KR102026231B1 - 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 식품용도에 적합한 무미무취성을 가지며 동시에 우수한 방수 기능을 가지는 코팅 종이로서 폐기 후에는 수집되어 펄프 회수공정을 통한 재활용이 가능한 친환경적인 방수 코팅 종이에 관한 것이다.

Description

무미무취 재활용성 방수 코팅 종이{TASTELESS ODORLESS RECYCLABLE WATER-PROOF COATING PAPER}
본 발명은 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 식품용도에 적합한 우수한 무미무취성을 가지며 동시에 우수한 방수 기능을 가지는 코팅 종이에 관한 것이다. 본 발명의 무미무취 방수 코팅 종이는 폐기 후에는 수집되어 펄프 회수공정을 통한 재활용이 가능한 친환경적인 코팅 종이를 제공할 수 있는 것이다.
일반적으로 방수 기능을 필요로 하는 종이로서 식품포장지, 종이 컵지, 종이 빨대 등 내습포장지는 방수 기능이 뛰어나고 가격이 저렴한 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 종이에 압출코팅한 방수 종이가 널리 사용되고 있다.
그러나, 폴리올레핀 수지가 압출코팅된 방수 종이는 폐기되어 펄프 회수공정에 적용 시 펄프의 회수가 거의 불가능하여 재활용이 불가능한 종이로 분류되며, 이에 따라 전량 소각 또는 매립되고 있는 실정이다.
게다가, 생활수준과 문화의 질적 향상, 편리함 추구 등에 의해 일회용품의 사용량이 급격히 증가하면서, 소각 또는 매립되는 방수 코팅 종이도 더불어 급격히 증가하여 환경적으로 큰 문제가 되고 있다.
먼저 종이의 재활용성에 대해 좀더 상세히 살펴보면, 통상 수집된 폐지에 대한 펄프 회수공정은 펄퍼에서의 해리, 이물질 제거, 분산, 탈잉크, 표백 및 수세와 배수 공정의 상기 6 단계 공정으로 실시된다. 구체적으로 1 단계인 펄퍼에서의 해리 공정은 펄퍼에 폐지를 투입하고, 50 ~ 60℃에서 수산화나트륨 수용액에 침지시킨 후, 강력 교반하여 해리된 이물질을 제거하며 슬러리 상으로 가라앉은 섬유상의 펄프를 펄퍼 하부를 통해 다음 단계로 전달한다. 이어서, 2 단계인 이물질 제거 공정에서는 원심력을 이용한 클리너로 섬유상의 펄프에 비하여 무거운 이물질, 예를 들어 모래, 돌가루, 쇳가루 등을 제거하고 상기 펄프에 비하여 크기가 큰 이물질은 슬리트 또는 원형 홀이 있는 스크린을 통해 제거한다. 이어서, 3 단계인 분산 공정은 분산기 또는 니더를 이용하여 섬유상의 펄프에 붙어있는 잉크, 코팅제, 기타 이물질 등을 강한 전단력으로 분쇄하여 극미세화시키거나 이를 제거한다. 이어서, 4 단계인 탈잉크 공정은 섬유상의 펄프가 담긴 부유기에 계면활성제 등을 투입하고 기포를 불어 넣어 상기 기포에 잉크 및 기타 부유물을 부착시킨 뒤 기포를 제거함으로써 잉크를 제거한다. 이어서, 5 단계인 표백 공정은 과산화수소 등의 표백제를 투입하여 섬유상의 펄프를 백색으로 표백하며, 마지막으로 6 단계인 수세 및 배수 공정에서는 물로 세척하고 배수하는 것을 반복하여 극미세화된 이물질을 제거한다.
상기 펄프 회수공정에 있어서, 종래 100% 폴리올레핀 수지가 압출코팅된 방수 종이는 폐기된 후 펄퍼로 투입되면, 1 단계 해리 공정에서 통상의 온도 및 가동시간 조건에서 폴리올레핀 수지 층의 분리가 거의 되지 않고, 3 단계 분산 공정에서도 미세 입자로의 분쇄도 용이하지 않아 펄프의 회수, 즉 재활용이 현실적으로 불가한 문제점이 있다.
