KR20240055699A - 건강과 친환경의 알루미늄내피 종이용기 및 그 제조방법 3 - Google Patents

건강과 친환경의 알루미늄내피 종이용기 및 그 제조방법 3 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종이용기의 환경호르몬 발암물질에서 사람의 건강을 지키는 알루미늄내피 종이용기을 제공한다. 또한 다회용이 가능한 친환경 종이컵을 제공한다. 산림보전으로 기후변화방지에 기여할 수 있다.
본 발명의 용기는 커피, 컵라면, 컵밥등 모든 식품용기와 음료용기에 적합한 1회용 및 다회용 용기이다.

Description

건강과 친환경의 알루미늄내피 종이용기 및 그 제조방법 3 {aluminium laminated paper vessel for environment and human health, and the making method of it 3}
본 발명은 종이컵과 종이팩에서 알루미늄내피 용기에 관한 것이다.
본 발명은 종이용기의 내측에 알루미늄호일을 배치하여, 합성수지의 환경호르몬과 발암물질로부터 사람의 건강을 지킨다. 재사용과 종이의 자원재활용도 쉽게 할 수 있다. 이는 1회용 커피컵, 음료수컵, 컵라면용기, 컵면용기, 컵밥용기, 식품포장용기, 종이컵, 종이팩(우유팩,음료수팩,주류팩 등)등 1회용 식품용기와, 이 용기에 담긴 식품에 적용한다.
지금까지 건강에 안전하고, 재사용, 재활용이 가능한 종이용기는 없었다. 지금까지의 종이용기는 건강과 환경에 모두 유해하다. 기존의 종이용기는 내면에 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론(NY) 등의 합성수지가 부착되어, 음식물이 뜨거울수록 발암물질과 내분비교란물질(환경호르몬)이 다량 용출된다. 또한 합성수지와 종이가 융착되어 자원의 재활용이나 재사용이 어려웠다. 종이재활용을 위해서는 종이외피가 쉽게 분리되어야 하나 지금까지 시중에 이런 제품은 없었다.
알루미늄내피용기에서 알루미늄끼리 맞닿는 부위의 밀봉은 불가능하였고, 알루미늄과 기존의 식품 용기에 사용되는 PE, PP, PS(폴리스티렌) 등 합성수지와의 접착력이 낮아 알루미늄 내피 용기 성형이 불가능했다. PE는 다소 접착력이 있으나 미흡하다.
친환경으로 알려진 생분해성 플라스틱들은 합성수지에 전분 등 생분해성 물질을 섞은 것이다. 매립시 전분이 분해되지만, 플라스틱 성분은 분해되는 것이 아니라 미세한 플라스틱으로 되어 생태계(수계, 동물계, 식물계, 토양계)로 유입되므로, 더욱 자연과 생물체의 건강에 유해하다. 이들은 결국 친환경도 친건강도 아니다.
또한 근래 친환경으로 알려진 옥수수 전분으로 만드는 PLA(poly lactic acid)성분의 종이컵도 12가지 정도의 화학 물질들이 약 15 ~ 20% 정도 혼합되어 건강에 유해하다. PLA컵 자체에서 화학 물질들이 용출되며, 매립시 옥수수 전분이 분해되면 화학 물질들이 미세하게 흩어져 생태계로 유입되므로, 환경과 건강에 유해하다.
1회용 식품용기(종이컵, 종이팩)의 건강과 환경문제는, 오랫동안 인류가 해결하지 못한 숙제였다.
실용신안출원 제20-1998-0015053호 "알루미늄 박판 또는 박지를 이용한 1회성 용기의 무해성 구조" 공개특허공보 제10-1998-0072028호 "알루미늄과 합성수지로 이루어진 컵라면 및 용기면의 포장용기" 등록특허 제10-0607404호 "알루미늄 박판을 사용한 1회용 식품용기" 등록특허 제10-1466224호 "알루미늄 내피 1회용 식품용기" 등록특허 제10-1616852호 "알루미늄내피 종이컵라면용기의 제조방법"
현재 사용되는 종이용기(종이컵, 종이팩 등)는 커피컵, 컵라면, 컵밥, 컵국수. 우유팩, 음료팩, 주류팩, 식품용기, 음료용기, 국용기, 찌개용기 등에 사용되며 아래와 같은 문제점이 있다.
1. 사람의 건강에 안전한 종이용기가 없다. 용기 내부의 PE, PP등 합성수지는 음식료가 뜨거울수록 다량의 발암물질과 환경호르몬이 용출된다.
2. 합성수지내피용기에 음식료를 담을 때, 합성수지가 녹아들어 맛이 변하고, 공기가 유통되어 장기보존이 어렵다.
3. 내피 합성수지와 외피(종이)가 융착되어 종이의 자원 재활용이 어렵다.
4.. 알루미늄내피용기에서 알루미늄면이 서로 맞닿는 부위의 밀봉이 안된다.
5. 알루미늄과 기존의 식품용기에 사용되는 PE, PP, PS 등 합성수지와의 접착력이 낮아 알루미늄 내피 용기 성형이 어렵다. PE는 다소 접착력이 있으나 미흡하다.
6. 1회용으로 한번 사용 후 버린다.
7. 종이 외면에 합성수지층을 둘 때, 제조 공정이 추가되어 원가가 증가되고 종이의 재활용이 어렵다.
8. 매립시 합성수지가 썩지 않는다.
9. 옥수수 전분으로 만드는 PLA(poly lactic acid)도 실상 12가지 정도의 화학물질들이 약 15 ~ 20% 정도 혼합되어 있고, 진정한 친환경 친건강 용기가 없다.
10. 식품용기에 합성수지 사용량이 많다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 재활용이 용이한 친환경 친건강 알루미늄내피 종이용기는 일반적으로 알루미늄박층을 포함하는 종이용기에 있어서, 내면이 알루미늄박층이고, 외면은 종이 또는 합성수지로 구성된다. 외면이 종이를 포함한 복합재료로 구성될 수 있다. 종이용기는 종이컵과 종이팩을 포함한다.
알루미늄내피 종이컵은, 측면부(옆지,옆판)와 바닥부(밑지,밑판,하부)로 구성되며, 상부에 뚜껑이 부착될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 용기의 측면부에만 알루미늄 내피를 구성할 수 있다.
종이팩은 주로 상부, 하부, 측면부가 모두 이어진 일체형으로 구성되며, 측면부와 하부만 일체형으로 구성되고 상부는 결합형으로 구성될 수 있다. 측면부에 상부와 하부를 결합한 구조도 가능하다. 마개는 주로 상부에 부착될 수 있다.
본 발명 종이컵의 한가지 실시례에서, 상기 측면부는 알루미늄 내피 및 알루미늄 내피 외부에 형성된, 종이가 포함된 종이 외피를 구비한다. 종이 외피의 외부면은 종이가 외부에 노출되거나 상기 종이 외부에 합성수지나 극성물질이 포함된 합성수지가 부착될 수 있으며, 측면부와 바닥부의 접합, 측면부를 둥글게 성형하는 접합, 알루미늄 내피와 종이 외피 간의 롤 시트상 접합은; 수용성 접착제, 합성수지, 극성물질이 함유된 합성수지 중 한가지 이상에 의해 접합되어 있다. 측면부와 바닥부의 성형접합이나 측면부를 둥글게 성형하는 접합은 수용성접착제나 극성물질이 함유된 합성수지를 사용하는 것이 바람직하다.
사용하는 상기 접착제의 녹는점 또는 분해점은 용기의 사용온도 이상이면 되나, 범용성을 위해 100℃ 이상인 것이 바람직하며, 연화점도 100℃이상이면 더욱 바람직하다.
