KR20160129474A - 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법에 있어서, 펄프, 비스코스 섬유(Viscose Fiber) 및 잔부의 물을 포함하여 펄프 혼합액을 제조한 후 알킬케텐이합체(Alkyl Ketene Dimer), 로진 에멀젼(Rosin Emulsion) 및 숙신산무수물 올레핀(Succinic Anhydride Olefin) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 평량 30~550 GSM의 원지를 제조하는 단계; 배리어 코팅액을 제조 하는 단계; 및 상기 제조된 원지 표면의 일측에 상기 배리어 코팅액을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공한다.

Description

친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법{Eco-friendly method of producing food and industrial packaging}
본 발명은 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소차단성, 수분차단성, 내유성 및 열실링(포장성) 기능을 지닌 배리어 코팅액 및 그 코팅액을 원지에 다층코팅하여 환경 친화적인 포장지를 제조할 수 있는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 식품용에 있어 고형물이라 함은 물이나 기름 등이 포함된 식품을 말하고, 이의 종류로는 라면, 스프, 스넥, 조미김, 약품 및 사료등이 대표적이며, 산업용 또한 다양하게 존재한다. 현재 상기의 고형물들은 일반 비닐봉지나 알루미늄 호일 또는 플라스틱 포장지 등을 이용하여 포장되고 있으나, 요즈음 환경문제의 심각성에 따라 대체할 수 있는 포장지의 개발이 시급한 상황이다.
이때, 상기 고형물들은 플라스틱 포장지를 이용하여 포장하는 방법이 널리 사용되고 있으며, 이때 사용되는 프라스틱은 대부분 Aluminium, PE(Polyethylene), OPP, PP, EVOH, Nylon, PET, PVDC 및 PVC 등의 필름을 다층 접착한 플라스틱 필름포장지이다.
그러나, 상기 Al-Foil기반 플라스틱필름은 그 특성상 고형물 등을 포장하는 데는 매우 만족스러운 품질을 가지고 있으나, 이를 폐기할 때에는 프라스틱과 Aluminium의 분리가 어려워 재활용율을 감소시키고, PE등의 필름은 재활용할 수 없을 뿐 아니라 자연 분해되지 않으므로 환경을 오염시키는 치명적인 단점을 지지고 있다. 또한 Aluminium 포장지에 직간접적으로 노출시 치매에 영향 할 수 있기 때문에 건강상에 위험하다고 할 수 있다.
따라서, 현재 Al-Foil 혹은 증착된 플라스틱필름의 사용을 대체하여 환경을 보호하고 건강에도 유익할 수 있는 친환경 식품 포장지 코팅 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
한편, 폴리아미드나 폴리에스테르 등으로 이루어진 열가소성 수지필름은 강도, 투명성, 성형성, 가스배리어성이 우수하므로, 포장재료로서 폭넓은 용도로 사용되고 있다. 그러나, 레토르트처리 식품 등과 같이 장기간 보존성이 요구되는 용도로 사용되는 경우에는 더욱 고도의 가스배리어성이 요구된다. 그래서, 가스배리어성을 개량하기 위해서, 이들 열가소성 수지필름의 표면에 폴리염화비닐리덴(PVDC)으로 이루어진 층을 형성한 적층필름이 식품포장 용도 등에 폭넓게 사용되고 있다. 그러나, PVDC는 소각시에 산성 가스 등의 유기물질을 발생하는 것이므로, 최근 자연환경으로의 관심이 높아짐과 아울러, 다른 재료로의 이행이 강하게 요망되고 있다. PVDC를 대신할 재료로서, 폴리비닐알콜이 열거된다. 폴리비닐알콜로 이루어진 필름은 소각처리를 행해도 유독가스의 발생이 없어, 자연환경에 친화적인 것이다. 그러나, 폴리비닐알콜로 이루어진 필름은 저습도 분위기하에서의 가스배리어성에는 우수하지만, 습도가 높아짐에 따라 급격하게 가스배리어성이 저하하는 경향이 있다. 따라서, 수분을 함유하는 식품 등의 포장에는 적합하지 않은 것이 많다.
이와 같은 문제를 해결하는 것으로서, 비닐알콜과 에틸렌의 공중합체(EVOH)로 이루어진 필름, 또는 EVOH를 코팅재료로 하여, 열가소성 수지필름에 도포한 필름이 알려져 있다. 그러나, 비닐알콜과 에틸렌의 공중합체(EVOH)로 이루어진 필름은 고습도 분위기하에서의 가스배리어성이 충분하다고는 아직 말할 수 없다. EVOH를 코팅재료로서 사용하는 경우에는 EVOH를 용매에 용해시켜 사용한다. EVOH는 물에 용해되기가 곤란하기 때문에, 용매로서 물과 유기용제의 혼합용매 등을 사용하고 있지만, 고습도 분위기하에서의 가스배리어성을 실용수준으로 유지하기 위해서는, EVOH 중의 에틸렌의 함유량을 어느 정도 높일 필요가 있으며, 이와 같은 구성으로 하면, EVOH는 보다 물에 용해되기 어렵게 되므로, 용매에 있어서의 유기용제의 비율을 늘리거나, 또는 유기용제를 단독으로 사용할 필요가 생긴다. 그러나, 유기용제의 사용은 환경문제의 관점에서 바람직하지 않고, 또한 유기용제의 회수공정 등을 필요로 하여 비용이 높아지기 때문에도 바람직하지 않다.