종래 이러한 재활용성을 개선하는 방법으로 폴리올레핀 수지와 탄산칼슘 입자와의 조성물이 압출코팅된 방수 코팅 종이가 제시된 바 있는데, 이러한 종이 경우에는 1 단계 해리 공정에서 매트릭스인 폴리올레핀 수지에 고도로 분산된 형태의 친수성을 가진 분산상인 탄산칼슘 입자들과의 취약한 계면을 통해 수산화나트륨 수용액이 침투하여 코팅층이 점차 누글누글해지면서 분리가 용이한 상태로 전환되고, 3 단계 분산 공정에 투입되면 폴리올레핀 수지와 탄산칼슘 입자 사이의 계면 등 매우 취약해진 부위를 중심으로 강한 전단력에 의해 극미세 입자로의 분쇄가 용이하여 결국 탄산칼슘 입자들은 펄프에 함유되고 극미세 입자로 분쇄된 폴리올레핀 수지들은 잘 분리, 제거되어 궁극적으로 펄프의 회수에 의한 재활용이 가능한, 즉 재활용성을 가지게 된다는 것이다.
한편 최근 수소수, 비타민 음료, 아미노산 음료, 식이섬유 음료 등 기능성 음료시장이 폭발적으로 성장하고 있는데, 소비자들의 맛, 냄새 등에 대한 수준이 높아져 가고 있어 원래 기능성 음료의 맛과 냄새를 변질시킴이 없이 그대로 살릴 수 있는 무미무취의 식품포장재에 대한 요구가 거세지고 있다.
그런데, 상기 폴리올레핀 수지와 탄산칼슘 입자와의 조성물이 압출코팅된 방수 코팅 종이에 있어 코팅층 조성물 경우에는 니더, 2축압출기 등에서 탄산칼슘 입자를 폴리올레핀 수지에 고도로 분산시키는 과정에서 폴리올레핀 수지의 열분해에 의해 다양한 형태의 저분자물이 다량 생성되어 냄새 발생은 물론 담는 음료에 용출되어 맛을 변질시키고, 또한 고순도 탄산칼슘 입자를 사용하지 않을 경우 가혹한 분산과정에서 탄산칼슘 입자에 내포된 불순물 등이 용출되어 맛의 변질 및 냄새발생을 일으키는 심각한 문제가 있어 이의 해결이 시급해졌다.
따라서 식품용도에 적합한 우수한 무미무취성을 가지며 동시에 우수한 방수 기능을 가지는 코팅 종이로서 폐기 후에는 수집되어 펄프 회수공정을 통한 재활용이 가능한 친환경적인 코팅 종이의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 식품용도에 적합한 우수한 무미무취성을 가지며, 또한 제조과정에서 발생하는 분해물에 의한 냄새를 제거할 수 있고 동시에 우수한 방수 기능을 가지는 코팅 종이로서 폐기 후에는 수집되어 펄프 회수공정을 통한 재활용이 가능한 친환경적인 코팅 종이를 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 재활용 시에 다공성 세라믹 입자를 사용함에 따라 해리공정이나 분산공정에서 무기충전제만을 사용하는 것보다 현저히 짧은 시간 내에 해리되고, 또한 분산되어 펄프를 재활용할 수 있는 새로운 무미무취 친환경 방수 코팅 종이를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 방수 코팅 종이로서, 무미무취성 및 방수 기능이 우수하며 보다 신속히 해리되고 또한 분산되어 재활용공정의 시간을 현저히 단축할 수 있는 재활용이 가능한 방수 코팅 종이에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명의 일 양태는
종이; 및 상기 종이의 일면 또는 양면에 형성되는 폴리올레핀 수지, 무기충전제 및 다공성 세라믹 입자를 포함하는 방수 코팅층;
을 포함하는 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이이다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 방수 코팅층은 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대해 무기충전제 50 ~ 300 중량부 및 다공성 세라믹 입자 0.1 ~ 5 중량부가 포함된 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리올레핀 수지는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센 및 1-도데센 등에서 선택되는 단량체를 중합시켜 얻어지는 단독중합체 또는 둘 이상의 단량체를 중합시켜 얻어지는 공중합체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 무기충전제는 탄산칼슘, 탈크, 클레이, 카올린, 실리카, 규조토, 탄산마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 수산화알루미늄, 산화아연, 수산화마그네슘, 산화티탄, 알루미나, 마이카, 아스베스토분 및 규산백토 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 세라믹 입자는 다공성 활성촉매 세라믹 입자, 다공성 제오라이트 입자, 다공성 실리카 에어로젤 입자 및 다공성 규산칼슘 입자 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 방수 코팅층에 상용화제, 분산제, 가공조제, 건조제, 열안정제 및 활제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 더 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 방수 코팅 종이는 압출라미네이션 또는 드라이라미네이션 방법으로 코팅된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 상기 방수 코팅 종이를 섬유상으로 해리시키는 단계; 이물질 제거 단계; 방수 코팅층을 분산기 또는 니더를 사용하여 미분쇄하는 분산 단계; 잉크 제거 단계; 표백 단계; 및 세척 단계를 포함하는 방수 코팅 종이의 재활용 방법이다.
