KR102654316B1 - 종이 파렛트용 판지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종이 파렛트용 판지에 관한 것으로서 특히, 무게가 가벼우면서 강도와 내수성이 우수하고, 친환경적인 종이 파렛트용 판지에 관한 것이다.

Description

종이 파렛트용 판지 {Paper board for paper pallet}
본 발명은 종이 파렛트용 판지에 관한 것으로서 특히, 무게가 가벼우면서 강도와 내수성이 우수하고, 친환경적인 종이 파렛트용 판지에 관한 것이다.
파렛트(palet)는 각종 화물을 적재한 상태에서 지게차, 핸드파렛트를 이용하여 다른 장소로 이동하거나 화물차 혹은 컨테이너에 이송적재하는 용도와, 화물을 적재시켜 보관하는 용도로 사용되고 있는데, 최근 물류량의 증가로 인해 그 사용이 더욱 증가하고 있는 추세이다.
일반적으로 파렛트는 목재를 짜맞추어 제작하거나, 합성수지를 사출 성형하여 제작하고 있다.
목재 파렛트의 경우 많은 량의 벌목을 필요로 할 뿐아니라 국제적으로 환경규제가 강화되면서 제작 및 사용에 많은 제한을 받고 있으며, 방염처리된 판재와 각재를 못으로 박아 제작하므로 제조비용이 많이 소요되고, 옹이가 있는 경우 크랙이 발생하거나 쉽게 손상되는 문제가 있으며 재활용이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 목재 파렛트는 함수율이 30% 이상이어서 무겁고, 곰팡이가 쉽게 번식할 수 있어서 사용 수명이 짧은 문제점이 있다.
그리고 플라스틱 파렛트는 제조에서 폐기할 때까지 환경문제가 발생할 뿐 아니라, 폐기처분할 때에는 2차적인 환경오염이 유발되는 문제점이 있으며, 휨/충격 강도가 낮아 쉽게 파손되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 종이를 소재로 성형된 종이 파렛트가 사용되고 있는데, 대부분의 종이 파렛트용 판지는 여러 겹의 골판지를 합지하거나, 여러 겹의 골판지를 압착하여 구성된 것으로서, 목표 강도를 갖기 위해서는 그 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다.
또한, 수분을 빠르게 흡수하는 성질이 있고, 수분을 흡수하면 강도가 급격하게 저하되며 형 붕괴가 쉽게 발생하는 문제점이 있다.
문헌 1. 대한민국특허청 등록실용신안공보 제20-0367557호, "종이파렛트" 문헌 2. 대한민국특허청 등록실용신안공보 제20-0322577호, "골판지를 이용한 종이파렛트" 문헌 3. 대한민국특허청 공개특허공보 제10-2007-0075959호, "골판지 스트립이 권취되어 형성된 중간지지부재를 갖는 종이판의 제조방법, 상기 중간지지부재의 제조장치, 상기중간지지부재를 구비한 종이판 및 그 종이판을 사용한 종이파렛트" 문헌 4. 대한민국특허청 공개실용신안공보 제20-2017-0002809호, "초경량 고강도 종이 파렛트"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 무게가 가벼우면서 강도와 내수성이 우수하고, 친환경적인 종이 파렛트용 판지를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 종이 파렛트용 판지는 미표백크라프트펄프(UKP)로 형성된 표층(10)과, KOCC(Korea Old Corrugated Container) 100중량%, 또는 KOCC(Korea Old Corrugated Container) 50~99중량%와 AOCC(American Old Corrugated Container) 1~50중량%를 혼합하여 상기 표층(10)에 적층된 심층(20)과, 기공성 펄프, 레이온, 섬유 접착제 및 삼섬유 중 어느 하나 또는 이들이 혼합되어 형성되고, 상기 심층(20)에 적층된 보강재층(40)과, PLA(Poly lactic Acid) 수지로 소재로 20~30㎛로 성형되어 상기 심층(20)과 보강재층(40)을 적층, 고정하는 PLA층(30)으로 원지가 구성되고, 소정 개수의 상기 원지가 합지되어 본 발명의 판지가 구성된다.
