KR100532887B1 - 종이밴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재활용시 점착성 이물질로 인한 오염이 없는 환경친화적인 종이밴드에 관한 것으로 좀더 상세히는 기존의 폴리프로필렌(PP) 밴드의 대체품으로서 열접합에 의하여 결속이 가능하며, 점착성 이물질로 인한 오염이 없어 재활용이 가능한 환경친화적인 종이밴드에 관한 것이다.

Description

종이밴드{Paper band}

본 발명은 폐지로 재활용시 점착성 이물질로 인한 오염이 없는 환경친화적인 종이밴드에 관한 것으로 좀더 상세히는 기존의 폴리프로필렌(PP) 밴드의 대체품으로서 열접합에 의하여 결속이 가능하여 기존의 PP(polypropylene)밴드를 대체할 수 있으며, 점착성 이물질로 인한 오염이 없어 재활용이 용이한 환경친화적인 종이밴드에 관한 것이다.

물류포장용 결속밴드(band)로 사용되는 종이밴드는 일반적으로 얇은 종이끈(지승)으로 꼬은 후 여러 가닥을 접착하여 띠 형태로 형성한 것으로서 폴리비닐알콜(PVA) 등의 수용성 접착제를 사용하여 제조되어 왔다. 그러나, 상기 종이끈 밴드로 상품을 묶어 포장할 때에는 부가적으로 풀을 바르거나 클립(꼭지쇠) 등을 사용해야만 하며, 이를 제조하는 데에는 많은 노동력이 소요되므로 제조비용(cost)이 높다는 문제가 있었다.

현재는 폴리프로필렌(polypropylene) 밴드(band)가 널리 사용되고 있으며, 이러한 PP 밴드는 열접합(heat seal)이 용이하므로 풀칠을 하거나 클립(꼭지쇠) 등을 사용하지 않고 자동 포장기를 이용하여 피곤포체를 결속할 수 있다.

그러나, PP 밴드는 재활용지 묶음을 포장하여 운반하는 데 사용되나 이후에는 종이류와 분리해야 하는 불편한 점이 있다. 또한, 분리된 PP 밴드 또는 유사한 합성수지 폐기물을 선별적으로 배출하여도 다양한 특성의 고분자들이 혼합된 폐기물을 재활용하는 것이 현실적으로 불가능하며 재활용이 어려운 이유로 소각처리하고자 한다면 다이옥신 등의 환경호르몬이 발생되는 등의 심각한 오염문제가 유발될 수 있다. 따라서 환경보호의 측면에서도 합성수지계 포장재 사용에 대하여 재검토가 필요하며 환경관리 시스템(system)의 국제규격 ISO 14001 인증을 취득하기 위해서는 폐기하는 것이 아니라 재활용 원료로서 리사이클(recycle)이 가능한 종이제 밴드(band)에 관심이 증대되고 있다.

이에 따라서 이해성이 있는 열가소성 비닐계 접착제를 함침 또는 도포한 종이밴드가 개발되었다. 이해성이란 해당 접착제가 함침 또는 도공되는 포장용 종이밴드(band)를 헌종이로서 재활용시 적용된 접착제가 물에 용이하게 분산되는 것에 의해 종이밴드가 물에 쉽게 풀어질 수 있도록 조절하는 특성을 말한다. 예를 들면, 접착제 조성물에 카르복실기, 하이드록실기 등의 극성기를 비교적 많이 도입하여 친수성을 높이므로써 달성될 수 있다.

이와 같이 제조된 종이밴드는 열가소성 비닐계 접착제가 함침 또는 도포되어 열접합(heat seal)이 가능하고 PP 밴드로 대체할 수 있으며, 종래의 PP 밴드용 자동 포장기를 이용하고 열접합이 가능하며 폐지로 재이용할 수 있는 장점이 있다.

