KR20210053361A - 수분차단성 생분해 필름, 이의 제조방법, 상기 필름을 포함하는 포장지 및 스티커 - Google Patents

수분차단성 생분해 필름, 이의 제조방법, 상기 필름을 포함하는 포장지 및 스티커 Download PDF

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Abstract

생분해 필름 및 상기 생분해 필름 상에 위치하는 수용성 아크릴 코팅층을 포함하고, 상기 수용성 아크릴 코팅층은 수용성 폴리아크릴계 수지를 포함하는 수분차단성 생분해 필름, 이의 제조방법, 상기 수분차단성 생분해 필름을 포함하는 포장지 및 스티커가 제공된다.

Description

수분차단성 생분해 필름, 이의 제조방법, 상기 필름을 포함하는 포장지 및 스티커 {MOISTURE BARRIER BIODEGRADABLE FILM, MANUFACTURING METHOD THEREOF, PACKAGING SHEET AND STICKER COMPRISING THE FILM}
본 기재는 수분차단성 생분해 필름, 이의 제조방법, 상기 제조방법으로 제조된 수분차단성 생분해필름, 상기 필름을 포함하는 포장지 및 스티커에 관한 것이다.
현재 베이커리류나 편의점 등에서 판매되는 패스트푸드 제품(김밥, 삼감김밥, 샌드위치, 햄버거 등)그리고 바나나 등의 과일류의 포장지는 석유계로부터 유래되는 범용 플라스틱인 폴리프로필렌으로 만들어진다. 폴리프로필렌은 수분 차단성이 우수하여 베이커리류 제품 등의 수분이탈을 막아주어 곰팡이나 세균 증식에 효과가 있고 가격이 저렴하여 일반적으로 많이 쓰여지고 또한 많이 버려지는 포장소재이다.
최근에는 녹색성장 투자재원 마련 및 지구의 온실가스 감축을 위해 탄소세와 탄소배출권 거래 제도에 대한 검토가 적극 추진되고 있으며, 이러한 환경에 대한 이슈로 인하여 석유에서 유래된 플라스틱이 환경의 주범으로 인식되고 있다. 폴리프로필렌 또한 버려져서 썩는데까지 100년 이상이 걸리며, 분해되면서 미세플라스틱으로 변하여 생태계의 오염을 가속시키고 있다.
이러한 움직임으로 자연에서 분해되고 원료가 친환경인 생분해 필름에 대한 관심이 증가되고 있으며, 특히 생분해성이 높은 지방족 폴리에스터인 폴리락트산에 대한 연구와 응용이 많이 진행되고 있다.
그러나 생분해 필름으로 가장 많이 쓰여 지고 있는 폴리락트산은 수분에 많이 취약하여 식품의 보호 및 유통안전성의 역할을 하고 있는 식품 포장재로는 많이 사용되고 있지 않다. 실제로, 폴리락트산의 수분투과도는 폴리프로필렌의 수분투과도의 약 50배 정도이다.
이러한 물성차이로 인하여, 환경문제가 있음에도 불구하고, 과일류, 베이커리류, 샌드위치, 김밥, 햄버거 등의 포장에는 폴리프로필렌이 여전히 많이 사용되고 있다.
최근에는 폴리프로필렌에 대한 문제점 때문에, 폴리프로필렌 대신 폴리프로필렌보다 배리어 성능이 더 우수한 실리카, 알루미나 등의 산화물이 증착된 코팅필름을 사용하거나, PVDC 등이 코팅되거나 합지된 필름을 사용하기도 하는데, 이러한 필름들 역시 금속이나 염소 등을 포함하기에 환경문제를 해결하는데 전혀 도움이 되지 않는다.
일 구현예는 생분해필름을 포장지로 사용하여 폴리프로필렌과 같은 환경오염 이슈가 없으면서, 동시에 생분해필름의 단점인 수분투과도가 높아 수분에 대한 배리어 성능이 저하되는 점을 해결할 수 있는 수분차단성 생분해 필름을 제공하기 위한 것이다.
다른 일 구현예는 상기 생분해 필름의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또 다른 일 구현예는 상기 제조방법으로 제조된 수분차단성 생분해 필름을 제공하기 위한 것이다.
또 다른 일 구현예는 상기 수분차단성 생분해 필름을 포함하는 포장지를 제공하기 위한 것이다.
또 다른 일 구현예는 상기 수분차단성 생분해 필름을 포함하는 스티커를 제공하기 위한 것이다.
일 구현예는 생분해 필름 및 상기 생분해 필름 상에 위치하는 수용성 아크릴 코팅층을 포함하고, 상기 수용성 아크릴 코팅층은 수용성 폴리아크릴계 수지를 포함하는 수분차단성 생분해 필름을 제공한다.
상기 생분해 필름은 폴리락트산 수지 필름, 폴리부틸렌아디페이트-코-테레프탈레이트 수지 필름, 폴리카프로락톤 수지 필름 또는 폴리부틸렌석시네이트 수지 필름일 수 있다.
상기 수용성 아크릴 코팅층은 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
상기 수분차단성 생분해 필름은 상기 수용성 아크릴 코팅층 상에 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 보호층은 수용성 우레탄 수지를 포함할 수 있다.
상기 보호층은 슬립제를 더 포함할 수 있다.
상기 보호층은 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
상기 수분차단성 생분해 필름은 상기 수용성 아크릴 코팅층 및 보호층 사이에 인쇄층을 더 포함할 수 있다.
상기 생분해 필름 및 수용성 아크릴 코팅층을 포함하는 수분차단성 생분해 필름은 50 g/m2*day 내지 110 g/m2*day의 수분투과도를 가질 수 있다.
