KR100598589B1 - 기능성 필름 제조용 조성물 및 그를 사용한 필름 제조방법 - Google Patents

Abstract

기능성 필름 제조용 조성물 및 그를 사용한 필름 제조방법을 제공한다. 상기 조성물은 100 중량부의 전분, 0.2 내지 30 중량부의 점증제 및 5 내지 35 중량부의 습윤제를 포함하고, 고압고온밀폐 상태에서 호화시켜 제조된다. 이로써, 환경적합성이 뛰어나며, 환경호르몬 발생 등의 위험이 없으며, 높은 인장강도 등 강인한 기계적 강도를 갖고, 보습율 조절성이 뛰어나며, 양호한 열융착성을 갖는 필름을 제조할 수 있다. 이러한, 특성들은 상기 필름을 여러 가지 용도의 기능성 필름에 적용하는 것을 가능하게 한다.

전분, 고압고열밀폐식 호화, 열융착성, 인장강도

Description

기능성 필름 제조용 조성물 및 그를 사용한 필름 제조방법{composition for manufacturing functional film and film manufacturing method using the composition}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 필름 제조용 조성물의 제조방법 및 상기 조성물을 사용한 필름의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기능성 필름 제조용 조성물의 제조방법 및 상기 조성물을 사용한 필름의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

본 발명은 필름제조용 조성물 및 그를 사용한 필름 제조방법에 관한 것으로 특히, 인장강도를 비롯한 여러 물성이 우수한 수용성 필름 제조용 조성물 및 그를 사용한 필름 제조방법에 관한 것이다.

최근 환경에 관한 법률적 규제가 강화되고 있으며, 국내에서도 난분해성 플라스틱을 기초로 하는 일회용품의 사용을 제한하는 법률이 시행되고 있어, 난분해성인 플라스틱 포장재의 사용이 점차 금지되고 있다. 따라서, 포장재로 사용 가능한 수용성 필름에 대한 연구가 이루어지고 있다. 나아가, 식품의 품질 및 저장성의 향상을 위하여 또는 새로운 개념의 식품포장방법으로 단백질, 탄수화물 및 지방 등의 생고분자를 기초로 하는 수용성이면서 가식성인 필름에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

이러한 가식성 필름의 한 종류로 오부라이트(oblate) 필름이 있다. 이러한 오부라이트 필름은 가식성이 뛰어난 필름으로 현재 캔디나 젤리 등 과자류를 비롯한 식품의 단순한 위생포장용도로 사용되고 있다. 그러나, 기존의 오부라이트는 충분한 필름 강도를 갖지 못해 재료의 포장이나 취급 도중 포장이 찢어져 내용물이 방출될 수 있으며, 적절한 열융착성을 나타내지는 못한다. 나아가, 저온저습 또는 고온고습의 환경에서는 필름의 파손현상이 나타난다. 따라서, 상기 오부라이트 필름의 용도에는 한계가 있을 수 밖에 없다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 충분한 기계적 강도, 열융착성 및 보습율 조절성이 강한 필름 제조용 조성물 및 그를 사용한 필름 제조방법을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 실시예는 100 중량부의 전분, 0.2 내지 30 중량부의 점증제 및 5 내지 35 중량부의 습윤제를 포함하고, 고압고온밀폐 상태에서 호화시켜 제조된 필름 제조용 조성물을 제공한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 실시예는 100 중량부의 전분, 0.2 내지 30 중량부의 점증제 및 5 내지 35 중량부의 습윤제가 분산된 분산 액을 만들고, 상기 분산액을 고압고온밀폐 상태에서 호화시켜 호액을 만들고, 상기 호액을 필름형성장치를 사용하여 필름화시키는 것을 포함하는 필름 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예(embodiment)를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 필름 제조용 조성물의 제조방법 및 상기 조성물을 사용한 필름의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 챠트로서, 본 실시예에 따른 기능성 필름은 기능성 식용필름이다.

도 1을 참조하면, 습윤제를 포접제와 혼합하고 가수교반하여 습윤제 포접물을 만든다(단계 11). 이어서, 상기 습윤제 포접물에 유화제를 혼합한 후, 균질화하여 제 1 균질 조성물을 만든다(단계 13). 상기 가수교반을 통해 상기 포접제는 상기 습윤제를 포접할 수 있으며, 상기 균질화 공정은 가수교반된 물질의 혼화와 용해를 진행시킨다.

상기 습윤제는 필름에 적절한 보습효과를 주어 필름의 유연성을 증가시키고, 필름 신장(film extension)에 대한 내성을 증가시키며, 열융착 시 필름이 부서지지 않도록 하는 역할을 한다. 그러나, 상기 습윤제가 다량으로 함유될 경우, 내점착성(耐粘着性)이 감소 즉, 과다한 점착현상으로 인해 필름끼리 달라붙을 수 있다. 따라서, 상기 습윤제는 후술하는 전분 100 중량부에 대해 5 내지 35중량부로 함유되 는 것이 바람직하다. 단, 후술하는 전분의 종류와 물성에 따라 첨가량이 조절된다.

상기 습윤제의 적절한 예로서, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤 등이 있다.

이러한 습윤제의 보습효과는 습윤제의 흡습성에 기인하는데, 이러한 습윤제의 흡습성은 고습환경 및 저습환경에서 조절될 필요가 있다. 따라서, 상기 포접제(包接劑)를 사용하여 상기 습윤제를 포접(encapsulation)한다. 그 결과, 고습환경에서는 상기 습윤제의 과다한 흡습을 방지할 수 있고, 저습환경에서는 습윤제가 갖는 습기를 외부로 뺏기지 않을 수 있다. 이로써, 저습환경에서도 필름이 부서지지 않고 유연성을 유지할 수 있으며, 고습환경에서도 내점착성을 유지할 수 있다. 다시 말해서, 상기 포접제를 사용한 상기 습윤제의 포접을 통해 필름의 보습율 조절성이 향상될 수 있다.

