KR20210115699A

KR20210115699A - 친환경 종이컵 원지

Info

Publication number: KR20210115699A
Application number: KR1020200031855A
Authority: KR
Inventors: 최익선; 이학주; 노윤희; 김종수
Original assignee: 한국제지 주식회사
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2021-09-27
Also published as: JP2023517149A; US11840807B2; CN113692466A; EP3904596A4; US20210285157A1; WO2021187668A1; CN113692466B; KR102393249B1; JP7482030B2; AU2020223696A1; EP3904596A1

Abstract

본 발명은 친환경 종이컵 원지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 종이컵 원지에 요구되는 내수성, 내유성, 열접착성 및 점착저항성 등을 가지면서, 재활용성 및 생분해성을 가져 환경 친화적인 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지에 관한 것이다.

Description

친환경 종이컵 원지 {Base Paper for Eco-Friendly Paper Cup}

종이컵을 만들기 위해서는 종이의 표면에 배리어(Barrier) 특성을 가지면서 그 자체적으로 열접착성(Heat Sealability)을 가진 물질로 표면을 코팅하는 과정이 필요하다.

이에 범용의 종이컵 제조를 위해 가장 널리 사용되는 방법은 종이의 표면에 티-다이(T-die) 프로세스를 통해 융해(Melting)시킨 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)을 코팅하는 방식이다.

폴리에틸렌(Polyethylene, PE)은 가장 널리 쓰이는 종이컵 코팅 소재로, 자체적으로 배리어(Barrier) 특성을 가질 뿐 아니라, 코팅면과 종이간의 열접착, 코팅면과 코팅면 간의 열접착이 가능하여 종이컵을 만들기 위한 최적의 특성을 가지고 있다.

하지만, 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)은 자연 상태에서는 생분해되지 않으며, 종이컵에 사용된 펄프를 재사용하기 위한 재펄프화(Repulping) 공정에서 별도의 제거 공정을 거쳐야만 하기 때문에, 사실상 90% 이상의 종이컵은 회수되지 않고 폐기될 수 밖에 없었다.

이로 인해, 관련 업계에서는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 이외의 소재를 종이에 코팅하여 친환경 종이컵을 만들고자 하는 시도를 해 오고 있다.

친환경 종이컵으로 현재 상용화 되어 있는 대표적인 형태는 폴리젖산(Poly Lactic Acid, PLA)을 이용한 코팅 종이컵이다. 폴리젖산(Poly Lactic Acid, PLA)은 석유계 화합물이 아닌 자연에서 기인한 원료를 사용하여 고분자를 만든다는 점과, 특정 조건에서 생분해가 가능하다는 점을 들어, 이를 이용하여 만든 종이컵이 친환경 종이컵이라는게 관련 업계의 주장이다.

그러나, 폴리젖산(Poly Lactic Acid, PLA)는 자연 상태에서 분해되지 않고 특정 조건에서만 분해되는 고분자이기 때문에 일반적으로 매립된 상태에서는 생분해되지 않는다. 또한, 실제 자원 재활용 측면에서는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 코팅보다도 더 펄프 회수가 어려운 문제가 있기 때문에, 폴리젖산(Poly Lactic Acid, PLA)을 이용한 코팅 종이컵을 친환경 종이컵이라고 단정짓기에는 무리가 있다.

친환경 종이컵을 제작하기 위해서는 원지가 재활용성과 생분해성을 가져야 할 것이지만, 이러한 특성에만 집중할 경우, 종이컵 원지가 기본적으로 가져야할 내수성, 작업성 등이 확보되지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

도 1은 종래의 종이컵 제조과정을 도시한 도면으로, 도 1을 참고하여 설명하면, 일반적인 종이컵의 제조과정은, 종이컵 원지를 종이컵의 전개도 형상대로 절단을 하는 과정을 진행한 후, 도 1에 도시된 바와 같이, 절단된 원지 중 종이컵의 측면을 형성하는 옆지(S) 부분을 그림과 같이 말아 옆지(S)의 양 단부를 이어 붙이게 된다.

이 때, 종이컵 원지에는 종이컵의 내수성을 확보하기 위한 코팅면이 형성되어 있는바, 옆지(S)를 말아 단부를 연결하고자 할 때에는, 코팅면과 비코팅면이 접착하게 되므로, 이들 간의 열접착성(Heat Sealability)이 우수할 필요가 있다.

코팅면과 비코팅면 간의 접착을 통해 옆지(S)가 원통형으로 말리게 되면, 종이컵의 하면을 형성하는 밑지(B)를 준비해 원통형으로 말린 옆지(S)의 하측 부분에 상기 밑지(B)를 접착하는 작업을 진행하게 된다. 이 과정에서, 밑지(B)는 도 2에 도시된 바와 같이 접히면서 옆지(S)와 접착되기 때문에, 코팅면과 비코팅면 간의 접착뿐만 아니라, 코팅면과 코팅면 간의 접착도 우수할 것이 요구된다.

결국, 액체 등을 담는 종이컵의 기본 특성을 구현하기 위해서는, 종이컵 원지에 내수성 발현을 위한 코팅면 형성이 중요하며, 더 나아가 코팅면과 비코팅면, 코팅면과 코팅면 간의 우수한 열접착성(Heat Sealability)이 요구된다고 할 것이다.

하지만, 전술한 바와 같이, 우수한 열접착성(Heat Sealability)이 요구되는 상황에서도, 과도한 열접착성(Heat Sealability)은 오히려 종이컵 제조 과정을 어렵게 하는 요인이 될 수도 있다. 왜냐하면, 옆지(S)에 밑지(B)까지 접착이 된 제조과정 중의 종이컵은 성형몰드에 끼워져 회전을 하게 되고, 제조장치는 회전하는 종이컵 상부를 가압해 도 2의 컬링(C)을 형성하게 되는데, 이 과정에서 종이컵의 열접착성(Heat Sealability)이 필요 이상으로 높을 경우, 종이컵의 코팅면과 성형몰드 간에 접착이 발생하게 되면서, 컬링(C) 형성 후 종이컵이 성형몰드로부터 분리되지 못하는 상황이 발생할 수 있기 때문이다. 제조과정 중의 종이컵이 성형몰드로부터 제 때 분리되지 못하는 상황이 발생하게 되면, 컬링(C) 공정 작업이 중단될 수 있고, 이는 결국 전체적인 작업 공정의 차질을 유발하게 된다. 또한, 종이컵 제조를 위해 적층된 원지 간이 눌러 붙는 문제가 발생할 수도 있으며, 완성된 종이컵을 쌓아 올렸을 때 적층된 종이컵 간이 눌러 붙는 문제가 발생할 수도 있다.

종래의 아크릴계 공중합체 수지를 적용한 기술은, 열접착성(Heat Sealability)을 가지는 코팅층의 설계에 용이하지만, 실제 종이컵 성형 공정에서 열접착성(Heat Sealability)과 반대되는 점착저항성(Block Resistance)이 필요하므로, 이 두 성질을 하나의 층으로 동시에 만족시키는 것은 어려운 일이었다.

이처럼, 종이컵 원지는 우수한 코팅면의 내수성, 내유성 뿐만 아니라, 열접착성(Heat Sealability) 및 점착저항성(Block Resistance)도 가지고 있어야 하기에, 친환경 종이컵 원지를 제공하려면 이러한 특성들을 기본적으로 만족하면서, 이에 추가적으로 재활용성 및 생분해성까지 갖추어야 했는바, 전술한 모든 성능을 충족시킬 수 있는 원지를 제작하는 것이 쉽지 않았으며, 어느 하나의 성능을 충족시키면 다른 성능이 충족되지 못하는 문제가 있었다.