상기 생분해 필름, 수용성 아크릴 코팅층 및 보호층을 포함하는 수분차단성 생분해 필름은 10 g/m2*day 내지 70 g/m2*day의 수분투과도를 가질 수 있다.
상기 수분차단성 생분해 필름은 투명 수분차단성 생분해 필름일 수 있다.
다른 일 구현예는 생분해 필름 상에 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅 후 건조하여 생분해 필름 상에 수용성 아크릴 코팅층을 수득하는 단계를 포함하는 수분차단성 생분해 필름 제조방법을 제공한다.
상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액은 8.0 내지 9.5의 pH를 가질 수 있다.
상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액은 상기 코팅액 총량에 대해 수용성 폴리아크릴계 수지를 40 중량% 내지 50 중량%로 포함할 수 있다.
상기 코팅하는 단계에서 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량은 1.0 g/m3 내지 4.0 g/m3 일 수 있다.
상기 건조는 3m 이상의 길이를 가지는 건조 후드에서 50℃ 내지 80℃의 온도 조건 하에서 40 rpm 내지 100 rpm의 속도로 수행될 수 있다.
상기 건조 후드는 예열부, 제1 건조부 및 제2 건조부를 포함하고, 상기 예열부 및 제2 건조부 각각의 온도는 상기 제1 건조부의 온도보다 낮을 수 있다.
상기 수분차단성 생분해 필름 제조방법은 투명 수분차단성 생분해 필름 제조방법일 수 있다.
상기 생분해 필름은 폴리락트산 수지 필름, 폴리부틸렌아디페이트-코-테레프탈레이트 수지 필름, 폴리카프로락톤 수지 필름 또는 폴리부틸렌석시네이트 수지 필름일 수 있다.
상기 수용성 폴리아크릴계 코팅액은 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
상기 수분차단성 생분해 필름 제조방법은 상기 수용성 코팅층 상에 수용성 우레탄 수지 코팅액을 코팅하는 단계; 및 상기 수용성 우레탄 수지 코팅액을 코팅 후 이를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수용성 우레탄 수지 코팅액은 상기 코팅액 총량에 대해 수용성 우레탄 수지를 20 중량% 내지 30 중량%로 포함할 수 있다.
상기 수용성 우레탄 수지 코팅액을 코팅하는 단계에서 상기 수용성 우레탄 수지 코팅액의 코팅량은 0.5 g/m3 내지 3.0 g/m3 일 수 있다.
상기 수용성 우레탄 수지 코팅액은 슬립제, 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 구현예는 상기 제조방법으로 제조된 수분차단성 생분해 필름을 제공한다.
또 다른 일 구현예는 상기 수분차단성 생분해 필름을 포함하는 포장지를 제공한다.
상기 포장지는 식품용 포장지일 수 있다.
상기 식품은 과일류, 케이크, 샌드위치, 햄버거, 김밥 또는 베이커리류를 포함할 수 있다.
또 다른 일 구현예는 상기 수분차단성 생분해 필름을 포함하는 스티커를 제공한다.
기타 본 발명의 측면들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
일 구현예에 따른 수분차단성 생분해 필름은 종래 생분해 필름이 가지는 문제점인 수분에 대한 배리어 성능이 크게 저하되는 부분을 해결함으로써, 생분해 필름을 과일류, 케이크, 샌드위치, 베이커리류, 햄버거, 김밥 등의 포장지로 사용할 수 있게 하여, 폴리프로필렌 등의 종래 포장지가 가지고 있는 환경오염의 문제점을 완벽하게 해결할 수 있다. 폴리프로필렌과 같은 기존 플라스틱과 달리, 생분해 필름은 자연에서 매립 및 분해될 수 있기 때문이다. 또한 기존 플라스틱 제품을 사용하지 않기에 미세플라스틱 문제도 해결할 수 있다.
나아가, 필름 상에 별도의 배리어 소재를 합지하지 않기에 필름 제조 시 발생되는 폐기물의 양과 탄소 배출량을 크게 감소시킬 수 있다는 점에서도 매우 친환경적이다.
또한, 포장되는 제품에 따라 필름의 수분차단성을 달리하여 포장지를 제조할 수 있어, 포장되는 제품에 최적화된 포장지를 제공할 수 있다. 예컨대, 과일이나 야채류 등은 수분 이탈이 어느 정도 필요하기에 이를 포장하는 포장지의 수분차단성이 낮도록 필름을 제조하고, 베이커리류 등은 수분 이탈이 필요하지 않기에 이를 포장하는 포장지의 수분차단성이 높도록 필름을 제조하는 것이 필요한데, 일 구현예에 따르면, 보호층의 추가 여부에 따라 상기 수분차단성을 달리할 수 있으며, 필름을 구성하는 각각의 층의 두께를 상이하게 함으로써 수분차단성을 달리할 수도 있어, 여러 제품에 최적화된 포장지를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 독립적으로 일 구현예예 따른 수분차단성 생분해 필름을 나타낸 단면도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 수분차단성 생분해 필름 제조공정에 사용되는 기기를 간략하게 나타낸 도면이다.
