KR102347117B1 - 생분해성 친환경 식품 포장재 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 친환경 식품 포장재로서, 상기 식품 포장재는 프로필렌 고분자 및 생분해제를 포함하여 구성되는 바탕층을 포함하되, 상기 생분해제는 온도 감응성 고분자 캡슐 내부에 함유되어 있는 것을 특징으로 하는, 친환경 식품 포장재를 개시한다. 본 발명의 친환경 식품 포장재는 무기고분자의 첨가되지 아니함에도 잔류부 없이 생분해가 가능하며, 생분해제가 온도 감응성 고분자 캡슐 내부에 위치하게 되는 바, 따뜻한 음식을 담기 전까지는 용기의 생분해를 최대한 지연시켜 용기의 보관기간을 현저히 연장시킬 수 있다.

Description

생분해성 친환경 식품 포장재{BIODEGRADABLE ECO-FRIENDLY FOOD PACKAGING}
본 발명은 친환경 식품 포장재에 관한 것으로서, 상기 식품 포장재는 프로필렌 고분자 및 생분해제를 포함하여 구성되는 바탕층을 포함하되, 상기 생분해제는 온도 감응성 고분자 캡슐 내부에 함유되어 있는 것을 특징으로 하는, 친환경 식품 포장재에 관한 것이다.
식품 포장재는 식품을 일시적으로 보관하기 위하여 사용되는 물품 일체를 의미하는 것으로 사용된다. 식품 포장재의 간단한 예시로서, 일상에서 흔히 발견할 수 있는 플라스틱 백, 스티로폼 패키지, 종이 포장지 등을 고려할 수 있다. 식품 포장재는 배달음식 등을 보관하기 위하여 사용될 수 있으며, 사용 및 폐기가 용이하다는 장점을 가진다. 하지만, 플라스틱을 포함한 식품 포장재 중 일부는 폐기 과정에서 환경호르몬이 발생하거나, 단순 매립 시 토양오염의 원인이 되기도 한다.
플라스틱은 안정하고 비중이 적기 때문에 우리 주변에서 광범위하게 사용되는 재료이다. 안정한 재료인 플라스틱은 자연환경에 배출 시 변화되지 않고 축적된다. 또한 비중이 적어 동일한 중량의 폐기물보다 용적점유율이 높고 처리장 확보의 문제가 지속적으로 대두되고 있다.
최근 지구온난화에 따른 온실효과로 지구 대기의 평균온도가 상승하고 이상 기후 발생 등 환경문제가 지속적으로 전세계적으로 이슈가 되고 있다. 국내에서도 전국민의 건강과 직결되는 황사, 미세먼지, 대기오염 등의 환경문제가 해결해야할 큰 사회문제로 대두되고 있으며 지속가능(sustainable)한 주제로 관심을 끌고 있다.
이렇듯 환경오염에 대한 관심이 증대되면서, 흔히 사용되는 포장재를 환경 친화적인 방향으로 수정하기 위한 노력이 계속되고 있으며, 그 일환으로 생분해성 플라스틱이 각광받고 있다.
생분해성 플라스틱은 보통의 상황에서는 일반의 플라스틱과 같이 사용 가능하고, 사용 후에는 자연계에 생식하는 미생물 등의 작용에 의해 분해되어 최종적으로 이산화탄소와 물로 변환시켜 자연으로 환원되는 플라스틱을 일컫는다.
생분해성 플라스틱은 효소를 이용하여 필요이상의 탄소원을 폴리에스터류로 저장하는 미생물의 모방에서 출발한다. 생분해성 플라스틱은 생체적합성과 생분해성을 겸비한 고분자화합물인 폴리에스터에서 시작되어 지속적인 개발과 개량이 이루어지고 있다.
하지만, 상기한 생분해성 플라스틱은 기존 플라스틱에 비해 가격, 물성 등에 문제가 있어 전체를 대체하는 것에 한계가 존재하였다.
한국공개특허 제10-1806153호
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서 범용성이 보장되는 친환경 식품 포장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 무기소재의 사용 없이도 생분해 성능이 개선되어 폐각 과정에서 환경오염원의 발생이 적은 친환경성 식품포장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 친환경 식품 포장재로서, 상기 식품 포장재는 프로필렌 고분자 및 생분해제를 포함하여 구성되는 바탕층을 포함하되, 상기 생분해제는 온도 감응성 고분자 캡슐 내부에 함유되어 있는 것을 특징으로 하는, 친환경 식품 포장재를 개시한다.
본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 본 발명의 친환경 식품 포장재는 내부에 코팅층을 더 포함하고, 코팅층은 바탕층의 일면에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 생분해제가 함유된 온도 감응성 고분자 캡슐 중 적어도 하나 이상은 적어도 일면이 친환경 식품 포장재의 외면에 노출된 것이 바람직하다.
본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 친환경 식품 포장재의 외면은 바탕층의 표면 중 코팅층이 형성되지 아니한 일면인 것이 바람직하다.
