KR102557879B1 - 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법, 이로부터 제조된 아이스팩 충진제 조성물 및 이를 포함하는 아이스팩 - Google Patents

천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법, 이로부터 제조된 아이스팩 충진제 조성물 및 이를 포함하는 아이스팩 Download PDF

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Abstract

폐기가 용이하고 환경오염을 최소화할 수 있는 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, (S1) 천연 고분자를 포함하는 천연 고분자 분산액과 형태 안정제가 혼합된 제1 혼합물을 준비하는 단계; (S2) 상기 제1 혼합물에 카보머 분산액을 첨가한 이후 교반하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 (S3) 상기 제2 혼합물에 가교제를 첨가하여 가교반응을 진행하는 단계를 포함하는, 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법을 제공한다.

Description

천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법, 이로부터 제조된 아이스팩 충진제 조성물 및 이를 포함하는 아이스팩{PREPARING METHOD OF ICE PACK FILLER COMPOSITION USING NATURAL POLYMERS, ICE PACK FILLER COMPOSITION AND ICE PACK COMPRISING THE SAME}
본 발명은 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법, 이로부터 제조된 아이스팩 충진제 조성물 및 이를 포함하는 아이스팩에 관한 것이다.
배달 문화가 발달하면서 주변의 음식점에서 제공되는 완성된 제품부터 각종 원자재 생물에 이르기까지 다양한 음식들이 손쉽게 구매가능 할 뿐만 아니라 다른 지역의 음식을 비롯한 특산물도 다음날 바로 우리 상에 오를 수 있을 정도로 배달 문화는 발달되고 있다.
음식을 빠르게 배달하는 것도 중요한 요소 중 하나지만 그보다 중요한 것이 신선도이므로 이로 인해 포장재의 발달과 더불어 저온상태를 유지할 수 있는 아이스팩도 동시에 발달되고 있는 추세이다. 아이스팩은 주로 음식 포장에 사용하고 있으며, 이는 여름철뿐만 아니라 겨울철에도 일정한 온도상태 유지를 위해 많이 사용하고 있다. 또한 아이스팩은 일반가정에서도 여름철 캠핑을 비롯한 다양한 여가활동에 필요한 요소로 차지하고 있어 우리 생활에 필수 용품이라고 할 수 있다.
종래에는 물을 얼려 사용하는 형태의 아이스팩 보다 냉각 상태를 오래 지속할 수 있는 고흡수성 수지가 충진된 아이스팩이 주로 사용되어 왔다. 고흡수성 수지는 폴리아크릴레이트의 측쇄기의 일정 부분이 소듐(Sodium; Na)으로 치환된 구조로, 충분한 물을 흡수할 경우 겔(Gel) 형태가 되며, 1g당 최소 300 내지 1000g의 물을 흡수하며, 기저귀, 생리대, 수유패드 및 아이스팩의 주요 원료로 사용되고 있다. 그러나, 고흡수성 수지는 얼음에 비하여 상대적으로 냉각 상태를 지속할 수 있는 이점이 있으나, 폐기가 용이하지 못한 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 폐기가 용이하고 환경오염을 효과적으로 예방할 수 있는 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 아이스팩 충진제 조성물의 완전용해시간을 길게 조절할 수 있으며, 아이스팩의 보냉 성능을 긴 시간 동안 유지할 수 있는 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법으로 제조된 아이스팩 충진제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 아이스팩 충진제 조성물을 포함하는 아이스팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면, (S1) 천연 고분자를 포함하는 천연 고분자 분산액과 형태 안정제가 혼합된 제1 혼합물을 준비하는 단계; (S2) 상기 제1 혼합물에 카보머 분산액을 첨가한 이후 교반하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 (S3) 상기 제2 혼합물에 가교제를 첨가하여 가교반응을 진행하는 단계; 를 포함하는, 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 상기 제1 측면에 있어서 상기 천연 고분자는, 탄수화물계 천연 고분자 및 단백질계 천연 고분자 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 상기 제2 측면에 있어서 상기 탄수화물계 천연 고분자는 덱스트린(Dextrin), 산변성전분, 산화전분, 메틸셀룰로오스(methyl cellulose), 에틸셀룰로오스(Ethyl cellulose), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxmethyl cellulose:CMC), 질산셀룰로오스(nitrocellulose), 아세트산셀룰로오스(acetic