WO2023113521A1 - 담배 포장용 생분해성 필름 - Google Patents

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film
biodegradable
layer
packaging
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오경환
황민희
김수호
서만석
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주식회사 케이티앤지
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    • Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics

Definitions

  • the present invention relates to a biodegradable film for packaging cigarettes.
  • Synthetic plastics are widely used as packaging materials that require cheap and lightweight properties along with excellent physical properties.
  • Examples of such synthetic plastics include polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene terephthalate (PET).
  • PVC polyvinyl chloride
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • the synthetic plastic generates many harmful substances during manufacture or incineration, or accumulates without decomposition due to chemical and biological stability, causing environmental pollution problems.
  • interest in eco-friendly biodegradable materials that can replace the synthetic plastics is increasing.
  • the material mainly used for cigarette packaging is a container for containing tobacco products, and an open box type paper packaging material is used, and a film is used to seal the outside of the paper packaging material to maintain product quality against moisture and oxidation degradation.
  • OPP film is mainly used as a packaging material for external sealing currently commercialized. Since the OPP film is a petroleum-based plastic material and is not subject to separate discharge, it is mostly discharged as general waste. The OPP film also has a problem of environmental pollution in that it is not highly biodegradable, and research on alternative materials with high biodegradability while maintaining the same functionality as the OPP film is being actively conducted in the relevant technical field.
  • the present inventors recognized the technical problems of the above-mentioned packaging material for external sealing of tobacco products, and completed the present invention after continuous research on materials that can replace the OPP film.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0057500
  • biodegradable film for cigarette packaging in order to replace the existing OPP film with a biodegradable material, it is necessary to improve the heat adhesion, barrier property and workability by supplementing the thermal functionality other than the biodegradability of the biodegradable material. It is intended to provide a biodegradable film that can be.
  • the present invention is a biodegradable film for packaging cigarettes, comprising a first film layer applied such that one side faces a tobacco product, a third film layer applied such that one side is exposed to the outside, and between the first film layer and the third film layer. It provides a biodegradable film for packaging cigarettes comprising a second film layer positioned.
  • the first film layer, the second film layer, and the third film layer are composed of different compositions, respectively, and at least one of the first film layer, the second film layer, and the third film layer.
  • the layer contains a biodegradable material.
  • the biodegradable film has a biodegradation rate of 90% or more after 60 days and a thermal shrinkage rate of 4.0% or more.
  • the biodegradable film has a difference in thermal shrinkage in the longitudinal direction and the width direction of less than 1%.
  • the biodegradable film has an oxygen permeability of 1000 cc/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less.
  • the biodegradable film has a moisture permeability of 50 g/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less.
  • the biodegradable film has an airtightness of 50 ml/sec or less.
  • the biodegradable film has a haze of 6.0% or less.
  • the biodegradable material is polylactic acid, polyhydroxyl alkanoate, starch, cellulose-based material, polyvinyl alcohol, polycaprolactone, polybutylene adipate terephthalate, polyethylene succinate, It is selected from the group consisting of polybutylene succinate, polyglycolic acid, and combinations thereof.
  • the layer containing the most biodegradable material among the first film layer, the second film layer, and the third film layer is the second film layer.
  • the second film layer is 80% by volume or more of the biodegradable film.
  • the first film layer or the third film layer includes a biodegradable material having different physical properties from those of the second film layer.
  • the first film layer or the third film layer is a polyvinyl compound, an ethylene vinyl alcohol copolymer, an acrylic compound, a sealant compound, an OP coating compound, a urethane compound, a silicone compound, an epoxy compound compounds, nanocelluloses, inorganics, or combinations thereof.
  • the second film layer includes semi-crystalline polylactic acid
  • the first film layer or the third film layer includes amorphous polylactic acid
  • the first film layer or the third film layer includes polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride or polyvinylidene chloride.
  • the second film layer has a thickness of 5 ⁇ m to 30 ⁇ m, and the first film layer and the third film layer each have a thickness of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the biodegradable film according to one embodiment of the present invention is a biodegradable film having a three-layer structure including a film layer such as a thermal bonding layer or a barrier coating layer centered on a biodegradable substrate layer containing a biodegradable material, It has excellent functionality in terms of thermal shrinkage, oxygen permeability, moisture permeability, airtightness, haze, etc., and can replace existing OPP films for cigarette packaging.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a biodegradable film for packaging cigarettes according to one embodiment of the present invention.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the specific example. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the corresponding component is not limited by the term.
  • the present invention relates to a biodegradable film for packaging tobacco, and more specifically, to a biodegradable film for sealing and packaging the outside of a paper packaging material directly containing tobacco products.
  • 1 provides a view showing a schematic configuration of a biodegradable film for packaging cigarettes according to one embodiment of the present invention.
  • the biodegradable film according to one embodiment of the present invention includes a first film layer 10, a second film layer 20 and a third film layer 30. Since the biodegradable film is divided into a surface facing the tobacco product and a surface exposed to the outside when packaging tobacco products, each film layer is divided into a first film layer 10, a second film layer 20, and a second film layer 20. It is divided into 3 film layers 30 and the like.
  • One surface of the first film layer 10 faces the tobacco product when packaging the tobacco product.
  • the tobacco product may mean a state packed in a paper packaging material or the like.
  • One surface of the third film layer 30 is exposed to the outside when packaging tobacco products.
  • the second film layer 20 is positioned between the first film layer 10 and the third film layer 30 .
  • one or more additional film layers may be applied between the first film layer 10 and the third film layer 30, if necessary.
  • the biodegradable film according to one embodiment of the present invention has excellent functionality enough to replace the existing OPP film.
  • the biodegradable film has a biodegradation rate of 90% or more after 60 days.
  • the biodegradation rate conforms to the ISO 14855-1 soil biodegradability measurement test standard, and the amount of carbon dioxide generated by biodegrading the film specimen under controlled composting and aerobic conditions was measured. In general, it is considered a biodegradable material when it is decomposed by more than 90% compared to the reference material (cellulose).
  • the biodegradable film has a multilayer structure, it can exhibit a high biodegradation rate even in a short period of 60 days.
  • the biodegradable film has an oxygen permeability of 1000 cc/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less.
  • the oxygen permeability is 1000cc/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less, 900cc/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less, 800cc/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less, 700cc/(m 2 ⁇ day atm) or less, 600 cc/(m 2 day day atm) or less, 500 cc/(m 2 day day atm) or less, 400 cc/(m 2 day day atm) or less, 300 cc/(m 2 day day atm) ) or less, 200 cc/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less, 100 cc/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less, or 50 cc/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less.
  • the oxygen permeability may be a value measured at 23 ° C.
  • the biodegradable film has a moisture permeability of 50 g/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less.
