KR102503151B1 - 리놀렌산 및 탄닌을 포함하는 기능성 필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 항균성이 향상된 포장재 및 그 필름에 관한 것이다.
리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 합성수지(3)와 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제조하는 리놀렌산 및 탄닌 혼합단계(S1)를 포함하고, 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 혼합 마스터 배치(4)를 압출성형하는 압출단계(S2)를 포함하여 항균기능이 향상된 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10)을 제조하는 것이며, 추가적으로, 초소수성 실리카 나노 입자(6)를 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 판상수지(5)에 배치하는 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 배치단계(S3)를 포함하고, 초소수성 실리카 나노 입자(6) 및 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 판상수지(5)를 동시에 압축성형하는 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 코팅단계(S4)를 포함하는 항균기능이 향상된 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10)제조방법에 관한 것이다.
리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 합성수지(3)와 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제조하는 리놀렌산 및 탄닌 혼합단계(S1)를 포함하고, 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 혼합 마스터 배치(4)를 압출성형하는 압출단계(S2)를 포함하여 항균기능이 향상된 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10)을 제조하는 것이며, 추가적으로, 초소수성 실리카 나노 입자(6)를 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 판상수지(5)에 배치하는 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 배치단계(S3)를 포함하고, 초소수성 실리카 나노 입자(6) 및 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 판상수지(5)를 동시에 압축성형하는 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 코팅단계(S4)를 포함하는 항균기능이 향상된 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10)제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 합성수지 포장재 또는 포장재용 필름에 관한 것으로서, 특히 천연 식물로부터 유래한 리놀렌산 및 탄닌을 포함하여 항균성이 뛰어난 포장재용 수지 및 포장재용 필름에 관한 것이다.
최근 다양해진 삶의 모습과 특히 두드러지게 증가한 배달문화, 일회용 제품이용 증가 등으로 인해 식품, 의약품 등을 포함하는 다양한 제품에 다양한 종류의 포장재가 이용되고 있다.
따라서, 포장재 개발에 대한 관심은 갈수록 높아지고 있으며, 특히 친환경적인 소재 개발이나 미생물들에 대해 보존성이 향상되는 포장재 등 다양한 관점에서 시도하고 있다.
일반적인 포장재로서는 금속, 유리, 종이 및 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있으나, 식품, 음료 또는 의약품 등은 아직까지는 대부분 필름 형태의 합성수지를 기본으로 하는 제품이 많이 사용되고 있는 실정이다.
한편, 건강에 대한 관심 또는 편리성을 추구하는 소비 트랜드 확산에 따라 컵 과일, 샐러드 등 즉석 섭취용 신선편이 과일·채소에 대한 소비자 관심 증대되고 있으며, 그 신선편이 과일·채소 시장은 더 확대되고 있으며, 소비자들 또한 이러한 포장용기를 통해 사용시 신선도 위생 및 안정성을 가장 중요하게 생각하고 있다.
본 발명에서는 합성수지 소재에 대해 특히 항균성, 자외선 차단성 등을 높여 식품, 음료 및 의약품 등의 신선도. 안정성 및 보존성을 향상시키기 위해 리놀렌산을 포함하는 합성수지 필름을 제조하고자 하는데, 리놀렌산은 천연물질로서 인체에 무해한 원적외선이 광물성 게르마늄 수준으로 방출되는 것으로 알려져 있다.
원적외선은 파장이 25μm 이상인 적외선이며 가시광선보다 파장이 길어서 눈에 보이지 않고 열작용이 크며 침투력이 강한 특성을 가지고 이 때문에 세균을 제거하고 모세혈관을 확장시켜 혈액순환과 세포조직 생성에 도움 주는 것으로 알려져 있다.
따라서, 리놀렌산을 포함하는 합성수지로서 이용하고자 생활용 포장재 필름에서 기능성을 보유한 필름을 제작하여 식품 등의 저장 기간을 늘려주고 신선도를 장기간 유지하도록 하고자 한다.
또한, 일반 식품이나 차 등에서 많이 사용되고 있는 탄닌(tannin)은 폴리페놀의 일종인 방향족 화합물로, 단백질 또는 다른 거대 분자와 착화합물을 강하게 형성하기에 충분한 수의 페놀성 하이드록시기를 갖고 있다.
탄닌은 항산화작용을 하며, 탄닌의 성분자체가 살균력이 강해 세균증식을 억제하고 항바이러스 효과가 있다고 알려져 있다.
본 발명에서 항산화기능이 뛰어난 탄닌을 추가로 첨가하여 리놀렌산에 의한 원적외선 방사효과는 유지하면서도 불포화지방산의 단점인 산화를 억제시키기 위해서 항산화작용 기능이 있으면서 살균력이 있는 탄닌을 사용하였다.
