KR101813208B1 - 식품의 신선도를 유지하기 위한 항균성 포장재의 제조방법 - Google Patents

식품의 신선도를 유지하기 위한 항균성 포장재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식품 포장재 제조용 용융 수지액에 항균 발현물질을 혼합하고 성형하여 상기 항균발현물질의 항균기능에 의해 부패유발 가능 균을 제거함으로써, 포장재 내에 보관 중인 식품의 신선도를 유지하고 유통기한을 연장할 수 있는 항균성 포장재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법으로 제조되는 항균성 포장재는 항균조성물이 수지 내부에 균일하게 분산 혼합되어 안정적으로 결합하므로 포장재를 장기간 사용하여도 항균, 항곰팡이 및 원적외선 방출 효과가 지속적으로 유지되어 식품의 신선도 및 유통기한의 연장이 가능하며, 또한 본 발명의 포장재는 세라믹 분말의 흡착성과 흡습성으로 인하여 수분 흡착성과 가스 결합성이 우수하므로 식품의 신선도 유지와 보존성을 좀 더 향상시킬 수 있다.

Description

식품의 신선도를 유지하기 위한 항균성 포장재의 제조방법{Manufacturing Method of Antibacterial Packing Material for Keeping Freshness of Food}
본 발명은 식품 포장재 제조용 용융 수지액에 항균 발현물질을 혼합하고 성형하여 상기 항균발현물질의 항균기능에 의해 부패유발 가능 균을 제거함으로써, 포장재 내에 보관 중인 식품의 신선도를 유지하고 유통기한을 연장할 수 있는 항균성 포장재의 제조방법에 관한 것이다.
인간생존을 위한 3대 요소인 의·식·주에서 특히 식생활에 대한 인간의 욕구는 생존적 측면에서 가장 기본적이고 필수적인 요소이다.
자연으로부터 채취, 채집하는 먹거리 형태로부터 재배, 수확, 보존의 형태로 진보되는 과정에서 식품을 보다 더 신선하고 장기적으로 보존하기 위한 방법은 과학의 발전과 함께 성장하여 왔으며, 현재에도 다양한 방법으로 개선이 이루어지고 있다.
식품 보존을 위하여 절임, 건조, 냉동 등으로 식품 자체를 제어하는 처리법, 화학적 합성 보존료 또는 방부제를 첨가하는 인위적인 처리법 및 산소차단, 주변 온도·습도 제어, 채광 조절 등의 식품의 주변환경을 제어하는 처리법이 대표적으로 사용되어 왔다.
상기 절임, 건조, 냉동 등의 식품 자체를 제어하는 방식은 식품 고유의 맛과 영양의 변질을 초래하는 단점이 있으며, 화학적 합성 보존료나 방부제 처리방법은 그 효과는 우수하나 장기간 노출시 인체 내분비계 활동의 저해, 환경 호르몬 물질 등에 의한 유전적, 환경적 위험요소가 뒤따른다는 것이 단점으로 작용한다.
식품의 주변환경을 제어하는 방법은 식품 포장재료인 종이소재 또는 고분자 필름 표면 또는 내부에 기능성 물질을 도포 또는 혼입하는 방법이 주로 연구 개발되고 있으며, 화학 및 고분자 소재의 발전에 힘입어 많은 발전과 개선이 이루어지고 있다.
일반적으로 과일, 채소, 음식, 물 등의 식품을 보관하는 식품포장재는 내수성, 내유성 및 성형성이 우수하여야 하고 이를 위해 범용 열가소성 수지인 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르(PET) 등이 대표적으로 사용되고 있으며, 상기 수지를 종이나 천 등의 베이스지 표면에 코팅하는 방법이나 수지를 용기류나 필름류로 성형하는 방법으로 포장재를 제조하고 있다.
그런데 코팅방법은 가소성이나 열접착성을 부여하기 위한 보조제가 추가로 필요하고 이러한 물질들을 포함한 합성수지를 포장기재에 코팅하는 경우 유해물질의 용출로 인해 인체에 악영향을 끼칠 우려가 있으며, 폐기과정에서 환경호르몬이 방출되는 문제가 발생한다.