본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
종래의 수분차단성 필름은 알루미나나 실리카를 증착하거나 배리어 물질인 PVDC 등을 필름에 코팅하여 제조하였다. 이러한 증착 및 코팅 방식은 고온의 조건에서 작업이 이루어지기 때문에, 열에 약한 생분해 필름에는 적용이 어려웠다. (생분해 필름의 열변형 온도는 약 80℃(80℃ 초과의 온도)인데 반해, 종래 수분차단성 필름 제조 시 열증착 온도는 약 300℃이고, PVDC 코팅 필름의 건조 온도는 약 120℃이다.) 또한 PVDC 코팅 필름은 소각 시 환경 호르몬 배출 등의 문제가 있다. 최근 들어 환경에 대한 경각심이 높아지고, 환경호르몬 배출 등의 문제로 인해 1회용 용기 사용 금지 법안이 마련되는 등 환경 관련 이슈가 높아지고 있으며, 이러한 추세에 발맞추어 생분해 필름을 포장재, 특히 식품 포장재로 이용하려는 시도가 계속되고 있다. 그러나, 생분해 필름은 그 자체로는 친환경 소재이나 수분에 대한 배리어 성능이 낮아 이를 식품용 포장재로 사용하기에 적절하지 않았다. (생분해 필름을 그 자체로 수분차단성이 매우 낮아, 이를 단독으로 야채류나 과일류 등의 포장재로 사용할 경우, 야채류나 과일류의 수분 손실이 너무 과하여 오히려 제품의 저장안정성을 저하시키게 된다.)
한편, 식품을 포장할 경우, 식품에 따라 수분차단성이 높은 포장재를 사용해야 하는 경우도 있고, 수분차단성이 낮은 포장재를 사용해야 하는 경우도 있다. 예를 들어 야채류나 과일류의 경우 야채나 과일 스스로 호흡을 하기에 수분이 어느정도 포장재를 통해 포장재 밖으로 배출되는 것이 포장된 야채류나 과일류의 신선도를 높여 저장안성성을 개선할 수 있다. 한편, 베이커리류의 경우 수분이 빠져나가면 베이커리류가 딱딱하게 굳어버리기에 수분이 잘 빠져나가지 못하도록 수분차단성이 높은 포장재를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 점들 때문에, 아직까지 친환경 소재를 이용한 식품 전용 포장지에 대한 개발이 완벽하게 이루어지지 못하고 있으며, 포장되는 식품의 종류마다 각각 상이한 공정을 적용하여 필름을 생산할 경우 경제성이 크게 떨어지기에, 각각의 식품에 최적화된 수분차단성 친환경(생분해) 필름에 대한 요구는 아직까지도 계속되고 있다.
본 발명자들은 오랜 연구 끝에, 생분해 필름 상에 수용성 폴리아크릴계 수지를 포함하는 수용성 아크릴 코팅층을 코팅시킴으로써, 전술한 문제점을 모두 해결할 수 있었다.
구체적으로, 상기 생분해 필름 상에 코팅되는 아크릴 코팅층은 수용성층이다. 이로 인해 일 구현예에 따른 필름이 폐기될 때에도 쉽에 물에 녹기 때문에, 환경오염 문제를 발생시키지 않을 수 있다.
또한, 상기 수용성 아크릴 코팅층은 수용성 폴리아크릴계 수지 외에 폴리비닐알코올이나, 무기물, 산화물 등은 포함하지 않는다. 종래에 필름의 기능성 저하를 방지하기 위해 폴리비닐알코올이나 무기물, 산화물 등을 함께 혼합하여 사용하려는 시도 등이 있었으나, 이는 환경오염 문제를 발생시키는 원인이 될 수 있어 바람직하지 않다. 일 구현예에서는 수용성 아크릴 코팅층의 조성을 크게 단순화함으로써, 추가 첨가물에 의해 발생될 수 있는 환경오염 문제를 원천적으로 차단하였다.
나아가, 상기 생분해 필름은 폴리락트산 수지 필름, 폴리부틸렌아디페이트-코-테레프탈레이트 수지 필름, 폴리카프로락톤 수지 필름 또는 폴리부틸렌석시네이트 수지 필름일 수 있다. 즉, 상기 생분해 필름은 예컨대 폴리락트산 수지 필름 자체를 의미하는 것이며, 상기 폴리락트산 수지 필름 외에 추가의 첨가제(산화물 등)나 폴리머가 포함되지 않는다.
한편, 상기 수용성 아크릴 코팅층은 생분해 필름 내 공극을 메꾸는 역할을 하기에, 수분투과도를 크게 낮출 수 있어, 일 구현예에 따른 필름의 수분차단성을 크게 향상시킬 수 있다.
즉, 일 구현예는 상기 생분해 필름과 상기 생분해 필름 상에 코팅되는 코팅층의 조성을 크게 단순화하고, 상기 코팅층을 수용성 성분으로 한정함으로써, 친환경적이면서도 수분차단성이 우수한 필름을 제공할 수 있다.
예컨대, 상기 생분해 필름은 환경부 친환경 인증 기준인 EL724 인증에 부합되는 수지 필름, 예컨대 식품용 용출 실험 기준이 있는 폴리락트산 수지 필름일 수 있다. 다만, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 필름, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지 필름 등은 생분해성 측면 및 수용성 아크릴 코팅층과의 호환성 측면을 고려할 때, 일 구현예에 따른 생분해 필름을 사용하기에는 바람직하지 않을 수 있다.
상기 수용성 아크릴 코팅층은 필요에 따라 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 단, 상기 소포제, pH 조절제 등은 환경 오염과 연관된 금속 산화물로 이루어진 것은 배제할 수 있다.
한편, 생분해 필름 상에 수용성 아크릴 코팅층을 코팅하더라도, 포장지의 인쇄 작업이나 유통 과정 중에 수용성 아크릴 코팅층이 깨지거나 오염되어 수분차단기능을 상실할 가능성도 배제할 수는 없다.
상기 생분해 필름 및 상기 생분해 필름 상에 코팅된 수용성 아크릴 코팅층으로 구성된 수분차단성 생분해 필름은 50 g/m2*day 내지 110 g/m2*day의 수분투과도를 가질 수 있다. 즉, 수용성 아크릴 코팅층의 추가로 인해 생분해 필름의 수분투과도를 크게 낮추었으며, 아크릴 코팅층을 수용성 물질로 구성함으로써 생분해 필름의 생분해성에 영향을 미치지 않도록 하였다.