측면부와 바닥부의 성형접합시 알루미늄이 맞닿는 부위의 밀봉을 위해서는 합성수지, 수용성접착제, 극성물질이 함유된 합성수지중 적어도 한가지이상을 도9 측면부 아래접합면(30)에 배치한다.
본 발명의 다른 실시예의 알루미늄 내피 종이컵은 알루미늄 호일이 내면에 위치한 종이컵으로서, 상기 용기의 측면부(옆지) 중 알루미늄 면의 측면(20)이나 아래면(30) 중 한 가지 이상의 부위에, 녹는점이나 분해점이 100℃ 이상인 것으로서, 더욱 바람직하게는 연화점도 100℃ 이상인 것으로서; 수용성 접착제, 합성수지, 접착용 극성물질이 함유된 합성수지 중 한 가지 이상이, 용기 성형시 접합 부위인 측면(20) 부위나 아래면(30) 부위에 전체나 부분적으로 도포되어 있다. 더욱 바람직하게는 측면부와 바닥부의 성형접합이나 측면부를 둥글게 성형하는 접합은 수용성접착제나 극성물질이 함유된 합성수지를 사용한다.
본 발명의 또 다른 실시례는, 알루미늄박층을 포함하는 종이용기에 있어서, 내면이 알루미늄호일(1)이고, 외면은 종이 또는 합성수지로서, 측면부와 바닥부, 또는 측면부 상부 바닥부를 가지는 종이용기에서; 종이용기의 측면부를 성형하거나, 측면부와 바닥부를 성형접합하거나, 측면부와 상부를 성형접합시; 접합부위에 사용하는 접착제중 적어도 어느 하나는, 접합부위에 수용성접착제나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하여 용기를 성형한다.
주로 사각형인 종이팩은 종이팩원단을 접어서 접합하여 제조하며, 접기전의 펼친상태로 볼 때, 전체 내면을 알루미늄박 내피로 할 수도 있고, 종이팩 상부와 하부의 접합부위는 합성수지가 노출되게 하고 그 이외 부위는 알루미늄 내피로 할 수도 있다. 알루미늄내피가 부분이나 전체에 부착된 종이팩 측면부의 접합은, 사각으로 성형하여 접합하는 부위에 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하며, 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 것이 더욱 바람직하다. 종이팩 상부와 하부의 성형시 접합은, 접착부위에 배치된, 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 이용한다. 접합부중 1면이라도 알루미늄일 때는 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 것이 더욱 바람직하다. 종이팩의 접착제는 내면이나 외면, 또는 양측 모두에 배치할 수 있다.
뜨거운 물질에 직접 접촉하지 않는 접착부위는 사용온도 이상의 녹는점이나 분해점을 가지는 접착제를 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 수용성 접착제는 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA)계, 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVAc, 초산비닐)계, 에틸렌비닐아세테이트(EVA)계, 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(Hydroxypropyl methylcellulose, HPMC), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스 프탈레이트(Hydroxypropyl methylcellulose phthalate, HPMCP), 호화한 식물성 전분, 덱스트린, 가용성 전분, 산화 전분, 아교, 카제인, 아라비아 고무, 풀, 생분해성 접착 수지, 아크릴 에멀젼, 셀로판 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 극성물질이 함유된 합성수지는 에폭시 수지계, 폴리아민계, 산무수물계, 폴리아미드계, 레졸수지계, 폴리설파이드계, 아크릴계, 페놀수지계, 폴리우레탄계, 실리콘계, 고무계, 폴리아미드이미드계, 폴리이미드계, 폴리벤즈이미다졸계, 폴리에스테르계, 폴리아세트산비닐계, 폴리올레핀계, 나일론계, 요소수지계, 아닐린수지계, 톨루엔술폰산아미드계, 이소시아네이트알키드계, 시아노아크릴레이트계, 폴리디페닐에테르계, 폴리아세트산비닐계, 멜라민계 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 폴리아민계는 디에틸트리아민, 트리에틸렌테트라민, 디에틸아미노프로필아민, 크실렌디아민, 변성지방족폴리아민, 페닐렌디아민, 아미노디페닐술폰 중 1종 이상을 포함하고, 상기 산무수물계는 말레인산 무수물, 프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 합성수지 또는 상기 극성물질이 함유된 합성수지는 상기 합성수지로서 폴리올레핀계; 폴리에스테르계; 나일론계; 폴리스티렌계 중 어느 하나 이상의 합성수지를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 극성물질이 함유된 합성수지는, 극성물질을 HDPE, MDPE, LDPE, LLDPE, PP, 폴리에스테르, 나일론, PS, PET, 생분해성합성수지류, PLA(poly lactic acid), 생분해성 수지류 중 어느 하나 이상에 혼합한 것이다.
일 구체예에서, 상기 합성수지 또는 상기 극성물질이 함유된 합성수지는 생분해성 수지류를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 수용성 접착제, 상기 합성수지 또는 상기 극성물질이 함유된 합성수지는 핫 멜트형 접착제로 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 종이 외피의 외부면에 부착될 수 있는 합성수지는 극성 접착 물질을 포함하거나 생분해성 수지류를 포함할 수 있다.
본 발명의 알루미늄호일이 내면에 위치한 종이컵용기 제조방법의 한 실시례는,
알루미늄 호일의 기름을 제거하는 1단계;
녹는점이나 분해점이 100℃이상인 수용성 접착제나 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 이용하여, 롤 상태의 종이와 알루미늄을 판상으로 접착하여 알루미늄이 부착된 원단을 만드는 2단계;
상기 2단계에서 제조된 원단을 재단하여 둥글게 말아, 녹는점이나 분해점이 100℃이상인 수용성 접착제나 극성물질이 함유된 합성수지를 이용하여, 알루미늄 내피의 종이컵 옆지를 성형하는 3단계;
상기 원단이나 또는 별도로 제조된 밑지나 밑지용 원단으로 밑지를 재단한 후, 옆지와 밑지 간에 녹는점이나 분해점이 50℃이상인 수용성 접착제나 극성물질이 함유된 합성수지를 사용하여 종이컵을 성형하는 4단계;
상기 단계를 순서와 무관하게 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용이 용이한 친환경 친건강 알루미늄내피 종이컵의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예의 알루미늄 호일이 내면에 위치한 종이컵의 제조 방법은 측면부를 제조하고, 상기 측면부와 바닥부를 접합하는 것을 포함하고, 상기 측면부를 제조하는 것은 롤 시트 상태의 알루미늄내피와 종이외피를 접착제로 접합하는 것을 포함하고, 이때, 상기 종이외피 외부면은 합성수지가 부착될 수 있으며, 상기 알루미늄 내피와 상기 종이외피를 접합할 때 상기 접착제는 녹는점 또는 분해점이 100℃ 이상인 것으로서, 수용성 접착제, 합성수지, 극성 물질이 함유된 합성수지 중 한 가지 이상을 사용하고; 상기 측면부를 둥글게 성형 접합 하거나 상기 측면부와 상기 바닥부를 접합하여 상기 용기를 성형할 때 사용하는 접착제는 수용성접착제, 극성 물질이 함유된 합성수지 중 한가지 이상을 사용한다.
종이팩은 상부 측면부 하부가 전체 일체형이거나, 측면부와 하부만 일체형으로 하고 상부는 뚜껑식으로 결합할 수 있다. 물론 하부도 결합식으로 할 수 있다. 종이팩 제조의 한가지 실시례는 다음과 같다.
