KR20210115654A - 성형가공을 위한 원지 및 이를 이용한 성형가공품 - Google Patents

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Abstract

비목재 펄프의 단독성분을 주성분하는 성형가공 원지는 0.70 내지 0.89g/㎤의 밀도 및 50 내지 600g/㎠의 평량을 가지는 것으로 우수한 성형 가공성으로 30mm 이상의 깊이, 바람직하게는 50mm 이상의 깊이, 더욱 바람직하게는 60mm 이상의 깊이를 갖는 트레이 등의 성형가공품을 제조할 수 있다.

Description

성형가공을 위한 원지 및 이를 이용한 성형가공품{molding base paper and molded paper vessel produced from it}
본 발명은 트레이(tray) 등의 각종 포장 용기용, 직접 사용하는 용기용, 및 종이 호일의 재료로 사용되는 성형가공을 위한 원지(原紙)에 관한 것이다. 상기 용기는 고기, 채소, 및 생선 등의 신선한 식품, 그리고 도시락, 반찬, 냉동식품, 케이크 및 국수 등과 같은 각종 가공식품의 용기, 각종 가공식품의 제조용 종이 호일 성형품으로 사용될 수 있으며, 상기 가공식품의 보관, 이동 및 직접 조리 시 사용이 가능하다. 특히 본 발명은 강도가 뛰어나고, 원지를 이용하여 성형한 용기의 외관이 매끈하여 뛰어날 뿐만 아니라, 생분해성을 가져 사용 후의 처리 시 낮은 환경부담만을 발생시키며, 특히 프레스 성형가공에 적절한 성형가공 원지에 관한 것이다.
종래, 식품 용기 등의 포장재료로서, 플라스틱제 용기가 대량으로 사용되어왔다. 널리 사용되는 플라스틱 용기의 예로는 발포 폴리스티렌 비드를 성형 가공하거나 발포 폴리스티렌 시트를 프레스 성형 가공하여 얻어지는 발포스티롤 용기; 폴리프로필렌 용기, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 용기 및 폴리비닐 클로라이드 용기가 널리 사용되고 있다. 그렇지만, 플라스틱제 용기는, 폐기처분 시의 환경에 대한 문제가 발생할 수 있다. 즉, 매립 처리를 하면 반영구적으로 분해되지 않고 땅속에 잔존하는 등의 문제가 있다.
최근, 환경 문제, 재활용 문제, 자원 절약을 고려하고, 상기 플라스틱제 용기를 대신하는 것으로서, 재활용이 가능해서, 폐기되었을 경우의 생분해성으로 환경에 대한 문제가 낮은 천연 펄프를 소재로 하는 용기가 요구되고 있다.
그러나 펄프를 소재로 하는 트레이 등의 용기는 주로 종이 펄프를 주체로 하는 종이 기재 시트를 프레스기에 적용하여 성형가공하고 있으나, 종이 펄프를 주체로 하는 기재 시트는 수지나 금속 등과 달리 연신성(extensibility), 신축성 등이 낮아 30mm 이상의 깊이를 갖는 트레이를 제조하려면, 기재 시트가 그 연장을 견디어낼 수 없고 파탄이나 깨어짐의 문제가 발생 되어 20mm 정도의 얕은 깊이를 가지는 소위 종이 플레이트와 같은 얕은 용기만이 생산될 수 있어 성형가공의 형상이 제한된다.
이러한 문제 등을 제거하기 위하여 일본 특개평 제6-239334호 공보 및 일본 특개평 제10-8393호 공보는 펄프 섬유에 올레핀 수지 및 열가소성 수지 섬유를 혼합하여 연신성을 가지는 시트를 제조하고, 이 시트를 프레스 성형가공에 적용되는 방법을 개시하고 있으나, 이 방법들은 생분해성이 낮은 올레핀 수지 및 열가소성 수지 섬유를 사용함으로써 폐기 시 환경부담을 증가시키는 문제가 있으며, 더 나아가서 수지의 사용으로 프레스 성형 가공 시 가하여지는 고온으로 인하여 트레이 등의 용기 만곡부에 울퉁불퉁하게 주름이 생기게 되어 성형 가공성이 좋지 않은 문제점이 있다. 또한, 일본 특개 2007-016380호 공보에서는 프레스 성형 가공 시 용기 만곡부 등 테두리 파탄을 방지하기 위하여 특정한 펄프원료배합을 기재하고 있으며, 이러한 배합을 위하여 추가의 공정이 필요한 단점이 있다.
특히, 전 세계적인 개인 생활의 발달에 따라 트레이 등의 용기는 수분, 기름 등을 함유하는 음식, 음료, 스프 및 스프에 담긴 국수 등과 같은 액체용 목적으로 사용이 증가하고 있으며, 이런 액체용 용기는 상기 내용물의 용량보다 더 깊은 깊이를 갖는 것이 필요하다.