  • the moisture permeability is 50 g/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less, 45 g/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less, 40 g/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less, 35 g/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less, 30 g/(m 2 day day atm) or less, 25 g/(m 2 day day atm) or less, 20 g/(m 2 day day atm) or less, 15 g/(m 2 day day atm) Or less, it may be 10 g/(m 2 ⁇ day ⁇ atm) or less.
  • the moisture permeability may be a value measured at 38° C. and 100 RH%, and may be measured using, for example, a moisture permeability measuring device (PERMATRAN-W700 manufactured by MOCON, USA) or the like.
  • the biodegradable film has an airtightness of 50 ml/sec or less.
  • the tightness is 50 ml / sec or less, 45 ml / sec or less, 40 ml / sec or less, 35 ml / sec or less, 30 ml / sec or less, 25 ml / sec or less, 20 ml / sec or less, 15 ml / sec or less, 10 ml / sec or less can
  • the airtightness was measured using a device for measuring air leakage of OPP film on cigarette packs.
  • the related tightness is to measure the sealing state and air leakage state of the film using air pressure. This can be measured using a measuring device such as a tightness meter (KARDIEN ALT-2 product of KADIEN, Korea).
  • a machine that wraps films on products such as cigarette packs is a high-speed packaging machine that can produce about 500 packs per minute.
  • the film is generally supplied in the form of a long fabric (eg, roll form), and is cut to a required length to package the product.
  • the film should not only maintain the functionality related to biodegradability or barrier properties described above, but also require functionality that can maintain excellent workability or productivity, such as lowering the packaging defect rate even in a high-speed packaging machine.
  • heat adhesiveness may be required so that the film to be applied may adhere well to the product, or heat shrinkability may be required so that the film adheres well to the outer surface of the product without uneven surfaces even after packaging.
  • the friction coefficient of the surface of the film may be important in order to manufacture a large amount of products without defects.
  • the biodegradable film according to one embodiment of the present invention has high processability without product defects even in a high-speed packaging machine for packaging products such as cigarette packs.
  • heat shrinkability may also be an important factor.
  • heat shrinkage may be reduced. If the film is closely adhered to the surface of the pack after packaging the cigarette pack, it not only facilitates transportation but also improves the aesthetics of the package appearance by reducing the uneven surface on the outer surface. Therefore, a certain level of heat shrinkability is required as a characteristic of a biodegradable film in order to increase the adhesion of the film after packaging.
  • the biodegradable film has a heat shrinkage rate of 4.0% or more, specifically 4.5% or more, and more specifically 5.0% or more.
  • the heat shrinkage rate applies KS M ISO 17555, but specifically, prepare a test piece with a width of about 20 mm and a length of about 150 mm (same in MD and TD directions), mark at a distance of about 100 mm in the center, and at a temperature of 120 ° C. It was put in a hot air oven that was maintained, heat-treated for 15 minutes, and then the length was measured and calculated according to Equation 2 below.
  • L i means the distance between gauges before heat treatment
  • L t means the distance between gauges after heat treatment.
  • the length is a value selected by considering both the machine direction (Machine Direction, MD direction) when supplying material or the length direction and the vertical direction (Cross Direction, CD direction) when supplying material, and selecting the lower value of the two. Since the low value of thermal shrinkage in the longitudinal direction and the width direction is considered, the biodegradable film according to one embodiment of the present invention can secure thermal shrinkage equal to or greater than the above value in all directions. According to one embodiment of the present invention, the biodegradable film has a difference in thermal shrinkage in the longitudinal direction and the width direction of less than 1%.
  • the difference in thermal shrinkage rate is calculated based on the larger value of the thermal shrinkage rate in the longitudinal direction and the width direction. Specifically, the difference in thermal shrinkage may be less than 1%, less than 0.9%, less than 0.8%, less than 0.7%, less than 0.6%, or less than 0.5%.
  • the biodegradable film has a haze (Haze) of 6.0% or less, specifically 5.5% or less, more specifically 5.0% or less.
  • the haze was measured with Toyoseiki's Haze gard-2.
  • the biodegradable film according to one embodiment of the present invention has a low haze value, can secure a certain level of transparency, and has excellent adhesion to cigarette packs, so that the internal packaging object has high visibility.
  • the biodegradable film according to one embodiment of the present invention having the above-described functionality includes a first film layer, a second film layer, and a third film layer.
  • the first film layer, the second film layer, and the third film layer are each separate layer and are not only classified positionally as described above, but also distinguished by the components constituting the film layer or their composition.
  • the first film layer, the second film layer, and the third film layer are composed of different compositions, respectively, and at least one of the first film layer, the second film layer, and the third film layer.
  • the layer contains a biodegradable material.
  • the film layer containing the most biodegradable material may basically be a support film layer, and other film layers may be introduced through coating around the corresponding film layer. Therefore, in the present specification, the film layer containing the most biodegradable material is also expressed as a biodegradable base layer.
  • the biodegradable material may be a material having a high biodegradation rate while having a certain level of durability when forming a film, and largely, a biodegradable biomass material, a biodegradable plastic material, and the like may be used.
  • the biodegradable material is polylactic acid (PLA), polyhydroxyl alkanoate (PHA), starch, cellulose-based material, polyvinyl alcohol alcohol, PVA), Polycaprolactone (PCL), Polybutylene adipate terephthalate (PBAT), Polyethylene succinate (PES), Polybutylene succinate (PBS) , polyglycolic acid (PGA) and combinations thereof.
  • the cellulose-based material may be cellulose, cellulose derivative, or regenerated cellulose.
  • the support film layer or the biodegradable substrate layer contains 70% by weight or more, specifically 80% by weight or more, more specifically 90% by weight or more of the biodegradable material based on the total weight of the layer. can do.
  • the remaining coating layers other than the support film layer or the biodegradable substrate layer include a biodegradable material of different characteristics or to add additional functionality, polyvinyl compound, ethylene vinyl alcohol Copolymer (Ethylene Vinyl Alcohol Copolymer, EVOH), Acrylic compound, Sealant compound, OP coating compound, Urethane compound, Silicone compound, Epoxy Epoxy compound, nano-cellulose, inorganic compound, or a combination thereof. These materials complement the lack of functionality of the biodegradable base layer.
  • the biodegradable material introduced into the coating layer may have different physical properties from those of the supporting film layer or the biodegradable substrate layer.
  • the support film layer or the biodegradable substrate layer includes a semi-crystalline biodegradable polymer (eg, semi-crystalline polylactic acid), and the coating layer includes an amorphous biodegradable polymer (eg, semi-crystalline polylactic acid). , amorphous polylactic acid).
  • amorphous means that there is no regularity of atomic arrangement between atoms constituting the polymer material
  • semi-crystal means that there is regularity of atomic arrangement among some atoms constituting the polymer material
  • a biodegradable film according to one embodiment of the present invention includes a thermal bonding layer and a barrier coating layer together with a biodegradable substrate layer.
