KR102223180B1 - 식품 포장지용 판지 제조방법 및 식품 포장지용 판지 - Google Patents

Abstract

본 기술은 식품 포장지용 판지 제조방법 및 식품 포장지용 판지에 관한 것이다. 본 기술의 식품 포장지용 판지 제조방법은, 제1 지료 및 제2 지료 중 하나 이상을 내외부 피브릴화를 위해 고해하는 단계; 상기 제1 지료 및 제2 지료 각각을 와이어를 이용하여 제1 시트 및 제2 시트로 뽑아내는 단계; 상기 제1 시트와 제2 시트를 합지로 접합하는 단계; 상기 합지에 압력을 인가하여 탈수하는 단계; 및 상기 합지에 고온을 인가하여 건조하는 단계;를 포함하되, 상기 고해하는 단계는, 상기 제2 지료의 여수도를 포함하는 목적범위로 상기 제1 지료의 여수도를 낮추거나, 상기 제1 지료의 여수도와 상기 제2 지료의 여수도를 목적범위로 낮추는 단계를 포함한다.

Description

식품 포장지용 판지 제조방법 및 식품 포장지용 판지{METHOD OF MANUFACTURING PAPERBOARD FOR FOOD PACKAGING AND PAPERBOARD FOR FOOD PACKAGING}

본 발명은 식품 포장지용 판지 제조방법 및 식품 포장지용 판지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 서로 다른 고해 과정을 포함하는 식품 포장지용 판지 제조방법 및 식품 포장지용 판지에 관한 것이다.

종이컵은 물, 커피, 아이스크림, 샐러드 등과 같은 식음료를 담는 일회용으로 주로 사용되고 있다.

최근에는 디저트 시장과 테이크아웃 및 배달음식 시장의 폭발적 성장으로 그 사용량은 급증하고 있으며, 환경에 대한 관심 증가로 플라스틱 용기를 대체할 수 있는 재질로 더욱 각광받고 있다. 또한, 일회용컵을 보다 친환경적으로 제조 및 재활용하기 위한 연구도 활발하다.

종이컵은 음식물과 닿는 부분을 포함한다. 따라서, 종이컵에는 식품안정성을 가지며 동시에 미관상으로도 깨끗한 느낌의 표백지가 내지로 널리 사용되고 있다.

이때, 표백지를 종이컵 전체에 대해 사용할 필요는 없으므로, 외지에 대해서는 보다 친환경적으로 제조할 수 있거나 또는 인쇄적성이 보다 우수한 미표백지가 사용되기도 한다.

일반적으로 미표백지는 표백지보다 제조공정상 경제성과 친환경성을 갖고, 강도가 우수하여 내구성도 높은 것으로 알려져 있다. 따라서, 표백지를 내지로 하고 미표백지를 외지로 하여 접합한 판지를 종이컵 재료로 사용하는 것은 여러 이점들을 가질 수 있다.

이와 같이 몇 개의 층으로 이루어지는 종이를 판지라 하는데, 일반적으로 제조공정상에서 판지를 이루는 몇 장의 시트를 붙이기 위해서 접착제가 활용될 수 있다.

예를 들어, 폴리비닐아세테이트와 같은 재질의 접착제가 초지공정 이후 압착공정으로 진입하는 시트에 스프레이 방식으로 도포됨으로써 서로 마주보는 시트들을 붙일 수 있다.

그러나, 접착제는 고온 환경에서 녹아 접착력을 잃기 쉽다. 이러한 현상은 제조과정에서뿐만 아니라 완성된 이후 사용단계에서도 많은 문제점들을 유발한다.

특히, 최근 트렌드에 따르면 용기에 뜨거운 음식을 담아야 하는 상황이 잦은데, 고온에서 접착력을 잃는 것은 해당 판지로 만들어진 음식 용기가 더 이상 그 본연의 기능을 수행할 수 없음을 의미한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 판지 제조시 겹뜨기 방식을 이용할 수도 있다. 겹뜨기는 적당한 수분을 함유하고 있는 젖은 시트들을 서로 합하여 강하게 가압 탈수하고 건조시킴으로써 한 장의 종이처럼 결합하는 것을 원리로 한다.

그러나, 상술한 표백지 및 미표백지를 포함하는 종이컵과 같이 층간 원료가 다른 경우에는 층과 층 사이에 높은 친화력을 기대하기 어렵고, 제조한 이후에도 박리 현상이 진행되는 문제가 있다.