이때, 상기 표층(10)에는 미표백크라프트펄프 100중량부에 대해 산성사이징시에는 알럼 1.7~3.0중량부, 로진 2.5중량부 이상을 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 표층(10)에는 미표백크라프트펄프 100중량부에 대해 중성사이징시에는 AKD(Alkyl Ketene Dimer) 또는 ASA(Alkenyl Succinic Anhydride) 0.4 중량부 이상 혼합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강재층(40)은 SW(Softwood) Pulp 97중량%와 PVA 3중량%를 혼합하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 SW(Softwood) Pulp는 3.0mm 섬유장인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강재층(40)의 기공도는 35,000cc/min/㎠ 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강재층(40)은 50~80㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원지와 원지 사이에 전분을 분사하여 원지가 합지되되, 상기 전분은 원지 ton당 5~20kg이고, 이 전분 100중량부에 대해 지력증강제 1~5중량부가 혼합되어 원지사이에 분사된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 종이 파렛트용 판지의 윗면과 아랫면에는 내수, 내유 코팅제가 코팅된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내수, 내유 코팅제는 분자량 2,000~12,000이고, 유리전이온도(Tg)가 120℃인 SAA수지를 알칼리 수산화물, 아민 또는 암모니아수를 단독 또는 혼합 중화하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내수, 내유 코팅제에는 금속 킬레이트 가교제, 파라핀 왁스 수분산액, 폴리에틸렌왁스 수분산액, 폴리프로필렌 왁스 수분산액 또는 폴리에테르실록산계 슬립제 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 판지로 제작되는 종이 파렛트는 기존 목재 파렛트나 플라스틱 파렛트보다 가볍고 부피가 작아 적재량을 증가시킬 수 있고, 경량 및 고강도화를 통한 물류 운송 효율 개선과 물류비를 절감할 수 있으며, 목재 파렛트처럼 수출입 인증마크를 획득할 필요가 없어서 통관에 대한 부담이 없다.
또한, 본 발명에 의한 판지로 제작된 종이 파렛트는 목재 파렛트 대비 20% 가격이 저렴하다.
또한, 본 발명은 펄프, 장섬유 및 PLA로 구성되어 생분해가 가능하여서 매립시 종이 자체가 분해되어 잔존물을 발생시키지 않고, 고지로도 재활용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 종이 파렛트용 판지로 제작된 종이 파렛트를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 종이 파렛트용 원지를 도시한 단면도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.
발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "상부", "하부", "저부", "전방", "후방", "아래" 등의 용어는 단지 설명을 용이하게 하기 위한 것으로 도면에 도시되어 있는 바와 같은 구성요소의 배향을 지칭한다.
본 발명에 의한 파렛트용 판지를 구성하는 원지는 도 2에 도시한 바와 같이, 표층(10), 심층(20), PLA층(30) 및 보강재층(40)이 합지되어 구성된다.
본 발명에 의한 파렛트용 판지는 도 1에 도시한 종이 파렛트의 상판에 주로 적용된다.
본 발명의 원지를 구성하는 표층(10)은 미표백크라프트펄프(UKP, Unbleched Kraft Pulp)를 100% 배합하여 표면(10)을 구성한다.
표층(10)을 미표백크라프트펄프(UKP) 100%를 배합하여 사용하는 이유는 미표백크라프트펄프가 KOCC(Korea Old Corrugated Container)나 AOCC(American Old Corrugated Container) 대비 강도가 우수하고, 또한 사이징이 원활하여 원지의 강도와 함께 방수성을 높일 수 있기 때문이다.
일반적으로 고지인 KOCC는 사이징이 거의 불가능하여 방수성에 취약하고, AOCC는 40% 이상 배합할 경우 AKD(Alkyl Ketene Dimer) 또는 ASA(Alkenyl Succinic Anhydride) 등의 중성사이즈제를 2% 정도 혼합하였을 때 방수성이 발현되므로 본 발명의 실시예에서는 미표백프라프트펄프를 100% 사용하여 표층(10)을 구성한다.
그리고 상기 표층(10)은 외부로 노출되어 물과 접촉시 강도가 급격하게 저하되므로 표층(10)에 높은 방수성을 위해 강사이징을 실시하는데, 산성 사이징시 미표백크라프트펄프 100중량부에 대해 강화 로진이나 로진 에멀젼 등의 로진(Rosin) 2.5~4.0 중량부, 알럼(Alum) 1.7~3.0 중량부 혼합한다.
