KR20060066911A

KR20060066911A - 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지 및그를 이용한 종이용기

Info

Publication number: KR20060066911A
Application number: KR1020040105448A
Authority: KR
Inventors: 최재관
Original assignee: 최재관
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-19
Also published as: KR100660980B1

Abstract

본 발명은 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지 및 그를 이용한 종이용기에 관한 것으로, 1종 이상의 수용성수지에 슬립제 및 분산제를 포함하는 포장용 수용성 수지를 원지에 코팅·성형하는 방법으로 종이용기를 제조하여 사용 후 펄프 및 원지로써 2회 내지 15회 재생 가능한 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지 및 그를 이용한 종이용기에 관한 것이다.

종래의 종이컵을 비롯한 종이용기는 폴리에틸렌 칩(chip)에 고온의 열을 가해 용해시킨 후, 원지에 열융착 하는 방법으로 제조되는데, 이때 폴리에틸렌 칩의 용해공정에서 발암물질로 추정되는 휘발성유기용제(VOCs)가 발생되고 이는 대기오염을 수발한다. 또한, 재활용 과정이 어렵고 처리비용이 높아 대부분 소각하는 실정이다. 더욱이, 종래 제품은 사용/폐기과정에서 환경호르몬 방출의 위험이 높아 식품위생 및 안전성 측면에서 문제가 제기되고 있어, 환경파괴 및 자원의 재활용 관점에서 그 한계점이 있었다.

이에 본 발명은 종래의 종이용기 제작 공정에서 폴리에틸렌과 동일한 효과를 가지며, 또한 재활용이 가능한 수용성 수지의 사용과 이를 통한 종이용기 제작으로, 종래의 종이컵과 같이 용지의 두께가 300㎛ 이하에서 불가능했던 펄프 재생을 본 발명을 통한 종이용기는 용지 종류에 상관없이 투입량 대비 90% 이상의 펄프재생을 실현할 수 있으며, 200℃ 가량의 고온공정을 필요로 하지 않기 때문에 공정 비용 절감과 휘발성 유기물질(VOCs)의 발생 및 이에 대한 대기오염을 원천적으로 제거하는 동시에, 친환경적인 작업환경을 제공한다. 또한, 환경호르몬의 발생이 적은 수용성 수지 등을 사용하므로 사용자의 건강을 지킬 수 있는, 식품포장용 수용성 수지 및 그를 이용한 종이용기를 제공한다.

종이용기, 식품포장용 수용성 수지, 펄프 재생, 환경호르몬, 발암물질, 공정비용절감

Description

친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지 및 그를 이용한 종이용기{Environmentally friendly and recyclable Water Soluble Resin for food-wrapping and Paper vessel Using That}

본 발명은 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지 및 그를 이용한 종이용기에 관한 것으로, 1종 이상의 수용성수지에 슬립제 및 분산제를 포함하는 식품포장용 수용성 수지를 원지에 코팅·성형하는 방법으로 종이용기를 제조하여 사용 후 펄프 및 원지로써 2회 내지 15회 재생 가능한 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지 및 그를 이용한 종이용기에 관한 것이다.

과학기술의 발달과 생활문화 질의 향상 및 편리함으로 인해 일회용품 사용이 급격히 늘어나고 있는데, 특히 종이용기는 음료용 자판기컵, 컵라면 용기, 일회용 테이크아웃컵 및 아이스크림용기 등 다양한 용기의 재료로 사용된다. 통상 일회용 식품포장 용지라 함은 종이용기의 제조 시 사용되는 종이 일측면에 폴리에틸렌 코팅처리하여 내용물의 유출을 방지하는 역할을 하는 종이를 일컫고, 이는 200℃ 가량의 케스팅 코팅으로 제조하고 있다.

그런데, 종래의 종이용기는 폴리에틸렌코팅으로 인하여 사용 후, 재활용 공정 중 cell 과정에서 폴리에틸렌의 검화(aggregation)로 인해 재활용이 불가하여 300㎛이하의 포장용지에서 펄프의 재생은 전혀 이루어지지 못하며, 350㎛이상의 두꺼운 포장용지에서만 부분적으로 이루어지고 있으나 이에 대한 수율 역시 80%를 넘지 못하는 실정이다. 이에 따라 종이용기 제조에 계속적인 펄프의 수입이 이루어지며, 이에 대한 자원의 재활용 관점 및 환경파괴에서 그 한계점이 있을 뿐만 아니라, 소각 시 발생하는 매연은 대기오염을 유발하고, 매립을 하여도 자연 분해가 되기까지 수백 년이 걸리기 때문에 토양 오염의 주범이 된다. 더욱이, 폴리에틸렌 코팅공정은 원천적으로 요구되는 200℃ 가량의 폴리에틸렌 칩의 용해공정 및 이에 대한 휘발성 유기용제(VOCs)로 인하여 고비용 및 작업환경 저하/대기오염으로 인한 환경문제를 유발한다.

