KR101565714B1 - 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법 - Google Patents

친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 햄버거용 포장지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2종 이상의 수용성 수지, 소정 당량비의 경화제 및 항균성분을 포함한 특정 배합의 수용성 코팅액을 사용하여 최적의 방법으로 원지를 코팅함으로써, 알칼리 처리에 의한 재활용이 용이하고, 내수성 및 내유성과 더불어 부착력(열실링성), 슬립성 및 항균성이 우수한 친환경적인 포장지를 짧은 건조시간에 효율적, 경제적으로 제조할 수 있는 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법에 관한 것이다.

Description

친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법{PREPARATION METHOD OF ECO―FRIENDLY ALKALI DISSOCIABLE PACKING PAPER FOR HAMBURGER}
본 발명은 햄버거용 포장지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2종 이상의 수용성 수지, 소정 당량비의 경화제 및 항균성분을 포함한 특정 배합의 수용성 코팅액을 사용하여 최적의 방법으로 원지를 코팅함으로써, 알칼리 처리에 의한 재활용이 용이하고, 내수성 및 내유성과 더불어 부착력(열실링성), 슬립성 및 항균성이 우수한 친환경적인 포장지를 짧은 건조시간에 효율적, 경제적으로 제조할 수 있는 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법에 관한 것이다.
현대 사회의 발전과 함께 PE, PET와 같은 고분자 수지 소재의 식품 포장지 및 용기류는 우수한 기능과 저렴한 가격으로 생활의 편리성을 가져오고 관련 산업의 발달에 큰 공헌을 해왔다. 그러나, 식품 포장지의 주성분인 고분자 수지(플라스틱)는 사용 후 폐기 문제로 인해 환경오염의 가장 큰 원인 중 하나로 인식되고 있는 상황이다.
특히, 폴리에틸렌(PE)은 일반적으로 식품위생성, 신율 및 가공성이 우수한 저가의 소재로서 다양한 식품 포장지의 내부에 코팅되어 방수 등의 목적으로 사용되고 있으나, 이를 사용한 코팅지는 사용 및 폐기 과정에서 플라스틱에 첨가된 가소제 등에 의해 인체에 해로운 환경호르몬이 방출되는 위험성이 있다.
또한, 폴리에틸렌 코팅지는 사용 후 재활용을 위해 해리하는 과정에서 물에 해리되지 않는 폴리에틸렌은 별도의 선별과정을 거쳐야 하기 때문에 재활용 비용이 증가되는 단점이 있다. 이에 따라 포장지 제조를 위한 계속적인 펄프의 수입이 필요하여 외화가 낭비되고 있으며, 자원의 재활용 관점에서 한계를 드러내고 있다.
아울러, 폐기물 소각시 발생하는 매연은 대기오염을 유발하고, 매립을 하여도 자연분해가 되기까지 수백 년이 걸리기 때문에 토양오염의 주범이 되며, 특히 폴리에틸렌 코팅공정은 원천적으로 요구되는 200℃ 가량의 폴리에틸렌 칩의 용해공정 및 이에 대한 휘발성 유기물질(VOCs)의 사용으로 인하여 고비용은 물론 작업환경 저하 및 심각한 환경문제를 유발한다.
한편, 식품 포장지 중 햄버거용 포장지와 관련하여 고안된 대부분의 종래 기술들은 통상적 소재의 포장지를 사용하되 절취 및 취식 편의를 위해 그 구조를 설계, 변형하는 방향으로 편중되어 있으며, 화학적 방법을 통해 햄버거용 포장지 자체의 기능을 개선하려는 개발은 미진한 상황이다. 예를 들어, 한국공개특허공보 제10-2013-0069253호는 햄버거 포장지에 두 개의 절취선을 가미하여 사용자가 좀 더 쉽고 위생적으로 취식할 수 있게 만든 햄버거 포장지를 개시하고 있으나, 새로운 코팅 소재 내지 코팅 방법의 도입을 통한 내수성(耐水性), 내유성(耐油性) 등 햄버거 포장지의 기본적인 기능 개선에 대해서는 특별한 언급이 없다.
이에, 햄버거용 포장지에 최적화된 내수성, 내유성, 부착성(열실링성), 항균성 등 제반 요구물성을 구현하면서, 재활용(Recycle)이 용이하며, 사용 및 폐기시 환경호르몬의 방출이 없는 인체에 무해한 친환경적인 햄버거용 포장지에 대한 개발이 요구되는 실정이다.
