KR20220139820A - 내유성 및 내수성이 우수한 수용성 코팅 조성물 및 이를 이용한 종이제품, 및 이의 제조 방법 - Google Patents
내유성 및 내수성이 우수한 수용성 코팅 조성물 및 이를 이용한 종이제품, 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 식품 포장용 종이에 사용되기 위해 내유성 및 내수성이 우수한 수용성 코팅 조성물 및 이를 이용한 종이제품, 및 이의 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 수용성 코팅 조성물은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체 1 ~ 25 중량부, 슬립제 1 ~ 5 중량부 및 습윤제 5 ~ 10 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수용성 코팅 조성물은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체 1 ~ 25 중량부, 슬립제 1 ~ 5 중량부 및 습윤제 5 ~ 10 중량부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 식품 포장용 종이에 사용되는, 내유성 및 내수성이 우수한 수용성 코팅 조성물 및 이를 이용한 종이제품, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
식품을 포장하는 식품 포장지는 물기나 기름기가 스며들어 포장지가 찢어지거나 식품이 오염되는 문제가 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 내수성 및 내유성을 갖는 포장지가 개발되고 있다.
일 예로 식품 포장지의 내부는 주로 폴리에틸렌(PE)으로 코팅된다.
폴리에틸렌은 가볍고 녹슬지 않으며 화학적 안정성과 내수성 등의 장점을 지니며, 식품 위생성이 우수하여 방수 목적으로 사용되고 있다.
하지만 폴리에틸렌이 코팅된 포장지는 내유성과 내수성을 동시에 나타내기에는 한계가 있다. 또한 사용 및 폐기 과정에서 환경 호르몬이 방출될 수 있고 물에 해리되지 않아 재활용을 위해 별도의 선별 과정을 거쳐야 하는 단점이 있다. 또한 소각 시 발생하는 매연은 대기오염 및 발암물질을 유발하고 매립을 하여도 자연 분해가 되기까지 수백 년이 걸리기 문제점이 있다.
따라서 내유성 및 내수성을 동시에 가지면서도 재활용 시 분리가 용이하고 원가절감 효과를 나타내는 수용성 코팅 조성물, 이를 이용한 종이제품의 개발이 시급하다.
본 발명의 목적은 내수성 및 내유성 우수한 수용성 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 내수성, 내유성 우수한 종이제품을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 식품 포장지로서의 기능성이 우수하며, 폴리에틸렌 코팅제보다 공정비용의 절감 및 휘발성 유기물질의 발생을 억제하여 작업환경이 개선과 비용을 절감할 수 있는 종이제품을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 코팅하는 작업과정에서 휘발성 유기물 사용을 최대로 억제하고, 종래의 종이제품(포장지)과 비교하여 동등 이상의 우수한 내구성을 나타낼 수 있는 종이제품을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 재활용성이 용이하고 소각 시 유해가스와 발열성을 낮추는 종이제품을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 공정이 간단한 종이제품의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 수용성 코팅 조성물은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체 1 ~ 25 중량부, 슬립제 1 ~ 5 중량부 및 습윤제 5 ~ 10 중량부를 포함할 수 있다.
상기 수용성 수지는 아크릴 에멀젼, 카르복시메틸셀룰로오스 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 폴리염화비닐리덴 에멀젼, 라텍스 에멀젼, 스티렌 에멀젼, 폴리비닐알코올 용액 및 폴리비닐아세테이트 용액 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 수용성 수지는 유리전이온도 -10 ~ 30 ℃, 고형분 20 ~ 50 중량% 및 점도 50 ~ 230 cps인 아크릴 에멀젼을 포함할 수 있다.
상기 가소화된 셀룰로오스 유도체는 가소제와, 에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스 및 셀룰로니트로셀룰로오스 중 1종 이상의 셀룰로오스를 포함할 수 있다.
상기 가소제는 트리아세틴, 에폭시화 대두유 및 글리세롤 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 슬립제는 카나우바왁스 에멀젼, 오조케라이트 에멀젼, 파라핀왁스 에멀젼, 폴리에틸렌왁스 에멀젼, 산화왁스 에멀젼, 실리콘 에멀젼, 지방족알코올, 스테아르산 모노머(stearic acid monomer) 및 스테아르산 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 습윤제는 소듐 디옥틸 설포석시네이트(sodium dioctyl sulfosuccinate), 다이에스테르 설포석시네이트(diester sulfosuccinate), 알킬아민 구아니딘 에톡시레이트(alkylamine-guanidine ethoxylate), 모노-에스테르 설포석시네이트(mono-ester sulfosuccinate), 설포석시나메이트(sulfosuccinamate) 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르(polyoxyethylene sorbitan fattyacid ester) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 수용성 코팅 조성물은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 광물 입자 1 ~ 10중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 종이제품은 종이; 및 상기 종이의 적어도 일면에 배치되는 수용성 코팅층을 포함하고, 상기 수용성 코팅층은 수용성 수지, 가소화된 셀룰로오스 유도체, 슬립제 및 습윤제를 포함하는 수용성 코팅 조성물의 건조물일 수 있다.
