KR20130055230A - ＳｉＯ₂를 이용한 포장재 - Google Patents

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KR20130055230A
KR20130055230A KR1020110120878A KR20110120878A KR20130055230A KR 20130055230 A KR20130055230 A KR 20130055230A KR 1020110120878 A KR1020110120878 A KR 1020110120878A KR 20110120878 A KR20110120878 A KR 20110120878A KR 20130055230 A KR20130055230 A KR 20130055230A
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이점희
정준
유우지 후루사와
아키라 아다치
진입신
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이점희
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Abstract

본 발명은 SiO2, 고분자 수지, 아연 및 왁스를 포함하여 적절한 인장강도 및 신율을 나타내며 제품 성형성이 우수하고 식품 저장성이 뛰어난 포장재를 제공하는 것이다.

Description

ＳｉＯ₂를 이용한 포장재 {Package Material Comprising ＳｉＯ₂}
본 발명은 SiO2를 이용한 포장재에 관한 것으로, SiO2, 고분자 수지, 아연 및 왁스를 포함하여 식품 저장성 및 제품 성형성이 우수한 포장재에 관한 것이다.
포장재는 대개 합성수지 재질로 이루어지며, 각종 과일, 야채, 생육 및 가공식품 등의 포장에 널리 사용되고 있다. 따라서 포장시 식품의 보존성을 높이기 위한 시도가 다양하게 이루어지고 있다.
원적외선은 생체 내 침투력이 강해 인체 내에서 각종 질병의 원인이 되는 세균을 없애는 데 도움이 되고, 모세혈관을 확장시켜 혈액순환과 세포조직 생성에 도움을 준다. 또한 세포조직을 활성화하여 노화방지, 신진대사 촉진, 만성피로 등 각종 성인병 예방에 효과가 있고, 그 밖에도 발한작용 촉진, 통증완화, 중금속 제거, 숙면, 탈취, 방균, 곰팡이 번식방지, 제습, 공기정화 등의 효과가 있다는 것이 알려져 있다. 또한, 음이온은 체내에 흡수되면 피를 맑게 해주고 신경조직을 이완시켜 긴장을 풀어주는 역할을 한다.
이러한 원적외선 및 음이온 방사체로서 다양한 광물질이 연구되고 있으며, 이들을 적용하여 항균성을 높이는 포장재 개발이 시도되고 있다.
그러나 광물질을 포장재에 적용한 경우 제품의 성형성에 문제가 있거나 항균지속력 등이 떨어지는 한계가 있었다. 특히 필름(비닐) 포장재의 경우 두께가 얇고 적절한 인장강도가 요구되므로, 광물질 분말을 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 SiO2, 고분자 수지, 아연 및 왁스를 포함하여 적절한 인장강도 및 신율을 나타내며 제품 성형성이 우수하고 식품 저장성이 뛰어난 포장재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, SiO2, 고분자 수지, 아연 및 왁스를 포함하는 포장재에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 각 원료는 SiO2 15~40중량%, 고분자 수지 40~80중량%, 아연 1~10중량%, 왁스 3~15중량%로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 SiO2는 운모, 제올라이트, 일라이트, 벤토나이트, 규조토, 고령토, 맥반석, 질석, 펄라이트로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 수지는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride, PVC), 폴리에스테르(Polyester, PET), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리아마이드(Polyamide), 에틸렌비닐알콜(Ethylene-vinyl alcohol, EVOH), 에틸렌초산비닐(Ethylene-vinyl acetate, EVA), 폴리염화비닐리딘(PVDC, Polyvinylidenechloride), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈라이트(Polyethylene terephthalate, PET), 나일론(Nylon, NY), 폴리카보네이트(Polycarbonates, PC), 아세틸 셀룰로오스(Acetyl Cellulose), 아세틸부틸 셀룰로오스(Acetyl Butyl Cellulose) 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에서 상기 포장재는 산화티탄, 산화철, 산화주석, 산화규소, 황산바륨, 산화마그네슘 및 탄산칼슘으로 구성된 군에서 선택되는 무기 산화물을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 포장재는 분산제, 가소제 및 pH조절제 중에 선택되는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 포장재는 필름 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 포장재는 적절한 인장강도 및 신율을 나타내 가공성이 좋으며 제품 성형성이 우수하고, 항균 지속력이 뛰어나 식품 저장성이 우수한 장점이 있다. 또한, 천연 광물을 이용하므로 환경친화적이며, 인체에 무해하고 화학 원료에 비해 경제적인 장점이 있다.
