KR20150029456A

KR20150029456A - 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20150029456A
Application number: KR20130108684A
Authority: KR
Inventors: 엄태진; 김강재
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2015-03-18
Also published as: KR101558048B1

Abstract

본 발명은 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에틸렌, 암모니아 및/또는 유기산과 같은 유해가스를 흡착하여 신선도 유지 또는 제품의 손상을 방지하며 향상된 강도를 갖는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

가스 흡착능이 뛰어난 포장지 및 이의 제조방법{paper having gas adsorptivity and manufacturing method thereof}

최근 소비자들의 식품 환경에 대한 관심의 증가로 식품이나 농산물의 구매에 있어서 보관 및 유통을 위한 포장의 안전성과 합리성 등에 대해서도 매우 높은 관심을 갖게 되었다. 따라서 관련 포장기술 및 포장 재료에 있어서도 많은 발전과 성장을 이루어왔다.

종래 기술 중 하나는 과채류의 장기간 저장 및 수송시 과채류의 호흡작용으로 발생하는 에틸렌가스, 탄산가스 등을 흡착·제거하고 미생물에 의한 부패 방지 또는 지연 및 암모니아의 흡착 제거에 의한 탈취작용으로 과채류의 신선도를 유지하여 유통 및 보관 기간을 연장하는 효과와 함께, 과채류 상품의 구매가치를 높이는 향기만 잔존시키게 되므로 소비자의 구매 욕구를 자극할 수 있게 되어 상품성을 향상시켜주는 효과가 있다. 하지만 원료로 사용된 고분자 발포수지가 생분해성이 전혀 없는 것으로 사용 후 폐기 시 환경 문제를 일으킬 수 있다.

한편, 신선 식품, 과채 및 화훼와 같은 농산물은 주로 골판지 상자에 포장되어 유통되고 있다. 골판지 상자는 제품의 외관을 보호하는 역할을 하지만 장기간의 유통과정에서 신선도를 유지할 수 있는 기능이 없으므로 과채류 등과 같은 신선 식품은 과숙 등에 의해 신선도가 떨어지고 유통기간이 짧아지게 된다. 대부분 과채류는 시간이 경과하면서 숙성하게 되는데 이때 식물의 숙성 호르몬인 에틸렌 가스가 발생하여 숙성이 가속화되어 산패가 일어나게 된다.

이와 같은 경우, 에틸렌가스의 발생량을 줄이기 위해서 골판지 박스 내부의 온도를 낮추거나 산소를 차단하여야 하는데 현실적으로 불가능하다. 따라서 발생하는 에틸렌 가스를 제거시키는 것이 효과적인 방법인지만 종래의 종이 포장재는 포장된 내부의 신선 제품으로부터 발생하는 에틸렌 가스를 효과적으로 흡착할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 시계나 카메라 등과 같은 정밀기계의 경우에도 포장상자의 내부로부터 발생하는 극소량의 탄산이나 암모니아 등과 같은 유해가스에 의해서 제품의 손상이 초래될 수도 있다. 이로 인해, 정밀기계에 유해한 가스를 흡착하면서 외부로부터 정밀기계를 보호할 수 있는 포장지의 개발이 필요한 실정이다.

한편, 종이의 제조에 있어서 재활용 섬유의 사용이 많아지면서 종이의 물성이 급격히 떨어지게 되므로 일정수준의 물성을 유지하기 위하여 두꺼운 초지를 하게 된다. 포장용지의 무게가 무거워짐에 따라 그만큼의 물류비용이 상승하고 있다. 따라서 가볍고 강하며 더욱이 친환경적인 기능성 종이 포장지가 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 신선 식품의 유통 및 판매에 있어서 신선 식품의 세포 호흡 과정에서 발생하는 에틸렌 가스에 의해 신선도가 급속히 저하되는 문제점을 해결하기 위한 것으로 에틸렌가스, 아민, 암모니아, 초산 등과 같은 생물 과숙 유발 물질을 흡착 제거할 수 있는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제공하려는 목적이 있다. 또한, 상기 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 이용하여 신선 제품의 유통 및 보관 기간을 연장하고 구매가치를 향상시킬 수 있는 포장지를 제공하려는 목적이 있다.