  • the biodegradable substrate layer, the thermal bonding layer, and the barrier coating layer may be disposed without overlapping among the first film layer, the second film layer, and the third film layer, respectively.
  • the second film layer may be the biodegradable substrate layer.
  • the first film layer or the third film layer may be a heat bonding layer or a blocking coaching layer. More specifically, the first film layer may be a thermal bonding layer, the second film layer may be a biodegradable substrate layer, and the third film layer may be a barrier coating layer.
  • the thermal bonding layer or the barrier coating layer may also include a biodegradable material, but not in a larger amount than the biodegradable base layer.
  • the heat bonding layer includes a polyvinyl compound, an ethylene vinyl alcohol copolymer, an acrylic compound, a sealant compound, an OP coating compound, or a combination thereof
  • the barrier coating layer includes a polyvinyl compound, an ethylene vinyl alcohol copolymer, an acrylic compound , A urethane-based compound, a silicone-based compound, an epoxy-based compound, nanocellulose, an inorganic material, or a combination thereof.
  • an additional barrier coating layer may be formed on the inorganic layer through the remaining components.
  • Compounds included in the thermal bonding layer or the barrier coating layer are not particularly limited as long as they are generally usable in the art.
  • the inorganic material is, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, ZrO 2 , BaTiO 3 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , Ti 3 O 5 , ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb 2 O 3 , SnO, MgO, etc. may be used, and it is not particularly limited as long as it is a material that can be generally used in the art.
  • the polyvinyl-based compound includes a compound in which a hydroxyl group or a halogen group is substituted in a polyvinyl-based compound.
  • Examples of the polyvinyl-based compound may include compounds such as polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, and polyvinylidene chloride.
  • the acrylic compound may be an acrylic resin or the like, and is not particularly limited as long as it is a material that can be generally used in the art.
  • the acrylic resin is a water-dispersible emulsion-type acrylic resin, and includes at least one functional group selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group, an N-methylol group, an alkoxymethylol group, an acrylate group, and an acryloyl group. This can be used
  • the acrylic resin may be obtained by polymerizing a (meth)acrylic monomer alone or by copolymerizing a (meth)acrylic monomer and one or more copolymerizable monomers copolymerizable therewith.
  • the (meth)acrylic monomer is, for example, methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, n-propyl (meth)acrylate, i-propyl (meth)acrylate, n-butyl (meth)acryl rate, i-butyl (meth) acrylate, sec-butyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, tridecyl ( meth)acrylate, stearyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, benzyl (meth)acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth)acrylate, 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 2 -Hydroxypropyl (meth)acrylate, 2-methoxyethyl (meth)acrylate,
  • Examples of the copolymerizable monomer include carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomers such as (meth)acrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, and fumaric acid; vinyl monomers such as acrylamide, acrylonitrile, vinyl acetate, ethylene, propylene, isobutylene, butadiene, isoprene, and chloroprene; ethylenically unsaturated monomers containing an epoxy group such as glycidyl (meth)acrylate, methyl glycidyl (meth)acrylate, allyl glycidyl ether, and 3,4-epoxycyclohexylmethyl (meth)acrylate; and ethylenically unsaturated monomers containing a hydroxyl group such as hydroxyethyl methacrylate and 2-hydroxypropyl methacrylate, which may be used alone or in combination of two or more.
  • a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer such as (meth)acrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, and fumaric acid may be used as the copolymerizable monomer.
  • the aforementioned compounds included in the thermal bonding layer or the barrier coating layer may be contained in an appropriate amount to obtain desired functionality of each film layer.
  • the component may be included in an amount of 20% to 70% by weight in the film layer including the same.
  • the biodegradable film can be adjusted to a thickness suitable for use in cigarette packaging while securing the above-described functionality.
  • the biodegradable film has a thickness of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the thickness of the biodegradable film is 10 ⁇ m or more, 11 ⁇ m or more, 12 ⁇ m or more, 13 ⁇ m or more, 14 ⁇ m or more, 15 ⁇ m or more, 50 ⁇ m or less, 45 ⁇ m or less, 40 ⁇ m or less, 35 ⁇ m or less , 30 ⁇ m or less, may be 25 ⁇ m or less.
  • each film layer may be adjusted as follows according to the biodegradable substrate layer, the thermal bonding layer, or the barrier coating layer.
  • the biodegradable base layer has a thickness of 5 ⁇ m to 30 ⁇ m, 10 ⁇ m to 30 ⁇ m, and 15 ⁇ m to 25 ⁇ m, and the remaining coating layers except for the biodegradable base layer have a thickness of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • ⁇ m has a thickness of 0.3 ⁇ m to 5 ⁇ m, 0.5 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the support film layer or the biodegradable base layer may include 80 vol% or more, 85 vol% or more, or 90 vol% or more of the biodegradable film.
  • Each film layer may have approximately the same area, so that the volume ratio may be proportional to the thickness ratio of each film layer.
  • the remaining coating layers excluding the biodegradable base layer are two, the remaining coating layers are 10 vol% or less, 9 vol% or less, 8 vol% or less, 7 vol% or less, 6 vol% or less, 5 vol% in the biodegradable film. % or less may be accounted for.
  • the support film layer or the biodegradable substrate layer is a second film layer.
  • the ratio of the biodegradable substrate layer may be increased by using the second film layer located at the center as the biodegradable substrate layer.
  • the second film layer is 80% by volume or more of the biodegradable film.
  • the first film layer or the third film layer includes a biodegradable material having different physical properties from those of the second film layer.
  • the first film layer or the third film layer is a polyvinyl compound, an ethylene vinyl alcohol copolymer, an acrylic compound, a sealant compound, an OP coating compound, a urethane compound, a silicone compound, an epoxy compound compounds, nanocelluloses, inorganics, or combinations thereof.
  • the second film layer includes semi-crystalline polylactic acid
  • the first film layer or the third film layer includes amorphous polylactic acid.
  • the first film layer or the third film layer includes polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride or polyvinylidene chloride.
  • the first film layer includes amorphous polylactic acid
  • the third film layer includes polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, or polyvinylidene chloride.
  • the second film layer has a thickness of 5 ⁇ m to 30 ⁇ m
  • the first film layer and the third film layer each have a thickness of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • a semi-crystalline polylactic acid film (TE90C manufactured by SKC) having a thickness of about 21 ⁇ m was prepared.
  • amorphous polylactic acid product of SKC
  • a third film layer applied on the second film layer so that one surface is exposed to the outside about 1 ⁇ m thick polyvinylidene chloride (product of Yulchon Co., Ltd.) is applied to the second film layer where the first film layer is not coated. It was coated on the other side.