자원고갈과 환경오염 등의 이유로 친환경 종이컵 원지에 대한 관련 업계의 수요는 점차 늘고 있으나, 종래에 친환경 종이컵 원지라고 출시된 것들은 재활용이 가능하다고 했음에도 불구하고 실제 리펄핑(Re-pulping) 과정이 원활하지 못하였을 뿐만 아니라, 폐기된 종이컵이 6개월이 지나도록 분해되지 않는 것이 대부분이었고, 종이컵 원지가 갖추어야할 기본적인 요건 조차도 가지지 못했는바, 본원발명의 출원인은 종이컵 원지가 갖추어야할 기본적인 특성을 보유하면서 환경 친화적인 종이컵 원지의 개발에 이르게 되었다.

한국공개특허공보 제10-2016-0035576호 (2016.03.31.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 우수한 열접착성, 내수성 및 점착저항성을 가지고 있어 작업성이 좋고, 사용된 종이컵의 재펄프화가 가능하며, 흙 또는 공기 중에 노출된 상태에서 자연 분해가 되는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 기초지 상에 더블코팅층을 형성하여, 환경 친화적인 종이컵 원지이면서도, 코팅면과 코팅면, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성을 높여 종이컵의 내수성, 내유성 등이 확보되고, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성을 높여 성형몰드로부터 제조과정 중의 종이컵이 용이하게 제거될 수 있도록 하거나 적층된 원지 간 또는 완성된 종이컵 간의 접착이 발생하지 않도록 하는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종이컵으로의 성형이 용이하고, 누수 등이 없으며, 종이컵의 코팅면이 인체에 무해해 사용상의 문제가 없음은 물론, 더 나아가 사용된 종이컵이 별도의 필름 제거 공정을 거치지 않더라도 재활용이 가능한 것을 특징으로 하는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 기초지 상에 제1코팅액을 도포해 제1코팅층을 형성함으로써, 상기 제1코팅층에 의해 우수한 열접착성 및 내수성이 확보되도록 하는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제1코팅층 상에 제2코팅액을 도포해 제2코팅층을 형성함으로써, 상기 제2코팅층에 의해 우수한 점착저항성이 확보되도록 하는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상대적으로 낮은 유리전이온도를 가지는 제1수지를 가지고 제1코팅액을 제조하여, 낮은 온도에서도 열접착이 잘 이루어지도록 하는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제1코팅액을 제조할 때 제1수지에 제1소포제를 첨가함으로써, 기포의 발생을 방지 및 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 기초지 상에 도포되는 제1코팅액의 코팅량이 7g/m²를 초과하도록 하여 종이컵의 내수성 및 내유성이 급격히 저하되는 것을 방지하고, 제1코팅액의 코팅량이 18g/m² 미만이 되도록 하여 원지의 재활용성을 높이고, 제1코팅액의 코팅량 증가에 따른 원지 가격 상승을 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상대적으로 높은 유리전이온도를 가지는 제2수지로 제2코팅액을 제조하고, 이를 제1코팅층 상에 도포해 제1코팅층 위에 제2코팅층이 형성되도록 함으로써, 제2코팅층에 의해 원지의 점착저항성을 높이는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제2코팅액을 제조할 때 제2수지에 제2소포제를 첨가함으로써, 기포의 발생을 방지 및 제거하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제2코팅액을 제조할 때 실리카를 투입하여, 표면 끈적임을 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제2코팅액 제조시에 투입되는 실리카의 양이 제2수지를 기준으로 했을 때 0.06 중량부를 초과하도록 하여 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 급격히 저하되는 것을 방지하고, 실리카의 양이 제2수지를 기준으로 0.21 중량부 미만이 되도록 함으로써 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 열수에 대한 내수성, 냉수에 대한 내수성이 정상 범위를 벗어나는 것을 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제2코팅액을 제조할 때 습윤제를 투입하여, 표면 장력차에 의한 코팅액 뭉침 현상이 일어나는 것을 방지해, 제2코팅액이 제1코팅층 표면 전체에 고르게 도포될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제2코팅액 제조시에 투입되는 습윤제의 양이 제2수지를 기준으로 했을 때 0 중량부를 초과하도록 하여 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 저하되는 것을 방지하고, 습윤제의 양이 제2수지를 기준으로 했을 때 0.02 중량부 미만이 되도록 하여 열수에서의 내수성과 재활용성이 떨어지는 것을 방지하면서 습윤제 과다 투입에 따른 제조원가 상승을 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제1코팅층 상에 도포되는 제2코팅액의 코팅량이 1g/m²를 초과하도록 하여 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 급격히 저하되는 문제를 방지하고, 제2코팅액의 코팅량이 5g/m² 미만이 되도록 하여 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성이 정상범위를 벗어나지 않도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제1코팅층과 제2코팅층을 포함하는 더블코팅층이 기초지의 일면 상에만 형성되도록 하여, 종이컵 원지의 생산 단가를 낮추는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제1코팅층과 제2코팅층을 포함하는 더블코팅층이 기초지의 양면 상에 형성되도록 하여, 종이컵의 내수성 및 내유성 확보가 중요한 경우 더블코팅층이 기초지의 양면에 형성된 원지가 사용될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종이컵의 옆지에는 더블코팅층이 기초지의 일면 상에만 형성된 원지가 사용되도록 하고, 종이컵의 밑지에는 더블코팅층이 기초지의 양면 상에 형성된 원지가 사용되도록 함으로써, 종이컵의 생산 원가를 낮추면서도, 우수한 품질의 종이컵이 생산될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 기초지와, 상기 기초지 상에 형성된 더블코팅층을 포함하여, 열접착성과 점착저항성을 가지고, 재활용이 용이하며, 자연 상태에서 생분해되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 더블코팅층은, 상기 기초지 상에 도포된 제1코팅액에 의해 형성되는 제1코팅층을 포함하고, 상기 제1코팅층 상에 도포된 제2코팅액에 의해 형성되는 제2코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 더블코팅층은, 상기 제1코팅층에 의해 열접착성이 부여되고, 상기 제2코팅층에 의해 점착저항성이 부여되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1코팅액은, 열접착성을 부여하는 제1수지와 기포를 제거하는 제1소포제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1수지는, 종이컵 제조 과정의 온도보다 낮은 유리전이온도를 가져 종이컵 원지에 열접착성을 부여하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1수지는, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 46.5 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 3℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 32℃인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1소포제는, 상기 제1수지를 기준으로, 0.002 중량부가 투입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1코팅액의 코팅량(g/m²)은, 7g/m²를 초과하고 18g/m²미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제2코팅액은, 점착저항성을 부여하는 제2수지와, 기포를 제거하는 제2소포제와, 표면 끈적임을 방지하는 실리카와, 코팅 커버리지를 향상시키는 습윤제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제2수지는, 종이컵 제조 과정의 온도보다 높은 유리전이온도를 가져 종이컵 원지에 점착저항성을 부여하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제2수지는, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 45.7 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 22℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 20℃인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제2소포제는, 상기 제2수지를 기준으로, 0.002 중량부가 투입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 실리카는, 상기 제2수지를 기준으로, 0.05 중량부를 초과하고 0.21 중량부 미만으로 투입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 습윤제는, 상기 제2수지를 기준으로, 0 중량부를 초과하고 0.02 중량부 미만으로 투입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제2코팅액의 코팅량(g/m²)은, 1g/m²를 초과하고 5g/m²미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 더블코팅층은, 상기 기초지의 일면 상에만 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 더블코팅층은, 상기 기초지의 양면 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1코팅층의 제1수지는, 80℃ 이상 150℃ 이하에서 열접착성을 띄며, 상기 제2코팅층의 제2수지는, 80℃ 이상 120℃ 이하에서 점착저항성을 띄는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1수지가 열접착성을 띄는 온도는, 상기 제2수지가 점착저항성을 띄는 온도보다 높은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1수지는, 코팅면과 코팅면 간의 접착시에는 80℃ 이상 145℃ 이하에서 열접착성을 띄는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1수지는, 대략 115℃에서 열접착성을 띄는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1수지는, 코팅면과 비코팅면 간의 접착시에는 90℃ 이상 150℃ 이하에서 열접착성을 띄는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1수지는, 대략 130℃에서 열접착성을 띄는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제2수지는, 코팅면과 비코팅면 간의 접착시에는 90℃ 이상 120℃ 이하에서 점착저항성을 띄는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제2수지는, 대략 100℃에서 점착저항성을 띄는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은, 우수한 열접착성, 내수성 및 점착저항성을 가지고 있어 작업성이 좋고, 사용된 종이컵의 재펄프화가 가능하며, 흙 또는 공기 중에 노출된 상태에서 자연 분해가 되는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은, 기초지 상에 더블코팅층을 형성하여, 환경 친화적인 종이컵 원지이면서도, 코팅면과 코팅면, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성을 높여 종이컵의 내수성, 내유성 등이 확보되고, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성을 높여 성형몰드로부터 제조과정 중의 종이컵이 용이하게 제거될 수 있도록 하거나 적층된 원지 간 또는 완성된 종이컵 간의 접착이 발생하지 않도록 하는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 종이컵으로의 성형이 용이하고, 누수 등이 없으며, 종이컵의 코팅면이 인체에 무해해 사용상의 문제가 없음은 물론, 더 나아가 사용된 종이컵이 별도의 필름 제거 공정을 거치지 않더라도 재활용이 가능한 것을 특징으로 하는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 효과가 있다.