따라서, 점점 더 지구 환경과 관련하여 우수한 생분해성으로 환경에 부담이 적으면서도, 강도가 뛰어나 성형 가공성이 우수하여 깊은 깊이를 갖는 트레이, 컵, 종이 호일 성형품 등을 제조할 수 있는 성형가공 원지의 개발이 요구되고 있다.
특허문헌1: 일본 특개평 제6-239334호
특허문헌2: 일본 특개평 제10-8393호 공보
특허문헌3: 일본 특개 2007-016380호 공보
본 발명은, 우수한 생분해성으로 환경에 부담이 적으면서도, 강도가 뛰어나 성형 가공성이 우수하여 30mm 이상의 깊이, 바람직하게는 50mm 이상의 깊이, 더 바람직하게는 60mm 이상의 깊이를 갖는 트레이, 컵, 종이 호일 성형품 등을 제조할 수 있는 성형가공 원지 및 이를 이용한 성형가공품을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 목적을 위하여, 본 발명의 성형가공 원지는 비목재 펄프를 사용하여, 우수한 강도로 성형 가공성이 뛰어나 성형가공에 적합한 성형가공 원지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일실시 형태에 있어서, 본 발명의 성형가공 원지에 사용되는 상기 비목재 펄프가 면 펄프인 것을 특징으로 한다.
또한, 일실시 형태에 있어서, 본 발명의 성형가공 원지에 사용되는 펄프는 면 펄프의 단독 펄프인 것을 특징으로 한다.
또한, 일실시 형태에 있어서, 본 발명의 성형가공 원지는 50 내지 600g/m2 범위의 평량을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 일실시 형태에 있어서, 본 발명의 성형가공 원지는 상기 50 내지 600g/m2 범위에서 면 단일펄프의 단 겹이거나 또는 2겹 이상으로 합지하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 일실시 형태에 있어, 본 발명의 성형가공 원지는 100 내지 600g/m2의 평량을 갖는 경우, 그 밀도가 0.70 내지 0.89g/cm3 이고, 인장강도 중 MD는 8.8 내지 20kN/m이며, CD는 4.1 내지 10kN/m인 것을 특징으로 하며, 50 내지 100g/m2 미만의 평량을 갖는 경우는, 그 밀도가 0.70 내지 0.80g/cm3 이고, 인장강도 중 MD는 3.0내지 5.0kN/m이며, CD는 1.0 내지 3kN/m인 것을 특징으로 한다.
또한, 일실시 형태에 있어, 본 발명의 성형가공 원지는 100 내지 600g/m2의 평량을 갖는 경우, 그 파괴 신장율 중 MD는 5.1 내지 5.3% 이고, CD는 9.8 내지 10% 이며, 인열강도 중 MD는 203 내지 500gf이며, CD는 230 내지 550gf이고, 파열강도는 평량 150g/㎡의 경우 4.33kg/㎠인 것을 특징으로 하며, 50 내지 100g/m2 미만의 평량을 갖는 경우는, 그 파괴 신장율 중 MD는 2.0 내지 3.0% 이고, CD는 3.0 내지 5% 이며, 인열강도 중 MD는 60 내지 90gf이며, CD는 90 내지 110gf이고, 파열강도는 평량 60g/㎡의 경우 1.71kg/㎠인 것을 특징으로 한다.
또한, 일실시 형태에 있어, 본 발명의 성형가공 원지는 30mm 이상의 깊이, 바람직하게는 50mm 이상의 깊이, 더욱 바람직하게는 60mm 이상의 깊이를 갖는 트레이 등의 용기 성형 용도, 그리고 종이 호일 성형품 용도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성형가공 원지는, 면 펄프만을 사용하여 우수한 파괴 신장율과 같은 특정한 물리적 특징을 갖는 초지를 그대로 이용하거나(단 겹), 또는 2겹 이상의 합지로 제조하여 우수한 성형 가공성을 나타내고, 또한 생분해성이 우수하며, 이러한 상기의 성형가공 원지를 이용하여 사용성이 우수한 30mm 이상의 깊이, 바람직하게는 50mm 이상의 깊이, 더욱 바람직하게는 60mm 이상의 깊이를 갖는 트레이, 컵 등의 용기를 제조하는 방법 및 종이 호일 성형품의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 한 쌍의 몰드(1, 2)에 의해 종이 블랭크 시트(3)를 성형가공하는 방법을 나타내는 흐름도로서, 도 1a는 프레스 전에 종이 블랭크 시트가 암 몰드 상에 세팅되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 1b는 프레스 후에 종이 성형 가공된 성형품이 암 몰드의 오목부 상에 남겨진 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 나무 펄프를 이용한 성형가공 원지를 2겹 합지(350g/㎡)하여 제조된 깊이 30mm의 트레이의 모서리에 파탄이 발생한 것을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 면 펄프만을 이용한 성형가공 원지에 의하여 제조된 깊이 35mm의 트레이를 나타내며, 도 3a는 트레이의 정면을 나타낸 것이고, 도 3b는 트레이 측면(깊이 측정)을 나타내고 있다.
