KR102200771B1 - 친환경 포장지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친환경 포장지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 간단하게 제조가 가능하며 자연 분해될 수 있는 살균이 필요없는 제품의 포장을 위한 친환경 포장지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 친환경 포장지는, 포장지의 최외측에 위치하는 글라신지와, 상기 글라신지의 일면에 코팅된 수분 및 산소 차단성을 갖는 코팅 분말의 차단성 소재와, 상기 차단성 소재의 일면에 무용제 접착제에 의해 접착되는 생분해성 소재와, 상기 차단성 소재와 생분해성 소재를 접착하는 무용제 접착제로 이루어질 수 있다.

Description

친환경 포장지{ECO FRIENDLY PACKING PAPER}
본 발명은 친환경 포장지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 간단하게 제조가 가능하며 자연 분해될 수 있는 살균이 필요없는 제품의 포장을 위한 친환경 포장지에 관한 것이다.
일반적으로 의약품이나 화장품, 건강식품의 봉지 형성용의 포장재는 종이, 셀로판, 폴리에스테르, 나일론, 폴리프로필렌 등의 표면인쇄층 위에, 알루미늄박 또는 가스 장벽 필름층을 설치한 보관기재층과 열가소성 실링수지층을 더 적층시킨 구성을 이루고, 열 실링으로 각종 봉지 모양으로 형성하여 내용물을 수용한 후, 입구부를 재차 열 실링하여 봉지 충전 포장체 제품을 형성하는데 사용된다.
포장재에는 수용한 내용물에 대한 악취를 내지 않음은 물론 내용물이 휘발성 약효 성분이나 후레바 또는 청량제의 함유에 의해 방향성을 갖는 경우에는 그 향기를 손상시키지 않는 성질(보향성), 그 방향을 절감하지 않는 성질(방향의 비흡착성), 나아가서는 저잔류 용제성이 극도로 요구되고, 또 분립체상 내용물이 내면에 물리적으로 흡착하여 개봉 후에 잔류되지 않는 성질(분립체의 비부착성), 열 실링성, 특히 분립체상 내용물이 실링부에 약간 존재했다고 하여도 양호한 열 실링이 가능한 것(불순물 실링성) 등이 요구된다.
또한, 근래에는 환경적인 문제로 인하여 친환경적 포장지가 개발이 되고 있으며, 이러한 친환경적 포장지는 자연 분해될 수 있는 재료로 이루어진다.
대한민국 공개특허공보 10-2016-0142860호에는 '재활용 재료'가 개시되며, 종이-나트륨 실리게이트-접착제-필름으로 이루어지는 포장지를 개시하고, 특히 접착제는 수용성 접착제를 사용함으로써, 물속에서 수용성 접착제가 용해되도록 함으로써 각각의 재질인 종이-나트륨 실리게이트-필름을 분리시키는 것을 가능하도록 함으로써, 각각의 재료를 재활용할 수 있도록 한 기술이 개시된다.
대한민국 등록특허공보 10-1547926호에는 '내유성, 내수성, 방습성 및 열실링성을 가지는 다층 코팅기술을 이용한 친환경 수용성 식품 포장지'가 개시되어 있으며, 이는 도공지 또는 비도공지 또는 크래프트지로 이루어진 기재와, 기재 상면에 형성된 내유성 코팅층과, 내유성 코팅층 상면에 형성된 내수성 코팅층과, 내수성 코팅층 상면에 형성된 방습 및 열실링성 코팅층으로 이루어지고, 각 코팅층의 재료들이 친환경적 요소들이다.
위 선행기술들은 친환경적 포장지로서의 기능을 발휘하는 데 있어서는 효과가 입증될 수 있으나, 대한민국 공개특허공보 10-2016-0142860호는 박리 과정이 필요하고, 각 층의 재료가 친환경 재료가 아닐 수 있다는 것에 결함이 있고, 대한민국 등록특허공보 10-1547926호는 다층 코팅 기술을 적용함에 따라 제조상의 비용 상승 및 어려움이 존재할 뿐만 아니라 다층 코팅층으로 이루어져 있어 내유성, 내수성 및 방습성을 완전하게 구현하는 것이 불가능하다.
: 대한민국 공개특허공보 10-2016-0142860호 : 대한민국 등록특허공보 10-1547926호
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 간단한 제조 공법으로 제작될 수 있는 친환경적 포장지를 제공하고자 한다.