상기 열가소성 비닐계 접착제란 비닐계 모노머를 원료로 하여 제조된 다양한 열가소성 중합체를 주성분으로 하는 접착제를 의미하며, 협의의 접착제뿐만 아니라 내수, 발수, 방습 코팅처리 등에 사용되는 가공용 수지 등도 포함된다.

이러한 열가소성 비닐계 접착제로서는 환경, 안전, 취득 취급상의 면 및 헌 종이 해리 시의 이해성 등의 관점으로부터 에멀젼형 접착제를 사용하는 것이 적합하다. 예로서 초산비닐계 수지(PVAc)를 접착제(이하 초산비닐계 접착제라고 한다.)로 사용하면, 유리전이온도(glass transition temperature)가 낮기 때문에, 저온 열접합(heat seal)성이 우수한 종이밴드를 생산할 수 있다. 여기에서 초산비닐계 수지란, 초산비닐 모노머(monomer) 단독 혹은 초산비닐 모노머(monomer)와 공중합 가능한 1종 이상의 다른 비닐(vinyl)계 모노머(monomer)를 중합한 수지를 말한다. 이 초산비닐계 접착제로는 PVA 등의 수용액을 보호 콜로이드로 사용하여 유화중합할 때 얻어지는 에멀젼형 접착제를 사용하였다.

이와 같은 에멀션형 접착제를 함침 또는 도포한 종이밴드를 폐지로 재이용할 때 접착제는 수산기 등의 친수기를 많이 함유하고 있기 때문에 물에 용이하게 해리, 분산되어 종이밴드의 재활용이 용이하도록 하는 장점이 있다.

이밖에도 상기 열가소성 비닐(vinyl)계 접착제로 아크릴(acryl)계 접착제를 사용할 수도 있다.

일본 공개특허 제 2000-177770호는 장편의 종이를 접어 각 접촉면에 접착제를 적용하여 밴드를 형성한 다음, 열가소성 비닐계 접착제를 표면에 도포한 피복지로 둘러싸는 과정을 통해 제조되는 종이 밴드에 관하여 기재하고 있다.

상기 발명의 종이밴드에 사용된 열가소성 비닐계 접착제는 폐지의 재활용시 공정수로 용해됨에 따라서 수질을 오염시키며, 용해되지 않고 고체상으로 분산되는 경우에도 종이 제조과정 중에 점착성 이물질로 작용하여 공정을 오염시키는 악영향을 주는 단점이 있다.

점착성 이물질(stickies)이란 초지공정에 존재하는 소수성 물질의 총칭으로서 여기에는 SBR(styrene-butadiene rubber), PVAc(polyvinyl acetate), VA(vinyl acetate), PS(polystyrene), 폴리이소프렌(polyisoprene), 핫멜트(hot melts; polyethylene, waxes), 사이즈제(sizing agents; AKD, ASA) 등이 포함된다. 이러한 점착성 이물질의 유입경로는 주로 폐지를 결속하고 있는 접착성 테이프, 코팅종이 혹은 OMG(old magazine)로부터 유래된 라텍스, 잉크, 목재의 피치, 복사토너 등을 들 수 있다.

초지계 내에 점착성 이물질이 누적되면 와이어나 펠트의 막힘, 진공박스 및 포일로의 침적, 프레스 및 건조 실린더의 오염과 닥터 블레이드에의 누적, 와이어와 펠트 세척제의 사용량 증가, 지절에 따른 조업성 악화, 폐수 처리부하 증대 및 스틱키 제어 약품의 사용량 증가와 같은 다양한 문제를 야기한다.

아울러 제품에 잔존하는 점착성 이물질의 양이 증가되면 인쇄 및 각종 가공단계에서 심각한 문제를 초래하게 되는데 특히 제품생산의 최종단계에 가까울수록, 가공처리의 후반부에 근접할수록 경제적인 손실이 증폭되는 것이 알려져 있으므로,초지공정의 생산성과 품질향상 및 최종제품의 품질을 개선시키기 위해서는 점착성 이물질을 적절히 제어할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

초지공정에서 존재하는 점착성 이물질은 일차 스틱키(primary stickies)와 이차 스틱키(secondary stickies)로 크게 나눌 수 있다.