이를 반영하듯, 대한민국 특허청에서는 리놀렌산을 포함하는 식물성 바이오매스를 이용한 필름을 제조하는 방법으로서 "식물체 바이오매스를 이용한 친환경 바이오 베이스 필름 및 그 제조방법" (특허문헌 1)을 개시하고 있으나, 특허문헌 1은 식물성 분말을 이용하여 필름제조시 산화제 중 하나로서 리놀레산 포함하는 것이지만, 본 발명은 리놀렌산 및 탄닌을 포함하는 필름을 제조하기 위한 최적의 배합비 및 공정을 통해 가장 높은 원적외선 방사효과를 개시하고자 하는 것이다.
또한, 대량생산이 용이하고 제조원가가 저렴한 식물성 오일을 함유하는 합성수지 및 합성섬유를 제공하는 방법으로서 "리놀렌산을 함유하는 합성수지 및 합성섬유, 그리고 그 제조방법" (특허문헌 2)에서는 리놀렌산을 포함하는 식물성 오일을 통해 합성하는 합성섬유 제조방법을 개시하고 있으나, 본 발명은 리놀렌산 및 탄닌을 포함하는 필름을 제조하기 위한 최적의 배합비 및 공정을 통해 가장 높은 원적외선 방사효과를 높이고자 하는 차이가 있다.
또한, 강도, 신도 및 항균성 등 제반 물성이 현저하게 향상된 플라스틱 제품을 제공하고자 폴리에스터 또는 폴리염화비닐인 합성수지에 리놀렌산, 올레익산, 리노레익산, 팔미틱산, 스테아릭산, 아라키딕산, 가돌레익산, 베헤닉산 및 리오나세릭산 모두를 함유하는 것을 특징으로 하는 "식물성 지방산을 함유하는 플라스틱 제품 및 그 제조방법" (특허문헌 3)을 개시하고 있으나, 특허문헌 3은 여러가지 지방산을 합성수지와 혼합하여 플라스틱을 제조하는 것인 반면, 본 발명은 리놀렌산 및 탄닌을 포함하여 항균성을 높이는 필름을 제조하는 차이가 있다.
또한, 리놀사의 원적외선 방사성은 향상시키고, 암모니아 소취성을 낮추기 위해 화산재 및 리놀렌산을 혼합하여 제조하는 "리놀렌산을 함유하는 고기능성 섬유 및 그 제조방법" (특허문헌 4)를 개시하고 있으나, 특허문헌 4는 화산재를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 반면, 본 발명은 리놀렌산 및 탄닌을 포함하여 항균성을 높이는 필름을 제조하기 위한 차이점이 있다.
본 발명은 상기 선행문헌들에서 개시한 바와 같이, 리놀렌산을 이용하여 항균성이 높은 합성수지 또는 합성 필름을 제조하면서, 항균효과 및 항바이스러스효과를 증가시키고, 리놀렌산의 산화정도를 지연시키기 위해 지방산과 결합하여 반응이 용이한 탄닌을 포함하여 합성수지 필름을 제조하여 시간이 지남에 따른 산화를 더디게 하여 원적외선의 방사율을 지속적이고 안정적으로 높이고자 하는 것이다.
리놀렌산(linolenic acid)은 불포화지방산으로서, 다양한 식물에서 추출 가능하다.
즉, 합성물질이 아닌 천연물질로부터 유래한 리놀렌산을 포함한 합성수지 필름에 대해 원적외선 방사율을 높여 항균성이 높은 합성수지 필름(또는 마스터 배치)을 제조하고자 하는 것이다.
또한, 리놀렌산을 포함하는 필름을 통해 항균성이 향상되어 바이러스, 세균 등의 오염을 방지할 수 있고, 포장재 내부의 보존물질의 보존성을 향상시키는 것이다.
따라서, 앞으로 다양한 포장재에 대한 사용증가가 예상되는 것과 함께 포장재 내부물질에 대한 여러 가지 미생물로부터 오염을 방지하여 신선도를 유지하면서 보존성을 증가시키는 것은 어느때 보다 중요한 해결문제로서 보다 간단하고 경제적인 공정으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 포장된 식품이나 의약품의 항균성을 보다 높게 유지할 수 있는 포장재 제조방법에 대한 기술적인 요구가 절실히 필요한 상황에 따라 항균효과 등이 향상되고 지속적으로 발현되며, 보존성이 향상된 코팅재를 제시하고자 한다.