더불어, 포장될 수 있는 제품을 살균이 필요없는 제품이나 건조 상태의 제품을 대상으로 하여, 살균이나 방수성 문제의 해결이 필요 없도록 하여 제조상의 문제점을 극복할 수 있는 친환경적 포장지를 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 친환경 포장지는, 포장지의 최외측에 위치하는 글라신지와, 상기 글라신지의 일면에 코팅된 수분 및 산소 차단성을 갖는 코팅 분말의 차단성 소재와, 상기 차단성 소재의 일면에 무용제 접착제에 의해 접착되는 생분해성 소재와, 상기 차단성 소재와 생분해성 소재를 접착하는 무용제 접착제로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 차단성 소재는 PVA(폴리비닐알콜, Poly Vinyl Alcohol)이나 PVDC(폴리염화비닐라덴 Poly Vinylidene Chloride) 중 선택되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 생분해성 소재는 PLA(Poly Lactic Acid)나 바이오 폴리머 25~40%와 PE(Polyethylene) 60~75%가 혼합된 혼합 소재인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 친환경 포장지에 포장되는 상품은 건조 식품이나 화장품으로 한정될 수 있다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 간단한 제조 공법으로 제작될 수 있고, 포장될 수 있는 제품을 살균이 필요없는 제품이나 건조 상태의 제품을 대상으로 하여 살균이나 방수성 문제의 해결이 필요 없도록 하여 제조상의 문제점을 극복할 수 있으며, 포장지의 분리가 필요없이 전체가 자연분해될 수 있는 친환경적 포장지를 제공하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 포장지의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 친환경 포장지에 사용되는 생분해성 소재와 다른 소재와의 붕괴율과 생분해율을 비교한 테스트 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 친환경 포장지의 첫번째 시료의 산소 투과도 측정 결과이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 친환경 포장지의 두번째 시료의 산소 투과도 측정 결과이다.
도 5는 본 발명에 따른 친환경 포장지의 첫번째 시료의 수분 투습도 측정 결과이다.
도 6은 본 발명에 따른 친환경 포장지의 두번째 시료의 수분 투습도 측정 결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 친환경 포장지의 구조 및 작용 효과를 살펴본다.
첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.
구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.
또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 포장지의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 포장지는 글라신지(Glassine paper, 11), 차단성 소재(PVA, PLDC, 12), 무용제 접착제(13) 및 생분해성 소재(14)로 이루어질 수 있다.
글라신지(11)는 잘 정선한 화학펄프를 고도로 정상 고해해서 핀홀이 없도록 조치한 후 슈퍼 캘린더로 가압한 박엽지이며, 좀 더 상세하게는 점상타융(粘狀打絨)을 고도로 진전시킨 화학펄프를 원료로 하여 초지(抄紙)후 특히 슈퍼 캘린더에 걸어서 가압하여 만들고, 표면이 매끈하고 극히 치밀한 종이를 의미한다.
본 발명의 친환경 포장지에 사용되는 종이 재질을 글라신지(11)를 선택하는 것은 표면 개질에 의해 차단성 소재(12)의 코팅 접착력이 매우 우수하다는 것을 반복적인 실험에 의해 얻은 데이터에 기인한다.
일반적인 종이의 경우는 핀홀이 많고 표면 개질이 되어 있지 않아서 차단성 소재(12)를 코팅할 경우, 차단성 소재의 코팅 분자들이 종이에 흡수되어 코팅력이 떨어지고 산소 투과도나 수분 투습도가 높아 포장지로서의 효율을 저하시키게 된다.
따라서, 차단성 소재(12)의 코팅력을 높이고, 산소 투과도나 수분 투습도를 낮추기 위해서는 종이의 표면 개질이 필수적이며, 표면 개질된 종이 중에서 핀홀이 없고 표면이 매끈하고 치밀한 글라신지를 본 발명의 포장지에 적용하는 것을 선택한다.
글라신지(11)는 페이퍼 웨브를 형성하고 페이퍼 웨브를 프레스 및 예비 건조시킴으로써 페이퍼를 생산하고, 웨브의 양측에 막 형성품을 도포하고, 후건조 공정에서 막 형성품으로부터 수분을 제거하며, 웨브의 표면에 막 형성품을 갖는 웨브를 온라인 캘린더링(calendering) 프로세스를 통해 통과시켜 제작이 된다.
