KR102036171B1 - 친환경 식품포장용 종이 코팅제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식품포장용 종이 표면에 코팅되어 친환경적이면서 재사용이 가능하도록 하는 코팅제에 관한 것으로서, 인체 유해물질을 발생시키지 않으면서 코팅되는 종이의 내구성을 향상시켜 반복 재사용을 가능하게 하는 친환경 식품포장용 종이 코팅제에 관한 것이다.
본 발명에 따른 종이 코팅제는 내수성, 내유성 및 내블로킹성이 우수하여 이를 종이에 코팅한 포장용지는 식품 포장지로서의 기능성이 우수하며, 폴리에틸렌 코팅제보다 저온에서 코팅작업이 가능하므로 공정비용의 절감 및 휘발성 유기물질의 발생을 억제하여 작업환경이 개선되고 환경문제가 발생하지 않으며, 또한 본 발명의 코팅제가 코팅된 식품포장용 종이는 내구성이 우수하여 재활용이 가능하므로 종이의 원료인 펄프가 절감되고 소각처리에 따른 환경호르몬 등의 유해물질 발생이 줄어들어 대기오염개선과 인체건강면에서 유용한 효과가 있다.

Description

친환경 식품포장용 종이 코팅제{Eco-friendly Coating Composition for Food Packing Paper}
본 발명은 식품포장용 종이 표면에 코팅되어 친환경적이면서 재사용이 가능하도록 하는 코팅제에 관한 것으로서, 인체 유해물질을 발생시키지 않으면서 코팅되는 종이의 내구성을 향상시켜 반복 재사용을 가능하게 하는 친환경 식품포장용 종이 코팅제에 관한 것이다.
산업이 발달함에 따라 상품의 내용물을 보호하기 위한 포장용 일회용품의 사용량이 급격히 늘어나고 있으며, 대표적인 포장용 일회용품의 예로써 종이를 활용한 포장용지가 있다.
특히, 식품 포장용지는 단순히 내용물을 보호하는데 그치지 않고 내수성 및 내유성이 우수하여야 하고, 이를 위해 포장용지의 후가공시 일반적으로 범용수지인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 우레탄과 같은 다양한 합성수지가 종이의 표면에 코팅되고 있다.
이러한 합성수지 중 폴리에틸렌이 포장용지의 코팅에 많이 사용되는데, 일반적으로 폴리에틸렌은 가볍고 녹슬지 않으며 썩지 않을 뿐만 아니라 화학적 안전성, 내수성, 유연성, 절연성, 성형성 등의 장점을 가지고 있어서 일상 생활용품에 많이 사용되는 화학물질이다.
또한, 폴리에틸렌은 식품위생성이 우수하고 유통가격이 비교적 저렴하므로 다양한 식품용기의 내부에 코팅되어 방수 등의 목적으로 사용되고 있으나, 이를 포장용지에 코팅하기 위해서는 가소성이나 열접착성을 부여하기 위한 보조제가 추가로 필요하고, 이러한 물질들을 포함한 합성수지를 포장용지에 코팅하는 경우 유해물질의 용출로 인해 인체에 악영향을 끼칠 수 있으며, 폐기과정에서 환경호르몬이 방출될 수 있다.
또한, 종이 일측면에 폴리에틸렌을 200 ℃ 정도의 고온으로 코팅처리하여 내용물의 유출을 방지하도록 하는데, 이러한 종래의 종이 포장지는 폴리에틸렌 코팅으로 인하여 사용 후 재활용 처리과정에서 폴리에틸렌의 검화(aggregation)로 인해 재활용이 어려우며, 300 ㎛ 이하의 포장지에서는 펄프의 재생은 전혀 이루어지지 못하고 350 ㎛ 이상의 두꺼운 포장지에서만 부분적으로 이루어지고 있으나 이에 대한 수율 역시 80 %를 넘지 못하는 실정이다.
이에 따라 표장용 종이제조에 지속적으로 펄프가 소요되어 자원의 소모와 환경파괴의 문제가 증가할 뿐만 아니라 소각시 발생하는 매연은 대기오염을 유발하고 매립을 하여도 자연분해가 되기까지 오랜 기간이 걸리기 때문에 이로 인한 토양오염이 심화되는 문제가 있다.
더욱이, 폴리에틸렌 코팅공정은 200 ℃ 정도의 폴리에틸렌 칩 용해공정 및 이에 따른 휘발성 유기물질(VOCs)의 발생으로 인하여 고비용과 더불어 대기오염으로 인한 환경문제를 유발한다.