또한, 일본특허공개 평10-237180호 공보에는, 열가소성 수지필름에 가스배리어성을 부여하기 위해서, 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산의 부분 중화물과 폴리비닐알콜로 이루어진 수용액을 열가소성 수지필름에 도포하고, 열처리하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 가스배리어성을 높이기 위해서 고온에서 장시간 가열을 행할 필요가 있어, 생산성이 나쁘다는 문제가 있다. 고온에서 장시간 가열을 행함으로써, 필름이 착색되어 외관이 손상되기 때문에, 식품포장 용도 등으로 사용하기 위해서는 개선이 필요로 된다.
또한, 종래부터, 폴리비닐알콜에 가교제를 가하여 가교반응시킴으로써, 폴리비닐알콜로 이루어진 필름을 내수화하는 기 공개특허 2002-0075406 기술이 여러 가지 알려져 있다. 예컨대, 말레인산 단위를 함유하는 폴리머와 폴리비닐알콜이나 다당류 등의 수산기가 가교반응함으로써, 상기 폴리머로 이루어진 필름이 내수화되는 것이 널리 알려져 있다. 이 기술을 적용한 것으로서, 예컨대, 특허공개 평8-66991호 공보에는 이소부틸렌-무수말레인산 공중합체의 25∼50% 부분 중화물과 폴리비닐알콜로 이루어진 필름이 우수한 내수성을 갖는 것이 개시되어 있고, 특허공개 소49-1649호 공보에는 폴리비닐알콜에 알킬비닐에테르-말레인산 공중합체를 혼합함으로써, 필름을 내수화하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 내수화(즉, 비수용화)에 의해 필름에 부여되는 내수성과 가스배리어성은 다른 성질이다. 내수성은 일반적으로 폴리머분자를 가교함으로써 얻어지지만, 가스배리어성은 산소 등의 비교적 작은 분자의 투입이나 확산을 막는 성질이므로, 단지 폴리머를 가교하여도 가스배리어성이 얻어진다고는 단정할 수 없고, 예컨대, 에폭시수지나 페놀수지 등의 삼차원 가교성 폴리머는 내수성은 갖고 있지만 가스배리어성은 갖고 있지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 산소차단성, 수분차단성, 내유성 및 열실링(포장성) 기능을 지닌 배리어 코팅액의 제조방법 및 이를 이용한 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공하고자 한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법에 있어서, 펄프, 비스코스 섬유(Viscose Fiber) 및 잔부의 물을 포함하여 펄프 혼합액을 제조한 후 알킬케텐이합체(Alkyl Ketene Dimer), 로진 에멀젼(Rosin Emulsion) 및 숙신산무수물 올레핀(Succinic Anhydride Olefin) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 평량 30~550 GSM의 원지를 제조하는 단계; 배리어 코팅액을 제조 하는 단계; 및 상기 제조된 원지 표면의 일측에 상기 배리어 코팅액을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 원지를 제조하는 단계 이후, 상기 배리어 코팅액을 코팅하는 단계 이전에, 산화녹말(Oxidized Starch) 또는 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 혼합하여 제조된 코팅액을 상기 제조된 원지 표면의 일측에 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 배리어 코팅액을 제조하는 단계는 아크릴 에멀젼액 100 중량부, 단량체 38.5∼48.5 중량부, 가교제 0.2∼1.0 중량부, 유화제 0.5∼2.0 중량부, 개시제 0.1∼1.5 중량부 및 물 45.0 ∼ 53.7 중량부를 교반하면서 70~100 ℃의 온도에서 용해 시키는 단계; 상기 용해 시키는 단계 후에 70~100 ℃의 온도에서 120~300분간 유지하는 단계; 및 상기 유지 단계 후에 4~25 ℃의 온도에서 교반하여 커플링제(Coupling Agent)를 투입하여 아크릴레이트 공중합체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 단량체는 메타크릴산메틸(Methyl methacrylate, MMA), 스티렌 모노머(Styrene monomer, SM), 부틸 아크릴레이트 모노머(Butylacrylate monomer, BAM), 에틸 아크릴레이트 모노머(Ethylacrylate monomer, EAM), 메타크릴산(Methacrylic acid, MAA) 및 아크릴산(Acrylic acid, AAC) 중에서 1종 이상으로 선택되고, 상기 가교제는 알릴메타크릴레이트(Allyl methacrylate)이며, 상기 유화제는 글리세린지방산에스테르(Glyerin fatty acid ester), 소디움도데실벤젠설포네이트(Sodium dodecylbenzenesulfonate), 슈크로오스지방산에스테르(Sucrose fatty acid ester), 노닐페놀에테르설페이트(Nonyl phenol ether sulfate) 및 프로필렌글리콜지방산에스테르(Propylene glycol fatty acid ester) 중에서 1종 이상으로 선택되고, 상기 개시제는 암모늄퍼설페이트(Ammonium persulfate), 포타슘퍼설페이트 (Potassium persulfate), 소디움퍼설페이트 (Sodium persulfate) 및 2,4-디메틸발레로니트릴(2,4-dimethylvaleronitrile) 