비특허문헌 1. https://blog.naver.com/71423/221958875657 (2020.05.12)
섬유 또는 플라스틱 제품을 제조할 때, 항균성 같은 기능을 발현하기 위해서는 항균성 물질을 포함시키는 추가적 단계를 통해 이루어지는 경우가 많아, 기능성 물질의 추가 배합이 끝나고 클리닝을 필수적으로 진행시켜야 하는데, 이 클리닝 과정에서 제거되는 필름의 양이 상당량 소모될 수 밖에 없는 바, 본 발명에서는 공정을 단순화하여 제조과정에서 소모되는 필름의 로스(loss)를 줄이면서 클리닝 과정을 없애 공정을 단순화하고자 한다.
또한, 리놀렌산을 포함하는 섬유를 통해 원적외선 효과, 항균효과, 자외선 차단, 소취 기능, 정전기 방지 기능을 향상시키는 리놀렌산 섬유가 공지기술로서 시중에 판매되고 있는 상황에서 리놀렌산의 유효한 기능을 필름 및 플라스틱 재료에 활용 가능성을 제시하고 탄닌을 추가로 첨가하여 리놀렌산의 원적외선 방사효과는 유지하면서도 불포화지방산의 약점인 산화를 약화시키기 위해서 항산화작용 기능이 있으면서 항균효과 및 항바이러스 효과를 제공할 수 있다.
또한, 제조공정의 단순화를 위해 합성수지 및 리놀렌산 및 탄닌의 혼합을 통해 원적외선 발생 및 혼합비율별 원적외선 방사효과가 장시간 항상성을 가지고 지속적으로 유지시키고자 한다.
또한, 무기광물 등을 포함하는 필름 등에 비해 식물 유래 성분인 리놀렌산을 이용하고 탄닌과 같은 유기물을 이용하여 포장재 개발시 인체에 무해한 제품을 개발하고자 한다.
또한, 항균성이 향상된 필름에 보존성이 향상된 초소수성 SNP 코팅층을 포함하여 포장재 내부의 보존성을 향상시키고자 한다.
본 발명은, 상기 언급한 과제를 해결하기 위한 항균성이 향상된 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10) 제조방법은,
리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 합성수지(3)와 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제조하는 리놀렌산 및 탄닌 혼합단계(S1)를 포함할 수 있다.
또한, 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 혼합 마스터 배치(4)를 압출성형 하는 압출단계(S2);를 포함할 수 있다.
또한, 초소수성 실리카 나노 입자(6)를 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 판상수지(5)에 배치하는 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 배치단계(S3)를 포함할 수 있다.
또한, 초소수성 실리카 나노 입자(6) 및 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 판상수지(5)를 동시에 압축성형하는 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 코팅단계(S4)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 필름(10)은 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 필름(10)은 초소수성 실리카 나노 입자(6)가 코팅된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 합성수지(2)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 페트(PET), 폴리스틸렌(PS), 나일론, 연신폴리프로필렌 및 저밀도 폴리에틸렌 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 항균성이 향상된 필름은 다른 무기물질 유래 성분을 포함하여 항균성을 증가시킨 제품과 달리 클리닝 과정을 필수적으로 거칠 필요가 없어 공정의 단순화 및 제거되는 필름의 양을 줄일 수 있다.
또한, 리놀렌산을 포함한 필름에 대해 활용 가능성을 제시하고 기능성 필름 및 포장재의 기능성(항균성)을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 리놀렌산에 탄닌을 포함하여 리놀렌산의 산화정도를 지연시켜 원적외선 방사율을 지속이고 안정적으로 제공할 수 있다.
또한, 항균성이 향상된 필름에 보존성이 향상된 초소수성 SNP 코팅층을 포함하여 포장재 내부의 보존성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 무기광물과 달리 식물 유래 성분인 리놀렌산을 이용하여 포장재 개발시 인체에 전혀 무해한 제품을 제공하는 효과가 있다.
다양한 식품 시장에서 저장 및 유통 보존 기술이 발전하지 못하여 상품성 저하 및 폐기로 어려움을 겪고 있는 상황을 해결할 수 있는 효과가 있다.
특히, 농산물에 대한 항균성 및 보존성 증가로 농산물의 해외 수출입시 기존의 항공 운송에서 해상운송으로의 전환이 가능하게 되어 물류비 절감의 효과가 있다.
첨부된 도면은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공정 및 다른 필름 제작 공정을 비교한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 배치 폴리머에 대한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기능성 필름에 대한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 대한 공정도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원적외선 방사율 및 방사에너지 시험성적서이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 원적외선 방사율 및 방사에너지 시험성적서이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공정 및 다른 필름 제작 공정을 비교한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 배치 폴리머에 대한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기능성 필름에 대한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 대한 공정도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원적외선 방사율 및 방사에너지 시험성적서이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 원적외선 방사율 및 방사에너지 시험성적서이다.
