KR101887897B1 - 가스 베리어 특성을 갖는 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기 - Google Patents

가스 베리어 특성을 갖는 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 베리어 특성을 갖는 내열재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 내열재는 공압출 발포시키는 단순한 공정으로 폴리에스테르 수지 발포체의 적어도 일면에 수지 접착층을 형성하여, 가스 베리어성이 우수하고, 이를 통해, 성형 후, 리드를 통한 기밀성이 향상될 수 있다.

Description

가스 베리어 특성을 갖는 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기{Heat resisting material having gas barrier property and packaging container comprising the same}
본 발명은 가스 베리어 특성을 갖는 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것이다.
통상 식품 용기로 사용되고 있는 제품은 발포식, 비발포식으로 나뉜다. 발포 방식 제품은 폴리스타이렌을 발포 가스와 혼합시켜 압출시킨 제품이 사용되고 있는데, 두께를 비교적 두껍게 유지할 수 있어 형태유지, 단열성, 가격 경쟁력이 높은 장점이 있으나 고온에서 유해물질이 검출되는 단점이 있다. 비발포 용기의 경우, 열에 안정한 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스터를 필름형태로 제작된 제품이 사용되고 있는데, 고온에서 치수변화율이 적고, 유해물질이 검출되지 않는 장점이 있으나, 가격이 비싸고 보온이 잘 되지 않는 단점이 있다.
일회용 내열용기로 가장 많이 쓰이고 있는 대표적인 제품이 컵라면 용기라 할 수 있는데, 이전에는 폴리스타이렌 발포 용기를 사용하였지만, 고온에서 유해물질이 검출되는 점이 이슈화 되어 이를 종이 용기로 대체되어 사용되고 있으나 가격이 높은 단점이 있다.
현대사회에서 점차 생활이 편리해 지면서 일회용품 사용이 증가하고, 배달음식 및 간편요리 제품의 수요가 점차 늘어나고 있고, 이에 따라 식품 포장 용기의 수요도 증가하고 있으며 용도에 따른 기능성에 대한 소비자의 니즈가 점점 커지고 있다. 따라서 수려한 외관, 편리함, 안전성, 친환경 성능을 모두 갖춘 포장 용기에 대한 연구가 필요한 실정이다.
국제공개특허 제2000-018836호
본 발명은 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것으로, 가스 베리어 특성이 우수한 내열재를 제공하고자 한다.
본 발명은 가스 베리어 특성을 갖는 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기를 제공할 수 있다.
상기 내열재의 하나의 예로서,
폴리에스테르 수지 발포체; 및
상기 발포체의 적어도 일면에 형성되는 수지 접착층을 포함하며,
ASTM F 1249에 따른 수증기 투과도가 37.8℃의 온도 및 100%의 상대습도 조건 하에서, 10 g/m2·day 이하인 내열재를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 내열재를 포함하는 포장 용기를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 내열재는 공압출 발포시키는 단순한 공정으로 폴리에스테르 수지 발포체의 적어도 일면에 수지 접착층을 형성하여, 가스 베리어성이 우수하고, 이를 통해, 성형 후, 리드를 통한 기밀성이 향상될 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "셀"이란, 고분자 내 발포에 의해 팽창된 미세구조를 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 가스 베리어 특성을 갖는 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것으로, 상기 내열재의 하나의 예로서,
폴리에스테르 수지 발포체; 및
상기 발포체의 적어도 일면에 형성되는 수지 접착층을 포함하며,
ASTM F 1249에 따른 수증기 투과도가 37.8℃의 온도 및 100%의 상대습도 조건 하에서, 10 g/m2·day 이하인 내열재를 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 내열재는, 폴리에스테르 수지 발포체의 적어도 일면에 수지 접착층을 형성하여, 수증기 투과도를 상기 범위 내로 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 내열재의 수증기 투과도는 0.1 내지 10 g/m2·day, 0.1 내지 5 g/m2·day 또는 0.1 내지 3 g/m2·day 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 내열재는 상기 범위 내의 수증기 투과도를 가짐으로써, 가스 베리어 특성을 요구하는 제품에 널리 사용될 수 있다. 예를 들어, 식품 포장 용기로 사용할 경우, 식품이 산소와 반응하여 부패하는 것을 방지할 수 있어, 식품의 보관에 용이할 수 있다. 또한, 의약품 포장 용기로 사용하여 의약품의 변질을 방지할 수 있다.
상기 내열재는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
|V1-V0| / V0 x 100 ≤ 10%
상기 수학식 1에서,
V0은 85℃에서 3 시간 동안 노출 전 내열재의 체적(mm3)이고,
V1은 85℃에서 3 시간 동안 노출 후 내열재의 체적(mm3)이다.