본 발명은, 기초지 상에 제1코팅액을 도포해 제1코팅층을 형성함으로써, 상기 제1코팅층에 의해 우수한 열접착성 및 내수성이 확보되도록 하는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은, 제1코팅층 상에 제2코팅액을 도포해 제2코팅층을 형성함으로써, 상기 제2코팅층에 의해 우수한 점착저항성이 확보되도록 하는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 상대적으로 낮은 유리전이온도를 가지는 제1수지를 가지고 제1코팅액을 제조하여, 낮은 온도에서도 열접착이 잘 이루어지도록 하는 친환경 종이컵 원지를 제공하는 효과가 있다.

본 발명은, 제1코팅액을 제조할 때 제1수지에 제1소포제를 첨가함으로써, 기포의 발생을 방지 및 제거하는 효과를 가진다.

본 발명은, 기초지 상에 도포되는 제1코팅액의 코팅량이 7g/m²를 초과하도록 하여 종이컵의 내수성 및 내유성이 급격히 저하되는 것을 방지하고, 제1코팅액의 코팅량이 18g/m² 미만이 되도록 하여 원지의 재활용성을 높이고, 제1코팅액의 코팅량 증가에 따른 원지 가격 상승을 방지하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 상대적으로 높은 유리전이온도를 가지는 제2수지로 제2코팅액을 제조하고, 이를 제1코팅층 상에 도포해 제1코팅층 위에 제2코팅층이 형성되도록 함으로써, 제2코팅층에 의해 원지의 점착저항성을 높이는 효과가 있다.

본 발명은, 제2코팅액을 제조할 때 제2수지에 제2소포제를 첨가함으로써, 기포의 발생을 방지 및 제거하는 효과를 가진다.

본 발명은, 제2코팅액을 제조할 때 실리카를 투입하여, 표면 끈적임을 방지하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 제2코팅액 제조시에 투입되는 실리카의 양이 제2수지를 기준으로 했을 때 0.06 중량부를 초과하도록 하여 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 급격히 저하되는 것을 방지하고, 실리카의 양이 제2수지를 기준으로 0.21 중량부 미만이 되도록 함으로써 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 열수에 대한 내수성, 냉수에 대한 내수성이 정상 범위를 벗어나는 것을 방지하는 효과가 있다.

본 발명은, 제2코팅액을 제조할 때 습윤제를 투입하여, 표면 장력차에 의한 코팅액 뭉침 현상이 일어나는 것을 방지해, 제2코팅액이 제1코팅층 표면 전체에 고르게 도포될 수 있도록 하는 효과를 가진다.

본 발명은, 제2코팅액 제조시에 투입되는 습윤제의 양이 제2수지를 기준으로 했을 때 0 중량부를 초과하도록 하여 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 저하되는 것을 방지하고, 습윤제의 양이 제2수지를 기준으로 했을 때 0.02 중량부 미만이 되도록 하여 열수에서의 내수성과 재활용성이 떨어지는 것을 방지하면서 습윤제 과다 투입에 따른 제조원가 상승을 방지하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 제1코팅층 상에 도포되는 제2코팅액의 코팅량이 1g/m²를 초과하도록 하여 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 급격히 저하되는 문제를 방지하고, 제2코팅액의 코팅량이 5g/m² 미만이 되도록 하여 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성이 정상범위를 벗어나지 않도록 하는 효과가 있다.

본 발명은, 제1코팅층과 제2코팅층을 포함하는 더블코팅층이 기초지의 일면 상에만 형성되도록 하여, 종이컵 원지의 생산 단가를 낮추는 효과를 가진다.

본 발명은, 제1코팅층과 제2코팅층을 포함하는 더블코팅층이 기초지의 양면 상에 형성되도록 하여, 종이컵의 내수성 및 내유성 확보가 중요한 경우 더블코팅층이 기초지의 양면에 형성된 원지가 사용될 수 있도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 종이컵의 옆지에는 더블코팅층이 기초지의 일면 상에만 형성된 원지가 사용되도록 하고, 종이컵의 밑지에는 더블코팅층이 기초지의 양면 상에 형성된 원지가 사용되도록 함으로써, 종이컵의 생산 원가를 낮추면서도, 우수한 품질의 종이컵이 생산될 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 종이컵 제조과정을 도시한 도면.
도 2는 종이컵의 단면을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 종이컵 원지를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경 종이컵 원지를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 종이컵 원지 샘플을 해리시킨 뒤 제조한 수초지를 도시한 도면.
도 6은 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 코팅된 종이컵 원지 샘플을 해리시킨 뒤 제조한 수초지를 도시한 도면.
도 7은 폴리젖산(Poly Lactic Acid, PLA) 코팅된 종이컵 원지 샘플을 해리시킨 뒤 제조한 수초지를 도시한 도면.
도 8은 생분해성 실험결과를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 종이컵 원지 제조방법을 도시한 도면.
도 10은 도 9의 제1코팅층형성단계를 도시한 도면.
도 11은 도 9의 제2코팅층형성단계를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경 종이컵 원지 제조방법을 도시한 도면.
도 13은 도 12에 의해 제조되는 종이컵 원지를 도시한 도면.

이하에서는 본 발명에 따른 친환경 종이컵 원지 및 그 제조방법의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 공지의 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에서 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에서 사용된 정의에 따른다.

본 발명의 친환경 종이컵 원지(1)는, 종이컵 제조에 사용되는 원지로, 종이컵 제조시 원지가 가져야 할 가공특성과 사용특성을 모두 만족하면서, 재활용성 및 생분해성을 가져 환경 친화적인 특징이 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 종이컵 원지를 도시한 도면으로, 도 3을 참고하면, 이러한 친환경 종이컵 원지(1)는, 기초지(10) 및 더블코팅층(30)을 포함한다.

상기 기초지(10)는, 후술할 더블코팅층(30)이 형성되는 기초 종이로, 종이컵 제조시 사용될 수 있는 모든 종이를 통칭 개념으로 볼 수 있다. 상기 기초지(10)를 어느 특정 종이로 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는, 180~380g/m² 범위의 평량을 가지며, 100% 천연펄프를 사용하여 무형광으로 제조되는 (주)한국제지의 KAce PNC 제품일 수 있다.

상기 더블코팅층(30)은, 상기 기초지(10) 상에 형성된 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 기초지(10)의 일면 상에만 형성될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 기초지(10)의 양면 상에 형성될 수도 있다. 또한, 상기 더블코팅층(30)이 상기 기초지(10)의 일면 상에만 형성된 원지(1)와, 상기 기초지(10)의 양면 상에 형성된 원지(1)를 구분 제조하여, 상기 기초지(10)의 일면 상에만 상기 더블코팅층(30)이 형성된 원지(1)는 종이컵의 옆지에 사용되도록 하고, 상기 기초지(10)의 양면에 상기 더블코팅층(30)이 형성된 원지(1)는 종이컵의 밑지에 사용되도록 할 수도 있다. 이러한 상기 더블코팅층(30)은, 제1코팅층(31) 및 제2코팅층(33)을 포함한다.