또한, 용기류 또는 필름류는 내부에 보관된 식품의 수분이탈 방지 및 외부공기 유입이 방지되는 구조이므로, 단기적인 신선도와 부패방지는 가능하나 장기적인 식품의 부패와 변질을 방지하지는 못한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 한국공개특허공보 제2000-0012409호에는 플라스틱 원료 100 중량부에 대나무숯 분말 0.5~1.5 중량부와 산화티타늄 0.3~0.8 중량부를 첨가하여 사출성형한 항균 식품용기가 개시되어 있으며, 대나무숯에 많이 포함된 규산 등의 탈취작용으로 식품용기의 탈취성과 항균성을 향상시키고 용기에 보관하는 식품의 보존성을 향상시키고자 하였으나, 대나무숯 분말의 함량이 0.5~1.5 중량부에 불과하여 기능성 발현에 있어 효과가 미약하고 대나무숯 분말의 함량을 증가시킬 경우 대나무숯 분말의 입자크기(200~300 메시)로 인하여 사출성형이 원활히 이루어지지 못하므로 대나무숯 분말의 함량을 증가시키는 데에 한계가 있다.
이에 따라, 한국공개특허공보 제2011-0000336호에는 폴리프로필렌 수지에 1~10 ㎛ 크기로 미분쇄한 참숯 분말을 30~50 중량%로 다량 함유하여 기능성을 부여한 합성수지 조성물을 220~240 ℃의 온도로 사출성형하여 식품용기를 제조하며, 기능성 향상을 위해 맥반석, 맥섬석, 게르마늄, 황토, 일라이트 또는 토르말린의 무기물질을 10 중량% 이내 첨가하여 참숯의 탈취, 흡착, 항균특성, 공기투과성, 원적외선 및 음이온 방사 특성, 무기물질의 원적외선과 음이온 방출효과를 이용하여 식품의 신선도를 증대하고 장기간 보관을 가능하도록 하였다.
그러나 상기 발명의 조성물은 분말의 함량이 과다하여 상대적으로 폴리프로필렌 수지의 함량이 적어서 사출성형에 의한 성형성, 제조된 식품용기의 물리적 물성에 한계가 있어서 범용성에 문제가 있으며, 더불어 참숯과 상기 무기물질의 탈취율 및 항균 기능성이 탁월하지 못하여 식품의 신선도 유지효과가 만족스럽지 못한 단점이 있다.
또한, 한국등록특허공보 제1151406호는 합성수지, 핵제 마스터 배치(합성수지+핵제), 신선도 보존 마스터 배치{합성수지+신선도 보존제(세피오라이트 및 과망간산칼륨)}, 대전방지제 마스터 배치{합성수지+대전방지제(4급 암모늄 화합물, 에폭시화아민, 지방산에스테르 또는 황산화된 왁스)} 및 발포제를 혼합하고 발포한 후 이를 용융압출 및 성형한 포장재의 내측면에 다수개의 흡수홀을 형성하는 방법으로 농산물의 신선도 유지를 위한 포장재의 제조방법을 제안하고 있다.