글라신지(11)은 매우 조밀하고, 저항성이 높으며 부드러운 페이퍼이고, 공기, 물 및 오일에 저항성을 갖는다.
글라신지의 전형적인 특성은 높은 레벨의 섬유 정제, 막 형성품에 의한 표면 클로징 및 캘린더링에 의해 달성된다.
글라신지(11)는 40 내지 150 g/㎡ 으로부터 제조될 수도 있고, 전형적으로 자가-접착 재료 및 라벨용의 릴리스 라이너의 베이스로서 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 포장지의 종지재질로서 산소 투과성 및 수분 투습성을 낮추는 방향으로서의 재질로 사용된다.
본 발명에 사용되는 글라신지(11)는 일반적으로 밀도(평량 (ISO536)/두께 (ISO534)) 1.1 내지 1.2 사이의 전형적인 값이고, 실리콘 코팅될 측의 평활도(ISO 5627)는 900sec min, 투명도(ISO2470)는 48% min, Rizinus Cobb 흡착(ISO535)은 11 g/㎡ max, 두께 표준 편차(ISO534)는 20㎛ max, 공극(ISO11004)은 ＜ 15,000 pm/Pas, 주어진 조건에서의 릴리스 힘(coatweight: 1 g/㎡)은 @ 10 m/min ＜ 50g 정도이면 만족할 만하다.
차단성 소재(12)는 PVA(폴리비닐알콜, Poly Vinyl Alcohol)이나 PVDC(폴리염화비닐라덴 Poly Vinylidene Chloride)를 적용할 수 있다.
종이는 수분 차단성이나 산소 차단성이 매우 약하기 때문에 제품이 들어가는 포장지의 내측인 종이 내측면에는 차단성 소재가 추가될 필요성이 존재한다.
본 발명에서는 차단성 소재(12)로서 PVA나 PVDC 소재를 선택적으로 사용하게 되며, 글라신지(11)에 차단성 소재(12)를 코팅하는 것을 선택한다.
PVA는 주로 비닐 아세테이트로부터 에멀젼중합을 통해 PVAc를 제조한 후 이를 알칼리나 산에 의해 가수분해 하여 제조한다.
PVA가 고강도, 고탄성률, 및 내열성을 나타내기 위해서는 중합된 PVA의 비누화도(degree of saponification), 분자량 및 입체규칙성(stereoregularity)이 커야 하며, 입체규칙성에 있어 교대배열다이애드기(syndiotactic diad content)의 함량이 증가할수록 제조된 PVA 필름은 고강력 및 고탄성률을 보유하며 내열성, 내습성 및 내열수성이 증가한다.
상용화된 PVA의 경우 수평균 중합도가 500~4,000의 범위이며, 분자량과 비누화도, 입체규칙성에 의해 물성이 광범위하게 변하는 것으로 알려져 있다.
PVA의 분자량이 작아질수록 유연성은 증가하고, 수분에 대해 민감하게 되어 쉽게 용해되는 반면, 분자량이 커질수록 내알칼리성, 인장강도, 내수분성 및 산소차단성이 증가한다. 또한 비누화도가 감소할수록 분자량이 작아질 때 나타나는 특성을 가지게 되며 비누화도의 증가는 고분자량의 PVA와 유사한 특성을 갖는다.
PVA는 합성 고분자 중에서 매우 독특한 특징을 가지고 있으며 분자 변수의 조절에 의해서 수용성과 내수성, 내환경성과 분해용이성, 그리고 친수성과 친유성 등의 상반된 특성을 가지도록 제조가 가능하다.
이렇듯 PVA는 친수성과 내환경성 및 분해용이성을 가질 수 있으므로, 종이재와 함께 자연환경에서 자연 분해가 가능한 재질이므로, 종이의 단점인 수분 차단성과 산소 차단성의 보완을 위해 코팅제로서 사용될 수 있다.
생분해성 소재(14)은 전분 소재로서, 친환경 소재로서 너무나도 널리 알려진 소재이며, 본 발명에서는 포장지의 최내측면에 위치하도록 하고, 제품과 직접 접촉되는 시트로 구성이 될 수 있다.
