KR20030091212A - 폴리에틸렌을 합지한 내수성 골판지 원지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌을 합지한 내수성 원지에 관한 것으로 원지와 원지 사이에 저밀도폴리에틸렌을 20㎛의 두께로 합지하여 원지에 물이 투습되지 않도록 하고, 폴리에틸렌은 원지에 형성되어 있는 공극 사이에 유입되어 원지와의 합지가 긴밀하게 이루어져 원지 사이에 폴리에틸렌을 합지하여 완벽한 내수 기능을 지니는 원지의 제조가 가능하고, 내수성(차수성) 원지의 개발로 종래의 내수성 원지 제조에 사용되는 환경 오염물질(왁스, 콜타르)의 사용을 억제할 수 있고, 골판지의 고강도 유지로 원가를 절감할 수 있으며, 원지의 저평량화로 자원을 절약하는 효과가 있고, 포장재의 감량화, 보관 용적의 축소, 물류 비용을 절감할 수 있으며, 내수성 골판지의 재활용시 섬유의 높은 회수성으로 환경 친화적인 효과가 있고, 국내에서 사용되는 이중양면골판지를 양면골판지로 대체할 수 있는 것이다.

Description

폴리에틸렌을 합지한 내수성 원지{Water-resistant Corrugated Fiber-board by the Combining Treatment of Polyethylene Laminated Paper}

본 발명은 폴리에틸렌을 합지한 내수성(차수성) 원지에 관한 것이다.

특히 원지와 원지 사이에 일정한 두께를 가지는 폴리에틸렌을 합지시켜 내수성(차수성)이 있으면서 단위 중량당 강도가 높고, 자원의 재활용이 가능한 폴리에틸렌을 합지한 내수성(차수성) 원지에 관한 것이다.

일반적으로 골판지 포장은 단위포장, 내부포장, 외부포장, 화물수송 자체 등 전체적인 포장 형태로 사용되고 있으며, 포장재료로서 가격이 저렴하고, 균일성이 좋으며, 단위 중량당 강도가 높으며, 접착성 및 인쇄성이 우수하고, 비교적 고·저온에 적응성이 우수하며, 냄새와 독성이 없어 위생적이고, 자동 포장 적성이 좋으며, 형상 보유력이 우수하고, 환경 적응성이 뛰어나며, 폐기물의 Recycle성이 우수하다는 등의 장점을 지니고 있어서 포장재료로서 압도적인 지위를 차지하고 있다.

골판지 포장재의 사용 부문으로는 내수성(차수성)을 요하는 부문이 커다란 비중을 차지하고 있으며, 주로 이중 양면 골판지 상자를 사용하고 있고, 현재 생산되고 있는 농산물 포장용 상자는 라이너 원지와 골심지로 평량이 각각 180∼220g/㎡와 150∼180g/㎡인 것을 사용하여 이중 양면 골판지 상자를 제조하여 표면에 파리핀 왁스를 40g/㎡ 정도 도포하여 제조하고 있다.

그러나 상자의 강도적인 면은 충족시키지만 내수성(차수성)이 불충분하여 농산물을 비닐로 싸서 상자에 담고 있는 것이 현실이다. 비닐과 같은 부재료의 사용은 또한 새로운 환경 오염의 요인으로 문제시되고 있다. 그리고 내수성(차수성)을 강화시키는 방법으로는 파라핀 왁스의 사용량을 대폭으로 늘린다든지 콜탈에 침지하여 제조하는 방법이 있으나, 이러한 소재들은 재활용이 불가능하여 주로 매립하고 있다. 그러나 환경 규제의 강화로 내수성(차수성) 골판지 상자의 매립 또는 소각은 규제받을 것으로 생각된다.

오늘날에 있어서 농산물의 출하는 현지에서 선별하여 포장되므로 견본 거래를 통한 신속한 경매가 이루어지고, 유통 경비를 줄일 수 있는 등 여러 가지 장점을 지니고 있다. 이와 관련하여 우리 나라에서는 유통 기간 동안 농산물의 품질을 보존할 수 있는 내수성(차수성) 상자에 파리핀 왁스를 도포하는 방법과 사이징제를 내첨하여 제조한 원지를 사용하여 상자를 제조하여 왔다. 그리고 고내수성을요하는 상자를 제조할 때에는 파라핀 왁스에 침지하거나 콜탈을 도포하여 제조하여 왔다.

특히 파라핀 왁스를 침지시켜 만든 내수성(차수성) 골판지 상자는 꽁치나 오징어 등의 대량 수송을 가능하고, 폴리에틸렌 포대에 산소를 넣고 다시 골판지 상자로 포장하는 방법은 뱀장어나 금붕어 등의 장거리 수송에 이용되었다. 또 중량물 포장용 삼중 골판지, 즉 트리플 월(triple-wall) 골판지가 미국의 트라이월사에 의해 처음 개발되고, 미국 철도 수송 규격에 첨가되었는데, 일본에서는 렝고(주)가 동제품의 생산을 개시함으로서 본격적인 확대기를 맞이하였다.

골판지는 농산물 유통에 있어서 포장의 중요성이 대두되면서 유통중에 내용물의 손실을 억제하고, 산지에서 양질의 제품만을 선별하여 유통시킴으로서 쓰레기 배출량을 축소시키면서, 물류비의 절감을 꾀하려하고 있다. 현재 정부에서도 농산물 포장재에 대해 약 80%의 보조금을 지급하고 있는 실정이다.