cellulose), 아라비아 고무(gum arabic), 트래거캔스검(tragacanth gum), 카라야검(karaya gum), 로커스트빈검(locust bean gum), 구아검(guar gum), 잔탄검(Xanthan gum), 알긴산(alginic acid), 알긴산나트륨(sodium alginate) 및 한천(agar) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 단백질계 천연 고분자는 젤라틴(gellatin), 알부민(albumin) 및 카제인(casein) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제3 측면 중 어느 하나에 있어서 상기 형태 안정제는 이미다졸리디닐우레아(imidazolidinyl urea), 디아졸리디닐우레아(Diazolidinylurea), 메틸클로로이소치아졸리논(methylchloroisothiazolinone), 메틸아이소싸이아졸리논(Methylisothiazolinone), 디엠디엠하이단토인(DMDM Hydantoin), 메틸파라벤(methyl paraben), 트리클로산(triclosan), 프로피온산(propionic acid), 소르빈산(sorbic acid), 벤조산(benzoic acid), 아황산염(sulfite), 이초산나트륨(sodium diacetate), 나이신(nisin), 디하이드로아세트산(dehydro acetic acid), 아질산나트륨(sodium nitrite), 카프릴산(caprylic acid), 포름산에틸(ethyl formate) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제4 측면 중 어느 하나에 있어서 상기 카보머 분산액의 제조방법은 카보머 및 계면활성제를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제3 혼합물에 옥수수 전분 수용액을 첨가한 후 교반하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 제6 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제5 측면 중 어느 하나에 있어서 상기 카보머 분산액의 함량은 상기 천연 고분자 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부일 수 있다.
본 발명의 제7 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제6 측면 중 어느 하나에 있어서 상기 가교제는 붕소 화합물, 인계 화합물 및 실리카계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 제8 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제7 측면 중 어느 하나에 있어서 상기 (S3) 단계는 상기 제2 혼합물의 온도를 40℃이상으로 승온시키는 단계; 상기 승온된 제2 혼합물을 4 내지 8분 동안 300 내지 340rpm의 교반속도로 1차 교반하는 단계; 및 상기 1차 교반된 결과물을 2 내지 4분 동안 100 내지 200rpm의 교반속도로 2차 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제9 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제8 측면 중 어느 하나에 따른 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법으로 제조된 아이스팩 충진제 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 제10 측면에 따르면, 상기 제9 측면에 따른 아이스팩 충진제 조성물을 포함하는 아이스팩을 제공할 수 있다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면(Aspect)에 따르면, 폐기가 용이하고 환경오염을 효과적으로 예방할 수 있는 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 아이스팩 충진제 조성물의 완전용해시간을 길게 조절할 수 있으며, 아이스팩의 보냉 성능을 긴 시간 동안 유지할 수 있는 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 포장재를 친환경적인 재질로 구성함으로써 친환경적인 아이스팩을 구현할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면서 함께 기술한다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥 상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 용어 '내지'를 사용하여 나타낸 수치의 범위는, 상기 용어의 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한 값과 상한 값으로 포함하는 수치의 범위를 나타낸다. 