KR20230014896A - 생분해성층이 합지된 친환경 포장재 및 그 제조방법 - Google Patents
생분해성층이 합지된 친환경 포장재 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
생분해성 필름의 합지를 통하여 배리어 특성을 충분하게 확보하고 열접착이 용이하도록 구현되며 접착강도가 우수한 친환경 포장재 및 그 제조방법을 제시한다. 그 포장재 및 방법은 종이기재, 제1 접착층, 제1 생분해배리어층, 제2 접착층 및 열접착층이 적층된 구조로 이루어지고, 제1 생분해배리어층은 생분해성 고분자를 포함하여 이루어진 코팅층 또는 필름이고, 열접착층은 생분해성 고분자를 반복단위로 포함하는 하드 세그먼트와 열접착성 고분자를 반복단위로 연결된 소프트 세그먼트로 구성된다.
Description
본 발명은 친환경 포장재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성층이 합지되며, 포장재가 요구하는 물성을 충족하는 친환경 포장재 및 제조방법에 관한 것이다.
포장재는 식품, 음료수, 기타 물질을 포장하는 데에 사용된다. 일반적으로, 커피 등 식품을 위한 포장재는 수분투과도가 극히 낮고 가격이 저렴한 폴리올레핀 수지 또는 알루미늄이 적층되거나 코팅된 방수종이가 널리 사용된다. 최근, 환경문제가 심각해지면서, 자연계에서 생분해되는 소재를 활용한 친환경 포장재가 요구되고 있다. 이를 위해, 국내등록특허 제10-1877703호, 국내공개특허 제2019-0094848호 등은 생분해되는 소재인 폴리락트산(PolyLactic Acid, PLA), 전분 등이 이용되는 포장재가 제시되어 있다. 특히, 폴리락트산은 생분해되고 수분흡수에 대한 저항성이 우수하며, 대량생산이 가능하고 저렴하여 생분해성 포장재에 많이 활용된다.
한편, 포장재는 산소 및 수분의 흡수가 차단되는 배리어(barrier) 특성이 충분하게 확보되어야 한다. 상기 산소 및 수분이 포장재 내부로 흡수되면, 포장물의 부패, 변질 등의 손상이 일어나므로, 상기 산소 및 수분을 거의 완벽하게 차단되어야 한다. 그런데, 종래의 생분해성 필름은 배리어 특성이 충분하지 못하여, 상기 산소 및 수분을 제대로 차단하지 못한다. 또한, 포장재를 제조하기 위해서는 포장재에 사용되는 필름을 열접착(heat sealing)하여 봉합을 하는데, 생분해성 필름은 열접착이 어려워 제조가 쉽지 않다. 그리고, 포장재를 가공할 때, 접착강도를 충분하게 유지해야 생분해성의 필름의 합지가 원활하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생분해성층의 합지를 통하여 배리어 특성을 충분하게 확보하고 열접착이 용이하도록 구현되며 접착강도가 우수한 친환경 포장재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 생분해성층이 합지된 친환경 포장재는 종이기재, 제1 접착층, 제1 생분해배리어층, 제2 접착층 및 열접착층이 적층된 구조로 이루어진다. 이때, 상기 제1 생분해배리어층은 생분해성 고분자를 포함하여 이루어진 코팅층 또는 필름이고, 상기 열접착층은 코팅층 또는 필름이고, 생분해성 고분자를 반복단위로 포함하는 하드 세그먼트와, 열접착성 고분자를 반복단위로 연결된 소프트 세그먼트로 구성된다.