본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 생분해제는 지방산 에스테르계 고분자인 것이 바람직하다.
본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 상기 온도 감응성 고분자는 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)(Poly(N-isopropylacrylamide, PNIPAAm), 폴리(에틸렌옥사이드)-b-폴리(프로필렌옥사이드)-b-폴리(에틸렌옥사이드)(Poly(ethylene oxide)-b-poly(propylene oxide)-b-poly(ethylene oxide), PEO-PPO-PEO) 및 폴리에틸렌글리콜-폴리락틱-코-글리콜린산(poly(ethylene glycol)- poly(lactic-co-glycolic acid), PEG-PLGA) 중합체로 구성된 군에서 하나 이상 선택된 것일 수 있으며, 구체적으로는 PLGA-PEG-PLGA 고분자로 이루어진 것 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
PEG-PLGA 고분자는 체내에서 독성을 유발하지 않으면서 분해 가능한 성질을 가지는 물질이다.
1997년에 온도 감응성 겔화와 동시에 생분해성이고 독성이 적으며 장기적으로 유지될 수 있는 고분자에 대한 연구가 시작되면서, 그 중에서도 소수성이고 ester 결합으로 연결되어 생분해성 고분자인 폴리락틱-코-글리콜린산(poly(lactic-co-glycolic acid, PLGA)에 친수성 고분자인 폴리에틸렌글리콜(poly (ethylene glycol, PEG)를 결합시켜서 분해가 가능한 온도 감응성 고분자를 만든 연구들이 진행되었다.
특히 PLGA-PEG-PLGA 타입의 고분자에 대한 연구도 이루어졌으며, 상기 타입의 고분자는 중심(core)에 PLGA가 있고 그 외부에 구부러진 PEG 껍질이 노출되며 마이셀(캡슐)이 된다. 농도와 온도가 증가하면 마이셀의 수와 연결된 마이셀 그룹의 수가 증가하며 응집(aggregation)이 일어나고 이들의 패킹이 진행되어 안정한 겔이 형성된다. 하지만 더 온도가 올라가게 되면 소수성의 PLGA 사슬이 단단하게 수축(shrink)하면서 동시에 PEO 사슬에서도 탈수가 일어나게 되고, 수축된 마이셀이 응집을 이루어 응축하게 되면서 상기 마이셀(캡슐) 내부에 함유되어 있던 생분해제가 노출되어 바탕층에 대한 분해가 시작된다.
즉, 본 발명은 생분해제와 바탕층이 비접촉 상태로 존재하다가 따뜻한 음식을 담는 순간 온도 감응성 고분자 캡슐의 구조가 변경되어 내부에 함유된 생분해제가 노출됨으로써 바탕층에 대한 분해작용이 시작되는 것을 특징으로 한다.
때문에, 상기한 바와 같이 식품 포장재에 온도 감응성 고분자 캡슐 구조를 포함시킴으로써 음식물을 담아 용기의 온도가 높아지기 전에는 생분해 과정을 최대한 지연시킬 수 있어 포장재의 장기간 보관이 가능해지는 이점이 존재한다.
본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 코팅층은 셀룰로오스, 녹말, 단백질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.'
본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 바탕층에 포함된 프로필렌 고분자의 총 중량이 100 중량부일 때, 온도 감응성 고분자 30 내지 40 중량부이고, 지방산 에스테르계 고분자는 25 중량부 내지 35 중량부인 것이 바람직하다.
본 발명의 각 친환경성 식품용포장재에 있어서, 코팅층의 두께는 0.1 mm 내지 0.2 mm 사이인 것이 바람직하다.
한편, 본 명세서는 바탕층을 준비하는 단계; 코팅층을 준비하는 단계; 및 바탕층의 일면에 코팅층을 부착하는 단계를 포함하는 친환경 식품 포장재의 제조방법을 추가로 개시한다.
또한, 각 친환경 식품 포장재의 제조방법에 있어서, 본 발명의 친환경 식품 포장재에 관한 내용이 준용된다.
또한, 본 발명의 각 친환경 식품 포장재의 제조방법에 있어서, 바탕층을 준비하는 단계는 지방산 에스테르계 고분자와 온도 감응성 고분자를 혼합하여 캡슐화 하는 단계, 상기 캡슐과 프로필렌 고분자를 혼합하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 친환경 식품 포장재의 제조방법에 있어서, 코팅층을 준비하는 단계는 코팅액을 준비하는 단계, 코팅층을 형성하는 단계, 및 코팅층을 부착하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 친환경 식품 포장재의 제조방법에 있어서, 코팅층을 부착하는 단계는 바탕층의 일면에 코팅층을 위치시키고 일정시간 가열하는 단계인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 친환경성 식품용포장재의 제조방법에 있어서, 코팅층을 부착하는 단계는 45℃ 내지 55℃ 사이의 온도조건에서 약 7시간 내지 8시간 수행되는 것이 바람직하다.