또한, 폴리에틸렌코팅은 사용 조건에 따라 환경호르몬의 방출과 발암물질에 노출될 위험이 매우 높으며, 장기간 인체에 노출시 그 독성을 유발하기 때문에 식품위생 및 안전성 측면에서 문제가 제기되고 있다. 특히, 폴리에틸렌이 100℃ 가량의 고온의 물질과 접촉 시 발생될 것으로 추정되는 환경호르몬인 PFOA(per fluorooct anoic acid)으로 인해 그 문제점은 더욱 심각하다.

이에, 상기와 같은 제반 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은, 종래의 폴리에틸렌 코팅 대신 1종 이상의 수용성수지에 슬립제 및 분산제를 후첨가한 코팅액을 사용함으로써, 종래의 종이용기와 동일한 내구성 및 접착력의 물성을 나타내는 동시에, 기존의 제품에서 불가능했던 펄프의 재생이 본 특허의 기술을 통해 저비용 및 용이한 공정으로 펄프를 대량 재생할 수 있으며, 휘발성 유기물질(VOCs)이 발생하지 않아 작업성 증대 및 작업환경이 개선되고 부수적으로 화재예방까지 기대할 수 있다. 또한, 펄프의 재활용을 통해 사용 대비 소각 횟수를 감소시켜 대기/토양오염을 예방할 수 있다. 이를 통해 펄프의 수입대체 효과와 환경문제를 동시에 해결할 수 있을 것이다.

더욱이, 본 특허의 기술이 적용된 종이용기의 제조, 사용, 재활용 및 소각과정에서 환경호르몬에 노출될 염려가 종래의 종이용기에 비해 적으며, 발암물질인 PCBs, 포르말린, 톨루엔 등을 내포 또는 사용하지 않아 인체의 건강 유지 및 예방 측면에서 유익한 식품포장용 수용성 수지 및 그를 이용한 종이용기를 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지 및 그를 이용한 종이용기는 식품포장용 수용성 수지에 있어서, 슬립제 및 분산제를 추가하는 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지를 제공한다.

바람직하게는 상기 수용성수지는 70-100 중량부, 상기 슬립제는 0.5-30 중량부, 상기 분산제는 0.5-20 중량부인 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 수용성 수지는 아크릴에멀젼, 메틸롤화요소에멀젼, 메틸롤화멜라닌에멀젼, 카르복시메틸 셀룰로오스에멀젼(CMC), 에틸렌비닐아세테이트수지(EVA)에멀젼, 우레탄에멀젼, 폴리염화비닐리덴(PVDC)에멀젼, 라텍스에멀젼, 스티렌에멀젼, 폴리비닐알코올(PVA)용액, 폴리비닐아세테이트(PVAc)용액에서 선택된 하나 이상을 혼합한 것을 특징으로 한다.

또한 더욱 바람직하게는, 상기 아크릴에멀젼은 유리전이온도(Tg) -5 내지 40℃, 고형분 30 내지 50%, 점도 30 내지 500cps의 물성을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한 더욱 바람직하게는, 상기 에틸렌비닐아세테이트에멀젼은 유리전이온도(Tg) -5 내지 23℃, 고형분 30 내지 70%, 점도 30 내지 4500cps의 물성을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한 더욱 바람직하게는, 상기 우레탄에멀젼은 고형분 10 내지 40% 및 점도 20 내지 80cps의 물성을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한 더욱 바람직하게는, 상기 슬립제는 실리콘에멀젼인 것을 특징으로 한다.

또한 더욱 바람직하게는, 상기 분산제는 소디움 디옥틸 설포석시네이트계인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지를 이용하여 제조한 종이용기를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 또다른 목적은, 사용 후 펄프 및 원지로써 재생이 2회 내지 15회 가능한 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지를 이용한 종이용기를 제공하는데 있다.

이하, 본 발명의 구성을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지 및 그를 이용한 종이용기는 식품포장용 수지에 슬립제 및 분산제를 추가하는 것을 특징으로 한다. 즉, 수용성 수지에 슬립제 및 분산제를 추가하여 코팅액을 제조한다.

상기 수용성 수지는 아크릴에멀젼, 메틸롤화요소에멀젼, 메틸롤화멜라닌에멀젼, 카르복시메틸 셀룰로오스에멀젼(CMC), 에틸렌비닐아세테이트수지(EVA)에멀젼, 우레탄에멀젼, 폴리염화비닐리덴(PVDC)에멀젼, 라텍스에멀젼, 스티렌에멀젼, 폴리비닐알코올(PVA)용액, 폴리비닐아세테이트(PVAc)용액에서 선택된 하나 이상을 혼합한 것을 특징으로 한다.

이 때, 바람직하기로는 상기 아크릴에멀젼은 유리전이온도(Tg) -5 내지 40℃, 고형분 30 내지 50%, 점도 30 내지 500cps의 물성을 가지며 내수?유성의 특성을 가지는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 에틸렌비닐아세테이트에멀젼(EVA, Ethylene Vinyl Acetate Copolymer)은 유리전이온도(Tg) -5 내지 23℃으로 내수?유성, 유연성, 저온 취성이 강하며 고형분 30 내지 70%, 점도 30 내지 4500cps,의 물성을 가지는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 우레탄에멀젼은 고형분 10 내지 40% 및 점도 20 내지 80cps의 물성을 가지며 내용매성 및 내수성이 우수한 것을 특징으로 한다.