또한, 폴리에틸렌 코팅작업은 작업조건에 따라 환경호르몬의 방출과 발암물질에 노출될 위험이 매우 크고 장기간 인체에 노출시 건강에 치명적인 영향을 주므로 위생 및 안전성 측면에서 문제가 제기되고 있으며, 특히 폴리에틸렌이 100 ℃ 이상의 고온물질과 접촉시 발생하는 것으로 추정되는 PFOA(perfluorooctanoic acid)의 환경호르몬으로 인하여 그 문제점은 더욱 심각한 실정이다.
또한, 종이 코팅제는 일반적으로 제지공장에서 온머신코팅 방식으로 코팅되는데, 이때 공정의 신뢰성을 확보하기 위해서는 종이에 코팅되었을 때 권취롤 종이 시트의 사이 또는 코팅장치와 종이 사이에 발생하는 블로킹(서로 달라붙음)이 방지되어야 하므로, 이를 위해 내수성 및 내유성뿐만 아니라 내블로킹성이 우수한 종이 코팅제가 요구된다.
한국등록특허공보 제0890762호 한국등록특허공보 제1184972호 한국공개특허공보 제2003-0075994호 한국공개특허공보 제2010-0136563호 한국공개특허공보 제2014-0009789호
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 종이의 표면에 코팅제를 코팅하는 작업과정에서 휘발성 유기물질을 발생하지 않으면서, 제조된 포장지가 종래의 포장지와 비교하여 동등 이상의 내구성을 나타내도록 하여 반복 재사용을 가능하게 하는 식품포장용 종이의 코팅제를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 수용성 수지 100 중량부, 가소화된 셀룰로오스 유도체 5~20 중량부, 슬립제 3~10 중량부 및 분산제 3~7 중량부를 포함하고, 상기 가소화된 셀룰로오스 유도체는 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 및 니트로셀룰로오스로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 셀룰로오스 유도체 100 중량부에 가소제 1~5 중량부를 첨가하여 가소화되며, 상기 셀룰로오스 유도체 100 중량부에 스멕타이트 입자 3~7 중량부가 첨가되어 있고, 상기 스멕타이트 입자는 층상구조 내의 칼슘 및 나트륨 이온이 아연 또는 구리 이온으로 치환되어 있는 친환경 식품포장용 종이 코팅제를 제공한다.
이때, 상기 수용성 수지는 아크릴 에멀젼, 메틸롤화요소 에멀젼, 메틸롤화멜라닌 에멀젼, 카르복시메틸셀룰로오스 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 폴리염화비닐리덴 에멀젼, 라텍스 에멀젼, 스티렌 에멀젼, 폴리비닐알코올 용액 및 폴리비닐아세테이트 용액으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 중합체인 것이 바람직하고, 유리전이온도 -10~30 ℃, 고형분 20~40 중량% 및 점도 50~300 cps의 아크릴 에멀젼인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 가소제는 트리아세틴, 트리에틸시트레이트, 디사이클로헥실프탈레이트, 이에스오 및 글리세롤로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
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본 발명에 따른 종이 코팅제는 내수성, 내유성 및 내블로킹성이 우수하여 이를 종이에 코팅한 포장용지는 식품 포장지로서의 기능성이 우수하며, 폴리에틸렌 코팅제보다 저온에서 코팅작업이 가능하므로 공정비용의 절감 및 휘발성 유기물질의 발생을 억제하여 작업환경이 개선되고 환경문제가 발생하지 않는다.
또한, 본 발명의 코팅제가 코팅된 식품포장용 종이는 내구성이 우수하여 재활용이 가능하므로 종이의 원료인 펄프가 절감되고 소각처리에 따른 환경호르몬 등의 유해물질 발생이 줄어들어 대기오염개선과 인체건강면에서 유용한 효과가 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 친환경 식품포장용 종이 코팅제는 인체와 접촉하여도 무해하고 식품포장에 사용가능한 수용성 수지에 가소화된 셀룰로오스 유도체, 슬립제 및 분산제가 혼합된 구성으로 이루어진다.
상기 수용성 수지는 아크릴 에멀젼, 메틸롤화요소 에멀젼, 메틸롤화멜라닌 에멀젼, 카르복시메틸셀룰로오스 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 폴리염화비닐리덴 에멀젼, 라텍스 에멀젼, 스티렌 에멀젼, 폴리비닐알코올 용액 및 폴리비닐아세테이트 용액 중에서 1 종 또는 2 종 이상을 중합하여 제조된다.
