KR102455672B1

KR102455672B1 - 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법

Info

Publication number: KR102455672B1
Application number: KR1020220014739A
Authority: KR
Inventors: 최윤수
Original assignee: (주)마중물
Priority date: 2022-02-04
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2022-10-19

Abstract

본 발명은 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법에 관한 것으로서, (A) 폴리에틸렌(PE) 100중량부를 기준으로 그래핀원료 0.01중량부 내지 5중량부를 조성 및 배합하는 원자재준비단계; (B) 상기 (A)단계에서 준비한 폴리에틸렌(PE)과 그래핀원료 배합물을 압출기에 투입하여 용융 압출 후 냉각시킨 다음 일정 크기로 절단하여 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 가공하는 펠릿가공단계; (C) 상기 (B)단계에서 가공된 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 필름 가공설비에 투입하여 일정 두께를 갖는 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름으로 압출 성형하는 압출성형단계; (D) 상기 (C)단계에서 압출 성형한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 외면에 인쇄층을 형성하는 인쇄단계; (E) 상기 (D)단계에서 인쇄층을 형성한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름에 대해 일정한 속도에 맞추어 권취한 후, 필요한 크기로 절단하는 권취 및 절단단계; (F) 상기 (E)단계를 거친 일정 크기의 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 내면에 보강필름을 라미네이팅 합지시키는 접합단계;를 포함하며, 상기 (A)단계에서 그래핀원료는, 그래핀, 그래핀 옥사이드(GO), 환원된 그래핀 옥사이드(rGO) 중에서 1종 이상이 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING FOOD PACKAGING MATERIAL USING PELLET WITH GRAPHENE}

본 발명은 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식품포장재에 그래핀을 함유하는 펠릿을 적용시켜 빛의 투과를 방지하여 보존기한을 늘리고, 강도와 항균기능이 향상된 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법에 관한 것이다.

식품 포장은 식품의 신선도를 유지시켜 식품을 장기간 동안 보관하기 위한 중요한 기술로서, 그 중요성이 날로 증가하고 있다. 특히 수분이 많은 과일이나 채소류, 육류 등은 유통 기간이 길어질수록 신선도가 급격히 저하되는 문제가 있으며, 식품으로부터 수분이 빠져나와 이러한 수분에 의해 부패되거나 곰팡이가 발생되기 쉬워 식품 보관 시 수분을 흡수할 수 있는 물질을 첨가하여 신선도를 더욱 오래 유지할 수 있도록 하는 방법들이 사용되고 있다.

식품의 포장재에 항균물질을 코팅하여 포장재의 항균성을 높이는 방식이나, 식품을 밀폐하고 진공 포장하는 방식 등 신선도를 유지하기 위한 다양한 포장 방식이 이용되고 있다. 닭고기와 같은 육류 식품은 보관 시 육류가 호흡하며 발생시키는 열 및 각종 가스 등에 의해 육류의 숙성노화가 진행되어 육류의 신선도 저하가 가속화되는 문제가 있어, 최근에는 식품에서 발생하는 수분과 각종 가스류를 흡착하여 식품의 신선도를 유지시키고자 하는 다양한 포장재의 개발이 이루어지고 있다.

