KR20180036418A

KR20180036418A - 열차단성이 향상된 식품용기

Info

Publication number: KR20180036418A
Application number: KR1020160127002A
Authority: KR
Inventors: 허미; 이광희; 김우진; 이승준
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-09
Also published as: KR101887918B1

Abstract

본 발명은 열차단성이 향상된 식품용기 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 식품용기는 셀 크기가 제어된 발포시트 및 상기 발포시트의 일면 또는 양면에 코팅된 수지층을 포함함으로써, 식품용기의 강도, 인쇄성 및 성형성을 향상시킴과 동시에 우수한 열차단성을 구현하여 식품의 보온 특성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

열차단성이 향상된 식품용기{Food Container Improved Heat-blocking Ability}

본 발명은 열차단성이 향상된 식품용기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

종래부터, 음료 용기, 요구르트 용기, 1인 분량 용기, 컵라면 등의 식품용 용기나, 일회용 타입의 의료 용품 등을 충전하는 용기는, 항장력, 내열성, 열차단성, 내광성, 성형성, 표면 광택성, 압축강도 및 인쇄성 등의 특성이 요구되고 있다.

특히, 즉석라면이나, 도시락, 뜨거운 음료 등과 같이, 그 식품에 대한 가열이 수반되는 식품용기의 경우에는, 형상 유지를 위한 최소한의 강도와, 가열된 식품의 보온 및 사용자의 용이한 취급을 위한 단열기능이 필수적으로 요구된다.

일반적으로, 합성 수지로 제조된 식품용기는 저렴한 비용, 가벼운 중량, 성형의 용이함, 견고함 등과 같은 많은 장점으로 인하여 여러 가지 용도의 용기로 제조되고 있으며, 이러한 식품용기로 이용되는 합성 수지로는 폴리스티렌, 폴리프로필렌, AS 수지, 폴리카보네이트 등이 많이 이용되고 있다. 상기 수지는 주로 압출하여 시트를 제조한 후 용기 형태로 성형하여 사용하고 있는데, 이 경우 제조된 용기는 열차단성이 저하되어, 식품의 보온이 용이하지 않고, 외부 온도가 뜨거워 사용할 때 안전하지 않은 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 종래에는 종이 (내프킨) 및 두꺼운 골판지를 크기에 맞게 잘라 되감싸 주거나 또는 다른 빈 일회용 컵 등을 이중으로 덧씌워 컵 및 용기내의 내용물 온도의 전도율을 차단하는 방법이 사용되었다.

그러나, 외부 포장재를 둥글게 말아서 사용하는 경우에는 단열 효과는 있지만, 컵과 단열용 시트를 별도로 제작하여 사용하여야 하기 때문에 제작이 이중으로 되어야 하며, 폐지가 다량 발생하게 되므로 처리비용 비용 등이 발생하게 된다.

또 다른 방법으로 플리스티렌 수지를 발포한 발포 시트를 이용하여 용기를 성형하여 사용하는 방법이 있는데, 이 경우 내열 제품 사용시 스타이렌 모노머가 유출되어 인체해 유해한 단점이 있다.

따라서, 내열성, 성형성, 강도 등 식품용기가 갖는 기본 물성을 만족하면서 유해물질이 검출되지 않고, 열차단성이 향상되어 보온 특성 및 사용 안전성이 우수한 식품용기의 개발이 절실히 요구되고 있다.

한국공개특허 제2011-0011376호.

본 발명의 목적은, 내열성, 성형성 및 강도 등 식품용기가 갖는 기본 물성을 만족하면서 열차단성이 향상되어 보온 특성 및 사용 안전성이 우수한 식품용기 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 평균 100 내지 500㎛의 셀 크기를 갖는 발포층; 및 상기 발포층의 일면 또는 양면에 코팅된 수지층을 포함하는 식품용기를 제공한다.

