KR102644238B1 - 친환경 포장재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보존성 및 실링성이 우수한 친환경 포장재에 관한 것이다. 상기 포장재는 종이 기재 및 상기 종이 기재 상에 배치된 아크릴계 코팅막을 포함한다.
상기 아크릴계 코팅막은 유리전이온도(Tg)가 13℃이며, 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-Ethylhexyl acrylate), 메틸 메타크릴레이트(Methyl methacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-Hexanediol diacrylate) 및 베이스수지를 포함한다.
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Description
본 발명은 친환경 포장재에 관한 것이다.
수분과 유분을 함유한 식품이나 음료 분야에서는 내수성과 내유성의 기능을 갖는 포장재가 사용된다. 종이는 내수성과 내유성이 부족한 까닭에 이를 보강하기 위해 보통은 표면에 열가소성 수지인 폴리에틸렌이 코팅되어 있거나 다층 식품포장재가 라미네이팅되어 있다.
다층 식품포장재는 대부분 알루미늄(Aluminium), PE(Polyethylene), PET, PETVM, NY(Nylon), LLDPE, CPP 등의 필름을 다층 접착한 플라스틱 필름포장지이며, 현대인의 생활 속에서 다양한 다층 식품포장재들이 레토르트 식품, 도시락, 라면, 즉석밥 등의 포장에 광범위하게 사용되고 있는 실정이다.
하지만, 이러한 다층 식품포장재는 접착된 알루미늄박과 플라스틱 필름들 간의 분리가 어려워 재활용이 거의 불가능한 문제가 있고, 소각시 환경오염물질이 대량 발생하며 분해에 100년 이상의 시간이 걸려 환경을 오염시키는 문제가 있다.
플라스틱 포장재의 사용으로 환경문제가 날로 심각해지고 있음에도, 종래에는 부족한 보존성과 실링성을 이유로 특별한 개선방안을 찾지 못하고 있었다.
본 발명은 종래기술의 문제를 해결하기 위해 보존성 및 실링성이 우수하면서도 땅에 매립시 3주 이내에 썩어 폐기가 용이하고 친환경적인 포장재를 제공하고자 한다.
상기 포장재는 종이 기재 및 상기 종이 기재 상에 배치된 아크릴계 코팅막을 포함한다.
상기 아크릴계 코팅막은 유리전이온도(Tg)가 13℃이며, 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-Ethylhexyl acrylate), 메틸 메타크릴레이트(Methyl methacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-Hexanediol diacrylate) 및 베이스수지를 포함한다.
상기 2-에틸헥실 아크릴레이트는 24wt% 내지 48wt% 일 수 있고, 상기 메틸 메타크릴레이트는 40wt% 내지 60wt% 일 수 있으며, 상기 1,6-헥산디올 디아크릴레이트는 3wt% 내지 8wt% 일 수 있고, 상기 베이스수지는 6wt% 내지 15wt% 일 수 있다.
본 발명에 따른 포장재는 보존성 및 실링성이 우수하면서도 땅에 매립시 3주 이내에 썩어 폐기가 용이하며 친환경적이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되면, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서, 용어 "a 내지 b" 는 "a 이상이고 b 이하인 것"을 의미하는 것으로 정의되며, 용어 "Ca~Cb"는 탄소수가 a 내지 b 인 탄화수소 화합물 또는 탄화수소 유도체 또는 이들의 기능기(functional group) 로 정의된다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하기로 한다.
본 발명은 포장재에 관한 것이며, 상기 포장재는 보존성 및 실링성이 우수하면서도 땅에 매립시 3주 이내에 썩어 폐기가 쉬우며 친환경적이다.
포장재
상기 포장재는 종이 기재 및 상기 종이 기재 상에 배치된 아크릴계 코팅막을 포함한다.
상기 아크릴계 코팅막은 유리전이온도(Tg)가 13℃이며, 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-Ethylhexyl acrylate), 메틸 메타크릴레이트(Methyl methacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-Hexanediol diacrylate) 및 베이스수지를 포함한다.
상기 베이스수지는 스틸렌아크릴수지를 포함한다. 상기 베이스수지는 알킬렌아크릴수지를 더 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 베이스수지는 상기 스틸렌아크릴수지와 상기 알킬렌아크릴수지의 조합일 수 있다. 상기 알킬렌아크릴수지의 예로는 에틸렌아크릴수지를 들 수 있다.
