KR102396231B1 - 친환경 나노상전이물질 냉동팩 - Google Patents

친환경 나노상전이물질 냉동팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 나노상전이물질 냉동팩에 관한 것이다. 상기 냉동팩은 신규의 냉매 나노상전이물질에 의한 드라이아이스팩에 버금가는 냉동 저온유지성이 우수하고, 사용후 냉매를 그대로 버려도 수질오염을 일으키지 않고, 포장재가 유니소재로 되어 있어 사용후 재활용성이 탁월함과 동시에 매립지에 매립되면 산화생분해되는 친환경 냉동팩으로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

친환경 나노상전이물질 냉동팩{Eco-friendly nano phase change material freezing pack}
본 발명은 친환경 나노상전이물질 냉동팩에 관한 것이다. 보다 상세하게는 냉동 저온유지성이 우수하고, 사용 후 나노상전이물질 냉매를 그대로 버려도 수질오염을 일으키지 않고, 포장재가 유니소재(UNI-Materials)로 되어 있어 사용 후 재활용성이 탁월함과 동시에 매립지에 매립되면 산화생분해되는 친환경 나노상전이물질 냉동팩에 관한 것이다.
최근 냉동덮밥, 냉동볶음밥, 냉동면 등 쉐푸드 냉동간편식 시장이 폭발적으로 증가추세에 있다. 더불어 오프라인 쇼핑시장이 급감하는 대신 가령 휴대폰의 주문만으로 원하는 장소까지 배송되는 탁월한 편의성에 의해 온라인 쇼핑시장이 급증하고 있다. 따라서 온라인에 의한 냉동식품을 배송하는 동안 냉동상태를 안정적으로 유지하는 수단으로 드라이아이스팩이 널리 사용되고 있으며, 그 사용량이 폭증하고 있다.
국내 경우 통상 드라이아이스팩은 유화업체에서 나프타를 크래킹하는 동안 발생하는 부산물인 이산화탄소를 고체화하여 통상 각형의 드라이아이스를 제조하고 이를 플라스틱 포장재에 담아 제조하고 있다.
그런데 이산화탄소는 지구온난화의 주범으로서 세계적인 규제대상이 되고 있어 유화업체에서는 이를 줄이려고 노력하고 있기 때문에 드라이아이스팩의 생산량이 점차 줄어들고 있다.
반면 온라인 쇼핑시장은 폭증하고 있어 드라이아이스팩 수요 역시 폭증하고 있어 수요공급이 맞지 않아 이를 대체할 수 있는 새로운 친환경 냉동팩의 출현이 너무도 절실하고 시급하다.
게다가 드라이아이스팩의 플라스틱 포장재는 통상 저온 내충격성, 천공저항 특성 및 강인성이 우수한 나일론 필름과 열봉합성이 우수한 폴리올레핀계 필름을 드라이라미네이션으로 합지된 복합필름 또는 이 복합필름에 폴리에스터 부직포가 합지된 2종 이상의 멀티소재(MULTI-Materials)로 되어 있어 이 역시 재활용이 안되어 전량 종량제 봉투에 넣어 소각 또는 매립처리함에 따라 심각한 환경문제를 일으키고 있어 환경부도 규제에 나서고 있다.
즉, 드라이아이스에 버금가는 냉동 저온유지성이 우수하고, 사용후 냉매를 그대로 버려도 수질오염을 일으키지 않고, 포장재가 유니소재로 되어 있어 사용후 재활용성이 탁월함과 동시에 매립지에 매립되면 산화생분해되는 친환경 냉동팩의 출현이 절실히 요청되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 예의 연구를 거듭한 결과 본 발명에 이르게 되었다. 즉, 본 발명은 신규의 냉매 나노상전이물질에 의한 드라이아이스팩에 버금가는 냉동 저온유지성이 우수하고, 사용후 냉매를 그대로 버려도 수질오염을 일으키지 않고, 포장재가 유니소재로 되어 있어 사용후 재활용성이 탁월함과 동시에 매립지에 매립되면 산화생분해되는 친환경 냉동팩을 제공하고자 한다.
본 발명의 친환경 냉동팩은 수용성 무기염, 나노무기산화물 콜로이드 및 물을 포함하는 조성물을 냉매로 하여 폴리올레핀계 포장재에 포장한 후 어는점 이하의 조건에서 냉동시켜 제조된 것을 특징으로 한다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 친환경 냉동팩은 수용성 무기염, 나노무기산화물 콜로이드 및 물로 구성된 조성물을 냉매로 하여 폴리올레핀계 포장재에 포장한 후 어는점 이하의 조건에서 냉동시켜 제조된 것일 수 있다.