일 구현예에서는 이러한 문제점을 보완하기 위해 상기 수용성 아크릴 코팅층 상에 보호층을 더 포함하는 수분차단성 생분해 필름을 제공할 수 있다.
상기 보호층은 연성이 강하고 내구성 및 내화학성이 우수한 수용성 우레탄 수지를 포함할 수 있다.
상기 수용성 우레탄 수지를 포함하는 보호층이 상기 수용성 아크릴 코팅층 상에 추가될 경우, 상기 보호층은 단순히 수용성 아크릴 코팅층을 보호하는 역할을 수행하는 것 외에도, 수용성 아크릴 코팅층 내 공극 부분을 커버(cover)함으로써, 필름 전체의 수분투과도 수지를 낮추어 수분차단성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 보호층은 슬립제를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 수분차단성 생분해 필름을 구성하는 코팅층 또는 후술하는 인쇄층의 뜯김을 더 효과적으로 방지할 수 있으며, 미끄럼성이 부여되어 식품의 포장 설비에서 원활한 작업이 가능하게 할 수 있다.
상기 보호층은 필요에 따라 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 단, 상기 소포제, pH 조절제 등은 환경 오염과 연관된 금속 산화물로 이루어진 것은 배제할 수 있다.
상기 수분차단성 생분해 필름은 상기 수용성 아크릴 코팅층 및 보호층 사이에 인쇄층을 더 포함할 수 있다. 상기 인쇄층에 사용되는 잉크는 알코올 잉크, 예컨대 에탄올 잉크일 수 있다. 종래에는 인쇄층에 사용되는 잉크 사용 시 에틸 아세테이트, 메틸에틸케톤, 톨루엔 등을 용매로 사용하였는데 이러한 용매는 모두 유기휘발성이 매우 강한 독성물질이기에 대기오염을 일으키는 원인이 될 수 있으며, 무엇보다도 폴리락트산 수지 필름, 폴리부틸렌아디페이트-코-테레프탈레이트 수지 필름, 폴리카프로락톤 수지 필름, 폴리부틸렌석시네이트 수지 필름 등의 생분해 필름까지 녹이기에 일 구현예에 따른 수분차단성 생분해 필름에 적용되기에 적합하지 않을 수 있다. 그러나, 상기 에탄올 잉크는 전술한 대기오염을 일으키지 않으면서도, 상기 생분해 필름을 녹이지 않아 친환경적이면서 일 구현예에 따른 수분차단성 생분해 필름에 적용되기에 적합할 수 있다.
상기 생분해 필름, 상기 생분해 필름 상에 위치하는 수용성 아크릴 코팅층 및 상기 수용성 아크릴 코팅층 상에 위치하는 보호층으로 구성된(또는 인쇄층을 더 포함하는) 수분차단성 생분해 필름은 10 g/m2*day 내지 70 g/m2*day의 수분투과도를 가질 수 있다. 상기 보호층으로 인해 수분차단성 생분해 필름의 수분투과도를 더욱 낮출 수 있으며, 상기 보호층 또한 수용성 우레탄 수지로 구성될 수 있기에 생분해 필름의 생분해성에는 아무런 영향을 주지 않을 수 있다.
예컨대, 상기 수분차단성 생분해 필름은 투명 수분차단성 생분해 필름일 수 있다.
다른 일 구현예에 따르면, 생분해 필름 상에 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅 후 건조하여 생분해 필름 상에 수용성 아크릴 코팅층을 수득하는 단계를 포함하는 수분차단성 생분해 필름 제조방법을 제공한다.
종래 식품 포장지로 사용되는 필름 제조 시에는 합지 공정(배리어성능 부여를 위한 배리어 필름합지 공정)과 타공 공정(야채류나 과일류 포장 시 제품의 호흡으로 인해 발생된 에틸렌 가스를 배출하기 위한 별도의 타공 공정)이 필수로 포함되어야 했는데, 일 구현예에 따르면 종래 필수 공정이었던 합지 공정이 불요하며, 타공 공정 또한 In-line 방식으로 타공 공정을 매우 간단하게 실시하거나 경우에 따라 타공 공정 자체가 필요하지 않은 바, 제조 공정 축소로 인한 이산화탄소 저감 효과를 기대할 수 있다. 또한, 합지 공정이 불요하기에 최종적으로 제조되는 포장지의 경량화가 가능하여 폐기물의 양 또한 감량시킬 수 있어 친환경적이다.
상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액은 염기성, 예컨대 8.0 내지 9.5의 pH를 가지는 것이 수용성 성질을 가져, 사용 후 폐기 시에 용이하게 분해될 수 있다.
상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액은 상기 코팅액 총량에 대해 수용성 폴리아크릴계 수지를 40 중량% 내지 50 중량%로 포함할 수 있다. 즉, 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액은 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 40 중량% 내지 50 중량% 및 물 등의 용매 50 중량% 내지 60 중량%로 구성될 수 있다. 상기 수용성 폴리아크릴계 수지가 상기 범위로 포함된 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액을 사용할 경우 친환경 특성과 수분에 대한 높은 배리어 성능을 동시에 달성시킬 수 있다.
상기 코팅하는 단계에서 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량은 1.0 g/m3 내지 4.0 g/m3 일 수 있다. 상기 코팅액의 코팅량이 상기 범위 이내일 경우, 코팅량이 적절하여 코팅이 원활하게 이루어지며 수분에 대한 배리어 성능을 우수하게 나타낼 수 있으며, 두께 또한 너무 두껍지 않아 추후 성형에 불리하지 않을 수 있다.