상기 코팅막에서, 상기 2-에틸헥실 아크릴레이트의 함량은 24wt% 내지 48wt% 일 수 있고, 상기 메틸 메타크릴레이트의 함량은 40wt% 내지 60wt% 일 수 있으며, 상기 1,6-헥산디올 디아크릴레이트의 함량은 3wt% 내지 8wt% 일 수 있고, 상기 베이스수지의 함량은 6wt% 내지 15wt% 일 수 있다.
각 성분들이 상기 함량 범위 내에서 적절하게 배합되지 않는 경우 잉크적성에 부적합할 수 있으며 변색이 발생될 수 있다. 또한 각 성분들이 상기 함량 범위 내에서 적절하게 배합되지 않는 경우 투습성이 떨어질 수 있고 결로 현상이 발생할 수 있다.
한편 상기 아크릴계 코팅조성물을 도포하여 상기 종이 기재 상에 도막이 형성된 코팅소재의 작업 시 블로킹성과 열접착성이 중요하다. 상기 블로킹성은 상기 코팅소재들을 겹쳐 쌓아놓은 상태에서 서로 들러붙는 특성을 말하는데 열접착성과 트레이드 오프(trade off)의 관계에 있다. 즉, 상기 블로킹성이 높아지면 상기 열접착성이 떨어지고 상기 열접착성이 높아지면 상기 블로킹성이 낮아지게 된다.
상기 블로킹성과 상기 열접착성 간의 균형을 맞추기 위해 상기 각 성분들은 상기 함량 범위 내에서 적절하게 배합되는 것이 중요하다.
한편, 상기 아크릴계 코팅막에서, 상기 2-에틸헥실 아크릴레이트의 함량이 24wt% 미만인 경우 보존성, 접착력, 실링성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. 마찬가지로, 상기 메틸 메타크릴레이트의 함량이 40wt% 미만인 경우 보존성, 접착력, 실링성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
한편, 상기 아크릴계 코팅막에서, 상기 베이스수지의 함량이 6wt% 미만인 경우 보존성이 저하되어 바람직하지 않다.
본 발명의 발명자들이 수많은 연구를 거듭한 결과 알아낸 각 성분들의 최적의 배합비는, 상기 아크릴계 코팅막에서, 상기 2-에틸헥실 아크릴레이트의 함량은 32wt% 이며, 상기 메틸 메타크릴레이트의 함량은 53wt% 이고, 상기 1,6-헥산디올 디아크릴레이트의 함량은 4wt% 이며, 상기 베이스수지의 함량은 11wt% 이다.
한편, 상기 아크릴계 코팅막은 광개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 광개시제는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 알파-하이드록시 케톤 타입 화합물, 벤질케탈 타입 화합물, 알파-아미노 케톤 타입 화합물, 아크릴 포스핀 타입 화합물 및 메탈로센 타입 화합물로 이루어 진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 상기 광개시제로 사용될 수 있다.
상기 광개시제는 상기 아크릴계 코팅막 100 중량부에 대해 5 중량부 미만일 수 있으며, 바람직하게는 1 중량부 내지 3 중량부일 수 있다. 상기 광개시제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 경화 밀도가 떨어져 광경화 후 박리력이 높아질 수 있고 3 중량부 초과의 경우 미반응 광개시제로 인해 자극적인 냄새가 발생할 수 있으며 환경오염을 일으킬수 있어 바람직하지 않다.
상기 아크릴계 코팅막은 촉매를 더 포함할 수 있고, 상기 촉매는 특별히 제한되지 않으나 예를 들어 생분해 촉매제일 수 있다. 상기 생분해 촉매제는 상기 아크릴계 코팅막에 완전히 균일하게 분산되어 미생물들의 대사과정에 관여함으로서 그로부터 유래된 효소의 중합작용의 결과로 상기 아크릴계 코팅막이 함께 분해되도록 하는 제제이다.
이러한 생분해 촉매제는 키틴, 전분, 셀룰로즈, 글루코스 유도체, 폴리사카라이드, 폴리-β-하이드록시부틸레이트, 폴리 카프로락톤, 카보디이미드 중 어느 하나 혹은 둘 이상의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 아크릴계 코팅막은 치수안정성과 평활성을 부여하기 위하여 탈크(talc)를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 포장재는 식품 포장재로 이용될 수 있다.