그러나 농산물은 수분이 많은 유통 환경에 노출되어 있는 관계로 습윤 조건하에서도 내수성(차수성)을 지니면서도, 일정 수준 이상의 강도를 지니는 골판지 상자의 개발이 요구된다. 현재 사용되는 내수성(차수성) 골판지의 제조에는 파라핀 계통이 사용되고 있으나, 그러한 내수성(차수성) 골판지 상자는 재활용이 어려워 그 사용이 제한되고 있다. 따라서 저가의 농산물에 적용하기에 적합한 가격을 지니면서도, 내수성(차수성)을 가지는 환경 친화적인 골판지 상자용 원지의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 두 장의 라이너 원지 또는 골심지 사이에 PE층을 합지시켜 내수성(차수성) 라이너 원지 및 골심지를 개발하고, 상기 내수성(차수성)을 가진 PE를 합지하여 고강도의 원지를 제공하도록 하는 것이고, 저평량에서도 고강도를 가지면서 이중양면골판지를 대체할 수 있는 양면골판지를 제공하며, 재활용시에 섬유의 회수율이 높은 원지를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 폴리에틸렌을 합지한 내수성 원지의 단면도이고,

도 2는 본 발명의 PE합지 제조과정을 나타낸 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: PE합지 11a,11b: 원지

12: 폴리에틸렌

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 원지와 원지 사이에 310~320℃로 용융시킨 저밀도폴리에틸렌을 20㎛의 두께로 합지하여 원지에 물이 투습되지 않도록 하는 것을 그 기술적 사상의 특징으로 한다.

또한 폴리에틸렌은 원지에 형성되어 있는 공극 사이에 유입되어 원지와의 합지가 긴밀하게 이루어진다.

본 발명의 PE합지(10)는 원지(11a)와 원지(11b) 사이에 저밀도 폴리에틸렌을 합지시킨 것으로 원지(11a,11b)는 라이너지, 골심지, 크라프트지 등 물이 투습되는 것을 방지하는 내수성, 차수성 등이 요구되는 원지에 적용된다.

원지(11a)와 원지(11b) 사이에 합지되는 폴리에틸렌(12)은 저밀도 폴리에틸렌으로 밀도는 0.91∼0.92이고, 폴리에틸렌(12)의 두께는 20㎛으로 형성되며, 20㎛의 두께에 한정되지 않고 내수성(차수성), 방수성 등이 높이 요구되는 지질에는 40∼50㎛으로 형성시킬 수도 있음은 물론이다.

상기 폴리에틸렌(12)의 표면에는 원지에 형성되어 있는 공극 사이에 유입되어 합지되는 원지(11a,11b)와의 결합이 긴밀하게 이루어지도록 하고, 합지된 후에는 원지(11a,11b)와 탈리되는 것을 방지하게 된다.

도 2에서와 같이 PE합지(10)는 가압롤러(15b)의 일측에서 원지(11b)가 공급되고, 상기 가압롤러(15b)와 대응되어 회전되는 냉각롤러(15a)의 상측에서 또 다른 원지(11a)가 공급되며, 원지(11b)와 원지(11a) 사이에 저밀도 폴리에틸렌(12)을 310~320℃로 용융시켜 원지(11a,11b) 사이에 투입시키면 롤러(15a,15b)에 의하여 합지가 이루어지게 된다.

본 발명에서 사용되는 원지(11a,11b)는 조일제지(주) 안양공장에서 생산된 평량 150g/㎡(SK150)의 라이너지와 조일제지(주) 시화공장에서 생산된 평량 180g/㎡(SK180)의 라이너지 및 평량 120g/㎡(S120)의 골심지를 PE합지(10)의 원지로 사용하고. 또한 경기도 오산시 소재의 쌍용제지(주)에서 생산된 평량 90g/㎡의 크라프트지도 사용한다.

라이너지, 골심지 및 크라프트지를 이용하여 PE합지(10)의 제조는 한화화학(주)에서 생산되는 저밀도폴리에틸렌(Low Density Polyethylene: LDPE, 밀도 : 0.91~0.92)을 수지 COATING MACHINE(T-DIE)를 사용하여 20㎛의 두께로 조절하여 합지를 제조한다.

원지(11a,11b) 및 PE로 합지한 원지의 물성 시험을 위해 한국산업규격 KS M 7012(시험 용지의 전처리)에 의거 상대습도 65±2%, 온도 20±2℃에서 전처리한 후, 흡수도, 수직압축강도, 파열강도, 습윤압축강도 및 습윤파열강도를 각각 측정하였다.

PE합지(10)의 여러 가지 물성을 검토하기 위하여 기존의 두 회사에서 생산된 내수성(차수성) 골판지 원지〔HW사 제품 - 평량 240g/㎡(표면에 내수성 약품 30g/㎡ 도포), HN사 제품 - 평량 240g/㎡(표면에 내수성 약품 20∼24g/㎡ 도포)〕를 입수하여 동일한 조건에서 검토하였다.

