KR101001998B1 - 숯이 함유된 플라스틱 포장재 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 숯이 함유된 플라스틱 포장재 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 숯과 수지간의 혼화성 부족으로 발생하는 기계적 물성 부족, 뭉침 현상 및 이물감, 성형불량, 품질불량 등의 문제점을 해결하고, 플라스틱 포장재로서의 일반적인 품질이 우수하면서도 동시에 숯을 함유하여 부패균억제, 오염입자 및 냄새 흡착, 원적외선 및 음이온 방사, 정전기 방지 등의 기능성을 갖는 플라스틱 포장재를 제공하고자 하는 것으로, 본 발명에서는 성형되는 플라스틱 포장재의 두께에 따라 수지와 혼화되는 분말 숯의 입자크기, 수지에 대한 사용량, 입자크기의 균일도를 조절한 플라스틱 포장재의 제조방법이 제공된다.

Description

숯이 함유된 플라스틱 포장재 및 이의 제조방법 {Plastic packaging materials comprising charcoal and its preparation method}

본 발명은 기능성 물질이 함유된 플라스틱 포장재에 관한 것으로, 특히 숯이 함유된 플라스틱 포장재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

플라스틱 포장재는 경량성, 기밀성 등의 포장재로 적합한 물성, 뛰어난 가공성, 경제성 등의 장점을 지니고 있어 오늘날 포장재로 널리 사용되고 있다. 최근에는 플라스틱 포장재에 단순한 포장 기능 외에 내용물(식품 등)의 부패 억제, 신선도 유지 등의 기능성을 부가시키는 시도가 이루어지고 있다. 예를 들어, 내용물(식품 등)의 신선도를 오래 유지시키기 위해 필름에 미세한 천공을 만드는 방법, 필름에 여러 기능성 물질(예를 들어, 무기질, 광물, 분말 숯, 향료 등)을 함유시키는 방법 등이 시도되고 있다.

상기한 기능성 물질 중에서도 분말 숯은, 부패균의 발생 억제, 오염입자 및 냄새 흡착능, 원적외선 및 음이온 방사능, 정전기 방지 등의 여러 가지 장점을 지니고 있어 주목되고 있다. 한국등록특허 10-0302957호에서는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지에 입자크기 20㎛ 이하인 숯 분말을 1~40%의 부피비율로 혼합시켜 펠릿 형태의 칩을 만든 후 이 칩을 원료로 하여 사출 또는 블로우 성형 방법으로 숯을 함유하는 플라스틱 용기를 제조하는 방법을 공지하고 있다. 또, 한국등록특허 10-0828585호에서는 숯을 500~4000 메쉬 정도의 크기로 분쇄하여 분말화한 후, 이 숯 분말에 레진과 분산제를 혼합하고 수분을 제거 한 후 칩으로 성형하고, 이 칩을 압출 성형하여 필름형태의 비닐을 제조하는 방법을 공지하고 있다. 한국등록특허 10-0623495호에서는 황토와 숯을 분쇄하여 분말화한 후 분산제와 함께 레진에 혼합하여 칩화시키고, 이 칩을 다시 레진과 그 밖의 첨가물에 혼합하는 방식으로 비닐 필름을 제조하는 방법을 공지하고 있다.

그러나 합성수지를 원료로 하여 분말 숯이 함유된 포장재를 성형하게 되면 분말 숯 입자와 고분자 수지 사이의 계면에서 찢어짐이 자주 발생하고, 성형 불량이 발생하거나, 용융수지의 유동성을 떨어뜨려 분말 숯이 특정부위에 집중되는 등의 품질불량 문제가 생기게 된다. 이러한 원인은 분말 숯의 내부가 다공성 구조로 되어 있는 친수성(hydrophilic) 물질로 겉보기 비중(Bulk Density)이 약 0.3으로 낮은 반면, 플라스틱 수지는 높은 점도를 갖는 소수성(hydrophobic) 물질로서 비중이 0.9~1.2로 높아, 분말 숯과 플라스틱 수지의 혼화성(Compatibility)이 좋지 않다는데 있다. 따라서 이와 같은 두 물질을 단순히 혼합시켜 주는 방법으로는 분말 숯을 합성수지에 균일하게 분산시켜 줄 수 없다. 한국등록특허 10-0302957호는 본 출원인의 선발명으로서 수지와 혼화되는 숯의 입자크기를 20㎛ 이하로 미세분말화 함으로써 이러한 문제점을 상당부분 해결하고, 특히 숯의 함유로 인한 기공발생의 문제점을 해결하고 있다. 그러나 한국등록특허 10-0302957호의 방법에도 불구하고 숯과 수지의 혼화성 부족으로 인한 문제점은 여전히 남아 있으며, 특히 분말 숯 입자와 고분자 수지 사이의 계면에서의 찢어짐이나, 성형불량, 분말 숯이 특정부위에 집중되는 품질불량 등의 문제점이 여전히 나타나는데, 이러한 문제점은 특히 필름형태의 비닐에서 더욱 두드러지게 나타나고 있다.

