KR20180020189A - 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 셀룰로오스(cellulose), 항산화제, 천연 불석, 에탄올, 염화나트륨 및 양이온수를 포함하며, 본 발명의 따른 조성물은 종래 종이에서 문제가 되고 있는 환경호르몬 등의 유해물질을 흡착 및 산화 분해시키는 효과를 가지므로, 종이 사용시 인체에 무해하고, 사용 후에도 토양을 오염시키지 않는 이점을 가진다. 또한, 본 발명에 따른 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물을 종이에 도포한 후, 이온화조사를 통해 제조된 종이는 친환경적이고, 인체에 무해한 고급 종이로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

종이 코팅용 친환경 융복합 조성물{Eco-friendly converged composition for coating of paper}
본 발명은 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물에 관한 것으로, 구체적으로, 상기 융복합 조성물을 종이에 처리한 후, 이온화 조사를 통해 종이 합지에 코팅하여, 포름알데하이드, 납, 비소 등의 유해물질이 제거된 친환경 종이를 제조하는 방법 및, 상기 친환경 종이를 제조하기 위한 융복합 조성물에 관한 것이다.
종이는 시료 초기 펄프의 공정 자체에서의 유해 물질과 색상을 내기 위한 칼라 내지는 흑백, 칼라 잉크 사용으로 인한 형광증백제, 포름알데히드, 벤젠, 톨루렌, 크실렌, 자일렌 등이 생성되어 근본적으로 특유의 유해 물질이 근본적으로 존재하는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 종이 합지에는 그 사용 용도에 따라 반사 방지의 기능을 부여하거나, 종이의 색상을 조절하도록 하는 등의 목적으로 종이 표면에 화학성 잉크, 합성 화학성 안료 및 화학성 용매를 배접 코팅하게 된다. 일반적인 종이 합지의 색상 조절 부분에는 원료 첨가 등을 박막 적층하고, 이것에 색상 조절 기능성을 부여하기 위하여 색상 조절 염료층을 적층한 다양한 형태의 색상 조절 종이가 사용되고 있으므로, 상기 종이에 사용되는 잉크, 안료, 염료층 등으로 인해 인체에 해로운 환경성 호르몬이 지속적으로 방출되고 있는 실정이다.
또한, 종이를 색상을 가하여 시각적으로 좋은 효과를 발휘할 수는 있지만, 강한 알칼리 성분으로 구성되어 있어 장기간 유독성 물질을 방출하는 특성이 있고, 이러한 유독성 물질인 색상을 가하기 위해 사용된 잉크로부터 검출되는 톨루엔, 크실렌, 자일렌 등은 인체에 매우 유해하다.
또한, 종이 내부에는 항상 상온 수준이 유지되는 경우가 있으며, 적당한 수분이 함유된 상태로 배접, 도포되어 있기 때문에 그 내부에 각종 화학성 물질이나, 곰팡이균, 포도상구균 등이 발생할 수 있어 비위생적이며 인체에 유해하다.
이에, 본 발명자들은 친환경 종이를 제조하기 위한, 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물을 개발하기 위해 노력한 결과, 셀룰로오스, 항산화제, 천연 불석, 양이온수, 에탄올 및 염화나트륨을 유효성분으로 포함하는 조성물을 종이 합지에 처리한 후, 이온화 조사하여 UV 코팅한 결과, 상기 방법으로 제조된 종이 합지에서 포름알데하이드, 납, 비소 등의 유해물질이 검출되지 않음을 확인함으로써, 상기 친환경 융복합 조성물을 친환경 종이 제조에 유용하게 사용될 수 있음을 밝혔으며, 이에 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 셀룰로오스(cellulose), 항산화제, 천연 불석, 에탄올, 염화나트륨 및 양이온수를 유효성분으로 함유하는 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물 및, 상기 조성물을 이용한 친환경 종이 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 이온화 조사 공정을 채택함으로써, 코팅되는 수용성 친수성 고분자를 가교화시킴으로써, 고흡착성 종이를 제조하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 셀룰로오스(cellulose), 항산화제, 천연 불석, 에탄올, 염화나트륨 및 양이온수를 유효성분으로 함유하는 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
1) 셀룰로오스 5 내지 15 중량부, 항산화제 3 내지 8 중량부, 천연 불석 3 내지 8 중량부, 에탄올 0.05 내지 0.2 중량부, 1 w/v% 염화나트륨 용액 0.1 내지 1 중량부 및 양이온수 70 내지 80 중량부를 혼합하고 교반하는 단계;
2) 상기 단계 1)의 혼합물을 50 내지 55℃에서 18 내지 30시간 숙성시키는 단계를 포함하는 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물 제조방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은
1) 셀룰로오스, 항산화제, 천연 불석, 에탄올, 염화나트륨 및 양이온수를 혼합하고 교반하는 단계;
2) 상기 단계 1)의 혼합물을 숙성하는 단계;
3) 상기 단계 2)의 숙성된 혼합물을 종이에 도포하는 단계;
4) 상기 단계 3)의 혼합물이 도포된 종이에 이온화 조사를 수행한 후, 건조시키는 단계를 포함하는 친환경 종이 제조방법을 제공한다.
