KR20170073824A - 내한성이 우수한 수지 발포체 및 이를 포함하는 포장 용기 - Google Patents

내한성이 우수한 수지 발포체 및 이를 포함하는 포장 용기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내한성이 우수한 수지 발포체 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 수지 발포체는 폴리에스테르 수지를 이용하여 제조함으로써, 친환경적이고, 경량임과 동시에 고강도를 구현할 수 있고, 온도 변화에 따른 내구성이 우수하며, 저온에서의 충격 강도가 높아 내한성이 우수할 수 있다.

Description

내한성이 우수한 수지 발포체 및 이를 포함하는 포장 용기{Resin foam having excellent cold resistance and packaging container comprising the same}
본 발명은 내한성이 우수한 수지 발포체 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것이다.
통상 식품 용기로 사용되고 있는 제품은 발포식, 비발포식으로 나뉜다. 발포 방식 제품은 폴리스타이렌을 발포 가스와 혼합시켜 압출시킨 제품이 사용되고 있는데, 두께를 비교적 두껍게 유지할 수 있어 형태유지, 단열성, 가격 경쟁력이 높은 장점이 있으나 고온에서 유해물질이 검출되는 단점이 있다. 비발포 용기의 경우, 열에 안정한 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스터를 필름형태로 제작된 제품이 사용되고 있는데, 고온에서 치수변화율이 적고, 유해물질이 검출되지 않는 장점이 있으나, 가격이 비싸고 보온이 잘 되지 않는 단점이 있다.
일회용 내열용기로 가장 많이 쓰이고 있는 대표적인 제품이 컵라면 용기라 할 수 있는데, 이전에는 폴리스타이렌 발포 용기를 사용하였지만, 고온에서 유해물질이 검출되는 점이 이슈화 되어 이를 종이 용기로 대체되어 사용되고 있으나 가격이 높은 단점이 있다.
현대사회에서 점차 생활이 편리해 지면서 일회용품 사용이 증가하고, 배달음식 및 간편요리 제품의 수요가 점차 늘어나고 있고, 이에 따라 식품 포장 용기의 수요도 증가하고 있으며 용도에 따른 기능성에 대한 소비자의 니즈가 점점 커지고 있다. 따라서 수려한 외관, 편리함, 안전성, 친환경 성능을 모두 갖춘 포장 용기에 대한 연구가 필요한 실정이다.
국제공개특허 제2000-018836호
본 발명은 내한성이 우수한 수지 발포체 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것으로, 높고 낮은 온도에서도 내구성이 우수하며, 저온에서의 충격 강도가 높은 수지 발포체를 제공하고자 한다.
본 발명은 내한성이 우수한 수지 발포체 및 이를 포함하는 포장 용기를 제공할 수 있다.
상기 수지 발포체의 하나의 예로서,
ASTM D 256에 따른 -10℃ 온도에서의 충격 강도가 5 KJ/m2 이상이고,
밀도가 30 내지 300 kg/m3인 수지 발포체를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 수지 발포체를 포함하는 포장 용기를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 수지 발포체는 폴리에스테르 수지를 이용하여 제조함으로써, 친환경적이고, 경량임과 동시에 고강도를 구현할 수 있고, 온도 변화에 따른 내구성이 우수하며, 저온에서의 충격 강도가 높아 내한성이 우수할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "셀"이란, 고분자 내 발포에 의해 팽창된 미세구조를 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 내한성이 우수한 수지 발포체 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것으로, 상기 수지 발포체의 하나의 예로서,
ASTM D 256에 따른 -10℃ 온도에서의 충격 강도가 5 KJ/m2 이상이고,
밀도가 30 내지 300 kg/m3인 수지 발포체를 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 조건에서 수지 발포체의 충격 강도는 5 내지 50 KJ/m2, 5 내지 40 KJ/m2 또는 5 내지 35 KJ/m2 범위이고, 밀도는 50 내지 300 kg/m3, 50 내지 250 kg/m3 또는 60 내지 200 kg/m3 범위일 수 있다.
상기 범위 내의 충격 강도 및 밀도를 만족함으로써, 본 발명에 따른 수지 발포체는 경량이면서 저온에서 높은 충격 강도를 요구하는 물건에 폭넓게 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기 수지 발포체는 폴리에스테르 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로, 폴리에스테르 수지는 테레프탈산과 1,4-부탄디올 축합중합 반응에 의하여 제조 가능하다. 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지는 방향족 혹은 지방족 폴리에스테르를 모두 포함한다. 다른 측면에서, 상기 폴리에스테르 수지는 난연 폴리에스테르, 생분해성 폴리에스테르, 탄성 폴리에스테르 및 재사용 폴리에스테르 등을 포함한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 수지 발포체는 PET(polyethylene terephthalate) 발포체일 수 있다. 상기 PET를 사용함으로써, 친환경적이며, 재사용에 용이할 수 있다.
