KR101245689B1 - 밀기울을 함유하는 식품용기용 수지 조성물 및 이를 이용한 사출용기, 일회용품, 시트 및 열성형 트레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀기울을 함유하는 식품용기용 수지 조성물 및 이를 이용한 사출용기, 일회용품, 시트 및 플라스틱 트레이(Tray)에 관한 것이다.
본 발명의 식품용기용 수지 조성물은 열가소성 수지인 폴리프로필렌 60~95중량%, 밀기울 1.0~30중량% 및 상용화제 1.0~10중량%의 조성비로 구성된다. 본 발명의 수지조성물로 사출성형된 사출용기, 일회용품, 시트 또는 트레이 용기는 빵을 구울 때 나는 빵의 고유한 풍미나 향을 느낄 수 있도록 밀기울과 열가소성 수지인 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 또는 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 밀기울과 열가소성 수지를 균질하게 혼합하기 위한 상용화제(Compatibilizer)를 포함하는 사출용기, 일회용품, 시트 또는 열성형 트레이를 제공한다.

Description

밀기울을 함유하는 식품용기용 수지 조성물 및 이를 이용한 사출용기, 일회용품, 시트 및 열성형 트레이 {Resin composition for food container containing wheat bran and injection container, disposable product, sheet and thermoforming tray using the same}

본 발명은 밀기울을 함유하는 식품용기용 수지 조성물 및 이를 이용한 사출용기, 일회용품, 시트 및 열성형 트레이(Tray)에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는 빵을 구울 때 나는 빵의 고유한 풍미나 향을 느낄 수 있도록 밀기울과 열가소성 수지인 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)과 밀기울과 폴리프로필렌을 균질하게 혼합하기 위한 상용화제(Compatibilizer)를 포함하는 식품용기용 수지 조성물 및 이를 이용한 사출용기, 일회용품, 시트 및 열성형 트레이 용기에 관한 것이다.

일반적으로, 과자, 빵, 케이크 등 식품을 수납하는 플라스틱 포장상자 또는 트레이는 실용성과 경제성 및 편리성을 두루 갖추고 있어서 제과점업, 식품업 등에서 소비가 급증하고 있는 추세이다. 최근 식품용기용 또는 선물세트용 포장용기로 플라스틱제 트레이의 사용이 급증하고 있으나 대부분의 포장용기 재질은 폴리프로필렌과 같은 합성수지를 사출, 압출 및 열성형한 플라스틱제 제품이 많이 사용되고 있다.

이러한 플라스틱 소재는 편리하게 사용되고 있지만 대량으로 버려지는 플라스틱 용기, 식품포장재 등의 소각이나 매립에 따른 환경 호르몬 누출, 맹독성의 다이옥신 검출, 폐기물의 불완전 연소에 의한 대기오염 발생 등과 같은 심각한 환경오염의 원인으로 이어지고 있다. 폐플라스틱의 매립하는 경우 자연에서 분해되는 데 수백년이 걸려 환경오염의 주범으로 지적되고 있는 실정이다.

이러한 심각한 환경오염 문제를 해결하기 위해 최근 생분해성 플라스틱 연구개발이 활발한데 사용할 때는 보통 플라스틱처럼 간편하게 사용을 하고서 버려지게 되면 토양 중의 미생물에 의해 생분해되어 자연으로 빠른 시간에 순환되어 자연과 융합되어 환경오염을 일으키지 않는 환경 친화적인 생분해성 플라스틱이 중요하게 되었다. 환경오염의 방지와 자연을 지키려는 의무화의 압력이 전 세계적으로 거세지면서 독일, 이태리, 미국 등 선진 각국에서는 식품포장재, 쇼핑백, 플라스틱제 용기의 생분해성 수지 사용을 의무화하는 등 생분해성 플라스틱의 실용화가 활발히 진행되고 있다.

생분해성 플라스틱의 일회용 용기 및 봉투류는 사람들의 청정에 대한 환경인식의 변화와 정부의 지침에 의해서 사용량이 매년 증가하고 있으나 아직은 선진국에 비해서 미흡한 실정이다. 최근에는 생분해성 플라스틱의 연구가 활발하게 진행이 되어, 기존의 합성수지와 물리적인 성질 및 가공 면에서 유사하고, 사용을 하고 난 후에는 기존 합성플라스틱과는 달리 자연계의 미생물에 의해 쉽게 분해되어 자연으로 순환되어서 환경오염을 일으키지 않는 생분해성 고분자가 많이 개발되고 있다.

현재 개발되고 있는 분해성 플라스틱은 빛(주로 자외선)에 의하여 분해하는 광분해성 플라스틱과 미생물에 의해서 분해되는 생분해 성플라스틱의 2종이 주류를 이루고 있다.