상기 코팅은 그라비아 코터, 바코터, 플렉소 코터, 스프레이 코터, 블레이드코터 등의 방식을 이용하여 코팅될 수 있다. 이 중 상기 그라비아 방식의 코팅 조건에서는 헤리오 및 레이저 방식의 동판을 사용하되 저심도 및 레이저 판동을 적용하여 도포된 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액을 잘 펴주어야 한다.
생분해 필름은 열에 약하고 수분에 의하여 분해 될 수 있어서 건조 조건이 중요하며, 상기 폴리아크릴계 수지 코팅액이 수용성이기에 충분히 건조되지 않을 시 투명성이 떨어지고 도포된 코팅액이 벗겨질 수 있어서, 3m 이상의 길이를 가지는 건조 후드에서 60℃ 내지 80℃의 온도 조건 하에서 60 rpm 내지 120 rpm의 속도로 상기 건조를 수행하는 것이 바람직할 수 있다.
예컨대, 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량이 적을수록(1.0 g/m3에 가까울수록) 상기 건조 속도는 빠를 수 있고(최대 120 rpm), 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량이 많을수록(4.0 g/m3에 가까울수록) 상기 건조 속도는 느릴 수 있다(최대 60 rpm). 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량 및 건조 속도가 전술한 바와 같이 적절하게 조절되어야 공정성 향상을 꾀할 수 있다.
예컨대, 상기 건조 후드는 예열부, 제1 건조부 및 제2 건조부를 포함하고, 상기 예열부 및 제2 건조부 각각의 온도는 상기 제1 건조부의 온도보다 낮을 수 있다. 구체적으로 상기 건조 후드는 예열부로서 기능하는 제1 후드, 건조부로서 기능하는 제2 후드 및 건조부로서 기능하는 제3 후드를 포함할 수 있고, 이 때 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액이 코팅된 생분해 필름은 상기 제1 후드(예열부), 제2 후드(제1 건조부), 제3 후드(제2 건조부)를 순차적으로 통과하면서 건조될 수 있다. 그리고, 상기 제1 후드(예열부)의 온도는 상기 제2 후드(제1 건조부)의 온도보다 낮을 수 있다. 상기 제1 후드(예열부)의 온도가 상기 제2 후드(제1 건조부)의 온도보다 낮아야 상기 생분해 필름이 쪼그라들거나 불투명해지는 등의 열변형없이 건조가 진행될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 후드(예열부)의 온도는 약 60℃일 수 있고, 이 때 상기 제2 후드(제1 건조부)의 온도는 약 80℃일 수 있고, 상기 제3 후드(제2 건조부)의 온도는 약 60℃일 수 있다. 상기 생분해 필름은 80℃ 초과의 온도에서는 열변형이 매우 쉽게 일어나기에 약 60℃ 내지 70℃의 온도에서 예열해주는 공정이 매우 중요할 수 있다. 즉, 상기 제1 후드(예열부)가 없다면, 건조 후에는 쪼그라든 형태 또는 불투명한 형태의 필름이 수득될 수 있어 바람직하지 않을 수 있다. 즉, 상기 건조 후드는 상기 온도 조건을 만족하는 예열부(제1 후드) 및 건조부(제2 후드 및 제3 후드)를 포함함으로써, 일 구현예에 따른 수분차단성 생분해 필름은 투명할 수 있다.
예컨대, 상기 건조 후드는 제1 후드(예열부), 제2A 후드(제1A 건조부), 제2B 후드(제1B 건조부) 및 제3 후드(제2 건조부)를 포함하고, 상기 제1 후드(예열부) 및 제3 후드(제2 건조부) 각각의 온도는 상기 제2A 후드(제1A 건조부) 및 제2B 후드(제1B 건조부) 각각의 온도보다 낮을 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 후드(예열부)의 온도는 약 60℃ 일 수 있고, 상기 제2A 후드(제1A 건조부) 및 제2B 후드(제2B 건조부) 각각의 온도는 약 80℃ 일 수 있고, 상기 제3 후드(제2 건조부)의 온도는 약 60℃ 일 수 있다.
예컨대, 상기 건조 후드는 제1 후드(예열부), 제2A 후드(제1A 건조부), 제2B 후드(제1B 건조부), 제2C 후드(제1C 건조부) 및 제3 후드(제2 건조부)를 포함하고, 상기 제1 후드(예열부) 및 제3 후드(제2 건조부) 각각의 온도는 상기 제2A 후드(제1A 건조부), 제2B 후드(제1B 건조부) 및 제2C 후드(제1C 건조부) 각각의 온도보다 낮을 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 후드(예열부)의 온도는 약 60℃ 일 수 있고, 상기 제2A 후드(제1A 건조부), 제2B 후드(제1B 건조부) 및 제2C 후드(제1C 건조부) 각각의 온도는 약 80℃ 일 수 있고, 상기 제3 후드(제2 건조부)의 온도는 약 60℃ 일 수 있다.
상기 제1 후드(예열부)의 온도는 60℃ 내지 70℃ 일 수 있다. 상기 제1 후드(예열부)의 온도가 60℃ 미만일 경우 예열부로서의 기능을 수행할 수 없어, 예열없이 바로 상기 생분해필름을 80℃의 고온에서 건조하는 것과 마찬가지의 결과(생분해필름의 열변형 발생)가 나타날 수 있으며, 상기 제1 후드(예열부)의 온도가 70℃ 초과인 경우 예열부와 제1 건조부 간 온도 차이가 거의 없어 역시 생분해필름의 열변형이 발생할 가능성이 높으므로, 바람직하지 않을 수 있다.
