KR101410680B1 - 기능성 친환경 박스를 제작하기 위한 기능성 친환경 골판지 및 기능성 친환경 골판지의 제조 방법 - Google Patents

기능성 친환경 박스를 제작하기 위한 기능성 친환경 골판지 및 기능성 친환경 골판지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래의 골판지에 기능성을 부여하기 위한 골판지 접착제를 제조하기 위해서 사용된 종래의 전분 접착제가 갖는 문제점을 해결하고, 다양한 기능성 첨가제의 부가에도 접착력의 저하가 최소화되어, 고강도의 기능성 친환경 박스를 제조하는 것을 목적으로 하고 있으며, 광촉매, 숯 또는 활성탄 및 난연제 성분과 같은 기능성 첨가제 성분이 미세 다공성 입자와 함께 사용됨으로써, 접착제 성분 내에서 안정적으로 그 기능을 유지하면서, 접착제 성분과의 상용성을 극대화하는 특징이 있다. 이러한 기능성 첨가제 성분이 혼합됨으로써, 본 발명의 골판지는 박스 구조로 제조되었을 때, 내부의 공기를 정화할 수 있고, 광촉매 성분으로 오염물의 분해에 효과적인 이산화티탄과의 상승 작용으로 인해 오염물 제거 능력을 더욱 향상시킬 수 있으며 본 발명의 기능성 친환경 골판지로 제조된 박스 내부의 오염물질을 분해 혹은 흡착을 통해 제거하고, 박스 내부의 공기를 정화시켜 내용물의 신선도 혹은 보관기간을 장기화할 수 있고, 난연제 성분에 의한 내화성이 향상 및 내용물의 종류에 따라 적절하게 다양한 종류의 방향 성분을 추가적으로 혼합시킴으로써, 골판지 박스의 사용시 사용자의 만족도를 제고할 수 있다.

Description

기능성 친환경 박스를 제작하기 위한 기능성 친환경 골판지 및 기능성 친환경 골판지의 제조 방법 {Functional Eco-Corrugated Cardboaed and Manufacturing Method thereof}
골판지는 세 장이나 다섯 장의 판지 사이에 골이 형성된 골심지를 넣어서 붙여 가공한 것으로, 골심지를 한 층 또는 두 층을 넣어 가공하게 되는데 라면상자, 포장상자, 전자제품포장상자 등 각종 물품을 안전하게 포장하는 포장상자의 재료로 널리 사용되고 있다.
상기 골판지는 앞에서 설명한 바와 같이 판지 사이에 골심지를 붙인 것인데, 판지는 인쇄가 잘되는 표면지와 재생지를 많이 포함하여 상자의 안쪽면을 형성하는 이면지로 나뉘며, 상기 표면지와 이면지 사이에 골심지를 붙여 골판지를 형성하게 된다. 골심지가 두 층 들어가는 골판지의 경우에는 가장 바깥쪽의 표면지를 중심으로 골심지와 이면지를 번갈아 접착하여 형성하기도 한다.
일반적으로 골판지 포장은 단위포장, 내부포장, 외부포장, 화물수송 자체 등 전체적인 포장 형태로 사용되고 있으며, 포장재료로서 가격이 저렴하고 균일성이 좋으며, 단위 중량당 강도가 높고 접착성 및 인쇄성이 우수하고, 비교적 고온 및 저온에 대한 적응성이 우수하며 냄새와 독성이 없어 위생적이고, 자동 포장 적성이 좋으아 형상 보유력이 우수하고, 환경 적응성이 뛰어난 장점이 있다. 또한 폐기물의 재활용성(recycle)성이 우수하다는 등의 장점을 지니고 있어 포장재료로서 다른 재료에 비해 압도적으로 많이 사용되고 있다.
이러한 골판지를 제조하기 위해서는 두루말이 형태로 감긴 원지를 골 성형장치에 설치된 요철 로울러 사이에 공급하는 원지 공급 과정; 회전되는 한 쌍의 요철 로울러 사이에 원지가 공급되면서 일정한 크기의 골을 성형하는 골 성형과정; 골의 양측에 표면 라이너를 공급하면서 골에 로울러를 통하여 접착제를 도포하여 접착제를 통하여 합지되는 과정에서 골판지를 성형하는 합지 과정; 성형된 골판지를 필요한 규격으로 절단하여 상자로 성형할 수 있도록 하는 컷팅 과정; 골판지의 불량을 가려내고 상태를 확인하는 제품검사를 실시하는 적층(stacker) 과정; 및 적층을 통하여 출하과정을 거치게 된다.