따라서, 다양한 포장재의 제조시 유용하게 적용될 수 있다.
도 1은 (a) 선별된 신선한 부추에 대하여 본 발명에 따른 (b) 비교예 4(일반제품) 및 (c) 실시예 1(afb-w)의 비닐팩에 보관된 부추의 부패 정도를 나타낸 것이다.
본 발명의 포장재는 SiO2, 고분자 수지, 아연 및 왁스를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에서 상기 SiO2는 원적외선 및 음이온을 방출하며 항균활성 및 항산화활성을 나타내 식품 저장성을 증진시키는 역할을 한다. 특히 SiO2은 입자 내부의 비표면적이 높아 에틸렌이나 유해가스 등의 흡착기능을 나타내며, 특히 과실류 등의 식품이 산화 및 노화될 때 방출되는 에틸렌가스를 효과적으로 포집함으로써, 식품의 신선도를 장기간 유지시킬 수 있게 된다.
상기 SiO2는 분말 상태로 분쇄시켜 이용할 수 있으며, 바람직하게는 분말입자 크기가 300 메시 크기 이상으로 분쇄시켜 이용할 수 있고, 예를 들면 300 내지 1500 메시 크기를 갖도록 할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 325 내지 400 메시 크기이다. 이러한 분말입자 크기일 때 포장재의 성형성을 저해하지 않으면서 최적의 식품 보존성 증진효과를 나타낸다.
상기 SiO2는 포장재의 성형 형태에 따라 함량을 달리 조절할 수 있으며, 예를 들어, 포장재가 필름 형태로 제조되는 경우, 총 중량에 대해 15~40중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 20~30중량%이다. 이러한 함량 범위에서 제품 성형성이 저하되지 않으면서 적절한 항균 및 항산화 효과를 통한 식품 저장성 증진 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에서 상기 고분자 수지는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride, PVC), 폴리에스테르(Polyester, PET), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리아마이드(Polyamide), 에틸렌비닐알콜(Ethylene-vinyl alcohol, EVOH), 에틸렌초산비닐(Ethylene-vinyl acetate, EVA), 폴리염화비닐리딘(PVDC, Polyvinylidenechloride), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈라이트(Polyethylene terephthalate, PET), 나일론(Nylon, NY), 폴리카보네이트(Polycarbonates, PC), 아세틸 셀룰로오스(Acetyl Cellulose), 아세틸부틸 셀룰로오스(Acetyl Butyl Cellulose) 및 이들의 조합을 이용할 수 있으며, 포장재의 성형 형태에 따라 달라질 수 있다. 상기 포장재가 필름 형태로 제조되는 경우 바람직하게는 폴리에틸렌을 이용할 수 있다. 상기 폴리에틸렌은 저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 고밀도 폴리에틸렌을 이용할 수 있다.
본 발명에서 상기 고분자 수지는 포장재 총 중량에 대해 40~80중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 55~70중량%이다. 이러한 함량 범위에서 제품 성형성이 저하되지 않으며, 적절한 인장강도 및 신율 등의 물성을 확보할 수 있다.
본 발명에서 상기 아연은 포장재 성형시 가해지는 열에 대한 안정성을 부여하여 제품 가공성을 높이는 역할을 한다. 특히 필름 형태의 포장재인 경우 제품 성형과정에서 열에 의해 필름이 울거나 찢어질 수 있는데, 아연을 적절 함량으로 포함하는 경우 이러한 필름 파손을 방지할 수 있다. 이러한 아연은 포장재 총 중량에 대해 1~10중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 2~5중량%이다. 상기한 함량범위에서 제품 성형성을 저해하지 않으면서 적절한 열안정성을 확보할 수 있다.