상기 수용성 무기염은 수용성 염화무기염, 수용성 황산무기염, 수용성 질산무기염 및 수용성 인산무기염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 수용성 염화무기염은 염화리튬, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘, 염화칼슘 및 염화바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 수용성 황산무기염은 황산리튬, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘, 황산칼슘 및 황산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 수용성 질산무기염은 질산리튬, 질산나트륨, 질산칼륨, 질산마그네슘, 질산칼슘 및 질산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 수용성 인산무기염은 인산리튬, 인산나트륨, 인산칼륨, 인산마그네슘, 인산칼슘 및 인산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 나노무기산화물 콜로이드는 나노실리카 콜로이드, 나노알루미나 콜로이드, 나노티타니아 콜로이드, 나노알루미노실리케이트 콜로이드, 나노저마니아 콜로이드, 나노산화아연 콜로이드, 나노텅스텐산화물 콜로이드, 나노산화리튬 콜로이드, 나노산화칼륨 콜로이드, 나노산화마그네슘 콜로이드, 나노산화바륨 콜로이드 및 나노세리아 콜로이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 조성물이 수용성 무기염 100 중량부에 대해 나노무기산화물 콜로이드 1 내지 100 중량부, 물 100 내지 2,000 중량부를 포함하는 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 조성물의 어는점이 - 10 ℃ 내지 - 40 ℃ 범위의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 조성물의 용융엔탈피가 250 J/g 이상인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 포장재가 초저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 호모 폴리프로필렌, 랜덤 또는 블록 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리부틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 폴리올레핀계 수지로 제조된 포장재인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 포장재가 폴리올레핀계 수지에 폴리올레핀계 아이오노머 또는 폴리올레핀계 엘라스토머가 더 포함된 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 포장재가 폴리올레핀계 수지에 산화생분해 촉진제가 더 포함된 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
상기 산화생분해 촉진제는 지방산 금속염, 아세틸계 유기 금속염 또는 이들의 혼합물인 친환경 나노상전이물질 냉동팩일 수 있다.
본 발명에 의한 냉동팩은 신규의 냉매 나노상전이물질에 의한 드라이아이스팩에 버금가는 냉동 저온유지성이 우수하고, 사용후 냉매를 그대로 버려도 수질오염을 일으키지 않고, 포장재가 유니소재로 되어 있어 사용후 재활용성이 탁월함과 동시에 매립지에 매립되면 산화생분해되는 친환경을 발휘한다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에서 “산화생분해”란 플라스틱에 산화생분해 촉진제를 첨가하여 열이나 빛, 미생물, 효소, 화학반응 등의 복합적인 작용으로 인하여 플라스틱이 분해되는 것을 포함하는 개념이다.
본 발명은 신규의 냉매 나노상전이물질에 의한 드라이아이스팩에 버금가는 냉동 저온유지성이 우수하고, 사용후 냉매를 그대로 버려도 수질오염을 일으키지 않고, 포장재가 유니소재로 되어 있어 사용 후 재활용성이 탁월함과 동시에 매립지에 매립되면 산화생분해되는 친환경 냉동팩에 관한 것이다.
통상 냉동창고는 상온 내지 - 20℃ 또는 상온 내지 - 40℃의 것이 많다. 이러한 냉동창고에서 냉매가 포장재에 채워진 팩을 냉동시켜 냉동팩이 제조될 수 있는데, 드라이아이스팩에 버금가는 냉동 저온유지성이 발현되려면 첫째는, 냉매의 어는점이 - 10℃ 내지 - 40℃ 범위의 것이여야 하고, 두 번째는 용융엔탈피가 250 J/g 이상 좋기로는 300 J/g 이상 매우 커야 하고, 세 번째는 친환경 요소로 사용 후 냉매를 그대로 버려도 수질오염을 일으키지 않아야 한다. 이러한 냉매의 후보로서 종래기술에 의한 가령 염화나트륨 등 수용성 무기염과 물과의 조성물들이 있는데, 이것들은 첫 번째 조건인 어는점 범위를 만족하고 세 번째 조건인 사용 후 냉매를 그대로 버려도 수질오염을 일으키지 않는 것은 만족하지만 불행이도 두 번째 조건인 용융엔탈피가 충분하지 않아 원하는 목적을 달성할 수 없었다. 그런데, 수용성 무기염과 물과의 조성물에 나노무기산화물 콜로이드가 추가로 배합된 신규의 조성물 경우 첫 번째 조건인 어는점 범위를 만족하고 세 번째 조건인 사용 후 냉매를 그대로 버려도 수질오염을 일으키지 않는 것도 만족할 뿐만 아니라 세 번째 조건인 용융엔탈피가 극도로 커져서 원하는 목적을 달성할 수 있게 되어 본 발명을 달성하게 되었다.