일차 스틱키란 펄핑 공정에서 분리된 스틱키가 추후 공정이 진행됨에 따라 변화하지 않고 일정한 특성을 나타내는 스틱키를 말하며, 이차 스틱키란 스틱키 가운데 초지공정 내에서 물리화학적인 변화를 일으켜 그 성상이 지속적으로 변화되는 스틱키를 말한다.

일차 스틱키는 그 크기가 클 경우에는 스크린 공정을 통하여 기계적 제거가 가능하기 때문에 효율적인 해리 및 스크린 작업이 수행된다면 큰 문제를 야기하지 않는 특징이 있지만, 스크린을 통과하는 작은 크기의 스틱키 형성이 조장되는 초지 조건이라면 이후 제품에 포함되어 인쇄 등의 가공처리를 겪을 때 인쇄기의 오염을 유발하고 작업성을 저해하는 문제유발 요인이 될 수 있다.

이차 스틱키는 초지공정에서 고분자 첨가제의 투입, pH 또는 온도변화, 교반조건 등이 변화되면 서로 응집하거나 충전물 또는 미세섬유와 함께 복합체를 형성하여 고도로 점착성을 나타내는 물질을 나타내는 것으로 스틱키 성분 가운데 초지공정에서 문제를 야기하는 것은 주로 이차 스틱키라고 할 수 있다. 이차 스틱키 역시 이후 제품에 포함되어 인쇄 등의 가공처리 시 인쇄기의 오염을 유발하고 작업성을 저해하는 문제유발 요인이 될 수 있다.

이것은 두 가지 종류의 스틱키가 폐지 재생공정을 통해 눈으로 식별될 수 없을 만큼 작은 크기로 분쇄되고 종이에 보류되어 배출됨에 따라 생산공정의 안정화를 이룰 수 있을지 몰라도, 인쇄 등의 후 가공 처리의 경우에는 제품에 여전히 많은 스틱키가 함유됨에 따라 가공기의 오염이나 작업성의 저하 등을 유발할 수 있음을 의미한다.

따라서 스틱키를 제어하는 기술은 지금까지 일정수준 제거 후에 눈에 띄지 않도록 처리하고 종이에 최대한 보류시켜 초지계 외로 배출하는 기술로부터, 비록 생산 수율은 다소 감소되더라도 정선 처리 과정의 초기 단계에서 효과적으로 분리, 제거하여 생산공정의 오염을 막고 제품에 포함되지 않도록 처리하는 방향으로 전환되어야 한다.

이를 위해서는 물론 원료의 검수 과정에서 스틱키의 유입을 최대한 억제하여 기본적으로 제거되어야 할 스틱키의 총량을 줄이는 것이 바람직하지만 그 실천이 현실적으로 어려운 점을 감안할 때, 종이 밴드와 같이 헌종이와 함께 다량 재활용 공정으로 도입되는 원료에 점착성 이물질을 유발시킬 수 있는 합성수지의 사용이 제한되어야 한다.

이러한 측면에서 종이밴드가 수거된 후 재활용되는 제지공정이 당면한 점착성 이물질로 인한 문제점들을 피하기 위한 새로운 기능성 종이 밴드의 개발은 기존의 PP밴드를 대체하는 친환경 포장재의 개발과 직결될 뿐 아니라, 재활용 제지 공정에서의 점착성 이물질로 인한 생산 효율 저하, 최종 생산품의 품질저하를 극복하는 측면에서도 그 중요성이 크다 하겠다.

따라서 재활용시 점착성 이물질로 인한 오염이 없는 환경친화형 종이밴드 및 그 제조방법의 개발이 절실히 요구되고 있다.

