KR20070050453A - 음식물 및 제약품을 위한 플라스틱과 엘라스토머의 분리 - Google Patents

음식물 및 제약품을 위한 플라스틱과 엘라스토머의 분리 Download PDF

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KR20070050453A
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Abstract

취급 설비로부터 유도된 음식물이나 제약품내의 오염물은 음식물을 둘러싸는데 사용된 필름이나 취급 설비에 분산된 입자형 자기 미네랄을 검출하는 방법을 사용하므로써, 생산 흐름에서 공지의 검출장치에 의해 검출된다. 상기 미네랄 자장이 검출되고, 이에 의해 발생된 신호는 오염물을 함유하고 있는 제품을 거절시킨다. 준강자성 세라믹 충진재를 연합하여 취급 설비 및 랩용 필름의 성형부를 제조하는 방법이 설명된다. 10 내지 50%의 자철광 및 0.5 내지 20μ 범위의 크기를 갖는 기타 다른 자기 충진재로 성형 및 필름 압출을 위한 조성물도 설명된다.
미네랄, 자장, 충진재, 세라믹, 폴리머, 페라이트, 필름, 산소 장벽

Description

음식물 및 제약품을 위한 플라스틱과 엘라스토머의 분리{SEPARATION OF PLASTIC AND ELASTOMERS FOR FOOD AND PHARMACEUTICAL PRODUCTS}
본 발명은 음식물 및 제약품을 위한 플라스틱과 엘라스토머의 분리에 관한 것이다.
음식산업 및 제약산업에서의 물리적 오염은 제품의 리콜비용과, 소비자에 대한 소송 및 상해 비용과, 소비자와 소매상에 의한 신뢰성 상실 및 이로 인한 비지니스의 손해와, 표준 및 규범에 대한 비순응성에 관련된 벌칙 등으로 인해, 제조자로 하여금 허용될 수 없는 재정적 위험에 노출되게 한다.
특히 상기 산업과 연관된 오염형태의 실시예는 혼합기, 블렌더기, 압출기등과 같은 작동부분의 정지이므로; 장치의 파편이 제품내로 분산된다. 과자 공장에서 섬유유리 트레이의 파손은 사탕 및 조리된 젤리에서 플라스틱 및 유리 섬유의 오염을 초래한다. 냉동된 플라스틱 가방에의 고기 포장은 가방에서 찢겨진 플라스틱을 고착하거나 이를 포획하여, 고기 자체에 부착되게 된다. 브러시에서 떨어진 강모 등으로 인한 예기치못한 작동정지는 검출과정을 더욱 어렵게 한다. 이러한 형태의 위반에 따라 일부 회사에 강제되는 벌칙은 엄중해질 수 있으므로, 또 다른 비지니스의 손실을 초래한다.
종래기술인 미국특허 제6.113.482호 및 제6.177.113호에서는 정지로 인해 스크레이퍼(scraper)의 실시예를 제공할 수도 있는 모든 플라스틱 음식물 기계부품에서, 5% 스텐레스 스틸과, 털찌꺼기와, 줄밥(filing)과, 또는 분말형 금속입자 등이 분산될 것을 주장하고 있다. 금속의 목적은 플라스틱 오염이 존재함을 알려주는 금속 검출기에 신호를 발생시키기 위한 것이었다.
이러한 접근방식의 한계점은 금속 검출설비는 15×15×2mm(B.S. Teasdale 웹사이트에 표시된 바와 같이) 정도의 크기를 갖는 파편만을 검출할 수 있다는 점이다. 이보다 작은 오염물은 소비자에 대한 상해 및 음식물 리콜이라는 허용불가능한 위험성을 제공한다. 따라서, 최소한의 검출가능 크기에 대해 상당한 개선점이 요망되고 있다.
상기 종래기술인 미국특허 제6.113.482호 및 제6.177.113호에는 음식물에서 파편을 검출할 수 있도록, 플라스틱 필름랩에 5% 스텐레스 스틸과, 털찌꺼기와, 줄밥과, 또는 분말형 금속입자 등이 분산될 것을 주장하고 있다. 이러한 접근방식의 한계점은 금속 검출기를 작동시키기 위해 필름은 등가의 금속물을 함유한 스크레이퍼 파편의 실시예 보다 상당히 커야만 한다는 점이다. 15×15×2mm 스크레이퍼는 105mm×105mm×40㎛ 플라스틱 필름 조각과 동일하다.
또한, 스텐레스 스틸 줄밥과 절삭 부스러기 및 분말 등이 플라스틱 필름에 포함되는 것은 바람직하지 않다. 필름 두께에 대한 스텐렌스의 대형 입자 크기와, 불규칙적인 입자 형상과, 입자의 마모 특성 등은 필름계 제품의 제조자에게는 적절하지 않다. 상술한 바와 같은 문제점들을 조합할 경우, 현재까지 상용가능한 제품 이 없는 이유가 설명될 수 있다. 개선된 성능을 가지며 상용으로 제조될 수 있는 필름 제품이 요망되고 있다.
상기 미국특허 제6.113.482호 및 제6.177.113호에서는 입자의 비율을 증가시키므로써 검출율이 개선될 수 있다고 서술하고 있지만, 두가지 단점이 내포되어 있다. 첫째로, 금속 입자의 비용이 많이 소요되고; 둘째로, 스텐레스 스틸 입자 자체에 의한 오염 위험성이 증가한다. 제조자들은 설비의 마모로 인해 제품이 스텐레스 스틸 줄밥으로 오염되는 것을 방지하기 위해 상당한 노력을 기울이는데, 그 이유는 이러한 오염물들을 플라스틱에 첨가하는 것이 위험하고 또 이를 원하지 않기 때문이며, 상기 플라스틱에서는 스텐레스 스틸 줄밥들이 음식물에 오염물로서 작용하기에는 미약하게 지지된다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해서는 더욱 안전한 대체물이 요망되고 있다.