본 발명에 의한 방수 코팅 종이는 식품용도에 적합한 우수한 무미무취성을 가지며 동시에 우수한 방수효과를 가짐으로써 방수 기능이 필요한 식품포장지, 종이 컵지, 종이 빨대 등 내습포장지 등에 적용이 가능하다.
또한, 본 발명은 사용 후 폐기되는 방수 코팅 종이가 펄프 회수공정을 통해 미세 입자로 분쇄되어 펄프의 회수, 즉 재활용이 가능한 효과로 인해 친환경성을 가지는 장점이 있다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에서는 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명의 일 양태는 방수 코팅 종이로서, 무미무취성 및 방수 기능이 우수하며 재활용이 가능한 방수 코팅 종이에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명의 일 양태는 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이에 관한 것으로, 상기 코팅 종이는 종이; 및 상기 종이의 일면 또는 양면에 형성되는 폴리올레핀 수지, 무기충전제 및 다공성 세라믹 입자를 포함하는 방수 코팅층;을 포함한다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리올레핀 수지는 종이에 방수 성능을 부여하는 코팅층의 기초 수지로, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센 및 1-도데센 등에서 선택되는 단량체를 중합시켜 얻어지는 단독중합체 또는 둘 이상의 단량체를 중합시켜 얻어지는 공중합체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 폴리올레핀 수지로서 좋게는 폴리에틸렌 단독중합체 또는 공중합체를 용이하게 사용할 수 있으며, 더욱 좋게는 폴리프로필렌 단독중합체 또는 공중합체를 뜨거운 음료를 담는 용도로 사용되는 종이 컵지 등에 적용하여 방수 성능과 내열성을 동시에 부여할 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지의 분자량이나 분자량 분포에 특별한 제한은 없으며, 폴리에틸렌 단독중합체 또는 공중합체 경우 ASTM D1238에 따라 190℃, 2.16 kg에서 측정된 용융지수가 1 ~ 20 g/10 min, 더욱 좋게는 5 ~ 15 g/10 min 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 폴리프로필렌 단독중합체 또는 공중합체 경우 ASTM D1238에 따라 230℃, 2.16 kg에서 측정된 용융지수가 1 ~ 20 g/10 min, 더욱 좋게는 5 ~ 15 g/10 min 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위의 폴리올레핀 수지를 포함하는 코팅층은 종이의 일면 또는 양면에 코팅되어 종이에 방수 성능을 부여할 뿐만 아니라, 저렴한 가격으로 경제성이 우수한 장점이 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 무기충전제는 탄산칼슘, 탈크, 클레이, 카올린, 실리카, 규조토, 탄산마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 수산화알루미늄, 산화아연, 수산화마그네슘, 산화티탄, 알루미나, 마이카, 아스베스토분 및 규산백토 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있는데, 경제성 및 분산 용이성 측면에서 탄산칼슘이 가장 바람직하고, 방수성을 향상시킬 필요가 있을 때는 판상형인 탈크를 일부 혼합하는 것이 좋다.