내수성(방수성)은 종이의 흡수도를 측정하는 한국공업규격 KS M 7054〔종이 및 판지의 흡수도 시헙 방법(콥법)〕에 의거 측정하였다. 먼저 시험편을 130×130 ㎜의 규격으로 절단한 후, 항온항습실에서 24시간 조습하고 시험편의 무게를 측정한다.

고무로 덮인 금속판 위에 시험편을 놓고, 그 위에 금속 링을 위치시킨 다음 클램프로 조인 후 금속링 위에 20℃의 증류수 50㎖를 붓고 2분간 방치한다. 증류수를 제거한 후 시험편 위의 물을 투습지로 가볍게 눌러 제거한다. 시험편의 무게를 측정하고, 다음 식에 의해서 흡수된 증류수의 무게를 계상한다.

흡수도(g/㎡) ＝ 100 × 시험편의 무게 증가(g)

수직압축강도는 각각의 시험편을 한국산업규격 KS M 7051〔판지의 압축 강도 시험 방법(링 크라쉬법)〕에 의거 압축강도를 측정하였으며, 다음 식을 이용하여 비압축강도를 계상하였다.

C ＝ S ÷ W × 100

여기에서 C: 비압축강도, S: 압축강도(kg), W: 시험지의 평량(g/㎡)

파열강도는 각각의 시험편을 한국산업규격 KS M 7017(종이 및 판지의 저압 파열강도 시험 방법)에 의거 파열강도를 측정하였으며, 다음 식을 이용하여 비파열강도를 계상하였다.

C ＝ S ÷ W × 100

여기에서 C: 비파열강도(kg·f/㎠)｛kPa}, S: 파열강도(kg·f/㎠)｛kPa｝, W: 시험지의 평량(g/㎡)

습윤압축강도는 스프레이를 사용하여 각각 시험편의 앞뒷면을 충분히 적신 다음 1분간 방치한 후 한국산업규격 KS M 7051〔판지의 압축 강도 시험 방법(링 크라쉬법)〕에 의거 습윤압축강도를 측정하였으며, 다음 식을 이용하여 습윤비압축강도를 계상하였다.

C ＝ S ÷ W × 100

여기에서 C: 습윤비압축강도, S: 습윤압축강도(kg), W: 시험지의 평량(g/㎡)

습윤파열강도는 스프레이를 사용하여 각각 시험편의 앞뒷면을 충분히 적신 다음 1분간 방치한 후 한국산업규격 KS M 7097(골판지의 습파열 강도 시험 방법)에 의거 습윤파열강도를 측정하였으며, 다음 식을 이용하여 습윤비파열강도를 계상하였다.

C ＝ S ÷ W × 100

여기에서 C: 습윤비파열강도(kg·f/㎠)｛kPa｝, S: 습윤파열강도(kg·f/㎠)｛kPa｝, W: 시험지의 평량(g/㎡)

골판지의 제조는 경기도 용인시 소재의 용제판지(주)의 골게이터를 이용하여 PE합지(10)를 각각 라이너지 및 골심지로 사용하여 1m × 1m 크기의 골판지를 제조하였다.

골게이터로 제조된 골판지의 골 형성성과 와프 현상을 육안으로 관찰하였으며, 수직압축강도는 골판지에 골을 세워서 상하로 압축력을 가했을 때의 내압 강도를 시험하는 것으로서 시험편 중앙 부분이 완전히 꺾어졌을 때의 최대값으로 나타낸다. 한국산업규격 KS M 7063(골판지의 압축강도 시험 방법)에 의거 수직압축강도를 측정하였으며 kg·f/50㎜로 표시한다.

평면압축강도는 골판지의 평면에 대해서 수직으로 압축력을 가하여 라이너의 면이 옆으로 미끄러지지 않는 조건하에서 압축 강도를 시험하는 것으로서 시험편의 파형이 완전히 압축 파괴될 때의 최대값으로 나타낸다.

한국산업규격 KS M 7063(골판지의 압축강도 시험 방법)에 의거 평면압축강도를 측정하였으며, kg·f/32.2㎠로 표시한다.

파열강도는 골판지의 시험편을 각각 한국산업규격 KS M 7082(종이 및 판지의 고압 파열강도 시험 방법)에 의거 파열강도를 측정하였으며, 다음 식을 이용하여 비파열강도를 계상하였다.

C ＝ S ÷ W × 100

여기에서 C: 비파열강도(kg·f/㎠)｛kPa}, S: 파열강도(kg·f/㎠)｛kPa｝,W : 시험지의 평량(g/㎡)

해리성 및 섬유 회수성은 기존의 농수산물 포장용 상자와 PE원지를 전건 중량으로 각각 400g을 채취하여 크기를 5㎝×5㎝가 되도록 절단한 후 비이터(리파이너)로 20분간 처리하여 해섬시켰다.

그리고 0.02인치의 클리어린스를 지닌 슬릿 타입의 플레이트로 2분간 스크린처리하여 회수율을 검토하고, 재생 섬유의 분산 상태를 육안으로 관찰하였다.

재생 수초지의 물성 측정은 PE합지를 이용한 내수성(차수성) 골판지를 해섬하여 재생 펄프를 제조하였다. 재생 펄프의 재활용 가능성을 평가하기 위하여 한국공업규격 KS M 7030(펄프 시험용 수록지 제조 방법)에 의거 평량 120g/㎡의 수록지를 제조하였다.