일반적으로, 포접제를 사용하여 습윤제를 완전히 포접한 결과물을 얻기 위해서는 습윤제 100중량부에 대해 200 내지 600 중량부의 포접제를 사용하여야 한다. 그러나, 이와 같이 과량의 포접제를 사용하는 경우, 덱스트린 특유의 환원가(DE Value)에 따른 물엿성분으로 인해 필름조성을 크게 저해하는 요인이 될 수 있다. 또한, 포접제를 사용하여 습윤제를 완전히 포접하지 않는 경우라 하더라도 필름의 습윤조정은 충분히 가능하다. 따라서, 상기 포접제는 상기 습윤제 100 중량부에 대해 50 내지 150 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 이러한 범위 내에서, 상기 포접제는 조성물의 성분과 환경 또는 필름의 용도에 따라서 적절히 조절될 수 있다. 한편, 물의 가수량은 포접제의 성상(액상 내지 분말)에 따라 조절되는 것이 바람직 하다.

이러한 포접제는 사이클로 덱스트린(cyclodextrin)인 것이 바람직하다. 상기 사이클로 덱스트린은 포도당 분자가 환상으로 6 내지 8개 결합된 소당류로서, 전분처럼 대사되는 천연첨가물이다. 이러한 사이클로 덱스트린은 환상의 도우넛 모양의 분자로 되어있고 내부는 소수성이고, 외부는 친수성을 나타낸다. 따라서, 내부에 소수성 화합물을 포접할 수 있다. 다시 말해, 사이클로 덱스트린은 포도당 환상구조로서 α-1.4 결합된(C6H10O5)n 분자를 가진 비환원성 올리고당이며, 공동(空洞)의 내부에는 수소가 배열되어 있어 소수성(hydrophobic)을 나타내고 환상구조의 외부는 수산기가 배열되어 친수성(hydrophilic)을 갖는다. 따라서, 시클로덱스트린의 소수성인 공동 내에는 지용(脂溶)물질이 결합되어 포접기능의 특성을 갖게 된다.

상기 유화제는 서로 혼합이 잘 되지 않는 유성물질과 수성물질을 혼합 및 분산시켜 균질화하는 과정에서 상호결합을 안정화시키는 역할을 하는 물질이다. 이러한 유화제는 후술하는 전분 100 중량부에 대해 6 내지 15 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 일반적인 경우보다 유화제 사용량이 많다고 볼 수 있는데, 그 이유는 다수물질이 균질분산처리 되어 복합조성물이 되는 과정에서 용매용 물과 분산물질간의 보다 큰 유화력을 필요로 하기 때문이다.

이러한 유화제의 예로는 레시틴(lecithin), 바람직하게는 천연첨가물인 대두 인지질과 글리세린 지방산 에스테르(glycerin esters of fatty acids)가 있다. 상기 대두 인지질의 경우, 이형제로서의 역할을 하기도 한다.

한편, 점증제(gelling agents)를 분산시킨 점증제 분산액을 만든 후, 균질화 하여 제 2 균질 조성물을 만든다(단계 17). 상기 점증제가 여러 가지 물질일 경우, 각 점증제의 보수성 비율(moisture content rate)이 다르므로, 각 점증제의 보수성 비율에 따라 분산액들을 각각 만든 후, 이들을 혼합함으로써 상기 점증제 분산액을 만드는 것이 바람직하다.

상기 점증제는 필름의 인장강도 및 점착성을 증가시키고, 유화 안정성을 좋게 하며, 가열이나 보존 중에 필름의 형태를 보존하는 역할을 한다. 이러한 점증제는 필름의 생산성, 필름의 유통과정에서 온습도 변화에 따른 보존성 개선 및 필름의 안정적이고도 강인한 물성을 위해 상기 전분 100 중량부에 대해 0.2 내지 30중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 점증제의 적절한 예로서, 카르복시메틸셀룰로스나트륨(Sodium CarboxymethylCellulose; CMC), 알긴산나트륨(sodium alginate), 구아검(guar gum), 로커스트콩검(locust bean gum), 산탄검(xanthan gum), 아라비아검(arabic gum), 카라기난(carrageenan), 타마린드검(tamarind gum), 펙틴(pectin), 한천(agar) 및 젤라틴(gelatin) 등이 있다. 특히, 상기 카르복시메틸셀룰로스나트륨의 경우, 보습성이 있어 필름의 유연성에 도움을 줄 수 있다.

다른 한편, 전분(starch)을 분산시킨 전분 분산액을 만든다(단계 15). 상기 전분이 여러 가지 물질일 경우, 각 전분의 보수성 비율이 다르므로, 각 전분의 보수성 비율에 따라 분산액들을 각각 만든 후, 이들을 혼합함으로써 상기 전분 분산 액을 만들 수 있다. 이 후, 상기 전분 분산액을 여과처리한다.

상기 전분은 본 실시예에 따른 필름 조성물의 주성분으로서, 변성전분(modified starch)인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 상기 변성전분은 산처리 변성전분(acid modified starch)이다. 상기 산처리 변성전분은 천연전분에 비해 결착력이 우수하고, 높은 점도를 나타내어 높은 기계적 강도를 갖는 필름 조성에 유리하다.

또한, 상기 전분은 일반적으로 직쇄상(linear)의 구조를 갖는 아밀로오스(amylose)와 측쇄상(branched)의 아밀로팩틴(amylopectin)으로 되어 있는 고분자 중합체인데, 상기 아밀로오스 함유량이 55 내지 70%일 때 고아밀로오스 전분이라고 한다. 이러한 고아밀로오스 전분은 높은 기계적 강도를 갖는 필름 조성에 유리하다. 그러나, 아밀로오스의 함량이 너무 많아지면 즉, 아밀로펙틴의 함량이 너무 줄어들면 전분의 노화를 촉진시킬 수 있으므로 찰옥수수 전분(waxy corn starch) 등 을 적절히 혼합 사용함으로서 이러한 결점들을 완화시킬 수 있다.