식품을 담는 포장재는 납(Pb), 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 및 6가크롬(CrVI)의 검출량이 합계로서 100 mg/kg 이하이어야 하는데, 따라서, 상기 아크릴계 코팅막은 납(Pb), 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 및 6가크롬(CrVI)의 검출량이 합계로서 정량한계 미만이며 특히, 상기 납(Pb)이 검출되지 않았다.
한편, 과망간산칼륨소비량이 10mg/L 이하인 경우 식품 포장재로 적합하게 사용할 수 있으며, 상기 아크릴계 코팅막은 상기 과망간산칼륨소비량이 2mg/L 이하이다.
포장재의 제조방법
상기 아크릴계 코팅막은 상기 종이 기재 상에 아크릴계 코팅조성물을 도포하여 형성할 수 있다. 상기 아크릴계 코팅조성물에는 상기 베이스수지와 아크릴레이트 단량체 및 물을 포함된다.
상기 아크릴계 코팅조성물은 상기 베이스수지를 용해시킨 뒤 상기 아크릴레이트 단량체를 투입하여 중합함으로써 얻어질 수 있다. 구체적으로, 상기 아크릴계 코팅조성물은 반응기에 상기 베이스수지, 물 및 에탄올아민을 넣고 암모니아수로 pH를 조정한 뒤, 예를 들어 85℃ 까지 온도를 서서히 높여 상기 베이스수지를 용해시킨 뒤, 상기 아크릴레이트 단량체를 투입하고 중합하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 상기 베이스수지의 예로는 상기 스틸렌아크릴수지와 상기 에틸렌아크릴수지의 조합을 들 수 있다.
상기 아크릴레이트 단량체들은 상기 종이 기재와 접착력을 향상시키기는 기능을 할 수 있는데 극성 기능기가 존재하는 단량체들이 사용되는 경우 기재와 코팅제 간의 수소결합에 의한 2차 결합을 형성하여 접착력을 향상시킬 수 있다. 상기 아크릴레이트 단량체들은 관능기의 수가 다른 2종의 아크릴레이트 단량체들을 포함하고 있으며, 구체적으로, 일관능 아크릴레이트계 단량체들과 이관능 아크릴레이트계 단량체로 구성된다.
예를 들어, 상기 일관능 아크릴레이트계 단량체들은 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-Ethylhexyl acrylate)와 메틸 메타크릴레이트(Methyl methacrylate) 일 수 있다. 예를 들어, 상기 이관능 아크릴레이트계 단량체는 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-Hexanediol diacrylate) 일 수 있다.
상기 아크릴계 코팅조성물은 물을 포함하며 유리전이온도(Tg)가 13℃ 인 액상의 코팅제이다. 상기 베이스수지와 상기 아크릴레이트 단량체들은 수분산되어 있으며, 상기 아크릴계 코팅조성물은 광경화를 통해 상기 종이 기재 상에 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 아크릴계 코팅조성물에서 상기 물의 함량은 40wt% 내지 50wt% 일 수 있고, 상기 2-에틸헥실 아크릴레이트의 함량은 10wt% 내지 20wt% 일 수 있으며, 상기 메틸 메타크릴레이트의 함량은 20wt% 내지 30wt% 일 수 있고, 상기 1,6-헥산디올 디아크릴레이트의 함량은 1wt% 내지 3wt% 일 수 있으며, 상기 베이스수지의 함량은 3wt% 내지 7wt% 일 수 있다.
각 성분들이 상기 함량 범위 내에서 적절하게 배합되지 않는 경우 잉크적성에 부적합할 수 있으며 변색이 발생될 수 있다. 또한 각 성분들이 상기 함량 범위 내에서 적절하게 배합되지 않는 경우 투습성이 떨어질 수 있고 결로 현상이 발생할 수 있다.
한편 상기 아크릴계 코팅조성물을 도포하여 상기 종이 기재 상에 도막이 형성된 코팅소재의 작업 시 블로킹성과 열접착성이 중요하다. 상기 블로킹성은 상기 코팅소재들을 겹쳐 쌓아놓은 상태에서 서로 들러붙는 특성을 말하는데 열접착성과 트레이드 오프(trade off)의 관계에 있다. 즉, 상기 블로킹성이 높아지면 상기 열접착성이 떨어지고 상기 열접착성이 높아지면 상기 블로킹성이 낮아지게 된다.