본 출원인에 의해 계류중인 WO 03/045655호에서, 상술한 바와 같은 금속 입자들은 훨씬 작은 물리적 크기를 갖는 금속 미네랄 입자로 대체되고 있다. 이러한 미네랄 입자들은 통상의 몰딩 폴리머에 분산되어 있으며, 예를 들어 과자공장 생산라인에서 전분을 이송하기 위한 성형 트레이 등의 음식 기계부품으로 제조된다. 만일 취급 기계가 트레이를 파손시킨다면, 매우 작은 파편(1mm 이하의 크기)은 자기 견인에 의해 상기 파편을 재생 전분 및 음식물로부터 충분히 분리시킬 수 있는 자철광을 함유하게 된다.
자철광은 상당한 비율로 존재하는데, 그 입자는 둥글며 0.1 내지 100㎛ 의 직경을 갖는다. 상기 입자는 금속 입자에 비해 값이 저렴하고, 비독성이며, 불의 의 사고로 인해 섭취하였을 경우 물리적으로 인체에 침투되지 않으며, 성형 조성물로 혼합되었을 때 기계에 마모되지 않는다. 자화율은 처리과정을 검출과정으로부터 물리적 분리과정으로 변화시킨다.
미네랄을 함유한 파편은 오염물들을 지속적으로 사냥하는 자석에 수집된다. 미네랄이 침전(precipitation)에 의해 합성으로 미세하게 연마되거나 제조되기 때문에, 플라스틱 필름에 자철광을 분산시킬 수도 있다. 제조자들은 약 10% 내지 50%의 미네랄을 함유한 폴리머 조성물로 제조된 성분을 간단히 삽입하므로써, 물리적 오염에 대해 상당히 개선된 보호를 예견할 수 있다. 1mm 이하의 입자는 자석에 의해 제거될 수 있다.
WO 03/045655호로 계류중인 국제 특허출원의 한계점은, 자석과 오염물 사이에 밀착도가 달성될 수 있는 자유로이 떠다니는 분말과 알갱이 및 액체에 오염물이 있는 용도로 제한된다는 점이다. 오염물이 제품에 매립되거나 음식물 패키지에 포함되는 용도에는 적합하지 않으며, 또한 패킷과 그 포위된 오염물을 제거하기에는 자석의 자계강도가 불충분한 용도에는 적합하지 않다.
본 발명의 방법은 생산 흐름에서 음식물 또는 제약품으로부터 물리적 오염물의 검출 및 제거 방법을 제공하는데, 오염원은 플라스틱이거나 엘라스토머 처리 또는 취급 설비이고, 이러한 설비는 분산된 자성 미네랄 물질을 포함하며; 상기 방법은 음식물이나 제약품을 신호를 유도시킬 수 있는 금속 또는 자장 검출설비에 노출시키는 단계와, 상기 신호를 생산 흐름으로부터 제품을 전환시키기 위해 상기 신호를 이용하는 단계를 포함한다.
물리적 오염물을 검출 및 제거할 수 있도록 선택된 물질은 준강자성 세라믹으로 선택된다. 이러한 이온성 물질은 입방 페라이트로 불리우며, MFe2O4 라는 화학식으로 제공되며, 이때 M 은 Ni, Co, Cu 등과 같은 여러 금속 원소중 어느 하나를 나타낸다. 결정구조에서 철의 일부를 대체하는 금속 이온을 첨가하므로써 또 다른 조성물을 갖는 입방 페라이트가 생성된다. 따라서, 조성물의 조정에 의해, 자기 특성의 범위를 갖는 페라이트 성분이 생성된다. 입방 페라이트 이외의 세라믹 물질은 준강자성체이며, 이들은 육방정계 페라이트 및 가닛(garnet)을 포함한다. 이러한 물질에 대한 화학식은 AB12O19로 제공되며; 이때 A는 바륨, 납, 스트론튬 등과 같은 2가 금속이고; B는 알루미늄, 갈륨, 크롬, 또는 철 등과 같은 3가 금속 이다. 육방정계 페라이트의 가장 일반적인 두가지 실시예는 PbFe12O19 및 BaFe12O19 이다. 준강자성 물질에 대한 자기포화는 강자성체만큼 크지 않다. 그러나, 세라믹 물질인 페라이트는 도전성이 아니다.
본 발명의 양호한 실시예는 Fe3O4 이거나, 미네랄 자철광 또는 천연자석으로 알려진 것들이다. 이것은 자연에서 생성되는 미네랄로서, 합성으로도 생성될 수 있다.
자철광은 여러가지 장점을 갖고 있다. 우리가 논의할 첫번째 장점으로는 자철광은 일반적으로 안전한 것으로 여겨진다는 점이다. 자철광은 기본적으로 비독성이다. 이러한 자철광은 FDA에 의해 음식물 착색제로 허용되어 있다. 플라스틱에 혼합되었을 때는 FDA 및 EEC 음식물 접촉 요구사항에 대해 검사되어야 하며, 음식물내로의 미네랄 이동에 기초하고 있는 이러한 요구사항을 충족시켜야 한다. 자철광은 실제로 발견되고 있으며, 조류는 항해를 위한 마음속 나침반으로서 자철광을 사용하고 있으며, 자철광은 철분이 결핍된 동물을 위한 음식물 첨가제로서 사용되고 있다.
폴리머 및 준강자성체 세라믹-자철광으로 부품을 제조하면 화학적 위험성을 제공하지 않는다.