이러한 전분의 예로는 초산변성전분(starch acetate), 히드록시프로필인산전분(hydroxypropyl distarch phosphate), 고아밀로오스전분(high amylose starch), 고아밀로오스에스테르화 전분(estrified high amylose starch) 및 찰옥수수 전분(waxy corn starch) 등이 있다.

이어서, 상기 제 1 균질 조성물과 상기 전분 분산액을 혼합하고, 균질화하여 제 3 균질 조성물을 만든다(단계 33). 그 후, 상기 제 2 균질 조성물, 상기 제 3 균질 조성물 및 결착제를 혼합하고, 균질화하여 제 4 균질 조성물을 만든다(단계 35). 그러나, 이러한 균질 조성물들을 만드는 순서는 이에 한정되지 않고, 상기 제 1 균질 조성물과 상기 제 2 균질 조성물을 혼합하고 균질화 공정을 실시하여 균질 조성물을 만든 후, 그 결과물에 상기 전분 분산액을 혼합하고 균질화 공정을 실시하여 균질 조성물을 만드는 것도 가능하다. 상기 균질화 공정에서 분산액에 함유된 여러 재료들의 혼화와 용해가 진행될 수 있다.

상기 결착제는 재료들 간의 결착을 유도하는 역할을 한다. 이러한 결착제의 예로는 메타인산나트륨이 있다. 상기 결착제는 상기 전분 100 중량부에 대해 0.1 내지 0.5중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 결착제는 전분 입자의 팽윤촉진 및 호화 미셀(micelle)화에 강력한 작용을 하여 혼합전분의 분산성과 결착력을 높여줄 수 있다. 그 결과, 찰기가 강한 양질의 호료를 얻을 수 있다.

이어서, 상기 제 4 균질 조성물을 고압고온에서 밀폐상태로 호화(gelatinization)시켜 기능성 필름 제조용 조성물인 균질호액을 얻는다(단계 51). 바람직하게는 상기 호화공정 전에 상기 제 4 균질 조성물을 원심분리기에서 여과하여 20~40마이크론(micron) 단위의 미세 이물질을 제거하여 사용할 수도 있다.

상기 고압고온밀폐 상태의 호화공정은 대기압 이상의 압력 조건 하에서 밀폐상태로 실시하는 호화공정이다. 이러한 고압밀폐 상태에서 스팀을 이용한 호화공정을 제트 쿠킹(jet cooking) 공정이라고도 한다. 이러한 고압고온밀폐 상태의 호화를 통해 각각의 재료들은 충분히 호화되며 또한, 균질화되면서 복합조성물을 이룰 수 있다.

상기 호화공정에서의 증기압(steam pressure)은 다수회에 걸쳐 균질화된 성분들을 완숙(hard boiling)처리하여 균질호액화시키기 위해서 3㎏/㎠ 내지 10㎏/㎠ 인 것이 바람직하다. 이 때, 필름의 사용목적에 따라서 호화온도와 호화시간은 조절될 수 있다. 자세하게는 상기 호화시간은 5분 이상, 길게는 30분 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 필름의 종류에 따라 적절히 조절될 수 있다.

이러한 고압고온밀폐 상태의 호화공정은 오토클레이브(autoclave)라고 하는 특수호화용기에서 진행할 수 있다.

이어서, 토출된 상기 균질호액을 냉각한다(단계 53). 그 후, 상기 냉각된 균질호액에 용도별 기능성 재료를 혼합하고, 균질화한다(단계 55). 상기 냉각온도는 70℃ 내외로서 65 내지 75℃인 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 기능성 재료들의 고열로 인한 성분훼손을 방지하기 위함이다. 그러나, 상기 균질호액에 상기 기능성 재료를 첨가하지 않을 경우, 상기 균질호액을 냉각하는 것을 생략할 수 있다.

상기 용도별 기능성 재료는 식용가능한 재료로서, 콜라겐, 키토산, 녹차추출물, 해조류 추출물, 비타민제, 칼슘제, 올리고당, 알로에 등의 건강보조제 등일 수 있다.

이어서, 가열 드럼 드라이어(drum dryer)에 상기 균질호액을 코팅시킨 후, 건조시켜 기능성 필름을 제조한다(단계 57). 상기 가열 드럼 드라이어는 70℃ 내외 로 가열된다. 또한, 상기 기능성 필름의 두께는 0.02㎜ 내지 0.2㎜의 매우 얇은 두께를 가질 수 있다.

일반적으로 필름 형성 장치로서는 압출기(extruder)와 가열 드럼 드라이어가 있다. 그러나, 상기 압출기의 경우 100℃ 내지 250℃의 고온에서 원료를 가열 및 용출시켜 필름을 제조함으로써, 필름의 기계적 강도 등 물성이 양호해지는 장점이 있으나 필름에 미용재료와 건강보조제 등을 함유시켜야 할 경우, 상기 70℃ 이상의 고온은 상기 미용재료와 상기 건강보조제의 기능을 파괴할 위험이 있다.

따라서, 본 실시예에서는 가열 드럼 드라이어를 사용하여 필름을 제조한다. 그러나, 상기 드럼 드라이어는 70℃ 내외의 비교적 저온에서 필름을 제조하므로 상기 드럼 드라이어만을 사용했을 경우, 필름의 기계적 강도는 저하될 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 상술한 바와 같이 필름 제조용 조성물을 만들 때, 고온고압밀폐 상태에서의 호화공정을 거치므로 완숙호화 및 균질화된 필름 제조용 조성물을 만들 수 있어서, 상기 드럼 드라이어와 같은 저온 필름 제조장치를 통해 필름을 만들더라도 그 필름의 기계적 강도를 월등히 높일 수 있다. 그러나, 온도문제와 관계없는 기능성재료를 이용하거나 또는 일반적인 용도 즉, 기능성 재료를 포함하지 않는 필름의 경우엔 가열압출공법식의 필름제조도 가능하다.