로진이 2.5 중량부 미만으로 혼합되면 사이징이 약하게 발현되며, 4.0 중량부를 초과하여 혼합되면 로진의 과한 사용에 따라 오히려 사이징이 약하게 발현되므로 미표백크라프트펄프 100 중량부에 대해 로진은 2.5~4.0 중량부 혼합한다.
그리고 알럼이 1.7 중량부 미만으로 혼합되면 혼합된 원료의 pH가 높아 로진사이즈제의 발현이 떨어지고, 3.0 중량부 초과하여 혼합되면 양이온성 성분의 과다에 의해 약품의 효과가 떨어지므로 미표백크라프트펄프 100 중량부에 대해 알럼은 1,7~3.0 중량부를 혼합한다.
산성 사이징은 pH 4.0 ~ 5.0 정도의 산성 환경에서 발현되므로, 알럼 1.7중량부 이상, 바람직하게는 2.0~3.0중량부 투입하여 산성사이즈제가 반응하도록 하고, 로진을 2.5~4.0 중량부 투입하여야 강사이징이 발현된다.
표층(10)의 중성 사이징시 미표백크라프트펄프 100중량부에 대해 AKD(Alkyl Ketene Dimer)나 ASA(Alkenyl Succinic Anhydride)를 0.4~0.8 중량부 투입한다. 0.4 중량부 미만으로 혼합되면 강사이징이 발현되지 않고, 0.8 중량부를 초과하면 생산 후 손지처리할 때 해리에 문제가 발생할 수 있다.
중성 사이징은 pH 6.0 ~ 8.0 정도의 중성 환경에서 발현되므로 AKD 또는 ASA를 0.4중량부 이상 투입하여 강사이징이 되도록 한다.
심층(20)은 KOCC(Korea Old Corrugated Container) 100중량%, 또는 KOCC 50~99중량%와 AOCC(American Old Corrugated Container) 1~50중량%가 혼합되어 구성된다.
본 발명의 최종 제품은 종이 파렛트인데 GR인증(GR M7017-2016 종이파렛트)에서 종이 파렛트의 국내고지 비율이 전체 30%를 넘어야 하기 때문에 KOCC 비율이 높아야 한다.
따라서 GR인증 규격을 만족하면서 강도를 확보하기 위해 KOCC(Korea Old Corrugated Container) 100중량%, 또는 KOCC 50~99중량%와 AOCC(American Old Corrugated Container) 1~50중량%를 혼합하여 심층(20)을 구성하는 것이 바람직하다.
보강재층(40)은 SW(Softwood) Pulp 등의 기공성 펄프, 라이오셀 및 텐셀 등의 레이온(Rayon), PVA 등의 접착제 섬유, abaca 등의 삼섬유를 혼합하여 사용하는데 기공적성, 생분해 및 재활용성 면에서는 SW Pulp 96~98 중량%와 PVA 2~4 중량%를 혼합하여 보강재층(40)을 구성하는 것이 바람직하다.
SW Pulp가 96중량% 미만이면 PVA섬유의 과다로 인해 기공도가 너무 높아지면서 최종 제품인 종이 파렛트로 합지시 합지풀이 침투하지 않는 문제가 발생하고, SW Pulp가 98 중량% 초과할 경우 PVA가 너무 작아서 강도가 저하된다.
이때, SW Pulp의 섬유장은 무고해 정도인 2.0~3.0mm인데 강도적인 측면에서 SW Pulp는 3.0mm의 섬유장이 바람직하다.
기공도는 섬유의 배합에 따라 5,000~35,000cc/min/㎠ 까지 생산이 가능하지만 PLA 수지 점도를 감안하여 35,000cc/min/㎠가 바람직하고, 보강재층(40)의 두께는 50~80㎛으로 형성하는 것이 바람직하다.
PLA로 심층(20)과 보강재층(40)을 합지할 때 압출성형 방법으로 실행하므로 기공도가 낮을 경우, PLA가 두 종류의 지류에 접촉한 후 냉각될 때 열과 증기의 배출이 불균일해지면서 PLA 합지가 원활하게 이루어지지 않을 수 있으므로 기공도는 35,000cc/min/㎠가 바람직하다.
그리고 종이 파렛트의 강도를 발현시키기 위해서는 원지의 강도도 중요하지만 원지들이 적층 합지되는 판지의 강도가 중요하다. 보강재층(40) 두께가 80㎛ 초과하면 압착 공정에서 작업이 원활하게 이루어지지 않아 종이파렛트가 견디는 하중이 줄어드는 문제가 발생할 수 있다.