이에 본 발명의 발명자는 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 실시예는 접착제 없는 식품 포장지용 판지 제조방법 및 식품 포장지용 판지를 제공한다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 식품 포장지용 판지 제조방법은, 제1 지료 및 제2 지료 중 하나 이상을 내외부 피브릴화를 위해 고해하는 단계; 상기 제1 지료 및 제2 지료 각각을 와이어를 이용하여 제1 시트 및 제2 시트로 뽑아내는 단계; 상기 제1 시트와 제2 시트를 합지로 접합하는 단계; 상기 합지에 압력을 인가하여 탈수하는 단계; 및 상기 합지에 고온을 인가하여 건조하는 단계;를 포함하되, 상기 고해하는 단계는, 상기 제2 지료의 여수도를 포함하는 목적범위로 상기 제1 지료의 여수도를 낮추거나, 상기 제1 지료의 여수도와 상기 제2 지료의 여수도를 목적범위로 낮추는 단계를 포함할 수 있다.

상기 고해하는 단계에서 상기 제1 지료의 여수도와 상기 제2 지료의 여수도는 서로 근사해질 수 있다.

상기 고해하는 단계에서 상기 제1 지료의 수산화기의 양과 상기 제2 지료의 수산화기의 양이 서로 근사해질 수 있다.

상기 고해하는 단계에서 상기 제1 지료의 여수도의 감소량과 상기 제2 지료의 여수도의 감소량은 서로 다를 수 있다.

상기 고해하는 단계에서 제1 지료를 고해하는 시간과 상기 제2 지료를 고해하는 시간은 서로 다를 수 있다.

상기 제1 지료는 BKP(bleached kraft pulp)이고, 상기 제2 지료는 UKP(unbleached kraft pulp)일 수 있다.

상기 제1 지료는 BKP 또는 UKP이고, 상기 제2 지료는 OCC(old corrugated container pulp), ONP(old news paper) 또는 믹스드(mixed)일 수 있다.

상기 공정들은 온-머신 상에서 일괄 수행될 수 있다.

상기 제1 지료와 상기 제2 지료 사이에 제3 지료를 더 포함하되, 상기 고해하는 단계는, 상기 제3 지료의 여수도를 상기 목적범위로 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 지료와 상기 제2 지료는 BKP 또는 UKP이며, 상기 제3 지료는 OCC, ONP 또는 믹스드일 수 있다.

상기 목적범위는 CSF법 기준으로 350~450㎖일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 식품 포장지용 판지는, 제1 지료로 구성된 제1 원지와, 상기 제1 지료와는 다른 제2 지료로 구성된 제2 원지를 포함하되, 상기 제1 원지와 상기 제2 원지는 접착층 없이 서로 접합되어 하나의 합지를 형성할 수 있다.

본 기술은 접착제 없는 식품 포장지용 판지 제조방법을 제공하여 제조공정상 친환경성을 갖는다.

본 기술은 접착제 없는 식품 포장지용 판지를 제공하여 뜨거운 음식물 포장시에도 판지가 손상되거나 접착제가 녹는 일이 없어 사용상 안정성 및 식품 안전성을 확보한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식품 포장지용 판지로 제조된 종이컵을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 식품 포장지용 판지 제조방법의 전체적인 과정을 시간의 흐름에 따라 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 식품 포장지용 판지 제조방법의 전체적인 과정에 대한 공정 설비의 모식도이다.
도 4a 내지 도 4c는 수분제거 과정에 따른 두 개의 시트들간에 접착이 이루어지는 과정을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식품 포장지용 판지 제조방법의 전체적인 과정에 대한 공정 설비의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 식품 포장지용 판지의 단면도를 도시하는 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식품 포장지용 판지로 제조된 종이컵을 도시하는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종이컵(C)에 적용된 식품 포장지용 판지(P)(이하, 설명의 편의를 위해 간단히 '판지'라 함)는 2겹으로 구성될 수 있다. 그 확대도가 A부분에 대해 도시된다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해, 판지가 2겹인 것으로 가정하나, 이에 한정되지 않으며, 3겹 또는 그 이상으로도 구성될 수 있다.

제1 원지(KP1)와 제2 원지(KP2)가 판지의 2겹을 구성한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 원지(KP1)는 백색지와 같은 표백 크라프트지일 수 있다. 제2 원지(KP2)는 황색지와 같은 미표백 크라프트지일 수 있다.

즉, 상대적으로 식품 안전성을 갖는 표백 크라프트지가 종이컵 내지로 사용되고, 상대적으로 경제성을 갖는 미표백 크라프트지가 종이컵 외면에 사용된다.

일반적으로, 미표백 크라프트지는 표백 크라프트지보다 부피가 커서 양을 적게 해도 동일한 면적을 얻을 수 있고 원가가 싸므로 경제적이다. 그래서 판지의 두께를 늘이고자 하는 경우, 표백 크라프트지는 그대로 둔 채 미표백 크라프트지만을 두껍게 형성시키면 된다. 또한 미표백 크라프트지는 표백제가 사용되지 않거나 사용되더라도 그 양이 미미하여 제조과정이 친환경적이다. 또한, 미표백 크라프트지는 표백 크라프트지보다 강도가 우수하여, 단일층의 표백 크라프트지만을 적용한 경우보다 질긴 특성을 갖는다.