한국공개특허공보 제10-2013-0069253호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 알칼리 용액에 해리되어 쉽게 재활용할 수 있고, 습기나 기름에 의한 포장지의 파열 및 약화를 효과적으로 방지할 수 있으며, 부착력(열실링성), 슬립성 및 항균성 또한 우수한 새로운 친환경 햄버거용 포장지, 및 이를 짧은 시간에 효율적, 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 (a) 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼 60~70 중량부; 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼 10~20 중량부; 수용성 에폭시 에멀젼 5~10 중량부; 수용성 폴리아민 경화제 0.8~1.2 아민당량/에폭시당량; 실리콘 에멀젼 슬립제 0.5~10 중량부; 소디움 디옥틸 설포석시네이트계(Sodium Dioctyl Sulfosuccinate) 분산제 0.5~2 중량부; 및 은나노 항균제 0.75~2 중량부;를 상온에서 교반한 다음, 40~50℃에서 숙성시켜 수용성 코팅액을 제조하고, (b) 제조된 수용성 코팅액을 원지(原紙)의 일면 또는 양면에 마이크로그라비아(Microgravure) 코팅 또는 건식 라미네이션(Dry lamination)을 통해 코팅하는 것을 특징으로 하는 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지는 물 또는 알칼리 용액 중에서 함께 교반하면서 해리할 경우, 기계적 교반 처리에 의해 코팅층 및 종이층이 신속하게 해리되어 용이하게 재활용할 수 있으며, 그 결과 펄프 수입으로 인한 외화낭비를 크게 줄일 수 있다.
또한, 소각 및 매립시 환경오염을 예방할 수 있고, 환경호르몬의 발생이 적은 인체에 무해한 코팅재료를 사용하는바 사용자의 건강을 지킬 수 있다.
아울러, 햄버거용 포장지로서 요구되는 내수성, 내유성, 부착력(열실링성) 및 슬립성과 더불어 우수한 항균성이 부여되어 장시간 햄버거의 신선도를 유지할 수 있는 등 그 기능성이 뛰어나다.
더불어, 본 발명에 따른 제조방법은 건조시간 단축 등 공정비용이 절감되고 생산성이 크게 향상되며, 휘발성 유기물질(VOCs)의 발생 및 이에 의한 대기오염을 원천적으로 예방할 수 있는 동시에 친환경적인 작업환경을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법은,
(a) 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼 60~70 중량부; 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼 10~20 중량부; 수용성 에폭시 에멀젼 5~10 중량부; 수용성 폴리아민 경화제 0.8~1.2 아민당량/에폭시당량; 실리콘 에멀젼 슬립제 0.5~10 중량부; 소디움 디옥틸 설포석시네이트계(Sodium Dioctyl Sulfosuccinate) 분산제 0.5~2 중량부; 및 은나노 항균제 0.75~2 중량부;를 상온에서 교반한 다음, 40~50℃에서 숙성시켜 수용성 코팅액을 제조하고,
(b) 제조된 수용성 코팅액을 원지(原紙)의 일면 또는 양면에 마이크로그라비아(Microgravure) 코팅 또는 건식 라미네이션(Dry lamination)을 통해 코팅하는 것을 특징으로 한다.
즉, 다양한 수용성 수지, 소정 당량비의 경화제 및 항균성분을 포함한 특정 배합의 수용성 코팅액을 제조하고, 이를 특정 방법을 통해 원지에 코팅함으로써, 재활용을 위한 알칼리해리성, 내수성, 내유성, 부착력(열실링성), 슬립성 및 항균성 등 친환경 햄버거용 포장지에 요구되는 제반 특성들을 조화롭게 구현하고, 공정상의 효율성 및 경제성을 증대시킨 것이다.
상기 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼, 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼 및 수용성 에폭시 에멀젼은 모두 수용성 수지로서, 코팅 후 원지에 안착되어 내수성 및 내유성의 막을 형성하고 코팅층과 원지 간에 부착력을 부여하는 폴리머이다.
상기 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼은 내수성, 내유성 및 부착력 부여와 더불어, 코팅액의 점도 및 생분해성을 조절하는 역할도 일부 수행하는 성분이다.
상기 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼(용액)으로는 유리전이온도(Tg)가 0.5~10℃(바람직하게는, 0.5℃), 점도가 230±10cps(25℃), 고형분이 40~50%(바람직하게는, 45%)인 것을 사용하는 것이 적절하다. 유리전이온도(Tg)가 상기 범위를 벗어나면 코팅의 리바인딩 공정에서 브로킹이 발생할 수 있고, 점도가 상기 범위를 벗어나면 코팅시 작업성 및 공정속도에 지장을 초래할 수 있다. 또한 본 발명에 있어서 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼을 비롯한 각 수용성 수지의 고형분의 함량이 40% 미만이면 적정 두께 이상으로 코팅막을 형성하기 어려워질 수 있으며, 50%를 초과하면 평활도가 저해되어 균일한 코팅막 형성이 어려워질 수 있다.
