KR101005108B1 - 고강도 일회용 종이 성형물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도 일회용 종이 성형물의 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 (a) 펄프 용액과 플라스틱 분말 또는 섬유를 혼합하여 0.1∼10중량%의 펄프농도 및 상기 펄프 무게대비 0.1 내지 60중량%의 플라스틱을 포함하는 원료용액을 제공하는 단계; (b) 상기 원료 용액의 농도가 0.1∼5중량%가 되도록 조절한 후 원하는 형상으로 성형하는 단계; 및 (c) 상기 성형물을 80∼400℃의 온도하에서 2∼600초 동안 건조시키는 단계;를 포함하는 고강도 일회용 종이 성형물의 제조방법에 관한 것이다.

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Description

고강도 일회용 종이 성형물의 제조방법{Method for preparing a disposable paper-forming product exhibiting high strength}

본 발명은 고강도 일회용 종이 성형물의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 생분해성 능력을 가지는 친환경성 플라스틱을 포함하는 플라스틱류를 효율적으로 일회용 종이 성형물에 적용시켜 고강도를 갖는 일회용 종이 성형물의 제조방법에 관한 것이다.

생활수준이 향상되면서 환경과 건강에 대한 관심이 높아지고 있는 반면, 생활주변은 각종 유해물질들이 강이나 하천 등을 오염시키고 있어서 이러한 오염물질로부터 벗어날 수 있는 방법을 찾으려는 노력들이 오늘날 중요한 산업분야로 자리 잡고 있다.

이에 따라 음식물 보관이나 포장을 위하여 일회용 플라스틱 용기들이 생산 유통되고 있는 실정이다. 그러나 플라스틱이 가지는 인체에 대한 유해성 및 자연파괴성으로 인하여 여러 가지 문제점들이 제기되고 있다.

이러한 문제점들로 인하여 최근에는 인체에 무해하고 플라스틱에 비하여 상대적으로 자연분해 속도가 빠른 제지(펄프)를 이용한 일회용 종이 성형물의 제조가 다양한 용도로 개발되어 식료품의 위생적인 보관 뿐만 아니라 유해한 성분을 포함한 플라스틱 용기로부터 인류의 건강을 지켜주고 있다고 볼 수 있다. 따라서, 일회용 종이 성형물의 제조가 다양한 용도로 발전되어 가면서 새로운 물성, 새로운 기능을 발휘하는 재료들도 적극적으로 개발되어가고 있는 실정이다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는 항균성 일회용 종이 성형물의 제조방법을 개시하고 있다.

일회용 종이 성형물은 플라스틱 용기에 비하여 친환경적인 장점은 있으나 음식물 보관에 있어서 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 그중에서도 플라스틱에 비하여 강도가 저하되어 상대적으로 중량이 무거운 음식물을 장기 보관할 경우 뒤틀림 등과 같은 보관 용기의 형태 변형이 빈번히 발생되고 있다. 이러한 이유로 인하여 현재까지도 일회용 플라스틱 용기가 음식물 보관에 많이 이용될 수 밖에 없는 실정이다.

한편, 일반적인 합성 플라스틱은 인류에게 사용상 많은 편의점들을 제공해 주고 있으나, 사용 후 자연적으로 분해되지 않는 물성으로 인하여 환경적으로 크나큰 문제점을 안고 있다. 이에 미생물이나 빛에 의해 썩거나 분해되는 생분해성 플라스틱에 대한 연구개발과 산업화가 적극적으로 추진되고 있다.

이에 특허문헌 2에서는 종이 성형물에 환경친화적인 생분해성 수지를 일정 두께로 도포하여 일회용 종이컵을 형성한 후, 일정한 온도를 유지하는 가열장치를 경유하게 되면 원지에 함유된 수분에 의해 생분해성 수지가 발포되고, 이 발포된 생분해성 수지에 의해 단열성과 기밀성이 증대될 뿐만 아니라 환경오염을 방지할 수 있도록 하는 생분해성 수지 발포층이 형성된 일회용 종이컵을 개시하고 있다.