한편, 현재 소비자들의 소비문화가 온라인 주문 등의 배송 문화로 변화함에 따른 배송량 급증으로 인해 식품의 품질 유지에 대한 경각심이 고조되고 있으며, 운송 거리 증가로 인한 배송시간 지연에 의하여 육류, 과채류와 같은 식품의 부패 및 품질저하(산화)가 될 가능성 또한 높아지고 있어 보다 효과적으로 신선도를 유지할 수 있고, 식품의 보관, 저장 및 운반시에 형태 및 품질을 보존하기 위해 높은 기계적 강도와 항균성을 갖는 기능성 식품 포장재에 대한 개발이 요구되고 있다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 본 발명은 그래핀을 함유하는 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 이용하여 식품 포장재에 적용함으로써 빛의 투과를 방지하고, 강도와 항균기능이 향상된 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법을 제공하고자 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법은, (A) 폴리에틸렌(PE) 100중량부를 기준으로 그래핀원료 0.01중량부 내지 5중량부를 조성 및 배합하는 원자재준비단계; (B) 상기 (A)단계에서 준비한 폴리에틸렌(PE)과 그래핀원료 배합물을 압출기에 투입하여 용융 압출 후 냉각시킨 다음 일정 크기로 절단하여 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 가공하는 펠릿가공단계; (C) 상기 (B)단계에서 가공된 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 필름 가공설비에 투입하여 일정 두께를 갖는 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름으로 압출 성형하는 압출성형단계; (D) 상기 (C)단계에서 압출 성형한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 외면에 인쇄층을 형성하는 인쇄단계; (E) 상기 (D)단계에서 인쇄층을 형성한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름에 대해 일정한 속도에 맞추어 권취한 후, 필요한 크기로 절단하는 권취 및 절단단계; (F) 상기 (E)단계를 거친 일정 크기의 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 내면에 보강필름을 라미네이팅 합지시키는 접합단계;를 포함하며, 상기 (A)단계에서 그래핀원료는, 그래핀, 그래핀 옥사이드(GO), 환원된 그래핀 옥사이드(rGO) 중에서 1종 이상이 사용되는 것을 기본 특징으로 한다.

이와 더불어, 이하에서는 본 발명에 있어 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법에 관한 더욱 다양한 실시예들을 설명하기로 한다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법을 제공함으로써, 그래핀 함유 펠릿을 적용시켜 빛의 투과를 방지하여 식품의 보존기한이 늘어나 식품을 안전하게 장기간 보관할 수 있고, 강도와 항균기능이 향상된 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 제조공정도이다.

본 발명은 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법을 제공한다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법을 설명한다.

도 1은 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조공정도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법은 원자재준비단계, 펠릿가공단계, 압출성형단계, 인쇄단계, 권취 및 절단단계, 접합단계를 포함한다.

상기 원자재준비단계는 폴리에틸렌(PE) 100중량부를 기준으로 그래핀원료 0.01중량부 내지 5중량부를 조성 및 배합한다.

상기 원자재준비단계에서 폴리에틸렌(PE)은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 중에서 1종 이상이 사용된다.

이때, 상기 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 배합하는 경우에는, 유연성과 가공성 및 내화학성을 위한 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) : LDPE 측 고온에서의 물성유지 및 인장강도를 부여하기 위한 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) = 1~1.5 : 0.2~0.8의 중량비 또는 부피비로 배합하여 사용할 수 있다.

상기 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)은 내한성이 크고 내약품성과 우수한 강도를 나타내며 절연성을 가지기 때문에 냉동식품 포장에 많이 사용되고, 투명하고 유연성이 좋은 특성이 있어 연포장용 필름이나 연질성 용기 또는 종이팩 등에 주로 사용된다.

상기 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 밀도　0.910 ~ 0.925g/㎤의 것이 바람직하다. 신축성이 우수하여 가공이 쉽다는 특징이 있다. 또한 방수성이 좋고 보온력이 뛰어나다.

상기 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 비슷한 성질을 가지고 있지만, 강성이 뛰어나다. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 비교하여 얇은 두께에서 우수한 물리적 성질을 구현할 수 있다. 강도가 좋고 내열성이 우수하다.

상기 그래핀원료는 그래핀, 그래핀 옥사이드(GO), 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 중에서 1종 이상이 사용될 수 있다.

또한, 탄소나노튜브(CNT)가 포함될 수 있다.

상기 그래핀원료를 통해서는 폴리에틸렌을 주재료로 하는 식품 포장재에 대해 기본적으로 우수한 물리적 화학적 안정성을 제공하면서 빛의 투과를 차단하여 내재되는 식품의 부패나 변질을 방지하는 등 보존력을 높여줄 수 있으며, 가벼우면서 탄성을 가지며, 강도 및 비틀림 특성을 높여주어 내구성 있는 식품 포장재로 제조할 수 있다.

여기에서, 상기 그래핀은 하기와 같은 제조공정으로 제조된 것일 수 있다.

(1) 산화그래핀분말 20~30mg/ml을 탈이온수에 첨가하여 제1수용액을 얻어낸다.