또한, 본 발명은 평균 100 내지 500㎛의 셀 크기를 갖는 발포시트의 일면 또는 양면에 수지 코팅층을 형성하는 단계; 및 수지층이 코팅된 발포시트를 열성형하는 단계를 포함하는 식품용기의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 식품용기는 셀 크기가 제어된 발포시트 및 상기 발포시트의 일면 또는 양면에 코팅된 수지층을 포함함으로써, 식품용기의 강도, 인쇄성 및 성형성을 향상시킴과 동시에 우수한 열차단성을 구현하여 식품의 보온특성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1 은 실시예에 따른 식품용기의 발포시트의 셀 크기를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 비교예 1에 따른 식품용기의 발포시트의 셀 크기를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 비교예 2에 따른 식품용기의 발포시트의 셀 크기를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

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 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

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.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.

종래의 음료 용기, 1인 분량 용기, 컵라면 등의 식품용기는 일반적으로 폴리스티렌 수지로 제조되고 있는데, 이러한 폴리스티렌 수지로 제조된 합성 수지 용기를 내열 식품용기로 이용할 경우에 합성 수지 용기 표면에 접촉되는 식품으로 유해 물질인 환경 호르몬이 용출되어 인체의 건강을 위협하는 문제점이 있었다. 이러한 유해 물질 용출을 방지하기 위한 종이 식품용기는 열차단성이 떨어지고, 비용이 합성수지 용기에 비해 3~10배 비싼 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 식품용기가 갖는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 이용해 발포층의 셀 크기를 제어하여 열차단성 및 강도를 향상시킨 식품용기를 제공한다.

이러한, 본 발명에 따른 식품용기는 평균 100 내지 500 ㎛의 셀 크기를 갖는 발포층; 및 상기 발포층의 일면 또는 양면에 코팅된 수지층을 포함한다.

구체적으로 상기 발포층의 평균 셀 크기는, 110 내지 450 ㎛, 130 내지 430 ㎛, 150 내지 410 ㎛, 180 내지 400 ㎛, 200 내지 380 ㎛, 220 내지 360 ㎛ 혹은 250 내지 350 ㎛ 일 수 있다. 발포층의 평균 셀 크기가 상기 범위일 경우 식품용기의 열차단성과 압축강도가 향상되며, 식품용기의 성형시 내용물을 담는 내부를 깊게 형성하는데 용이하다. 만약 셀 크기가 500 ㎛ 보다 큰 경우 열성형으로 식품용기를 제조할 시 용기를 깊게 가공하는 작업이 어려우며 압축강도가 저하될 수 있으며, 셀 크기가 상기 범위보다 작게 형성될 경우 압축강도 및 열차단성이 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 식품용기는, 상온의 외기 조건에서, 용기 내부에 60 내지 100℃의 물을 70%(v/v) 담은 상태에서, 2분 경과된 시점에서, 용기 내부와 외부의 온도차가 10℃ 이상일 수 있다. 이는 본 발명에 따른 식품용기의 열차단성이 우수함을 나타내는데, 구체적으로 제조된 식품용기에 100℃의 물을 70%(v/v) 담은 상태에서, 2분이 경과된 시점에서, 용기 내부와 외부의 온도차를 측정하였다. 예를 들어, 상기 조건에서 측정된 식품용기의 내부와 외부의 온도차는 13 내지 40℃, 15 내지 35℃, 20 내지 32℃ 혹은 21.5 내지 30℃ 일 수 있다.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 식품용기에 60 내지 100℃의 물을 70%(v/v) 담은 상태에서, 2분이 경과된 시점에서, 용기의 외부 온도가 40℃인 경우 용기의 내부 온도는 60 내지 80℃일 수 있다. 본 발명에 따른 식품용기는 상기 조건에서 용기의 내부외 외부의 온도차를 비교적 높게 유지함으로써, 열차단성이 우수함을 알 수 있으며, 이로 인해 식품의 보온성을 효과적으로 향상시키는 효과를 나타낸다.

본 발명에 따른 발포층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)수지의 발포시트이고, 수지층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)수지의 코팅층일 수 있다. 상기 발포층은 두께가 비교적 얇은 발포시트 형태로 제공될 수 있으며, 이에 따라, 경량성을 만족시키면서, 상기 코팅층을 형성함으로써 압축강도를 동시에 구현하게 된다.