상기 발명은 발포에 의한 기공과 포장재의 내측면의 흡수홀을 통하여 식품으로부터 발생되는 에틸렌 가스 등의 산화물질을 포장재가 흡수·제거하도록 함으로써 식품의 신선도를 유지하도록 하였으나, 기공과 흡수홀의 용량은 한계가 있어서 식품의 에틸렌 가스 발생량이 적거나 식품의 신선도를 단기간 유지하는 데에는 효과적이나 에틸렌 가스 발생량이 많은 식품이거나 장기간 식품을 보관하거나 또는 식품의 신선도 유지에 다른 요인이 작용할 경우 그 효과를 기대하기 어렵다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 식품의 부패 유발균을 제거하면서 항균성분을 인체에 무해한 방법으로 포장재에 부여하고 이들 성분이 포장재에 견고히 결착되도록 하여 식품을 장기간 보관하여도 신선도가 유지될 수 있고 포장재를 장기간 반복 사용하여도 항균효과가 지속적으로 유지될 수 있는 항균성 포장재의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 평균입자지름 10~50 ㎚인 은 분말 40~60 중량%와 평균입자지름이 0.1~1.0 ㎛이고 제올라이트 분말, 일라이트 분말, 몬모릴로나이트 분말 및 운모 분말로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 세라믹 분말 40~60 중량%를 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계, 상기 혼합분말을 100 ℃ 이상으로 가열하는 단계, 상기 가열된 혼합분말에서 세라믹 분말의 내부 공극에 흡착되지 않은 은 분말을 제거하여 은 분말을 세라믹 분말에 담지하는 단계 및 용융 수지액에 상기 은 분말이 담지된 세라믹 분말 1~10 중량%; 구형도 0.5 이상의 구형입자로 이루어진 산화철화합물 1~5 중량%; 벤토나이트, 페라이트, 마그네타이트, 페그마타이트, 토르말린, 견운모 및 황토로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 구성되고 입자입경 10 ㎚~1 ㎛의 금속산화물 분말 0.1~3.0 중량%; 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 및 니트로셀룰로오스로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 셀룰로오스 유도체 95~99 중량%에 트리아세틴, 트리에틸시트레이트, 디사이클로헥실프탈레이트, 에폭시화 대두유 및 글리세롤로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 가소제 1~5 중량%를 혼합하여 셀룰로오스의 수산기를 소수성기로 치환하고 가소화시킨 가소화 셀룰로오스 유도체 5~10 중량%; 및 티탄산염 또는 알루민산염을 0.5~2.0 중량%;를 혼합하고 성형하는 단계를 포함하는, 식품의 신선도를 유지하기 위한 항균성 포장재의 제조방법을 제공한다.
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본 발명의 방법으로 제조되는 항균성 포장재는 항균조성물이 수지 내부에 균일하게 분산 혼합되어 안정적으로 결합하므로 포장재를 장기간 사용하여도 항균, 항곰팡이 및 원적외선 방출 효과가 지속적으로 유지되어 식품의 신선도 및 유통기한의 연장이 가능하다.
또한, 본 발명의 포장재는 세라믹 분말의 흡착성과 흡습성으로 인하여 수분 흡착성과 가스 결합성이 우수하므로 식품의 신선도 유지와 보존성을 좀 더 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 항균성 포장재의 항균효과를 분석한 시험성적서이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 항균성 포장재의 항곰팡이 효과를 분석한 시험성적서이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 항균성 포장재의 원적외선 방출 효과를 분석한 시험성적서이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 항균성 포장재를 면직물과 합지하여 벽지로 제작한 다음 상기 벽지에 대한 항균효과를 분석한 시험성적서이다.
본 발명은 용융 수지액에 항균조성물 및 발열조성물을 혼합하고 성형하여 기능성 식품 포장재를 제조함으로써, 상기 조성물의 항균성, 항곰팡이성, 원적외선 방출에 의한 식품의 신선도를 유지하고 유통기한을 연장하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서 사용되는 수지는 용융상태로 사출, 압출, 버블블로우잉(bubble blowing), 카렌더링(calendering) 등의 방법으로 성형하여 용기 또는 필름을 형성할 수 있는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 열가소성 고분자이면 그 종류에 제한되지 않는다.
상기 항균조성물은 금속분말과 세라믹 분말의 혼합분말로 이루어지는데, 금속분말로서 항균력이 우수한 은 분말이 바람직하고, 세라믹 분말로서 제올라이트 분말, 일라이트 분말, 몬모릴로나이트 분말, 운모 분말 중 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 금속분말과 세라믹 분말은 각각 항균능력을 가지고 있어서 단독으로 사용가능하나, 금속분말 중 항균력이 가장 높은 것으로 알려진 은 분말을 흡착성능을 가지는 다공성 물질인 제올라이트 분말 또는 층상구조의 일라이트 분말, 몬모릴로나이트 분말, 운모 분말에 담지하여 항균조성물로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 분말 중 제올라이트는 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여 3차원의 골격구조 내에 공극이 형성되어 있고 공극 사이에 물분자와 교 환성 양이온이 포함되어 있는데, 상기 물분자와 교환성 양이온은 저온의 가열에 의해 쉽게 제거될 수 있으나 골격구조는 변하지 않는다.
또한, 상기 일라이트 분말, 몬모릴로나이트 분말, 운모 분말은 층상구조를 가지고 있어서 층간 사이에 공극이 형성된 구조를 이룬다.