상기 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼은 60~70 중량부(예컨대, 65 중량부)로 포함되는 것이 바람직하다. 그 사용량이 60 중량부 미만이면 내수성, 내유성 등의 부여효과가 미미해거나 건조시간이 너무 길어져 경제성이 떨어질 수 있으며, 70 중량부를 초과하면 점도의 상승을 불러와 교반 및 코팅작업을 어렵게 만들 수 있다.
상기 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼은 내수성, 내유성 및 부착력과 더불어, 유연성 및 저온 취성을 부여하는 성분이다.
상기 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼으로는 유리전이온도(Tg)가 -5~23℃, 점도가 30~4500cps(25℃), 고형분이 30~70%(바람직하게는, 45%)인 것을 사용할 수 있다. 이러한 범위 한정의 의미는 앞서 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼에 대하여 설명한 것과 동일하다.
상기 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼은 10~20 중량부(예컨대, 15 중량부)로 포함되는 것이 바람직하다. 그 사용량이 10 중량부 미만이면 내수성, 내유성 또는 유연성이 저하될 수 있으며, 20 중량부를 초과하면 점도의 상승을 불러와 교반 및 코팅작업을 어렵게 만들 수 있다.
상기 수용성 에폭시 에멀젼은 내수성, 내유성 및 부착력 증대와 더불어, 후술하는 수용성 폴리아민 경화제와의 조합을 통해 종래의 유기용제 사용 코팅 방식을 대체할 수 있는바, 코팅시 휘발성 유기물질(VOCs)의 방출에 따른 불이익을 예방할 수 있도록 하는 성분이다.
상기 수용성 에폭시 에멀젼으로는 에피클로로하이드린, 비스페놀-A와 유화제를 중합반응시켜 물에 에멀젼화한 것으로, 당량이 510g/eq, 고형분이 55%, 점도가 6000cps(25℃)인 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 금호피앤비화학社제 KER 510을 사용할 수 있다.
상기 수용성 에폭시 에멀젼은 5~10 중량부(예컨대, 7.5 중량부)로 포함되는 것이 바람직하다. 그 사용량이 5 중량부 미만이면 코팅액을 원지에 코팅시 부착력이 저하되어 코팅막을 원활하게 형성하기 어려워질 수 있으며, 10 중량부를 초과하면 코팅액의 점도가 지나치게 상승되어 작업성이 저하될 수 있다.
상기 수용성 폴리아민 경화제는 전술한 수용성 에폭시 에멀젼 대비 최적화된 특정 범위의 당량비, 즉 0.8~1.2 아민당량/에폭시당량(예컨대, 1.2 아민당량/에폭시당량)으로 첨가되어, 제조공정상 건조시간을 단축시키고, 제조된 코팅막에 내수성, 접착력(부착력) 및 굽힘성(크랙 방지) 등의 물성을 골고루 부여토록 하는 성분이다. 구체적으로, 수용성 폴리아민 경화제의 사용량이 1.2 아민당량/에폭시당량일 때 에폭시 수지와 경화제 사이의 가교밀도 상승이 빠르게 진행되어 건조시간이 크게 단축되며, 이에 따라 제조된 햄버거용 포장지는 90일 이상이 경과하여도 코팅막에 이상이 없을 정도로 내수성이 우수함을 확인하였다.
상기 수용성 폴리아민 경화제로는 폴리아민을 에폭시 수지와 유화제로 변성시켜 물에 에멀젼화한 것으로, 활성수소당량이 200~300g/eq, 고형분이 55~70%인 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 Air Products社제 Epilink 700(활성수소당량 300g/eq, 고형분 55%, 25℃에서의 점도 7000cps) 또는 Epilink 660(활성수소당량 200g/eq, 고형분이 70%, 25℃에서의 점도 20000cps)을 사용할 수 있다.
상기 수용성 폴리아민 경화제는 0.8~1.2 아민당량/에폭시당량(예컨대, 1.2 아민당량/에폭시당량)으로 포함되는 것이다. 그 사용량이 0.8 아민당량/에폭시당량 미만이면 건조시간이 너무 길어지거나 내수성, 유연성 등 다른 요구 물성이 저하될 수 있으며, 1.2 아민당량/에폭시당량을 초과하면 건조시간은 짧아지지만 코팅막의 접착력 및 부착력이 저하될 수 있다.