본 발명은 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 조성물은 종래 종이에서 문제가 되고 있는 환경호르몬 등의 유해물질을 흡착 및 산화 분해시키는 효과를 가지므로, 종이 사용시 인체에 무해하고, 사용 후에도 토양을 오염시키지 않는 이점을 가지므로, 본 발명의 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물은 친환경적이고, 인체에 무해한 고급 종이 제조에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 이온화 조사 공정을 채택함으로써, 코팅되는 수용성 친수성 고분자를 가교화시킴으로써, 보다 고흡착성 종이의 제조가 가능하다. 아울러, 본 발명의 따른 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물이 적용된 종이의 경우 생분해성을 가지는 바, 친환경적이라는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 친환경 종이를 제조하는 방법을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 친환경 종이를 제조하는 장치의 개략적 실시 예시도를 나타낸 도이다.
도 3은 종이 합지공급 그라비아 롤러를 나타낸 도이다.
도 4는 이온화 생성기를 나타낸 도이다.
도 5는 전자선 이온빔구조 컨트롤부를 나타낸 도이다.
도 6은 전자선 UV 코팅 중앙기를 나타낸 도이다.
도 7은 종이 합지 이온칩 생성기를 나타낸 도이다.
도 8은 전자선 열처리 챔버기를 나타낸 도이다.
도 9는 조성물 공급 그라비아 공급기를 나타낸 도이다.
도 10은 종이합지 그라비아 권취기를 나타낸 도이다.
도 11은 유해물질 방출 시험성적서를 나타낸 도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 셀룰로오스(cellulose), 항산화제, 천연 불석, 에탄올, 염화나트륨 및 양이온수를 유효성분으로 함유하는 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물을 제공한다.
상기 셀룰로오스는 고등 식물과 조류 세포막, 섬유를 주성분으로 하는 단순 다당류의 일종으로, 본 발명의 셀룰로오스는 목재, 면, 마 등에서 채취한 천연 셀룰로오스인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 항산화제는 천연 항산화제인 것이 바람직하고, 구연산(citric acid), 비타민 C, 플라보노이드 및 페놀산으로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 보다 바람직하며, 구연산인 것이 가장 바람직하다.
상기 천연 불석은 천연 제올라이트(Zeolite), 모오데나이트가 바람직하며, 합성 불석은 인체에 유해한 물질인 포름알데히드를 방출할 수 있지만, 천연 불석(제올라이트, 모오데나이트)는 포름알데히드를 거의 방출하지 않는다. 본 발명에서 상기 천연 불석은 이온성의 구성 광석물(제올라이트) 분말을 산처리해서 녹인 후, 다량의 미네날수를 첨가하여 용액(solution)을 유지하여 제조한다. 액상에서의 Ca2 + 및 반대이온(counter ion)에 의한 결합에 의해 소취, 탈취 효과가 발생한다. 상기 천연 불석의 평균 입경은 1 내지 400㎛이고 또한 상기 평균입경은 2 내지 500㎛ 일 수 있다.