상기 수지 발포체는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
|Vb-Va| / Vb x 100 ≤ 5%
상기 수학식 1에서,
Vb은 85℃에서 3 시간 동안 노출 전 수지 발포체의 체적(mm3)이고,
Va은 85℃에서 3 시간 동안 노출 후 수지 발포체의 체적(mm3)이다.
구체적으로, 제조된 수지 발포체 샘플을 85℃에서 3 시간 동안 노출시키기 전 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 상기 수지 발포체를 이용하여 제조한 포장 용기의 장기 치수 변화율과 대응하는 측정치이다. 예를 들어, 상기 체적은, 내열재의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 1의 치수 변화율은 0.01 내지 5%, 0.01 내지 3% 또는 0.01 내지 1% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 1의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 수지 발포체는 높은 온도 환경에서의 사용에도 형태 변화가 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 내열재는 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
상기 수지 발포체는 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
|V1-V0| / V0 x 100 ≤ 5%
상기 수학식 2에서,
V0은 -10℃에서 3 시간 동안 노출시킨 후 수지 발포체의 체적(mm3)이고,
V1은 110℃에서 3 시간 동안 노출 후 수지 발포체의 체적(mm3)이다.
구체적으로, 상기 수학식 1은 제조된 수지 발포체 샘플을 -10℃에서 3 시간 동안 노출시켰을 때와 110℃에서 3 시간 동안 노출시켰을 때의 치수 변화율을 의미할 수 있다. 상기 체적은, 수지 발포체의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 2에 따른 치수 변화율은 0.01 내지 5%, 0.01 내지 3% 또는 0.01 내지 1% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 2의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 수지 발포체는 큰 온도차가 있는 전자레인지와 같은 것의 사용에도 형태 변화가 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 수지 발포체는 온도차에 따른 내구성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
상기 수학식 1 및 2가 5%를 초과하는 경우에는 수지 발포체에 박리, 부품, 뒤틀림, 변색 내지 변형이 쉽게 발생할 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
상기 수지 발포체는 ASTM D 2576에 의해 제조된 시약에 따른 표면 장력이 30 dyne/cm 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 수지 발포체의 표면 장력은 30 내지 80 dyne/cm, 35 내지 75 dyne/cm 또는 40 내지 60 dyne/cm 범위일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 수지 발포체의 인쇄성이 우수할 것이라는 것을 알 수 있다.
상기 수지 발포체는 굴곡강도가 KS M ISO 844을 기준으로 30 내지 350 N/cm2일 수 있다. 예를 들어, 수지 발포체의 굴곡강도는 40 내지 300 N/cm2, 60 내지 200 N/cm2, 90 내지 110 N/cm2, 90 내지 100 N/cm2 범위일 수 있다. 상기 범위의 굴곡강도를 만족함으로써, 본 발명에 따른 수지 발포체가 고강도를 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기 수지 발포체는 단위면적당 질량은 5 내지 1000 g/m2일 수 있다. 예를 들어, 수지 발포체의 단위면적당 10 내지 1000 g/m2, 50 내지 700 g/m2 또는 100 내지 500 g/m2일 수 있다. 상기 범위의 단위면적당 질량을 만족함으로써, 본 발명에 따른 수지 발포체가 경량이라는 것을 확인할 수 있었다.
상기 수지 발포체 제조방법은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어,
수지 용융물에 발포제를 혼입하여 발포성 용융물을 형성하는 단계;
상기 발포성 용융물을 압출 발포하여 발포층을 형성하는 단계를 포함하는 발포 성형체 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 발포성 용융물은, 수지를 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계; 및 상기 수지 용융물에 발포제를 혼입하여 발포성 용융물을 형성하는 단계를 통해 제조 가능하다.
구체적으로, 수지를 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계는,
수지를 120 내지 150℃ 조건에서 건조하여 수분을 제거하는 단계 및;
제1 압출기에서 수지를 250 내지 290℃ 범위로 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계를 통해 수행될 수 있다.