도 4는 본 발명의 면 펄프만을 이용한 성형가공 원지에 의하여 제조된 깊이 50mm의 트레이를 나타내며, 도 4a는 트레이의 정면을 나타낸 것이고, 도 4b는 트레이 측면(깊이 측정)을 나타내고 있다.
도 5는 본 발명의 면 펄프만을 이용한 성형가공 원지에 의하여 제조된 깊이 65mm의 트레이를 나타내며, 도 5a는 트레이의 정면을 나타낸 것이고, 도 5b는 트레이 측면(깊이 측정)을 나타내고 있다.
도 6은 본 발명의 면 펄프만을 이용한 성형가공 원지에 의하여 제조된 깊이 50mm의 종이 호일 성형품을 나타내며, 도 6a는 종이 호일 성형품의 정면을 나타낸 것이고, 도 6b는 종이 호일 성형품의 측면(깊이 측정)을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다.　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.　
이하에서는 본 발명의 면 펄프를 이용하여 트레이, 컵, 종이 호일 성형품 등과 같은 종이 용기 성형품에의 성형 가공성이 우수한 성형가공 원지 및 이를 이용하여 성형한 트레이, 컵, 종이 호일 성형품 등의 성형품 및 이의 제조방법이 제공된다.
우선, 본 발명의 성형가공 원지를 성형하기 위한 비목재 펄프에는 닥나무(paper mulberry), 페이퍼 부쉬(paper bush), 안피(ganpi), 아마(flax), 대마(hemp), 양마(kenaf), 모시(ramie), 황마(jute) 및 숙마(Sunn hemp)와 같은 인피(bast) 펄프; 면 및 면 린터(cotton linter)와 같은 종자 펄프; 마닐라삼(Manila hemp), 사이잘삼(sisal) 및 아프리카 수염새(esparto)와 같은 잎 펄프; 그리고 대나무, 볏짚, 밀집 및 사탕수수 버개스(sugarcane bagasse)와 같은 줄기 펄프;를 포함한다. 이들 비목재 펄프 중 특히, 닥나무, 페이버 부쉬, 양마, 마닐라삼, 사이잘삼, 면 및 면 린터 펄프가 바람직하고, 특히 면 및 면 린터 펄프가 더욱 바람직하다.
상술한 펄프 섬유로부터 만들어진 본 발명의 성형가공 원지는 50 내지 600g/m2의 평량을 가질 수 있다.
상술한 펄프 섬유로부터 만들어진 본 발명의 성형가공 원지가 100 내지 600g/m2의 평량을 갖는 경우, CD 4.1 내지 10kN/m 및 MD 8.8 내지 20kN/m의 인장강도(KS M ISO 1924-3)을 가지며, 또한, MD 5.1 내지 5.3%, CD 9.8 내지 10%의 파괴 신장율을 가진다. 상기 평량을 갖는 본 발명의 성형가공 원지는 상기와 같은 우수한 인장강도 및/또는 파괴 신장율에 의하여 30mm 이상의 깊이, 바람직하게는 50mm 이상의 깊이, 더욱 바람직하게는 60mm 이상의 깊이를 갖는 성형품의 프레스 성형가공 시, 원지가 파손되지 않아 성형 가공성이 우수하다.
본 발명의 평량 100 내지 600g/m2의 성형가공 원지는 또한, MD 203 내지 500gf 및 CD 230 내지 550gf의 인열강도 및 평량 150g/m3의 경우 4.33kg/㎠ 파열강도의 물리적 특성으로 프레스 성형 가공 시, 프레스 성형에 가해지는 열에 강하고, 트레이 등의 성형품의 접힘 및 테두리 부분에 파탄이 발생하지 않아 우수한 성형 가공성으로 성형품의 생산성이 높아진다.
본 발명의 평량 50 내지 100g/m2의 미만의 성형가공 원지는, 인장강도 중 MD 3.0내지 5.0kN/m의 인장강도 및 CD 1.0 내지 3kN/m의 인장강도, MD 2.0 내지 3.0%의 파괴 신장율 및 CD 3.0 내지 5%의 파괴 신장율, MD 60 내지 90gf의 인열강도 및 CD 90 내지 110gf의 인열강도, 그리고 특히 평량 60g/㎡의 파열강도 1.71kg/㎠ 등과 같은 높은 강도로 인하여 종이 호일 성형품의 가공 시 성형품의 깊이가 약 50mm에 달하면서도 원지에 찢어짐이 없는 종이 호일 성형품을 생산하는 것이 가능하다.