  • the prepared three-layer biodegradable film was used to pack tobacco products in a heat seal method in a packaging machine for packaging tobacco.
  • the biodegradable film secured functionality as a biodegradable film by including about 90% by volume or more of a polylactic acid film having a high biodegradation rate.
  • the second film layer was coated with amorphous polylactic acid (a product of SKC Co., Ltd.) having a thickness of about 1 ⁇ m as the third film layer without coating the first film layer on the second film layer.
  • a biodegradable film was prepared.
  • a three-layered biodegradable film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the third film layer was coated with an OP coating-based compound (Yulchon's ECOBY-OPP product) having a thickness of about 1 ⁇ m.
  • an OP coating-based compound Yulchon's ECOBY-OPP product
  • Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 have physical properties suitable for packaging of cigarettes, thermal shrinkage, oxygen permeability, moisture permeability, airtightness and haze were measured and shown in Table 1 below.
  • the method for measuring each physical property basically followed a general method in the relevant technical field, and was specifically measured according to the method specified in the above description.
  • the heat shrinkage rate is a value obtained by subtracting the lower value from the higher value among the heat shrinkage rates in the longitudinal direction and the width direction.
  • Example 1 physical properties suitable as in Example 1 for packaging tobacco products by introducing the first film layer and the third film layer as appropriate materials even after filling the second film layer with a biodegradable film of about 90% by volume or more It can be confirmed that a biodegradable film having a can be prepared.
  • a biodegradable film having such physical properties may be difficult to achieve without any one of the first film layer and the third film layer as in Comparative Example 1, and as in Comparative Example 2, a well-known coating material in the coating field Even coating can be difficult to achieve.

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Abstract

일면이 담배 제품에 대향하도록 적용되는 제1 필름층, 일면이 외부로 노출되도록 적용되는 제3 필름층, 및 상기 제1 필름층과 제3 필름층 사이에 위치한 제2 필름층을 포함하는 담배 포장용 생분해성 필름을 제공한다. 상기 생분해성 필름에서 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층은 각각 다른 조성으로 구성되고, 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층 중 하나 이상의 층은 생분해성 물질을 포함한다. 상기 생분해성 필름은 60일 이후 생분해율이 90% 이상이며, 열 수축률이 4.0% 이상이다.

Description

담배 포장용 생분해성 필름
본 발명은 담배 포장용 생분해성 필름에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 12월 16일자 한국 특허 출원 제10-2021-0180288호 및 2022년 12월 15일자 한국 특허 출원 제10-2022-0175881호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로서 포함한다.
뛰어난 물성과 함께 값싸고 가벼운 특성 등이 요구되는 포장재로 합성 플라스틱이 널리 사용되고 있다. 이러한 합성 플라스틱으로는 예를 들어, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등이 있다. 상기 합성 플라스틱은 우수한 물성에도 불구하고, 제조 시 또는 소각 시에 많은 유해물질이 발생하거나, 화학적, 생물적 안정성 때문에 거의 분해가 되지 않고 축적되어 환경오염 문제를 야기한다. 최근 환경에 대한 문제가 대두되면서 상기 합성 플라스틱을 대체할 수 있는 친환경적 생분해 소재에 대한 관심이 높아지고 있다.
현재 담배 포장재에 주로 쓰이는 재료는 담배 제품을 담기 위한 용기로서 오픈 박스 형태의 종이 포장재가 쓰이고 있으며, 수분력 및 산화 저하 등에 대한 제품의 품질 유지를 위해서 종이 포장재 외부에 필름을 이용해 밀봉 포장을 하고 있다. 현재 상용화된 외부 밀봉용 포장재는 OPP 필름이 주로 사용되고 있다. 상기 OPP 필름은 석유계 플라스틱 소재이며, 분리배출 대상이 아니기 때문에 일반 폐기물로 배출되는 경우가 대부분이다. 상기 OPP 필름 또한 생분해성이 높지 않다는 점에서 환경오염 문제를 안고 있으며, 해당 기술분야에서는 OPP 필름과 같은 기능성을 유지하면서도 생분해성이 높은 대체 소재에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
본 발명자는 상술한 담배 제품의 외부 밀봉용 포장재에 대한 기술적 과제를 인식하고, OPP 필름을 대체할 수 있는 소재에 대한 지속적인 연구 끝에 본 발명을 완성하였다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0057500호
담배 포장용 생분해성 필름에 있어서, 기존의 OPP 필름을 생분해성 소재로 대체하기 위해, 생분해성 소재가 가지는 생분해성 이외의 열위한 기능성을 보완하여, 열 접착성, 차단성 뿐만 아니라 작업성을 향상시킬 수 있는 생분해성 필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면,
본 발명은 담배 포장용 생분해성 필름으로서, 일면이 담배 제품에 대향하도록 적용되는 제1 필름층, 일면이 외부로 노출되도록 적용되는 제3 필름층, 및 상기 제1 필름층과 제3 필름층 사이에 위치한 제2 필름층을 포함하는 담배 포장용 생분해성 필름을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층은 각각 다른 조성으로 구성되고, 상기 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층 중 하나 이상의 층은 생분해성 물질을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 60일 이후 생분해율이 90% 이상이며, 열 수축률이 4.0% 이상이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 길이 방향과 폭 방향의 열 수축률 차이가 1% 미만이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 산소 투과도가 1000cc/(m2·day·atm) 이하이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 투습도가 50g/(m2·day·atm) 이하이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 기밀도가 50ml/sec 이하이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 헤이즈가 6.0% 이하이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 물질은 폴리락트산, 폴리하이드록실 알카노에이트, 전분, 셀룰로오스계 물질, 폴리비닐 알코올, 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 숙시네이트, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리글리콜산 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층 중 생분해성 물질을 가장 많이 포함하는 층은 제2 필름층이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제2 필름층은 생분해성 필름의 80 부피% 이상이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 제2 필름층과 다른 물성의 생분해성 물질을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 폴리비닐계 화합물, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 아크릴계 화합물, 실란트 화합물, OP 코팅계 화합물, 우레탄계 화합물, 실리콘계 화합물, 에폭시계 화합물, 나노셀룰로오스, 무기물 또는 이의 조합을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제2 필름층은 반결정성 폴리락트산을 포함하고, 상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 비결정성 폴리락트산을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 또는 폴리염화비닐리덴을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제2 필름층은 5㎛ 내지 30㎛의 두께를 가지며, 상기 제1 필름층 및 제3 필름층은 각각 0.1㎛ 내지 10㎛의 두께를 가진다.