이하, 본 발명에 따른 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름 제조방법, 특히 항균성이 향상된 필름 제조방법에 관하여 상세히 설명하나, 상기 필름 제조방법의 범위가 하기 설명에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 설명에서 사용되는 '합성수지'는 일반 합성수지를 의미하며, '혼합 마스터 배치(4)'는 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 합성수지를 혼합하여 제조된 펠렛을 의미하며, '판상수지(5)'는 상기 '리놀렌산 및 탄닌을 포함한 혼합 마스터 배치'를 압출한 것을 의미한다.
최근 팬데믹으로 인하여 급속도로 변화된 생활 패턴으로 인해 미생물 감염에 대한 인식이 급격히 높아지면서 항균성이 향상된 섬유 또는 플라스틱과 같이 일반 생활에 필요한 물품들에 대해 안정성을 높이기 위한 제품에 대해 다양한 제조방법이 소개되고 있다.
예를 들어, 항균성을 높이기 위한 섬유 또는 합성수지 제조를 위해 리놀렌산과 같은 식물성 오일을 포함하는 제품 뿐만 아니라 옥이나 게르마늄 또는 화산재 같은 광물을 포함한 항균성을 높이기 위한 제품들이 소개되고 있다.
이와 같이, 리놀렌산과 같은 식물성 오일을 포함하거나 광물을 이용하여 항균성을 높이는 경우 제조과정에서 필수적으로 세정단계가 필요한 경우가 있다.
그러나, 이는 제조공정을 복잡하게 할 뿐만 아니라, 세정단계에서 제조하고자 하는 제품의 손실(loss)이 불가피하게 된다.
따라서, 항균성이 향상된 필름을 제조하기 위한 제조공정을 단축시키고, 제조공정으로 인한 제품의 손실을 방지할 필요가 있다.
도 1에 의하면, 도 1(a)는 항균성 물질을 포함하는 기존의 제조공정이며, 도 1(b)는 본 발명에 의한 제조공정이다.
즉, 기존의 방법에 의하면 식물성오일 또는 광물과 같은 항균물질을 포함시켜 항균효과를 갖는 도록 하기 위해서는 ①압출공정, ②인쇄공정, ③천공공정, ④기능성 물질 추가 공정, ⑤세정공정, 및 ⑥가공공정이 필요하게 된다.
그러나, 본 발명에 의하면 ①리놀렌산 및 탄닌을 합성수지와 혼합하는 혼합공정, ②압출공정, ③가공공정의 단순화된 공정을 통해 항균효과가 향상되고 지속성이 높은 혼합 마스터 배치 또는 항균성 필름이 완성될 수 있다.
리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 합성수지(3)와 혼합하여 제조한 혼합 마스터 배치(4)는 통상의 합성수지 마스터 배치(펠렛)과 같이 펠렛을 잘 형성하는 것을 도 2에서와 같이 확인할 수 있다. 도 2(a)는 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하지 않은 통상의 폴리프로필렌 마스터 배치이고, 도 2(b)는 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하여 제조한 폴리프로필렌 마스터 배치에 대한 사진으로서, 휘발성 특징을 가지고 있는 리놀렌산을 포함한 폴리프로필렌의 경우에도 통상의 폴리프로필렌 마스터 배치의 색과 모양의 차이가 있지만, 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하여도 혼합 마스터 배치(4)로서 펠렛을 잘 형성시키는 것을 확인할 수 있다(도 2(b)).
리놀렌산(1)은 식물성 지방산으로서 18개의 탄소 사슬에 두 개의 이 중 결합을 가진 불포화 지방산. 냄새와 색이 없는 액체로, 면실유, 옥수수유 따위에서 분리, 정제하여 얻는다.
탄닌(2)은 일반 식품이나 차 등에서 많이 사용되고 있는 것으로서, 탄닌(tannin)은 폴리페놀의 일종인 방향족 화합물로, 단백질 또는 다른 거대 분자와 착화합물을 강하게 형성하기에 충분한 수의 페놀성 하이드록시기를 갖고 있다.
상기 합성수지(3)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 페트(PET), 폴리스틸렌(PS), 나일론, 연신폴리프로필렌 및 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 합성수지(3) 중에서 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 페트(PET), 폴리스틸렌(PS) 각각에 대하여 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제작한 후 압출단계(S2)를 통해 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10)을 각각 제작한다.
도 3과 같이, 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함한 합성수지(3)로서 폴리프로필렌을 혼합하여 제조된 혼합 마스터 배치(4)를 통해 기능성 필름(10)을 제작하였다.