본 발명의 포장재에 있어서, 상기 종이기재에는 유기배리어층이 도포될 수 있고, 유기배리어층은 단백질, 탄수화물 및 로진을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 접착층에는 로진을 포함할 수 있다. 상기 로진은 에스테르화 반응에 의해 생성된 로진 에스테르일 수 있다. 상기 제1 생분해배리어층은 상기 생분해성 고분자에 전분, 석고 또는 셀룰로오스 아세테이트 중의 적어도 하나가 포함될 수 있다. 상기 열접착층의 소프트 세그먼트는 폴리프로필렌계 또는 폴리우레탄계 중의 어느 하나 또는 그들의 혼합물로 이루어진 수지일 수 있다. 상기 제2 접착층 및 상기 열접착층 사이에는 제2 생분해배리어층 및 제3 접착층을 포함할 수 있다. 상기 제3 접착층은 로진을 포함할 수 있다. 상기 제2 생분해배리어층은 상기 생분해성 고분자에 전분, 석고 또는 셀룰로오스 아세테이트 중의 적어도 하나가 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 생분해성층이 합지된 친환경 포장재의 제조방법은 먼저, 제1 생분해배리어층, 제2 접착층 및 열접착층이 적층된 구조를 형성한다. 그후, 제1 접착층을 상기 제1 생분해배리어층 상에 도포한다. 최종적으로 종이기재를 합지한다. 이때, 상기 제1 생분해배리어층은 생분해성 고분자를 포함하여 이루어진 코팅층 또는 필름이고, 상기 열접착층은 코팅층 또는 필름이고, 생분해성 고분자를 반복단위로 포함하는 하드 세그먼트와, 열접착성 고분자를 반복단위로 연결된 소프트 세그먼트로 구성된다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 제1 내지 제3 접착층 중의 어느 하나 이상이 도포된 후에, 상기 제1 내지 제3 접착층 상에는 열풍에 의한 전면확산기류를 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 생분해성층이 합지된 친환경 포장재 및 그 제조방법에 의하면, 배리어성이 우수한 생분해성층 및 열접착성이 우수한 생분해성 필름을 합지함으로써, 배리어 특성을 충분하게 확보하고 열접착이 용이하도록 구현되며 접착강도가 우수하다.
도 1은 본 발명에 의한 제1 포장재를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 제1 포장재를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 제1 포장재를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 제1 포장재를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 접착층을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 제1 포장재를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 제1 포장재를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 제1 포장재를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 접착층을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 과장되게 표현하였다. 한편, 도면들에 있어서, 막(층, 패턴) 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장될 수 있다. 또한, 막(층, 패턴)이 다른 막(층, 패턴)의 상, 상부, 하부, 일면에 있다고 언급되는 경우에, 그것은 다른 막(층, 패턴)에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 다른 막(층, 패턴)이 개재될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 배리어성이 우수한 생분해성층 및 열접착성이 우수한 생분해성 필름을 합지함으로써, 배리어 특성을 충분하게 확보하고 열접착이 용이하며 접착강도가 우수한 친환경 포장재 및 제조방법을 제시한다. 이를 위해, 생분해성층이 합지된 포장재의 구조에 대하여 상세하게 알아보고, 상기 구조에 따른 물성을 자세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에 의한 포장재는 식품, 음료수, 기타 물질을 포장하는 포장재로 활용될 수 있다. 생분해성층은 자연계에서 생분해되는 소재로써 환경친화적이지만, 포장재로 사용하기에는 미흡한 점이 있어서, 본 발명의 실시예는 상기 미흡한 점을 개선한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 제1 포장재(100)를 나타내는 단면도이다. 다만, 엄밀한 의미의 도면을 표현한 것이 아니며, 설명의 편의를 위하여 도면에 나타나지 않은 구성요소가 있을 수 있다. 이때, (a)는 유기배리어층(11)이 존재하는 제1 포장재(100), (b)는 유기배리어층(11) 존재하는 않는 제1 포장재(100a)를 표현하였다.