따라서 은 분말과 상기의 세라믹 분말을 혼합하고 가열하여 세라믹 분말 구조 내에 함유된 물분자를 기화시켜 제거한 후 물분자가 제거된 공극에 은 분말입자가 흡착되도록 함으로써 은 분말이 세라믹 분말에 담지(silver-loading ceramic)되도록 한다.
상기 은 분말입자는 세라믹 분말입자의 공극 내로 흡착되어야 하므로 세라믹 입자의 공극 크기 이내의 크기로 제한되고 세라믹 분말입자 또한 수지액에 혼합되어 용기 또는 필름 형태로 성형되므로 입자크기가 일정 크기 이내로 제한되며, 예를 들어 은 분말입자의 평균지름이 10~50 ㎚이고 세라믹 분말입자의 평균지름이 0.1~1.0 ㎛인 것이 바람직하다.
상기 세라믹 분말입자의 평균지름이 1.0 ㎛를 초과하면 포장재를 필름상으로 성형할 시 큰 입자크기로 인하여 필름의 파손이 발생하기 쉽고 필름의 두께를 얇게 하는데에도 제약을 받으며, 은 분말입자의 평균지름은 세라믹 분말입자의 공극 내로 흡착될 수 있는 크기이다.
특히, 제올라이트는 일정한 크기의 세공경(細孔經)을 가지고 있어서 이것보다 작은 분자를 선택적으로 통과시켜 흡착하며, 결정구조 내에 있는 양이온의 작용에 의해 불포화 탄화수소나 극성물질을 선택적으로 강하게 흡착함과 더불어 상기 양이온은 다른 양이온과 용이하게 교환가능하여 유해물질의 제거, 유용성분의 농축 및 회수 기능과 더불어, 양이온의 일부를 음이온으로 치환하여 항균성을 갖도록 함으로써 식품의 품질유지와 선도유지에 효능을 발휘한다.
상기 은 분말과 세라믹 분말의 혼합비율은 은 분말 40~60 중량%, 세라믹 40~60 중량%가 바람직하고, 물분자가 기화되는 100 ℃ 이상, 바람직하게는 100~150 ℃로 가열한 후 체눈 크기가 세라믹 분말입자의 평균지름보다 작으면서 은 분말입자의 평균지름보다 큰 체(sieve)에 은 분말이 함유된 세라믹 담체를 담은 후 진동을 가하거나, 또는 바람을 불어주어 가벼운 은 분말을 제거하는 등의 조작을 통하여 세라믹 입자 내부 공극에 흡착되지 않은 은 분말을 털어내어 제거하는 것이 바람직하다.
용융 수지액 중 상기 항균조성물의 함량은 1~10 중량% 함유되는 것이 바람직한데 상기 함량이 1 중량% 미만이면 항균기능의 발현이 미미하고 10 중량%를 초과하면 성형시 작업성이 저하될 수 있다.
상기 발열조성물은 산화제일철(FeO), 산화제이철(Fe2O3), 사산화삼철(Fe3O4) 또는 그 혼합물의 산화철화합물로 이루어지며, 상기 산화철화합물은 그 자체로 항균력을 가지면서 광(光)을 조사(照射)하면 산화철화합물의 쌍극자 회전에 의한 가열 및 흡수가열에 의해 발열하는 성질이 있다.
산화제일철, 산화제이철 및 사산화삼철과 같은 극성물질은 상기 은 분말이 담지된 세라믹 분말과 적절하게 혼합·분포되어 서로 간의 작용에 의해 안정된 구조를 가지는데, 이러한 안정된 형태로 존재하는 입자에 광이 조사되면 광 에너지가 극성의 산화철화합물 입자를 진동시키면서 은 분말 담지 세라믹 분말에 침투하여 흡수 가열되면서 발열한다.
그런데 식품 포장재 소재의 두께가 얇으면 공급된 광 에너지 중 일부만 소재에 흡수되고 흡수되지 않은 에너지는 소재로부터 방사되어 이용되지 못하나, 소재에 산화철화합물 입자가 존재하면 흡수되지 않은 에너지는 산화철화합물 입자에 의해 반사되어 다시 소재에 흡수될 수 있다.
