KR20160147834A - 골판지 접착제용 조성물 및 골판지용 접착제 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전분, 대나무 분말, 탄산칼슘 분말 및 물성 개질제를 포함하는 골판지 접착제용 조성물을 제공한다. 본 발명은 골판지용 접착제 제조시 사용되는 전분의 일부를 빠른 생육 사이클을 갖는 대나무의 분말, 자연 상태에서 쉽게 얻을 수 있는 탄산칼슘 분말 또는 물성 개질제로 대체하기 때문에, 전분만을 사용하는 기존의 제호 방법에 비해 전분의 사용량을 최대 60%까지 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조된 골판지는 대나무 분말의 구조적인 다공성 때문에 보관 물품의 신선도를 유지시키는 기능이 우수하고, 동시에 전분 및 대나무 분말이 탄산칼슘과 균일하게 용융되어 강도가 뛰어나다.
Description
본 발명은 골판지 접착제용 조성물 및 이를 포함하는 골판지용 접착제에 관한 것으로서, 더 상세하게는 신선도 유지 기능 및 강도가 우수한 골판지의 제조에 사용되는 골판지 접착제용 조성물 및 골판지용 접착제에 관한 것이다.
골판지(corrugated board)는 도 1에서 보이는 바와 같이 원판지(liner; 라이너지라고도 함)에 파형의 골심지(corrugating medium; 중심지라고도 함)를 접착제로 붙여서 만든 판지로서 도 2에서 보이는 바와 같이 원판지와 골심지로 이루어진 기본 판지의 수에 따라 편면골판지(single faced corrugated board), 양면골판지(double faced, single wall), 이중양면골판지(double wall), 삼중양면골판지(triple wall) 등으로 나누어진다. 골판지는 비교적 적은 무게의 재료를 사용하면서도 높은 압축강도를 나타내고 동시에 완충도가 높기 때문에 주로 포장용 상자 제조에 사용된다. 판지초지기(板紙抄紙機)에 의하여 생산된 평량(坪量) 180∼400g/㎡의 라이너지와 평량 120∼150g/㎡의 골심지 두루마리를 코루게이터(corrugating machine)에 걸어 기계를 작동시키면, 골심지에 물결 모양의 일정한 골이 만들어짐과 동시에 라이너지와 접착되어 골판지가 만들어지는데, 이때 라이너지와 골심지의 접착을 위해 일반적으로 전분계 접착제가 사용된다.
골판지의 제조에 사용되는 전분계 접착제는 스테인 홀(Stein Hall) 방식이나 노 캐리어(no carrier) 방식이라 불리는 제호 방법으로 제조된다. 스테인 홀 제호방식은 캐리어(carrier)부라고 불리는 알칼리 호화한 전분계와 메인(main)부라고 불리는 미호화 전분의 슬러리와 혼합물로 이루어지며, 하나의 반응기에서 캐리어부와 메인부를 연속적으로 형성시켜 접착제를 제조하는 원 탱크(one tank) 제호 방식과 별도의 반응기에서 캐리어부와 메인부를 형성하고, 캐리어부와 메인부를 혼합하여 접착제를 제조하는 투 탱크(two tank) 제호 방식으로 구분할 수 있다. 또한, 노 캐리어 제호 방식은 하나의 반응기에 물과 전분을 넣고 전분 슬러리를 만든 후, 수산화나트륨을 첨가하여 적정한 점도에 이르렀을 때 붕산(또는 붕사)을 가하여 반응을 정지하여 접착제를 만드는 방식을 말한다.
종래의 골판지용 접착제를 제조하기 위해 주로 옥수수 전분을 사용하고 있으며, 호화된 옥수수 전분을 접착제로 사용하여 골판지 포장 박스를 제조할 때 단순히 충격완화를 통한 내부 포장물의 손상 방지 기능에 주안점을 두어 왔다. 그러나, 옥수수 전분은 사료나 식용으로도 유용한 자원이며, 최근에는 기후변화에 따른 수확량의 예측 불가능에 인해 국제 곡물가가 가파르게 상승하고 있으며, 공업용으로의 대량 소비에 의해 수급에 어려움이 있다. 또한, 종래의 옥수수 전분 기반 접착제로 제조된 골판지 박스로 과일, 채소류 또는 화훼 등을 보관하는 경우 신선함을 장기간 유지시키기 어렵고, 박스 자체의 강도가 골판지 제조에 사용된 종이의 종류에 따라 크게 영향을 받고 그리 높지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 골판지용 접착제 제조시 기존의 제호 방식에 적용될 수 있고 전분의 일정 비율을 대체하여 전분의 소비를 줄일 수 있는 골판지 접착제용 조성물을 제공하는데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 보관물품의 신선도를 장기간 유지시킬 수 있고 동시에 강도가 우수한 골판지 박스의 제조를 가능하게 하는 골판지용 접착제를 제공하는데에 있다.
