KR100894000B1

KR100894000B1 - 선팽창 계수를 이용한 냉동식품 박리 및 보관용 피막의제조방법

Info

Publication number: KR100894000B1
Application number: KR1020070077954A
Authority: KR
Inventors: 남정욱
Original assignee: 남정욱
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2009-04-20
Also published as: KR20090013860A

Abstract

본 발명은 0℃기준 20×10^-6cm/cm/℃이상의 팽창계수의 차이가 있는 피막을 제조함에 있어서,

에틸렌 중합체 수지의 재질의 선팽창계수를 선택적으로 선정한 열팽창성계수를 이용한 냉동식품 보관 및 막리를 위한 피막을 제조하는 방법에 관한 것이다.

H.D polyethylene 4000B 35중량%와 polypropylene B-220D 65중량%를 배합통(1)에서 혼합하여 호퍼(2)에 일정량을 투입 후 압축기(3)을 통과하여 다이(4)를 통하여 0.25mm시트(5)를 얻어진 것을 냉각롤(21)(22)(23)을 거쳐서 배송롤(6)을 통과하여 가이드롤(7)(8)(9)을 거쳐 진공성형기(14)를 통하여 제조함을 특징으로 하는 냉동식품 보관 및 박리를 위한 피막의 제조방법

박리, 피막, 피막제조, 박리피막, 덮개

Description

선팽창 계수를 이용한 냉동식품 박리 및 보관용 피막의 제조방법{MANUFACTURING PROCESS OF FILM FOR EXFOLIATION AND STORAGE OF FROZEN FOOD USING LINEAR EXPANSION COEFFICIENT}

본 발명은 냉동식품의 박리를 위한 피막을 제조함에 있어서 재료가 가지는 선팽창계수가 박리를 위한 정도의 팽창계수의 차이가 있는 고밀도 폴리에틸렌 중합체수지를 기술적으로 혼합하여 필요로 하는 선팽창계수를 가진 피막의 재질을 연구선정하여 팽창성계수를 이용하여 분리성이 우수한 냉동식품 보관 및 박리를 위한 피막을 제조하는 방법에 관한 것이다.

과일 및 야채를 포장하면 신선도가 오래 지속되며 신선한 생산물이 주는 가치는 소비자의 선호도를 증가시킨다. 생선이나 가공류의 식품등에 있어서도 장기보관을 위한 방법으로 냉장하거나 냉동시켜서 보관하게 된다. 특히 해상에서 조업을 하여 장기간 보관하여야 하는 어류의 경우는 목재 혹은 합성수지상자에 넣어 영하 40℃ 혹은 영하 60℃의 온도까지 급속냉동하여 보관하게 되는데, 이렇게 급속냉동된 식품류가 목적한 장소에 도착하게 되면 탈팬작업을 하게 되는데, 탈팬시 목재 혹은 합성수지로 만들어진 상자속에 보관된 어류등은 냉동된 상태로 상자와 일체화 되어 있어 분리작업시 상자에 타격을 주거나 뒤집어서 흔들어도 쉽게 분리되지 않아 탈팬작업에 항상 문제가 되어 왔다.

목재상자인 경우 목재가 갖는 함수율이 70중량%~100중량%까지 포화된 상태에서 어류와 함께 급속냉동되므로 해서 상자에서 냉동된 어류는 더욱 해체가 어려워서 생선이든 상자를 뒤집어서 바닥에 충격을 주거나 상자가 부서질 정도로 타격하여 해체하게 되는데 해체 시간의 낭비는 물론 생물의 선도유지에 문제가 있었을 뿐 아니라 상품에 손상이 가해지는 경우가 있어 탈팬을 위한 시간과 노력의 낭비가 많을 뿐아니라 보관 유지상의 문제점과 해체시 충격으로 인하여 상품의 질을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

이러한 문제점의 원인은 합성수지제 상자인 경우 상자의 경사각이 탈팬을 어렵게 하는 것과 상자에 구성한 다수의 배수구 혹은 상자의 내부면에 불합리하게 조성된 형태속에 생선 투입시 함께 투입된 물이 급속냉동에 의하여 고체화되므로 해서 탈팬이 힘들 뿐 아니라 특히 목재 상자인 경우 생선 투입시 함께 투입된 물이 흠뻑 베인 목재 상자는 함수상태가 100중량%에 달하여 어류냉동시 상자와 어류가 한 덩어리로 냉동되어 일체화되므로 해서 어류등의 내용물을 해체하는 것이 항상 어려운 문제점으로 남아있었다.