본 발명의 일 구체예에 따른 생분해성 필름은 생분해성 물질을 포함하는 생분해성 기재층을 중심으로, 열 접착층 또는 차단 코팅층 등의 필름층을 포함하는 3층 구조의 생분해성 필름으로서, 생분해율, 열 수축률, 산소 투과도, 투습도, 기밀도, 헤이즈 등에서 우수한 기능성을 가져, 담배 포장용으로 기존의 OPP 필름을 대체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 담배 포장용 생분해성 필름의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이하, 구체예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 구체예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 구체예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 구체예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 구체예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 구체예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 구체예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 담배 포장용 생분해성 필름, 보다 구체적으로는 담배 제품을 직접적으로 담는 종이 포장재의 외부를 밀봉 포장하는 생분해성 필름에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 담배 포장용 생분해성 필름의 개략적인 구성을 도시한 도면을 제공한다. 도 1에서 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 구체예에 따른 생분해성 필름은 제1 필름층(10), 제2 필름층(20) 및 제3 필름층(30)을 포함한다. 상기 생분해성 필름은 담배 제품을 포장할 때, 담배 제품에 대향하는 면과 외부로 노출되는 면으로 구분되기 때문에, 각 필름층을 제1 필름층(10), 제2 필름층(20) 및 제3 필름층(30) 등으로 구분하여 표시한다. 상기 제1 필름층(10)은 담배 제품을 포장 시 일면이 담배 제품에 대향한다. 여기서, 담배 제품은 종이 포장재 등으로 포장된 상태를 의미할 수도 있다. 상기 제3 필름층(30)은 담배 제품을 포장 시 일면이 외부로 노출된다. 상기 제2 필름층(20)은 제1 필름층(10)과 제3 필름층(30) 사이에 위치한다. 상기 제1 필름층(10)과 제3 필름층(30) 사이에는 제2 필름층(20) 외에도 필요에 따라 하나 이상의 추가적인 필름층이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 생분해성 필름은 기존 OPP 필름을 대체할 수 있을 정도로 뛰어난 기능성을 가진다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 60일 이후 생분해율이 90% 이상이다. 상기 생분해율은 ISO 14855-1 토양생분해도 측정 시험규격을 준용하며, 필름 시편을 제어된 퇴비화 및 호기적 조건에서 생분해시켜 발생되는 이산화탄소량을 측정하였다. 일반적으로, 기준물질(셀룰로오스) 대비 90% 이상 분해 되어야 생분해성 소재로 본다. 상기 생분해성 필름은 다층 구조의 필름임에도 불구하고, 60일이라는 짧은 기간에도 높은 생분해율을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 생분해성 필름은 높은 생분해성을 가지면서도 내부의 담배 제품의 품질이 저하되지 않도록 우수한 차단성을 갖는다. 일반적으로 생분해성 소재들은 일정 수준 이상의 분해성을 갖기 위해 수분 및 공기 등의 외부 환경에 취약한 경우가 많다. 따라서, 생분해성 소재를 사용하여 담배 포장용 생분해성 필름을 제조하기 위해서는 수분 및 공기 등의 외부 환경을 차단할 수 있는 기능성 필름층 등이 요구되며, 본 발명의 일 구체예에 따른 다층의 생분해성 필름에도 생분해성 소재를 포함하는 필름층 이외의 다른 층에서는 이러한 기능성 필름층이 포함된다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 산소 투과도가 1000cc/(m2·day·atm) 이하이다. 구체적으로, 상기 산소 투과도는 1000cc/(m2·day·atm) 이하, 900cc/(m2·day·atm) 이하, 800cc/(m2·day·atm) 이하, 700cc/(m2·day·atm) 이하, 600cc/(m2·day·atm) 이하, 500cc/(m2·day·atm) 이하, 400cc/(m2·day·atm) 이하, 300cc/(m2·day·atm) 이하, 200cc/(m2·day·atm) 이하, 100cc/(m2·day·atm) 이하, 50cc/(m2·day·atm) 이하일 수 있다. 상기 산소 투과도는 ASTM D 3985 (Method M, Pressure Method)방법으로 23℃ 및 0RH%에서　측정한 수치일 수 있으며, 예를 들어, Gas Transmission Rate Tester(미국 Mocon사 OX-TRAN 702 제품) 등의　측정　장치를 이용하여　측정할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 투습도가 50g/(m2·day·atm) 이하이다. 구체적으로, 상기 투습도는 50g/(m2·day·atm) 이하, 45g/(m2·day·atm) 이하, 40g/(m2·day·atm) 이하, 35g/(m2·day·atm) 이하, 30g/(m2·day·atm) 이하, 25g/(m2·day·atm) 이하, 20g/(m2·day·atm) 이하, 15g/(m2·day·atm) 이하, 10g/(m2·day·atm) 이하일 수 있다. 상기 투습도는 38℃ 및 100RH%에서　측정한 수치일 수 있으며, 예를 들어, 투습도 측정 장치(미국 MOCON사 PERMATRAN-W700 제품) 등의 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 기밀도가 50ml/sec 이하이다. 구체적으로, 기밀도는 50ml/sec 이하, 45ml/sec 이하, 40ml/sec 이하, 35ml/sec 이하, 30ml/sec 이하, 25ml/sec 이하, 20ml/sec 이하, 15ml/sec 이하, 10ml/sec 이하일 수 있다. 상기 기밀도는 담뱃갑 OPP 필름 공기 누기(Air Leakage) 측정을 위한 장치를 활용하여 측정하였다. 관련 기밀도는 공기압력을 이용하여 필름의 밀봉 상태 및 누기 상태를 측정하는 것이다. 이는 기밀도 측정기(한국 KADIEN사의 KARDIEN ALT-2 제품) 등의 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
담뱃갑 등의 제품에 필름을 포장하는 기계는 분당 약 500갑 정도를 생산할 정도로 고속의 포장기이다. 상기 필름은 일반적으로 긴 원단 형태(예를 들면, 롤 형태)로 공급되며, 필요한 길이만큼 재단하여 제품을 포장한다. 이러한 일련의 과정을 거치는 동안에도 필름은 상술한 생분해성이나 차단성과 관련된 기능성이 유지하여야 할 뿐만 아니라, 고속의 포장기 내에서도 포장의 불량률을 낮추는 등의 우수한 작업성 또는 생산성을 유지할 수 있는 기능성이 요구된다. 이와 관련하여, 적용하는 필름이 제품에 잘 접착할 수 있도록 열 접착성이 요구되거나 포장 작업 후에도 필름이 제품의 외면에 울퉁불퉁한 표면 없이 잘 밀착되도록 열 수축성이 요구될 수 있다. 또한, 상술한 것과 같이, 고속으로 진행되는 연속 포장 공정에서는 다량의 제품이 불량 없이 제조되기 위해서는 필름의 표면이 갖는 마찰계수가 중요할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따른 생분해성 필름은 담뱃갑 등의 제품을 포장하는 고속의 포장기에서도 제품의 불량 없이 높은 공정성을 가진다.