그리고 한국산업규격 KS M 7012(시험 용지의 전처리)에 의거 상대습도 65±2%, 온도 20±2℃에서 전처리한 후 수직압축강도와 파열강도를 측정하였다.

수직압축강도는 수록지를 한국산업규격 KS M 7051〔판지의 압축 강도 시험 방법(링 크라쉬법)에 의거 압축강도를 측정하였으며, 다음 식을 이용하여 비압축강도를 계상하였다.

C ＝ S ÷ W × 100

여기에서 C: 비압축강도, S: 압축강도(kg), W: 시험지의 평량(g/㎡)

파열강도는 수록지를 한국산업규격 KS M 7017(종이 및 판지의 저압 파열강도 시험 방법)에 의거 파열강도를 측정하였으며, 다음 식을 이용하여 비파열강도를 계상하였다.

C ＝ S ÷ W × 100

여기에서 C: 비파열강도(kg·f/㎠)｛kPa｝, S: 파열강도(kg·f/㎠)｛kPa｝, W: 시험지의 평량(g/㎡)

PE합지(10)에 의한 원지(11a,11b)의 물리적 특성 변화는 크라프트지, 라이너지 및 골심지의 물성을 평가하기 위하여 압축강도, 파열강도를 측정하고 그 결과를표 1에 나타내었다.

각종 원지의 물리적 특성

	Kraft-90	SK150	SK180	S120
비압축강도(㎏·f)	12.4	11.4	22.1	13.2
비파열강도(㎏·f/㎠)	3.91	2.50	2.55	2.06

표 1은 Kraft-90, SK150, SK180 및 S120은 순차적으로 평량 90g/㎡의 크라프트지, 평량 150g/㎡, 180g/㎡의 라이너지 그리고 평량 120g/㎡의 골심지를 나타낸 것이다.

표 1에서 보는 바와 같이 압축강도면에서 SK180이 22.1kg·f로, 파열강도면에서는 Kraft-90이 3.91kg·f/㎠로 가장 높은 강도치를 나타내었으며, S120의 강도치는 2.06kg·f/㎠로 가장 낮았다.

두 장의 원지를 포개어 측정한 물리적 특성

	Kraft-90/Kraft-90	SK150/Kraft-90	SK180/S120	S120/S120
비압축강도(㎏·f)	11.7	15.3	19.8	12.2
비파열강도(㎏·f/㎠)	3.52	3.08	2.23	2.06

표 2는 동일한 두 장의 원지 또는 서로 다른 원지 두 장을 포개어 물리적 특성을 측정한 값이다. 동일한 원지를 두 장 겹쳐서 측정한 물성치는 표 1의 결과와 유사하였으나, SK150과 Kraft-90을 포개어 측정한 압축강도(15.3kg·f) 및 파열강도(3.08kg·f/㎠)가 표 1에 나타낸 SK150의 결과보다 높게 나타났다.

이것은 표 1의 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 Kraft-90의 강도치가 SK150의 것보다 우수한 것으로 나타났다.

PE합지한 각종 내수성 골판지 원지의 물리적 특성

	Kraft-90/PE/Kraft-90	SK150/PE/Kraft-90	SK180/PE/S120	S120/PE/S120
비압축강도(㎏·f)	22.1	23.0	20.4	19.5
비파열강도(㎏·f/㎠)	4.04	3.05	2.01	2.28

표 3은 두 장의 원지 사이에 20㎛의 두께로 PE를 용융/압착시켜 합지한 내수성(차수성) 골판지 원지의 물리적 특성을 나타낸 것이다. 표 3의 결과를 표 2의 것과 비교하여 보면 전반적으로 파열강도의 증가보다 압축강도의 증가가 현저하게 나타났다.

특히 Kraft-90의 두 장 사이에 PE를 용융/부착시킴에 의해 압축강도가 11.7kg·f에서 22.1kg·f로 약 189% 증가되었으며, 저급지인 S120도 PE합지로 인해 160%의 강도 증가를 나타내었다.

또한 파열강도면에 있어서도 Kraft-90/PE/Kraft-90와 같이 PE를 합지함에 의해 3.52kg·f/㎠에서 4.04kg·f/㎠로 115% 가량 개선되었다. 이와 같은 강도의 향상은 원지 사이에 형성된 20㎛ 두께의 PE막이 관여함에 의한 것으로 판단된다.

PE합지의 내수성(차수성) 평가는 원지의 내수성은 Cobb법을 이용하여 원지의 흡수도를 측정하여 검토하였다. 먼저 원지의 흡수도를 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.

각종 원지의 흡수도 측정

	Kraft-90	SK150	SK180	S120
흡수도(Cobb 2분)(g/㎡)	56	60	238	176

표 4에서 보는 바와 같이 KS180과 S120에서 각각 238g/㎡과 176g/㎡로 유난히 높은 흡수도를 나타낸 것은 실험에 사용한 증류수가 원지를 통과하여 평활한 금속판을 따라 번진 결과로 여겨진다.