본 발명에 따른 발포층, 발포시트의 밀도는 30 내지 400kgf/m³일 수 있다. 구체적으로 상기 발포시트의 밀도는 50 내지 350kgf/m³,70 내지 300 kgf/m³, 80 내지 250kgf/m³, 90 내지 200kgf/m³ 혹은 100 내지 150kgf/m³일 수 있다. 본 발명에 따른 발포층의 밀도는 상기 범위를 가짐으로써, 얇은 두께를 만족하면서 향상된 압축강도를 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 수지층은 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜 수지의 코팅층일 수 있다. 구체적으로 상기 수지층은 하기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 수지로 형성될 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

m 및 n은 반복단위의 몰 분율을 나타내고, 각각 1 내지 100의 정수이다.

본 발명에서 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(이하, PETG라 함) 수지일 수 있다. 이러한 PETG 수지는 사이클로헥산디메탄올(CHDM)이 공중합된 구조일 수 있다. 상기 사이클로헥산디메탄올은 수지의 결정화를 방지하는 역할을 하여, 사이클로헥산디메탄올이 공중합된 PETG는 비결정성 영역을 가지게 된다. 따라서, 상기 PETG 수지는 점도유지가 용이하여 발포층과 수지층의 밀착성을 부여하게 된다. 본 발명은 상기 범위의 유리전이 온도를 갖는 수지의 발포층 및 비결정성 영역을 갖는 PETG 수지층이 합지된 구조를 가짐으로써 식품용기의 성형성 및 내열성을 동시에 만족시키게 된다.

본 발명에 따른 식품용기는, 용기의 내층은 상기 발포층으로 형성되고, 용기의 외층은 상기 수지층으로 형성된 구조일 수 있다. 즉, 용기의 내층은 평균 100 내지 500 ㎛의 셀 크기를 갖는 발포층이고, 용기의 외층은 하기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 수지의 수지층일 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

본 발명에 따른 식품용기는, 용기의 내층은 상기 발포층으로 형성되고, 용기의 외층은 상기 수지층으로 형성된 2층 구조일 수 있다. 즉, 용기의 내층은 평균 100 내지 500 ㎛의 셀 크기를 갖는 발포층이고, 용기의 외층은 하기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 수지의 수지층일 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

상기 PETG 수지는 유해 물질이 발생하지 않아, 제조 공정 및 소각시에도 위험성이 낮은 특성이 있으며, 이에 따라 본 발명에 따른 식품용기를 이용하여 식품을 조리할 시에 유해 물질의 용출량을 현저하게 감소시키게 된다. 또한, 상기 PETG 수지의 코팅층을 형성할 경우 식품용기에 강도를 부여하여 압축강도를 향상시키게 되며, 인쇄성 및 성형성이 우수하게 된다. 따라서, 외관이 미려한 식품용기를 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 식품용기는 다층 구조이며, 식품용기를 형성하는 다층 구조의 평균 두께는 1 내지 5mm 범위이고, 발포층과 수지층의 두께 비율은 10:0.1 내지 2 범위일 수 있다.

상기 다층 구조는 2 내지 10층, 2 내지 8층, 2 내지 4층 혹은 2층 구조를 의미할 수 있다.

구체적으로 상기 다층 구조가 2층 구조일 경우 평균 두께는 1.2 내지 4mm, 1.5 내지 3.5mm, 1.8 내지 3mm 혹은 2mm 일 수 있다. 또한, 상기 발포층과 수지층의 두께비율은 구체적으로 10:0.2 내지 1.5, 10:0.3 내지 1 혹은 10:0.5 일 수 있다. 본 발명에 따른 식품용기는 상기 범위의 두께를 갖는 발포층 및 수지층으로 구성됨으로써, 압축강도를 향상시키면서 경량성을 동시에 만족시킬 수 있다.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 식품용기를 형성하는 다층 구조가 2층 구조일 경우 식품용기의 평균 두께가 2mm 일 수 있으며, 이때 발포층의 평균 두께는 1.9mm 이고, 수지층의 평균 두께는 0.1mm일 수 있다.