본 발명의 발명자들은 전분을 구성하는 단위 성분과 대나무 분말을 구성하는 단위 성분이 글루코오스로 동일한 점; 전분 입자, 대나무 분말 및 탄산칼슘 분말이 입자 크기 및 입자 분포 밀도를 고려할 때 가장 이상적인 결합 형태인 점; 또는 전분의 호화를 촉진하거나 미생물에 의한 오염을 방지하거나 구성성분이 상용성을 증진시킬 수 있는 물성 개질제를 첨가하였을 때 골판지의 와프 발생을 억제하거나 골판지의 강도를 향상시키거나 골판지 제조시 접착 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하였다.
상기 일 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 전분, 대나무 분말, 탄산칼슘 분말 및 물성 개질제를 포함하는 조성물로서, 상기 물성 개질제는 스테아린(stearin), 스테아로다이올레인(3-Stearo-1,2-diolein), 스테아린산(stearic acid), 산화칼슘(CaO) 또는 염화나트륨에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고, 상기 조성물 전체 중량을 기준으로 전분의 함량은 40~98 중량%이고, 전분을 제외한 나머지 성분의 함량은 2~60 중량%인 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물을 제공한다. 이때, 상기 전분은 옥수수 전분인 것이 바람직하다. 또한, 상기 대나무 분말의 입경은 60~500 메쉬(mesh)인 것이 바람직하다. 또한, 상기 탄산칼슘 분말의 입경은 100~500 메쉬(mesh)인 것이 바람직하다. 또한, 상기 조성물은 전분 40~60 중량%, 대나무 분말 2~30 중량%, 탄산칼슘 분말 25~45 중량% 및 물성 개질제를 잔량으로 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 골판지의 강도 향상 효과를 고려할 때 상기 물성 개질제는 스테아린(stearin), 스테아로다이올레인(3-Stearo-1,2-diolein) 또는 스테아린산(stearic acid)에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하고, 그 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 1~5 중량%인 것이 더 바람직하다. 또한, 골판지의 와프 발생 억제, 신선도 유지 기능 또는 강도 향상 효과를 고려할 때 상기 물성 개질제는 산화칼슘(CaO) 또는 염화나트륨에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하고, 그 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 1~5 중량%인 것이 더 바람직하다. 또한, 골판지의 와프 발생 억제, 신선도 유지 기능 및 강도 향상 효과를 고려할 때 상기 물성 개질제는 산화칼슘(CaO) 및 염화나트륨으로 구성되는 것이 바람직하고, 이때 산화칼슘 대 염화나트륨의 중량비는 1:0.1 내지 1:5인 것이 더 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전술한 골판지 접착제용 조성물 및 물을 포함하는 골판지용 접착제를 제공한다. 이때, 상기 전분은 호화된 상태로 존재하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 골판지용 접착제는 전분의 호화를 촉진하기 위해 알칼리 물질을 더 포함할 수 있고, 상기 알칼리 물질은 수산화나트륨인 것이 바람직하다. 또한, 상기 골판지용 접착제는 초기 접착력의 개선을 위해 붕소 함유 화합물을 더 포함할 수 있고 상기 붕소 함유 화합물은 붕사인 것이 바람직하다.
본 발명은 골판지용 접착제 제조시 사용되는 전분의 일부를 빠른 생육 사이클을 갖는 대나무의 분말, 자연 상태에서 쉽게 얻을 수 있는 탄산칼슘 분말 또는 물성 개질제로 대체하기 때문에, 전분만을 사용하는 기존의 제호 방법에 비해 전분의 사용량을 최대 60%까지 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조된 골판지는 대나무 분말의 구조적인 다공성 때문에 보관 물품의 신선도를 유지시키는 기능이 우수하고, 동시에 전분 및 대나무 분말이 탄산칼슘과 균일하게 용융되어 강도가 뛰어나다. 아울러, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물은 물성 개실제를 포함하기 때문에 골판지의 강도, 신선도 유지 기능, 접착력 등을 추가적으로 더 향상시킬 수있다. 또한, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제는 유동성에 유리한 적정 점도 범위를 가지기 때문에 골판지 제조시 균일한 도포가 가능하고 대나무 분말, 탄산칼슘 분말 등과 같은 높은 열전도성 성분을 포함하고 있기 때문에 골판지 상하부의 온도차를 최소화하여 와프 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물을 사용하는 경우 보관 물품의 특성별로 요구되는 다양한 기능을 가진 맞춤형 골판지 박스의 제조가 가능한다.