따라서, 도면에 도시된 바와 같이 상대적으로 두껍게 형성된 미표백 크라프트지(KP2)와 얇게 형성된 표백 크라프트지(KP1)를 이용하여 종이컵(C)을 제조하는 것은 식품에 닿는 면의 식품 안전성을 유지함과 동시에 제조공정상의 경제성 및 친환경성, 재질의 내구성 면에서 모두 우수한 장점을 갖는다.

본 발명에서는 설명의 편의를 위해, 제1 원지로 표백 크라프트지, 제2 원지로 미표백 크라프트지가 적용된 실시예들을 중심으로 살펴보기로 하나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 다른 원지도 적용될 수도 있다.

이와 같이, 식품 용기에 서로 다른 성질을 갖는 2겹의 원지를 사용할 수 있다는 것은 각각의 특성을 살려 여러 가지 이점을 얻을 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 기존에는 2겹으로 된 판지를 제조하기 위해 마주보는 시트들간 접착을 위해 접착제를 사용하였고 이에 따라 여러 문제점들을 갖고 있었다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면 접착제 없이 2겹 이상으로 된 판지를 제조할 수 있다.

이하 도 2 내지 도 5를 참조하여 보다 상세히 살펴본다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 식품 포장지용 판지 제조방법의 전체적인 과정을 시간의 흐름에 따라 도시한 순서도이다.

그리고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 식품 포장지용 판지 제조방법의 전체적인 과정에 대한 공정 설비의 모식도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 식품 포장지용 판지 제조방법(이하, 설명의 편의를 위해 '판지 제조방법'이라고도 함)은, 고해하는 단계(S10), 뽑아내는 단계(S20), 접합하는 단계(S30), 탈수하는 단계(S40) 및 건조하는 단계(S50)을 포함한다.

이들 단계들(S10 내지 S60)은 온-머신(on-machine) 상에서 일괄 수행될 수 있다.

먼저, 단계(S10)에서 제1 원지 제조를 위한 지료(제1 지료)(PS1)와 제2 원지 제조를 위한 지료(제2 지료)(PS2)를 고해한다.

제1 고해부(11)에서 제1 지료(PS1)가 고해되고, 제2 고해부(12)에서 제2 지료(PS2)가 고해될 수 있다.

즉, 물 속에 펄프를 풀고 기계적으로 물리적인 힘을 가함으로써 수행되는 고해 과정이 각각의 고해부(11, 12) 내에서 이루어질 수 있다.

고해는 섬유의 형태나 구조를 변화시킴으로써 원료의 초지 작업성을 조정하고 원하는 종이의 특성을 만들어 내는 공정에 해당한다.

제1 지료는 BKP(bleached kraft pulp)이고, 제2 지료는 UKP(unbleached kraft pulp)일 수 있다. 이하에서는 제1 지료가 BKP이고, 제2 지료가 UKP인 실시예를 중심으로 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 상대적으로 식품 안전성을 갖는 지료가 제1 지료로 적용되고, 상대적으로 경제성을 갖는 지료가 제2 지료로 적용되면 충분하므로, 예를 들어, 제1 지료가 BKP 또는 UKP일 때, 제2 지료가 ONP(old news paper)나 OCC(old corrugated container pulp) 일 수도 있다. ONP와 OCC가 일정비율로 혼합된 믹스드(mixed)가 제2 지료로 적용될 수도 있다.

고해 공정은 비팅(beating) 공정, 리파이닝(refining) 공정이라고도 하며, 고해에 의해 제1 지료 및 제2 지료 각각의 내부와 외부는 피브릴화가 이루어진다.

내부 피브릴화는 섬유가 외형적으로는 그 형태를 유지하고는 있으나 섬유내부에서 수소결합이 끊어져 내부 구조가 풀어진 상태로서, 물이 섬유 내로 침투하여 피브릴이 풀리거나 피브릴층이 벌어짐으로써 섬유가 팽윤되고 유연해져서 섬유끼리 서로 순응하여 쉽사리 결합할 수 있도록 한다.

외부 피브릴화는 섬유의 외부 구조가 변하는 것으로서, 섬유축 방향으로의 스플리팅(slpitting), 외층 피박의 탈락 등에 의해 내부의 비교적 큰 피브릴이 풀려나와 마이크로 피브릴(micro- fibril)이 바깥으로 노출되는 것을 말한다. 이로 인해 섬유의 외부 표면적이 증가하고 섬유간 결합을 일으킬 수 있는 능력이 커지도록 한다.