이때, 상기 산화철화합물 입자의 형상이 각형, 침상형, 불규칙형, 판상형, 다각형 등의 형태를 가지면 반사율이 낮아져 에너지 손실이 발생하므로, 광의 균일하고 좀 더 많은 반사를 위하여 상기 산화철화합물 입자의 형상은 구형이 바람직하고 구형도(sphericity)가 0.5 이상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 구형도는 입자의 형상이 얼마나 구(sphere)에 가까운 가를 표시하는 척도로서 입자의 가장 긴 쪽 지름에 대한 가장 작은 쪽 지름의 비율을 의미하는데, 구형도가 0.5 미만이면 입자가 찌그러진 모양을 하게 되어 광이 입자 모서리의 첨단부분으로 수렴하여 스파크가 발생할 우려가 있으며, 구형도 0.5 이상에서 광에 의한 입자의 진동이 활발하여 가열 및 흡수가열 효과를 나타내게 된다.
상기 산화철화합물이 광에 의해 발열할 수 있도록 하기 위해서는 산화철화합물이 용융 수지액에 1~5 중량% 함유되는 것이 바람직하며, 1 중량% 미만이면 발열효율이 낮아 실질적인 발열효과를 기대하기 어렵고 5 중량%를 초과하면 성형성이 저하된다.
또한, 상기 용융 수지액에 벤토나이트, 페라이트, 마그네타이트, 페그마타이트, 토르말린, 견운모 및 황토와 같은 금속산화물 분말을 1종 또는 2종 이상 더 첨가할 수도 있다.
상기의 금속산화물은 태양광이나 형광등에서 방사되는 빛, 특히 단파장의 광이 표면에 조사되면 가열되는데, 이러한 가열은 포장재의 표면에 부착된 균을 소각·분해시키고 악취를 제거하며, 금속산화물 자체가 균을 분해하는 촉매역할을 수행하여 본 발명의 포장재에 항균효과를 제공한다.
이때, 상기 금속산화물 입자의 입경이 작을수록 이들 입자가 광에 의해 안정적으로 가열되면서 항균효과가 증대하므로 상기 금속산화물 입자의 입경은 10 ㎚~1 ㎛ 범위를 갖는 것이 바람직하며, 금속산화물에 의한 항균효과를 얻기 위해서는 금속산화물이 수지액 중 0.1~3.0 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 용융 수지액에 포장재의 내수성 및 내유성을 향상시키는 가소화 셀룰로오스 유도체를 더 첨가할 수도 있으며, 본 발명의 셀룰로오스 유도체는 셀룰로오스의 수산기(hydroxyl group, -OH)를 니트로화, 아세틸화 또는 에테르화 반응에 의해 치환하여 수소결합을 감소시킨 것으로서 친수성의 수산기가 소수성의 다른 기로 변화된다.
이러한 셀룰로오스 유도체로는 메틸셀룰로오스(methyl cellulose), 에틸셀룰로오스(ethyl cellulose), 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(hydroxypropylmethyl cellulose), 셀룰로오스아세테이트(cellulose acetate) 및 니트로셀룰로오스(nitro cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다.
상기 셀룰로오스 유도체에 가소제를 첨가하여 가소화 셀룰로오스 유도체를 제조하며, 가소화에 의해 고체의 셀룰로오스가 용액화되어 용융 수지액에 균일하게 분산 혼합될 수 있고, 상기 가소제는 트리아세틴(triacetine), 트리에틸시트레이트(triethylcitrate), 디사이클로헥실프탈레이트(dicyclohexyl phthalate), 이에스오(ESO, epoxidized soybean oil) 및 글리세롤(glycerol)로 이루어진 군에서 1종 또는 2종 이상이 선택될 수 있다.
가소제의 혼합비는 셀룰로오스 유도체 95~99 중량%에 가소제 1~5 중량%의 비율로 혼합되는 것이 바람직하며, 가소제가 1 중량% 미만이면 셀룰로오스 유도체의 용액화가 충분히 이루어지지 않고 5 중량%를 초과할 경우 셀룰로오스 입자가 분해되고 결정성이 약화되어 내수성 및 내유성이 저하된다.