상술한 수단의 채용을 통하여, 본 발명은 간단한 구성으로도 보온성을 제공할 수 있으며, 본 발명의 친환경성 식품포장재는 바탕층의 성형이 용이하여 보관되는 식품의 종류와 양에 제한되지 아니할 수 있다.
또한, 본 발명은 생분해가 가능한 소재만으로 구성되는 바, 본 발명의 친환경 식품 포장재는 무기고분자의 첨가되지 아니함에도 잔류부 없이 생분해가 가능하다.
또한, 본 발명의 친환경 식품 포장재는 바탕층의 생분해제가 온도 감응성 고분자 캡슐 내부에 위치하게 되는 바, 따뜻한 음식을 담기 전까지는 용기의 생분해를 최대한 지연시켜 용기의 보관기간을 현저히 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 친환경 식품 포장재는 별도의 계면활성제 혹은 접착제의 사용 없이도 바탕층의 일면에 코팅층을 형성되며, 본 발명의 친환경 식품 포장재의 바탕층에 포함된 생분해제는 계면활성제 또는 접착제를 대체하여 상기 코팅층의 부착에 기여할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 “포함하다” 또는 “구비하다”등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서의 각 기재에 있어서, 친환경성(eco-friendliness)이란 환경 친화적인 성격을 축약하여 지칭한 것이다. 기술적인 관점에서 친환경성이란, 특정 제품을 생산하기 위하여 소모되는 원료와 에너지가 절약될 수 있거나, 특정 제품의 재활용이 별도의 자원소모 없이 (혹은 자원의 미미한 소모만으로도) 도모될 수 있거나, 특정 제품의 폐기가 추가적인 자원의 소모 없이 용이하게 수행되거나, 폐기 과정에서 환경오염원의 발생이 적거나 부재한 것 등을 의미한다.
또한, 본 명세서의 기재에 있어서, 친환경성이란 달리 지속가능한 발전과 맥락을 같이 하는 것으로 이해될 수 있다. 지속가능한 발전을 가능하게 하는 일 용인으로서 친환경성을 갖춘 제품의 사용을 고려할 수 있기 때문이다. 따라서, 명시적이 기재가 없더라도, 친환경성의 보장은 지속가능한 발전에 대한 기여를 수반하고 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서의 각 기재에 있어서, 식품 포장재란 식품의 저장, 분배, 포장 또는 분할을 위하여 사용되는 재료를 총칭하는 용어이다. 이 때, 식품의 형상 및 특성이 특별히 규정되지 않은 것으로서, 식용 가능한 것이라면 별도의 제한은 없는 것이라고 이해되어야 한다. 가령, 고체상의 식품 또는 액체상의 식품의 보관에 본 발명의 식품 포장재가 사용될 수 있다.
또한, 본 명세서의 기재에 있어서, 식품 포장재는 전술한 바와 같이 재료임을 나타내는 용어이나, 그 용어의 사용이 반드시 식품 포장용기의 제작에 사용되는 '원료'로서 제한하여 이해되어서는 안 된다. 이는, 본 발명의 식품 포장재가 그 자체로서 특정한 외형을 취할 수 있기 때문이다. 다만, 본 발명의 식품 포장재는 외형에 의하여 그 특성이 제한되는 것은 아님에 유의할 필요가 있다.
한편, 본 명세서의 기재에 있어서, '주성분'은 주된 성분은 축약하여 이르는 용어로서, 해당 성분이 포함되어 있는 혼합물의 총 중량부를 기준으로 하였을 때, 해당 성분의 중량부가 50 중량부를 초과하는 것을 의미한다. 동일한 맥락에서, '부성분'은 주성분이 아닌 성분을 지칭한 것으로서, 주성분은 하나이나 부성분은 둘 이상일 수 있다. 또한, 주성분 이외에 부성분이 반드시 혼합물에 포함되어야 하는 것은 아니다.
한편, 상술한 바와 모순되지 않는 범위에서 주성분을 달리 용매로 부성분을 용질로 이해할 수 있다. 이 때, 용매와 용질의 상은 액상 또는 고상이면 충분하다. 가령, 본 발명의 친환경 식품 포장재의 제조과정 중 특정 시점에서 고상인 용매에 액상인 용질이 혼합되거나, 액상인 용매에 고상인 용질이 혼합되는 등의 상황을 상정할 수 있다.
한편, '미립자'는 완전히 용매화 되지 아니한 입자를 의미한다. 달리, 본 명세서에 있어서 '미립자'는 프로필렌 고분자의 미세 기공 중 일부 이상에 충전될 수 있는 입자로서, 그 직경이 나노 또는 마이크론 단위인 입자를 용이하게 지칭하기 위하여 사용된다. 또한, 기재 맥락에 따라 상기 미립자의 적어도 일부는 육안으로 관찰될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
한편, 본 명세서의 기재에 있어서, '물리적 가교'란 화학적인 가교에 대립되는 개념으로서, 화학결합을 직접적으로 통하지 아니하는 방식으로 가교하는 것을 의미한다. 가령, 전자기적인 인력에 의한 가교를 '물리적인 가교'의 예시로서 이해할 수 있다. 수소결합 또한 화학적 결합이 형성되지는 않으나 강한 인력을 유발한다는 점에서 물리적 가교의 일 예시이다.