상기 수용성 수지로서 아크릴 에멀젼의 중합체가 바람직하고, 상기 아크릴 중합체는 유리전이온도(Tg, glass transition temperature) -10~30 ℃, 고형분 20~40 중량% 및 점도 50~300 cps(centipoise)의 물성을 가지며 내수성 및 내유성의 특성을 가지는 것이 더욱 바람직하다.
상기 유리전이온도는 본 발명의 코팅제를 종이에 코팅하는 리바인딩 공정에서 브로킹을 방지하는 적절한 범위이며, 상기 고형분 함량이 20 중량% 미만일 경우 5 ㎛ 이상의 도막 형성이 어렵고 40 중량%를 초과하면 평활도가 저해되어 균일한 도막형성이 어려우며, 상기 점도는 본 발명의 코팅제를 종이에 코팅하는데 따른 작업속도에 적절한 범위이다.
상기 가소화된 셀룰로오스 유도체는 종이의 내수성 및 내유성을 향상시키는 역할을 하며, 셀룰로오스는 일반적으로 물에 불용성이나 셀룰로오스를 구성하고 있는 글루코스환의 수산기를 메틸기, 에틸기, 하이드록시기 등으로 치환하면 치환정도에 따라 수용성이 된다.
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.
셀룰로오스 유도체의 예로는 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 가소화된 셀룰로오스 유도체를 제조하며, 고체의 셀룰로오스를 용액화하고 용액의 점성을 유지함으로써 종이에 용이하게 코팅이 되도록 한다.
상기 가소제는 트리아세틴(triacetine), 트리에틸시트레이트(triethylcitrate), 디사이클로헥실프탈레이트(dicyclohexyl phthalate), 에폭시화 대두유(epoxidized soybean oil) 및 글리세롤(glycerol)로 이루어진 군에서 1종 또는 2종 이상이 선택될 수 있다.
가소제는 셀룰로오스 유도체 100 중량부 기준 1~5 중량부 혼합되는 것이 바람직한데, 1 중량부 미만이면 셀룰로오스가 용액화가 되지 않고 코팅막의 열실링성이 저하되며, 5 중량부를 초과할 경우 셀룰로오스 입자가 분해되어 가공온도가 상승하고 이에 따라 코팅작업시 온도가 상승하여 종이의 탄화현상이 발생할 뿐만 아니라 셀룰로오스 입자의 결정성이 약화되어 내수성 및 내유성의 코팅막을 형성할 수 없다.
상기 가소화된 셀룰로오스 유도체는 수용성 수지 100 중량부 기준 5~20 중량부 혼합되는 것이 바람직한데, 5 중량부 미만이면 종이에 대한 내수성 및 내유성의 부여가 부족하며, 20 중량부를 초과할 경우 코팅액의 점도가 높아서 코팅작업시 덩어리지는 현상에 의해 코팅이 불량하고 신속하게 건조되지 않아서 코팅제끼리 붙는 블로킹 현상이 발생한다.
상기와 같이 셀룰로오스에 가소제를 첨가하면 유리전이온도가 낮아져 가공성이 향상되고 고분자에 유연성을 부여함으로써 점탄성 계수가 감소함에 따라 가공성이 향상된다.
전이가 진행되는 동안 고분자는 새로운 입체형태를 가지는 재배열이 일어나고 이러한 재배열을 유도하기 위해서는 활성화 에너지가 필요하며, 활성화 에너지는 고분자 사슬의 단량체 단위가 재배열을 일으키는데 소요되는 에너지에 상응한다.
그런데 가소제는 일반적으로 고분자 사슬에 침투하여 사슬 간의 간격을 넓히는 역할을 하며, 즉 자유부피(free volume)를 증가시켜 가공성을 향상시키나 유리전이온도 이상에서 발생하는 이완과정에서는 오히려 고분자 사슬들의 운동성을 방해하여 사슬 간의 간격을 좁히는, 즉 자유부피를 감소시켜 고분자 사슬이 재배열하는 것을 방해하므로, 가소제의 함량이 많아질수록 유리전이를 위한 활성화 에너지가 많이 필요하게 된다.
이러한 활성화 에너지를 감소하기 위하여 상기 코팅제에 스멕타이트(smectite) 분말입자를 첨가하는 것이 바람직하며, 스멕타이트 입자는 유리전이온도 이상에서 발생하는 이완과정에서 고분자의 자유부피를 증가시키는 역할을 수행하여 유리전이에 상대적으로 적은 에너지가 소요된다.
