KR102246711B1 - 셀룰로오스 조성물을 이용한 코팅 종이 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀룰로오스 코팅 종이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 비닐을 사용하지않고 자연친화적인 천연물질의 셀룰로오스 조성물을 이용한 코팅 종이 제조방법을 개시한다.

Description

셀룰로오스 조성물을 이용한 코팅 종이 제조방법{A method for preparing papers coated with cellulose composition}

본 발명은 셀룰로오스 코팅 종이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 비닐을 사용하지않고 자연친화적인 천연물질의 셀룰로오스 조성물을 이용한 코팅 종이 제조방법을 개시한다.

일반적으로, 포장지용으로 사용하는 종이는 표면의 평활성과 방수기능을 부여하기 위해 비닐로서 코팅을 수행하고 있다. 이러한 포장지에 사용하는 코팅 재료는 따라서, 일정온도에서 용융되어 종이에 대한 접착력을 가질 뿐만 아니라 일정온도 이하에서는 안정적으로 유지되어야 하는 기능을 가지고 있어야 한다.

대표적인 종래기술로서, 국내특허제1506269호는 스티렌-부타디엔 공중합체 및/또는 스티렌-아크릴산 에스테르 공중합체와 비닐 아세테이트-에틸렌 공중합체로 이루어진 종이 코팅 슬립을 기술하고 있으며, 국내특허제1019565호는 코어-쉘 구조의 전분-비닐 공중합체로 이루어진 종이 코팅액을 개시하고 있다.

상기한 바와 같이 종이컵을 비롯하여 음식물 포장 종이팩 등에 사용하는 비닐 코팅 종이가 지금까지 주로 사용되고 있으나, 이는 환경문제에 심각한 악영향을 주고 있기 때문에 선진국을 비롯한 여러 나라에서는 이를 엄격히 규제하는 추세에 있다.

비닐 코팅된 종이는 자연분해가 어렵기 때문에 소각처리하는 것이 일반적이지만 소각을 하지 않은 상태로 버려지는 경우가 빈번하기 때문에 환경오염의 주범으로 여겨지고 있다. 특히, 대양 생태계에 심각한 부작용을 초래하여 이러한 비닐 사용을 엄격히 사용제한하여야 한다.

상기한 환경문제 뿐만 아니라 비닐 코팅된 종이는 비닐과 종이를 분리하는 공정이 어렵기 때문에 재활용할 수가 없는 단점이 있다.

따라서, 이러한 비닐을 대체할 수 있는 기술이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결코자 제공하는 것으로, 자연분해가 되어 환경문제를 일으키지 않을 뿐만 아니라 방수 및 내구성을 가진 비닐 대체 물질을 이용하여 종이 코팅을 수행하는 것을 목적으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 이루기 위한 수단으로서, 셀룰로오스 나노섬유 및 옥타데실아민과 글루타르알데히드로 이루어진 화합물에 이산화티타늄 또는 산화아연을 첨가하여 이루어지는 조성물을 제공한다.

상기한 본 발명에 따른 코팅재료 조성물에 의해서 코팅된 종이는 음식물 포장지로서 적합할 뿐만 아니라 일광노출에 대한 변색성이 없고, 코팅 접착력이 우수한 장점이 있다. 아울러, 종래의 합성 화학물을 천연재료로 대체함으로써 환경친화적이라 할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

셀룰로오스 나노섬유는 지구상에서 가장 풍부한 바이오폴리머인 셀룰로오스를 사용하고 있어서 사용 및 취급에 가장 안전한 것으로 여겨진다.

옥타데실아민은 단백질, 항체 및 DNA 등을 결합하는 생체학에서 흔히 사용하는 화학물질이다. 이는 공정을 매우 안정적으로 처리할 수 있게 한다. 종이에 본 발명에 따른 합성 셀룰로오스 조성물을 분사할 경우에 전형적인 친수성을 가진 이들 종이는 초소수성으로 변화된다.

이러한 코팅 종이는 내구성이 강해서 햇볕에 노출하여도 표면의 소수성은 변하지 않는다. 더욱이, 코팅된 종이는 반복해서 물을 넣어 사용해도 내구성을 갖고 기계적 마찰을 가해도 기능성을 유지한다.

셀룰로오스 나노섬유는 목재 펄프로부터 추출한다.

옥타데실아민(ODA)과 글루타르알데히드(GA)를 준비한 후에 상기 셀룰로오스 나노섬유 현탁액에 옥타데실아민을 5 ~ 15 중량%, 적절하게는 10 중량%를 가하여 1 시간 동안 혼합한다. 이러한 혼합용액에 글루타르알데히드를 5 ~ 15 중량%, 적절하게는 10 중량% 첨가하여 결합반응을 완료한다.

상기 혼합 반응물에 이산화티타늄 또는 산화아연을 0.5 ~ 3 중량%, 적절하게는 1 중량%를 첨가한 후에 4 시간 교반하여 진공여과한 다음 물과 에탄올로 세정하여 남아있을지도 모르는 잔여 성분을 제거하고 오븐에서 1시간 동안 건조한다.

옥타데실아민은 긴 탄화수소 사슬로 이루어져 셀룰로스 나노섬유 표면에너지를 용이하게 감소시킬 수가 있다.

