KR20180105596A

KR20180105596A - 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기용 조성물

Info

Publication number: KR20180105596A
Application number: KR1020180094152A
Authority: KR
Inventors: 오정근
Original assignee: 오정근
Priority date: 2018-08-13
Filing date: 2018-08-13
Publication date: 2018-09-28

Abstract

본 발명은 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기용 조성물은 식품용기 전체 중량 대비 분말도 130 ∼ 140 메쉬 범위의 쌀겨, 보릿겨, 밀겨, 옥수수자루 분말 및 사탕수수 분말 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 주원료 75 ∼ 85중량%, 페이스트 5 ∼ 15중량%, 정제수 4.5 ∼ 6.5중량%, 방수제 1 ∼ 3중량%, 방유제 0.3 ∼ 0.7중량%로 이루어져 곡물의 껍질 등 폐기물을 원료로 식품용기를 제조함으로써 환경호르몬의 용출이 없고 경량이며 생분해성이 우수하면서도 제조공정이 단순하여 단시간에 제조할 수 있으면서 제조에 소요되는 경비의 절감으로 제품의 가격 저렴화에 따른 경제성이 탁월한 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Description

생분해 가능한 친환경 경량 식품용기용 조성물{A composite for eco-friendly lightweight food container that can be biodegradable}

본 발명은 식품용기용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 천연 섬유질의 환경호르몬의 용출이 없고 경량이며 생분해성이 우수하면서도 저비용의 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기용 조성물에 관한 것이다.

최근, １회용 식품용기가 일상생활에서 널리 사용되게 되었다. 공기나 컵등 1회용 용기로는 신장 가능한 폴리스티렌, 폴리 프로필렌 혹은 폴리에스텔 폼으로 제조되고 있다. 그러나 플라스틱제 １회용 용기는 많은 결점이 있다. 플라스틱제 １회용 용기의 주된 결점은, 생분해 불능으로 몇 백년이나 존재하는 것이다. 게다가 플라스틱제의 １회용 용기에서는 가열 또는 소각될 때에 대기오염을 초래하는 유독 가스를 발생하는 것이 있었다.

그 결과 생분해 가능한 용기의 개발이 진행되어 왔다. 이미 종이 혹 전분을 사용하여 식품용기를 제조하는 방법이 제안되어 있다. 그러나 종이를 천연 재료로 하여 식품용기의 제조에 채용하는 것은 좋은 선택이라고는 말할 수 없다. 왜냐하면 종이는 일반적으로 목재로 제조되어 목재 벌채를 가속화되는 것이기 때문에다. 한편, 쌀, 밀, 감자 혹은 옥수수에서 추출되는 전분은 식품용기의 제조에 적합한 재료이다. 그러나, 전분은 인류 및 다른 동물의 식품이며 고가이다. 때문에 전분을 사용한 용기의 제조에 소요되는 비용이 높아 보급되지 않고 있다.

상기한 문제를 해결하기 위해 일본국 특허공개 제1996-091340호(특허문헌 1 참조)가 제공되어 있고, 이에 개시되어 있는 방법은 아래 1부터 4의 단계를 포함하는 것이었다.

1. 곡류의 껍질을 쳐서 가루 혹은 과립 상으로 한다.

2. 껍질을 캐슈 페인트(cashew paint)와 혼합한다.

3. 껍질과 캐슈 페인트의 혼합물을 주형에 두고, 고온으로 가압하여 용기를 형성한다.

4. 형성한 용기를 방수 도료로 피복한다.

그러나, 껍질과 캐슈 페인트의 혼합비에 대해서는 명확하게 정의되어 있지 않아 껍질과 캐슈 페인트의 성분은 다양하게 되고, 그 때문에 용기와 품질이 제각각인 제품의 불량율이 높아지기 때문에 제조 비용이 증가하게 되었다.

또한, １회용 공기와 트레이의 제조 방법이 미국특허 제5,500,089호(특허문헌 2 참조)에 개시되어 있다.

이 방법은 많은 단계를 포함하고, 그 중에는 건조 섬유 섹션이 물을 함유하는 전분 페이스트 용기에 더하여지고, 건조 섬유 섹션과 전분 페이스트가 혼합되어 섬유 전분 혼합물을 형성하는 두 단계가 포함된다. 그러나, 건조 섬유 섹션, 전분 페이스트 및 물은 두 단계로 명확하게 정의되어 있지 않기 때문에 건조 섬유 섹션, 전분 페이스트 및 물의 성분은 다양하게 되고, 그 때문에 용기와 품질이 제각각으로 되어 제품의 불량율이 높아지기 때문에 제조 비용이 증가하게 되었다.