사용할 종이팩원단의 전체 내면에 수용성접착제나 합성수지 또는 극성물질이 함유된 합성수지로 알루미늄호일을 부착하는 1단계;
상부와 하부 접착부위(20)나 이와 접합되는 부위에, 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 2단계;
종이팩을 재단하는 3단계;
재단한 종이팩의 측면접합부위(30)나 이와 접합되는 외면부위중 하나 이상의 부위에, 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 4단계;
마개 필요시 종이팩일부에 마개를 부착하는 5단계;
종이팩을 성형하는 6단계;
상기 단계를 순서에 무관하게 포함하는 종이팩의 제조방법을 제공한다.
종이팩제조의 또 다른 한가지 실시례는 다음과 같다.
종이의 내면에 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 1단계;
상부와 하부 접착부위(20)를 제외한 내면에 합성수지나 극성물질이 포함된 합성수지로 알루미늄호일을 부착하는 2단계;
종이팩을 재단하는 3단계;
재단한 종이팩의 측면접합부위(30)나 이와 접합되는 외면부위중 하나 이상의 부위에, 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 4단계;
마개 필요시 종이팩일부에 마개를 부착하는 5단계;
종이팩을 성형하는 6단계;
상기 단계를 순서에 무관하게 포함하는 종이팩의 제조방법을 제공한다.
상기 종이팩의 제조방법 실시례들은, 상부 측면부 하부가 일체형인 것을 기준하였으나, 측면부와 하부만 일체형일 때도 같은 방식으로 적용할 수 있다. 단, 이때는 상부는 별도로 제조된 플라스틱 또는 금속제의 상부를 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지로 접합한다. 접합시는 가열과정이 포함될 수 있다.
본 발명의 주 효과는 아래와 같다.
1. 종이용기에서 알루미늄내피용기를 구현하여, 발암물질과 환경호르몬을 방지한다.
2. 극성물질함유 합성수지로 알루미늄이 맞닿는 부위도 밀봉할 수 있으며, 접합부위의 접착강도가 우수한 알루미늄 내피 용기를 구현한다.
3. 수성접착제 사용시 종이재활용이 쉬운 1회용 식품용기를 제공한다.
4. 공기유통방지 및 합성수지용출 방지로 식품의 품질이 변하지 않는다.
5. 금속광택으로 고급스러운 종이컵을 제공한다.
6. 내부가 금속으로, 재생종이를 사용할 수 있어 제조비용이 절감된다.
7. 세척이 가능하여 재사용이 가능한 종이컵을 제공한다.
8. 종이재활용으로 산림이 보호되고 지구 온난화 방지에 기여한다,
9. 합성수지 사용량을 줄여, 플라스틱 오염을 감소시킨다
10. 사람들의 건강을 증진한다.
11. 관련 산업과 경제 발전에 기여한다.
도 1은 본 발명의 알루미늄 내피 종이컵의 측면부를 위주로 한 개략적인 대표 단면도이다. 내면은 알루미늄호일(1), 외부는 종이(4), 종이와 알루미늄은 수성접착제(3)로 부착된다. 종이외부는 합성수지층(극성물질이나 생분해성수지류가 함유될 수 있다)이 배치될 수 있다. 외부 합성수지층은 발포합성수지(기체가 함유된 합성수지)가 사용될 수 있다.
도 2는 알루미늄 내피 종이컵 850cc 식품용기와 13oz 음료수컵 시제품 사진
도 3은 알루미늄 내피 종이컵 13온스(≒368cc) 음료수컵(커피컵) 시제품 사진
도 4는 알루미늄 내피 종이컵 850cc 시제품 사진
도 5도는 알루미늄 내피(1)와 종이 외피(4) 사이에 수성 접착층(3)을 배치한 실시례 단면 일부
도 6은 알루미늄 내피(1)와 종이 외피(4) 사이에 합성수지 접착층(2)을 배치 한 실시례 단면 일부
도 7은 알루미늄 내피(1)와 종이 외피(4) 사이에 합성수지 접착층(2)과 수성 접착층(3)을 배치한 실시례 단면 일부
도 8은 종이컵 옆지(측면부)(10)의 옆 부분(20)에 용기 성형을 위한 극성물질이 함유된 합성수지 또는 수성 접착제를 국부적으로 배치하는 실시례이다.
도 9는 종이컵 측면부(옆지)의 옆 부분(20)과 옆지 아래부위(30)에 접착제를 배치하는 실시례이다. 부채꼴 뿐만아니라, 상하부 내경이 같은 원통형으로도 할 수 있다.
도 10은 종이팩을 낱개로 재단하기 전, 일련공정에서 알루미늄내피가 부착된 종이팩3개의 이어진 모습을 평면도로 표시한 일 실시례이다. 본 도면은 종이팩의 측면부를 중심으로 하며 상부와 하부를 포함할 수 있다.
도 11은 종이팩을 낱개로 재단한 평면도의 일례를 나타냈다.
본 발명 종이용기의 외면은 종이가 노출되거나, 종이 외면에 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지가 부착될 수 있다. 외면의 합성수지(5)는 전체적이거나 부분적으로 부착될 수 있다.
알루미늄내피 종이컵과 종이팩에 대해 첨부한 도면과 실시례에 의해 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 본 명세서에서 범위 기재시 "1 내지 5"는, "1이상 5이하"를 뜻한다.
본 발명의 친건강 친환경 1회용식품용기인 알루미늄내피 종이용기는 일반적으로 알루미늄박층을 포함하는 종이용기에 있어서, 내면은 주로 알루미늄호일이고, 외면은 종이 또는 합성수지(극성물질이 포함될 수 있다)이다. 종이외면에 합성수지가 부착될 수 있으며, 이 경우 극성물질이 함유된 합성수지가 바람직하다. 본 발명에서 종이외피는 종이를 포함한 외피라는 뜻이다. 포함한다 또는 함유한다는 뜻은 일부분 내지 전체라는 뜻이다. 본 발명에서 합성수지는 합성수지접착제와 같은 뜻으로 사용한다. 마찬가지로 생분해성수지류는 생분해성수지류접착제와 같은 뜻이다. 생분해성수지는 생분해성합성수지와 생분해성천연수지를 아우르는 뜻이다. 본 발명에서 수성 접착제는 수용성 접착제와 같은 뜻으로 사용한다. 종이컵은 측면부(옆지,옆판)와 바닥부(하부,밑지,밑판)로 구성된다. 종이컵은 뚜껑(상부)이 부착될 수 있다. 알루미늄내피 종이컵은 알루미늄내피가 내부 전체에 배치될 수도 있고, 측면부에만 배치될 수도 있다. 종이컵은 종이컵용기와 같은 뜻이다. 종이컵은 상하부 내경을 같게도 다르게도 할 수 있다.
종이팩은 우유팩이나 맥주팩, 음료수팩등에 사용할 수 있고, 상부와 측면부와 바닥부는 주로 일체형으로 구성된다. 상부나 하부를 결합하는 구조일 수 있다. 본 발명의 종이용기(종이컵, 종이팩 등)는 커피컵, 컵라면, 컵밥, 컵국수. 우유, 음료, 주류, 식품용기, 음료용기, 국용기, 찌개용기 등에 사용될 수 있으며, 이들 식품을 포함한다. 이들 용기를 사용하는 식품은, 소비자들의 건강식품 선호로, 식품가치가 최소30%이상 100%로 상승될 수 있다. 건강을 생각하는 소비자들은 같은 식품에서 30% ~ 100%의 비용을 더 지불하더라도 본 용기에 담긴 식품을 선호한다.
본 발명에서 접착제는 수용성접착제, 합성수지, 극성물질, 극성물질이 함유된 합성수지를 뜻한다. 본 발명에서 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지는 생분해성수지류를 포함하는 광의의 뜻으로 사용한다. 합성수지의 넓은 의미로는 극성물질이 함유된 합성수지도 포함한다.