그러나 기존의 골판지 및 이를 사용하여 제조한 박스는 골판지가 갖는 완충성에 의하여 박스에 보관된 물품이 손상되지 않도록 하는 보호 기능과 같은 단순 보관 기능에 주안점을 주고 제작되는 것이 일반적 것이어서 농산물, 축산물, 수산물 및 임산물과 같은 각종 자연 식품의 신선도를 장기간 유지하거나 박스에 보관되는 각종 제품들에서 배출되는 냄새를 제거하거나 희석시키는 기능성 혹은 친환경 특성을 구현하기가 곤란하다는 문제점이 존재한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 등록특허 제0777083호에서는 옥수수 전분과 동일한 입경을 갖는 제올라이트 분말과 미생물이 포함된 황토를 혼합하여 제조한 다공성 구조의 골판지 접착제를 제시하고 있으나, 접착제에 미생물을 함유시킴으로써 반드시 골판지 제조 과정에서 숙성 단계와 멸균 단계를 거쳐야 하는 제조 공정상의 문제점과 이러한 첨가제들로 인한 접착력 감소의 문제점이 여전히 존재한다.
또한 박스 내의 과일의 신선도를 유지하기 위해서 등록특허 제1272230호에서는 옥, 일라이트 및 토르말린의 혼합물을 골판지용 항균성 접착제 조성물에 추가하는 것을 기술적 특징으로 하고 있으나, 상기 혼합물을 접착제 전체 중량을 기준으로 약 20 ~ 40 중량% 함유함으로써 접착제로서의 접착 성능이 감소하는 문제점이 여전히 존재한다.
본 발명에서는 이러한 기존의 기능성 혹은 항균성 접착제 조성물이 갖는 문제점을 해결하고자, 추가적인 숙성 및 멸균 단계를 거치지 않으면서도 극히 소량의 기능성 첨가제 혼합물을 극소량 혼합함으로써, 접착성능이 저하되지 않는 기능성 친환경 접착제 조성을 도출하고, 이러한 접착제 조성물을 최적의 공정으로 혼합함으로써, 구조적으로 견고한 기능성 친환경 골판지 및 이를 사용한 박스를 제조하고자 한다.
산화타이타늄은 유해물질을 산화 분해하는 기능을 이용하여 환경정화(환경오염을 제거하고 항균, 탈취하는 등의 효과)하는 데 이용되거나, 초친수성 기능(표면이 젖어도 물방울을 만들지 않고 엷은 막을 만들어 내는 성질)을 응용하여 셀프크리닝 효과가 있는 유리와 타일, 청소기, 공기청정기, 냉장고, 도로포장, 커튼, 벽지, 인공관엽식물 등 다양한 제품에 적용되어 왔다. 통상적으로 산화타이타늄은 자외선에 반응하지만 가시광선의 영역에도 반응하는 기술이 개발되고 있다.
일반적으로 골판지의 제조에 사용되는 접착제로는 주성분이 전분인 전분 접착제가 사용되고 있으며, 이러한 전분 접착제는 가성소다를 혼합한 후 가열하여 전분 입자를 팽윤시켜 완전 호화액으로 제조하고, 미팽윤 전분 입자를 추가 혼합하여 최종 전분 접착제로 제조하게 된다. 화학적으로 호화된 전분은 미호화된 전분 입자의 침전을 방지하고 유동성을 부여하게 되며, 미호화된 전분은 추후 접착제의 주된 기능인 접착작용을 하게 된다. 또한 붕사는 접착제의 점도를 상승시켜 전이롤 등에 의해 접착제가 골판지의 골심지로 공급될때 효율적인 유동성을 부여하는 효과가 있다.
따라서 골판지용 전분 접착제는 일반적으로 물, 전분, 가성소다 및 붕소를 포함게 되며, 이들 각 성분들 사이의 상용성은 접착제 내부 구조 및 그 물성에 영향을 미치게 되고, 최종 접착제 성분의 접착 특성을 결정하게 되며, 추가적인 기능성 첨가제를 혼합할 때는 이러한 성분들 사이의 상용성을 고려한 조성비의 선택이 매우 중요하다.
등록특허 제0777083호 등록특허 제1272230호
본 발명에서는 이러한 종래의 골판지에 기능성을 부여하기 위한 골판지 접착제를 제조하기 위해서 사용된 종래의 전분 접착제가 갖는 문제점을 해결하고, 다양한 기능성 첨가제의 부가에도 접착력의 저하가 최소화되어, 고강도의 기능성 친환경 박스를 제조하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 광촉매, 숯 또는 활성탄 및 난연제 성분과 같은 기능성 첨가제 성분이 미세 다공성 입자와 함께 사용됨으로써, 접착제 성분 내에서 안정적으로 그 기능을 유지하면서, 접착제 성분과의 상용성을 극대화하는 것을 또 다른 목적으로 하고 있다.
