KR102190657B1 - 탄산칼슘을 포함하는 발포시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 식품용기 - Google Patents

탄산칼슘을 포함하는 발포시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 식품용기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄산칼슘을 포함하는 발포시트, 이의 제조방법 및 이를 이용한 식품용기에 관한 것으로, 발포시트는 일정 함량의 탄산칼슘을 포함함으로써, 열전도율이 우수하며, 시트표면이 균일하여 열 성형성이 우수한 장점이 있다.

Description

탄산칼슘을 포함하는 발포시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 식품용기{Foam sheet comprising calcium carbonate, preparing method for the same, and food container containing the same}
본 발명은 탄산칼슘을 포함하는 발포시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 식품용기에 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 폴리프로필렌을 필름형태로 제작된 제품이 사용되고 있는데, 고온에서 형태변화율이 적고, 유해물질이 검출되지 않는 장점이 있으나, 가격이 비싸고 단열이 잘 되지않는 단점이 있다.
일회용 내열용기로 가장 많이 쓰이고 있는 대표적인 제품이 컵라면 용기라 할 수 있는데, 이전에는 폴리스타이렌 발포 용기를 사용하였지만, 고온에서 유해물질이 검출되는 점이 이슈화되어 이를 종이 용기로 대체되어 사용되고 있으나 가격이 높은 단점이 있다.
현대사회에서 점차 생활이 편리해지면서 일회용품 사용이 증가하고, 1인 가구 증가에 따른 배달음식 및 간편요리 제품의 수요가 점차 늘어나고 있어, 이에 따라 식품 포장 용기의 수요도 증가하고 있으며 유해물질로부터 안전하고 용도에 따른 기능이 부여된 새로운 용기 소재에 대한 소비자 니즈가 점점 커지고 있다. 따라서 수려한 외관, 편리함, 안전성, 친환경 성능을 모두 갖춘 포장 용기에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 탄산칼슘을 포함하는 발포시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 식품용기를 제공하고자 한다.
본 발명은,
0.5 중량% 내지 5 중량%의 탄산칼슘을 포함하는 폴리에스테르 수지의 발포시트로서,
발포시트의 단위면적 100 cm2 당 두께편차는 15% 이하이고,
발포시트의 셀 사이즈는 평균 100 ㎛ 내지 700 ㎛인 것을 특징으로 하는 발포시트를 제공한다.
또한, 본 발명은,
폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘(CaCO3)을 압출기에 도입하고 압출 발포하여 발포시트를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 탄산칼슘은 0.5 중량% 내지 5 중량%로 첨가하는 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 함유하는 발포시트를 포함하고,
상기 탄산칼슘의 함량은 0.5 중량% 내지 5 중량%이며,
융점은 245℃ 내지 253℃이고,
접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 325% 내지 450%이고,
하기 수학식 2를 만족하는 식품용기를 제공한다:
[수학식 2]
H/D ≥ 0.4
수학식 2에서,
수용부를 포함하는 식품용기를 형성하되,
H는 수용부의 외측의 깊이를 나타내고, 7 cm 내지 15 cm이며,
D는 수용부 상단의 외측의 길이를 나타낸 것이고, 단위는 cm이다.
또한, 본 발명은
폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 함유하는 발포시트를 포함하고,
상기 탄산칼슘의 함량은 0.5 중량% 내지 5 중량%이며,
발포시트의 융점은 252℃ 내지 260℃이고,
접촉 혹은 비접촉 가열 후 표면 온도가 160℃일 때 발포시트의 신율은 230% 내지 500%이며,
하기 수학식 3을 만족하는 식품용기를 제공한다:
[수학식 3]
0.01 ≤ H/D ≤ 0.4
수학식 3에서,
수용부를 포함하는 식품용기를 형성하되,
H는 수용부의 외측의 깊이를 나타내고, 1 cm 내지 8 cm이며,
D는 수용부 상단의 외측의 길이를 나타낸 것이고, 단위는 cm이다.
본 발명에 따른 발포시트는 일정 함량의 탄산칼슘을 포함함으로써, 열전도율이 우수하며, 시트표면이 균일하여 가공성 및 열 성형성이 우수한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 식품용기의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 식품용기의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발포시트의 단면을 실험예 1에서 주사전자현미경(Scanning Electronic Microscope, SEM)으로 촬영한 이미지이다.
도 4는 일실시예에 따른 발포시트를 발포시 주름형성 여부에 대한 이미지이다: (a)는 제조예의 발포시트의 이미지이고, (b)는 비교제조예의 발포시트의 이미지이다.
도 5은 본 발명에 따른 발포시트의 단면을 실험예 2에서 주사전자현미경(Scanning Electronic Microscope, SEM)으로 촬영한 이미지이다.
도 6은 본 발명에 따른 발포시트의 단면을 실험예 4에서 주사전자현미경(Scanning Electronic Microscope, SEM)으로 촬영한 이미지이다.
일반적으로 발포시트를 열성형할 때 성형에 적합한 온도로 발포시트를 가열하게 되는데, 폐쇄 셀(close cell) 구조의 발포시트는 내부에 공기층을 가지고 있어서 열을 내부로 전달하는데 어려움이 있다. 이에, 발포시트의 열전도율이 낮아서 성형시에 시트가 찢어지거나 성형윤곽이 미흡한 문제가 있고, 성형성을 개선하기 위해 가열을 오래하게 되면 시트 표면이 열화가 되어 성형품의 표면이 불량해지는 문제가 있다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 탄산칼슘을 포함하는 폴리에스테르 수지의 발포시트로서, 발포시트의 셀 사이즈가 작고, 밀도가 낮은 발포시트 및 이의 제조방법에 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 발포시트에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은, 0.5 중량% 내지 5 중량%의 탄산칼슘을 포함하는 폴리에스테르 수지의 발포시트로서, 발포시트의 단위면적 100 cm2 당 두께편차는 15% 이하이고, 발포시트의 셀 사이즈는 평균 100 ㎛ 내지 700 ㎛인 것을 특징으로 하는 발포시트를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 발포시트는 0.5 중량% 내지 5 중량%의 탄산칼슘(CaCO3)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 발포시트는 1 중량% 내지 5 중량%, 1.5 중량% 내지 4.5 중량% 또는 2 중량% 내지 3.5 중량%의 탄산칼슘(CaCO3)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘(CaCO3)은 부정형의 형상일 수 있다. 상기와 같이 탄산칼슘을 포함함으로써, 본 발명의 발포시트는 시트표면이 균일하며 우수한 열 성형성을 나타낼 수 있다.
하나의 예시에서, 발포시트의 셀 사이즈는 평균 100 ㎛ 내지 700 ㎛일 수 있다. 구체적으로 상기 발포시트의 셀 사이즈는 평균 150 ㎛ 내지 650 ㎛, 150 ㎛ 내지 350 ㎛ 또는 300 ㎛ 내지 600 ㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로 발포시트의 셀 사이즈는 평균 200 ㎛ 내지 350 ㎛ 또는 350 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다. 상기와 같은 셀 사이즈는 탄산칼슘이 폴리에스테르 수지에 균일하게 혼합되어 발포되었기 때문에 형성될 수 있다.
