KR20180023282A - 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지 - Google Patents

유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지 Download PDF

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Abstract

금속물질을 제거하여 재활용이 용이하고, 포장지의 재질을 단일화하여 유니 소재기술을 확보하는 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지를 제시한다. 그 포장지는 폴리프르필렌 단독 중합체 또는 폴리프로필렌 공중합체로 이루어진 베이스와, 상기 베이스 상에 위치하고, 랜덤 폴리프로필렌, 극성의 관능기를 함유하는 변성 폴리올레핀 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 코아층을 포함한다. 또한, 상기 코아층에 도포되며, 유청 단백질, NFR, 수성 폴리비닐알콜, 셀룰로오즈, 지방산 염화물이 그라프트된 폴리비닐알콜 및 지방산 염화물이 그라프트된 셀룰로오즈 중에 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다.

Description

유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지{Polypropylene based packaging sheet using organic material layer}
본 발명은 포장지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소 및 수분의 차단성이 우수한 유기 물질층을 이용하여 식품의 신선도 및 보존성을 높인 포장지에 관한 것이다.
식품 포장은 식품을 저장하고 보관하는 것으로, 신선도 및 보존성이 매우 중요하다. 식품의 신선도 및 보존성을 유지하기 위해서는 산소 및 수분의 차단성이 우수해야 한다. 종래의 포장지는 국내등록실용신안 제20-0251193호, 국내등록실용신안 제20-0222620호와 같이, 알루미늄과 같은 금속재질을 포함한 이종소재로 구성된 다층필름으로 산소 및 수분의 차단성을 높였다. 한편, 연간 생활폐기물 중에서 식품 포장 폐기물이 차지하는 비중이 매우 커서, 이로 인한 환경문제가 심각한 상태이다. 그런데, 알루미늄과 같은 금속재질을 포함한 이종소재로 구성된 다층필름은 재활용이 어렵고, 재활용을 한다고 해도 환경에 유해한 물질의 배출을 막기 힘들다.
최근, 포장지의 재사용이나 재활용에 관련된 유니 소재기술이 각광을 받고 있다. 유니 소재란 재활용이 용이하고 유해물질의 사용을 저감하기 위하여, 설계, 생산, 수거 및 재활용 등을 고려하여 포장지를 단일화하는 것이다. 다시 말해, 유니 소재기술은 친환경적 지속가능성이라는 선순환 물질흐름이 가능하고, 포장지의 재질 단순화를 통해 자원 순환성을 향상시켜 보다 친환경적이며 지속가능한 포장기술을 개발할 수 있다. 그런데, 종래의 포장지는 이종소재로 구성된 다층필름이어서, 유니 소재기술과는 거리가 멀다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 금속물질을 제거하여 재활용이 용이하고, 포장지의 재질을 단일화하여 유니 소재기술을 확보하는 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지는 폴리프르필렌 단독 중합체 또는 폴리프로필렌 공중합체로 이루어진 베이스와, 상기 베이스 상에 위치하고, 랜덤 폴리프로필렌, 극성의 관능기를 함유하는 변성 폴리올레핀 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 코아층을 포함한다. 또한, 상기 코아층에 도포되며, 유청 단백질, NFR, 수성 폴리비닐알콜, 셀룰로오즈, 지방산 염화물이 그라프트된 폴리비닐알콜 및 지방산 염화물이 그라프트된 셀룰로오즈 중에 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 포장지에 있어서, 상기 변성 폴리올레핀은 상기 코아층 전체에 대하여 5중량% 내지 50중량%만큼 함유될 수 있다. 상기 코아층에서 상기 랜덤 폴리프로필렌과 상기 엘라스토머의 비율을 95:5 내지 50:50이 좋다. 상기 포장지는 상기 베이스 및 상기 코아층 사이에 위치하고, 폴리프로필렌(PP) 및 고밀도폴리에틸렌(HDPE)을 주성분으로 하며, 에틸렌-아크릴산 공중합체(E-AA), 에틸렌-프로필렌 디엔 공중합체(EDPM), 노본(Novon), 폴리(4-메틸-1-펜텐)(PMP), 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체(E-EA), 수소화된(hydrogenated) 천연고무, 에틸렌-메틸 메타크릴레이트 공중합체(E-MMA), 폴리에틸렌 이오노머 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 상기 주성분에 부가되어 이루어진 접착보조층을 더 포함할 수 있다. 상기 코아층의 표면은 극성의 관능기를 함유하는 올레핀 올리고머(oligomer), 이오노머(ionomer) 수지, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc)와 폴리비닐알콜(PVA)의 공중합체 중에 선택된 어느 하나 또는 그들의 혼합물이 도포될 수 있다.