더불어, 스멕타이트 광물은 두 개의 규소-산소 사면체 층 사이에 알루미늄-산소-OH층이 들어있는 2:1 격자형 광물이고 2 ㎛ 이하의 입자크기를 가지며, 세 개의 층으로 이루어지는 층상구조를 이루고 층 사이에 공기, 물, 금속 양이온 등이 존재하며, 입자 간 겹침에 의해 공극이 크기 때문에 단열 효과를 가진다.
식품포장용지는 통상 단열 효과가 우수할수록 포장되는 식품의 변질을 늦추는데 유리한 경우가 많으므로, 상기와 같이 스멕타이트 입자를 코팅제에 첨가할 경우 고분자 사슬의 유리전이를 위한 활성화 에너지를 절약할 수 있으면서 본 발명의 코팅제가 코팅되는 포장용지의 단열 성능을 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.
또한, 스멕타이트 광물은 Al3 +과 Si4 + 이온에 연속적인 치환이 일어나 항상 음전하를 띠고 있어서 서로 인접하는 세 개의 층 사이에는 칼슘, 나트륨 등의 양이온이 들어가 결합하며, 이들 양이온이 다른 양이온과 쉽게 교환작용이 일어나는 높은 양이온 교환능력을 가진다.
따라서 상기 스멕타이트 광물에 항균효과를 가지는 아연 또는 구리 이온을 흡착시켜, 스멕타이트 입자에 흡착되어 있는 칼슘, 나트륨을 아연 또는 구리로 치환시킨 후 코팅제에 첨가하는 것이 바람직하며, 흡착된 아연 또는 구리 이온에 의해 코팅제가 항균 효과를 나타내므로 본 발명의 코팅제가 코팅되는 포장용지에 항균 성능을 부가하는 효과를 얻을 수 있다.
스멕타이트 광물입자는 상기 셀룰로오스 유도체 100 중량부 기준 3~7 중량부 첨가되는 것이 바람직하며, 3 중량부 미만이면 활성화 에너지의 저하효과와 단열 효과를 충분히 얻을 수 없고, 7 중량부를 초과할 경우 코팅제의 결착력이 저하되어 종이 표면에 코팅제가 견고히 결착되지 못하는 문제가 발생한다.
본 발명의 코팅제에 혼합되는 슬립제는 포장용지에 코팅작업시 종이용지의 원활한 이형특성을 위하여 첨가되는 것으로서, 표면의 높은 마찰계수로 인해 발생하는 제반 문제점을 제거하는 역할을 하는데, 마찰계수를 저하시켜 윤활성의 강화 및 표면강도의 향상을 통해 후공정인 인쇄작업시 발생할 수 있는 포장용지의 층간 접착 및 점착현상을 막아주는 효과가 있다.
상기 슬립제는 카나우바왁스 에멀젼, 오조케라이트 에멀젼, 파라핀왁스 에멀젼, 폴리에틸렌왁스 에멀젼, 산화왁스 에멀젼, 불소 에멀젼, 실리콘 에멀젼, 지방족알코올, 스테아르산 모노머(stearic acid monomer), 스테아르산 다이머(stearic acid dimer), 글리세롤 모노스테아르산염(glycerol monostearate), 스테아라마이드(stearamide), 2가 스테아르산염(divalent stearate), 알칼리금속 스테아르산염(alkali metal stearate), 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 비이온 계면활성제 및 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상인 것이 바람직하다.
상기 슬립제는 수용성 수지 100 중량부 기준 3~10 중량부가 바람직하며, 상기 범위를 벗어나면 코팅처리한 포장용지 간의 합지가 발생하여 제조공정 및 사용 중에 불량품이 발생하게 된다.
상기 분산제는 코팅제의 저장안정성을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로서, 특히 아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼 등의 사용시 이들 에멀젼의 극성차를 완충함으로써 코팅제의 물성이 안정적으로 유지될 수 있도록 한다.