상기 제1코팅층(31)은, 상기 기초지(10) 상에 형성되는 코팅층으로, 제1코팅액의 일정량을 상기 기초지(10) 상에 도포함으로써 상기 기초지(10) 상에 형성되는 코팅층으로 볼 수 있다. 상기 제1코팅층(31)에 의해 종이컵 원지에는 열접착성 및 내수성, 내유성 등이 부여된다. 상기 제1코팅층(31)에 의한 열접착성은, 코팅면과 코팅면 간의 열접착 온도가 80℃ 이상 145℃ 이하이며, 바람직하게는, 115℃가 될 수 있다. 또한, 상기 제1코팅층(31)에 의한 열접착성은, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착 온도가 90℃ 이상 150℃ 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 130℃가 될 수 있다. 이러한 수치는 후술할 실험 1을 통해 도출되었다. 상기 제1코팅액은 제1수지 및 제1소포제에 의해 제조되며, 상기 기초지(10) 상에 도포되는 상기 제1코팅액의 코팅량(g/m²)은, 바람직하게는 7g/m²를 초과하고 18g/m²미만이 될 수 있다. 상기 제1코팅액의 코팅량(g/m²) 범위에 대한 자세한 설명은 후술하도록 하겠다.

상기 제1수지는, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 46.5 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 3℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 32℃인 것을 말한다. 바람직하게는, 상기 제1수지는 APEC사의 ACRYCOTE™ APC-200으로, 아크릴레이트 공중합 변성 고분자수지 46~47 중량%, 물 52.9~53.9 중량%, 기타 0.1 중량%의 성분을 포함할 수 있다.

상기 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)란, 고분자 물질을 가열했을 때 유리상의 딱딱한 상태에서 고무상으로 바뀌는 형상을 유리 전이(Glass Transition)라고 하는데, 이러한 유리 전이(Glass Transition)가 일어나는 온도를 말한다.

상기 제1수지는 낮은 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg), 바람직하게는 종이컵 제조 과정의 온도보다 낮은 유리전이온도를 가지고 있어서, 열접착성(Heat Sealability)이 높지만, 반대로 점착저항성(Block Resistance)이 낮은 특징을 보인다. 이로 인해 종이컵을 제조하는 과정이 저온임에도 불구하고 성형몰드와 종이컵 원지간의 접착이 유발되어 생산 중인 종이컵이 성형몰드로부터 제 때 분리되지 못하는 상황을 발생시킬 수 있다. 또한, 종이컵 제조를 위해 적층된 원지 간이 눌러 붙는 문제가 발생할 수도 있으며, 완성된 종이컵을 쌓아 올렸을 때 적층된 종이컵 간이 눌러 붙는 문제가 발생할 수도 있다.

이에 본원발명은 상기 제1코팅층(31)에 의해 열접착성(Heat Sealability) 및 내수성을 높이면서도, 후술할 제2코팅층(33)에 의해 점착저항성(Block Resistance)이 보완된 종이컵 원지(1)를 제공하고자 한다.

상기 제1수지는 80℃ 이상 150℃ 이하에서 열접착성을 띄며, 상기 제1수지가 열접착성을 띄는 온도는, 후술할 제2수지가 점착저항성을 띄는 온도보다 높은 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 제1수지는, 코팅면과 코팅면 간의 접착시에는 80℃이상 145℃ 이하에서 열접착성을 띄며, 보다 바람직하게는 대략 115℃에서 열접착성을 띈다. 또한, 상기 제1수지는 코팅면과 비코팅면 간의 접착시에는 90℃이상 150℃ 이하에서 열접착성을 띄며, 보다 바람직하게는 대략 130℃에서 열접착성을 띈다.

상기 제1소포제는, 기포 발생을 방지 및 제거하는 것으로, 바람직하게는 상기 제1수지를 1로 보았을 때, 상기 소포제의 투입량은 0.002 중량부가 될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 제1소포제는 한국의 새한실리켐(주)에서 생산 중인 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)을 주원료로 한 실리콘계 소포제로, 고형분은 38 중량%, pH는 7.0 수준인 백색 현탁액일 수 있다. 보다 바람직하게는 모노스테아린산 소르비탄(SORBITAN MONOSTEARATE) 1~5 중량%, 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 30 중량%, 물(WATER) 55~65 중량%, 나트륨 카르복시메틸 셀룰로스(SODIUM CARBOXYMETHYL CELLULOSE) 1 중량%, Sorbitan, trioctadecanoate, poly(oxy-1,2-ethanediyl) derivs 5~10 중량%인 새한실리켐(주)의 FD-330일 수 있다.

상기 제2코팅층(33)은, 상기 제1코팅층(31) 상에 형성되는 코팅층으로, 제2코팅액의 일정량을 상기 제1코팅층(31) 상에 도포함으로써 상기 제1코팅층(31) 상에 형성되는 코팅층으로 볼 수 있다. 상기 제2코팅층(33)에 의해 종이컵 원지에는 점착저항성이 부여된다. 상기 제2코팅층(33)에 의한 점착저항성은, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착 온도가 90℃ 이상 120℃ 이하임이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 100℃가 될 수 있다. 이러한 수치는 후술할 실험 1을 통해 도출되었다. 상기 제2코팅액은 제2수지, 제2소포제, 실리카(Silica) 및 습윤제(Wetting Agent)에 의해 제조되며, 상기 제1코팅층(31) 상에 도포되는 상기 제2코팅액의 코팅량(g/m²)은, 바람직하게는 1g/m²를 초과하고 5g/m² 미만으로 구성될 수 있다. 상기 제2코팅액의 코팅량(g/m²) 범위에 대한 자세한 설명 역시 후술하도록 하겠다.

상기 제2수지는, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 45.7 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 22℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 20℃인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 제2수지는 APEC사의 ACRYCOTE™ APC-0829로, Acrylic ester copolymer 45~47 중량%, 물 53~55 중량%, 기타 0.1 중량%의 성분을 포함할 수 있다.

상기 제2수지는 상기 제1수지에 비해 상대적으로 높은 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg), 바람직하게는 종이컵 제조 과정의 온도보다 높은 유리전이온도를 가지고 있어서, 점착저항성(Block Resistance)이 우수한 특징을 가진다. 따라서, 상기 제2수지에 의해, 저온에서는 종이컵 원지와 성형몰드 간의 접착이 잘 일어나지 않게 되고, 적층된 종이컵 원지 간 또는 적층된 종이컵 간의 접착을 방지할 수 있으며, 고주파 접착이나 열 접착 등의 고온에서야 접착 성능이 발현될 수 있다.

이러한 상기 제2수지를 포함한 제2코팅액이 상기 제1코팅층(31) 상에 도포됨으로써 상기 제2코팅층(33)을 형성할 경우, 열접착성(Heat Sealability), 내수성, 내유성 및 점착저항성(Block Resistance)이 우수한 종이컵 원지(1)가 제공될 수 있게 된다.

상기 제2수지는 80℃ 이상 120℃ 이하에서 점착저항성을 띄며, 전술한 바와 같이, 상기 제1수지가 열접착성을 띄는 온도는, 상기 제2수지가 점착저항성을 띄는 온도보다 높은 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 제2수지는, 코팅면과 비코팅면 간의 접착시에는 90℃ 이상 120℃ 이하에서 점착저항성을 띄며, 보다 바람직하게는 대략 100℃에서 점착저항성을 띈다.