본 발명은 다공성 담체; 및 생분해성 고분자;를 포함하는 가스 흡착성 섬유 및 종이 형성성 성분을 포함하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 생분해성 고분자는 폴리프로필렌(PP), 폴리에스터(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌석시네이트(PBS), 폴리히드록시부티레이트(PHB), 폴리히드록시알카노에이트(PHA) 및 폴리염화비닐(PVC)로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 가스 흡착성 섬유는 생분해성 고분자 100 중량부에 대하여 다공성 담체 10 ~ 100 중량부로 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공성 담체는 버뮤큐라이트, 제올라이트, 게르마늄 및 벤토나이트로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공성 담체는 평균 공극 크기가 0.1 ~ 1.0 nm이고, 상기 다공성 담체의 BET 비표면적은 300 ~ 700 ㎡/g일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공성 담체는 평균 직경이 10 ~ 75 ㎛일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 가스 흡착성 섬유는 평균 섬유장(평균 섬유 길이)이 5.0 ~ 25 ㎜이고, 섬도 5 ~ 100 데니아일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 종이 형성성 성분은 펄프를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 포장지 조성물 전체 중 1 ~ 50 중량%의 가스 흡착성 섬유를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 인장 강도가 29 ~ 37 kN/m이고, 평량은 80 ~ 300 g/㎡인 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 가스 흡착능이 뛰어난 포장지는 상술한 바와 같은 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 가스 흡착능이 뛰어난 포장지는 평균 두께가 0.1 ~ 0.5 ㎜일 수 있다.

이하, 본 발명의 용어를 설명한다.

본 발명의 "다공성 담체"는 다수의 기공을 포함하는 운반체로, 상기 다수의 기공으로 유해 가스인 에틸렌 가스, 탄산가스, 암모니아 가스, 아민 가스 등을 흡착하는 기능을 갖는 물질이다. 또한, 상기 다공성 담체는 BET 비표면적을 증가시켜 유해 가스를 효과적으로 흡착하는 효과를 갖는다.

본 발명은 에틸렌가스, 아민, 암모니아, 초산 등과 같은 생물 과숙 유발 물질을 흡착 제거할 수 있는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제공함으로써, 신선 식품의 세포 호흡 과정에서 발생하는 에틸렌 가스에 의해 신선도가 급속히 저하되는 문제점을 해결하여 신선 식품 및/또는 정밀가전제품의 포장재로 매우 적합한 포장지를 제공한다.

또한, 본 발명은 가스 흡착뿐만 아니라 종이의 인장강도를 향상시켜 포장지로써 활용도가 높은 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제공할 수 있다.

나아가, 본 발명은 포장상자의 내부로부터 발생하는 극소량의 탄산이나 암모니아 등과 같은 유해가스에 의해서 제품의 손상이 초래될 수 있는 문제점을 해결하여, 시계나 카메라 등과 같은 정밀기계의 포장지로 매우 적합한 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제공할 수 있다.

더불어, 생분해성 소재를 사용하여 가볍고 강하며 더욱이 친환경적인 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일구현예로 제조한 가스 흡착성 섬유의 표면 사진이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이, 신선 식품의 유통 및 판매에 있어서 신선 식품의 세포 호흡 과정에서 발생하는 에틸렌가스와 아민, 암모니아, 초산 등과 같은 생물 과숙 유발 물질에 의해 신선도가 급속히 저하되는 문제점을 해결할 수 있는 포장지 제조가 요구되는 실정이다. 또한, 극소량으로도 정밀기계에 손상을 초래할 수 있는 유해가스를 효과적으로 제거 효과 및 포장지로서 제품을 보호하는 효과를 갖는 포장지의 개발이 필요한 상황이다.

이에 본 발명은 다공성 담체; 및 생분해성 고분자;를 포함하는 가스 흡착성 섬유 및 종이 형성성 성분을 포함하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물을 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 신선 식품의 세포 호흡 과정에서 발생하는 에틸렌 가스에 의해 신선도가 급속히 저하되는 문제점을 해결하여 신선 식품 및/또는 정밀가전제품의 포장재로 매우 적합한 포장지를 제공할 수 있으며, 포장상자의 내부로부터 발생하는 극소량의 탄산이나 암모니아 등과 같은 유해가스에 의해서 제품의 손상이 초래될 수 있는 문제점을 해결하여, 시계나 카메라 등과 같은 정밀기계의 포장지로 매우 적합한 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제공할 수 있다. 또한, 종래 포장지보다 향상된 인장 강도를 가져 포장지로써 보다 적합한 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제공할 수 있다.