고해 과정에서는 내외부 피브릴화 외에 화학 조정분의 용해 또한 이루어질 수 있다. 헤미셀룰로오스와 리그닌은 마이크로 피브릴 사이에 집중되어 있는 무정형 물질로서, 고해에 의해서 섬유의 구조가 풀어지면 헤미셀룰로오스와 리그닌의 일부가 물에 용해되며, 이때, 헤미셀룰로오스는 섬유간 접착제 역할을 하므로 이들 용해는 종이의 강도 발현에 영향을 미친다.

이와 같이 단계(S10)는 지료의 초지 작업성을 조절하고 종이의 품질을 만들어 내는 과정이며, 이러한 과정에 의해서 섬유간 결합을 증가시키고, 미세섬유의 생성을 최소화하면서 섬유의 길이를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단계(S10)는 제1 지료(PS1)를 고해하는 과정과 제2 지료(PS2)를 고해하는 과정을 포함한다. 그리고, 이들 과정은 서로 다르게 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단계(S10)에서 제1 고해부(11)는 제1 지료(PS1)의 여수도를 목적범위로 낮추고, 제2 고해부(12)는 제2 지료(PS2)의 여수도를 목적범위로 낮출 수 있다. 목적범위는 하한과 상한을 갖는 일정 범위일 수 있고, 제1 지료의 여수도와 제2 지료의 여수도 각각을 이러한 목적범위로 낮추는 것은, 결과적으로 제1 지료의 여수도와 제2 여수도를 서로 근사하게 할 수 있다.

여수도는 일정한 조건에서 섬유 현탁액의 탈수성을 측정한 값이다. 캐나다 표준 여수도(Canadian Standard Freeness, CSF)법과 쇼퍼 리글러(Schopper Riegler, SR)법이 있다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해, CSF법을 중심으로 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 목적범위는 CSF법 기준으로 350~500㎖일 수 있다. 바람직하게는 350~450㎖일 수 있다.

고해 과정과 여수도는 서로 밀접하게 관련되어 있고, 일반적으로 고해도가 올라가면 여수도는 낮아지는 경향을 갖는다. 고해가 진행될수록 피브릴이 늘어나면서 물을 보유할 수 있는 수산화기의 양도 증가하는 것으로 해석될 수 있다.

여수도가 500 초과인 경우에는 고해도가 부족하여 초기 습지강도가 발현되지 않아 습지 연결작업이 어려워진다. 또한 초지 작업성이 떨어져 공정 효율이 나빠진다. 따라서, 500 이하, 바람직하게는 450 이하가 되도록 함으로써 충분한 습지강도와 초지 작업성을 확보하는 것이 바람직하다.

반면, 여수도가 350 미만인 경우에는 고해도가 과도하여 지료의 탈수성이 불량해지고 와이어부에서 농도를 높여 작업해야 하는 까닭에 지합형성이 악화된다. 또한, 인장강도와 같은 물리적 특성이 증가한 것과는 별개로 인열강도(internal tearing strength)는 크게 하강하게 되므로 원하는 종이 특성을 만족시키기 어렵다. 또한, 프레스에서 착수가 나빠져 지절의 원인이 되고, 건조과정에서 섬유의 수축이 크게 발생하여 폭방향 신축비가 달라지고 지폭 부족을 초래하기도 한다.

여수도를 목적범위로 낮추는 것은 목적범위 내의 특정값(이하, 목적값이라 함)을 목표로 하여 여수도를 낮추는 과정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 목적범위가 350~450인 경우 400을 목표로 하여 해당 지료의 여수도를 낮출 수 있고, 그 과정에서 여수도 측정기 등에 의해 측정된 여수도가 목적범위 내로 들어오는 것으로 판단되는 경우, 낮추는 과정을 종료할 수 있다. 이에, 이하에서는 목적범위 내에 존재하는 목적값을 목표로 여수도를 낮추는 실시예들을 중심으로 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따라, 목적값이 400인 경우, 제1 고해부는 BKP의 여수도를 500에서 400으로 낮추고, 제2 고해부는 UKP의 여수도를 700에서 400으로 낮출 수 있다. 다른 예로, 목적값이 450인 경우, 제1 고해부는 BKP의 여수도를 500에서 450으로 낮추고, 제2 고해부는 UKP의 여수도를 700에서 450으로 낮출 수 있다.

이와 같이 서로 다른 특성을 갖는 지료들 각각에 대해 고해 과정이 진행되므로, 제1 고해부(11)에서 진행되는 고해 과정과 제2 고해부(12)에서 진행되는 고해 과정은 그 진행되는 정도나 속도가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 지료의 여수도의 감소량과 제2 지료의 여수도의 감소량이 서로 다를 수 있다. 서로 다른 지료의 여수도가 하나의 목적값으로 맞춰지기 위함이다. 그래서, 여수도가 500인 BKP를 목적값으로 낮추는 고해시간보다 700인 UKP를 목적값으로 낮추는 고해시간이 더 길 수 있다.