본 발명에 따른 식품용기는 하기 수학식 1로 표시되는 조건을 만족할 수 있다.

[수학식 1]

|V₁-V₀| / V₀ x 100 < 5%

상기 수학식 1에서,

V₀은 100℃에 노출 전 식품용기의 체적(mm³)이고,

V₁은 100℃에 20분 동안 노출 후 식품용기의 체적(mm³)이다.

구체적으로, 제조된 식품용기 시편을 100℃에서 20분 동안 노출시키기 전과 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 본 발명에 따른 식품용기의 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 1에 따른 치수 변화율은 3% 이하, 1% 이하, 0.1% 이하, 0.001% 이하 혹은 0.0001 내지 0.001%일 수 있으며, 구체적으로는 치수가 변화하지 않을 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 1의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 식품용기는 높은 온도 환경에서의 사용에도 형태 변화가 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 식품용기는 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

상기 수학식 1이 5%를 초과하는 경우에는 식품용기에 부품, 뒤틀림, 변색 내지 변형이 쉽게 발생할 수 있다는 것을 의미할 수 있다.

본 발명에 따른 식품용기는, 식품용기의 일면 또는 하부면에 수직방향으로 100mm/min의 속도로 하중을 가할 때 측정된 압축강도가 40kgf 이상일 수 있다.

구체적으로 상기 압축강도는 Load Cell 1KN을 사용하여 수직방향으로 100mm/min의 속도로 하중을 가할 때 측정된 압축강도일 수 있으며, 예를 들어 상기 압축강도는 41 내지 95kgf, 45 내지 90kgf, 48 내지 85kgf 혹은 50 내지 80kgf 일 수 있다. 본 발명에 따른 식품용기는 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트를 용기 내층에 형성하고 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜 수지로 이루어진 코팅층을 용기 외층에 형성함으로써 상기와 같은 압축강도를 만족할 수 있다. 이러한 식품용기는 외부의 물리적 힘에도 쉽게 변형되지 않는 이점이 있다.

본 발명에 따른 식품용기는 ASTM D 1249에 의거하여 측정한 수증기 투과도가 16 g/m²·day 이하일 수 있다. 구체적으로, 제조된 식품용기 시편을 (37.8±1)℃, 100% R.H 조건에서 30분 동안 수증기 투과도를 측정하였다. 예를 들어, 상기 조건에서 측정된 수증기 투과도는 15g/m²·day 이하, 13g/m²·day 이하, 1 내지 10g/m²·day, 2 내지 9g/m²·day 혹은 3 내지 8.8g/m²·day 일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 식품용기는 ASTM D 3985에 의거하여 측정한 산소 투과도가 1,500cc/m²·day 이하일 수 있다. 구체적으로, 제조된 식품용기 시편을 (23±1)℃ 조건에서 30분 동안 산소 투과도를 측정하였다. 예를 들어, 상기 조건에서 측정된 산소 투과도는 50 내지 1,450cc/m²·day, 100 내지 1,400cc/m²·day, 혹은 150 내지 1,350cc/m²·day을 만족할 수 있다. 본 발명에 따른 식품용기는 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트를 용기 내층에 형성하고 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜 수지로 이루어진 코팅층을 용기 외층에 형성함으로써 상기와 같은 수증기 투과도 및 산소 투과도를 만족할 수 있으며, 본 발명에 따른 식품용기는 상기 범위의 낮은 수증기 투과도 및 산소 투과도를 만족함으로써, 산소 및 수증기를 차폐하는 성능이 우수하여 식품의 보존기한을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 식품용기는 ASTM D 638에 의거하여 측정한 종방향 인장강도(TD) 및 횡방향 인장강도(MD)가 4 내지 20 범위일 수 있다. 구체적으로 만능재료시험기(Model 3367, Instron 사)를 이용하여 5mm/min 속도로 인장강도를 측정하였을 경우 종방향 인장강도(TD)가 4.5 내지 7MPa 범위이고, 및 횡방향 인장강도(MD)가 4 내지 6MPa 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 식품용기는 본 발명에 따른 식품용기는 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트를 용기 내층에 형성하고 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜 수지로 이루어진 코팅층을 용기 외층에 형성함으로써 상기 범위의 인장강도를 나타낼 수 있으며, 이에 따라 물리적 힘을 가하여도 쉽게 변형되지 않는 이점이 있음을 알 수 있다.