도 1은 골판지(corrugated board)의 기본 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 골판지의 종류를 나타낸 것이다.
도 3은 옥수수 전분 입자를 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 4는 대나무 분말의 다공성 구조를 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 5는 탄산칼슘 분말을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 시험예에서 제조한 골판지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 시험예 1의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 3일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이고, 도 8은 시험예 1의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 10일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이다. 도 7 및 도 8에서 왼쪽은 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이고, 오른쪽은 제조예 1의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 제조예 3의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지의 사진이다.
도 10은 시험예 3의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 3일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이고, 도 11은 시험예 3의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 10일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이다. 도 10 및 도 11에서 왼쪽은 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이고, 오른쪽은 제조예 3의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 대나무 분말의 가스 흡착 원리는 나타낸 개념도이다.
도 2는 골판지의 종류를 나타낸 것이다.
도 3은 옥수수 전분 입자를 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 4는 대나무 분말의 다공성 구조를 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 5는 탄산칼슘 분말을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 시험예에서 제조한 골판지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 시험예 1의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 3일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이고, 도 8은 시험예 1의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 10일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이다. 도 7 및 도 8에서 왼쪽은 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이고, 오른쪽은 제조예 1의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 제조예 3의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지의 사진이다.
도 10은 시험예 3의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 3일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이고, 도 11은 시험예 3의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 10일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이다. 도 10 및 도 11에서 왼쪽은 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이고, 오른쪽은 제조예 3의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 대나무 분말의 가스 흡착 원리는 나타낸 개념도이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 측면은 골판지용 접착제 제조시 사용되는 골판지 접착제용 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 골판지 접착제용 조성물로부터 제조된 골판지용 접착제는 골판지 원지인 라이너(liner)와 골심지의 접착에 사용되는 접착제로서, 골판지 제조시 접착제는 골심지로 전이되고 코루게이터(corrugator)에서 열 및 압력을 받아 접착제 중 전분 성분이 완전 호화되고, 점도가 급격히 상승함으로써, 초기접착력을 발휘하게 되며 후속공정인 건조공정에서 접착제의 건조와 함께 접착이 완료되게 된다.
본 발명의 골판지 접착제용 조성물은 전분, 대나무 분말, 탄산칼슘 분말 및 물성 개질제를 포함한다. 이하, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물을 구성성분별로 나누어 설명한다.
전분
본 발명의 골판지 접착제용 조성물에서 전분은 제호에 의해 골판지용 접착제를 제조할 때 열 또는 알칼리 물질에 의해 호화되거나 팽윤된 상태로 존재하며, 골판지 제조시 건조 과정을 거쳐 완전 호화되고 접착력을 발휘한다. 상기 전분의 종류는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 옥수수 전분, 찰옥수수 전분, 쌀 전분, 타피오카 전분, 감자 전분, 고구마 전분 및 밀 전분으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있고, 골판지용 접착제의 접착력, 점도 특성 또는 경제성을 고려할 때 옥수수 전분인 것이 바람직하다.
전분은 일반적으로 아밀로스(amylose) 및 아밀로펙틴(amylopectin)으로 이루어져 있으며, 이중 아밀로스는 구성단위 성분인 글루코스의 α-1,4 글리코시드 결합에 의해 형성된 중합체이고, 아밀로펙틴은 구성단위 성분인 글루코스의 α-1,4 글리코시드 결합 및 α-1,6 글리코시드 결합에 의해 형성된 중합체이다. 즉, 아밀로펙틴은 글루코스의 α-1,4 글리코시드 결합에 의한 직선상의 사슬에 글루코스의 α-1,6 글리코시드 결합에 의한 사슬이 분지된 구조를 가진다. 하기 표 1에 다양한 전분의 아밀로스 함량 및 아밀로펙틴 함량을 나타내었다.