글루타르알데히드는 나노섬유를 옥타데실아민와 결합하도록 하는 결합제로 사용된다. 셀룰로오스 나노섬유는 표면에 다수의 -OH기를 포함하고 있어서 글루타르알데히드와 반응하여 헤미아세탈 결합을 형성한다. 계속해서 옥타데실아민의 아미노 작용기와 글루타르알데히드의 프리 알데히드 작용기가 반응하여 옥타데실아민이 셀룰로오스 나노섬유의 표면으로 이동하여 초소수성을 얻게 된다.

순수한 셀룰로오스 나노섬유는 깨끗하고 평활한 반면 CNF-옥타데실아민는 둘다 거칠어진 것을 알 수 있는데 이는 표면에 옥타데실아민이 남아 있음을 나타낸다. 이러한 거칠고 주름진 구조는 초소수성을 나타내는 표면에 바람직하다. CNF-옥타데실아민 샘플의 대면적 표면은 구조적 열역학 안정성으로 설명될 수가 있다. 순수한 셀룰로오스 나노섬유 현탁액에서는 셀룰로오스 나노섬유가 수중에 고르게 분산되어 있기 때문에 강한 수소결합을 이루고 진공여과 공정에서 평활한 표면을 형성할 수가 있다. 그러나, CNF-옥타데실아민 샘플은 옥타데실아민 인터칼레이션(Intercalation)으로 인해 분자간 및 분자내 수소결합 방해가 발생하여 분산이 어렵게 되고 불규칙한 잔여물이 생성한다. 이러한 잔여물은 불규칙한 배향성을 유발하여 표면이 거칠게 되어 초소수성을 갖게 한다.

순수한 셀룰로오스는 고친수성으로 인해 지속적으로 물이 흡수되지만, 1중량%의 옥타데실아민과 작용한 셀룰로오스 나노섬유는 표면의 습식도가 향상되어 132°(±3°)의 WCA를 나타낸다. 더욱이, 5배로 농도를 증가한 10 중량%의 옥타데실아민과 작용한 셀룰로오스 나노섬유는 145°(±3°) 및 161°(±3°) 사이의 매우 높은 초소수성을 형성한다. CNF-옥타데실아민-10의 경우에 초소수성으로 인해서 물방울이 표면에 접촉하는 경우에 샘플에 거의 침투가 되지 않는다.

본 발명에 따른 물질을 코팅재료로 사용하기 위해서, 종이에 펜건을 사용하여 분사함으로써 코팅을 수행한다. 분사 코팅 후에 일정 시간 건조한 다음 50 ℃의 오븐에 건조함으로써 완전히 코팅을 접착시킨다. 본 발명에 따른 물질이 코팅되지 않은 종이는 친수성을 갖기 때문에 물에 담기면 즉시 젖어드는 반면 코팅된 종이는 어떠한 흡수도 없이 2 시간 동안이나 물방울을 지탱할 수가 있다. 코팅된 종이에서의 물접촉각은 144°(±3)을 갖는 것으로 조사되었다. 이러한 고 소수성은 많은 응용분야에 있어서 본 발명에 따른 물질이 사용될 수 있음을 알 수가 있다.

실시예

옥타데실아민(순도 97%), 글루타르알데히드(25% 수용액) 및 시약 메탄올을 준비한다. 셀룰로오스 나노섬유(CNFs)를 이온수에 넣어 교반함으로써 균일한 현탁액으로 만든다. 상기 준비한 옥타데실아민을 10 중량%를 함유하도록 각각의 용액을 만들어 투명해질 때까지 30분간 교반한 다음, 이들 각각의 용액을 상기 셀룰로오스 나노섬유 현탁액에 첨가하여 1 시간 정도 교반한다. 상기 준비한 글루타르알데히드(12.5 중량%)를 상기 셀룰로오스 나노섬유/옥타데실아민 용액에 천천히 첨가하여 55℃에서 4 시간 동안 교반함으로써 분응물 사이에 결합이 완전히 이루어지도록 한다. 상기 혼합 용액을 진공여과 및 세정하여 셀룰로오스 나노섬유 표면에 남아있는 옥타데실아민 및 글루타르알데히드를 완전히 제거한다. 최종 결과물에 이산화티타늄을 1 중량% 첨가하여 최종 결과물을 얻는다.

첨가되는 이산화 티타늄 또는 산화아연은 일광노출에 대한 변색을 방지하기 위한 것으로, 한정치를 초과하여 첨가할 경우에는 코팅 결합력이 약화될 수가 있고 한정치 미만에서는 그 효과가 미미하기 때문에 기능을 제대로 발휘할 수가 없기 때문에 0.5 ~ 3 중량%를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 얻어진 셀룰로오스 분말을 에탄올에 분산하여 종이에 분사한다. 본 발명에 따른 물질이 분산된 코팅 종이를 얻는다.

Claims (4)

1. 셀룰로오스 조성물을 이용한 코팅 종이 제조방법에 있어서,
   상기 셀룰로오스 조성물은 옥타데실아민 1 ~ 10 중량%, 글루타르알데히드 10 ~ 15중량%를 첨가하여 셀룰로오스 나노섬유와 결합시킨 화합물에 이산화티타늄 또는 산화아연을 0.5 ~ 5 중량% 첨가하여 이루어지는 셀룰로오스 조성물을 이용한 코팅 종이 제조방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 따른 상기 셀룰로오스 조성물을 종이에 코팅하여 물접촉각이 132°(±3°) 내지 161°(±3°)를 이루도록 한 것을 특징으로 하는 코팅 종이.