단계(S10)에서의 고해 과정에 의해 제1 지료의 여수도와 제2 지료의 여수도를 서로 맞춰 놓는 것은 이어지는 후속 단계들(S20 내지 S50)에서 지료간 결합 능력을 극대화시킬 수 있다.

이는 두 지료간에 여수도가 서로 맞춰짐에 따라 두 지료간에 수산화기의 양이 서로 맞춰짐에 기인하는 것으로 판단된다. 즉, 고해 과정에 의해 섬유 내외부 피브릴화가 진행되고, 이에 따라 섬유 내외부 표면적이 증가하게 되면, 두 지료간에 서로 수소결합할 수 있는 수산화기의 양이 서로 대등해지고, 따라서 두 지료간 결합의 가능성이 높아질 수 있는 것이다. 여수도로 대표될 수 있는 수산화기의 양을 서로 유사하게 맞춰줌으로써 양 지료간 수소결합의 가능성을 크게 하는 것이다. 쉽게는 한 쪽의 수산화기의 양이 다른 쪽에 비해 크게 높거나 낮다면 그 차이분이 양 지료간 결합에 기여할 수 없음을 생각하면 된다.

따라서, 두 지료의 수산화기의 양을 대등하게 맞춰놓는 것은 두 지료가 마치 하나의 일체화된 지료처럼 되게 하여, 이어지는 압착 및 건조 과정에서 두 지료간 수소결합의 가능성을 더욱 높이고 결과적으로 두 지료간 접착강도를 극대화시킨다. 즉, 서로 다른 원료의 두 개의 층들이 층간 접착의 관점에서는 하나의 동일한 원료인 것처럼 취급될 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고해 과정은 두 지료 중 어느 하나의 지료에 대해서만 수행될 수도 있다. 이미 다른 하나의 지료가 목적범위를 만족하는 경우일 수 있다. 예를 들어, 제1 지료가 여수도 500의 BKP이고, 제2 지료가 여수도 350의 ONP일 때, 제1 지료에 대해서만 여수도를 목적범위로 낮추는 고해 과정이 수행될 수 있다. 또는 제1 지료가 여수도 700의 UKP이고, 제2 지료가 여수도 350의 ONP일 때 제1 지료에 대해서만 여수도를 목적범위로 낮추는 고해 과정이 수행될 수 있다. 즉, 단계(S10)는 제2 지료의 여수도를 포함하는 목적범위로 제1 지료의 여수도만을 낮출 수 있다. 이와 같이 이미 목적범위를 만족하는 다른 지료가 있을 때에는 하나의 지료에 대해서만 고해 과정이 수행되어도 양 지료간에 여수도를 서로 맞춰줄 수 있다.

다음으로, 단계(S20)에서 제1 지료(PS1) 및 제2 지료(PS2) 각각을 와이어를 이용하여 제1 시트(S1) 및 제2 시트(S2)로 뽑아낸다.

단계(S20)는 초지 과정에 해당한다. 초지 공정은 종이 원료(지료)를 시트 형태로 만들어 내는 공정이다. 초지 공정은 와이어 공정이라고도 한다.

제1 와이어부(21)에서 제1 시트(S1)가 초지되고, 제2 와이어부(22)에서 제2 시트(S2)가 초지될 수 있다. 펄프를 포함한 지료는 물 속에 고르게 분산되어 있는데, 이것을 와이어상에 뿌려서 탈수시킴으로써 원료들만 남겨 지층을 형성하는 초지 과정이 각각의 와이어부(21, 22)에서 이루어질 수 있다.

각각의 와이어부(21, 22)는 필요에 따라 장망, 단망, 환망 등 다양한 방식으로 설계될 수 있다.

한편, 초지 과정에서 어느 정도의 탈수가 이루어지지만 여전히 시트들은 습윤 상태이다.

이어서, 단계(S30)에서 습윤 상태의 제1 시트(S1)와 제2 시트(S2)를 합지(PB)로 접합한다. 접합 공정은 겹뜨기 공정이라고도 한다.

접합부(30)에서 제1 시트(S1)와 제2 시트(S2)가 합지(PB)로 접합될 수 있다.

즉, 적당히 수분을 함유한 이종의 원료로 구성된 두 장의 시트들이 접합부(30)에서 가압을 받아 눌려짐으로써 그 접촉면에서 일부의 원료가 서로 얽히며 층간 접착 강도를 형성하게 된다.

이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 앞선 고해 단계(S10)을 거치면서 제1 시트와 제2 시트의 여수도는 서로 유사하게 맞춰져 있다. 즉, 제1 시트와 제2 시트의 수산화기의 양은 서로 유사하게 맞춰져 있다. 따라서, 제1 시트와 제2 시트들의 접촉면에서 일부의 원료가 서로 얽히며 형성되는 층간 접착 강도가 최대화될 수 있다. 층간 접착의 관점에서 하나의 동일한 원료인 것처럼 취급될 수 있기 때문이다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 판지를 제조함에 있어서는, 여수도를 조절하여 수산화기의 양의 일치를 도모함으로써 시트간 결합 능력을 최대화시킨다.