상기 무기충전제는 방수 코팅층에서 일종의 분산상을 형성하며 판상형, 침상형, 구형 및 타원형 등의 형상인 것일 수 있으며, 좋게는 구형의 무기충전제를 사용하여 방수 코팅층의 매트릭스인 폴리올레핀 수지에 대한 분산성을 향상시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 무기충전제는 평균입경이 0.1 ~ 10 μm, 좋게는 0.5 ~ 5 μm 인 것일 수 있다. 본 발명에서 평균입경은 각 무기충전제의 입경을 측정하여 작은 입자부터 부피를 누적할 경우, 총 부피가 50%에 해당하는 입경인 D50 값이다. 상기 범위의 평균입경을 가지는 무기충전제는 분산성과 동시에 경제성도 우수하며, 방수 코팅층의 표면 외관이 우수하여 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 무기충전제의 평균입경이 0.1 μm 미만일 경우, 무기충전제의 가격이 비싸 경제성이 좋지 않고 폴리올레핀 수지에 대한 분산성이 저하될 수 있으며, 평균입경이 10 μm를 초과할 경우, 가격이 저렴하여 경제성은 우수해지나 방수 코팅층의 표면 외관이 불량해지는 문제점이 있다.
또한, 분산상인 무기충전제는 폴리올레핀 왁스, 지방산, 지방산 금속염, 지방산 에스테르 또는 지방산 아미드 등이 코팅된 무기충전제인 것일 수 있으며, 상기 코팅된 무기충전제는 매트릭스인 폴리올레핀 수지와 상용성이 우수하여 용이하게 방수 코팅층을 제조할 수 있는 효과가 있다.
종래 종이에 폴리올레핀 수지를 압출 코팅하여 제조되는 방수 코팅 종이는 종이의 거친 표면 사이로 폴리올레핀 수지가 파고 들어간 앵커링(anchoring) 형태로 제조됨에 따라, 펄프 회수공정에서 분산기 또는 니더의 강한 전단력을 이용한 코팅 수지의 탈리 및 분쇄가 어려우며, 이에 따라 종이의 재활용이 불가능한 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따른 방수 코팅층은 1 단계 해리 공정에서 친유성을 가진 매트릭스인 폴리올레핀 수지에 고도로 분산된 형태의 친수성을 가진 분산상인 무기충전제와의 취약한 계면을 통해 수산화나트륨 수용액이 침투하여 코팅층이 점차 누글누글해지면서 분리가 다소 용이한 상태로 전환된다. 또한, 3 단계 분산 공정에 투입되면 폴리올레핀 수지와 무기충전제 사이의 계면 등 매우 취약해진 부위를 중심으로 강한 전단력에 의해 극미세 입자로의 분쇄가 용이하여 결국 무기충전제는 펄프에 함유되고 극미세 입자로 분쇄된 폴리올레핀 수지들은 잘 분리, 제거되어 궁극적으로 펄프의 회수에 의한 재활용이 가능한, 즉 재활용성을 가지게 되는 장점이 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 세라믹 입자는 다공성 활성촉매 세라믹 입자, 다공성 제오라이트 입자, 다공성 실리카 에어로젤 입자 및 다공성 규산칼슘 입자 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
종래 기술에 의한 방수 코팅 종이의 방수 코팅층 원료 제조 시 니더, 2축압출기 등에서 탄산칼슘 입자 등 무기충전제를 폴리올레핀 수지에 고도로 분산시키는 과정에서 폴리올레핀 수지의 열분해에 의해 다양한 형태의 저분자물이 다량 생성되어 냄새 발생은 물론 담는 음료에 용출되어 맛을 변질시킨다. 또한 고순도 탄산칼슘 입자 등 무기충전제를 사용하지 않을 경우 가혹한 분산과정에서 탄산칼슘 입자 등 무기충전제에 내포된 불순물 등이 용출되어 맛의 변질 및 냄새발생을 일으키는 심각한 문제가 있었는데 본 발명의 방수 코팅층 원료 조성물에 새롭게 도입된 다공성 세라믹 입자에 의해 해결이 된 것이다.
즉 상기 종래 기술에 의한 폴리올레핀 수지와 탄산칼슘 입자와의 조성물이 압출코팅된 방수 코팅 종이에서의 문제점인 맛변질 및 냄새발생의 원인이 된 다량의 저분자물, 불순물들을 본 발명에서 새롭게 도입한 다공성 세라믹 입자가 본래 목적으로 한 주요 요구특성인 재활용성을 전혀 손상시키지 않으면서 동시에 통상 0.1 ~ 100 nm 크기의 무수한 기공을 통해 효과적으로 다량의 저분자물, 불순물들을 흡착함으로써 이를 해결한 것이다.