현재가지도 포장용 필름으로 광범위하게 사용되는 폴리프로필렌 수지 필름의 경우 120℃와 같은 높은 온도에서도 열변형이 일어나지 않기에 상기와 같은 예열 과정이 필요없으나, 상기 생분해 필름은 폴리프로필렌 수지 필름과는 그 물성 자체가 다르기에 열변형을 일으키지 않으면서도 공정성을 향상시키기 위해 예열 과정이 필요하며, 예열 과정 및 이후의 건조 과정 간 온도 조절 또한 중요하고, 여기에 덧붙여 상기 건조 과정에서의 속도 또한 적절하게 조절될 필요가 있다.
한편, 공정성을 더욱 향상시키기 위해 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액은 알코올을 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 건조 과정이 보다 신속하게 일어나 공정성 측면에서 매우 유리할 수 있다. 상기 알코올은 건조 공정 중에 모두 휘발되기에 최종적으로 수득되는 필름의 생분해성 및 친환경성에 아무런 영향을 미치지 않을 수 있다.
상기 생분해 필름은 폴리락트산 수지 필름, 폴리부틸렌아디페이트-코-테레프탈레이트 수지 필름, 폴리카프로락톤 수지 필름 또는 폴리부틸렌석시네이트 수지 필름일 수 있으며, 이는 전술한 바와 같다.
상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액은 필요에 따라 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있으며, 이는 전술한 바와 같다.
다른 일 구현예에 따른 수분차단성 생분해 필름 제조방법은 상기 수용성 코팅층 상에 수용성 우레탄 수지 코팅액을 코팅하는 단계; 및 상기 수용성 우레탄 수지 코팅액을 코팅 후 이를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수용성 우레탄 수지 코팅액은 상기 코팅액 총량에 대해 수용성 우레탄 수지를 20 중량% 내지 30 중량%로 포함할 수 있다. 즉, 상기 수용성 우레탄 수지 코팅액은 상기 수용성 우레탄 수지 20 중량% 내지 30 중량% 및 물 등의 용매 70 중량% 내지 80 중량%로 구성될 수 있다. 상기 수용성 우레탄 수지가 상기 범위로 포함된 수용성 우레탄 수지 코팅액을 사용할 경우 친환경 특성과 수분에 대한 높은 배리어 성능을 동시에 달성시킬 수 있다.
상기 수용성 우레탄 수지 코팅액을 코팅하는 단계에서 상기 수용성 우레탄 수지 코팅액의 코팅량은 0.5 g/m3 내지 3.0 g/m3 일 수 있다. 상기 코팅액의 코팅량이 상기 범위 이내일 경우, 코팅량이 적절하여 코팅이 원활하게 이루어지며 수분에 대한 배리어 성능을 우수하게 나타낼 수 있으며, 두께 또한 너무 두껍지 않아 추후 성형에 불리하지 않을 수 있다.
예컨대, 상기 수용성 우레탄 수지 코팅액의 코팅량은 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량보다 적을 수 있다. 예컨대, 상기 수용성 우레탄 수지를 포함하는 보호층의 두께는 상기 수용성 폴리아크릴계 수지를 포함하는 수용성 아크릴 코팅층의 두께보다 얇을 수 있다. 이 경우, 성형에 유리할 뿐만 아니라, 수용성 아크릴 코팅층과 보호층의 두께 조절이 용이하여 포장되는 식품에 최적화된 수분차단성을 갖는 필름을 제조할 수 있다.
다시 말해, 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량은 1.0 g/m3 내지 4.0 g/m3, 예컨대 1.0 g/m3 내지 3.0 g/m3이고, 상기 수용성 우레탄 수지 코팅액의 코팅량은 0.5 g/m3 내지 3.0 g/m3, 예컨대 0.5 g/m3 내지 2.0 g/m3일 수 있으며, 이러한 코팅량의 범위 내에서는 코팅량의 조절이 용이해 코팅층의 두께 조절을 통해 포장되는 식품에 따른 최적의 수분차단성 생분해 필름을 구현할 수 있다.
상기 수용성 우레탄 수지 코팅액은 필요에 따라 슬립제, 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있으며, 이는 전술한 바와 같다.
또 다른 일 구현예는 상기 제조방법으로 제조된 수분차단성 생분해 필름을 제공한다.
또 다른 일 구현예는 상기 수분차단성 생분해 필름을 포함하는 포장지를 제공한다.
상기 포장지는 식품용 포장지일 수 있으며, 예컨대 야채류 포장지, 과일류 포장지(바나나용 포장지), 케이크용 포장지, 샌드위치용 포장지, 햄버거용 포장지, 김밥용 포장지 또는 베이커리류용 포장지 등일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 상기 수분차단성 생분해 필름을 포함하는 스티커를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다.　　다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(제조예)
수분차단성 생분해 필름의 제조
제조예 1
폴리락트산 수지 필름(네이쳐웍스) 상에 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액(물 50 중량%, 폴리아크릴계 수지 50 중량%; pH 9.0)을 그라비아 코팅 방식으로 코팅시킨 후 5m 길이의 건조 후드(제1 후드, 제2A 후드, 제2B 후드 및 제3 후드로 구성)를 70rpm의 속도로 통과시켜 건조(제1 후드(예열부): 60℃, 제2A 후드(제1A 건조부): 80℃, 제2B 후드(제1B 건조부): 80℃, 제3 후드(제2 건조부): 60℃)시켜, 투명한 수분차단성 생분해 필름(폴리락트산 수지 필름/수용성 아크릴 코팅층)을 제조하였다. 코팅액의 퍼짐성을 위해 스무싱 바를 설치하여 물리적으로 퍼짐성을 향상시켰다. 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량은 2.0 g/m3로 하였다.