상기 가소화된 셀룰로오스 유도체는 용융 수지액 중 5~10 중량% 혼합되는 것이 바람직하며, 5 중량% 미만이면 포장재에 대한 내수성 및 내유성의 부여가 부족하고 10 중량%를 초과할 경우 수지액의 점도를 높여서 성형작업시 덩어리지는 현상에 의해 성형성이 불량하고 건조가 지연되어 포장재끼리 붙는 블로킹 현상이 발생한다.
상기 항균조성물과 발열조성물이 수지액과 견고히 결합하여 이탈되지 않도록 용융 수지액에 커플링제를 혼합할 수 있으며, 커플링제로서 항균조성물, 발열조성물과 수지 사이의 계면 접착성을 높여 서로 화학적으로 결합하도록 하는 메탈 알콕사이드 계열의 커플링제가 바람직하다.
상기 메탈 알콕사이드 커플링제로는 티탄산염(titanate) 또는 알루민산염 (al㎛inate)이 바람직하고, 이들 커플링제는 항균조성물, 발열조성물과 수지의 친화력을 높여 결합력을 증가시킴과 더불어 항균조성물과 동일계열의 물질이므로 포장재의 항균성능을 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.
메탈 알콕사이드 커플링제의 함량은 용융 수지액 중 0.5~2.0 중량% 함유되는 것이 바람직한데, 0.5 중량% 미만이면 항균조성물과 수지의 결합이 충분치 않아 반복 세척 등에 의해 항균조성물이 이탈될 우려가 있고 2.0 중량%를 초과하면 전체 무기입자의 함량이 많아지게 되어 성형과정에서의 작업성이 저하될 우려가 있다.
상기에서는 용융 수지액에 혼합되는 항균조성물과 발열조성물, 첨가되는 금속산화물, 가소화 셀룰로오스 유도체, 메탈 알콕사이드 커플링제의 혼합량만을 기재하였으나, 혼합 또는 첨가되는 조성물의 나머지 잔량은 별도의 기재가 없어도 용융 수지액이 해당하게 됨은 당연하다고 할 것이다.
상기와 같이 용융 수지액에 항균조성물과 발열조성물을 혼합하여 성형함으로써 항균기능을 갖는 포장재를 제조할 수 있으나, 수지액에 항균조성물을 고농도로 함유시키기 위해서 먼저 수지, 항균조성물, 발열조성물 또는 수지, 항균조성물, 발열조성물, 커플링제를 혼합하여 마스터배치를 제조한 다음 이를 다시 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 수지와 혼합, 용융 및 성형하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 마스터배치를 이용하면 입자들의 희석성, 분산성, 거름성, 성형성, 균일성 등이 향상되어 입자가 용융 수지액에 고르게 분산되므로, 성형시 작업성 저하가 발생하지 않으면서 항균 및 발열조성물이 고농도로 고루 분산될 수 있다.
수지의 균일성을 향상시키기 위하여, 상기 마스터배치 제조시 사용하는 수지로서 공중합 폴리에스테르, 에폭시 수지 등 저융점 캐리어 레진을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 마스터배치에서 항균 및 발열조성물의 함량 또는 항균 및 발열조성물과 메탈 알콕사이드 커플링제의 함량은 분산성을 고려하여 20~30 중량%가 바람직하다.
상기와 같이 항균 및 발열조성물이 용융 수지액에 혼합되어 성형됨으로써 포장재에 항균효과를 제공하고 미세 입경을 가지므로 성형시 안정적인 조업성이 확보되며, 항균조성물이 함침, 증착 등의 방법으로 접착된 형태가 아니라 수지 내부에 균일하게 분산된 형태로 존재하므로 세척 등에 의해서 수지로부터 이탈되지 않고 지속적인 항균효과를 나타낼 수 있다.
또한, 나노 크기의 은 분말이 세라믹 분말에 담지되고 세라믹 분말은 다공성 또는 층상구조를 가져서 수지액과 견고히 결합하므로, 은 분말이 포장재 외부로 탈리되는 것이 더욱 방지되어 인체에 위해를 가할 우려가 없다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예> 항균성 포장재 필름의 제조
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균물질이 혼입된 폴리에틸렌 필름을 제조하였다.