도 1에 의하면, 제1 포장재(100)는 종이기재(10), 유기배리어층(11), 제1 접착층(12) 및 열접착층(13)이 순차적으로 적층된 구조를 이룬다. 종이기재(10)는 나무 펄프 또는 섬유질 물질로부터 만드는 얇은 시트 모양의 물질로써, 장섬유 및 단섬유 재질의 종이가 있다. 상기 장섬유 재질의 종이는 대부분 순수 나무로만 제조되는 종이로서, 식물 등에서 추출해낸 섬유질의 길이가 유지되어 외부 변형에 대해 강성을 갖게 되므로 찢어짐이나 터짐 현상이 방지되거나 경감되므로, 포장재로 바람직하다. 종이기재(10)는 이에 제한되지 않으나, 화학펄프의 일종인 미표백 크라프트 펄프를 주원료로 하는 크라프트지일 수 있다. 상기 크라프트지를 적용하면, 인장강도, 인열강도, 신장도 등이 우수하여 제1 포장재(100)가 쉽게 파손되지 않는다.
유기배리어층(11)은 종이기재(10)의 일면에 코팅되며, 산소 및 수분을 차단하여 포장재의 수명 및 성능을 보호한다. 유기배리어층(11)은 산소 및 수분을 차단하는 것 이외에 포장물의 특징에 따라 다양한 기능이 추가될 수 있다. 유기배리어층(11)은 주성분인 폴리비닐알콜(PVA), 에틸렌비닐알코올(EVOH) 등이 공지되어 있다. 유기배리어층(11)은 본 발명의 범주 내에서 상기 주성분을 적절하게 혼합하여 사용될 수 있으며, 다른 물질을 주성분으로 활용될 수 있다.
유기배리어층(11)은 상기 주성분으로 천연물을 포함할 수 있고, 상기 천연물은 단백질, 탄수화물이 혼합된 단백질 등이 있다. 상기 단백질은 천연물에서 유래되고, 유청 단백질, 농축 유청 단백질, 대두단백질(soy protein isolate, SPI), 쌀단백질(rice protein isolate, RPI), 오트단백질(oat protein isolate, OPI), 완두단백질(pea protein isolate, PPI), 카제인(casein), 카제인나트륨(Sodium caseinate), 옥수수단백질(corn zein), 젤라틴(gelatin), 밀 단백질(Gluten) 또는 그들의 조합일 수 있다. 상기 단백질은 상기 차단층 내에서 3차원의 망상구조(network structure)를 형성하여, 높은 수준의 산소 차단성, 수분 차단성 및 투명성이 제공될 수 있다.
상기 탄수화물은 단당류, 이당류 및 다당류 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함한다. 상기 탄수화물은 다당류를 포함할 수 있고, 예를 들어 풀루란(pullulan), 카라기난(carrageenan), 키토산(chitosan), 전분(starch), 우무(agar), 펙틴(pectin) 또는 그들의 조합이 더 포함될 수 있다. 상기 단백질에 탄수화물이 혼합되면, 상기 탄수화물이 유기배리어층(11) 내에 형성된 단백질의 3차원의 망상구조를 구조적으로 지지한다. 상기 탄수화물은 유기배리어층(11)의 산소 차단성, 수분 차단성 및 투명성이 보다 개선시킨다.
본 발명의 실시예의 유기배리어층(11)은 로진(rosin)을 포함할 수 있다. 상기 로진은 침엽수 및 소나무에서 얻어지는 것으로, 액상 수지를 가열해서 휘발성 액체인 테르펜을 증발시켜 얻은 고체 수지를 말한다. 상온에서 로진이 부서질 수 있으나 가열하면 로진은 용해된다. 상기 로진은 아비에트산을 비롯한 수지산으로 구성된다. 상기 수지산에는 아비에트산 이외에 이중결합 2개의 위치가 서로 다른 네오아비에트산, 팔루스트르산, 레보피마르산 등이 있다. 상기 로진은 점막에 다수의 기공이 형성되어서 유기배리어층의 다른 성분을 담지하여, 앵커 효과에 의해 유기배리어층(11)의 강성을 높인다. 상기 접착성뿐 아니라 송진이 가지고 있는 피톤치드를 함유하고 있어서 항균작용, 냄새제거 등의 특성을 가진다.