이러한 기능성 첨가제 성분이 혼합됨으로써, 본 발명의 골판지는 박스 구조로 제조되었을 때, 내부의 공기를 정화할 수 있고 광촉매 성분으로 오염물의 분해에 효과적인 이산화티탄과의 상승 작용으로 인해 오염물 제거 능력을 더욱 향상시킬 수 있으며, 이러한 친환경 기능성 첨가제의 첨가에도 불구하고 접착 강도가 떨어지지 않는 접착제 조성물과 이를 포함하는 골판지 및 이러한 골판지를 사용하여 제조된 박스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 종래의 통상적인 박스의 제작에 사용되는 골판지에 친환경 특성과 다양한 기능성을 부여하기 위하여 골판지용 접착제에 다양한 기능성 첨가제를 혼합하고, 이들의 조성이 최적의 효과를 나타내는 조성 범위로 한정하였으며, 이를 사용한 기능성 친환경 골판지를 제조하는 방법을 도출함으로써, 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 실시예로는 기능성 친환경 박스의 제조에 사용되는 기능성 친환경 골판지는 한 쌍의 요철 로울러를 거침으로써 형성된 일정한 크기의 골이 형성된 원지와, 상부 판지와 하부 판지 사이에 상기 골이 형성된 원지와 기능성 친환경 접착제를 포함시켜 접합 롤러에 의해 합지되는 방식으로 제조되고, 이때 사용되는 기능성 친환경 접착제는, 용매인 물에 접착 성분인 옥수수 전분, 가성 소다, 붕사, 및 가교제와 기능성 부여 성분인 미세 다공성 입자, 광촉매, 숯 또는 활성탄, 및 난연제를 포함한다. 본 발명의 조성물에서는 이러한 산화티타늄 광촉매와 함께 숯 또는 활성탄이 함께 사용되었으며, 이들의 조합을 통해 오염물의 분해 특성과 저장물의 신선도 유지 특성의 극대화를 유도하였다.
상기 기능성 친환경 접착제를 제조하기 위해서는 먼저 물, 옥수수 전분 및 가성 소다를 포함하는 1차 혼합물을 제조한 후, 이러한 1차 혼합물에 물, 옥수수 전분, 붕사, 가교제, 미세 다공성 입자, 광촉매, 숯 또는 활성탄, 및 난연제를 포함하는 2차 혼합물을 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 1차 혼합물은 물 용매에 옥수수 전분 5 ~ 10 wt% 및 가성 소다 1 ~ 3 wt% 포함하는 것이 바람직하고, 상기 2차 혼합물은 물 용매에 옥수수 전분 15.0 ~ 25.0 wt%, 붕사 0.3 ~ 0.9 wt%, 가교제 0.1 ~ 0.3 wt%, 미세 다공성 입자 0.5 ~ 2.0 wt%, 광촉매 0.5 ~ 2.0 wt%, 숯 또는 활성탄 0.5 ~ 2.0 wt%, 및 난연제 0.5 ~ 2.0 wt%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 기능성 친환경 골판지의 제조에 사용되는 접착제는, 가교제(Cross-Linking Agent)로 폴리알케닐, 폴리에테르, 다작용성 비닐리덴, 디알킬 에스테르, 디메틸알킬 에테르, 알킬 아크릴레이트 및 메타아릴 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, 미세 다공성 입자로는 실리카, 알루미나, 제올라이트, 카올린 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하며, 광촉매로 산화타이타늄이 사용되며, 난연제로는 멜라민 포스페이트, 규산나트륨, 클레이 중에서 적어도 어느 하나 이상이 선택된다.
필요에 따라 상기 접착제에는 상기 가교제(Cross-Linking Agent) 성분으로 폴리아크릴아마이드를 추가적으로 더 포함될 수도 있다.
이 건 발명의 다른 실시 형태로는 기능성 친환경 박스 제작용 기능성 친환경 골판지의 제조하는 방법이 있다. 본 발명의 기능성 친환경 박스 제작용 기능성 친환경 골판지의 제조하는 방법은, 원지를 골 성형장치에 설치된 요철 로울러 사이에 공급하는 원지공급 단계; 회전되는 한 쌍의 요철 로울러 사이에 상기 원지를 공급하여 일정한 크기의 골을 성형하는 골 성형 단계; 상부판지와 하부 판지 사이에 골이 형성된 원지와 기능성 친환경 접착제를 접합 롤러 사이로 공급하여 합지시킴으로써 골판지를 제조하는 골판지 합지 단계; 상기 제조된 골판지를 절단하여 상자로 성형할 수 있도록 하는 컷팅 단계; 및 골판지의 불량을 가려내고 상태를 확인하는 제품검사를 실시하는 검사 단계;를 포함한다.
상기 합지 단계에서 사용되는 기능성 친환경 접착제는 물, 옥수수 전분 및 가성 소다를 혼합하는 1차 혼합 단계와 물 옥수수 전분, 붕사, 가교제, 미세 다공성 입자, 광촉매, 숯 또는 활성탄, 및 난연제를 추가로 혼합하는 2차 혼합 단계를 거쳐 제조된다.