상기 양이온수는 무색, 무취의 물로서, 수용성 미네랄성분(Ca, Si, Na, Mg, Zn, K, Mn)을 전해환원수에 용해시킨 용매이며, 칼슘(Ca) 등의 성분을 포화상태로 만들어 알칼리성이 높은 이온수로 제조된다. 화학식은(Ca, Si, Na, Mg, Zn, K, Mn)n·xHO(n=1~5)이고 이온화 미네랄 용액(Ionized Mineral Solution)이라고도 한다.
상기 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물은 셀룰로오스 5 내지 15 중량부, 천연 항산화제 3 내지 8 중량부, 천연 불석 5 내지 15 중량부, 에탄올 0.05 내지 0.2 중량부, 1 w/v% 염화나트륨 용액 0.1 내지 1 중량부 및 양이온수 70 내지 80 중량부를 혼합한 것이 바람직하고, 셀룰로오스 10 중량부, 천연 항산화제 5 중량부, 천연 불석 10 중량부, 에탄올 0.1 중량부, 1 w/v% 염화나트륨 용액 0.5 중량부 및 양이온수 74.4 중량부를 혼합하는 것이 보다 바람직하다.
상기 천연 불석은 5 중량부 미만이면 제조 후의 흡착력 및 탈취력이 저하되고, 15 중량부를 초과하면 흡착력 및 탈취력은 크지만 입자의 과다사용으로 인한 불필요한 낭비가 발생할 수 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 양이온수는 70 중량부 미만이면 양이온교환력 및 방향성분의 방출 효과 등이 미미하고, 80 중량부를 초과하면 분산성이 불량해지고 종이 원지와의 접착력이 불량해지고 경제성이 악화될 수 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물은 하기와 같은 제조방법으로 제조되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
1) 셀룰로오스 5 내지 15 중량부, 천연 항산화제 3 내지 8 중량부, 천연 불석 5 내지 15 중량부, 에탄올 0.05 내지 0.2 중량부, 1 w/v% 염화나트륨 용액 0.1 내지 1 중량부 및 양이온수 70 내지 80 중량부를 혼합하고 교반하는 단계;
2) 상기 단계 1)의 혼합물을 50 내지 55℃에서 18 내지 30시간 숙성시키는 단계.
상기 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물은 당업계에서 사용하는 통상의 코팅방법, 예를 들면 그라비아 코팅, 콤마 코팅, 롤 코팅, 바 코팅 등의 방법을 사용할 수 있다. 코팅되는 종이 또는 종이 식품 포장재의 재질, 요구 조건 또는 면적 등에 따라 선택적으로 사용할 수 있고, 그 코팅 두께를 조절할 수 있다. 건조온도는 특별히 제한되지 않지만 생산성 등의 측면을 감안하여 통상적으로 열처리 챔버를 이용하여 70 내지 75℃에서 고온에서 실시된다.
다만, 본 발명의 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물은 종이 합지에 도포한 후, 이온화 조사하여 코팅하는 것이 바람직하며, 상기 이온화 조사는 수용성 친수성 고분자를 가교시킴으로써, UV 코팅된 망점 구조를 가지는 종이 합지를 제조하는 단계로, 본 발명의 융복합 조성물은 이온화 조사를 통해, 기존 친수성 조성물보다 종이 합지에 더 많이 흡착되는 것이 바람직하며, 상기 과정을 통해 본 발명의 융복합 조성물이 코팅된 종이 합지는 사용시 인체에 무해하고, 폐지 후에도 토양 등에 전혀 오염을 일으키지 않으므로, 고급 종이로 사용될 수 있다. 한편, 본 발명의 이온화 조사를 수행하지 않고, 본 발명의 친환경 융복합 조성물을 공지된 그라비아 코팅 방법으로 종이에 코팅한 후, 건조시킨 다음 유해물질 배출 실험을 수행한 결과, 유해물질이 일부 검출되었으며, 이러한 결과는 이온화 조사를 통해, 본 발명의 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물이 더 많이 종이에 흡착되어 나타내는 효과임을 확인하였다.
본 발명에 따른 친환경 융복합 조성물 및 종이 합지 사이에는 안료가 첨가된 유성 또는 수성 잉크 층이 형성될 수 있다. 이때, 상기 유성 또는 수성 잉크 층과 상기 본 발명의 친환경 융복합 조성물 코팅층은 그 위치를 서로 바꾸어 형성할 수 있다.