즉, 본 발명의 친환경 냉동팩에 있어 신규의 냉매는 나노상전이물질로서 수용성 무기염, 나노무기산화물 콜로이드 및 물로 구성된 조성물이다.
본 발명에 따른 상기 수용성 무기염으로는 수용성 염화무기염, 수용성 황산무기염, 수용성 질산무기염, 수용성 인산무기염 등을 들 수 있다.
상기 수용성 염화무기염으로는 염화리튬, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘, 염화칼슘, 염화바륨 등을 들 수 있다.
상기 수용성 황산무기염으로는 황산리튬, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘, 황산칼슘, 황산바륨 등을 들 수 있다.
상기 수용성 질산무기염으로는 질산리튬, 질산나트륨, 질산칼륨, 질산마그네슘, 질산칼슘, 질산바륨 등을 들 수 있다.
상기 수용성 인산무기염으로는 인산리튬, 인산나트륨, 인산칼륨, 인산마그네슘, 인산칼슘, 인산바륨 등을 들 수 있다.
본 발명에 따른 상기 나노무기산화물 콜로이드로는 나노실리카 콜로이드, 나노알루미나 콜로이드, 나노티타니아 콜로이드, 나노알루미노실리케이트 콜로이드, 나노저마니아 콜로이드, 나노산화아연 콜로이드, 나노텅스텐산화물 콜로이드, 나노산화리튬 콜로이드, 나노산화칼륨 콜로이드, 나노산화마그네슘 콜로이드, 나노산화바륨 콜로이드, 나노세리아 콜로이드 등을 들 수 있다.
본 발명에 의한 상기 조성물은 수용성 무기염 100 중량부에 대해 나노무기산화물 콜로이드 1 내지 100 중량부, 물 100 내지 2,000 중량부로 구성된 것, 좋기로는 나노무기산화물 콜로이드 5 내지 50 중량부, 물 200 내지 1,000 중량부인 것이 바람직하다. 나노무기산화물 콜로이드 첨가량이 1 중량부 미만일 경우 원하는 냉동 저온유지성이 떨어질 수도 있고, 100 중량부를 초과할 경우 나노무기산화물 콜로이드가 비싸기 때문에 경제성이 떨어질 수 있다.
본 발명에 의한 상기 조성물의 어는점은 - 10 ℃ 내지 - 40 ℃ 범위의 것이 좋다. 어는점이 - 10 ℃를 초과할 경우 냉동 저온유지성이 부족할 수 있고, - 40 ℃미만 더 저온일 경우 보급된 냉동창고가 거의 없어 본 발명을 효과적으로 발현시킬 수 없다.
본 발명에 의한 상기 조성물의 용융엔탈피가 250 J/g 이상이 좋고, 좋기로는 300 J/g 이상이 바람직하다.
본 발명에 의한 냉매 포장재는 초저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 호모 폴리프로필렌, 랜덤 또는 블록 폴리프로필렌 공중합체, 폴리부틸렌 등 폴리올레핀계 수지로 된 포장재로서 유니소재이기 때문에 냉동팩 폐기시 포장재의 재활용성이 탁월하다.
상기 폴리올레핀계 포장재에 있어서 폴리올레핀계 수지에 폴리올레핀계 아이오노머 또는 폴리올레핀계 엘라스토머가 더 포함된 것이면 내충격성 및 천공저항특성이 개선될 수 있다.
상기 폴리올레핀계 아이오노머는 금속 이온으로 중화된 카르복실산기 함유 폴리에틸렌 공중합체, 보다 구체적으로는 카르복실산기 함유 폴리에틸렌 공중합체의 카르복실산 함량의 10 내지 80 중량%가 금속이온으로 중화된 것일 수 있다. 상기 카르복실산기 함유 폴리에틸렌 공중합체는 구체적으로 메타크릴산 또는 아크릴산 함유 폴리에틸렌 공중합체로서 가령 메타크릴산-에틸렌 공중합체, 아크릴산-에틸렌 공중합체, 메타크릴산-메틸메타크릴레이트-에틸렌 공중합체, 아크릴산-메틸아크릴레이트-에틸렌 공중합체 등을 들 수 있고 보다 구체적인 예로서, 메타크릴산-에틸렌 공중합체인 미국 DuPont사 Nucrel 0403, 아크릴산-에틸렌 공중합체인 미국 ExxonMobil사 Escor 6000, 아크릴산-메틸아크릴레이트-에틸렌 공중합체인 미국 ExxonMobil사 Escor AT310 등을 들 수 있다.