한편, 접합 과정에서도 어느 정도의 탈수가 이루어지나 여전히 겹뜨기된 지필은 습윤 상태에 놓여져 있다. 습지필로 참조된다.

상술한 단계들(S20 내지 S30)에서 지층이 형성되고 겹뜨기된 습지필이 펠트(felt)로 이송되면, 이어지는 단계(S40)에서 탈수가 시작된다.

보다 상세하게, 단계(S40)에서 합지(PB)에 압력을 인가하여 탈수한다. 단계(S40)는 압착 공정 또는 프레스 공정에 해당한다.

압착부(40)에서 합지(PB)에 압력을 인가하여 탈수할 수 있다. 탈수된 합지가 도면부호 PBa로 참조된다.

압착부(40)는 롤 프레스, 흡인 프레스 등 다양한 방식으로 설계될 수 있다. 각종 프레스 방식의 선택 및 배치는 사용 원료의 종류, 생산지종, 초조 속도, 제품의 요구 특성 등을 고려하여 선택 및 배열이 이루어질 수 있다.

압착 공정은 합지에 압력을 인가하여 습지필의 수분을 최대한 줄여서 건조 공정으로 넘겨주기 위한 과정으로서, 압착 공정은 와이어상에서 시작되는 수분제거 과정의 연장이라고 볼 수 있다.

일례로, 고형분 10~15% 정도의 농도를 가진 겹뜨기된 지필은 압착부 통과 후 고형분 45~50% 농도를 가진 지필이 되어 후공정인 건조부로 보내어질 수 있다.

와이어부에서 접합부를 거쳐 압착부로 지필이 이동될 때, 수분이 과다하게 많으면 프레스의 압력에 의해 지층이 파괴되는 문제가 발생할 수 있으므로 이를 최소화하고, 후속 단계의 건조부에서의 작업성을 양호하게 하며, 여러 가지 강도적 특성을 극대화시키기 위하여 압착부에서는 여러 가지 압착 형식을 조합하여 작업을 수행할 수 있다. 또한, 압착부의 초기에는 서서히 가압함으로써 지필의 파괴를 최소화할 수 있다.

또한, 압착 공정에서 지필이 충분히 탈수되지 않으면 후공정인 건조부에서의 건조증기 소비량이 많아지고 열효율이 나빠짐으로써 비경제적일 뿐만 아니라 제한된 설비에서는 초속이 한정되어 생산성이 격감하는 결과를 초래하므로, 적정 탈수 상태를 만족하도록 제어할 필요가 있다.

이어서, 단계(S50)에서 프레스 공정을 거친 합지(PBa)에 고온을 인가하여 건조시킨다.

건조부(50)에서 합지(PBa)에 고온을 인가하여 건조시킬 수 있다. 건조된 합지가 도면부호 PBb로 참조된다.

건조부는 통상 여러 군으로 나누어져 있고, 각 군이 다시 여러 개의 건조 실린더로 구성될 수 있다. 건조부를 각 군으로 나누는 것은 습지의 수축에 따른 지절을 방지하고, 건조를 온도에 따라 단계적으로 진행시켜 균일하고 일정한 건조가 이루어지도록 하기 위함이다.

각 건조 실린더 사이에는 습윤 지필에서 증발된 수분이 증기로 되어 머물고 있으므로 이것을 제거하여 건조 효율을 높이기 위한 장치로서 열풍을 강제 순환시키는 포켓 벤틸레이션 장치가 구비될 수 있다.

한편, 후속 공정으로서 상술한 단계들을 통해 건조까지 마친 합지에 대해 도공 과정 또는 캘린더 공정이 더욱 수행될 수 있다.

도 4는 두 개의 시트들간에 수분제거 과정에 따라 접착이 이루어지는 과정을 개략적으로 도시한다. 예를 들면, 도 4a가 접합 단계(S30)를 거친 직후의 상태를, 도 4b가 압착 단계(S40)를 거친 직후의 상태를, 그리고, 도 4c가 건조 단계(S50)를 거친 직후의 상태를 각각 도시하는 것으로 볼 수 있다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 수분제거 과정이 진행될수록 시트들(S1, S2) 사이에 물(H₂O)이 빠져나가면서 두 시트들의 수산화기(-OH)간 수소결합이 보다 견고하게 이루어지는 것을 확인할 수 있다.

구체적으로, 두 시트의 표면들은 물을 매개로 하여 약하게 수소결합하고 있다가(도 4a), 탈수가 진행됨에 따라 물이 빠져나가면서(도 4b 및 도 4c) 수산화기간 직접적인 수소결합을 하게 된다. 이러한 직접적인 수소결합은 두 시트가 서로 높은 층간 접착 강도로 결합할 수 있음을 보여준다.