상기 블로킹성과 상기 열접착성 간의 균형을 맞추기 위해 상기 각 성분들은 상기 함량 범위 내에서 적절하게 배합되는 것이 중요하다.
한편, 상기 아크릴계 코팅조성물에서, 상기 2-에틸헥실 아크릴레이트의 함량이 10wt% 미만인 경우 보존성, 접착력, 실링성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. 마찬가지로, 상기 메틸 메타크릴레이트의 함량이 20wt% 미만인 경우 보존성, 접착력, 실링성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
한편, 상기 아크릴계 코팅조성물에서, 상기 베이스수지의 함량이 7wt% 초과인 경우 보존성은 향상되지만 수분산성이 저하되어 바람직하지 않으며 3wt% 미만인 경우 수분산성은 향상되지만 보존성이 저하되어 바람직하지 않다.
상기 아크릴계 코팅조성물에서, 각 성분들의 최적의 배합비는, 상기 물의 함량이 45 wt%, 상기 2-에틸헥실 아크릴레이트의 함량이 15wt%, 상기 메틸 메타크릴레이트의 함량이 25wt%, 상기 1,6-헥산디올 디아크릴레이트의 함량이 2wt%, 상기 베이스수지의 함량이 5wt% 이다.
상기 아크릴계 코팅조성물은 암모니아수를 더 포함할 수 있고, 상기 암모니아수의 예로 9% 암모니아수, 25% 암모니아수 등을 들 수 있다. 이 때, 상기 암모니아수의 함량은 상기 아크릴계 코팅조성물 100 중량부에 대해 5 중량부 미만일 수 있다.
한편, 상기 아크릴계 코팅조성물은 광개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 광개시제는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 알파-하이드록시 케톤 타입 화합물, 벤질케탈 타입 화합물, 알파-아미노 케톤 타입 화합물, 아크릴 포스핀 타입 화합물 및 메탈로센 타입 화합물로 이루어 진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 상기 광개시제로 사용될 수 있다.
상기 광개시제는 상기 아크릴계 코팅조성물 100 중량부에 대해 5 중량부 미만일 수 있으며, 바람직하게는 1 중량부 내지 3 중량부일 수 있다. 상기 광개시제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 경화 밀도가 떨어져 광경화 후 박리력이 높아질 수 있고 3 중량부 초과의 경우 미반응 광개시제로 인해 자극적인 냄새가 발생할 수 있으며 환경오염을 일으킬수 있어 바람직하지 않다.
상기 아크릴계 코팅조성물은 촉매를 더 포함할 수 있고, 상기 촉매는 특별히 제한되지 않으나 예를 들어 생분해 촉매제일 수 있다. 상기 생분해 촉매제는 상기 아크릴계 코팅조성물에 완전히 균일하게 분산되어 미생물들의 대사과정에 관여함으로서 그로부터 유래된 효소의 중합작용의 결과로 상기 아크릴계 코팅조성물이 함께 분해되도록 하는 제제이다.
이러한 생분해 촉매제는 키틴, 전분, 셀룰로즈, 글루코스 유도체, 폴리사카라이드, 폴리-β-하이드록시부틸레이트, 폴리 카프로락톤, 카보디이미드 중 어느 하나 혹은 둘 이상의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 아크릴계 코팅조성물은 경화 후의 치수안정성과 평활성을 부여하기 위하여 탈크(talc)를 더 포함할 수도 있다.
상기 아크릴계 코팅조성물은 식품 포장재의 코팅제로 이용될 수 있다.
식품을 담는 포장지는 납(Pb), 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 및 6가크롬(CrVI)의 검출량이 합계로서 100 mg/kg 이하이어야 하는데, 따라서, 상기 아크릴계 코팅조성물은 납(Pb), 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 및 6가크롬(CrVI)의 검출량이 합계로서 정량한계 미만이며 특히, 상기 납(Pb)이 검출되지 않았다.
한편, 과망간산칼륨소비량이 10mg/L 이하인 경우 식품 포장재의 코팅제로 적합하게 사용할 수 있으며, 상기 아크릴계 코팅조성물은 상기 과망간산칼륨소비량이 2mg/L 이하이다.
