KR102062852B1 - 상변화 혼합분체 마스터배치를 포함하는 발포 플라스틱 조성물 및 이를 이용한 냉동식품 포장용기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상변화 혼합분체 마스터배치를 포함하는 발포 플라스틱 조성물 및 이를 이용한 냉동식품 포장용기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상변화물질인 염화나트륨을 포함하는 혼합분체물로 인하여 외부의 열전달을 차단함으로써 냉동식품 포장용기 내부의 보냉성을 향상시켜 유통 과정 중 발생 가능한 빙결정을 최소화하여 냉동식품 포장용기에 수용된 냉동제품의 품질을 유지시킬 수 있는 상변화 혼합분체 마스터배치를 포함하는 발포 플라스틱 조성물 및 이를 이용한 냉동식품 포장용기에 관한 것이다.

Description

상변화 혼합분체 마스터배치를 포함하는 발포 플라스틱 조성물 및 이를 이용한 냉동식품 포장용기{Foamed plastic composition having mixed phase change powder and frozen food packaging container comprising the same}
본 발명은 상변화 혼합분체 마스터배치를 포함하는 발포 플라스틱 조성물 및 이를 이용한 냉동식품 포장용기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상변화물질인 염화나트륨을 포함하는 혼합분체로 인하여 외부의 열전달을 차단함으로써 냉동식품 포장용기 내부의 보냉성을 향상시켜 유통 과정 중 발생 가능한 빙결정을 최소화하여 냉동식품 포장용기에 수용된 냉동제품의 품질을 유지시킬 수 있는 상변화 혼합분체 마스터배치를 포함하는 발포 플라스틱 조성물 및 이를 이용한 냉동식품 포장용기에 관한 것이다.
발포 플라스틱은 완충성, 방수성, 위생성, 열차단성, 경량성, 성형시 우수한 경도유지 등 포장의 기능성이 우수하여 식품 포장 용기, 건축용 포장재 등으로 널리 사용되고 있다. 현재 사용되는 식품 용기의 대다수는 폴리스틸렌 발포(PSP) 또는 폴리에틸렌 플라스틱 재질을 코팅 처리한 종이 재질의 소재를 사용하여 제조한 용기에 포장을 하여 유통 되고 있다. 열가소성 수지인 폴리스틸렌은 열분해 또는 화학적 해리가 일어나면 발암물질인 환경 호르몬을 배출할 수 있는 스틸렌 모노머를 포함하고 있어 전 세계적으로 규제를 하고 있는 실정이다. 따라서, 최근 천연 식물소재를 이용하여 인체에 무해한 폴리프로필렌 기반 식품용 포장 소재를 개발하고자 하는 연구가 이루어지고 있으며, 그 대안으로 식물체 기반 바이오(베이스)플라스틱 원료를 이용한 발포 플라스틱이 각광을 받고 있다.
한편, 최근 가정간편식 (HMR, Home Meal Replacement) 시장이 확대됨에 따라 전자레인지 등에 해동하여 간편하게 즐길 수 있는 가정간편식 냉동제품의 수요도 급증하고 있다. 그러나, 가정간편식 냉동제품이 급속 냉동되는 과정이나, 제조 공정 후 운송 과정 등에서 온도 차이가 발생하게 되므로, 도 2와 같이 해동 및 재냉동이 수차례 반복되면서 최초 냉동 시 작은 크기의 빙결정이 점차 큰 빙결정으로 변화 되어지고 그로인해 용기내의 식품 품질 및 식감이 저하되는 문제점이 발생하였다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0073824호 (공개일자 2017.06.29) 대한민국 등록특허 제10-1493299호 (등록일자 2015.02.09)
본 발명의 일 목적은 상변화 물질을 포함하는 혼합분체를 넣고 발포함으로써, 열전달 차단에 따른 우수한 보냉성 효과를 얻을 수 있는 상변화 혼합분체 마스터배치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 상변화 혼합분체 및 바이오매스를 포함하는 친환경성이 우수한 발포 플라스틱 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 발포 플라스틱 조성물을 이용한 발포층을 포함한 냉동식품 포장용기를 통해 유통 과정 중 빙결정이 커짐으로써 발생할 수 있는 냉동제품의 품질 저하를 최소화 시킬 수 있는 포장용기를 제공하는데 있다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하고자, 본 발명에 따른 상변화 혼합분체 마스터배치는 염화나트륨, 규산염, 셀라이트, 수분흡수제 및 폴리올리핀계 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상변화 혼합분체 마스터배치는 염화나트륨 10 내지 25 중량%; 규산염 10 내지 30 중량%; 셀라이트 10 내지 30 중량%; 수분흡수제 15 내지 30 중량%; 폴리올리핀계 수지 30 내지 55 중량%;를 포함할 수 있다.