제품의 작업성 또는 공정성에 있어서, 열 수축성도 중요한 요소가 될 수 있다. 생분해성 소재로 이루어진 필름 원단에 기능성 확보를 위해 코팅층을 추가하면 열 수축성이 감소할 수 있다. 담뱃갑 등을 포장한 후에 필름을 갑 표면에 밀착시키면 이송이 용이할 뿐만 아니라 외면에 울퉁불퉁한 표면을 감소시켜 포장 외관의 미려도도 향상시킬 수 있다. 따라서, 포장한 후 필름의 밀착력을 높이기 위해 생분해성 필름의 특성으로 일정 수준 이상의 열 수축성이 요구된다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 열 수축률이 4.0% 이상, 구체적으로 4.5% 이상, 보다 구체적으로 5.0% 이상이다. 상기 열 수축률은 KS M ISO 17555를 준용하되, 구체적으로 폭 약 20mm, 길이 약 150mm의 시험편을 준비(MD, TD 방향 동일), 중앙 부분에 약 100mm 거리를 두고 표점을 찍고, 120℃의 온도로 유지되는 열풍 오븐에서 넣고, 15분간 열처리한 다음 길이를 측정하여 하기 수학식 2에 의하여 계산하였다.
[수학식 2]
열 수축률(%)=(Li-Lt)/Li×100
상기 수학식 2에서 Li는 열처리 전의 표점 간 거리를 의미하고, Lt는 열처리 후의 표점 간 거리를 의미한다. 상기 길이는 길이 방향 또는 재료 공급 시 기계 방향(Machine Direction, MD 방향)과 폭 방향 또는 재료 공급 시 기계 수직 방향(Cross Direction, CD 방향)을 모두 고려하여, 둘 중 낮은 값을 선정한 값이다. 길이 방향과 폭 방향의 열 수축률 중 낮은 값을 고려한 것이기 때문에, 본 발명의 일 구체예에 따른 생분해성 필름은 전 방향에서 상기 수치 이상의 열 수축률을 확보할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 길이 방향과 폭 방향의 열 수축률 차이가 1% 미만이다. 상기 열 수축률 차이는 길이 방향과 폭 방향의 열 수축률 중 큰 값을 기준으로 계산된다. 구체적으로, 상기 열 수축률 차이는 1% 미만, 0.9% 미만, 0.8% 미만, 0.7% 미만, 0.6% 미만, 0.5% 미만일 수 있다.
생분해성 소재에 상술한 차단성, 열 접착성, 동마찰계수 등의 기능성을 부여하다보면, 필름의 투명도가 현저하게 저하될 수 있다. 담배 제품에 대한 정보는 주로 담뱃갑 등에 표시된다는 점을 고려하면, 그러한 담뱃갑 등을 덮는 포장재로 활용되는 생분해성 필름은 투명도가 높을수록 활용성이 크다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 헤이즈(Haze)가 6.0% 이하, 구체적으로 5.5% 이하, 보다 구체적으로 5.0% 이하이다. 상기 헤이즈는 Toyoseiki사의 Haze gard-2로 측정하였다. 본 발명의 일 구체예에 따른 생분해성 필름은 헤이즈 값이 낮아 일정 수준 이상의 투명도를 확보할 수 있으며, 담뱃갑과의 접착성이 우수하여 내부 포장 대상에 대한 시인성이 높다.
상술한 기능성을 갖는 본 발명의 일 구체예에 따른 생분해성 필름은 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층을 포함한다. 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층은 각각 별개의 층으로서 상술한 바와 같이 위치적으로 구분될 뿐만 아니라, 필름층을 이루는 구성성분 또는 이의 조성에 의해서도 구분된다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층은 각각 다른 조성으로 구성되고, 상기 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층 중 하나 이상의 층은 생분해성 물질을 포함한다. 상기 생분해성 물질을 가장 많이 포함하는 필름층은 기본적으로 지지 필름층이 될 수 있으며, 해당 필름층을 중심으로 코팅을 통해서 다른 필름층이 도입될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 생분해성 물질을 가장 많이 포함하는 필름층을 생분해성 기재층으로도 표현한다.
상기 생분해성 물질은 필름 형성 시 일정 수준 이상의 내구성을 가지면서 생분해율이 높은 소재가 사용될 수 있으며, 크게는 생분해성 바이오매스 소재, 생분해성 플라스틱 소재 등이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 물질은 폴리락트산(Polylactic acid, PLA), 폴리하이드록실 알카노에이트(Polyhydroxyl alkanoate, PHA), 전분(Starch), 셀룰로오스계 물질, 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate terephthalate, PBAT), 폴리에틸렌 숙시네이트(Polyethylene succinate, PES), 폴리부틸렌 숙시네이트(Polybutylene succinate, PBS), 폴리글리콜산(Polyglycolic acid, PGA) 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 여기서, 상기 셀룰로오스계 물질은 셀룰로오스(Cellulose), 셀룰로오스 유도체(Cellulose derivative) 또는 재생 셀룰로오스(Regenerated cellulose)일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 지지 필름층 또는 생분해성 기재층은 층의 전체 중량을 기준으로 생분해성 물질을 70 중량% 이상, 구체적으로 80 중량% 이상, 보다 구체적으로 90 중량% 이상 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 지지 필름층 또는 생분해성 기재층을 제외한 나머지 코팅층은 다른 특성의 생분해성 물질을 포함하거나 추가적인 기능성을 부가하기 위해 폴리비닐계 화합물(Polyvinyl compound), 에틸렌 비닐 알코올 공중합체(Ethylene Vinyl Alcohol Copolymer, EVOH), 아크릴계 화합물(Acylic compound), 실란트 화합물(Sealant compound), OP 코팅계 화합물(OP coating compound), 우레탄계 화합물(Urethane compound), 실리콘계 화합물(Silicone compound), 에폭시계 화합물(Epoxy compound), 나노셀룰로오스(Nano-cellulose), 무기물(Inorganic compound) 또는 이의 조합을 포함한다. 상기 물질들은 생분해성 기재층의 부족한 기능성을 보완한다.
상기 코팅층으로 도입되는 생분해성 물질은 지지 필름층 또는 생분해성 기재층과 다른 물성을 가질 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 지지 필름층 또는 생분해성 기재층에는 반결정성의 생분해성 고분자(예를 들면, 반결정성 폴리락트산)가 포함되고, 코팅층은 비결정성의 생분해성 고분자(예를 들면, 비결정성 폴리락트산)가 포함된다. 여기서, 비결정성은 고분자 물질을 구성하는 원자들 사이에 원자 배열의 규칙성이 없는 것을 의미하고, 반결정성은 고분자 물질을 구성하는 일부 원자들 사이에 원자 배열을 규칙성이 존재하는 것을 의미하며, 고분자 물질의 특성상 100%의 결정성을 가지기 힘들다는 측면에서 비결정성이 아닌 생분해성 고분자는 반결정성일 수 있다.