다른 하나의 예로서, 본 발명에 따른 식품용기는 ASTM D 638에 의거하여 측정한 신장률이 종방향(TD) 으로 3 내지 10% 범위이고 횡방향(MD)으로 5 내지 20% 범위일 수 있다. 구체적으로 만능재료시험기(Model 3367, Instron 사)를 이용하여 신장률을 측정하였을 경우 종방향(TD) 으로 4 내지 7% 범위이고 횡방향(MD)으로 7 내지 15% 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 식품용기는 본 발명에 따른 식품용기는 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트를 용기 내층에 형성하고 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜 수지로 이루어진 코팅층을 용기 외층에 형성함으로써 상기 범위의 종방향 및 횡방향 신장률을 만족할 수 있으며, 이에 따라 우수한 성형성을 나타내게 된다.

본 발명은 상기 식품용기의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 식품용기의 제조방법은 평균 100 내지 500㎛의 셀 크기를 갖는 발포시트의 일면 또는 양면에 수지 코팅층을 형성하는 단계; 및 수지층이 코팅된 발포시트를 열성형하는 단계를 포함한다.

구체적으로 상기 발포시트의 평균 셀 크기는, 110 내지 450㎛, 130 내지 430㎛, 150 내지 410㎛, 180 내지 400㎛, 200 내지 380㎛, 220 내지 360㎛ 혹은 250 내지 350㎛를 가질 수 있다. 발포시트의 평균 셀 크기가 상기 범위일 경우 식품용기의 성형성이 향상된다. 만약 셀 크기가 500㎛ 보다 큰 경우 열성형으로 식품용기를 제조할 시 용기의 내부를 깊게 가공하는 작업이 어려울 수 있다.

또한, 상기 수지층은 하기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 수지의 코팅층일 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

본 발명에 따른 식품용기의 제조방법에서 화학식 1의 반복단위를 포함하는 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(이하, PETG라 함) 수지일 수 있다. 이러한 PETG 수지는 사이클로헥산디메탄올(CHDM)이 공중합된 구조일 수 있다. 상기 사이클로헥산디메탄올은 수지의 결정화를 방지하는 역할을 하여, 사이클로헥산디메탄올이 공중합된 PETG는 비결정성 영역을 가지게 된다. 따라서, 상기 PETG 수지는 점도유지가 용이하여 발포층과 수지층의 밀착성을 부여하게 된다. 본 발명에 따른 식품용기의 제조방법은 상기 범위의 유리전이 온도를 갖는 수지의 발포시트의 일면 또는 양면에 비결정성 영역을 갖는 PETG 수지를 코팅하여 제조함으로써, 성형성, 내열성 및 인쇄성 우수한 식품용기를 제조할 수 있다.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포시트는 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)일 수 있다. 이는, 상기 발포시트의 DIN ISO4590에 따른 측정값이 셀 중 90% 이상이 폐쇄 셀임을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포시트 중 폐쇄 셀은 90 내지 100% 또는 95 내지 100%일 수 있다. 본 발명에 따른 발포시트는 상기 범위 내의 폐쇄 셀을 가짐으로써, 우수한 내열성, 단열특성 및 보온특성을 구현할 수 있다. 이를 통해, 상기 발포시트를 포함하는 식품용기는 우수한 내열성, 단열특성 및 보온특성을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 발포시트의 셀 수는 mm당 1 내지 30셀, 3 내지 25셀, 또는 3 내지 20셀을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 식품용기의 제조방법은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 조성물을 포함하는 혼합물을 압출하여 발포시트를 제조하는 단계를 포함하고, 이때 상기 수지의 압출 온도는 50 내지 100℃, 55 내지 95℃ 혹은 60 내지 90℃ 범위일 수 있으며, 상기 범위의 비교적 낮은 온도에서 발포를 수행함으로써, 수지의 점도유지를 용이하게 할 수 있다.