본 발명의 한가지 실시례에서, 상기 종이컵의 측면부는 알루미늄 내피 및 알루미늄 내피 외부에 형성된, 종이를 포함하는 종이외피를 구비하고, 상기 종이외피의 외부면은 종이가 외부에 노출되거나, 상기 종이 외부에 합성수지나 극성물질이 포함된 합성수지가 부착될 수 있으며, 본 발명에서 사용하는 접착제는 주로 녹는점이나 분해점이 100℃ 이상인 것으로서, 더욱 바람직하게는 연화점도 100℃ 이상인 것을 사용한다. 상기 알루미늄 내피와 상기 종이 외피 간의 롤 시트상 접합은; 수용성 접착제, 합성수지, 극성물질이 함유된 합성수지 중, 한가지 이상에 의해 접합되어 있다. 측면부를 둥글게 성형하는 접합이나 측면부와 바닥부의 성형접합은 수용성접착제나 극성물질이 함유된 합성수지를 사용한다. 옆지와 밑지의 접합부위인 도9의 30부위는 직접 뜨거운 음식물을 접촉하지 않으므로 녹는점이나 분해점이 100℃이하인 접착제를 사용할 수 있다. 끓는 물을 종이컵에 넣고 실온에서 받침부위 도9 30의 온도를 적외선으로 측정시 30℃ ~ 50℃ 정도이므로, 사용환경에 따라 녹는점이나 분해점이 50℃이상인 접착제를 사용할 수 있다.
본 발명의 한 실시례는, 알루미늄박층을 포함하는 종이용기에 있어서, 내면이 알루미늄호일(1)이고, 외면은 종이 또는 합성수지로서, 측면부와 바닥부, 또는 측면부 상부 바닥부를 가지는 종이용기에서; 종이용기의 측면부를 성형하거나, 측면부와 바닥부를 성형접합하거나, 측면부와 상부를 성형접합시; 접합부위에 사용하는 접착제중 적어도 어느 하나는, 접합부위에 수용성접착제나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하여 용기를 성형한다.
또한 알루미늄내피 종이팩은 알루미늄호일이 내부에 부착된 종이팩원단을 주로 사각형으로 접어서 접착하여 만든다. 종이팩원단의 전체 내면을 알루미늄박 내피로 할 수도 있고, 이때는 상하부의 접합부위에 접착제를 배치한다. 또는 종이팩 상부와 하부의 접합부위는 합성수지가 노출되게 하고, 그 외의 내면은 알루미늄으로 할 수도 있다. 종이팩 측면부의 접합은, 주로 사각으로 성형하여 접합하는 부위에 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 것이 바람직하다. 배치방법은 내면의 알루미늄부위에 배치하거나 종이외면에 배치할 수 있다.
종이팩 상부와 하부의 성형시의 접합은, 합성수지가 접착부위에 노출되어 성형 접합시에는 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하고, 접합부중 1면이라도 알루미늄일 때는 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하여 접착력을 크게 하는 것이 바람직하다. 종이팩의 접착제는 내면이나 외면, 또는 양측 모두에 배치할 수 있다. 사용하는 접착제의 녹는점 또는 분해점은 용기의 사용온도 이상이면 되나, 범용적으로 100℃ 이상인 것이 바람직하며, 연화점도 100℃이상이면 더욱 바람직하다. 다만, 맥주나 음료수등 취급 전 과정에서 실온이하로 취급되는 식품용기는, 기온과 실온을 고려하여 녹는점과 분해점이 50℃이상인 접착제를 사용할 수 있다.
본 발명의 종이팩에서 알루미늄의 배치는 종이팩의 내면부위에 전체 다 배치할 수도 있고 이는 대량제조에 편리하다. 또는, 도10, 도11과 같이 종이팩의 상부와 하부의 접착부위(20)를 제외하고 부착할 수도 있다. 알루미늄내피가 부착된 후 종이팩은 필요한 크기로 성형할 수 있도록 도11의 실시례처럼 재단한다. 낱개로 재단된 종이팩원단은 금형을 지나며 종이팩으로 성형된다. 주로 종이팩 상부위치에, 내용물을 따르고 밀봉하는 용도의 마개를 부착할 수 있다. 내면 전체에 알루미늄을 부착할 때는 도10 ~ 도11의 20부위나 30부위에 접합시 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하여 접합할 수 있다. 외면에 접착제를 배치할 수도 있으며, 극성물질이 함유된 합성수지를 접착함이 더욱 바람직하다. 내면이나 외면중 1면에만 합성수지를 배치하거나 접착제를 배치하지 않을시는, 이와 접착되는 반대면의 부분이나 전체에 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 알루미늄내피 종이용기는, 최소한 측면부의 내면은 알루미늄박층(1)이 배치되고, 외면은 임의의 재질을 사용할 수 있으나, 종이를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 알루미늄 호일이 내면에 위치한 종이컵용기의 제조방법의 한가지 실시례는
알루미늄 호일의 기름을 제거하는 1단계;
녹는점이나 분해점이 100℃이상인 수용성 접착제나 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 한가지 이상 사용하여, 롤 상태의 종이외피와 알루미늄을 판상으로 접착하여 알루미늄이 부착된 종이원단을 만드는 2단계;
상기 2단계에서 제조된 원단을 재단하여 둥글게 말아, 녹는점이나 분해점이 100℃이상인 수용성 접착제나 극성물질이 함유된 합성수지를 이용하여, 알루미늄 내피의 종이컵 옆지를 성형하는 3단계;
상기 원단이나, 또는 별도로 제조된 밑지나 밑지용 원단으로, 밑지를 재단한 후, 수용성 접착제나 극성물질이 함유된 합성수지를 사용하여 옆지와 밑지를 결합하여 종이컵을 성형하는 4단계;
컵의 상부를 컬링공정으로 말아서 마무리 하는 5단게:
상기 단계를 순서와 무관하게 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용이 용이한 친환경 친건강 알루미늄내피 종이컵의 제조방법을 제공한다.
종이외피의 외면은 합성수지(5)가 전체적이거나 부분적으로 부착될 수 있으며, 부착할 경우에는 극성물질이 함유된 합성수지로 배치하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예의 알루미늄호일이 내면에 위치한 종이컵의 제조방법은;
측면부를 제조하고, 상기 측면부와 바닥부를 접합하는 것을 포함하고, 상기 측면부를 제조하는 것은 롤 시트 상태의 알루미늄 내피와 종이 외피를 접착제로 접합하는 것을 포함하고, 이때, 상기 종이 외피 외부면은 합성수지가 부착될 수 있으며, 상기 알루미늄 내피와 상기 종이 외피를 접합할 때 상기 접착제는 녹는점 또는 분해점이 100℃ 이상인 것으로서, 수용성 접착제, 합성수지, 극성물질이 함유된 합성수지 중 한 가지 이상을 사용하고;
상기 측면부를 둥글게 성형 접합 하거나, 상기 측면부와 상기 바닥부를 접합하여 상기 용기를 성형할 때, 사용하는 접착제 중 적어도 어느 하나는, 수용성 접착제, 극성물질이 함유된 합성수지 중 한 가지 이상을 사용한다.
종이팩은 상부, 측면부, 하부가 일체형으로 이루어지거나, 측면부와 하부만 일체형으로 하고 상부는 결합할 수도 있다. 종이팩제조의 한가지 실시례는 다음과 같다.