임의의 수치범위의 상한과 하한으로의 수치 값이 각각 복수 개로 개시된 경우, 본 명세서에서 개시하는 수치의 범위는 복수의 하한 값 중 임의의 하나의 값 및 복수의 상한 값 중 임의의 하나의 값을 각각 하한 값 및 상한 값으로 하는 임의의 수치의 범위로 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (S1) 천연 고분자를 포함하는 천연 고분자 분산액과 형태 안정제가 혼합된 제1 혼합물을 준비하는 단계; (S2) 상기 제1 혼합물에 카보머 분산액을 첨가한 이후 교반하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 (S3) 상기 제2 혼합물에 가교제를 첨가하여 가교반응을 진행하는 단계를 포함하는, 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법을 제공한다. 종래에는 고흡수성 수지가 충진된 아이스팩은 가격이 저렴하고 쉽게 구매가 가능하여 대부분 일회용으로 사용됨에 따라, 쓰레기의 증가를 야기시키는 문제점이 있었고, 고흡수성 수지가 충진된 아이스팩은 외부 포장재와 포장재의 내부에 충전되어 있는 고흡수성 수지를 분리 배출해야 하는데, 가정이나 회사 등과 같이 별도의 특수처리 시설이 구비되어 있지 않은 곳에서는 겔 상태의 고흡수성 수지를 싱크대나 하수구에 버리게 되는 문제점이 있었다. 또한 싱크대나 하수구의 배관으로 유입된 고흡수성 수지는 겔 상태를 유지하려는 물질적인 특성에 의해 배관 내벽에 유착되어 배관의 유로를 차단하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 배관으로부터 고흡수성 수지가 배출된다고 하더라도 고흡수성 수지가 초미세 플라스틱 상태로 강이나 바다로 흘러 들어가게 되어 환경에 치명적인 영향을 미치게 되는 문제점이 있었으며, 하수처리장으로 유입된 고흡수성 수지는 다양한 물질과 결합하여 하수처리장비의 고장을 유발하는 문제점이 있었다. 나아가 고흡수성 수지가 충진된 아이스팩을 소각처리한다 하더라도 겔 상태의 고흡수성 수지를 불에 태우기에는 엄청난 에너지가 동반되어야 하므로, 소각 방식은 실질적으로 적용이 불가능한 문제점이 있었다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 천연 고분자 분산액과 형태 안정제가 혼합된 제1 혼합물에 카보머 분산액을 첨가한 이후 가교반응을 진행함으로써, 아이스팩 충진제 조성물의 완전용해시간을 길게 조절하여 긴 시간 동안 보냉 효과를 구현할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 싱크대나 하수구로 바로 처리가 가능하여 폐기가 용이하고, 이로 인해 환경오염문제를 예방할 수 있고 자연분해가 가능하고 동·식물의 사료 또는 토양에 뿌려지는 거름으로 재활용이 가능하여 친환경적인 효과를 구현할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.
1. 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법
(S1) 천연 고분자를 포함하는 천연 고분자 분산액과 형태 안정제가 혼합된 제1 혼합물을 준비하는 단계;
본 발명에 따른 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법은, 천연 고분자의 특성을 이용하여 아이스팩 충진제 조성물의 보냉 효과를 유지하기 위해 (S1) 천연 고분자를 포함하는 천연 고분자 분산액과 형태 안정제가 혼합된 제1 혼합물을 준비하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 천연 고분자 분산액은 천연 고분자 및 상기 천연 고분자를 분산시키는 분산매를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 천연 고분자는 화학적으로 안정되며 물을 잘 흡수하는 등 다양한 물리화학적 특성을 가지고 있으며, 점성이 높은 겔 형태로 쉽게 변화될 수 있고, 폐기가 용이한 장점을 가질 수 있다. 구체적으로 상기 천연 고분자는 상기 분산매에 용해되지 않고 현탁액 또는 콜로이드 상태로 분산될 수 있다.
본 발명에 따른 천연 고분자는 탄수화물계 천연 고분자 및 단백질계 천연 고분자 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄수화물계 천연 고분자는 덱스트린(Dextrin), 산변성전분, 산화전분, 메틸셀룰로오스(methyl cellulose), 에틸셀룰로오스(Ethyl cellulose), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxmethyl cellulose:CMC), 질산셀룰로오스(nitrocellulose), 아세트산셀룰로오스(acetic cellulose), 아라비아 고무(gum arabic), 트래거캔스검(tragacanth gum), 카라야검(karaya gum), 로커스트빈검(locust bean gum), 구아검(guar gum), 잔탄검(Xanthan gum), 알긴산(alginic acid), 알긴산나트륨(sodium alginate) 및 한천(agar) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 단백질계 천연 고분자는 젤라틴(gellatin), 알부민(albumin) 및 카제인(casein) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 천연 고분자는 탄수화물계 천연 고분자 및 단백질계 천연 고분자를 포함할 수 있다. 여기서 상기 탄수화물계 천연 고분자 및 단백질계 천연 고분자의 중량비는 1:0.5 내지 1:1.5일 수 있고, 구체적으로 1:1 내지 1:1.2일 수 있다.