이에 본 발명은 종래의 상자가 갖는 제반의 문제점들을 해소하기 위하여 연구한 것으로써, 목상자와 합성수지 상자가 갖는 선팽창계수가 각기 다른점을 발견하고 목상자와 합성수지상자를 대상으로 그 재질의 온도에 다른 선팽창계수를 연구한 후 목상자와 합성수지상자가 갖는 선팽창계수와 현저히 다른 계수적 체계를 갖는 재질을 분석연구한 필름을 제조하여 합성수지 상자 혹은 목상자 속에 일회용 박리피막으로 사용할 수 있는 특수재질의 필름을 이용한 탈팬 및 어류보호용 피막상자를 제공하는 기술적 목적이 있다.

선팽창계수(Coefficient of Linear Themal Expansion)은 ASTM D696에 따라 측정되며, 체적팽창계수는 이의 약 3배인데 선팽창계수는 재료의 온도에 따른 길이변화를 의미하는 것으로 단위온도 변화에 길이변화율로 환산되며 이는 재료의 화학적 성질에 수축/팽창의 정도가 달라지게 된다. 합성수지는 그 각각의 종류와 성질이 다른 상이한 종류들이 보고되고 있으나, 일반적으로 HDPE와 PP는(10℃ 기준으로) 10~14 혹은 10~5(cm/cm/℃) 수준으로 통용되고 있다.

그러나 HDPE와 PP종류에 무기 Filler이나 Glass Fiber 등이 처방되면 선팽창계수는 낮아질 수 있다.

이것은 온도범위가 낮을수록 상대적으로 작으며, 높은온도 범위에서는 이값은 커진다. 참고로 미국의 Phillips사 HDPE의 자료를 보면, -73℃~-20℃:9.1, -20 ℃~0℃:9.3, 0℃~10:9.6(10-5(cm/cm/℃)), 10℃~35℃:14.2(10-5(cm/cm/℃))를 나타내고 있다.

어류등의 냉동식품 보관상자로 일반적인 폴리프로피렌수지로 된 3.2mm의 빵상자가 많이 이용되고 있다.

3.2t의 polypropylene수지로 된 상자의 선팽창계수를 ASTM D696에 따라 각 온도별로 시험해서 측정하였는데 상자의 선팽창계수는 영하 60℃ 일때 93.1×10^-6이였고, 영하 40℃ 일때 94.2×10^-6, 영하 20℃ 일때 96.44×10^-6이고, 영하 10℃ 일때 105×10^-6, 0℃ 일때 107.9×10^-6이였으며, 영상 20℃ 일때 109.4×10^-6이고, 영상 40℃ 일때 117.1×10^-6를 나타내었다.

이에 따라 상자와 적재상품과의 사이에 쉽게 탈팬작업을 이루게 하기 위하여 목상자 혹은 빵상자가 갖는 재질상의 밀도와 온도에 따른 선팽창계수의 범위와 그 값을 달리하는 범주의 시트를 생산하여 박리피막으로 사용하는 것을 검토할 수 있다.

목재상자의 특성을 보면 함수율이 낮을수록 강도가 크고 나무섬유의 평행방향에 대한 강도가 직각방향에 대한 강도보다 크다. 섬유포화점을 넘으면 강도는 일정하지만 섬유포화점 이하에서는 함수율이 감소하면 강도와 인성이 증가하는 성질이 있다. 목재의 수분량은 함수율=(W1-W2)×100/W2로 계산할 수 있으며 W1=건조전의 시료중량이고 W2=절대건조의 시료중량이다.