본 발명자들은 상술한 과제를 해결하기 위하여 연구한 결과, 이하의 구성을 포함하는 발명을 안출하기에 이르렀다. 구체적으로 본 명세서는 친환경 식품 포장재로서, 식품 포장재는 바탕층을 포함하고, 바탕층에 포함된 생분해제는 온도 감응성 고분자 캡슐 내부에 함유되어 있는 것을 특징으로 하는, 친환경 식품 포장재를 개시한다.
본 발명의 바탕층은 본 발명의 식품 포장재의 외형을 결정하고, 본 발명의 식품 포장재에 기본적인 보온성을 부여하는 기능을 수행하는 구성이다. 상기 바탕층의 주성분인 프로필렌 고분자는 프로필렌 고분자의 단독 중합체로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 프로필렌 고분자는 중량평균 분자량이 40,000 내지 200,000일 수 있으며, 50,000 내지 100,000 사이인 것이 바람직하다. 중량평균 분자량이 50,000 미만일 경우, 바탕층의 기계적 물성 예컨대 내충격성이 충분하지 못하여 바탕층의 파괴가 쉽사리 가능하여, 물리적 외력으로부터 식품의 보호가 효과적으로 달성되지 못할 수 있다. 반대로, 중량평균 분자량 100,000을 초과할 경우, 전단 점도의 증가에 따라 프로필렌 고분자의 형상 제조 과정에서 효율적인 변경이 제한되어 생산단가의 증가가 초래될 수 있다.
본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 본 발명의 친환경 식품 포장재는 코팅층을 더 포함하고, 코팅층은 바탕층의 일면에 형성되는 것이 바람직하다. 식품 포장재의 통상적인 사용양태에 따르면 바탕층의 일면에 코팅층이 형성됨으로써, 식품과 바탕층의 직접적인 접촉이 제한될 수 있다.
본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 코팅층은 셀룰로오스, 녹말, 단백질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 코팅층은 섭취가능한 성분으로 구성되어 있으며, 코팅층에 의한 식품의 오염 혹은 섭취 불가능한 물질의 접착을 방지할 수 있게 된다.
아울러, 상기 코팅층을 구성하는 셀룰로오스 또는 녹말은 그 원료에 있어서 특별한 제한이 없으며, 통상의 기술자는 본 발명의 기술적 사상을 훼손하지 않는 범위에서 종래의 기술을 참조할 수 있다. 가령, 상기 녹말은 옥수수 등으로부터 유래된 녹말일 수 있다.
동일한 맥락에서, 상기 단백질은 한 종류 이상의 아미노산을 포함하는 것으로서, 본 발명의 기술적 사상을 훼손하지 않는 범위에서 통상의 기술자는 자유로이 종래의 기술을 변형 또는 적용할 수 있으나, 바람직한 단백질의 예시로서, 젤라틴의 사용을 고려할 수 있다.
구체적으로, 젤라틴은 가수분해반응을 통하여, 콜라겐으로부터 얻어질 수 있다. 가수분해제로서 산이 사용된 경우에는 산-처리 젤라틴으로 칭해지고, 염기가 사용된 경우에는 염기-처리 젤라틴으로 칭해진다. 한편, 산 및 염기를 사용하여 얻어진 젤라틴을 양성-처리 젤라틴으로 칭하기도 한다. 더하여, 젤라틴의 아미노기에 추가적인 유기화학반응이 진행된 경우에는, 화학-처리 젤라틴이라 칭한다. 본 발명의 코팅층에는 산-처리 젤라틴 또는 염기-처리 젤라틴이 사용되는 것이 바람직하다.
더하여, 상기 코팅층은 방부제를 추가로 포함할 수 있다. 가령, 젤라틴 피막을 포함하는 코팅층은 젤라틴 피막에 사용되는 일반적인 방부제를 더 포함할 수 있다. 상기 코팅층에 방부제가 추가로 포함됨으로써, 식품 포장재의 부패가 발생하기 전에 코팅층만이 부패되는 것을 제한할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 친환경 식품 포장재의 바탕층은 추가적으로 생분해제를 더 포함한다. 생분해제가 포함된 바탕층과 방부제가 포함된 코팅층의 구분을 통하여, 본 발명은 부패로부터 식품을 안전하게 보관하고자 하는 목적과, 식품 포장재의 용이한 부패라는 일견하기 모순적인 목적을 동시에 달성할 수 있게 된다.