중에서 선택된 어느 하나인것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 배리어 코팅액을 제조하는 단계는 물에 1 nm~100 ㎛ 크기의 무기물을 넣고 분산제를 첨가하여 분산시키는 단계; 및 상기 분산 단계 이후에 유기물을 혼합하여 균일하게 분산시키는 단계를 포함하며, 상기 무기물은 탄산칼슘(CaCO3), 클레이(Clay), 사포나이트(Saponite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 실리콘(Silicon) 및 이산화티탄(TiO2: Rutile, Anatase) 중에서 1종 이상으로 선택되고, 상기 유기물은 산화녹말(Oxidized Starch) 또는 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol) 중에서 1종 이상으로 선택되는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 배리어 코팅액을 제조하는 단계는 물 65~95 중량부에 폴리비닐알콜(PVA) 5~35 중량부를 혼합 및 교반하면서 85~100 도의 온도에서 1차 용해시키는 단계; 상기 1차 용해 이후에 80~100 도의 온도에서 2~4 시간동안 교반하여 제 2차 용해하는 단계; 및 상기 2차 용해 후 4~25 도의 온도에서 2~8시간 동안 교반하면서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 배리어 코팅액을 제조하는 단계는 물 65~95 중량부에 폴리비닐알콜(PVA) 5~35 중량부를 혼합 및 교반하면서 85~100 도의 온도에서 1차 용해시키는 단계; 상기 1차 용해 이후에 붕산 0.1~0.7 중량부 및 이소프로필알콜(Iso propyl alcohol) 0.35~1.0 중량부를 추가로 혼합하고, 80~100 도의 온도에서 48~240 시간동안 교반하면서 2차 용해시키는 단계; 및 상기 2차 용해 후 4~25 도의 온도에서 2~8 시간 동안 교반하면서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기 제조된 원지 표면에 코팅하는 단계에 있어, 상기 4가지의 배리어 코팅액 제조방법중에서 선택된 방법으로 제조된 2 이상의 배리어 코팅액을 상기 원지 표면의 일측에 다층 코팅하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법에 따른 효과는 다음과 같다.
첫째 본 발명에 따른 배리어 조성물로 코팅된 식품포장지는 수분차단 및 열실링을 위해 원지 일측에 나노 또는 마이크로 미터 사이즈의 판상 구조를 갖는 소수성 입자를 아크릴폴리머 내에 분산시키고 다층 코팅하여 친환경식품포장지 코팅층으로부터 외부 습기가 침투되는 것을 억제하게 되며, 산소차단 및 내유성을 위해 반대면 원지 일측에 배리어 조성물을 코팅함으로써 음식물의 부패 및 산화를 방지 내지 지연시키는 효과를 준다.
둘째 본 발명은 여러가지 조성물로 혼합된 중합물을 원지에 베리어코팅을 하게 됨으로서, Al-Foil 을 프라스틱필름에 접착하지 않아도 됨은 물론 수분산된 베리어코팅액을 고속화된 제지공장 코터로 코팅하게 되면 대량생산이 가능하게 되어 생산성 측면에서도 효과가 크다.
셋째, 상기와 같이 베리어코팅에 의해 제조된 포장지를 이용하여 고형물을 포장하는 포장지를 제조하면, 종래 Al-Foil을 접착하던 제조공정이 삭제될 뿐 아니라 Al-Foil 필름은 환경을 오염시키는 문제점을 가지고 있었으므로 이를 방지하는 효과도 가져올 수 있다.
넷째, 상기 포장지는 수분산에 의한 베리어코팅 포장지로 사용후 폐기시 폐지와 함께 수집되면 제지공장 탈묵공정에서 분해되어 원료로 재활용 되므로 환경문제에 있어 획기적인 전기를 마련한 친환경효과도 있다. 즉, 종래 Al-Foil필름의 경우에는 Al-Foil과 필름을 분해하거나 필름 자체를 분리해서 소각 또는 폐기해야 한다. 그러나, 상기 베리어코팅된 제품은 재활용시에 펄퍼(백수(공정내의 물)을 이용하여 고체상태의 펄프 또는 고지를 원심력을 이용하여 각각의 섬유로 풀어주는 설비)에 원료를 넣고 해리를 하게 되고, 이에 섬유의 이해와 함께 베리어코팅약품도 미세한 입자로 분해되어 물에 분산되어지므로 별도의 분류작업이 필요하지 않아 재활용이 가능함은 물론, 환경친화적인 제품이 되는 것이다.
그리고, 상기에서와 같이 베리어코팅 조성물을 포장용 원지에 코팅하게 되면 내유성과 발수성, 산소차단성이 뛰어난 것이므로 포장지의 코팅조성물로써 큰 효과가 있는 것이다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 나타내는 단계도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
본발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여, 산소차단성, 수분차단성, 오일차단성 및 열실링성을 가지는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여 도 1에 나타나는 바와 같이 산소, 습기,물,오일 배리어 및 열실링 기능이 있는 친환경식품포장지를 제조하기 위해 원지를 제조하는 단계; 배리어 조성물을 제조하는 단계 및 상기 원지 표면의 일측 이상에 배리어 조성물을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법을 제공한다.
이하에서 각 제조 단계에 따른 친환경 식품 및 산업용 포장지 제조방법을 상세히 설명하고자 한다.