상기 분산제는 소듐 디옥틸 설포석시네이트(sodium dioctyl sulfosuccinate), 다이에스테르 설포석시네이트(diester sulfosuccinate), 알킬아민 구아니딘 에톡시레이트(alkylamine-guanidine ethoxylate), 모노에스테르 설포석시네이트(mono-ester sulfosuccinate), 설포석시나메이트(sulfosuccinamate), 노닐 페놀 에테르 설페이트(nonyl phenol ether sulfate), 도데실 디페닐 옥사이드 설포네이트(dodecyl diphenyl oxide sulfonate), 알킬 나프탈렌 설포네이트(alkyl naphthalene sulfonate)와, 폴리옥시에틸렌 노닐 페닐 에테르(polyoxyethylene nonylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르(polyoxyethylene octylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르(polyoxyethylene oleyl ether), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르(polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르(polyoxyethylene stearyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸 에테르(polyoxyethylene octyl ether), 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르(polyoxyethylene tridecyl ether), 폴리옥시에틸렌 코코넛 패티 에스테르(polyoxyethylene coconut patty ester), 폴리옥시에틸렌 라우릴 아민(polyoxyethylene lauryl amine), 폴리옥시에틸렌 스테아릴 아민(polyoxyethylene stearyl amine), 폴리옥시에틸렌 올레일 아민(polyoxyethylene oleyl amine), 폴리옥시에틸렌 탈로우 아민(polyoxyethylene tallow amine), 폴리옥시에틸렌 캐스톨 에테르(polyoxyethylene castor ether), 스티레네이티드 페놀 폴리알킬렌 옥사이드(styrenated phenol polyalkylene oxide), 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 유도체(polyoxyethylene polyoxypropylene derivatives), 소르비탄 지방산 에스테르(sorbitan fatty acid ester) 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르(polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester) 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상인 것이 바람직하다.
상기 분산제는 수용성 수지 100 중량부 기준 3~7 중량부가 바람직하며, 3 중량부 미만이면 코팅제의 저장안정성이 저하되어 고형분의 침전이 발생할 수 있고 7 중량부를 초과하면 제조원가가 상승할 뿐 더 이상의 첨가효과를 기대할 수 없다.
본 발명의 친환경 식품포장용 종이 코팅제는 종래의 폴리에틸렌과 같은 고온이 아닌 저온에서 코팅작업이 가능하고 휘발성 유기물질이 발생하지 않으므로 작업환경이 양호하고 환경문제가 발생하지 않으며, 본 발명의 코팅제가 코팅된 식품포장용 종이는 내구성이 우수하여 재활용이 용이한 장점이 있다.
상기와 같이 제조되는 본 발명의 코팅제는 종이의 일면 또는 양면에 코팅되어 코팅도막을 형성하는데, 상하거리 조절이 가능한 코팅나이프를 갖춘 코팅장치에 코팅제를 투입하고 코팅나이프의 높낮이 및 코팅속도, 횟수 등을 조절하여 코팅두께를 일정하게 하는데, 이러한 코팅장치로서 2 단 내지 6 단 롤러 바브레이드 코터, 콤마 코터, 스프레이 코터, 메쉬 또는 망점 코터, 케스팅 코터, 그라비아 코터, 에어나이프 코터가 적용될 수 있다.
또한, 코팅도막 형성시 코팅량은 8~12 g/㎡가 바람직한데, 코팅량이 8 g/㎡ 미만이면 내유성 및 내수성이 부족하고 12 g/㎡를 초과할 경우 더 이상의 내수성과 내유성이 증가하지 않으므로 경제적인 면에서 바람직하지 않다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예, 제조예 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1> 아크릴 에멀젼을 포함한 식품포장용 종이 코팅제
수용성 수지로서 아크릴 에멀젼을 중합하여 유리전이온도 1 ℃, 점도 250 cps, 고형분 함량 40 중량%의 물성을 갖는 아크릴 중합체를 제조하였다.
유리전이온도는 열중량분석기인 Thermo Max300(ASCO사)를 이용하였고 점도는 LVT(브루필드사)를 이용하였으며, 고형분 함량은 110 ℃의 항온기에서 30 분간 건조하여 측정하였다.
또한, 메틸셀룰로오스에 에폭시화 대두유를 3 중량% 첨가하고 충분히 혼합한 다음, 상기 아크릴 중합체 100 ㎏에 10 ㎏을 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
상기 코팅제를 코팅장치를 이용하여 식품포장용 종이의 일측면에 코팅한 후 100 ℃ 건조오븐에서 7 분간 건조하여 10 ㎛의 도막을 형성시킨 다음, 상기 도막 상부에 물, 식용유, 콜라를 각각 10 g씩 도포하고 상온에 1 시간 보관하였다.
이후, 상기 코팅액이 코팅된 식품포장용 종이를 육안관찰한 결과 내수성, 내유성 및 내음료성이 우수하였으며, 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후 80 ℃, 1 ㎏/㎠의 압력조건에서 1 시간 보관한 후 코팅도막이 전이 또는 얼룩이 발생하는 블로킹 발생 여부를 확인한 결과 블로킹이 발견되지 않았다.