본 발명에서 상기 왁스는 포장재의 원료 분산성 및 유동성을 증진시켜 적절한 인장강도 및 신율을 제공하여 제품 가공성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명의 포장재는 다공성 광물질 분말입자를 포함하므로 수지를 단독으로 사용하는 경우에 비해 유동성이 떨어져 가공성이 낮아지는데, 왁스를 포함시킴으로써 이러한 유동성을 증진시킬 수 있게 된다. 또한, 원료 분산성을 증진시켜 포장재의 항균 효능 지속력을 증대시킨다.
상기 왁스로는 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 카르나우바 왁스, 몬탄계 왁스 등을 단독 또는 혼합하여 이용할 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌 왁스이다. 상기 폴리에틸렌 왁스는 포장재 형태에 따라 함량을 달리할 수 있으며, 예를 들어 필름 포장재인 경우, 포장재 총 중량에 대해 3~15중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 5~10중량%이다. 이러한 함량 범위에서 적절한 인장강도 및 신율을 확보할 수 있다.
본 발명의 상기 포장재는 예를 들어 포장재가 필름 형태인 경우 인장강도가 250~400 MPa 일 수 있으며, 바람직하게는 280~350 MPa이다. 또한, 상기 포장재는 신율이 300~380% 일 수 있으며, 바람직하게는 340~370%이다. 상기 포장재는 이러한 인장강도 및 신율 범위에서 적절한 가공성을 나타내어 제품 성형성을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 상기 포장재는 SiO2 15~40중량%, 고분자 수지 40~80중량%, 아연 1~10중량%, 왁스 3~15중량%로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 SiO2 20~30중량%, 고분자 수지 55~70중량%, 아연 2~5중량%, 왁스 5~10중량%이다. 이러한 조성을 가질 때 최적의 가공성 및 항균성 증진효과를 기대할 수 있다.
본 발명에서 상기 포장재는 무기 산화물을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 무기 산화물은 열이나 압력에 대한 안정성을 증진시켜 제품 성형성을 높이는 역할을 한다. 이러한 무기 산화물로는 산화티탄, 산화철, 산화주석, 산화규소, 황산바륨, 산화마그네슘 및 탄산칼슘 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 산화티탄이다.
또한, 본 발명에서 상기 포장재는 분산제, 가소제 및 pH조절제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 분산제로는 계면활성제 성분을 이용할 수 있으며, 예를 들면 폴리옥시에틸렌알킬아민, 세틸트라이메틸암모늄브로마이드, 염화알킬트리메틸암모늄, 염화디알킬디메틸암모늄 및 염화벤잘코코늄 등의 양이온성 계면활성제; 야자유, 팜유, 올리브유, 피마자유, 스쿠알렌, 알킬벤젠술폰산염, 올레핀 술폰산염, 알킬황산에스테르염, 알킬에스테르황산에스테르염, 알칸술폰산염, 인산에스테르염, 폴리옥시에틸렌알킬에테르염 및 아실-N-메틸타우린염 등의 음이온성 계면활성제; 및 글리세린, 솔비톨, 소르비탄모노라우레이트, 소르비탄모노올레이트, 폴리옥시에틸렌솔비탄트리오레이트 및 폴리옥시에틸렌솔비탄모노올레이트 등의 비이온성 계면활성제를 이용할 수 있다.
상기 가소제로는 프로필렌글리콜, 글리세린, 트리에틸시트레이트, 솔비톨, 폴리에틸렌글리콜, 소르비탄모노라우레이트, 레시틴, 스테롤, 모노글리세리드, 디글리세리드 및 소르비탄지방산 등을 이용할 수 있다.
상기 pH조절제로는 염산, 황산, 주석산, 구연산, 인산, 초산, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 알킬아민, 알칸올아민 및 암모니아 등을 이용할 수 있다.