전분 종류 | 아밀로스 함량(%) | 아밀로펙틴 함량(%) |
감자 전분 | 18 | 82 |
옥수수 전분 | 23 | 77 |
쌀 전분(맵쌀) | 14 | 86 |
쌀 전분(찹쌀) | 0 | 100 |
본 발명에서 전분의 입경은 크게 제한되지 않으며, 다른 성분과의 균일한 혼합, 골판지용 접착제의 균일한 물성 및 접착력의 신뢰성을 고려할 때 300~1000 메쉬인 것이 바람직하고 500~800 메쉬인 것이 더 바람직하다. 도 3은 옥수수 전분 입자를 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
대나무 분말
본 발명의 골판지 접착제용 조성물에서 대나무 분말(또는 죽분이라고도 한다)은 골판지가 보관 물품을 신선하게 유지시키는 기능을 갖게 하는 성분이다. 도 4는 대나무 분말의 다공성 구조를 광학 현미경으로 촬영한 사진이다. 도 4에서 보이는 바와 같이 대나무 분말은 다공성 구조를 갖기 때문에 과일, 채소류 또는 화훼의 초기 부패가스인 에틸렌 가스를 흡착 또는 분해할 수 있고, 골판지 포장 박스 내에 보관된 물품이 부패 되는 것을 억제하여 장시간동안 신선도를 유지하게 한다. 하기 표 2에 대나무 종류별 성분 조성을 나타내었다.
대나무 종류 | 셀룰로오스 | 리그닌 | 펜토산 | 회분 |
왕대 | 42 | 28 | 22 | 1.1 |
죽순대 | 35 | 30 | 27 | 1.5 |
대나무의 주성분인 셀룰로오스는 식물 세포막을 구성하며, 글루코스의 β-1,4 글리코시드 결합에 의해 형성된 중합체이다. 즉, 대나무의 주성분인 셀룰로오스를 구성하는 단위 성분과 전분을 구성사는 단위 성분은 글루코스라는 공통점이 있고, 이로 인해 상용성이 우수하다.
본 발명에서 대나무 분말의 입경은 크게 제한되지 않으며, 다른 성분과의 균일한 혼합, 골판지용 접착제의 균일한 물성 및 접착력의 신뢰성을 고려할 때 20~800 메쉬인 것이 바람직하고 60~500 메쉬인 것이 더 바람직하다. 즉, 대나무 분말은 미세 분말 형태인 것이 바람직하다.
탄산칼슘 분말
본 발명의 골판지 접착제용 조성물에서 탄산칼슘 분말은 골판지에 소정의 강도을 부여하고 높은 열전도성으로 인해 골판지 제조시 상하부 온도차를 줄여 와프 현상을 억제하는 성분이다. 탄산칼슘 분말은 자연상에 존재하는 비금속 광물로서 구입이 용이하고, 전분의 입경 크기 분포, 대나무 분말의 입경 크기 분포와 비교하였을 때 이상적인 혼합 형태를 가진다. 도 5는 탄산칼슘 분말을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다. 본 발명에서 탄산 분말의 입경은 크게 제한되지 않으며, 다른 성분과의 균일한 혼합, 골판지용 접착제의 균일한 물성 및 접착력의 신뢰성을 고려할 때 50~800 메쉬인 것이 바람직하고 100~500 메쉬인 것이 더 바람직하다
물성 개질제
본 발명의 골판지 접착제용 조성물에서 물성 개질제는 다른 구성성분과 결부되어 골판지용 접착제의 접착력을 증가시키거나 골판지의 강도를 향상시키거나, 골판지 포장 박스의 신선도 유지 기능을 향상시키는 성분이다. 본 발명에서 상기 물성 개질제는 스테아린(stearin), 스테아로다이올레인(3-Stearo-1,2-diolein), 스테아린산(stearic acid), 산화칼슘(CaO) 또는 염화나트륨에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 골판지 접착제용 조성물로 골판지용 접착제를 제조할 때 구성성분의 상용성을 향상시키고 접착 강도를 증가시키는 측면을 고려할 때 상기 물성 개질제는 스테아린(stearin), 스테아로다이올레인(3-Stearo-1,2-diolein) 또는 스테아린산(stearic acid)에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 또한, 접착제용 조성물로 골판지용 접착제를 제조할 때 전분의 팽윤력을 증가시켜 골판지용 접착제의 접착력을 향상시키는 나아가 골판지 포장 박스의 신선도 유지 기능을 강화하는 측면을 고려할 때 상기 물성 개질제는 산화칼슘(CaO) 또는 염화나트륨에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있고, 산화칼슘(CaO) 및 염화나트륨으로 구성되는 것이 바람직하다.
스테아린(stearin), 스테아로다이올레인(3-Stearo-1,2-diolein) 또는 스테아린산(stearic acid)과 같은 지방산 기반 물질은 용용된 탄산칼슘, 전분 및 대나무 분말의 상용성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 산화칼슘은 골판지 접착제용 조성물로부터 골판지용 접착제를 제조할 때 물과 발열반응하여 내부 온도를 상승시키고 전분의 팽윤을 돕는 역할을 한다. 또한, 염화나트륨은 당류의 부패를 방지하여 골판지 박스에 보관된 물품의 선도 유지에 도움을 준다.