상기 실리콘 에멀젼 슬립제는 코팅액이 도포된 원지의 마찰계수를 낮춰 윤활성 및 표면강도를 강화함으로써 후공정인 인쇄작업시 종이의 층간 접착, 점착 현상을 방지하고, 코팅액에 슬립성을 부여하여 코팅막의 건조도막 두께가 얇게 형성되도록 할 뿐만 아니라, 특히 코팅지가 한층 향상된 내유성을 갖도록 하는 성분이다.
상기 실리콘 에멀젼 슬립제로는 인체에 무해한 유탁질 실리콘 에멀젼을 사용할 수 있으며, 예를 들어 광진 실리콘社제 SO-7920을 사용할 수 있다.
상기 실리콘 에멀젼 슬립제는 0.5~10 중량부(예컨대, 9.5 중량부)로 포함되는 것이 바람직하다. 그 사용량이 0.5 중량부 미만이면 윤활성이 저하되어 코팅막 사이의 브로킹 현상에 의해 서로 합지되는 현상이 발생하고 제조공정 및 사용시 불편함을 초래할 수 있으며, 10 중량부를 초과하면 윤활성이 너무 높아져 원지에의 코팅작업이 어려워질 수 있다.
상기 소디움 디옥틸 설포석시네이트계(Sodium Dioctyl Sulfosuccinate) 분산제는 전술한 수용성 수지 성분 등을 분산시키고, 코팅액의 현탁성 및 저장안정성을 향상시키는 성분이다. 특히 전술한 3가지 수용성 수지의 혼합에 있어 에멀젼의 극성차를 완충함으로써 혼합물의 저장안정성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 소디움 디옥틸 설포석시네이트계 분산제로는 CYTEC社제 OT-75를 사용할 수 있다.
상기 소디움 디옥틸 설포석시네이트계(Sodium Dioctyl Sulfosuccinate) 분산제는 0.5~2 중량부(예컨대, 0.5 중량부)로 포함되는 것이 바람직하다. 그 사용량이 0.5 중량부 미만이면 수용성 수지의 저장안정성이 저하되거나 고형분의 침전이 발생할 수 있으며, 2 중량부를 초과하면 현탁성 유지에 필요한 정도를 넘어 과량이 사용되는바 경제적 측면에서 바람직하지 않을 수 있다.
상기 은나노 항균제는 햄버거가 장시간 신선도를 유지할 수 있도록 포장지에 항균성을 부여하는 성분이다. 본 발명에 따르면 은나노 항균제를 소량, 예컨대 수용성 수지 중량의 1~2% 정도만 사용하여도 충분한 항균성 및 신선도 유지성을 부여할 수 있다. 구체적으로, 은(Silver) 금속은 분자 간에 산소가 침투할 수 있는 수많은 기공을 만들어 자기 부피의 10배에 해당하는 산소를 흡수하여 산소원자로 분해하는데, 이 산소원자들은 결합력이 강하고 불안정하여 안정해지기 위해 주변 물질과 결합하여 빠르게 산화시키는 과정을 통해 항균 및 살균 작용을 수행한다.
상기 은나노 항균제로는 은을 10억분의 1단위까지 미세화한 은나노 입자를 은나노액 등의 형태로 사용할 수 있으며, 이에 따라 통상적인 은보다 수천 배 이상의 기공들이 더 많이 만들어져 항균 및 살균 효능을 극대화할 수 있다.
상기 은나노 항균제는 0.75~2 중량부(예컨대, 1 중량부)로 포함되는 것이 바람직하다. 그 사용량이 0.75 중량부 미만이면 항균 및 살균 효과가 미미하여 햄버거의 장기 보관성이 떨어질 수 있으며, 2 중량부를 초과하면 수용성 수지 등 다른 성분들의 상대적 함량 감소에 따른 불이익이 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에서, 상기 수용성 코팅액은 캐슈(Cashew)껍질 추출액을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 캐슈(Cashew)껍질 추출액은 캐슈나무 열매의 껍질 속에 함유된 액체로서, 내유성, 방수성 및 목재(종이)에 대한 부착력을 한층 더 극대화할 수 있는 천연성분이다.