사용할 종이원단의 전체 내면에 수용성접착제나 합성수지 또는 극성물질이 함유된 합성수지로 알루미늄호일을 부착하는 1단계;
상부와 하부 접착부위(20)나 이와 접합되는 부위에, 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 2단계;
종이팩을 재단하는 3단계;
재단한 종이팩의 측면접합부위(30)나 이와 접합되는 외면부위중 하나 이상의 부위에, 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 4단계;
마개 필요시 종이팩 일부에 마개를 부착하는 5단계;
종이팩을 성형하는 6단계;
상기 단계를 순서에 무관하게 포함하는 종이팩의 제조방법을 제공한다.
종이팩제조의 또 다른 한가지 실시례는 다음과 같다.
종이의 내면에 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 1단계;
상부와 하부 접착부위(20)를 제외한 내면에 합성수지나 극성물질이 포함된 합성수지로 알루미늄호일을 부착하는 2단계;
종이팩을 재단하는 3단계;
재단한 종이팩의 측면접합부위(30)나 이와 접합되는 외면부위중 하나 이상의 부위에, 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 4단계;
마개 필요시 종이팩일부에 마개를 부착하는 5단계;
종이팩을 성형하는 6단계;
상기 단계를 순서에 무관하게 포함하는 종이팩의 제조방법을 제공한다.
뜨거운 식품을 담는 용기에 사용하는 접착제의 녹는점이나 분해점이 100℃ 이상이 바람직한 이유는, 물이 끓는 온도가 100℃이므로 100℃에서 용기의 접합이 유지되어야 하기 때문이다. 본 발명의 실시례로서 850cc 종이컵에 100℃물을 담을 때, 측면 성형접착부분의 온도는 약90℃까지 상승되었고 종이컵 받침부위는 30℃ ~ 50℃였다. 그러므로 10%의 안전율을 감안하면 100℃이상이 바람직하다. 본 용기로 식품을 끓일 때도 100℃가 될 수 있다.
상기 수용성 접착제나 합성수지(극성물질이 함유된 합성수지 포함)가 녹는점 또는 분해점이 100℃ 이상이라는 것은, 접착제 전체가 녹는점 또는 분해점이 100℃ 이상인 경우뿐만 아니라, 단일종류 또는 여러종류를 혼합한 접착제에 포함되는 복수개의 성분 중 일 성분의 녹는점 또는 분해점이 100℃ 이상인 경우도 포함할 수 있다. 바람직하게는 접착제성분 전체의 녹는점 또는 분해점이 100℃ 이상인 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 접착제 전체의 연화점도 100℃ 이상인 것이 좋다. 상기 "녹는점", "분해점", 연화점"은 통상의 공인된 방법으로 측정될 수 있다.
종이용기는 종이컵이나 종이팩을 포함하는 뜻이다.
본 발명에서 알루미늄내피는 공기차단성이 우수한 알루미늄호일을 사용하는 것이 바람직하다. 진공증착한 알루미늄박을 사용할 수 있으나, 내피의 부착력이나 공기차단성이 알루미늄호일보다 미흡하다.
본 발명을 위한 상세한 수단를 항목별로 기술한다.
1. 환경호르몬과 발암물질 차폐 방안 - 종이용기 내부에 알루미늄 호일을 배치하여 발암물질과 환경호르몬의 식품 내 용출을 방지한다.
2. 자원 재활용 방안- 알루미늄 내피와 종이 외피를 접착시 수용성 접착제를 사용하면, 종이용기를 물에 담글 때 종이 외피가 쉽게 분리된다.
3. 알루미늄이 맞닿는 부위 밀봉방안 - 종이컵은 옆지의 아래부위(30)에 부분이나 전체에, 수용성접착제, 합성수지, 극성물질이 함유된 합성수지 중, 적어도 어느 하나를 배치한다. 종이팩의 경우 극성물질이 함유된 합성수지를 접합부위의 적어도 한면에 배치한다.
4. 재사용, 고급화 및 휴대 최적화 방안 - 종이컵 내부를 알루미늄 내피로 하여 고급스럽고, 용기 외면에 합성수지를 배치하면 방수가 되므로 세척과 재사용에 더욱 편리하여 장기간 재사용할 수 있다. 가벼워 휴대용으로도 좋다.
5. 원가절감 방안 - 재생종이를 사용해도 용기의 고급스러움이 유지되므로 종이원가를 절감할 수 있다.
6. 알루미늄 내피와 종이 외피의 접착 방안 - 재사용을 위주로 하는 용기는 합성수지를 사용해도 무방하나, 종이 자원 재활용을 위주로 하는 용기는 수용성접착제로 접착하고 건조하는 것이 바람직하다. 건조는 가열과정을 포함할 수 있다. 수용성 접착제는 거의 독성이 없는 것을 사용하는 것이 좋다.
재사용을 위한 용기는 종이 재활용이 중요하지 않으므로 합성수지를 사용해도 무방하다. 알루미늄 내피와 종이 외피를 접착시킬 때 수용성 접착제 이외에도 녹는점 또는 분해점이 100℃ 이상인 PE 등의 합성수지, PLA(poly lactic acid), 전분 함유 플라스틱 등의 생분해성수지류를 사용하여 접착할 수 있다. 본 발명에서 합성수지라 함은 일반 합성수지류와 생분해성수지류를 모두 망라하는 광의의 개념으로 사용한다.
7. 용기 성형 수용성 접착물질 - 용기(컵) 성형용의 접착제는 큰 접착강도가 필요하므로, 폴리비닐아세테이트(PVAc)나 에틸렌비닐아세테이트(EVA)처럼 접착강도가 큰 것이 좋다, 수용성을 사용할 경우 건조 시간이 필요하므로, 가능한 고형분 함량을 늘리고 물 함량을 작게 한다. 접합부에 도포는 옆지의 접합 부위(도 9의 20, 30)에 하는 것이 가장 바람직하다.
장기간 물을 보관하는 용기의 접합부위에 수용성 접착제를 사용하면 접합부가 흡수되어 박리될 수 있다.
8. 종이컵용기 성형용 합성수지 접착물질 - 녹는점이나 분해점이 100℃ 이상인 합성수지(보다 바람직하게는 연화점이 100℃ 이상인 합성수지, 생분해성 수지류 포함)를 사용함이 바람직하며, 녹는점이나 분해점이 100℃ 이상인 접착용 극성물질이 함유되어, 전체적으로 녹는점이나 분해점이 100℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 물론 용기의 사용온도가 항상 100℃미만의 환경일 때는, 녹는점이나 분해점이 사용온도를 초과하는 접착제를 사용할 수 있다. 합성수지 접합부에 배치는 아래와 같은 방법 중 하나 이상을 사용 할 수 있다.
(1)원단의 롤 상태에서 측면부(옆지)와 바닥부(밑지)의 외부면에 극성물질을 함유한 합성수지를 전체적으로 배치한다.(종이 원단의 1면에 T 다이 등으로 용융수지를 도포하거나 필름을 부착한다.)
(2)부분적으로 측면부(옆지)나 바닥부(밑지)의 접합 부위(20, 30)에 배치한다
(3)옆지는 재단 후 옆지 접합면(20)에 배치하고, 밑지는 원단 롤 상태에서 외면전체에 배치한다.
(4)옆지의 아래 부위 알루미늄면(30)에 배치할 경우는 옆지에 부착된 합성수지만으로도 컵 성형이 가능하다.
9. 합성수지 미사용 또는 감소 방안 - 수용성 접착제 사용시 합성수지 사용량을 기존보다 약 0~10%로 대폭 감소 가능하다.
10. 매립시 분해방안 - 합성수지 중 생분해성수지류를 사용 시는 매립시 잘 분해된다.
11. 종이컵 재활용방안 - 종이재활용을 쉽게 하려면 최소한 옆지는 종이가 외면에 노출되게 한다. 재사용을 위한 용기는 세척시 외면의 방수를 위해 외면에도 합성수지층이 있는 것이 바람직하다.