이와 같이 기존 종이밴드의 재활용 시 유발되는 점착성 이물질로 인한 오염 문제를 극복하기 위하여, 본 발명은 물에서 해리되나 물에 녹지 않아 화학적 산소 요구량을 증가시키지 않으면서 고형물로 분산되었을 때 점착성을 지니지 않아 재생공정의 효율 및 품질 저하를 극복할 수 있는 환경친화형의 종이밴드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자는 종이밴드에 새로운 기능성 코팅제로서 수용성 EVA 에멀젼(ethylene-vinyl acetate emulsion)제를 적용하고, 이를 통해 종이밴드의 열접합이 가능함은 물론 재활용시 제지공정의 오염을 방지하는 종이밴드 및 그 제조방법을 개발하였다.

본 발명은 수용성 EVA 에멀젼(ethylene-vinyl acetate emulsion) 접착제를 함침 또는 코팅한 피복지로 종이제 심재를 피복한 종이밴드에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 심재가 여러 가닥의 지승(紙繩)을 수용성 EVA 에멀젼 접착제로 접착하여 제조한 종이끈 또는 여러 겹의 종이를 겹쳐서 수용성 EVA 에멀젼 접착제로 접착하여 제조되는 밴드인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 피복지가 수용성 EVA 에멀젼 접착제에 블로킹(blocking) 방지제를 부가하는 것을 특징으로 한다.

심재와 피복지로 사용되는 원지는 기계적 이해작용에 의하여 수중에서 분산되기 쉬운 펄프(PULP)를 주성분으로 하며, 강도를 고려하여 평량 80~200 g/m²의 침엽수 미표백 크라프트지를 사용하는 것이 바람직하다. 심재는 재생지를 사용하여 자원 재활용을 할 수 있을 뿐만 아니라 제조된 종이밴드에 유연성을 부여하여 자동포장 시 핸들링(handling)의 편의성을 도모할 수도 있다.

그리고, 사용된 원지는 로진(rosin)계, 자기 정착성의 AKD(alkylketen dimer)계, 스틸렌(styrene)계 등의 사이즈제를 추가로 사용할 수 있다.

또한, 피복지는 바 코터(bar coater), 롤 코터, 에어나이프 코터(air knife coater) 또는 로드 코터 등을 이용하여 코팅(도포)할 수 있다.

이하, 실시예를 이용하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.

비교예 1

본 비교예에서는 로진계 사이즈제를 사용한 평량 100g/㎡의 침엽수 미표백 크라프트지를 피복용 및 심재용 원지로 사용하였다.

심재용 원지를 일정 너비로 접은 후 각 접촉면을 초산비닐계 접착제로 접착하여 밴드형의 심재를 제조하고 이 심재의 표면을 엠보싱 가공하였다. 엠보싱 가공은 신재에 유연성을 부여할 뿐만 아니라, 마찰계수를 증가시켜 미끄럼 방지효과 및 내블록킹(blocking)성도 향상시켜 주었다.

피복용 원지의 일측 표면에 열가소성 비닐(vinyl)계 접착제로 역이해성(易離解性, 종이밴드가 일정 시간동안 물에 담가놓았을 때 해리되지 않는 성질), 내블로킹(blocking)성이 우수한 열접착(heat seal)제인 사이비놀 FB-100(초산비닐 중합체+초산비닐·에틸렌 공중합체의 PVA 에멀젼, 고형분 52%, Tg 34℃: 사이 굴(psi den)화학사제)을 바 코터(bar coater)에 고형분으로서 5g/m²게 되도록 도포한 후 110℃로 1분간 건조시키고 피복지를 제조하였다. 상기 열가소성 비닐(vinyl)계 접착제의 도포량은 열접합(heat seal)성, 접착성, 이해성, 내블로킹(blocking)성 및 경제성을 감안하여 고형분으로서 5g/㎡의 수준으로 적용하였다.