특히 이러한 다공성 세라믹 입자 중 다공성 활성촉매 세라믹 입자는 다공성 세라믹 담체에 활성촉매 성분을 담지시킨 입자로서 저분자물, 불순분들을 흡착시킨 뒤 담지된 활성촉매에 의해 이들을 분해시킴으로써 보다 효과적으로 맛변질 및 냄새발생 요인을 제거할 수 있다. 상기 다공성 활성촉매 세라믹 입자로서 예를 들면, 일본 동화합성사 상품명 KESMON(평균입경 0.1 ~ 3.0μm), 신아물산의 상품명 SmellCut(평균입경 0.5 ~ 2.0μm) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 방수 코팅층은 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대해 무기충전제 50 ~ 300 중량부 및 다공성 세라믹 입자 0.1 ~ 5 중량부, 좋게는 무기충전제 70 ~ 250 중량부 및 다공성 세라믹 입자 0.5 ~ 4 중량부, 가장 좋게는 무기충전제 70 ~ 170 중량부 및 다공성 세라믹 입자 0.5 ~ 3 중량부가 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
통상 무미무취성은 세계적으로 가장 널리 채택되고 있는 무미무취성 판정 규격인 DIN10955:2004에 따라 평가가 가능하다. 이 규격은 비교구인 무미무취의 물과 이 물에 시료를 일정온도, 일정시간 침지후 용출된 물을 엄선된 패널리스트들에 대해 맛과 냄새를 5 등급(0 : 차이 없음, 1 : 극히 미미한 차이, 2 : 미미한 차이, 3 : 약간 차이, 4 : 큰 차이)으로 비교 평가하는 방식이다. 커피 등 냄새가 강한 음료 경우 포장지에서 발생하는 냄새가 뭍히는 등 이유로 이제까지는 2.5 등급 이하를 무미무취성이 있는 식품포장재로 판정을 내리고 있었으나, 최근 맛과 냄새에 민감한 수요자에 의한 불만제기가 늘고 냄새가 약한 음료 종류도 증가추세에 있어 식품업체의 강한 요구에 의해 그 판정 기준이 2.0 등급 이하로 상향 조정되었고, 특히 수소수, 비타민 음료, 아미노산 음료, 식이섬유 음료 등 기능성 음료 경우에는 더욱 소비자 요구가 강해 그 판정기준을 1.5 등급 이하로 조절하는 등 점점 강화되는 추세에 있는데, 본 발명에 의한 방수 코팅 종이는 1.5 등급 이하의 매우 탁월한 무미무취성을 보이고 있다는 것이 큰 장점이다.
본 발명의 방수 코팅 종이를 사용하는 경우, 재활용과정에서 해리공정이나 분쇄하는 분산공정에서 폴리올레핀 수지에 탄산칼슘 입자만을 포함하는 본 발명의 비교예에 비하여 30% 이상의 재활용을 위한 해리공정과 분쇄공정의 시간을 단축시킬 수 있는 매우 현저한 효과를 달성할 수 있었다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 방수 코팅층은 통상의 첨가제를 더 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 상용화제, 분산제, 가공조제, 건조제, 열안정제 및 활제에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 상기 첨가제는 방수 코팅층의 물성 및 외관특성을 저하시키지 않는 범위에서 사용하는 것이 좋으며, 상기 방수 코팅층에 0.1 내지 10 중량% 첨가되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 방수 코팅 종이는 압출라미네이션 또는 드라이라미네이션 방법으로 코팅된 것일 수 있다. 상기 코팅 방법은 구체적으로, 폴리올레핀 수지, 무기충전제 및 다공성 세라믹 입자를 헨셀믹서 및 수퍼믹서 등에 적정 함량으로 투입하여 균일하게 혼합한 후, 단축압출기, 이축압출기, 니더 등 통상의 압출기를 사용하여 150 ~ 280℃, 더욱 좋게는 180 ~ 250℃ 온도 조건에서 압출하여 방수 코팅층용 펠렛을 제조한다. 