수용성 접착제의 녹는점이나 분해점은 100℃ 이상인 것이 좋으며, 컵 성형 접합용 합성수지가 접합시에 녹는 온도보다도 높은 것이 좋다. 수용성 접착제는 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVAc, 초산비닐), EVA(에틸렌비닐아세테이트), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(Hydroxypropyl methylcellulose, HPMC), 하이드록시프로필 메틸셀룰로스 프탈레이트(Hydroxypropyl methylcellulose phthalate, HPMCP), 아교, 카제인, 아라비아 고무, 풀, 생 분해성 접착 수지, 아크릴 에멀젼, 셀로판, 식물성 전분 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 식물성 전분은 호화된 전분, 덱스트린, 가용성 전분, 산화 전분 중 1종 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 수용성접착제로 쓰일 수 있는 것은 이외에도 물에 녹거나 수성 에멀젼 상태에서 유독하지 않고 상당한 접착력을 가지면 가능하다.
폴리비닐알코올은 종이컵의 자원 재활용의 용이성을 위해서는 알루미늄과 종이를 시트상태로 부착시 수용성 접착제로서 사용하는데 바람직하다. 이를 위해 PVA(polyvinyl alcohol)성분 등을 검토했다. 의약품과 식품의 코팅제로도 사용하는 PVA의 경구독성여부를 조사한 아래의 논문에서는 거의 독성이 없는 것으로 나타났다. "Review of the oral toxicity of polyvinyl alcohol (PVA)" 저자 DeMerlis C.C, Schoneker D.R 학술지정보 Food and Chemical Toxicology 2003년, 41권 3호 319p~326p ISSN 0278-6915.
폴리비닐아세테이트는 담배 포장시 알루미늄박과 종이의 접착에 쓰이며, 츄잉검의 베이스로도 쓰인다. 한국의 오공co.는 본 물질에 대해 한국정부 친환경인증을 받았다. 폴리비닐아세테이트의 한국 산업안전공단 MSDS 독성자료는 아래와 같다.
폴리비닐아세테이트 LD50 25000 mg/kg Rat
수용성 접착제는 상기 나열된 종류 중, 1종 이상을 포함하거나, 1종 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 서로 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하게는, 수용성 접착제로서 폴리비닐알코올계, 폴리비닐아세테이트계, 에틸렌비닐아세테이트계 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 폴리비닐아세테이트(EVA)나 폴리비닐아세테이트(PVAc)는 PVA보다 더 강한 접착력을 가진다.
이외 수용성 접착제로 사용할 수 있는 물질은, 모든 수용성의 접착제로써 건조 후 물과 접촉시 다시 접착이 풀어지는 것은 모두 가능하다.
수용성 접착제들을 섞어 쓸 수 있다. 전분(호화된 전분이 바람직)이나 위의 PVAc나 PVA 또는 EVA등의 수용성 접착제들을 서로 섞어 쓸 수 있다. 예를 들어 PVA의 분해점은 200℃이며, PVAc의 녹는점은 135℃이다. EVA(에틸렌비닐아세테이트)의 녹는점은 40℃ ~ 110℃이다. 수용성 접착제들을 섞어 쓸 때, 전체적으로 녹는점이나 분해점이 100℃ 이상이면 사용할 수 있다. 물론 종이컵옆지의 아래접합부위(30)는 종이컵에 100℃물을 넣어도 온도가 50℃이하이므로, 이 경우 50℃이상의 녹는점이나 분해점을 가지는 접착제를 사용할 수 있다.
3. 알루미늄내피의 안전성과 편리성 :
알루미늄의 두께는 6㎛정도의 얇은 호일을 사용하는 것이 바람직하다. 이 정도는 껌종이 두께 정도이다. 알루미늄의 녹는점은 660℃이므로 약 1000℃ 이상인 소각로에서 녹아서 미세한 재가 되어 소각잔재물의 문제가 없다. 물론 다른 두께를 사용할 수 있다. 알루미늄은 산소나 물에 노출시 4Al + 3O2 - 2Al2O3 로 10nm 정도 두께의 산화알루미늄 보호막이 생성된다. 이는 pH 4~pH 9 범위에서는 금속을 완벽히 보호한다(* 출처 : "식품포장학", p.69, 박무현 외 2인, 형설출판사). 알루미늄내피용기는 본 발명이 적용되는 음식료가 pH 7 정도의 중성이므로 건강에 안전하다.
본 발명의 종이컵을 만들기 위한 방법의 실시례는 다음 1~9중에서 사용할 수 있다.
1. 롤 상태의 알루미늄과 종이의 접착 시에 용기 내면 쪽에 위치할 종이 면과 알루미늄 호일을 판상으로 접착시는 합성수지(생분해성수지 포함)나 수용성 접착제로 부착한다. 단, 수용성 접착제로 접착 시는 가열 건조 과정을 거치는 것이 바람직하다. 물론 극성물질이 함유된 합성수지를 사용할 수 있다. 본 발명에서, 100℃ 이상에서도 특별한 녹는점이 없고 분해점이 200℃정도인 녹말 전분 등 수용성 접착제도, 녹는점이나 분해점이 100℃ 이상인 수용성 접착제에 포함된다
2. 알루미늄 층과 종이 사이에 셀로판 필름을 사용할 시는 알루미늄 층에 접하는 면은 방습 처리가 된 면이 부착되도록 1면 방습 셀로판 필름을 사용하거나, 알루미늄층과 셀로판 필름 사이에 합성수지층을 둔다.
3. 자원 재활용을 쉽게 하려면, 컵 성형시 옆지와 밑지의 접합부에만 수용성 접착제나 접착용 극성물질이 포함된 합성수지를 도포하여, 접착하는 것이 바람직하다. 이때는 옆지와 밑지를 재단한 후 접착부위(20, 30)에 도포함이 바람직하다. 옆지의 아래부분 알루미늄부위(30)에 합성수지(생분해성수지 포함)나 극성물질이 함유된 합성수지를 도포할 수 있다. 30부위에 합성수지를 도포시는 밑지외면에 극성물질이 함유된 합성수지를 배치함이 바람직하다.
4. 밑지(바닥부)는 알루미늄을 사용치 않고, 기존의 밑지처럼 내부면에도 합성수지(생분해성수지류 포함)를 사용할 수 있으며, 밑지 외부면에는 녹는점이 100℃ 이상인 합성수지나 더욱 바람직하게는 접착용 극성물질이 포함된 합성수지를 전체적으로 배치할 수 있다. 밑지 전체를 종이 없이 합성수지로만 사용할 수도 있다.
5. 컵성형 접합시 사용하는 합성수지는, 예를 들면 PE, PP는 비극성물질로 접착력이 낮지만 극성접착물질을 한가지 이상 함유시켜 접착력을 증대시킬 수 있다. 접착용 극성물질만을 사용할 수도 있다.
<실시례 1>을 보면 비극성 LDPE의 접착강도보다 극성물질이 함유된 PE는 10배 이상의 강한 접착력이 있어, 미끄러운 알루미늄과 종이의 접착을 가능하게 한다. 그리하여 본 발명의 실시례에서 이를 사용하였다.
PE를 사용할 경우 기존의 종이컵 용기 내피에 사용하는 LDPE보다는 녹는점과 연화 온도가 더 높은 HDPE나 MDPE, LLDPE를 사용함이 100℃ 고온의 사용 환경에서 컵의 안전을 위해 바람직하다.