상기 제1 압출기에서 수지를 가열할 때, 수지와 함께, 증점제, 기핵제 및 열안정제 등의 기타 첨가제를 더 혼합할 수 있다. 이때, 상기 기타 첨가제의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
또한, 상기 제1 압출기에서 수지를 가열할 때, 상기 설명한 무기 섬유 및 합성 섬유 중 1 종 이상을 혼합할 수 있다.
그런 다음, 상기 발포성 용융물을 압출하면서 발포하여 발포층을 형성하는 단계는,
발포제가 포함된 용융물을 제2 압출기를 통해 발포가 용이하도록 220 내지 260℃에서 냉각시키는 단계; 및
상기 발포성 용융물을 다이(Die)를 통과시켜 발포하는 단계를 통해 수행될 수 있다. 이때, 상기 발포체는 캘리브레이터(Calibrator)를 이용하여 형태를 유지할 수 있다.
이때, 수지는 상기 설명한 바와 동일할 수 있고, 발포제는 열분해성 발포제, 휘발성 발포제 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 열분해성 발포제로는 예를 들어, 탄산수소나트륨을 포함하는 무기계 발포제, 아조화합물, 니트로소화합물, 히드라진 화합물 등을 포함할 수 있다. 또한, 휘발성 발포제로는 예를 들어, 탄산 가스나 질소와 같은 불활성 가스 및 프로판, 부탄, 헥산, 메탄 등과 같은 유기 발포제 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 이때, 열분해성 발포제 또는 휘발성 발포제를 사용하는 경우에는 고배율의 발포 성형체를 얻을 수 있는 장점이 있다.
상기 수지를 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계에서, 기핵제, 열 안정제 및/또는 증점제 등을 더 포함할 수 있다. 이때, 각각의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
예를 들어, 기핵제는 탈크, 마이카, 실리카, 규조토, 알루미나, 산화티탄, 산화 아연, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 수산화 칼슘, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산칼리 움, 황산바륨, 탄산수소나트륨 및 그라스 비드로부터 선택되는 무기 화합물 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 열안정제는, 5가 또는/및 3가의 인 화합물이나, 힌더드 페놀계 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 5가 또는/및 3가의 인 화합물은, 트리메틸포스파이트, 인산, 아인산, 트리스(2,4-디-tert-부틸 페닐) 포스파이트을 포함할 수 있고, 힌더드 페놀계 화합물은, 펜타에리트리톨-테트라키스［3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온 에스테르(propionate)］, 1,1,3-트리스(2-메틸-4-하이드록시-5-tert-부틸 페닐) 부탄, 옥타데실-3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온 에스테르(propionate), N,N~-헥사메틸렌비스(3,5-tert-부틸-4-히드로키시히드로신나마미드), 에틸렌비스(옥시에틸렌) 비스［3-(5-tert-부틸-4-하이드록시-m-트릴) 프로피온 에스테르(propionate)］ 및 N,N~헥산-1,6-디일비스［3-(3,5 디-tert-부틸-4-히드로키시페니르프로피오나미드) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 증점제는, 에폭시기를 함유하는 화합물, 산무수물을 함유하는 화합물, 옥사졸린기를 함유하는 화합물, 이소시아네이트기를 함유하는 화합물, 카르보디이미드 화합물, 및 비소성의 고분자량 PTFE 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 수지 발포체를 포함하는 포장 용기를 제공할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 포장 용기는 식품 포장용일 수 있다. 또 하나의 예로서, 상기 포장 용기는 냉동 보관용일 수 있다. 본 발명에 따른 수지 발포체는 경량임과 동시에 우수한 강도를 가지고, 온도 변화에 대한 내구성이 우수하며, 내한성이 우수할 수 있다. 따라서, 냉동 식품 보관이 가능하며, 별도의 전자레인지용 용기에 옮겨 담을 필요 없이, 바로 전자레인지에 사용이 가능할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 중량부, PMDA(pyromellitic dianhydride) 1 중량부, 탈크(talc) 1 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 탄산 가스를 혼합한 후, 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 KS M ISO 845 조건으로 측정한 밀도가 60 kg/m3인 수지 발포체를 형성하였다.
실시예 2
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 중량부, PMDA(pyromellitic dianhydride) 1 중량부, 탈크(talc) 1 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 탄산 가스를 혼합한 후, 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 KS M ISO 845 조건으로 측정한 밀도가 120 kg/m3인 수지 발포체를 형성하였다.