구체적으로, 제조된 내열재 샘플을 85℃에서 3 시간 동안 노출시키기 전 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 상기 내열재를 이용하여 제조한 포장 용기의 장기 치수 변화율과 대응하는 측정치이다. 예를 들어, 상기 체적은, 내열재의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 1에 따른 치수 변화율은 0.01 내지 5%, 0.01 내지 3% 또는 0.01 내지 1% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 1의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 내열재는 높은 온도 환경에서의 사용에도 형태 변화가 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 내열재는 내구성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
상기 내열재의 열전도도가 0.04 W/mK 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 내열재의 열전도도는 0.01 내지 0.04 W/mK, 0.01 내지 0.035 W/mK 또는 0.02 내지 0.035 W/mK 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 내열재는 상기 범위 내의 열전도도를 가짐으로써, 우수한 단열성을 구현할 수 있다. 이를 통해 우수한 단열성을 가지는 내열재를 식품 등의 포장 용기로 사용할 경우, 식품의 보온 내지 보존에 용이할 수 있다.
상기 내열재는 단위면적당 질량은 5 내지 1000 g/m2일 수 있다. 예를 들어, 내열재의 단위면적당 질량은 10 내지 1000 g/m2, 50 내지 700 g/m2 또는 100 내지 500 g/m2일 수 있다. 상기 범위의 단위면적당 질량을 만족함으로써, 본 발명에 따른 내열재가 경량이라는 것을 확인할 수 있었다.
상기 내열재에 있어서, 폴리에스테르 수지 발포체는 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
X/Y ≥ 1.5
상기 수학식 2에서 X는 KS M ISO 844에 따른 폴리에스테르 수지 발포체의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 폴리에스테르 수지 발포체의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
구체적으로 상기 내열재는, 폴리에스테르 수지 발포체를 포함함으로써, 우수한 내열성 및 강도를 가짐과 동시에 우수한 경량성을 구현할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 수지 발포체의 밀도 대비 굴곡강도의 비는 상기 수학식 2를 만족할 수 있다. 예를 들어, 수지 발포체의 밀도 대비 굴곡강도비는 1.5 이상, 1.5 내지 2, 1.5 내지 1.8 또는 1.5 내지 1.7 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 내열재는 상기 범위의 수지 발포체의 밀도 대비 굴곡강도의 비를 만족함으로써, 비교적 발포 배율이 높아 우수한 단열성을 유지하면서 동시에 고강도인 내열재를 구현할 수 있다.
상기 수학식 2에서, X는 30 내지 350 N/cm2이고, 상기 Y는 20 내지 230 kg/m3일 수 있다. 예를 들어, X(굴곡강도)는 40 내지 300 N/cm2, 60 내지 200 N/cm2, 90 내지 110 N/cm2, 90 내지 100 N/cm2 범위일 수 있고, Y(밀도)는 25 내지 200 kg/m3, 30 내지 150 kg/m3, 40 내지 75 kg/m3, 50 내지 75 kg/m3 또는 55 내지 65 kg/m3 범위일 수 있다.
상기 내열재의 폴리에스테르 수지 발포체의 평균 두께는 1 내지 10 mm이고, 수지 접착층의 평균 두께는 2 mm 이하일 수 있다.
구체적으로, 상기 1 내지 10 mm의 두께를 가지는 폴리에스테르 수지 발포체의 적어도 일면에 평균 두께 2 mm 이하의 수지 접착층이 형성된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 수지 발포체의 평균 두께는 1 내지 8 mm, 1 내지 5 mm 또는 1 내지 2 mm 범위일 수 있고, 수지 접착층의 평균 두께는 0.1 내지 2 mm, 0.1 내지 1.5 mm 또는 0.5 내지 1.5 mm 범위일 수 있다. 수지 발포체의 적어도 일면에 수지 접착층을 형성함으로써, 표면 평활도가 향상되었고, 인쇄성이 우수하며, 가공 후, 미려한 외관을 구현할 수 있으며, 리드와의 접착성이 우수하여 내부에 봉입된 물질의 유지가 용이할 수 있다.
예를 들어, 상기 내열재를 이용하여 포장 용기를 만들 경우, 폴리에스테르 필름이 외부면을 형성하도록 인쇄할 수 있다.