그리고, 또 다른 식품용기로서 본 발명의 발명자가 발명한 특허 제0635525호(특허문헌 3 참조)의 "식물섬유를 주재로 한 식품용기용 조성물 및 그를 이용한 일회용 식품용기 제조방법"이 개시되어 있다.

상기 "식물섬유를 주재로 한 식품용기용 조성물 및 그를 이용한 일회용 식품용기 제조방법"은 쌀겨, 보릿겨, 밀겨, 옥수수자루 분말 및 사탕수수 분말 중에서 선택되는 원료를 주원료로 하고 여기에 식물의 성형성, 응고성 및 신축성을 향상시키기 위해 구아검, 로커스트빈검, 카라지난검, 젤라틴 및 한천을 동량 사용한 것으로서 제조된 식품용기는 도 1에 사진으로 나타낸 바와 같고, 이는 생분해성이 우수하고 환경 호르몬이 용출되지 않아 친환경 식품용기로서는 우수하지만, 무게가 무겁다는 단점이 있고 수많은 여러번의 성형공정 단계를 거쳐서 제조되기 때문에 제품의 가격이 비싸지는 문제점이 있고, 그뿐만 아니라 천연 원료의 색택 또는 백색을 갖는 경량의 식품용기를 제공할 수는 없다는 문제점이 있었다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 제1996-091340호 공개공보, 특허문헌 2 : 미국특허 제5,500,089호 공보, 특허문헌 3 : 대한민국 특허 제0635525호 공개공보

본 발명은 상기한 실정을 고려하여 종래 식품용기용 조성물에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 곡물의 껍질 등 폐기물을 원료로 식품용기를 제조함으로써 환경호르몬의 용출이 없고 경량이며 생분해성이 우수하면서도 저비용의 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기용 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 제조공정이 단순하여 단시간에 제조할 수 있으면서 제조에 소요되는 경비의 절감으로 제품의 가격 저렴화에 따른 경제성이 탁월한 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기용 조성물을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기 용 조성물은 식품용기 전체 중량 대비 분말도 130 ∼ 140 메쉬 범위의 쌀겨, 보릿겨, 밀겨, 옥수수자루 분말 및 사탕수수 분말 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 주원료 75 ∼ 85중량%, 페이스트 5 ∼ 15중량%, 정제수 4.5 ∼ 6.5중량%, 방수제 1 ∼ 3중량%, 방유제 0.3 ∼ 0.7중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 곡물의 껍질 등 폐기물을 원료로 식품용기를 제조함으로써 환경호르몬의 용출이 없고 경량이며 생분해성이 우수하면서도 제조공정이 단순하여 단시간에 제조할 수 있으면서 제조에 소요되는 경비의 절감으로 제품의 가격 저렴화에 따른 경제성이 탁월한 각별한 장점이 있다.

도 1은 종래 식품섬유를 주재로 제조된 일회용 식품용기의 사진,
도 2는 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량의 식품용기 제조방법에 따른 공정별 실행수단의 블록도,
도 3은 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량의 식품용기 제조방법의 개념도,
도 4a는 제 1 실시예에 따른 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량의 식품용기 제조방법의 실행 순서도,
도 4b는 제 2 실시예에 따른 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량의 식품용기 제조방법의 실행 순서도,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 방법으로 제조된 천연원료 색택을 갖는 식품용기의 사진,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 방법으로 제조된 백색을 갖는 식품용기의 사진,
도 7a 내지 도 7c는 전분 원료를 추가한 본 발명의 방법으로 제조된 천연원료 색택을 갖는 식품용기의 사진이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 종래 식품섬유를 주재로 제조된 일회용 식품용기의 사진, 도 2는 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량의 식품용기 제조방법에 따른 공정별 실행수단의 블록도, 도 3은 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량의 식품용기 제조방법의 개념도, 도 4a는 제 1 실시예에 따른 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량의 식품용기 제조방법의 실행 순서도, 도 4b는 제 2 실시예에 따른 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량의 식품용기 제조방법의 실행 순서도, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 방법으로 제조된 천연원료 색택을 갖는 식품용기의 사진, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 방법으로 제조된 백색을 갖는 식품용기의 사진, 도 7a 내지 도 7c는 전분 원료를 추가한 본 발명의 방법으로 제조된 천연원료 색택을 갖는 식품용기의 사진으로서, 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량 식품용 제조방법은 주원료를 투입하여 분쇄기(10)로 분쇄하여 원료분말을 얻는 원료 분쇄단계(S1단계)와; 상기 원료분말에 부원료를 가하여 혼련기(20)로 혼합하여 혼합물을 얻는 원료 혼합단계(S2단계)와; 상기 혼합물을 성형기(30)로 원적외선 터널 내에서 성형하는 성형단계(S3단계)와; 상기 성형기(30)로 성형된 식품용기를 건조기(40)로 가열하여 건조하는 건조단계(S4단계)와; 건조된 식품용기를 소독실에서 살균소독기(50)로 소독하는 살균소독단계(S5단계) 및; 소독된 식품용기를 포장기(60)로 포장하여 제품화하는 포장단계(S6단계)로 이루어진다.