도 4에서와 같이, 이하에서는 본 발명의 실시단계를 설명한다.
첫째. 리놀렌산(1)은 1.3중량% 내지 1.5중량% 를 포함하고, 탄닌(2)은 1.1중량% 내지 1.2중량% 를 포함하여 합성수지(3)와 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제조한다. (리놀렌산 및 탄닌 혼합단계(S1))
둘째. 상기 단계에서 혼합 제조된 혼합 마스터 배치(4)를 압출하여 기능성 필름(10)을 형성한다. ( 압출단계 (S2))
셋째. 이후 필름에 인쇄 또는 가공단계를 추가할 수 있다.
<
실시예
>
본 발명의 실시예를 통해 상기 각 단계를 보다 상세히 설명한다.
리놀렌산 및
탄닌
혼합단계(S1)
첫째로, 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)를 합성수지(3)와 혼합하여 리놀렌산이 1.3중량% 내지 1.5중량%가 되도록 하고, 탄닌(2)은 1.2중량% 가 되도록 혼합 마스터 배치(3)를 제조한다. (리놀렌산 및 탄닌 혼합단계(S1))
상기 합성수지(3)는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 페트(PET), 폴리스틸렌(PS) 각각에 대해 리놀렌산(1)을 1.5중량%, 탄닌(2) 1.1중량% 내지 1.2중량% 가 되도록 혼합한다.
필요에 따라, 리놀렌산 혼합단계(S1)에서 산화방지제, 열 안정제, 점도 개선제 등과 같은 첨가제를 더 추가할 수 있다.
또한, 리놀렌산 및 탄닌 혼합단계(S1)에서 작업성을 향상시키기 위하여 촉매제를 첨가하여 사용하여 결합속도를 향상시킬 수도 있다.
압출단계
(S2)
둘째로, 첫째단계에서 혼합 제조된 혼합 마스터 배치(4)를 압출하여 기능성 필름(10)을 형성한다. ( 압출단계 (S2))
압축롤러 또는 금형을 160℃ 내지 180 ℃에서 5분 동안 가열하고, 압력은 7.5 내지 8 MPa에 도달할 때까지 유압 펌프를 사용하여 압력을 가한다.
상기 압출단계(S2)는 필요에 따라 상기 압출과정을 추가로 한번 더 실시할 수도 있다.
상기 과정에 의해 복잡한 공정없이 합성수지(3)를 통해 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함한 혼합 마스터 배치(4)를 제조할 수 있고, 상기 혼합 마스터 배치(4)를 압출성형을 통해 기능성 필름(10)을 제조할 수 있다. 상기 혼합 마스터 배치(4) 또는 기능성 필름(10)은 원적외선 방사에 의해 항균성이 뛰어나며, 탄닌(2)의 항산화작용 및 항균효과에 의해 항균성이 향상되면서 리놀렌산(1)에 대한 산화를 늦출 수 있게 되어 항균작용의 지속성을 늘릴 수 있게 된다.
압출단계(S2)후 필요에 따라 필름(10)에 인쇄를 하거나 필름의 균일성 등을 확인하기 위한 가공 후 필요에 따라 재인쇄 과정을 포함할 수 있다.
합성수지(3)에 리놀렌산(1)과 같은 식물성 지방 및 탄닌(2)과 같은 유기물질을 포함하는 경우 혼합 마스터 배치(4)인 펠렛을 잘 형성하는지 또는 펠렛의 물성과 강도 및 신도를 확인하고, 원적외선 방사량의 변화를 확인하기 위해 아래와 같이 비교실험을 하였다.
<
비교예
1>
폴리프로필렌에 리놀렌산(1) 2중량% 및 탄닌(2) 1.5중량% 가 되도록 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제조한다.
상기 혼합 마스터 배치(4) 를 압축롤러 또는 금형을 160℃ 내지 180 ℃에서 5분 동안 가열하고, 압력은 7.5 내지 8 MPa에 도달할 때까지 유압 펌프를 사용하여 기능성 필름(10)을 제조하였다.
<
비교예
2>
폴리프로필렌에 리놀렌산(1) 2.5중량% 및 탄닌(2) 1.5중량% 가 되도록 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제조한다.
상기 혼합 마스터 배치(4) 를 압축롤러 또는 금형을 160℃ 내지 180 ℃에서 5분 동안 가열하고, 압력은 7.5 내지 8 MPa에 도달할 때까지 유압 펌프를 사용하여 기능성 필름(10)을 제조하였다.