한국등록특허 10-0302957호 한국등록특허 10-0828585호 한국등록특허 10-0623495호

본 발명자들은 숯과 수지의 혼화성 부족으로 발생하는 기계적 물성 부족, 뭉침 현상(이물감), 성형불량, 품질불량 등의 문제점을 해결하고자 노력하는 과정에서 이러한 문제점이, 성형되는 플라스틱 포장재의 두께에 따라 다르게 나타난다는 것을 발견하게 되었다. 여기서 더욱 발전하여 본 발명자들은 성형되는 플라스틱 포장재의 두께에 따라 수지와 혼화되는 분말 숯의 입자크기, 수지에 대한 사용량, 입자크기의 균일도를 조절함으로써 숯과 수지의 혼화성 부족으로 발생하는 문제점을 해소할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 본 발명은 숯과 수지의 혼화성 부족으로 발생하는 기계적 물성 부족, 뭉침 현상 및 이물감, 성형불량, 품질불량 등의 문제점을 해결하여 기계적 물성, 성형성 등 포장재로서의 일반적인 물성이 우수하면서도 동시에 숯을 함유하여 부패균억제, 오염입자 및 냄새 흡착, 원적외선 및 음이온 방사, 정전기 방지 등의 기능성을 갖는 플라스틱 포장재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 포장재로서의 물성을 유지하며 숯을 함유하는 이러한 기능성 플라스틱 포장재를 필름, 시트, 용기 등의 다양한 성형형태로 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 성형되는 플라스틱 포장재의 두께에 따라 수지와 혼화되는 분말 숯의 입자크기, 수지에 대한 사용량, 입자크기의 균일도를 조절한 플라스틱 포장재의 제조방법을 제공한다.

구체적으로 본 발명에서는,

평균직경 13㎛(1000mesh) 이하이고 95% 이상의 입자균일도를 갖는 분말 숯을 고분자 합성수지 중에 0.2~1 중량%로 포함시켜 혼화하는 것과, 상기 혼화된 수지-숯 혼화물을 두께 0.01㎜~0.11㎜의 플라스틱으로 성형하는 것을 포함하는 숯이 함유된 두께 0.01㎜~0.11㎜의 플라스틱 포장재를 제조하는 방법이 제공된다.

또한 본 발명에서는,

평균직경 28㎛(500mesh) 이하이고 90% 이상의 입자균일도를 갖는 분말 숯을 고분자 합성수지 중에 1~5 중량%로 포함시켜 혼화하는 것과, 상기 혼화된 수지-숯 혼화물을 두께 0.12㎜~2.0㎜의 플라스틱으로 성형하는 것을 포함하는 숯이 함유된 두께 0.12㎜~2.0㎜의 플라스틱 포장재를 제조하는 방법이 제공된다.