PE 합지한 각종 골판지 원지의 흡수도

	Kraft-90/PE/Kraft-90	SK150/PE/Kraft-90	SK180/PE/S120	S120/PE/S120
흡수도(Cobb 2분)(g/㎡)	53	41	120	121

표 5는 PE를 이용하여 합지한 4종류의 내수성(차수성) 골판지 원지의 흡수도를 Cobb 법으로 측정한 결과이다. 표 5에서 보는 바와 같이 각각의 PE합지의 흡수도가 표 4의 원지의 흡수도와 유사하거나 일부는 극히 적게 나타났다.

이것은 두 장의 원지 내부에 형성된 PE막이 원지에서 원지로의 수분 이동을 차단한 결과로서 PE합지를 이용함으로서 완벽한 내수성을 지닌 골판지 원지를 제조할 수 있게 된다.

원지에 대한 PE의 접착성과 PE 도포의 균일성을 검토하여 보면 이 두가지 특성은 깊은 연관성을 지니고 있는 것으로, 먼저 PE의 접착성에 대해서 PE로 합지된 원지의 상태를 육안으로 관찰하였으며, 제조한 모든 PE합지에 있어서 접착 정도는 양호하였다.

그리고 PE 도포의 균일성은 PE 도포 막이 원지의 전체에 걸쳐 균일하게 분포되어 있는지에 대해서 검토하는 것으로, Cobb 법으로 흡수도를 측정하는 경우를 포함하여 PE합지에 물을 접촉시켰을 때 PE합지는 이면으로 물이 배어나오는 현상이관찰되지 않았기 때문에 PE막이 원지에 균일하게 도포되어 있다.

표 5에서 살펴본 바와 같이 두 장의 원지 사이에 PE 층을 형성시킴에 의해 거의 완벽히 수분을 차단하는 내수성(차수성) 골판지 원지의 제조가 가능하게 되었다. 따라서 여기에서는 기존의 두 회사에서 생산되는 내수성 골판지 원지를 입수하여, 각각 기건상태와 습윤상태에서 압축강도와 파열강도를 측정하여 내수성 골판지 원지와 비교하였다.

먼저 기건상태에서의 물성 비교는 표 6에 내수성(차수성) 골판지 원지와 HW사와 HN사 제품인 내수성 골판지 원지의 특성을 측정하여 나타낸 것이다.

내수성 골판지 원지의 흡수도 및 물리적 특성

	기건비압축강도(㎏f)	습윤비압축강도(㎏f)	기건비파열강도(㎏f/㎠)	습윤비파열강도(㎏f/㎠)	흡수도(Cobb 2분)(g/㎡)
Kraft-90/PE/Kraft-90	22.1	7.5	4.04	2.46	53
SK150/PE/Kraft-90	23.0	10.6	3.05	2.42	41
SK180/PE/S120	20.4	10.9	2.01	1.68	120
S120/PE/S120	19.5	6.8	2.28	1.42	121
HW-240	20.1	1.4	2.08	1.15	2
HN-240	25.5	5.3	2.54	1.46	40

표 6에서 보는 바와 같이 기건 상태에서의 압축강도는 HN-240이 25.5kgf로 검토한 다른 골판지 원지에 비해 다소 높은 값을 나타내었으며, 파열강도면에서는 평량 90g/㎡의 크라프트지 두 장 사이에 PE 층을 형성시킨 원지가 4.04kgf/㎠로 높은 강도치를 나타낸다.

또한, 습윤상태에서의 물성 비교는 내수성(차수성) 골판지 원지가 습윤 상태에서 어느 정도 강도가 저하되는지에 대해서 검토하였다. 즉, 스프레이를 사용하여 각각의 원지 앞뒷면을 충분히 적신 다음 1분간 방치한 후 강도를 측정하였다.

표 6에서 볼 수 있는 바와 같이 전반적으로 검토한 모든 내수성(차수성) 골판지 원지는 습윤 상태에서 강도의 저하가 관찰되었다. 특히, HW-240은 습윤 상태에서 압축강도가 기건 상태의 값에 비해 93% 정도 감소되어 습윤 상태에서는 골판지 상자로서의 기능을 유지할 수 없음이 시사되었다.

또한 HN-240도 습윤상태에서 79% 감소되었다. 그러나 SK180/PE/S120은 압축강도면에서 습윤상태에서도 기건상태의 강도값의 53%를 유지하여 검토한 골판지 원지 중에서 강도의 감소 정도가 가장 적었다.

파열강도면에서는 습윤 상태로 노출됨에 의해 기존의 골판지 원지인 HW-240과 HN-240이 각각 45%와 43%의 강도 저하 현상을 나타내었다. PE원지는 습윤상태에서 39%에서 16%의 낮은 강도 저하를 나타내었으며, 특히 SK180/PE/S120은 습윤 상태하에서도 기건 상태의 약 84%의 강도를 유지하여 습윤 상태하에서도 골판지 상자의 기능을 유지할 수 있다.

PE합지로 제조된 골판지 원지는 거의 완벽한 내수성(차수성)을 지니면서도 기건상태의 강도적인 면에서도 기존의 내수성 골판지 원지에 손색이 없으며, 습윤 상태에서의 강도는 기존의 내수성 골판지 원지에 비해 현저히 높았다.

따라서 새로운 내수성(차수성) 골판지 원지를 이용하여 골판지를 제조한 후, 파열강도와 평면 및 수직 압축강도를 측정하였다. 그리고 PE 합지를 골심지로 사용했을 때의 골 형성성과 제조된 골판지의 와프 현상에 대해서 육안으로 관찰하였다.