<
비교예
3>
폴리프로필렌에 리놀렌산(1) 2.0중량% 및 탄닌(2) 2.0중량% 가 되도록 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제조한다.
상기 혼합 마스터 배치(4) 를 압축롤러 또는 금형을 160℃ 내지 180 ℃에서 5분 동안 가열하고, 압력은 7.5 내지 8 MPa에 도달할 때까지 유압 펌프를 사용하여 기능성 필름(10)을 제조하였다.
<
비교예
4>
폴리프로필렌에 리놀렌산(1) 2.5중량% 및 탄닌(2) 2중량% 가 되도록 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제조한다.
상기 혼합 마스터 배치(4) 를 압축롤러 또는 금형을 160℃ 내지 180 ℃에서 5분 동안 가열하고, 압력은 7.5 내지 8 MPa에 도달할 때까지 유압 펌프를 사용하여 기능성 필름(10)을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예들의 포함비는 아래 표 1과 같다.
| 구분 | 리놀렌산(1) | 탄닌(2) |
| 실시예 | 1.5중량% | 1.2중량% |
| 비교예 1 | 2.0중량% | 1.5중량% |
| 비교예 2 | 2.5중량% | 1.5중량% |
| 비교예 3 | 2.0중량% | 2.0중량% |
| 비교예 4 | 2.5중량% | 2.0중량% |
이는 휘발성 특성을 가지고 있는 리놀렌산(1) 또는 유기물인 탄닌(2)이 많이 포함될수록 필름의 물성이 떨어질 수 있기 때문에 리놀렌산 함량에 따른 필름으로 생산시 물성여부를 확인하기 위한 것이며(실험예 1), 또한, 리놀렌산의 함량에 따른 원적외선 방사율 및 방사에너지를 확인하여 최적의 함량을 확인하고자 하였다.(실험예 2)
<실험예 1> 실시예 및 비교예에 따른 필름 물성변화 확인
| 구분 | 강도 | 신도 (%) |
| 실시예 | 18.4 | 126 |
| 비교예 1 | 18.1 | 120 |
| 비교예 2 | 17.9 | 116 |
| 비교예 3 | 17.2 | 110 |
| 비교예 4 | 16.8 | 107 |
상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 각각의 필름에 대한 강도 및 신도를 측정하기 위해 인장강도 및 신도는 JIS L 1096의 컷-스트립법 (시료 폭 5㎝, 길이 14㎝)에 의해 측정하였다.
리놀렌산 함량에 따라 필름으로 생산시 물성여부를 확인하기 위한 것이며, 실시예의 리놀렌산 1.5 중량% 및 탄닌 1.2중량%를 포함하는 폴리프로필렌 (PP)을 통한 필름(10)을 제조한 경우 강도는 18.4 신도는 126%을 나타냈고, 비교예 1의 리놀렌산 2 중량% 및 탄닌 1.5중량%를 포함하는 폴리프로필렌 (PP)을 통한 필름(10)을 제조한 경우 강도는 18.1 신도는 120%을 나타냈고, 비교예 2의 리놀렌산 2.5 중량% 및 탄닌 1.5중량%를 포함하는 폴리프로필렌 (PP)을 통한 필름(10)을 제조한 경우 강도는 17.9 신도는 116%을 나타냈고, 비교예 3의 리놀렌산 2.0 중량% 및 탄닌 2.0중량%를 포함하는 폴리프로필렌 (PP)을 통한 필름(10)을 제조한 경우 강도는 17.2 신도는 110%을 나타냈고, 비교예 4의 리놀렌산 2.5 중량% 및 탄닌 2.0중량%를 포함하는 폴리프로필렌 (PP)을 통한 필름(10)을 제조한 경우 강도는 16.8 신도는 107%를 나타내는 것을 확인하였다.
즉 리놀렌산(1) 또는 탄닌(2) 함량비가 높아질수록 강도나 신도와 같은 물성은 감소되는 것을 확인하였다.
리놀렌산(1) 1.5중량% 및 탄닌(2) 1.2중량%인 실시예의 경우 물성에서 가장 양호하였으며, 또한, 아래의 실험예 2와 같이 방사율 및 방사에너지가 효율성이 높으면서 물성에 영향이 없는 범위로 확인하였다.
<실험예 2> 실시예 및 비교예에 따른 원적외선 방사율 확인
| 구분 | 방사율 (5~20μm) |
방사에너지 (W/m2·μm, 37℃) |
| 실시예 | 0.889 | 3.43X102 |
| 비교예 1 | 0.890 | 3.44X102 |
| 비교예 2 | 0.891 | 3.48X102 |
| 비교예 3 | 0.891 | 3.51X102 |
| 비교예 4 | 0.893 | 3.52X102 |
상기 방사율 및 방사에너지 측정은 KFIA-HI-1005 시험법에 의하였으며, 37℃에서 FT-IR 스펙트로미터를 이용한 BLACK BODY대비 측정한 결과이다.