지금까지 개발되어 있는 생분해성 고분자를 살펴보면 천연물 생분해성 고분자 예를 들어, 전분, 셀룰로우스, 키틴, 키토산, 천연고무, 펄프 등이 있고, 미생물 생산고분자 예를 들어, PHB(Polyhydroxybutyrate), PHV(Polyhydroxyvalerate), 풀루란, 커들란, 잔탄검, 알지네이트, 폴리아미노산(폴리글루타민산, 폴라라이신) 등이 있으며, 화학합성계 생분해성 고분자 예를들어, PLA(Polyl Lctic Acid, 폴리유산), PCL[Poly(ε-caprolactone], 폴리오르토에스테르(Polyorthoester), 포소하겐(Phosohagene), 디올/디액시드 알리파틱 폴리에스테르(Diol/Diacid Aliphatic polyester) 등이 있다.

그러나, 이들 생분해성 고분자에 들어가는 원료들이 대부분 고가이어서, 식품용기나, 선물세트 용기 등에 사용하기에는 제품의 원가를 상승시켜 소비자의 부담을 가중시키는 문제점이 있었다.

이들 화학 합성 생분해성 수지들은, 그간의 수많은 노력에도, 본격적으로 수지 재료로서 이용하기에는 문제점들이 많다. 즉, 낮은 기계적 물성과 열적 안정성, 천연 고분자 물질에 비해 낮은 생분해성, 그리고, 비록 대량생산이 가능하지만 높은 원료가로 인해서 기존의 범용성 수지에 비해 최소 7∼8배 이상인 제조 원가 등 향후의 전망이 그리 밝지 않다.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근 천연재료를 이용한 생분해성 수지조성물이 개발되고 있다.

예를 들어, 한국공개특허 제 2003-0012482호는 옥수수전분과 천연고분자화합물을 함유한 생분해성 플라스틱 용기가 기술되어 있다. 한국 특허등록 제 10-0879528호는 전분 100 중량부에 대하여, 귤파우더 20 내지 70 중량부, 소수성 물질 5 내지 70 중량부 및 물 50 내지 200 중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 조성물이 기술되어 있다. 한국 공개특허 제 10-2007-0066992호에는 수지 100중량부 당 산폐기물분말 1~50중량부 및 첨가제 0.001~30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 수지 조성물이 개시되어 있다.

이에 본 발명은 상기에서 기술한 문제점 및 실정을 감안하여, 안출된 발명으로서, 오랜 연구 끝에 폐기성 천연소재로 밀기울을 새로 발견하여 이를 활용한 저탄소, 친환경 사출용기, 일회용품, 시트 및 열성형 트레이를 개발하게 되었다. 본 발명에 사용되는 밀기울은 밀의 제분시 12~15% 발생되는 자연 부산물로 밀기울은 밀의 과피, 종피, 외배유, 호분, 배아 등이 포함되어 있으며 탄수화물 약 27%, 단백질 약 14%, 지방 약 6%, 미네랄 약 5%, 약간의 아미노산, 비타민 B군 등으로 구성되어 있다. 밀기울은 풍부하고 다양한 영양물질이 있음에도 거의 동물사료로 이용되고 있는 실정이며 소량 식품용으로도 사용된다. 이러한 밀 제분시 자연 발생되는 밀기울을 이용함으로써 옥수수전분이나, 바이오에탄올같이 곡물을 직접 이용하지 않기 때문에 국제적 식량 수급 등에 전혀 영향을 미치지 않는다

본 발명의 목적은 밀 도정업체에서 폐기되는 밀기울을 적극 활용함으로써 빵을 구울 때 나는 빵의 고유한 풍미나 구수한 향을 느낄 수 있도록 밀기울과 열가소성 수지인 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 또는 폴리스티렌(Polystyrene, PS),밀기울과 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌을 균질하게 혼합하기 위한 상용화제(compatibilizer)를 포함하는 식품용기용 수지 조성물 및 이를 이용한 사출용기, 일회용품, 시트 및 열성형 트레이를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 식품용기용 수지 조성물 및 이를 이용한 식품용기 및 플라스틱 트레이는 열가소성 수지 60~95중량%, 밀기울 1.0~30중량% 및 상용화제 1.0~10중량%의 조성비로 구성되는 수지조성물로 사출성형, 압출성형, 열성형, 압공성형되는 것을 특징으로 한다. 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리스티렌(PS)로부터 선택되며, 바람직하게는 폴리프로필렌은 식품용기 제조시에, 폴리스티렌은 포크, 스푼, 나이프 등과 같은 일회용 플라스틱 제품 성형시 사용된다.