경우에 따라, 제1 포장재(100)는 유기배리어층(11)을 구비하지 않을 수 있다. 구체적으로, 유기배리어층(11)이 없어도 포장된 물질을 고려하여 차단성을 충분하게 확보한다면, 유기배리어층(11)이 존재하지 않는 변형 제1 포장재(100a)를 구현할 수 있다. 다시 말해, 유기배리어층(11)은 선택적인 요소이다.
제1 접착층(12)은 공지된 접착제를 모두 적용할 수 있으며, 예컨대, 에틸렌비닐알코올 공중합체 또는 폴리비닐아세테이트를 수분에 유화시키거나, 또는 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리비닐알코올 등인 수용성 접착제를 활용할 수 있다. 또한, 상기 수용성 접착제는 수성 폴리우레탄계 수지, 수성 아크릴계 수지, 수성 에폭시 수지, 수성 페놀 수지, 또는 그들의 조합을 이용할 수 있다.
제1 접착층(12)은 천연물질이 활용될 수 있다. 상기 천연물질은 아교, 부레풀, 해초풀, 전분(starch) 및 로진을 함유할 수 있다. 종래의 접착제는 인체에 유해한 휘발성유기화합물인 포름알데히드의 발산을 유발하지만, 상기 천연물질은 인체에 유해한 포름알데히드가 발생하지 않아서 친환경적이다. 천연접착제 중의 로진은 예컨대 에스테르화 반응을 통하여 얻어진 로진에스테르가 적용된다. 로진 접착제는 유기배리어층(11)을 구성하는 단백질, 탄수화물 등을 결합시켜 유기배리어층(11)의 지지력을 높인다.
열접착층(13)은 코팅층 또는 필름 형태이고, 생분해성 고분자를 반복단위로 포함하는 하드 세그먼트와, 열접착성 고분자를 반복단위로 연결된 소프트 세그먼트로 구성된 것이다. 상기 생분해성 고분자의 하드 세그먼트는 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(Poly(Butylene Adipate-co-Terephthalate), PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트(polybutylene succinate adipate, PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트(Poly(Butylene Succinate), PBS), 폴리카프로락톤(PolyCaproLactone, PCL), 폴리포스페이트에스터(Polyphosphate ester), 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리디옥사논(polydioxanone, PDO), 폴리글리콜산(polyglycolic acid, PGA) 등이 알려져 있다. 상기 열접착 물질의 소프트 세그먼트는 굳이 이에 한정되는 것은 아니나, 폴리프로필렌계, 폴리우레탄계 등 및 그들의 혼합물로 이루어진 수지가 활용된다.
상기 폴리프로필렌의 경우, 폴리프로필렌(PP)을 주성분으로 하며, 에틸렌-아크릴산 공중합체(E-AA), 에틸렌-프로필렌 디엔 공중합체(EDPM), 노본(Novon), 폴리(4-메틸-1-펜텐)(PMP), 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체(E-EA), 수소화된(hydrogenated) 천연고무, 에틸렌-메틸 메타크릴레이트 공중합체(E-MMA), 폴리에틸렌 이오노머 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 상기 주성분에 부가가 가능하다. 상기 폴리우레탄 폴리올 반복단위가, 상기 폴리에테르계 폴리올 반복단위의 말단의 히드록시기와 디이소시아네이트 화합물의 이소시아네이트기와의 반응으로 형성된 우레탄 결합을 매개로 선형으로 연결된다.