도 5 및 도 6에서와 같이 리놀렌산(1) 및 탄닌(2) 함량에 따라 필름으로 생산시 방사율 및 방사에너지를 측정하기 위한 것이며, 실시예는 1.5중량% 리놀렌산(1) 및 1.2중량%의 탄닌(2)을 포함하는 폴리프로필렌 (PP) 을 통해 필름(10)을 제조한 경우 도 6(a)에서와 같이, 방사율은 0.889 로 확인되었고, 방사에너지는 도 6(b)에서와 같이 3.43X102로 확인되었다. 이는 옥이나 게르마늄을 포함하였을 때 측정되는 방사값보다 높은 수치를 확인할 수 있었다.
비교예 1은 2.0중량% 리놀렌산(1) 및 1.5중량%의 탄닌(2)을 포함하는 폴리프로필렌(PP)을 통해 필름(10)을 제조한 경우 방사율은 0.890 및 방사에너지는 3.44X102로 확인되었고, 비교예 2는 2.5중량% 리놀렌산(1) 및 1.5중량%의 탄닌(2)을 포함하는 폴리프로필렌(PP)을 통해 필름(10)을 제조한 경우 방사율은 0.891 및 방사에너지는 3.48X102로 확인되었고, 비교예 3은 2.0중량% 리놀렌산(1) 및 2.0중량%의 탄닌(2)을 포함하는 폴리프로필렌(PP)을 통해 필름(10)을 제조한 경우 방사율은 0.891 및 방사에너지는 3.51X102로 확인되었고, 비교예 4는 2.5중량% 리놀렌산(1) 및 2.0중량%의 탄닌(2)을 포함하는 폴리프로필렌(PP)을 통해 필름(10)을 제조한 경우 방사율은 0.893 및 방사에너지는 3.52X102로 확인되어, 리놀렌산 함량이 증가할수록 방사율 및 방사에너지는 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 합성수지(3)에 포함하였을 때, 강도 및 신도와 같은 물성과 방사율 및 방사에너지를 전체적으로 고려하였을 때, 1.5중량% 리놀렌산 및 1.2중량% 탄닌을 포함하는 폴리프로필렌(PP)을 통해 제조한 필름(실시예)이 가장 물성에 영향을 덜 미치는 반면, 원적외선 방사율 및 방사에너지가 방출이 효과적임을 확인하였다.
본 발명은 상기와 같이 항균성을 향상시키기 위해 리놀렌산(1)을 포함하고, 원적외선 방사능에 대한 지속성을 유지하기 위하여 탄닌(2)을 더 포함하는 바, 이를 통해 항균성이 향상되는 포장재용 기능성 필름(10) 또는 혼합 마스터 배치(4)로서 펠렛을 제조할 수 있다.
한편, 포장재로서의 기능성 필름(10)이 항균성이 증가하는 것과는 별개로 포장재의 내부 물질의 보존성이 향상되는 것은 포장재의 기본적인 목적으로서 매우 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 본 발명의 발명자가 개발하여 등록 받은 특허로서 초소수성 실리카 나노 입자(SNP)(6)층을 코팅하여 필름 내부 물질의 보존성을 향상시키고자 하였다.
초소수성 나노 물질로 표면 형성시 접촉각 (contact angle, CA)이 150°보다 크게 되거나, 10° 미만인 슬라이딩 각도(SA)를 갖게 되는 나노물질로부터 표면에 대해 소수성의 성질을 갖게 된다.
이러한 초소수성 나노물질 코팅에 의해 기존에 포장재의 외부층에 사용될 수 있는 독성물질을 대체하거나 비용이 많이 드는 제조공정을 단축할 수 친환경적이고 경제적인 초소수성 코팅이 가능하게 되었다.
본 발명에서는 코팅물질로서 초소수성 실리카 나노 입자(Silica nano particle(SNP)(6)를 사용한다.
초소수성
실리카 나노 입자(SNP) 배치단계(S3)
상기 리놀렌산 및 탄닌 혼합단계(S1)에 의해 생성된 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함한 폴리프로필렌인 혼합 마스터 배치(4) 펠렛을 2 내지 3mm 크기 정도로 준비한다.
상기 폴리프로필렌인 혼합 마스터 배치(4) 펠렛을 가열기를 사용한 압축 성형법에 의해 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함한 판상인 폴리프로필렌 판상수지(5)를 제조한다.