또한 본 발명에서는,

평균직경 43㎛(325mesh) 이하이고 80% 이상의 입자균일도를 갖는 분말 숯을 고분자 합성수지 중에 1~14 중량%로 포함시켜 혼화하는 것과, 상기 혼화된 수지-숯 혼화물을 두께 2.0㎜ 이상의 플라스틱으로 성형하는 것을 포함하는 숯이 함유된 두께 2.0㎜ 이상의 플라스틱 포장재를 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명에서는 이질적인 분말 숯과 수지의 혼화성 부족으로 발생하는 기계적 물성 저하, 뭉침 현상(이물감), 성형불량, 품질불량 등의 문제점을 해결하고, 기계적 물성, 성형성, 표면상태 등에서 플라스틱 포장재의 일반적인 물성 및 상품성을 유지하면서 동시에 숯의 함유에 따른 기능성을 갖는 숯이 함유된 기능성 플라스틱 포장재가 제공된다. 본 발명의 포장재는 부패균억제, 오염입자 및 냄새 흡착, 원적외선 및 음이온 방사, 정전기 방지 등의 기능성을 갖고 있어, 음식물로부터 발생되는 악취 및 암모니아 가스를 현저히 감소시킬 수 있고, 부패의 진행 속도를 늦추는 신선보관 및 항균보관 용도로 사용될 수 있으며, 특히 사과나 배를 비롯한 여러 과일의 숙성을 억제하고, 과일로부터 나오는 에틸렌 가스를 흡착하여 신선도를 유지시키는 기능성 포장재(난좌 등)로 활용될 수 있다. 또한, 본 발명의 포장재는 통상적인 비닐제품에 많이 발생되는 정전기 문제가 숯의 함유로 해결되어 그 동안 식자재 등의 자동포장을 위해 별도의 대전방지 처리를 하고 있는 일반 비닐 포장재를 대체하여 완벽한 대전방지 기능이 있는 자동포장용 비닐 포장재로 사용될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 제조예 1에서 제조한 포장재의 조직 상태를 확대한 모식도이며, 도 1b는 입자크기와 균일도가 조절되지 않아 숯 입자가 고르게 분산되지 않은 경우의 조직 상태를 예시적으로 보여주는 모식도이다.
도 2는 포장재에서 숯의 함량에 따른 세균 감소율을 비교하여 나타낸 그래프로 도 2a는 필름 포장재의 시험결과이며, 도 2b는 시트 포장재의 시험결과이다.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 포장재와 일반 포장재의 경과시간에 따른 암모니아 가스 탈취 효과를 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의해 제조된 포장재에서 숯의 함량과 경과시간에 따른 에틸렌가스의 탈취 효과를 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 의해 제조된 포장재에서 숯의 함량에 따른 성형 불량률을 나타낸 그래프로, 도 5a는 필름 포장재의 시험결과이며, 도 5b는 시트 포장재의 시험결과이다.
도 6은 분말 숯의 입자크기를 측정하여 분포도로 나타낸 것이다.
도 7은 포장재에서 분말 숯 입자의 균일도 차이에 따른 포장재의 표면 상태를 확대하여 촬영한 사진으로, 도 7a, b는 필름 포장재의 사진이며, 도 7c, d는 시트 포장재의 사진이다.
도 8은 포장재에서 숯 함유량에 따른 대전방지 효능을 시험한 결과를 보여주는 그래프이다.

분말 숯 입자의 크기

숯에는 수많은 기공이 형성되어 있으므로, 성형(사출, 압출, 진공주형, 압공, 코팅 등) 시의 온도 상승에 따라 숯 내부 기공속의 공기가 팽창 방출되면 핀홀이 발생되고, 이는 품질저하 및 불량으로 이어진다. 본 발명에서는 이렇게 핀홀이 발생되는 문제가 분말 숯 입자의 기공에서 방출되는 공기량과 제품의 두께가 서로 상관성을 갖기 때문인 것으로 보고, 핀홀 발생을 방지하기 위해 성형되는 플라스틱 포장재의 두께에 따라 분말 숯 입자의 크기를 달리한다. 두께 0.01㎜~0.11㎜의 플라스틱의 경우 분말 숯 입자는 평균직경 13㎛(1000mesh) 이하, 바람직하게는 평균직경 2~13㎛이다. 두께 0.12㎜~2㎜의 플라스틱의 경우 분말 숯 입자는 평균직경 28㎛(약 500mesh) 이하, 바람직하게는 평균직경 5~28㎛이다. 두께 2㎜ 이상의 플라스틱의 경우 분말 숯 입자는 평균직경 43㎛(325mesh) 이하, 바람직하게는 평균직경 10~43㎛이다.

분말 숯 입자의 함량

숯을 함유한 플라스틱 포장재는 함유된 분말 숯이 포장재의 기본적인 상품성을 훼손하지 않아야 실용성을 가질 수 있다. 두께 0.01㎜~0.11㎜의 플라스틱은, 예를 들어, 블로우 성형된 필름형태의 비닐이 될 수 있는데, 야채를 비롯한 식자재 포장 등에 주로 사용될 수 있다. 이러한 용도로 사용되는 비닐 포장백은 기본적으로 상당한 정도의 투명도가 요구된다. 수지 내 숯의 함유량을 0.2~1 중량%로 할 경우 숯의 기능성은 유지하면서도 가시적인 투명도와 비닐 포장백으로서의 상품성을 확보할 수 있다.