자철광은 천연으로 생성되는 미네랄로서, 광산에서 채굴되어 산업용으로 사용하기 위해 100 내지 1㎛의 범위로 적절한 크기로 연마된다. 또한, 특히 예를 들어 0.6㎛의 초미세 입자 크기 및 고순도가 요구되는 경우에는 합성으로 생산될 수도 있다.
자철광의 특징은 규칙적으로 둥근 형상을 형성하기 때문에, 도2에 도시된 바와 같이 초미세 입자로 사용될 수 있다. 자철광의 장점은 여러가지 있는데, 그중 한가지는 물리적으로 침입하지 않는다는 점이다. 비교에 따르면, 본 발명의 서두 부분에서 서술한 스텐레스 스틸 분말은 상당히 크며 격렬한 위험을 제공하는데, 이것은 잠재적 감염장소가 된다.
비독성 및 비침입성 자철광을 사용하면 폴리머 및 자철광으로 제조된 부품이 폴리머 자체만으로 제조된 경우 보다 위험을 증가시키지 않는다는 것을 보장하게 된다. 이것은 너무 작아서 검출 및 제거가 불가능한 부품의 파편에 대해 또는 공공대중이 증가된 위험에 노출되지 않는 검출설비 정지모드에서 특히 중요하다.
자철광의 또 다른 특징은 크기와, 형상, 및 5.0 의 비중을 갖는다는 점이다. 또한 자철광은 본 발명의 서두 부분에서 서술한 바와 같이 분산이 빈약한 금속에 비해 탁월한 분산을 가능하게 한다. 각각의 입자는 제조된 부품에서는 명확하게 보이지 않는다.
자철광의 또 다른 특징은 저렴한 제조경비 이다. 자철광은 천연으로 생성되는 미네날로 연마되거나 또는 합성에 의해 준비될 수 있으므로 비용이 저렴하며, 또한 특히 본 발명의 서두 부분에서 언급한 종래기술에 사용되는 특수 금속과 비교하였을 때, 저렴한 충진재로서 작용할 수 있다.
자철광의 또 다른 특징으로는 미네랄을 들 수 있다. 미네랄의 전체 범위는 통상적으로 충진재로 작용하거나 또는 기술적 효과를 제공하기 위해 폴리머와 성형되거나 합성된다. 이러한 미네랄은 기타 다른 형태의 많은 충진제에 비해 그다지 침입적이지 않으므로, 다른 미네랄 충진제 폴리머에 대해 마모 및 유지보수 비용을 부적절하게 증가시키지 않는다. 이와는 달리, 본 발명의 서두 부분에서 서술한 금속은 마모로 인해 유지보수 비용을 상당히 증가시킨다.
폴리머계 합성물의 합성 및 성형 방법은 광범위하게 변화되기 때문에, 폴리머/자철광 매트릭스에 대해서는 실시예에 설정된 것만 제공된다.
부품의 설계에 고려할 필요가 있는 사항으로는 폴리머 자체의 물리적 특성은 폴리머/자철광 매트릭스와는 동일하지 않다는 점이다. 비교에 따르면, 종래기술에서는 조각 부분 최종물의 구조적 일체성에 상당한 영향을 끼치지 않는 형상과 크기를 갖는 입자 금속을 1% 내지 5% 까지 사용할 수 있을 것이 요망된다. 그러나, 이 보다 큰 범위도 영향을 끼친다. 자철광을 10% 내지 50% 사용하면, 플라스틱의 특성에 영향을 끼친다. 알부 경우에 있어서, 이것은 자철광이 현존의 미네랄 충진재의 대체물로 사용되기 때문에 상당한 문제점으로 되지 않는다. 또 다른 경우에 있어서, 미네랄 충진재의 첨가는 이미 널리 알려져 있기 때문에, 부품의 간단한 설계 변화는 설계단계에서 이루어질 수 있으며, 또는 기타 다른 첨가제를 첨가하거나 또 다른 폴리머를 사용하면 설계상의 문제점을 극복할 수 있다.
준강자성체 세라믹은 전형적으로 10 내지 50중량%의 범위에서 폴리머에 합성된다. 디자인 타협에 의존하는 제제는 예를 들어 비용, 폴리머 형태, 물리적 특성, 제품 효과, 최소한으로 허용가능한 검출 한도 등을 포함할 수 있는 용도에 적합하도록 이루어진다.
폴리머에서 약 30 내지 35중량% 자철광을 갖는 제제는 100% 스텐레스 스틸 금속 부품과 비교가능한 최소한의 검출가능 크기에 접근할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 산업 표준은 2.0mm 스텐레스 스틸 구형체 이다. 이러한 검출도는 본 발명의 서두에서 언급한 바와 같이 5% 스텐레스 스틸만을 함유한 종래기술에서는 가능하지 않다.
금속 검출기는 통상적으로 설비로부터의 금속 오염을 검출하는데 사용되므로, 플라스틱에 금속을 혼합시키면 종래기술에 의해 플라스틱 파편을 검출할 수 있다. 그러나, 본 발명의 서두에서 언급한 바와 같이, 이러한 방법에 의해 검출할 수 있는 최소한의 크기는 허용될 수 없다.
준강자성체 세라믹은 종래기술에 대해 상당한 개선점을 제공할 수 있다. 이에 대한 이유로는 상이한 물질 특성을 들 수 있다. 모든 금속은 도전성이며; 철을 함유하지 않은 것으로 불리우며 상자성 또는 반자성으로 칭하는 구리, 금, 은, 알루미늄 등을 포함하는 제1그룹은 비자성이다. 금속 검출기의 전자기장에 노출되었을 때는 금속에 전류를 유도하여 금속 주위에 자장을 유도하며, 신호를 생성하기 위해 평형화된 코일 형태와 상호작용하게 된다.
준강자성체 물질은 침전에 의해 0.1㎛ 내지 100㎛ 사이의 입자 크기로 미세하게 연마되거나 성형된다. 준강자성체 물질은 전형적으로 10 내지 50중량%의 범위, 즉 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% 로 제공된다.