또한 목재 부패균의 활동이 가장 왕성한 조건은 온도 25-35℃, 습도 70-80이다. 물론 온도가 낮을 경우에도 왕성하지 않으나 부패균의 서식과 활동은 진행된다고 봐야한다. 목재의 열팽창계수는 나무의 수종에 따라 다르고, 밀도 또한 현저한 차이가 있다. 그러므로 인하여 열전도율의 차이도 크다. 목재의 함수율이 10-15중량%인 경우 미송(Douglas-fir)은 그 밀도가 512㎏/㎥인데 비하여 독일 가문비나무(Nor way spruce)는 350㎏/㎥이다. 참나무(European oak)의 밀도는 673㎏/㎥이고 그 열전도율 또한 독일가문비 나무가 0.10{w/(mk)}이고 미송이 0.11, 참나무가 0.16으로 밀도가 높을수록 열전도율이 높게 나타나고 있다. 이러한 사실은 선열팽창계수(Coefficient of Linear Themal Expansion) 또한 목재의 수종에 따라 다른데, 같은 목재라 하더라도 나무결의 방향에 따라 선팽창계수는 다른게 나타난다. 미송의 경우 비중은 0.51 섬유방향의 선팽창계수는 3.52(×10^-6cm/cm/℃)이고, 가문비 나무의 비중은 0.42이고 섬유방향의 선팽창계수는 3.50(×10^-6cm/cm/℃)이다. 그러나 방사방향의 선팽창계수는 미송은 27.1, 가문비 나무는 23.9로써 대부분의 목재는 섬유방향의 3~4.5이내의 선팽창계수를 가지며, 방사방향(16~30) 접선방향은 24~45(×10^-6)의 선팽창계수를 가지는 성질이 있다. 그것에 비하여 polymer(Synthetic resin)고분자 합성수지중 polt propylene은 제작시에는 뚜께에 따라 차이가 있으나 62(×10^-6cm/cm/℃)의 선팽창계수를 나타내고 있다.

또한 목상자 혹은 polypropylene 혹은 polyethyiene 상자 속에 적재되는 상 품이 갖잡은 어류인 경우 어류와 물이 상자속에서 목상자의 함수율을 높임과 동시에 냉각시 함께 얼음덩이로 변하여 진다. P.E 혹은 P.P상자인 경우 목상자와 같은 현상은 없으나 상자의 내형에 따라 어류와 함께 투입된 물이 어류와 상자를 얼어 붙어 탈팬시 무리한 수단을 쓰므로 상품의 질을 떨어뜨리거나 상자에 가하는 타격으로 상자의 파손율이 증가한다. 그것은 물이 액체에서 고체로 변화하면서 얼어 붙을때 PE 혹은 P.P상자의 틈이나 굴곡부분 구멍등에 스민 물이 함께 얼게 되므로 인하여 나타나는 현상일 뿐 아니라, 목재의 경우, 함수율이 높아진 목재와 상품이 얼음으로 일체화 된 것이다. 물이 얼 때는 부피가 팽창해서 부피당 무게, 즉 밀도는 작아진다. 그러나 이러한 현상으로 얼어붙어서 한 덩어리가 된 상자와 상품은 -40℃~-65℃까지 급속냉각된 채 보관되다가 상품으로 그 모습을 나타낼 때는 대기의 온도 속으로 나오게 된다. 겨울과 여름철에 대한 영향의 차이가 있으나 빠른시간 이내에 탈팬을 하여야 하는 작업환경에서 탈팬이 용이하지 못해 어려움이 많았다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일반적인 합성수지상자와 목재로 만든 나무상자가 갖는 재질에서 기본적으로 갖는 선팽챵계수적 성질을 연구하여 합성수지상자와 나무상자의 선팽창계수와는 전혀 다른 선팽창계수를 갖는 고밀도 폴리에치렌(H.D.P.E) 방향의 소재를 개발하여 생산하는 제조방법으로 H석유화학의 HDPE 4000B 35중량%와 polypropylene계의 수지인 B220D 65중량%를 혼합하여 밀도 0.915g/cm³로써, 그 항복점응력은 335kg/c㎡이고 15000kg/c㎡의 굴곡탄성율을 가지며 표면경도 81.5R와 0℃기준 선팽창계수≒82.47×10^-6을 가지는 0.2~0.25mm의 HDPE(고밀도 폴리에칠렌:이하 HDPE)시트를 제조하여 냉동식품 보관 및 박리를 위한 피막을 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기의 방법에 의하여 제조되는 피막을 냉동식품류의 보관 및 박리를 위하여 사용할 경우 목상자 혹은 PE상자와 박리피막의재질의 특성은 냉동상태 혹은 상온으로 변환될때 급격히 다르게 반응하는 재질에 따른 선팽창계수의 차이로 수분에 의하여 동결된 각기 다른 재료 팽창 현상을 수반하게 되므로 상자속 박리내피에 보관중이 내용물의 탈팬작업을 용이하게 하여 탈팬작업에 드는 작업시간을 1/10로 단축시키며, 무리한 타격을 가하지 않아도 탈팬되므로 상자의 파손을 막을 수 있는 효과가 있고 그와 함께, 상자 속 적재된 냉동식품에 직접적인 충격을 가하여 손상시키지 않게 되므로 인하여 냉동식품을 좋은 품질로 유지시킬 수가 있는 효과가 있다.