두께 0.12㎜~2㎜의 플라스틱은, 예를 들어, 압출성형된 시트제품이 될 수 있는데, 이 종류의 제품은 사출성형 제품 보다는 두께가 얇으며, 주로 일회성이 강한 식자재 용기를 비롯한 과일 포장용 난좌 등으로 사용될 수 있다. 시트제품은 수지 내 숯의 함유량 1~5 중량%의 범위에서 안정적인 시트압출 및 시트압출 후 압공 또는 코팅 시 양산성을 확보할 수 있다. 또, 2.4 중량% 이하에서는 최소한의 내용물이 보이게 하는 투명성을 확보할 수 있다.

두께 2㎜ 이상의 플라스틱은, 예를 들어, 밀폐용기, 쓰레기통, 분리수거용기 등의 사출성형 제품이 될 수 있다. 일회용 성격이 강한 필름형태의 비닐이나 시트제품과 달리 사출제품은 기계적 물성이 중요시된다. 사출제품의 기계적 물성은 인장강도, 신장률, 충격강도, 경도 등으로 요약되는데, 수지 내 숯 함유량을 14 중량% 이하로 사용할 경우 숯과의 혼화로 인한 문제가 극복되고 기계적인 물성에서 일반 포장재와 큰 차이가 나지 않는다. 바람직하게는 수지 내 숯 함유량을 5~14 중량%로 한다.

분말 숯 입자의 균일도

분말 숯 입자의 균일도 또한 혼화로 인한 문제점을 최소화하는데 중요한 요소가 된다. 시판되는 일반적인 분말 숯 입자의 경우 입자 분포를 보면, 평균값 보다 5배 이상 고운 미립자 군이 약 15 % 정도 포함되며, 반면 평균값 보다 큰 입자 군이 약 10% 정도로 포함되는 것으로 입도 분석을 통해 확인되었다. 평균보다 고운 미립자의 경우는 부피 편차로 인하여 제품의 표면에 뿌연 앙금형태로 남게 되며, 또 분말 숯과 색상을 내는 마스터배치가 동시에 사용될 경우 균일도 차이가 색상의 차이로도 이어져 품질불량의 원인이 된다. 반면 평균보다 큰 입자군은 이물감에 의한 품질 불량이 나타나게 된다.

비닐 포장백처럼 두께가 얇고 가시적인 투명성이 요구되는 경우, 입자 균일도가 떨어질 경우 큰 입자에 의한 이물감이 시각적으로도 드러나게 된다. 따라서 두께 0.01㎜~0.11㎜의 플라스틱은 입자의 뭉침(이물감) 현상을 막고 양산성을 확보하기 위해 95% 이상의 입자균일도가 요구된다. 또, 비닐 포장백에 비하여 상대적으로 두껍고 가시적인 투명도의 요구가 덜한 두께 0.12㎜~2㎜의 시트제품 등은 입자균일도 90% 이상에서 뭉침(이물감) 현상을 막고 품질의 안정을 확보할 수 있다. 또, 두께 2㎜ 이상의 사출제품의 경우 투과성 보다는 기계적인 물성이 중요시되고 두께가 두꺼워 비닐이나 시트제품 보다 완화된 입자균일도로도 가능하므로, 바람직한 입자균일도는 80% 이상이면 된다.

본 발명의 숯이 함유된 플라스틱 포장재의 제조방법에서 분말 숯과 수지를 혼화하여 플라스틱을 성형하는 방법은, 분말 숯과 수지를 잘 혼화한 후 바로 플라스틱을 성형하는 방법과, 먼저 분말 숯과 수지를 혼화하여 마스터배치를 만든 후 이 마스터배치를 원하는 제품에 맞도록 플라스틱을 성형하는 방법이 모두 가능하다. 후자의 경우, 바람직하게는 고분자 합성수지와 분말 숯을 진공이 걸린 압출기로 혼련 압출시켜 칩 형태의 마스터배치를 만든 후 이 칩을 블로우성형, 압출성형, 사출성형 등의 다양한 방법으로 플라스틱 성형한다. 본 발명에서 분말 숯이 혼화되는 고분자 합성수지로는, PE(polyethylene); PP(polypropylene); ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer); OPP(Oriented polypropylene); PET(polyethylene terephthalate); PC(polycarbonate); PS(polystyrene); PSP(polystyrene paper); GPPS(general purpose polystyrene) 등이 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.