한편, 상기 고온고압밀폐 상태에서 호화된 균질호액을 금형 등의 성형장치에 넣어 필름 형태가 아닌 성형물을 제조할 수 있다. 상기 성형물로는 캡슐, 케익 상단의 식용 장식물 등이 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기능성 필름 제조용 조성물의 제조방법 및 상기 조성물을 사용한 필름의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 챠트로서, 본 실시예에 따른 기능성 필름은 기능성 비식용 필름이다.

도 2를 참조하면, 습윤제를 포접제와 혼합하고 가수교반하여 습윤제 포접물을 만든다(단계 11). 이어서, 상기 습윤제 포접물에 유화제를 혼합한 후, 균질화하여 제 1 균질 조성물을 만든다(단계 13). 한편, 점증제(gelling agents)를 분산시킨 점증제 분산액을 만든 후, 균질화 하여 제 2 균질 조성물을 만든다(단계 17). 다른 한편, 전분(starch)을 분산시킨 전분 분산액을 만든다(단계 15). 이어서, 상기 제 1 균질 조성물과 상기 전분 분산액을 혼합하고, 균질화하여 제 3 균질 조성물을 만든다(단계 33). 그 후, 상기 제 2 균질 조성물, 상기 제 3 균질 조성물 및 결착제를 혼합하고, 균질화하여 제 4 균질 조성물을 만든다(단계 35). 상기 단계들11, 13, 15, 17, 33 및 35에 대한 자세한 설명은 도 1을 참조하여 설명한 실시예의 해당부분을 참조하기로 한다.

이어서, 상기 제 4 균질 조성물과 결합제를 혼합하고, 균질화하여 제 5 균질 조성물을 만든다(단계 45).

상기 결합제는 여러 재료들 간의 합성 트러블(composition trouble)을 효과적을 완충시켜 주어 필름의 기계적 강도 및 유연성을 더 증가시키는 역할을 하는 물질로, 무독성이면서 수용성을 갖는 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol)인 것이 바람직하다. 그러나, 상기 결합제가 다량으로 첨가될 경우, 필름을 조성하는 데 무리가 따를 수 있고, 필름의 이형성을 저해할 수 있다. 따라서, 상기 결합제는 상기 전분 100중량부에 대해 5 내지 85중량부 첨가될 수 있다. 이 때, 전분의 종류와 필름의 사용목적에 따라 적절히 증감해서 사용하는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 제 5 균질 조성물을 고압고온에서 밀폐상태로 호화(gelatinization)시켜 기능성 필름 제조용 조성물인 균질호액을 얻는다(단계 50). 이어서, 상기 균질호액을 냉각한다(단계 53). 상기 단계들 50 및 53에 대한 자세한 설명은 도 1을 참조하여 설명한 실시예의 해당부분인 단계 51 및 단계 53을 참조하기로 한다.

상기 냉각된 균질호액에 용도별 기능성 재료를 혼합하고, 균질화한다(단계 55). 상기 용도별 기능성 재료의 일 예로서 콜라겐, 비타민 C, 키토산, 녹차추출물, 해조류 추출물 및 합성미용물질 등의 미용재료를 들 수 있다.

이어서, 가열 드럼 드라이어(drum dryer)에 상기 기능성 재료가 혼합된 균질호액을 코팅시킨 후, 건조시켜 기능성 필름을 제조한다(단계 57). 이에 대한 자세한 설명은 도 1을 참조하여 설명한 실시예의 해당부분을 참조하기로 한다.

본 실시예들에 따른 필름은 기본적으로 수용성이어서 환경적합성이 뛰어나다. 즉, 필름을 쓰고 난 뒤 난분해성 쓰레기 발생의 위험이 없다. 또한, 인체에는 무해한 천연첨가물 등을 사용하여 제조하므로, 환경호르몬 발생 등의 위험이 없다. 나아가, 본 실시예들에 따른 필름은 높은 인장강도 등 강인한 기계적 강도를 가질 뿐 아니라, 보습율 조절성이 뛰어나 저습의 환경에서도 필름 유연성을 유지하여 부 서지지 않을 수 있고 또한 고습의 환경에서도 내점착성을 유지할 수 있다. 또한, 양호한 열융착성을 가지므로 팩 등을 제조할 때 열에 의한 융착 및 봉합이 가능하며, 필름의 양호한 인장강도와 인쇄적성은 식용색소를 착색하거나 식용인쇄를 하는 것을 가능하게 한다.

이러한, 특성들은 본 실시예들에 따른 필름을 여러 가지 용도의 기능성 필름에 적용하는 것을 가능하게 한다.

자세하게는, 도 1을 참조하여 설명한 실시예와 같이 가식성 필름에 적용하는 경우를 살펴보면, 상기 가식성 필름을 라면 등의 건 스프 내장 팩에 사용함으로써 팩을 뜯을 필요가 없이 음식을 조리할 수 있다. 또한, 김 또는 유부와 같은 식품의 포장재로서 사용하면 내용물의 보존성이 뛰어나게 되며, 식용인쇄된 가식성 필름은 식품이나 투명과자류에 내장시킬 수 있어 식품의 외관을 좋게 하기도 한다.

또한, 도 2를 참조하여 설명한 실시예와 같이 비가식성 필름에 적용하는 경우를 살펴보면, 상기 비가식성 필름을 씨앗 포장재로서 사용할 수 있다. 이로써, 씨앗을 밭에 뿌린 직후 조류 등에 의해서 씨앗이 소실되는 것을 방지할 수 있으며, 물을 뿌림으로써 필름을 용해시켜 씨앗의 싹틔움을 가능하게 한다. 또한, 상기 비가식성 필름을 미용재료 특히, 마스크 팩으로 사용할 수 있는데, 기존의 마스크 팩은 부직포 등을 기재로 하고 미용성분 등에 습식침지하여 제조되므로, 밀폐보관을 요하는 등 보존이 곤란하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 비가식성 필름을 기재로 사용한 마스크 팩은 필름 제조시 미용성분 등을 추가하여 제조함으로써, 건성 상태로 보관할 수 있으므로 보관성이 뛰어나며, 실제로 얼굴에 부착할 때는 약간의 수분을 공급하여 주면되므로 사용이 간편하다. 나아가, 건성필름인 관계로 방부제를 비롯한 합성첨가제를 함유하지 않으므로 부작용이 거의 없고, 사용된 팩은 변기 등에서 간단히 수세 처리되므로 생활폐기물이 생성되지 않는다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

식용필름의 제조

<열 봉합용 필름(heat sealable film) 제조예 1>

본 제조예의 필름 제조에 필요한 재료를 하기 표 1에 나타내었다.