이상과 같이 유성 또는 수성 잉크 층을 중첩 인쇄하는 방식은 부착력을 높이며, 특히 유성 잉크 층을 형성하고 이에 상기 친환경 융복합 조성물이 코팅층을 형성하는 것이 부착력을 더욱 높일 수 있으므로 바람직하다. 상기 유성 또는 수성 잉크로는 통상적인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 양이온수 74.4 중량부에 천연 셀룰로오스(cellulose) 10 중량부, 천연 항산화제인 구연산(citric acid) 5 중량부, 천연 불석 10 중량부, 에탄올 0.1 중량부, 1 w/v% 염화나트륨 용액 0.5 중량부를 혼합 및 400 rpm으로 교반한 후, 53℃에서 24시간 숙성하여 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물을 제조한 후, 종이 합지에 도포하고, 이온화 조사 후, 건조시켜 친환경 종이를 제조하였다(도 1 내지 도 10 참조).
또한, 본 발명은 상기 제조한 친환경 종이의 유해물질 방출 실험을 수행한 결과, 본 발명의 따른 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물이 도포되고 이온화 조사된 종이 합지는 종이합지에서 다량 검출되는 유해물질인 잔류 PCBs, 용출 납(Pb), 용출 비소, 용출 포름알데히드, 용출 형광증백제 용출 함량이 식품용 기구 및 용기포장 공전 기준에 만족하는 것을 확인하였다(표 1 및 도 11 참조).
따라서, 본 발명에 따른 조성물은 종래 종이에서 문제가 되고 있는 환경호르몬 등의 유해물질을 흡착 및 산화 분해시키는 효과를 가지므로, 종이 사용시 인체에 무해하고, 사용 후에도 토양을 오염시키지 않는 이점을 가지므로, 본 발명의 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물은 친환경적이고, 인체에 무해한 고급 종이 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
아울러, 본 발명은
1) 셀룰로오스, 항산화제, 천연 불석, 에탄올, 염화나트륨 및 양이온수를 혼합하고 교반하는 단계;
2) 상기 단계 1)의 혼합물을 숙성하는 단계;
3) 상기 단계 2)의 숙성된 혼합물을 종이에 도포하는 단계;
4) 상기 단계 3)의 혼합물이 도포된 종이에 이온화 조사를 수행한 후, 건조시키는 단계를 포함하는 친환경 종이 제조방법을 제공한다.
상기 단계 1) 및 단계 2)의 혼합물을 숙성하는 단계는 본 발명의 친환경 융복합 조성물 제조방법과 동일한 방법으로 제조하였다.
상기 단계 3)의 도포는 본 발명의 조성물을 종이 합지에 그라비아 코팅 방법을 이용하여 도포하는 단계로, 종이에 균일하게 도포하는 방법이라면 어느 방법을 사용하여도 무방하다.
상기 단계 4)의 이온화 조사는 감마선, 전자선, 자외선(UV) 및 X선으로 구성된 어느 하나의 방사선을 조사하는 것으로 바람직하게는 UV 코팅기를 이용하여 자외선을 조사하는 단계로, 본 발명의 융복합 조성물은 이온화 조사를 통해, 기존 친수성 조성물보다 종이 합지에 더 많이 흡착되는 것이 바람직하며, 상기 과정을 통해 본 발명의 융복합 조성물이 코팅된 종이 합지는 사용시 인체에 무해하고, 폐지 후에도 토양 등에 전혀 오염을 일으키지 않으므로, 고급 종이로 사용될 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 친환경 융복합 조성물을 종이 합지에 도포하고, 이온화조사하여 제조된 종이는 인체에 무해하고, 친환경적이므로, 종이컵, 컵라면, 치킨박스, 도시락 용기 냅킨, 키친타올, 젓가락 포장 종이 등 친환경 종이로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 양이온수(+이온수)의 제조
물을 65 Hz로 전기분해하여 + 및 - 이온이 풍부한 산성수 이온수를 제조하였다. 산성수 이온수에 산처리 및 용해시켜 이온수 중의 수용성 미네랄 성분(Ca, Si, Na, Mg, Zn, K, Mn) 중 칼슘 등의 성분 함량이 높아진 +이온수를 제조하였다. 본 발명에서는 + 이온수를 사용함으로써, 양전하와의 상호작용으로 인하여 천연 불석 등이 + 이온수에 균일하게 용해 및 분산되는 것을 촉진하여 본 발명에 따른 융복합 조성물의 물성을 증진시킬 수 있다.