예를 들어, 상기 분산매는 수계 용매를 포함할 수 있고 구체적으로 물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 천연 고분자의 함량은 상기 분산매 100 중량부에 대하여 2 내지 10 중량부일 수 있고 구체적으로 3 내지 5 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 형태 안정제는 분자 간의 물리적인 충돌을 극대화함으로써 분산매에 천연 고분자가 균일하게 분산되게 유도할 수 있다. 예를 들어 상기 형태 안정제는 이미다졸리디닐우레아(imidazolidinyl urea), 디아졸리디닐우레아(Diazolidinylurea), 메틸클로로이소치아졸리논(methylchloroisothiazolinone), 메틸아이소싸이아졸리논(Methylisothiazolinone), 디엠디엠하이단토인(DMDM Hydantoin), 메틸파라벤(methyl paraben), 트리클로산(triclosan), 프로피온산(propionic acid), 소르빈산(sorbic acid), 벤조산(benzoic acid), 아황산염(sulfite), 이초산나트륨(sodium diacetate), 나이신(nisin), 디하이드로아세트산(dehydro acetic acid), 아질산나트륨(sodium nitrite), 카프릴산(caprylic acid), 포름산에틸(ethyl formate) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 형태 안정제의 함량은 상기 천연 고분자 100 중량부에 대하여 30 내지 70 중량부, 40 내지 60 중량부, 또는 45 내지 55 중량부일 수 있다. 상기 형태 안정제의 함량이 상기 수치 범위 내를 만족할 때 아이스팩 충진제 조성물의 충진 효과과 더욱 잘 구현될 수 있다.
예를 들어, 상기 (S1) 단계는 균질기로 200 내지 300rpm의 속도로 1 내지 10분 동안 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
(S2) 상기 제1 혼합물에 카보머 분산액을 첨가한 이후 교반하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;
본 발명에 따른 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법은 아이스팩 충진제 조성물의 완전용해시간을 길게 조절하며, 시간의 경과에 따라 아이스팩의 표면온도가 급격히 높아지는 것을 효과적으로 방지하기 위해 (S2) 상기 제1 혼합물에 카보머 분산액을 첨가한 이후 교반하여 제2 혼합물을 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 카보머 분산액은 카보머, 계면활성제 및 용매를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 카보머(Carbomer)는 아이스팩 충진제 조성물의 점도를 효과적으로 조절할 수 있고 아이스팩 충진제 조성물 내에서 천연 고분자가 골고루 분산되도록 기여할 수 있다. 상기 카보머는 펜타에리스리톨의 알릴에텔, 수크로스의 알릴에텔 혹은 프로필렌의 알릴에텔로 가교된 아크릴산의 호모폴리머(Homopolymer)이다. 구체적으로 상기 카보머는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
본 발명에 따른 계면활성제는 카보머가 상기 용매 내에 균일하게 분산되도록 기여할 수 있다. 예를 들어 상기 계면활성제는 식물 유래 계면활성제를 포함할 수 있고 구체적으로 사포닌을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 계면활성제로 사포닌을 이용할 경우 천연 고분자와 카보머의 분산 효과를 모두 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 카보머 분산액의 제조방법은 카보머 및 계면활성제를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제3 혼합물에 옥수수 전분 수용액을 첨가한 후 교반하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 옥수수 전분 수용액을 상기 제3 혼합물에 첨가함으로써 아이스팩 충진제 조성물의 보냉 효과를 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 카보머 분산액의 함량은 상기 천연 고분자 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부, 10 내지 40 중량부, 10 내지 35 중량부, 10 내지 30 중량부, 10 내지 25 중량부 또는 10 내지 20 중량부일 수 있다. 상기 카보머 분산액의 함량이 상기 수치 범위 내를 만족할 때 아이스팩 충진제 조성물의 완전용해시간을 길게 조절하여 긴 시간 동안 보냉 효과를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 용매는 해당 기술분야에서 상용되는 일반적인 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 용매는 물을 포함할 수 있다.
(S3) 상기 제2 혼합물에 가교제를 첨가하여 가교반응을 진행하는 단계;
본 발명에 따른 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법은 가교반응을 진행함으로써 아이스팩 충진제 조성물의 겔화(Gelation)를 유도하기 위해 (S3) 상기 제2 혼합물에 가교제를 첨가하여 가교반응을 진행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 가교제는 천연 고분자 간에 가교반응을 유도하기 위해 붕소 화합물, 인계 화합물 및 실리카계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따른 가교제는 카보머 분산액에 포함된 옥수수 전분과 천연 고분자 간에 가교결합을 효과적으로 유도하여, 옥수수 전분-천연 고분자 가교 매트릭스에 카보머가 효과적으로 분산되게 유도할 수 있다. 이에 따라 아이스팩 충진제 조성물의 보냉 효과가 더욱 개선될 수 있다.