상기 수용성 코팅층은 제1층 및 제2층을 포함하고, 상기 제1층 및 제2층 각각은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체 1 ~ 25 중량부, 슬립제 1 ~ 5 중량부 및 습윤제 5 ~ 10 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 종이제품의 제조 방법은 (a) 종이를 마련하는 단계; (b) 상기 종이의 적어도 일면에 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매를 1차 도포하여 제1층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 제1층 상에 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매를 2차 도포하여 제2층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 수용성 용매의 첨가량은 상기 (c) 단계에서 수용성 용매의 첨가량보다 많은 것이 바람직하다. 그리고, 상기 (b) 단계 및 (c) 단계에서, 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매의 전체 100중량%에 대하여, 수용성 용매 50 ~ 80중량%을 도포할 수 있다.
상기 수용성 용매는 증류수 및 알코올 용매 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수용성 코팅 조성물은 내수성, 내유성 우수한 효과가 있다.
본 발명의 수용성 코팅 조성물이 코팅된 종이제품은 식품 포장지로서의 기능성이 우수하며, 폴리에틸렌 코팅제보다 공정비용의 절감 및 휘발성 유기물질의 발생을 억제하여 작업환경이 개선과 비용을 절감할 수 있다.
또한 본 발명은 종이 표면에 수용성 코팅 조성물을 코팅하는 작업과정에서 50% 이상의 수용성 용매를 사용하여 휘발성 유기물 사용을 최대로 억제하고, 제조된 종이제품(포장지)이 종래의 종이제품(포장지)과 비교하여 동등 이상의 우수한 내구성을 나타낼 수 있다.
또한 본 발명의 수용성 코팅 조성물로 코팅 처리된 종이제품은 재활용성이 용이하고 소각 시 유해가스와 발열성을 낮추는 효과가 있다.
또한 본 발명의 종이제품의 제조 방법은 간단한 배합만으로 수용성 코팅 조성물을 제조한 후, 1차 코팅 및 2차 코팅인 매우 간단한 공정으로 내수성 및 내유성이 우수한 종이제품을 제조할 수 있다.
또한 본 발명의 수용성 코팅 조성물 및 이를 이용한 종이제품은 새로운 시설투자 없이 기존 설비를 활용하여 적용이 가능하여 범용성 확장에 매우 우수하다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 종이제품의 단면도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 내유성 및 내수성이 우수한 수용성 코팅 조성물 및 이를 이용한 종이제품, 및 이의 제조 방법을 설명하도록 한다.
본 발명은 종이제품의 제조 과정에서 50% 이상의 수용성 용매를 사용하여 휘발성 유기물 사용을 최대로 억제하고, 1차 코팅 및 2차 코팅을 수행하는 두 번의 코팅 작업을 통해 재활용성이 용이하고, 소각 시 유해가스와 발열성을 낮출 수 있는 소재의 종이제품을 제공하고자 한다.
본 발명에서 제조된 종이제품(포장지)은 종래의 종이제품(포장지)과 비교하여 동등 이상의 우수한 내구성을 나타낼 수 있고, 기존의 폴리에틸렌(PE) 코팅제보다 공정비용의 절감 및 종이 손실율을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 수용성 코팅 조성물은 인체와 접촉 시 중금속 및 프탈레이트의 노출이 되지 않고, 종이제품에 사용 가능한 수용성 수지에 가소화된 셀룰로오스 유도체, 슬립제 및 습윤제가 혼합된 구성으로 이루어진다.
수용성 수지는 아크릴 에멀젼, 카르복시메틸셀룰로오스 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 폴리염화비닐리덴 에멀젼, 라텍스 에멀젼, 스티렌 에멀젼, 폴리비닐알코올 용액 및 폴리비닐아세테이트 용액 중에서 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한 위에서 제시한 수용성 수지 성분들 중에서 1종 이상을 중합하여 형성된 중합체를 포함할 수도 있다.
바람직하게는 수용성 수지로서 아크릴 에멀젼을 25±5℃에서 5 ~ 240분 동안 교반하여 제조된 아크릴 중합체를 포함할 수 있다.
상기 아크릴 중합체는 유리전이온도(Tg, glass transition temperature) -10 ~ 30℃, 고형분 20 ~ 50 중량% 및 25±1℃에서의 점도 50 ~ 230 cps(centipoise)의 물성을 가질 수 있다.