차단성 소재(12)와 생분해성 소재(14)는 접착제에 의해 접착되며, 접착제는 무용제 접착제(13)가 사용될 수 있다.
무용제 접착제(13)는 임의의 열가소성, 엘라스토머, 또는 열경화성 접착제일 수 있다.
적합한 접착제의 비제한적인 예로는 식물성 글루 (예를 들면, 전분계 글루); 수지계 글루 (예를 들면, 에틸렌 비닐 아세테이트 또는 폴리 비닐 아세테이트의 에멀젼); 동물성/단백질 글루 (예를 들면, 비제한적으로 카세인계 글루); 다시 적실 수 있는 (remoistenable) 핫멜트; 폴리아미드 핫멜트; 반응성 핫멜트; 폴리에스테르; 폴리아미드; 폴리우레탄; 아크릴릭; 에폭시; 실리콘; 시아노아크릴레이트; 혐기성 접착제; 페놀릭; 및 폴리이미드를 들 수 있다.
무용제 접착제(13)는 3g/㎡ 이하가 사용되며, 이 정도의 양은 환경 배타적인 양이 될 수 없고, 특히 휘발유나 알코올 같은 물질 용해용 액체를 사용하지 않는 용제로서 친환경 접착제로 많이 사용된다.
여기서, 생분해성 소재(14)는 PLA가 아닌 혼합된 소재나 바이오 폴리머 소재를 사용할 수 있다.
본 발명의 생분해성 소재(14)는 25~40%의 PLA나 바이오 폴리머와 60~75%의 PE를 혼합한 혼합재료일 수 있다.
혼합된 생분해성 소재는 25%의 PLA나 바이오 폴리머와 75%의 PE가 혼합된 소재는 약 370일이내 97% 생분해되고, 40%의 PLA나 바이오 폴리머와 60%의 PE가 혼합된 소재는 약 349일이내 96% 생분해되는 테스트 결과를 얻을 수 있는 데, 100% PLA 경우는 7일 이내 생분해된다.
100% PLA의 경우는 생분해 시간이 매우 짧아 극히 친환경적이나, 필름의 속성인 붕괴(Disentegrated)율이 작고 소정값의 기계적 강도를 가지지 못하여 상품화로서의 가치가 떨어진다.
실제 테스트 결과, 60~70℃상에서 붕괴율(% Disentegrated)을 테스트 해 보면, 12주후 100% PLA는 100% 붕괴되고, 혼합 생분해성 소재는 거의 변화가 없는 데, 이는 포장지로서의 상품성과 매우 밀접한 관계가 있다.
혼합 생분해성 소재는 생분해성 소재의 강도를 증가시키고, 두께를 얇게 가공하는 것이 가능하며, PE의 효과를 증가시키는 결과를 나타낸다.
따라서, 본 발명에 적용되는 생분해성 소재는 PE와 PLA가 혼합된 혼합 생분해성 소재를 적용할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 친환경 포장지에 사용되는 생분해성 소재와 다른 소재와의 붕괴율과 생분해율을 비교한 테스트 그래프이다.
도 2a는 60-70℃에서의 자연 붕괴율(% Disentegreted)을 나타낸 것이고, 도 2b는 퇴비화, 호기성 미생물, 온도 58±2℃, 습도 50%, 빛 차단 또는 분광조명의 조건으로 ASTM-D 5338 표준시험 방법으로 CO2 측정(생분해율)을 나타낸 것이며, 도 2c는 매립, 혐기성 미생물, 온도 52±2℃, 빛 차단 또는 분광조명의 조건으로 ASTM-D 5511 표준시험 방법으로 CO2, CH4를 함유한 탄소량 측정(생분해율)을 나타낸 것이다.
그래프 상의 점 하나 당 1주일의 시간을 의미한다.
시료 #a는 본 발명의 혼합된 생분해성 소재(PLA나 바이오 폴리머 25% + PE 75%)이며, 시료 #b는 100%의 PLA이고, 시료 #c는 본 발명의 생분해성 소재 25%와 LLDP 75%을 혼합된 시료이다.
도 2a를 참조하면, 12주후에 시료 #b는 100% 붕괴되고, 시료 #a와 #c는 거의 변화가 없음을 알 수 있다.