예를 들어, 상기 가교제는 붕소 화합물, 인계 화합물 및 실리카계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면, 상기 붕소 화합물은 Na2B4O7를 포함할 수 있고, 인계 화합물은 소듐 트리메타포스페이트(Sodium trimetaphosphate)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가교제의 함량은 상기 천연 고분자 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부, 10 내지 25 중량부, 10 내지 20 중량부, 또는 10 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 가교제의 함량이 상기 수치 범위 내를 만족할 때 천연 고분자 간에 가교반응이 효과적으로 진행되어 아이스팩 충진제 조성물의 겔화가 효과적으로 진행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (S3) 단계는 상기 제2 혼합물의 온도를 40℃이상으로 승온시키는 단계; 상기 승온된 제2 혼합물을 4 내지 8분 동안 300 내지 340rpm의 교반속도로 1차 교반하는 단계; 및 상기 1차 교반된 결과물을 2 내지 4분 동안 100 내지 200rpm의 교반속도로 2차 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
2. 아이스팩 충진제 조성물
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법으로 제조된 아이스팩 충진제 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 아이스팩 충진제 조성물을 이용할 경우, 기존의 고흡수성 수지가 적용된 아이스팩과 동일한 보냉효과를 유지할 수 있는 냉매를 형성함에 따라, 싱크대나 하수구로 바로 처리가 가능하여 폐기가 용이하고, 이로 인해 환경오염문제를 예방할 수 있다. 또한, 생분해성 천연 고분자를 이용하여 제작됨에 따라, 자연분해가 가능하고, 동식물의 사료 또는 토양에 뿌려져 거름으로 재활용이 가능하여 친환경적인 효과를 가질 수 있다.
3. 아이스팩
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 포장재; 상기 포장재의 내부에 충진된 아이스팩 충진제 조성물을 포함하는 아이스팩을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 포장재는 상기 아이스팩 충진제 조성물을 둘러쌀 수 있다. 예를 들어 상기 포장재의 제조방법은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)를 포함하는 제1 필름을 제조하는 단계 (S10); 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)를 포함하는 제2 필름을 제조햐는 단계 (S20); 및 상기 제1 필름과 제2 필름을 무용제 접착제를 이용하여 상기 제1 필름과 상기 제2 필름을 접착시키는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 에틸렌을 중합하여 제조하는 합성수지로서 상온에서 투명한 고체(밀도가 0.91~0.94g/cm3)로 결정화가 낮아 가공성과 유연성, 투명성이 우수해 농업용·포장용 투명필름, 전선피복, 각 종 랩 등의 원료로 사용될 수 있다. 본 발명의 친환경 아이스팩 포장재에서는 제1 필름으로서 아이스팩 포장재의 내층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 필름은 50 내지 90㎛의 두께를 가질 수 있으며, 구체적으로, 60 내지 80㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 저밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.915 내지 0.925 g/cm3일 수 있다. 한편, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 밀도가 높은 에틸렌 중합체(밀도가 0.94 내지 0.96 g/cm3)로서, 환경호르몬이 검출되지 않은 무독성 친환경 플라스틱이다. 강도가 우수하며 주로 일회용 쇼핑백, 각종 용기, 완구 등을 만들 때 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 친환경 아이스팩 포장재에서 제2 필름은 아이스팩 포장재의 외층을 형성할 수 있다. 이 때 아이스팩 동결 시 평평한 모양을 만들기 유리하도록 한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제2 필름은 20 내지 40 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 구체적으로, 25 내지 35㎛의 두께를 가질 수 있다. 여기서 상기 고밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.945 내지 0.955 g/cm3일 수 있다. 