KR102453574B1 - 플라스틱 프리 친환경 금속 포장지 및 이의 제조방법 - Google Patents

플라스틱 프리 친환경 금속 포장지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 금속 포장지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 제조과정에 PET 필름 등의 플라스틱이 사용되지 않고, 재활용이 가능하여 환경 오염을 최소화 할 수 있는 친환경 금속 포장지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 (a) 원지를 준비하는 단계; (b) 상기 원지의 표면에 프라이머 수지, 알루미늄 페이스트, 용제 및 불소 왁스를 포함하는 중층코팅층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 중층코팅층 표면에 프라이머 수지, 염료, 용제 및 불소 왁스를 포함하는 상층코팅층을 형성하는 단계를 포함하는, 친환경 금속 포장지 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Description

플라스틱 프리 친환경 금속 포장지 및 이의 제조방법{PLASTIC-FREE ECO-FRIENDLY METAL POWDER PACKAGING PAPER AND MANUFACTURING MATHOD THEREOF}
본 발명은 친환경 금속 포장지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 제조과정에 PET 필름 등의 플라스틱이 사용되지 않고, 재활용이 가능하여 환경 오염을 최소화 할 수 있는 친환경 금속 포장지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 금속분 포장지는 알루미늄이 증착된 PET 필름 및 알루미늄 포일을 인쇄용지, 산업용지, 올펄프(All-pulp)지 등의 원지에 접착제를 이용하여 합지하고, 증착 필름 및 알루미늄 포일 위에 프라이머 수지를 코팅하여 UV 인쇄가 용이하도록 제조되었다. 다만 이러한 종래의 포장지는 PET 필름 및 알루미늄 판상을 기반으로 하여 자연에서 분해되지 않아 재활용이 불가능하므로 환경오염을 유발하는 문제점이 있다.
PET 필름을 사용하지 않고 원지에다 약품을 직접 도공하면 재활용이 가능한 포장지를 제조할 수 있으나, 종래에는 알루미늄 증착 PET 필름으로 구현되는 외관 품질, 그 중에서도 광택 특성을 구현하기 어려웠다.
또한 포장지를 접어 포장재의 제조 시 내구성을 보강할 수 있는 필름이 부존재하여 터짐 현상이 발생하는 문제점이 발생하였다.
PET 필름을 사용하지 않고 원지에다 약품을 직접 도공하면 재활용이 가능한 포장지를 제조할 수 있으나, 종래에는 알루미늄 증착 PET 필름으로 구현되는 외관 품질, 그 중에서도 광택 특성을 구현하기 어려웠다.
또한 포장지를 접어 포장재의 제조 시 내구성을 보강할 수 있는 필름이 부존재하여 터짐 현상이 발생하는 문제점이 발생하였다.
본 발명의 개발자들은 이러한 견지에서 종래와 동등한 수준의 광택 품질을 구현하여 미감을 유지하면서도 환경오염의 문제점을 방지하는 금속분 포장지와 그의 제조방법을 개발하였다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 일회용 소재로 주요 사용되는 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름이 심각한 지구환경 오염을 야기하므로 필름을 사용하지 않고 친환경 약품을 사용한 친환경 식품 포장지를 제조하는 것에 일 목적이 있다.