그러나, 이러한 생분해성 수지를 일회용 종이 성형물에 코팅하여 이용하기에는 고가의 코팅장치 및 복잡한 코팅공정이 요구될 뿐만 아니라 생분해성 수지가 다량 사용되어야 하므로 경제적인 측면에서 적용이 어려운 단점이 있다.

특허문헌 1: 한국 등록특허 제10-0671983호

특허문헌 2: 한국 공개특허 제2007-0068331호

이에 본 발명에서는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 플라스틱을 일회용 종이 성형물의 제조과정에 혼합 사용함으로써 플라스틱의 사용량을 최소화하면서 공정을 단순화하여, 적은 비용으로도 고강도를 가지는 종이 성형물을 제조할 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 단순한 공정과 적은 비용으로도 플라스틱 용기의 강도를 가지는 친환경성 일회용 종이 성형물을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고강도 일회용 종이 성형물의 제조방법은 (a) 펄프 용액과 융점이 30∼250℃인 플라스틱 분말 또는 플라스틱 섬유를 혼합하여 0.1∼10중량%의 펄프농도 및 상기 펄프 무게대비 0.1 내지 60중량%의 플라스틱을 포함하는 원료용액을 제공하는 단계; (b) 상기 원료 용액의 농도가 0.1∼5중량%가 되도록 조절한 후 원하는 형상으로 성형하는 단계; 및 (c) 상기 성형물을 80∼400℃의 온도하에서 2∼600초 동안 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방법에 있어서, 상기 플라스틱 분말 또는 플라스틱 섬유는 생분해성 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)인 것을 특징으로 한다.

상기 방법에 있어서, 상기 생분해성 수지는 PLA(Poly Lactic Acid)인 것을 특징으로 한다.

상기 방법에 있어서, 상기 플라스틱 분말 또는 플라스틱 섬유의 직경은 1∼10,000㎛이고, 길이는 0.1∼50㎜인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플라스틱류를 포함한 종이 성형물은 플라스틱 성형물의 비 환경적인 문제와 일회용 종이 성형물의 낮은 강도에 대한 문제점을 동시에 해결하여 식품용 포장 용기 등의 사용에 있어 보다 안정적이고 다양한 음식물을 보관 유통할 수 있도록 도와줄 것으로 기대된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 일회용 종이 성형물의 제조방법을 나타낸 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 설명하면, 1차 원료인 펄프와 물을 해리(믹서) 장치에 투입하고, 2차로 플라스틱 분말 및/또는 섬유를 투입하여 희석한다.

본 발명에 있어서, 상기 플라스틱은 융점이 30∼250℃인 생분해성 수지의 분말 또는 섬유, 일반 플라스틱의 분말 또는 섬유, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 생분해성 수지는 폴리라틱산(Poly Lactic Acid: 이하 "PLA"라 함)이 바람직하고, 일반 플라스틱은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등이 사용될 수 있다. 상기 플라스틱의 융점이 30℃ 미만이면 성형물의 기계적 물성이 떨어지고, 250℃를 초과하면 펄프와 플라스틱 수지와의 결합력이 떨어지거나 성형물이 변색되는 경향이 있다.

상기 PLA는 여러 산업분야에 가장 많이 적용되고 있는 생분해성 플라스틱 중 하나이다. PLA는 유산이라고 하는 생체 내에 존재하는 저분자량 화합물의 중합체이다. 산업적으로 이용하는 PLA의 제조는 광합성 단계에서 공기로부터 흡수하여 곡물 등의 녹말로 저장되고 그 녹말을 분해하여 자연 이당류로 바꾼 후 발효작용과 분리/중합을 이용하여 고분자 구조의 형태로 만들게 된다. 따라서 PLA는 매년 재생되는 자원에서 추출하기 때문에 석유에서 뽑아낸 석유화학 플라스틱과 비교하여 약 50%의 적은 연료만으로 생산될 수 있다는 장점이 있다. 또한 공급원료인 곡물을 심을 때 대기로부터의 이산화탄소를 감소시키고 자연분해되어 다시 지구로 환원되므로 가장 이상적인 생분해성 플라스틱이라고 말할 수 있다.