원지를 제작하는 단계
먼저, 침엽수 표백펄프(NBKP) 10~80 중량%, 활엽수 표백펄프(LBKP) 10~80 중량%, 비스코스 섬유 (Viscose Fiber) 0~10 중량% 또는 미표백펄프(UBKP) 0~100 중량%, 고지펄프(DIP) 0~100 중량% 를 잔부의 물에 풀어 펄프 혼합액을 제조한다. 여기에서 상기 Viscose Fiber의 규격은 직경 0.9 mm × 길이 5.0 mm 이상인 것이 바람직하다. 상기 펄프 혼합액에 알킬케텐이합체(Alkyl Ketene Dimer), 로진 에멀젼(Rosin Emulsion) 또는 숙신산무수물 올레핀(Succinic Anhydride Olefin) 중 어느 하나를 내첨 사이즈액으로 투입하여 제조하며, 그 투입량은 펄프 건조중량 기준 0.1% ~ 1.5% 로 하여 충분한 알루미늄염(aluminum salt), PAC(Poly Aluminium Chloride), 양성전분(Cationic starch), 혹은 양쪽성전분(Amphoteric Starch), PAM(Polyacrylamide) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 보류제(Retention Aids) 및 지력제(Strength Resin)로 첨가하여 평량 30~550 GSM 의 원지를 제조한다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 펄프 배합비 및 여수도라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
원지를 제작하는 단계에서 1차 코팅을 할 수 있는데, 1차 코팅을 위한 코팅 조성물로 산화녹말(Oxidized Starch) 혹은 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol)을 단독으로 하거나, 산화녹말(Oxidized Starch)과 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol)을 혼합한 수용액 중 어느 하나를 농도 4~14%로 맞추고 원지의 양측 표면에 각각 코팅한다. 1차 코팅전의 수분은 3%~10%, 후의 수분은 0~10%로 하는 것이 바람직 하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 산화전분(Oxidized Starch)에 전분경화제(Ammonium Zirconium Carbonate)를 전분 중량당 0.2~0.7% 첨가할 수 있다. 상기 1차 코팅 조성물로 원지에 코팅할때 코팅량은 0.5 ~ 10 g/m2인 것이 바람직 하다.
캘린더(Calender) 처리는 Soft Roll 과 Hard Roll 단독으로 하거나 또는 Soft Roll 과 Hard Roll 복합으로 최소 1단 이상 사용하여 평활도가 500 ~ 8,000 sec가 나올수 있도록 선압과 표면온도를 조절한다.
배리어 코팅액을 제조하는 단계
본 발명에서는 산소, 습기, 물, 오일 차단과 열실링을 하기 위한 배리어 코팅 조성물 제조방법 4가지를 제공한다.
1. 습기, 물 차단을 위한 첫번째 배리어 코팅액 제조방법
교반기, 온도계, 투입구, 가열장치 및 냉각기가 설치된 화학반응 용기에 아크릴에멀젼액 100 중량부에 대하여 단량체 38.5~48.5 중량부, 크로스링킹에이전트 0.2~1.0 중량부, 유화제 0.5~2.0 중량부, 개시제 0.1~1.5 중량부 및 물 45.0~53.7 중량부를 투입하고 40~120 RPM으로 교반하면서 70~100 ℃로 가온하여 용해시키는 용해 시킨다. 그 후 40~120 RPM으로 교반하면서 서서히 가온하여 70~100 ℃에서, 120 ~ 300분간 유지하여 반응시키고, 히터를 끄고, 상온 또는 냉각기에 4 ℃~ 상온의 냉각수를 투입하면서, 40 ~ 120RPM으로 교반하면서 상온에서 반응을 종결하여 Acrylate Co-Polymer를 형성시킨다. 상온에서 40 ~ 120 RPM으로 교반하면서 Coupling Agent 0.2 ~3.0% 투입 후 반응을 종결하여 배리어 코팅액을 얻을 수 있다.
상기 단량체는 단량체 100% 기준으로 하여 메타크릴산메틸(Methyl methacrylate, MMA) 또는 스티렌 모노머(Styrene monomer, SM), 부틸 아크릴레이트 모노머(Butylacrylate monomer, BAM), 에틸 아크릴레이트 모노머(Ethylacrylate monomer, EAM), 메타크릴산(Methacrylic acid, MAA) 또는 아크릴산(Acrylic acid, AAc) 중 어느 하나 이상일 수 있고, 상기 유화제는 글리세린지방산에스테르(Glyerin fatty acid ester), 소디움도데실벤젠설포네이트(Sodium dodecylbenzenesulfonate), 슈크로오스지방산에스테르(Sucrose fatty acid ester), 노닐페놀에테르설페이트(Nonyl phenol ether sulfate), 프로필렌글리콜지방산에스테르(Propylene glycol fatty acid ester) 중 어느하나 이상일 수 있으며, 상기 개시제는 암모늄퍼설페이트(Ammonium persulfate), 포타슘퍼설페이트 ( persulfate), 소디움퍼설페이트 (Sodium persulfate), 2,4-디메틸발레로니트릴(2,4-dimethylvaleronitrile) 중 어느 하나이며, 상기 cross-linking 제는 알릴메타크릴레이트(Allyl methacrylate)일 수 있다.
습기, 물 차단을 위한 첫번째 배리어 코팅액의 코팅량은 2 ~ 10 g/m2인 것이 바람직 하다.
2. 습기, 물 차단을 위한 두번째 배리어 코팅액 제조방법
물속에 판상 구조인 나노 또는 마이크로 미터 사이즈의 무기물 입자를 넣고 분산제 1%를 첨가하여 농도 50~60%로 분산시킨 후 상기 무기물에 산화녹말(Oxidized Starch) 혹은 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol)을 단독으로 하거나, 산화녹말(Oxidized Starch)과 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol)을 혼합한 수용액 중 어느 하나를 임계안료부피농도(CPVC, Critical Pigment Volume Concentration)이 35~75%가 되도록 균일하게 분산시켜 유기 무기 복합 조성물을 수득할 수 있다.
