KR20100070618A - 생분해성 김치보관용기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생분해성 김치보관용기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PLA(Poly latic acid)나 PBS(Ploy butylene succinate)와 같은 생분해성 수지로 이루어지고, 여기에 은(Ag) 나노분말과 천연 탄산칼슘이 첨가되어 있어서, 김치 보관시에는 인체에 유해한 환경호르몬이 유출될 우려가 없고, 용도 폐기시에는 환경을오염시킬 우려가 없으며, 나아가 김치맛을 오랫동안 신선하게 유지시킬수 있는 생분해성 김치보관용기에 관한 것이다.

김치보관용기, 생분해성

Description

생분해성 김치보관용기{Biodegradable Kimchi container}

본 발명은 생분해성 김치보관용기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PLA(Poly latic acid)나 PBS(Ploy butylene succinate)와 같은 생분해성 수지로 이루어지고, 여기에 은(Ag) 나노분말과 천연 탄산칼슘이 첨가되어 있어서, 김치 보관시에는 인체에 유해한 환경호르몬이 유출될 우려가 없고, 용도 폐기시에는 환경을오염시킬 우려가 없으며, 나아가 김치맛을 오랫동안 신선하게 유지시킬수 있는 생분해성 김치보관용기에 관한 것이다.

인체는 비타민이나 무기질이 풍부한 채소를 꼭 섭취해야 하기 때문에 자연상태에서 채소가 생산되지 않는 겨울철을 대비하여 채소를 저장해 두어야 한다. 그래서 우리 조상들은 가을철에 무나 배추 등과 같은 채소를 소금에 절이고, 고추·파·마늘·생강 등 여러 가지 양념을 버무려서 채소를 오랫동안 보관해 두는 방법을 터득하게 되었는데, 이것이 바로 우리나라를 대표하는 음식물 중 하나인 김치이다.

잘 알려진 바와 같이, 김치는 염장 발효식품의 일종으로서 저장과정에서 인 체에 유익한 미생물의 발효작용에 의해 영양소가 더욱 풍부해 지고, 김치 특유의 깊은 맛과 향취를 갖게 된다. 따라서 김치는 담그는 과정도 중요하지만 저장과정, 특히 저장용기도 김치의 맛을 좌우하는 중요한 요인이 된다. 그래서 우리 조상들은 김치를 독이나 항아리에 넣은 다음, 땅속에 깊이 묻어서 김치를 보관하였다. 그리고, 김치가 부패하는 것을 방지하기 위하여 항아리 입구에는 우거지를 덮어서 김치가 공기와 직접적으로 접촉하지 않도록 하였다.

그러나 오늘날에는 김치전용 냉장고가 널리 보급되면서 대부분 냉장고 속에 김치를 보관하게 된다. 그래서 독이나 항아리 대신에 김치를 담아 냉장고 안에 편리하게 저장할 수 있는 김치보관용기에 관한 기술들이 다양하게 개발되어 있다.

예컨대 국내 특허공개 제2004-27708호(공개일자; 2004.04.01.)에는 나노 은(Ag) 나노입자를 이용하여 김치 및 음식물의 부패를 지연시키는 포장용기의 제조방법이 소개되어 있다. 이를 좀더 상세히 설명하면, 통상적인 합성수지 재질, 즉 PE나, PC, PET, PP, ABS 등에 은(Ag) 나노입자를 첨가하고, 이를 이용하여 김치 등의 음식물 포장용기를 제조하는 것이다. 이렇게 하면, 상기 포장용기에 포함되어 있는 은(Ag) 나노 입자의 항균력이 음식물을 변질시키거나, 부패시키는 미생물을 사멸시켜 김치 및 음식물의 부패를 지연시키는 효과가 있다는 것이다.

또한, 국내 특허등록 제821427호(등록일자; 2008.04.03.)에는 가운데 코어 부분은 랜덤 폴리프로필렌으로 이루어져 있고, 가장자리 라이너 부분은 전체 수지 조성물에 대해 랜덤 폴리프로필렌 20∼40중량%, 에틸렌-알파올레핀 공중합체 30∼60중량%, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 20∼40중량%를 포함하는 수지 조성물로 이루어 진 것을 특징으로 하는 식품용기 및 김치냉장고 용기용 뚜껑에 관한 기술이 소개되어 있다.

이와같이 종래의 김치보관용기들은 모두 석유화학 플라스틱 제품으로 이루어져 있어서 그 보관에 과정에서 인체에 유해한 환경호르몬이 유출될 가능성이 있고, 특히 상기 김치보관용기와 같은 종래의 플라스틱 제품을 용도 폐기할 경우에는 다이옥신과 같은 발암물질이 다량 발생하는 등 환경오염의 주범으로 지목받고 있다.