상기 폴리올레핀계 엘라스토머는 쇼와경도 30A 내지 100A의 폴리에틸렌 엘라스토머 또는 폴리프로필렌 엘라스토머일 수 있다. 폴리에틸렌 엘라스토머는 에틸렌-α-올레핀 공중합체 엘라스토머, 가령 Dow Chemical사의 Engage 등 일 수 있으며 폴리프로필렌 엘라스토머는 프로필렌-α-올레핀 공중합체 엘라스토머, 가령 ExxonMobil사의 Vistamaxx 등 일 수 있다.
본 발명에 의한 친환경 냉동팩용 포장재는 적어도 한 층 이상의 필름으로서 층 수 제한은 없지만 1층 내지 3층의 필름이 바람직하고 3층의 필름이 가장 바람직하다. 가령, 폴리올레핀계 아이오노머와 폴리올레핀계 엘라스토머와의 수지조성물 또는 이를 포함하는 층을 기재층으로 하고, 상기 기재층의 일면에 폴리올레핀 수지로 된 층을 표층으로 한 2층 구조의 필름도 고려할 수 있고, 또한 폴리올레핀계 아이오노머와 폴리올레핀계 엘라스토머와의 수지조성물 또는 이를 포함하는 층을 기재층으로 하고, 상기 기재층의 양면에 폴리올레핀 수지로 된 층을 표층으로 한 3층 구조의 필름을 고려할 수 있다.
본 발명에 있어, 상기 폴리올레핀계 포장재가 폴리올레핀계 수지에 산화생분해 촉진제가 더 포함되는 경우, 폐기 후 매립장에 매립되고 산화생분해 되어 친환경성을 더욱 효과적으로 발휘할 수 있다.
상기 산화생분해 촉진제로서는 지방산 금속염, 아세틸계 유기 금속염 또는 이들의 혼합물이 사용된다.
상기 지방산 금속염 및 아세틸계 유기 금속염의 금속은 알칼리토금속, 전이금속 및 희토류금속으로 구성된 군에서 선택된 금속을 포함한다.
상기 산화생분해 촉진제의 첨가량은 상기 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대해 0.1 내지 5 중량부, 좋기로는 0.2 내지 3 중량부가 바람직하다. 상기와 같은 범위로 산화생분해 촉진제를 사용하는 경우, 경제적이고, 충분한 산화생분해성을 얻을 수 있다. 특히 본 발명에 의한 산화생분해 촉진제의 첨가량은 상기와 같이 매우 소량이기 때문에 상기 폴리올레핀계 수지의 기계적물성에 전혀 손상을 일으키지 않고 경제성이 탁월한 큰 장점을 가지고 있다.
본 발명에 있어, 상업화되어 판매중인 산화생분해 촉진제의 예로서는 P-Life Japan사의 상품명 P-Life(지방산 금속염 및 윤활제의 혼합물이 폴리올레핀 수지에 분산된 마스터뱃치), (주)바이오소재사의 상품명 TGR(지방산 금속염, 지방산, 가소화 셀루로오즈 등 혼합물이 폴리올레핀 수지에 분산된 마스터뱃치), Grade TGR-001, TGR-00A, TGR-G03 등, Symphony Environmental PLC사의 상품명 d2w(지방산 금속염 혼합물이 폴리올레핀 수지에 분산된 마스터뱃치), Grade 95200, 93190 등을 들 수 있다.
이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
하기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 냉동팩용 냉매 시료의 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성을 평가하였고, 냉동팩 시료의 냉동 저온유지성을 평가하였으며, 냉동팩용 포장재 시료의 낙하내파손성, 재활용성 및 산화생분해성을 다음과 같이 평가하였다.
1. 냉동 저온유지 적합성
시차주사열량계(DSC)를 사용하여 냉동팩용 냉매 시료에 대한 어는점 및 용융엔탈피를 측정하였다. 얻어진 어는점과 용융엔탈피로부터 표 1과 같이 4등급으로 냉동 저온유지 적합성을 평가하였다.
아래 표 1은 냉동 저온유지 적합성 평가 기준을 나타낸 것이다.
구 분 ◎(우수) ○(양호) △(보통) X(불량)
어는점(℃) - 20 미만
- 40 이상		 - 10 미만
- 30 이상		 - 10 미만
- 25 이상		 - 10 이상
용융엔탈피(J/g) 300 이상 250 이상
300 미만		 200 이상
250 미만		 200 미만
2. 폐기 적합성
수질오염공정시험방법(환경부고시 제2007-20호)에 의해 냉동팩용 냉매 시료에 대한 BOD(생물학적 산소요구량), COD(화학적 산소요구량), SS(부유물질), TN(총질소함량), TP(총인함량) 5개 항목을 평가하여 BOD 10 mg/L 이하, COD 20 mg/L 이하, SS 10 mg/L 이하, TN 20 mg/L 이하, TP 0.2 mg/L 이하의 조건을 모두 만족할 경우 폐기 적합성을 “유”로 판정하고, 어느 한 항목이라도 만족하지 못할 경우 “무”로 판정하였다.