일반적으로 펄프 섬유는 균일한 형태를 가지는 종이 시트를 얻기 위해 고해(叩解)된다. 즉, 기계적인 외력이 섬유의 셀룰러 벽을 부분적으로 피브릴화하기 위해 펄프에 가하는 것이다. 본 발명의 성형가공 원지의 제조를 위한 고해는 프리니스(freeness) (Tappi T-227 캐나다 표준)가 150 내지 180 ml이고, 본 발명의 성형가공 원지의 수분함량은 6 내지 9%이며, 그리고 밀도는 0.70 내지 0.89g/cm3 이다.
이렇게 비교적 낮은 프리니스에 의하여도 본 발명의 성형가공 원지는 수분함량 6 내지 9%의 효과적인 탈수로 성형가공 원지에 포함된 수분함량이 낮아져 트레이 등의 성형품의 내수성을 향상시키는 효과를 가져올 뿐만 아니라, 0.70 내지 0.89g/cm3의 적절한 밀도를 가짐으로써, 프레스 성형 단계에서 팽윤의 발생을 방지하고, 원지의 표면이 팽팽해지는 것을 막아 성형 가공성이 우수해지는 효과를 나타낸다.
본 발명의 성형가공 원지는, 비목재 펄프 중에서도 전체 평균 섬유 길이 1.10 내지 1.30mm이고, 1mm 이상의 섬유 길이가 50% 이상 함유된 펄프를 사용하며, 바람직하게는 면 펄프를 사용한다. 또한, 본 발명의 성형가공 원지를 제조하는데, 초지에 통상 사용되는 것과 같은 사이즈제(sizing agent), 습윤지력 증강제(wet strength agent), 보류 향상제(retention agent) 등을 필요에 따라 사용할 수 있다.
상기 사이즈제는 알킬 케텐 다이머, 스티렌/아크릭 수지 및 로진과 같은 내부 사이징제를 포함한다. 상기 습윤지력증강제 및 보류 향상제는 폴리아크릴 아미드 수지, 폴리아미드 에피크롤로히드린 수지, 폴리에틸렌이민 및 그 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아민, 폴리아미드, 폴리아미드 폴리아민 및 그 유도체, 카티오닉 및 앰포테릭 전분, 산화전분, 카르복시메탈레이트화 전분, 식물성 고무 및 폴리비닐 알코올과 같은 유기화합물; 알루미나 설페이트, 알루미나 졸, 콜로이달 실리카 및 벤토나이트와 같은 무기화합물을 포함하며, 이들을 적절히 조합된 형태로 사용될 수 있다.
상기 첨가제는 지료 조성 또는 초지 단계에서 첨가된다.
본 발명에서는 또한 초지 도중에 충전제가 사용될 수 있다. 충전제는 활석(talc), 카올린(kaolin), 소성 카올린, 점토(clay), 규조암(diatomite), 중질(heavy) 칼슘 카보네이트, 마그네슘 카보네이트, 알루미늄 히드록사이드, 티타늄 디옥사이드, 마그네슘 설페이트, 실리카, 알루미노실리케이트 및 카올린과 같은 무기 충전제; 및 폴리스티렌 입자 및 우레아/포르말린 수지 입자와 같은 유기 합성 충전제를 포함하며, 이들은 적절히 조합된 형태로 사용될 수 있다.
또한, 염료, pH 조절제, 슬라임(slime) 조절제, 소포제(deforming agent) 및 증점제(thickner)와 같은 초지 보조제가 용도에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 초지 제조 중 pH는 상황에 따라 약 4.5 (산성지 제조방법) 내지 약 6 내지 8 (중성지 제조방법)의 범위에서 적절히 선택되며, 초지용 화학물질은 본 발명의 성형가공 원지를 제조하는데 사용되는 통상의 화학물질이고, 사이즈제, 강도 첨가제, 보류 향상제, 미네랄 충전제, 유기 리지드(rigid) 충전제, 염료, pH 조절제, 슬라임조절제, 소포제, 및 증점제 중에서 적절히 선택된다.
본 발명의 성형가공 원지는 상술한 초지 재료 및 화학물질을 포함하는 슬러리로부터 통상의 방법으로 제조된다.
초지기는 특별히 제한되지는 않고, 포드리니어기(Fourdrinier machine), 환망식 초지기(cylinder machine), 탄모기(tanmo machine), 경사초지기(inclined paper making machine) 또는 통상의 초지기를 사용할 수 있다. 종이 시트는 통상의 멀티실린더 건조기, 양키 건조기 또는 스루(through) 건조기로 건조될 수 있으며, 건조기는 특별히 제한되지 않는다.
초지 후 산화전분, PVA, 전분 등과 같은 통상의 표면 처리제를 이용하여 초지의 표면을 처리할 수 있다.