이어서, 통상의 압출코팅기를 사용하여 200 ~ 350℃, 더욱 좋게는 250 ~ 330℃ 온도 조건에서 상기 방수 코팅층용 펠렛을 용융시켜 종이의 일면 또는 양면에 얇게 코팅 합지시키는 공지의 압출라미네이션 방법, 또는 종이의 일면 또는 양면에 유기용제에 용해한 접착제 용액을 도포하고 열풍 또는 가열하여 용제를 증발 건조시켜 접착제 표면을 가진 상태에서, 방수 코팅층을 가압 접착하고 접착제를 경화시키는 드라이라미네이션 방법으로 코팅할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 코팅 방법으로서 제조원가가 저렴하고 잔존 유기용매에 의한 냄새 발생 우려가 없는 압출라미네이션 방법이 바람직하나, 상기 방법으로 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태는 상기 방수 코팅 종이를 재활용하는 방법에 관한 것으로, 방수 코팅 종이를 섬유상으로 해리시키는 단계; 이물질 제거 단계; 방수 코팅층을 분산기 또는 니더를 사용하여 미분쇄하는 분산 단계; 잉크 제거 단계; 표백 단계; 및 세척 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방수 코팅 종이는 펄프 회수공정에 적용하여 재활용이 가능하며, 구체적으로 상기 방수 코팅 종이를 섬유상으로 해리시키는 단계는 50 ~ 60℃에서 수산화나트륨 수용액에 방수 코팅 종이를 침지시킨 후 교반하여 이물질은 제거하고 해리된 섬유상의 종이를 얻는 단계이다. 이어서, 상기 이물질 제거 단계는 원심력을 이용하여 섬유상의 종이에 비하여 무거운 이물질, 예를 들어 모래, 돌가루 및 쇳가루 등을 제거하고 상기 종이에 비하여 크기가 큰 이물질은 슬리트 또는 원형 홀이 있는 스크린을 통해 제거하는 단계이다. 이어서, 상기 분산 단계는 분산기 또는 니더를 이용하여 섬유상의 종이에 붙어있는 방수 코팅층, 잉크 및 기타 이물질 등을 강한 전단력으로 해리시키고 분쇄하여 미세화시키거나 이를 제거하는 단계이다. 이어서, 상기 잉크 제거 단계는 계면활성제 등을 사용하여 기포를 불어 넣고, 상기 기포에 잉크 및 기타 부유물을 부착시킨 뒤 기포를 제거함으로써 잉크를 제거하는 단계이다. 이어서, 상기 표백 단계는 과산화수소 등의 표백제를 투입하여 섬유상의 종이를 백색으로 표백하는 단계이다. 이어서, 상기 세척 단계는 물로 세척하고 배수하는 것을 반복하여 미세화된 이물질을 제거하는 단계이다.
종래 코팅 종이는 상기 분산 단계에서 코팅층의 해리가 어렵고 이에 따라 코팅층의 분쇄 또한 불가능하여 회수할 수 없는 문제점이 있으나, 본 발명에 따른 방수 코팅 종이는 분산 단계에서 코팅층의 해리가 용이하여 코팅층이 분쇄 및 제거됨에 따라 재활용이 가능한 장점을 가진다.
본 발명에 의한 방수 코팅 종이는 식품용도에 적합한 우수한 무미무취성을 가지며 동시에 우수한 방수효과를 가짐으로써 방수 기능이 필요한 식품포장지, 종이 컵지, 종이 빨대 등 내습포장지 등에 적용이 가능하며, 또한 본 발명은 사용 후 폐기되는 방수 코팅 종이가 펄프 회수공정을 통해 미세 입자로 분쇄되어 펄프의 회수, 즉 재활용이 가능한 효과로 인해 친환경성을 가지는 장점이 있다.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리올레핀 수지로서 용융지수(190℃, 2.16Kg) 8.0 g/10 min, 밀도 0.957 g/cm3의 고밀도폴리에틸렌 수지(LG화학, ME8000, HDPE-A), 무기충전제로서 평균입경 1.0 μm의 경질탄산칼슘(미국 Mineral Technologies사, CaCO3-A) 및 다공성 세라믹 입자로서 평균입경 1.2 μm의 다공성 활성촉매 세라믹 입자(일본 동화합성사, 상품명 KESMON, PCP-A)를 준비하였다.