상기 탄산칼슘의 열전도율은 1.0 kcal/mh℃ 내지 3.0 kcal/mh℃일 수 있다. 구체적으로, 탄산칼슘의 열전도율은 1.2 kcal/mh℃ 내지 2.5 kcal/mh℃, 1.5 kcal/mh℃ 내지 2.2 kcal/mh℃ 또는 1.8 kcal/mh℃ 내지 2.0 kcal/mh℃일 수 있다. 보다 구체적으로, 탄산칼슘의 열전도율은 1.5 kcal/mh℃ 내지 2.5 kcal/mh℃ 또는 1.8 kcal/mh℃ 내지 2.3 kcal/mh℃일 수 있다. 상기와 같이 탄산칼슘을 포함하는 발포시트는 우수한 열전도율을 나타냄으로써 균일한 표면을 가지고, 우수한 열 성형성을 나타낼 수 있다.
또한, 발포시트의 밀도는 평균 100 ㎏/㎥ 내지 500 ㎏/㎥일 수 있다. 구체적으로 상기 발포시트의 밀도는 평균 100 ㎏/㎥ 내지 450 ㎏/㎥, 150 ㎏/㎥ 내지 400 ㎏/㎥ 또는 150 ㎏/㎥ 내지 300 ㎏/㎥일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 발포시트의 밀도는 평균 100 ㎏/㎥ 내지 300 ㎏/㎥ 또는 150 ㎏/㎥ 내지 250 ㎏/㎥일 수 있다. 상기와 같은 밀도는 탄산칼슘이 폴리에스테르 수지에 균일하게 혼합되어 발포되었기 때문에 형성될 수 있다. 이에 따라, 발포시트의 셀 밀도가 높아지며 내충격성이 우수할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 발포시트의 두께는 0.5 ㎜ 내지 5.0 ㎜일 수 있다. 구체적으로, 상기 발포시트의 두께는 1.0 ㎜ 내지 5.0 ㎜, 1.5 ㎜ 내지 4.0 ㎜ 또는 2.0 ㎜ 내지 3.0 ㎜일 수 있으며, 보다 구체적으로 발포시트의 두께는 1.0 ㎜ 내지 3.0㎜ 또는 2.0 ㎜ 내지 3.5㎜일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발포시트의 두께 편차는 단위면적 100 cm2 당 15% 이하일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 발포시트의 두께 편차는 12% 이하, 10% 이하, 8% 이하 또는 7% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명에 따른 발포시트의 두께편차는 1 내지 10% 또는 5 내지 8%일 수 있다.
본 발명에서 폴리에스테르 수지는 디카복실산 성분과 글리콜 성분 또는 히드록시카복실산으로부터 합성된 방향족 및 지방족 폴리에스테르 수지로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)가 사용될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 발포시트의 융점은 245℃ 내지 253℃일 수 있다. 구체적으로, 발포시트의 융점은 247℃ 내지 251.5℃, 248℃ 내지 253℃ 또는 249.5℃ 내지 252℃일 수 있다. 보다 구체적으로, 발포시트의 융점은 248℃ 내지 251℃일 수 있다.
또 하나의 예시에서, 본 발명에 따른 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 325% 내지 450%일 수 있다. 구체적으로, 발포시트는 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 340% 내지 420%, 400% 내지 440% 또는 350% 내지 430%일 수 있다. 보다 구체적으로, 발포시트는 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 345% 내지 355%일 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트는 탄산칼슘 및 폴리에스테르 수지를 포함하고, 융점이 252℃ 내지 260℃이며, 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃ 일 때, 신율은 230% 내지 500%일 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 발포시트의 융점은 252℃ 내지 260℃일 수 있다. 구체적으로, 발포시트의 융점은 252.5℃ 내지 258℃ 또는 253℃ 내지 256℃일 수 있다. 보다 구체적으로, 발포시트의 융점은 253.5℃ 내지 255℃일 수 있다.
또 하나의 예시에서, 본 발명에 따른 발포시트는 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 230% 내지 500%일 수 있다. 구체적으로, 상기 조건에서 발포시트의 신율은 240% 내지 400%, 260% 내지 350% 또는 245% 내지 300%일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 조건에서 발포시트의 신율은 240% 내지 300% 또는 250% 내지 280%일 수 있다.
상기와 같은 탄산칼슘 및 폴리에스테르 수지를 포함함으로써, 본 발명에 따른 발포시트는 우수한 내열성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 하기 수학식 1을 만족할 수 있다:
[수학식 1]
50% ≤ |V1-V0|/V0 × 100 ≤ 300%
상기 수학식 2에서,
V0은 200℃ 오븐에 30 초 동안 노출 전 발포시트의 체적(mm3)이고,
V1은 200℃ 오븐에 30 초 동안 노출 후 발포시트의 체적(mm3)이다.
구체적으로, 상기 발포시트의 샘플을 200℃ 오븐에 30 초 동안 노출시키기 전 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 상기 발포시트를 포함하는 식품 용기의 열에 실제 사용 환경과 대응하는 측정치이다. 예를 들어, 상기 체적은, 발포시트의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 1에 따른 치수 변화율은 50 내지 300%, 50 내지 250%, 50 내지 200%, 50 내지 150%, 50 내지 100%, 50 내지 80%, 80 내지 300%, 100 내지 300%, 150 내지 300%, 200 내지 300%, 250 내지 300%, 80 내지 250%, 또는 100 내지 200% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 1의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 발포시트는 높은 온도 환경에서의 사용에도 형태 변화가 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 발포시트는 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 발포시트는, 배리어(Barrier) 성능, 친수화 기능 또는 방수 기능을 가질 수 있으며, 계면활성제, 친수화제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 수지 발포시트는 증점제, 열안정제 및 발포제를 포함할 수 있다.
상기 증점제는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서는 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)가 사용될 수 있다.
상기 열안정제는, 유기 또는 무기인 화합물일 수 있다. 상기 유기 또는 무기인 화합물은, 예를 들어, 인산 및 그 유기 에스테르, 아인산 및 그 유기 에스테르일 수 있다. 예를 들어, 상기 열안정제는 상업적으로 입수 가능한 물질로서, 인산, 알킬 포스페이트 또는 아릴 포스페이트일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 열안정제는 트리페닐 포스페이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 수지 발포시트의 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 것이라면, 통상적인 범위 내에서 제한 없이 사용 가능하다.
상기 발포제의 예로는, N2, CO2, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 메틸클로라이드 등의 물리적 발포제를 포함하며, 구체적으로 본 발명에서는 부탄을 포함할 수 있다.