실시예 3
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 중량부, PMDA(pyromellitic dianhydride) 1 중량부, 탈크(talc) 1 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 탄산 가스를 혼합한 후, 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 KS M ISO 845 조건으로 측정한 밀도가 200 kg/m3인 수지 발포체를 형성하였다.
비교예
폴리스타이렌 수지 100 중량부, 산화티탄 0.2 중량부, 탈크 1 중량부를 혼합 투입하여 220 ℃로 가열하여 수지 용융물을 제조한 후 발포제로서 할로겐화 탄소(HCFC-22)와 탄산가스를 투입한 후 충분히 혼합하여 제조된 수지 용융물을 제 2 압출기로 보내 120 ℃로 냉각 하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 KS M ISO 845 조건으로 측정한 밀도가 120 kg/m3인 수지 발포체 형성하였다.
실험예 1: 내한성 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예에서 제조된 수지 발포체를 이용하여, 내한성 측정 실험을 수행하였다. 측정 방법은 ASTM D 256 조건에 따라 -10℃ 충격강도를 측정하였으며 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
충격강도 (KJ/m2)
실시예 1 8
실시예 2 25
실시예 3 35
비교예 3
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수지 발포체는 비교예에 따른 수지 발포체와 비교하여 밀도가 200 kg/m3으로 가장 높은 실시예 3에 따른 수지 발포체가 최고 35 KJ/m2의 높은 충격강도를 가지는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 수지 발포체는 내한성이 우수한 것을 알 수 있었다.
실험예 2: 내열성 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예에서 제조된 수지 발포체를 이용하여, 2가지 내열성 측정 실험을 수행하였다. 측정 방법은 하기 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
<내열성 측정>
(1) 하기 수학식 1에 따른 치수 변화율을 측정하였다.
[수학식 1]
|Vb-Va| / Vb x 100 ≤ 5%
상기 수학식 1에서,
Vb은 85℃에서 3 시간 동안 노출 전 수지 발포체의 체적(mm3)이고,
Va은 85℃에서 3 시간 동안 노출 후 수지 발포체의 체적(mm3)이다.
(2) 하기 수학식 2에 따른 치수 변화율을 측정하였다.
[수학식 2]
|V1-V0| / V0 x 100 ≤ 5%
상기 수학식 2에서,
V0은 -10℃에서 3 시간 동안 노출시킨 후 수지 발포체의 체적(mm3)이고,
V1은 110℃에서 3 시간 동안 노출 후 수지 발포체의 체적(mm3)이다.
(1) 치수 변화율 (%) (2) 치수 변화율 (%)
실시예 1 1.7 3.7
실시예 2 1 2.3
실시예 3 1 1.5
비교예 15 21
상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수지 발포체는 높은 온도에서 오랜 기간 방치할 경우 및 온도차가 큰 환경에서 사용할 경우에 치수 변화율이 비교예에 따른 수지 발포체와 비교하여 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

  1. ASTM D 256에 따른 -10℃ 온도에서의 충격 강도가 5 KJ/m2 이상이고,
    밀도가 30 내지 300 kg/m3인 수지 발포체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    수지는 폴리에스테르 수지인 수지 발포체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    하기 수학식 1을 만족하는 수지 발포체:
    [수학식 1]
    |Vb-Va| / Vb x 100 ≤ 5%
    상기 수학식 1에서,
    Vb은 85℃에서 3 시간 동안 노출 전 수지 발포체의 체적(mm3)이고,
    Va은 85℃에서 3 시간 동안 노출 후 수지 발포체의 체적(mm3)이다.
  4. 제 1 항에 있어서,
    하기 수학식 2를 만족하는 수지 발포체:
    [수학식 2]
    |V1-V0| / V0 x 100 ≤ 5%
    상기 수학식 2에서,
    V0은 -10℃에서 3 시간 동안 노출시킨 후 수지 발포체의 체적(mm3)이고,
    V1은 110℃에서 3 시간 동안 노출 후 수지 발포체의 체적(mm3)이다.
  5. 제 1 항에 있어서,
    ASTM D 2576에 의해 제조된 시약에 따른 표면 장력이 30 dyne/cm 이상인 수지 발포체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    굴곡강도가 KS M ISO 844을 기준으로 30 내지 350 N/cm2인 수지 발포체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    단위면적당 질량은 5 내지 1000 g/m2인 수지 발포체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 수지 발포체를 포함하는 포장 용기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 포장 용기는 식품 포장용인 것을 특징으로 하는 포장 용기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 포장 용기는 냉동 보관용인 것을 특징으로 하는 포장 용기.
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