상기 규산염은 규산나트륨(Na2SiO3), 규산칼슘(CaSiO3), 규산칼륨(K2SiO3) 또는 규산마그네슘(MgSiO3)일 수 있으며,
상기 수분 흡수제는 산화칼슘(CaO), 실리카겔(H2O3Si) 또는 폴리아크릴산나트륨일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체, 터폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 공중합체 수지로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발포 플라스틱 조성물은 상기 상변화 혼합분체 마스터배치 5 내지 40 중량부; 폴리올레핀계 수지 100 중량부; 바이오매스 50 내지 150 중량부; 및 발포제 2 내지 20 중량부;를 포함한다.
상기 바이오매스는 볏짚, 보리짚, 밀짚, 왕겨, 옥수수대와 잎, 대두줄기, 콩깍지, 양파줄기, 고구마줄기, 솔잎 및 커피 찌꺼기로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체, 터폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 공중합체 수지로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 냉동식품 포장용기는 상기 발포 플라스틱 조성물을 포함하여 발포시킨 발포층 및 상기 발포층의 적어도 어느 하나 이상의 외측면에 고분자 코팅층을 압출시켜 적층시킨 다층 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상변화 혼합분체 마스터배치를 이용한 발포 플라스틱 조성물 및 이를 이용한 냉동식품 포장용기는 상변화 물질인 염화나트륨을 비롯하여 규산염, 셀라이트 및 수분흡수제를 포함함으로써, 냉동식품 포장용기 외부로부터 유입되는 열전달을 용이하게 차단하여 보냉성을 향상시킬 수 있으며, 그에 따라 유통 과정 중 발생 가능한 빙결정을 최소화하여 냉동식품 포장용기 내 수용된 냉동제품의 품질을 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 냉동식품 포장용기의 단면 구조를 설명하기 위한 개념도.
도 2는 냉동건조된 초기 냉동식품 및 냉해동 반복으로 빙결절이 형성된 냉동식품의 사진.
도 3는 본 발명에 따른 상변화 혼합분체를 포함하는 발포층의 확대 SEM 사진.
도 4는 셀라이트의 확대 SEM 사진.
도 5는 규산소다의 확대 SEM 사진.
도 6은 실시예 1 내지 4 및 비교예 대상의 열전도 실험 결과 그래프.
이하, 본 발명의 구성요소와 기술적 특징을 다음의 실시예들을 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 하기 실시예들은 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명자들은 염화나트륨 10 내지 25 중량%; 규산염 10 내지 30 중량%; 셀라이트 10 내지 30 중량%; 수분흡수제 15 내지 30 중량%; 및 폴리올리핀계 수지 30 내지 55 중량%;를 포함하는 상변화 혼합분체 마스터배치를 첨가하여 발포시킨 발포 플라스틱을 냉동제품 등을 담는 냉동식품 포장용기로 사용할 경우 보냉성이 우수하여 유통 과정 중 발생할 수 있는 빙결정을 최소시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
이하, 본 발명에 따른 상변화 혼합분체 마스터배치를 포함하는 발포 플라스틱 조성물 및 이를 이용한 냉동식품 포장용기에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 상변화 혼합분체 마스터배치는 상변화 혼합분체 마스터배치는 염화나트륨, 규산염, 셀라이트, 수분흡수제 및 폴리올리핀계 수지를 포함하며, 보다 상세하게는 염화나트륨 10 내지 25 중량%; 규산염 10 내지 30 중량%; 셀라이트 10 내지 30 중량%; 수분흡수제 15 내지 30 중량%; 및 폴리올리핀계 수지 30 내지 55 중량%;를 포함할 수 있다.