상기 생분해성 고분자는 전분, 석고, 셀룰로오스 아세테이트 등과 같은 기능성 물질을 혼합하여, 열접착층(13)의 분해능력, 난연성, 지지력 등과 같은 물성을 조절할 수 있다. 열접착층(13)의 제조는 공지된 방식이면 모두 가능하나, 예컨대 혼련에 의해 제조된 수지를 압출, 연신 등의 공정을 거쳐서 제조할 수 있다. 열접착층(13)은 포장재를 제조할 때, 열접착이 일어나는 부위를 제공한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 제2 포장재(200)를 나타내는 단면도이다. 이때, 제2 포장재(200)는 제1 생분해배리어층(20)이 추가된 것을 제외하고, 제1 포장재(100)와 동일하다. 이에 따라, 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이때, (a)는 유기배리어층(11)이 존재하는 제2 포장재(200), (b)는 유기배리어층(11) 존재하는 않는 제2 포장재(200a)를 표현하였다.
도 2에 의하면, 제2 포장재(200)는 종이기재(10), 유기배리어층(11), 제1 접착층(12), 제1 생분해배리어층(20), 제2 접착층(21) 및 열접착층(13)이 순차적으로 적층된 구조를 이룬다. 제1 생분해배리어층(20)은 생분해성 고분자를 포함하여 이루어진 코팅층 또는 필름이다. 상기 생분해성 고분자는 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(Poly(Butylene Adipate-co-Terephthalate), PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트(polybutylene succinate adipate, PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트(Poly(Butylene Succinate), PBS), 폴리카프로락톤(PolyCaproLactone, PCL), 폴리포스페이트에스터(Polyphosphate ester), 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리디옥사논(polydioxanone, PDO), 폴리글리콜산(polyglycolic acid, PGA) 등이 알려져 있다.
제1 생분해배리어층(20)은 상기 생분해성 고분자에 전분, 석고, 셀룰로오스 아세테이트 등과 같은 기능성 물질을 혼합하여, 제1 생분해배리어층(20)의 분해능, 난연성, 지지력 등과 같은 물성을 조절할 수 있다. 제1 생분해배리어층(20)은 제1 접착층(12)과 동일한 재질의 접착제로 이루어진 제2 접착층(21)으로 열접착층(13)에 합지된다.
제1 생분해배리어층(20)은 생분해성 고분자에 배리어 특성을 가진 수지가 혼합될 수 있다. 상기 배리어 특성을 가진 수지는 폴리비닐알콜(PVA), 열가소성 전분(TPS) 중의 어느 하나 또는 그들의 혼합물일 수 있다. 제1 생분해배리어층(20)은 분산제, 열안정제, 광안정제, 커플링제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 기타 첨가제의 구체적인 종류는 제2 포장재(200)에 요구되는 물성기준에 따라 첨가제를 적절히 첨가할 수 있다. 제2 포장재(200)는 제1 생분해배리어층(20)을 추가함으로써, 제1 포장재(100)에 비하여, 산소 및 수분에 대한 배리어 특성을 보다 개선할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 제3 포장재(300)를 나타내는 단면도이다. 이때, 제3 포장재(300)는 제2 생분해배리어층(22)이 추가된 것을 제외하고, 제2 포장재(200)와 동일하다. 이에 따라, 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이때, (a)는 유기배리어층(11)이 존재하는 제3 포장재(300), (b)는 유기배리어층(11) 존재하는 않는 제3 포장재(300a)를 표현하였다.
도 3에 의하면, 제3 포장재(300)는 종이기재(10), 유기배리어층(11), 제1 접착층(12), 제1 생분해배리어층(20), 제2 접착층(21), 제2 생분해배리어층(22), 제3 접착층(23) 및 열접착층(13)이 순차적으로 적층된 구조를 이룬다. 이때, 제2 생분해배리어층(22) 및 제3 접착층(23)의 재질 및 기능은 제2 포장재(200)의 제1 생분해배리어층(20) 및 제2 접착층(21)과 동일하다. 제3 포장재(300)는 제2 생분해배리어층(22)을 추가함으로써, 제2 포장재(200)에 비하여, 산소 및 수분에 대한 배리어 특성을 보다 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 제4 포장재(400)를 나타내는 단면도이다. 이때, 제4 포장재(400)는 종이기재(10)를 생분해층(30)으로 대체된 것을 제외하고, 제2 및 제3 포장재(200, 300)와 동일하다. 여기서는 제3 포장재(300)와 비교하여 설명하기로 한다. 이에 따라, 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이때, (a)는 유기배리어층(11)이 존재하는 제4 포장재(400), (b)는 유기배리어층(11) 존재하는 않는 제4 포장재(400a)를 표현하였다.