상기 생분해성 고분자는 통상적으로 섬유 제조시 사용되는 생분해성 고분자라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 폴리프로필렌(PP), 폴리에스터(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌석시네이트(PBS), 폴리히드록시부티레이트(PHB), 폴리히드록시알카노에이트(PHA) 및 폴리염화비닐(PVC)로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폴리락트산(PLA) 또는 폴리부틸렌석시네이트(PBS)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 다공성 담체는 BET 비표면적을 증가시켜 가스를 흡착하며, 흡착하고자 하는 가스의 종류에 따라서 단독 또는 여러 성분을 혼합하여 사용할 수 있다. 나아가, 상기 다공성 담체는 통상적으로 다수의 기공을 포함하여 가스 흡착 효과를 나타내는 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 버뮤큐라이트, 제올라이트, 게르마늄 및 벤토나이트로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

더불어, 상기 다공성 담체는 통상적으로 판매 및/또는 합성할 수 있는 크기의 공극을 갖는 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 평균 공극 크기가 0.2 ~ 1.0 nm일 수 있다.

만약, 평균 공극이 0.2 nm 미만의 다공성 담체를 사용할 경우, 유해 가스를 흡착하는 능력이 떨어지는 문제가 발생할 수 있으며, 만약, 평균 공극이 1.0 nm를 초과하는 다공성 담체를 사용할 경우, 다공성 담체의 가격이 상승하여 포장지 조성물의 제조 가격이 상승하는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 다공성 담체의 BET 비표면적은 통상적인 유해 가스를 흡착할 수 있는 정도의 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 300 ~ 700 ㎡/g의 BET 비표면적을 가질 수 있다.

만약, BET 비표면적이 300 ㎡/g 미만의 다공성 담체를 사용할 경우, 포장지 조성물의 흡착능이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 만약, BET 비표면적이 700 ㎡/g를 초과하는 다공성 담체를 사용할 경우, 포장지 조성물의 제조가격이 상승하는 문제가 발생할 수 있다.

나아가, 상기 다공성 담체는 통상적으로 판매 및/또는 합성할 수 있는 크기라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 평균 직경이 10 ~ 75 ㎛일 수 있다.

만약, 평균 직경이 10 ㎛ 미만의 다공성 담체를 사용할 경우, 다공성 담체의 제조비용이 증가하여 제품의 단가를 상승시키는 문제점이 발생할 수 있으며, 만약, 평균 직경이 75 ㎛를 초과하는 다공성 담체를 사용할 경우, 제조된 포장지 조성물의 사출 발포가 힘든 문제점이 발생할 수 있다.

더불어, 상기 가스 흡착성 섬유는 본 발명의 다공성 담체 및 생분해성 고분자를 포함하는 것이라면 그 함량을 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 생분해성 고분자 100 중량부에 대하여 다공성 담체 10 ~ 100 중량부 포함할 수 있다.

만약, 상기 가스 흡착성 섬유가 생분해성 고분자 100 중량부에 대하여 다공성 담체를 10 중량부 미만으로 포함할 경우, 가스 흡착성 섬유의 흡착능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 다공성 담체를 100 중량부 초과하여 포함할 경우, 가스 흡착성 섬유 간의 결합력이 낮아져 종이로서의 역할을 못하는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 상기 가스 흡착성 섬유는 통상적으로 압출을 통해 제조 및/또는 판매되는 섬유장(섬유 길이)이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 평균 섬유장이 5.0 ~ 25 ㎜일 수 있다.

만약, 평균 섬유장이 5.0 ㎜ 미만인 가스 흡착성 섬유를 포함하는 포장지 조성물을 제조할 경우, 향상된 인장 강도 및 가스 흡착 효과를 갖는 포장지를 제조하기 힘든 문제점이 발생할 수 있으며, 만약, 평균 섬유장이 25 ㎜를 초과하는 가스 흡착성 섬유를 포함하는 포장지 조성물을 제조할 경우, 가스 흡착성 섬유가 고르게 분산되지 않아 종이로 제조하기 힘든 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 상기 가스 흡착성 섬유는 통상적으로 압출을 통해 제조 및/또는 판매되는 것이라면 그 섬도(평균 직경)를 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 섬도가 5 ~ 100 데니아인 가스 흡착성 섬유를 제공한다.

만약, 가스 흡착성 섬유의 섬도가 5 데니아 미만일 경우, 섬유 제조비용이 증가하여 섬유의 대량 생산이 어려워지는 문제점이 발생할 수 있으며, 만약, 가스 흡착성 섬유의 섬도가 100 데니아를 초과할 경우, 섬유의 강성(stiffness)이 너무 높아 종이 제조시 초지 기계에 심각한 문제를 초래할 뿐 아니라 종이 제조 자체가 어렵다는 문제점이 발생할 수 있다.