본 발명의 바람직한 포장지에 있어서, 상기 유기 물질층은 유청 단백질, NFR, 수성 폴리비닐알콜, 셀룰로오즈, 지방산 염화물이 그라프트된 폴리비닐알콜 및 지방산 염화물이 그라프트된 셀룰로오즈 중에 선택된 어느 하나 또는 그들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 유기 물질층을 이용한 포장지에 의하면, 폴리프로필렌계 필름 및 유기물질을 이용하여 포장지를 형성함으로써, 금속물질을 제거하여 재활용이 용이하고, 포장지의 재질을 단일화하여 유니 소재기술을 확보할 수 있다. 또한, 전자코 및 전자혀를 이용하여, 적절한 포장지를 선택할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 제1 포장지를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 제2 포장지를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 포장지의 기체 투과 원리를 설명하기 위한 개략적 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면들에 있어서, 막(층, 패턴) 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장될 수 있다. 또한, 층(필름, 패턴)이 다른 층(필름, 패턴)의 '상', '상부', '하부', '일면'에 있다고 언급되는 경우에, 그것은 다른 층(필름, 패턴)에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 다른 층(필름, 패턴)이 개재될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 폴리프로필렌계 필름 및 유기물질을 이용하여 포장지를 형성함으로써, 금속물질을 제거하여 재활용이 용이하고, 포장지의 재질을 단일화하여 유니 소재기술을 확보하는 유기 물질층을 이용한 포장지를 제시한다. 여기서, 유기물질로 이루어진 유기 물질층은 산소 및 수분을 차단하고 흡수하는 차단성 물질이고, 폴리프로필렌계 필름은 유니 소재기술을 구현하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 제1 포장지(100)를 나타내는 단면도이다.
도 1에 의하면, 제1 포장지(100)는 베이스(10), 코아층(12) 및 유기 물질층(14)를 포함하여 이루어진다. 베이스(10)의 폴리프로필렌계 수지는 폴리프로필렌 단독 중합체 또는 공중합체를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 공중합체는 프로필렌을 주성분으로 하고 여러 단량체를 공중합한 형태로, 바람직한 단량체는 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센 및 1-도데센에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 상기 폴리프로필렌 공중합체는 전체 공중합체 100 중량부에 대하여 상기 단량체를 1 내지 10 중량부 함유하는 것이 바람직하다. 상기 폴리프로필렌 수지는 중량평균분자량이 80,000 내지 500,000일 수 있으며, 좋게는 100,000 내지 400,000인 것이 바람직하다. 상기 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량이 80,000 미만인 경우 식품포장재로서의 기계적 물성 및 내충격성이 충분하지 못할 수 있으며, 500,000 초과인 경우 유연성이 크게 떨어져 상품가치가 저하될 수 있다.
베이스(10)는 연신 폴리프로필렌(OPP)가 바람직하다. 연신 폴리프로필렌은 연신되면 분자배열이 잡아당긴 방향으로 배열하여 연신된 방향으로 강도가 증가한다. 특히, 이축연신한 폴리프로필렌은 가로 및 세로의 강도가 비슷하며 기계적 강도가 강하고, 인쇄 적성, 가공적성 등이 좋다. 연신 폴리프로필렌은 투명성, 방습성, 내유성이 우수하여, 본 발명의 제1 포장지(100)에 적합하다. 한편, 베이스(10)에는 대전방지제가 포함되지 않는 것이 좋다. 상기 대전방지제가 베이스(10)에 포함되면, 상기 대전방지제가 표면으로 이동하여, 베이스(10)의 접착력, 인쇄적성을 떨어뜨린다.