도 4에 의하면, 제4 포장재(400)는 생분해층(30), 유기배리어층(11), 제1 접착층(12), 제1 생분해배리어층(20), 제2 접착층(21), 제2 생분해배리어층(22), 제3 접착층(23) 및 열접착층(13)이 순차적으로 적층되어 이루어진다. 생분해층(30)은 생분해성 고분자를 포함하여 이루어진 필름이다. 생분해층(30)은 생분해성을 가지며, 제1 내지 제3 포장재(100, 200, 300)의 종이기재(10)를 제외한 고분자이다.
상기 생분해성 고분자는 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(Poly(Butylene Adipate-co-Terephthalate), PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트(polybutylene succinate adipate, PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트(Poly(Butylene Succinate), PBS), 폴리카프로락톤(PolyCaproLactone, PCL), 폴리포스페이트에스터(Polyphosphate ester), 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리디옥사논(polydioxanone, PDO), 폴리글리콜산(polyglycolic acid, PGA) 등이 알려져 있다. 제1 생분해배리어층(20)은 상기 생분해성 고분자에 전분, 석고, 셀룰로오스 아세테이트 등과 같은 기능성 물질을 혼합하여, 생분해층(30)의 분해능, 난연성, 지지력 등과 같은 물성을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 제1 내지 제4 포장재(100~400) 중에서, 제2 및 제3 포장재(200, 300)가 바람직하다. 왜냐하면, 제1 및 제4 포장재(100, 400)는 배리어 특성을 확보하고 열접착이 용이하며 접착강도를 확보하지만, 식품, 음료수 등과 같이 부패하기 쉬운 물질을 포장하기 위한 포장재에 적용하기에는, 배리어 특성, 인쇄적성, 유연성 등이 충분하게 확보되지 않기 때문이다. 즉, 제2 및 제3 포장재(200, 300)를 식품, 음료수 등과 같이 부패하기 쉬운 물질을 포장하는 포장재에 적합한 사례이다. 물론, 제1 및 제4 포장재(100, 400)를 포장재로 사용할 수 있지만, 제2 및 제3 포장재(200, 300)를 최적의 실시예로 제시한다.
제2 및 제3 포장재(200, 300)를 합지하는 과정에서, 유기배리어층(11)이 코팅된 종이기재(10)는 가장 나중에 합지한다. 예를 들어, 제2 포장재(200)에서 제1 생분해배리어층(20) 및 열접착층(13)을 합지한 후에, 유기배리어층(11)이 코팅된 종이기재(10)를 합지한다. 종이기재(10)는 제1 생분해배리어층(20) 및 열접착층(13)과는 스티프니스(stiffness)의 차이가 존재한다. 다시 말해, 상기 스티프니스가 서로 유사한 제1 생분해배리어층(20) 및 열접착층(13)을 먼저 합지한 후에, 상기 스티프니스가 다른 종이기재(10)를 합지하면, 원활한 합지가 이루어진다. 특히, 종이기재(10)에 수분이나 코팅액이 침투하면, 상기 스티프니스는 더욱 떨어진다. 만일, 제1 생분해배리어층(20) 및 종이기재(10)를 먼저 합지한 후에, 열접착층(13)을 합지하면 상기 스티프니스의 차이로 인하여 합지가 원활하게 이루어지지 않는다.
한편, 제2 및 제3 포장재(200, 300)를 합지하는 과정에서, 접착강도를 높이기 위하여, 본 발명의 접착층(12, 21, 23)은 균일하게 분산되고 강고하게 도포되는 것이 바람직하다. 도 5는 본 발명의 접착층을 형성하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 이때, 접착층은 제1 접착층(12)을 사례로 들었다.