상기 염화나트륨(NaCl)은 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)의 기능을 수행하는데, 여기서 상변화 물질이란 내외부의 온도구배에 따른 열흐름 변화에 따라 온도 상승 시에는 열을 흡수하고 온도 하강 시에는 열을 방출하는 물질로, 상변화 온도에서 온도의 변화가 최소화됨에 따라 최적의 온도를 유지시킨다. 이러한 상변화 물질은 잠열의 열량이 매우 높으므로 보냉성과 관련한 다양한 분야에서 응용될 수 있다.
통상 상변화 물질은 무기물질과 유기물질로 분류될 수 있는데, 본 발명에서는 무기물질인 염화나트륨을 상변화 물질로 사용한다. 다만, 염화나트륨은 고체 상태가 아닌 수용액 상태에서 상변화물질로 작용하므로, 수분을 흡수할 수 있는 추가적 물질이 필요하며, 그에 따라 본 발명에서는 규산염 및 셀라이트를 더 포함한다. 상기 규산염 및 셀라이트는 수분을 포함하는 공기가 고분자 시트를 통과할 때 수분을 흡수하여 염화나트륨이 수화물 형태로 존재하도록 한다.
더욱이, 상기 염화나트륨 및 규산염은 자체 항균 기능을 가지므로, 세균에 의한 오염 가능성이 높은 바이오매스를 포함하는 고분자 수지에 본 발명에 따른 상기 상변화 혼합분체를 첨가할 경우 항균 효과도 얻을 수 있는 장점이 있다.
상기 염화나트륨은 혼합분체 마스터배치에서 10 내지 25 중량%;를 포함하는 바, 상기 범위에서 가장 우수한 보냉성 및 물성 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 상변화 물질인 상기 염화나트륨은 구형의 마이크로 입자 또는 나노 입자일 수 있다. 상변화 물질이 나노 입자일 경우, 높은 표면적으로 인하여 열 제어 및 민감성을 향상시킬 수 있으며, 입자간의 밀집도가 증가하여 총 열 저장량을 증가시킬 수 있다.
상기 규산염은 내부가 비어있는(내부 허공의) 구상 모양으로 마스터배치 제조시 소성 가열(500~650℃) 후 미세분체하여 사용하는데 가열 후 부피가 1.5 내지 2배로 팽창하여 혼합분체 내에서 비표면적을 높게하여 수분의 생성을 도와주며 나트륨 이온의 배위결합 구조의 에너지준위가 염화나트륨(NaCl)의 이온화를 도와주는 보강제로서 역할을 수행한다..
상기 규산염은 대표적으로 도 5와 같은 규산나트륨(Na2SiO3), 규산칼슘(CaSiO3), 규산칼륨(K2SiO3) 또는 규산마그네슘(MgSiO3)일 수 있다. 상기 규산염은 혼합분체 마스터배치에서 10 내지 30 중량%를 포함하는 바, 상기 범위에서 가장 우수한 보냉성 및 물성 효과를 얻을 수 있기 때문이다.
상기 셀라이트(Sellaite)는 도 4와 같이 다공 구조를 가지므로 분말상태의 염화나트륨 및 규산염를 담지할 수 있으며, 앞서 언급한 수분 흡수 뿐만 아니라 발포 시 발생하는 CO2 또는 N2 포화 가스를 담지(흡수)하여 내부 기공체 안정적 미세 발포체를 형성하고 플라스틱의 결정화 속도를 급속 유도하는 플라스틱 핵제 역할을 수행한다. 상기 셀라이트는 혼합분체 마스터배치에서 10 내지 30 중량%를 포함하는 바, 상기 범위에서 가장 우수한 보냉성 및 물성 효과를 얻을 수 있다.
상기 수분 흡수제는 앞서 언급한 바와 같이, 염화나트륨의 이온화 용이하도록 하기 위함이며, 규산염 및 셀라이트 만으로 염화나트륨 이온화가 충분치 않을 수 있으므로 추가로 포함되는 것이 바랍직하며, 혼합분체 마스터배치에서 15 내지 30 중량%를 포함하는 것이 염화나트륨 수화에 가장 바람직하다. 상기 수분흡수제는 산화칼슘(CaO), 실리카겔(H2O3Si) 또는 폴리아크릴산나트륨 등이 될 수 있다.