상기 나노 또는 마이크로 미터 사이즈(1 nm~100 ㎛)의 무기물 입자는 탄산칼슘(CaCO3), 클레이(Clay), 탈크(Talc), 운모(Mica), 사포나이트(Saponite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 실리콘(Silicon) 및 이산화티탄(TiO2:Rutile,Anatase)입자 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, 상기 나노 또는 마이크로 미터 사이즈의 입자는 그 크기가 1 nm~100 ㎛인 것이 바람직 하다.
습기, 물 차단을 위한 두번째 배리어 코팅액의 코팅량은 2 ~ 10 g/m2인 것이 바람직 하다. 한편 상기 첫번째와 두번째 배리어 코팅액중 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있는데 그 때의 코팅량은 4 ~ 20 g/m2인 것이 바람직 하다.
3. 산소, 오일 차단을 위한 배리어 코팅액 제조방법
교반기, 온도계, 투입구, 가열장치 및 냉각기가 설치된 반응용기에 폴리비닐알콜(PVA, polyvinyl alcohol) 코팅액 100 중량부에 대하여 물 65~95 중량부, PVA 5~35 중량부를 투입하고, 300~800 rpm으로 교반하면서 85~100 ℃에서 가온 용해 시킨 후 80 내지 100 ℃로 항온을 유지하면서, 2~4시간 동안, 300 내지 800 RPM으로 교반하며 더욱 용해시키는 추가 용해시킨다. 그 후 히터를 끄고, 상온 또는 냉각기에 4℃ ~상온의 냉각수를 투입하면서, 2~8시간 동안 40~100 RPM의 속도로 서서히 교반하면서 상온으로 냉각하는 숙성단계를 통하여 유기 조성물을 수득한다.
산소, 오일 차단을 위한 배리어 코팅액의 코팅량은 4 ~ 12 g/m2 이며, 열실링 수준에 따라 생략할 수 도 있다.
4. 열실링 및 산소, 오일 차단 보완을 위한 배리어 코팅액 제조방법
교반기, 온도계, 투입구, 가열장치 및 냉각기가 설치된 반응용기에 PVA(polyvinyl alcohol) 코팅액 100 중량부에 대하여 물 65~95 중량부, PVA 5~35 중량부를 투입하고, 300~800 rpm으로 교반하면서 85~100 ℃에서 가온 용해 시킨 후 PVA 코팅액 100 중량부에 대하여 붕산 0.1~0.7 중량부 및 이소프로필알콜(IPA, Iso propyl alcohol) 0.35~1.0 중량부를 추가 투입하고 80 내지 100 ℃로 항온을 유지하면서, 48~240시간 동안, 300 내지 800 RPM으로 교반하며 더욱 용해시킨다. 이후에 히터를 끄고, 상온 또는 냉각기에 4℃~상온의 냉각수를 투입하면서, 2~8시간 동안 40~100 RPM의 속도로 서서히 교반하면서 상온으로 냉각하는 숙성단계를 통하여 PVA 코팅조성물을 수득한다.
열실링과 산소, 오일 차단을 위한 barrier 조성물의 코팅량은 4 ~ 12 g/m2인 것이 바람직하다.
습기, 물 차단을 위한 첨가제로 NH2(CH2)2NHC3H6Si(OCH3)3, NH2(CH2)3Si(OCH3)3, C6H5NHC3H6Si(OCH3)3, H2C=CHSi(OCH3)3, C6H9(O)CH2CH2Si(OCH3)3, (H3CCH2O)3SiC3H6-SS-C3H6Si(OCH2CH3)3, CF3CH2CH2Si(OCH3)3, (H3CCH2O)3SiC3H6-SS-C3H6Si(OCH2CH3)3, (CH3)2Si(OCH3)2, (H3CCH2O)3SiC3H6-SSSS-C3H6Si(OCH2CH3)3, C6H13-Si(OCH3)3, C10H21Si(OCH3)3 중 어느 하나 이상을 첨가 할 수 있다.
또한 PVA(polyvinyl alcohol)의 중합도는 94~99.9%인 것이 바람직하다.
배리어 코팅액을 제조하는 단계 및 상기 원지 표면의 일측 이상에 배리어 코팅제를 코팅하는단계
본 발명에 따른 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조를 위하여, 상기 배리어 코팅액을 제조하는 단계에서 제조된 습기, 물 차단 과 산소 오일 및 열실링을 위한 배리어 코팅 조성물 4 가지중 1 가지 이상의 배리어 코팅액을 상기 원지 표면의 일측 이상에 다층 코팅하여 친환경 식품 및 산업용 포장지 제조 할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 보다 더 상세히 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 여러가지 변형 또는 수정할 수 있음은 이 분야에서 당업자에게 명백할 것이다.
[실시예]
본 발명에 따른 원지 표면의 일측 이상에 배리어 코팅제로 코팅된 포장지의 특성(산소투과도, 수분투과도, 내유성, 열실링성)을 평가하기 위해서 하기와 같이 다양한 실시예로 제조하였다. 코팅은 Bar Coater 장비를 사용하였다.