그러나 일반 일회용 플라스틱 용기 대신에 PLA를 사용하기에는 고가의 제조 비용으로 인하여 대체가 어려울 수 밖에 없다. 현재에도 PLA 용기들이 시판되고 있으나 고비용으로 인하여 아주 일부분에만 적용되고 있는 실정이다.

이에 비하여 원료 비용이 상대적으로 저렴한 종이 성형물에 플라스틱의 강도를 가지면서 생분해되는 PLA를 적용한다면 자연친화적이고 우수한 강도를 가지는 저가의 성형물이 제조될 것이다. 또한, 본 발명에서는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 일반 플라스틱류도 단독 또는 상기 생분해성 수지와 함께 종이 성형물에 첨가될 수 있다.

본 발명에 따르면, 물과 펄프, 플라스틱 분말 또는 섬유가 투입된 원료를 혼합하여 0.1∼10중량%의 펄프농도 및 상기 펄프 무게대비 0.1 내지 60중량%의 플라스틱의 농도를 갖도록 교반한 후, D.D.R(Double Disk Refiner)을 거쳐 기계에서 성형하기 좋은 조건인 농도 0.1∼5중량%로 조정하여 여러 형상의 성형물을 제조한다. 여기서, 상기 원료 용액 중에 펄프 농도가 0.1중량% 미만이면 대부분 물이므로 성형 시간이 많이 소요되고, 10중량%를 초과하면 제품 중량 조정이 어렵고 성형하는 시간도 길게 소요된다. 또한, 상기 플라스틱이 펄프 무게대비 0.1중량% 미만이면 강도 보강의 효과가 낮고, 60중량%를 초과하면 플라스틱의 형상을 나타내며 고비용이 소요된다.

아울러, 성형시 상기 원료 용액의 농도가 0.1중량% 미만이면 성형하는데 시간이 많이 소요되고, 5중량%를 초과하면 제품의 중량 조절이 어렵고 성형하는데 시간이 길게 소요된다.

본 발명에 따르면, 제조한 성형물을 80∼400℃에서 2∼600초 동안 건조하여 고강도의 일회용 종이 성형물을 제조한다. 여기서, 상기 건조온도가 상기 조건보다 낮을 경우 건조 시간이 길어지며, 상기 범위보다 높을 경우 성형물이 변색되거나 제품이 타는 경향이 있다.

본 발명에서 사용되는 상기 플라스틱은 현재 상업적으로 시판중인 플라스틱 분말(powder) 및/또는 플라스틱 섬유 단사를 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용 되는 플라스틱 분말은 직경 1∼10,000㎛를 포함하며, 플라스틱 섬유 단사는 직경 1∼10,000㎛에 길이 0.1∼50㎜가 강도 측면에서 바람직한데, 상기 직경이 1㎛ 미만이거나 길이가 0.1㎜ 미만이면 원하는 강도를 얻을 수 없거나, 제품의 탈수시 물과 함께 빠져나가 손실이 크고, 직경이 10,000㎛를 초과하거나 길이가 50㎜를 초과하면 분산이 잘 안되는 경향이 있다. 이렇게 제조된 본 발명의 성형물은 강도가 보강되어 음식물을 보다 안정적으로 보관할 수 있게 된다.

선택적으로, 본 발명에 따른 종이 성형물의 제조과정 중에 기타 첨가제로 내수제(수분의 침투 지연제) 등을 첨가할 수 있다.