본 발명에서 "플라스틱 포장재"는 형태를 불문하고 포장 또는 수납 용도로 사용될 수 있는 모든 플라스틱 제품을 의미하며, 예를 들어, 필름형태의 비닐 포장백, 랩, 코팅지, 지퍼백, 시트형태의 1회용 또는 다회용 용기, 난좌, 과일포장재, 밀폐용기, 단단한 플라스틱 용기 등을 포함한다.

[실시예]

이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

제조예 1

비닐 포장백의 제조

컴파운딩 기계 내에서 폴리에틸렌 수지 100kg에 평균 직경이 약 10㎛이고 97%의 입자균일도를 갖는 분말 숯 0.5kg을 투입하면서 수지와 숯 분말을 진공상태로 혼련 압출하여 칩 형태의 마스터배치를 만들었다. 이렇게 만든 마스터 배치를 블로우 성형으로 두께 0.05㎜의 필름을 만들고, 이 필름을 재단하여 숯이 함유된 폴리에틸렌 지퍼백을 만들었다.

이렇게 제조된 비닐포장백(지퍼백)의 단면을 도 1a에 모식도로 나타내었다. 본 발명에 따라 제조된 포장재는 두께에 따라 입자크기와 입도분포를 조절함으로써 숯 입자가 표면에 돌출되지 않고 포장백의 표면이 전체적으로 뭉치거나 이물감 없이 매끈한 상태를 유지할 수 있다. 반면 도 1b는 숯 입자가 고르게 분산되지 않고 입자크기가 적절하지 않아서 숯 입자가 표면에 돌출된 상태를 예시적으로 도시한 것으로, 이러한 상태에서는 숯이 묻어나고, 이물감, 숯과 수지가 접하는 부분의 물성저하 등의 문제점이 나타나 포장재로서 기능할 수 없게 된다.

제조예 2

과일포장용 난좌의 제조

컴파운딩 기계 내에서 폴리에틸렌 수지 100kg에 평균 직경이 약 20㎛이고 92%의 입자균일도를 갖는 분말 숯 2kg을 투입하면서 수지와 숯 분말을 진공상태로 혼련 압출하여 칩 형태의 마스터배치를 만들었다. 이렇게 만든 마스터 배치를 압출성형으로 두께 0.8㎜의 시트를 만들고, 이 시트를 압공하여 과일포장용 난좌를 만들었다.

제조예 3

밀폐용기의 제조

컴파운딩 기계 내에서 폴리에틸렌 수지 100kg에 평균 직경이 약 35㎛이고 85%의 입자균일도를 갖는 분말 숯 7kg을 투입하면서 수지와 숯 분말을 진공상태로 혼련 압출하여 칩 형태의 마스터배치를 만들었다. 이렇게 만든 마스터 배치를 사출성형으로 두께 3㎜의 밀폐 용기를 만들었다.

실험예 1

살균력 시험

(1) 필름의 살균력

제조예 1과 동일하게 하면서 폴리에틸렌 수지에 함유되는 분말 숯의 함량만 0 중량%, 0.1 중량%, 0.3 중량%, 1 중량%로 하여 비닐포장백을 제조한 후 제조예 1에서 제조된 0.5 중량% 포장백과 함께 숯 함유량에 따른 살균력을 비교시험하였다. 살균력은 가압밀착법을 이용하여 세균 감소율을 측정하였다. 시험균액을 25℃에서 24시간 정치 배양 후 균수를 측정하였으며, 시료 면적은 60㎠로 하였고 사용 공시균주는 대장균(Escherichia coli) ATCC 25922로 하였다. 결과는 도 2a와 같다. 숯 0.1% 함유시 살균력 40%, 0.5% 함유시 살균력 81%, 1% 함유시 살균력 93%로, 분말 숯의 함유량이 증가함에 따라 세균 감소율도 크게 증가하였으며, 숯 함량 0.5% 이상에서 한계 살균력이 체감되었다. 한편 숯의 함량이 높아짐에 따라 내용물 확인이 어려울 정도로 제품의 투명도가 떨어지게 되었다. 따라서 제품의 상품성을 고려할 때 숯의 함량은 수지 중에 0.2~1 중량% 정도가 적절한 것으로 판단되었다.