<실시예 2> 아크릴 에멀젼 및 슬립제를 포함한 식품포장용 종이 코팅제
아크릴 에멀젼을 반응용기에 넣고 상온에서 30 분간 교반하여 아크릴 중합체를 제조하였으며, 제조된 아크릴 중합체의 유리전이온도는 - 5 ℃이고 점도는 230 cps이었으며 고형분 함량은 25 중량%였다.
상기 아크릴 중합체 100 ㎏에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3 중량% 혼합된 메틸셀룰로오스) 5 ㎏, 슬립제인 SO-7920(광진실리콘사) 10 ㎏을 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
상기 코팅제를 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가한 결과, 내수성이 매우 우수하고 내음료성 및 내유성은 우수하였으며, 블로킹의 발생은 관찰되지 않았다.
<실시예 3> 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼 및 슬립제를 포함한 식품포장용 종이 코팅제
에틸렌비닐아세테이트 에멀젼을 반응용기에 넣고 상온에서 30 분간 교반하여 에틸렌비닐아세테이트 중합체를 제조하였으며, 제조된 중합체의 유리전이온도는 20 ℃이고 점도는 150 cps이었으며 고형분 함량은 37 중량%였다.
상기 중합체 100 ㎏에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3 중량% 혼합된 메틸셀룰로오스) 10 ㎏, 슬립제인 SO-7920 3 ㎏을 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
상기 코팅제를 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가한 결과, 내수성 및 내유성은 매우 우수하고 내음료성은 우수하였으며, 블로킹의 발생은 없었다.
<실시예 4> 우레탄 에멀젼 및 슬립제를 포함한 식품포장용 종이 코팅제
우레탄 에멀젼을 반응용기에 넣고 상온에서 30 분간 교반하여 우레탄 중합체를 제조하였으며, 제조된 중합체의 유리전이온도는 25 ℃이고 점도는 65 cps이었으며 고형분 함량은 35 중량%였다.
상기 우레탄 중합체 100 ㎏에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3 중량% 혼합된 메틸셀룰로오스) 20 ㎏, 슬립제인 SO-7920 7 ㎏을 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
상기 코팅제를 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가한 결과, 내수성, 내유성 및 내음료성이 매우 우수하였고 블로킹의 발생이 없었다.
<실시예 5> 아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼 및 슬립제를 포함한 식품포장용 종이 코팅제
아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼 및 우레탄 에멀젼을 5:3:2의 중량비로 반응용기에 넣고 상온에서 30 분간 교반하여 중합체를 제조하였으며, 제조된 중합체의 유리전이온도는 15 ℃이고 점도는 150 cps이었으며 고형분 함량은 33 중량%였다.
상기 중합체 100 ㎏에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3 중량% 혼합된 메틸셀룰로오스) 15 ㎏, 슬립제인 SO-7920 5 ㎏을 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
상기 코팅제를 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가한 결과, 내수성 및 내음료성은 매우 우수하고 내유성은 우수하였으며, 블로킹의 발생이 없었다.
<실시예 6> 아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼 및 슬립제를 포함한 식품포장용 종이 코팅제
아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼 및 우레탄 에멀젼을 60:15:15의 중량비로 반응용기에 넣고 상온에서 30 분간 교반하여 중합체를 제조하였으며, 제조된 중합체의 유리전이온도는 25 ℃이고 점도는 150 cps이었으며 고형분 함량은 32 중량%였다.
상기 중합체 100 ㎏에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3 중량% 혼합된 메틸셀룰로오스) 20 ㎏, 슬립제인 SO-7920 3 ㎏을 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
상기 코팅제를 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가한 결과, 내수성, 내유성 및 내음료성이 매우 우수하였고 블로킹의 발생이 없었다.
<실시예 7> 아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트에멀젼, 우레탄 에멀젼, 슬립제 및 분산제를 포함한 식품포장용 종이 코팅제
아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼 및 우레탄 에멀젼을 4:5:2의 중량비로 반응용기에 넣고 상온에서 30 분간 교반하여 중합체를 제조하였으며, 제조된 중합체의 유리전이온도는 17 ℃이고 점도는 60 cps이었으며 고형분 함량은 35 중량%였다.