본 발명에 따라 사출성형된 사출용기, 일회용품, 시트 또는 열성형 트레이는 빵 고유의 풍미와 향을 느낄 수 있어 소비자로 하여금 풍미를 증대시켜 식감을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 천연재료인 밀기울을 사용함으로써 제품 단가를 줄이고, 플라스틱 소재의 사용량을 감소시켜 포장재 폐기처분시 발생되는 탄소발생량을 감소시켜 환경오염을 줄일 수 있는 친환경 제품을 제공할 수 있다.

도 1은 밀기울 7.0중량%, 열가소성수지인 폴리프로필렌(PP) 88.0중량%, 및 상용화제 5.0중량%를 균질혼합하여 사출기를 통해 성형한 제품사진이다.
도 2는 밀기울 2.0중량%, 열가소성수지인 폴리프로필렌(PP) 93.0중량%, 및 상용화제 5.0중량%를 균질혼합하여 사출기를 통해 성형한 제품사진이다.
도 3은 밀기울 2.0중량%, 열가소성수지인 폴리프로필렌(PP) 86.0중량%, 및 상용화제 5.0중량%, 및 마스터배치(흰색을 내는 안료) 7.0중량%를 균질혼합하여 사출기를 통해 성형한 제품사진이다.
도 4는 압출성형된 다층 시트의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 식품용기용 수지조성물로 압출성형된 단층 시트(30)의 단면도이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴본다.

도 1은 밀기울 7.0중량%, 열가소성수지인 폴리프로필렌(PP) 88.0중량%, 및 상용화제 5.0중량%를 균질혼합하여 사출기를 통해 성형한 제품사진이다.

도 2는 밀기울 2.0중량%, 열가소성수지인 폴리프로필렌(PP) 93.0중량%, 및 상용화제 5.0중량%를 균질혼합하여 사출기를 통해 성형한 제품사진이다.

도 3은 밀기울 2.0중량%, 열가소성수지인 폴리프로필렌(PP) 86.0중량%, 및 상용화제 5.0중량%, 및 마스터배치(흰색을 내는 안료) 7.0중량%를 균질혼합하여 사출기를 통해 성형한 제품사진이다.

본 발명의 도1 내지 도3에는 식품용 트레이 용기에 대한 제품 사진을 예를 들어 설명하였지만, 이들 제품에 한정되는 것은 아니며, 소비자 및 수요처의 요구에 따라 다양한 형상 및 용도로 제조될 수 있음은 자명한 것이다.

도 4는 압출성형된 다층 시트의 단면도로서 외측표면층(10)과 식품이 접촉하는 내측표면층(20)으로 구성되며, 외측표면층(10)은 밀기울을 포함하는 본 발명의 수지조성물로 구성된 층이고, 내측표면층(20)은 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌에서 선택된 층이다.

도 5는 본 발명의 식품용기용 수지조성물로 압출성형된 단층 시트(30)의 단면도이다.

밀기울의 첨가량은 풍미나 향의 기호도, 식품용기나 트레이의 색상표현이나 질감표현에 따라 그 양이 달라지며 첨가량은 1.0~30.0중량%로, 바람직하게는 1.0~10.0중량%로 사용된다. 밀기울의 첨가량이 30중량%를 초과하게 되면 열가소성 수지인 PP와 밀기울을 균질하게 혼합하는 것이 어려워, 사출기에서 혼련 후 사출시, 사출기 내부의 고온으로 인해, 밀기울이 열분해되어 소비자가 만족하는 풍미나 향을 기대할 수 없고, 사출된 식품용기나 트레이에서 빵이 태워져 나는 탄내가 냄새가 나게 되어 소비자의 풍미감을 만족할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 그 첨가량을 1.0% 이하로 첨가하는 경우 밀기울 첨가로 인해 기대되는 구수한 풍미나 향 또는 색상을 기대할 수 없다. 밀기울의 입자크기는 열가소성수지와 상용화제와 균질하게 혼합될 수 있을 정도로 미세하게 분쇄된 분말형태로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 열가소성수지는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리스티렌 수지가 사용된다. 폴리프로필렌 수지는 고광택, 고유동성, 내충격성 등이 뛰어나고, 환경호르몬(BPA)이 검출되지 않는 안전한 플라스틱 식품용기 소재로 사용되고 있다. 폴리스티렌은 비중이 1.05의 경량으로 경질이고, 내수성, 내산성 및 내알칼리성이 우수하고, 무미, 무취의 열가소성 수지이다. 폴리스티렌은 가공하기가 매우 쉬워 사출성형, 압출성형, 진공성형, 압공성형의 적성이 좋고 또한 열 안정성도 좋아 스푼, 포크, 젓가락, 나이프와 같은 일회용 플라스틱용기로 사용하기에 적합하다.