(2) 시트의 살균력

제조예 2와 동일하게 하면서 폴리에틸렌 수지에 함유되는 분말 숯의 함량만 0 중량%, 0.5 중량%, 1 중량%, 3 중량%, 및 5 중량%로 하여 시트를 제조한 후 숯 함유량에 따른 살균력을 비교시험하였다. 살균력은 가압밀착법을 이용하여 세균 감소율을 측정하였다. 시험균액을 25℃에서 24시간 정치 배양 후 균수를 측정하였으며, 시료 면적은 60㎠로 하였고 사용 공시균주는 대장균(Escherichia coli) ATCC 25922로 하였다. 결과는 도 2b와 같으며, 필름과 마찬가지로 분말 숯의 함유량이 증가함에 따라 세균 감소율도 증가하였다. 숯의 함량은 수지 중에 1~5 중량% 정도가 적절한 것으로 판단되었다. 한편 숯의 함량이 높아짐에 따라 제품의 투명도가 떨어지게 되는데, 2.4 중량% 이하에서 최소한의 투명성을 확보할 수 있었다.

실험예 2

탈취효과 시험

제조예 1과 동일하게 하면서 폴리에틸렌 수지에 함유되는 분말 숯의 함량만 1 중량%로 하여 만든 비닐포장백(포장재)과 숯이 함유되지 않은 일반 포장재의 암모니아 가스 탈취 효과를 경과시간에 따라 비교하였다. 시험방법은 숯이 함유된 포장재와 일반 포장재를 탈취용기 5L에 담아 암모니아를 150ppm을 넣고 120분 후, 경과시간에 따른 탈취율을 가스검지관법으로 측정하였다. 검사결과는 도 3과 같다. 검사 결과 일반 포장재의 경우 120분 경과 후 암모니아가스 농도가 145ppm 인데 비해 숯이 함유된 포장재의 경우 4ppm으로 암모니아가스 탈취율이 무려 97%에 달해 매우 양호한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 발명의 숯이 함유된 포장재가 악취제거 및 육류보관에 매우 유용함을 시사한다.

실험예 3

에틸렌가스 흡착능 시험

제조예 1과 동일하게 하면서 폴리에틸렌 수지에 함유되는 분말 숯의 함량을 각각 0.5 중량%, 1 중량%로 하여 만든 비닐포장백과 숯이 함유되지 않은 비닐(resin)를 대상으로 에틸렌가스 흡착능을 비교시험하였다. 먼저 시험을 위해 숯이 함유되지 않은 비닐("resin"으로 표시: 대조군) 및 숯 함유 포장재 2종(각각 분말 숯 0.5%, 1% 함유)을 동일한 규격(15×15cm)으로 절단한 후, 2L 밀폐용기에 각각 넣고 가스포집용 주사기를 이용하여 에틸렌 가스 180ppm을 용기 내에 주입하였다. 그런다음 상온에서 10시간 동안 용기 내의 에틸렌 함량 변화를 조사하였다. 용기 내 에틸렌 함량은 GC(Hewlett Packard 5890Ⅱ)를 이용하여 측정하였다. 조건은 column oven 온도 200℃, FID detector 온도 200℃에서 0.5mL씩 주입하여 측정하였고, column은 carboxen^TM 1006PLOT, 30m×0.53㎜(SUPELCO Inc., USA)를 사용하였다. 결과는 도 4와 같다.

용기 내의 에틸렌 함량은 저장 1시간 후, 대조군에서는 179ppm으로 소폭 감소한 반면, 분말 숯 0.5% 함유 비닐에서는 172ppm, 그리고 1% 함유 비닐에서는 166ppm으로 큰 폭으로 감소하였다. 이러한 결과는 에틸렌이 상품의 품질에 영향을 미치는 초기에(1시간 전후) 흡착 또는 제거하였을 때 장기 보존율을 높일 수 있다는 연구논문(정천순 jeong, C.S., S.M. Park, and W.H. Kang. 2003. Effects of charcoal-added functional paper on keeping leafy lettuce fresh during marketing. Kor. J. Hort. Sci. Technol. 21:102-105.)에 비추어 볼 때 숯 함유 포장재를 사용할 경우 현저한 신선도 우위를 나타낼 수 있음을 의미한다. 또한 저장기간이 연장됨에 따라 에틸렌 함량이 전 처리구에서 큰 폭으로 감소하는 것도 확인되었는데, 이는 포장재 자체의 기체투과도에 의한 것으로 파악된다.