상기 물질들은 기능적으로 열 접착층과 차단 코팅층으로 크게 분류될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따른 생분해성 필름은 생분해성 기재층과 함께 열 접착층과 차단 코팅층을 동시에 포함한다. 상기 생분해성 기재층, 열 접착층, 차단 코팅층은 각각 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층 중 중복되지 않게 배치될 수 있으며, 구체적으로는 제2 필름층이 생분해성 기재층이 될 수 있고, 제1 필름층 또는 제3 필름층이 열 접착층 또는 차단 코칭층이 될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 제1 필름층이 열 접착층이고, 제2 필름층이 생분해성 기재층이며, 제3 필름층이 차단 코팅층이 될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 열 접착층 또는 차단 코팅층도 생분해성 물질을 포함할 수 있지만, 생분해성 기재층보다는 다량으로 함유하지는 않는다.
상기 열 접착층은 폴리비닐계 화합물, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 아크릴계 화합물, 실란트계 화합물, OP 코팅계 화합물 또는 이의 조합을 포함하고, 상기 차단 코팅층은 폴리비닐계 화합물, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 아크릴계 화합물, 우레탄계 화합물, 실리콘계 화합물, 에폭시계 화합물, 나노셀룰로오스, 무기물 또는 이의 조합을 포함한다. 상기 열 접착층 또는 차단 코팅층의 소재를 조합하여 사용하는 경우, 하나의 층에서 혼합하여 사용할 수도 있고, 둘 이상의 층으로 분리하여 각 층마다 조성을 달리하여 구성할 수 있다. 예를 들면, 차단 코팅층의 한 층을 무기물로 증착하여 구성하는 경우, 상기 무기물층 상에 나머지 성분들을 통해 추가적인 차단 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 열 접착층 또는 차단 코팅층에 포함되는 화합물은 해당 기술분야에서 일반적으로 사용될 수 있는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 무기물은 예를 들어, Al2O3, SiO2, ZnO, ZrO2, BaTiO3, TiO2, Ta2O5, Ti3O5, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb2O3, SnO, MgO 등이 사용될 수 있으며, 해당 기술분야에서 일반적으로 사용될 수 있는 물질이면 특별히 제한되지 않는다.
상기 폴리비닐계 화합물은 폴리비닐계 화합물에 수산화기 또는 할로겐기가 치환된 화합물을 포함한다. 상기 폴리비닐계 화합물로 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴 등의 화합물이 있을 수 있다.
상기 아크릴계 화합물은 아크릴계 수지 등이 사용될 수 있으며, 해당 기술분야에서 일반적으로 사용될 수 있는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 아크릴계 수지는 수분산 에멀전형 아크릴계 수지로, 하이드록시기, 카르복실기, N-메틸올기, 알콕시메틸올기, 아크릴레이트기, 아크릴로일기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 관능기를 포함하는 아크릴계 수지 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 아크릴계 수지는 (메타)아크릴계 모노머를 단독으로 중합하여 얻거나, (메타)아크릴계 모노머와 이에 공중합이 가능한 1종 이상의 공중합성 모노머를 공중합하여 얻을 수 있다.
상기 (메타)아크릴계 모노머는 예를 들어, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-프로필(메타)아크릴레이트, i-프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, i-부틸(메타)아크릴레이트, sec-부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 트리데실(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트, 사이클로헥실(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-메톡시에틸(메타)아크릴레이트, 2-에톡시에틸(메타)아크릴레이트, 2-부톡시에틸(메타)아크릴레이트, 2-페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 알릴(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트 등이 있는데, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 공중합성 모노머는 예를 들어, (메타)아크릴산, 크로톤 산, 이타콘산, 말레산, 푸말산 등의 카르복실기 함유 에틸렌성 불포화 모노머;　아크릴아미드,　아크릴로니트릴, 초산비닐, 에틸렌, 프로필렌, 이소부틸렌, 부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌 등의 비닐 모노머; 글리시딜(메타)아크릴레이트, 메틸 글리시딜(메타)아크릴레이트, 알릴글리시딜에테르, 3,4-에폭시 사이클로헥실 메틸(메타)아크릴레이트 등의 에폭시기 함유 에틸렌성 불포화 모노머; 및 하이드록시 에틸 메타크릴레이트 2-하이드록시프로필 메타크릴레이트 등의 수산기 함유 에틸렌성 불포화 모노머 등이 있는데, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 공중합성 모노머로서 (메타)아크릴산, 크로톤 산, 이타콘산, 말레산, 푸말산 등의 카르복실기 함유 에틸렌성 불포화 모노머를 사용할 수 있다.
상기 열 접착층 또는 차단 코팅층에 포함되는 상술한 화합물은 각 필름층의 목적하는 기능성을 얻기 위해 적절한 양이 함유될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 구성성분은 이를 포함하는 필름층 내에서 20 중량% 내지 70 중량%가 포함될 수 있다.
상기 생분해성 필름은 상술한 기능성을 확보하면서 담배 포장용으로 사용하기에 적절한 두께로 조절될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 필름은 10㎛ 내지 50㎛의 두께를 가진다. 구체적으로, 상기 생분해성 필름의 두께는 10㎛ 이상, 11㎛ 이상, 12㎛ 이상, 13㎛ 이상, 14㎛ 이상, 15㎛ 이상이고, 50㎛ 이하, 45㎛ 이하, 40㎛ 이하, 35㎛ 이하, 30㎛ 이하, 25㎛ 이하일 수 있다. 각 필름층은 생분해성 기재층, 열 접착층 또는 차단 코팅층에 따라 다음과 같이 두께가 조절될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생분해성 기재층은 5㎛ 내지 30㎛, 10㎛ 내지 30㎛, 15㎛ 내지 25㎛의 두께를 가지며, 생분해성 기재층을 제외한 나머지 코팅층은 0.1㎛ 내지 10㎛, 0.3㎛ 내지 5㎛, 0.5㎛ 내지 2㎛의 두께를 가진다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 지지 필름층 또는 생분해성 기재층은 80 부피% 이상, 85 부피% 이상, 90 부피% 이상이 생분해성 필름에 포함할 수 있다. 각 필름층은 면적이 거의 동일할 수 있어, 부피 비율은 각 필름층의 두께 비율에 비례할 수 있다. 상기 생분해성 기재층을 제외한 나머지 코팅층이 2개인 경우, 나머지 각각의 코팅층은 생분해성 필름에서 10 부피% 이하, 9 부피% 이하, 8 부피% 이하, 7 부피% 이하, 6 부피% 이하, 5 부피% 이하를 차지할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 지지 필름층 또는 생분해성 기재층은 제2 필름층이다. 생분해성 필름에서 중앙에 위치한 제2 필름층을 생분해성 기재층으로 함으로써, 생분해성 기재층의 비율을 높일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제2 필름층은 생분해성 필름의 80 부피% 이상이다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 제2 필름층과 다른 물성의 생분해성 물질을 포함한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 폴리비닐계 화합물, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 아크릴계 화합물, 실란트 화합물, OP 코팅계 화합물, 우레탄계 화합물, 실리콘계 화합물, 에폭시계 화합물, 나노셀룰로오스, 무기물 또는 이의 조합을 포함한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제2 필름층은 반결정성 폴리락트산을 포함하고, 상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 비결정성 폴리락트산을 포함한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 또는 폴리염화비닐리덴을 포함한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1 필름층은 비결정성 폴리락트산을 포함하고, 상기 제3 필름층은 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 또는 폴리염화비닐리덴을 포함한다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제2 필름층은 5㎛ 내지 30㎛의 두께를 가지며, 상기 제1 필름층 및 제3 필름층은 각각 0.1㎛ 내지 10㎛의 두께를 가진다.