종래에는 알루미늄 증착 PET 필름에 원지(인쇄용지, 산업용지, 올펄프(All-pulp)지 등)를 합지하고 필름 상에 프라이머 수지를 코팅 처리하여 UV 인쇄가 용이하도록 하고 톰슨 작업 후 접합하여 포장지 케이스로 사용하였으나, 이를 알루미늄 증착 필름을 사용하지 않고 원지에 알루미늄 페이스트가 혼합된 용액을 도공함으로써 재활용이 가능한 친환경 포장지 제조가 가능하였다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 (a) 원지를 준비하는 단계; (b) 상기 원지의 표면에 프라이머 수지, 알루미늄 페이스트, 용제 및 불소 왁스를 포함하는 중층코팅층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 중층코팅층 표면에 프라이머 수지, 염료, 용제 및 불소 왁스를 포함하는 상층코팅층을 형성하는 단계를 포함하는, 금속분 포장지의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 원지는 인쇄용지, 산업용지, 올펄프(All-pulp)지 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 프라이머 수지는 비닐클로라이드/비닐아세테이트/말레산 공중합체, 폴리에스테르 수지, 비닐리덴수지, 폴리우레탄 수지 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알루미늄 페이스트는 평균 입경이 10~25 ㎛인 알루미늄 입자를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용제는 메틸에틸케톤, 톨루엔, 에틸아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 중층코팅층은, 고형분 함량이 15~30중량%인 프라이머 수지 75~90중량부; 고형분 함량이 50~70중량%인 알루미늄 페이스트 5~20중량부; 용제 5~20중량부; 및 불소 왁스 0.5~3중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 중층코팅층의 건량은 5~20 gr/m2일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는 1~5회 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 상층코팅층은, 고형분 함량이 15~30중량%인 프라이머 수지 80~90중량부; 염료 1~5중량부; 용제 5~20중량부; 및 불소 왁스 0.5~3중량부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 상층코팅층의 건량은 2~5 gr/m2일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계 및 (c) 단계 중 적어도 하나는 롤 코터, 블레이드 코터, 로드코터, 에어나이프 코터, 콤마 코터, 쇼트 드웰 코터, 빌 블레이드 코터, 게이트롤 코터, 그라비어 인쇄 장치 중 적어도 하나로 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은 전술한 금속분 포장지의 제조방법으로 제조된, 금속분 포장지를 제공한다.
본 발명의 일 측면은 별도의 금속분이 증착된 플라스틱 필름 층 없이 이와 동일한 수준의 미감을 가지고, 우수한 UV 인쇄성을 갖는 금속분 포장지와 그 제조방법을 제공할 수 있다.
이러한 제조방법에 의해 재활용이 가능한 포장지를 제조하여 환경오염을 방지함으로써 지구환경을 보호하고, 폐기물을 감소시킴으로써 토양오염을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구 범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따라 제조한 금속분 포장지의 층상 구조를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 금속분 포장지 및 이의 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다. 단, 하기 기재사항들은 본 발명의 예시를 통해 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하는 것일 뿐으로 본 발명이 하기 기재사항들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
금속분 포장지의 제조방법
본 발명의 일 측면에 따르면 증착 PET 필름 및 알루미늄 포일을 사용하지 않고, 코팅법을 이용하여 제조함으로써 해리가 가능하여 재활용할 수 있는 금속분 포장지를 제조할 수 있다.
이러한 제조방법은 알루미늄이 코팅 가능하도록 평균 입경 10~25 ㎛가 되도록 입자화하면서도 수지와 혼합 시 침전이 발생하지 않도록 분산성이 우수하며, 코팅 후에 증착 필름과 유사한 수준의 금속 광택(휘도) 및 고평활성을 구현하여야 한다. 이러한 특성은 금속 가공 기술의 혁신으로 가능하게 되었다.
본 발명의 일 측면에 따른 금속분 포장지의 제조방법은 (a) 원지를 준비하는 단계; (b) 상기 원지의 표면에 프라이머 수지, 알루미늄 페이스트, 용제 및 불소 왁스를 포함하는 중층코팅층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 중층코팅층 표면에 프라이머 수지, 염료, 용제 및 불소 왁스를 포함하는 상층코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속분 포장지의 제조방법은 종래의 금속분 증착 플라스틱 필름 합지 방법에 사용되는 것과 동일한 원지에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 원지는 인쇄용지, 산업용지, 올펄프(All-pulp)지 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 원지로 다층으로 된 판지를 사용하면 상대적으로 내구성이 우수할 수 있다.