또한, 이때 두 시트간 수산화기의 양이 대응하게 맞춰져 있음에 따라, 비결합된 수산화기 없이 거의 모든 수산화기들이 상호간 수소결합에 참여함으로써, 두 시트는 보다 견고하게 결합될 수 있다. 마치 두 시트들은 하나의 동일한 원료로 제조된 시트처럼 거동할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식품 포장지용 판지 제조방법의 전체적인 과정에 대한 공정 설비의 모식도를 도시한다.

도 5를 참조하면, 3겹의 원지를 사용하여 판지가 제조될 수 있으며, 제1 원지 제조를 위한 지료(제1 지료)(PS1), 제2 원지 제조를 위한 지료(제2 지료)(PS2), 및 제3 원지 제조를 위한 지료(제3 지료)(PS3)가 도시된다.

제1 지료가 BKP, 제2 지료가 UKP, 그리고 제3 지료가 ONP인 실시예를 중심으로 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제3 지료에 OCC 또는 믹스드가 적용될 수도 있다. 또는 제1 지료가 UKP이고 제2 지료가 BKP일 수도 있다. 상대적으로 식품 안전성을 갖는 지료가 제1 지료 및 제2 지료로 적용되고, 상대적으로 경제성을 갖는 지료가 제3 지료로 적용되면 충분하다.

상술한 도 3 대비, 도 5에서는 제3 원지가 추가된 판지 제조과정이라 볼 수 있다. 고해 공정, 초지 공정, 접합 공정, 탈수 공정 및 건조 공정으로 이어지는 전체적인 흐름은 동일하므로, 차이점을 위주로 살펴본다.

제1 고해부(11)에서 제1 지료(PS1)가 고해되고, 제2 고해부(12)에서 제2 지료(PS2)가 고해되며, 제3 고해부(13)에서 제3 지료(PS3)가 고해될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 각 고해부에서 고해하는 과정은 서로 다른 정도와 속도로 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 고해부(11)는 제1 지료(PS1)의 여수도를 목적범위로 낮추고, 제2 고해부(12)는 제2 지료(PS2)의 여수도를 목적범위로 낮추며, 제3 고해부(13)는 제3 지료(PS3)의 여수도를 목적범위로 낮출 수 있다. 제1 지료, 제2 지료 및 제3 지료의 여수도 각각을 목적범위로 낮추는 과정은 제1 지료, 제2 지료 및 제3 지료의 여수도를 서로 근사하게 할 수 있다.

예를 들어, 목적값이 400㎖(CSF, 캐나다 표준 여수도 측정 기준)인 경우, 제1 고해부는 BKP의 여수도를 500에서 400으로 낮추고, 제2 고해부는 UKP의 여수도를 700에서 400으로 낮추며, 제3 고해부는 ONP의 여수도를 500에서 400으로 낮출 수 있다.

제1 지료의 여수도의 감소량, 제2 지료의 여수도의 감소량 및 제3 지료의 여수도의 감소량은 서로 다를 수 있다. 서로 다른 지료의 여수도가 하나의 목적값으로 맞춰지기 위함이다.

제1 지료 내지 제3 지료의 여수도를 서로 맞추는 것은 이어지는 후속 단계들에서 지료들간 결합 능력을 극대화시킬 수 있다. 지료들간 여수도가 유사해짐으로써 수소결합할 수 있는 수산화기의 양도 유사해질 수 있기 때문이다.

세 지료의 수산화기의 양을 대등하게 맞추는 것은 서로 다른 특성을 갖는 세 지료가 마치 하나의 특성을 갖는 일체화된 지료처럼 되게 하여, 이어지는 압착 및 건조 과정에서 세 지료들 사이에 수소결합의 가능성을 더욱 높이고 결과적으로 세 지료들 사이의 접착강도를 극대화시킨다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각 지료의 여수도 중 이미 목적범위를 만족하는 것이 있다면, 이를 제외하고 나머지 지료들에 대해서만 고해 과정이 수행될 수도 있다. 이때에도 세 지료들간에 여수도를 서로 맞춰줄 수 있다.

다음으로, 제1 와이어부(21)에서 제1 시트(S1)가 초지되고, 제2 와이어부(22)에서 제2 시트(S2)가 초지되며, 제3 와이어부(23)에서 제3 시트(S3)가 초지된다.

이어서, 접합부(30)에서 습윤 상태의 제1 시트(S1), 제2 시트(S2) 및 제3 시트(S3)가 합지(PB)로 접합된다. 적당히 수분을 함유한 이종의 원료로 구성된 세 장의 시트들이 접합부(30)에서 가압을 받아 눌려짐으로써 그 접촉면에서 일부의 원료가 서로 얽히며 층간 접착 강도를 형성하게 된다.