이 때, 각 수용성수지의 고형분량이 상기 명시된 범위보다 적을 경우 5㎛ 이상의 도막형성이 어려우며 고형분량이 상기 명시된 범위보다 많을 경우 평활도가 저해되 어 균일한 도막형성이 어렵고, 상기 점도는 차후 코팅공정에 있어, 코터의 종류 및 공정속도에 적절한 범위이며, 또한 상기 유리전이온도(Tg)는 코팅의 리바인딩공정에서 브로킹을 방지하기에 적절한 범위이다.

또한, 상기 슬립제는 본 발명의 코팅액을 통해 제조되는 종이용지의 제조공정 및 사용 시, 종이용지의 원활한 이형의 특성을 위해 첨가되는 것인데, 표면의 마찰계수가 높아 발생할 수 있는 제반 문제점을 제거할 수 있는 성분으로서, 마찰계수를 저하시켜 윤활성 강화 및 표면강도 향상을 통해 후공정인 인쇄 작업 시에 발생할 수 있는 원지의 층간 접/점착현상도 막아주는 역할도 한다. 상기 슬립제에 적용가능한 것은, 카나우바왁스에멀젼, 오조케라이트에멀젼, 파라핀왁스에멀젼, 폴리에틸렌왁스에멀젼, 산화왁스에멀젼, 불소에멀젼, 실리콘에멀젼, 지방족알코올, 에스테르, 금속염, 스테아르산 모노머(stearic acid monomer), 스테아르산 다이머(stearic acid dimer), 글리세롤 모노스테아르산염(glycerol monostearate), 스테아라마이드(stearamide), 2가 스테아르산염(divalent stearate), 알칼리금속 스테아르산염(alkali metal stearate), 양?음이온 및 비이온 계면활성제, 폴리에틸렌글리콜(PEG) 200 내지 2000 중에서 선택된 하나 이상이 사용 가능하며, 바람직하게는 실리콘에멀젼인 광진실리콘사의 SO-7920 을 사용한다. 또한, 본 발명에서는 0.5-30 중량부가 바람직하며, 상기 범위를 벗어나면 코팅처리한 식품포장 용지간의 합지가 발생되어 제조 공정 및 사용에 있어 불량률이 증가하거나, 제조 공정 비용의 상승이 유발된다.

상기 분산제는 상기 혼합물의 저장성을 향상시키기 위해서 첨가되는 것으로 특히 아크릴에멀젼, 에틸렌 비닐아세테이트 에멀젼 및 우레탄 에멀젼 등의 혼합물 제조에 있어, 상기 에멀젼의 극성차를 완충함으로써 상기 혼합물의 저장안정성을 향상시킨다. 상기 분산제로 다이에스테르 설포석시네이트(diester sulfosuccinates), 알킬아민 구아니딘 에톡시레이트(alkylamine-guanidine ethoxylate), 모노에스테르 설포석시네이트(mono-ester sulfosuccinates), 설포석시나메이트(sulfosuccinamates), 노닐 페놀 에테르 설페이트(nonyl phenol ether sulfates), 도데실 디페닐 옥사이드 설포네이트(dodecyl diphenyl oxide sulfonate), 알킬 나프탈렌 설포네이트(alkyl naphthalene sulfonate)와, 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르(polyoxyethylene nonylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르(polyoxyethylene octylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르(polyoxyethylene oleyl ether), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르(polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르(polyoxyethylene stearyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸 에테르(polyoxyethylene octyl ether), 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르(polyoxyethylene tridecyl ether), 폴리옥시에틸렌 코코넛 패티 에스테르(polyoxyethylene coconut patty ester), 폴리옥시에틸렌 라우릴 아민(polyoxyethylene lauryl amine), 폴리옥시에틸렌 스테아릴 아민(polyoxyethylene stearyl amine), 폴리옥시에틸렌 올레일 아민(polyoxyethylene oleyl amine), 폴리옥시에틸렌 탈로우 아민(polyoxyethylene tallow amine), 폴리옥시에틸렌 캐스톨 에테르(polyoxyethylene castor ether), 스티레네이티드 페놀 폴리알킬렌 옥사이드 (styrenated phenol polyalkylene oxide), 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 유도체(polyoxyethylene polyoxypropylene derivatives), 소르비탄 지방산 에스테르(sorbitan fatty acid ester), 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르(polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester)와, C3-28인 지방족?고급알코올과, 이의 유도체인 에스테르, 금속염에서 선택된 하나 이상이 사용가능하며, 바람직하기로는 소디움 디옥틸 설포석시네이트(sodium dioctyl sulfosuccinate)계 분산제인 CYTEC사의 OT-75를 사용한다. 상기 분산제의 함량은 0.5-20 중량부가 바람직하며, 상기 범위보다 적으면 식품포장용 수용성 수지의 저장안정성이 저하되어 고형분의 침전이 발생될 수 있고, 상기 범위보다 많으면 비용만 상승할 뿐 더 이상의 첨가의 효과가 없어 좋지 않다.