상기 캐슈(Cashew)껍질 추출액은 0.5~2 중량부(예컨대, 1 중량부)로 포함되는 것이 바람직하다. 그 첨가량이 0.5 중량부 미만이면 최종 코팅지의 부착력, 내유성 및 방수성 증대 효과가 소망하는 높은 수준에 이르지 못할 수 있으며, 2 중량부를 초과하면 수용성 수지 등 다른 성분들의 상대적 함량 감소에 따른 불이익이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 제 성분들을 정해진 함량으로 투입한 후, 상온에서 교반한 다음, 40~50℃에서 숙성시켜 각 성분들이 균일하게 혼합된 수용성 코팅액 조성물을 최종 제조한다.
여기서, 상기 교반은 소정의 교반기를 이용하여 300~2000rpm, 더욱 상세하게는 300~800rpm으로 약 30분간 교반하는 것이 바람직하다. 교반속도가 300rpm 미만이면 충분한 혼합이 이루어지지 않아 추후 균일하게 용해시키기 어려워질 수 있으며, 800rpm을 초과하면 기포가 발생되고 용액이 넘쳐 후속 공정의 진행에 지장을 줄 수 있다. 또한 교반시간이 30분 미만이면 균일한 혼합이 이루어지지 않을 수 있으며, 30분을 초과하여 지나치게 길면 혼합에 필요한 정도를 넘어 공정시간이 많이 소요되거나 혼합물의 점도가 상승할 수 있다.
상기 교반시 각 성분들의 투입순서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 모든 성분들을 일괄 투입하여 교반하거나, 수용성 수지 성분들을 선투입 및 교반하고 나머지 성분들을 후첨가 및 재교반하여 수행할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 교반은 진공호모믹서(Vaccum homo mixer)를 이용하여 수행하는 것이 균일한 수용성 코팅액을 얻는 측면에서 바람직하다.
상기 숙성은 40~50℃의 온도에서 약 30분간 수행하는 것이 용매와 용질간의 이형에 의한 용액 분리를 방지하는 측면에서 바람직하다.
또한, 상기 숙성은 혼합물을 20~200rpm, 더욱 상세하게는 40~100rpm의 속도로 서서히 교반하면서 수행하는 것이 바람직하다. 숙성시 교반속도가 40rpm 미만이면 충분한 교반 및 균일한 숙성이 이루어지지 않을 수 있으며, 100rpm을 초과하면 기포가 발생되어 코팅액의 물성에 안 좋은 영향을 줄 수 있다.
본 발명은 상기와 같이 제조된 수용성 코팅액을 원지(原紙)의 일면 또는 양면에 마이크로그라비아(Microgravure) 코팅 또는 건식 라미네이션(Dry lamination)을 통해 코팅하여 코팅막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 원지로는 햄버거용 포장지로서 적합한 물성을 갖는 통상의 종이를 사용할 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에 따른 수용성 코팅액의 코팅에 문제가 없는 것으로서, 코팅공정, 재단공정, 인쇄공정, 성형공정 등의 과정에서 다양한 요구에 부응할 수 있도록 적당한 강도, 장기보존성, 내습성, 치수안정성 및 가공적성을 갖는 것을 채택하여 사용할 수 있다. 또한 안전성을 고려하여 펄프를 원료로 한 무형광제 식품지를 사용하되, 내절성 및 형부성(型付性)이 우수하고, 평량이 10~100g/m2, 습강력이 0.1~1.0kN/m 정도인 종이를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 햄버거용 포장지는 준비된 수용성 코팅액을 마이크로그라비아(Microgravure) 방식으로 원지 표면에 코팅하여 수득될 수 있다.
상기 마이크로그라비아 (롤) 코팅 방식은 코팅롤 표면에 특정한 용적을 갖는 셀이 형성돼 전사시키는 방식으로서, 코팅롤 직경이 30~60mm 정도로 작고, 백업롤이 없는 상태에서 텐션을 가진 기재필름이 롤 회전방향과 반대방향으로 롤 표면을 가볍게 접촉하는 방식으로 통과하면서 코팅이 되는 특징을 갖는다. 즉 코팅롤 직경이 작은 이유로 기재필름의 입사각과 출사각이 작게 되어 코팅 비드에서의 난류 (Turbulent flow) 문제를 최소화할 수 있다. 특히 백업롤이 없는 상태에서 코팅이 되는바 Nip Flow(코팅롤과 닙롤 사이에서 강한 전단응력을 받는 용액 흐름)에 의한 용액이 튀는 불량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
여기서, 코팅속도는 분당 60~200 미터(예컨대, 분당 120 미터) 정도가 적절하다. 코팅속도가 분당 60 미터 미만이면 코팅시간이 너무 길어져 생산성 및 경제성이 저하될 수 있으며, 분당 200 미터를 초과하여 너무 빠르면 코팅액이 제대로 코팅되지 않거나 국소적으로 코팅되어 코팅지의 내수성 등이 떨어질 수 있다.