1. 원지의 제조 및 예비 코팅
여수도 180ml CSF인 침엽수 표백펄프(NBKP) 60중량%, 여수도 200ml CSF인 활엽수 표백펄프(LBKP) 40중량% 및 잔부의 물을 혼합하여 펄프 혼합액을 제조하였다. 상기 펄프 혼합액에 펄프 건조중량 기준 Amphoteric Starch 1.5% 첨가하여 평량 55 GSM의 원지를 제조하였다. 상기 원지에 산화전분과 폴리비닐알콜(PVA)을 혼합한 수용액(산화전분 농도 10%)에 전분경화제를 전분 중량당 0.5% 첨가하여 예비 코팅액을 제조하였고, 약 4 g/m2으로 코팅하였다. 코팅된 원지를 칼렌다(12Rolls) 처리하여 평활도(smoothness) 4,400 sec 및 투기도(air permeability) 17,400sec의 원지를 제조하였다.
2. 제 1 배리어 코팅액의 제조
교반기, 온도계, 투입구, 가열장치 및 냉각기가 설치된 화학반응용기에 아크릴 에멀젼액 100 중량부에 대하여 단량체(메타크릴산메틸) 40 중량부, 가교제(알릴메타크릴레이트) 0.5 중량부, 유화제(글리세린지방산에스테르) 1 중량부, 개시제(암모늄퍼설페이트) 1 중량부 및 잔부의 물을 투입하고, 40~120 RPM으로 교반하면서 70~100℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 40~120 RPM으로 교반하면서 서서히 가온하여 70~100℃에서, 200 분간 유지하여 반응시켰고, 히터를 끄고, 냉각기에 상온의 냉각수를 투입하면서, 40 ~ 120RPM으로 교반하면서 상온에서 반응을 종결하여 Acrylate Co-Polymer를 완성한 후, 상온에서 40 ~ 120 RPM으로 교반하면서 Coupling Agent 2% 투입 후 반응을 종결하여 제 1코팅액을 수득하였다.
3. 제 2 배리어 코팅액의 제조
물속에 100 ㎛의 무기물 입자(Talc, Silicon, Montmorillonite, Mica, Saponite)를 넣고 분산제 1%를 첨가하여 농도 55 %로 분산시킨 후 상기 무기물에 유기물(산화녹말과 폴리비닐알콜을 혼합한 수용액)을 임계안료부피농도(CPVC, Critical Pigment Volume Concentration)이 70 %가 되도록 균일하게 분산시켜 얻어진 유기 무기 복합 제 1코팅액을 수득하였다.
4. 제 3 배리어 코팅액의 제조
교반기, 온도계, 투입구, 가열장치 및 냉각기가 설치된 반응용기에 물 70 중량부, PVA 30 중량부를 투입하고, 300~800 rpm으로 교반하면서 85~100℃에서 가온 용해 후 90 ℃로 항온을 유지하면서, 3 시간 동안, 600 RPM으로 교반하며 더욱 용해시킨 후, 히터를 끄고, 냉각기에 상온의 냉각수를 투입하면서, 5시간 동안 70 RPM의 속도로 서서히 교반하면서 상온으로 유지하여 제 3 코팅액을 수득하였다.
5. 제 4 배리어 코팅액의 제조
교반기, 온도계, 투입구, 가열장치 및 냉각기가 설치된 반응용기에 물 70 중량부 및 PVA 30 중량부를 투입하고, 500rpm으로 교반하면서 85~100℃에서 가온 용해 시킨 후, PVA 코팅액 100 중량부에 대하여 붕산 0.5 중량부 및 IPA(Iso propyl alcohol) 0.5 중량부를 추가 투입하고 90로 항온을 유지하면서, 100시간 동안, 500 RPM으로 교반하며 더욱 용해시킨다. 그 후에 히터를 끄고, 냉각기에 상온의 냉각수를 투입하면서, 5시간 동안 80 RPM의 속도로 서서히 교반하면서 상온으로 유지하여 제 4코팅액을 수득하였다.
<실시예 1~4>
실시예 1 : 상기 예비 코팅된 원지에
상기 제 1 조성물을 원지 1측에 10 g/m2 으로 코팅하고,
상기 제 4 조성물을 원지 1측 반대측면에 6 g/m2 코팅하고,
상기 제 1 조성물을 원지 1측 반대측면에 4 g/m2 코팅한 포장지.
실시예 2 : 상기 제 1 조성물을 원지 1측에 12 g/m2 으로 코팅하고,
상기 제 4 조성물을 원지 1측 반대측면에 7 g/m2 코팅하고,
상기 제 1 조성물을 원지 1측 반대측면에 4 g/m2 코팅한 포장지.
실시예 3 : 상기 제 1 조성물과 제 2 조성물을 건조중량기준 50 : 50 비율로 혼합하여
원지 1측에 10 g/m2 으로 코팅하고,
상기 제 4 조성물을 원지 1측 반대측면에 6 g/m2 코팅하고,
상기 제 1 조성물을 원지 1측 반대측면에 4 g/m2 코팅한 포장지.
실시예 4 : 상기 제 1 조성물과 제 2 조성물을 건조중량기준 55 : 45 비율로 혼합하여
원지 1측에 12 g/m2 으로 코팅하고,
상기 제 4 조성물을 원지 1측 반대측면에 7 g/m2 코팅하고,
상기 제 1 조성물을 원지 1측 반대측면에 4 g/m2 코팅한 포장지.