본 발명의 포장재는 포장재 제조시 원료 분산 및 용해를 위한 용매를 첨가시켜 이용할 수 있으며, 이때 용매로는 물, C1~C10 알코올 및 이들의 혼합물을 이용할 수 있다.
[ 실시예 ]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 1~3, 비교예 1~3. 식품 포장재 제조
실시예 1
포장재를 하기 순서대로 제조하였다.
1. SiO2를 325메쉬 이상 파우더 상태로 분쇄하였다.
2. 기공에 함유되어 있는 수분을 제거하기 위해 건조기에 넣은 후 100℃이상에서 1시간 이상 건조하였다.
3. 아연, 왁스 및 분산제를 계량하여 준비하였다.
4. SiO2 파우더, 화학수지 원료(HDPE TR144), 아연, 왁스 및 분산제를 혼합기 넣고 5분 이상 교반하여 왁스가 녹아 SiO2와 첨가제가 골고루 혼합되도록 교반하였다. 이때 각 성분의 함량은 SiO2 25중량%, HDPE 수지 65중량%, 아연 3중량%, 왁스 6.7중량% 및 분산제 0.3중량%가 되도록 하였다. 상기 왁스로는 폴리에틸렌 왁스를 이용하고 분산제로는 솔비톨을 사용하였다.
5. 교반된 원료를 단축압출기에 넣고 190℃로 열을 가하고 중압시켜 가공하였다.
6. 단축압출기에서 압출되어 나오는 유동 상태의 혼합 조성물을 SUS tray에 받아 공냉방식으로 냉각함과 동시에 건조하여 고화시킨 후 가로 세로 5mm 이하 크기의 펠렛 형태로 절단하였다.
7. 펠렛 형태의 조성물을 필름 성형기를 이용하여 12㎛ 두께의 필름을 비닐팩 형태로 제작하였다.
실시예 2~3, 비교예 1~3
포장재에 포함되는 각 원료의 함량을 하기 표 1과 같이 조절한 것 외에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비닐팩을 제조하였다.
SiO2 수지 아연 왁스 분산제
실시예 1 25 65 3 6.7 0.3
실시예 2 20 70 3 6.5 0.5
실시예 3 30 60 4 5.7 0.3
비교예 1 25 68 - 6.7 0.3
비교예 2 25 71.7 3 - 0.3
비교예 3 25 74.7 - - 0.3
비교예 4
시중에서 판매되는 통상의 비닐팩을 구입하여 준비하였다.
시험예 1. 포장재 물성 평가
상기 실시예 1~3, 비교예 1~4의 비닐팩을 대상으로 인장강도, 신율, 제품성형성 등의 포장재 물성을 평가하였다. 그 결과 하기 표 2와 같다.
각 물성의 평가 기준은 다음과 같다.
- 인장 강도, 신율 : ASTM D 882 규정에 맞춰 3회씩 평가하여 평균을 내었다.
- 원적외선 방사율 :FT-IR분광계를 이용하여 40, 5~20㎛ 파장에서의 방사율을 측정하였다.
- 제품 성형성 : 표면 상태 및 두께 균일성을 조사하였다.
(1) 표면 상태 : 필름 표면의 매끈한 정도를 조사하였다.
(◎:우수 ○:양호 △:보통 ×:불량)
(2) 두께 균일성 : 성형된 비닐 필름의 두께 균일 정도를 평가하였다.
(◎:우수 ○:양호 △:보통 ×:불량)
인장강도
(MPa)		 신율
(%)		 원적외선
방사율
(5~20㎛)		 제품 성형성
표면 상태 두께 균일성
실시예 1 300 320 0.670 ◎ ◎
실시예 2 300 350 0.620 ◎ ◎
실시예 3 300 320 0.730 ◎ ◎
비교예 1 280 300 0.650 ○ ○
비교예 2 260 290 0.620 △ ○
비교예 3 250 280 0.610 △ △
비교예 4 300 320 0 ○ ○
표 2에서 보듯이, 본 발명의 제조방법에 따른 실시예 1~3의 비닐팩은 아연이나 왁스를 포함하지 않고 제조된 비교예 1~3의 비닐팩에 비해 인장강도 및 신율이 더 높았으며, 표면상태 및 두께 균일성이 우수한 것으로 나타났다. 특히 아연 및 왁스를 모두 포함하지 않은 비교예 3의 비닐팩은 실시예 1~3의 비닐팩에 비해 표면상태가 매끈하지 못하고 인장강도 및 신율도 떨어지는 것으로 나타났다. 또한, 실시예 1~3의 비닐팩은 통상의 시판 비닐팩(비교예 4) 수준의 인장강도 및 신율을 나타내면서도 원적외선 방사 효과가 높으며, 제품 성형성도 뛰어난 것으로 나타났다.