상기 성분들을 하기 표 1과 같이 배합하여 헨셀믹서에 투입 혼합한 뒤 스크류 직경 130 mm의 이축압출기에 호퍼를 사용하여 투입하고, 210℃에서 압출하여 코팅층용 펠렛을 제조하였다. 제조된 방수 코팅층용 펠렛은 압출코팅기를 사용하여 310℃의 압출온도 조건에서 평량 350 g/m2의 종이컵용 종이에 일면 코팅하여 코팅 두께 20 μm의 방수 코팅 종이 시료를 제조하였고 이 시료를 사용하여 방수성 및 재활용성을 평가하였으며, 또한 상기 평량 350 g/m2의 종이컵용 종이에 방수 코팅층용 펠렛을 양면 압출코팅하여 총 코팅 두께 40 μm의 방수 코팅 종이 샘플을 제조하였고, 이 시료를 사용하여 무미무취성을 평가하였다.
[실시예 2]
폴리올레핀 수지로서 용융지수(190℃, 2.16Kg) 10.0 g/10 min, 밀도 0.924 g/cm3의 선형저밀도폴리에틸렌 수지(롯데케미칼, UL614, LLDPE-A)를 준비하였다. 방수 코팅층의 배합비를 하기 표 1과 같이 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 코팅 두께 25 μm의 일면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 방수성 및 재활용성을 평가하였고, 또한 총 코팅 두께 40 μm의 양면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 무미무취성을 평가하였다.
[실시예 3]
폴리올레핀 수지로서 용융지수(190℃, 2.16Kg) 8.0 g/10 min, 밀도 0.916 g/cm3의 저밀도폴리에틸렌 수지(롯데케미칼, XL600, LDPE-A)를 준비하였다. 방수 코팅층의 배합비를 하기 표 1과 같이 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 코팅 두께 25 μm의 일면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 방수성 및 재활용성을 평가하였고, 또한 총 코팅 두께 40 μm의 양면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 무미무취성을 평가하였다.
[실시예 4]
폴리올레핀 수지로서 용융지수(230℃, 2.16Kg) 10.0 g/10 min, 밀도 0.900 g/cm3의 폴리프로필렌 수지(롯데케미칼, J-150, PP-A)를 준비하였다. 방수 코팅층의 배합비를 하기 표 1과 같이 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 코팅 두께 25 μm의 일면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 방수성 및 재활용성을 평가하였고, 또한 총 코팅 두께 40 μm의 양면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 무미무취성을 평가하였다.
[실시예 5]
다공성 세라믹 입자로서 평균입경 2.5 μm의 다공성 제오라이트 입자(지심테크, JST-MS30, PCP-B)를 준비하였다. 방수 코팅층의 배합비를 하기 표 1과 같이 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 코팅 두께 25 μm의 일면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 방수성 및 재활용성을 평가하였고, 또한 총코팅 두께 40 μm의 양면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 무미무취성을 평가하였다.
[실시예 6]
다공성 세라믹 입자로서 평균입경 3.5 μm의 다공성 실리카 에어로젤 입자(지오스에어로젤, 상품명 JIOS AeroVa, PCP-C)를 준비하였다. 방수 코팅층의 배합비를 하기 표 1과 같이 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 실시하여 코팅 두께 25 μm의 일면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 방수성 및 재활용성을 평가하였고, 또한 총 코팅 두께 40 μm의 양면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 무미무취성을 평가하였다.
[실시예 7]
방수 코팅층의 배합비를 하기 표 1과 같이 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 코팅 두께 25 μm의 일면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 방수성 및 재활용성을 평가하였고, 또한 총 코팅 두께 40 μm의 양면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 무미무취성을 평가하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서 방수 코팅층으로서 LDPE-A만을 단독으로 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 코팅 두께 25 μm의 일면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 방수성 및 재활용성을 평가하였고, 또한 총 코팅 두께 40 μm의 양면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 무미무취성을 평가하였다.
[비교예 2]
다공성 세라믹 입자를 제외한 것 이외에는 실시예 5와 동일하게 실시하여 코팅 두께 25 μm의 일면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 방수성 및 재활용성을 평가하였고, 또한 총 코팅 두께 40 μm의 양면 방수 코팅 종이 시료를 제조하여 무미무취성을 평가하였다.
[표 1]
Figure 112018100069177-pat00001
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2의 방수 코팅 종이의 물성은 다음의 측정방법에 따라 측정하였다.