제조예 2
수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량을 2.5 g/m3로 한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일하게 하였다.
제조예 3
수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량을 3.0 g/m3로 한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일하게 하였다.
제조예 4
제1 후드(예열부)의 온도를 55℃로 한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일하게 하였다.
제조예 5
제1 후드(예열부)의 온도를 80℃로 하고, 제2A 후드(제1A 건조부) 및 제2B 후드(제1B 건조부)의 온도를 60℃로 한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일하게 하였다.
제조예 6
제조예 1의 수분차단성 생분해 필름을 구성하는 수용성 코팅층 상에 수용성 우레탄 수지 코팅액(물 70 중량%, 우레탄 수지 30 중량%)을 그라비아 코팅 방식으로 코팅시키고, 동일한 건조 조건에서 건조시켜 보호층을 수득한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 하여, 수분차단성 생분해 필름(폴리락트산 수지 필름/수용성 아크릴 코팅층/보호층)을 제조하였다. 수용성 우레탄 수지 코팅액의 코팅량은 1.0 g/m3로 하였다.
제조예 7
제조예 1의 수분차단성 생분해 필름 대신 제조예 2의 수분차단성 생분해 필름을 사용한 것을 제외하고는 제조예 4와 동일하게 하였다.
제조예 8
제조예 1의 수분차단성 생분해 필름 대신 제조예 3의 수분차단성 생분해 필름을 사용한 것을 제외하고는 제조예 4와 동일하게 하였다.
비교제조예 1
폴리락트산 수지 필름(네이쳐웍스)만을 사용하였다.
비교제조예 2
폴리프로필렌 수지 필름(OPP30/CPP30; 율촌화학)을 사용하였다.
(평가)
투명도 및 모양 평가
제조예 1 내지 제조예 8, 비교제조예 1 및 비교제조예 2에 따른 생분해 필름의 투명도 및 모양(평평한 정도)를 육안으로 확인하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
수분투과도 평가
제조예 1 내지 제조예 3, 제조예 6 내지 제조예 8, 비교제조예 1 및 비교제조예 2에 따른 생분해 필름으로 각각 바나나를 포장한 후, 상기 필름의 수분투과도를 측정(WTR Test Report (v1.3.2.0), SYSTECH illinois Model 8001, Using Method: ASTM D3985, ASTM F1927, ASTM F1307)하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 제조예 4 및 제조예 5에 따른 필름은 불투명하고 모양이 평평하지 않아 수분투과도 평가에서 제외시켰다.
투명도 모양 수분투과도(g/m2*day)
제조예 1 투명 평평함 100
제조예 2 투명 평평함 75
제조예 3 투명 평평함 60
제조예 4 불투명 찌그러짐 -
제조예 5 불투명 찌그러짐 -
제조예 6 투명 평평함 50
제조예 7 투명 평평함 30
제조예 8 투명 평평함 20
비교제조예 1 투명 평평함 600
비교제조예 2 투명 평평함 20
상기 표 1로부터 건조 공정에서의 예열 공정 및 온도 조건이 필름의 투명도 및 모양에 큰 영향을미침을 확인할 수 있다. 또한, 일 구현예에 따른 수분차단성 생분해 필름은 종래 생분해 필름과 비교하여 수분투과도가 크게 낮아 수분에 대한 배리어 특성이 크게 증가하였음을 확인할 수 있다. 또한, 보호층을 추가함으로써 폴리프로필렌 수지 필름과 동일한 수준으로 수분투과도를 더욱 낮출 수 있으며, 수용성 아크릴 코팅층과 보호층의 두께를 조절하여 수분투과도를 조절할 수 있음도 확인할 수 있어, 포장되는 식품의 종류에 따라 최적의 수분투과도를 가지는 생분해 필름을 제조할 수 있음을 유추할 수 있다.
저장안정성 평가
제조예 1 내지 제조예 3, 제조예 6 내지 제조예 8, 비교제조예 1 및 비교제조예 2에 따른 생분해 필름으로 각각 동일한 프렌치크루아상(아인츠푸드 제조)을 포장한 후, 실온에 두고 5일차 및 6일차에 상기 프렌치크루아상의 성상을 육안으로 관찰(제조일이 1일차)하였고, 표준평판법으로 일반세균수(집락수)를 검사하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 일반세균수가 24000 CFU/g(mL) 이하이면 양호로 표기하고, 일반세균수가 24000 CFU/g(mL) 초과이면 불량으로 표기하였다. 제조예 4 및 제조예 5에 따른 필름은 불투명하고 모양이 평평하지 않아 포장재로서 사용이 불가하여 평가에서 제외시켰다. 표준평판법에 따른 일반세균수(집락수) 계산방법은 하기 수학식 1에 의하였다.
[수학식 1]
N(집락수) =
Figure pat00001
(N = 식육 g 또는 mL 당 세균 집락수
ΣC = 모든 평판에 계산된 집락수의 합
n1 = 첫 번째 희석배수에서 계산된 평판수
n2 = 두 번째 희석배수에서 계산된 평판수
d = 첫 번째 희석배수에서 계산된 평판의 희석배수)
성상 일반세균 수 (CFU/g(mL)) 안전계수
5일차 6일차 5일차 6일차
제조예 1 양호 양호 양호 양호 0.8
제조예 2 양호 양호 양호 양호
제조예 3 양호 양호 양호 양호
제조예 6 양호 양호 양호 양호
제조예 7 양호 양호 양호 양호
제조예 8 양호 양호 양호 양호
비교제조예 1 불량 불량 불량 불량
비교제조예 2 양호 양호 양호 양호
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 일 구현예에 따른 필름은 종래 폴리프로필렌 필름과 동등 수준의 저장안정성을 가짐을 알 수 있다. 즉, 일 구현예에 따른 필름은 투명하고, 친환경성을 가지면서, 기능성 측면에서도 종래 폴리프로필렌 필름과 동등 수준의 저장안정성을 가짐을 확인할 수 있으며, 따라서 갈수록 이슈가 되고 있는 환경문제에 잘 대처할 수 있는 포장재로서 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　　그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1 생분해 필름
2 수용성 아크릴 코팅층
3 보호층
4 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액
10 급지부
20 예열부
30 제1 건조부
40 제2 건조부
50 권취부

Claims (29)

  1. 생분해 필름 및
    상기 생분해 필름 상에 위치하는 수용성 아크릴 코팅층을 포함하고,
    상기 수용성 아크릴 코팅층은 수용성 폴리아크릴계 수지를 포함하는 수분차단성 생분해 필름.