도 5에 의하면, 제1 생분해배리어층(20) 상에는 제1 접착층(12)이 도포된다. 열풍분사기(40)는 제1 접착층(12)을 균일하게 분산시키고 강고하게 도포되도록 한다. 열풍분사기(40)는 분사구(41)를 통하여, 열풍을 분사한다. 상기 열풍의 온도는 제1 접착층(12)이 도포되는 합지기(도시되지 않음)의 분위기 온도에 부합된다. 제1 생분해배리어층(20) 및 제1 접착층(12)은 길이방향인 x방향(b)으로 이동하여 합지기로 향한다. 바람직하게는, 분사구(41)는 폭방향인 y방향 전체에 걸쳐 개방되어 있다. 열풍분사기(40)는 제1 생분해배리어층(20)에 도포된 제1 접착층(12)을 균일하게 분포시키고, 제1 접착층(12)을 제1 생분해배리어층(20)에 보다 강고하게 도포되며, 균일한 경화가 일어난다.
열풍분사기(40)는 상기 열풍이 제1 접착층(12)의 전면에 퍼지도록 하는 전면확산기류(a)를 형성한다. 구체적으로, 전면확산기류(a)를 형성하기 위해서는, 분사구(41)로부터 분출되는 풍량의 크기와 함께 분사구(41)와 제1 접착층(12) 사이의 분사간격(D)이 중요하다. 분사간격(D)이 지나치게 작으면 상기 열풍이 상승하는 기류가 발생하고, 지나치게 크면 전면확산기류(a)를 형성하기 어렵다. 상기 풍량의 크기가 지나치게 작으면 전면확산기류(a)를 형성하기 어렵고, 지나치게 크면 제1 접착층(12)의 손상이 일어난다. 분사간격(D) 및 풍량의 크기는 앞에서 설명한 것 이외에도 열풍분사기(40) 사이의 거리(L)를 고려하여 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 제2 및 제3 포장재(200, 300)는 종이기재(10)를 최종적으로 합지하고 전면확산기류(a)를 형성함으로써, 배리어 특성 및 접착강도에 커다란 영향을 미치는 박리강도를 높일 수 있다. 실질적으로, 제1 생분해배리어층(20) 및 종이기재(10)를 먼저 합지한 경우의 제1 배리어층(20) 및 종이기재(10)의 박리강도와 접착강도는 각각 110gf/15mm와 1.9kgf/15mm이었으나, 제1 생분해배리어층(20) 및 열접착층(13)을 먼저 합지한 본 발명의 경우는 각각 615gf/15mm와 3.4kgf/15mm로 향상되었다. 이때, 종이기재(10) 및 제1 배리어층(20)의 두께는 각각 54㎛, 25㎛이었다.