상기 1차 혼합 단계에서는, 물 용매에 옥수수 전분 5 ~ 10 wt% 및 가성 소다 1 ~ 3 wt%가 혼합되는 것이 바람직하고, 2차 혼합 단계에서는, 물 용매에 옥수수 전분 15.0 ~ 25.0 wt%, 붕사 0.3 ~ 0.9 wt%, 가교제 0.1 ~ 0.3 wt%, 미세 다공성 입자 0.5 ~ 2.0 wt%, 광촉매 0.5 ~ 2.0 wt%, 숯 또는 활성탄 0.5 ~ 2.0 wt%, 및 난연제 0.5 ~ 2.0 wt%가 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 가교제(Cross-Linking Agent)로 폴리알케닐, 폴리에테르, 다작용성 비닐리덴, 디알킬 에스테르, 디메틸알킬 에테르, 알킬 아크릴레이트 및 메타아릴 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용되고, 미세 다공성 입자로는 실리카, 알루미나, 제올라이트, 카올린 중에서 적어도 어느 하나 이상이 선택되며, 광촉매로 산화타이타늄이 사용되며, 난연제로는 멜라민 포스페이트, 규산나트륨, 클레이 중에서 적어도 어느 하나 이상이 선택되는 것이 바람직하다.
필요에 따라 상기 젭착제에는 상기 가교제(Cross-Linking Agent) 성분으로 폴리아크릴아마이드를 더욱 포함될 수도 있으며, 추가적으로 과일 등 다양한 종류의 향기를 갖는 방향제가 더욱 포함될 수도 있다.
본 발명의 기능성 친환경 박스 제작용 기능성 친환경 골판지의 제조하는 방법에서, 상기 1차 혼합 단계는 40 ~ 50 ℃의 온도에서 10 ~ 30 분 동안 교반 과정과 함께 진행되고, 상기 2차 혼합 단계는 25 ~ 35 ℃의 온도에서 10 ~ 30 분 동안 교반과정과 함께 진행되며, 저장 탱크로 이송되어 25 ~ 35 ℃의 온도에서 적어도 30분 이상 숙성시키는 숙성 단계를 추가로 더욱 포함할 수 있다.
또한, 골판지 합지 단계에서 공급되는 기능성 친환경 접착제는 85 ~ 95 ℃의 온도로 가열되어 공급되는 것이 바람직하다.
본 발명은 골판지의 제조에 사용되는 통상의 전분과 가성소다 및 붕사를 포함하는 전분 접착제 조성물에 접착력 증진과 성분들과의 상용성 개선을 위한 가교제를 추가하고, 광촉매 입자, 숯 또는 활성탄, 난연제 등과 같은 기능성 성분을 기공 내부에 함침 혹은 흡착시킨 미세 다공성 입자를 더욱 포함시킴으로써, 본 발명의 기능성 친환경 골판지로 제조된 박스 내부의 오염물질을 분해 혹은 흡착을 통해 제거하고, 박스 내부의 공기를 정화시켜 내용물의 신선도 혹은 보관기간을 장기화하는 효과가 있다.
또한, 이러한 기능성 성분의 추가 혼합에도 불구하고 전분 접착제의 접착능력이 저하되지 않으며, 난연제 성분을 더욱 포함함으로써 내화성이 향상되고, 내용물의 종류에 따라 적절하게 다양한 종류의 방향 성분을 추가적으로 혼합시킴으로써, 골판지 박스의 사용시 사용자의 만족도를 제고할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 기능성 친환경 골판지의 제조 방법을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 기능성 친환경 골판지의 제조 과정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 따른 접착력의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따른 접착력의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 5에 따른 접착력의 측정 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해 좀 더 자세하게 설명하고자 한다. 본 명세서에 첨부되는 도면들과 실시예들은 본 발명의 바람직한 형태를 예시하는 것에 불과한 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 후술되는 실시예와 도면에 기재된 사항으로 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 기능성 친환경 골판지는 도 1에 제시된 것처럼, 원지가 요철 롤러에 공급되어 일정한 크기의 골이 형성된 골심지의 형태로 제조되고, 상부 판지와 하부 판지의 사이에 기능성 친환경 접착제와 함께 공급되어 접합 롤러를 거침으로써 골판지 형태로 제조된다. 이렇게 접합롤러를 통해 합지되어 제조된 골판지는 사용에 적합한 형태로 커팅되고, 제품의 불량 (예를 들어 접착제의 접합 불량에 따른 강도의 저하 등) 유무를 확인하는 검사단계를 거치게 된다.
이러한 원지, 상부 판지 및 하부 판지의 합지 과정 중에서 기능성 친환경 접착제를 동시에 공급하게 되며, 본 발명의 기능성 친환경 접착제 조성물은 하기의 실시예를 통해서 최적의 조성비 범위를 결정하였다.