다른 측면으로, 본 발명의 햄버거용 포장지는 준비된 수용성 코팅액을 건식 라미네이션(Dry lamination) 방식으로 원지 표면에 코팅하여 수득될 수 있다.
상기 건식 라미네이션(Dry lamination) 방식은 건조시간을 단축시킬 수 있고, 공정시 종이가 동그랗게 말리지 않으며, 코팅지의 내습성 및 내절성이 향상되는 장점이 있다. 또한 건식 라미네이션(Dry lamination) 방식은 본 발명의 햄버거용 포장지를 (2~6단 롤러 코터를 이용하여) 다층 코팅막으로 형성하는 경우에도 적합하게 사용될 수 있다.
한편, 마이크로그라비아(Microgravure) 방식 등 원지에 수용성 코팅액을 코팅할 때에는 한 번의 코팅보다는 복수로 코팅을 하는 것이 고르게 분산 코팅되며, 보다 우수한 내수성 및 내유성을 부여할 수 있다.
본 발명의 햄버거용 포장지 제조에 있어서, 상기 수용성 코팅액은 원지에 5~20g/㎡(예컨대, 7~15g/㎡)의 도공량(Coat weight)으로 적용되어 코팅막을 형성하는 것이 바람직하다. 코팅막의 도공량이 5g/㎡ 미만이면 내수성, 내유성 등 우수한 요구 물성을 얻지 못할 수 있으며, 20g/㎡를 초과하면 너무 빳빳한 포장지가 되어 포장작업성 및 포장견고성이 저하되고 불필요한 비용 증가를 불러와 경제성이 떨어질 수 있다.
본 발명에서의 코팅은 햄버거와 접촉하게 되는 원지의 일면만을 코팅할 수도 있고, 외부로부터의 수분 및 유분 침투 등에 대한 저항성까지 고려하여 원지의 양면에 모두 코팅할 수도 있다.
상기와 같은 코팅과정을 거친 후에는, 필요에 따라 소정의 건조과정이 추가로 수행될 수 있다. 코팅된 원지를 소정의 열 건조장치에 통과시키면 수분이 마르면서 폴리머 등의 성분이 종이에 안착하여 원지에 요구하는 물성의 코팅막을 형성하게 된다.
코팅된 원지를 건조시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 원지 및 코팅막의 열변형을 초래하지 않는 범위에서 당분야의 적절한 방법을 통해 수행할 수 있다. 예를 들어, 100~120℃ 정도의 건조오븐에서 약 5분간 열건조시킴으로써 수행될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼으로 유리전이온도(Tg)가 0.5℃, 점도가 230±10cps(25℃), 고형분이 45%인 에멀젼 65 중량부; 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼으로 유리전이온도(Tg)가 -5~23℃, 점도가 30~4500cps(25℃), 고형분이 45%인 에멀젼 15 중량부; 수용성 에폭시 에멀젼으로 금호피앤비화학社제 KER 510 7.5 중량부; 수용성 폴리아민 경화제로 Air Products社제 Epilink 700 1.2 아민당량/에폭시당량; 실리콘 에멀젼 슬립제로 광진 실리콘社제 SO-7920 9.5 중량부; 소디움 디옥틸 설포석시네이트계(Sodium Dioctyl Sulfosuccinate) 분산제로 CYTEC社제 OT-75 0.5 중량부; 및 은나노 항균제 1 중량부;를 진공호모믹서(Vaccum homo mixer)를 이용하여 상온에서 30분간 교반한 다음, 40~50℃에서 30분간 숙성시켜 각 성분들이 균일하게 혼합된 수용성 코팅액을 제조하였다. (* 제조된 코팅액의 5℃에서 저장보관 기간은 약 6개월로 매우 안정적이었다.)
상기와 같이 제조된 수용성 코팅액을 원지(原紙)의 일면에 마이크로그라비아(Microgravure) 코팅을 통해 코팅한 후(도공량: 약 10g/㎡) 건조시켜 햄버거 포장용 코팅지를 제조하였다.
실시예 2
마이크로그라비아(Microgravure) 코팅 대신 건식 라미네이션(Dry lamination) 방식을 통해 코팅한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅지를 제조하였다.
실시예 3
수용성 코팅액 제조시 캐슈(Cashew)껍질 추출액 1 중량부를 더 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅지를 제조하였다.