그런데 무용제 접착제는 두 필름을 용매 사용 없이 접착하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들면, 상기 무용제 접착제로 무용제형 에폭시계 접착제, 무용제형 우레탄계 접착제, 및 무용제형 아크릴계 접착제 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 무용제형 접착제로서 이소시아네이트 화합물을 사용하는 LOCTITE LIOFOL LA 7735(Liofol UR 7735, 제조사: 헨켈, 독일) 및 LOCTITE LIOFOL LA 7780(제조사: 헨켈, 독일) 등을 언급할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 무용제 접착제는 폴리우레탄 프리폴리머(Polyurethane prepolymer)나 이온성 관능기를 갖는 ionomer형 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트[4,4'-methylenediphenyl diisocyanate] 1 내지 15 중량부, 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate) 15 내지 30 중량부, 및 o-(p-이소시아나토벤질)페닐 이소시아네이트[o-(p-Isocyanatobenzyl)phenyl isocyanate] 0.1 내지 2중량부가 혼합된 조성을 갖는 무용제 라미네이트 접착제를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 무용제 접착제는 폴리우레탄 프리폴리머(Polyurethane prepolymer)나 이온성 관능기를 갖는 ionomer형 폴리우레탄 100중량부에 대하여 4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트[4,4'-methylenediphenyl diisocyanate] 5 내지 10 중량부, 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate) 12 내지 20 중량부, 및 o-(p-이소시아나토벤질)페닐 이소시아네이트[o-(p-Isocyanatobenzyl)phenyl isocyanate] 0.1 내지 1중량부가 혼합된 조성일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 아이스팩 포장재는 전체 두께가 90 내지 110㎛일 수 있다. 상기 아이스팩 포장재의 색상은 반투명일 수 있다. 이에 따라, 얼음과 반투명한 정도가 비슷하여 아이스팩 내부의 투명하지 않은 얼음이 감추어질 수 있다. 한편, 빳빳하기 때문에 동결 시 평평하게 잘 얼 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 무용제 접착제의 조성과 LDPE 및 HDPE 층의 밀도 및 두께를 조절하여 아이스팩 포장재로서 우수한 효과를 가질 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
[제조준비예: 카보머 분산액의 제조]
<실시준비예 1: 옥수수 전분을 이용한 카보머 분산액의 제조>
카보머-계면활성제 혼합물의 제조
카보머(노베온社의 카보머980) 5 중량부와 사포닌(계면활성제) 10 중량부를 균질기로 교반하여 카보머-계면활성제 혼합물을 제조하였다.
옥수수 전분 분산액의 첨가
상기 카보머-계면활성제 혼합물에, 옥수수 전분 수용액(농도: 10wt%) 50 중량부를 첨가한 후, 25℃에서 30분 동안 균질기로 교반하여 최종적으로 카보머 분산액을 제조하였다.
<실시준비예 2: 옥수수 전분이 포함되지 않은 카보머 분산액의 제조>
실시준비예 1과 동일한 방법으로 카보머 분산액을 제조하되, 상기 옥수수 전분 수용액 대신 물 50 중량부를 사용하였다.
[제조예 1: 아이스팩 충진제 조성물의 제조]
<비교예 1: 카보머가 포함되지 않은 아이스팩 충진제 조성물의 제조>
(a) 단계: 천연 고분자 분산액을 제조하는 단계;
25℃의 물 500g에, 중량평균분자량이 25,000g/mol인 알파-카제인(Casein)과 중량평균분자량이 100,000g/mol인 알긴산나트륨(Sodium alginate)이 1:1의 중량비로 혼합된 천연 고분자 20g을 첨가한 이후, 균질기로 250rpm의 속도로 5분 동안 교반하여 천연 고분자 분산액을 제조하였다.
(b) 단계: 천연 고분자 분산액에 형태 안정제를 첨가하는 단계;
상기 천연 고분자 분산액에 이미다졸리디닐우레아(imidazolidinyl urea) 10g을 첨가한 이후 250rpm의 속도로 5분 동안 교반하여 제1 혼합물을 제조하였다.
(c) 단계: 상기 제1 혼합물에 가교제를 첨가한 후 가교반응을 진행하는 단계;
상기 제1 혼합물에 가교제(소듐 트리메타포스페이트; Sodium trimetaphosphate) 2g을 첨가한 이후, 상기 가교제가 첨가된 제1 혼합물의 온도를 순차적으로 40℃까지 승온시켰다. 상기 승온된 제1 혼합물을 6분 동안 320rpm의 교반속도로 1차 교반하였다. 상기 1차 교반된 결과물을 3분 동안 100rpm의 교반속도로 2차 교반하여 겔화된 아이스팩 충진제 조성물을 제조하였다.