상변화 혼합분체를 컴파운드하기 위한 상기 "폴리올레핀계 수지"는 농축 마스터배치화하기 위하여 통상 사용하는 고분자를 이용할 수 있으며, 일 예로 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체, 터폴리프로필렌(ter-pp), 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 공중합체 수지로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있으며, 통상의 산업 전반에 사용되는 플라스틱 수지이면 무방하다. 냉동식품 포장용기용일 경우, 폴리프로필렌 또는 터폴리프로필렌(TER-PP) 수지가 바람직하다.
추가로, 상기 고분자에 상변화 기능 극대화를 위하여 알칼리 수용성 고분자를 첨가할 수 있다. 여기서 알칼리 수용성 고분자란, 사슬 내에 친수성 부분과 소수성 부분을 모두 가지고 있는 고분자 유화제로서, 전형적인 계면활성제와 유사한 방법으로 중합장소를 제공할 수 있는 집합체(aggregate)를 형성할 수 있고 입자에 흡착되며 라디칼 개시제에 의해 상기 고분자에 그래프팅(grafting)되어 입자 안정화와 정전기적 안정화 작용을 동시에 할 수 있는 고분자이다. 상기 "알칼리 수용성 고분자"로서 에틸렌 아크릴산 공중합체, 스타이렌 아크릴 공중합체 또는 스타이렌 말레익산 공중합체 등이 될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상변화 혼합분체는 상용화제(분산제) 및 플라스틱 활제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 상용화제(compatibilizer)는 비극성인 상기 합성수지와 극성인 초본계 농산폐기물간의 이형성을 제거하여 상용성을 부여하는 물질로서, 그 예로는 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜(EVA), 폴리비닐알코올(PVA), 에틸렌비닐아세테이트 및 부틸아크릴레이트 공중합체(EBA) 등이 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 "플라스틱용 활제"는 바이오매스가 포함된 배합물과 합성수지간의 접합 또는 친화력 강화 및 배합, 압출 시 발생되는 마찰열을 감소하여 열적 분해를 방지하는 동시에 원활한 압출 작업을 수행하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 이들을 첨가하더라도 기계적 물성은 기초 소재와 유사하게 유지하면서 원활한 작업성을 제공해 줄 수 있다. 본 발명에서 상기 플라스틱용 활제는 환경친화도가 높은 천연물인 스테아린산염, 팔미트산염 및 라우르산염으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있고, 바람직하게는, 칼슘 스테아린산(Calcium Stearate), 아연 스테아린산(Zinc Stearate) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 상변화 혼합분체 제조방법은 특별히 제한되지 않으며, 대표적인 방법으로 ACM(기류분체) 설비를 활용한 기류 분체법을 이용하여, 상변화 물질을 혼합 고분포 미세입자로 제조한 후 플라스틱 상용 고분자 물질로 컴파운드 하는 방법이 있으며(대한민국 공개특허 제2003-0018155호 참조), 또는 상기 에멀젼법을 이용하여 전이원소를 치환시켜 액적을 제조한 후 원심분리하여 1차 무기합성체를 제조 후 소성 공정을 거쳐 ACM기류 분체법으로 미세 입경제어 후 고분자폴리머를 바인드로 농축분산하여 상변화 혼합분체 마스터배치를 제조하는 방법 등이 있다.
이하, 본 발명에 따른 발포 플라스틱 조성물에 대해 설명하기로 한다.
상기 발포 플라스틱 조성물은 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 상변화 혼합분체 마스터배치 5 내지 40 중량부; 바이오매스 50 내지 150 중량부; 및 발포제 2 내지 20 중량부;를 포함한다.
폴리올레핀계 수지는 발포용 수지로서, 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체, 터폴리프로필렌(ter-pp), 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 공중합체 수지로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있으며, 통상의 산업 전반에 사용되는 플라스틱 수지이면 무방하다. 냉동식품 포장용기용일 경우, 폴리프로필렌 또는 터폴리프로필렌(TER-PP) 수지가 바람직하다.