본 발명의 성형가공 원지는 단 겹으로 구성되거나 2겹 이상으로 구성되는 다층구조의 다층지일 수 있으며, 다층지는 다양한 초지법으로 쉽게 얻어질 수 있다.
본 발명의 성형가공 원지가 2겹 이상의 다층지를 구성하는 경우, 2겹의 합지는 성형가공 원지의 한쪽 면에 그라비아 방식 등으로 접착제를 도포하고, 상기 접착제 도포량은 1 내지 20g/m2이고, 바람직하게는 5 내지 15g/m2이며, 합지 후 100 내지 150℃ 온도로 열풍건조하여 제조하였다. 2겹 이상의 경우에도 위와 같은 방식으로 합지가 이루어진다.
상기 접착제는 초산 비닐계, 아크릴 수지계, 또는 EVA 수지계 등의 수성 접착제로서 물이 용해가 잘 되어 작업이 용이하고, 작업 후에도 마무리가 편리하다.
이렇게 얻어진 본 발명의 성형가공 원지는 트레이 등의 용기 성형품을 위하여는 100 내지 600g/㎡, 보다 바람직하게는 150 내지 500g/㎡의 범위의 평량을 가진다. 평량이 100g/㎡ 보다 낮은 경우, 프레스 성형가공 후에 얻어지는 성형가공된 제품은 충분한 강도를 가질 수 없다. 반대로 평량이 600g/㎡ 보다 큰 경우, 주름진 부분의 성형 가공성이 감소되어 바람직하지 못하다. 또한, 본 발명의 성형가공 원지는 종이 호일 성형품을 위하여는 50 내지 100g/㎡ 미만의 평량을 갖는다.
본 발명의 성형가공 원지의 밀도는 바람직하게는 0.70 내지 0.89g/㎤이다. 밀도가 0.7g/㎤ 보다 더 낮은 경우, 외부층의 영 계수(Young’s modulus, MPa)가 낮아서 강성의 향상은 기대될 수 없고, 밀도가 0.89g/㎤를 초과하는 경우는 원지의 외부층 표면이 지나치게 팽팽하게 되어 성형 가공성이 떨어진다. 따라서 상기의 밀도 범위에서 가공 성형성이 우수하다.
본 발명의 성형가공 원지는 종이에 액체가 스며들거나 누설됨을 방지하기 위한 목적으로 내수성을 갖는 수지층을 본 발명의 성형가공 원지의 한쪽 면 또는 양면 상에 형성할 수 있다.
상기 내수성을 갖는 수지층용의 수지는 수성 코팅의 수지로서, 마이크로크리스탈린 왁스 및 파라핀 왁스와 같은 에멀젼; SBR 라텍스 및 폴리비닐리덴 클로라이드 라텍스와 같은 라텍스; 그리고 아크릴릭 수지 에멀젼, 셀프-에멀서파이어블 폴리올레핀 에멀젼(self-emulsifiable polyolefin emulsion) 및 폴리에틸렌 코폴리머 수지 에멀젼과 같은 합성수지 에멀젼을 포함하고, 바람직하게는 생분해성의 폴리머인 아크릴계 폴리머, PLA, PVA 등이다. 내수성을 갖는 수지층용 수지를 도포하는 장치는 특별히 제한되지는 않고, 통상의 그라비아 방식을 이용한 코팅기, 바코팅기(bar coater), 에어-나이프코팅기(air-knife coater), 롤코팅기(roll coater), 블레이드코팅기(blade coater), 게이트롤(gate roll) 및 사이즈프레스(size press) 중에서 적절히 선택될 수 있다.
상기와 같은 성형가공 원지의 내수성을 위한 수지층용 수지 또는 합성수지층의 건조 후 코팅양은 바람직하게는 총계로 약 1.0 내지 20.0g/㎡이고, 코팅층은 단층 또는 다층 중 어느 하나일 수 있다.
상술한 내수성을 갖는 수지층용 수지는 생분해성의 수지일 수 있으며, 생분해성의 수지는 종이와 동등하거나 그 이상의 생분해성을 가지는 한 특별히 제한되지는 않는다.
< 성형가공 방법 >
1. 원지의 수분함유량 조절
본 발명에서 성형가공되는 용기는 소위 드로잉 방법에 의해 제조된다. 드로잉 방법에서는 용기용 블랭크 시트가 원지로부터 스탬핑되어 분리되고, 시트가 필요한 부분에서 선이 새겨지며, 그리고 각각의 블랭크 시트는 프레스의 암·수 몰드 사이에 위치되어 가열하에 프레스된다.