본 발명에서 열성형 온도는 140 내지 200℃ 일 수 있다. 구체적으로 상기 열성형 온도는 140 내지 180℃, 140 내지 170℃, 140 내지 160℃, 140 내지 150℃ 혹은 140℃ 일 수 있다. 본 발명은 상기 범위의 온도에서 식품용기를 열성형 하여 식품용기의 강도 및 물성의 저하 없이 성형성을 월등히 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 압출 발포는, 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 인장강도 및 압축강도를 구현할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 상기 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예

본 발명에 따른 식품용기를 제조하기 위해, 먼저 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지 100 중량부를 130 ℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제 1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지와 상기 수분이 제거된 PET 수지 100중량부를 기준으로, 피로멜리틱 디언하이드리드 1중량부, 탈크 1중량부 및 Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제 1압출기에 발포제로서 부탄가스를 PET 수지 100 중량부를 기준으로 5 중량부 투입하고 압출발포 하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트를 제조하였다. 제조된 발포시트의 밀도는 약 120 kg/m³, 두께는 약 1.9 mm였으며, 평균 셀 크기는 330 ㎛였다. 그런 다음, 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG)을 상기 발포시트의 일면에 100 ㎛ 두께로 압출 코팅하여 코팅층을 형성하였다. 그런 다음, 코팅층이 형성된 발포시트를 140℃에서 열성형하여 식품용기를 제조하였다. 제조된 식품용기의 평균 두께는 2mm 였다. 도 1에 실시예에 따라 제조된 발포시트의 셀 크기를 보여주는 SEM 사진을 나타내었다. 도 1을 보면 평균 330 ㎛ 크기로 셀이 형성된 것을 확인할 수 있다.

비교예 1

폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지 대신 폴리스티렌(PS)수지를 사용하여 발포시트(2.5mm)를 제조하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG) 코팅층 대신 폴리스티렌 코팅층(100㎛)을 형성한 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 식품용기를 제조하였다. 이때, 발포시트의 평균 셀 크기는 180㎛ 였다. 도 2에 비교예 1에 따라 제조된 발포시트의 셀 크기를 보여주는 SEM 사진을 나타내었다. 도 2를 보면 평균 180㎛ 크기로 셀이 형성된 것을 확인할 수 있다.

비교예 2

발포시트의 평균 셀 크기를 약 900㎛로 제어한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 식품용기를 제조하였다. 도 3에 비교예 2에 따라 제조된 발포시트의 셀 크기를 보여주는 SEM 사진을 나타내었다. 도 3을 보면 평균 900㎛ 크기로 셀이 형성된 것을 확인할 수 있다.

비교예 3

시중에서 종이로 제조된 식품용기를 구입하였다. 이때, 종이 식품용기의 두께는 약 1 mm 였다.

비교예 4

시중에서 폴리프로필렌(PP rigid) 두께 1mm의 시트를 구입하여, 실시예와 동일한 금형을 이용하여 식품용기를 성형하였다.

실험예 1

상기 실시예, 비교예 1, 비교예 3 및 4에 따른 식품용기의 열차단성을 평가하기 위해 용기 내부에 100℃의 물을 70%(v/v) 담은 상태에서, 2분 경과된 시점에서, 용기 내부 임의의 지점과 용기 외부 임의의 지점의 온도를 측정하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

구분	용기 외부 온도(℃)	용기 내부 온도(℃)	용기 내부와 외부의 온도차(℃)
실시예	40	62	22
비교예 1	40	61	21
비교예 3	45	55	10
비교예 4	42	46	4

상기 표 1을 참조하면, 실시예 따른 식품용기는 용기 내부와 외부의 온도차가 22℃로 나타나 뛰어난 열차단성을 보여 비교예 1과 유사한 열차단 성능을 나타내었으며, 비교예 3 및 4에 따른 식품용기는 각각 10℃ 및 4℃로 열차단성이 현저히 낮았다. 따라서, 본 발명에 따른 식품용기는 셀 크기를 일정 범위로 제어한 발포시트의 일면에 PETG 수지층을 코팅하여 제조함으로써 우수한 열차단성을 가지며, 이로 인해 뛰어난 보온 특성을 구현할 수 있음을 확인하였다.