상기 압축 성형은 가열 프레스 기계 (D1P-25J, 대흥사이언스)를 사용하였다.
상기 압축 성형 조건은 160℃ 내지 180℃에서 5분간 가열하며 7.5 내지 8 MPa에 도달하여 완전히 경화될 때까지 압축 성형한다.
압축 성형 후 상온에서 30분간 냉각시켰다.
판상으로 된 폴리프로필렌 판상수지(5)를 금형 캐비티에 넣은 후 초소수성 실리카 나노 입자(6)를 판상인 폴리프로필렌 판상수지(5) 위에 배치하였다.
이때, 초소수성 실리카 나노 입자(6) 및 판상인 폴리프로필렌 판상수지(5)는 1:1 중량비로 한다.
초소수성
실리카 나노 입자(SNP) 코팅단계(S4)
압축성형법에 의해 초소수성 실리카 나노 입자(6)를 폴리프로필렌 판상수지(5)에 코팅한다.
이때, 금형을 160℃ 내지 180℃에서 5분 동안 가열하고, 압력은 7.5 내지 8 MPa에 도달할 때까지 유압 펌프를 사용하여 압력을 가한다.
이후 초소수성 실리카 나노 입자(6)가 폴리프로필렌 판상수지(5)에 완전히 코팅되어 압축되도록 닫힌 상태를 유지한다.
이때 상기의 이때, 금형을 160℃ 내지 180℃에서 5분 동안 가열하고, 압력은 7.5 내지 8 MPa에 도달할 때까지 유압 펌프를 사용하여 압력을 가하는 과정을 추가로 실시할 수 있다.
마지막으로, 상기 초소수성 실리카 나노 입자(6)가 폴리프로필렌 판상수지(5)에 코팅된 상태에서 실온에서 40분 이상 냉각시킨다.
상기 과정에 의해 항균성이 향상된 필름 뿐만 아니라 보존성이 향상된 필름을 제조할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함한 항균성이 향상된 필름에 의해 공정을 단순화하고 제품 생산과정에서 로스(loss)되는 필름의 양을 줄일 수 있으며, 원적외선 방사효과를 극대화하여 항균성이 향상되는 필름을 제조하게 되고, 식물 유래 성분인 리놀렌산을 이용하여 포장재 개발시 인체에 전혀 무해한 제품을 제공하는 효과가 있다.
또한, 포장재 필름 내부 물질에 대해 보존성이 향상된 필름을 제공하는 효과가 있다.
전술한 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 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.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 리놀렌산
2 : 탄닌
3 : 합성수지
4 : 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 혼합 마스터 배치
5 : 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 판상수지
6 : 초소수성 실리카 나노 입자(SNP)
10: 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름
S1 : 리놀렌산 및 탄닌 혼합단계
S2 : 압출단계
S3 : 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 배치단계
S4 : 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 코팅단계
2 : 탄닌
3 : 합성수지
4 : 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 혼합 마스터 배치
5 : 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 판상수지
6 : 초소수성 실리카 나노 입자(SNP)
10: 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름
S1 : 리놀렌산 및 탄닌 혼합단계
S2 : 압출단계
S3 : 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 배치단계
S4 : 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 코팅단계
Claims (5)
- 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 합성수지(3)와 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제조하는 리놀렌산 및 탄닌 혼합단계(S1);
리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 혼합 마스터 배치(4)를 압출성형하는 압출단계(S2);를 포함하는
항균기능이 향상된 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10)제조방법 - 제1항에 있어서,
초소수성 실리카 나노 입자(6)를 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 판상수지(5)에 배치하는 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 배치단계(S3);
초소수성 실리카 나노 입자(6) 및 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 판상수지(5)를 동시에 압축성형하는 초소수성 실리카 나노 입자(SNP) 코팅단계(S4);
를 포함하는
항균기능이 향상된 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10)제조방법 - 리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 합성수지(3)와 혼합하여 혼합 마스터 배치(4)를 제조하는 리놀렌산 및 탄닌 혼합단계(S1);
리놀렌산(1) 및 탄닌(2)을 포함하는 혼합 마스터 배치(4)를 압출성형하는 압출단계(S2);를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는
항균기능이 향상된 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10) - 제3항에 있어서,
초소수성 실리카 나노 입자(6)가 코팅된 것을 특징으로 하는
항균기능이 향상된 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10) - 제3항에 있어서,
상기 합성수지(3)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 페트(PET), 폴리스틸렌(PS), 나일론, 연신폴리프로필렌 및 저밀도 폴리에틸렌 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
항균기능이 향상된 리놀렌산 및 탄닌을 포함한 기능성 필름(10)
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