3. 냉동 저온유지성
스티로폴 박스안에 150mm(가로)x200mm(세로) 폴리올레핀계 포장재안에 330g의 냉매 샘플을 충진한 냉동팩 3개와 냉동식품 샘플을 함께 넣고 - 3 ℃ 이하로 저온이 계속 유지되는 시간을 측정하여 표 2와 같이 4등급으로 냉동 저온 유지성을 평가하였다.
아래 표 2는 냉동 저온유지성 평가 기준을 나타낸 것이다.
구 분 ◎(우수) ○(양호) △(보통) X(불량)
유지시간(hr) 24 이상 20 이상
24 미만		 10 이상
20 미만		 10 미만
4. 낙하 내파손성
저온 내충격성 및 천공저항 특성이 동시에 나타나는 낙하 내파손성을 평가하였다. 가로 150mm, 세로 200mm의 시료 필름 두장을 3면 열봉합하고 냉매를 충진하고 나머지 한면을 열봉합한 후 이를 냉동시켜 냉동팩 시료로 제작한다. 박스에 냉동팩 시료 5개를 넣어서 소비자의 어깨 높이를 고려한 1.2m에서 낙하시 파손율을 평가하였다. 파손율은 5회 반복한 결과 평균치로 하였다. 같은 방법으로 배송차량에서 떨어졌을 때 높이를 고려한 2.0m에서의 낙하 파손율을 평가하여 표 3에 나타낸 바와 같이 4등급으로 낙하 내파손성을 평가하였다. 낙하 내파손성의 종합평가는 2.0m 낙하시 파손율과 1.2m 낙하 파손율의 평가치중 가장 낮은 것으로 판정하였다. 가령 1.2m 낙하 파손율 ○(양호), 2.0m 낙하 파손율 △(보통)인 경우 낙하 내파손성 종합평가 결과는 △(보통)으로 한다.
아래 표 3은 낙하 내파손성 평가 기준을 나타낸 것이다.
구 분 ◎(우수) ○(양호) △(보통) X(불량)
2.0m 낙하시 파손율(%) 0 1 이상
20 미만		 20 이상
50 미만		 50 이상
1.2m 낙하시
파손율(%)		 0 0 1 이상
20 미만		 20 이상
5. 재활용성
「포장재 재활용 용이성 등급평가 기준」(환경부 고시)의 [별표 2] '포장재 재질ㆍ구조 및 재활용의 용이성 판정방법'에 의거하여 우수(◎), 보통(△). 어려움(X) 3등급으로 평가하였다.
6. 산화생분해성
시료에 대해 1단계 열산화(20 내지 70℃), 광산화 등을 통한 산화분해성 평가(기계적 물성 측정, 분자량 측정), 2단계 생분해성 평가(이산화탄소 발생량, 생분해 잔류물 측정), 및 3단계 생분해 잔류물의 독성시험으로 구성된 ASTM D6954에 의거 평가하여 산화생분해성 평가기준에 모두 합격할 경우‘유’또는 어느 하나라도 불합격할 경우‘무’로 판정하였다.
[실시예 1]
먼저 수용성 무기염으로 염화칼륨(SALT-A)을 준비하였다. 또한 나노무기산화물 콜로이드로 평균입경 18nm의 나노실리카 콜로이드(Sympatec사, NanoCOLL-A)을 준비하였다. SALT-A 100 중량부, NanoCOLL-A 10 중량부 및 물 500 중량부로 혼합한 조성물(NanoPCM-A)을 냉매로 준비하였다.