실험예 4

숯 함량에 따른 성형성 시험

(1) 필름의 성형성

제조예 1과 동일하게 하면서 폴리에틸렌 수지에 함유되는 분말 숯의 함량만 0 중량%, 1.5 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 3 중량%, 3.5 중량%로 하여 비닐포장백을 제조하면서 성형성을 평가하였다. 결과는 도 5a와 같다. 비닐 제품의 경우 분말 숯 함량 3% 이하에서는 원단성형 불량률이 2% 이하로 안정된 성형성을 보였으며, 3% 이상이 되면서 핀홀 발생으로 원단성형 불량률이 8%로 급격히 증가되었다.

(2) 시트의 성형성

제조예 2와 동일하게 하면서 입자 크기 약 28㎛의 분말 숯을 사용하고 폴리에틸렌 수지에 함유되는 분말 숯의 함량만 0 중량%, 11 중량%, 12 중량%, 13 중량%, 14 중량% 및 15 중량%로 시트를 성형하였다. 이 시트를 진공 주형하여 0.92㎜ 두께의 식품용기(145*195*95㎜)로 제작하면서 분말 숯의 함량에 따른 성형 불량률을 평가하였다. 결과는 도 5b와 같다. 분말 숯의 함량이 점증함에 따라서 불량률도 높아졌는데, 분말 숯의 함량 14% 이하에서는 불량률이 3% 이하로 어느 정도 안정된 성형성을 보였으며, 14% 이상에서는 핀홀과 분말 숯의 분산성 저하 등이 급격이 증가되어 이로 인한 불량률이 10%에 근접되는 것으로 나타났다.

필름과 시트 모두에서 분말 숯의 함량이 높을수록 물성이 저하되고 성형 불량률이 높은 것으로 나타났다.

실험예 5

분말 숯의 입자크기 균일도에 따른 성형성 시험

(1) 분말 숯의 입자크기 균일도

먼저, 원료로 사용되는 시판 분말 숯의 입자크기 균일도를 평가하였다. 평균 입자크기(직경) 13㎛(1,000mesh)의 분말 숯의 균일도를 Beckman Coulter사의 LS 13320 입도분석기(Laser 회절방식)로 0.4~20.0 ㎛ 범위에서 건식으로 측정하였다. 그 결과는 도 6과 같으며, 입자의 균일도 분포가 넓게 형성되어 있는 것으로 나타났다. 평균 입자크기 43㎛(325mesh)와 28㎛(500mesh)의 분말 숯에 대해서도 균일도를 측정한 결과, 역시 13㎛(1,000mesh)와 비슷한 분포를 갖는 것으로 나타났다.

(2) 분말 숯의 입자크기 균일도에 따른 포장재의 표면 상태

제조예 1과 동일하게 하면서 폴리에틸렌 수지에 함유되는 분말 숯을 입자크기 13㎛(1000mesh)이며 입자균일도가 각각 80% 이하인 것과 95% 이상인 것을 사용하여 포장백용 필름을 성형하였다. 성형된 필름의 표면을 확대 촬영하였으며, 그 결과를 각각 도 7a 및 7b로 나타내었다. 균일도 80% 이하에서는 거친 분말 숯 입자로 인해 표면의 분말 숯이 묻어나오는 현상이 나타나 상품성이 크게 떨어졌으며, 반면 균일도 95% 이상에서는 깨끗한 표면을 갖는 것으로 확인되었다.

또, 제조예 2와 동일하게 하면서 폴리에틸렌 수지에 함유되는 분말 숯을 입자크기 28㎛(500mesh)이며 입자균일도가 각각 80% 이하인 것과 90% 이상인 것을 사용하여 시트형태로 압출 성형하였다. 성형된 시트의 표면을 확대 촬영하였으며, 그 결과를 각각 도 7c 및 7d에 나타내었다. 균일도 80% 이하에서는 거친 분말 숯 입자로 인해 표면의 분말 숯이 묻어나오는 현상이 나타나 상품성이 크게 떨어졌으며, 반면 균일도 90% 이상에서는 깨끗한 표면을 갖는 것으로 확인되었다.

(3) 수지에 함유되는 분말 숯에 대해 동일한 평균 입자크기에서 입자크기의 균일도만 달리하면서 사출성형, 압출성형, 진공주형, 블로우성형 등의 방법으로 다양한 형태로 성형한 결과 동일한 평균 입자크기에서도 입자크기 균일도에 따라 두께가 얇은 비닐제품과 시트제품에서는 이물감이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또 이러한 균일도 영향평가를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

① 두께 0.01㎜~0.11㎜ 이하의 비닐제품의 경우, 다양한 입자크기와 균일도를 가진 분말 숯으로 블로우성형을 통해 다양한 제품을 성형한 결과, 분말 숯의 입자크기 13㎛(1000mesh) 이하에서는 외관의 이물감 및 뭉침 현상 등의 상품성이 입자균일도에 영향을 받는 것으로 나타났으며, 입자균일도 95% 이상에서 이물감 및 뭉침 현상이 없는 우수한 외관 상품성을 확보할 수 있었다.