상기 보강재층(40)은 섬유의 길이를 최대한 살려서 PLA의 강성에 부드러운 보강재의 결합으로 강도를 극대화하는 것이 목적이다.
적층된 표층(10)과 심층(20)은 상술한 보강재층(40)과 PLA층(30)으로 결합하여 합지된다.
PLA층(30)은 PLA(Poly lactic Acid) 수지로 구성되는데, PLA수지는 바이오베이스에 생분해가 가능하고, 재활용이 가능한 소재로서, PLA층(30)은 20~30㎛ 두께로 형성한다.
PLA층(30) 두께가 20㎛ 미만이면 합지가 제대로 되지 않고, 두께가 30㎛ 초과하면 합지는 잘되지만 두께의 편차가 심해져 부분적인 강도의 차이가 발생할 수 있고 고가의 PLA수지 사용으로 제작비용이 대폭 상승한다.
PLA층(30)을 합지하기 위해서 압출성형기의 각 부위 온도 설정이 중요한데, 높은 온도로 성형할 때 PLA수지가 타거나, 변성이 되고, 압출성형기의 T-다이스의 온도를 높게 할 경우 Neck-in이 증가하고, 흐름성의 불균일을 초래할 수 있기 때문이다.
본 발명에서는 압출성형기의 실린더 온도는 145~235℃, 스크린챈저 온도는 170~210℃, 캐리어 온도는 170~205℃, 멜트펄프 회전계 온도는 170~205℃, T-다이스의 온도는 170~215℃의 범위로 하여 PLA층(30)을 합지한다.
상기와 같이 구성된 원지는 평량 400gsm 이하, 두께 550㎛ 이하로 기존의 파렛트용 판지보다 두께가 얇으면서 경량이지만 강도는 동일하거나 우수한 특성을 나타낸다.
상기와 같이 구성된 원지는 표층(10), 심층(20), PLA층(30), 보강재층(40)이 적층되어 구성되는데, 이렇게 구성된 원지를 여러 겹 적층하여 파렛트용 판지를 구성한다.
본 발명의 목표는 두께가 2mm 미만이면서 최대하중 3ton의 하중을 견딜 수 있는 종이 파렛트용 판지이므로 원지를 여러 겹 적층하여 두께가 2mm 미만이 되도록 판지를 구성한다.
이때, 원지와 원지 사이 즉, 원지 층간에 물과 혼합된 일반 전분을 분사하여 적층함으로써, 전분이 호화되면서 발생하는 점성의 결합에 의해 원지 들의 층간 결합력을 높여 견고하게 적층, 결합되도록 한다.
이때, 원지 ton당 일반 전분 5~20kg 양으로 전분을 분사하는데, 이 전분 100중량부에 대해 지력증강제(양쪽성 PAM, Amphoteric Polyacrylamide) 1~5 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
지력증강제가 1 중량부 미만이면 강도의 접착강도의 발현이 약하고, 5 중량부 초과하면 과다한 투입으로 인한 오염이 발생한다.
상기 지력증강제는 원재료만으로 부족한 파열강도, 압축강도, 휨모멘트 등의 강도를 보완하는 역할을 한다.
상기와 같이 여러 겹(최소 4겹 이상)의 원지가 합지되어 종이 파렛트용 판지가 구성되는데, 합지된 종이 파렛트용 판지의 윗면과 아랫면에는 내수, 내유 코팅제를 코팅함으로써 종이 파렛트용 판지의 내수성 및 내유성을 확보한다.
상기 내수, 내유 코팅제는 수지보강 에멀젼(RFE)을 사용한다.
본 발명의 수지보강 에멀젼은 분자량 2,000~12,00이고, 유리전이온도(Tg)가 120℃이면서 약 70%의 소수성 물질과 30%의 친수성 물질로 구성된 SAA(HCC Soluryl Resin) 수지를 알칼리 수산화물, 아민 또는 암모니아수를 단독 또는 혼합 중화하여 얻어진 수지액을 고분자 유화제로 사용하여 수지보강 에멀젼을 제조하여 사용한다.