바람직하게, 아크릴 중합체의 유리전이온도는 -5 ~ 25℃일 수 있고, 점도는 25±1℃에서 120 ~ 230 cps일 수 있다. 고형분은 액상의 수분을 모두 증발시킨 후 남는 고체 형태 물질을 최초 분량 대비 백분율로 표시한 것으로, 30 ~ 45중량%일 수 있다. 이처럼 아크릴 중합체는 유리전이온도, 고형분 및 점도를 만족함으로써, 보다 우수한 내수성 및 내유성의 특성을 나타낼 수 있다.
가소화된 셀룰로오스 유도체는 수용성 코팅 조성물의 내수성 및 내유성을 더욱 향상시키는 역할을 한다.
일반적으로 셀룰로오스는 물에 불용성이지만, 셀룰로오스를 구성하고 있는 글루코스의 수산기를 메틸기, 에틸기, 하이드록시기 등으로 치환하면 치환정도에 따라 셀룰로오스가 수용성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 셀룰로오스 유도체는 셀룰로오스의 수산기(hydroxyl group, -OH)를 니트로화, 아세틸화 또는 에테르화 반응에 의해 치환하여 수소결합을 감소시킨 것으로, 친수성의 수산기가 소수성의 작용기로 변화된 셀룰로오스 유도체를 포함할 수 있다.
본 발명에서는 셀룰로오스 유도체에 가소제를 첨가하면, 가소화된 셀룰로오스 유도체를 제조할 수 있으며, 고체의 셀룰로오스를 용액화하여 셀룰로오스계 용액의 점성을 유지함으로써 종이에 대한 코팅성이 더욱 우수한 효과가 있다.
셀룰로오스 유도체에 가소제를 첨가하면 셀룰로오스 유도체의 유리전이온도(Tg)가 낮아져 가공성이 향상될 수 있다. 또한 수용성 수지인 고분자에 유연성을 부여함으로써 수용성 코팅 조성물의 점탄성 계수가 감소함에 따라 가공성이 향상될 수 있다.
가소화된 셀룰로오스 유도체는 가소제와, 에틸셀룰로오스(ethyl cellulose), 하이드록시 프로필메틸셀룰로오스(hydroxypropylmethyl cellulose), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 중 1종 이상의 셀룰로오스 유도체를 포함할 수 있다.
가소제는 트리아세틴(triacetine), 에폭시화 대두유(epoxidized soybean oil) 및 글리세롤(glycerol) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
가소화된 셀룰로오스 유도체는 셀룰로오스 유도체 100중량부에 대하여, 가소제 1 ~ 3중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 2 ~ 3중량부를 포함할 수 있다. 가소제의 함량이 1 ~ 3중량부를 만족함으로써, 수용성 코팅 조성물의 유연성, 코팅성 등을 유지 내지는 향상시키는 효과가 있다.
수용성 코팅 조성물은 수용성 수지 100중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체 1 ~ 25중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 5 ~ 20중량부를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 8 ~ 15중량부를 포함할 수 있다.
가소화된 셀룰로오스 유도체의 함량이 1 ~ 25중량부를 만족함으로써, 수용성 코팅 조성물의 내수성과 내유성을 모두 더욱 높이는 효과가 있다.
본 발명의 수용성 코팅 조성물에 혼합되는 슬립제는 코팅 작업 시 원활한 이형 특성을 위하여 첨가되는 것으로서, 표면의 높은 마찰계수로 인해 발생하는 제반 문제점을 제거하는 역할을 한다. 여기서 이형 특성은 각 표면에 다른 물질을 외부 방향으로 밀어주는 성질을 가져 쉽게 접착이 되지 않도록 하는 성질을 의미한다. 결국 이형 특성은 박리력이 우수한 것을 의미한다.
슬립제는 카나우바왁스 에멀젼, 오조케라이트 에멀젼, 파라핀왁스 에멀젼, 폴리에틸렌왁스 에멀젼, 산화왁스 에멀젼, 실리콘 에멀젼, 지방족알코올, 스테아르산 모노머(stearic acid monomer) 및 스테아르산 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
수용성 코팅 조성물은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 슬립제 1 ~ 5 중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 1 ~ 2중량부를 포함할 수 있다.
슬립제 함량이 1 ~ 5중량부를 만족함으로써, 수용성 코팅층의 물성을 적어도 유지하는 효과가 있다.
습윤제는 코팅제 물성의 안정성을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로서, 아크릴 에멀젼, 우레탄 에멀젼 등의 수용성 수지를 사용할 때 이들 에멀젼의 극성차를 완충함으로써 코팅제의 물성이 안정적으로 유지될 수 있도록 한다.