또한, 상기 폴리프로필렌 수지의 MI(melting index)는 1 내지 5일 수 있는데, 이는 시트 성형 시 흐름성 개선과 관련된 것으로, 고온의 실린더 내부에서 수지에 결합된 천연물의 결합력이 스큐류 마찰열 등에 의해 약해지고 그로 인해 발생된 잔유 천연물이 탄화되기도 하므로, 상기 범위에서 상기의 문제점을 최소화하면서 분산 안정성도 향상시켜 다이스를 통과한 수지의 고른 압출 온도를 통해 시트 두께의 균일성 및 연신의 안정성을 강화할 수 있기 때문이다.
상기 상변화 혼합분체 마스터배치는 5 내지 40 중량부 포함되는 것이 가장 우수한 보냉성 효과를 가질 수 있어 바람직하다. 상기 상변화 혼합분체 마스터배치에 대해서는 앞서 상세히 설명하였으므로 생략하기로 한다.
상기 바이오매스는 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여, 50 내지 150 중량부 포함되는 것이 바람직한데, 50 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 경제성 및 경도를 유지할 수 없고, 150 중량부 초과하여 포함되는 경우에는 물성에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.
상기 "바이오매스"란, 조류 및 나무, 꽃, 풀, 가지, 잎, 뿌리, 열매 등 광합성으로 생성되는 모든 생물 자원에 해당하는 고분자로, 목질계, 당질계, 전분질계, 초본계, 수생계, 등이 해당될 수 있다. 상기 초본계 바이오매스는 일예로 볏짚, 보리짚, 밀짚, 왕겨, 옥수수대와 잎, 대두줄기, 콩깍지, 양파줄기, 고구마줄기, 솔잎 및 커피 찌꺼기로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 발포제는 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여, 2 내지 20 중량부 포함하는 것이 발포 시 물적 안정성을 확보하는 측면에서 바람직하다.
상기 발포제는 유기 또는 무기 발포제를 사용할 수 있으며, 대표적인 유기 발포제로는 아조다이카본아마이드(Azodicarbonamide ) 등이 있으며, 무기 발포제로는 탄산수소 소듐 (NaHCO3)과 같은 바이카보네이트 계열 등이 있다.
상기 발포 플라스틱 조성물은 상기 발포제 외에도 핵제(탈크 등), 셀라이트, 상용화제, 플라스틱 활제 등을 더 포함할 수 있다.
참고로 상기 핵제는, 무기물인 염화나트륨을 상변화 물질로 사용할 경우 결정수의 증발에 의해 흡열량 감소 및 결정체의 과다 생성으로, 장시간 사용 시 상 고결정화로 잠열 저장능력의 성능이 저하될 수 있는 문제점이 발생할 수도 있기 때문에, 이러한 과냉각 현상을 방지하기 위하여 핵제를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 식품 포장 용기는 도 1과 같이 상기 발포 플라스틱 조성물을 포함하여 발포시킨 발포층(도 3 참조) 및 상기 발포층 상측면 또는 하측면에 고분자 코팅층을 압출시켜 적층시킨 다층 구조를 가진다. 상기 식품 포장 용기는 발포층 상측면 또는 하측면 중 어느 하나에 고분자 코팅층을 압출 적층시켜 3층 구조를 이루는 것이 보다 바람직하다.
상기 고분자 코팅층은 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 공중합체 등일 수 있으며, 식품 포장 용기를 포함한 산업 전반의 플라스틱을 제조하는 공정에 사용가능한 것이면 무방하며, 본 발명에 있어서는 상기 고분자 코팅층은 폴리프로필렌을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 또 다른 목적인 냉동식품 포장용기 제조방법은 (a) 상변화 물질인 염화나트륨, 규산염, 셀라이트, 수분흡수제 및 고분자 수지를 포함하는 상변화 혼합분체 마스터배치를 제조하는 단계; (b) 폴리올레핀계 수지와 바이오매스 및 상기 상변화 혼합분체 마스터배치를 발포제와 함께 혼합 교반 후 발포시켜 발포층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 추가로 (c) 상기 발포층의 적어도 어느 하나 이상의 외측면에 폴리올레핀계 수지를 압출하여 고분자 코팅층을 적층시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상변화 물질을 포함하는 상변화 혼합분체 마스터배치의 제조방법은 염화나트륨 10 내지 25 중량%; 규산염 10 내지 30 중량%; 셀라이트 10 내지 30 중량%; 수분흡수제 15 내지 30 중량%;를 혼합분체 후, 폴리올리핀계 수지 30 내지 55 중량%;를 배합하여 상변화 혼합분체 마스터배치를 제조하며, 이때 고속 교반 반응기를 이용한 에멀젼법으로 혼합분체를 용해 후 치환법으로 담지체를 제조한 후 원심분리하고 소성하는 방법으로 제조할 수 있다.