(2) 게르마늄이나 일라이트 또는 제올라이트의 광물질분말 5~10mg/ml을 탈이온수에 첨가하여 제2수용액을 얻어낸다.

상기 게르마늄이나 일라이트 또는 제올라이트의 광물질분말은 제조되는 그래핀 분말에 포함시킴으로써 항균성을 증대시키면서 원적외선이나 음이온 방사를 통해 식품의 부패나 변질을 방지하여 보존기한을 연장시킬 수 있다.

(3) 제1인산나트륨과 콜린클로라이드를 1:1의 중량비로 하여 50~60℃에서 교반함으로써 용매를 얻어낸다.

(4) 제1수용액 100중량부를 기준으로 제2수용액 30~80중량부, 용매 200~250중량부로 배합 및 50~60℃에서 교반하여 그래핀혼합물을 얻어낸다.

(5) 탈이온수를 사용하여 그래핀혼합물을 세척하되 원심 분리기를 통해 3회 이상 세척하여 그래핀용액을 얻어낸다.

(6) 그래핀용액을 동결 건조한 후 분말화시켜 그래핀 분말을 제조한다.

여기에서, 상기 그래핀 옥사이드(GO)는 하기와 같은 제조공정으로 제조된 것일 수 있다.

(1) 90~98wt% 황산 50~100mL, 질산나트륨 1~2g, 흑연 1.5~3g을 반응조에 넣은 상태에서 0℃ 이하로 유지하면서 40분~60분 동안 교반한다.

(2) 과망간산칼륨 10~15g을 첨가하여 30분~40분 동안 교반한다.

(3) 증류수 250~300mL와 과산화수소 8~12mL를 추가로 첨가하여 30분~40분 동안 교반한다.

(4) 5~8% 염산과 탈이온수로 수세와 원심분리를 수차례 반복 및 세척하여 pH 6~7로 중화시켜 그래핀 옥사이드 용액을 얻어낸다.

(5) 그래핀 옥사이드 용액을 동결 건조한 후 분말화시켜 그래핀 옥사이드(GO) 분말을 제조한다.

여기에서, 상기 환원 그래핀 옥사이드(rGO)는 하기와 같은 제조공정으로 제조된 것일 수 있다.

(1) 젤라틴분말 5~10g을 수용액 100~120mL와 함께 교반기에 넣고 50~60℃에서 40~60분 동안 교반하여 용해시킴으로써 젤라틴 용액을 제조한다.

상기 젤라틴분말을 통해서는 제조되는 식품 포장재 측 세균 독소나 곰팡이 독소에 의한 오염을 방지하고 탄력성 및 보수성이 있어 식품을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.

(2) 150~200mL 수용액에 그래핀 옥사이드(GO) 분말을 첨가하여 농도 0.1~0.5g/mL 그래핀 옥사이드(GO) 수용액을 제조한다.

이때, 상기 그래핀 옥사이드(GO) 분말은 상기에서 기술된 제조공정으로 제조된 그래핀 옥사이드일 수 있다.

(3) 그래핀 옥사이드(GO) 수용액에 80~95℃의 온도 조건에서 젤라틴 용액을 첨가하여 교반함으로써 젤라틴 함유 그래핀 옥사이드(GO) 현탄액을 얻어낸다.

(4) 젤라틴 함유 그래핀 옥사이드(GO) 현탁액을 20,000ppm에서 원심분리하고 100℃ 이상의 물로 세척하여 젤라틴 함유 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 용액을 얻어낸다.

(5) 젤라틴 함유 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 용액을 동결 건조한 후 분말화시켜 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 분말을 제조한다.

상기 펠릿가공단계는 상기 원자재준비단계에서 준비한 폴리에틸렌(PE)과 그래핀원료 배합물을 압출기에 투입하여 용융 압출 후 냉각시킨 다음 일정 크기로 절단하여 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 가공한다.

상기 펠릿가공단계에서는 2mm 내지 5mm 정도의 펠릿 형태로 가공할 수 있다.