습윤제는 소듐 디옥틸 설포석시네이트(sodium dioctyl sulfosuccinate), 다이에스테르 설포석시네이트(diester sulfosuccinate), 알킬아민 구아니딘 에톡시레이트(alkylamine-guanidine ethoxylate), 모노에스테르 설포석시네이트(mono-ester sulfosuccinate), 설포석시나메이트(sulfosuccinamate) 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르(polyoxyethylene sorbitan fattyacid ester) 중에서 1종 이상을 포함할 수 있다.
수용성 코팅 조성물은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 습윤제 5 ~ 10 중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 6 ~ 8중량부를 포함할 수 있다.
습윤제의 함량이 5 ~ 10중량부를 만족함으로써, 수용성 수지와 가소화된 셀룰로오스 유도체의 분산성이 향상되어 코팅층에서의 내수성과 내유성을 충분히 나타내는 효과가 있다.
수용성 코팅 조성물은 광물인 스멕타이트 입자를 더 포함할 수 있다.
스멕타이트 입자는 팽창성 점토 광물로, 입자 간 겹침에 의해 공극이 크기 때문에 단열 효과, 내열성을 부여할 수 있다.
종이제품의 단열 효과가 우수할수록 포장되는 식품의 변질을 늦추는데 유리하므로, 수용성 코팅 조성물에 스멕타이트 입자를 첨가할 경우 수용성 코팅 조성물에 코팅되는 종이제품(포장지)의 단열 성능을 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.
스멕타이트 입자는 Na-p형 제올라이트 및 NA-A형 제올라이트로부터 얻어진 것일 수 있다. Na-p형 제올라이트 및 NA-A형 제올라이트는 SiO2/Al2O3의 비에서 실리카 비율이 낮은 구조를 말한다.
예를 들어, 스멕타이트 분말 입자는 pH5.5~6.5인 Na-p형 제올라이트와 pH9.5~10.5인 NA-A형 제올라이트를 200 ~ 300℃에서 반응시켜 합성될 수 있다.
수용성 코팅 조성물은 수용성 수지 100중량부에 대하여, 스멕타이트(smectite) 입자 1 ~ 10중량부를 더 포함할 수 있고, 바람직하게는 2 ~ 8중량부를 더 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 3 ~ 6중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 수용성 코팅 조성물은 10 ~ 40℃, 바람직하게는 20 ~ 30℃에서 성분들을 혼합 및 교반하여 제조될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 종이제품은 종이(10) 및 상기 종이의 적어도 일면에 배치되는 수용성 코팅층(20, 30)을 포함할 수 있다.
수용성 코팅층은 수용성 코팅 조성물을 1차로 도포하여 형성된 제1층(20)과 수용성 코팅 조성물을 2차로 도포하여 형성된 제2층(30)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 제1층(20)과 제2층(30)을 포함하는 수용성 코팅층은 수용성 수지, 가소화된 셀룰로오스 유도체, 슬립제 및 습윤제를 포함하는 수용성 코팅 조성물의 건조물일 수 있다.
구체적으로, 제1층(20) 및 제2층(30) 각각은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체 1 ~ 25 중량부, 슬립제 1 ~ 5 중량부 및 습윤제 5 ~ 10 중량부를 포함할 수 있다. 그리고 제1층(20) 및 제2층(30) 각각은 수용성 수지 100중량부에 대하여, 스멕타이트(smectite) 광물 입자 1 ~ 10중량부를 더 포함할 수 있다.
제1층(20)과 제2층(30)은 박막 두께로 매우 얇으며, 간단한 이중 코팅에 의해 우수한 내유성과 내수성 효과를 모두 나타낼 수 있다.
제1층과 제2층 각각의 두께는 동일하거나 다를 수 있으며, 제1층 및 제2층 각각에 포함되는 조성비는 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1층의 조성비가 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체 10 중량부, 슬립제 2 중량부 및 습윤제 10 중량부일 수 있고, 이때 2층의 조성비도 제1층의 조성비와 동일할 수 있다.
본 발명의 종이제품의 제조 방법은 종이를 마련하는 단계, 상기 종이의 적어도 일면에 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매를 1차 도포하여 제1층을 형성하는 단계, 및 상기 제1층 상에 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매를 2차 도포하여 제2층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
종이는 포장지로 사용될 수 있는 종이라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어 종이는 평량이 5 ~ 100g인 종이일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
코팅 작업 시, 수용성 용매로서 물(증류수)과 유기용매를 사용할 수 있는데, 유기용매로는 알코올 종류를 포함할 수 있다. 수용성 코팅 조성물은 코팅하는 과정에서 50% 이상의 수용성 용매를 사용하여 휘발성 유기물질의 발생을 최대한 억제하여 작업환경을 개선시키는 효과가 있다.
제1층을 형성하는 단계에서 수용성 용매의 첨가량은 상기 제2층을 형성하는 단계에서 수용성 용매의 첨가량보다 많은 것이 바람직하다. 그리고, 제1층을 형성하는 단계와 제2층을 형성하는 단계에서, 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매의 전체 100중량%에 대하여, 수용성 용매 50 ~ 80중량%을 도포할 수 있고, 바람직하게는 60 ~ 70중량%를 도포할 수 있다.