또한 용융지수(190℃, 2.16Kg) 0.75 g/10min의 저밀도폴리에틸렌(Lyondellbasell사, Lupolene 2426F, PE-A) 70 중량%, 용융지수(190℃/2.16㎏) 1.0 g/10 min, 쇼와경도 54A의 폴리에틸렌 엘라스토머(Dow Chemical, Engage Grade 8842, POE-A) 30 중량%의 수지조성물 펠렛을 호퍼에 투입하여 L/D 30인 압출기에 주입하고 용융 압출시켜 원형 다이를 통해 튜브를 성형, 공기 중에서 냉각시킨 뒤 V자 형상 누름판을 통해 눌러서 두겹의 필름이 서로 겹쳐진 평탄형태로 제조하고 이를 권취기를 통해 감아 최종 두께 150㎛의 튜브형 필름 시료(F-1)를 제조하였고 이 필름을 사용하여 가로 150mm, 세로 200mm의 봉투를 제작한 뒤 상기 냉매인 조성물(NanoPCM-A) 330g을 충진하고 나머지 한면을 열봉합한 후 이를 냉동시켜 냉동팩을 제작하였다. 얻어진 냉매 시료에 대한 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성을 평가하였고, 냉동팩 시료의 냉동 저온유지성을 평가하였으며, 냉동팩용 포장재의 낙하내파손성, 재활용성 및 산화생분해성을 평가하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[실시예 2]
먼저 수용성 무기염으로 SALT-A 및 염화나트륨(SALT-B)을 준비하였다. 또한 나노무기산화물 콜로이드로 평균입경 125nm의 나노산화아연 콜로이드(Nano Technilogies사 상품명 NYCOL Grade DP5370, NanoCOLL-B)를 준비하였다. SALT-A 45 중량부, SALT-B 55 중량부, NanoCOLL-B 30 중량부 및 물 600 중량부로 혼합한 조성물(NanoPCM-B)을 냉매로 준비하였다.
상기 얻어진 필름 시료(F-1)를 사용하여 가로 150mm, 세로 200mm의 봉투를 제작한 뒤 상기 냉매인 조성물(NanoPCM-B) 330g을 충진하고 나머지 한면을 열봉합한 후 이를 냉동시켜 냉동팩을 제작하였다. 얻어진 냉매 시료에 대한 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성을 평가하였고, 냉동팩 시료의 냉동 저온유지성을 평가하였으며, 냉동팩용 포장재의 낙하내파손성, 재활용성 및 산화생분해성을 평가하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[실시예 3]
먼저 수용성 무기염으로 SALT-A, SALT-B 및 염화마그네슘(SALT-C)을 준비하였다. 또한 나노무기산화물 콜로이드로 평균입경 20nm의 나노티타니아 콜로이드(Nano Technilogies사 상품명 NYCOL Grade TiSol A, NanoCOLL-C)를 준비하였다. SALT-A 40 중량부, SALT-B 40 중량부, SALT-C 20 중량부, NanoCOLL-C 50 중량부 및 물 800 중량부로 혼합한 조성물(NanoPCM-C)을 냉매로 준비하였다.
상기 얻어진 필름 시료(F-1)를 사용하여 가로 150mm, 세로 200mm의 봉투를 제작한 뒤 상기 냉매인 조성물(NanoPCM-C) 330g을 충진하고 나머지 한면을 열봉합한 후 이를 냉동시켜 냉동팩을 제작하였다. 얻어진 냉매 시료에 대한 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성을 평가하였고, 냉동팩 시료의 냉동 저온유지성을 평가하였으며, 냉동팩용 포장재의 낙하내파손성, 재활용성 및 산화생분해성을 평가하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[실시예 4]
먼저 수용성 무기염으로 SALT-A 및 SALT-C를 준비하였다. 또한 나노무기산화물 콜로이드로 NanoCOLL-B 및 NanoCOLL-C를 준비하였다. SALT-A 50 중량부, SALT-C 50 중량부, NanoCOLL-B 10 중량부, NanoCOLL-C 5 중량부 및 물 1,000 중량부로 혼합한 조성물(NanoPCM-D)을 냉매로 준비하였다.
상기 얻어진 필름 시료(F-1)를 사용하여 가로 150mm, 세로 200mm의 봉투를 제작한 뒤 상기 냉매인 조성물(NanoPCM-D) 330g을 충진하고 나머지 한면을 열봉합한 후 이를 냉동시켜 냉동팩을 제작하였다. 얻어진 냉매 시료에 대한 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성을 평가하였고, 냉동팩 시료의 냉동 저온유지성을 평가하였으며, 냉동팩용 포장재의 낙하내파손성, 재활용성 및 산화생분해성을 평가하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[실시예 5]
먼저 수용성 무기염으로 SALT-B, 황산나트륨(SALT-D)을 준비하였다. 또한 나노무기산화물 콜로이드로 NanoCOLL-A 및 NanoCOLL-C를 준비하였다. SALT-B 30 중량부, SALT-D 70 중량부, NanoCOLL-A 15 중량부, NanoCOLL-C 35 중량부 및 물 1,000 중량부로 혼합한 조성물(NanoPCM-E)을 냉매로 준비하였다.