본 발명에 사용되는 폴리프로필렌 수지의 물성은 용융지수가 30 g/10mim이고 밀도가 0.91 gm/㎤), 충격강도(25℃)가 10kg_fcm/cm, 융점이 167℃, 연화점이 152℃인 PP가 사용되었다. 본 발명에 사용되는 열가소성 수지(폴리프로필렌 또는 폴리스티렌) 수지의 첨가량은 60~95중량%이며, 바람직하게는 70~90중량%이다. 열가소성수지가 50중량% 이하이면 성형된 제품의 물성이 저하되는 문제점이 있고, 95중량%를 초과하면 친환경 소재의 사용량이 줄어 앞에서 기술한 풍미 및 저탄소 등의 기대가 줄어 드는 문제점이 있어 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.

본 발명에 사용되는 상용화제는 폴리프로필렌(PP) 계열의 접착성 수지로서 PP와 우수한 상용성을 나타내며, 내구성과 가공성 및 투명성이 뛰어나다. 특히, 범용 PP와 유사한 물성이 갖고 있어서 본 발명에 사용된 열가소성수지인 폴리프로필렌의 상용화제로 매우 적합하다. 본 발명에 사용된 상용화제의 물성은 다음과 같다.

상용화제의 물성

물성시험
물성	대표값	측정방법
용융지수(at 230℃)	>60 g/10min	ASTM D1238
밀도	0.91 g/㎤	ASTM D1505
MAH graft ratio	1.0wt% 이상	HPC METHOD
중량평균분자량	>100,000	HPC METHOD

상용화제는 1~10중량%, 바람직하게는 3~5중량%의 함량으로 첨가된다. 상용화제를 10중량% 이상으로 첨가하면 원료가격 상승으로 인한 제품가격의 상승을 초래하고, 성형조건을 맞출 수 없어 원하는 성형제품을 제조할 수 없으며 1중량% 이하로 첨가하면, 상용화제로서 기능을 상실하여 열가소성 수지와 밀기울의 균질한 혼합이 이루어지지 않는 단점이 있다.

본 발명에 따라 제조된 식품용기용 수지 조성물의 경우 스쿠류 내부온도(사출조건)는 기존의 합성수지의 사출온도보다 낮은 온도범위로 조절하는 것이 바람직하다. 이는 사출기의 내부온도가 너무 높아지면 혼련후 사출과정에서 밀기울이 타버리는 경우가 야기되어 기대되는 풍미나 향을 기대할 수 없게 된다.

본 발명의 식품용기용 수지 조성물에는 성형제품의 기능성을 부여하기 위하여 산화방지제, UV 안정제 또는 내열성강화제 등으로 구성되는 군으로부터 하나 이상 추가로 첨가할 수 있다.

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

[실시 예 1]

펠릿상의 열경화성 수지인 폴리프로필렌 88.0중량%, 300mesh로 분쇄한 밀기울 7.0중량% 및 상용화제 5.0중량%를 혼합기를 이용하여 균질하게 혼합한 후, 사출기 호퍼에 넣고 200℃의 사출온도로 사출하였다. 사출된 플라스틱 용기의 실제품은 도 1에 도시하였다.

[실시 예 2]

펠릿상의 열경화성 수지 90.0중량%, 300mesh로 분쇄한 밀기울 5.0중량% 및 상용화제 5.0중량%를 혼합기를 이용하여 균질하게 혼합한 후, 시트(Sheet) 압출하였으며, 열성형한 플라스틱 트레이의 실제품을 도 2에 도시하였다.

Claims (8)

1. 용융지수가 30 g/10min, 밀도가 0.91 gm/㎤, 충격강도(25℃)가 10kg_fcm/cm, 융점이 167℃, 연화점이 152℃인 폴리프로필렌 60~95중량%, 밀기울 1.0~30.0중량%, 및 용융지수(230℃에서) >60g/10min, 밀도 0.91g/㎤, MAH 그래프트비(graft ratio) 1.0wt% 이상 및 중량평균분자량 >100,000인 상용화제 1.0~10.0중량%의 조성비로 구성되는 식품용기용 수지조성물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 조성물은 산화방지제, UV 안정제 및 내열성 강화제로 이루어진 군으로부터 하나 이상의 성분을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 식품용기용 수지 조성물.
7. 청구항 1 또는 6에 따른 식품용기용 수지조성물로 성형된 사출용기, 일회용품, 시트 또는 열성형 트레이 용기.
8. 삭제

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