이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
제2 필름층으로 약 21㎛ 두께의 반결정성 폴리락트산 필름(SKC 사의 TE90C 제품)을 준비하였다. 제2 필름층 상에 일면이 담배 제품에 대향하도록 적용되는 제1 필름층을 형성하기 위해 약 1㎛ 두께의 비결정성 폴리락트산(SKC 사의 제품)을 제2 필름층 상에 코팅하였다. 제2 필름층 상에 일면이 외부로 노출되도록 적용되는 제3 필름층을 형성하기 위해 약 1㎛ 두께의 폴리염화비닐리덴(율촌 사의 제품)을 제1 필름층이 코팅되지 않은 제2 필름층의 타면 상에 코팅하였다. 제조된 3층의 생분해성 필름은 담배 포장용 포장기에서 가열 밀봉(Heat Seal) 방식으로 담배 제품을 포장하는데 사용되었다. 상기 생분해성 필름은 생분해율이 높은 폴리락트산 필름을 약 90 부피% 이상 포함하여 생분해성 필름으로서의 기능성을 확보하였다.
비교예 1
제2 필름층 상에 제1 필름층을 코팅하지 않고, 제3 필름층으로 약 1㎛ 두께의 비결정성 폴리락트산(SKC 사의 제품)을 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 2층의 생분해성 필름을 제조하였다.
비교예 2
제3 필름층으로 약 1㎛ 두께의 OP 코팅계 화합물(율촌 사의 ECOBY-OPP 제품)을 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 3층의 생분해성 필름을 제조하였다.
실험예
실시예 1과 비교예 1 및 2에서 제조된 생분해성 필름이 담배의 포장용으로 적합한 물성을 갖는지 평가하기 위해서, 열 수축률, 산소 투과도, 투습도, 기밀도 및 헤이즈를 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다. 각 물성을 측정하는 방법은 기본적으로 해당 기술분야의 일반적인 방법을 따르고, 구체적으로는 상술한 내용에서 구체화된 방법에 따라 측정되었다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2
열 수축률 5.2 6.2 4.4
열 수축률 차이(%) 0.1 2.6 1.1
산소 투과도(cc/(m2·day·atm)) 0.26 1000 1.44
투습도(g/(m2·day·atm)) 3.79 385.1 355.1
기밀도(ml/sec) 0 78 130
헤이즈(%) 3.9 2.1 22.5
* 상기 열 수축률은 길이 방향과 폭 방향의 열 수축률 중 낮은 수치 값을 선정하며, 상기 열 수축률 차이는 길이 방향과 폭 방향의 열 수축률 중 높은 수치 값에서 낮은 수치 값을 뺀 값이다.
상기 표 1에 따르면, 제2 필름층에 생분해성 필름을 약 90 부피% 이상 충전하고도 제1 필름층과 제3 필름층을 적절한 소재로 도입함으로써 담배 제품을 포장하는데 실시예 1과 같이 적합한 물성을 갖는 생분해성 필름을 제조할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 물성을 가진 생분해성 필름은 비교예 1과 같이 제1 필름층과 제3 필름층 중 어느 하나의 층이 없이는 달성하기 어려울 수 있으며, 비교예 2와 같이 코팅 분야에서 잘 알려진 코팅 물질을 코팅하여도 달성하기 어려울 수 있다.
이상과 같이 구체예들이 비록 한정된 구체예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
[부호의 설명]
100: 담배 포장용 생분해성 필름
10: 제1 필름층
20: 제2 필름층
30: 제3 필름층

Claims (14)

  1. 담배 포장용 생분해성 필름으로서,
    일면이 담배 제품에 대향하도록 적용되는 제1 필름층;
    일면이 외부로 노출되도록 적용되는 제3 필름층; 및
    상기 제1 필름층과 제3 필름층 사이에 위치한 제2 필름층;을 포함하고,
    상기 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층은 각각 다른 조성으로 구성되고, 상기 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층 중 하나 이상의 층은 생분해성 고분자를 포함하며,
    상기 생분해성 필름은 60일 이후 생분해율이 90% 이상이며, 열 수축률이 4.0% 이상인 담배 포장용 생분해성 필름.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 생분해성 필름은 길이 방향과 폭 방향의 열 수축률 차이가 1% 미만인 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 생분해성 필름은 산소 투과도가 1000cc/(m2·day·atm) 이하인 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 생분해성 필름은 투습도가 50g/(m2·day·atm) 이하인 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 생분해성 필름은 기밀도가 50ml/sec 이하인 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 생분해성 필름은 헤이즈가 6.0% 이하인 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 생분해성 물질은 폴리락트산, 폴리하이드록실 알카노에이트, 전분, 셀룰로오스계 물질, 폴리비닐 알코올, 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 숙시네이트, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리글리콜산 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 필름층, 제2 필름층 및 제3 필름층 중 생분해성 물질을 가장 많이 포함하는 층은 제2 필름층인 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 필름층은 생분해성 필름의 80 부피% 이상인 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 제2 필름층과 다른 물성의 생분해성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 폴리비닐계 화합물, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 아크릴계 화합물, 실란트 화합물, OP 코팅계 화합물, 우레탄계 화합물, 실리콘계 화합물, 에폭시계 화합물, 나노셀룰로오스, 무기물 또는 이의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 필름층은 반결정성 폴리락트산을 포함하고,
    상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 비결정성 폴리락트산을 포함하는 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 필름층 또는 제3 필름층은 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐 또는 폴리염화비닐리덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 필름층은 5㎛ 내지 30㎛의 두께를 가지며,
    상기 제1 필름층 및 제3 필름층은 각각 0.1㎛ 내지 10㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 담배 포장용 생분해성 필름.
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