상기 압출성형단계는 펠릿가공단계에서 가공된 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 필름 가공설비에 투입하여 일정 두께를 갖는 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름으로 압출 성형한다.

상기 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름은 15μm 내지 50μm 두께로 형성될 수 있다.

여기에서, 상기 펠릿가공단계 또는 상기 압출성형단계에서는 260℃ 내지 300℃의 온도를 유지하고, 압출속도는 7kg/hr 내지 15kg/hr로 조절하여 압출할 수 있다.

상기 인쇄단계는 압출성형단계에서 압출 성형한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 외면에 인쇄층을 형성한다.

상기 인쇄단계에서는 그라비아인쇄 등이 수행될 수 있고, 100m/min 내지 180m/min로 인쇄속도가 조절될 수 있다.

상기 인쇄단계는 필요에 따라 생략될 수도 있다.

상기 권취 및 절단단계는 인쇄단계에서 인쇄층을 형성한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름에 대해 일정한 속도에 맞추어 권취한 후, 필요한 크기로 절단한다.

상기 권취 및 절단단계는 인쇄단계를 생략하는 경우 압출성형단계를 통해 필름의 형태로 압출 성형되는 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름을 권취 및 절단 처리할 수 있다.

상기 접합단계는 권취 및 절단단계를 거친 일정 크기의 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 내면에 보강필름을 덧대어 라미네이팅 합지한다.

이때, 상기 보강필름은 에틸렌비닐알콜공중합체(EVOH)필름, 나일론필름, 알루미늄필름, 항균필름, 원적외선방사필름, 인쇄층을 갖지 않는 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름 중에서 어느 1종일 수 있다.

여기에서, 상기 인쇄층을 갖지 않는 그래핀 함유 폴리에틸렌 필름은 상기에서 원자재준비단계와 펠릿가공단계 및 압출성형단계를 거쳐 얻어진 그래핀 함유 폴리에틸렌 필름일 수 있다.

상기 에틸렌비닐알콜공중합체(EVOH)필름은 수분과 산소 차단성이 우수하여 산화되어 변색되거나 이취가 발생하기 쉬운 식품을 보호할 수 있다.

상기 나일론필름은 열안정성이 우수하여 식품을 보호할 수 있다.

상기 알루미늄필름은 가스 투과율이 낮아 식품의 변질을 방지하면서 외부로 식품의 냄새가 유출되는 것을 차단할 수 있다.

상기 항균필름은 시나몬, 카모마일, 시트로넬라, 병풀, 페파민트, 어성초, 유근피, 연교, 창출, 지구자, 산사, 황련, 황금, 버가못, 키토산, 고추냉이, 겨자씨, 커피에 의한 추출물 중에서 1종 이상을 폴리에틸렌이나 폴리비닐알코올 또는 메틸셀룰로오스 등의 베이스필름에 코팅하거나 또는 폴리에틸렌이나 폴리비닐알코올 또는 메틸셀룰로오스 등의 고분자원료에 배합하여 필름 형태로 압출 성형한 것일 수 있다.

여기에서, 추출물에 있어 코팅시에는 추출액으로 사용하되 하고, 고분자원료에 배합시 추출분말로 사용함이 바람직하다.

여기에서, 상기 추출물은 원재료를 분말화하고, 80~90% 농도의 에틸알코올 2~3L에 원재료분말 200~300g을 침지 및 50~60℃의 온도에서 12~24시간 동안 유지시켜 추출액을 추출해내고, 이렇게 추출해낸 추출액을 감압농축기에 투입하여 40~50℃의 온도에서 감압 농축 처리하며, 감압 농축시킨 추출액을 여과기를 이용하여 여과 처리한 추출액일 수 있다.

그리고, 상기 추출물은 상술한 과정으로 추출된 추출액을 동결 건조 및 분말화시킨 추출분말일 수 있다.

여기에서, 상기 추출물은 분산성을 높이고 균일한 코팅을 위해 식물성오일과 1~1.2 : 0.2~0.6의 중량비 또는 부피비로 배합하여 사용할 수 있다.

여기에서, 상기 식물성오일은 포도씨오일, 해바라기씨오일, 올리브오일, 유채씨오일, 동백오일 등을 사용할 수 있다.