코아층(12)는 랜덤(random) 폴리프로필렌에 극성의 관능기를 함유하는 변성 폴리올레핀 및 열가소성 엘라스토머(elastomer)를 포함한다. 여기서, 랜덤 폴리프로필렌(PP)은 랜덤 코폴리머(copolymer) 또는 랜덤 터폴리머(terpolymer)를 말하며, 랜덤 터폴리머가 바람직하다. 랜덤 코폴리머는 프로필렌과 에틸렌을 공중합시켜 두 단량체를 무질서하게 배열한 것이다. 랜덤 터폴리머는 랜덤 코폴리머의 일종으로 에틸렌, 프로필렌 및 부텐-1의 세 가지 단량체를 중합하여 만든다. 랜덤 폴리프로필렌(PP)은 용융지수(g/10min)는 0.3~30, 융점이 145℃이상, 바람직하게는 150℃이상의 폴리프로필렌계 수지이면 좋다. 이러한 수지로서는 프로필렌에 α-올레핀이 0~4중량%정도, 랜덤 공중합된 수지를 예시할 수 있다.
변성 폴리올레핀은 극성기를 가지기 때문에 접착성 실링성이 뛰어난 산변성 폴리올레핀일 수 있다. 산변성 폴리올레핀이란 무수 말레산 등의 산을 그래프트 변성한 폴리올레핀이다. 변성 폴리올레핀 수지와 관련되는 폴리올레핀으로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌이 들 수 있다. 산변성 폴리올레핀은 예를 들면, 폴리올레핀 수지에 아크릴산, 무수 말레산 등의 불포화 카르복실산을 그래프트 공중합시킬 수 있다. 카르복실기를 갖는 변성 폴리올레핀 수지는 분자 내에 카르복실기를 에틸렌계 이오노머 수지가 바람직하다. 에틸렌계 이오노머 수지란, 에틸렌 메타크릴산 공중합체 혹은 에틸렌 아크릴산 공중합체 등의 에틸렌 공중합체의 분자 간을 아연 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온, 마그네슘 이온, 리튬 이온 등의 금속 이온으로 유사 가교한 수지이다. 상기 변성 폴리올레핀은 코아층(12) 전체에 대하여, 5중량% 내지 50중량%만큼 첨가할 수 있다.
열가소성 엘라스토머는 전형적인 분자구조가 트리블록 공중합체이며, 그 외 멀티형 블록 공중합체, 수지와 고무를 혼합하여 화학 가교한 그래프트 공중합체, 이온 가교 공중합체가 있다. 열가소성 엘라스토머는 균질한 고무 상에 3차원 그물코 매듭이 생기는 경질상의 분산된 2상 구조를 보인다. 경질상의 종류에 따라서는 폴리스티렌계, 폴리올레핀계, 폴리염화비닐계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계로 분류된다. 또한, 고무 탄성을 보이도록 하기 위하여, 각각의 경질 연쇄 성질에 따라서 동결상, 결정상, 결정상과의 수소결합, 이온 가교 등으로 나누어진다. 이때, 중간층의 주성분인 호모 폴리프로필렌과의 상용성을 고려하면 폴리올레핀계 엘라스토머가 바람직하다.
폴리올레핀계 엘라스토머는 경질상에 폴리스티렌이나 폴리프로필렌, 연질상에 스티렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔고무(EDPM)를 가진다. 폴리올레핀 엘라스토머는 기계적인 블렌딩, 고무와 수지를 부분 가교, 가황 고무, 마이크로하게 분산된 동적 가황 등으로 제조할 수 있다.