상기 제2소포제는, 기포 발생을 방지 및 제거하는 것으로, 바람직하게는 상기 제2수지를 1로 보았을 때, 상기 제2소포제의 투입량은 0.002 중량부가 될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 제1수지에 첨가되는 제1소포제와 상기 제2수지에 첨가되는 상기 제2소포제는 같은 종류로 구성될 수 있다. 즉, 상기 제2소포제는 한국의 새한실리켐(주)에서 생산 중인 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)을 주원료로 한 실리콘계 소포제로, 고형분은 38 중량%, pH는 7.0 수준인 백색 현탁액일 수 있다.

상기 실리카(Silica)는, 표면 끈적임을 방지하기 위해 첨가되는 것으로, 상기 실리카(Silica)의 투입량(중량부)은, 상기 제2수지를 기준으로 했을 때, 0.06 중량부를 초과하고, 0.21 중량부 미만으로 구성됨이 바람직하며, 이러한 범위가 도출된 경위에 대해서는 후술하도록 하겠다. 상기 실리카(Silica)의 종류에 대해 이를 어느 특정 종류로 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는 100% 이산화규소(SiO₂)이며, 흰색 분말 형태를 가질 수 있다. 보다 바람직하게는 (주)에스켐텍의 미분말실리카(MICRONIZED SILICA), SS-65B로, 이산화규소, 비결정체(Silica, amorphous) 100%로 구성될 수 있다.

상기 습윤제(Wetting Agent)는, 코팅 커버리지 향상을 위해 첨가되는 것으로, 본 명세서에서 상기 습윤제는 습윤 효과를 가지는 레벨링제(Leveling Agent)를 포함하는 광의의 개념으로 볼 수 있다. 내수성과 내유성을 가진 제1코팅층(31) 위에 상기 제2코팅액을 도포하는 과정에서는, 표면 장력차에 의한 코팅액 뭉침 현상이 일어날 수 있으므로, 제2코팅액이 상기 제1코팅층(31) 표면 전체에 고르게 도포될 수 있도록 상기 습윤제(Wetting Agent)를 투입하여 코팅층의 흐름성과 평활성을 개선해, 커버리지가 우수한 코팅면을 얻을 수 있게 된다. 상기 습윤제의 종류를 제한하는 것은 아니지만, 바람직하게는, BYK 사에서 생산중인 BYK-3410 제품으로, 주성분은 Butanedioic acid, 2-sulfo-, 1,4-bis(2-ethylhexyl) ester, sodium salt이며, 고형분은 50 중량%인 황갈색 액체가 사용될 수 있다.

만일 상기 제2코팅층(33)을 이루는 부분의 점착저항성(Block Resistance)이 낮아질 경우, 종이컵을 제조하는 과정에서 제조 중인 종이컵과 성형몰드 간에 열접착이 일어나, 성형몰드로부터 분리되어 다음 공정으로 이동해야하는 제조 과정 상의 종이컵이 원활히 이동하지 못할 수 있고, 적층된 원지 간의 접착이 발생할 수도 있으며, 완성된 종이컵을 쌓았을 때 적층된 종이컵 간의 접착이 일어날 수도 있기 때문에, 이러한 점착저항성(Block Resistance)은 일정 수준 이상으로 유지될 필요가 있다. 따라서, 상기 습윤제(Wetting Agent)를 상기 제2코팅액에 첨가함으로써, 상기 제2코팅액의 점착저항성이 적정수준 밑으로 낮아지는 것을 방지할 수 있다.

이하에서, 구체적인 실험을 통해, 종이컵의 요구특성, 재활용성 및 생분해성 만족 여부를 확인하고(실험 1 참고), 실제 제조과정에서의 열접착성, 성형작업성 및 누수를 확인하며(실험 2 참고), 제1코팅액 코팅량의 적정범위를 확인하고(실험 3 참고), 제2코팅액 코팅량의 적정범위를 확인하며(실험 4 참고), 제2코팅액 제조시 첨가되는 실리카 투입량의 적정범위를 확인하고(실험 5 참고), 제2코팅액 제조시 첨가되는 습윤제(Wetting Agent) 투입량의 적정범위를 확인(실험 6 참고)하고자 한다. 실험 데이터를 측정하는데 사용한 방법은 아래와 같다.

<측정방법>

1. 열접착성(Heat Sealability)

열접착성은 종이컵 성형시 코팅면과 코팅면 간의 접착, 코팅면과 비코팅면 간의 접착이 일어나는 공정을 평가하기 위하여 열접착이 일어나는 온도를 측정하였다. 열접착 테스터를 사용하여 접착을 실시하였으며, 압력은 100KPa, 시간은 1초로 설정하였다. 압력과 시간이 일정한 상태에서 온도를 5℃ 간격으로 상승시켜 여러 시편을 접착시키고, 접착된 부분에 힘을 가해 뜯었을 때 코팅면이 전체적으로 완전히 뜯기는 시점의 온도를 데이터로 기록하였다. 코팅면과 코팅면 간(종이컵의 밑지 접착시)의 열접착성은 온도가 낮을수록 유리하고, 코팅면과 비코팅면 간(종이컵의 옆지 접착시)의 열접착성도 온도가 낮을수록 유리하다.

2. 점착저항성(Block Resistance)

점착저항성은 종이컵 성형시 코팅면이 성형 설비와 접착이 일어나는 공정을 평가하기 위하여 열접착이 일어나는 온도를 측정하였다. 열접착 테스터를 사용하여 접착을 실시하였으며, 압력은 100Kpa, 시간은 5초로 설정하였다. 압력과 시간이 일정한 상태에서 온도를 5℃ 간격으로 상승시켜 여러 시편을 접착시키고, 접착된 부분에 힘을 가해 뜯었을 때 코팅면이 뜯기지 않은 최고 온도를 데이터로 기록하였다. 코팅면과 비코팅면 간(원지 간, 원지와 성형몰드 간)의 점착저항성은 측정된 온도가 높을수록 원지 간의 부착이나 원지와 성형몰드 간의 부착 현상을 줄이는바, 컵 성형 작업성을 우수하게 한다고 평가할 수 있다.

3. 내수성

종이의 표면을 통해 물이 침투되는 특성을 평가하기 위해 콥 사이즈도 측정법(Cobb Size Test)을 적용하였다. TAPPI T 441 콥 사이즈도 측정법(Cobb Size Test)에 의거하여, 코팅면에 일정시간 동안 물을 접촉한 후 스며든 물의 양을 측량 실시하여 평가하였다. 이때, 물의 양은 100mL로 하고, 접촉시간은 30분을 기준으로 하였으며, 최종 용도에 따라 열수(90℃), 냉수(1℃)를 사용하여 측정하였다. 바람직하게는, 냉수에 대한 내수성 보다 열수에 대한 내수성이 우선할 수 있다. 측정된 값은 종이가 표면을 통해 물을 받아들인 양이므로, 그 값이 낮을수록 내수성이 뛰어나다고 할 것이다.

4. 재활용성

종이 원료로 재사용시를 가정하여, 샘플을 해리시키고, 해리된 원료로 수초지를 제조하여 제조된 수초지의 지합(Formation) 수치를 데이터로 기록하였다. 지합(Formation)이란, 종이의 펄프 섬유가 얼마나 균일하게 분포되어 있는지를 나타내는 것으로, 종이의 투기도(종이가 공기를 투과시키는 정도), 불투명도, 인쇄 품질에 큰 영향을 미친다. 지합 측정은 TechPAP 광학형 지합측정기를 사용하였으며, 상기 지합측정기로 측정된 값은 물에 다시 풀어서 종이를 만들었을 때의 지합(Formation) 값인바, 그 값이 낮을수록 재활용성이 우수하다고 볼 수 있다.

5. 생분해성

자연상태에서 생분해되는 현상을 모사하고자, 플라스틱(Plastic)으로 형성되어 공간을 4개의 영역으로 구획하는 프레임 상에 원지를 놓고, 그 위에 상기 프레임을 추가로 놓은 뒤, 이를 화단에 묻어, 흙에 닿은 원지 부분의 시간 경과에 따른 형태 변화를 관찰하였다. 일반 종이와 유사한 형태로 분해될 경우 자연상태에서 생분해되는 것으로 평가한다.