골판지 접착제용 조성물의 구성성분 배합비
본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물 내에서 전분의 함량은 40~98 중량%이고, 전분을 제외한 나머지 성분의 함량은 2~60 중량%인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물은 전분 40~60 중량%, 대나무 분말 2~30 중량%, 탄산칼슘 분말 25~45 중량% 및 물성 개질제를 잔량으로 포함하는 것이 더 바람직하다. 이때, 상기 물성 개질제의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 1~5 중량%인 것이 더 바람직하다.
한편, 골판지의 신선도 유지 기능을 강화시키기 위해서 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물은 상대적으로 높은 대나무 분말 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물은 전분 42 중량%, 대나무 분말 28 중량%, 탄산칼슘 분말 27 중량% 및 물성 개질제로 스테아린 3 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물은 전분 42 중량%, 대나무 분말 28 중량%, 탄산칼슘 분말 27 중량% 및 물성 개질제로 산화칼슘 1.5 중량% 및 염화나트륨 1.5 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 골판지의 압축 강도를 증가시키기 위해서 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물은 상대적으로 높은 탄산칼슘 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물은 전분 55 중량%, 대나무 분말 3.5 중량%, 탄산칼슘 분말 40 중량% 및 물성 개질제로 스테아린 1.5 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물은 전분 55 중량%, 대나무 분말 3.5 중량%, 탄산칼슘 분말 40 중량% 및 물성 개질제로 산화칼슘 1.0 중량% 및 염화나트륨 0.5 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물의 물성 개질제가 산화칼슘(CaO) 및 염화나트륨으로 구성되는 경우, 산화칼슘 대 염화나트륨의 중량비는 1:0.1 내지 1:5인 것이 바람직하고, 1:0.5 내지 1:2인 것이 더 바람직하다.
본 발명의 다른 측면은 골판지 제조시 원판지(liner; 라이너지라고도 함)에 파형의 골심지(corrugating medium; 중심지라고도 함)를 접착시키는데에 사용되는 골판지용 접착제에 관한 것이다. 본 발명에 따른 골판지용 접착제는 전술한 골판지 접착제용 조성물 및 물을 포함한다. 이때, 상기 골판지 접착제용 조성물 대 물의 중량비는 소정의 값을 가지며, 예를 들어 1: 1 내지 1:4의 범위에서 선택될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 골판지용 접착제에서 전분은 열 또는 후술하는 알칼리 물질에 의해 호화 또는 팽윤된 상태로 존재하며, 이로 인해 골판지용 접착제는 소정의 점도 범위를 갖게 된다. 본 발명에 따른 골판지용 접착제의 점도 범위는 크게 제한되지 않으며, 도포의 용이성, 유동성, 및 와프 현상의 최소화를 고려할 때 8~20 센티포이즈 인 것이 바람직하고, 10~15 센티포이즈 인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 골판지용 접착제는 전분의 호화 또는 팽윤을 촉진하기 위해 알칼리 물질을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 골판지용 접착제에서 알칼리 물질은 물에 용해될 수 있고 전분을 호화시킬 수 있는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 바람직하게는 수산화나트륨, 수산화칼슘 및 수산화칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고 수산화나트륨인 것이 더 바람직하다. 본 발명에 따른 골판지용 접착제에서 알칼리 물질의 함량은 전분의 사용량 등에 따라 다양한 범위에서 선택될 수 있으며, 예를 들어 물 100 중량부 당 0.01~2 중량부일 수 있고, 0.1~1.5 중량부인 것이 바람직하고, 0.5~1 중량부인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 골판지용 접착제는 초기 접착력의 개선을 위해 붕소 함유 화합물을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 골판지용 접착제에서 붕소 함유 화합물은 붕소를 함유하고 전분계 접착제의 초기 접착력을 개선시킬 수 있는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 붕산 또는 붕산염에서 선택될 수 있고, 붕산염의 일 예인 붕사(borax)인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 골판지용 접착제에서 붕소 화합물의 함량은 전분 등과 같은 다른 구성성분의 사용량 등에 따라 다양한 범위에서 선택될 수 있으며, 예를 들어 물 100 중량부 당 0.01~2 중량부일 수 있고, 0.05~1 중량부인 것이 바람직하고, 0.1~0.8 중량부인 것이 더 바람직하다.
본 발명에 따른 골판지용 접착제는 원 탱크(one tank) 제호 방식, 투 탱크(two tank) 제호 방식, 노 캐리어 제호 방식 등 공지의 다양한 제호 방식에 의해 제조될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 골판지 접착제용 조성물의 제조
제조예 1.