본 발명의 기능성 친환경 접착제에는 통상의 전분 접착제 조성물에 친환경 항균성을 부여하는 광촉매, 숯 또는 활성탄과 골판지의 난연성 부여를 위한 난연제 를 기능성 첨가제로 포함되며, 이러한 기능성 첨가제를 다공성 입자 표면에 물리/화학적으로 흡착될 수 있도록 미세 다공성 입자를 더욱 포함시키는 것이 바람직하고, 이러한 기능성 첨가제 성분들이 미세 다공성 입자에 견고하게 결합될 수 있도록 하며, 각 성분들 상용성 또는 혼화성을 높이기 위해서 가교제를 추가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 미세 다공성 입자는 실리카, 알루미나, 제올라이트, 카올린 중에서 적어도 어느 하나 이상 선택되는 것이 바람직하고, 난연제로는 멜라민 포스페이트, 규산나트륨, 클레이 중에서 적어도 어느 하나 이상 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 가교제(Cross-Linking Agent)로는 폴리알케닐, 폴리에테르, 다작용성 비닐리덴, 디알킬 에스테르, 디메틸알킬 에테르, 알킬 아크릴레이트 및 메타아릴 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용되는 것이 바람직하고, 폴리아크릴아마이드를 더욱 포함할 수도 있다.
전분과 혼합되는 다공성 입자는 상기 기능성 첨가제 성분들이 쉽게 표면흡착될 수 있도록 5 마이크로미터 이하의 미세한 크기의 입자를 사용하는 것이 바람직하며, 기능성 첨가제 성분은 더욱 미세화된 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 골판지에 사용되는 방향제는 통상의 방향제를 사용할 수 있으며, 하기에서 언급되는 조성의 기능성 친환경 접착제 조성물의 기능성과 접착력 등을 저하시키지 않는 양의 범위에서 사용될 수 있으며, 골판지 박스에 보관되는 내용물의 종류에 따라 적합한 향을 갖는 방향제를 사용함으로써 사용자의 기분을 보다 편안하게 만들 수 있다.
사용될 수 있는 방향제의 종류는 각별히 한정되지 아니하나, 접착제의 접착 성능을 저하시키지 않는 양의 범위에서 사용 가능하며, 바람직하게는 방향제 100 g에 유화제 약 7-10 g과 증류수 400 g을 추가하여 50-60 ℃에서 5000 rpm이상의 고속으로 약 30 분간 교반하여 얻어진 유백색 용액에 알코올을 방향제의 절반 정도 투입하여 상온에서 교반하고, 약 1 시간 후에 물 17 g을 추가로 혼합하여 수용성으로 변화시킨 조성물을 상온에서 최종 접착제 조성물에 0.1 내지 1 wt%의 비율로 혼합시켜 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기능성 친환경 골판지 제조에 사용되는 기능성 친환경 접착제 조성물은 용매인 물에 접착 성분으로 전분, 가성소다, 붕사를 사용하며, 기능성 부여 성분인 첨가제로 미세 다공성 입자, 광촉매, 숯 또는 활성탄, 난연제 성분을 포함하고, 필요에 따라 방향제 성분을 추가할 수도 있다.
종래의 전분 접착제는 용매인 물에 상기 접착성분을 혼합하여 제조되며, 가성소다를 혼합하여 전분 입자의 팽윤을 용이하게 하여 호화액(pasting solution)이쉽게 형성되도록 하는 기능을 수행한다. 이렇게 화학적으로 호화된 전분은 미호화된 전분 입자의 침전을 방지하고 유동성을 부여하게 되며, 미호화된 전분은 추후 접착제의 주된 기능인 접착작용을 하게 된다. 또한 붕사는 접착제의 점도를 상승시켜 전이롤 등에 의해 접착제가 골판지의 골심지로 공급될때 효율적인 유동성을 부여하게 된다.
접착제 조성물의 혼합 방식을 검토하기 위해서 모든 접착제 구성 성분을 동시에 혼합하는 단일 혼합 방식(실시예 1)과 다단계 혼합 방식(실시예 2)을 비교하였다.
잔여성분은 용매인 물 혼합 성분 점도[cPs] 접착력[kPa]
비교예 1 옥수수 전분 25wt% + 가성소다 1.5wt% + 붕사 0.6wt% 1800~2000 15~20
실시예 1
(단일혼합)		 옥수수 전분 25wt% + 가성소다 1.5wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 활성탄 1wt% + 난연제 1wt% 3500 이상 측정 불가
실시예 2
(다단계 혼합)		 옥수수 전분 10wt% + 가성소다 1.5wt%
1900~2100		 14~19
옥수수 전분 25wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 활성탄 1wt% + 난연제 1wt%
상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이 기능성 첨가제가 혼합되지 않은 비교예 1의 경우, 점도가 1800~2000 cPs의 범위와 접착력이 15~20 kPa의 범위를 갖는 통상의 접착제 물성을 보였으나, 기능성 첨가제들로 미세 다공성 입자인 제올라이트, 광촉매로 타이타니아 및 난연제를 각각 1 wt%로 통상의 접착제 조성물에 혼합한 경우(실시예 1)에는 점도가 3500cPs이상으로 급격히 증가하였으며, 고르게 분산되지 않아 신뢰성 있는 접착력의 측정이 곤란하였다.