또한 먼저 용융점도 0.9 g/10분, 나트륨이온으로 중화된(중화도 60%) 메타크릴산(15 중량%)과 에틸렌과(85 중량%)의 공중합체인 아이오노머인 DuPont사 Surlyn 8920(POI-A)를 준비하였고, 산화생분해 촉진제로서 지방산 금속염중 하나인 스테아린산 아연 60 중량%, 아세틸계 유기산 금속염중 하나인 알루미늄 아세틸아세톤 착물 40 중량%로 혼합된 조성물(OBA-A)를 준비하였다. 외층 및 내층용 원료로 PE-A 99 중량% 및 OBA-A 1 중량%의 조성물을 사용하고 중간층용 원료로 POI-A 50 중량%, POE-A 49 중량% 및 OBA-A 1 중량%로 혼합한 수지조성물을 사용하여 다층 압출 필름성형기에서 외층/중간층/내층 두께구성(%)을 15/70/15로 조정하여 3층 구조의 튜브 형태의 두께 180㎛의 필름 시료(F-2)를 제조하였다. 상기 얻어진 필름 시료(F-2)를 사용하여 가로 150mm, 세로 200mm의 봉투를 제작한 뒤 상기 냉매인 조성물(NanoPCM-E) 330g을 충진하고 나머지 한면을 열봉합한 후 이를 냉동시켜 냉동팩을 제작하였다. 얻어진 냉매 시료에 대한 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성을 평가하였고, 냉동팩 시료의 냉동 저온유지성을 평가하였으며, 냉동팩용 포장재의 낙하내파손성, 재활용성 및 산화생분해성을 평가하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[실시예 6]
먼저 수용성 무기염으로 SALT-B, 인산나트륨(SALT-E)을 준비하였다. 또한 나노무기산화물 콜로이드로 NanoCOLL-A 및 평균입경 200nm의 나노산화마그네슘 콜로이드(Nano Technilogies사 상품명 NYCOL Grade MagSol, NanoCOLL-D)를 준비하였다. SALT-B 70 중량부, SALT-E 30 중량부, NanoCOLL-A 5 중량부, NanoCOLL-D 15 중량부 및 물 900 중량부로 혼합한 조성물(NanoPCM-F)을 냉매로 준비하였다.
상기 얻어진 필름 시료(F-2)를 사용하여 가로 150mm, 세로 200mm의 봉투를 제작한 뒤 상기 냉매인 조성물(NanoPCM-F) 330g을 충진하고 나머지 한면을 열봉합한 후 이를 냉동시켜 냉동팩을 제작하였다. 얻어진 냉매 시료에 대한 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성을 평가하였고, 냉동팩 시료의 냉동 저온유지성을 평가하였으며, 냉동팩용 포장재의 낙하내파손성, 재활용성 및 산화생분해성을 평가하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[비교예 1]
먼저 수용성 무기염으로 SALT-A 및 SALT-B를 준비하였다. SALT-A 50 중량부, SALT-B 50 중량부 및 물 500 중량부로 혼합한 조성물(PCM-A)을 냉매로 준비하였다.
PE-A로 성형된 두께 120μm의 필름에 두께 30μm의 폴리아마이드 필름을 드라이라미네이션으로 합지한 복합필름(F-3)을 준비하였다. 상기 얻어진 필름 시료(F-3)를 사용하여 가로 150mm, 세로 200mm의 봉투를 제작한 뒤 상기 냉매인 조성물(PCM-A) 330g을 충진하고 나머지 한면을 열봉합한 후 이를 냉동시켜 냉동팩을 제작하였다. 얻어진 냉매 시료에 대한 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성을 평가하였고, 냉동팩 시료의 냉동 저온유지성을 평가하였으며, 냉동팩용 포장재의 낙하내파손성, 재활용성 및 산화생분해성을 평가하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[비교예 2]
SALT-A 30 중량부, SALT-B 30 중량부, 폴리비닐알콜 40 중량부 및 물 500 중량부로 혼합한 조성물(PCM-B)을 냉매로 사용한 것 외에는 비교예 1과 동일하게 실시하였고, 얻어진 냉매 시료에 대한 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성을 평가하였고, 냉동팩 시료의 냉동 저온유지성을 평가하였으며, 냉동팩용 포장재의 낙하내파손성, 재활용성 및 산화생분해성을 평가하여 그 결과를 표 4에 나타내었다
구 분 냉동 저온유지 적합성 폐기 적합성 냉동 저온유지성 낙하
내파손성		 재활용성 산화생분해성
실시예 1 ◎ 유 ◎ ○ ◎ 무
실시예 2 ◎ 유 ◎ ○ ◎ 무
실시예 3 ◎ 유 ◎ ○ ◎ 무
실시예 4 ◎ 유 ◎ ○ ◎ 무
실시예 5 ◎ 유 ◎ ◎ ◎ 유
실시예 6 ◎ 유 ◎ ◎ ◎ 유
비교예 1 △ 유 △ ◎ X 무
비교예 2 ○ 무 ○ ◎ X 무
먼저 본 발명에 의한 수용성 무기염, 나노무기산화물 콜로이드 및 물로 구성된 조성물(나노상전이물질)을 냉매로 하여 폴리올레핀계 포장재에 포장한 후 어는점 이하의 조건에서 냉동시켜 제조된 냉동팩 경우(실시예 1 내지 실시예 4) 냉매의 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성이 우수하고, 냉동팩의 냉동 저온유지성이 우수하며, 냉동팩용 포장재의 낙하내파손성 및 재활용성이 우수함을 알 수 있다.