② 두께 0.12㎜~2㎜ 이하의 압출성형 시트 제품의 경우, 입자 크기 28㎛(500mesh) 이상에서는 불규칙한 입자로 인한 이물감을 해소할 수 없었다. 따라서 입자크기는 적어도 28㎛(500mesh) 이하로 하며, 28㎛(500mesh) 이하의 입자크기에서는 외관의 이물감 및 뭉침 현상 등이 입자균일도에 영향을 받는 것으로 나타났으며, 입자균일도 90% 이상에서 이물감 및 뭉침 현상이 없는 우수한 외관 상품성을 확보할 수 있었다.

③ 두께 2㎜ 이상의 밀폐용기, 쓰레기통, 분리수거용기 등과 같은 사출성형 제품은 분말 숯 입자의 크기가 43㎛(325mesh) 이하면 특별한 제약을 받지 않고 제품화가 가능하였으며, 입자균일도도 80% 이상이면 불규칙한 분말 숯 입자의 표면 노출로 인한 거친 이물감 현상이 없는 우수한 외관 상품성을 확보할 수 있었다.

실험예 6

대전방지효과 시험

(1) 제조예 1과 동일하게 하면서 폴리에틸렌 수지에 함유되는 분말 숯의 함량만 0 중량%, 0.5 중량%, 1 중량%, 1.5 중량% 및 2 중량%로 하여 필름(포장재)을 제조한 후 정전기 발생량을 측정하였다. 제조한 포장재에서 발생하는 박리대전의 정전기를 10%의 습도조건하에서 측정하였으며, 결과는 도 8과 같다. 숯 함유량 0.5%, 1%, 2%의 순으로 정전기의 발생이 줄어드는 것으로 나타났으며, 함유량 대비 대전방지 효과로는 숯 함유량 0.5%가 효율성이 높았다.

10: 고분자 합성수지 11: 분말 숯 입자
20: 비닐 포장백 30: 내용물

Claims (8)

1. 평균직경 13㎛(1000mesh) 이하이고 95% 이상의 입자균일도를 갖는 분말 숯을 고분자 합성수지 중에 0.2~1 중량%로 포함시켜 혼화하는 것과,
   상기 혼화된 수지-숯 혼화물을 두께 0.01㎜~0.11㎜의 플라스틱으로 성형하는 것을 포함하는 숯이 함유된 두께 0.01㎜~0.11㎜의 플라스틱 포장재를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 성형은 필름형태로 블로우 성형하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 평균직경 28㎛(500mesh) 이하이고 90% 이상의 입자균일도를 갖는 분말 숯을 고분자 합성수지 중에 1~5 중량%로 포함시켜 혼화하는 것과,
   상기 혼화된 수지-숯 혼화물을 두께 0.12㎜~2.0㎜의 시트형태 플라스틱으로 성형하는 것을 포함하는 숯이 함유된 두께 0.12㎜~2.0㎜의 플라스틱 포장재를 제조하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 성형은 압출 성형이며, 상기 플라스틱 포장재는 1회용 용기; 다회용 용기; 난좌; 과일포장재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 평균직경 43㎛(325mesh) 이하이고 80% 이상의 입자균일도를 갖는 분말 숯을 고분자 합성수지 중에 1~14 중량%로 포함시켜 혼화하는 것과,
   상기 혼화된 수지-숯 혼화물을 두께 2.0㎜ 이상의 단단한 플라스틱 용기로 성형하는 것을 포함하는 숯이 함유된 두께 2.0㎜ 이상의 플라스틱 포장재를 제조하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 성형은 사출 성형인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼화는 분말 숯을 고분자 합성수지에 혼련 압출시켜 칩 형태의 마스터배치를 만드는 것을 포함하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 고분자 합성수지는 PE(polyethylene); PP(polypropylene); ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer); OPP(Oriented polypropylene); PET(polyethylene terephthalate); PC(polycarbonate); PS(polystyrene); PSP(polystyrene paper); 및 GPPS(general purpose polystyrene)로 구성된 군으로부터 1종 이상 선택되는 방법.

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