<실시예 1: 비교예 1과 달리 실시준비예 1의 카보머 분산액을 첨가한 경우>
(a) 단계: 천연 고분자 분산액을 제조하는 단계;
25℃의 물 500g에, 중량평균분자량이 25,000g/mol인 알파-카제인(Casein)과 중량평균분자량이 100,000g/mol인 알긴산나트륨(Sodium alginate)이 1:1의 중량비로 혼합된 천연 고분자 20g을 첨가한 이후, 균질기로 250rpm의 속도로 5분 동안 교반하여 천연 고분자 분산액을 제조하였다.
(b) 단계: 천연 고분자 분산액에 형태 안정제를 첨가하는 단계;
상기 천연 고분자 분산액에 이미다졸리디닐우레아(imidazolidinyl urea) 10g을 첨가한 이후 250rpm의 속도로 5분 동안 교반하여 제1 혼합물을 제조하였다.
(c-1) 단계: 상기 제1 혼합물에 카보머 분산액을 첨가하는 단계;
상기 제1 혼합물에 상기 실시준비예 1의 카보머 분산액 2g을 첨가한 이후 200rpm의 속도로 3분 동안 교반하여 제2 혼합물을 제조하였다.
(c-2) 단계: 상기 제2 혼합물에 가교제를 첨가한 후 가교반응을 진행하는 단계;
상기 (c-1) 단계의 제2 혼합물에 가교제(소듐 트리메타포스페이트; Sodium trimetaphosphate) 2g을 첨가한 이후, 상기 가교제가 첨가된 제2 혼합물의 온도를 순차적으로 40℃까지 승온시켰다. 상기 승온된 제2 혼합물을 6분 동안 320rpm의 교반속도로 1차 교반하였다. 상기 1차 교반된 결과물을 3분 동안 100rpm의 교반속도로 2차 교반하여 겔화된 아이스팩 충진제 조성물을 제조하였다.
<실시예 2: 실시예 1과 달리 실시준비예 2의 카보머 분산액을 첨가한 경우>
실시예 1과 동일한 방법으로 아이스팩 충진제 조성물을 제조하되, 상기 실시준비예 1의 카보머 분산액 대신 상기 실시준비예 2의 카보머 분산액을 사용하였다.
<실시예 3: 실시예 1과 달리 카보머 분산액의 함량이 상이한 경우>
실시예 1과 동일한 방법으로 아이스팩 충진제 조성물을 제조하되, 상기 실시준비예 1의 카보머 분산액의 함량을 2g에서 4g으로 변경하였다.
<실시예 4: 실시예 1과 달리 카보머 분산액의 함량이 상이한 경우>
실시예 1과 동일한 방법으로 아이스팩 충진제 조성물을 제조하되, 상기 실시준비예 1의 카보머 분산액의 함량을 2g에서 1g으로 변경하였다.
<실시예 5: 실시예 1과 달리 카보머 분산액의 함량이 상이한 경우>
실시예 1과 동일한 방법으로 아이스팩 충진제 조성물을 제조하되, 상기 실시준비예 1의 카보머 분산액의 함량을 2g에서 5g으로 변경하였다.
[실험예 1: 아이스팩 충진제 조성물의 완전용해시간 측정]
각각의 상기 제조예 1에 따른 방법으로 제조된 아이스팩 충진제 조성물을 -18℃에서 24시간 동안 냉동시킨 후 40℃에서 용해하여 완전용해시간을 측정하였다.
구분 카보머 분산액(함량) 완전용해시간(분)
비교예 1 - 95분
실시예 1 실시준비예 1(2g) 115분
실시예 2 실시준비예 2(2g) 100분
실시예 3 실시준비예 1(4g) 112분
실시예 4 실시준비예 1(1g) 104분
실시예 5 실시준비예 1(5g) 106분
상기 표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 5는 비교예 1 대비 완전용해시간이 길어 보냉 효과가 우수함을 확인할 수 있다.
[실험예 2: 시간의 경과에 따른 아이스팩의 표면온도 변화]
각각의 상기 제조예 1에 따른 방법으로 제조된 아이스팩 충진제 조성물을 -18℃에서 24시간 동안 냉동시킨 후 40℃에서 용해하여 시간의 경과에 따른 아이스팩의 표면온도를 온도계로 측정하였다.