6. 컵 성형 테스트

일반적 컵 성형기에서의 양산 가능성을 평가하기 위하여, 열압착과 고주파 방식을 사용하는 컵 성형 설비에서 정상적인 작업을 실시하면서, 작업성과 성형된 컵의 열접착 상태 및 누수 등을 평가하였다.

<실험 1의 내용>

- 실험목적 : 종이컵의 요구특성, 재활용성 및 생분해성 만족 여부 확인

- 실험방법 : 아크릴계 공중합체 수지를 3종으로 구분하여 준비하였다.

제1수지는, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 46.5 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 3℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 32℃인 것을 특징으로 한다.

제2수지는, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 45.7 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 22℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 20℃인 것을 특징으로 한다.

제3수지는, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 46.0 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 10℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 25℃인 것을 특징으로 한다.

상기 제1수지는 열접착성(Heat Sealability)이 우수하지만 점착저항성(Block Resistance)이 불량한 제품을, 상기 제2수지는 점착저항성(Block Resistance)이 우수하지만 열접착성(Heat Sealability)이 불량한 제품을, 상기 제3수지는 열접착성(Heat Sealability)과 점착저항성(Block Resistance)이 중간 수준의 제품을 대표하는 것으로 볼 수 있다.

- 실시예 1-1

준비한 상기 제1수지에, 제1수지를 기준으로 소포제 0.002 중량부를 투입하여 제1코팅액을 제조하였다. 또한, 제2수지에, 제2수지를 기준으로 실리카(Silica) 0.12 중량부, 습윤제(Wetting Agent) 0.01 중량부, 소포제 0.002 중량부를 투입하여 제2코팅액을 제조하였다. 이렇게 제조된 코팅액을 가지고, 350g/m² 기초지 상에 상기 제1코팅액 12g/m²를 도포하여 제1코팅층을 형성하였으며, 상기 제1코팅층 상에 상기 제2코팅액 3g/m²를 도포하여 제2코팅층을 형성함으로써, 상기 기초지 일면 상에 더블코팅층을 형성하였다.

- 실시예 1-2

기초지를 250g/m²로 하고, 기초지의 양면 상에 실시예 1-1의 더블코팅층을 동일하게 형성하였다.

- 비교예 1-1

준비한 상기 제1수지에, 제1수지를 기준으로 소포제를 0.002 중량부 투입하여 코팅액을 제조하였고, 이를 350g/m² 기초지 상에 15g/m² 도포하여 싱글코팅층을 형성하였다.

- 비교예 1-2

준비한 상기 제2수지에, 제2수지를 기준으로 실리카(Silica) 0.12 중량부, 습윤제(Wetting Agent) 0.01 중량부, 소포제 0.002 중량부를 투입하여 코팅액을 제조하였고, 이를 350g/m² 기초지 상에 15g/m² 도포하여 싱글코팅층을 형성하였다.

- 비교예 1-3

준비한 상기 제3수지에, 제3수지를 기준으로 실리카(Silica) 0.12 중량부, 습윤제(Wetting Agent) 0.01 중량부, 소포제 0.002 중량부를 투입하여 코팅액을 제조하였고, 이를 350g/m² 기초지 상에 15g/m² 도포하여 싱글코팅층을 형성하였다.

- 비교예 1-4

현재 상용품으로 제조되고 있는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)이 코팅된 원지로, 300g/m² 기초지에 30g/m²의 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)이 코팅되어 있다.

- 비교예 1-5

현재 상용품으로 제조되고 있는 폴리젖산(Poly Lactic Acid, PLA)이 코팅된 원지로, 300g/m² 기초지에 30g/m²의 폴리젖산(Poly Lactic Acid, PLA)이 코팅되어 있다.

<실험 1의 결과>

항목	단위	실시예 1-1	실시예 1-2	비교예 1-1	비교예 1-2	비교예 1-3	비교예 1-4	비교예 1-5	정상범위
열접착성 (코팅면과 코팅면)	℃	115	115	80	150	145	135	145	145이하
열접착성 (코팅면과 비코팅면)	℃	130	130	90	175	160	140	150	150이하
점착저항성 (코팅면과 비코팅면)	℃	100	100	60	130	125	100	90	90이상
내수성 (열수에서 30분)	g/m²	12	11	13	35	33	1	5	25이하
내수성 (냉수에서 30분)	g/m²	10	8	11	25	24	1	6	20이하
재활용성	-	32	33	32	34	33	해리 불가	해리 불가	40이하
생분해성	-	분해됨	분해됨	분해됨	분해됨	분해됨	분해 불가	분해 불가	분해

표 1을 살펴보면, 더블코팅층이 형성된 실시예 1-1 및 1-2는, 종이컵에 요구되는 특성인, 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성 및 내수성 부문에서 모두 정상범위 내의 수치를 보였다.

무엇보다도, 실시예 1-1 및 1-2는 재활용성을 나타내는 지합(Formation) 값이 정상범위인 40이하에 있었는바, 재활용성이 높다는 것이 수치적으로 입증이 되었다. 또한, 도 5는 실시예 1-1에 따른 종이컵 원지 샘플을 해리시킨 뒤 제조한 수초지를 도시한 도면으로, 도 5를 참고하면, 본 발명의 원지 샘플로 제조된 수초지에는 펄프 섬유가 균일하게 분포하는 것을 알 수 있는바, 재활용성이 우수하다는 사실이 입증되었다.

이에 반하여, 도 6은 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 코팅된 종이컵 원지(비교예 1-4) 샘플을 해리시킨 뒤 제조한 수초지를 도시한 도면이고, 도 7은 폴리젖산(Poly Lactic Acid, PLA) 코팅된 종이컵 원지(비교예 1-5) 샘플을 해리시킨 뒤 제조한 수초지를 도시한 도면으로, 도 6 및 도 7에서는, 도 5에서와 달리, 수초지 상에 코팅 필름이 남아 있어 펄프 섬유가 균일하게 분포되지 못하는 것이 확인되었는바, 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 코팅된 종이컵 및 폴리젖산(Poly Lactic Acid, PLA) 코팅된 종이컵의 경우는 재활용성이 떨어지는 것이 확인되었다.

도 8은 생분해성 실험결과를 도시한 도면으로, 일반 종이, 실시예 1-1의 원지, 비교예 1-4의 원지, 비교예 1-5의 원지를 화단에 묻었을 때, 시간 경과에 따른 모습이 나타나 있다.

코팅되지 않은 일반 종이의 경우, 시간이 경과함에 따라 자연 분해가 되어, 6개월 경과 후에는 흙에 닿은 4개 영역 부분 모두가 완전히 분해된 것을 알 수 있다.

실시예 1-1의 경우는, 일반 종이에 비해 4주 경과시점까지는 큰 변화가 보이지 않다가, 그 이후로부터 분해가 되면서 6개월 경과 후에는 일반 종이와 마찬가지로 흙에 닿은 4개 영역 모두가 완전히 분해되었다.

반면에 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 코팅이 된 비교예 1-4에서는 6개월이 경과하여도 코팅 필름 부분이 썩지 않고 남아 있었으며, 폴리젖산(Poly Lactic Acid, PLA)이 코팅된 비교예 1-5에서도 6개월이 경과했지만 종이만 분해되고 코팅 필름 부분이 분해되지 않은채 그대로 남아 있는 것이 확인되었다.

결과적으로, 종래의 종이컵 원지는 환경 친화적이지 못하였지만, 본 발명인 종이컵 원지는 생분해가 되는 친환경적 재료라는 사실이 검증되었다.