본 발명은, 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘(CaCO3)을 압출기에 도입하고 압출 발포하여 발포시트를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 탄산칼슘은 0.5 중량% 내지 5 중량%로 첨가하는 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법을 제공한다.
하나의 예시에서, 상기 탄산칼슘은 0.5 중량% 내지 5 중량%으로 첨가될 수 있다. 구체적으로, 상기 탄산칼슘은 1 중량% 내지 5 중량%, 1.5 중량% 내지 4.5 중량% 또는 2 중량% 내지 3.5 중량%으로 첨가될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탄산칼슘은 1.0 중량% 내지 3.0 중량% 또는 3.0 중량% 내지 4.5 중량%으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘(CaCO3)은 부정형의 형상일 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘은 마스터배치 형태로 압출기에 투입할 수 있다. 상기와 같이 탄산칼슘을 첨가함으로써, 시트표면이 균일하고 우수한 열 성형성을 나타내는 발포시트를 제조할 수 있다. 또한, 폴리에스테르 수지 내에 탄산칼슘이 균일하게 분포하여 상기 수지를 압출 발포한 발포시트는 열 전도율이 높아져 발포시트 성형시에 발포시트가 찢어지는 문제를 해결할 수 있다. 한편, 상기 탄산칼슘(CaCO3)은 무기입자일 수 있으며, 탄산칼슘(CaCO3) 외에 산화티탄(TiO2) 또는 활석(Talc) 등을 이용할 수 있다.
하나의 예시에서, 탄산칼슘의 크기는 평균 1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 탄산칼슘의 크기는 평균 1.5 ㎛ 내지 4 ㎛, 1.5 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 또는 3.5 ㎛ 내지 4.5 ㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 탄산칼슘의 크기는 평균 1.5 ㎛ 내지 3.5 ㎛ 또는 2 ㎛ 내지 3 ㎛일 수 있다.
하나의 예시에서, 폴리에스테르 수지를 압출기에 도입하는 단계는 폴리에스테르 수지는 펠렛(pellet), 그래뉼(granule), 비드(bead), 칩(chip) 등의 형태를 가질 수 있으며, 경우에 따라서는 분말(powder) 형태로 압출기에 도입될 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지는 디카복실산 성분과 글리콜 성분 또는 히드록시카복실산으로부터 합성된 방향족 및 지방족 폴리에스테르 수지로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)가 사용될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 융점이 245℃ 내지 253℃인 발포시트를 제조할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 발포시트의 제조방법은 융점이 247℃ 내지 251.5℃, 248℃ 내지 253℃ 또는 249.5℃ 내지 252℃인 발포시트를 제조할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 발포시트의 제조방법은 융점이 248℃ 내지 251℃인 발포시트를 제조할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 325% 내지 450%인 발포시트를 제조할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 발포시트의 제조방법은 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 340% 내지 420%, 400% 내지 440% 또는 350% 내지 430%인 발포시트를 제조할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 발포시트의 제조방법은 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 345% 내지 355%인 발포시트를 제조할 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 융점이 252℃ 내지 260℃인 발포시트를 제조할 수 있다. 구체적으로, 발포시트의 제조방법은 융점이 252.5℃ 내지 258℃ 또는 253℃ 내지 256℃인 발포시트를 제조할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 융점이 253.5℃ 내지 255℃ 인 발포시트를 제조할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 발포시트는 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 230% 내지 500%인 발포시트를 제조할 수 있다. 구체적으로, 발포시트의 제조방법은 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때, 신율은 240% 내지 400%, 260% 내지 350% 또는 245% 내지 300%인 발포시트를 제조할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 발포시트의 제조방법은 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때, 신율이 240% 내지 300% 또는 250% 내지 280%인 발포시트를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 압출기에 도입된 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 압출기에 투입하고 용융하여 압출 발포하여 발포시트를 제조할 수 있다. 구체적으로, 폴리에스테르 수지칩 및 탄산칼슘을 혼합한 혼합물을 용융하여 압출 발포할 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 용융하는 과정은 260℃ 내지 300℃의 온도에서 수행될 수 있다.
하나의 예시에서, 발포시트를 제조하는 단계는 탄산칼슘을 포함하는 폴리에스테르 수지를 발포시켜 발포시트를 제조하는 발포 공정을 포함할 수 있다. 상기 발포 공정은, 다양한 형태의 압출기를 이용하여 수행 가능하다. 발포 공정은, 크게 비드 발포 또는 압출 발포를 통해 수행할 수 있으며, 압출 발포가 바람직하다. 상기 압출 발포는, 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 및 압축강도를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 발포시트의 평균 셀 사이즈를 100 ㎛ 내지 700 ㎛의 크기로 형성할 수 있다. 구체적으로 발포시트의 평균 셀 사이즈는 사이즈는 100 ㎛ 내지 600 ㎛, 100 ㎛ 내지 500 ㎛, 100 ㎛ 내지 400 ㎛, 100 ㎛ 내지 300 ㎛, 150 ㎛ 내지 650 ㎛, 150 ㎛ 내지 350 ㎛ 또는 300 ㎛ 내지 600 ㎛의 크기로 형성할 수 있으며, 보다 구체적으로 발포시트의 평균 셀 사이즈는 200 ㎛ 내지 350 ㎛ 또는 350 ㎛ 내지 500 ㎛의 크기로 형성할 수 있다. 상기와 같은 평균 셀 사이즈는 탄산칼슘이 폴리에스테르 수지에 균일하게 혼합되어 발포되었기 때문에 형성될 수 있다. 이에 따라, 발포시트의 평균 밀도가 높아지며 내충격성이 우수할 수 있다.