구분		 카보머
분산액
(함량)		 20분 40분 60분 80분 100분 120분
비교예 1 - -2℃ 3℃ 10℃ 15℃ 17℃ 19℃
실시예 1 실시준비예 1(2g) -2℃ 1℃ 3℃ 5℃ 10℃ 15℃
실시예 2 실시준비예 2(2g) -2℃ 2℃ 7℃ 10℃ 13℃ 18℃
실시예 3 실시준비예 1(4g) -2℃ 0℃ 4℃ 6℃ 10℃ 16℃
실시예 4 실시준비예 1(1g) -2℃ 0℃ 7℃ 10℃ 13℃ 18℃
실시예 5 실시준비예 1(5g) -2℃ 1℃ 8℃ 12℃ 15℃ 18℃
상기 표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 5는 비교예 1 대비 시간의 경과에 따라 아이스팩의 표면온도의 편차가 커지는 것을 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. (S1) 천연 고분자를 포함하는 천연 고분자 분산액과 형태 안정제가 혼합된 제1 혼합물을 준비하는 단계;
    (S2) 상기 제1 혼합물에 카보머 분산액을 첨가한 이후 교반하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및
    (S3) 상기 제2 혼합물에 가교제를 첨가하여 가교반응을 진행하는 단계; 를 포함하고,
    상기 카보머 분산액의 제조방법은,
    카보머 및 계면활성제를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 단계; 및
    상기 제3 혼합물에 옥수수 전분 수용액을 첨가한 후 교반하는 단계; 를 포함하고,
    상기 계면활성제는 사포닌을 포함하고,
    상기 카보머 분산액의 함량은 상기 천연 고분자 100 중량부에 대하여 10 중량부이고,
    상기 (S3) 단계는,
    상기 제2 혼합물의 온도를 40℃ 이상으로 승온시키는 단계;
    상기 승온된 제2 혼합물을 4 내지 8분 동안 300 내지 340rpm의 교반속도로 1차 교반하는 단계; 및
    상기 1차 교반된 결과물을 2 내지 4분 동안 100 내지 200rpm의 교반속도로 2차 교반하는 단계를 포함하는,
    천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 천연 고분자는,
    탄수화물계 천연 고분자 및 단백질계 천연 고분자 중 하나 이상을 포함하는,
    천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄수화물계 천연 고분자는,
    덱스트린(Dextrin), 산변성전분, 산화전분, 메틸셀룰로오스(methyl cellulose), 에틸셀룰로오스(Ethyl cellulose), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxmethyl cellulose:CMC), 질산셀룰로오스(nitrocellulose), 아세트산셀룰로오스(acetic cellulose), 아라비아 고무(gum arabic), 트래거캔스검(tragacanth gum), 카라야검(karaya gum), 로커스트빈검(locust bean gum), 구아검(guar gum), 잔탄검(Xanthan gum), 알긴산(alginic acid), 알긴산나트륨(sodium alginate) 및 한천(agar) 중 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 단백질계 천연 고분자는,
    젤라틴(gellatin), 알부민(albumin) 및 카제인(casein) 중 어느 하나 이상을 포함하는,
    천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형태 안정제는,
    이미다졸리디닐우레아(imidazolidinyl urea), 디아졸리디닐우레아(Diazolidinylurea), 메틸클로로이소치아졸리논(methylchloroisothiazolinone), 메틸아이소싸이아졸리논(Methylisothiazolinone), 디엠디엠하이단토인(DMDM Hydantoin), 메틸파라벤(methyl paraben), 트리클로산(triclosan), 프로피온산(propionic acid), 소르빈산(sorbic acid), 벤조산(benzoic acid), 아황산염(sulfite), 이초산나트륨(sodium diacetate), 나이신(nisin), 디하이드로아세트산(dehydro acetic acid), 아질산나트륨(sodium nitrite), 카프릴산(caprylic acid), 포름산에틸(ethyl formate) 중 어느 하나 이상을 포함하는,
    천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는,
    붕소 화합물, 인계 화합물 및 실리카계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는,
    천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제1항 내지 제4항, 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 천연 고분자를 이용한 아이스팩 충진제 조성물의 제조방법으로 제조된 아이스팩 충진제 조성물.
  10. 제9항에 따른 아이스팩 충진제 조성물을 포함하는 아이스팩.
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