이처럼 종래의 석유화학 플라스틱 제품의 안전성 및 환경오염에 대한 논란이 계속되면서 최근에는 각 분야에서 종래의 플라스틱 소재 대신에 신소재인 '생분해성 수지(Biodegradable resin)'를 사용하려는 노력들이 다양하게 시도되고 있다.

잘 알려진 바와 같이, 생분해성 수지란 주로 옥수수나 감자 등과 같은 식용곡물원료로 부터 제조되는 고분자 물질로서, 박테리아나 곰팡이 등과 같은 자연에 존재하는 미생물에 의해 수년 내에 물과 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전히 분해되는 합성수지를 말한다. 생분해성 수지의 분해 메카니즘은 먼저 미생물이 분비하는 효소의 작용으로 고분자 물질을 저분자화 하는 1차 분해과정과, 미생물이 다시 상기 저분자를 흡수하여 대사작용을 하므로서 최종적으로 미생물 균체와 이산화탄소, 메탄가스 등을 생성하는 최종 분해과정으로 이루어진다.

따라서 인체에 무해하며, 환경오염의 우려가 없는 생분해성 수지를 이용한 식기나 도마 등 주방용품들이 이미 개발되어 있으나, 아직 김치 보관용기는 개발되어 있지 않다.

이처럼 종래에도 이미 생분해성 수지가 각 분야에서 널리 사용되고 있음에도 불구하고, 생분해성 수지를 이용한 김치보관용기가 아직 개발되지 않은 이유는 생분해성 수지로 김치보관용기를 제조할 경우, 김치 발효과정에서 생성되는 각종 유해 미생물들이 용기 몸체를 침식하거나 분해시키는 현상이 발생할 수 있기 때문인 것으로 짐작된다.

따라서 본 발명의 과제는 인체에 무해하고 환경오염의 우려가 없는 생분해성 수지로 김치보관용기를 제조하되, 김치 발효과정에서 생성되는 각종 유해 미생물들이 용기 몸체를 침식하거나 분해시키는 현상을 방지하고, 나아가 김치맛을 오랫동안 신선하게 유지시킬수 있는 김치보관용기를 개발하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 생분해성 김치보관용기는 PLA(Poly latic acid)나 PBS(Ploy butylene succinate), 또는 이들이 혼합된 생분해성 수지 65 ~ 90중량%와, 은(Ag) 나노분말 0.5 ~ 5중량%, 그리고 천연 탄산칼슘 5 ~ 30 중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천연 탄산칼슘은 패각류를 700~900℃의 온도에서 30 ~ 60 분동안 소성하여 분쇄한 것, 또는 구운 계란 껍질을 분쇄한 것임을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 생분해성 김치보관용기는 생분해성 수지로 이루어져 있어서 김치와 장시간 접촉하여도 인체에 유해한 환경호르몬을 유출할 가능성이 전혀 없고, 나아가 사용 후 용도 폐기시에도 환경 오염물질이나 다이옥신과 같은 발암물질이 전혀 생성되지 않기 때문에 제조업체가 '폐기물 부담금'을 지불할 필요가 없는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 생분해성 김치보관용기에는 항균성 은(Ag) 나노분말이 함유되어 있어서 김치 발효과정에서 생성되는 각종 유해 미생물들이 용기 몸체를 침식하거나 분해시킬 우려가 없고, 나아가 천연 탄산칼슘이 김치의 산도를 조절하여 김치가 너무 빨리 발효되거나 부패하지 않도록 방지하며 신선한 김치맛을 오랫동안 유지시켜 주는 효과가 있다.

이하, 구체적인 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 생분해성 김치보관용기는 PLA(Poly latic acid)나 PBS(Ploy butylene succinate), 또는 이들이 혼합된 생분해성 수지 65 ~ 90중량%부와, 은(Ag) 나노분말 0.5 ~ 5중량%부, 그리고 천연 탄산칼슘 5 ~ 30 중량%부로 이루어진 생분해성 수지조성물을 통상적인 방법으로 사출 성형하여서 제조된다.

본 발명의 김치보관용기를 구성하는 기초수지인 PLA(Poly latic acid) 또는 PBS(Ploy butylene succinate)는 옥수수나 감자와 같은 곡물 원료로 부터 제조되는 친환경 생분해성 고분자 물질로서 그 제조방법은 다음과 같다.