이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 앞선 고해 공정을 거치면서 시트들간 여수도는 서로 유사하게 맞춰져 있다. 즉, 제1 시트, 제2 시트 및 제3 시트의 수산화기의 양은 서로 유사하게 맞춰져 있다. 따라서, 제1 시트와 제2 시트의 접촉면, 제2 시트와 제3 시트의 접촉면에서 일부의 원료가 서로 얽히며 형성되는 층간 접착 강도가 최대화될 수 있다.

이어서, 합지(PB)는 압착부(40)를 거치면서 탈수되고, 탈수된 합지(PBa)는 건조부(50)를 거치면서 건조된다. 그리고, 건조된 합지(PBb)는 필요에 따라 도공이나 캘린더와 같은 추가적인 후속 공정을 거칠 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 식품 포장지용 판지(100)의 단면도를 도시하는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 판지(100)는 제1 원지(110)와 제2 원지(120)를 포함할 수 있다. 판지(100)는 상술한 단계들에 의해 제조될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 원지는 표백 크라프트지일 수 있다. 제2 원지는 미표백 크라프트지일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않는다. 또한, 도 6에서는 판지가 2개의 원지로 이루어진 합지인 실시예를 중심으로 설명하나 본 발명이 원지의 개수에 한정되는 것은 아니다.

서로 다른 지료로 구성된 제1 원지(110)와 제2 원지(120)는 그 접촉면(CP)에서 별도의 접착층 없이 접합되어 하나의 합지를 구성한다. 도 6에서 접촉면 부근에 대한 확대도가 함께 도시된다.

즉, 제1 원지(110)와 제2 원지(120)는 그들의 접촉면(CP)에서 이 접촉면에 인접하는 각각의 원료들이 서로 얽히며 형성됨으로써 별도의 접착층 없이 서로 접합된다. 상술한 바와 같이 서로 다른 지료로 구성되어 있지만 제1 원지와 제2 원지는 여수도가 서로 근사하게 맞춰져 있기 때문에 접착층 없이도 서로간 결합능력이 최대화 될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 접착제 없이 식품 포장지용 판지를 제조함으로써 친환경적이다. 또한, 접착제가 없으므로 뜨거운 음식물 포장시에도 판지가 손상되거나 접착제가 녹는 일이 없어 사용상 안정성 및 식품 안전성을 확보할 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

11, 12, 13 : 고해부
21, 22, 23 : 와이어부
30 : 접합부
40 : 압착부
50 : 건조부
PS1, PS2, PS3 : 지료
S1, S2, S3 : 시트
PB : 합지, 습지필
PBa : 탈수된 합지
PBb : 건조된 합지

Claims (12)

1. 제1 지료 및 제2 지료 중 하나 이상을 내외부 피브릴화를 위해 고해하는 단계;
   상기 제1 지료 및 제2 지료 각각을 와이어를 이용하여 제1 시트 및 제2 시트로 뽑아내는 단계;
   상기 제1 시트와 제2 시트를 합지로 접합하는 단계;
   상기 합지에 압력을 인가하여 탈수하는 단계; 및
   상기 합지에 고온을 인가하여 건조하는 단계;를 포함하되,
   상기 고해하는 단계는, 상기 제2 지료의 여수도를 포함하는 목적범위로 상기 제1 지료의 여수도만 낮추거나, 상기 제1 지료의 여수도와 상기 제2 지료 각각의 여수도를 목적범위로 낮추는 단계를 포함하고,
   상기 제1 시트와 제2 시트를 합지로 접합하는 단계에서,
   상기 제1 시트와 제2 시트는 접착층 개재 없이 직접 결합되고,
   상기 제1 지료는 BKP(bleached kraft pulp)이고, 상기 제2 지료는 UKP(unbleached kraft pulp)이고,
   상기 목적범위는 CSF법 기준으로 350~450㎖인,
   식품 포장지용 판지 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고해하는 단계에서 상기 제1 지료의 여수도와 상기 제2 지료의 여수도는 상기 목적범위 내에서 서로 동일해지는, 식품 포장지용 판지 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 고해하는 단계에서 상기 제1 지료의 수산화기의 양과 상기 제2 지료의 수산화기의 양이 서로 동일해지는, 식품 포장지용 판지 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 고해하는 단계에서 상기 제1 지료의 여수도의 감소량과 상기 제2 지료의 여수도의 감소량은 서로 다른, 식품 포장지용 판지 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 고해하는 단계에서 제1 지료를 고해하는 시간과 상기 제2 지료를 고해하는 시간은 서로 다른, 식품 포장지용 판지 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 단계들은 온-머신 상에서 일괄 수행되는, 식품 포장지용 판지 제조방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항에 따른 식품 포장지용 판지 제조방법에 의해 제조된 식품 포장지용 판지.

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