습윤제인 글리세롤 11,000g과 프로필렌글리콜 500g을 포접제인 시클로덱스트린 9,450g과 혼합하고, 이에 물 11,500g를 첨가하고 45℃로 가열하면서 약 2 시간에 걸쳐 가수교반하여 습윤제 포접물을 만들었다. 상기 습윤제 포접물에 유화제인 대두인지질 500g과 글리세린지방산에스테르 3,750g을 혼합시킨 후, 고속균질기를 사용하여 균질화하여 제 1 균질 조성물을 만들었다.

점증제인 카르복시메틸셀룰로스나트륨 1,000g, 알긴산나트름 1,000g, 카라기난 1,600g, 한천 850g, 타마린드검 350g, 팩틴 250g, 산탄검 100g, 구아검 750g, 젤라틴 150g에 각각의 보수비율에 따라 물을 첨가하고, 개별분산공정을 실시하여 점증제 분산액들을 각각 만들었다. 상기 분산액들을 혼합한 후, 고속균질기를 사용하여 균질화하여 제 2 균질 조성물을 만들었다.

초산 변성 감자 전분 22,500g, 히드록시 프로필 인산전분 8,000g, 고아밀로오스 에스테르화 전분 17,000g 및 찰 옥수수전분 2,500g에 각각의 보수비율에 따라 물을 첨가하고, 개별분산공정을 실시하여 전분 분산액들을 각각 만든 다음, 여과처리 한다. 상기 여과처리된 전분 분산액들과 상기 제 1 균질 조성물을 혼합하고, 고속균질기를 사용하여 균질화하여 제 3 균질 조성물을 만들었다.

상기 제 2 균질 조성물, 상기 제 3 균질 조성물 및 결착제인 메타인산나트륨 100g를 혼합하고 고속균질기를 사용하여 균질화하여 생 조성물인 제 4 균질 조성물을 만들었다.

상기 제 4 균질 조성물을 오토클레이브 내에 넣고, 6㎏/㎠의 증기압, 155℃의 조건에서 12분 30초 동안 호화시켰다. 그 결과, 기능성 필름 제조용 기초 조성물인 균질호액을 얻었다.

상기 균질호액을 가열 드럼 드라이어에 코팅한 후, 건조시켜 필름을 제조하였다.

이러한 필름의 인장강도(tensile strength), 열융착성 및 보습율 조절성을 측정하였다. 인장강도는 0.04㎜ㅧ 10㎜ㅧ 20㎜의 규격을 갖는 시편들을 준비한 후, 디지털 포오스 게이지( digital force guage)를 사용하여 측정하였다. 측정조건으로 온도 25℃/습도45%(표준조건)의 실내조건에서 인장강도를 각각 3회씩 측정한 후, 평균값을 구하였고, 온도-10℃/습도20%(저온저습조건)의 환경에서 인장강도를 각각 3회씩 측정한 후, 평균값을 구하였다. 그 결과, 상기 표준조건에서의 인장강도의 평균값은 3,250g/㎠ 이었고, 저온저습조건에서의 인장강도의 평균값은 3,020g/㎠ 이었다.

보습율 조절성은 온도-10℃/습도20%(저온저습조건)의 조건에서 1시간 노출시킨 후, 필름의 상태를 측정하였으며, 온도30℃/습도80%(고온고습조건)의 조건에서 1시간 노출시킨 후, 필름의 상태를 측정하였다. 그 결과, 상기 저온저습조건에서는 필름이 약간 말리기는 하나 부스러지는 현상이 전혀 없었다. 또한, 상기 고온고습조건에서는 필름끼리 붙지 않고 서로 분리될 수 있었다. 즉, 본 제조예에 따른 필름의 보습율 조절성은 고온고습조건이나 저온저습조건에서 모두 양호하였다.

열융착성은 순간접착기(impulse sealer)를 사용하여 2 내지 3초간 가열처리한 후, 접착상태를 살펴보는 방법으로 측정하였다. 그 결과, 본 제조예의 필름은 접착상태가 양호했으며 접착부위가 소손되거나 취약하게 되는 현상이 발견되지 않았다. 즉, 본 제조예에 따른 필름의 열융착성은 양호하였다.

<열봉합용 필름 제조예 2>

제조예 1과 동일한 방법으로 얻은 제 4 균질 조성물을 오토클레이브 내에서 고압고온밀폐 상태로 호화시키는 대신 대기압에서 50분간 개방 호화시켜 호액을 만들었다. 상기 호액을 검사해 본 결과, 미립자 상태의 덩어리가 발견되었으며, 균질하게 호화되지 않은 호액이었다. 또한, 상기 제 4 균질 조성물을 만드는데 있어, 상기 제조예 1과는 달리 다량의 물이 사용되었다. 이는 다량의 점증제들의 큰 보수력 때문이나, 상기 제조예 1과 같이 오토클레이브를 사용한 호화방식을 채택할 경우에는 문제되지 않았다.

상기 호액을 가열 드럼 드라이어에 코팅한 후, 건조시켜 필름을 제조하였다. 상기 코팅작업에 있어서, 상기 미립자상태의 덩어리로 인해 정밀한 코팅을 이룰 수가 없었으며, 제조된 필름의 상태도 부서지고 말리며 선상(線狀)의 균열현상이 발생되어 필름이 갈라지는 등 제 물성을 갖추지 못하는 결과를 초래했다.