옥수수 전분(입자 크기 : 500~800 메쉬) 42 중량부, 대나무 분말(입자 크기 : 60~500 메쉬) 28 중량부, 탄산칼슘 분말(입자 크기 : 100~500 메쉬) 27 중량부 및 스테아린(stearin) 3 중량부를 혼합하여 골판지 접착제용 조성물을 제조하였다.
제조예 2.
옥수수 전분(입자 크기 : 500~800 메쉬) 55 중량부, 대나무 분말(입자 크기 : 60~500 메쉬) 3.5 중량부, 탄산칼슘 분말(입자 크기 : 100~500 메쉬) 40 중량부 및 스테아린(stearin) 1.5 중량부를 혼합하여 골판지 접착제용 조성물을 제조하였다.
제조예 3.
옥수수 전분(입자 크기 : 500~800 메쉬) 42 중량부, 대나무 분말(입자 크기 : 60~500 메쉬) 28 중량부, 탄산칼슘 분말(입자 크기 : 100~500 메쉬) 27 중량부, 산화칼슘(CaO) 1.5 중량부 및 염화나트륨(NaCl) 1.5 중량부를 혼합하여 골판지 접착제용 조성물을 제조하였다.
제조예 4.
옥수수 전분(입자 크기 : 500~800 메쉬) 55 중량부, 대나무 분말(입자 크기 : 60~500 메쉬) 3.5 중량부, 탄산칼슘 분말(입자 크기 : 100~500 메쉬) 40 중량부, 산화칼슘(CaO) 1.0 중량부 및 염화나트륨(NaCl) 0.5 중량부를 혼합하여 골판지 접착제용 조성물을 제조하였다.
2. 골판지용 접착제의 제조 및 이의 물성 평가
시험예 1.
골판지 제조업체에 의뢰하여 제호 시 사용하는 옥수수 전분 전량을 제조예 1의 골판지 접착제용 조성물로 대체하여 골판지용 접착제를 제조하였다. 구체적으로, 골판지 접착제용 조성물과 물을 소정 비율로 혼합한 후 골판지 제조업체에서 사용하는 노캐리어 제호 방식으로 골판지용 접착제를 제조하였다. 이후, 골판지용 접착제를 이용하여 도 6에서 보이는 형태의 골판지를 제조하였다. 이후, 골판지로 포장용 박스를 제조하고, 복숭아 신선도 유지 실험을 하였다. 복숭아를 시료로 선택한 이유는 복숭아가 비교적 부패가 빨리 진행되는 과일이기 때문이다. 이때, 기존 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제로 골판지를 제조하고, 제조한 골판지를 이용하여 포장용 박스를 제조한 후 이를 비교실험 대상으로 하였다.
도 7은 시험예 1의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 3일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이고, 도 8은 시험예 1의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 10일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이다. 도 7 및 도 8에서 왼쪽은 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이고, 오른쪽은 제조예 1의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8에서 보이는 바와 같이 보관일이 3일 내지 10일 경과하였을 때 포장용 박스별로 복숭아의 부패 정도에서 큰 차이를 보였다. 구체적으로, 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서는 보관 후 3일이 경과하였을 때 과육 표면에 변색점이 출현하였고, 보관 후 10일이 경과하였을 때 전 시료에서 부패가 발생하였다. 그러나, 제조예 1의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서는 불량 시료를 제외하고는 부패가 발생하지 않았다. 이러한 결과는 다공성을 지닌 대나무 분말(또는 죽분이라고도 한다)의 우수한 초기 부패가스(일 예로 에틸렌) 흡착/분해 기능 및 습도 조절 기능 때문인 것으로 판단된다. 길이 성장만 하는 대나무의 유관속 다발은 일자형의 다공성 구조를 가지고 있으며, 대나무 분말의 가스 흡착 원리는 도 1에 도시된 바와 같다. 길이 성장만을 하는 대나무는 부피 성장을 하는 목재에 비해 약 10배 정도의 가스 흡착 기능을 가지고 있기 때문에 초기에 발생하는 에틸렌과 같은 부패 가스를 효과적으로 흡착할 수 있다.
또한, 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지 및 제조예 1의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지에 대해 압축 강도를 측정하였다. 그 결과, 제조예 1의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지는 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지보다 약 10~25% 더 높은 압축 강도를 나타내었다.
시험예 2.