상기 원료 분쇄단계(S1단계)에서 투입되는 주원료로는 쌀겨, 보릿겨, 밀겨, 옥수수자루 분말 및 사탕수수 분말 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 원료를 주원료로서 사용하여 분말도 130 ∼ 140 메쉬 범위가 되도록 분쇄한다.

본 발명에 따르면, 130 메쉬 보다 낮은 분말도에서는 방수제 및 방유제의 효과가 떨어져 바람직하지 않고, 140 메쉬 보다 높은 분말도에서는 상기 부원료 첨가량을 전체 용기 중량의 1% 이상 증가시켜야 하는 단점이 있고, 후술하는 접착효과도 저하된다.

상기 원료 혼합단계(S2단계)에서 투입되는 부원료는 접착성 페이스트, 정제수, 방수제, 방유제이고, 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량의 식품용기용 조성물은 식품용기 전체 중량 대비 분말도 130 ∼ 140 메쉬 범위의 쌀겨, 보릿겨, 밀겨, 옥수수자루 분말 및 사탕수수 분말 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 주원료 75 ∼ 85중량%, 페이스트 5 ∼ 15중량%, 정제수 4.5 ∼ 6.5중량%, 방수제 1 ∼ 3중량%, 방유제 0.3 ∼ 0.7중량%로 이루어진다.

여기서 주원료가 75중량% 이하인 경우나 85중량% 이상의 경우에는 본 발명 식품용기의 바람직한 형상을 제조할 수 없었다.

이때 식품용기의 색채를 나타내기 위해 천연 색소를 0.8 ∼ 1.0중량% 추가할 수 있지만(도 5a 내지 도 5c 참조), 상기 원료 혼합단계(S2단계) 후에 공지의 탈색수단에 의한 탈색단계를 추가하여도 좋다(도 6a 내지 도 6c).

상기 접착성 페이스트로는 접착ㆍ안정성ㆍ점도를 개선한 덱스트린이나 산화전분, 산소처리전분, 가교전분 등을 사용하는 것이 바람직하고, 점도가 높은 가교전분을 제외하고 점도가 낮은 덱스트린이나 산화전분, 산소처리전분은 소량의 접착제를 부가하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 방수제로는 실리콘, 알킬피리디늄할로겐화물, 지르코늄 화합물, 카르바미드 등을 사용하는 것이 물질 자체에 소수성을 부가할 수 있어서 바람직하다.

또한, 상기 방유제로는 아크릴에스테르, 메타크릴 에스테르, 크로로푸렌, 염화비닐, 마레익에스테르, 비닐에테르 등과 같은 플루오로 알킬기 함유 중합성화합물의 중합물이 바람직하다.

그리고, 상기 성형단계(S3단계)에서는 증기로 가열된 90 ∼ 100℃의 온도 분위기에서 가열 성형하고 이때 성형기(30)의 압연롤러의 가압력은 1.2 ∼ 1.4kg/㎠의 압력범위이어야 균일한 두께를 갖는 성형이 가능하다. 본 발명에 따르면, 용기 성형 가열 터널은 원적외선이 방출되는 분위기가 바람직하고, 압연롤러의 압력범위가 1.0kg/㎠ 이하에서는 방수 및 방유력이 약화되고, 1.5kg/㎠ 이상에서는 성형용기 외피의 경화가 발생되어 바람직하지 않다.

상기 건조단계(S4단계)에서는 건조기(40)로 120 ∼ 140℃의 온도에서 15 ∼ 25분 동안 가열함으로써 식품용기를 고화(固化)하여 건조한다.

고화온도가 120℃ 이하에서 25분 이하 실행하는 경우에는 첨가되는 접착제(페이스트)의 기능이 상실되고 140℃ 이상에서 15분 이상 실행되는 경우에도 또한 접착효과가 저하되었다.

한편 본 발명 상기 살균소독단계(S5단계)에서는 성형된 식품용기를 탈형하여 탈형된 식품용기를 살균소독기(50)를 이용하여 이산화염소로 살균소독하는 것이 바람직하였다.