컵의 성형 접착시 녹는점이 100℃ 이상인 핫멜트를 사용할 수 있다. 핫멜트란 주로 합성수지에 극성물질을 물리적 혼합 또는 화학적으로 결합하여 접착력을 증대시킨 합성수지 종류로서, 필름으로 만들어 사용할 수도 있으나, 일반적으로 가열하여 녹인 액체 상태로 분사 또는 도포한다. 핫멜트를 접착면에 바르면 단시간에 굳으며 접착된다. 물론 수성의 접착제도 사용가능하다.
6. 용기 성형시 접착용 합성수지는 극성접착물질을 포함하는 것이 바람직하며, 알루미늄면의 일부분에 배치할 수도 있고, 종이외면에 부분이나 전체적으로 배치할 수도 있다.
7. 용기 성형 접합은 주로 가열접합으로 이루어진다. 가열 방법은 직접 가열법, 금형 가열법, 뜨거운 공기 가열법, 초음파 접착, 임펄스접착, 고주파접착, 레이저접착 등을 한 가지 이상 사용할 수 있다. 단, 상기의 핫멜트처럼 이미 가열하여 녹인 합성수지 성분을 분사하거나 도포하여 접합시는 접합부분을 별도로 가열하지 않아도 접합이 가능하다. 가열없이 접착제도포 후 압력으로 접합할 수도 있다.
8 외피에 사용되는 종이는 기존처럼 천연펄프도 사용할 수 있고, 재생 종이도 사용가능하다.
9. 컵라면이나 컵밥 용기와 같이 주로 이중용기로 구성된 종이컵에 대해서는, 본 출원은 알루미늄박이 부착되는 내부의 종이컵에 대한 것이다.
수용성 접착제중 식물성전분은 100℃ 이하에서는 녹거나 분해되지 않으며, 고온에서는 연소하여 분해되므로 녹는점이나 분해점이 100℃ 이상인 물질에 해당한다.
극성물질은 알루미늄 호일 내에 있는 각종 금속들의 양이온과 수소결합을 이룰 수 있고, 물질간의 전기적 쌍극자모멘트 반데르발스 힘을 증대시켜 접착력을 강하게 한다. 그리하여 용기성형시 알루미늄과 종이 합성수지와의 부착성을 크게 강화할 수 있다. 비극성 합성수지는 반데르발스힘 중 약한 분산력만 주로 작용하므로 접착력이 약하다.
극성 접착 물질은 아래의 계열 중 어느 하나가 될 수 있다.
1.에폭시 수지계
2.폴리아민계
(1) 지방족폴리아민 - 디에틸트리아민, 트리에틸렌테트라민, 디에틸아미노프로필아민, m-크실렌디아민 등을 포함하는 크실렌디아민, 변성지방족폴리아민 등
(2) 방향족폴리아민 - 메타페닐렌디아민 등을 포함하는 페닐렌디아민, 아미노디페닐슬폰 등
3.산무수물계 - 말레인산 무수물, 프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물 등
4.폴리아미드계
5.레졸수지계
6.폴리설파이드계
7.아크릴계
8.페놀수지계
9.폴리우레탄계
10.실리콘계
11.고무계
12.폴리아미드이미드계
13.폴리이미드계
14.폴리벤즈이미다졸계
15.폴리에스테르계
16.폴리아세트산비닐계
17.폴리올레핀계
18.나일론계
19.요소수지계
20.아닐린수지계
21.톨루엔술폰산아미드계
22.이소시아네이트알키드계
23.시아노아크릴레이트계
24.폴리디페닐에테르계
25.폴리아세트산비닐계
26.멜라민계.
수용성 접착제, 또는 합성수지는 핫멜트형 접착제, 도전성 접착제, 순간 접착제, 혐기성 접착제 등이 될 수 있다.
본 발명에서 사용하는 극성 접착 물질은 상기 나열된 종류 중 1종 단독 또는 2종 이상을 포함하여 사용할 수 있다. 2종 이상이라 함은 상기에 나열된 물질뿐만 아니라, 상기 물질에 더하여 나열되지 않은 물질도 포함하여 2종 이상임을 뜻한다.
녹는점이 100℃ 이상이어서 극성물질 접착제로 사용할 수 있는 물질의 예를들면, 핫멜트는 주원료에 따라 녹는점이 다양하며, 산무수물계인 프탈산 무수물은 녹는점이 131.6℃이고 끓는점이 285℃, 말레인산 무수물은 녹는점이 130℃~130.5℃이고 끓는점이 138.5℃, 아크릴계인 메타크릴산메틸은 118~122℃에서 열 변형이 일어난다. 여러 극성물질을 혼합해 사용할 수 있다.
녹는점이 100℃ 이상인 극성물질 접착제를 단독 또는 혼합해서 사용하거나, PE(HDPE, MDPE, LDPE, LLDPE 등), PP, 폴리에스테르, 나일론, PS, PET, 생분해성 합성수지류, PLA(poly lactic acid), 생분해성 수지류 등에 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 극성물질 함유 합성수지는 폴리에틸렌(예: 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초저밀도 폴리에틸렌 중 1종 이상), 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계; 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계; 나일론계; 폴리스티렌계 중 1종 이상의 합성수지를 포함할 수 있다.
접착제층은 단독 또는 2개층 이상으로 형성될 수 있다.
종이용기의 바닥부는 형상이 원형, 사각형 등의 N 각형 또는 무정형이 될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
접착제의 부착력을 간단히 확인하는 방법으로는, 접착후 박리시험시
1.부착면의 분리(계면박리),
2.접착제 파괴 박리,
3.피착제의 파괴박리(접착제나 부착면은 박리없음)
의 3가지로 평가할 수 있다. 이중 가장 튼튼한 결합은 위의 3번째 결합이다. 용기를 성형하는 접착제는 이 3번째를 만족하는 접착력을 가지는 것이 바람직하다.
< 실시례 1 > 접착제의 접착력 시험(알루미늄과 종이 접착)
여러 가지 접착제에 대해 알루미늄과 종이와의 접착력을 시험하였다. 접착후 수직으로 인장력을 가해 분리가 처음 발생되는 접착폭 단위 cm당 힘을 접착강도로 측정하고 하기 표 1에 나타내었다.
Figure pat00001
< 실시례 2 > 알루미늄과 종이의 접착제 접착 후 20℃ 냉수에서의 박리시간을 하기 표 2에 나타내었다.
Figure pat00002
< 실시례 3 >
- 종이 원단과 알루미늄 원단을 수용성 접착제로 접착, 컵 성형 접합부위는 극성물질이 함유된 합성수지 사용, 컵의 전체 외면에는 종이 노출
1. 종이원단과 알루미늄원단을 수용성 접착제로 접합한다.
2. 옆지와 밑지를 재단한다.
3. 옆지의 접합부에 접착용 극성물질이 함유된 합성수지를 도포한다.
4. 옆지를 둥글게 성형한다.
5. 밑지와 결합하여 컵을 성형한다
< 실시례 4 >
- 종이원단과 알루미늄원단을 수용성 접착제로 접착, 컵성형 접합부위도 수용성접착제로 접합, 컵의 전체 외면에는 종이 노출
1. 종이원단과 알루미늄원단을 수용성 접착제로 접합한다.
2. 옆지와 밑지를 재단한다.
3. 옆지의 접합부에 수용성접착제를 도포한다.
4. 옆지를 둥글게 성형한다.
5. 밑지와 결합하여 컵을 성형한다
< 실시례 5>
[도2] ~ [도4]의 내용, 종이 원단과 알루미늄 원단을 합성수지로 접착하고 종이의 다른 한면은 녹는점이 100℃ 이상인 접착용 극성물질이 함유된 합성수지를 배치.
1. 종이 원단 1면에 알루미늄원단을 합성수지(LDPE)로 접합한다.