상기 수용성 수지에 슬립제 및 분산제를 추가한 코팅액을 원지에 코팅하는 방법으로 종이용기를 제조한다. 종이용기의 제조에 사용될 원지는 코팅공정, 재단공정, 인쇄공정, 성형공정 등의 과정에서 다양한 요구에 부응하여야 하므로 적정한 강도, 장기보존성, 내습성, 치수안정성, 가공적성, 적당한 기계적 강도가 있는 종이를 사용하며, 이에 대해 특별한 제약은 없으나, 표백 화학펄프를 원료로 하고 강사이즈되어 있으며 재절성 및 형부성(型付性)이 우수한 식품용기 용지가 바람직하다.

상기 원지에 코팅장치를 사용하여 상기 수용성 수지에 슬립제 및 분산제를 추가한 코팅액을 처리함으로써 원지의 일측면에 코팅도막을 형성한다. 코팅장치의 코터는 2단 내지 6단 롤러 바브레이드 코터, 콤마코터, 스프레이 코터, 메쉬 또는 망점 코터, 케스팅 코터, 그라비아 코터, dropping 코터, 에어나이프코터가 적용 가능하 며, 이에 대해 특별한 제한은 없으나, 바람직하기로는 콤마 코팅장치를 사용하며, 상기 코팅장치는 상하거리 조절이 가능한 코팅나이프를 갖추어 공급받은 원료수지로서 도막 코팅을 수행하는 장치로, 코팅나이프의 높낮이 및 코팅 속도, 횟수를 조절하여 코팅두께를 일정하게 하고 원하는 만큼 효율적으로 코팅도막처리를 수행할 수 있도록 한다.

이하, 실시예에서 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명의 권리범위는 실시예에 의하여 본 발명의 청구범위가 한정되는 것은 아니다.

〈실시예1.〉

아크릴에멀젼을 포함한 식품포장용 수용성 수지의 제조

본 실시예에서, 수용성 수지로 Tg 0.5℃(ASCO사의 Thermo Max300), 점도 230± 10cps(브루필드사의 LVT), 고형분 45%(110℃/30min)의 물성을 갖는 아크릴에멀젼을 중합하여 코팅액을 제조하였다.

상기 코팅액은 바코터(No.3)를 사용하여 식품용기 용지의 일측면에 코팅 후, 100℃ 건조오븐에서 5min간 건조하여 7㎛의 도막을 형성하였다. 그리고, 상기 도막 상부에 물, 식용유, 콜라를 각각 5g 을 도포하여, 상온에서 20분간 방치하였다. 그 결과, 내수ㆍ유성 및 내음료성이 우수하였다. 또한, 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후, 70℃에서 0.5 ㎏/㎠의 압력으로 30분 보관하여 브로킹을 평가한 결과, 브로킹의 발생이 없었다.

〈실시예2.〉

아크릴에멀젼 및 슬립제를 포함한 식품포장용 수용성 수지의 제조

본 실시예에서, 아크릴에멀젼 70 중량부에, 슬립제인 광진실리콘사의 SO-7920을 30 중량부를 첨가하여 반응용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하는 방법으로 코팅액을 제조하여, 브루필드사의 LVT와 ASCO사의 열중량분석기(TGA, Thermo Max300)로 점도 및 Tg(열중량)을 측정하였다. 또한 110 ℃의 항온기에서 30분간 건조하여 고형분량을 측정하였다. 이때, 제조한 수용성 수지의 점도는 250 ± 10 cps이고, Tg는 -0.5℃이었으며 고형분은 45 % 이였다.

상기의 코팅액은 바코터(No.3)를 사용하여 식품용기 용지의 일측면에 코팅 후, 100℃ 건조오븐에서 5min간 건조하여 7㎛의 도막을 형성하였다. 그리고, 상기 도막 상부에 물, 식용유, 콜라를 각각 5g 을 도포하여, 상온에서 20분간 방치하였다. 그 결과, 내수성은 매우 우수하였으며, 내음료성 및 내유성은 우수하였다. 또한, 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후, 70℃에서 0.5 ㎏/㎠의 압력으로 30분 보관하여 브로킹을 평가한 결과, 브로킹의 발생이 없었다.

〈실시예3.〉

에틸렌 비닐아세테이트에멀젼 및 슬립제를 포함한 식품포장용 수용성 수지의 제조

본 실시예에서, 에틸렌 비닐아세테이트에멀젼 99.5 중량부, 슬립제로 광진실리콘사의 SO-7920을 0.5 중량부 첨가하여 반응용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하는 방법으로 코팅액을 제조하여, 브루필드사의 LVT와 ASCO사의 TGA(Thermo Max300)으로 점도 및 Tg를 측정하였다. 또한 110 ℃의 항온기에서 30분간 건조하여 고형분량을 측정하였다. 이때, 제조한 수용성 수지의 점도는 1500 ± 50 cps이고 Tg는 20℃이었으며 고형분은 42 % 였다.