마지막으로 상기 포장단계(S6단계)에서는 포장기(60)로서 고주파 실링기를 사용하여 포장용 파우치로 포장하거나 포장용 파우치 내에 질소를 충진하여 포장함으로써 오염 없이 식품용기를 보관할 수 있게 된다.

또한 전분 원료를 추가하는 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기 제조방법은 주원료를 투입하여 분쇄기(10)로 분쇄하여 원료분말을 얻는 원료 분쇄단계(S11단계)와; 상기 원료분말에 부원료를 가하여 혼련기(20)로 혼합하여 혼합물을 얻는 원료 혼합단계(S12단계)와; 상기 혼합물을 성형기(30)로 원적외선 터널 내에서 성형하는 성형단계(S13단계)와; 상기 성형기(30)로 성형된 식품용기로부터 18 ∼ 22초 동안 수분을 제거하는 반건조단계(S14'단계)와; 상기 반건조단계(S14'단계) 이후에 건조기(40)로 55초 ∼ 652초 동안 가열하여 건조하는 건조단계(S14단계)와; 건조된 식품용기를 소독실에서 살균소독기(50)로 소독하는 살균소독단계(S15단계) 및; 소독된 식품용기를 포장기(60)로 포장하여 제품화하는 포장단계(S16단계)로 이루어진다.

상기 원료 분쇄단계(S11단계)에서 투입되는 주원료로는 쌀겨, 보릿겨, 밀겨, 옥수수자루 분말 및 사탕수수 분말 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 원료를 주원료로서 사용하여 분말도 130 ∼ 140 메쉬 범위가 되도록 분쇄한다.

상기 원료 혼합단계(S12단계)에서 투입되는 부원료는 접착성 페이스트, 정제수, 방수제, 방유제이고, 혼합 후 얻어지는 혼합물의 조성은 용기 전체 중량대비 주원료 75 ∼ 85중량%, 페이스트 5 ∼ 10중량%, 정제수 4.5 ∼ 6.5중량%, 방수제 1 ∼ 3중량%, 방유제 0.3 ∼ 0.7중량%, 전분 0.1 ∼ 1중량%로 이루어진다. 여기서 주원료가 75중량% 이하인 경우나 85중량% 이상의 경우에는 본 발명 식품용기의 바람직한 형상을 제조할 수 없었다.

실시예 1

본 발명 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기 제조방법으로 식품용기를 제조하고, 제조된 식품용기의 성능을 평가해 보았다.

먼저 원료 분쇄단계(S1단계)에서 주원료로서 밀겨와 옥수수자루 분말을 무게비 1:1로 혼합한 것을 분쇄기(10)에 투입 분쇄하여 135 메쉬의 원료분말을 얻고, 원료 혼합단계(S2단계)에서 상기 원료분말 80중량%에 부원료로서 접착성 페이스트 12중량%, 정제수 5중량%, 방수제로서 카르바미드 2.5중량%, 방유제로서 염화비닐 0.5중량%를 가하여 혼련기(20)로 혼합하여 혼합물을 얻었다.

이어서 성형단계(S3단계)에서 증기로 가열된 95℃의 온도 분위기에서 성형기(30)의 압연롤러로 1.3kg/㎠의 압력을 가하여 균일한 두께를 갖도록 성형한 다음 건조단계(S4단계)에서 건조기(40)로서 열풍건조기를 사용하여 130℃의 온도로 20분 동안 가열함으로써 성형된 식품용기를 고화(固化)하여 건조하고, 그 다음에는 살균소독단계(S5단계)에서 성형된 식품용기를 탈형하여 탈형된 식품용기를 살균소독기(50)를 이용하여 소독실에서 이산화염소로 살균소독하였다.

마지막으로 포장단계(S6단계)에서 포장기(60)로서 고주파 실링기를 사용하여 포장용 파우치로 포장하여 제품화하였다.

시험예 1

상기 실시예 1을 통해 제조된 식품포장용기의 내구성 및 내후성을 다음과 같이 평가하였다.

제조된 식품용기의 누수현상을 확인하기 위해 식품용기에 상온수, 110℃의 온수, 탄산음료, 80℃의 커피를 담아 12시간 상온에서 보관하면서 식품용기의 외관변화를 조사하였다. 그 결과 식품용기의 바닥면 및 측면에서 상기 액체의 누수 또는 젖는 현상이 나타나지 않음을 확인할 수 있었다.