박리강도가 향상되면, 배리어 특성이 개선된다. 종이기재에 유기배리어층으로 폴리비닐알콜(PVA)을 코팅한 경우의 수분투과도와 산소투과도는 423.1g/m2ㅇday와 3.4cc/m2ㅇday이었다. 또한, 전면확산기류(a)가 적용되지 못한 제2 포장재(200)의 수분투과도 및 산소투과도는 각각 5.6g/㎡ㅇday, 0.38cc/㎡ㅇday이었으나, 전면확산기류(a)에 의한 경화가 적용한 제2 포장재(20)의 수분투과도 및 산소투과도는 각각 2.4g/㎡ㅇday, 0.04cc/㎡ㅇday로 크게 향상되었다. 이때, 열접착층(13)의 두께는 50㎛이었다. 이에 따라, 전면확산기류(a)가 적용되고, 유기배리어층(11), 제1 접착층(12), 제1 생분해배리어층(20), 제2 접착층(21) 및 열접착층(13)의 두께, 물성 등을 조절하면, 상기 수분과 산소에 대한 충분한 차단성을 확보할 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 종이기재 11; 유기배리어층
12, 21, 23; 제1 내지 제3 접착층
20, 22; 제1 및 제2 생분해배리어층
13; 열접착층 30; 생분해층
40; 열풍분사기 41; 분사구
100, 200, 300, 400; 제1 내지 제4 포장재
a; 전면확산기류
12, 21, 23; 제1 내지 제3 접착층
20, 22; 제1 및 제2 생분해배리어층
13; 열접착층 30; 생분해층
40; 열풍분사기 41; 분사구
100, 200, 300, 400; 제1 내지 제4 포장재
a; 전면확산기류
Claims (15)
- 종이기재, 제1 접착층, 제1 생분해배리어층, 제2 접착층 및 열접착층이 적층된 구조로 이루어지고,
상기 제1 생분해배리어층은 생분해성 고분자를 포함하여 이루어진 코팅층 또는 필름이고,
상기 열접착층은 코팅층 또는 필름이고, 생분해성 고분자를 반복단위로 포함하는 하드 세그먼트와, 열접착성 고분자를 반복단위로 연결된 소프트 세그먼트로 구성된 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재. - 제1항에 있어서, 상기 종이기재에는 유기배리어층이 도포될 수 있고, 상기 유기배리어층은 단백질, 탄수화물 및 로진을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 접착층에는 로진을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재.
- 제2항 또는 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 로진은 에스테르화 반응에 의해 생성된 로진 에스테르인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 생분해배리어층은 상기 생분해성 고분자에 전분, 석고 또는 셀룰로오스 아세테이트 중의 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재.
- 제1항에 있어서, 상기 열접착층의 소프트 세그먼트는 폴리프로필렌계 또는 폴리우레탄계 중의 어느 하나 또는 그들의 혼합물로 이루어진 수지인 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 접착층 및 상기 열접착층 사이에는 제2 생분해배리어층 및 제3 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재.
- 제7항에 있어서, 상기 제3 접착층은 로진을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재.
- 제7항에 있어서, 상기 제2 생분해배리어층은 상기 생분해성 고분자에 전분, 석고 또는 셀룰로오스 아세테이트 중의 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재.
- 제1 생분해배리어층, 제2 접착층 및 열접착층이 적층된 구조를 형성하는 단계;
제1 접착층을 상기 제1 생분해배리어층 상에 도포하는 단계; 및
최종적으로 종이기재를 합지하는 단계를 포함하고,
상기 제1 생분해배리어층은 생분해성 고분자를 포함하여 이루어진 코팅층 또는 필름이고,
상기 열접착층은 코팅층 또는 필름이고, 생분해성 고분자를 반복단위로 포함하는 하드 세그먼트와, 열접착성 고분자를 반복단위로 연결된 소프트 세그먼트로 구성된 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재의 제조방법. - 제10항에 있어서, 상기 제1 생분해배리어층은 상기 생분해성 고분자에 전분, 석고 또는 셀룰로오스 아세테이트 중의 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재의 제조방법.
- 제10항에 있어서, 상기 열접착층의 소프트 세그먼트는 폴리프로필렌계 또는 폴리우레탄계 중의 어느 하나 또는 그들의 혼합물로 이루어진 수지인 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재의 제조방법.
- 제10항에 있어서, 상기 제2 접착층 및 상기 열접착층 사이에는 제2 생분해배리어층 및 제3 접착층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재의 제조방법.
- 제13항에 있어서, 상기 제2 생분해배리어층은 상기 생분해성 고분자에 전분, 석고 또는 셀룰로오스 아세테이트 중의 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재의 제조방법.
- 제10항 또는 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 접착층 중의 어느 하나 이상이 도포된 후에, 상기 제1 내지 제3 접착층 상에는 열풍에 의한 전면확산기류를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성층이 합지된 친환경 포장재의 제조방법.
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