PE합지로 제작된 골판지의 물성 측정은 5종류의 내수성(차수성) 골판지 원지를 각각 표면용 라이너지 또는 골심지로 사용하여 B골과 A골로 양면골판지를 제조하여 강도를 측정하였다.

일반적으로 골판지의 압축강도는 골심지의 강도에 많은 영향을 받으며, 특히 평면압축강도는 거의 골심지의 강도, 즉 골의 형성성이 중요한 영향 인자로 알려져 있다. 그리고 수직압축강도는 60%~70% 정도는 골심지의 영향을 받으며, 나머지는 라이너지에 의해 좌우된다. 한편 파열강도는 골심지보다는 표면 라이너지와 이면 라이너지의 강도에 영향을 많이 받는다.

PE 합지로 제작한 골판지의 물리적 특성

	압축강도
구성 원지의 배합기준	골의 종류	평면(㎏·f)	수직(㎏·f)	파열강도((㎏·f/㎠)
Kraft-90/PE/Kraft-90/120g/㎡/180g/㎡	B	45.5	29.4	11.8
SK150/PE/Kraft-90/120g/㎡/240g/㎡	B	41.7	35.3	13.8
SK180/PE/S120/180g/㎡/240g/㎡	A	20.3	36.3	14.4
240g/㎡/Kraft-90/PE/Kraft-90/240g/㎡	A	83.3	44.4	12.3
240g/㎡/S120/PE/S120/240g/㎡	A	48.9	39.8	14.6

표 7은 5종류의 골판지 상자용 원지의 물리적 특성을 나타낸 것으로 먼저 PE 합지를 라이너 원지로 사용하여 제조한 3종류의 골판지의 강도 특성에 대해서 살펴보면 평량 180g/㎡인 라이너지와 저급지인 120g/㎡인 골심지를 이용하여 PE 합지를 제조한 SK180/PE/S120을 라이너 원지로 사용하여 A골로 제조한 골판지의 수직압축강도 및 파열강도는 각각 36.3 kg·f 및 14.4 kg·f/㎠를 나타내어 고급지인 Kraft지를 합지하여 라이너지로 사용하여 제조한 골판지보다도 우수한 강도 특성을 나타낸다.

또한 PE합지를 골심지로 사용하여 제조한 골판지의 강도 특성에 대해서 살펴보면 표 7에서 볼 수 있는 바와 같이 압축강도면에서는 고급지인 평량 90g/㎡의 크라프트지 사이에 PE 층을 형성시킨 Kraft-90/PE/Kraft-90을 골심지로 사용하여 A골로 제조한 골판지의 평면 및 수직 압축강도가 각각 83.3 kg·f와 44.4 kg·f로 특히 높게 나타난다.

한편 저급지인 S120을 PE로 합지한 S120/PE/S120을 골심지로 사용하여 A골로 제조한 골판지의 평면 및 수직 압축강도가 각각 48.9 kg·f와 39.8 kg·f로 높게 나타난다.

이 강도 값은 고급지인 Kraft-90을 한지하여 제조한 Kraft-90/PE/Kraft-90을 골심지용으로 사용하여 A골로 제조한 골판지의 강도치(83.3 kg·f과 44.4 kg·f)보다는 낮지만 저급지의 PE 합지에 의해 압축강도가 개선되었다.

한편, 파열강도는 14.6 kg·f/㎠에서 11.8 kg·f/㎠의 범위를 지녔다. 특히 저급지인 S120을 PE로 합지한 S120/PE/S120을 골심지로 사용하여 A골로 제조한 골판지의 파열강도가 14.6 kg·f/㎠로 가장 높게 나타났다. 따라서 PE 합지로 인해 압축강도 뿐만 아니라 파열강도도 개선됨이 시사되었다.

PE 합지로 제조된 골판지의 특성 및 경제성 평가는 골판지를 이용하여 내수성(차수성) 포장용 상자를 제조할 때에는 포장 내용물의 종류 및 보관 환경 등에 따라 원지의 구성을 달리 할 수 있다.

즉, PE 합지를 라이너지에 사용하여 골판지를 제조할 수도 있으며, 경우에 따라서는 골심지로 사용하여 골판지를 제조할 수 있다. 여기에서는 골판지의 경제성에 대해서 기존의 가전 제품 포장제 생산업체와 농산물 포장제 생산업체의 원지 배합 기준과 비교하여 검토하고자 한다.

PE 합지를 라이너 원지로 사용하여 제조한 골판지의 구성 원지의 배합과 강도 특성 및 경제성 평가

구성원지의 배합기준	사용 용도	수직압축강도(㎏·f/50㎜)	파열강도(㎏·f/50㎜)	제조원가(원/㎡)	원자재 중량(g/㎡)
SK180/PE/S120/S180/KA240	-	36.3	14.4	317	720
SA210/S120(B)/SA180/S120(A)/SA210	가전제품 포장용	34	15	347	840
SK210/S120(B)/K180/S120(A)/SK210	농산물 포장용	35.5	14.6	327	84

표 8은 PE합지를 라이너 원지로 사용하여 제조한 양면골판지의 경제성 평가를 가전 제품 포장용 골판지 및 농산물 포장용 골판지와 비교한 것으로 표 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 수직압축강도(36.3 kg·f/50㎜)와 파열강도(14.4 kg·f/㎠)가 비슷한 골판지를 제조하기 위해 제조 원가 및 사용 원자재 중량이 ㎡당 각각 317원과 720g이 소요되었다.