골판지 제조업체에 의뢰하여 제호 시 사용하는 옥수수 전분 전량을 제조예 2의 골판지 접착제용 조성물로 대체하여 골판지용 접착제를 제조하였다. 구체적으로, 골판지 접착제용 조성물과 물을 소정 비율로 혼합한 후 골판지 제조업체에서 사용하는 노캐리어 제호 방식으로 골판지용 접착제를 제조하였다. 이후, 골판지용 접착제를 이용하여 도 6에서 보이는 형태의 골판지를 제조하였다. 또한, 기존 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제로 골판지를 제조하고, 이를 비교실험 대상으로 하였다.
옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지 및 제조예 2의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지에 대해 압축 강도를 측정하였다. 그 결과, 제조예 2의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지는 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지보다 약 5% 더 높은 압축 강도를 나타내었다.
시험예 3.
골판지 제조업체에 의뢰하여 제호 시 사용하는 옥수수 전분 전량을 제조예 3의 골판지 접착제용 조성물로 대체하여 골판지용 접착제를 제조하였다. 구체적으로, 골판지 접착제용 조성물과 물을 소정 비율로 혼합한 후 골판지 제조업체에서 사용하는 노캐리어 제호 방식으로 골판지용 접착제를 제조하였다. 제조된 골판지용 접착제의 점도는 약 10~13 센티포이즈 이었다. 이후, 골판지용 접착제를 이용하여 도 6에서 보이는 형태의 골판지를 제조하였다. 도 9는 제조예 3의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지의 사진이다. 도 9에서 보이는 바와 같이 제조예 3의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 골판지를 제조하였을 때 골판지를 구성하는 상부 판지(표면 라이너라고도 한다), 골심지 및 하부 판지(이면 라이너라고도 한다)의 치수 변화에 따른 뒤틀림 또는 휨과 같은 와프(Warp) 현상이 발생하지 않았다. 이후, 골판지로 포장용 박스를 제조하고, 복숭아 신선도 유지 실험을 하였다. 복숭아를 시료로 선택한 이유는 복숭아가 비교적 부패가 빨리 진행되는 과일이기 때문이다. 이때, 기존 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제로 골판지를 제조하고, 제조한 골판지를 이용하여 포장용 박스를 제조한 후 이를 비교실험 대상으로 하였다. 기존 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제는 점도 범위가 약 40~45 센티포이즈 이었고, 이로부터 제조한 골판지에서는 와프 현상이 일부 발생하였다. 도 10은 시험예 3의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 3일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이고, 도 11은 시험예 3의 복숭아 신선도 유지 실험에서 보관 후 10일 경과하였을 때의 결과를 나타낸 사진이다. 도 10 및 도 11에서 왼쪽은 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이고, 오른쪽은 제조예 3의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서의 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 10 및 도 11에서 보이는 바와 같이 보관일이 3일 내지 10일 경과하였을 때 포장용 박스별로 복숭아의 부패 정도에서 큰 차이를 보였다. 구체적으로, 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서는 보관 후 3일이 경과하였을 때 과육 표면에 변색점이 출현하였고, 보관 후 10일이 경과하였을 때 전 시료에서 부패가 발생하였다. 그러나, 제조예 3의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 포장용 박스에서는 불량 시료를 제외하고는 부패가 발생하지 않았다. 이러한 결과는 다공성을 지닌 대나무 분말(또는 죽분이라고도 한다)의 우수한 초기 부패가스(일 예로 에틸렌) 흡착/분해 기능 및 습도 조절 기능 때문인 것으로 판단된다. 길이 성장만 하는 대나무의 유관속 다발은 일자형의 다공성 구조를 가지고 있으며, 대나무 분말의 가스 흡착 원리는 도 12에 도시된 바와 같다. 길이 성장만을 하는 대나무는 부피 성장을 하는 목재에 비해 약 10배 정도의 가스 흡착 기능을 가지고 있기 때문에 초기에 발생하는 에틸렌과 같은 부패 가스를 효과적으로 흡착할 수 있다.
시험예 4.
골판지 제조업체에 의뢰하여 제호 시 사용하는 옥수수 전분 전량을 제조예 4의 골판지 접착제용 조성물로 대체하여 골판지용 접착제를 제조하였다. 구체적으로, 골판지 접착제용 조성물과 물을 소정 비율로 혼합한 후 골판지 제조업체에서 사용하는 노캐리어 제호 방식으로 골판지용 접착제를 제조하였다. 이후, 골판지용 접착제를 이용하여 도 6에서 보이는 형태의 골판지를 제조하였다. 제조예 4의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지는 제조예34의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지와 마찬가지로 와프 현상이 발생하지 않았다. 또한, 기존 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제로 골판지를 제조하고, 이를 비교실험 대상으로 하였다.
옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지 및 제조예 2의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지의 압축 강도 시험을 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 진행하였다. 압축 강도 시험 결과, 제조예 4의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지는 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지보다 약 17~19% 더 높은 압축 강도를 나타내었다. 또한, 골판지를 31℃의 온도 및 80% 이상의 습도 조건에서 약 1시간 이상 방치 한 후 압축 강도를 측정한 결과, 제조예 4의 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지는 옥수수 전분 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조한 골판지보다 약 7~8% 더 높은 압축 강도를 나타내었다.
3. 시험 결과 검토
상기 시험 결과로부터, 전분, 대나무 분말, 탄산칼슘 분말 및 물성 개질제(스테아린, 스테아로다이올레인, 스테아린산, 산화칼슘 또는 염화나트륨에서 선택되는 1종 이상으로 구성됨)를 포함하는 골판지 접착제용 조성물을 사용하는 경우 전분만을 사용하는 기존의 제호 방법에 비해 전분의 사용량을 최대 60%까지 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물 기반의 골판지용 접착제를 사용하여 제조된 골판지는 보관 물품 신선도 유지 기능 및 강도가 뛰어나다. 구체적으로, 골판지 접착제용 조성물 내에서 대나무 분말은 골판지의 보관 물품 신선도 유지 기능을 향상시키고, 비금속 광물인 탄산칼슘 분말은 골판지의 강도를 향상시키는 것으로 나타났다. 또한, 골판지 접착제용 조성물을 구성하는 성분들의 조성 비율을 변화시켜도 골판지의 와프 현상이 발생하지 않기 때문에 포장 물품의 요구 특성에 따라 골판지 접착제용 조성물을 구성하는 성분들의 조성 비율을 자유롭게 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물을 사용하는 경우 보관 물품의 특성별로 요구되는 다양한 기능을 가진 맞춤형 골판지 박스의 제조가 가능한다. 아울러, 본 발명에 따른 골판지 접착제용 조성물을 사용하면, 골판지의 내부에 위치하는 판지를 골심지와 접착시킬 때 신선도 유지 기능이 우수한 골판지용 접착제를 사용하고 골판지의 외면에 위치하는 상부 판지 및 하부 판지를 골심지와 접착시킬 때 강도가 우수한 골판지용 접착제를 사용하는 것이 가능하고, 이의 역으로로 가능하기 때문에 소비자의 다양한 요구에 대응할 수 있는 골판지 박스를 제조할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (15)
- 전분, 대나무 분말, 탄산칼슘 분말 및 물성 개질제를 포함하는 조성물로서,
상기 물성 개질제는 스테아린(stearin), 스테아로다이올레인(3-Stearo-1,2-diolein), 스테아린산(stearic acid), 산화칼슘(CaO) 또는 염화나트륨에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고,
상기 조성물 전체 중량을 기준으로 전분의 함량은 40~98 중량%이고, 전분을 제외한 나머지 성분의 함량은 2~60 중량%인 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물. - 제 1항에 있어서, 상기 전분은 옥수수 전분인 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 대나무 분말의 입경은 60~500 메쉬(mesh)인 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 탄산칼슘 분말의 입경은 100~500 메쉬(mesh)인 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 전분 40~60 중량%, 대나무 분말 2~30 중량%, 탄산칼슘 분말 25~45 중량% 및 물성 개질제를 잔량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물.
- 제 5항에 있어서, 상기 물성 개질제는 스테아린(stearin), 스테아로다이올레인(3-Stearo-1,2-diolein) 또는 스테아린산(stearic acid)에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물.
- 제 6항에 있어서, 상기 물성 개질제의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 1~5 중량%인 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물.
- 제 5항에 있어서, 상기 물성 개질제는 산화칼슘(CaO) 또는 염화나트륨에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물.
- 제 8항에 있어서, 상기 물성 개질제의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 1~5 중량%인 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물.
- 제 8항에 있어서, 상기 물성 개질제는 산화칼슘(CaO) 및 염화나트륨으로 구성되고, 산화칼슘 대 염화나트륨의 중량비는 1:0.1 내지 1:5인 것을 특징으로 하는 골판지 접착제용 조성물.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 골판지 접착제용 조성물 및 물을 포함하는 골판지용 접착제.
- 제 11항에 있어서, 상기 전분은 호화된 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 골판지용 접착제.
- 제 11항에 있어서, 상기 접착제는 알칼리 물질 또는 붕소 함유 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 골판지용 접착제.
- 제 13항에 있어서, 상기 알칼리 물질은 수산화나트륨인 것을 특징으로 하는 골판지용 접착제.
- 제 13항에 있어서, 상기 붕소 함유 화합물은 붕사인 것을 특징으로 하는 골판지용 접착제.
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