시험예 2. 식품 신선도 조사
실시예 1~3, 비교예 1~4의 비닐팩에 식품을 보관한 후 신선도를 조사하였다. 구체적으로 신선한 부추를 선별하여 가정용 냉장고에 온도를 약으로 조절하여 각 종류의 비닐팩에 넣어 10일간 보관하면서 상태 변화(신선도)를 관찰하였다. 그 결과 표 3과 같다.
24시간(부패비율) 72시간(부패비율) 240시간(부패비율)
실시예 1 0% 1% 5%
실시예 2 0% 1.2% 6%
실시예 3 0% 1% 4%
비교예 1 0% 2% 7%
비교예 2 0% 3% 8%
비교예 3 0% 4% 10%
비교예 4 5% 30% 70%
상기 표 3에서 보듯이 실시예 1~3의 포장재 필름으로 제조된 비닐팩에 보관된 부추가 일반제품인 비교예 4의 비닐팩에 보관된 부추에 비해 부패된 것이 거의 없어 신선도가 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한 비교예 1~3의 포장재 필름의 부추는 비교예 4에 비해 부패 정도가 훨씬 약했으며, 실시예 1~3의 부추에 비해서는 다소 신선도가 떨어지는 것으로 나타났다. 이는 아연 및 왁스 첨가를 통한 포장재 원료의 분산 특성 증진이 원료의 항균 활성 지속성에도 영향을 미친다는 것을 확인해주는 결과이다.
도 1은 (a) 선별된 신선한 부추에 대하여 (c) 실시예 1(afb-w) 및 (b) 비교예 4(일반제품)의 비닐팩에 보관된(240시간) 부추의 부패 정도를 나타낸 사진이다. 비교예 4의 비닐팩(b)은 부추가 70% 이상 부패하였음에 비해, 실시예 1의 비닐팩에 보관된 부추(c)는 부패된 것이 거의 없는 것을 확인할 수 있다.

Claims (8)

  1. SiO2, 고분자 수지, 아연 및 왁스를 포함하는 포장재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각 원료는 SiO2 15~40중량%, 고분자 수지 40~80중량%, 아연 1~10중량%, 왁스 3~15중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 포장재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride, PVC), 폴리에스테르(Polyester, PET), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리아마이드(Polyamide), 에틸렌비닐알콜(Ethylene-vinyl alcohol, EVOH), 에틸렌초산비닐(Ethylene-vinyl acetate, EVA), 폴리염화비닐리딘(PVDC, Polyvinylidenechloride), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈라이트(Polyethylene terephthalate, PET), 나일론(Nylon, NY), 폴리카보네이트(Polycarbonates, PC), 아세틸 셀룰로오스(Acetyl Cellulose), 아세틸부틸 셀룰로오스(Acetyl Butyl Cellulose) 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 포장재.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 폴리에틸렌 수지인 것을 특징으로 하는 포장재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 포장재는 산화티탄, 산화철, 산화주석, 산화규소, 황산바륨, 산화마그네슘 및 탄산칼슘으로 구성된 군에서 선택되는 무기 산화물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 포장재.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 포장재는 분산제, 가소제 및 pH조절제 중에 선택되는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 포장재.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 포장재는 필름 형태인 것을 특징으로 하는 포장재.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 포장재는 인장강도가 280 내지 350 MPa인 것을 특징으로 하는 포장재.
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