예를 들어, 제1층을 형성하는 단계에서 수용성 코팅 조성물 40중량%와 수용성 용매 60중량%를 첨가할 수 있고, 제2층을 형성하는 단계에서 수용성 코팅 조성물 50중량%와 수용성 용매 50중량%를 첨가할 수 있다. 또한 제1층을 형성하는 단계에서 수용성 코팅 조성물 30중량%와 수용성 용매 70중량%를 첨가할 수 있고, 제2층을 형성하는 단계에서 수용성 코팅 조성물 40중량%와 수용성 용매 60중량%를 첨가할 수 있다.
이처럼 제1층을 형성하는 단계에서 수용성 용매의 첨가량이 제2층을 형성하는 단계에서 수용성 용매의 첨가량보다 많이 사용될 수 있다. 수용성 용매와 수용성 코팅 조성물을 혼합한 것을 제1코팅액(제1층 해당), 제2코팅액(제2층 해당)이라 할 때, 수용성 용매의 함량에 따라 제1코팅액, 제2코팅액의 농도가 달라질 수 있으며, 바람직하게는 제1코팅액의 농도는 제2코팅액의 농도보다 낮을 수 있다.
저농도의 제1코팅액으로 프라이머 처리(제1층 형성)한 후, 제2층에 해당하는 고농도의 제2코팅액을 도포함으로써, 코팅층이 불균일하게 코팅되는 것을 방지할 수 있고, 코팅층의 균일도가 더욱 우수하며, 두께 조절이 더욱 용이한 효과가 있다.
수용성 용매는 증류수 및 알코올 용매 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매를 1차 도포할 때의 작업 온도는 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매를 2차 도포할 때의 작업 온도 보다 낮은 것이 바람직하다. 1차 도포와 2차 도포는 20 ~ 60℃에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 30 ~ 50℃에서 수행될 수 있다.
예를 들어, 1차 도포는 30℃에서 수행될 수 있고, 2차 도포는 40℃에서 수행될 수 있다. 또한 1차 도포는 40℃에서 수행될 수 있고, 2차 도포는 50℃에서 수행될 수 있다.
이처럼 1차 도포할 때의 작업 온도가 2차 도포할 때의 작업 온도보다 낮은 온도에서 수행됨으로써, 코팅 조성물이 갖는 휘발성을 고려하여 러프하고 넓은 면적으로 코팅하기 위한 프라이머 특성을 나타낼 수 있으며, 가공성을 향상시킬 수 있다.
이처럼 수용성 코팅층은 두 번 코팅 처리하여 형성된 층이며, 종이의 일면 또는 양면에 코팅되어 우수한 내유성과 내수성을 갖는 수용성 코팅층을 제공할 수 있다. 두 번 도포하여 형성된 수용성 코팅층은 도포와 건조를 통해 하나의 층으로 형성되기 때문에, 최종 제품인 종이제품에서는 수용성 코팅층이 제1층과 제2층으로 구분되지 않을 수 있다.
제1층 및 제2층 각각에서 코팅 도막 형성 시, 수용성 코팅 조성물의 코팅량은 5 ~ 20g/m2가 바람직하며, 내유기능이 필요한 소재에 5 ~ 10g/m2 코팅량을 도포할 수 있고, 내수성이 필요한 소재에 10 ~ 20g/m2 코팅량을 도포할 수 있다.
예를 들어, 제1층에 5 ~ 10g/m2 코팅량을 도포하고, 제2층에 5 ~ 10g/m2 코팅량을 도포할 수 있다. 또한 제1층에 10 ~ 20g/m2 코팅량을 도포하고, 제2층에 10 ~ 20g/m2 코팅량을 도포할 수 있다. 또한, 제1층에 5 ~ 10g/m2 코팅량을 도포하고, 제2층에 10 ~ 20g/m2 코팅량을 도포할 수 있다.
수용성 코팅 조성물의 코팅량이 5 ~ 20g/m2를 만족함으로써, 내유성과 내수성을 충분히 나타낼 수 있다.
수용성 코팅층을 갖는 종이제품을 이용하여 음식을 포장할 수 있고, 도시락 용기 안에 포장된 음식을 넣어 사용될 수 있다.
종이제품이 내유성과 내수성을 동시에 갖기 때문에 전자레인지 조리법에 따라 가열이 이루어지더라도 수분이 유지된 상태로 음식물 섭취가 가능한 장점을 부여할 수 있다. 또한, 이중 코팅된 종이제품은 재활용성이 우수하고, 50중량% 이상의 수용성 용매를 이용하였기 때문에 소각 시 유해가스와 발열성이 낮은 장점이 있다. 아울러, 종래 종이 재질의 포장지 대비, 동등 이상의 우수한 내구성을 나타낼 수 있다.