1. 방수성
방수성은 ASTM E-96에 따라 38℃, 90% RH에서 수증기투과도(WVTR, g/m2·day)를 측정하여 하기와 같이 평가하였다. 본 발명에 의한 시료 및 비교 시료는 일면 코팅된 종이를 사용하였다.
Figure 112018100069177-pat00002
2. 재활용성
재활용성은 환경표지 인증 기준 EL606에 따른 알카리 해리성 및 알카리 분산성 시험 방법에 따라, 55℃, 0.5% NaOH 수용액에서 1시간 교반하면서 코팅 종이를 해리 및 고전단력 니더에서 분산시킨 후, 얻어진 펄프에서 펄프 이외의 불순물이 포함되지 않고 점착성이 없을 경우 재활용성이 있는 것으로 판단하여 재활용성 유무를 평가하였다. 본 발명에 의한 시료 및 비교 시료는 일면 코팅된 종이를 사용하였다.
3. 무미무취성
무미무취성은 무미무취성 판정 규격인 DIN10955:2004에 따라 평가하였다. 이 규격은 비교구인 무미무취의 물과 이 물에 시료를 40℃, 10일간 침지후 용출된 물을 엄선된 패널리스트 10 명에 대해 맛과 냄새를 5 등급(0 : 차이 없음, 1 : 극히 미미한 차이, 2 : 미미한 차이, 3 : 약간 차이, 4 : 큰 차이)으로 비교 평가하는 방식이다. 무미무취성은 상기 규격에 의한 평가 등급을 보고 4 단계로 구분 종합 평가하였다(◎ 우수, ○ 양호, △ 보통, X 불량). 본 발명에 의한 시료 및 비교 시료는 양면 코팅된 종이를 사용하였다.
하기 표 2는 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2의 분석결과를 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure 112018100069177-pat00003
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 7의 방수 코팅 종이는 방수성, 재활용성 및 무미무취성이 모두 우수함을 알 수 있다. 한편 폴리올레핀 수지만을 코팅한 비교예 1을 살펴보면, 방수성은 우수하나 재활용이 불가능하고 무미무취성도 좋지 않음을 알 수 있었다. 또한, 수지 및 무기충전제만으로 제조한 비교예 2를 살펴보면 방수성이 우수하지만 재활용을 하기에는 침투력이 충분하지 않아 약 2시간의 해리시간이 필요하므로 재활용도 가능하나 재활용코스트가 매우 증가되며, 무미무취성 또한 매우 불량함을 확인하였다.

Claims (9)

  1. 종이; 및 상기 종이의 일면 또는 양면에 형성되는 폴리올레핀 수지, 무기충전제 및 다공성 세라믹 입자를 포함하는 방수 코팅층;을 포함하고,
    상기 무기충전제는 탄산칼슘, 탈크, 클레이, 카올린, 실리카, 규조토, 탄산마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 수산화알루미늄, 산화아연, 수산화마그네슘, 산화티탄, 알루미나, 마이카, 아스베스토분 및 규산백토에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방수 코팅층은 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대해 무기충전제 50 ~ 300 중량부 및 다공성 세라믹 입자 0.1 ~ 5 중량부가 포함된 것인 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 수지는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센 및 1-도데센에서 선택되는 단량체를 중합시켜 얻어지는 단독중합체 또는 둘 이상의 단량체를 중합시켜 얻어지는 공중합체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹 입자는 다공성 활성촉매 세라믹 입자, 다공성 제오라이트 입자, 다공성 실리카 에어로젤 입자 및 다공성 규산칼슘 입자에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹 입자는 다공성 활성촉매 세라믹 입자인 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅층에 상용화제, 분산제, 가공조제, 건조제, 열안정제 및 활제에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 더 포함되는 것인 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 방수 코팅 종이는 압출라미네이션 또는 드라이라미네이션 방법으로 코팅된 것인 무미무취 재활용성 방수 코팅 종이.
  9. 제 1항, 제 2항, 제 3항 및 제 5항 내지 제 8항에서 선택되는 어느 한 항의 방수 코팅 종이를 섬유상으로 해리시키는 단계; 이물질 제거 단계; 방수 코팅층을 분산기 또는 니더를 사용하여 미분쇄하는 분산 단계; 잉크 제거 단계; 표백 단계; 및 세척 단계를 포함하는 방수 코팅 종이의 재활용 방법.
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