상기 프라이머 수지는 비닐클로라이드/비닐아세테이트/말레산 공중합체, 폴리에스테르 수지, 비닐리덴수지, 폴리우레탄 수지 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 프라이머 수지는 고형분 함량이 15~30중량%인 것을 사용할 수 있다. 고형분 함량이 상기 범위를 벗어나면 알루미늄 입자가 침전하여 코팅이 불가능하거나, 코팅 도막이 원지에 결합하지 않아 도막층이 들뜰 수 있다. 또한 상기 프라이머 수지로 탄성 수지와 연질 수지를 혼합하여 사용하면 내구성이 우수한 금속분 포장지를 제조할 수 있다.
상기 알루미늄 페이스트는 평균 입경이 10~25 ㎛인 알루미늄 입자를 포함할 수 있다. 상기 알루미늄 페이스트로는 고형분 함량이 50~70중량%인 것을 사용할 수 있다. 상기 알루미늄 입자의 평균 입경이 상기 범위를 벗어나면 입자 간 응집이 발생하여 코팅이 어렵거나, 코팅 후의 미관이 증착 필름에 비하여 미흡할 수 있다. 반면, 상기 범위를 만족시키는 알루미늄 페이스트를 사용하면 코팅성이 우수하면서도 증착 필름과 동등한 수준의 금속 광택, 높은 평활성을 구현할 수 있다.
중층코팅층의 용제로는 프라이머 수지와 알루미늄 페이스트를 모두 용해시킬 수 있으면서도 작업성이 우수한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 용제는 메틸에틸케톤(MEK), 톨루엔, 에틸아세테이트(EA), 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(PMA) 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 중층코팅층이 불소 왁스를 포함하면 형성된 최종 도막, 즉 상층코팅층이 내스크래치성을 가질 수 있다.
상기 중층코팅층은, 고형분 함량 15~30중량%인 프라이머 수지 75~90중량부; 고형분 함량 50~70중량%인 알루미늄 페이스트 5~20중량부; 용제 5~20중량부; 및 불소 왁스 0.5~3중량부를 포함할 수 있다. 이러한 조성의 범위에서 코팅성이 우수하고, 중층코팅층이 우수한 금속 광택, 평활성을 가지면서도 내스크래치성, 접힘성, 꺾임성, 내블로킹성, UV 인쇄성, 내수성, 내유성을 모두 조화롭게 구현할 수 있다.
상기 중층코팅층의 건량은 5~20 gr/m2일 수 있다. 중층코팅층의 건량이 상기 범위를 벗어나면 금속 광택이 미흡하거나, 대량생산에 불리할 수 있다.
상기 (b) 단계는 1~5회 수행될 수 있다. 예를 들어, (b) 단계를 1회 수행하여 단일층의 중층코팅층을 형성하거나, 2회, 3회, 4회 또는 5회 수행하여 복수층의 중층코팅층을 형성할 수 있다. 중층코팅층이 복수 개의 층으로 구성되면 두께감을 부여할 수 있고, 단일층으로 구성되면 상대적으로 대량생산에 유리할 수 있다.
상기 상층코팅층은, 고형분 함량 15~30중량%인 프라이머 수지 80~90중량부; 염료 1~5중량부; 용제 5~20중량부; 및 불소 왁스 0.5~3중량부를 포함할 수 있다. 상기 상층코팅층에 사용된 프라이머 수지, 용제 및 불소 왁스는 전술한 중층코팅층에서와 유사한 특성의 것을 사용할 수 있다.
상기 염료로는 금속 옥사이드, 금속 옥사이드 하이드레이트, 금속 하이드록사이드, 금속 설페이트, 금속 설파이드, 금속 크로메이트, 금속 모리브데이트, 퀴논, 퀴나크리도네스, 시아닌 염료, 아조 염료, 아조메틴 염료, 메틴 염료, 프탈로시아닌 염료, 다이옥사진 염료 등을 목적에 따라 사용할 수 있다.