실험예 2

상기 실시예 및 비교예 1에서 제조된 식품용기를 이용하여, 내열성을 측정하였다. 측정 방법은 하기 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

내열성 측정은 하기 수학식 1에 따른 치수 변화율을 측정하였다.

[수학식 1]

|V₁-V₀| / V₀ x 100 < 1%

상기 수학식 1에서,

V₀은 전자레인지에 노출 전 식품용기의 체적(mm³)이고,

V₁은 전자레인지에 10분 동안 노출 후 식품용기의 체적(mm³)이다.

이때, 전자레인지는 출력 800W 제품을 이용하였으며, 실시예 및 비교예 1에 따른 식품용기의 100℃ 노출 전 시편의 체적(mm³)은 100 X 100 X 3(가로 X 세로 X 높이)였다.

	치수 변화율 (%)
실시예	0
비교예 1	5.95

상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 식품용기는 전자레인지에 오랜 시간 노출되더라도 치수 변화율이 약 0%로 나타남으로써, 우수한 내열성을 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이와 비교하여, 비교예 1에 따른 식품용기의 경우, 치수 변화율이 약 5.95% 로 나타나 우수한 내열성을 구현하지 못한다는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 본원의 식품용기는 고온에서 사용할 경우, 형태 변형이 나타나지 않으나, 비교예 1에 따른 식품용기의 경우 쉽게 형태가 변형될 수 있다는 것을 알 수 있다.

실험예 3

상기 실시예 및 비교예 1에서 제조된 식품용기의 수증기 투과도 및 산소 투과도를 측정하였다. 수증기 투과도 및 산소 투과도의 측정 방법은 하기 기재하였으며, 결과는 하기 표 3에 나타내었다.

1) 수증기 투과도 시험

- 시험방법: ASTM D 1249

- 시험기기: Permatran W-700 (MOCON 사, 미국)

- 시험온도: (37.8±1)℃, 100% R.H

- 시험시간: 30분

- 측정범위: 0.05 ~ 100 g/m²·day

- 시편 크기: 5 cm²

2) 산소투과도 시험

- 시험방법: ASTM D 3985

- 시험기기: OX-TRAN 702 (MOCON 사, 미국)

- 시험온도: (23±1)℃

- 시험시간: 30분

- 측정범위: 0.1 ~ 2000 cc/m²·day

- 시편 크기: 5 cm²

구분	시험항목	단위	측정 결과
구분	시험항목	단위	1차	2차
실시예	수증기 투과도	g/m²·day	8.23	8.69
실시예	산소 투과도	cc/m²·day	1336	893.1
비교예 1	수증기 투과도	g/m²·day	16.60	17.30
비교예 1	산소 투과도	cc/m²·day	2591.2	1003.7

상기 표 3을 참조하면, 실시예에 따른 식품용기의 경우, 1차 측정 및 2차 측정 모두 수증기 투과도가 8.23g/m²·day 및 8.69g/m²·day 로 낮은 결과를 보였으나, 비교예 1에 따른 식품용기의 경우 1차 측정 및 2차 측정 모두 수증기 투과도가 16.60g/m²·day 및 17.30g/m²·day 로 실시예에 따른 식품용기에 비해 높은 결과를 보였다. 또한, 산소 투과도 결과 에서는, 실시예에 따른 식품용기의 경우 1차 및 2차 측정에서 각각 1336cc/m²·day 및 893.1cc/m²·day 으로 비교예 1의 식품용기에 비해 현저히 낮은 산소 투과도를 보였다.

따라서, 본 발명에 다른 식품용기는 산소 및 수증기를 차단하는 성능이 우수하여 식품의 보존 기간을 연장시킬 수 있는 이점이 있다는 것을 확인하였다.

실험예 4

상기 실시예 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 식품용기의 압축강도, 인장강도, 신장률 및 천공강도를 측정하였다. 측정에 사용된 기기는 만능재료시험기(Model 3367, Instron 사)였고, 각각의 측정 조건은 하기 기재하였으며, 결과는 하기 표 4에 나타내었다.