또한 내후성 평가를 위해 상온수를 채운 식품용기를 1℃, 5℃, 40℃ 및 80℃, 90℃의 온도에 10시간 동안 보관한 결과 상기 액체의 누수 또는 젖는 현상이 나타나지 않음을 확인할 수 있었다.

시험예 2

상기 실시예 1을 통해 제조된 식품포장용기의 생분해도를 다음과 같은 실험으로 측정하였다.

생분해도 측정 실험은 ISO 14855(국제규격)와 동일한 방법으로 KS M 3100-1의 지침에 따라 실시하였으며, 생분해도 측정은 퇴비화 측정시 45일간 표준물질(셀룰로오스)의 분해가 80% 이상을 나타내고, 용기별 표준물질의 분해도 차가 15%로 나타나 본 발명의 방법으로 제조된 식품용기의 탁월한 친환경성이 확인되었다.

실시예2 .

상기 실시예 1과 다르게 원료에 전분을 추가하여 본 발명 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기 제조방법으로 식품용기를 제조하고, 제조된 식품용기의 성능을 평가해 보았다.

먼저 원료 분쇄단계(S11단계)에서 주원료로서 밀겨와 옥수수자루 분말을 무게비 1:1로 혼합한 것을 분쇄기(10)에 투입 분쇄하여 135 메쉬의 원료분말을 얻고, 원료 혼합단계(S12단계)에서 상기 원료분말 80중량%에 부원료로서 접착성 페이스트 11중량%, 전분 1중량%,정제수 5중량%, 방수제로서 카르바미드 2.5중량%, 방유제로서 염화비닐 0.5중량%를 가하여 혼련기(20)로 혼합하여 혼합물을 얻었다.

이어서 성형단계(S13단계)에서 증기로 가열된 95℃의 온도 분위기에서 성형기(30)의 압연롤러로 1.3kg/㎠의 압력을 가하여 균일한 두께를 갖도록 성형한 다음 반건조단계(S14'단계)에서 성형된 식품용기로부터 20초 동안 수분을 제거하고, 건조단계(S4단계)에서 건조기(40)로서 열풍건조기를 사용하여 130℃의 온도로 60초 동안 가열함으로써 성형된 식품용기를 고화(固化)하여 건조하고, 그 다음에는 살균소독단계(S15단계)에서 성형된 식품용기를 탈형하여 탈형된 식품용기를 살균소독기(50)를 이용하여 소독실에서 이산화염소로 살균소독하였다.

마지막으로 포장단계(S16단계)에서 포장기(60)로서 고주파 실링기를 사용하여 포장용 파우치로 포장하여 제품화하였다.

시험예 3

상기 실시예 2를 통해 제조된 식품포장용기의 내구성 및 내후성을 다음과 같이 평가하였다.

제조된 식품용기의 누수현상을 확인하기 위해 식품용기에 상온수, 120℃의 온수, 탄산음료, 70℃의 커피를 담아 13시간 상온에서 보관하면서 식품용기의 외관변화를 조사하였다. 그 결과 식품용기의 바닥면 및 측면에서 상기 액체의 누수 또는 젖는 현상이 나타나지 않음을 확인할 수 있었다.

또한 내후성 평가를 위해 상온수를 채운 식품용기를 1℃, 5℃, 40℃ 및 80℃, 90℃의 온도에 12시간 동안 보관한 결과 상기 액체의 누수 또는 젖는 현상이 나타나지 않음을 확인할 수 있었다.

시험예 4

상기 실시예 2를 통해 제조된 식품포장용기의 생분해도를 다음과 같은 실험으로 측정하였다.

생분해도 측정 실험은 ISO 14855(국제규격)와 동일한 방법으로 KS M 3100-1의 지침에 따라 실시하였으며, 생분해도 측정은 퇴비화 측정시 40일간 표준물질(셀룰로오스)의 분해가 80% 이상을 나타내고, 용기별 표준물질의 분해도 차가 15%로 나타나 본 발명의 방법으로 제조된 식품용기의 탁월한 친환경성이 확인되었다.

10 : 분쇄기 20 : 혼련기
30 : 성형기 40 : 건조기
50 : 살균소독기 60 : 포장기

Claims

식품용기 전체 중량 대비 분말도 130 ∼ 140메쉬의 쌀겨, 보릿겨, 밀겨, 옥수수 분말 및 사탕수수 분말 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 주원료 75 ∼ 85중량%, 페이스트 5 ∼ 15중량%, 정제수 4.5 ∼ 6.5중량%, 방수제 1 ∼ 3중량%, 방유제 0.3 ∼ 0.7중량%로 이루어진 생분해 가능한 친환경 경량 식품용기용 조성물.
제1항의 방법으로 제조된 식품용기.