또한 냉동식품이 외각 상자모양으로 냉동된 상태에서는 상자에서 분리되어 박리피막만으로 포장된 상태에서도 운반시킬 수 있는 효과를 함께 가진다. 또한 보관 이동시 적재 냉동식품을 덮개로 결착시키므로 인하여 매우 위생적이고, 종전의 상자에 적재되어 운반될 시 대기에 도출된 면의 식품에는 매우 비위생적인 상태로 운반되었으나 육면이 전부 포장된 상태이므로 매우 위생적이고 신선도 또한 높게 유지하는 효과가 있는 선팽창계수를 달리하는 재질의 냉동식품 박리 및 보관용 피막을 제공하는 획기적인 발명이다.

이하 본 발명에 따른 냉동식품 박리를 위한 피막을 제조하는 방법에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

공지된 H석유화학의 제품 고밀도 polyethlene(HDPE) 4000B 35중량%와 H석유화학의 polypropylene(P.P) B-220D 65중량%를 혼합하여 배합통(1)에서 배합된 원료를 공급하는 호퍼(2)와 공급된 원료를 성형압출하는 압출기(3)와 압출되는 비닐(5)를 원하는 형상으로 성형하여주는 다이(4)와 성형되는 비닐을 냉각시키기 위한 냉각롤(21)(22)(23)을 통과하여 배송롤(6)을 지나 박리피막 형상을 제조하기 위한 진공성형기까지 안내하는 가이드롤(7)(8)(9)(13)을 통과한 후 진공성형기(14) 내부에 설치된 금형(15)에 의하여 피막의 형태를 만든 후 박리피막의 탈수를 위한 홀 펀칭(16)작업과 통과하여 각각의 피막에 대한 형성의 완성을 위한 재단공정을 거쳐서 포장기(17)에서 포장된다.

상기 배합에 있어서 H석유화학의 고밀도 폴리에치렌수지 35중량%와 폴리프로피렌수지 65중량%를 복합하게 된 것은 목상자와 PE상자의 선팽창계수와 차이가 있는 재질을 선택하여 냉동실에서 영하40~65℃로 동결된 이후 냉동실 밖으로 나와 대기를 접할시 급격한 온도의 변화에 상자가 가진 재질의 특성에 의하여 목상자는 35~40×10^-6cm/cm/℃으로 P.E상자는 0℃기준일때 107.9×10^-6cm/cm/℃의 선팽창계수를 나타내면 팽창한다. 여기에 상자 속의 내용물을 감싸고 있는 피막의 선팽창계수가 82.47×10^-6cm/cm/℃로써, 서로 다른 팽창율에 의하여 온도의 변화에도 팽창한 피막의 작용으로 분리된 상태를 유지하게 된다. 이러한 분리상태에서는 상자를 뒤집기만 하여도 냉동저장물이 본체로부터 쉽게 이탈되게 될 뿐 아니라, 피막이 있는 상태에서 냉동된 저장물은 운반 및 대기노출시에도 위생상 해를 끼치지 아니하며 보존기간이 길어진다.

특히 상기의 복합비율은 재료의 용융지수 1.4g/10min, 밀도 0.915g/c㎥이며 굴곡탄성율이 12,500kg/c㎡으로 영하와 영상의 온도의 변화에 쉽게 절단되거나 파괴되지 않는 장점이 있을 뿐 아니라 표면경도 7.9R의 매끄러운 상태를 유지토록 하였다.