상기 음이온방사필름은 게르마늄, 일라이트, 제올라이트, 화산석, 규조토 중에서 어느 1종 이상에 의한 광물질용액을 폴리에틸렌이나 폴리비닐알코올 또는 메틸셀룰로오스 등의 베이스필름에 코팅하거나 또는 폴리에틸렌이나 폴리비닐알코올 또는 메틸셀룰로오스 등의 고분자원료에 게르마늄, 일라이트, 제올라이트, 화산석, 규조토 중에서 어느 1종 이상에 의한 광물질분말을 배합하여 필름 형태로 압출 성형한 것일 수 있다.

여기에서, 상기 광물질용액은 게르마늄, 일라이트, 제올라이트, 화산석, 규조토 중에서 어느 1종에 의한 광물질분말을 시나몬, 카모마일, 시트로넬라, 병풀, 페파민트, 어성초, 유근피, 연교, 창출, 지구자, 산사, 황련, 황금, 버가못, 키토산, 고추냉이, 겨자씨, 커피 중에서 어느 1종에 의한 추출물(추출액)과 0.3~0.8(광물질분말) : 0.8~1.5(추출물)의 중량비로 배합한 것일 수 있다.

여기에서, 상기 음이온방사필름은 고분자원료 100중량부를 기준으로 광물질분말 5~20중량부로 배합한 것일 수 있으며, 시나몬, 카모마일, 시트로넬라, 병풀, 페파민트, 어성초, 유근피, 연교, 창출, 지구자, 산사, 황련, 황금, 버가못, 키토산, 고추냉이, 겨자씨, 커피 중에서 어느 1종에 의한 추출물(추출액 또는 추출분말) 1~10중량부를 더 배합하여 압출 성형한 것일 수 있다.

이하, 본 발명에 대해 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하기로 하며, 본 발명이 이러한 실시예에 의하여 한정되지 않는다 할 것이다.

(실시예 1)

그래핀 옥사이드(GO)의 합성

그래핀 옥사이드(GO)의 원료로는 입자크기 100mesh, 순도 99.9995%의 천연 흑연 분말(Alfa aesar사)을 사용하였다. 그 밖의 유기 용매들은 별도의 정제 처리를 거치지 않고 그대로 사용하였다.

98wt% 황산 70mL, 질산나트륨 1.5g, 흑연 2g을 반응조에 넣고 반응조를 0℃ 이하로 유지하면서 균일하게 교반 후, 과망간산칼륨 12g을 천천히 첨가하여 30분간 교반하였다.

이후, 상온에서 충분히 더 교반한 후, 증류수 280mL와 과산화수소 10mL를 첨가하여 반응시켰다. 반응액에 대해 5% 염산과 탈이온수로 수세와 원심분리를 수차례 반복 세척하여 PH 6~7로 중화한 후 동결 건조하여 그래핀 옥사이드(GO) 분말을 얻었다.

(실시예 2)

젤라틴을 이용한 환원 그래핀 옥사이드(rGO)의 합성

젤라틴은(Sigma Aldrich사) 젤라틴 분말을 사용하였다. 그 밖의 용매들은 별도의 정제 처리를 거치지 않고 그대로 사용하였다.

젤라틴 5g을 수용액 100mL와 함께 교반기에 넣고 50℃에서 1시간동안 교반하여 젤라틴이 완전히 용해되도록 하여 젤라틴 용액을 제조하였다. 그 다음 200mL수용액에 그래핀 옥사이드(GO) 분말을 첨가하여 농도 0.1g/mL GO수용액을 제조하였다. 이후, 제조된 GO수용액에 90℃에서 젤라틴 용액을 떨어뜨리며 교반하여 반응시켰다. 이렇게 얻어진 현탁액을 20,000ppm에서 원심분리하고 100℃ 이상의 뜨거운 물로 세척하여 젤라틴을 이용한 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 분말을 얻었다.