본 발명의 발포시트를 제조하는 단계는 발포시트를 0.5 ㎜ 내지 5.0 ㎜의 두께로 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 발포시트를 1.0 ㎜ 내지 5.0 ㎜, 1.5 ㎜ 내지 4.0 ㎜ 또는 2.0 ㎜ 내지 3.0 ㎜의 두께로 형성할 수 있으며, 보다 구체적으로 발포시트는 1.0 ㎜ 내지 3.0 ㎜ 또는 2.0 ㎜ 내지 3.5 ㎜의 두께로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 평균 15% 이하의 두께 편차를 나타내는 발포시트를 제조할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 평균 12% 이하, 10% 이하, 8% 이하 또는 7% 이하의 두께편차를 나타내는 발포시트를 제조할 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 평균 1 내지 10% 또는 5 내지 8%의 두께편차를 나타내는 발포시트를 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 단위면적 100cm2 당 1 내지 5.5% 또는 3 내지 5%의 두께편차를 나타내는 발포시트를 제조할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명의 발포시트의 제조방법은 밀도가 평균 100 ㎏/㎥ 내지 500 ㎏/㎥인 발포시트를 제조할 수 있다. 구체적으로 상기 발포시트의 제조방법은 밀도가 평균 100 ㎏/㎥ 내지 450 ㎏/㎥, 150 ㎏/㎥ 내지 400 ㎏/㎥ 또는 150 ㎏/㎥ 내지 300 ㎏/㎥인 발포시트를 제조할 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 발포시트의 제조방법은 밀도가 평균 100 ㎏/㎥ 내지 300 ㎏/㎥ 또는 150 ㎏/㎥ 내지 250 ㎏/㎥인 발포시트를 제조할 수 있다. 상기와 같은 밀도는 탄산칼슘이 폴리에스테르 수지에 균일하게 혼합되어 발포되었기 때문에 형성될 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포시트를 제조하는 단계는, 다양한 형태의 첨가제가 투입될 수 있다. 상기 첨가제는 필요에 따라, 유체 연결 라인 중에 투입되거나, 혹은 발포 공정 중에 투입될 수 있다. 첨가제의 예로는, 배리어(Barrier) 성능, 친수화 기능 또는 방수 기능을 가질 수 있으며, 증점제, 계면활성제, 친수화제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 기핵제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기능성 첨가제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 발포시트 제조방법은 증점제, 기핵제, 열안정제 및 발포제 중 1종 이상을 투입할 수 있으며, 앞서 열거된 기능성 첨가제들 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 발포시트를 제조하는 단계는 증점제, 친수화제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 유체 연결 라인 중에 투입할 수 있다. 발포시트 제조시 필요한 첨가제 중에서, 유체 연결 라인 중에 투입되지 않은 첨가제는, 압출 공정 중에 투입 가능하다.
상기 증점제는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서는 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)가 사용될 수 있다.
상기 열안정제는, 유기 또는 무기인 화합물일 수 있다. 상기 유기 또는 무기인 화합물은, 예를 들어, 인산 및 그 유기 에스테르, 아인산 및 그 유기 에스테르일 수 있다. 예를 들어, 상기 열안정제는 상업적으로 입수 가능한 물질로서, 인산, 알킬 포스페이트 또는 아릴 포스페이트일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 열안정제는 트리페닐 포스페이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 수지 발포시트의 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 것이라면, 통상적인 범위 내에서 제한 없이 사용 가능하다.
상기 발포제의 예로는, N2, CO2, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 메틸클로라이드 등의 물리적 발포제를 사용할 수 있으며, 구체적으로 본 발명에서는 부탄이 사용될 수 있다.
또한, 방수제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴르클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리 우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 등의 혼합물을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 식품용기의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 식품용기는 위에서 바라본 모양이 원형 또는 사각형일 수 있다.
아울러, 본 발명은, 0.5 중량% 내지 5 중량%의 탄산칼슘을 함유하는 폴리에스테르 수지의 발포시트를 포함하는 식품용기를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 탄산칼슘의 함량은 0.5 중량% 내지 5 중량%이며, 융점은 245℃ 내지 253℃이고, 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 325% 내지 450%이고, 하기 수학식 2를 만족하는 식품용기를 제공한다:
[수학식 2]
H/D ≥ 0.4
수학식 2에서,
수용부를 포함하는 식품용기를 형성하되,
H는 수용용부 외측의 깊이를 나타내고, 7 cm 내지 15 cm이며,
D는 수용부 상단의 외측의 길이를 나타낸 것이고, 단위는 cm이다.
상기 폴리에스테르 수지는 산 성분과 디올 성분으로부터 유도되는 반복단위를 포함할 수 있다. 구체적으로, 폴리에스테르 수지는 디카복실산 성분과 글리콜 성분 또는 히드록시카복실산으로부터 합성된 방향족 및 지방족 폴리에스테르 수지로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)가 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 무기입자의 함량은 0.5 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 구체적으로, 무기입자의 함량은 1 중량% 내지 5 중량%, 1.5 중량% 내지 4.5 중량% 또는 2 중량% 내지 3.5 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로, 무기입자의 함량은 0.8 중량% 내지 1.3 중량%일 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 식품용기의 융점은 245℃ 내지 253℃일 수 있다. 구체적으로, 식품용기의 융점은 247℃ 내지 251.5℃, 248℃ 내지 253℃ 또는 249.5℃ 내지 252℃일 수 있다. 보다 구체적으로, 식품용기의 융점은 248℃ 내지 251℃일 수 있다.
또 하나의 예시에서, 본 발명에 따른 식품용기의 발포시트는 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 325% 내지 450%일 수 있다. 구체적으로, 식품용기의 발포시트는 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율이 340% 내지 420%, 400% 내지 440% 또는 350% 내지 430%일 수 있다. 보다 구체적으로, 식품용기의 발포시트는 접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율이 345% 내지 355%일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 식품용기의 모식도로서, 본 발명의 식품용기는 위에서 바라본 모양이 원형 또는 사각형일 수 있다.
상기와 같은 폴리에스테르 및 탄산칼슘를 포함함으로써, 본 발명에 따른 식품용기는 우수한 가공성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 하기 수학식 2을 만족할 수 있다:
[수학식 2]
H/D ≥ 0.4
수학식 1에서,
수용부를 포함하는 식품용기를 형성하되,
H는 수용부의 외측의 깊이를 나타내고, 7 cm 내지 15 cm이며,
D는 수용부 상단의 외측의 길이를 나타낸 것이고, 단위는 cm이다. 예를 들어, 상기 수학식 1에서 H/D 값은 0.4 내지 1.0, 0.5 내지 0.95 또는 0.6 내지 0.8일 수 있다. 구체적으로, 상기 수학식 1에서 H 값은 7 cm 내지 15 cm, 8 cm 내지 11 cm 또는 10 cm 내지 14 cm일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 수학식 1에서 H 값은 9 cm 내지 12 cm일 수 있다. 상기와 같은 H/D 값을 가지는 것으로 보아, 본 발명의 식품용기는 성형성이 우수하여 딥 성형이 가능한 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 식품용기는 측/하 두께 비율(측면의 두께/바닥면의 두께)은 0.8 이상일 수 있다. 구체적으로, 식품용기의 측/하 두께 비율은 0.85 이상, 0.9 이상 또는 0.95 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 식품용기의 측/하 두께 비율은 0.85 내지 1.0 또는 0.9 내지 0.97일 수 있다. 이때, 측면의 두께는 식품용기의 높이방향으로 정 가운데 지점의 측면의 두께를 측정한 값이고, 바닥면의 두께는 식품용기의 바닥면의 가로 및 세로의 정 중앙 지점의 두께를 측정한 값을 말한다.
하나의 예시에서, 본 발명의 식품용기는 압축 강도가 5 kgf·cm/cm2 내지 25 kgf·cm/cm2일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 식품용기는 H/D 값이 0.6인 경우, 압축 강도가 7 kgf·cm/cm2 내지 22 kgf·cm/cm2, 8 kgf·cm/cm2 내지 15 kgf·cm/cm2 또는 12 kgf·cm/cm2 내지 20 kgf·cm/cm2일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 식품용기는 압축 강도가 10 kgf·cm/cm2 내지 15 kgf·cm/cm2일 수 있다. 상기와 같은 압축 강도를 가짐으로써, 본 발명의 식품용기는 내구성이 우수할 수 있다.