반면에 실시예 2와 같이 전분의 양을 반으로 나누어 상기 기능성 첨가제들과 혼합한 경우에는 비교예 1과 거의 유사한 점도와 접착력을 보였다. 따라서 이하의 실시예에서는 실시예 2와 같이 다단계 혼합 방법으로 기능성 친환경 접착제 조성물을 제조하였으며, 전분은 동일하게 옥수수 전분을 사용하였다.
상기 실시예 2의 다단계 혼합 방식을 사용한 접착제 조성물에 대해서 기능성 첨가제 중에서 미세 다공성 입자의 첨가량을 최적화하기 위하여, 물 90wt%, 옥수수 전분 8.5wt% + 가성소다 1.5wt%를 포함하는 1차 혼합물에 다음과 같은 실험예들의 2차 혼합물 조성을 혼합하여 접착력을 측정하였으며, 그 측정 결과는 도 3과 같다.
길이가 10 내지 12 cm, 폭이 1 cm인 접착제가 코팅된 골판지를, 상 하부에 각각 단부의 길이가 2 cm 형성되도록 접착제를 사용하여 접합한 후, 상기 시험판의 단부를 인장 시험 장치의 위 턱과 아래 턱에 각각 클램프로 고정하였다. 상기 테이프 시료의 단부를 12인치/분의 속도로 분리시키는 실험을 각 10회 실시하여 그 평균 접착력 값을 기록하였다. 이하 모든 실시예에서의 실험값은 통상의 전분 접착제인 비교예 1의 조성의 접착제를 사용한 실험값을 기준으로한 상대값을 사용하였다.
조성
실험예 1 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 0.1wt%
실험예 2 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 0.3wt%
실험예 3 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 0.5wt%
실험예 4 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt%
실험예 5 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 2wt%
실험예 6 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 3wt%
실험예 7 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 5wt%
상기 실험예 1 내지 7의 결과를 참조해보면, 제올라이트와 같은 미세 다공성 입자의 농도가 0.5 ~ 2 wt%의 범위에서 가장 우수한 상대 접착력(기준은 비교예 1의 접착제의 접착력을 사용하였으며, 이하 다른 실시예에서도 동일함)을 보임을 확인할 수 있었는데, 제올라이트의 농도가 너무 높을 경우에는 오히려 접착력이 감소하는 결과를 보였는데, 이는 제올라이트 입자의 농도가 너무 높을 경우에는 접착제 조성물 내에서 균일하게 혼합되거나 분포되지 못하고 오히려 접착성분들의 균일한 혼합을 방해하기 때문인 것으로 이해된다.
상기 실시예 2의 다단계 혼합 방식을 사용한 접착제 조성물에 대해서 기능성 첨가제 중에서 광촉매와 활성탄의 첨가량을 최적화하기 위하여, 물 90 wt%, 옥수수 전분 8.5 wt% + 가성소다 1.5 wt%를 포함하는 1차 혼합물에 다음과 같은 실험예의 2차 혼합물 조성을 혼합하여 접착력을 측정하였으며, 그 측정 결과는 도 4와 같다.
조성
실험예 11 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 0.1wt%
실험예 12 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 0.3wt%
실험예 13 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 0.5wt%
실험예 14 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt%
실험예 15 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 2wt%
실험예 16 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 3wt%
실험예 17 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 5wt%
실험예 18 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 활성탄 1wt%
실험예 19 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 활성탄 1wt%
실험예 20 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 활성탄 3wt%
오염 물질의 분해 능력이 있는 타이타니아와 활성탄의 농도가 증가할수록 접착력이 감소함을 확인할 수 있었으며, 타이타니아의 농도가 2 wt%를 초과하거나, 활성탄의 농도가 2 wt%를 초과할 때 급격하게 접착력이 감소하므로, 2 wt%이하의 범위로 접착제 조성물에 첨가되는 것이 바람직하나, 너무 농도가 낮을 경우, 오염물질의 분해능이 효과적으로 발현되지 않는 문제점이 있어, 적어도 0.5 wt% 이상 포함시키는 것이 바람직하다.
상기 실시예 2의 다단계 혼합 방식을 사용한 접착제 조성물에 대해서 기능성 첨가제 중에서 난연제의 첨가량을 최적화하기 위하여, 물 90 wt%, 옥수수 전분 8.5 wt% + 가성소다 1.5 wt%를 포함하는 1차 혼합물에 다음과 같은 실험예의 2차 혼합물 조성을 혼합하여 접착력을 측정하였으며, 그 측정 결과는 도 5와 같다.