실시예 4
수용성 코팅액 제조시 캐슈(Cashew)껍질 추출액 1 중량부를 더 첨가하고, 마이크로그라비아(Microgravure) 코팅 대신 건식 라미네이션(Dry lamination) 방식을 통해 코팅한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅지를 제조하였다.
비교예 1
수용성 코팅액 제조시 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼; 및 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼;만을 사용하고, 마이크로그라비아(Microgravure) 코팅 대신 통상의 바코팅(Bar-coating) 방식을 통해 코팅한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅지를 제조하였다.
비교예 2
수용성 코팅액 제조시 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼; 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼; 실리콘 에멀젼 슬립제; 및 소디움 디옥틸 설포석시네이트계(Sodium Dioctyl Sulfosuccinate) 분산제;만을 사용하고, 마이크로그라비아(Microgravure) 코팅 대신 통상의 바코팅(Bar-coating) 방식을 통해 코팅한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅지를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에 따른 햄버거 포장용 코팅지에 대해 내수성, 내유성, 부착력, 항균성, 슬립성 등의 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 내수성 및 내유성 테스트
코팅지의 코팅면에 물 및 식용유를 각각 5g씩 도포하여 상온에서 1시간 동안 방치한 후, 코팅지에 물 및 식용유가 젖은 정도를 육안으로 관찰하였다.
◎ : 우수(코팅지에 물 및 식용유가 전혀 젖지 않음)
○ : 양호(코팅지에 물 및 식용유가 5% 이하로 젖음)
□ : 보통(코팅지에 물 및 식용유가 6~10% 젖음)
△ : 불량(코팅지에 물 및 식용유가 11~20% 젖음)
× : 아주 불량(코팅지에 물 및 식용유가 20% 초과로 젖음)
(2) 부착력(열실링성) 테스트
상기 실시예 및 비교예에 따른 햄버거 포장용 코팅지를 열실링기(삼보테크, SK-310)를 사용하여 실링강도 5로 한 후, 코팅층과 원지가 떨어지는 정도를 관찰하였다.
◎ : 우수(코팅층과 원지가 떨어지지 않음)
○ : 양호(코팅층과 원지가 1% 이하로 떨어짐)
□ : 보통(코팅층과 원지가 2~5%로 떨어짐)
△ : 불량(코팅층과 원지가 6~10%로 떨어짐)
× : 아주 불량 (코팅층과 원지가 10% 이상으로 떨어짐)
(3) 항균성(신선도 유지성) 테스트
상기 실시예 및 비교예에 따른 햄버거 포장용 코팅지를 사용하여 갓 구입한 시중의 햄버거를 코팅면이 햄버거의 도우 및 속재료와 접하도록 포장한 후, 여름철 30℃ 정도의 온도에서 약 3시간 동안 방치하였다. 이후 포장을 풀고 햄버거의 맛과 냄새가 변질되었는지 여부를 관능검사를 통해서 확인하였다.
(4) 슬립성(브로킹 발생 여부) 테스트
상기 실시예 및 비교예에 따른 햄버거 포장용 코팅지에 대해 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후, 70℃에서 0.5㎏/㎠의 압력으로 30분 동안 보관하여 브로킹 발생 여부를 관찰하였다.
(5) 건조시간 테스트
상기 실시예 및 비교예에 따른 햄버거 포장용 코팅지 제조시 소요된 건조시간을 상대적으로 평가하였다.
[표 1]
Figure 112014115772710-pat00001

상기 표 1에서 보듯이, 본 발명에 따라 제조된 햄버거용 포장지는 햄버거 포장용으로서 요구되는 내수성, 내유성, 부착력, 항균성 및 슬립성이 모두 우수하고, 제조시 건조시간 또한 짧게 소요되어 같은 시간에 다량의 포장지를 생산할 수 있었다. 반면 비교예의 경우 내수성, 내유성, 부착력 및 슬립성이 상대적으로 열악하였고, 햄버거의 신선도를 장시간 유지할 수 없었으며, 제조시 건조시간이 길게 소요되어 생산성이 저하되었다.