하기 표 1의 성분비로 항균조성물을 혼합하고 교반하면서 120 ℃로 30 분간 가열한 다음 계속해서 30 분간 더 교반하였으며, 여기에 바람을 불어주어 가벼운 은 분말을 제거하는 방법으로 은 분말이 담지된 제올라이트 분말을 제조하였으며, 여기에 하기 표 1의 성분비로 금속산화물을 첨가하여 항균물질을 제조하였다.
상기 제조된 항균물질 2 ㎏을 구형도 0.7의 산화제이철 분말 1 ㎏과 함께 폴리에틸렌 수지 46.5 ㎏에 혼용하여 240 ℃의 온도에서 용융한 후, 폴리에틸렌 수지와 항균조성물, 산화제이철 분말이 견고한 결합력을 가지도록 하기 위하여 티탄산염 0.5 ㎏을 첨가한 다음 이를 토출하여 필름 형상으로 성형하였다.
상기와 같이 제조된 폴리에틸렌 필름은 항균물질 4 중량%, 산화제이철 2 중량%를 함유하는 기능성 필름의 특징을 가지며, 상기 항균물질은 20 ㎚ 입자크기의 은분말 48 중량%, 0.8 ㎛ 입자크기의 제올라이트 분말 48 중량%, 항균효과를 증가시키기 위한 1.0 ㎛ 입자크기의 토르말린과 견운모 분말 각각 2 중량%씩이 추가로 혼입되는 구성으로 이루어진다.
항균물질 성분비
구분 성분비(중량%) 입자크기
항균조성물 은 분말 48 20 ㎚
제올라이트 분말 48 0.8 ㎛
금속산화물 토르말린 분말 2 1.0 ㎛
견운모 분말 2 1.0 ㎛
<시험예 1> 항균효과 측정
상기 실시예의 항균성 폴리에틸렌 필름에 대한 항균효과를 FITI시험연구원에 분석의뢰하여 하기 표 1 및 도 1~3에 나타내었다.
상기 제조된 폴리에틸렌 필름을 온도 35±1 ℃, 상대습도 90 % 환경에서 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538P) 및 대장균(Escherichia Coli ATCC 8739)을 대상으로 박막접촉법(FILM CONTACT METHOD, JIS Z 2801:2006)을 준용하여 24 시간 이후의 정균감소율을 측정하였다.
항균도 분석결과
구분 균배양 초기 24 시간 경과 후 항균척도
BLANK 실시예
황색포도상구균 1.3×104 1.9×104 0.63 이하 4.5 Log
대장균 1.3×104 9.4×105 0.63 이하 6.2 Log
주1) 시험환경: 온도 35 ℃, 상대습도 90 %, 세균활성치 2.0Log 이하(항균기능 99 % 이상)
상기 표 2 및 도 1을 보면, 항균도에서 황색포도상구균은 Blank 상태에서 초기 배양균주수 1.3×104에서 24 시간 경과 후 1.9×104로 증가한 반면에 항균물질이 혼입된 실시예의 시료에서는 0.63 이하로 감소하였으며, 대장균은 Blank 상태의 초기 배양균주수 1.3×104에서 24 시간 경과 후 9.4×105로 증가한 반면에 항균물질이 혼입된 실시예의 시료에서는 0.63 이하로 감소하였다.
항균척도 수치는 황색포도상구균 4.5 Log, 대장균 6.2 Log로 상당한 항균효과가 있음을 알 수 있었다.
도 2의 BACTERIA-1(Staphylococcus aureus ATCC 6538P)은 BLANK(위)에서 #1(아래, 실시예)보다 황색포도상구균이 약간 더 관찰되었고 도 3의 BACTERIA-2(Escherichia Coli ATCC 8739) 또한 BLANK(위)에서 #1(아래, 실시예)보다 대장균이 좀 더 많이 관찰된 모습을 확인할 수 있다.
<시험예 2> 항곰팡이 효과 측정
상기 실시예의 폴리에틸렌 필름을 온도 35±1 ℃, 상대습도 90 % 환경에서 Aspergillus niger ATCC 9642, Chaetomi㎛ globos㎛ ATCC 6205, Pencilli㎛ pinophil㎛ ATCC 11797, Gliocladi㎛ virens ATCC 9645 Aureobasidi㎛ pullulans ATCC 15233의 5 가지 균에 대하여 ASTM G 21 방법을 준용하여 항곰팡이 효과를 FITI시험연구원에 분석의뢰하였으며, 그 결과 도 4와 같이 1등급(TRACE OF GROWTH, LESS THAN 10%)의 효과를 발휘하고, 도 5에 보이는 바와 같이 VIABILITY(위, BLANK)에 비하여 #1(아래, 실시예)에서 곰팡이가 거의 사멸되었음을 확인할 수 있다.