또한 가이드롤을 거쳐서 진공성형기에 도착한 상기 제조방법에 의하여 만들어진 시트는 진공성형기에서 열온도와 진공흡착에 의하여 원하는 모양의 피막형태로 성형 된 후 펀칭기에 도착한 피막의 적정부위에 다수개의 통공을 펀칭할 때 피막의 덮개를 조일 수 있는 결착띠를 함께 형성할 때 재단도 함께 이루게 한 후 포장한다.

본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

표 2와 같이 목상자와 PE상자가 갖는 온도별 선팽창계수와 밀도를 달리하는 박리피막은 각 온도별로 팽창에 대한 뚜렸한 구분이 있어 박리를 위한 목적에 상응하는 물성혼합을 이루어내는 반복된 실험의 실시예를 가지게 되었다.

※ 박리피막의 수치는 현저한 차이를 나타낸다.

표 1에서 나타난 실시예와 같이 목상자와 PE상자보다 박리피막은 현저히 다른 수치의 선팽창계수를 나타내고 있다. 표 1와 같은 박리피막을 얻기 위하여 표 2와 같은 실시예를 다양하게 반복실험하게 되었는데 폴리프로피렌수지가 가지는 굴곡탄성율과 표면경도의 특수성을 폴리에치렌수지가 가지는 굴곡탄성율과 판단점응력등으로 개선하게 되어 실시예 2와 같은 polyethylene 35중량%와 H.D polypropylene 65중량%의 혼합율로서 박리피막을 생산하는 재료로 실시예 2와 같이 선팽창계수가 현저히 차이 있을 뿐 아니라 굴곡강도도 우수하여 박리피막으로 우수한 재료를 얻을 수가 있었다.

이렇게 얻어진 재료를 도 1에 있는 배합통(1)에서 얻고자하는 색상등의 배합을 이루고 호퍼(2)에 공급하게 된다. 공급된 재료는 압출기(3)를 통하여 180℃~220℃의 온도로 가열 용융하여 다이(4)에서 생산된 시트냉각을 위한 냉각롤(21)(22) (23)을 통과하여 배송롤(6)과 가이드롤(7)(8)(9)(13)를 통과하여 진공성형기(14) 속에 구성한 상자모양(15)으로 진공성형한 후 펀칭기(16)의 펀칭할 때 필요한 부위에 냉각과 수분배출을 위한 홀(22)과 피막의 덮개를 조일 수 있는 피막상자의 상단부에는 결착띠홈(30)이 상자 결착띠홈(30)의 대항되어 있고 덮개의 같은 위치에 톱니모양의 결착띠(31)를 형상화시키고 또한 피막에서 필요 없는 부분에 대한 재단까지 함께 이루는 작업이 펀칭기(16)의 각 부분에 구성된 칼(63)의 작용은 펀칭시의 힘으로 재단되도록 진행된다.

펀칭기를 자세히 설명하면 상기의 홀펀칭 재단기(16)의 내부 상단의 각 네면에는 적정개 수의 결착띠 절단부(61)의 톱날모양 조임돌기가 있는 결착띠 절단칼(63)이 있으며 박리피막하부에는 결착띠(31)를 수납하여 조일수 있는 작은 홈(30)이 있고, 피막에는 적정개수의 홈(32)을 형성하기 위한 펀칭돌부(64)와 펀칭요부(65)가 위치한다. 이렇게 재단 및 펀칭부로 구성되어져서 공정에 의하여 제조된 상기와 같은 선팽창계수를 이용한 보관 및 박리를 위한 피막의 제조방법에는 원재료의 선택과 재조공정 장치에 의한 설명을 함께 이루게 된다. 그것은 본 피막이 제공하고자 하는 재료공학적 목적과 형상적 목적이 연속적으로 상존하여 하나의 발명의 실행되기 때문이다.