(실시예 3)

젤라틴을 이용한 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 함유 PE 펠릿의 제조

상기 실시예 2에서 얻어진 상기 젤라틴을 이용한 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 분말 100g을 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 100kg과 믹서에 넣고 150℃에서 충분히 교반한 후 압출기에 투입하여 용융 및 혼합하여 조성물을 형성한 다음 지름 3mm 이하의 펠릿 형태로 절단 및 건조하여 그래핀 함유 펠릿을 제조하였다.

상기 압출기에서는 280℃ 내지 300℃의 온도를 유지하고, 압출속도는 10kg/hr로 조절하였다.

(실시예 4)

그래핀 함유 PE 펠릿을 이용한 필름의 제조

상기 실시예 3에서 얻어진 그래핀이 함유된 PE펠릿을 필름 가공설비에 투입하여 30μm 두께의 필름을 제조하였다.

(비교예 1)

일반 (그래핀 펠릿을 함유하지 않은) PE필름의 제조

그래핀이 함유되지 않은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 펠릿을 사용하여 필름 가공설비에 투입하여 30μm 두께로 필름을 제조하였다. 이와 같은 필름을 대조군으로 사용하였다.

(시험예 1)

그래핀 펠릿을 함유한 식품 포장재 필름의 물성평가 분석

광 차단율를 측정하기 위해 UV-Vis Spectroscopy를 이용하여 측정하였다. 산소 투과도는 Illinois Instrument 8001 Model을 이용하여 상대습도 30% 온도 25℃에서 측정하였다. 수분 투과도는 MOCON을 이용하여 측정하였다.

그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

	본 발명의 PE필름	대조군 필름
광 차단율 (300nm~400nm)	92%	66%
광 차단율(400nm~500nm)	81%	58%
광 차단율(500nm~600nm)	73%	41%
산소 투과도(cc/m 2day,at 25℃RH30)	0.1	1.3
수분 투과도(cc/m 2day)	0.2	3

상기 표 1에 따르면 본 발명의 그래핀 펠릿을 함유한 PE필름은 대조군 필름에 비해 300nm 내지 600nm 파장 영역에서 광 차단율이 높게 나타났다. 또한, 그래핀 펠릿을 함유한 PE필름의 산소 투과도는 0.1cc/m 2day(25℃, 상대습도 30%)로 대조군 필름의 1.3 cc/m 2day(25℃, 상대습도 30%) 보다 현저히 낮으며, 수분 투과도는 그래핀 펠릿을 함유한 PE필름이 0.2cc/m2day로 대조군 필름 3cc/m2day보다 낮게 나타났다.이에 본 발명의 그래핀 펠릿을 함유하는 식품 포장재는 광 차단율이 적어도 70% 이상이며, 산소 투과도 및 수분 투과도가 아무런 처리를 하지 않은 일반 필름에 비하여 향상된 결과를 얻을 수 있었다.

이에 따라, 상술한 제조방법을 갖는 본 발명을 통해서는 그래핀 함유를 통해 빛의 투과를 방지하여 식품의 보존기한을 늘릴 수 있고 식품을 안전하게 보관할 수 있는 그래핀 함유 식품 포장재를 제조하여 공급할 수 있다.