상기 상층코팅층의 건량은 2~5 gr/m2일 수 있다. 상층코팅층의 건량이 상기 범위를 벗어나면 중층코팅층의 금속 광택이 저하되거나, 포장지의 접힘성 내지 꺾임성, 내수성 및 내유성 등이 저하될 수 있다.
상기 (b) 단계 및 (c) 단계 중 적어도 하나는 롤 코터, 블레이드 코터, 로드코터, 에어나이프 코터, 콤마 코터, 쇼트 드웰 코터, 빌 블레이드 코터, 게이트롤 코터, 그라비어 인쇄 장치 중 적어도 하나로 수행될 수 있다.
금속분 포장지
본 발명의 다른 일 측면에 따른 금속분 포장지는 전술한 금속분 포장지의 제조방법으로 제조될 수 있으며, 도 1은 이러한 금속분 포장지의 예시를 도시한 것이다.
상기 금속분 포장지는 PET와 같은 별도의 플라스틱 필름을 포함하지 않고, 원지 표면에 직접 금속질감의 중층코팅층이 코팅된 것으로, 자연분해 내지는 재활용이 가능하여 친환경적일 수 있다.
또한 상기 금속분 포장지는 알루미늄 입자가 우수하게 분산된 중층코팅층을 포함하므로 접힘성이 우수하여 손상 없이 용이하게 포장지를 접어서 포장재로 사용할 수 있다.
상기 금속분 포장지가 포함하는 중층코팅층은 코팅으로 형성된 것이나, 알루미늄 증착 필름과 동등한 수준의 금속 광택(휘도), 평활성, 접힘성, 꺾임성, 내블로킹성, 내수성, 내유성을 가진다. 알루미늄 입자의 평균 입경이 25㎛를 초과하는 페이스트의 사용 시 광택도가 저하되나, 본원발명의 제조방법에 의한 금속분 포장지는 이러한 문제점을 방지할 수 있다.
또한 상기 금속분 포장지는 상층코팅층이 수지를 포함하여 UV인쇄성이 우수하므로 톰슨 작업 후 접어서 포장재로서 사용하기 용이하다.
상기 상층코팅층은 염료를 통해 금속분 포장지의 최종 색상을 결정할 수 있고, 수지와 불소 왁스를 포함하여 내스크래치성, UV 인쇄성 등이 우수할 수 있다. 또한 상기 상층코팅층이 상기 중층코팅층과 동일한 수지와 불소 왁스층을 포함하면 인쇄성이 우수하고, 상이한 성분을 사용한 경우보다 도막 간의 결합력이 30% 이상 개선될 수 있다.
이하에서는 상기 금속분 포장지 제조장치 및 이를 이용한 금속분 포장지의 제조방법을 적용한 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 그러나 본 명세서에 기재된 발명이 아래 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
원지로 인쇄용지, 산업용지, 올펄프(All-pulp)지를 준비하였다.
알루미늄 페이스트 조성물을 건량 5~20 gr/m2가 되도록 1~3회 코팅하여 알루미늄 중층코팅층을 형성하였다. 상기 중층코팅층 표면에 상층코팅층을 건량 2~5 gr/m2가 되도록 코팅하였다.
알루미늄 페이스트 조성물은 고형분 함량 15~30중량%의 비닐클로라이드/비닐아세테이트/말레산 수지 75~90중량부, 고형분 함량 50~70중량%의 알루미늄 페이스트 5~20중량부, 톨루엔 5~20중량부를 혼합하여 제조하였다.
이러한 범위 내에서 알루미늄 페이스트 층은 인쇄용지, 산업용지, 올펄프(All-pulp)지 모두 원활하게 형성되었다.
다만 프라이머 수지로 고형분 함량이 약 12중량%인 것을 사용하여 알루미늄 중층코팅층을 제조해보았으나, 코팅층이 원지로부터 쉽게 탈락하였다. 또한 고형분 함량이 35중량%인 것을 사용 시 뭉침 현상이 발생하여 코팅이 곤란하였다.