상기 중합체 100 ㎏에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3 중량% 혼합된 메틸셀룰로오스) 7 ㎏, 슬립제인 SO-7920 7 ㎏ 및 분산제인 소듐 디옥틸 설포석시네이트 5 ㎏을 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
상기 코팅제를 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가한 결과, 내수성, 내유성 및 내음료성이 매우 우수하였고 블로킹의 발생이 없었다.
<실시예 8> 아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 슬립제 및 분산제를 포함한 식품포장용 종이 코팅제
아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼 및 우레탄 에멀젼을 45:15:10의 중량비로 반응용기에 넣고 상온에서 30 분간 교반하여 중합체를 제조하였으며, 제조된 중합체의 유리전이온도는 17 ℃이고 점도는 190 cps이었으며 고형분 함량은 30 중량%였다.
상기 중합체 100 ㎏에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3 중량% 혼합된 메틸셀룰로오스) 10 ㎏, 슬립제인 SO-7920 3 ㎏ 및 분산제인 소듐 디옥틸 설포석시네이트 3 ㎏을 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
상기 코팅제를 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가한 결과, 내수성은 매우 우수하고 내유성과 내음료성은 우수하였으며, 블로킹의 발생이 없었다.
<실시예 9> 아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 슬립제 및 분산제를 포함한 식품포장용 종이 코팅제
아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼 및 우레탄 에멀젼을 70:25:5의 중량비로 반응용기에 넣고 상온에서 30 분간 교반하여 중합체를 제조하였으며, 제조된 중합체의 유리전이온도는 16 ℃이고 점도는 200 cps이었으며 고형분 함량은 22 중량%였다.
상기 중합체 100 ㎏에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3 중량% 혼합된 메틸셀룰로오스) 5 ㎏, 슬립제인 SO-7920 5 ㎏ 및 분산제인 소듐 디옥틸 설포석시네이트 7 ㎏을 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
상기 코팅제를 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가한 결과, 내수성, 내유성 및 내음료성이 매우 우수하였고 블로킹의 발생은 없었다.
<실시예 10> 아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 슬립제, 분산제 및 스멕타이트 광물입자를 포함한 종이 코팅제
상기 실시예 9의 가소화된 셀룰로오스 유도체 제조시 메틸셀룰로오스에 스멕타이트 미세 분말입자를 5 중량% 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 9와 동일한 방법으로 코팅제를 제조하였다.
상기 코팅제를 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가한 결과, 내수성, 내유성 및 내음료성이 매우 우수하였고 블로킹의 발생은 없었다.
<제조예> 종이컵의 제조
실시예 1~10에서 제조된 식품포장용 종이 코팅제를 종이용지(250 ㎛)의 일측면에 콤마 코터를 사용하여 코팅하였다.
코팅 후 10 분간 120 ℃로 열풍건조하여 13 ㎛의 박막을 형성하였으며, 이를 재단, 인쇄, 펀칭 및 성형가공하여 종이컵을 제조하였다.
상기 실시예 1~10의 코팅제로 코팅한 종이컵 중 제작의 용이성과 제작비용을 고려하였을 때 실시예 9가 가장 우수하였다.
<시험예 1> 종이컵의 내구성 및 내후성 평가
내구성을 평가하기 위하여, 상기 제조예에서 제조된 종이컵과 시중에서 유통되는 종이컵을 대상으로 코팅면과 종이면의 접착력을 인장강도기(1605HTP, Aikoh사)를 이용하여 측정하였으며, 그 결과 시중의 종이컵 접착력은 525 g/8㎟이었고 제조예의 종이컵 접착력은 537~553 g/8㎟로 측정되어, 본 발명에 따른 코팅제가 종이컵과의 접착력이 좀더 우수한 것으로 나타났다.
또한, 내후성을 평가하기 위하여, 상기 종이컵에 상온수, 온수(100 ℃), 탄산음료, 커피(90 ℃)를 투입한 후 12 시간 동안 상온보관하여 외관의 변화 및 누수현상을 관찰하였다.
관찰 결과, 본 발명에 따른 종이컵에서는 측면, 바닥면 및 접착면에서 상기 액체의 누수현상 및 종이컵이 젖는 현상이 없었으며, 또한 상온수를 투입하고 80 ℃에서 5 시간 동안 보관한 결과 누수현상이 발생하지 않았다.
또한, 실시예 10의 코팅제로 코팅한 종이컵에 온수 또는 커피를 넣었을 때 이들 온수 또는 커피가 상온으로 식는 시간이 가장 늦게 측정되었으며, 이를 통해 실시예 10의 코팅제가 다른 코팅제에 비하여 단열 효과가 있음을 확인하였다.