이와 같이 식품 포장용 종이에 사용되는 수용성 코팅 조성물 및 이를 이용한 종이제품, 및 이의 제조 방법에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
1. 수용성 코팅 조성물의 제조
실시예 1
<아크릴 에멀젼 베이스, 슬립제를 포함한 수용성 코팅 조성물>
아크릴 에멀젼을 반응 용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하여 아크릴 중합체를 제조하였으며, 제조된 아크릴 중합체의 유리전이온도는 -5℃이고, 25℃에서의 점도는 230cps이었으며, 고형분 함량은 30중량%였다.
상기 아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3중량부 혼합된 에틸셀룰로오스) 8중량부(8kg), 슬립제인 파라핀왁스 에멀젼 2중량부(2kg) 및 습윤제인 sodium dioctyl sulfosuccinate 6중량부를 25℃에서 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
실시예 2
<우레탄 에멀젼 및 슬립제를 포함한 수용성 코팅 조성물>
우레탄 에멀젼을 반응 용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하여 우레탄 중합체를 제조하였으며, 제조된 에멀젼 중합체의 유리전이온도는 25℃이고, 25℃에서의 점도는 120cps이었으며, 고형분 함량은 45중량%였다.
상기 우레탄 중합체 100중량부(100kg)에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3중량부 혼합된 에틸셀룰로오스) 8중량부(8kg), 슬립제인 파라핀왁스 에멀젼 2중량부(2kg) 및 습윤제인 sulfosuccinamate 6중량부를 25℃에서 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
실시예 3
<아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 슬립제, 습윤제 및 스멕타이트 광물 입자를 포함한 수용성 코팅 조성물>
아크릴 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼을 1:1:1로 혼합한 수용성 수지를 마련하고, 상기 수지 100중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3중량부 혼합된 에틸셀룰로오스) 15중량부, 슬립제인 스테아르산 1중량부 및 습윤제인 sulfosuccinamate 6중량부, 스멕타이트 미세 분말입자를 5 중량부를 25℃에서 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
실시예 4
아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 대하여, 습윤제인 sodium dioctyl sulfosuccinate 8중량부를 혼합한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅제를 제조하였다.
실시예 5
아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 대하여, 스멕타이트 미세 분말입자를 3 중량부를 혼합한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅제를 제조하였다.
실시예 6
아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 대하여, 스멕타이트 미세 분말입자를 6 중량부를 혼합한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅제를 제조하였다.
비교예 1
아크릴 에멀젼을 반응 용기에 넣고 상온에서 30분간 교반하여 아크릴 중합체를 제조하였으며, 제조된 아크릴 중합체의 유리전이온도는 -5℃이고, 25℃에서의 점도는 230cps이었으며, 고형분 함량은 30중량%였다.
상기 아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 에틸셀룰로오스 8중량부(8kg), 슬립제인 파라핀왁스 에멀젼 2중량부(2kg) 및 습윤제인 sodium dioctyl sulfosuccinate 6중량부를 25℃에서 혼합하여 코팅제를 제조하였다.
비교예 2
아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3중량부 혼합된 에틸셀룰로오스) 0.5중량부를 혼합한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅제를 제조하였다.
비교예 3
아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 가소화된 셀룰로오스 유도체(에폭시화 대두유가 3중량부 혼합된 에틸셀룰로오스) 28중량부를 혼합한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅제를 제조하였다.
비교예 4
아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 슬립제인 파라핀왁스 에멀젼 0.5중량부를 혼합한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅제를 제조하였다.
비교예 5
아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 슬립제인 파라핀왁스 에멀젼 2.5중량부를 혼합한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅제를 제조하였다.
비교예 6
아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 습윤제인 sodium dioctyl sulfosuccinate 4중량부를 혼합한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅제를 제조하였다.
비교예 7
아크릴 중합체 100중량부(100kg)에 습윤제인 sodium dioctyl sulfosuccinate 15중량부를 혼합한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅제를 제조하였다.
2. 종이제품의 제조
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 7의 코팅제 각각을 종이의 일면에 1차 도포하여 제1층을 형성한 후, 2차 도포하여 제2층을 형성하여 종이제품을 제조하였다. 1차 도포와 2차 도포의 조건은 하기 표 1에 기재하였다.
[표 1]
(1) 내수성 및 내유성 테스트
각각의 종이제품의 표면에 물, 식용유, 콜라를 각각 10g씩 도포하고 상온에 1시간 보관하였다. 이후, 코팅된 종이를 육안으로 관찰한 결과, 실시예 1 내지 6의 종이 제품은 물, 식용유, 콜라가 스며들지 않아 내수성, 내유성이 매우 우수하였다.