비교예 1 : 현재 시중에서 유통중인 알루미늄 포일로 증착된(두께 46um, OPP, VMOPP, PP) 식품포장지(라면봉지) 를 본 실험의 비교예로 사용하였다.
비교예 2 : 현재 시중에서 유통중인 알루미늄 포일로 증착된(두께 72um, OPP, PE, VMPET, PE, CPP) 식품포장지(스넥류)를 본 실험의 비교예로 사용하였다.
비교예 3 : 현재 시중에서 유통중인 합성수지(두께 90um, HDPE + Tybek)인 의료용 멸균수지를 본 실험의 비교예로 사용하였다.
[시험예]
상기 제조된 실시예 1,2,3 및 4와 비교예 1,2,3에 대한 산소투과도, 수분투과도, 내유성, 열실링성, 알칼리 해리성 평가를 아래와 같이 실시 하였다. 그 결과는 아래 표 1에 나타내었다.
(1) 산소 투과도 - 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 에서 포장지 필름을 가로 및 세로 10 cm 규격으로 시편을 제작하여, 상대습도 0 %, 온도 23℃, 공급되는 산소의 순도 99.9 %, 공급압력 0.5 bar 조건에서 가스투과율 측정기(Systech Illinois Instrument 8001)로 1 시간 간격으로 18 시간 이상 측정하였다. 산소투과도 시험기준(ASTM F2622-08 D-3985 F-1927 F-1307 ISO 15105-2 DIN 53380 JIS K-712)을 준수하여 측정하였다.
(2) 수분 투과도 - 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 에서 포장지 필름을 가로 및 세로 10 cm 규격으로 시편을 제작하여, 온도 37.8℃, 상대습도 90% 조건에서 수분투과율 측정기(Systech Illinois Instrument 7001)로 1시간 간격으로 12시간 이상 측정하였다. 투습도 시험기준(ASTM F-1249* ISO 15106-3 ISO 15105-2 DIN 53122)을 준수하여 측정하였다.
(3) 내유성 - 3M Kit Test를 통하여 내유성을 측정하였다. 내유성 측정기준(Tappi T559 cm-12)을 준수하여 측정하였다.
(4) 열실링성 - (주)위드랩 Heat Gradient Tester WL2300 장비를 이용하여 120 ℃에서 2초간 열실링 후 UTM 3367(INSTRON CORPORATION) 측정기로 열봉합 강도를 평가하였다.
(5) 알칼리 해리성 - 사용되어진 친환경 식품 및 산업용 포장지의 재활용 가능성 평가를 위해 알칼리 해리성을 평가하였다.
Figure pat00001
산소 투과도와 관련하여, 표 1을 살펴보면, 본 발명에 의하여 제조된 포장지(실시예 2 내지 4)는 산소 투과도가 대략 0.069 내지 0.013cc/m2.day.atm 범위로 비교예 2 (20cc/m2.day.atm)에 비해서도 매우 낮음을 확인할 수 있었고, 특히 원지 일측에 수분차단을 위한 제 4 조성물 중량이 높고, 일측 반대면에 수분차단을 위한 제 1 과 제 2 조성물 중량이 높은 4경우에 산소 차단성이 더욱 우수함을 확인할 수 있었다.
수분 투과도와 관련하여, 표 1에 나타난 바와 같이, 기존의 프라스틱 Al-Foil 포장지에 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 포장지의 수분투과도가 다소 낮게 보이지만 제 1 과 제 2 조성물 혼합액의 코팅량을 증가시(10 --> 12 g/m2)시 수분투과도가 감소(7.14 --> 5.01g/m2.day )하여 필름의 수분차단 특성이 상당히 향상되는 것을 알 수 있다.
내유성과 관련하여, 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 포장지의 내유성은 3M Kit Test No.12 로 양호함을 확인할 수 있었다.
열실링과 관련하여, 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 포장지의 열실링성은 제 1 조성물 코팅액을 4g/m2 사용시 열실링강도 표준(JIS Z 0238)의 3급(15Kgf/15mm) 수준에 해당하는 것을 확인 할 수 있으며, 열실링 조성액을 증량시 품질 향상을 기대 할 수 있을 것으로 판단한다.
알칼리 해리성관련하여, 표 1에 나타난 바와 같이 실시예1 ~ 4까지 모두 알칼라인 해리후 건조된 펄프내에 불순물질, 즉 고무 또는 합성수지가 존재하지 않아 ECO-Lavel에 해당한다.
아래의 표 2는 식품안정성평가를 나타낸다.
Figure pat00002
측정방법: Standards & Specifications for Equipments, Containers and Package.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 친환경 식품 및 산업용 포장지는 습기 및 산소 차단을 위해 나노 또는 마이크로 미터 사이즈의 판상 구조를 갖는 소수성 입자를 아크릴폴리머 내에 분산시키고 다층 코팅하여 외부 습기, 산소 및 오일이 침투되는 것을 효과적으로 억제함과 동시에 열실링 처리되어 포장으로 사용할 수 있고, 사용후 제지사에서 고지로 재활용 할 수 있으며, 여러가지 조성물로 혼합된 중합물을 원지에 배리어코팅을 하게 됨으로서, 종래 Al-Foil 등을 접착하던 제조공정이 삭제될 뿐 아니라 Al-Foil 필름이 환경을 오염시키는 문제점을 가지고 있던 것과는 상반되게 친환경 식품 및 산업용 포장지는 사용되어진후 폐지로 수거되어 제지사에서 재생펄프 원료(DIP)로 재활용 될 수 있으므로 친환경적인 제품이라 할 수 있다.