따라서, 본 발명의 성형물 제조법으로 일회용 종이 성형물을 생산할 경우, 고가의 플라스틱, 특히 PLA를 소량 사용하여 성형물의 강도를 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

이하 실시 예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시 예 1

1차 원료인 펄프를 해리 장치에 물과 함께 투입하고, 1중량%의 알킬케텐트 다이머 에멀젼 내수제(Alkyl ketent dimer emulsion)와 물, 펄프 대비 15중량%의 PLA 분말(직경 평균 5∼50㎛)이 투입된 원료를 펄프 농도 4중량%로 물로 조정하고 교반하여 D.D.R을 거쳐 기계에서 성형하기 좋은 조건의 농도인 0.4중량%로 조정하며, 이로부터 얻어지는 성형물을 약 240℃에서 약 12초 동안 건조하여 고강도 일회 용 종이 성형물 시편을 제조하였고, 파열 강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

실시 예 2

1차 원료인 펄프를 해리 장치에 물과 함께 투입하고, 1중량%의 알킬케텐트 다이머 에멀젼 내수제와 물, 펄프대비 15중량%의 PLA 섬유단사(직경: 약 16㎛, 길이: 약 6㎜)가 투입된 원료를 펄프 농도 4중량%로 물로 희석하고 교반 혼합하여 D.D.R을 거쳐 기계에서 성형하기 좋은 조건의 농도인 0.4중량%로 물로 조정하며, 이로부터 얻어지는 성형물을 약 240℃에서 약 12초 동안 건조하여 고강도 일회용 종이 성형물 시편을 제조하였고, 파열 강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

실시 예 3

1차 원료인 펄프를 해리 장치에 물과 함께 투입하고, 1중량%의 알킬케텐트 다이머 에멀젼 내수제와 물, 펄프 대비 15중량%의 PET 섬유단사(직경: 약 16㎛, 길이: 약 6㎜)가 투입된 원료를 펄프 농도 4중량%로 물로 희석하고 교반 혼합하여 D.D.R을 거쳐 기계에서 성형하기 좋은 조건의 농도인 0.4중량%로 조정하며, 이로부터 얻어지는 성형물을 약 240℃에서 약 12초 동안 건조하여 고강도 일회용 종이 성형물 시편을 제조하였고, 파열 강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

※ 파열 강도 시험 결과※

KSM 7012 - 종이 및 판지의 고압 파열 강도 시험법

시험편의 종류 및 크기: 상기 성형물 종이 1.5㎜(두께) 7.0×7.0㎝

구 분	파열 강도(㎏/㎠)
실시 예 1	15
실시 예 2	12
실시 예 3	14

※ PLA를 사용하지 않은 일회용 종이 성형물의 압축강도: 4(㎏/㎠)

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 제조성형물의 강도가 크게 보강되었음을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱류을 이용한 고강도 일회용 식품용기 등의 포장재 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

Claims (4)

1. (a) 펄프 용액과 융점이 30∼250℃인 플라스틱 분말 또는 플라스틱 섬유를 혼합하여 0.1∼10중량%의 펄프농도 및 상기 펄프 무게대비 0.1 내지 60중량%의 플라스틱을 포함하는 원료용액을 제공하는 단계;

   (b) 상기 원료 용액의 농도가 0.1∼5중량%가 되도록 조절한 후 원하는 형상으로 성형하는 단계; 및

   (c) 상기 성형물을 80∼400℃의 온도하에서 2∼600초 동안 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 일회용 종이 성형물의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 플라스틱 분말 또는 플라스틱 섬유는 생분해성 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)인 것을 특징으로 하는 고강도 일회용 종이 성형물의 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 생분해성 수지는 PLA(Poly Lactic Acid)인 것을 특징으로 하는 고강도 일회용 종이 성형물의 제조방법.
4. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 플라스틱 분말 또는 플라스틱 섬유의 직경은 1∼10,000㎛이고, 길이는 0.1∼50㎜인 것을 특징으로 하는 고강도 일회용 종이 성형물의 제조방법.

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