상기 내열재는 전체 두께는 평균 3.5 mm 이하일 수 있다. 예를 들어, 내열재의 전체 두께는 1 내지 3.5 mm 또는 2 내지 3.5 mm일 수 있다. 이를 통해, 얇은 두께임에도 우수한 물성을 갖는 내열재를 제공할 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지 발포체에 있어서, 폴리에스테르 수지는 테레프탈산과 1,4-부탄디올 축합중합 반응에 의하여 제조 가능하다. 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지는 방향족 혹은 지방족 폴리에스테르를 모두 포함한다. 다른 측면에서, 상기 폴리에스테르 수지는 난연 폴리에스테르, 생분해성 폴리에스테르, 탄성 폴리에스테르 및 재사용 폴리에스테르 등을 포함한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 수지 발포체는 PET(polyethylene terephthalate) 발포체일 수 있다. 상기 PET를 사용함으로써, 친환경적이며, 재사용에 용이할 수 있다.
상기 내열재의 수지 접착층에 포함되는 접착 수지는 폴리에스테르계 접착 수지일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리에스테르계 접착 수지는, 디올(Diol)과 디카르본산(Dicarbonic acid)의 에스테르화 반응물인 하드 세그먼트; 및 폴리올(Polyol)인 소프트 세그먼트의 축중합물인 폴리에스테르계 탄성 접착 수지를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 내열재의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 내열재의 제조방법은 구체적으로 한정되지 않으나, 예를 들어, 상기 내열재는 폴리에스테르 수지 용융물을 압출 발포하여 제조할 수 있다. 구체적으로, 발포 방법의 종류에는 크게 비드 발포 또는 압출 발포가 있다. 상기 비드 발포는, 일반적으로, 수지 비드를 가열하여 1차 발포시키고 이것을 적당한 시간 숙성 시킨 후 판모양, 통모양의 금형에 채우고 다시 가열하여 2차 발포에 의해 융착, 성형하여 제품을 만드는 방법이다. 반면, 압출 발포는, 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도, 압축강도를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 내열재의 제조방법의 하나의 예로서,
수지 용융물에 발포제를 혼입하여 발포성 용융물을 형성하는 단계;
수지 용융물에 발포제를 혼입하지 않은 수지 용융물을 형성하는 단계;
상기 발포성 용융물 및 수지 용융물을 공압출 발포하여 일면 또는 양면에 수지 접착층이 형성된 발포체를 형성하는 단계를 포함하는 내열재 제조방법을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 내열재를 제조함에 있어서, 이중 환형 노즐을 이용하여 폴리에스테르 수지를 압출 발포할 수 있다. 이를 통해, 폴리에스테르 수지 발포체 및 수지 접착층을 각자 제조하여 합지하지 않고, 단일 공정으로 폴리에스테르 수지 발포체와 수지 접착층이 복합된 구조의 내열재를 제조할 수 있다. 이를 통해, 공정 비용을 절감할 수 있다.
상기 발포성 용융물을 형성하는 단계에서 사용되는 발포제는 열분해성 발포제 및 휘발성 발포제 중 1 종 이상이며,
상기 열분해성 발포제로는 예를 들어, 탄산수소나트륨을 포함하는 무기계 발포제, 아조화합물, 니트로소화합물, 히드라진 화합물 등을 포함할 수 있다. 또한, 휘발성 발포제로는 예를 들어, 탄산 가스나 질소와 같은 불활성 가스 및 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 메탄 등과 같은 유기 발포제 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 이때, 열분해성 발포제 및 휘발성 발포제 중 1 종 이상을 사용함으로써, 폴리에스테르 수지 발포체의 발포 배율을 조절하여 발포체의 밀도를 제어할 수 있다.
이를 통해, 수지 발포체의 적어도 일면에 수지 접착층이 형성된 구조의 내열재를 제조할 수 있다.
본 발명은 상기 내열재를 포함하는 포장 용기를 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 내열재의 용도는 가스 베리어 특성을 요구하는 제품이라면 특별히 한정되지 않는다.
하나의 예로서, 상기 포장 용기는 식품 포장용일 수 있다. 본 발명에 따른 내열재는 경량임과 동시에 가스 베리어 특성이 우수하고, 고강도이며, 높은 온도에서도 형태 변화가 거의 일어나지 않아, 내열성이 우수할 수 있다. 또한, 표면에 수지 접착층을 형성됨으로써 표면 평활도 및 인쇄성이 우수하여 성형 후에도 미려한 외관을 구현할 수 있으며, 리드를 통한 기밀성이 향상될 수 있다. 이를 통해, 상기 내열재를 식품 포장 용기로 사용할 경우, 용기 내 식품의 보관 및 유지에 용이할 수 있다.