그러나 가전제품 포장용 골판지 제조업체에서는 각각 9%와 17%가 상승된 347원과 840g을 소요하여 이중양면골판지로 제조하고 있으며, 농산물 포장용 골판지 제조업체에서도 각각 3%와 17%가 상승된 327원과 840g을 소비하여 이중양면골판지를 제조하고 있다.

따라서 PE합지를 라이너지로 사용하여 제조한 양면골판지는 비슷한 강도 조건에서 지존의 가전제품 포장용 이중양면골판지 및 농산물 포장용 이중양면골판지보다 제조 비용 및 사용하는 원자재의 중량을 각각 3%~9% 및 17% 정도 절감할 수있다.

표 9는 PE 합지를 골심지로 사용하여 제조한 양면골판지의 경제성 평가를 가전 제품 포장용 골판지 및 농산물 포장용 골판지와 비교한 것이다.

PE합지를 골심지로 사용하여 제조한 골판지의 구성 원지의 배합과 강도 특성 및 경제성 평가

구성원지의 배합기준	사용 용도	수직압축강도(㎏·f/50㎜)	파열강도(㎏·f/㎠)	제조원가(원/㎡)	원자재 중량(g/㎡)
KA240/S120/PE/S120/KA240	-	39.8	14.6	322	720
SA180/K200(B)/K200/K200(A)/SA180	가전제품 포장용	40	14	366	960
SK210/B150(B)K180/B150(A)SK210	농산물 포장용	39.7	13.7	351	900

저급지인 S120을 합지하여 제조한 S120/PE/S120을 골심지로 사용하여 A골로 제조한 양면골판지의 수직압축강도와 파열강도는 각각 39.8 kg·f/50㎜과 14.6 kg·f/㎠을 나타내었다. 한편 이러한 강도 값과 유사한 강도 특성을 지니게 하기 위해서 가전 제품 포장용 골판지 생산 업체와 농산물 포장용 골판지 생산 업체는 표 8에서 보는 바와 같이 각각 이중양면골판지를 제조하여 사용하고 있다.

또한, 수직압축강도와 파열강도가 비슷한 골판지를 제조하기 위해서 제조 원가 및 사용 원자재 중량이 ㎡당 각각 322원과 720g이 소요되었다. 그러나 가전제품 포장용 골판지 제조업체에서는 각각 14%와 33%가 상승된 366원과 960g을 소비하여 이중양면골판지로 제조하고 있으며, 농산물 포장용 골판지 제조업체에서도 각각 9%와 25%가 상승된 351원과 900g을 소비하여 이중양면골판지를 제조하고 있다. 따라서 PE합지를 골심지로 사용하여 제조한 양면골판지는 비슷한 강도 조건에서 기존의가전제품 포장용 이중양면골판지 및 농산물 포장용 이중양면골판지보다 제조 비용 및 사용하는 원자재의 중량을 각각 9%~14% 및 25~33% 정도 절감할 수 있었다.

더욱이 S120/PE/S120을 골심지로 사용하여 A골로 제조한 양면골판지는 거의 대부분의 농산물 및 공산품 포장에 요구되는 압축 및 파열강도를 충족시킬 수 있는 수준으로, 현재 주로 사용되고 있는 이중양면골판지를 양면골판지로 모두 대체할 수 있을 것으로 생각된다.

그림 1 PE합지한 내수성 골판지 원지

그림 1은 PE합지한 내수성(차수성) 골판지 원지의 골 형성성을 육안으로 관찰한 것이다. S120/PE/S120을 골심지로 사용하여 A골로 제조한 편면골판지에서 골 형성성은 매우 우수한 것으로 나타났으며, PE를 이용하여 합지한 내수성(차수성) 골판지 원지를 골심지로 사용할 수 있을 정도로 우수한 골 형성성을 지니는 것으로 나타났다.

그림 2 내수성 골판지 상자용 원지

그림 2는 와프 현상을 육안으로 관찰한 것으로 골판지 상자의 제조에 있어서 발생하는 단점으로서 와프 현상은 그 발생 원인이 매우 복잡하기 때문에 골판지 상자 원단에서 매우 빈번하게 발생하며, 내수성(차수성) 골판지 원지로 만든 서로 다른 5 종류의 골판지로서 골판지의 와프 현상은 다소 발견되지만, 그리 심하지 않은 상태로 판정되었다.

PE합지를 골심지 또는 라이너지로 각각 사용하여 양면골판지를 제조하여 그 경제성을 가전 제품 포장용 이중양면골판지와 농산물 포장용 이중양면골판지와 비교/검토하면 비슷한 강도 특성에서 PE합지로 제조한 골판지가 더욱 경제적임을 확인할 수 있다. 여기에서는 PE합지를 라이너지로 사용하여 제조한 양면골판지를 유사한 강도 특성을 지니도록 원지 배합을 조정하여 제조한 가전 제품 포장용 양면골판지와 제조 원가와 사용된 원자재 중량을 비교하였다.