나아가, 상기 종이 형성성 성분은 통상적으로 종이 제조에 사용되는 재료라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 목재 펄프를 포함할 수 있다.

상기 목재 펄프는 식물을 구성하고 있는 섬유를 추출하여 모은 것을 의미하는 것으로, 통상적으로 종이 제조에 사용되는 원료라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들면, 침엽수펄프(NP, softwood) 및/또는 활엽수펄프(LP, hardwood)를 사용할 수 있다.

더불어, 상기 포장지 조성물은 가스 흡착성 섬유 및 종이 형성성 성분을 포함하는 것이라면 그 함량을 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 포장지 조성물 전체 중 1 ~ 50 중량%의 가스 흡착성 섬유를 포함할 수 있다.

만약, 1 중량% 미만의 가스 흡착성 섬유를 포함할 경우, 섬유 내에 존재하는 다공성 담체의 양이 너무 적어 제조한 포장지의 흡착능이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 만약, 50 중량%를 초과하는 양의 가스 흡착성 섬유를 포함할 경우, 제조된 포장지의 흡착능은 우수하나 소수성의 섬유인 가스 흡착성 섬유가 너무 많이 포함되어 종이 결합력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

게다가, 상기 포장지 조성물은 통상적으로 포장지 제조과정에서 포함될 수 있는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 시일(seal)성 수지, 성형표면개선제, 윤활제 등을 더 포함할 수 있다.

상기 시일(seal)성 수지는 생분해성 고분자에 대한 상기 다공성 담체와 같은 무기입자의 결합성을 개선하고 조성물의 열융착을 용이하게 하기 위하여 배합되는 물질로서, 바람직하게는 폴리올레핀 왁스를 포함할 수 있다.

상기 폴리올레핀 왁스는 폴리올레핀 단독중합체 왁스와 폴리올레핀 공중합체 왁스를 포함하는 것으로서, 이들 중에서 특히 바람직한 것은 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스 또는 이들의 혼합물이다.

또한, 상기 성형표면개선제로는 탄산칼슘, 탈크 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

나아가, 상기 윤활제로는 칼슘스테아레이트, 아연스테아레이트, 글리세린스테아레이트, 부틸스테아레이트, 칼슘베헤네이트, 아연베헤네이트, 글리세린베헤네이트, 부틸베헤네이트, 고체 파라핀, 유동파라핀, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스 및 칸데릴라 왁스로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 윤활제 중에서 탄소수 22의 베헤닌산 계열은 윤활효과는 우수하나 재료원가가 높아지는 단점이 있어 탄소수 18인 스테아린산계열을 사용하는 것이 경제적인 측면에서 유리하다. 또한, 상기와 같은 지방산계열 윤활제는 무기 입자에 친화성을 보이는 장점이 있으며 표면이 친수성인 무기물을 코팅하여 표면 개질이 되는 장점이 있다. 윤활제는 문자 그대로 원료 간의 마찰을 적게 하고 매끄럽게 하기 위해 사용하는 첨가제이다. 모든 마찰이 나쁜 것은 아니지만 원료혼합, 용융, 가공시 마찰에 의한 열이 원료를 필요 이상으로 가열하여 분해시키기도 하고 원료 중 전분 등 유기 첨가제를 탄화시키기도 하며, 트윈 익스트루더 같은 금속제 가공기의 표면에 눌러 붙기도 하여 불량이 발생하는 것을 해소하기 위해 첨가할 수 있다.

또한, 본 발명은 인장 강도 29 ~ 37 kN/m이고, 평량이 80 ~ 300 g/㎡인 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제공한다.

나아가, 상기 가스 흡착능이 뛰어난 포장지는 상술한 바와 같은 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물을 포함하여 종래 포장지보다 향상된 인장 강도 및 흡착능을 갖는 포장지를 제공할 수 있다.

통상적인 종래 포장지의 인장 강도는 20 ~ 24 kN/m였다. 구체적으로 비교예 1과 같이 종래 포장지는 인장 강도가 23.69 kN/m를 보였다. 이에 반해, 본원 발명의 포장지들은 29.03 내지 37.22 kN/m의 인장 강도를 보여 종래 포장지보다 향상된 인장 강도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.