2. 종이의 다른 한 면은 녹는점이나 분해점이 100℃이상인 접착용 극성물질이 함유된, 녹는점과 연화점이 100℃ 이상인 합성수지를 배치한다
3. 옆지와 밑지를 재단한다.
4. 옆지를 둥글게 성형한다.
5. 밑지와 결합하여 컵을 성형한다
< 실시례 6 >
- 종이 원단과 알루미늄 원단을 합성수지로 접착, 컵성형 접합부위는 극성물질이 함유된 합성수지 사용, 컵의 전체 외면에는 종이 노출
1. 종이원단 1면에 알루미늄원단을 합성수지로 접합한다.
2. 옆지와 밑지를 재단한다.
3. 옆지의 접합부(20,30)에 접착용 극성물질이 함유된 합성수지를 도포한다.
4. 옆지를 둥글게 성형한다.
5. 밑지와 결합하여 컵을 성형한다
이상 여러가지의 실시례를 설명했다. 본 실시례는 본 발명의 일부이다. 위의 실시방법을 섞어 사용할 수 있으며, 본 출원의 취지내에서 변경도 가능하나 이러한 변경은 모두 본 출원의 범위내에 있다. 이하 본 발명을 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 알루미늄 내피 종이컵의 측면부를 위주로 한 개략적인 대표적 단면도이다. 내면은 알루미늄호일(1), 외부는 종이(4), 종이와 알루미늄은 수성접착제(3)로 부착된다. 종이외부는 합성수지층(극성물질이나 생분해성수지류가 함유될 수 있다)이 배치될 수 있으며 극성물질이 함유된 합성수지가 더욱 바람직하다. 외부 합성수지층은 발포합성수지(기체가 함유되어 부푼 합성수지)가 사용될 수 있다.
도 2는 알루미늄 내피 종이컵 850cc 식품용기와 13oz 음료수컵 시제품 사진
도 3은 알루미늄 내피 종이컵 13온스(≒368cc) 음료수컵(커피컵) 시제품 사진
도 4는 알루미늄 내피 종이컵 850cc 시제품 사진
도 5도는 알루미늄 내피(1)와 종이 외피(4) 사이에 수성 접착층(3)을 배치한 실시례 단면 일부이다. 종이 외면에 합성수지(5)가 부착될 수 있다. 외면의 합성수지는 전체적이거나 부분적으로 부착될 수 있다.
도 6은 알루미늄 내피(1)와 종이 외피(4) 사이에 합성수지 접착층(2)을 배치한 실시례 단면 일부이다. 종이 외면에 합성수지(5)가 부착될 수 있다. 외면의 합성수지는 전체적이거나 부분적으로 부착될 수 있다.
도 7은 알루미늄 내피(1)와 종이 외피(4) 사이에 합성수지 접착층(2)과 수성 접착층(3)을 배치한 실시례 단면 일부이다. 종이 외면에 합성수지(5)가 부착될 수 있다. 외면의 합성수지는 전체적이거나 부분적으로 부착될 수 있다.
도 8은 종이컵 옆지(측면부)(10)의 옆 부분(20)에 용기 성형을 위한 극성물질이 함유된 합성수지 또는 수성 접착제를 국부적으로 배치하는 위치이다. 내부에 비극성 합성수지를 사용시는 이와 결합되는 외면은 극성물질이 함유되게 하여 결합력을 좋게하는 것이 바람직하다. 이와 반대의 경우도 같다.
도 9는 종이컵 측면부(옆지)의 옆 부분(20)에 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하거나, 수성 접착제를 배치하고, 측면부(옆지)(10)의 하부(30) 알루미늄면에 극성물질이 함유된 합성수지나 비극성합성수지, 또는 수용성 접착제를 배치한 실시례이다. 도9의 형상은 부채꼴이나 사다리꼴 형상뿐만 아니라, 상부와 하부의 폭을 같게 할 수도 있다. 비극성합성수지를 배치시는 측면부(옆지)나 밑지(바닥지, 바닥판)의 외면에, 녹는점이 100℃이상인, 극성물질이 함유된 합성수지를 배치하는 것이 바람직하다. 옆지의 하부(30)에 접착제를 배치시에는, 도9 30처럼 밑지의 받침높이보다 좀 더 넓은폭으로 하고, 용기내부에는 접착제가 노출되지 않도록, 30부위에 부분이나 전체적으로 배치한다. 이때 밑지의 내부가 알루미늄이어도 옆지와 밑지의 접합부위를 안팎으로 이중으로 할 수 있어서 컵의 완전한 밀봉을 기할 수 있다. 이때 밑지의 외면에 종이가 노출되어도 튼튼한 밀봉접합이 가능하여 종이자원 재활용에 유리하다.
도 10은 종이팩을 낱개로 재단하기 전, 일련공정에서 이어진 3개의 종이팩에 대한 알루미늄내피가 알루미늄호일로 부착된 모습을 평면도로 표시한 실시례이다. 합성수지가 부착된 종이에, 종이팩 측면방향인 원단 롤 진행방향으로 알루미늄내피가 부착되어 있다. 낱개로 재단시 종이팩의 상부와 하부 접착부가 되는 양측 20부위는 종이팩의 상부와 하부가 되거나 별도로 결합되는 상부와의 접착부위가 되며, 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지의 접착제가 배치되어 종이팩의 접착부위가 된다. 본 평면도는 종이팩의 상부와 측면부와 하부가 일체형이거나, 측면부와 하부만의 일체형에 모두 적용한다.
도 11은 상기 도10의 종이팩 평면도를 낱개로 재단한 평면도의 일례를 나타냈다. 상부는 뚜껑이나 마개를 부착할 수 있다. 상부와 하부의 밀봉은 합성수지나 극성물질이 함유된 합성수지를 배치한다. 30부위는 알루미늄이 부착된 측면접착부분이므로 안전한 성형을 위해 극성물질이 함유된 합성수지로 접착하는 것이 바람직하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함된다.

Claims (4)

  1. 측면부와 바닥부로 구성되는 알루미늄내피 종이용기에 있어서,
    측면부의 내피 또는 측면부와 바닥부의 내피가 알루미늄박층이고,
    측면부 옆부분 접합부의 알루미늄면에 접착제를 도포하여,
    측면부를 둥글게 성형한 것을 특징으로 하는 알루미늄내피 종이용기
  2. 알루미늄박층을 포함하고, 측면부와 바닥부로 구성되는 종이용기에 있어서,
    원단상태에서 측면부(옆지)의 외부면으로 사용할 면에 합성수지접착제를 배치하는 1 단계,
    측면부(옆지)를 재단하는 2단계,
    측면부(옆지)를 둥글게 성형하는 3단계,
    상기 1, 2, 3 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 알루미늄내피 종이용기의 제조방법
  3. 알루미늄박층을 포함하고 측면부와 바닥부로 구성되는 종이용기에 있어서,
    측면부의 내피 또는 측면부와 바닥부의 내피가 알루미늄박층이고,
    바닥부의 외면에는 극성물질이 포함된 합성수지{PE(폴리에틸렌)나
    PP(폴리프로필렌)}가 배치되어, 측면부와 바닥부가 성형접합된 것을 특징으로 하는 알루미늄내피 종이용기
  4. 측면부와 바닥부로 구성되는 종이용기의 제조방법에 있어서,
    측면부의 내피 또는 측면부와 바닥부의 내피가 알루미늄박층이고,
    상기 측면부와 바닥부의 성형접합은;
    원단상태에서 바닥부 외면에 사용될 부분에 합성수지접착제를 배치하는 1단계;
    상기 측면부와 바닥부를 재단하는 2단계;
    상기 측면부와 바닥부가 성형접합되는 3단계;
    상기 1, 2, 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄내피 종이용기의 제조방법.
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