준강자성체 물질은 천연적으로 자성이지만, 그 특성은 성형 전후로 자장을 인가하므로써 강화될 수 있다. 검출 장치는 상용의 금속 검출기이다. 플라스틱 또는 엘라스토머는 음식과의 접촉에 적합하다는 점에서, 음식산업에 이미 사용된 그룹내에서 선호된다. 준강자성체 물질은 전형적으로 플라스틱 또는 고무 성분을 형성하기 위해, 플라스틱이나 엘라스토머와 균질하게 혼합된다. 변형예에 따르면, 검출가능한 층과 음식물 사이에 경계층을 제공하거나 또는 예를 들어 색깔이나 화학적 배제 등과 같은 기타 다른 기술적 효과를 달성하기 위하여, 공압출된 층 또는 기타 적절하게 접합된 플라스틱 또는 고무층을 포함할 수도 있다. 실시예는 진공팩인 CRYOVACTM 가방을 포함하며; 이러한 가방은 플라스틱 필름으로 제조되며, 음식물 및 분리가능한 코어층을 손상시키는 산소 침입을 방지하는 경계층으로 구성되어 있다. 고기 가방을 위해, 필름은 검은색을 취하며, 25 내지 80μ의 두께를 갖는다.
음식산업 및 제약산업을 위해 제조된 물품의 실시예는 용기, 트레이, 컨베이어, 롤러, 브러시, 스크레이퍼, 가방, 필름, 밀봉부, 커버, 주머니, 및 수술용 드레싱을 포함한다.
간단히 설명한다면, 금속 검출기는 요동하는 자장에 의해 발생되는 교류로 구동되는 코일과, 정밀하게 평형화된 회로에 연결되는 한쌍의 검출 코일을 구비한 전자장치이다.
자장이 전후로 요동하여 도전성 물체와 상호작용함에 따라, (a)고기와 치즈처럼 물과 소금의 레벨이 높은 일부 음식물과, (b)Al, Pb 등의 비철금속 등과 같은 순수한 도전성 물질은 미약한 자체자장을 발생시키고; 수신기 코일이 물체 위를 지나가서 미약한 자장을 방출할 때, 작은 전류가 상기 수신기 코일을 통해 이동하여, 구동 코일을 갖는 상을 벗어나 거절 장치를 작동시킬 수 있는 신호를 발생시킨다. 이러한 신호는 도4C에 임피던스 평면상에 라인으로 도시되어 있으며, 그 각도는 물체의 도전성에 의존한다.
철금속(Fe, Co, Ni)에 있어서, 응답 형태는 금속 검출기 자장에서의 자화로 인해, 도전성 응답과 강자성 응답이 조합되기 때문에 복잡해진다(도3C 참조).
비교에 따르면 준강자성체 물질(Fe3O4 등등)은 도전성이 아니며, 그 상 각도로 인해 도전성 물질과는 상이한 물질의 자장으로 인해 직선형 응답을 생성한다(도5C 참조).
금속 검출기는 따뜻한 빵과 고기 제품 및 치즈 등과 같은 음식물을 포함하는 도전성 물품을 검출할 수 있다. 미약한 도전성을 갖는 이러한 음식물은 검출을 필요로 하는 금속 시료의 크기로 인한 경우 보다 더 자주 검출기상에 영향을 끼칠 수 있다. 이것은 제품 효과로 불리운다. 이러한 효과는 제품 자체에 흐르는 와류 전류때문에 발생되는데, 특히 습하고 짠 특성을 갖는 물품이 미약한 도전성을 갖는다.
금속 입자와 비교하였을 때 커다른 음식물 크기는 상당한 영향을 끼친다. 따라서, 금속 입자는 큰 입자를 제외하고는 검출되지 않는다.
상술한 바와 같은 준강자성체 물질은 비도전성이므로, 음식물이 도전성인 경우에도 측정가능하게 상이한 응답을 생성한다. 미국특허 제5.304.927호에 개시된 바와 같은 금속 검출장치는 음식물의 배경 신호를 검출하고 준강자성 물질의 효과를 용이하게 입증하도록 보정될 수 있다.
본 발명자는 준강자성 물질은 화학적 조성물, 그 제조 방법 및 사용가능한 형상과 크기, 특히 검출을 가능하게 하는 자성, 도전성 등과 같은 특성, 마찰과 기계 마모에 의한 효과, 물리적 위험으로 귀결되는 형상, 오염과 연관된 위험성 등이 제거되기를 요망하는 음식산업계 및 제약산업계에서의 독특한 제품을 생산하기 위해, 높은 로딩에서의 용이한 혼합성 등과 같은 특성들이 상당히 상이하다는 것을 발견하였다.
검출 장치는 오염된 물품을 거절하기 위해, 장치의 범위내로 전송될 신호를 발생시킨다. 전형적인 거절 기구는 전환 밸브, 에어 취입기, 푸시 아암, 신축성 컨베이어 베드, 역전가능한 컨베이어 베드, 슬라이더 게이트, 잉크 마커, 전환 컨베이어, 로봇 파지기, 간단한 섬광, 및 물품의 수동제거를 위한 정지/시동 기구 등을 포함한다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도1A 내지 도1C는 미국특허 제6.113.482호 및 제6.177.113에 개시된 금속 줄밥, 부스러기, 스텐레스 스틸 분말의 사진.
도2A 내지 도2C는 자화된 자철광 입자의 사진.
도3A는 철금속을 위한 스핀 자기모멘트 형상을 도시한 도면.
도3B는 철금속에 대한 구적 플롯 및 동위상 플롯을 도시한 도면.
도3C는 철금속에 대한 임피던스 플랜 응답을 도시한 도면.