열가소성 엘라스토머의 겔(gel) 분율은 20~90%인 것이 바람직하다. 겔 분율이 20%미만에서는 가교 정도가 불충분하고, 열융착시킬 때 엘라스토머가 용융하는 양이 지나치게 많아진다. 겔 분율이 90%를 넘으면, 가교 정도가 너무 커서 접착성이 나빠진다. 본 발명의 코아층(12)은 랜덤 폴리프로필렌과 엘라스토머를 95:5~50:50의 비율로 함유하는 것이 바람직하다. 엘라스토머의 함유량이 상기의 비율보다 낮으면, 실부재(40)의 탄성률이 저하된다. 엘라스토머의 함유량이 상기의 비율보다 많아지면, 열융착할 때에 흘러내리는 수지의 양이 불필요하게 많아진다. 랜덤 폴리프로필렌과 열가소성 엘라스토머와의 혼합비는 80:20~60:40이 더욱 바람직하다.
코아층(12)은 변성 폴리올레핀이 5~50중량%이고 랜덤 폴리프로필렌과 열가소성 엘라스토머의 총 함량이 50~95중량%이다. 이때, 랜덤 폴리프로필렌과 열가소성 엘라스토머의 중량비가 95:5~50:50이다. 변성올레핀의 함량이 5중량%인 경우, 랜덤 폴리프로필렌은 47.5~90.25중량%이고 열가소성 엘라스토머는 4.57~47.5중량%가 된다. 또 변성올레핀의 함량이 50중량%인 경우, 랜덤 폴리프로필렌은 25~47.5중량%이고 열가소성 엘라스토머는 2.5~25중량%가 된다.
열가소성 엘라스토머는 상온에서는 고무 특성을 가지고 있지만, 고온에서는 점차 가소화되면서 플라스틱 특성을 나타낸다. 열가소성 엘라스토머는 가교결합이 없는 탄성고무의 형태로 존재한다. 특히 올레핀계 열가소성 엘라스토머는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 올레핀계 수지와 올레핀계 고무(예: EDPM, 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머)를 주성분으로 결합시킨 물질이다. 올레핀계 열가소성 엘라스토머는 올레핀계 수지의 함량에 따라 50~120℃의 넓은 범위에서 융점의 조절이 가능하다. 예를 들어, 융점이 121℃라면, 랜덤 폴리프로필렌, 변성 폴리올레핀 및 열가소성 엘라스토머의 함량은 각각 76.5, 10 및 13.5중량%로 조절한다.
열가소성 엘라스토머는 용이한 열가소성 성형, 짧은 사이클 시간, 낮은 에너지 소비량 및 열 안정성이 우수한다. 또한, 이중 또는 삼중 성형이 가능하므로 조립 비용이 감소한다. 열가소성 엘라스토머는 경질 및 연질 성분의 결합이 쉽고, 100% 재활용할 수 있으며, 색상 효과를 포함한 다양한 착색 옵션이 가능하다.
경우에 따라, 코아층(12)은 베이스(10)와의 접착력을 높이기 위하여, 극성의 관능기를 함유하는 올레핀 올리고머(oligomer), 이오노머(ionomer) 수지, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc)와 폴리비닐알콜(PVA)의 공중합체 중에 선택된 어느 하나 또는 그들의 혼합물을 표면에 도포하거나 소량 첨가할 수 있다. 상기 올레핀계 올리고머는 대부분 탄소 및 수소만의 원자의 조합으로 이루어지고, 직쇄형 혹은 분기상의 중합체를 말한다. 올레핀계 올리고머(C)에 함유 되는 관능기는 올레핀계 올리고머에 공유결합으로 접목(graft)한 것이다. 극성을 갖는 관능기의 예로서는, 산무수물기, 수산기, 카르복실기, 아미드기, 우레탄기, 이미드기, 말레이미드기, 티올기 등이 바람직하고, 무수 말레산기가 특히 좋다.