상기와 같은 재료의 연구에 의한 재료공정 장치에 의한 본 발명의 제조방법을 설명하면 위 표 1의 박리피막을 얻기 위하여 위 표 2의 실험 실시예에서 얻어진 결과적 비율로 HDPE 4000B 35중량%와 polypropylene B-220D 65중량%를 배합통(1)에서 혼합한 후 호퍼(2)를 통하여 일정량을 투입 후 압출기(3)에서 압출된 재료는 다이(4)를 통하여 시트(5)가 되어 압출된 것을 냉각롤(21)(22)(23)을 거쳐서 배송롤(6)을 통과하여 가이드롤(7)(8)(9)를 거쳐 진공성형기(14)에 투입된다. 투입된 비닐시트(5)는 진공성형기(14) 내부에 장치된 금형(15)에 의하여 진공성형되어 재단 및 펀칭 기능이 있는 펀칭기(16)에서 피막의 하부바닥에는 크기 Ø5~25mm의 홀을 8cm~15cm의 간격마다 박리피막을 재단펀칭할 수 있는 금형상판(16)과 하판(16) 사이에 넣고 상,하판이 서로 맞물리면서 피막을 펀칭하여 냉각이나 배수를 위한 홀을 형성하고 이때 홀을 너무 작게 하면 배수의 기능을 다하지 못하게 된다. 이러한 펀칭작업과 동시에 피막의 덮개(66)둘레에는 보관이나 이동시에 불순물 혹은 냉동된 얼음에 피막을 형성하므로 그 냉동상태가 오랜 시간 지속 될 수 있도록 하는 장점을 가지기 위하여 밀폐용 피막상자를 덮을 수 있는 덮개 둘레에는 결착띠(31)를 형성시킨다. 양쪽톱날형의 폭 10mm~25mm 길이 50mm~80mm의 결착띠(31)를 형성하고 결착띠(31)가 삽입되어 피막(55)의 상단부를 견고히 할 수 있는 결착띠홈(30)을 피막(55)의 상단둘레에 결착띠(31)의 개수만큼 결착띠(31)가 형성된 덮개(66)의 위치와 비례하여 배치시키고, 보관 및 박리를 위한 피막의 크기를 제외한 부위는 재단칼(63)이 재단칼홈(68)에 맞물리면서 시트의 재단이 용이하게 되어 냉동식품의 보관 및 박리를 위한 피막을 제공할 수 있게 되는 것이다.

도 1 : 제조공정도

도 2 : 박리피막 사시도

도 3 : 박리피막 부분확대 사시도

도 4 : 펀칭재단기 내부 부분확대사시도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

(1)--배합통 (2)--호퍼

(3)--합축기 (4)--다이

(5)--시트 (6)--배송롤

(7)(8)(9)(13)--가이드롤 (14)--진공성형기

(15)--금형 (16)--재단기

(17)--포장 (21)(22)(23)--냉각롤

(30)--결착띠홈 (31)--결착띠

(32)--홈 (55)--피막

(63)--재단칼 (64)--펀칭돌부

(65)--펀칭요부 (66)--피막덮개

Claims

H.D polyethylene 4000B 35중량%와 polypropylene B-220D 65중량%를 배합통(1)에서 혼합하여, 호퍼(2)에 일정량을 투입 후 압출기(3)를 통과하여 다이(4)를 통하여 0.2~0.25mm의 시트(5)℃를 얻게 된 것을 냉각롤(21)(22)(23)을 거쳐서 배송롤(6)을 통과하여 가이드롤(7)(8)(9)를 거쳐 진공성형기(14)를 통하여 0℃에서 선팽창계수가 82.47 × 10^-6 ㎝/㎝/℃인 피막(55)을 제조함을 특징으로 하는 냉동식품 보관 및 박리를 위한 피막의 제조방법.
제1항에 있어서,

재단 펀칭기(16)을 이용하여 상기 피막(55)의 하부바닥에 Ø 5~25㎜의 홀(22)을 8㎝~15㎝의 간격마다 형성하는 것을 특징으로 하는 냉동식품 보관 및 박리를 위한 피막의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 피막(55)의 피막덮개(66)의 둘레에 다수개의 톱날형상의 결착띠(31)를 형성하고 덮개를 사용할 시 결착띠(31)와 맞닿는 부위에 결착띠홈(30)이 있어 결착띠(21)를 조여서 하부피막과 상부덮개를 밀폐시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 냉동식품 보관 및 박리를 위한 피막의 제조방법.