상기 코팅액은 바코터(No.3)를 사용하여 식품용기 용지의 일측면에 코팅 후, 100℃ 건조오븐에서 5min간 건조하여 7㎛의 도막을 형성하였다. 그리고, 상기 도막 상부에 물, 식용유, 콜라를 각각 5g 을 도포하여, 상온에서 20분간 방치하였다. 그 결과, 내수ㆍ유성은 매우 우수하였으며, 내음료성은 우수하였다. 또한, 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후, 70℃에서 0.5 ㎏/㎠의 압력으로 30분 보관하여 브로킹을 평가한 결과, 브로킹의 발생이 없었다.

〈실시예4.〉

우레탄에멀젼 및 슬립제를 포함한 식품포장용 수용성 수지의 제조

본 실시예에서, 우레탄에멀젼 90 중량부, 슬립제로 광진실리콘사의 SO-7920을 10 중량부 첨가하여 반응용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하는 방법으로 코팅액을 제조하여, 브루필드사의 LVT와 ASCO사의 TGA(Thermo Max300)으로 점도 및 Tg를 측정하였다. 또한 110 ℃의 항온기에서 30분간 건조하여 고형분량을 측정하였다. 이때, 제조한 수용성 수지의 점도는 70 ± 5 cps이고, Tg는 55℃이었으며 고형분은 45 % 였다.

상기 코팅액은 바코터(No.3)를 사용하여 식품용기 용지의 일측면에 코팅 후, 100℃ 건조오븐에서 5min간 건조하여 7㎛의 도막을 형성하였다. 그리고, 상기 도막 상부에 물, 식용유, 콜라를 각각 5g 을 도포하여, 상온에서 20분간 방치하였다. 그 결과, 내수ㆍ유성 및 내음료성이 매우 우수하였다. 또한, 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후, 70℃에서 0.5 ㎏/㎠의 압력으로 30분 보관하여 브로킹을 평가한 결과, 브로킹의 발생이 없었다.

〈실시예5.〉

아크릴에멀젼, 에틸렌 비닐아세테이트에멀젼, 우레탄에멀젼 및 슬립제를 포함한 식품포장용 수용성 수지의 제조

본 실시예에서, 아크릴에멀젼 70 중량부, 에틸렌 비닐아세테이트에멀젼 20 중량부, 우레탄에멀젼 9 중량부, 슬립제로 광진실리콘사의 SO-7920을 1 중량부 첨가하여 반응용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하는 방법으로 코팅액을 제조하여, 브루필드사의 LVT와 ASCO사의 TGA(Thermo Max300)으로 점도 및 Tg를 측정하였다. 또한 110 ℃의 항온기에서 30분간 건조하여 고형분량을 측정하였다. 이때, 제조한 수용성 수지의 점도는 180 ± 10 cps이고, Tg는 10 ℃이었으며 고형분은 43 % 였다.

상기 코팅액은 바코터(No.3)를 사용하여 식품용기 용지의 일측면에 코팅 후, 100℃ 건조오븐에서 5min간 건조하여 7㎛의 도막을 형성하였다. 그리고, 상기 도막 상부에 물, 식용유, 콜라를 각각 5g 을 도포하여, 상온에서 20분간 방치하였다. 그 결과, 내수성 및 내음료성은 매우 우수하며, 내유성은 우수하였다. 또한, 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후, 70℃에서 0.5 ㎏/㎠의 압력으로 30분 보관하여 브로킹을 평가한 결과, 브로킹의 발생이 없었다.

〈실시예6.〉

본 실시예에서, 아크릴에멀젼 65중량부, 에틸렌 비닐아세테이트에멀젼 25중량부, 우레탄에멀젼 9중량부, 슬립제로 광진실리콘사의 SO-7920을 1중량부 첨가하여 반응용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하는 방법으로 코팅액을 제조하여, 브루필드사의 LVT와 ASCO사의 TGA(Thermo Max300)으로 점도 및 Tg를 측정하였다. 또한 110 ℃의 항온기에서 30분간 건조하여 고형분량을 측정하였다. 이때, 제조한 수용성 수지의 점도는 195 ± 10 cps이고, Tg는 12 ℃이었으며 고형분은 42 % 였다.

상기 코팅액은 바코터(No.3)를 사용하여 식품용기 용지의 일측면에 코팅 후, 100℃ 건조오븐에서 5min간 건조하여 7㎛의 도막을 형성하였다. 그리고, 상기 도막 상부에 물, 식용유, 콜라를 각각 5g 을 도포하여, 상온에서 20분간 방치하였다. 그 결과, 내수ㆍ유성 및 내음료성이 매우 우수하였다. 또한, 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후, 70℃에서 0.5 ㎏/㎠의 압력으로 30분 보관하여 브로킹을 평가한 결과, 브로킹의 발생이 없었으며, 5℃에서 저장보관 기간은 대략 3개월로 준수하였다.