상기 이오노머 수지는 에틸렌계 이오노머 수지가 바람직하다. 에틸렌계 이오노머 수지는 에틸렌 메타크릴산 공중합체 혹은 에틸렌 아크릴산 공중합체 등의 에틸렌 공중합체에 아연 이온, 칼륨 이온, 나트륨 이온, 마그네슘 이온, 리튬 이온 등의 금속 이온으로 유사 가교한 수지이다. 에틸렌계 이오노머 수지는 분자 내에 카르복실기를 갖는 에틸렌 공중합체와 금속 산화물, 금속 수산화물, 또는 금속염을 혼합하여 얻어지는 것도 포함된다. 카르복실기를 갖는 에틸렌 공중합체와 금속염 등을 혼합하면, 카르복실기는 금속 이온에 의해 중화 되어 카르복실산 이온이 되어, 금속 이온과의 염을 형성한다. 복수의 카르복실산 이온이 금속 이온과 회합하는 것으로 에틸렌 공중합체 같은 종류가 유사 가교하여 이오노머 수지가 된다. 상기 폴리비닐아세테이트는 비닐 고분자이며, 비닐아세테이트 단량체를 유리라디칼 중합하여 제조된다. 폴리비닐아세테이트에서 일부 아세테이트를 수산기로 치환하면, 폴리비닐아세테이트와 폴리비닐알콜의 공중합체가 형성된다.
유기 물질층(14)는 유기물질로 이루어지며 식품의 신선도 및 보존성에 영향을 주는 산소 및 수분을 차단하고 흡수하는 차단성 물질이다. 유기 물질층(14)는 유청 단백질, NFR, 수성 폴리비닐알콜, 셀룰로오즈, 지방산 염화물이 그라프트된 폴리비닐알콜 및 지방산 염화물이 그라프트된 셀룰로오즈 중에 선택된 어느 하나 또는 그들의 혼합물이 도포된 것이다. 유청 단백질은 카세인을 제거한 유단백질로 우유 단백질의 약 20%를 차지한다. 유청 단백질의 약 80%는 락토알부민과 락토글로불린으로, 이들은 산에 의해서는 침전되지 않지만 열에 의해 응고 침전되기 때문에 우유의 열응고성 단백질이라고도 한다. 그 외에, 산이나 열에 의해서도 응고되지 않는 프로테오스 및 펩톤을 조금 포함한다. 이들은 전기이동 실험에 의하면 균질하지 않고, 락토알부민의 구분은 β-락토글로불린, α-락토알부민 및 혈청 알부민으로 되고, 락토글로불린의 구분은 진성 글로불린과 유사 글로불린으로 된다.
수성 폴리비닐알콜은 폴리초산비닐을 메틸알코올 용액으로 수산화나트륨을 가해, 30~50℃로 가수분해된 백색의 고체이다. 수성 폴리비닐알콜은 기체를 차단하는 특성을 가지며, 구체적으로 폴리비닐알콜의 높은 치밀성이 기체 투과를 막는다. 셀룰로오즈(cellulose)는 식물체의 세포벽의 주성분으로서 식물 섬유를 구성하므로 섬유소라고 부른다. D-글루코오스가 (1→4)-β-형의 글리코시드 결합으로 곧은 사슬 모양으로 결합한 고분자 화합물이다. 셀룰로오즈를 물이나 알칼리에 담그면 이것을 흡수하여 습윤하므로, 셀룰로오즈는 흡습의 기능을 가진다.