또한, 제1수지로 싱글코팅층을 형성한 비교예 1-1의 경우, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 정상범위보다 낮게 측정이 되었는바, 비교예 1-1의 원지를 사용하여 종이컵을 제작할 때에는 원지와 성형몰드 간 등에 접착이 발생하여 작업이 중단되는 문제가 발생할 수 있고, 제2수지, 실리카, 습윤제 및 소포제로 싱글코팅층을 형성한 비교예 1-2의 경우, 코팅면과 코팅면, 코팅면과 비코팅면의 열접착성이 정상범위 보다 크게 높았는바, 열접착을 위해 필요한 온도가 과도하게 높아지는 문제가 있었다.

비교예 1-3의 경우는, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성이 정상범위를 벗어났으며, 열수에 대한 내수성 및 냉수에 대한 내수성이 정상범위를 충족하지 못하였다.

<실험 2의 내용>

- 실험목적 : 실제 제조과정에서의 열접착성, 성형작업성 및 누수를 확인

- 실험방법 : 일반적인 종이컵 성형기에서의 양산 가능성을 평가하기 위하여 열압착과 고주파 방식을 사용하는 컵 성형 설비를 통해 정상적인 작업을 실시하였다. 종이컵 성형기로는 자체 제작품을 사용하였으며, 작업조건은 분당 55개를 생산하였고, 전류 3A 옆지 고주파 접착을 하였으며, 밑지 접착 온도는 340도로 하였다.

실험 2의 실시예 2-1은, 실험 1의 실시예 1-1을 종이컵의 옆지로 사용하고 실험 1의 실시예 1-2를 종이컵의 밑지로 사용하여 상업용 종이컵 성형기에서 성형 작업을 실시한 것이다.

실험 2의 비교예 2-1 내지 2-3은, 실험 1의 비교예 1-1 내지 1-3을 종이컵의 옆지로 사용하고 실험 1의 실시예 1-2를 종이컵의 밑지로 사용하여 상업용 종이컵 성형기에서 성형 작업을 실시한 것을 말한다.

실험 2의 비교예 2-4 및 2-5는, 실험 1의 비교예 1-4 및 1-5의 원지를 사용하여 상용 작업과 동일한 조건으로 상업용 종이컵 성형기에서 성형 작업을 실시한 것이다.

본 실험 2에서는 실제 제조과정의 작업성과 사용과정에서의 누수를 확인하기 위한 것으로, 전술한 측정방법과 다른 방식의 측정을 사용하였다.

열접착성의 경우, 접착부를 강제 분리하여 뜯김형태를 평가하였는데, 종이면이 뜯기면 양호, 접착면이 뜯기면 불량으로 평가하였다.

성형작업성 1의 경우, 톰슨가공 후의 원지는 성형과정에서 유연하게 될 수 있도록 그 위에 물을 뿌리게 되는데, 이 때 적층된 원지가 서로 붙어 낱장 공급이 어려워지는 문제가 유발될 수 있는바, 이를 확인하기 위하여, 톰슨가공 및 물 뿌림 작업 후 낱장으로 잘 분리되는지 여부를 평가하였으며, 분리가 잘되면 양호, 원지간의 접착이 있으면 불량으로 평가했다.

성형작업성 2의 경우는, 성형작업 중 성형몰드에 붙지 않고 정상적으로 분리되는지 여부를 평가한 것으로, 분리가 잘되면 양호, 원지와 성형몰드의 접착이 있으면 불량으로 하였다.

성형작업성 3의 경우는, 1시간 동안 60 개/min 속도로 작업을 실시하여 중단없이 정상 작업이 가능하지 여부를 평가한 것으로, 중단이 없으면 양호, 중단이 있으면 불량으로 평가하였다.

누수의 경우는, 성형된 컵에 90℃로 가열된 커피를 부어 30분간 누수되는 곳이 있는지 확인하였고, 누수가 없으면 양호, 누수가 있으면 불량으로 평가했다.

<실험 2의 결과>

항목	실시예 2-1	비교예 2-1	비교예 2-2	비교예 2-3	비교예 2-4	비교예 2-5
열접착성	양호	양호	불량	불량	양호	양호
성형작업성1	양호	불량	양호	양호	양호	양호
성형작업성2	양호	불량	양호	불량	양호	양호
성형작업성3	양호	불량	양호	불량	양호	양호
누수	양호	-	불량	-	양호	양호

표 2를 살펴보면, 실험 2의 상기 실시예 2-1은, 상용품인 비교예 2-4 및 2-5와 같이, 열접착성, 성형작업성 및 누수 부문에서 모두 양호한 품질을 보였다.

반면에, 실험 1의 비교예 1-1의 원지를 종이컵의 옆지로 사용하고, 실험 1의 실시예 1-2의 원지를 종이컵의 밑지로 사용한, 실험 2의 비교예 2-1에서는 열접착성이 양호했지만, 표면 끈적임이 있어 성형작업성이 모두 불량해 제대로된 종이컵을 생산할 수조차 없었다. 이는 실험 1에서 보았듯이, 비교예 1-1의 원지가 점차저항성이 극히 낮아 코팅면과 비코팅면 간의 접착을 유발했기 때문으로 보인다.

또한, 실험 1의 비교예 1-2의 원지를 종이컵의 옆지로 사용하고, 실험 1의 실시예 1-2의 원지를 종이컵의 밑지로 사용한, 실험 2의 비교예 2-2에서는 정상적인 작업은 가능했으나, 성형된 컵의 접착면을 강제 분리하였을 때 접착면이 뜯겨 열접착성이 불량한 것으로 확인되었고, 완성된 종이컵에서 누수 현상이 발견되었다.

실험 1의 평가항목에서는 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성이 정상범위를 벗어났으며, 열수에 대한 내수성 및 냉수에 대한 내수성이 정상범위를 충족하지 못하였던 비교예 1-3의 원지를 종이컵의 옆지로 사용하고, 실시예 1-2의 원지를 밑지로 사용하여 종이컵 제조 작업을 수행한 결과, 열접착성이 불량했고, 비교예 2-1과 유사하게 전반적인 작업성도 불량해 종이컵 제조 자체가 불가능했다.

결론적으로, 실험 1의 실시예 1-1을 종이컵의 옆지로 사용하고 실험 1의 실시예 1-2를 종이컵의 밑지로 사용하여 상업용 종이컵 성형기에서 종이컵 성형 작업을 실시한 결과, 종이컵이 가져야할 기본 특성은 물론이거니와, 재활용성과 생분해성을 가지는 친환경 종이컵이 생산되는 것을 확인하였다.

또한, 실험 1의 비교예 1-3의 원지를 종이컵의 옆지로 사용한 경우 실제 종이컵을 제조하는 과정에서는 종이컵 성형 작업을 수행할 수 없을 정도로 작업성이 불량하였는바, 수지의 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)를 열접착성(Heat Sealability)과 점착저항성(Block Resistance)을 만족시킬만한 중간 수준으로 하더라도 싱글코팅층만으로는 열접착성 및 성형작업성을 동시에 만족할 수 없으며, 내수성이 크게 저하된다는 사실을 알 수 있었다.

<실험 3의 내용>

- 실험목적 : 제1코팅액 코팅량의 적정범위 확인

- 실험방법 : 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 46.5 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 3℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 32℃인 아크릴계 공중합체 제1수지에, 제1수지를 기준으로 소포제 0.002 중량부를 투입하여 제1코팅액을 제조하였다.

그리고, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 45.7 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 22℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 20℃인 아크릴계 공중합체 제2수지에, 제2수지를 기준으로 실리카(Silica) 0.12 중량부, 습윤제(Wetting Agent) 0.01 중량부, 소포제 0.002 중량부를 투입하여 제2코팅액을 제조하였다.

350g/m²의 기초지 위에 상기 제1코팅액의 코팅량(g/m²)을 조절하여 제1코팅층을 형성하고, 형성된 상기 제1코팅층 위에 상기 제2코팅액 3g/m²를 도포하여 제2코팅층을 형성함으로써, 상기 기초지 상에 더블코팅층을 형성하였고, 전술한 <측정방법>을 통해 본 과정을 통해 만들어진 원지의, 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성, 열수에 대한 내수성, 냉수에 대한 내수성, 재활용성 및 생분해성을 측정하였다.