(6) 알칼리해리성 및 분산성 테스트
상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 4종의 코팅지의 사용 후 폐기시 재활용 용이성 및 폐기물 감소 특성을 확인하기 위하여 환경마크 인증기준인 EL606의 방법에 따라서 알칼리해리성 및 알칼리분산성을 실험하였다. EL606의 시험방법에 따라 (1) 2L 용량의 해리용기에 0.5% NaOH 용액 1L를 가한 다음, 본 발명의 코팅지를 1㎠ 이하로 잘게 절단한 시료 20g을 넣었다. (2) 이어서 55±5℃에서 1,500±100rpm으로 10분간 해리시킨 다음, (3) 교반을 멈추고 용기벽에 부착된 물질을 50mL의 알칼리 용액으로 씻어내린 다음 교반기를 작동하여 1,500±100rpm으로 다시 10분간 해리시켰다. (4) (3)의 과정을 3회 반복하고 시료액을 5분간 정치하고 150메시의 여과재인 금속망체로 여과하였다. 또한 여과재 위의 남아있는 펄프 슬러지를 알칼리용액으로 5회 세척한 다음 80±5℃의 물로 여과재를 5회 세척하였다. (5) 여과재 위에 남아있는 펄프 슬러지는 여과재와 함께 상온에서 30분간 정치시킨 후, 잔류하는 수산화나트륨을 제거하기 위해 105±5℃의 건조기에서 2시간 동안 건조시켰다. (6) 건조시킨 여과재를 꺼내 방랭한 다음 여과재 위에 남아있는 펄프를 취하여 알칼리해리성 및 분산성을 평가한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure 112014115772710-pat00002

상기 표 2의 결과에서 보아 실시예 1 내지 4의 4종 코팅지 모두 EL606 포장재 규격에 따른 “재활용이 쉬움, 폐기물 감소”에 대한 판단 기준인 펄프 이외에 불순물이 포함되어 있지 않고, 펄프 점착성이 나타나지 않아 알칼리해리성 또는 알칼리분산성인 것으로 평가되어 재활용이 용이하고, 폐기물 감소 기준에 적합한 것을 알 수 있었다.
본 발명에 따라 제조된 친환경 알칼리해리성 코팅지는 고기능성 코팅을 통해 각종 식품 포장지의 용도로 다양하게 활용될 수 있을 것이며, 특히 햄버거용에 맞춤화된 포장지로서 매우 적합하게 이용될 수 있다. 또한 사용 후에는 일반적인 펄프 해리 방식에 의해 용이하게 재활용할 수 있고, 폐기시 자연계에서 생분해되어 환경부하를 줄일 수 있는바 녹색 환경기술 정책에도 부합한다.

Claims (8)

  1. (a) 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼 60~70 중량부; 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼 10~20 중량부; 수용성 에폭시 에멀젼 5~10 중량부; 수용성 폴리아민 경화제 0.8~1.2 아민당량/에폭시당량; 실리콘 에멀젼 슬립제 0.5~10 중량부; 소디움 디옥틸 설포석시네이트계(Sodium Dioctyl Sulfosuccinate) 분산제 0.5~2 중량부; 및 은나노 항균제 0.75~2 중량부;를 상온에서 교반한 다음, 40~50℃에서 숙성시켜 수용성 코팅액을 제조하고,
    (b) 제조된 수용성 코팅액을 원지(原紙)의 일면 또는 양면에 마이크로그라비아(Microgravure) 코팅 또는 건식 라미네이션(Dry lamination)을 통해 코팅하는 것이며,
    상기 수용성 에폭시 에멀젼은 에피클로로하이드린, 비스페놀-A와 유화제를 중합반응시켜 물에 에멀젼화한 것으로, 당량이 510g/eq, 고형분이 55%인 것이고,
    상기 수용성 폴리아민 경화제는 폴리아민을 에폭시 수지와 유화제로 변성시켜 물에 에멀젼화한 것으로, 활성수소당량이 200~300g/eq, 고형분이 55~70%인 것을 특징으로 하는,
    친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼 65 중량부; 수용성 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 에멀젼 15 중량부; 수용성 에폭시 에멀젼 7.5 중량부; 수용성 폴리아민 경화제 1.2 아민당량/에폭시당량; 실리콘 에멀젼 슬립제 9.5 중량부; 소디움 디옥틸 설포석시네이트계(Sodium Dioctyl Sulfosuccinate) 분산제 0.5 중량부; 및 은나노 항균제 1 중량부;를 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 폴리비닐알코올(PVA) 에멀젼은 유리전이온도(Tg)가 0.5℃, 점도가 230±10cps, 고형분이 45%인 것을 특징으로 하는 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용성 코팅액은 캐슈(Cashew)껍질 추출액 0.5~2 중량부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 교반은 진공호모믹서(Vaccum homo mixer)를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅에 의한 도공량(Coat weight)은 5~20g/㎡인 것을 특징으로 하는 친환경 알칼리해리성 햄버거용 포장지의 제조방법.
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