도4A 내지 도4C는 비철금속에 대한 임피던스 플랜 응답을 도시한 도면.
도5A 내지 도5C는 준강자성 세라믹에 대한 임피던스 플랜 응답을 도시한 도면.
도5D는 습한 제품에 대한 임피던스 플랜 응답을 도시한 도면.
도6은 금속 및 산화금속에서 원자가 교환결합에 의해 영향을 받는 기본적인 자기쌍극을 도시한 다이아그램.
도7은 실시예1에서 폴리프로필렌 기질에 균질하게 분산된 자철광으로 제조된 물질 취급 크레이트를 도시한 사시도.
도8은 컨베이어상에서 금속 검출 처리과정이 실행되는 고기 트레이의 실시예를 도시한 도면.
도9는 플라스틱 가방의 일부를 형성하는 실시예2에 따른 HDPE/LLDPE 플라스틱 필름의 사시도.
도10은 필름 두께에 대한 입자 크기 및 형상을 도시한 다이아그램.
도11은 가압보드의 파편측에서 실시예3에 따른 주교관형태의(mitred) 간단한 엘라스토머 밀봉부를 도시한 도면.
도12는 기계적 전환기의 다이아그램.
도13은 공압식 전환기의 다이아그램.
도1A 내지 도1C는 미국특허 제6.113.482호 및 제6.177.113에서 언급한 금속 줄밥, 부스러기, 스텐레스 스틸 분말의 사진이다. 이러한 사진은 필름 압출라인에서 스크린 팩의 파손을 초래하는 동시에 섭취 또는 외부 접촉으로 침입형 물리적 위험을 부과하는 불규칙적인 물질 형상을 도시하고 있다.
금속 입자는 부스러기 또는 줄밥을 형성하기 위한 기계적 마모에 의해 형성된다. 금속 분말은 금속을 응고하기 위해 용융 금속을 차가운 에어 스트림에 취입하므로써 형성된다. 이러한 두가지 방법은 물리적으로 마찰성인 입자를 생성한다. 금속은 플라스틱이나 고무에 강하게 접합되지 않는데, 그 이유는 플라스틱이나 고무가 금속 다이에서 성형되기 때문이다. 그 결과, 이들은 매우 미세한 조각으로 음식물에 마모되어 혼입된다.
도2A 내지 도2C는 도1의 입자에 비해 비독성이고 물리적으로 비침입성인 미네랄 자철광의 둥근 형상을 도시하고 있다. 페라이트는 미세한 분말로 연마되거나, 침전에 의해 형성된다. 만일 자철광의 입자가 마모되어 혼합된다면, 그 형상 및 크기는 안전성에 대한 위험을 제공하지 않는다. 상기 입자는 자기견인에 의해 집괴된다.
음식물 제조업자들은 검출가능한 금속계 플라스틱을 사용하지만 금속 오염의 위험성을 추가시키므로써 플라스틱 오염 위험성을 어느정도 감소시킬 수 있다는 것을 발견하였다.
음식물 제조업자들은 오염물인 금속의 위험성을 제거할 가능성을 환영하였으며, 검출가능한 페라이트계 플라스틱을 사용하므로써 플라스틱이나 엘라스토머를 검출할 수 있다.
도3A 내지 도3C 및 도4A 내지 도4C는 종래기술인 미국특허 제6.113.482호 및 제6.177.113호에 개시된 금속의 기본적인 특성에 대한 두가지 차이점을 도시하고 있다. 도5A 내지 도5D는 습한 제품 및 건조한 제품에서 준강자성 물질의 응답을 도시하고 있다.
도6은 자성물질의 스핀 자기모멘트를 도시하고 있다.
(a)미국특허 제6.113.482호 및 제6.177.113호에 개시된 강자성체(예를 들어 금속-Fe, Co, Ni)는 강자성 물질을 위해 원자 쌍극자의 상호정렬을 도시하고 있다.
(b)반강자성체(예를 들어, 세라믹 물질-MnO, FeO, 및 MnS). 대향의 자기모멘트가 서로 삭제되며, 그 결과 전체적인 고형물은 실질적인 자기모멘트를 소유하게 된다.
(c)준강자성체[예를 들어, 세라믹 및 페라이트-Fe3O4, Fe2O3, XO(X는 2가 금속)]. 이러한 특허출원에 사용된 바와 같이, 실질적인 자기모멘트는 스핀 모멘트의 불충분한 삭제로 인해 발생된다.
도3A는 철금속 시료, 페라이트 시료, 및 비철금속 시료에 대한 금속 검출기의 응답을 도시하고 있다.
도4A는 비철금속에 대한 임피던스 평면에서의 구조와 스핀 자기모멘트를, 도4B는 신호 응답을, 도4C는 플롯을 도시하고 있다. 임피던스 평면에서, 플롯은 직선형이고, 그 각도는 금속의 도전성에 의존한다.
금속 검출기는 도전성 금속 물체 뿐만 아니라, 습한 음식물, 따뜻한 빵, 고기, 치즈, 심지어 손 등과 같은 기타 다른 도전성 물체를 검출한다. 도전성이 미약하기는 하지만, 음식물의 크기 및 질량은 상당한 신호 응답을 생성한다. 이것은 필터 및 식별을 이용한 검출기가 판명한 제품 효과로 불리워지는데, 이에 의해 감도가 손실되어 버린다.
신호 응답을 개선하기 위하여, 강자성으로 분류된 철금속인 Fe, Ni, Co가 사용된다. 이것은 도3에 도시된 바와 같이 도전성 및 자기 응답으로 귀결된다.