더불어, 종래 포장지의 평량은 약 200 g/㎡였다. 본 발명의 가스 흡착능이 뛰어난 포장지는 가스 흡착성 섬유를 포함하면서도 80 ~ 300 g/㎡의 평량을 가져 평량을 자유자재로 조절하여 포장지를 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

게다가, 종래 방법으로 제조한 포장지의 에틸렌 흡착량은 20 ~ 80 ㎕/㎏로 유해 가스를 흡착하는 효과가 작아 신선 제품 및/또는 정밀가전제품의 포장지로 사용하기에 문제점이 있었다. 구체적으로 비교예 1과 같이 종래 포장지는 47 ㎕/㎏의 에틸렌 흡착량을 보였다. 이에 반해, 본원 발명의 포장지들은 121 내지 437 ㎕/㎏의 에틸렌 흡착량을 보여 신선 제품 및/또는 정밀가전제품의 포장지로 매우 적합한 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 가스 흡착성 종이는 통상의 초지법으로 제조한 것이라면 그 두께를 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 평균 두께 80 ~ 300 ㎜일 수 있다.

더불어, 본 발명은 다공성 담체 및 생분해성 고분자를 혼합하여 섬유 조성물을 제조하는 1단계; 상기 섬유 조성물을 성형하여 가스 흡착성 섬유를 제조하는 2단계; 상기 가스 흡착성 섬유 및 종이 형성성 성분을 혼합하여 혼합물을 제조하는 3단계; 및 상기 혼합물을 초지하여 가스 흡착성 종이를 제조하는 4단계; 를 포함하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 제조방법을 제공한다.

먼저, 1단계로 다공성 담체 및 생분해성 고분자를 혼합하여 섬유 조성물을 제조한다.

상기 다공성 담체는 BET 비표면적을 증가시켜 가스를 흡착하며, 흡착하고자 하는 가스의 종류에 따라서 단독 또는 여러 성분을 혼합하여 사용할 수 있다. 나아가, 상기 다공성 담체는 통상적으로 다수의 기공을 포함하여 가스 흡착 효과를 나타내는 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 버뮤큐라이트, 제올라이트, 게르마늄 및 벤토나이트로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 섬유 조성물은 본 발명의 다공성 담체 및 생분해성 고분자를 포함하는 것이라면 그 함량을 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 생분해성 고분자 100 중량부에 대하여 다공성 담체 10 ~ 100 중량부 포함할 수 있다.

다음, 2단계는 상기 섬유 조성물을 성형하여 가스 흡착성 섬유를 제조한다.

상기 성형은 통상적으로 섬유를 제조하는 방법 중 섬유 조성물을 압출하는 방법으로 가스 흡착성 섬유를 제조하는 것으로서, 통상적으로 섬유를 제조하는 방법이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 고온에서 압출하는 방법 및/또는 고온으로 사출하는 방법을 사용할 수 있다.

상기 고온은 섬유 조성물이 포함하는 생분해성 고분자의 녹는점 이상의 온도라면 특별히 제한하지 않는다.

또한, 상기 압출은 통상적으로 섬유 압출 제조방법이라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들면, 압출기를 이용하여 1.0 ~ 2.5 압력으로 압출할 수 있다.

나아가, 상기 사출은 통상적으로 섬유 사출 제조방법이라면 특별히 제한하지 않는다.

상기 가스 흡착성 섬유는 상기 섬유 조성물을 이용하여 통상의 섬유 제조방법으로 성형하여 제조한 것이라면 섬도 및/또는 평균 섬유장을 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 섬도가 5 ~ 100 데니아이고, 평균 섬유장이 5.0 ~ 25 ㎜일 수 있다.

또한, 만약, 평균 섬유장이 5.0 ㎜ 미만인 가스 흡착성 섬유를 포함하는 가스 흡착성 종이를 제조할 경우, 향상된 인장 강도 및 가스 흡착 효과를 갖는 가스 흡착성 종이를 제조하기 힘든 문제점이 발생할 수 있으며, 만약, 평균 섬유장이 25 ㎜를 초과하는 가스 흡착성 섬유를 포함하는 가스 흡착성 종이를 제조할 경우, 가스 흡착성 섬유가 고르게 분산되지 않아 종이로 제조하기 힘든 문제점이 발생할 수 있다.