일반적으로 옥수수는 전분, 부질, 피질 및 섬유질, 배아 등으로 구성되어 있는데, 이중 에서 옥수수의 약 65% 정도를 차지하는 전분은 발효에 의해 글루코스(Glucose)를 거쳐 PLA의 원료인 젖산(Lactic acid)이 된다. 이때 상기 젖산은 광학 이성질체로서 L체를 주체로 D체가 혼합되어 있는 상태인데, 이러한 젖산을 탈수축합시키면 결정성 혹은 비결정성 PLA(Poly latic acid)가 형성된다.

상기 젖산(Lactic acid)의 중합방법은 크게 직접중합법과 간접중합법으로 나눌 수 있다. 상기 직접중합법은 용융축합에 의한 중합과 용제 중에서의 탈수축합에 의한 중합이 가능한데, 이중 용융축합에 의한 중합법은 아직 실험실 단계에 있다. 그리고, 탈수축합에 의한 중합법의 경우에는 잔존 모노머(Monomer)의 제거, 중합 후의 모노머와 용제의 분리공정으로 특별한 공정은 필요 없지만 용제의 회수, 정제, 중합물의 재용융에 의한 칩(Chip)화 공정이 필요하다.

한편, 간접중합법은 젖산을 가열 용융시켜 올리고머(Oligomer)화 하고, 이를 촉매 존재하에 가열 용융하여 발생하는 락티드(Lactide)를 감압유법으로 정제하여 제조한 후, 촉매 존재하에 가열 용융하면 개환이 되어 분자량 10~20만 정도의 PLA를 얻을수 있는 방법이다. 이때 상기 개환 중합반응은 평형반응에서 10%정도의 락티드(Lactide)가 존재하기 때문에 얻어진 중합물 중에서 잔존하는 락티드(Lactide)를 1% 이하로 제거해야 한다. 이러한 개환중합법은 직접중합과 달리 부산물로서 물이 발생하지 않으며, 중합계를 진공으로 할 필요가 없고, 중합설비가 단순하다는 장점이 있다.

상기와 같은 방법으로 제조되는 PLA는 나선형 구조를 가지고 있으며, 다른 지방족 폴리에스터보다 융점이 높은 특성을 지니고 있다. 또한 2차 전이온도를 가지고 있지만, 분자구조가 단단하여 성형제품을 제조할 경우 내충격성에 약한 단점을 보인다. 모노머(Monomer)인 젖산의 광학 이성질체, 즉 D체와 L체의 비율을 변화시킴으로써 다양한 물성을 갖는 PLA를 얻을 수 있다. 락티드(Lactide) 역시 D체, 중간체 및 L체의 광학적 이성질체의 혼합물이지만 그 생성비는 비교적 용이하게 제어되며, 일반적으로 PLA의 용융온도는 D체의 비율이 증가할수록 감소하는 경향을 보인다.

또한, 상기 PBS(Ploy butylene succinate)는 옥수수와 감자로부터 얻어지는 당류와 전분을 발효시켜서 그로부터 숙신산(Succinic acid)을 추출해 내고, 상기 숙신산과 1,4-부탄디올 및 3-알콕시-1,2-프로판디올의 공중합반응에 의해 제조된다. 이때, 상기 공중합반응은 상압에서의 탈수를 수반하는 에스테르화 반응과 감압하에서의 에스테르 교환 반응에 의한 고분자량화의 2단계로 이루어진다.

그리고, 다양한 3-알콕시-1,2-프로판디올을 소량 공중합시켜 그 알콕시기의 체인상을 선택함으로써, 그 탄성율이나 신율 등의 기계적 성질 및 생분해성 속도를 제어할수 있다. 즉, 알콕시기 체인의 구조를 선택함으로써 생분해성 속도 제어가 가능한데, 메틸기와 같이 체인이 짧은 기의 첨가량이 증가하면 생분해성 속도가 빨라지고, 옥타데실기(C₁₈H₃₇-)와 같이 체인이 긴 프로판디올을 이용하면 생분해성 속도를 늦출 수 있다.

상기 PBS의 분자량은 중량 평균 분자량으로 10만 이상에 이르고, 융점은 100℃ 이상이다. 3－알콕시-1,2－프로판디올의 첨가량이 증가함에 따라 폴리머는 부드러워지고 성장하기 쉬워져서 특히 농업용 필름 등에 적합한 물성을 가지고 있다. 또한 상기 3-알콕시-1,2-프로판 디올은 에피클로로하이드린(Epichlorohydrin)과 알코올을 반응시키는 방법으로 용이하게 합성할 수 있다.