이 공정에 사용되는 성형가공 원지의 수분함유량이 미리 조절되어야 하고, 통상적으로는 수분함유량 범위는 12 내지 15%이다. 상기와 같은 범위가 유지되는 경우, 종이는 가소화되어 그 성형 가공성을 향상시키고 성형가공 도중에 지층의 파단을 감소시키고, 결과적으로 드로잉에 의해 얻어진 용기는 증가된 깊이, 매끄럽고 아름다운 외관 및 높은 강성을 가지며, 원지의 수분함유량이 10% 이하인 경우, 충분한 강성을 가지는 성형가공품이 얻어지지 못하는 것으로 알려져 왔다.
그러나 본 발명의 성형가공 원지는 상기에서 본 바와 같이 6 내지 9%의 낮은 수준임에도 불구하고, 본 발명의 성형가공 원지의 우수한 인장강도 및 파단 연신률 등에 의하여 30mm 이상, 바람직하게는 50mm 이상의 깊이, 더욱 바람직하게는 60mm 이상의 깊이의 용기, 및 50mm 이상의 깊이의 종이 호일 성형품과 같은 매끄럽고 아름다운 외관 및 높은 강성을 갖는 성형품을 얻을 수 있다(도 3, 4, 5, 6 참조).
2. 성형가공 공정
본 발명의 성형가공 원지의 시트로부터 만들어진 블랭크 시트로부터 성형 가공되는 용기를 제조하는 공정에 대하여 설명한다.
본 발명에서 성형가공을 위한 상기 드로잉은 알루미늄, 알루미늄 합금, 동, 철, 스테인레스 스틸 또는 세라믹과 같은 공지 재료에 의해 만들어진 한 쌍의 프레스용 금형에 의해 수행한다. 한 쌍의 가열 프레스용 금형이란 볼록형으로 성형품의 내부에 대응하는 형상의 볼록형과 오목형으로 성형품의 외형에 대응하는 형상의 오목형이다. 상기 한 쌍의 프레스용 금형은 전후 또는 상하 방향으로 적어도 한쪽의 형이 움직임으로써 성형품을 프레스 할 수 있으며, 통상적으로는 도 1과 같이 볼록형의 상형이 오목형의 하형으로, 즉 하방으로 이동함으로써 프레스 공정을 실시한다. 프레스 공정은 유압 프레스, 에어실린더, 캠 기구 중 어느 방법도 가능하다. 성형품을 제조하기 위하여는 상기 블랭크 시트의 가열이 필요하고, 가열은 고주파 가열, 열풍 가열, 적외선 가열 등의 방법 중 어느 하나를 선택하여 실시한다. 또는 금형 전체를 가열시키는 것도 가능하고, 금형 가열 수단으로서는 전열 가열 장치 또는 고주파 발진기를 이용한 고주파를 사용하고, 상기 전열 가열과 고주파 가열을 병용할 수도 있다.
성형가공 단계에서의 가열 온도는, 가열된 성형가공 원지의 온도가 바람직하게는 80 내지 150℃, 보다 바람직하게는 80 내지 120℃의 범위가 되도록 하여야 한다. 가열된 성형가공 원지의 온도가 80℃ 보다 더 낮으면 성형가공이 긴 시간이 소요되어 생산성이 낮아지게 되고, 반대로 온도가 150℃보다 높으면 성형가공 원지의 수분함량이 높은 경우 수포가 발생할 수 있다. 성형가공 원지는 가열된 프레스기 내에 위치시키고, 상술한 소정의 온도로 조절하거나, 적정 수준 이상의 수분을 포함하고 있는 성형가공 원지는 마이크로웨이브와 같은 전자기파로 가열한 후, 프레스기 내에 위치시킨다.
드로잉을 완료한 성형품은 몰드에서 꺼낸 후, 공기 중 건조 또는 몰드 내에서 건조한다.
상기 프레스 성형가공에서 압력은 바람직하게는 5 내지 100 kg/㎠의 범위이다. 5 kg/㎠ 보다 작은 경우 테두리 부분의 압축변형이 불충분하고, 반대로 100 kgf/㎠ 을 초과하는 경우 접힘 주름 부분의 종이층이 파괴되기 때문에 바람직하지 아니한다. 프레스 성형가공 단계에서의 프레스 시간은 성형가공성과 작업성의 관점에서 바람직하게는 2 내지 30초 이내이다.
< 용기의 형상 >
본 발명의 용기는 일반적으로 상부 에지에서 개구되어 있고 그 상부 에지에서 플랜지 또는 림을 가질 수 있다(도 3, 4, 5, 6 참조), 플랜지는 컬링될 수 있으며, 용기의 평면도는 정사각, 직각, 원형, 장원형(oval) 등일 수 있다.
용기는, 통상적으로 평평한 바닥부 및 바닥부로부터 위방향으로 연장된 측벽을 가지며, 평평한 바닥부로부터 기립한 측벽은 바닥부에 직각이 아니라 외부로 기울어져 있거나 또는 테이퍼져 있을 수 있다. 본 발명의 성형가공 원지로부터는 평평한 바닥부를 가지지 아니하는 용기도 제조할 수 있다.