상기 제조된 심재의 표면에 초산비닐계 접착제를 도포한 후 상기 피복지의 접착제가 도포된 측이 외부로 접하도록 하여 심재를 피복하고 표면을 다시 엠보싱 가공하여 종이밴드(폭:15.5mm, 두께:0.8mm)를 제조하였다.

실시예 1

본 실시예는 피복용 원지에 도포된 접착제와 심재용 원지의 접착제로서, 역 이해성, 내블로킹(blocking)성이 우수한 내수, 발수 코트제인 수용성 EVA 에멀젼제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정으로 종이밴드(폭:15.5mm, 두께:0.8mm)를 제조했다.

실험예 1

상기 실시예 1과 비교예 1의 종이밴드(길이:400mm)의 인장강도를 Tappi 표준시험법에 의거하여 측정하고, 두 종류의 종이 밴드(폭:15.5mm,두께:0.6mm)를 기존 PP 밴드용의 자동 포장기을 사용하여 동일 조건(약 500℃의 열판에 약 0.2초 가압)으로 열접합시킨 후 접착강도를 숏파형 시험기로 측정하였다.

또한, 종이밴드의 이해성을 평가하기 위해 각각의 시험편을 Tappi 표준 파쇄기(disintegrator)로 45℃의 온수에 해리시켜 얻은 슬러리액을 Somerville Screen(Slot width 150 micro meter)으로 걸러 미해리분의 함량을 측정하였다.

상기 각각의 측정 결과는 표 1에 나타냈으며, 그 결과 본 발명의 종이밴드는 기존의 종이밴드에 비하여 인장강도, 접착강도 및 해리도가 월등한 것을 확인할 수 있었다.

	인장강도(kg/15.5mm)	접착강도(kg/15.5mmX10mm)	해리도(미해리분중량%)
실시예 1	85	60	0.1
비교예 1	80	56	0.29

실험예 2

본 실험예에서는 점착성 이물질 정량법으로 한국특허 제0282820호에 기재된 방법에 의거하여 종이밴드 슬러리 내의 점착성 이물질을 정량하였으며, 그 결과는 도 3, 4에 나타내었다.

도 3, 4에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1의 종이밴드의 슬러리는 스틸판과 드라이어 캔버스의 오염절감 효과가 비교예 1의 종이밴드의 슬러리보다 우수함이 확인되었다.

이상과 같이 본 발명은 PP밴드를 대체할 수 있는 친환경적인 포장용 밴드를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 종이밴드는 헌종이와 함께 수거되어 재활용 공정을 거치는 동안 점착성 이물질점착성 이물질에 미치는 악영향을 저감시킬 수 있다.

도 1은 폐지의 해리공정 중 미해리된 PP밴드를 관찰한 사진이다.

도 2는 비교예 1의 종이밴드의 도면이다.

도 3은 실험예 2의 점착성 이물질의 건조스틸판에서의 잔류실험 사진이다.

3a)는 실시예, 3b)는 비교예

도 4는 실험예 2의 점착성 이물질의 드라이어 캔버스에서의 잔류실험 사진이다. 4a)는 실시예, 4b)는 비교예

<도면부호 설명>

1: 종이밴드 2: 접착제 3: 심재

4: 열가소성 비닐계 수지 5: 피복지

Claims (3)

1. 수용성 EVA 에멀젼(ethylene-vinyl acetate emulsion) 접착제를 함침 또는 코팅한 피복지로 종이제 심재를 피복한 종이밴드.
2. 제1항에 있어서, 상기 심재는 여러 가닥의 지승(紙繩)을 수용성 EVA 에멀젼 접착제로 접착하여 제조한 종이끈 또는 여러 겹의 종이를 겹쳐서 수용성 EVA 에멀젼 접착제로 접착하여 제조한 밴드인 것을 특징으로 하는 종이밴드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피복지는 수용성 EVA 에멀젼 접착제에 블로킹(blocking) 방지제를 부가하는 것을 특징으로 하는 종이밴드.