도 2b를 참조하면, #a는 5주 이내 100% 생분해되고, #c는 시간에 비례하여 지속적으로 생분해되며, #b는 37주만에 100% 생분해됨을 알 수 있다.
도 2c를 참조하면, #a는 5주 이내 100% 생분해되고, #c는 시간에 비례하여 지속적으로 생분해되어 37주만에 100% 생분해되며, #b는 상대적으로 생분해율이 낮고 37주 후에 생분해율 10% 미만임을 알 수 있다.
위 결과에서 알 수 있듯이, 100% PLA는 붕괴율이 높고 오히려 생분해율 기간이 길며, 본 발명의 혼합 생분해성 소재는 붕괴율이 낮으며 생분해율이 매우 높다는 것을 알 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 친환경 포장지의 첫번째 시료의 산소 투과도 측정 결과이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 친환경 포장지의 두번째 시료의 산소 투과도 측정 결과이다.
시료는 두께 1mm, 면적 50㎠의 필름을 MOCON 社의 산소투과도 장비로 측정하여, 매시간 단위로 158~160Hrs 동안 측정한 그래프를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b에서, 첫번째 시료(OTR B1 첫번째)는 Transmission Rate 0.211794 cc/[㎡-day]의 산소투과도의 결과를 갖으며, 도 4a 및 도 4b에서와 같이, 두번째 시료(OTR B1 두번째)는 Transmission Rate 0.163676 cc/[㎡-day]의 산소투과도의 결과를 갖는다.
도 5는 본 발명에 따른 친환경 포장지의 첫번째 시료의 수분 투습도 측정 결과이고, 도 6은 본 발명에 따른 친환경 포장지의 두번째 시료의 수분 투습도 측정 결과이다.
시료는 두께 1mm, 면적 50㎠의 필름을 MOCON 社의 수분투습도 장비로 측정하여, 매시간 단위로 45~46Hrs 동안 측정한 그래프를 나타낸다.
첫번째 시료(WVTR B1 첫번째)의 Transmissiondms 1.054477 gm/[㎡-day]의 수분투습도의 결과를 갖으며, 두번째 시료(WVTR B1 두번째)의 Transmission Rate 1.090722 gm/[㎡-day]의 수분투습도의 결과를 갖는다.
이상과 같은 산소투과도와 수분투습도의 결과는 완벽하게 산소와 수분을 차단하는 것은 아니지만, 장시간 동안 포장된 내용물의 산소 침투 및 수분 침투를 막아 제품의 변질 가능성을 낮추고 제품의 일정 기간 동안의 보관이 가능함을 알 수 있다.
이러한 결과를 바탕으로, 본 발명의 친환경 포장지에 포장될 수 있는 제품은 모든 제품이 아니라 일정 조건 하에서의 보관 가능한 제품만이 그 대상이 될 수 있다.
즉, 본 발명의 친환경 포장지에 포장될 수 있는 대상은 건조 식품, 건조 상태의 상품, 젤 상태의 화장품 종류가 될 수 있으며, 액체 상태의 상품은 그 대상이 되지 않으며, 살균이 필요없는 상품의 포장지로서 적합할 수 있다.
본 발명의 친환경 포장지는 건조 상태의 상품을 주요 대상으로 하여 보관할 수 있는 친환경 포장지를 제공하는 것에 궁극적인 목적이 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면을 기초로 설명하였지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러나 그와 같은 단순한 수정 및 변형은 본 발명의 권리 범위에 벗어날 수 없음이 명백하다.
11 : 글라신지
12 : 차단성 소재
13 : 무용제 접착제
14 : 생분해성 소재

Claims (4)

  1. 포장지의 최외측에 위치하는 표면 개질된 글라신지(Glassine paper)와,
    상기 글라신지의 일면에 코팅되고, 수분 및 산소 차단성을 갖는 코팅 분말의 PVA(Poly Vinyl Alcohol) 또는 PVDC(Poly Vinylidene Chloride) 중 하나인 차단성 소재와,
    상기 차단성 소재에 무용제 접착제에 의해 접착되는 생분해성 소재와,
    상기 차단성 소재와 생분해성 소재를 접착하는 무용제 접착제로 이루어지고,
    상기 생분해성 소재는 바이오 폴리머 25~40%와 PE(Polyethylene) 60~75%가 혼합된 혼합 소재인, 친환경 포장지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
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