또한 폴리올레핀계 포장재에 산화생분해촉진제가 더 첨가된 본 발명에 의한 냉동팩 경우(실시예 5 및 실시예 6) 냉매의 냉동 저온유지 적합성 및 폐기 적합성이 우수하고, 냉동팩의 냉동 저온유지성이 우수하며, 냉동팩용 포장재의 낙하내파손성 및 재활용성이 탁월할 뿐만 아니라 산화생분해성 또한 우수함을 알 수 있다.
수용성 무기염 및 물로 구성된 조성물(상전이물질)을 냉매로 하여 폴리올레핀계 필름과 폴리아마이드 필름과 합지된 복합필름으로 된 포장재에 포장한 후 어는점 이하의 조건에서 냉동시켜 제조된 냉동팩 경우(비교예 1) 냉매의 냉동 저온유지 적합성 및 냉동팩의 냉동 저온유지성이 부족하며 포장재의 재활용성이 불량함을 알 수 있다.
수용성 무기염, 폴리비닐알콜 및 물로 구성된 조성물(상전이물질)을 냉매로 하여 폴리올레핀계 필름과 폴리아마이드 필름과 합지된 복합필름으로 된 포장재에 포장한 후 어는점 이하의 조건에서 냉동시켜 제조된 냉동팩 경우(비교예 2) 냉매의 냉동 저온유지 적합성 및 냉동팩의 냉동 저온유지성이 다소 개선되었으나, 냉매의 폐기 적합성 및 포장재의 재활용성이 불량함을 알 수 있다.
상기 실시예에서 살펴볼 수 있듯이 본 발명에 의한 냉동팩은 신규의 냉매 나노상전이물질에 의한 드라이아이스팩에 버금가는 냉동 저온유지성이 우수하고, 사용후 냉매를 그대로 버려도 수질오염을 일으키지 않고, 포장재가 유니소재로 되어 있어 사용후 재활용성이 탁월함과 동시에 매립지에 매립되면 산화생분해되는 친환경 냉동팩으로 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 수용성 무기염, 나노무기산화물 콜로이드 및 물을 포함하는 조성물을 냉매로 하여 폴리올레핀계 포장재에 포장한 후 어는점 이하의 조건에서 냉동시켜 제조된 이고, 상기 조성물의 용융엔탈피가 250 J/g 이상인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 무기염은 수용성 염화무기염, 수용성 황산무기염, 수용성 질산무기염 및 수용성 인산무기염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수용성 염화무기염은 염화리튬, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘, 염화칼슘 및 염화바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 수용성 황산무기염은 황산리튬, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘, 황산칼슘 및 황산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 수용성 질산무기염은 질산리튬, 질산나트륨, 질산칼륨, 질산마그네슘, 질산칼슘 및 질산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 수용성 인산무기염은 인산리튬, 인산나트륨, 인산칼륨, 인산마그네슘, 인산칼슘 및 인산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 나노무기산화물 콜로이드는 나노실리카 콜로이드, 나노알루미나 콜로이드, 나노티타니아 콜로이드, 나노알루미노실리케이트 콜로이드, 나노저마니아 콜로이드, 나노산화아연 콜로이드, 나노텅스텐산화물 콜로이드, 나노산화리튬 콜로이드, 나노산화칼륨 콜로이드, 나노산화마그네슘 콜로이드, 나노산화바륨 콜로이드 및 나노세리아 콜로이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조성물이 수용성 무기염 100 중량부에 대해, 나노무기산화물 콜로이드 1 내지 100 중량부, 물 100 내지 2,000 중량부를 포함하는 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조성물의 어는점이 - 10 ℃ 내지 - 40 ℃ 범위의 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 포장재가 초저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 호모 폴리프로필렌, 랜덤 또는 블록 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리부틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 폴리올레핀계 수지로 제조된 포장재인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 포장재는 폴리올레핀계 수지에 폴리올레핀계 아이오노머 또는 폴리올레핀계 엘라스토머가 더 포함된 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 포장재는 폴리올레핀계 수지에 산화생분해 촉진제가 더 포함된 것인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산화생분해 촉진제는 지방산 금속염, 아세틸계 유기 금속염 또는 이들의 혼합물인 친환경 나노상전이물질 냉동팩.
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