이 경우, 임피던스 평면상에서의 응답은 두 효과의 중첩으로 인해 루프가 된 다. 철을 함유한 전형적인 연강은 1mm 크기의 구형체로 검출될 수 있다. 음식산업에서 용기나 기타 다른 설비품목으로 사용되는 비철 합금인 스텐레스 스틸 316은 2mm 크기의 구형체로 검출될 수 있다.
비교에 따르면, 준강자성체 세라믹은 상당히 상이한 응답을 생성한다(도5 참조). 이것은 도전성 부품이 없는 임피던스 평면에서 수평선으로 나타난다. 페라이트 응답은 해변에 밀려오는 큰 파도나 도굴 또는 광산을 검출하기 위해 손파지형 금속 검출기를 사용하는 당업자 뿐만 아니라 음식산업의 당업자에게 널리 공지되어 있다. 페라이트 응답은 광석화된 돌에 의한 것으로서, 지면효과로서 알려져 있으며; 이를 판별하거나 여과하기 위해 모든 노력이 경주되고 있다. 이러한 효과는 페라이트가 제공되지 않는 음식산업이나 또는 기타 다른 응답에 의해 범람하는 작은 양에서는 관찰되지 않는다. 준강자성 세라믹은 영구 자화를 나타내고 있으며, 검출 코일을 트리거하는 것은 이러한 자장이다.
폴리머/자철광 매트릭스를 포함하는 습한 제품에는 자철광으로부터의 자기 응답 및 도전성 음식물을 위한 각각의 응답의 중첩이 있다. 이것은 루프 효과로 귀결된다. 오염으로부터 자유로운 제품의 신호와 다양한 오염도를 갖는 제품의 신호를 특정화하므로써, 오염된 물질은 용이하게 거절될 수 있다(미국특허 제5.304.927호 참조).
하기의 실시예는 일부 용도 및 그 장점을 서술하고 있다.
검출가능한 플라스틱 크레이트
도7은 물질 취급 크레이트(2)를 생성하기 위해 폴리프로필렌에 분산되는 연 마된 자철광을 이용한 실시예1의 용도를 도시하고 있다. 탁월한 분산이 달성되었다. 육안으로는 입자가 보이지 않는다.
도8은 컨베이어(8)에서 이동할 동안 금속 검출기(6)의 개구를 통과하는 고기 트레이(4)를 도시하고 있다.
실시예1
20% 내지 80% 폴리프로필렌의 비율로 입자를 균일하게 분산시키기 위하여, 0.1 내지 100㎛의 입자 크기를 갖는 연마된 자철광은 폴리머칩과 혼합된다. 혼합물은 크레이트(2)로 성형된다. 상기 크레이트(2)는 고기 조각, 가금류 조각, 또는 과자류를 지지하는데 사용된다. 상기 크레이트는 컨베이어 또는 처리 설비상에 기계적으로 비워지거나, 또는 저장용 팰릿상에 서로 적층된다.
변형예에서, 취성 방식이 아니라 가연성 방식으로 정지되는 것을 보장하기 위해, 폴리프로필렌은 고무를 첨가하므로써 변형된다.
0.1 내지 100㎛의 입자 크기를 갖는 연마된 자철광은 20% 자철광 및 80% 고무 변형된 폴리프로필렌의 비율로 입자를 균일하게 분산시키기 위해 폴리머칩과 혼합된다. 물질은 전형적인 열가소성 스크류 및 배럴 컴파운더(compounder)로 합성된다. 마찰열 및 가열된 배럴은 폴리머를 용융시키고, 스크류의 교반은 폴리머를 혼합시키며, 물질은 스트랜드로 압출되어 냉각된 후, 작은 환(pellet)으로 절단된다. 스크류에 의해 발생된 마찰열과 가열된 배럴은 폴리머를 액화시키며, 이러한 폴리머는 압력하에서 금속 툴내로 분사되어 냉각되므로써 물질을 응고시켜 크레이트를 형성한다.
만일 이러한 취급중에 크레이트가 마멸된다면, 3×3×1.5mm 의 작은 파편은 도8에 도시된 바와 같이 과자공장이나 고기 트레이(4)에서 저주파로 작동되는 600×350mm 의 대형 개구를 갖는 금속 검출기에 따라 용이하게 검출될 수 있다. 작은 파이프라인 검출기에 의해 최소 검출크기에 대한 또 다른 개선이 가능하다.
검출가능한 플라스틱 필름
도10은 플라스틱 필름(10)을 형성하기 위해 합성의 고밀도 폴리에틸렌 및 선형의 저밀도 폴리에틸렌을 적용한 실시예2를 도시하고 있다.
도9는 사용된 자철광의 입자 크기와, 종래기술에서 금속 스텐레스 스틸 금속 분말의 실시예를 도시하고 있다.
실시예2
본 발명의 제안된 실시예는 검출가능한 필름의 제조이다. 미네랄 티타늄 이산화물을 이용하여 착색된 필름(백색 안료, 검출불가능)은 자철광과 같은 페라이트 등의 미네랄이 대체물이 될 수 있음을 나타내고 있으며, 이러한 대체물은 유사한 물리적 특성을 갖는 필름을 생성할 수 있다. 또한, 미네랄로 작동되도록 길들여진 필름 처리기는 자철광에 기초한 필름 제조가 실현가능하며 처리에 대한 문제점을 제공하지 않는다는 것을 쉽게 알 수 있다(반면에, 금속 분말의 사용은 마찰과 입자 크기 및 형상으로 인해 비실용적인 것으로 여겨진다). 0.1 내지 1㎛ 범위의 초미세 입자를 생성할 수 있기 때문에, 분산시에도 합리적인 물리적 특성을 갖는 적절한 필름의 높은 로딩 및 형성을 보장한다. 이러한 실시예에서는 마스터배치를 준비하기 위해 제1합성 스테이지가 제공되며, 0.6㎛의 합성 자철광이 가열된 배럴을 갖는 이중 스크류 컴파운더에서 70% 자철광 및 30% LLDPE로 LLDPE 캐리어에 균일하게 분산된다. 마찰열과 가열된 배럴 및 스크류의 교반으로 인해, 용융된 LLDPE는 자철광과 혼합되며, 폴리머는 노즐을 통해 압출되어 얇은 스트랜드를 형성하며, 이러한 스트랜드는 냉각된 후 작은 환으로 절단된다. 이러한 마스터배치는 압출전에 상술한 바와 유사한 또 다른 합성 스테이지에 40% 마스터배치 및 60% HDPE/LLDPE 로 부가된다.