Claims

(A) 폴리에틸렌(PE) 100중량부를 기준으로 그래핀원료 0.01중량부 내지 5중량부를 조성 및 배합하는 원자재준비단계;
(B) 상기 (A)단계에서 준비한 폴리에틸렌(PE)과 그래핀원료 배합물을 압출기에 투입하여 용융 압출 후 냉각시킨 다음 일정 크기로 절단하여 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 가공하는 펠릿가공단계;
(C) 상기 (B)단계에서 가공된 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 필름 가공설비에 투입하여 일정 두께를 갖는 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름으로 압출 성형하는 압출성형단계;
(D) 상기 (C)단계에서 압출 성형한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 외면에 인쇄층을 형성하는 인쇄단계;
(E) 상기 (D)단계에서 인쇄층을 형성한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름에 대해 일정한 속도에 맞추어 권취한 후, 필요한 크기로 절단하는 권취 및 절단단계;
(F) 상기 (E)단계를 거친 일정 크기의 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 내면에 보강필름을 라미네이팅 합지시키는 접합단계; 를 포함하며,
상기 (A)단계에서 그래핀원료는 그래핀이고,
상기 그래핀은,
(1) 산화그래핀분말 20~30mg/ml을 탈이온수에 첨가하여 제1수용액을 얻어내는 단계;
(2) 게르마늄이나 일라이트 또는 제올라이트의 광물질분말 5~10mg/ml을 탈이온수에 첨가하여 제2수용액을 얻어내는 단계;
(3) 제1인산나트륨과 콜린클로라이드를 1:1의 중량비로 하여 50~60℃에서 교반함으로써 용매를 얻어내는 단계;
(4) 제1수용액 100중량부를 기준으로 제2수용액 30~80중량부, 용매 200~250중량부로 배합 및 50~60℃에서 교반하여 그래핀혼합물을 얻어내는 단계;
(5) 탈이온수를 사용하여 그래핀혼합물을 세척하되 원심 분리기를 통해 3회 이상 세척하여 그래핀용액을 얻어내는 단계;
(6) 그래핀용액을 동결 건조한 후 분말화시켜 그래핀 분말을 제조하는 단계; 로 제조한 것을 특징으로 하는 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법.
(A) 폴리에틸렌(PE) 100중량부를 기준으로 그래핀원료 0.01중량부 내지 5중량부를 조성 및 배합하는 원자재준비단계;
(B) 상기 (A)단계에서 준비한 폴리에틸렌(PE)과 그래핀원료 배합물을 압출기에 투입하여 용융 압출 후 냉각시킨 다음 일정 크기로 절단하여 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 가공하는 펠릿가공단계;
(C) 상기 (B)단계에서 가공된 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 필름 가공설비에 투입하여 일정 두께를 갖는 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름으로 압출 성형하는 압출성형단계;
(D) 상기 (C)단계에서 압출 성형한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 외면에 인쇄층을 형성하는 인쇄단계;
(E) 상기 (D)단계에서 인쇄층을 형성한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름에 대해 일정한 속도에 맞추어 권취한 후, 필요한 크기로 절단하는 권취 및 절단단계;
(F) 상기 (E)단계를 거친 일정 크기의 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 내면에 보강필름을 라미네이팅 합지시키는 접합단계; 를 포함하며,
상기 (A)단계에서 그래핀원료는 그래핀 옥사이드(GO)이고,
상기 그래핀 옥사이드(GO)는,
(1) 90~98wt% 황산 50~100mL, 질산나트륨 1~2g, 흑연 1.5~3g을 반응조에 넣은 상태에서 0℃ 이하로 유지하면서 40분~60분 동안 교반하는 단계;
(2) 과망간산칼륨 10~15g을 첨가하여 30분~40분 동안 교반하는 단계;
(3) 증류수 250~300mL와 과산화수소 8~12mL를 추가로 첨가하여 30분~40분 동안 교반하는 단계;
(4) 5~8% 염산과 탈이온수로 수세와 원심분리를 수차례 반복 및 세척하여 pH 6~7로 중화시켜 그래핀 옥사이드 용액을 얻어내는 단계;
(5) 그래핀 옥사이드 용액을 동결 건조한 후 분말화시켜 그래핀 옥사이드(GO) 분말을 제조하는 단계; 로 제조한 것을 특징으로 하는 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법.
(A) 폴리에틸렌(PE) 100중량부를 기준으로 그래핀원료 0.01중량부 내지 5중량부를 조성 및 배합하는 원자재준비단계;
(B) 상기 (A)단계에서 준비한 폴리에틸렌(PE)과 그래핀원료 배합물을 압출기에 투입하여 용융 압출 후 냉각시킨 다음 일정 크기로 절단하여 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 가공하는 펠릿가공단계;