더하여, 코팅층에 충분한 강도를 부여하기 위하여 인산계 화합물의 첨가를 고려할 수 있다. 인산계 화합물이 첨가될 경우, 젤라틴 분자 사이의 가교반응이 촉진되며, 그 결과 코팅층의 가수분해에 소요되는 시간이 상대적으로 지연된다. 또한, 상술한 바와 같은 가교반응의 촉진은 코팅층의 조밀함을 증가시켜, 식품과 바탕층의 접촉이 더욱 제한되는 원인이 된다. 한편, 젤라틴 분자 사이의 가교반응 증가는, 코팅층의 기계적 물성(가령, 외력에 대한 저항성)이 개선되는 원인이기도 하다.
세부적으로, 본 발명의 코팅층에 사용되는 인산계 화합물은 지방족 당알코올 모이어티(moiety)를 포함할 수 있다. 지방족 당알코올 모이어티를 포함함으로써, 젤라틴 분자 사이의 가교반응이 촉진되는 효과를 향유할 수 있게 된다. 상기 당알코올 모이어티의 바람직한 예시로서, 에리스티톨, 아라비톨, 리비톨, 자일리톨, 마니톨, 소르비톨, 갈락티톨, 푸치톨, 이노시톨로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 당알코올 모이어티를 고려할 수 있으며, 경성을 더욱 부여할 수 있다는 관점에서 이노시톨 모이어티를 포함하는 것이 더욱 바람직하며, 비교적 연성을 부여할 수 있다는 관점에서는 소르비톨 모이어티를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 인산계 화합물이 코팅층에 과다하게 포함되는 경우에는 코팅층이 산성을 띄어 바탕층 또는 식품이 부식될 위험이 있고, 미량 포함될 경우에는 기계적 물성(가령, 최대응역, 인장강도 등)의 발현이 충분하게 이루어지지 않을 수 있다. 상술한 두 문제점을 동시에 완화시킨다는 관점에서 인산계 화합물은 코팅층의 총 중량을 100 중량부로 하였을 때, 1 내지 2 중량부 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 코팅층의 두께는 0.5 mm 내지 2 mm 사이인 것이 바람직하다. 가령, 코팅층의 두께가 0.5 mm 이하인 경우, 코팅층이 외력의 투사에 의하여 쉽사리 훼손될 수 있다. 반대로, 코팅층의 두께가 2 mm를 초과하는 경우, 바탕층 상에 코팅층을 효과적으로 적층하기 위하여 추가적인 접착제의 사용이 수반될 필요가 있게 된다. 따라서, 코팅층으로서 적절한 기계적 물성을 확보하는 것과 바탕층으로부터 코팅층의 탈리를 방지하는 것을 동시에 도모한다는 관점에서, 상술한 수치범위를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 동일한 관점의 연장선상에서 코팅층의 두께는 1 mm 내지 1.5mm 사이인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 본 발명은 바탕층의 생분해를 촉진하기 위한 수단을 다양하게 개시하고 있다. 가령, 본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 생분해제는 온도 감응성 고분자 캡슐 내부에 함유되어 있는 것을 특징으로 하며, 적어도 일부가 미립자 형상인 것이 바람직하다. 미립자 형상의 생분해제를 포함함으로써, 생분해제의 분해에 따른 기공의 형상이 가능해진다. 이후, 형성된 기공 상에 미생물 군집이 자리잡음으로써 미립자 형상의 생분해제는 생분해를 촉진하는 시발점으로서 기능할 수 있다.
또한, 유사한 맥락에서, 본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 미립자 형상인 생분해제 중 적어도 하나 이상의 미립자는 적어도 일면이 친환경 식품 포장재의 외면에 노출된 것이 바람직하다. 상기 미립자가 외면에 노출됨으로써, 본 발명의 바탕층의 생분해가 촉진되는 효과를 향유할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 생분해제는 피엘에이(polylactic acid, PLA), 피지에이(polyglycolic acid, PGA), 피씨엘(polycaprolactone, PCL), 피비에스(polybutylene succinate, PBS), 피비에이티(poly(butylenes adipate-co-terephthalate), PBAT) 또는 이들의 공중합체 중 선택되는 어느 1종 단독 또는 2종의 혼합물일 수 있다. 특히, 생분해 기능과 아울러 가수분해되어 단량체의 유기산으로 분해된다는 점에서 생분해제로서 지방산 에스테르 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 분해된 유기산은 산화제로 작용하여 바탕층의 추가적인 화학적 분해를 가속화시키는 역할을 수행할 수 있다.
더하여, 본 발명의 바탕층에 포함된 지방산 에스테르계 고분자는 바탕층과 코팅층의 친화도를 추가적으로 증가시킬 수 있다. 가령, 지방산 에스테르계 고분자의 지방족 사슬은 반데르발스 상호작용이 가능하여 바탕층의 프로필렌 고분자와 높은 친화도를 보인다. 동시에, 지방산 에스테르계 고분자에 포함된 헤테로 원자는 코팅층을 구성하는 녹말, 셀룰로오스, 단백질 유래 물질에 포함된 수소원자와 수소결합을 형성할 수 있으며, 그 결과 높은 친화도를 보인다. 즉, 바탕층에 혼합된 지방산 에스테르계 고분자는 바탕층과 코팅층을 물리적으로 가교하여, 접착제의 사용 없이도 바탕층에 코팅층이 부착될 수 있는 원인이 된다.