아울러, 본 발명은, 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 함유하는 발포시트를 포함하고, 상기 탄산칼슘의 함량은 0.5 중량% 내지 5 중량%이며, 발포시트의 융점은 252℃ 내지 260℃이고, 접촉 혹은 비접촉 가열 후 표면 온도가 160℃일 때 발포시트의 신율은 230% 내지 500%이며, 하기 수학식 3을 만족하는 식품용기를 제공한다:
[수학식 3]
0.01 ≤ H/D ≤ 0.4
수학식 3에서,
수용부를 포함하는 식품용기를 형성하되,
H는 수용부의 외측의 깊이를 나타내고, 1 cm 내지 8 cm이며,
D는 수용부 상단의 외측의 길이를 나타낸 것이고, 단위는 cm이다.
도 2는 본 발명에 따른 식품용기의 모식도로서, (a)는 식품용기를 상단에서 바라본 이미지이고, (b)는 식품용기의 측면 단면도를 나타낸 이미지이다. 도 2에서 H는 수용부의 내측의 깊이를 나타내고, 1 cm 내지 8 cm이며, D는 수용부 상단의 외측의 길이를 나타낸 것이다. 식품용기가 직사각형인 경우, D은 D1 및 D2의 평균값을 기준으로 H/D 값을 계산할 수 있다. 하기에 본 발명의 식품용기의 구조에 대해 상세하게 서술하도록 한다.
예를 들어, 상기 수학식 3에서 H/D 값은 0.01 내지 0.37, 0.05 내지 0.35 또는 0.1 내지 0.38일 수 있다. 구체적으로, 상기 수학식 3에서 H 값은 1.5 cm 내지 7.0 cm, 2.0 cm 내지 5.0 cm 또는 4.0cm 내지 7.5cm일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 수학식 2에서 H 값은 3.0 cm 내지 6.0 cm 또는 2.5 cm 내지 4.5cm일 수 있다.
상기 식품용기는 바닥부 및 바닥부의 둘레를 따라 상단이 개방된 상태의 벽부를 포함하고, 상기 바닥부의 평균 두께 및 벽부의 평균 두께는 각각 0.8 내지 2.0 mm 범위이며, 상기 바닥부의 평균 두께(Ta) 및 벽부의 평균 두께(Tb) 의 비율(Ta:Tb) 은 1:0.80 내지 1.20 범위일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바닥부의 평균 두께 및 벽부의 평균 두께는 각각 0.8 내지 2.0 mm, 0.9 내지 1.8 mm, 1.0 내지 1.6 mm, 1.1 내지 1.4 mm 또는 1.2 내지 1.3 mm 일 수 있다. 한편, 식품 포장용기(10)의 바닥부(11) 및 벽부(12)가 상기 범위일 때, 경량화를 구현하면서 동시에 강도 및 강성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 바닥부의 평균 두께(Ta) 및 벽부의 평균 두께(Tb)의 비율(Ta:Tb)은 1:0.95 내지 1.05 범위일 수 있다. 일 예로, 상기 바닥부의 평균 두께(Ta) 및 벽부의 평균 두께(Tb)의 비율(Ta:Tb)은 1:0.95 내지 1.0 범위 또는 1:0.97 내지 0.99 범위일 수 있다.
이때, 측면의 두께는 식품용기의 높이방향으로 정 가운데 지점의 측면의 두께를 측정한 값이고, 바닥면의 두께는 식품용기의 바닥면의 가로 및 세로의 정 중앙 지점의 두께를 측정한 값을 말한다.
하나의 예시에서, 본 발명의 식품용기는 압축 강도가 11 kgf·cm/cm2 내지 40 kgf·cm/cm2일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 식품용기는 H/D 값이 0.4인 경우, 압축 강도가 17 kgf·cm/cm2 내지 22 kgf·cm/cm2 또는 18 kgf·cm/cm2 내지 23 kgf·cm/cm2일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 식품용기는 압축 강도가 19 kgf·cm/cm2 내지 21 kgf·cm/cm2일 수 있다. 상기와 같은 압축 강도를 가짐으로써, 본 발명의 식품용기는 내구성이 우수할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 본 발명의 식품용기는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다:
[수학식 4]
|V3-V2|/V2 × 100 ≤ 10%
상기 수학식 4에서,
V2은 1kw 전자레인지에 5분 동안 노출 전 용기의 체적(mm3)이고,
V3은 1kw 전자레인지에 5분 동안 노출 후 용기의 체적(mm3)이다.
구체적으로, 상기 용기의 샘플을 1kw 전자레인지에 5분 동안 노출시키기 전 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 상기 발포시트를 포함하는 식품 용기의 열에 실제 사용 환경과 대응하는 측정치이다. 예를 들어, 상기 용기의 체적은, 용기 개구부의 가로, 용기 개구부의 세로, 및 용기의 높이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 4에 따른 치수 변화율은 0.01 내지 10%, 0.01 내지 8%, 0.01 내지 6%, 0.01 내지 4%, 0.01 내지 2%, 0.01 내지 1%, 1 내지 10%, 2 내지 10%, 4 내지 10%, 6 내지 10%, 또는 8 내지 10% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 4의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 식품용기는 높은 온도 환경에서의 사용에도 형태 변화가 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 식품용기는 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
탄산칼슘 1 중량%와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지를 혼합하고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지 100중량부를 기준으로, 피로멜리틱 디언하이드리드 0.5 중량부 및 Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 부탄을 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지 100 중량부를 기준으로 1 중량부 투입하고 압출발포 하였으며, 2mm 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지 발포시트를 제조하였다.
제조예 2
탄산칼슘(CaCO3)를 1.5 중량%로 첨가한 것을 제외하고, 제조예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
제조예 3
탄산칼슘(CaCO3)를 3.0 중량%로 첨가한 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
제조예 4
탄산칼슘(CaCO3)를 4.5 중량% 첨가한 것을 제외하고, 제조예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
비교제조예 1
탄산칼슘(CaCO3)를 5.3 중량% 첨가한 것을 제외하고, 제조예 4와 동일하게 발포시트를 제조하였다.
비교제조예 2
탈크(Talc)를 0.6 중량% 첨가한 것을 제외하고, 제조예 1과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
비교제조예 3
탈크(Talc)를 1.0 중량% 첨가한 것을 제외하고, 제조예 1과 동일하게 식품용기를 제조하였다.
실시예 1
제조예 1에서 제조된 발포시트를 IR 방식의 세라믹 히터(Heater)존을 통과하며 상부 히터(Heater) 400℃, 하부 히터(Heater) 280℃, 체류시간 30초로 세팅(Setting)하여 발포시트의 표면온도가 160℃가 되도록 한 후, 금형 온도 플러그(Plug 60℃), 몰드(Mold) 120℃로 7초간 압축(Press)하여 식품용기를 제조하였다.