다만, 실시예 6A, 6B, 6C 는 수용성 용매의 양이 1차 도포와 2차 도포할 때 동일하거나, 2차 도포할 때 더 많거나, 또는 1차 도포할 때 작업온도가 더 높았기 때문에 식용유, 콜라가 일부 스며든 부분이 관찰되었으며, 실시예 1 내지 6에 비해, 상대적으로 내수성과 내유성이 다소 낮아 보였다.
이에 반해, 비교예 1 내지 7은 코팅 조성물이 본 발명을 만족하지 않았기 때문에 물, 식용유, 콜라가 모두 스며들어 내수성과 내유성이 매우 좋지 않았다.
(2) 내구성
실시예에서 제조된 종이제품과 비교예에서 제조된 종이제품을 대상으로 코팅면과 종이면의 접착력을 인장강도기(1605HTP, Aikoh사)를 이용하여 측정하였다.
그 결과 실시예에서 제조된 종이제품의 접착력은 550 ~ 650g/8mm2이었고 비교예에서 제조된 종이제품의 접착력은 400 ~ 500g/8mm2로 측정되어, 본 발명에 따른 종지제품의 접착력이 더 우수한 것으로 나타났다.
(3) 알칼리 해리성 및 분산성 테스트
종이제품 사용 후 폐기시 재활용 용이성 및 폐기물 감소 특성을 확인하기 위하여 환경마크 인증기준인 EL606의 방법에 따라서 알칼리 해리성 및 알칼리 분산성을 실험하였다.
EL606의 시험 방법에 따라 (1) 2L 용량의 해리용기에 0.5% NaOH 용액 1L를 가한 다음, 실시예와 비교예에 따라 제조된 종이제품을 1cm2 이하로 잘게 절단한 시료 20g을 넣었다. (2) 이어서 55±5℃에서 1,500±100 RPM으로 10분간 해리시킨 다음, (3) 교반을 멈추고 용기벽에 부착된 물질을 50mL의 알칼리 용액으로 씻어내린 다음 교반기를 작동하여 1,500±100 RPM으로 다시 10분간 해리시켰다. (4) (3)의 과정을 3회 반복하고 시료액을 5분간 정치하고 150메시의 여과재인 금속 망체로 여과하였다. 또한 여과재 위의 남아있는 펄프 슬러지를 알칼리용액으로 5회 세척한 다음 80±5℃의 물로 여과재를 5회 세척하였다. (5) 여과재 위에 남아있는 펄프 슬러지는 여과재와 함께 상온에서 30분간 정치시킨 후, 잔류하는 수산화나트륨을 제거하기 위해 105±5℃의 건조기에서 2시간 동안 건조시켰다. (6) 건조시킨 여과재를 꺼내 방랭한 다음 여과재 위에 남아있는 펄프를 취하여 알칼리 해리성 및 분산성을 평가하였다.
실시예 1 내지 6C는 건조시킨 펄프에 불순물이 없는 것을 육안으로 확인하였다. 또한 펄프 표면을 손으로 눌렀을 때, 점착성이 없는 것을 확인하였다.
반면, 비교예 1 내지 7은 펄프에 불순물이 있는 것을 육안으로 확인하였으며, 점착성도 나타내는 것을 확인하였다.
따라서, 실시예에 따라 제조된 종이제품은 EL606 포장재 규격에 따른 “재활용이 쉬움, 폐기물 감소”에 대한 판단 기준인 펄프 이외에 불순물이 포함되어 있지 않고, 펄프 점착성이 나타나지 않아 알칼리 해리성 또는 알칼리 분산성인 것으로 평가되어 재활용이 용이하고, 폐기물 감소 기준에 적합한 것을 알 수 있었다.
(4) 재생률 측정
재활용 가능성을 평가하기 위하여, 제조된 종이제품을 재생하여 펄프 회수율을 분석하였다. 재생과정은 통상적인 방법으로 수행될 수 있는데, 예를 들어 믹싱, 분리, 거름, 숙성, 탈묵 공정을 통해 종이의 재생이 이루어졌다.
재생 전후를 비교한 결과, 실시예 1 내지 6은 약 90%의 펄프 재생률을 나타내어, 실시예에 따라 제조된 종이제품은 재활용 가능성이 매우 높은 것으로 나타났다. 이에 비해 실시예 6A 내지 6C는 약 87%의 펄프 재생률을 나타내었다.
반면, 비교예 1 내지 7의 종이제품은 재생 전후를 비교한 결과 약 70%의 펄프 재생률을 나타내었다.