상기 (b) 단계에서, 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여 상기 상변화 혼합분체 마스터배치 5 내지 40 중량부, 바이오매스 50 내지 150 중량부 및 발포제 2 내지 20 중량부 비율로 배합하고를 고속 교반한 후 일정한 온도에서 발포시키는 것이 바람직하다. 바람직하게는 폴리올레핀계 수지 중 TER-POLYMER계열의 수지를 베이스로 하여 바이오매스 및 아조계 화합물인 AC발포제, 핵제(탈크) 및 셀라이트 등을 마스터배치화하여 사용하고, 발포제 마스터배치는 바이오매스 및 핵제 컴파운드시 복합화 하여 제조하면 발포제의 분포도를 높여 고밀도의 발포층을 형성 하는 것이 바람직하다.
상기 (c) 단계는 발포하여 형성된 발포층 외측면에 코팅용 고분자 수지를 압출하여 고분자 코팅층을 적층시킨다. 이때 바람직하게는 발포층의 상측면과 하측면 모두 고분자 코팅층을 적층시키는 것이 일정한 크기의 발포층을 가진 고밀도 다층구조의 시트를 형성할 수 있어 물리적 안정측면에서 유리하다. 상기 고분자 수지는 폴리올레핀계 수지일 수 있으며, 보다 바람직하게는 TER-POLYMER계 폴리프로필렌 일 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1 : 상변화 혼합분체 및 마스터배치 제조
아래 표 1의 성분을 가지는 상변화 혼합분체물로 농축 마스타베치 제조하였다.
구 분 혼합비
(중량%)
비고
마스터배치 혼합분체물 NaCl 20 이온화 시 흡열반응 물질
규산소다 15 구상의 이온화 보강제
셀라이트 15 다공체, 분해가스 완충 및 냉각유도
CaO 10 수분 흡수제
- 분산제/활제 5 Zn-St, PE-wax
ter-pp 35
100
제조예 2. 발포용 컴파운드 제조
아래 표 2의 성분을 가지는 발포용 컴파운드를 제조하였다.
구 분 혼합비
(중량%)
비고
ADT2060* 2 혼합 발포제 (고형분 분말 20%)
탈크 30 10~15㎛ 편상 무기 충진제
탄산칼슘 18 12~25㎛ 수분 흡수제
분산제 / 활제 5 PE-Wax, Zn-St
PP TER-Polymer 45 SIF 553 / SFC750 (롯데케미칼)
100
* 상기 혼합 발포제 ADT2060의 성분 혼합비는 아래 [표 3]과 같다.
구 분 혼합비
(중량%)
비고
Azodicarbonamide 5 열분해 시 N2 가스 흡착
무기발포제 (쇼듐) 15 열분해 시 CO2 가스 흡착
탈크 35 2~5㎛ 편상 핵제
셀라이트(규조토) 25 다공체, 분해가스 완충 및 냉각유도
100
제조예 4. 냉동식품 포장용기 시트 제조
아래와 표 4와 같이, 실시예 1 내지 4는 제조예 1의 상변화 혼합분체를 첨가하여 발포층을 형성하였으며, 비교예는 상변화 혼합분체 없이 발포층을 형성하였다. 이후 발포층 일면에 폴리프로필렌 고분자 수지를 압출하여 코팅층을 적층하였다.