PE 합지를 라이너 원지로 사용하여 제조한 양면골판지의 구성 원지의 배합과 강도 특성 및 경제성 평가

구성 원지의 배합 기준	사용 용도	수직랍축강도㎏·f/50㎜)	파열강도(㎏·f/㎠)	제조 원가(원/㎡)	원자재 중량(g/㎡)
SK180/PE/S120/S180/KA240	-	36.3	14.4	317	720
KLB225/SUS150(A)/KLB175	가전제품 포장용	32	16	380	550
SUK175/SUS175(A)/SUK175	가전제품 포장용	34	14	400	525

표 10에서 볼 수 있는 바와 같이 PE 합지한 SK180/PE/S120을 라이너지로 사용하여 A골로 제조한 양면골판지의 수직압축강도와 파열강도는 각각 36.3kg·f/50㎜와 14.4kg·f/㎠를 나타낸다. 이 골판지를 제조하기 위해서는 ㎡당 제조 원가와 원자재 중량이 각각 317원과 720g이 소비되었다. 한편, 가전 제품 포장용 제조 업체에서는 이와 유사한 강도 특성을 지니도록 양면골판지를 만들기 위해서 사용하는 원자재는 550g으로 약 24% 정도 절감시킬 수 있었으나, 구성원지의 배합 수준으로 볼 때, SCP 로 제조한 골심지용인 SUS, 30%∼40%의 UKP와 AOCC로 제조한 KLB, 그리고 수입지인 SUK 와 같은 고급의 천연 펄프를 원료로 제조한 원지를 사용하여 제조 비용이 약 20% 이상 높았다.

따라서 PE합지를 이용하여 제조한 양면골판지는 국내에서 제조되어 사용되는 거의 모든 이중양면골판지를 대체할 수 있다.

현재 국내에서 생산되는 내수성 골판지는 주로 파라핀 또는 왁스를 라이너 원지 표면을 코팅한 것이 주류를 이룬다. 그러나 이러한 내수성 골판지는 그 성능이 약하여 내수성을 강화시키는 방법으로 다량의 약품을 사용하고 있으며, 이로 인해 재활용이 어려워 환경 오염원으로 분류되고 있는 실정이다.

따라서 여기에서는 내수성 골판지의 재활용성에 대해서 검토하여 보면 내수성(차수성) 골판지의 해리성은 해리한 후 섬유의 회수율로 평가하였으며, 기존 제품과 비교하였다.

저급지인 S120을 PE로 합지한 S120/PE/S120을 골심지로 이용하여 A골로 제조한 골판지 KA240/S120/PE/S120/KA240를 해리하여 섬유 회수율을 측정하였다. 대조 셈플로는 시중에 유통되는 농수산물 포장용 박스 240g/㎡/120g/㎡(B)/120g/㎡/120g/㎡(A)/240g/㎡를 사용하였다.

각각의 시료를 전건 400g이 되도록 채취하여 크기를 5㎝×5㎝가 되도록 절단한 후 비이터(리파이너)로 20분간 처리하여 해섬시킨 후 플렛 스크린(슬릿 타입 0.02인치)으로 2분간 처리하여 섬유 회수율을 측정하였다.

PE합지로 제조한 골판지의 회수율 92.8%(리젝트율은 7.2%)로 일반적으로 사용되고 있는 농수산물 골판지 상자의 회수율인 94.3%(리젝트율은 5.7%)와 거의 동등한 수준을 유지한다.

재생 펄프로 제조된 수록지의 물성은 재생 섬유로 수초지를 제조하여 물리적 특성을 검토하고 그 결과를 표 11에 나타내었다.

내수성 골판지로부터 회수한 재생 섬유의 물리적 특성

	비압축강도(㎏·f)	비파열강도(㎏·f/㎠)
수초지	11.7	2.33

표 11에서 보는 바와 같이 수초지의 압축강도는 11.7kg·f로 나타났으며, 파열강도는 2.33kg·f/㎠을 나타낸다. 이 강도 값은 표 1의 원지의 물리적 특성값 중에서 S120과 SK150의 강도값에 버금가는 것으로 내수성(차수성) 골판지를 골심지 또는 라이너 원지로 재활용할 수 있는 가능성이 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 원지는 원지 사이에 폴리에틸렌을 합지하여 완벽한 내수 기능을 지니는 원지의 제조가 가능하고, 국내에서 사용되는 이중양면골판지를 양면골판지로 대체할 수 있으며, 내수성(차수성) 원지의 개발로 내수성(차수성) 원지 제조에 사용되는 환경 오염물질인 파라핀의 사용을 억제할 수 있다.

또한, 원지의 고강도 유지로 원가를 절감할 수 있으며, 원지의 저평량화로 자원을 절약하는 효과가 있고, 포장재의 감량화, 보관 용적의 축소, 물류 비용을 절감할 수 있으며, 내수성(차수성) 원지의 재활용시 섬유의 높은 회수성으로 환경 친화적인 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 원지와 원지 사이에 저밀도폴리에틸렌을 20㎛의 두께로 합지하여 원지에 물이 투습되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌을 합지한 내수성 원지.
2. 제1항에 있어서,

   폴리에틸렌은 원지에 형성되어 있는 공극 사이에 유입되어 원지와의 합지가 긴밀하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌을 합지한 내수성 원지.