그리고, 상기에서와 같이 베리어코팅 조성물을 포장용 원지에 코팅하게 되면 수분 차단성, 산소 차단성, 내유성, 열실링성이 뛰어난 것이므로 포장지의 코팅조성물로써 큰 효과가 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법에 있어서,
    펄프, 비스코스 섬유(Viscose Fiber) 및 잔부의 물을 포함하는 펄프 혼합액을 제조한 후 알킬케텐이합체(Alkyl Ketene Dimer), 로진 에멀젼(Rosin Emulsion) 및 숙신산무수물 올레핀(Succinic Anhydride Olefin) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 첨가하여 평량 30~550 GSM의 원지를 제조하는 단계;
    배리어 코팅액을 제조 하는 단계; 및
    상기 제조된 원지 표면의 일측에 상기 배리어 코팅액을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원지를 제조하는 단계 이후, 상기 배리어 코팅액을 코팅하는 단계 이전에, 산화녹말(Oxidized Starch) 또는 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 혼합하여 제조된 코팅액을 상기 제조된 원지 표면의 일측에 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배리어 코팅액을 제조하는 단계는
    아크릴 에멀젼액 100 중량부, 단량체 38.5∼48.5 중량부, 가교제 0.2∼1.0 중량부, 유화제 0.5∼2.0 중량부, 개시제 0.1∼1.5 중량부 및 물 45.0 ∼ 53.7 중량부를 교반하면서 70~100 ℃의 온도에서 용해 시키는 단계;
    상기 용해 시키는 단계 후에 70~100 ℃의 온도에서 120~300분간 유지하는 단계; 및
    상기 유지 단계 후에 4~25 ℃의 온도에서 교반하고 커플링제(Coupling Agent)를 투입하여 아크릴레이트 공중합체를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 단량체는 메타크릴산메틸(Methyl methacrylate, MMA), 스티렌 모노머(Styrene monomer, SM), 부틸 아크릴레이트 모노머(Butylacrylate monomer, BAM), 에틸 아크릴레이트 모노머(Ethylacrylate monomer, EAM), 메타크릴산(Methacrylic acid, MAA) 및 아크릴산(Acrylic acid, AAC) 중에서 1종 이상으로 선택되고,
    상기 가교제는 알릴메타크릴레이트(Allyl methacrylate)이며,
    상기 유화제는 글리세린지방산에스테르(Glyerin fatty acid ester), 소디움도데실벤젠설포네이트(Sodium dodecylbenzenesulfonate), 슈크로오스지방산에스테르(Sucrose fatty acid ester), 노닐페놀에테르설페이트(Nonyl phenol ether sulfate) 및 프로필렌글리콜지방산에스테르(Propylene glycol fatty acid ester) 중에서 1종 이상으로 선택되고,
    상기 개시제는 암모늄퍼설페이트(Ammonium persulfate), 포타슘퍼설페이트 (Potassium persulfate), 소디움퍼설페이트 (Sodium persulfate) 및 2,4-디메틸발레로니트릴(2,4-dimethylvaleronitrile) 중에서 선택된 어느 하나인것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배리어 코팅액을 제조하는 단계는
    물에 1 nm~100 ㎛ 크기의 무기물을 넣고 분산제를 첨가하여 분산시키는 단계; 및
    상기 분산 단계 이후에 유기물을 혼합하여 균일하게 분산시키는 단계를 포함하며,
    상기 무기물은 탄산칼슘(CaCO3), 클레이(Clay), 사포나이트(Saponite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 실리콘(Silicon) 및 이산화티탄(TiO2: Rutile, Anatase) 중에서 1종 이상으로 선택되고,
    상기 유기물은 산화녹말(Oxidized Starch) 또는 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol) 중에서 1종 이상으로 선택되는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 배리어 코팅액을 제조하는 단계는
    물 65~95 중량부에 폴리비닐알콜(PVA) 5~35 중량부를 혼합 및 교반하면서 85~100 도의 온도에서 1차 용해시키는 단계;
    상기 1차 용해 이후에 80~100 도의 온도에서 2~4 시간동안 교반하여 제 2차 용해하는 단계; 및
    상기 2차 용해 후 4~25 도의 온도에서 2~8시간 동안 교반하면서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 배리어 코팅액을 제조하는 단계는
    물 65~95 중량부에 폴리비닐알콜(PVA) 5~35 중량부를 혼합 및 교반하면서 85~100 도의 온도에서 1차 용해시키는 단계;
    상기 1차 용해 이후에 붕산 0.1~0.7 중량부 및 이소프로필알콜(Iso propyl alcohol) 0.35~1.0 중량부를 추가로 혼합하고, 80~100 도의 온도에서 48~240 시간동안 교반하면서 2차 용해시키는 단계; 및
    상기 2차 용해 후 4~25 도의 온도에서 2~8 시간 동안 교반하면서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제조된 원지 표면에 코팅하는 단계에 있어, 청구항 제 3항 내지 제 6항 중에서 선택된 방법으로 제조된 2 이상의 배리어 코팅액을 상기 원지 표면의 일측에 다층 코팅하는 것을 특징으로 하는 친환경 식품 및 산업용 포장지의 제조방법.

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