따라서, 실시예 6A 내지 6C는 실시예 1 내지 6보다 재생률이 약간 낮지만, 비교예 1 내지 7보다는 높은 재생률을 보였다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10 : 종이
20 : 제1층
30 : 제2층
20 : 제1층
30 : 제2층
Claims (15)
- 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체 1 ~ 25 중량부, 슬립제 1 ~ 5 중량부 및 습윤제 5 ~ 10 중량부를 포함하는 수용성 코팅 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 수용성 수지는 아크릴 에멀젼, 카르복시메틸셀룰로오스 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 폴리염화비닐리덴 에멀젼, 라텍스 에멀젼, 스티렌 에멀젼, 폴리비닐알코올 용액 및 폴리비닐아세테이트 용액 중 1종 이상을 포함하는 수용성 코팅 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 수용성 수지는 유리전이온도 -10 ~ 30 ℃, 고형분 20 ~ 50 중량% 및 점도 50 ~ 230 cps인 아크릴 에멀젼을 포함하는 수용성 코팅 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 가소화된 셀룰로오스 유도체는 가소제와, 에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스 및 셀룰로니트로셀룰로오스 중 1종 이상의 셀룰로오스를 포함하는 수용성 코팅 조성물.
- 제4항에 있어서,
상기 가소제는 트리아세틴, 에폭시화 대두유 및 글리세롤 중 1종 이상을 포함하는 수용성 코팅 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 슬립제는 카나우바왁스 에멀젼, 오조케라이트 에멀젼, 파라핀왁스 에멀젼, 폴리에틸렌왁스 에멀젼, 산화왁스 에멀젼, 실리콘 에멀젼, 지방족알코올, 스테아르산 모노머(stearic acid monomer) 및 스테아르산 중 1종 이상을 포함하는 수용성 코팅 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 습윤제는 소듐 디옥틸 설포석시네이트(sodium dioctyl sulfosuccinate), 다이에스테르 설포석시네이트(diester sulfosuccinate), 알킬아민 구아니딘 에톡시레이트(alkylamine-guanidine ethoxylate), 모노-에스테르 설포석시네이트(mono-ester sulfosuccinate), 설포석시나메이트(sulfosuccinamate) 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르(polyoxyethylene sorbitan fattyacid ester) 중 1종 이상을 포함하는 수용성 코팅 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 수용성 코팅 조성물은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 광물 입자 1 ~ 10중량부를 더 포함하는 수용성 코팅 조성물.
- 종이; 및
상기 종이의 적어도 일면에 배치되는 수용성 코팅층을 포함하고,
상기 수용성 코팅층은
수용성 수지, 가소화된 셀룰로오스 유도체, 슬립제 및 습윤제를 포함하는 수용성 코팅 조성물의 건조물인 종이제품.
- 제9항에 있어서,
상기 수용성 코팅층은 제1층 및 제2층을 포함하고,
상기 제1층 및 제2층 각각은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체 1 ~ 25 중량부, 슬립제 1 ~ 5 중량부 및 습윤제 5 ~ 10 중량부를 포함하는 종이제품.
- (a) 종이를 마련하는 단계;
(b) 상기 종이의 적어도 일면에 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매를 1차 도포하여 제1층을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 제1층 상에 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매를 2차 도포하여 제2층을 형성하는 단계를 포함하는 종이제품의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 수용성 용매의 첨가량은 상기 (c) 단계에서 수용성 용매의 첨가량보다 많은 종이제품의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 (b) 단계 및 (c) 단계에서, 수용성 코팅 조성물과 수용성 용매의 전체 100중량%에 대하여, 수용성 용매 50 ~ 80중량%을 도포하는 종이제품의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 수용성 코팅 조성물은 수용성 수지 100 중량부에 대하여, 가소화된 셀룰로오스 유도체 1 ~ 25 중량부, 슬립제 1 ~ 5 중량부 및 습윤제 5 ~ 10 중량부를 포함하는 종이제품의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 수용성 용매는 증류수 및 알코올 용매 중 1종 이상을 포함하는 종이제품의 제조 방법.
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| KR1020210045997 | 2021-04-08 | ||
| KR20210045997 | 2021-04-08 |
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|---|---|---|---|
| KR1020220043592A KR20220139820A (ko) | 2021-04-08 | 2022-04-07 | 내유성 및 내수성이 우수한 수용성 코팅 조성물 및 이를 이용한 종이제품, 및 이의 제조 방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102659000B1 (ko) * | 2023-10-10 | 2024-04-19 | 이재석 | 무기소재 기반의 단열성 및 내수성이 우수한 종이 코팅용 조성물 및 이를 이용한 종이 코팅 방법 |
-
2022
- 2022-04-07 KR KR1020220043592A patent/KR20220139820A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR102659000B1 (ko) * | 2023-10-10 | 2024-04-19 | 이재석 | 무기소재 기반의 단열성 및 내수성이 우수한 종이 코팅용 조성물 및 이를 이용한 종이 코팅 방법 |
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