본 발명의 각 친환경 식품 포장재에 있어서, 바탕층에 포함된 프로필렌 고분자의 총 중량이 100 중량부일 때, 지방산 에스테르계 고분자는 25 중량부 내지 35 중량부인 것이 바람직하다. 본 발명의 바탕층에 지방산 에스테르계 고분자가 상술한 범위를 만족하여 분산됨으로써, 바탕층과 코팅층 사이의 부착력 개선과 생산단가의 조화를 도모할 수 있게 된다.
본 발명의 친환경 식품 포장재의 제조는 이하와 같은 방식으로 수행될 수 있다. 본 발명의 친환경 식품 포장재의 제조방법은 바탕층을 준비하는 단계; 코팅층을 준비하는 단계; 및 바탕층의 일면에 코팅층을 부착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바탕층을 준비하는 단계는 다음과 같다. 본 명세서의 기재 중 바탕층에 관한 기재는 이하의 기재에 준용되는 것으로 이해되어야 한다. 세부적으로, 바탕층을 준비하는 단계는 지방산 에스테르계 고분자와 온도 감응성 고분자를 혼합하여 캡슐화 하는 단계, 상기 캡슐과 프로필렌 고분자를 혼합하는 단계로 개시된다.
이 때, 본 발명의 프로필렌 고분자는 중량평균 분자량이 40,000 내지 200,000일 수 있으며, 50,000 내지 100,000 사이인 것이 바람직하다. 중량평균 분자량이 50,000 미만일 경우, 바탕층의 기계적 물성 예컨대 내충격성이 충분하지 못하여 바탕층의 파괴가 쉽사리 가능하여, 물리적 외력으로부터 식품의 보호가 효과적으로 달성되지 못할 수 있다. 반대로, 중량평균 분자량 100,000을 초과할 경우, 전단 점도의 증가에 따라 프로필렌 고분자의 형상 제조 과정에서 효율적인 변경이 제한되어 생산단가의 증가가 초래될 수 있다.
더하여, 프로필렌 고분자의 총 중량을 100 중량부라 하였을 때, 온도 감응성 고분자 30 내지 40 중량부이고, 지방산 에스테르계 고분자는 25 중량부 내지 35 중량부 포함될 수 있다. 본 발명의 바탕층에 온도 감응성 고분자 및 지방산 에스테르계 고분자가 상술한 범위를 만족하여 분산됨으로써, 바탕층과 코팅층 사이의 부착력 개선과 생산단가의 조화를 도모할 수 있게 된다.
일 예시로서, 바탕층은 중량평균 분자량이 100,000인 프로필렌 고분자를 포함할 수 있다. 더하여, 프로필렌 고분자의 총 중량을 100 중량부라 하였을 때, 생분해제로서 상기 프로필렌 고분자에 온도 감응성 고분자 캡슐 30 내지 40 중량부 및 지방산 에스테르계 고분자는 25 중량부 첨가하여 약 100℃에서 약 5분간 혼련하여 혼합물을 준비할 수 있다.
한편, 본 발명의 친환경 식품 포장재의 제조방법은 바탕층을 준비하는 단계 이후에, 코팅층을 준비하는 단계를 더 포함한다. 코팅층을 준비하는 단계는 크게 코팅액을 준비하는 단계, 코팅층을 형성하는 단계, 및 코팅층을 부착하는 단계로 구분될 수 있다. 이하에서는 코팅층의 주성분이 젤라틴인 경우를 예시로 하여 본 발명의 코팅층을 준비하는 단계에 관하여 서술한다.
본 발명의 코팅액을 준비하는 단계에서는 다음과 같이 수행될 수 있다. 젤라틴 100 중량부에 정제수 약 100 중량부 및 글리세린 약 40 중량부를 첨가하고, 약 80℃의 온도조건에서 교반함으로써, 젤라틴 용액을 준비할 수 있다. 정제수 또는 글리세린의 첨가량이 상기 수치에 비하여 과소하거나 과다한 경우, 젤라틴 용액의 점성이 코팅층 형성에 부족하거나 과할 수 있다.
그 후, 상기 젤라틴 용액에 인산계 화합물을 1 내지 2 중량부 혼합하고 감압하는 단계가 수행될 수 된다. 인산계 화합물이 혼합됨으로써, 차후 코팅층에 경성이 부여될 수 있다. 가령, 일 예시로서, 피트산(Phytic acid)를 2를 감압 조건에서 혼합 및 탈포하여 코팅액을 준비하는 단계, 즉, 코팅층용 조성물을 준비하는 단계가 완료될 수 있다.