〈실시예7.〉

아크릴에멀젼, 에틸렌 비닐아세테이트에멀젼, 우레탄에멀젼, 슬립제 및 분산제를 포함한 식품포장용 수용성 수지의 제조

본 실시예에서, 아크릴에멀젼 60중량부, 에틸렌 비닐아세테이트에멀젼 30중량부, 우레탄에멀젼 9중량부, 슬립제로 광진실리콘사의 SO-7920을 0.5중량부, 소디움 디옥틸 설포석시네이트계 분산제인 CYTEC사의 OS-75를 0.5중량부를 첨가하여 반응용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하는 방법으로 코팅액을 제조하여, 브루필드사의 LVT와 ASCO사의 TGA(Thermo Max300)으로 점도 및 Tg를 측정하였다. 또한 110 ℃의 항온기에서 30분간 건조하여 고형분량을 측정하였다. 이때, 제조한 수용성 수지의 점도는 83 ± 3 cps이고, Tg는 15.2 ℃이었으며 고형분은 42 % 였다.

상기 코팅액은 바코터(No.3)를 사용하여 식품용기 용지의 일측면에 코팅 후, 100℃ 건조오븐에서 5min간 건조하여 7㎛의 도막을 형성하였다. 그리고, 상기 도막 상부에 물, 식용유, 콜라를 각각 5g 을 도포하여, 상온에서 20분간 방치하였다. 그 결과, 내수ㆍ유성 및 내음료성이 매우 우수하였다. 또한, 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후, 70℃에서 0.5 ㎏/㎠의 압력으로 30분 보관하여 브로킹을 평가한 결과, 브로킹의 발생이 없었으며, 5℃에서 저장보관 기간은 대략 6개월로 매우 안정적이었다.

〈실시예8.〉

본 실시예에서, 아크릴에멀젼 60중량부, 에틸렌 비닐아세테이트에멀젼 10.5중량부, 우레탄에멀젼 9중량부, 슬립제로 광진실리콘사의 SO-7920을 0.5중량부, 소디움 디옥틸 설포석시네이트계 분산제인 CYTEC사의 OS-75를 20중량부 첨가하여 반응용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하는 방법으로 코팅액을 제조하여, 브루필드사의 LVT와 ASCO사의 TGA(Thermo Max300)으로 점도 및 Tg를 측정하였다. 또한 110 ℃의 항온기에서 30분간 건조하여 고형분량을 측정하였다. 이때, 제조한 수용성 수지의 점도는 175 ± 10 cps이고, Tg는 13.7 ℃이었으며 고형분은 41 % 였다.

상기 코팅액은 바코터(No.3)를 사용하여 식품용기 용지의 일측면에 코팅 후, 100℃ 건조오븐에서 5min간 건조하여 7㎛의 도막을 형성하였다. 그리고, 상기 도막 상부에 물, 식용유, 콜라를 각각 5g 을 도포하여, 상온에서 20분간 방치하였다. 그 결과, 내수성은 매우 우수하였으며, 내유성과 내음료성은 우수하였다. 또한, 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후, 70℃에서 0.5 ㎏/㎠의 압력으로 30분 보관하여 브로킹을 평가한 결과, 브로킹의 발생이 없었으며, 5℃에서 저장보관 기간은 대략 6개월로 안정적이었다.

〈실시예9.〉

본 실시예에서, 아크릴에멀젼 60중량부, 에틸렌 비닐아세테이트에멀젼 29중량부, 우레탄에멀젼 9중량부, 슬립제로 광진실리콘사의 SO-7920을 1중량부, 소디움 디옥틸 설포석시네이트계 분산제인 CYTEC사의 OS-75를 1중량부 첨가하여 반응용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하는 방법으로 코팅액을 제조하여, 브루필드사의 LVT와 ASCO사의 TGA(Thermo Max300)으로 점도 및 Tg를 측정하였다. 또한 110 ℃의 항온기에서 30분간 건조하여 고형분량을 측정하였다. 이때, 제조한 수용성 수지의 점도는 190 ± 10 cps이고, Tg는 16.5 ℃이었으며 고형분은 43 % 였다.

상기 코팅액은 바코터(No.3)를 사용하여 식품용기 용지의 일측면에 코팅 후, 100℃ 건조오븐에서 5min간 건조하여 7㎛의 도막을 형성하였다. 그리고, 상기 도막 상부에 물, 식용유, 콜라를 각각 5g 을 도포하여, 상온에서 20분간 방치하였다. 그 결 과, 내수ㆍ유성 및 내음료성이 매우 우수하였다. 또한, 코팅면과 비코팅용지면을 부착시킨 후, 70℃에서 0.5 ㎏/㎠의 압력으로 30분 보관하여 브로킹을 평가한 결과, 브로킹의 발생이 없었으며, 5℃에서 저장보관 기간은 대략 6개월로 매우 안정적이었다.

〈실시예10.〉

식품포장용 수용성 수지를 이용한 종이컵의 제조

실시예 1 내지 9에서 제조한 수용성수지에 슬립제 및 분산제를 추가한 코팅액을 화학펄프(러시아산 침엽수)를 주재로 사용하여 제조한 식품포장 용지(240 ㎛)의 일측면에 콤마 코팅장치를 사용하여 도공하였다. 상기의 도공 후 5분간 130 ℃ 열풍 건조하여 15 ㎛ 의 박막을 형성하였다. 상기 도공공정을 거친 식품포장 용지를 재단, 인쇄, 펀칭과정 및 성형가공을 차례로 실시하여 종이용기의 일종인 종이컵을 제조하였다.