상기 수지보강 에멀젼은 스티렌 모노머, 메칠메타아크릴레이트, 2-에칠헥실아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸메타아크릴레이트와 같은 아크릴에스테르를 사용하였고, 비닐 실란계 모노머 또는 아릴메타아크릴레이트와 같은 가교성 모노머를 단독 또는 혼합 사용하여 내열성이 우수한 수지보강 에멀젼을 제조하였다.
상기 수지보강에멀젼의 내열성 및 블록킹성을 보강하기 위해 금속 킬레이트 가교데좌 파라핀 왁스 수분산액, 폴리에틸렌왁스 수분산액, 폴리프로필렌 왁스 수분산액과 폴리에테르실록산계 슬립제를 단독 또는 혼합하여 사용하였다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 판지로 제작되는 종이 파렛트는 기존 목재 파렛트나 플라스틱 파렛트보다 가볍고 부피가 작아 적재량을 증가시킬 수 있고, 경량 및 고강도화를 통한 물류 운송 효율 개선과 물류비를 절감할 수 있으며, 목재 파렛트처럼 수출입 인증마크를 획득할 필요가 없어서 통관에 대한 부담이 없다.
또한, 본 발명에 의한 판지로 제작된 종이 파렛트는 목재 파렛트 대비 20% 가격이 저렴하다.
또한, 본 발명은 펄프, 장섬유 및 PLA로 구성되어 생분해가 가능하여서 매립시 종이 자체가 분해되어 잔존물을 발생시키지 않고, 고지로도 재활용이 가능하다.
이상 상술한 실시 예를 통해 본 발명의 기술적 사상을 살펴보았다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 상기 살펴본 실시 예를 다양하게 변형하거나 변경할 수 있음은 자명하다.
또한, 비록 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다.
첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시 예는 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시 예에 국한되지 아니한다.
10 : 표층
20 : 심층
30 : PLA층
40 : 보강재층

Claims (11)

  1. 미표백크라프트펄프(UKP)로 형성된 표층(10);
    KOCC(Korea Old Corrugated Container) 100중량%, 또는 KOCC(Korea Old Corrugated Container) 50~99중량%와 AOCC(American Old Corrugated Container) 1~50중량%를 혼합하여 상기 표층(10)에 적층된 심층(20);
    기공성 펄프, 레이온, 섬유 접착제 및 삼섬유 중 어느 하나 또는 이들이 혼합되어 형성되고, 상기 심층(20)에 적층된 보강재층(40);
    PLA(Poly lactic Acid) 수지로 소재로 20~30㎛로 성형되어 상기 심층(20)과 보강재층(40)을 적층, 고정하는 PLA층(30);으로 원지가 구성되고,
    소정 개수의 상기 원지가 합지되어 구성된 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표층(10)에는 미표백크라프트펄프 100중량부에 대해 알럼 1.7~3.0 중량부, 로진 2.5~4.0 중량부 이상을 혼합하는 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표층(10)에는 미표백크라프트펄프 100중량부에 대해 AKD(Alkyl Ketene Dimer) 또는 ASA(Alkenyl Succinic Anhydride) 0.4~0.8 중량부 혼합된 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보강재층(40)은 SW(Softwood) Pulp 96~98 중량%와 PVA 2~4 중량%를 혼합하여 구성된 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 SW(Softwood) Pulp는 3.0mm 섬유장인 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보강재층(40)의 기공도는 35,000cc/min/㎠ 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보강재층(40)은 50~80㎛인 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 원지와 원지 사이에 물과 혼합된 전분을 분사하여 원지가 합지되되,
    상기 전분은 원지 ton당 5~20kg 양이고, 이 전분 100중량부에 대해 지력증강제 1~5중량부가 혼합되어 구성된 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 종이 파렛트용 판지의 윗면과 아랫면에는 내수, 내유 코팅제가 코팅된 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 내수, 내유 코팅제는,
    분자량 2,000 ~12,000이고, 유리전이온도(Tg)가 120℃인 SAA수지를 알칼리 수산화물, 아민 또는 암모니아수를 단독 또는 혼합 중화하여 구성된 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내수, 내유 코팅제에는 금속 킬레이트 가교제, 파라핀 왁스 수분산액, 폴리에틸렌왁스 수분산액, 폴리프로필렌 왁스 수분산액 또는 폴리에테르실록산계 슬립제 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는 종이 파렛트용 판지.
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