상기와 같이, 상기 섬유 조성물을 성형하여 가스 흡착성 섬유를 제조할 경우, 제조한 섬유의 평균 길이가 25 ㎜를 초과하여 가스 흡착성 섬유가 고르게 분산되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 일구현예에서는, 상기 성형단계인 2단계를 섬유 조성물을 150 ~ 230 ℃ 및 1.0 ~ 2.5 압력으로 압출하여 섬유를 제조하는 2-1단계; 및 상기 섬유를 5.0 ~ 25 ㎜로 절단하여 가스 흡착성 섬유를 제조하는 2-2단계;로 수행하여, 평균 길이를 조절한 가스 흡착성 섬유를 제공할 수 있다.

상기 2-1단계에서는 섬유 조성물을 150 ~ 230 ℃ 및 1.0 ~ 2.5 압력으로 압출하여 섬유를 제조한다.

만약, 섬유 조성물을 150 ℃ 미만으로 압출할 경우, 생분해성 고분자가 용융되지 않아 압출되지 않는 문제점이 발생할 수 있으며, 만약, 섬유 조성물을 230 ℃ 초과하는 온도로 압출할 경우, 생분해성 고분자의 용융점 이상의 온도에 따른 변형이 일어나는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 섬유 조성물을 1.0 압력 미만으로 압출할 경우, 섬유 조성물을 압출하기 힘든 문제가 발생할 수 있으며, 만약, 섬유 조성물을 2.5 압력 초과하는 압력으로 압출할 경우, 높은 압력으로 인해 섬유의 압출이 아닌 발포 섬유가 제조될 가능성이 높은 문제가 발생할 수 있다.

다음으로 2-2단계에서는 상기 섬유를 5.0 ~ 25 ㎜로 절단하여 가스 흡착성 섬유를 제조한다.

상기 절단은 통상적으로 압출하여 제조한 섬유를 절단하는 방법이라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들면, 고분자 펠릿을 만드는 방법과 유사한 방법으로 압출되어 나오는 섬유를 일정 크기로 절단하여 수행할 수 있다.

다음, 3단계는 상기 가스 흡착성 섬유 및 종이 형성성 성분을 혼합하여 혼합물을 제조한다.

상기 혼합물은 가스 흡착성 섬유 및 종이 형성성 성분을 포함하는 것이라면 그 함량을 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 혼합물 전체 중 1 ~ 50 중량%의 가스 흡착성 섬유를 포함할 수 있다.

다음으로, 4단계에서는 상기 혼합물을 초지하여 가스 흡착성 종이를 제조한다.

상기 초지는 통상적으로 종이 제조에 수행되는 방법이라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들면, 상기 혼합물을 철망 위에 도포한 후 압착 및 건조하는 탈수과정을 수행하여 종이를 제조할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에서는 상기 4단계의 초지는 상기 혼합물을 헤드박스에 주입하고 초지하여 지필을 제조하는 4-1단계; 및 상기 지필을 건조롤에서 열압하는 4-2단계; 로 수행할 수 있다.

먼저, 4-1단계에서는 상기 혼합물을 헤드박스에 주입하고 초지하여 지필을 제조한다.

상기 헤드박스(head box)는 제지공정 중 초지기의 스크린에서 나온 지료를 정류하고, 잘 분산하여 필요한 두께와 속도로서 금망상으로 유출시키는 장치로, 통상적으로 제지공정에 사용되는 것이라면 특별히 제한하지 않는다.

상기 필요한 두께는 통상적으로 제조되는 종이의 두께라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 80 ~ 300 ㎜일 수 있다.

다음으로, 4-2단계에서는 상기 지필을 건조롤에서 열압하여 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제조한다.

상기 열압은 통상적으로 초지기에서 수행되는 조건이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 150 ~ 230 ℃ 및 1.0 ~ 2.5 압력에서 수행할 수 있다.

또한, 상기 가스 흡착능이 뛰어난 포장지는 통상적으로 초지법을 통해 제조될 수 있는 두께라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 0.1 ~ 0.5 ㎜일 수 있다.

종래 기술과 같이 다공성 담체를 고분자 수지 및/또는 점착제에 첨가하여 포장지에 단순 도포하는 경우와 초기 제조시 고분자 수지, 점착제 및 다공성 담체를 혼합하여 포장지를 제조하는 경우, 상기 고분자 수지 및/또는 점착제가 다공성 담체의 공극을 막아 다공성 담체의 흡착능력 중 상당 부분이 소멸되었다. 따라서 이를 통해 제조된 포장지는 유해가스를 흡착할 수 없었던 것과 비교하여, 상술한 바와 같은 본 발명의 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 제조방법은 다공성 담체를 포함하는 섬유 조성물을 압출 성형하는 과정을 통하여 도 1에서 확인되는 바와 같이 섬유 표면에 담체가 분포되어 담체의 공극이 막히지 않아, 향상된 유해가스 흡착능력을 가지는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제조할 수 있다.