<예1: 아크릴계 코팅조성물의 제조예>
1000mL 6구 플라스크 반응기에 환류가 가능한 냉각기, 온도계, 촉매투입장치를 설치하였다.
반응기에 증류수 400g을 주입후 스틸렌아크릴수지 80g , 에틸렌아크릴수지 10g을 투입하고, 에탄올아민, 암모니아수용액으로 pH를 조정한 뒤 85℃까지 승온하고 온도를 유지하여 2시간 내지 3시간 동안 완전히 용해하였다.
아크릴레이트 단량체를 기능성 유화제에 완벽하게 유화한 다음 82℃에서 3시간 내지 4시간동안 적하(Dropping) 투입하였다. 한편, 촉매 4g을 물에 용해하여 촉매투입장치를 통해 3시간 내지 4시간동안 반응기에 투입하였다.
반응이 끝나고 나면, 2시간 숙성하며 온도를 65℃ 까지 낮춘 후 촉매를 1.5g씩 3회 반복 투입하고, 3시간 후 잔류 모노머와 휘발성유기화합물(VOC)을 완전히 제거하였다. 50℃ 이하까지 냉각한 뒤 pH, 점도, 고형분을 확인하고, 상온에서 포장하였다.
<예2: 포장재의 제조예>
디지털 인쇄 및 플렉소 인쇄를 통해 무형광지의 일면에 문자와 그림, 문양과 같은 디자인 요소를 인쇄한 후, 2일동안 48℃에서 숙성하였다.
2일 숙성 후, 문자와 디자인 요소가 인쇄되지 않은 무형광지의 타면에 예1에서 얻은 아크릴계 코팅조성물을 그라비아 코팅방식으로 코팅한 뒤, 3일동안 48℃에서 숙성하였다. 그라비아 코팅에 사용된 동판은 60목에 깊이 70㎛ 이었고, 코팅속도는 분당 100m 였으며, 건조챔버의 온도는 100℃ 였다.
3일 숙성 후 파우치 형태로 제대가공하고 재단하여 식품포장재를 제작하였다.
Claims (12)
- 종이 기재; 및
상기 종이 기재 상에 배치된 아크릴계 코팅막;을 포함하고,
상기 아크릴계 코팅막은 유리전이온도(Tg)가 13℃이고, 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-Ethylhexyl acrylate), 메틸 메타크릴레이트(Methyl methacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-Hexanediol diacrylate) 및 베이스수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 포장재. - 제1 항에 있어서,
상기 2-에틸헥실 아크릴레이트는 24wt% 내지 48wt% 이며,
상기 메틸 메타크릴레이트는 40wt% 내지 60wt% 이고,
상기 1,6-헥산디올 디아크릴레이트는 3wt% 내지 8wt% 이며,
상기 베이스수지는 6wt% 내지 15wt% 인 것을 특징으로 하는 포장재. - 제2 항에 있어서,
상기 2-에틸헥실 아크릴레이트는 32wt% 이며,
상기 메틸 메타크릴레이트는 53wt% 이고,
상기 1,6-헥산디올 디아크릴레이트는 4wt% 이며,
상기 베이스수지는 11wt% 인 것을 특징으로 하는 포장재. - 제1 항에 있어서,
상기 베이스수지는 스틸렌아크릴수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 포장재. - 제1 항에 있어서,
납(Pb), 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 및 6가크롬(CrVI)의 검출량이 합계로서 100 mg/kg 이하인 것을 특징으로 하는 포장재. - 삭제
- 제5 항에 있어서,
상기 납(Pb)이 불검출인 것을 특징으로 하는 포장재. - 제7 항에 있어서,
과망간산칼륨소비량이 10mg/L 이하인 것을 특징으로 하는 포장재. - 제8 항에 있어서,
상기 과망간산칼륨소비량이 2mg/L 이하인 것을 특징으로 하는 포장재. - 제1 항에 있어서,
상기 아크릴계 코팅막은 탈크;를 더 포함하는 것을 특징으로 포장재. - 제1 항에 있어서,
상기 아크릴계 코팅막은 생분해성 촉매;를 더 포함하는 것을 특징으로 포장재. - 제1 항에 있어서,
상기 아크릴계 코팅막이 상기 종이 기재의 일 면에만 형성된 것을 특징으로 하는 포장재.
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