(단위 : 중량%)
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예

발포층
(중층)
발포용 수지
TER-PP
39 38 37 35 40
바이오
플라스틱
29 28 27 25 30
발포제 컴파운드 30 30 30 30 30
상변화 혼합분체 2 4 6 10 -
배합비 계 100 100 100 100 100
코팅층
(외층)
PP (MI 7)
(SFI 553)
100
배합비 계 100
실험예 : 냉동식품 포장용기 시트 열전도율 측정
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예의 냉동식품 포장용기 시트에 대한 보냉성 정도를 확인하기 위하여 열전율 측정을 실시하였고, 그 결과는 아래 표 5와 같다.
시료명 Run Density
(g/㎤)
Specific heat
(J/g·K)
Termal diffusivity
(㎟/s)
Thermal conductivity
(W/(m·K))
실시예 1 1 0.916 1.567 0.208 0.299
2 0.916 1.567 0.209 0.300
3 0.916 1.567 0.208 0.299
SD 0.001 0.001
CV(%) 0.28 0.19
평균 0.916 1.567 0.208 0.299
실시예 2 1 0.886 1.494 0.212 0.281
2 0.886 1.494 0.214 0.284
3 0.886 1.494 0.212 0.281
SD 0.001 0.002
CV(%) 0.54 0.61
평균 0.886 1.494 0.213 0.282
실시예 3 1 0.858 1.501 0.214 0.275
2 0.858 1.501 0.212 0.273
3 0.858 1.501 0.212 0.273
SD 0.001 0.001
CV(%) 0.54 0.42
평균 0.858 1.501 0.213 0.274
실시예 4 1 0.762 1.479 0.215 0.265
2 0.762 1.479 0.213 0.264
3 0.762 1.479 0.214 0.264
SD 0.002 0.001
CV(%) 0.68 0.53
평균 0.762 1.479 0.213 0.264
비교예 1 0.987 1.601 0.198 0.312
2 0.987 1.601 0.197 0.312
3 0.987 1.601 0.198 0.314
SD 0.001 0.001
CV(%) 0.13 0.10
평균 0.987 1.601 0.197 0.312
표 5 및 도 6에서 확인할 수 있듯이, 상변화 혼합분체의 혼합 비율에 반비례하여 열전도율 결과가 나옴을 확인할 수 있었다. 열전도율이 낮을수록 외부의 열이 상변화물질에 더욱 많이 차단됨을 의미하는 바, 열전도율이 낮을수록 냉동식품 포장용기 내부의 보냉성이 우수하며, 그에 따라 내부에 담긴 냉동식품이 운반과정 중에 냉해동의 반복에 으해 빙결정 생성을 최소화할 수 있다.
상기 결과를 이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (9)

  1. 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대하여,
    염화나트륨 10 내지 25 중량%, 규산염 10 내지 30 중량%, 셀라이트 10 내지 30 중량%, 수분흡수제 15 내지 30 중량% 및 폴리올리핀계 수지 30 내지 55 중량%를 포함하는 상변화 혼합분체 마스터배치 5 내지 40 중량부;
    바이오매스 50 내지 150 중량부; 및
    발포제 2 내지 20 중량부;
    를 포함하는, 발포 플라스틱 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 규산염은 규산나트륨(Na2SiO3), 규산칼슘(CaSiO3), 규산칼륨(K2SiO3) 또는 규산마그네슘(MgSiO3)인, 발포 플라스틱 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수분흡수제는 산화칼슘(CaO), 실리카겔(H2O3Si) 또는 폴리아크릴산나트륨인, 발포 플라스틱 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체, 터폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 공중합체 수지로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택되는, 발포 플라스틱 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바이오매스는 볏짚, 보리짚, 밀짚, 왕겨, 옥수수대와 잎, 대두줄기, 콩깍지, 양파줄기, 고구마줄기, 솔잎 및 커피 찌꺼기로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택되는, 초본계 바이오 매스인, 발포 플라스틱 조성물.
  8. 삭제
  9. 제1항, 제3항 내지 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 발포 플라스틱 조성물을 포함하여 발포시킨 발포층 및 상기 발포층의 적어도 어느 하나 이상의 외측면에 고분자 코팅층을 압출시켜 적층시킨 다층 구조의 냉동식품 포장용기.
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