또 하나의 예로서, 상기 포장 용기는 의약품 포장 용기일 수 있다. 본 발명에 따른 내열재는 가스 베리어 특성을 가지며, 특히 상기 설명한 바와 같이, 수증기 투과도가 우수할 수 있다. 따라서, 상기 내열재를 의약품 포장 용기로 사용하였을 때, 리드와의 간단한 열융착 방법으로 밀봉한 후, 용기 내부로 수증기가 거의 유입될 수 없으므로, 용기 내의 의약품의 변질을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 중량부, PMDA(pyromellitic dianhydride) 1 중량부, 탈크(talc) 1 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 이중 환형 노즐이 형성된 다이에 투입하였으며, 이때, 노즐의 내측에는 발포제로서 탄산 가스를 혼합하였고, 외측에는 발포제를 사용하지 않고 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하였다.
이를 통해, 1 mm 두께의 PET 접착층(film) 및 1.5 mm 두께의 PET 발포체(Foam) 합지된 구조로, 전체 두께 2.5 mm의 내열재를 제조하였다.
비교예 1
PET 수지를 이용하여 두께가 2.5 mm인 필름의 내열재를 제조하였다.
비교예 2
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 중량부, PMDA(pyromellitic dianhydride) 1 중량부, 탈크(talc) 1 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 이중 환형 노즐이 형성된 다이에 투입하였으며, 이때, 발포제로서 탄산 가스를 혼합한 후, 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하였다.
이를 통해, 두께가 2.5 mm인 발포체의 내열재를 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 내열재를 이용하여, 가스 베리어성, 내열성 및 단열성을 측정하였다. 측정 조건은 하기 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
1) 가스 베리어성 측정
ASTM F 1249를 기준으로, 37.8℃의 온도 및 100%의 상대습도 조건 하에서, 수증기 투과도를 측정하였다.
2) 내열성 측정
하기 수학식 1에 따른 치수 변화율을 측정하였다.
[수학식 1]
|V1-V0| / V0 x 100 ≤ 10%
상기 수학식 1에서,
V0은 85℃에서 3 시간 동안 노출 전 내열재의 체적(mm3)이고,
V1은 85℃에서 3 시간 동안 노출 후 내열재의 체적(mm3)이다.
3) 단열성 측정
KS L 9016 조건 하에서 열 전도율을 측정하였다.
수증기 투과도
(g/m2·day)		 치수 변화율 (%) 열 전도율
(W/mK)
실시예 5.8 1 0.036
비교예 1 0.5 15 0.042
비교예 2 12 0.5 0.034
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 내열재는 수지 발포체 및 수지 접착층이 복합된 구조로, 수증기 투과도가 5.8 g/m2·day이고, 치수 변화율이 1%이며, 열 전도율이 0.036 W/mK로 가스 베리어성이 우수함과 동시에 내열성 및 단열성이 우수합니다.
이와 비교하여, 수지 접착층만 형성된 비교예 1의 경우에는 수증기 투과도는 낮으나, 치수 변화율 및 열 전도율이 저하되었으며, 수지 발포체만 형성된 비교예 2의 경우에는 수증기 투과도가 저하된 것을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

  1. 평균 두께는 1 내지 10 mm인 PET(polyethylene terephthalate) 수지의 압출 발포체; 및
    상기 발포체의 적어도 일면에 형성되며, 평균 두께는 0.1 내지 2 mm인 PET(polyethylene terephthalate) 수지 접착층을 포함하며,
    ASTM F 1249에 따른 수증기 투과도가 37.8℃의 온도 및 100%의 상대습도 조건 하에서, 10 g/m2·day 이하이고,
    열전도도가 0.04 W/mK 이하인 식품 포장용기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하기 수학식 1을 만족하는 식품 포장용기:
    [수학식 1]
    |V1-V0| / V0 x 100 ≤ 10%
    상기 수학식 1에서,
    V0은 85℃에서 3 시간 동안 노출 전 내열재의 체적(mm3)이고,
    V1은 85℃에서 3 시간 동안 노출 후 내열재의 체적(mm3)이다.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    단위면적당 질량은 5 내지 1000 g/m2인 식품 포장용기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 PET(polyethylene terephthalate) 수지의 압출 발포체는 하기 수학식 2를 만족하는 식품 포장용기:
    [수학식 2]
    X/Y ≥ 1.5
    상기 수학식 2에서 X는 KS M ISO 844에 따른 PET 수지의 압출 발포체의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 PET 수지의 압출 발포체의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    수지 접착층은 폴리에스테르계 탄성 접착 수지를 포함하는 식품 포장용기.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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