지방산 염화물이 그라프트된 폴리비닐알콜 또는 셀룰로오즈에서, 지방산 염화물은 단부의 하나에 종결된 직쇄 탄화수소 사슬이 포함된 유기산을 의미한다. 그라프트에 사용된 지방산 염화물의 지방산은 적어도 12 탄소원자, 적절하게는 12~30 탄소원자를 포함해 지방족 사슬을 가진다. 이때, 지방산은 포화 지방산이다. 본 발명의 실시예에서, 지방산은 스테아린산, 팔미트산 및 베헤닉산 중의 적어도 어느 하나이다. 그라프트 중합에 의해, 폴리비닐알콜 또는 셀룰로오즈는 지방산 염화물과 공유한다. 지방산 염화물은 차단성이 우수하므로, 폴리비닐알콜 또는 셀룰로오즈를 단독으로 사용하는 것보다 차단성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 제1 포장지(100)는 폴리프로필렌계 수지로 이루어진 베이스(10) 및 코아층(12)으로 형성되므로, 유니 소재기술을 구현할 수 있다. 유니 소재란 재활용이 용이하고 유해물질의 사용을 저감하기 위하여, 설계, 생산, 수거 및 재활용 등을 고려하여 포장지를 단일화하는 것이다. 다시 말해, 유니 소재기술은 친환경적 지속가능성이라는 선순환 물질흐름이 가능하고, 포장지의 재질 단순화를 통해 자원 순환성을 향상시켜 보다 친환경적이며 지속가능한 포장기술을 개발할 수 있다. 또한, 유기물질로 이루어진 유기 물질층(14)에 의해 친환경적인 제1 포장지(100)를 만들 수 있다. 나아가, 본 발명의 제1 포장지(100)는 투명한 물질로 이루어졌으므로, 포장된 식품의 상태를 외부에서 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 제2 포장지(200)를 나타내는 도면이다. 이때, 제2 포장지(200)는 유기 물질층(14)이 다공층(16)에 덮인 것을 제외하고, 제1 포장지(100)와 동일하다. 이에 따라, 동일한 참조부호에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2에 의하면, 유기 물질층(14)은 다공막(16)에 덮인다. 유기 물질층(14)이 다공막(16)에 덮이면, 유기 물질층(14)이 식품에 직접 접촉하는 것을 방지한다. 다공막(16)은 베이스(10)와 같은 재질로 이루어지며, 폴리프로필렌계 수지는 랜덤(random) 폴리프로필렌, 호모(homo) 폴리프로필렌 또는 그들의 공중합체를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 다공막(16)은 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 블렌딩하거나, 초고분자량 폴리에틸렌을 폴리프로필렌과 공중합하는 등과 같이 다양한 방식으로 제조할 수 있다.
다공막(16)에는 복수개의 미세한 구멍이 뚫려 있다. 상기 구멍은 타공, 레이저 가공 등에 의해 만들어질 수 있다. 또한, 다공막(16)은 폴리프로필렌 및 그 공중합 수지를 액상 또는 왁스상 탄화수소계 중합체에 의해 습식으로 미세한 다공이 형성된 것일 수 있다. 이를 습식 미세 다공막(16)이라고 한다. 경우에 따라, 폴리프로필렌 및 그 공중합 수지를 연식하여 건식으로 미세한 다공이 형성된 것일 수 있다. 이를 건식 미세 다공막(16)이라고 한다.
본 발명의 실시예에 의한 제1 및 제2 포장지(100, 200)는 식품의 신선도 및 보존성 향상을 위하여 산소 및 수분 투과도를 적절하게 조절할 수 있다. 산소 및 수분을 포함한 기체의 투과도는 고분자 체인(chain) 간의 응집에너지 밀도, 고분자 체인간의 자유 부피, 결정화도, 스티프니스(stiffness) 및 배향에 관련된다. 구체적으로, 고분자 체인 골격의 극성(polarity) 및 응집력이 높을수록 기체 투과도는 낮고, 자유 부피가 작을수록 기체 투과량이 작다. 또한, 결정화도가 높을수록 기체 투과도가 작고, 높은 유리전이온도(Tg)를 가질수록 고분자 체인의 움직임이 적어서 기체 투과량이 작다. 나아가, 필름의 배향도가 높을수록 기체 투과량이 낮다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 포장지의 기체 투과 원리를 설명하기 위한 개략적 도면이다. 이때, 포장지는 제1 및 제2 포장지(100, 200)를 참고하기로 한다.
도 3에 의하면, 기체 분자가 제1 및 제2 포장지(100, 200)에 닿으면 응축이 일어난다(A). 기체 분자가 응축되면, 기체 분자는 제1 및 제2 포장지(100, 200)의 표면에 용해된다(B). 용해된 기체 분자는 제1 및 제2 포장지(100, 200)를 가로질러 비정상상태(C) 및 정상상태(D)의 과정을 거쳐 확산된다. 다시 말해, 기체 분자는 용해 및 확산이라는 과정을 통하여 제1 및 제2 포장지(100, 200)를 투과한다. 이때, 시간이 지날수록, 기체 분자에 의한 제1 및 제2 포장지(100, 200)의 압력은 늘어난다.