이러한 필름의 인장강도, 열융착성 및 보습율 조절성을 상기 필름 제조예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과, 표준조건에서 인장강도 평균치 1,570g/㎠이었으며, 저온저습조건에서 인장강도 평균치는 320g/㎠이었다. 또한, 열융착성은 보통이나, 보습율 조절성은 불량한 것으로 나타났다.

<열봉합용 필름 제조예 3 - 포접제를 첨가하지 않은 경우>

본 제조예의 필름 제조에 필요한 재료를 하기 표 2에 나타내었다.

점증제인 카르복시메틸셀룰로스나트륨 1,000g, 알긴산나트름 1,000g, 카라기난 1,600g, 한천 850g, 타마린드검 350g, 팩틴 250g, 산탄검 100g, 구아검 750g, 젤라틴 150g와 결착제인 메타인산나트륨 100g과 유화제인 대두인지질 500g, 글리세린지방산에스테르 3,750g을 각각의 보수비율에 따라 물을 첨가하고, 개별분산공정을 실시하여 분산액들을 각각 만들었다. 상기 분산액들을 고속균질기를 사용하여 균질화하여 제 1 균질 조성물을 만들었다.

초산변성감자전분 22,500g, 히드록시 프로필 인산전분 8,000g, 고아밀로오스 에스테르화 전분 17,000g 및 찰 옥수수 전분 2,500g을 각각의 보수비율에 따라 물을 첨가하고, 개별분산공정을 실시하여 전분 분산액들을 각각 만들었다. 상기 전분 분산액들과 습윤제인 글리세롤 11,000g과 프로필렌글리콜 500g를 혼합하고, 고속균질기를 사용하여 균질화하여 제 2 균질 조성물을 만들었다.

상기 제 1 균질 조성물과 제 2 균질 조성물을 혼합하고 고속균질기를 사용하여 제 3 균질 조성물을 만들었다.

상기 제 3 균질 조성물을 오토클레이브 내에 넣고, 6㎏/㎠의 증기압, 155℃의 조건에서 12분 30초 동안 호화시켜, 균질호액을 얻었다.

상기 균질호액을 가열 드럼 드라이어에 코팅한 후, 건조시켜 필름을 제조하였다.

이러한 필름의 인장강도, 열융착성 및 보습율 조절성을 상기 필름 제조예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과, 표준조건에서 인장강도 평균치 2,050g/㎠이었으며, 저온저습조건에서 인장강도 평균치는 520g/㎠이었다.

보습율 조절성은 저온저습조건에서 1시간 노출시킨 결과 말리면서 부스러지는 현상이 발생하였으며, 고온고습조건에서는 점착상태가 심해져서 필름끼리 붙는 현상이 나타났다. 따라서, 본 제조예에 따른 필름은 보습율 조절성이 불량한 것으로 나타났다. 또한, 열융착성의 경우 보통인 것으로 나타났다.

<열봉합용 필름 제조예 4-포접제를 첨가하지 않고 개방호화한 경우>

제조예 3과 동일한 방법으로 얻은 제 3 균질 조성물을 오토클레이브 내에서 고압고온밀폐 상태로 호화시키는 대신 대기압에서 50분간 개방 호화시켰다. 상기 개방 호화 후 호액을 검사해본 결과, 장시간의 가열로 호액이 갈변현상이 일어났고 미립자상태의 덩어리가 발견됐으며 균질하게 호화되지 않은 호액임을 알 수 있었다.

상기 호액을 가열 드럼 드라이어에 코팅한 후, 건조시켜 필름을 제조하였다. 상기 코팅작업에 있어서, 상기 미립자상태의 덩어리로 인해 정밀한 코팅을 이룰 수가 없었으며, 제조된 필름의 상태도 부서지고 말리며 선상(線狀)의 균열현상이 발생되어 필름이 갈라지는 등 제 물성을 갖추지 못하는 결과를 초래했다.

이러한 필름의 인장강도, 열융착성 및 보습율 조절성을 상기 필름 제조예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과, 표준조건에서 인장강도 평균치 1,750g/㎠이었으며, 저온저습조건에서 인장강도 평균치는 570g/㎠이었다. 또한, 열융착성은 보통이나, 보습율 조절성은 불량한 것으로 나타났다.

<비교예 1-일반 오브라이트 필름의 재래식 제조방법>

감자전분 1,600g에 물 5,600g을 첨가하고, 분산교반시켰다. 상기 분산처리된 전분 분산액을 여과처리하여 이물질을 제거하였다. 한천 33g에 물 330g을 첨가하고, 분산교반시켰다. 한편, 레시틴 5g에 에탄올 10g을 첨가하여 용해시켰다. 상기 이물질이 제거된 전분 분산액, 상기 한천 분산액 및 상기 레시틴 용액을 혼합하고, 이를 개방식 가열호화기에 넣고 100℃의 온도로 호화시켰다. 상기 호화된 조성물을 가열 드럼 드라이어에 코팅하고 건조하여 필름을 제조하였다.

이러한 필름의 인장강도, 열융착성 및 보습율 조절성을 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과, 표준조건에서 인장강도 평균치 1,930g/㎠이었으며, 저온저습조건에서 인장강도 평균치는 650g/㎠이었다. 또한, 열융착성의 경우 접착부위가 소손되어 열융착이 불가능하였고, 보습율 조절성은 불량한 것으로 나타났다.

하기 표 3은 상기 제조예들 1 내지 4 및 상기 비교예 1에 따라 제조된 필름들의 특성을 정리하여 나타낸 표이다.

상기 표 3을 참조하면, 제조예 1에 따라 제조된 필름의 인장강도는 표준조건(25℃/45%)과 저온저습조건(-10℃/20%)에서 거의 차이가 나지 않는다. 따라서, 제조예 1에 따른 필름은 온도와 습도의 변화에 대한 내성이 양호하는 것을 확인할 수 있고, 전천후 물성보전이 가능하다고 할 수 있다. 또한, 제조예 1에 따른 필름의 인장강도, 열융착성 및 보습율 조절성은 다른 제조예들에 따른 필름들에 비해 매우 우수하다. 이는 고온고압밀폐호화방식을 통한 재료의 완숙 및 균질호화에 따른 결과이며, 동시에 포접된 습윤제를 사용한 결과임을 알 수 있다.