제작 결과, 실시예 1 내지 9의 수용성수지에 슬립제 및 분산제를 추가한 코팅액은 모두 종이컵으로 제작 가능하였으나, 종이컵의 제작비용 및 제작공정의 용이성과 사용측면을 고려하였을 때 실시예 9가 가장 우수하였다.

〈실시예11.〉

종이컵의 내구성 및 내후성 평가

상기 실시예 10에서 제조한 종이컵의 내구성 평가의 척도로 컵의 코팅 측면과 종이면의 접착력을 Aikoh사의 인장강도기(1605HTP)를 사용하여 측정한 결과, 종래 종이컵의 접착력은 536 g/8㎟이었으며, 본발명에 의한 종이컵의 접착력은 542 g/8㎟로 본발명에 의한 종이컵의 접착력이 더 우수한 것으로 나타났다. 그리고, 본발명에 의한 종이컵의 누수현상을 확인하기 위해 상기 종이컵의 내부면에 상온수, 온수(100℃), 탄산음료, 커피(95℃)를 투입 후, 10 시간동안 상온 보관하여 외관의 변화를 확인하였다. 그 결과 본발명에 의한 종이컵에서 측면, 바닥면, 접착면에서 상기 액체의 누수 또는 컵지 원단이 젖는 현상이 없음을 확인하였다. 또한, 내후성 평가를 위해 상온수를 투입한 상기의 종이컵을 5 ℃ 와 80 ℃에 5 시간동안 보관한 결과 일절의 누수현상이 발생하지 않았다.

〈실시예12.〉

종이컵의 펄프 재생률 시험

상기 실시예 10에서 제조한 종이컵의 펄프 수율을 평가하기 위해 실시예 10에서 제조한 종이컵 500 ㎏을 재생하였다. 상기 재생과정은 범용으로 사용되는 믹싱(purper), 분리, 거름(cell), 숙성(tower), 탈묵 공정을 통해 펄프의 재생가능성과 펄프의 수율을 측정하였다. 측정 결과 장섬유 34 %, 단섬유 57%, 총 91 % 의 펄프 재생률을 나타내었다. 따라서 본발명에 의한 종이컵의 펄프 재생은 2회 내지 15회 가능하였다.

<실시예13.>

종이컵의 중금속 등의 잔류물질에 대한 재질 및 용출 시험

상기 실시예 10에서 제조한 종이컵의 용기로써의 인체 적합성과 환경호르몬을 비롯한 중금속 등의 잔류물질을 측정하기 위하여, 한국생활환경시험연구원에 가공지제, 아크릴 수지, 우레탄 수지 항목에 대하여 의뢰하였다(한국생활환경시험연구원, 발 급번호 FP04-04352, FP04-04353, FP04-03965).

표1은 본 발명에 의해 제조된 수용성수지를 코팅한 종이제인 가공지제의 재질시험 및 용출시험을 평가한 결과를 나타낸 것이고, 표2는 본 발명에 의해 제조된 종이컵 용기 중 아크릴수지의 재질시험 및 용출시험을 평가한 결과를 나타낸 것이며, 표3은 본 발명에 의해 제조된 종이컵 용기 중 우레탄수지의 재질시험 및 용출시험을 평가한 결과를 나타낸 것이다.

평가 결과 표1 내지 표3에서 보는 바와 같이, 재질시험에서 중금속인 납(Pb), 카드뮴(Cd)과 환경호르몬인 폴리염화바이페닐(PCBs)은 불검출되었고, 용출시험에서 중금속, 과망간산칼륨(KMnO4), 증발잔류물, 포름알데히드, 형광증백제, 비소, 이소시아네이트 모두 불검출 또는 기준에 적합하였다.

가공지제 평가 결과(발급번호:FP04-04353, 발급일자:2004.11.15.)

시 험 항 목		단위	규격기준	시 험 결 과
재질 시험	폴리염화바이페닐(PCBs)	㎎/㎏	10 이하	검출안됨
용출시험	중금속 ; 납(Pb)으로서	㎎/L	1.0 이하	기준에 적합
	증발잔류물 ; 4%초산으로		30 이하	12
	포름알데히드		4.0 이하	기준에 적합
	형광증백제		불검출	기준에 적합
	비소(As)		0.1 이하	불검출(검출한계 0.01)
시험방법		식품공전 제 6.기구 및 용기·포장의 기준 및 규격

아크릴 수지 평가 결과(발급번호:FP04-04352, 발급일자:2004.11.15.)