이때, H/D는 0.38으로 깊이(H)는 5cm, 상단길이는 13cm인 사각형의 식품용기를 제조하였다.
실시예 2
제조예 2에서 제조된 발포시트를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
실시예 3
금형에 8초간 압축시킨 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
실시예 4
제조예 3에서 제조한 발포시트를 금형에 6초간 압축한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
실시예 5
제조예 4에서 제조한 발포시트 사용한 것을 제외하고 실시예 4와 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
비교예 1
비교제조예 1에서 제조한 발포시트를 사용한 것을 제외하고 실시예 4와 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
비교예 2
비교제조예 2에서 제조한 발포시트를 사용한 것을 제외하고 실시예 3과 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
비교예 3
비교제조예 3에서 제조한 발포시트를 사용하고 금형에 10초간 압축시킨 것을 제외하고 비교예 2와 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
실험예 1
본 발명에 따른 발포시트의 물성을 확인하기 위하여, 제조예 1 내지 제조예 4 및 비교제조예 1 내지 비교제조예 3의 발포시트를 대상으로 두께편차를 측정하고, 실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조된 식품용기를 대상으로 성형성에 대한 실험을 하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 제조예 1의 발포시트를 대상으로 발포시트의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
이때, 성형성 실험은 Heater 상부 400℃, 하부 320℃로 가열하여 발포시트의 표면온도가 155℃ 내지 160℃가 되면 80℃ 온도의 금형으로 성형하여 발포시트의 성형도를 관찰하였다.
제조예1 제조예2 제조예3 제조예4 비교
제조예1		 비교
제조예2		 비교
제조예3
탄산칼슘(CaCO3) 탈크
(3MgO4-SiOH-2O)
무기입자 부정형 판상형
열전도율(kcal/mh℃) 2.16 1.44
투입량
(중량%)		 1.0 1.5 3.0 4.5 5.3 0.6 1.0
주름(ea) 없음 없음 없음 미세하게 발생 20 없음 24
두께편차(%) 7 8 10 10 18 10 20
성형시간(s) 7 7 6 6 6 8 10
성형성(실시예) ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ○ X
표 1을 살펴보면, 제조예 1 내지 제조예 4의 발포시트는 두께편차가 10% 이하로 표면의 균일한 것을 알 수 있다. 반면, 비교제조예 1은 탄산칼슘의 투입량이 5.3중량%으로 많은 양을 함유하여 발포공정에서 압출다이 이후 주름이 발생하고 두께편차가 15% 이상(구체적으로 18%)으로 나타난 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교제조예 2 및 3은 탈크를 포함하는 발포시트로 두께 편차가 10% 이상이며, 비교제조예 3은 20%로 표면이 상대적으로 불균일하고 동일함량의 탄산칼슘을 포함하는 제조예 1과 비교해서 발포공정에서 압출다이 이후 주름이 발생하고 두께 편차가 크다는 것을 것을 알 수 있다.또한, 본 발명에 따른 발포시트를 성형하여 식품용기로 제조하여 성형성 실험한 결과, 실시예 1 내지 실시예 5는 성형성이 전반적으로 양호한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 실시예 2 내지 5는 미세윤곽도 양호한 동시에 주름도 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 3 내지 5는 탄산칼슘의 영향으로 낮은 온도에서도 성형성이 양호한 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1은 성형성은 미세윤곽이 양호한 것으로 나타났으나 발포공정 중 많은 양의 탄산칼슘의 영향으로 주름이 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 3을 살펴보면, 실시예 1의 발포시트는 셀 발현 균일도가 균일한 것을 알 수 있다. 구체적으로, 실시예 1의 발포시트의 셀 사이즈는 평균 350 ㎛ 내지 500 ㎛인 것을 확인할 수 있다.
또한, 표 1 및 도 4를 살펴보면, 제조예 1 내지 제조예 4의 발포시트는 제조하는 과정의 발포공정에서 압출다이 이후에 주름이 형성되지 않거나 미세하게 발생하는 반면, 비교예 1 및 비교예 3의 발포시트는 발포공정에서 압출다이 이후에 주름이 20 내지 24개가 형성되는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 도 4의 (a)는 제조예 1의 발포시트의 이미지이고, (b)는 비교제조예 1의 발포시트의 이미지이다.
이를 통해서, 본 발명에 따른 발포시트는 탄산칼슘을 일정 함량으로 포함함으로써, 발포시트 제조과정에서 주름이 형성되지 않고 발포시트의 두께가 일정하며 성형시에 성형성이 우수한 것을 알 수 있다.
제조예 5
탄산칼슘 1.0 중량%와 융점이 249℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 혼합하고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 100 중량부를 기준으로, 피로멜리틱 디언하이드리드 0.5중량부 및 Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 부탄을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 100 중량부를 기준으로 3 중량부 투입하고 압출발포 하였으며, 2mm 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 발포시트를 제조하였다.
제조예 6
탄산칼슘(CaCO3)를 3.0 중량% 첨가한 것을 제외하고, 제조예 5와 동일하게 발포시트를 제조하였다.
비교제조예 4
융점이 254℃인 폴리에스테르 수지를 사용한 것을 제외하고, 제조예 5와 동일하게 발포시트를 제조하였다.
비교제조예 5
탈크(Talc)를 1.0 중량% 첨가한 것을 제외하고, 제조예 5와 동일하게 발포시트를 제조하였다.
실시예 6
제조예 5에서 제조된 발포시트를 IR 방식의 세라믹 히터(Heater)존을 통과하며 상부 히터(Heater) 380℃, 하부 히터(Heater) 260℃, 체류시간 24초로 세팅(Setting)하여 발포 시트의 표면온도가 160℃가 되도록 한 후, 금형 온도 플러그(Plug) 60℃, 몰드(Mold) 120℃로 10초간 압축(Press)하여 용기를 제조하였다.
금형의 H/D는 0.59으로 깊이(H)는 8.5cm, 상단길이는 14.5cm인 원형 모양의 식품용기를 제조하였다.
실시예 7
제조예 6에서 제조된 발포시트를 사용한 것을 제외하고 실시예 6과 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
비교예 4
비교제조예 4에서 제조된 발포시트를 사용한 것을 제외하고 실시예 6과 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
비교예 5
비교제조예 5에서 제조된 발포시트를 사용한 것을 제외하고 실시예 6과 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
실험예 2
본 발명에 따른 발포시트 및 식품용기의 물성을 확인하기 위하여, 제조예 5와 제조예 6의 발포시트를 대상으로 두께편차, 융점, 고온 신율을 측정하였고, 실시예 6과 실시예 7의 식품용기를 대상으로 성형성 및 압축강도를 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 또한, 제조예 5의 발포시트를 대상으로 발포시트의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
이때, 고온신율은 인장강도 시험기를 오븐 안에 위치시켜, 시편사이즈는 높이 70mm × 너비 25mm로, Test Speed 50mm/min, 갭 사이즈는 20mm로 측정하였으며, 오븐 온도 200℃에서 30초간 체류한 후 측정하였다.