코팅액을 준비하는 단계가 완료된 이후에, 코팅층을 형성하는 단계가 수행된다. 본 단계에서는 코팅층용 조성물을 균일하게 도포하고, 일정시간 건조하여 박막을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 박막의 두께는 최종적으로 형성될 바탕층의 두께를 고려하여 설정된다. 가령, 코팅층의 두께는 0.5 mm 내지 2 mm 사이인 것이 바람직하다. 가령, 코팅층의 두께가 0.5 mm 이하인 경우, 코팅층이 외력의 투사에 의하여 쉽사리 훼손될 수 있다. 반대로, 코팅층의 두께가 2 mm를 초과하는 경우, 바탕층 상에 코팅층을 효과적으로 적층하기 위하여 추가적인 접착제의 사용이 수반될 필요가 있게 된다.
한편, 코팅층을 형성하는 단계가 수행된 이후, 코팅층을 부착하는 단계가 수행된다. 코팅층을 부착하는 단계는 이미 준비된 바탕층의 일면에 코팅층을 부착하는 단계로서, 바탕층의 일면에 코팅층을 위치시키고 일정시간 가열하는 것을 특징으로 한다.
세부적으로, 코팅층을 부착하는 단계는 45℃ 내지 55℃ 사이의 온도조건에서 약 7시간 내지 8시간 수행되는 것이 바람직하다. 본 단계에서 가열이 이루어짐으로써, 코팅층에 포함된 수분의 증발이 유도된다. 또한, 코팅층의 함수율 감소는 코팅층을 구성하는 젤라틴 분자와 바탕층에 포함된 생분해제 사이의 상호작용 증가로 이어진다.
한편, 바탕층과 상기 바탕층의 일면 상에 위치한 코팅층이 45℃ 미만의 온도조건에서 7시간 미만 동안 가열될 경우, 상술한 바와 같은 상호작용의 증가가 부족하여 코팅층과 바탕층 사이의 부착이 충분히 이루어지지 않을 수 있다. 반대로, 바탕층과 상기 바탕층의 일면 상에 위치한 코팅층이 55℃ 초과의 온도조건에서 8시간 초과하여 가열될 경우, 코팅층의 지나친 수축 또는 파괴로 인하여 코팅층의 기능 훼손이 유발될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 본 발명의 식품 포장재의 제조
본 발명의 친환경 식품 포장재의 제조는 이하와 같은 방식으로 수행되었다.
우선, 온도 감응성 고분자 물질(PLGA-PEG-PLGA) 35 중량부에 지방산 에스테르계 고분자(PLA) 25 중량부를 혼합하여 캡슐화하고, 약 100℃에서 중량평균 분자량이 100,000인 프로필렌 고분자 100 중량부와 함께 약 2분간 혼합한 후 5 내지 10℃로 급속 냉각하여 혼합물을 준비하였다.
한편, 젤라틴 100 중량부에 정제수 100 중량부 및 글리세린 40 중량부를 첨가하고, 약 80℃의 온도조건에서 교반하여 젤라틴 용액을 준비하였다. 그 후, 피트산(Phytic acid)를 2 중량부 혼합하여 감압 조건에서 탈포하여 코팅층용 조성물을 준비하였다.
그 후, 코팅층용 조성물을 두께 약 2 mm로 균일하게 펼치고, 상온에서 12시간 건조하여 박막을 얻었다. 상기 박막을 바탕층의 일면에 위치시키고, 50℃ 온도조건에서 8시간 추가로 건조하여 바탕층과 상기 바탕층의 일면 상에 부착된 약 1mm 두께의 코팅층을 얻을 수 있었다.
실험예 1. 생분해도 확인 실험
KS M3100-1(ISO14855)에 준하여 본 발명의 식품 포장재의 생분해도를 측정하였다. 상기 기준은 퇴비화 조건에서 발생하는 이산화탄소의 양을 측정하여, 플라스틱 수지의 생분해도(%)를 측정하는 것을 골자로 한다. 실시예 1은 본 발명의 친환경 식품 포장재에 포함되는 바탕층의 시편이다. 실시예 2는 본 발명의 코팅층이 일면에 부착된 바탕층의 시편이다. 비교예로서, 통상의 프로필렌 수지를 사용하였다. 측정기간은 총 90일로서 10일간격으로 측정되었다. 동일 중량의 실시예와 비교예에 대하여 측정된 결과는 하기 표 1과 같다. 하기 표 1의 수치는 10종의 실시예1, 2와 10종의 비교예 각각의 평균 값에 해당하며, 소수점 둘째자리에서 반올림한 값이다.