용융된 폴리머는 압출되어 필름을 형성하며, 이러한 필름은 40㎛의 코어 검출가능한 층에서 28% 자철광 및 72% HDPE/LLDPE 의 조성을 갖는다. 100% HDPE/LLDPE의 경계층과 10㎛ 상부 및 바닥은 60㎛ 필름을 생성하며, 이러한 실시예에서는 동시에 공압출된다. 이러한 특정의 용도에 있어서, 상기 경계층은 강도와, 파열 저항과, 화학적 저항과, 산소 장벽을 제공한다. 도10에는 시료 필름이 도시되어 있다. 도9에는 함유물의 상대적 크기가 도시되어 있다.
필름의 용도는 저장을 위해 또한 약 0℃에서 또 다른 고기 처리기로의 선적을 위해 절단된 생고기가 놓이는, 판지 라이너 또는 플라스틱 크레이트 라이너(실시예1)를 위한 것이다. 필름(10)은 냉동 고기에 규칙적으로 걸리게 되어 오염물이 되는 현존의 100 HDPE/LLDPE 필름을 대체하도록 고안되었다. 이제 오염물은 처리전이나 처리후에 슈트에서 검출될 수 있으며, 또는 예를 들어 피자 등과 같은 처리된 최종 제품에서 검출될 수 있다.
또 다른 용도의 실시예는 과자공장을 위해 설탕이나 전분 등과 같은 건조한 분말형 제품을 지지하는 가방을 생성하기 위해 필름을 사용하는 것이다(도10). 가 방은 전형적으로 예리한 칼로 절개되며, 처리 용기로 옮겨진다. 이러한 동작에 의해, 절단된 플라스틱 조각은 공통적인 오염물이 된다.
플라스틱 필름은 570mm×355mm의 대형 개구 검출기를 통해 검사되며; 이러한 검출기는 통상적으로 금속 조각에 대해 전체 제품 가방(12)을 검출하기 위해 사용되며, 실시예2에 따르면 40mm×40mm 필름 파편을 검출할 수 있었다.
또 다른 용도의 실시예는 과자공장 처리기로서, 실시예2에 따라 10mm×10mm 필름 조각을 제거할 수 있도록 소형의 150mm 파이프라인 검출기가 사용된다. 이것은 체적상 2mm 의 구형체와 동일하다.
검출가능한 고무 밀봉부
도11은 음식물 프레스용 엘라스토머 밀봉부(14)를 위한 실시예3의 용도를 도시하고 있다. 밀봉부(14)는 보드(16)에 접착된다.
실시예3
자철광은 35% 자철광 및 55% 폴리우레탄의 비율로 두개의 부분 액상 폴리우레탄 고무에 균일한게 분산되며, 부분(A, B)은 부가의 첨가제를 포함한다. 이러한 요소는 손으로 주걱을 사용하여 작은 비이커에서 균일하게 분산될 때까지 혼합된다. 그후, 작은 실리콘 주형에 물질이 주입된 후, 하루동안 약 40℃의 온도로 경화된다. 경화된 부분은 손에 의해 제거된 후, 주형보드에 고정된다.
또 다른 고무는 두껍고 점착성이 강한 고무를 위해, 특수한 무거운 듀티 혼합기를 필요로 한다. 그후, 이들은 열 및 압력하에서 사출성형 및 압축성형된다는 것을 인식해야 한다.
프레스 밀봉부 및 주형은 정상적인 사용시의 마모로 인해 마멸되거나, 때로는 성형 트레이가 성형 프레스에 잘못 공급되었을 때 찢어지기도 한다. 1.5×1.5×1.8mm의 파손된 주형 또는 이와 동일한 체적을 갖는 2mm 구형체는 100% 스텐레스 스틸 부분과 등가인 150mm 파이프라인 검출기에서 용이하게 검출될 수 있다.
이러한 세개의 실시예에서, 크레이트의 파편과 필름 및 밀봉부는 오스트레일리아 빅토리아에 소재하는 디텍션 시스템즈 피티와이 리미티드에 의해 제조된 파이프라인 검출기에 신호를 발생시킬 수 있으며, 이러한 파이프라인 검출기는 이미 본 기술분야에서 사용하고 있다. 검출기는 릴레이를 작동시키고, 이에 의해 전환기는 음식물 또는 제약팩을 수집 박스에 축적시킨다. 수집된 물품은 검출기의 반복통과에 의해 검출되거나 스크레이핑된다. 캐나다 온타리오에 소재하는 로렌츠는 제품을 거절 저장소로 편향시키도록 전환기의 범위를 설정하였다(도12).
도12 및 도13에는 이러한 형태의 검출 및 분리가 개략적으로 도시되어 있다. 도12에는 제품(20) 및 전환 플랩(22)으로 이어지는 제품 도관(18)이 도시되어 있다. 금속 검출기(6)는 제품에서 함유물(24)이 검출되었을 때 플랩에 신호를 보내며, 밸브는 제품이 검출기에 도달되었을 때 거절 저장소(26)로 제품을 전환시킨다.
도13에 있어서, 검출기(6)는 부착된 제품에 에어 돌풍을 지향시키는 에어 노즐(28)을 작동시킨다.