제조예 5 제조예 6 비교제조예 4 비교제조예 5
Sheet 무기입자 탄산칼슘 탄산칼슘 탄산칼슘 Talc
함량 (중량%) 1 3 3 1
고온신율(%) 350 420 270 280
두께편차(%) 3 4 6 15
표 2를 살펴보면, 제조예 5 및 제조예 6의 발포시트는 두께편차가 5% 미만으로 비교제조예 4 및 5의 발포시트가 6% 이상인 것과 비교하여, 본 발명에 따른 발포시트는 두께가 일정하며 표면이 균일한 것을 확인할 수 있다. 또한, 고온신율이 350% 이상으로 비교제조예 4 및 5의 발포시트가 280% 이하인 것인 점을 감안하면 본 발명에 따른 발포시트는 고온신율이 우수한 것을 확인할 수 있다. 이를 통해서, 본 발명에 따른 발포시트는 성형성이 우수하여 딥 성형에 유리하며, 발포시트의 표면이 균일한 것을 확인하였다. 또한, 도 5를 살펴보면, 실시예 5의 발포시트는 셀 발현 균일도가 균일한 것을 알 수 있다.
실험예 3
본 발명에 따른 식품용기의 물성을 확인하기 위하여, 실시예 6, 실시예 7, 비교예 4 및 비교예 5의 식품용기를 대상으로 측/하 두께비, 내열성 및 압축강도를 측정하였으며, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
이때, 측하두께비는 측면과 바닥면의 정 중앙부의 두께를 측정하여 측면 두께 대비 바닥면(하부) 두께의 비율을 나타냈다.
또한, 내열성 측정은 80℃의 물을 식품용기에 넣고 2분간 1kw 전자레인지를 이용하여 가열한 후 측정하였으며, O는 육안으로 판단하였을 때 형태의 미변형을 의미하고, X는 형태의 변형을 의미한다.
아울러, 압축강도는 인장강도 시험기를 이용하여, 식품용기의 바닥면이 위로가게 위치한 후, Test Speed 50mm/min으로 압축하였을 때 최대 하중을 측정하였다.
실시예 6 실시예 7 비교예 4 비교예 5
성형 측/하 두께비 0.85 0.9 파단발생 0.72
내열성 (100℃) O O O O
압축강도(kgf·cm/cm2) 11 13 - 7
표 3을 살펴보면, 실시예 6 및 실시예 7은 측/하 두께비가 0.85 이상으로 측면과 바닥면의 두께비가 비슷한 반면, 비교예 4는 딥 성형시에 파단이 발생하여 측/하 두께비는 측정하지 못하였으며, 비교예 5는 0.8 미만으로 본 발명의 식품용기와 비교하여 바닥면이 측면 보다 좀 더 두꺼운 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 6 및 실시예 7은 1kw 전자레인지를 사용하여 가열하였을 때 형태가 변형되지 않아 내열성이 우수한 것을 알 수 있다. 더불어, 실시예 6 및 실시예 7는 11 kgf·cm/cm2 이상의 압축강도를 나타내어 탈크를 포함하는 비교예 5와 대비하여 우수한 강도를 가지는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 발포시트를 포함하는 식품용기는 H/D 값이 0.4 이상이며, 우수한 압축강도는 나타내는 것을 알 수 있다.
제조예 7
탄산칼슘 1.0 중량%와 융점이 254℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 혼합하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 100중량부를 기준으로, 피로멜리틱 디언하이드리드 0.5중량부 및 Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 부탄을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 100 중량부를 기준으로 3 중량부 투입하고 압출발포 하였으며, 2mm 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 제조하였다.
제조예 8
탄산칼슘(CaCO3)를 3.0 중량% 첨가한 것을 제외하고, 제조예 7과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
비교제조예 6
탈크(Talc)를 0.6 중량% 첨가한 것을 제외하고, 제조에 7과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
비교제조예 7
탈크(Talc)를 1.0 중량% 첨가한 것을 제외하고, 제조예 7과 동일하게 발포시트를 제조하였다.
실시예 8
제조예 7에서 제조된 발포시트를 IR 방식의 세라믹 히터(Heater)존을 통과하며 상부 히터(Heater) 400℃, 하부 히터(Heater) 280℃, 체류시간 30초로 세팅(Setting)하여 발포시트의 표면온도가 160℃가 되도록 한 후, 금형 온도 플러그(Plug) 60℃, 몰드(Mold) 120℃로 10초간 압축(Press)하여 식품용기를 제조하였다.
이때, H/D는 0.38으로 깊이(H)는 5cm, 상단길이는 13cm인 사각형의 식품용기를 제조하였다.
실시예 9
제조예 8에서 제조된 발포시트를 사용한 것을 제외하고 실시예 8과 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
비교예 6
비교제조예 6에서 제조된 발포시트를 사용한 것을 제외하고 실시예 8과 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
비교예 7
비교제조예 7에서 제조된 발포시트를 사용한 것을 제외하고 실시예 8과 동일한 조건에서 식품용기를 제조하였다.
실험예 4
본 발명에 따른 발포시트 및 식품용기의 물성을 확인하기 위하여, 제조예 7과 제조예 8의 발포시트를 대상으로 두께편차, 융점, 고온 신율을 측정하였고, 실시예 8과 실시예 9의 식품용기를 대상으로 성형성 및 압축강도를 측정하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다. 또한. 제조예 7의 발포시트를 대상으로 발포시트의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
이때, 고온신율은 인장강도 시험기를 오븐 안에 위치시켜, 시편사이즈는 높이 70mm x 너비 25mm로, Test Speed 50mm/min, 갭 사이즈는 20mm로 측정하였으며, 오븐 온도 200℃에서 30초간 체류한 후 측정하였다.
제조예 7 제조예 8 비교제조예 6 비교제조예 7
Sheet 무기입자 탄산칼슘 탄산칼슘 Talc Talc
함량 (중량%) 1.0 3.0 0.6 1.0
고온신율(%) 250 270 200 220
두께편차(%) 7 6 10 20
표 4를 살펴보면, 제조예 7 및 제조예 8의 발포시트는 두께편차가 10% 이하로 비교제조예 6 및 7의 발포시트가 10% 이상인 것과 비교하여, 본 발명에 따른 발포시트는 두께가 일정하며 표면이 균일한 것을 확인할 수 있다. 또한, 제조예 7 및 제조예 8의 발포시트는 고온신율이 250% 이상으로 비교제조예 6 및 7의 발포시트가 220% 이하인 것인 점을 감안하면 본 발명에 따른 발포시트는 고온신율이 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 6을 살펴보면, 실시예 8의 발포시트는 셀 발현 균일도가 균일한 것을 알 수 있다.