또한, 통상적인 종래 포장지의 인장 강도는 20 ~ 24 kN/m였다. 구체적으로 비교예 1과 같이 종래 포장지는 인장 강도가 23.69 kN/m를 보였다. 이에 반해, 본원 발명의 포장지들은 29.03 내지 37.22 kN/m의 인장 강도를 보여 종래 포장지보다 향상된 인장 강도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.

이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

실시예 1.

제올라이트(영남화학 제품, 제품명: zeolite 325)를 분쇄 및 건조시켜 평균 직경 43 ㎛의 다공성 담체를 제조하였다. 이후 상기 다공성 담체 1 g을 9 g의 폴리락트산(PLA, NatureWorks사 제품, 제품명: PLA 2002D)에 첨가하여 가스 흡착성 섬유 조성물을 제조하였다.

이후 상기 가스 흡착성 섬유 조성물을 140 ℃에서 압출기를 사용하여 평균 직경 50 ㎛인 가스 흡착성 섬유를 제조하였다.

이후 상기 가스 흡착성 섬유를 컷팅기를 이용하여 10 ㎜의 길이로 절단하였다. 상기 절단한 가스 흡착성 섬유 1 g을 목재 펄프(NBNP사 제품) 99 g과 혼합하고, 로진 사이즈제(Rosin sizing제, ASHLAND사 제품) 1 g을 첨가하고 혼합하여 혼합물을 제조하였다.

이후 혼합물을 수초지기(대일기공사 제품, 모델명: DM-830)의 헤드박스에 주입하고 초지하여 지필을 제조하고, 이후 건조롤에서 120 ℃ 및 1.5 압력으로 열압하여 0.37 ㎜ 두께를 갖는 평량 300 g/㎡의 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제조하였다.

실시예 2.

500 메시 채를 사용하여 제조한 평균 직경 28 ㎛의 다공성 담체 10 g 및 10 g의 폴리락트산을 혼합하고, 절단한 가스 흡착성 섬유 20 g을 목재 펄프 80 g와 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제조하였다.

실시예 3.

제올라이트 대신 게르마늄을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제조하였다.

실시예 4.

1,000 메시 채를 사용하여 제조한 평균 직경 13 ㎛의 다공성 담체 12.5 g, 1,000 메시 채를 사용하여 제조한 평균 직경 13 ㎛의 게르마늄 12.5 g 및 25 g의 폴리부틸렌석시네이트(PBS; polybutylene succinate)을 혼합한 가스 흡착성 섬유 제조용 조성물을 사용하고, 절단한 가스 흡착성 섬유 50 g을 목재 펄프 50 g와 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제조하였다.

실시예 5.

30 ㎜ 길이의 가스 흡착성 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 가스 흡착능이 뛰어난 포장지를 제조하였다.

비교예 1.

가스 흡착성 섬유를 첨가하지 않고 목재 펄프만 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 종이를 제조하였다.

비교예 2.

생분해성 고분자 및 다공성 담체를 종이 형성성 성분인 목재 펄프와 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 종이를 제조하였다.

실험예 1. 유해가스 흡착능 실험

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 종이의 가스 흡착 특성을 평가하였다.

가스 흡착 특성은 상기 종이를 5 ㎝ × 5 ㎝ × 0.37 ㎜ (가로 × 세로 × 두께)로 절단한 후 데시케이터에 넣고 에틸렌 또는 암모니아 가스에 7일 동안 노출시켰다. 이후 에틸렌 또는 암모니아 흡착량을 하기 방법으로 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

에틸렌 흡착량(㎕/㎏) 및 암모니아 흡착량(㎕/㎏)은 KS M 1998-4에 의거하여 수행하였다.