< 실시예 2> 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물의 제조
종이 코팅용 친환경 융복합 조성물을 제조하기 위하여, 상기 <실시예 1>에서 제조한 양이온수 74.4 mL에 천연 셀룰로오스(cellulose) 10 g, 천연 항산화제인 구연산(citric acid) 5 g, 천연 불석(제올라이트(Zeolite)) 10 g, 에탄올 0.1 mL, 1 w/v% 염화나트륨 용액 0.5 mL를 혼합 및 400 rpm으로 교반한 후, 53℃에서 24시간 숙성하였고, 이를 함침 교반하여 겔화하여 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물을 제조하였다.
< 실시예 3> 친환경 종이의 제조
상기 <실시예 2>에서 제조한 융복합 조성물을 이용하여 친환경 종이를 제조하였으며, 친환경 종이 제조공정은 도 1 내지 도 10에 나타내었다.
구체적으로, 상기 <실시예 2>에서 제조한 조성물을 종이 합지에 그라비아 코팅 방법을 이용하여 종이 합지에 도포하였다. 그런 다음 UV 코팅기를 이용하여 친환경 융복합 조성물이 도포된 종이 합지에 90초 동안 자외선을 조사하였다. 그럼 다음 건조 온도는 특별히 제한되지 않지만 생산성 등을 고려하여 통상 열처리 챔버를 이용하여 75℃에서 열처리를 수행하여 친환경 종이를 제조하였다.
< 실험예 1> 유해물질 방출시험
상기 <실시예 3>에서 제조한 친환경 종이, 및 본 발명의 융복합 조성물을 처리하지 않은 종이 합지에 대하여 각각 유해물질 검출 측정을 수행하였다.
구체적으로, 유해물질 검출 측정은 2016년 03월 10일 (재)한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 시행하였고, 시험기간은 2016년 03월 10일부터 2016년 03월 23일 이였으며, 시험 방법은 식품용 기구 및 용기포장 공전에 따라서 시험하였고, 그 결과를 하기 표 1 및 도 11에 나타내었다.
하기 표 1 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 따른 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물이 도포되고 이온화 조사된 종이 합지는 종이합지에서 다량 검출되는 유해물질인 잔류 PCBs, 용출 납(Pb), 용출 비소, 용출 포름알데히드, 용출 형광증백제 용출 함량이 식품용 기구 및 용기포장 공전 기준에 만족하는 것을 확인하였다.
시험항목 단위 기준치 시험결과
잔류 PCBs mg/kg 5 이하 검출안됨
용출 납(Pb) mg/L 1 이하 불검출
용출 비소 mg/L 0.1 이하 0.0
용출 포름알데히드 mg/L 4 이하 불검출
용출 형광증백제 - 불검출 검출안됨

Claims (3)

  1. 셀룰로오스(cellulose) 5 내지 15 중량부,
    항산화제 3 내지 8 중량부,
    천연 불석 5 내지 15 중량부,
    에탄올 0.05 내지 0.2 중량부,
    1 w/v% 염화나트륨 용액 0.1 내지 1 중량부 및
    양이온수 70 내지 80 중량부를 함유하고,
    여기서,
    상기 천연 불석은 천연 제올라이트(Zeolite) 또는 모오데나이트이고,
    상기 양이온수는 수용성 미네랄 성분인 Ca, Si, Na, Mg, Zn, K 및 Mn이 용해된 것인,
    종이 코팅용 친환경 융복합 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 항산화제는 구연산(citric acid), 비타민 C, 플라보노이드 및 페놀산으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 50 내지 55℃에서 18 내지 30시간 숙성된 것을 특징으로 하는 종이 코팅용 친환경 융복합 조성물.
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