본 발명자는 실시예의 장점이 다음과 같음을 발견하였다.
1. 안전
부품과 제품 및 필름이 제조되는 혼합물은 금속 및 그 관련의 "예리한" 위험 물 뿐만 아니라 자철광 등과 같은 비독성 및 비침입성 준강자성 세라믹을 포함하고 있지 않으며; 그 결과 검출이 정지되었을 경우라도, 자철광은 화학물이나 물리적 위험을 제공하지 않는다.
2. 저렴한 경비
부품의 유니트 비용은 현존의 플라스틱 부품에 필적할 수 있다. 디자인 단계에서, 특징들은 기타 다른 미네랄충진된 폴리머 등과 유사하며, 이에 따라 형상과 크기가 조정될 수 있으며 및/또는 기타 다른 첨가제가 첨가되어 물리적 특성을 수정할 수 있다. 원료로서, 자철광 등과 같은 준강자성 세라믹 함유물은 저렴한 충진제로 작용한다. 처리중, 미네랄 충진재의 마찰 특성은 현재 사용중인 광범위한 미네랄 충진재의 어레이와 유사하므로, 폴리머의 컴파운더 또는 주형기를 위해 부가의 유지보수 비용을 제공하지 않는다.
3. 검출 성능
자철광 등과 같은 준강자성 함유물의 높은 로딩과 연합될 수 있는 능력은 100% 금속 부품에 필적할 수 있는 거리에서도 검출을 가능하게 한다(예를 들어, 10×10×40㎛의 플라스틱 필름 및 전형적인 스텐레스 스틸제의 고무 몰딩 2mm 구형체).
4. 용도
이례적으로 미세한 0.6㎛ 의 입자 크기와 둥근 입자 형상은 매우 저렴하며 일회용 물품으로서 적합한 진정한 필름계 제품이 발전될 수 있게 한다.
5. 재정적 위험 노출성
이제 음식물 처리기는 오염에 의한 위험 노출성이 낮다. 상기 처리기는 제품의 안정성에 대한 불만족으로 인해 유발되는 상해소송, 비용, 음식물 리콜 및 이와 연관된 비용, 브랜드 이미지의 손실, 공급계약의 손실, 소비자 판매의 손실에 대한 잠재 가능성을 감소시킨다. 이러한 비용절감은 준강자성 함유물을 포함하는 플라스틱에 따른 비용증가를 충분히 보상한다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (19)

  1. 분산된 입자형 자기 미네랄을 함유한 엘라스토머 부품이나 플라스틱을 갖는 음식물 또는 제약품 취급설비가 오염원이며, 생산 흐름에서 음식물이나 제약품으로부터 물리적 오염을 검출 및 제거하는 방법에 있어서,
    제품을 금속 또는 자장 검출설비에 노출시키는 단계와,
    신호를 유도하는 단계와,
    상기 신호를 이용하여 제품을 생산 흐름으로부터 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염의 검출 및 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서, 자기 미네랄 충진재 성분은 10 내지 50% 인 것을 특징으로 하는 오염의 검출 및 제거 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 성분은 15 내지 40% 인 것을 특징으로 하는 오염의 검출 및 제거 방법.
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서, 입자형 자기 미네랄의 크기는 0.1 내지 100μ 인 것을 특징으로 하는 오염의 검출 및 제거 방법.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 자기 미네랄 입자의 크기는 0.5 내지 20μ 인 것을 특징으로 하는 오염의 검출 및 제거 방법.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 자기 미네랄 충진재를 함유한 설비 부품과 필름을 이루고 있는 조성물의 검출도를 증가시키는 단계는 제조중이나 또는 검출전에 충진재를 자장에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염의 검출 및 제거 방법.
  7. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 컨베이어 또는 검출기는 파이프라인 금속 검출기인 것을 특징으로 하는 오염의 검출 및 제거 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 자기 미네랄은 준강자성 세라믹인 것을 특징으로 하는 오염의 검출 및 제거 방법.
  9. 음식물 또는 제품 취급설비를 위한 필름이나 성형부품의 조성물에 있어서,
    필름 성형 폴리머와 0.1 내지 100μ 의 입자크기를 갖는 10 내지 50%의 미네랄 충진재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 충진재는 준강자성 물질인 것을 특징으로 하는 조성물.
  11. 제9항에 있어서, 상기 준강자성 물질은 MFe2O4 의 식으로 제공되며; 상기 M 은 Ni, Mn, Co, 또는 Cu 인 것을 특징으로 하는 조성물.
  12. 제9항에 있어서, 상기 준강자성 물질은 입방 페라이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
  13. 제9항에 있어서, 상기 준강자성 물질은 육방정계 페라이트 또는 가닛인 것을 특징으로 하는 조성물.
  14. 음식물이나 제약품에 사용하기 위한 플라스틱 필름의 제조방법에 있어서,
    필름 성형 폴리머를 입자형 자기 미네랄 충진재와 혼합하는 단계와,
    필름을 압출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 필름을 함유한 자기 미네랄을 자기 미네랄 충진재없이 필름층으로 압출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 필름층은 산소 장벽인 것을 특징으로 하는 플라스틱 필름 제조방법.
  17. 음식물이나 제약품 흐름 처리과정에 사용하기 위한 성형 플라스틱 부품의 제조방법에 있어서,
    부품 성형 폴리머를 자기 미네랄 충진재와 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 플라스틱 부품의 제조방법.
  18. 제14항 내지 제17항중 어느 한 항에 있어서, 폴리머 부품은 음식 또는 제약 분야에 사용하도록 허용된 형태의 폴리머인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제14항 내지 제18항중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되었을 때 음식/제약품 취급설비 또는 필름을 위한 부품 또는 필름의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 조성물.
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