조성
실험예 21 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 규산나트륨 0.1wt%
실험예 22 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 규산나트륨 0.3wt%
실험예 23 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 규산나트륨 0.5wt%
실험예 24 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 규산나트륨 1wt%
실험예 25 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 규산나트륨 2wt%
실험예 26 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 규산나트륨 3wt%
실험예 27 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 규산나트륨 5wt%
첨가되는 난연제의 양이 증가할 수록 접착력이 감소함을 알 수 있으므로 2 wt%이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직함을 알 수 있었으며, 너무 낮은 농도로 사용할 경우에는 난연 특성의 발현이 어려울 수 있으므로 0.5 wt%이상을 사용하는 것이 바람직하다.
앞선 실시예 2 내지 실시예 5의 결과를 토대로 최종 기능성 친환경 접착제 조성물의 가교제(디메틸 메타크릴레이트)의 유무 및 양에 따른 항균 능력을 골판지를 박스 형태로 가공한 후, 감귤의 상온 보관실험(7일)을 통해 확인하였다.
조성
실험예 30 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 타이타니아 1wt% + 활성탄 1wt% + 규산나트륨 1wt% 썩기 시작하고 악취 발생
실험예 31 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 활성탄 1wt% + 규산나트륨 1wt% + 가교제 0.1wt% 변화 없음
실험예 32 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 활성탄 1wt% + 규산나트륨 1wt% + 가교제 0.2wt% 변화 없음
실험예 33 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 활성탄 1wt% + 규산나트륨 1wt% + 가교제 0.1wt% 변화 없음
실험예 34 옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 제올라이트 1wt% + 타이타니아 1wt% + 활성탄 1wt% + 규산나트륨 1wt% + 가교제 0.5wt% 껍질에 수분 마름 현상이 발생
실험예 30의 조성은 미세 다공성 입자와 가교제인 디메틸 메티크릴레이트 성분이 배제된 접착제 조성물을 사용하였고, 실험예 31 내지 34의 경우 가교제의 양을 증가시킨 경우에 대해서 항균 보관특성을 관찰하였다. 상온에서 일주일 동안 감귤을 보관하여 변화를 관찰하였다. 가교제와 제올라이트가 포함되지 않은 실험예 30의 경우에는 썩은 귤이 관찰되었으나, 동일한 조건에서 보관된 가교제와 제올라이트가 포함된 경우에는 외관상 변화가 관찰되지 아니하였다.
가교제의 양이 0.5 wt% 이상의 과장이 사용된 경우에는 귤 껍질의 표면에 수분이 마르는 형상이 관찰되었는데, 이는 과도한 가교제의 사용으로 인해서 골판지 내부에 접착제가 균일하게 도포되지 못하여 접착 성능이 감소하여 밀폐 능력이 현저하게 감소한 결과로 판단되며, 이러한 밀폐능력 감소로 인해 항균 보관특성 역시 감소될 것으로 예상된다.
앞선 실시예 6을 통해서 결정된 최종 2차 혼합물 조성(옥수수 전분 15wt% + 붕사 0.6wt% + 타이타니아 1wt% + 활성탄 1wt% + 규산나트륨 1wt% + 가교제 0.2wt%)을 사용하여 골판지를 를 제조하고, 이를 박스로 제조한 후, 각종 오염 물질(츠리메틸 아민, 톨루엔, 메틸메르캅탄, 황화수소)의 제거율을 측정하였다.
상기 오염물질 제거율의 측정은, 본 발명의 박스를 관형 반응기에 넣은 후, Black Light Blue(BLB) Lamp의 조사하에 질소 79 %, 산소 21 %의 조성을 갖는 공기를 운반 가스와 상기 오염물질을 각각 200 ppm을 포함하는 반응가스를 150 ml/min의 유속으로 공급하여 공간속도가 40,000 h-1의 조건에서 제거된 각각 오염물질의 농도를 가스크로마토그래피(GC, DONAM System Inc., DS6200)를 사용하여 분석하였다. 반응 전/후의 오염물질의 농도를 측정한 후, 다음 식으로 제거율을 구하였으며, 비교를 위하여 비교예 1의 조성으로 제조된 접착제를 사용하여 골판지 박스를 사용하여 동일하게 실험을 수행하였으며, 그 결과는 다음의 표와 같다.