<시험예 3> 원적외선 방출효과 측정
상기 실시예의 폴리에틸렌 필름을 온도 40 ℃의 시험환경에서 원적외선 방출 효과를 FITI시험연구원에 분석의뢰하고 그 결과를 하기 표 3 및 도 6에 나타내었다.
원적외선 방출 분석결과
구분 실시예
방사율(5~20 ㎛) 방사에너지(W/㎡·㎛)
원적외선 방출 0.865 3.48×102
주1) 시험환경: 온도 40 ℃, 상대습도 90 %,
원적외선: KFIA-FI-1005
상기 분석결과, 방사율 86.5 %, 방사에너지 348 W//㎡·㎛ 수준으로 원적외선 방출효과가 우수함을 확인하였다.
<시험예 4> 벽지에 적용시 항균효과 측정
상기 실시예의 항균물질이 혼입된 폴리에틸렌 필름을 면직물과 합지하여 벽지로 제작한 다음 상기 벽지에 대한 항균효과를 FITI시험연구원에 분석의뢰하여 하기 표 4 및 도 7, 도 8에 나타내었다.
시험은 KS K 0693:2011의 방법에 의거 실시하였으며, 메티실린 내성 황색 포도상구균(methicillin-resistant Staphylococcus aureus ATCC 33591, MRSA)을 대상으로 18 시간 이후의 정균감소율을 측정하였다.
항균도 분석결과
구분 균배양 초기 18 시간 경과 후 정균감소율
(%)
BLANK 실시예
MRSA 2.0×104 1.0×107 <10 99.9
상기 표 4 및 도 7을 보면, 메티실린 내성 황색 포도상구균이 Blank 상태에서 초기 배양균주수 2.0×104에서 18 시간 경과 후 1.0×107로 증가하였으나 항균물질이 혼입된 실시예의 시료에서는 10 미만으로 감소하여 정균감소율이 99.9 % 이상을 나타냄을 알 수 있다.
도 8을 보면 BLANK(위)에서 #1(아래, 실시예)보다 메티실린 내성 황색 포도상구균이 좀 더 많이 관찰된 모습을 확인할 수 있다.

Claims (7)

  1. 평균입자지름 10~50 ㎚인 은 분말 40~60 중량%와 평균입자지름이 0.1~1.0 ㎛이고 제올라이트 분말, 일라이트 분말, 몬모릴로나이트 분말 및 운모 분말로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 세라믹 분말 40~60 중량%를 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계,
    상기 혼합분말을 100 ℃ 이상으로 가열하는 단계,
    상기 가열된 혼합분말에서 세라믹 분말의 내부 공극에 흡착되지 않은 은 분말을 제거하여 은 분말을 세라믹 분말에 담지하는 단계 및
    용융 수지액에 상기 은 분말이 담지된 세라믹 분말 1~10 중량%; 구형도 0.5 이상의 구형입자로 이루어진 산화철화합물 1~5 중량%; 벤토나이트, 페라이트, 마그네타이트, 페그마타이트, 토르말린, 견운모 및 황토로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 구성되고 입자입경 10 ㎚~1 ㎛의 금속산화물 분말 0.1~3.0 중량%; 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 및 니트로셀룰로오스로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 셀룰로오스 유도체 95~99 중량%에 트리아세틴, 트리에틸시트레이트, 디사이클로헥실프탈레이트, 에폭시화 대두유 및 글리세롤로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 가소제 1~5 중량%를 혼합하여 셀룰로오스의 수산기를 소수성기로 치환하고 가소화시킨 가소화 셀룰로오스 유도체 5~10 중량%; 및 티탄산염 또는 알루민산염을 0.5~2.0 중량%;를 혼합하고 성형하는 단계를 포함하는, 식품의 신선도를 유지하기 위한 항균성 포장재의 제조방법.
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