상기 PLA(Poly latic acid)와 PBS(Ploy butylene succinate)는 내구성, 투명성, 가공성, 실용성, 안전성, 경제성 및 친환경성 등의 측면에서 종래의 석유화학 플라스틱 소재에 비해 아무런 손색이 없고, 오히려 기존 플라스틱 소재의 치명적인 문제점인 환경오염 문제를 해결할 수 있는 차세대 신소재로 인정 받고 있다.

특히 상기 PLA와 PBS 소재를 사용하여 음식물 보관용기를 제조하면, 높은 투명성과 견고한 뒤틀림 보존력(Twist Retention) 및 용이한 봉인력(Sealability)을 유지하며, 음식물과 직접 장시간 접촉하여도 인체에 유해한 환경호르몬을 유출할 가능성이 전혀 없다. 또한, 사용 후 용도 폐기시에도 환경 오염물질이나 암을 유발하는 다이옥신과 같은 유해물질이 생성되지 않기 때문에 제조업체가 '폐기물 부담금'을 지불할 필요가 없는 장점이 있다.

다음으로 은(Ag) 나노분말은 잘 알려진 바와 같이 은(Ag) 금속을 나노(Nano) 단위의 직경을 갖도록 미세하게 분쇄한 은 분말로서, 그 살균력 및 항균력은 이미 충분히 검정되어 있으며, 각종 생활용품의 항균력을 향상시키기 위해 그 원료수지에 첨가하는 플라스틱 첨가물로서 다양하게 사용되고 있다.

본 발명에서 상기 은(Ag) 나노분말은 김치보관용기의 항균력을 향상시키는 것은 물론, 상기 PLA와 PBS 소재로 된 용기 자체가 김치 발효과정에서 생성되는 각종 미생물에 의해서 침식되는 것을 방지하는 기능을 한다.

마지막으로 천연 탄산칼슘은 김치의 산도를 조절하여 발효속도를 억제하고, 나아가 김치가 너무 빨리 시어 버리거나 부패하는 것을 방지하는 기능을 한다. 또한, 김치보관용기에 미세한 기공을 형성하여 용기 밑바닥의 김치와 윗 부분의 김치가 동시에 숙성되도록 하는 기능을 한다. 본 발명에서 상기 천연 탄산칼슘으로는 인체에 무해한 탄산칼슘이라면 어느 것을 사용해도 좋다. 바람직하기로는 조개껍질 등 각종 패각류를 700~900℃의 온도에서 30 ~ 60 분동안 소성하여 분쇄한 것을 사용할 수도 있고, 또한 조개껍질을 가볍게 구워 분쇄한 것을 사용할 수도 있다.

본 발명에서 상기 생분해성 수지로는 PLA나 PBS 중 어느 하나를 사용할 수도 있고, 상기 두 수지의 혼합물을 사용할 수도 있다. 이때, 상기 생분해성 수지의 함량이 65 중량% 미만이면, 최종 성형품 즉 김치보관용기의 강도나 투명성 등의 물성이 불량하게 될 우려가 있고, 반대로 90중량% 이상이면, 상대적으로 은(Ag) 나노분말과 천연 탄산칼슘의 함량이 적어져서 이들 성분으로 인한 기능이 거의 나타나지 않는 문제점이 있다.

또한, 은(Ag) 나노분말의 함량이 0.5 중량% 이거나, 또는 천연 탄산칼슘 5 ~ 30 중량% 미만이면, 은(Ag) 나노분말의 항균력이나 천연 탄산칼슘의 산도 조절능력 을 거의 기대할 수 없다. 반대로 은(Ag) 나노분말의 함량이 5중량% 이상이면, 제조원가가 너무 상승하는 문제가 발생하게 되고, 천연 탄산칼슘의 함량이 30 중량% 이면, 최종 성형품의 물성이 저하될 우려가 있다.

본 발명에서 김치보관용기의 형상이나 구조에는 특별한 제한이 없으며, 통상적인 음식물 보관용기의 구조와 동일하게 사출 성형할수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기 실시예에 의해서 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

Claims (2)

1. PLA(Poly latic acid)나 PBS(Ploy butylene succinate), 또는 이들이 혼합된 생분해성 수지 65 ~ 90중량%와, 은(Ag) 나노분말 0.5 ~ 5중량%, 그리고 천연 탄산칼슘 5 ~ 30 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 생분해성 김치보관용기.
2. 제1항에 있어서, 상기 천연 탄산칼슘은 패각류를 700~900℃의 온도에서 30 ~ 60 분동안 소성하여 분쇄한 것, 또는 구운 계란 껍질을 분쇄한 것 임을 특징으로 하는 김치 보관용기.