표 1은 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 포장지를 선정하기 위하여, 각종 재질의 기체 투과도 및 수분 투과도를 나타낸 것이다.

종류
 기체 투과도(cc/m224h atm/25㎛) 수분 투과도
(g/m2day/25㎛)
O₂ N₂ CO₂ 40℃,90%RH
PVA 2 / / 30
O-NY 30 / / 90
C-NY 40 14 175 300
PET 110 13 320 22
OPP 2,500 315 8,500 4
HDPE 2,900 660 9,100 2
CPP 3,800 760 12,600 23
LDPE 7,900 2,800 42,500 36
표 1에 의하면, 기체 투과도는 폴리비닐알콜(PVA)이 가장 낮았으며, 수분 투과도는 OPP 및 HDPE가 가장 낮은 수준을 나타내었다. 이에 따라, 연신 폴리프로필렌(OPP) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)에 폴리비닐알콜을 코팅하면, 기체 투과도 및 수분 투과도를 최소한으로 줄일 수 있다. 그런데, 폴리프로필렌계로 유니 소재를 이루기 위해서는, 고밀도 폴리에틸렌보다도 연신 폴리프로필렌을 적용한다. 연신 폴리프로필렌을 적용한다고 해도, 고밀도 폴리에틸렌에 유사한 수분 투과도를 얻을 수 있다.
이하에서는 커피를 포장한 포장지를 중심으로 전자코 및 전자혀를 이용하여 적절한 포장지를 선택하는 과정을 살펴보기로 한다. 즉, 커피의 관능 품질의 유지를 위한 보관 재질을 선정하고, 원두 선도 유지를 위한 기능성 필름 포장지를 비교하여 분석한다. 이를 통해, 포장 재질 및 파우치 내부 조건에 따른 선도 지속성을 확인하고, 산지의 원두와 유사한 맛??향이 보존 가능한 포장 재질을 선정한다.
향기성분은 포장지를 변경할 때 발생하는 이취 이행분석과 보관조건 또는 포장지에 따라 변하는 향기 성분 및 변화 패턴을 확인하는 것이다. 이를 위해, 전자코 분석은 보관기간 별 원두의 향기의 변화 패턴을 확인한다. GC-MS 분석은 포장지에서 원두로 이취 이행 여부를 확인하고자, 헤드 스페이스(head space)법을 이용하여 파우치 내부 휘발 성분을 분석한다. 이취 성분분석은 포장지 내부로부터 원두로 이행되는 과정에서 생성된 성분 분석을 위해 기체 밀착시린지(gas tight syringe)를 활용하여 내부 성분을 분석한다. 신선도 지표 물질 분석은 원두의 신선도를 확인하기 위해 지표 물질을 선정하여 포장지 별로보관기간에 따른 신선도를 확인한다.
표 2는 본 발명의 실시예의 이취 지표물질을 나타낸 것이다.
이취 지표물질
연번 성분
1 TCA (Trichloro acid)
2 Geosmin
3 2-methylisoborneol
신선도 지표물질
1 2,3-butanedione
2 2-methylpropanal
3 2-methylbutanal
4 Methanol
5 2-methylfuran
맛 패턴 분석은 포장지 내부 환경 변화로 인한 원두의 맛과 관련된 인자를 분석하여 소비자 선호도가 높은 포장 조건을 탐색하는 것이다. 이를 위해, 전자혀 분석은 포장 재질 및 보관 기간에 따른 맛 패턴 변화를 비교한다. 이때, 포장재는 기존의 포장재(PE)를 대체 가능한 소재이고, 포장지 내부 환경을 변경하여 원두를 보관할 때 적합한 조건을 선정한다. 포장 재질의 조건은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌으로 6개월간 보관하여 분석하였다. 내부환경 조성은 효율성 높은 포장 재질을 선택한 후, 포장지 내부 환경 조성(탈산소제, 제습제, 아로마 밸브)을 변경하여 적합한 내부조건을 선정하였다.