  2. 제1항에서,
    상기 생분해 필름은 폴리락트산 수지 필름, 폴리부틸렌아디페이트-코-테레프탈레이트 수지 필름, 폴리카프로락톤 수지 필름 또는 폴리부틸렌석시네이트 수지 필름인 수분차단성 생분해 필름.
  3. 제1항에서,
    상기 수용성 아크릴 코팅층은 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함하는 수분차단성 생분해 필름.
  4. 제1항에서,
    상기 수분차단성 생분해 필름은 상기 수용성 아크릴 코팅층 상에 보호층을 더 포함하는 수분차단성 생분해 필름.
  5. 제4항에서,
    상기 보호층은 수용성 우레탄 수지를 포함하는 수분차단성 생분해 필름.
  6. 제5항에서,
    상기 보호층은 슬립제를 더 포함하는 수분차단성 생분해 필름.
  7. 제5항에서,
    상기 보호층은 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함하는 수분차단성 생분해 필름.
  8. 제4항에서,
    상기 수분차단성 생분해 필름은 상기 수용성 아크릴 코팅층 및 보호층 사이에 인쇄층을 더 포함하는 수분차단성 생분해 필름.
  9. 제1항에서,
    상기 수분차단성 생분해 필름은 50 g/m2*day 내지 110 g/m2*day의 수분투과도를 가지는 수분차단성 생분해 필름.
  10. 제4항에서,
    상기 수분차단성 생분해 필름은 10 g/m2*day 내지 70 g/m2*day의 수분투과도를 가지는 수분차단성 생분해 필름.
  11. 제1항에서,
    상기 수분차단성 생분해 필름은 투명 수분차단성 생분해 필름인 수분차단성 생분해 필름.
  12. 생분해 필름 상에 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액을 코팅하는 단계; 및
    상기 코팅 후 건조하여 생분해 필름 상에 수용성 아크릴 코팅층을 수득하는 단계
    를 포함하는 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  13. 제12항에서,
    상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액은 8.0 내지 9.5의 pH를 가지는 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  14. 제12항에서,
    상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액은 상기 코팅액 총량에 대해 수용성 폴리아크릴계 수지를 40 중량% 내지 50 중량%로 포함하는 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  15. 제12항에서,
    상기 코팅하는 단계에서 상기 수용성 폴리아크릴계 수지 코팅액의 코팅량은 1.0 g/m3 내지 4.0 g/m3인 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  16. 제12항에서,
    상기 건조는 3m 이상의 길이를 가지는 건조 후드에서 60℃ 내지 80℃의 온도 조건 하에서 60 rpm 내지 120 rpm의 속도로 수행되는 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  17. 제16항에서,
    상기 건조 후드는 예열부, 제1 건조부 및 제2 건조부를 포함하고,
    상기 예열부 및 제2 건조부 각각의 온도는 상기 제1 건조부의 온도보다 낮은 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  18. 제17항에서,
    상기 수분차단성 생분해 필름 제조방법은 투명 수분차단성 생분해 필름 제조방법인 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  19. 제12항에서,
    상기 생분해 필름은 폴리락트산 수지 필름, 폴리부틸렌아디페이트-코-테레프탈레이트 수지 필름, 폴리카프로락톤 수지 필름 또는 폴리부틸렌석시네이트 수지 필름인 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  20. 제12항에서,
    상기 수용성 폴리아크릴계 코팅액은 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함하는 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  21. 제12항에서,
    상기 수분차단성 생분해 필름 제조방법은
    상기 수용성 코팅층 상에 수용성 우레탄 수지 코팅액을 코팅하는 단계; 및
    상기 수용성 우레탄 수지 코팅액을 코팅 후 이를 건조하는 단계
    를 더 포함하는 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  22. 제21항에서,
    상기 수용성 우레탄 수지 코팅액은 상기 코팅액 총량에 대해 수용성 우레탄 수지를 20 중량% 내지 30 중량%로 포함하는 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  23. 제21항에서,
    상기 수용성 우레탄 수지 코팅액을 코팅하는 단계에서 상기 수용성 우레탄 수지 코팅액의 코팅량은 0.5 g/m3 내지 3.0 g/m3인 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  24. 제21항에서,
    상기 수용성 우레탄 수지 코팅액은 슬립제, 소포제, pH 조절제 또는 이들의 조합을 더 포함하는 수분차단성 생분해 필름 제조방법.
  25. 제12항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 수분차단성 생분해 필름.
  26. 제25항에 따른 수분차단성 생분해 필름을 포함하는 포장지.
  27. 제26항에서,
    상기 포장지는 식품용 포장지인 포장지.
  28. 제27항에서,
    상기 식품은 야채류, 과일류, 케이크, 샌드위치, 햄버거, 김밥 또는 베이커리류를 포함하는 포장지.
  29. 제25항에 따른 수분차단성 생분해 필름을 포함하는 스티커.
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