본 발명의 성형가공 원지로부터 성형된 트레이 등의 성형품은 30mm 이상, 바람직하게는 50mm 이상의 깊이, 더욱 바람직하게는 60mm 이상의 깊이를 가지며, 종이 호일 성형품은 50mm 이상의 깊이를 갖는다.
본 발명의 성형가공 원지는 천연 펄프만을 주성분으로 포함하여 성형 가공성이 종래의 성형가공 용지보다 우수하다.
다음 실시예는 본 발명을 더 예시하는 것이며, 이는 결코 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 다른 기재가 없는 한 비율은 고체의 중량으로 주어진다.
실시예 1 : 원지의 제조
점도 80 cPs(TAPPI T 230), 백색도 86%(KS M ISO 2470), 알파셀룰로오스 함량(KS M 7044) 98% 이상, 및 회분함량(KS M ISO 1762) 0.4%의 면 펄프를 고해하여 170 mL의 프리니스(freeness, KS M ISO 5267-2), 평균 섬유 길이 1.20mm, 및 1mm 이상의 섬유 비율이 55%인 원료를 환망식 초지기로 초지를 제조한 후 산화전분으로 표면 처리하여 152g/m2의 평량을 갖는 원지를 제조하였다.
상기 원지의 물리적 특성은, 투기도(Bendtsen 방식)가 50 ml/min이고, 밀도는 0.75g/cm3이며, 인장강도가 MD 8.8kN/m, CD 4.1kN/m이며, 파괴 신장율은 MD 5.2%, CD 9.9%이고, 인열강도는 MD 203gf, CD 233gf이고, 파열강도는 4.33kg/㎠ 이다.
상기 인장강도 및 파괴 신장율은 KS M ISO 1924-3에 따라 통상적인 방법으로 측정한 값이고, 인열강도는 KS M ISO 1974에 따라 Elmendort 방식의 측정기(Thwing Albert사)를 사용하였고, 파열강도는 KS M ISO 2758에 따라 Brusting strength tester(L&W사)를 사용하였다.
상기 원지는 그대로 성형품 가공에 쓰이거나, 또는 2겹 이상으로 합지하여 성형품 가공에 사용될 수 있다.
실시예 2 : 원지의 합지(2겹 합지)
실시예 1로부터 제조된 원지의 표면에 그라비아 방식으로 접착제(에티렌 비닐 아세트산 공중합체, DH-375, 대현화학)를 도포하여 합지하고, 120℃의 열풍으로 건조하였으며, 상기 접착제 도포량은 10g/m2이다. 합지 후 평량은 약 315g/m2이었다.
상기 원지의 2겹 합지의 물리적 특성을 보면, 밀도는 0.80g/cm3이고, 인장강도가 MD 18.0kN/m, CD 9.7kN/m이며, 파괴 신장율은 MD 5.21, CD 9.8이고, 인열강도는 MD 451gf, CD 521gf이다.
상기 인장강도 및 파괴 신장율은 KS M ISO 1924-3에 따라 통상적인 방법으로 측정한 값이고, 인열강도는 KS M ISO 1974에 따라 Elmendort 방식의 측정기(Thwing Albert사)으로 측정한 것이다.
실시예 3 : 코팅
상기 실시예 1 또는 2의 단 겹의 원지 또는 2겹의 원지에 내수성을 부여하기 위하여 상기 단 겹 또는 2겹 원지의 한면 또는 양면에 2-에틸헥실 에스테르, 스타이렌과의 아크릴산 중합체(대현화학, FA-720)를 코팅하였으며, 이때 상기 폴리아크릴레이트 공중합체에 의한 코팅량은 10g/m2(한 면 기준)이었다. 상기 2겹 원지의 경우, 각 원지에 코팅 후 합지하여 2겹의 원지를 제조하는 것도 가능하다.
실시예 4 : 트레이 성형품의 성형
상기 실시예 3에서와 같이 코팅이 완료된 2겹의 성형가공 원지를 이용하여 105℃의 온도, 81kg/㎠의 압력, 및 5초의 프레스 시간의 조건으로 프레스하여 깊이 35mm, 약 55mm 및 약 65mm의 트레이(용기)를 형성하였다. 상기 성형 가공된 트레이 제품은 매끈한 표면을 가지며, 접힘 부분도 울퉁불퉁하지 않고 매끈한 표면을 유지하였다(도 3, 4, 5 참조).