구분	에틸렌 흡착량	암모니아 흡착량
비교예 1	47 ㎕/kg	84 ㎕/kg
비교예 2	103 ㎕/kg	152 ㎕/kg
실시예 1	121 ㎕/kg	203 ㎕/kg
실시예 2	437 ㎕/kg	756 ㎕/kg
실시예 3	368 ㎕/kg	581 ㎕/kg
실시예 4	384 ㎕/kg	623 ㎕/kg
실시예 5	397 ㎕/kg	701 ㎕/kg

상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 가스 흡착성 종이는 다공성 담체를 포함하지 않는 비교예 1의 종이보다 3배 내지 100배 많은 양의 에틸렌 및/또는 암모니아를 흡착하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 생분해성 고분자 섬유와 다공성 담체를 혼합하여 목재 펄프와 초지한 경우(비교예 2), 초지과정에서 담체가 목재 펄프 사이에 묻히거나 담체의 공극에 초지 시 사용되는 약품이 침투하여 제대로 된 흡착능력을 나타내지 못하는 것을 확인할 수 있었다.

이로 인해, 본 발명의 가스 흡착성 종이는 에틸렌 및 암모니아와 같은 유해 가스 흡착효과를 가져 신선 식품 및/또는 정밀가전제품의 포장지로서 매우 적합한 것을 알 수 있었다.

실험예 2. 인장 강도 측정

실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조한 종이의 인장 강도를 평가하였다. 상기 인장 강도 평가는 KS M 7014에 의거하여 수행하였다. 측정된 인장 강도는 하기 표 2에 나타내었다.

구분	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
인장강도(kN/m)	23.69	20.39	29.03	37.22	36.69	36.39	21.57

상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 다공성 담체를 첨가하여 제조한 가스 흡착성 종이인 실시예 1 내지 4는 비교예 1의 종이보다 향상된 강도를 보였다.

또한, 생분해성 고분자 섬유의 길이가 긴 실시예 5의 경우, 소수성의 고분자 섬유가 친수성의 목재 펄프와 결합이 제대로 이루어지지 않고 고분자 섬유끼리 뭉치는 현상이 발생하여 높은 강도를 발현하지 못하는 단점을 확인할 수 있었다.

나아가, 생분해성 고분자 섬유와 다공성 담체를 혼합하여 목재 펄프와 초지한 경우(비교예 2), 목재 펄프만 사용한 비교예 1보다도 인장 강도가 작아 포장지로써 적합하지 않은 것을 확인할 수 있었다.

이로 인해, 본 발명의 가스 흡착성 종이는 종래 다공성 담체를 포함하지 않는 종이보다 향상된 강도를 가져 포장지 파손이 적은 효과를 갖는 포장지를 제공할 수 있다.

상기 실시예, 비교예 및 실험예를 통해 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 가스 흡착성 종이는 향상된 인장 강도, 에틸렌 및/또는 암모니아를 효과적으로 흡착하는 효과를 가지며, 이로 인해 신선 제품 및 정밀가전제품의 포장지로서 종래의 다공성 담체를 포함하지 않는 포장지보다 더욱 적합한 것을 알 수 있었다.

Claims

다공성 담체; 및 생분해성 고분자;를 포함하는 가스 흡착성 섬유 및
종이 형성성 성분
을 포함하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 폴리프로필렌(PP), 폴리에스터(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌석시네이트(PBS), 폴리히드록시부티레이트(PHB), 폴리히드록시알카노에이트(PHA) 및 폴리염화비닐(PVC)로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 가스 흡착성 섬유는 생분해성 고분자 100 중량부에 대하여 다공성 담체 10 ~ 100 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 다공성 담체는 버뮤큐라이트, 제올라이트, 게르마늄 및 벤토나이트로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 다공성 담체는 평균 공극 크기가 0.1 ~ 1.0 ㎚이고, 상기 다공성 담체의 BET 비표면적은 300 ~ 700 ㎡/g인 것을 특징으로 하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 다공성 담체는 평균 직경이 10 ~ 75 ㎛인 것을 특징으로 하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 가스 흡착성 섬유는 평균 섬유장(평균 섬유 길이)이 5.0 ~ 25 ㎜이고, 섬도 5 ~ 100 데니아인 것을 특징으로 하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 포장지 조성물 전체 중 1 ~ 50 중량%의 가스 흡착성 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 종이 형성성 성분은 펄프인 것을 특징으로 하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물.
인장 강도는 29 ~ 37 kN/m이고, 평량은 80 ~ 300 g/㎡인 것을 특징으로 하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지.
제10항에 있어서, 상기 가스 흡착능이 뛰어난 포장지는 평균 두께가 0.1 ~ 0.5 ㎜인 것을 특징으로 하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지.
제10항에 있어서, 상기 가스 흡착능이 뛰어난 포장지는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 가스 흡착능이 뛰어난 포장지 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 흡착능이 뛰어난 포장지.