또한 알루미늄 페이스트로 알루미늄 입자의 평균 입경이 7 ㎛, 12 ㎛, 15 ㎛, 18 ㎛, 22 ㎛, 30 ㎛인 것을 사용하였으나, 7 ㎛인 것은 입자가 상호 응집하여 침전함으로써 작업성이 불량하였고, 30 ㎛인 것은 육안 상으로도 금속 광택이 증착 필름과 쉽게 구분할 수 있었다. 12 ㎛, 15 ㎛, 18 ㎛, 22 ㎛의 알루미늄 페이스트는 코팅이 용이하면서도 육안 상 증착 필름과의 광택 차이를 구분하기 어려운 수준을 구현할 수 있었다.
알루미늄 페이스트를 사용된 프라이머 수지 총량 중 15~50중량%와 먼저 혼합한 후 나머지 성분을 다시 혼합하는 방법을 적용하면 금속 광택이 보다 강하게 구현되었다. 이는 알루미늄 입자가 조성물 전체에 상대적으로 용이하게 분산되었기 때문으로 예측된다.
중층코팅층의 건량 3 gr/m2인 포장지는 접었을 때 원지가 터져버리는 현상이 발생하여 사용이 어려웠다. 또한 건량 30 gr/m2인 포장지는 접힘성이 미흡하여 대량생산에 부적합하였다.
불소 왁스를 사용하지 않는 경우 내스크래치성이 미흡할 뿐만 아니라 도막의 평활성이 저하되었다. 반면 불소 왁스를 5중량부 사용한 경우에는 금속 광택이 확연하게 약화되었다.
추가로 고형분 함량 15~30중량%의 비닐클로라이드/비닐아세테이트/말레산 수지 80~90중량부, 적색 산화철 1~5중량부, 톨루엔 5~20중량부, 불소 왁스 0.5~3중량부를 혼합한 상층코팅층 조성물을 코팅하여 상층코팅층을 제조하였다.
이러한 범위의 상층코팅층을 형성 시 코팅성이 우수할 뿐만 아니라, 외관 품질이 우수한 포장지가 제조되었다.
다만 프라이머 수지를 70중량부 사용 시 인쇄성과 도막 평활성이 육안 상 저하되었다. 또한 적색 산화철을 과다하게 사용하면 응집이 발생하여 색상이 불균일해지는 현상이 발생하였다.

Claims (2)

  1. (a) 인쇄용지, 산업용지, 올펄프(All-pulp)지 중에서 선택된 적어도 하나의 원지를 준비하는 단계;
    (b) 상기 원지의 표면에 프라이머 수지, 알루미늄 페이스트, 용제 및 불소 왁스를 포함하는 비수계 중층코팅층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 중층코팅층 표면에 프라이머 수지, 염료, 용제 및 불소 왁스를 포함하는 비수계 상층코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 프라이머 수지는 비닐클로라이드/비닐아세테이트/말레산 공중합체, 폴리에스테르 수지, 비닐리덴수지, 폴리우레탄 수지 중에서 선택된 적어도 하나이고,
    상기 용제는 메틸에틸케톤, 톨루엔, 에틸아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 중에서 선택된 적어도 하나이고,
    상기 중층코팅층은,
    고형분이 15~30중량%인 프라이머 수지 75~90중량부;
    평균 입경이 10~25 ㎛인 알루미늄 입자를 포함하고, 고형분 함량이 50~70중량%인 알루미늄 페이스트 5~20중량부;
    용제 5~20중량부; 및
    불소 왁스 0.5~3중량부를 포함하며,
    상기 상층코팅층은,
    고형분 함량이 15~30중량%인 프라이머 수지 80~90중량부;
    염료 1~5중량부;
    용제 5~20중량부; 및
    불소 왁스 0.5~3중량부를 포함하는, 친환경 금속 포장지의 제조방법.
  2. 제1항의 제조방법으로 제조된, 친환경 금속 포장지.
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