그러나, 제조예 2의 경우, 고압고온밀폐호화 대신 개방호화를 적용함으로써, 고압고온밀폐호화를 적용한 상기 제조예 1에 비해 인장강도 및 열융착성이 저하됨을 알 수 있다. 한편, 습윤제 포접물을 사용하였음에도 불구하고 보습율 조절성이 상기 제조예 1에 비해 저하되었는데, 이는 개방호화방식으로 인해 습윤제 포접물이 완숙호화되지 않아 발생한 현상으로 판단된다. 그러나, 습윤제 포접물을 사용하지 않은 제조예 4와 비교할 때, 인장강도 특성이 우수한 것으로 나타나 완숙호화는 아니지만 일부호화된 습윤제 포접물이 인장강도 특성을 향상시키는 것을 알 수 있다.

제조예 3의 경우, 포접되지 않은 습윤제를 사용함으로써, 포접된 습윤제를 사용한 제조예 1에 비해 인장강도, 열융착성 및 보습율 조절성이 다소 저하되나, 고압고온밀폐호화를 적용함으로써, 개방호화방식을 적용한 제조예 4에 비해 인장강도가 매우 우수함을 알 수 있다. 따라서, 고압고온밀폐호화방식은 필름의 기계적 물성을 향상시킴을 알 수 있다.

비교예에 따른 기존의 오부라이트 필름의 경우, 열융착성 실험에 있어서 필름이 소손되어 열융착 자체가 불가능하는 등, 열융착성이 매우 불량함을 알 수 있었다.

비식용 필름의 제조

<필름 제조예 5>

본 제조예의 필름 제조에 필요한 재료를 하기 표 4에 나타내었다.

습윤제인 글리세롤 11,000g과 프로필렌글리콜 500g을 포접제인 시클로덱스트린 9,450g과 혼합하고, 이에 물 11,500g를 첨가하고 45℃로 가열하면서 약 2 시간에 걸쳐 가수교반하여 습윤제 포접물을 만들었다. 그 결과물에 유화제인 대두인지질 500g과 글리세린지방산에스테르 3,750g을 혼합시킨 후, 고속균질기를 사용하여 균질화하여 제 1 균질 조성물을 만들었다.

점증제인 카르복시메틸셀룰로스나트륨 1,000g, 알긴산나트름 1,000g, 카라기난 1,600g, 한천 850g, 타마린드검 350g, 팩틴 250g, 산탄검 100g, 구아검 750g, 젤라틴 150g에 각각의 보수비율에 따라 물을 첨가하고, 개별분산공정을 실시하여 점증제 분산액들을 각각 만들었다. 상기 분산액들을 혼합한 후, 고속균질기를 사용하여 균질화하여 제 2 균질 조성물을 만들었다.

초산 변성 감자 전분 22,500g, 히드록시 프로필 인산전분 8,000g 및 고아밀로오스 에스테르화 전분 17,000g에 각각의 보수비율에 따라 물을 첨가하고, 개별분산공정을 실시하여 전분 분산액들을 각각 만든 다음, 여과처리 한다. 상기 여과처리된 전분 분산액들과 상기 제 1 균질 조성물을 혼합하고, 고속균질기를 사용하여 균질화하여 제 3 균질 조성물을 만들었다.

상기 제 2 균질 조성물, 상기 제 3 균질 조성물 및 결착제인 메타인산나트륨 100g를 혼합하고 고속균질기를 사용하여 균질화하여 제 4 균질 조성물을 만들었다. 한편 폴리비닐알코올 5,000g을 그의 5배 중량의 물에 분산시키고, 80 내지 100℃로 가열 용해시킨 후, 이 용액을 상기 제 4 균질 조성물과 혼합하고, 고속균질기를 사용하여 균질화하여 생 조성물인 제 5 균질 조성물을 만들었다.

상기 제 5 균질 조성물을 오토클레이브 내에 넣고, 6㎏/㎠의 증기압, 155℃의 조건에서 12분 30초 동안 호화시켰다. 그 결과, 기능성 필름 제조용 기초 조성물인 균질호액을 얻었다.

상기 균질호액을 70℃로 냉각시킨 후, 냉각된 호액에 피부미용제인 콜라겐 1,000g, 키토산 750g, 비타민-C 500g, 녹차추출액 500g을 혼합하고 고속균질기로 균질화하였다.

상기 피부미용제가 혼합된 균질호액을 70℃의 가열 드럼 드라이어에 코팅한 후, 건조시켜 필름을 제조하였다.

이러한 필름의 인장강도, 열융착성 및 보습율 조절성을 상기 필름 제조예 1과 동일한 방법으로 측정하였고, 이러한 특성들을 하기 표 5에 정리하였다.

<필름 제조예 6>

제조예 5과 동일한 방법으로 얻은 제 5 균질 조성물을 오토클레이브 내에서 고압밀폐 상태로 호화시키는 대신 대기압에서 개방 호화시키는 것을 제외하고는 상기 필름 제조예 5과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.

이러한 필름의 인장강도, 열융착성 및 보습율 조절성을 상기 필름 제조예 1과 동일한 방법으로 측정하였고, 이러한 특성들을 하기 표 5에 정리하였다.