표 3은 본 발명의 실시예에 의한 포장지를 선정하기 위하여, 포장 재질에 따른 커피의 맛과 향의 유지조건을 확인하기 위한 것이다.
방법구분 탈산소제 습기제거제 PE 재질
실험1 X X X
실험2 X X X
실험3 O X X
실험4 O O X
실험5 O O O
실험6 O O O
표 3에 의하면, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 원두 간의 반응성 비교를 위해 30일간 총 4회(0, 1, 10, 20, 30일 차)에 걸쳐 포장 재질에 따른 이취 이행을 비교 분석하였다. 아로마 밸브는 장착되었으며, 그외 내부조건은 통제하지 않지 않았다. 맛과 향의 변화 패턴 측정(전자코, 전자혀), GC-MS 활용, 지표 물질 정량분석을 실시하였다.
포장지의 내부조건에 따른 커피의 맛과 향의 분석은 6개월간 총 9회에 걸쳐 MA(modified atmosphere packaging) 포장을 이용한 커피의선도 유지를 확인하였다. 탈산소제 및 습기제거제를 포장지에 넣어 원두의 신선도 변화를 확인하였다. 관능기기(전자코, 전자혀)를 통해 향미 패턴 변화를 체크하고, GC-MS분석에 의해 이취 지표물질을 확인하였다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 유기 물질층은 코아층에 도포된 실시예를 제시하였으나, 상기 유기 물질층을 이루는 유기 물질은 상기 코아층에 혼합될 수 있다. 유기 물질이 코아층에 혼합되면, 상기 코아층은 통기성이 있는 폴리프로필렌계 필름으로 덮일 수 있다. 이와 같이, 상기 유기 물질은 다양한 방식으로 본 발명의 포장지에 적용될 수 있다.
10; 베이스 12; 코아층
14; 유기 물질층 16; 다공층

Claims (6)

  1. 폴리프르필렌 단독 중합체 또는 폴리프로필렌 공중합체로 이루어진 베이스;
    상기 베이스 상에 위치하고, 랜덤 폴리프로필렌, 극성의 관능기를 함유하는 변성 폴리올레핀 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 코아층; 및
    상기 코아층에 도포되며, 유청 단백질, NFR, 수성 폴리비닐알콜, 셀룰로오즈, 지방산 염화물이 그라프트된 폴리비닐알콜 및 지방산 염화물이 그라프트된 셀룰로오즈 중에 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변성 폴리올레핀은 상기 코아층 전체에 대하여 5중량% 내지 50중량%만큼 함유되는 것을 특징으로 하는 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코아층에서 상기 랜덤 폴리프로필렌과 상기 엘라스토머의 비율을 95:5 내지 50:50인 것을 특징으로 하는 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 포장지는 상기 베이스 및 상기 코아층 사이에 위치하고, 폴리프로필렌(PP) 및 고밀도폴리에틸렌(HDPE)을 주성분으로 하며, 에틸렌-아크릴산 공중합체(E-AA), 에틸렌-프로필렌 디엔 공중합체(EDPM), 노본(Novon), 폴리(4-메틸-1-펜텐)(PMP), 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체(E-EA), 수소화된(hydrogenated) 천연고무, 에틸렌-메틸 메타크릴레이트 공중합체(E-MMA), 폴리에틸렌 이오노머 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 상기 주성분에 부가되어 이루어진 접착보조층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 코아층의 표면은 극성의 관능기를 함유하는 올레핀 올리고머(oligomer), 이오노머(ionomer) 수지, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc)와 폴리비닐알콜(PVA)의 공중합체 중에 선택된 어느 하나 또는 그들의 혼합물이 도포된 것을 특징으로 하는 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유기 물질층은 유청 단백질, NFR, 수성 폴리비닐알콜, 셀룰로오즈, 지방산 염화물이 그라프트된 폴리비닐알콜 및 지방산 염화물이 그라프트된 셀룰로오즈 중에 선택된 어느 하나 또는 그들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유기 물질층을 이용한 폴리프로필렌계 포장지.
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