실시예 1 실시예 2 비교예
CO2 발생량 생분해도 CO2 발생량 생분해도 CO2 발생량 생분해도
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
4.5 6.4 4.3 6.2 3.8 5.8
7.6 9.8 6.9 9.3 6.7 8.8
10.7 14.4 10.3 13.9 9.4 13.0
13.8 18.5 13.0 18.0 11.6 17.0
16.9 23.0 15.6 21.5 13.8 19.6
20.4 26.3 18.3 24.6 16.3 22.3
24.6 30.6 21.4 27.5 18.4 25.1
28.8 35.8 25.6 31.2 20.2 27.8
표 1을 참조하면, 실시예 1은 CO2 발생량과 생분해도의 관점에서 기존의 고분자 수지에 비하여 개선된 성능을 보이는 것으로 나타났다. 특히, 비교예의 경우 기간의 경과에 따른 CO2 발생량의 변화량이 비교적 일정한 것으로 나타난 반면, 실시예의 경우, 기간의 경과에 따라 CO2 발생량의 변화량이 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있다. 동일한 경향성이 유지된다는 전제하에, 실시예 1의 경우, 150일 이내에 과반 이상이 생분해될 것으로 예측된다.
한편, 실시예 2의 경우, 실시예 1에 비하여 생분해가 지연되는 것으로 나타났다. 실시예 2의 코팅층에 포함된 미량의 방부제 성분에 기인한 것으로 사료된다. 한편, 실시예 2의 평가결과를 참조하면, 코팅층이 부착된 경우에도 바탕층의 생분해가 충분히 진행된 것을 확인할 수 있다. 그 결과, 실시예 2의 경우, 생분해의 용이함의 관점에서 비교예에 비하여 우월한 성능을 가진 것으로 판단되었으며, 과반 이상이 생분해될 것으로 예측할 수 있다.
실험예 2. 코팅층의 물성 평가
상기 실시예의 기재에 준하여 코팅층을 제조하되, 박막을 형성하는 단계를 통하여 얻어진 코팅층을 바탕층의 일면에 부착하지 아니한 상태에서 50℃의 온도조건에서 약 8시간 가열하였다. 얻어진 코팅층의 응력, 인장강도, 및 연실율을 측정한 결과는 하기 표 2와 같다. 각각의 평가결과는 코팅층에 포함되는 성분을 달리하여 측정된 것이다.
실시예 평가지표**
색인 피트산 함량* 최대응력
(g)		 인장강도
(g/㎠)		 연신율
(%)
실시예1 0.0 570.23 183.70 33.60
실시예2 0.7 575.41 185.88 32.60
실시예3 1.0 584.73 192.34 30.14
실시예4 2.0 592.16 198.48 29.59
실시예5 3.9 601.27 202.13 27.53
* 피트산의 함량은 코팅층의 총 중량을 100 중량부로 하였을 때의 피트산의 중량부를 계산하여 소수점 첫째자리까지 나타낸 것이다.
** 모든 평가지표는 소수점 셋째자리에서 반올림하여 얻어진 값이다.
상술한 표 2의 결과를 참조하면, 본 발명의 코팅층은 인산계 화합물의 함량에 따라서 기계적 물성이 변화하는 것을 확인할 수 있다. 세부적으로, 실시예 2 내지 5의 경우, 최대응력과 인장강도의 관점에서 개선된 물성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 다만, 인산계 화합물의 함량이 증가할수록 연신율의 관점에서는 부정적인 영향이 있는 것으로 판단될 수 있다. 한편, 실시예 5의 경우, 표면이 유의미하게 산성을 띄는 것으로 확인되었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 친환경 식품 포장재로서,
    상기 식품 포장재는 바탕층 및 바탕층의 일면에 형성되는 코팅층을 포함하고,
    상기 바탕층은 프로필렌 고분자; 및 온도 감응성 고분자 캡슐 내부에 함유되어 적어도 일부가 미립자 형상인 생분해제;를 포함하는, 친환경 식품 포장재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 감응성 고분자는 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)(Poly(N-isopropylacrylamide, PNIPAAm), 폴리(에틸렌옥사이드)-b-폴리(프로필렌옥사이드)-b-폴리(에틸렌옥사이드)(Poly(ethylene oxide)-b-poly(propylene oxide)-b-poly(ethylene oxide), PEO-PPO-PEO) 및 폴리에틸렌글리콜-폴리락틱-코-글리콜린산(poly(ethylene glycol)- poly(lactic-co-glycolic acid), PEG-PLGA) 중합체로 구성된 군에서 하나 이상 선택된 것인, 친환경 식품 포장재.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 친환경 식품 포장재의 외면은 상기 바탕층의 표면 중 상기 코팅층이 형성되지 아니한 일면인, 친환경 식품 포장재.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 생분해제는 지방산 에스테르계 고분자인, 친환경 식품 포장재.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 코팅층은 셀룰로오스, 녹말, 단백질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 친환경 식품 포장재.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 바탕층에 포함된 프로필렌 고분자의 총 중량이 100 중량부일 때, 상기 온도 감응성 고분자는 30 내지 40 중량부이고, 상기 지방산 에스테르계 고분자는 25 중량부 내지 35 중량부인, 친환경 식품 포장재.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 코팅층의 두께는 0.1 mm 내지 0.2 mm 사이인, 친환경 식품 포장재.
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