실험예 5
본 발명에 따른 식품용기의 물성을 확인하기 위하여, 실시예 8, 실시예 9, 비교예 6 및 비교예 7의 식품용기를 대상으로 측/하 두께비, 내열성 및 압축강도를 측정하였으며, 그 결과를 표 5에 나타내었다.
이때, 측하두께비는 측면과 바닥면의 정 중앙부의 두께를 측정하여 측면 두께 대비 바닥면(하부) 두께의 비율을 나타냈다.
또한, 내열성 측정은 80℃의 물을 식품용기에 넣고 2분간 1kw 전자레인지를 이용하여 가열한 후 측정하였으며, O는 육안으로 판단하였을 때 형태의 미변형을 의미하고, X는 형태의 변형을 의미한다.
아울러, 압축강도는 인장강도 시험기를 이용하여, 식품용기의 바닥면이 위로가게 위치한 후, Test Speed 50mm/min으로 압축하였을 때 최대 하중을 측정하였다.
실시예 8 실시예 9 비교예 6 비교예 7
성형 측/하 두께 비율 0.9 0.93 0.78 0.65
내열성(1kw) ○ ○ Х Х
압축강도(kgf·cm/cm2) 15 20 7 8
표 5를 살펴보면, 실시예 8 및 실시예 9는 측/하 두께비가 0.9 이상으로 측면과 바닥면의 두께비가 비슷한 반면, 비교예 6 및 비교예 7은 0.8 미만으로 바닥변이 측면 보다 좀 더 두꺼운 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 8 및 실시예 9는 (1kw 전자레인지를 사용하여 가열하였을 때 형태가 변형되지 않아) 내열성이 우수한 것을 알 수 있다. 더불어, 실시예 8 및 실시예 9는 15 kgf·cm/cm2 이상의 압축강도를 나타내어 탈크를 포함하는 비교예에 대비하여 우수한 강도를 가지는 것을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 0.5 중량% 내지 5 중량%의 탄산칼슘을 포함하는 폴리에스테르 수지의 발포시트로서,
    상기 탄산칼슘은 부정형의 형상이고, 열전도율이 1.5 kcal/mh℃ 내지 2.5 kcal/mh℃이며,
    발포시트의 단위면적 100 cm2 당 두께편차는 15% 이하이고,
    발포시트의 셀 사이즈는 평균 100 ㎛ 내지 700 ㎛인 것을 특징으로 하는 발포시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    발포시트의 두께는 평균 0.5 ㎜ 내지 5 ㎜인 것을 특징으로 하는 발포시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    발포시트의 밀도는 평균 100 ㎏/㎥ 내지 500 ㎏/㎥인 것을 특징으로 하는 발포시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    폴리에스테르 수지는 디카복실산 성분과 글리콜 성분 또는 히드록시카복실산으로부터 합성된 방향족 및 지방족 폴리에스테르 수지로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 발포시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    발포시트의 융점은 평균 245℃ 내지 253℃이며,
    접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 325% 내지 450%인 것을 특징으로 하는 발포시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    발포시트의 융점은 252℃ 내지 260℃이며,
    접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일때 신율은 230% 내지 500%인 것을 특징으로 하는 발포시트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    하기 수학식 1을 만족하는 발포시트:
    [수학식 1]
    50% ≤ |V1-V0|/V0 × 100 ≤ 300%
    상기 수학식 1에서,
    V0은 200℃ 오븐에 30 초 동안 노출 전 발포시트의 체적(mm3)이고,
    V1은 200℃ 오븐에 30 초 동안 노출 후 발포시트의 체적(mm3)이다.
  8. 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘(CaCO3)을 압출기에 도입하고 압출 발포하여 발포시트를 제조하는 단계를 포함하는 제1항의 발포시트의 제조방법으로서,
    상기 탄산칼슘은 부정형의 형상이며, 열전도율이 1.5 kcal/mh℃ 내지 2.5 kcal/mh℃이고,
    상기 탄산칼슘은 0.5 중량% 내지 5 중량%로 첨가하는 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제조된 발포시트의 셀 사이즈는 평균 100 ㎛ 내지 700 ㎛인 것을 특징으로 하는 발포시트의 제조방법.
  10. 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 함유하는 발포시트를 포함하고,
    상기 탄산칼슘의 함량은 0.5 중량% 내지 5 중량%이며,
    융점은 245℃ 내지 253℃이고,
    접촉 혹은 비접촉 가열 후 발포시트 표면온도가 160℃일 때 신율은 325% 내지 450%이고,
    하기 수학식 2를 만족하는 식품용기:
    [수학식 2]
    H/D ≥ 0.4
    상기 수학식 2에서,
    수용부를 포함하는 식품용기를 형성하되,
    H는 수용부의 외측의 깊이를 나타내고, 7 cm 내지 15 cm이며,
    D는 수용부 상단의 외측의 길이를 나타낸 것이고, 단위는 cm이다.
  11. 제 10 항에 있어서,
    압축 강도가 5 kgf·cm/cm2 내지 25 kgf·cm/cm2인 것을 특징으로 하는 식품용기.
  12. 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 함유하는 발포시트를 포함하고,
    상기 탄산칼슘의 함량은 0.5 중량% 내지 5 중량%이며,
    발포시트의 융점은 252℃ 내지 260℃이고,
    접촉 혹은 비접촉 가열 후 표면 온도가 160℃일 때 발포시트의 신율은 230% 내지 500%이며,
    하기 수학식 3을 만족하는 식품용기:
    [수학식 3]
    0.01 ≤ H/D ≤ 0.4
    상기 수학식 3에서,
    수용부를 포함하는 식품용기를 형성하되,
    H는 수용부의 외측의 깊이를 나타내고, 1 cm 내지 8 cm이며,
    D는 수용부 상단의 외측의 길이를 나타낸 것이고, 단위는 cm이다.
  13. 제 12 항에 있어서,
    식품용기는,
    바닥부 및 바닥부의 둘레를 따라 상단이 개방된 상태의 벽부를 포함하고,
    상기 바닥부의 평균 두께 및 벽부의 평균 두께는 각각 0.8 내지 2.0 mm 범위이며,
    상기 바닥부의 평균 두께(Ta) 및 벽부의 평균 두께(Tb)의 비율(Ta:Tb)은 1:0.80 내지 1.20 범위인 것을 특징으로 하는 식품용기.
  14. 제 12 항에 있어서
    압축 강도가 11 kgf·cm/cm2 내지 40 kgf·cm/cm2인 것을 특징으로 하는 식품용기.
  15. 제 12 항에 있어서,
    하기 수학식 4를 만족하는 식품용기:
    [수학식 4]
    |V3-V2|/V2 × 100 ≤ 10%
    상기 수학식 4에서,
    V2은 1kw 전자레인지에 5분 동안 노출 전 용기의 체적(mm3)이고,
    V3은 1kw 전자레인지에 5분 동안 노출 후 용기의 체적(mm3)이다.
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