(C) 상기 (B)단계에서 가공된 그래핀이 함유된 폴리에틸렌(PE) 펠릿을 필름 가공설비에 투입하여 일정 두께를 갖는 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름으로 압출 성형하는 압출성형단계;
(D) 상기 (C)단계에서 압출 성형한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 외면에 인쇄층을 형성하는 인쇄단계;
(E) 상기 (D)단계에서 인쇄층을 형성한 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름에 대해 일정한 속도에 맞추어 권취한 후, 필요한 크기로 절단하는 권취 및 절단단계;
(F) 상기 (E)단계를 거친 일정 크기의 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름의 내면에 보강필름을 라미네이팅 합지시키는 접합단계; 를 포함하며,
상기 (A)단계에서 그래핀원료는 환원 그래핀 옥사이드(rGO)이고,
상기 환원 그래핀 옥사이드(rGO)는,
(1) 젤라틴분말 5~10g을 수용액 100~120mL와 함께 교반기에 넣고 50~60℃에서 40~60분 동안 교반하여 용해시킴으로써 젤라틴 용액을 제조하는 단계;
(2) 150~200mL 수용액에 그래핀 옥사이드(GO) 분말을 첨가하여 농도 0.1~0.5g/mL 그래핀 옥사이드(GO) 수용액을 제조하는 단계;
(3) 그래핀 옥사이드(GO) 수용액에 80~95℃의 온도 조건에서 젤라틴 용액을 첨가하여 교반함으로써 젤라틴 함유 그래핀 옥사이드(GO) 현탄액을 얻어내는 단계;
(4) 젤라틴 함유 그래핀 옥사이드(GO) 현탁액을 20,000ppm에서 원심분리하고 100℃ 이상의 물로 세척하여 젤라틴 함유 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 용액을 얻어내는 단계;
(5) 젤라틴 함유 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 용액을 동결 건조한 후 분말화시켜 환원 그래핀 옥사이드(rGO) 분말을 제조하는 단계; 로 제조한 것을 특징으로 하는 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원자재준비단계에서 폴리에틸렌(PE)은,
고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 중에서 1종 이상이 사용되며,
상기 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 배합하는 경우, 유연성과 가공성 및 내화학성을 위한 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) : LDPE 측 고온에서의 물성유지 및 인장강도를 부여하기 위한 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) = 1~1.5 : 0.2~0.8의 중량비 또는 부피비로 배합하는 것을 특징으로 하는 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강필름은,
에틸렌비닐알콜공중합체(EVOH)필름, 나일론필름, 알루미늄필름, 항균필름, 음이온방사필름, 인쇄층을 갖지 않는 그래핀 함유 폴리에틸렌(PE) 필름 중에서 어느 1종인 것을 특징으로 하는 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 항균필름은,
시나몬, 카모마일, 시트로넬라, 병풀, 페파민트, 어성초, 유근피, 연교, 창출, 지구자, 산사, 황련, 황금, 버가못, 키토산, 고추냉이, 겨자씨, 커피에 의한 추출물 중에서 1종 이상을 폴리에틸렌이나 폴리비닐알코올 또는 메틸셀룰로오스의 베이스필름에 코팅하거나 또는 폴리에틸렌이나 폴리비닐알코올 또는 메틸셀룰로오스의 고분자원료에 배합하여 필름 형태로 압출 성형한 것이며;
상기 추출물은 코팅시 추출액이고, 고분자원료에 배합시 추출분말인 것을 특징으로 하는 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 음이온방사필름은,
게르마늄, 일라이트, 제올라이트, 화산석, 규조토 중에서 어느 1종 이상에 의한 광물질용액을 폴리에틸렌이나 폴리비닐알코올 또는 메틸셀룰로오스로 이루어진 베이스필름에 코팅하거나 또는 폴리에틸렌이나 폴리비닐알코올 또는 메틸셀룰로오스의 고분자원료에 게르마늄, 일라이트, 제올라이트, 화산석, 규조토 중에서 어느 1종 이상에 의한 광물질분말을 배합하여 필름 형태로 압출 성형한 것을 특징으로 하는 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 추출물을 베이스필름에 코팅시,
분산성을 높이고 균일한 코팅을 위해 추출물 : 식물성오일 = 1~1.2 : 0.2~0.6의 중량비 또는 부피비로 배합하여 사용하되,
상기 식물성오일은 포도씨오일, 해바라기씨오일, 올리브오일, 유채씨오일, 동백오일 중에서 어느 1종인 것을 특징으로 하는 그래핀 함유 펠릿을 이용한 식품 포장재 제조방법.
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