1) 압축강도 측정

압축강도의 측정은 식품용기에 대하여 수직방향으로 100mm/min의 속도로 하중을 가할 때 측정되는 최대 하중을 측정하였다.

2) 인장강도 측정

인장강도의 측정은 ASTM D 638에 의거하여 측정하였으며, 시험 속도는 5 mm/min 였다.

3) 신장률 측정

신장률의 측정은 ASTM D 638에 의거하여 측정하였다.

4) 천공강도 측정

천공강도의 측정은 ASTM D 5748에 의거하여 측정하였으며, 시험 속도는 6 mm/min 였다.

구분	압축강도(kgf)	인장강도(MPa)		신장률(%)		천공강도(N)
구분	압축강도(kgf)	TD	MD	TD	MD	천공강도(N)
실시예	51.9	5.68	4.77	4.83	9.19	409.48
비교예 1	28	3.2	2.8	2.5	3.1	210

상기 표 4를 참조하면, 실시예에 따른 식품용기의 경우 압축강도, 인장강도 결과에서 폴리스티렌 식품용기인 비교예 1 및 셀 크기를 크게하여 제조한 비교예 2에 비해 월등히 높은 결과를 보여, 외부의 힘에도 변형이 쉽게 발생하지 않는다는 것을 알 수 있었으며, 신장률 결과에서도 비교예 1 및 2에 비해 높게 나타나, 성형성이 우수함을 알 수 있었다. 또한, 실시에에 따른 식품용기는 천공강도 결과에서도 비교예 1 및 2에 비해 높은 결과를 보여 물리적인 충격에도 잘 견디는 특성을 나타냄을 확인하였다.

따라서, 본 발명에 따른 식품용기는 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트의 셀 크기를 일정 범위로 제어하고, 외층에 PETG 코팅층을 적절한 두께로 형성함으로써 내열성을 향상시켜 전자레인지를 사용할 수 있고, 압축강도, 인장강도, 신장률 및 천공강도를 향상시킴을 알 수 있었다.

Claims

평균 100 내지 500 ㎛의 셀 크기를 갖는 발포층; 및
상기 발포층의 일면 또는 양면에 코팅된 수지층을 포함하는 식품용기.
제 1 항에 있어서,
식품용기는,
상온의 외기 조건에서, 용기 내부에 60 내지 100℃의 물을 70%(v/v) 담은 상태에서,
2분 경과된 시점에서, 용기 내부와 외부의 온도차가 10℃ 이상인 것을 특징으로 하는 식품용기.
제 1 항에 있어서,
발포층은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 발포시트이고,
수지층은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 코팅층인 것을 특징으로 하는 식품용기.
제 1 항에 있어서,
발포층의 밀도는 30 내지 400kgf/m³이고,
수지층은 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜 수지의 코팅층인 것을 특징으로 하는 식품용기.
제 1 항에 있어서,
식품용기는 다층 구조이며,
식품용기를 형성하는 다층 구조의 평균 두께는 1 내지 5mm 범위이고,
발포층과 수지층의 두께 비율은 10:0.1 내지 2 범위인 식품용기.
제 1 항에 있어서,
식품용기는 하기 수학식 1로 표시되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 식품용기:
[수학식 1]
|V₁-V₀| / V₀ x 100 < 5%
상기 수학식 1에서,
V₀은 100℃에 노출 전 식품용기의 체적(mm³)이고,
V₁은 100℃에 20분 동안 노출 후 식품용기의 체적(mm³)이다.
제 1 항에 있어서,
식품용기는, 수직방향으로 100mm/min의 속도로 하중을 가할 때 측정된 압축강도가 40kgf 이상인 것을 특징으로 하는 식품용기.
평균 100 내지 500 ㎛의 셀 크기를 갖는 발포시트의 일면 또는 양면에 수지 코팅층을 형성하는 단계; 및
수지층이 코팅된 발포시트를 열성형하는 단계를 포함하는 식품용기의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
열성형 온도는 140 내지 200℃ 범위인 식품용기의 제조방법.