제거율(%)=(반응 전 농도-반응 후 농도)/(반응 전 농도)*100
제거율 실시예 7 비교예 1
트리메틸아민 99 10
톨루엔 70 13
메틸메르캅탄 94 9
황화수소 98 5
아세트알데히드 85 8
100 : 상부 판지
200 : 하부 판지
300 : 골심지
400 : 기능성 친환경 접착제
500 : 합지 롤러

Claims (10)

  1. 기능성 친환경 박스를 제작하기 위한 기능성 친환경 골판지에 있어서,
    한 쌍의 요철 로울러를 거침으로써 형성된 일정한 크기의 골이 형성된 원지와, 상부 판지와 하부 판지 사이에 상기 골이 형성된 원지와 기능성 친환경 접착제를 포함시켜 접합 롤러에 의해 합지되며,
    상기 기능성 친환경 접착제는, 용매인 물에 접착 성분인 옥수수 전분, 가성 소다, 붕사, 및 가교제와 기능성 부여 성분인 미세 다공성 입자, 광촉매, 숯 또는 활성탄, 및 난연제를 포함하며,
    상기 기능성 친환경 접착제는, 물 용매에 옥수수 전분 5 ~ 10 wt% 및 가성 소다 1 ~ 3 wt% 포함된 1차 혼합물에, 물 용매에 옥수수 전분 15.0 ~ 25.0 wt%, 붕사 0.3 ~ 0.9 wt%, 가교제 0.1 ~ 0.3 wt%, 미세 다공성 입자 0.5 ~ 2.0 wt%, 광촉매 0.5 ~ 2.0 wt%, 숯 또는 활성탄 0.5 ~ 2.0 wt%, 및 난연제 0.5 ~ 2.0 wt%를 포함된 2차 혼합물이 혼합된 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 골판지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가교제(Cross-Linking Agent)로 폴리알케닐, 폴리에테르, 다작용성 비닐리덴, 디알킬 에스테르, 디메틸알킬 에테르, 알킬 아크릴레이트 및 메타아릴 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용되고, 미세 다공성 입자로는 실리카, 알루미나, 제올라이트, 카올린 중에서 적어도 어느 하나 이상이 선택되며, 광촉매로 산화타이타늄이 사용되며, 난연제로는 멜라민 포스페이트, 규산나트륨, 클레이 중에서 적어도 어느 하나 이상이 선택되는 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 골판지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가교제(Cross-Linking Agent)로 폴리아크릴아마이드를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 골판지.
  6. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기능성 친환경 골판지의 제조에 사용되는 기능성 친환경 접착제는 방향제를 추가로 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 골판지.
  7. 기능성 친환경 박스 제작용 기능성 친환경 골판지의 제조하는 방법에 있어서,
    원지를 골 성형장치에 설치된 요철 로울러 사이에 공급하는 원지공급 단계(S100);
    회전되는 한 쌍의 요철 로울러 사이에 상기 원지를 공급하여 일정한 크기의 골을 성형하는 골 성형 단계(S200);
    상부판지와 하부 판지 사이에 골이 형성된 원지와 기능성 친환경 접착제를 접합 롤러 사이로 공급하여 합지시킴으로써 골판지를 제조하는 골판지 합지 단계(S300);
    상기 제조된 골판지를 절단하여 상자로 성형할 수 있도록 하는 컷팅 단계(S400); 및
    골판지의 불량을 가려내고 상태를 확인하는 제품검사를 실시하는 검사 단계(S500);를 포함하고,
    상기 합지 단계에서 사용되는 기능성 친환경 접착제는 물, 옥수수 전분 및 가성 소다를 혼합하는 1차 혼합 단계(S150)와 물 옥수수 전분, 붕사, 가교제, 미세 다공성 입자, 광촉매, 숯 또는 활성탄, 및 난연제를 추가로 혼합하는 2차 혼합 단계(S250)를 통해 제조되며,
    상기 1차 혼합 단계에서는, 물 용매에 옥수수 전분 5 ~ 10 wt% 및 가성 소다 1 ~ 3 wt%가 혼합되고,
    상기 2차 혼합 단계에서는, 물 용매에 옥수수 전분 15.0 ~ 25.0 wt%, 붕사 0.3 ~ 0.9 wt%, 가교제 0.1 ~ 0.3 wt%, 미세 다공성 입자 0.5 ~ 2.0 wt%, 광촉매 0.5 ~ 2.0 wt%, 숯 또는 활성탄 0.5 ~ 2.0 wt%, 및 난연제 0.5 ~ 2.0 wt%가 혼합되는 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 골판지의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 가교제(Cross-Linking Agent)로 폴리알케닐, 폴리에테르, 다작용성 비닐리덴, 디알킬 에스테르, 디메틸알킬 에테르, 알킬 아크릴레이트 및 메타아릴 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용되고, 미세 다공성 입자로는 실리카, 알루미나, 제올라이트, 카올린 중에서 적어도 어느 하나 이상이 선택되며, 광촉매로 산화타이타늄이 사용되며, 난연제로는 멜라민 포스페이트, 규산나트륨, 클레이 중에서 적어도 어느 하나 이상이 선택되는 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 골판지의 제조방법.
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