반면에, 시중의 종이컵에서는 12 시간이 상온보관시에는 누수현상은 없었으나 종이컵의 접착부위에서 젖는 현상이 발생하였고, 80 ℃에서 5 시간 동안 보관시에는 젖는 현상과 함께 누수현상이 발생하였다.
이러한 결과를 바탕으로, 본 발명에 따른 코팅제는 식품포장용 종이의 내구성 및 내후성을 향상시켜, 이러한 식품포장용 종이로 제조되는 일회용품의 반복 재사용을 가능하게 할 것으로 판단된다.
<시험예 2> 종이컵의 펄프 재생률 측정
본 발명에 따른 코팅제를 코팅한 식품포장용 종이의 재활용 가능성을 평가하기 위하여, 상기 제조예에서 제조된 종이컵 500 ㎏을 재생하여 펄프 회수율을 분석하였다.
상기 재생과정은 통상적인 방법으로 수행될 수 있는데, 예를 들어 믹싱, 분리, 거름, 숙성, 탈묵 공정을 통해 종이의 재생이 이루어지며, 재생 전후를 비교한 결과 약 90 %의 펄프 재생률을 나타내어, 본 발명의 코팅제로 코팅된 포장용지는 재활용 가능성이 매우 높은 것으로 나타났다.
<시험예 3> 중금속 및 환경호르몬 잔류물질에 대한 재질 및 용출 시험
상기 제조예에서 제조한 종이컵 중 실시예 2의 아크릴 수지가 포함된 코팅제 및 4의 우레탄 수지가 포함된 코팅제를 코팅한 종이컵의 인체 적합성과 환경호르몬을 비롯한 중금속 등의 잔류물질을 식품공전 제 7. 기구 및 용기·포장의 기준 및 규격 방법으로 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 항목 실시예 2 실시예 4 규격기준
재질시험 납(㎎/㎏) 검출안됨 검출안됨 100 이하
카드늄(㎎/㎏) 검출안됨 검출안됨 100 이하
폴리염화비페닐(㎎/㎏) 검출안됨 검출안됨 10 이하
용출시험 납(㎎/ℓ) 기준에 적합 기준에 적합 1.0 이하
증발잔류물(4 % 초산)
(㎎/ℓ)		 15 18 30 이하
과망간산칼륨(㎎/ℓ) 2 1 10 이하
이소시아네이트 검출안됨 검출안됨 0.1 이하
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 재질시험에서 중금속인 납(Pb), 카드뮴(Cd)과 환경호르몬인 폴리염화비페닐(PCBs)은 불검출되었고, 용출시험에서 중금속인 납, 증발잔류물, 과망간산칼륨 및 이소시아네이트는 모두 불검출 또는 기준에 적합하였다.

Claims (8)

  1. 수용성 수지 100 중량부, 가소화된 셀룰로오스 유도체 5~20 중량부, 슬립제 3~10 중량부 및 분산제 3~7 중량부를 포함하고,
    상기 가소화된 셀룰로오스 유도체는 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트 및 니트로셀룰로오스로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 셀룰로오스 유도체 100 중량부에 가소제 1~5 중량부를 첨가하여 가소화되며,
    상기 셀룰로오스 유도체 100 중량부에 스멕타이트 입자 3~7 중량부가 첨가되어 있고,
    상기 스멕타이트 입자는 층상구조 내의 칼슘 및 나트륨 이온이 아연 또는 구리 이온으로 치환되어 있는 친환경 식품포장용 종이 코팅제.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수용성 수지는 아크릴 에멀젼, 메틸롤화요소 에멀젼, 메틸롤화멜라닌 에멀젼, 카르복시메틸셀룰로오스 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 폴리염화비닐리덴 에멀젼, 라텍스 에멀젼, 스티렌 에멀젼, 폴리비닐알코올 용액 및 폴리비닐아세테이트 용액으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 중합체인 것을 특징으로 하는 친환경 식품포장용 종이 코팅제.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 수용성 수지는 유리전이온도 -10~30 ℃, 고형분 20~40 중량% 및 점도 50~300 cps의 아크릴 에멀젼인 것을 특징으로 하는 친환경 식품포장용 종이 코팅제.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가소제는 트리아세틴, 트리에틸시트레이트, 디사이클로헥실프탈레이트, 에폭시화 대두유 및 글리세롤로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 친환경 식품포장용 종이 코팅제.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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