<비교예 2>

감자전분 1,600g에 물 5,600g을 첨가하고, 분산교반시켰다. 상기 분산처리된 전분 분산액을 여과처리하여 이물질을 제거하였다. 한천 33g에 물 330g을 첨가하고, 분산교반시켰다. 한편, 레시틴 5g에 에탄올 10g을 첨가하여 용해시켰다. 상기 이물질이 제거된 전분 분산액, 상기 한천 분산액 및 상기 레시틴 용액을 혼합하고, 이를 개방식 가열호화기에 넣고 100℃의 온도로 호화시켰다. 상기 호화된 조성물을 70℃로 냉각시킨 후, 냉각된 호액에 피부미용제인 콜라겐 1,000g, 키토산 750g, 비타민-C 500g, 녹차추출액 500g을 혼합하였다. 상기 피부미용제가 혼합된 호액을 70℃의 가열 드럼 드라이어에 코팅한 후, 건조시켜 필름을 제조하였다.

그러나, 이 경우 필름의 조성자체가 이루어지지 않고 부스러지는 등 필름의 물성이 매우 약하였다.

하기 표 5는 상기 제조예들 5, 6 및 비교예 2에 따라 제조된 필름들의 특성을 정리하여 나타낸 표이다.

상기 표 5를 참조하면, 제조예 5에 따라 제조된 필름의 인장강도, 인열강도, 열융착성 및 보습율 조절성은 우수함을 알 수 있다. 그러나, 제조예 6의 경우, 고압고온밀폐호화 대신 개방호화를 적용함으로써, 고압고온밀폐호화를 적용한 상기 제조예 5에 비해 인장강도, 인열강도 및 열융착성이 저하됨을 알 수 있다. 한편, 습윤제 포접물을 사용하였음에도 불구하고 보습율 조절성이 상기 제조예 5에 비해 저하되었는데, 이는 개방호화방식으로 인해 습윤제 포접물이 완숙호화되지 않아 발생한 현상으로 판단된다.

한편, 비교예 2의 경우와 같은 재래식 오부라이트 필름의 경우, 미용재료를 첨가한 경우 필름 조성을 할 수 없는 등, 매우 취약한 필름특성을 보였다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 환경적합성이 뛰어나며, 환경호르몬 발생 등의 위험이 없으며, 높은 인장강도 등 강인한 기계적 강도를 갖고, 보습율 조절성이 뛰어나며, 양호한 열융착성을 갖는 필름을 제조할 수 있다. 이러한, 특성들은 상기 필름을 여러 가지 용도의 기능성 필름에 적용하는 것을 가능하게 한다.

Claims (18)

100 중량부의 전분, 0.2 내지 30 중량부의 점증제 및 5 내지 35 중량부의 습윤제를 포함하고, 상기 습윤제를 포접하는 포접제를 함유하며, 100℃를 초과하고 155℃이하의 온도 및 3kg/㎠ 내지 10kg/㎠의 압력 하의 밀폐상태에서 호화시켜 제조된 필름 제조용 조성물.

제 1 항에 있어서,

상기 전분은 산처리 변성전분(acid modified starch)을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 조성물.

제 1 항에 있어서,

상기 전분은 초산변성전분, 히드록시프로필인산전분, 고아밀로스전분, 변성고아밀로스전분 및 찰옥수수전분으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 조성물.

제 1 항에 있어서,

상기 점증제는 카르복시메틸셀룰로스나트륨, 알긴산나트륨, 구아검, 로커스트콩검, 산탄검, 아라비아검, 카라기난, 타마린드검, 펙틴, 한천 및 젤라틴으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 조성물.

제 1 항에 있어서,

상기 습윤제는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 글리세롤으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 조성물.

삭제

제 1 항에 있어서,

상기 포접제는 사이클로덱스트린인 것을 특징으로 하는 필름 제조용 조성물.

제 1 항에 있어서,

유화제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 조성물.

제 8 항에 있어서,

상기 유화제는 대두인지질 및 글리세린지방산에스테르(glycerin fatty acid ester)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 조성물.

제 1 항에 있어서,

폴리비닐알코올을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 조성물.

100 중량부의 전분, 0.2 내지 30 중량부의 점증제 및 5 내지 35 중량부의 습윤제가 분산된 분산액을 만들고,

상기 분산액을 100℃를 초과하고 155℃이하의 온도 및 3kg/㎠ 내지 10kg/㎠의 압력 하의 밀폐상태에서 호화시켜 호액을 만들고,

상기 호액을 필름형성장치를 사용하여 필름화시키는 것을 포함하고,

상기 전분, 상기 점증제 및 상기 습윤제가 분산된 분산액을 만드는 것은 상기 습윤제를 포접제와 혼합한 후 가수교반함으로써 습윤제 포접물을 만드는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조방법.

삭제

제 11 항에 있어서,

상기 전분, 상기 점증제 및 상기 습윤제가 분산된 분산액을 만드는 것은 상기 습윤제 포접물에 유화제를 혼합한 후, 균질화하여 제 1 균질 조성물을 만드는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조방법.

제 13 항에 있어서,

상기 전분, 상기 점증제 및 상기 습윤제가 분산된 분산액을 만드는 것은 상 기 점증제를 분산시킨 점증제 분산액을 만들고, 상기 전분을 분산시킨 전분 분산액을 만들고 균질화하여 제 2 균질 조성물을 만든 후, 상기 제 1 균질 조성물과 상기 점증제 분산액과 상기 제 2 균질 조성물 중 하나와 혼합하고 균질화하여 제 3 균질 조성물을 만들고, 상기 제 3 균질 조성물을 상기 점증제 분산액과 상기 제 2 균질 조성물 중 나머지 하나와 혼합하고 균질화하여 제 4 균질 조성물을 만드는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조방법.

제 11 항에 있어서,

상기 호액을 필름형성장치를 사용하여 필름화시키는 것은 가열 드럼 드라이어에 상기 호액을 코팅시킨 후, 건조시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조방법.

제 15 항에 있어서,

상기 호액을 필름화시키기 전에, 상기 호액에 기능성 재료를 혼합하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조방법.

제 16 항에 있어서,

상기 호액을 필름화시키기 전에, 상기 기능성 재료가 혼합된 호액을 냉각시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조방법.

제 11 항에 있어서,

상기 호액을 필름형성장치를 사용하여 필름화시키는 것은 압출기를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 필름 제조방법.

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