시 험 항 목		단위	규격기준	시 험 결 과
재질 시험	납(Pb)	㎎/㎏	100 이하	불검출 (검출한계 10)
	카드뮴(Cd)			불검출 (검출한계 5)
용출시험	중금속 ; Pb로서	㎎/L	1.0 이하	기준에 적합
	증발잔류물 ; 4%초산으로		30 이하	22
	과망간산칼륨(KMnO₄₎		10 이하	1
시험방법		식품공전 제 6.기구 및 용기·포장의 기준 및 규격

우레탄 수지 평가 결과(발급번호:FP04-03965, 발급일자:2004.10.26.)

시 험 항 목		단위	규격기준	시 험 결 과
재질 시험	납(Pb)	㎎/㎏	100 이하	불검출 (검출한계 10)
재질 시험	카드뮴(Cd)	㎎/㎏	100 이하	불검출 (검출한계 5)
용출시험	중금속 ; Pb로서	㎎/L	1.0 이하	기준에 적합
	증발잔류물 ; 4%초산으로		30 이하	22
	과망간산칼륨(KMnO₄₎		10 이하	1
	이소시아네이트		0.1 이하	불검출 (검출한계 0.05)
시험방법		식품공전 제 6.기구 및 용기·포장의 기준 및 규격

이상 상기의 실시예에 국한되지 않고, 상기 아크릴에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트수지에멀젼, 우레탄에멀젼과 동일한 물성(Tg, 고형분, 점도)을 가지는 메틸롤화요소에멀젼, 메틸롤화멜라닌에멀젼, 카르복시메틸 셀룰로오스에멀젼(CMC), 폴리염화비닐리덴(PVDC)에멀젼, 라텍스에멀젼, 스티렌에멀젼, 폴리비닐알코올(PVA)용액, 폴리비닐아세테이트(PVAc)용액 또는 이둘 중 선택된 하나 이상을 혼합한 수용성 수지를 사용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지 및 그를 이용한 종이 용기는 식품포장 용지에 종래의 폴리에틸렌 코팅 대신 아크릴에멀젼, 에틸렌 비닐아세테이트에멀젼, 우레탄에멀젼, 슬립제, 분산제로 구성된 수용성 수지로 코팅함으로써, 폴리에틸렌으로 코팅된 기존의 종이용지와 같은 내구성을 나타내는 동시에, 종래의 200℃가량의 고온을 필요로 하는 폴리에틸렌 칩의 용해공정 없이 130℃의 열풍건조공정을 필요로 함으로써 공정비용 절감과, 이에 대한 휘발성 유기물질(VOCs)의 발생을 원천적으로 제거하여 작업환경 개선과 환경문제를 해결할 수 있으며, 화재예방은 물론, 사용 후 펄프로의 재활용이 가능하므로 제지의 주원료인 펄프수입의 절감 효과를 가진다.

또한, 종래의 종이용기는 폴리에틸렌 코팅면이 고온의 음식물과 접촉 또는 소각 시 발생하는 환경호르몬 등의 유해물질이 노/방출 가능성이 매우 높아 인체의 건강을 해칠 우려가 크나, 본 발명은 친환경적인 수용성 코팅액을 종이용기의 제조에 사용함으로써 환경호르몬에 노출된 염려가 적어 인체의 건강 유지 및 예방 측면에서 유용한 효과가 있다.

Claims

식품포장용 수용성 수지에 있어서, 슬립제 및 분산제를 추가하는 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지.
제1항에 있어서, 상기 수용성수지는 70-100 중량부, 상기 슬립제는 0.5-30 중량부, 상기 분산제는 0.5-20 중량부인 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지.
제1항에 있어서, 상기 수용성 수지는 아크릴에멀젼, 메틸롤화요소에멀젼, 메틸롤화멜라닌에멀젼, 카르복시메틸 셀룰로오스에멀젼(CMC), 에틸렌비닐아세테이트(EVA)에멀젼, 우레탄에멀젼, 폴리염화비닐리덴(PVDC)에멀젼, 라텍스에멀젼, 스티렌에멀젼, 폴리비닐알코올(PVA)용액, 폴리비닐아세테이트(PVAc)용액에서 선택된 하나 이상을 혼합한 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지.
제3항에 있어서, 상기 아크릴에멀젼은 유리전이온도(Tg) -5 내지 40℃, 고형분 30 내지 50%, 점도 30 내지 500cps의 물성을 가지는 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지.
제3항에 있어서, 상기 에틸렌비닐아세테이트에멀젼은 유리전이온도(Tg) -5 내지 23 ℃, 고형분 30 내지 70%, 점도 30 내지 4500cps의 물성을 가지는 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지.
제3항에 있어서, 상기 우레탄에멀젼은 고형분 10 내지 40% 및 점도 20 내지 80cps의 물성을 가지는 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지.
제1항에 있어서, 상기 슬립제는 실리콘에멀젼인 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지.
제1항에 있어서, 상기 분산제는 소디움 디옥틸 설포석시네이트계인 것을 특징으로 하는 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지.
제1항 내지 제8항의 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지를 이용하여 제조한 종이용기.
제9항에 있어서, 상기 종이용기는 사용 후 펄프 및 원지로써 재생이 2회 내지 15회 가능한 친환경적이며 재생 가능한 식품포장용 수용성 수지를 이용한 종이용기.