위와 같이 본 발명의 비목재 펄프, 바람직하게는 면 펄프만을 주성분으로 하는 성형가공 원지의 단 겹 또는 2겹 합지는 뛰어난 인장강도, 파괴 신장율, 및 인열강도의 특성을 나타내어, 도 3, 4, 및 5에서 보는 바와 같이 깊이 30mm 이상, 바람직하게는 50mm 이상, 더 바람직하게는 60mm 이상의 트레이 등의 성형품을 가공하는 것이 가능한 반면, 도 2에서 보는 바와 같이 목재 펄프(2겹 합지, 평량 350g/㎡)를 주성분으로 하는 성형가공 원지는 깊이 30mm의 트레이 성형에서 파탄이 발생한 것을 볼 수 있다. 도 2의 성형은 상기 실시예 4의 트레이 성형품의 성형과 동일하게 실시하였다.
실시예 5 : 종이 호일 성형품의 성형
상기 실시예 1에서와 동일하게 초지를 제조한 후 제조된 초지의 양면을 산화전분으로 표면 처리하여 60g/m2의 평량을 갖는 원지를 제조하였다.
상기 원지의 물리적 특성을 보면, 투기도(Bendtsen 방식)가 182 ml/min이고, 밀도는 0.70g/cm3이며, 인장강도가 MD 3.7kN/m, CD 1.3kN/m이며, 파괴 신장율은 MD 2.8%, CD 3.3%이고, 인열강도는 MD 79.7gf, CD 95.7gf이고, 파열강도는 1.71kg/㎠ 이다.
상기 인장강도 및 파괴 신장율은 KS M ISO 1924-3에 따라 통상적인 방법으로 측정한 값이고, 인열강도는 KS M ISO 1974에 따라 Elmendort 방식의 측정기(Thwing Albert사)를 사용하였고, 파열강도는 KS M ISO 2758에 따라 Brusting strength tester(L&W사)를 사용하였다.
상기 원지는 그대로 성형품 가공에 쓰이거나, 또는 2겹 이상으로 합지하여 성형품 가공에 사용될 수 있다.
상기 제조된 원지는 당업계의 통상적인 방법으로 종이 호일 성형품을 가공하였다(도 6 참조).
1: 블록 몰드
2: 오목 몰드
3: 블랭크 시트(성형가공 원지)

Claims (17)

  1. 비목재 펄프의 단독성분을 주성분으로 하는 성형가공 원지로서, 상기 원지는 0.70 내지 0.89g/㎤의 밀도 및 50 내지 600g/㎠의 평량을 가지는 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  2. 제1항에 있어서, 상기 원지는 0.70 내지 0.89g/㎤의 밀도 및 100 내지 600g/㎠의 평량을 가지는 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  3. 제1항에 있어서, 상기 원지는 0.70 내지 0.80g/㎤의 밀도 및 50 내지 100g/㎠ 미만의 평량을 가지는 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  4. 제2항에 있어서, 상기 원지는
    - CD 4.1 내지 10kN/m 및 MD 8.8 내지 20kN/m의 인장강도;
    - MD 5.1 내지 5.3%, CD 9.8 내지 10%의 파괴 신장율;
    - MD 203 내지 500gf 및 CD 230 내지 550gf의 인열강도:를 갖는 것을 특징으로 하는 성형가공 원지
  5. 제3항에 있어서, 상기 원지는
    - MD 3.0내지 5.0kN/m 및 CD 1.0 내지 3kN/m의 인장강도;
    - MD 2.0 내지 3.0%, CD 3.0 내지 5.0%의 파괴 신장율;
    - MD 60 내지 90gf 및 CD 90 내지 110gf의 인열강도:를 갖는 것을 특징으로 하는 성형가공 원지
  6. 제4항에 있어서, 상기 비목재 펄프는 면 펄프인 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  7. 제5항에 있어서, 상기 비목재 펄프는 면 펄프인 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  8. 제6항에 있어서, 상기 원지는 단 겹이거나, 또는 상기 원지의 2겹 합지 이상인 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  9. 제7항에 있어서, 상기 원지는 단 겹이거나, 또는 상기 원지의 2겹 합지 이상인 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  10. 제8항에 있어서, 상기 원지의 표면이 생분해성 폴리머로 코팅 처리된 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  11. 제9항에 있어서, 상기 원지의 표면이 생분해성 폴리머로 코팅 처리된 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  12. 제10항에 있어서, 상기 원지는 수분함유량이 6 내지 9%인 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  13. 제11항에 있어서, 상기 원지는 수분함유량이 6 내지 9%인 것을 특징으로 하는, 성형가공 원지
  14. 제1 내지 13항 중 어느 한 항의 성형가공 원지를 이용하여 성형 가공된 것을 특징으로 하는 성형가공품
  15. 제14항에 있어서, 상기 성형가공품의 깊이가 30mm 이상인 것을 특징으로 하는 성형가공품
  16. 제14항에 있어서, 상기 성형가공품의 깊이가 50mm 이상인 것을 특징으로 하는 성형가공품
  17. 제14항에 있어서, 상기 성형가공품의 깊이가 60mm 이상인 것을 특징으로 하는 성형가공품
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