<실험 3의 결과>

항목	단위	실시예 3-1	실시예 3-2	실시예 3-3	실시예 3-4	실시예 3-5	정상범위
제1코팅액 코팅량	g/m²	7	8	12	15	18	-
열접착성 (코팅면과 코팅면)	℃	125	120	115	115	110	145이하
열접착성 (코팅면과 비코팅면)	℃	135	130	130	130	125	150이하
점착저항성 (코팅면과 비코팅면)	℃	105	105	100	95	95	90이상
내수성 (열수에서 30분)	g/m²	32	20	12	11	11	25이하
내수성 (냉수에서 30분)	g/m²	26	16	10	10	10	20이하
재활용성	-	32	32	32	32	33	40이하
생분해성	-	분해됨	분해됨	분해됨	분해됨	분해됨	분해

표 3을 참고하면, 실시예 3-2 내지 3-5를 통해 제1코팅액의 코팅량이 8g/m² 이상일 경우에는 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성, 열수에 대한 내수성, 냉수에 대한 내수성, 재활용성 및 생분해성이 모두 정상범위에 있음이 확인되었다.

다만, 제1코팅액의 코팅량이 7g/m²인 실시예 3-1에서는 열수 및 냉수에 대한 내수성이 급격히 저하되는 문제가 발견되었는바, 상기 제1코팅액의 코팅량은 7g/m²를 초과해 구성하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

또한, 실시예 3-4 및 실시예 3-5를 비교해 보았을 때, 코팅량의 증가가 원지 품질에 미치는 영향이 미미하다는 점, 실시예 3-5에서는 재활용성을 판단하는 지합(Formation) 수치가 증가하는 양상을 보인다는 점, 제1코팅액의 코팅량이 증가할수록 원지 가격이 상승하게 된다는 점에 비추어, 상기 제1코팅액의 코팅량은 18g/m² 미만으로 구성됨이 바람직함을 알 수 있었다.

결국, 본 실험 3을 통해, 제1코팅액 코팅량(g/m²)의 적정 범위는, 7g/m²를 초과하고 18g/m² 미만이 되는 것이 가장 바람직하다.

<실험 4의 내용>

- 실험목적 : 제2코팅액 코팅량의 적정범위 확인

또한, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 45.7 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 22℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 20℃인 아크릴계 공중합체 제2수지에, 제2수지를 기준으로 실리카(Silica) 0.12 중량부, 습윤제(Wetting Agent) 0.01 중량부, 소포제 0.002 중량부를 투입하여 제2코팅액을 제조하였다.

350g/m²의 기초지 위에 상기 제1코팅액 12g/m²를 도포하여 제1코팅층을 형성하고, 형성된 상기 제1코팅층 위에 상기 제2코팅액의 코팅량(g/m²)을 조절하여 제2코팅층을 형성함으로써, 상기 기초지 상에 더블코팅층을 형성하였다. 이후, 상기 <측정방법>을 통해, 제2코팅액의 코팅량이 다른 종이컵 원지의 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성, 열수에 대한 내수성, 냉수에 대한 내수성, 재활용성 및 생분해성을 측정하였으며, 그 결과는 아래 표와 같다.

<실험 4의 결과>

항목	단위	실시예 4-1	실시예 4-2	실시예 4-3	실시예 4-4	실시예 4-5	정상범위
제2코팅액 코팅량	g/m²	1	2	3	4	5	-
열접착성 (코팅면과 코팅면)	℃	95	110	115	125	145	145이하
열접착성 (코팅면과 비코팅면)	℃	100	125	130	140	155	150이하
점착저항성 (코팅면과 비코팅면)	℃	80	95	100	105	110	90이상
내수성 (열수에서 30분)	g/m²	14	14	12	12	11	25이하
내수성 (냉수에서 30분)	g/m²	11	10	10	10	10	20이하
재활용성	-	32	34	32	32	36	40이하
생분해성	-	분해됨	분해됨	분해됨	분해됨	분해됨	분해

표 4를 참고하면, 실시예 4-2 내지 4-4에서 제2코팅액의 코팅량이 2g/m² 이상일 경우에는 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성, 열수에 대한 내수성, 냉수에 대한 내수성, 재활용성 및 생분해성이 모두 정상범위에 있음이 확인되었다. 하지만, 제2코팅액의 코팅량이 1g/m²인 실시예 4-1에서는 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 급격히 저하되는 문제가 발견되었는바, 상기 제2코팅액의 코팅량은 1g/m²를 초과해 구성하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

또한, 제2코팅액의 코팅량이 5g/m²인 실시예 4-5에서는 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성이 정상범위를 벗어나게 됨을 확인하였는바, 상기 제2코팅액의 코팅량은 5g/m² 미만으로 구성하는 것이 바람직함을 도출했다.

따라서, 제2코팅액의 코팅량(g/m²) 범위는, 1g/m²를 초과하고, 5g/m² 미만으로 구성됨이 바람직하다.

<실험 5의 내용>

- 실험목적 : 제2코팅액 제조시 첨가되는 실리카 투입량의 적정범위 확인

- 실험방법 : 350g/m²의 기초지 위에 제1코팅액 12g/m²를 도포하여 제1코팅층을 형성하고, 형성된 상기 제1코팅층 위에 제2코팅액 3g/m²를 도포하여 제2코팅층을 형성함으로써, 상기 기초지 상에 더블코팅층을 형성하였다.

이때, 상기 제1코팅액은, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 46.5 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 3℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 32℃인 아크릴계 공중합체 제1수지에, 제1수지를 기준으로 소포제 0.002 중량부를 투입하여 제조하였다.

그리고, 상기 제2코팅액은, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 45.7 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 22℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 20℃인 아크릴계 공중합체 제2수지에, 제2수지를 기준으로 습윤제(Wetting Agent) 0.01 중량부, 소포제 0.002 중량부를 투입하고, 여기에 실리카(Silica)도 투입하되, 그 양을 달리하여 복수의 제2코팅액을 제조하였다.

투입된 실리카(Silica)의 양이 다른 종이컵 원지를 대상으로, 전술한 <측정방법>에 의한, 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성, 열수에 대한 내수성, 냉수에 대한 내수성, 재활용성 및 생분해성을 측정하였다.

<실험 5의 결과>

항목	단위	실시예 5-1	실시예 5-2	실시예 5-3	실시예 5-4	실시예 5-5	정상범위
실리카 투입량	중량부 (수지2기준)	0.05	0.06	0.12	0.20	0.21	-
열접착성 (코팅면과 코팅면)	℃	110	110	115	140	150	145이하
열접착성 (코팅면과 비코팅면)	℃	125	125	130	150	155	150이하
점착저항성 (코팅면과 비코팅면)	℃	85	90	100	110	125	90이상
내수성 (열수에서 30분)	g/m²	12	11	12	18	28	25이하
내수성 (냉수에서 30분)	g/m²	11	10	10	13	21	20이하
재활용성	-	32	33	32	32	33	40이하
생분해성	-	분해됨	분해됨	분해됨	분해됨	분해됨	분해

표 5의 실시예 5-1 내지 5-5를 참고하면, 제2수지를 기준으로 실리카(Silica)의 투입량을 0.05 중량부로 한 실시예 5-1에서 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 급격히 저하되는 것이 확인되었고, 제2수지를 기준으로 실리카(Silica)의 투입량을 0.06 중량부로 한 실시예 5-2에서는 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 정상 범위에 들어오는 것이 확인되었으므로, 제2코팅액 제조시 첨가되는 실리카(Silica)의 투입량은 제2수지를 1로 보았을 때 0.05 중량부를 초과하여 투입하는 것이 바람직하다는 것을 확인하였다.

다만, 실시예 5-4에서 실리카(Silica)의 투입량이 0.20 중량부일 때에는, 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성, 열수에 대한 내수성, 냉수에 대한 내수성, 재활용성 및 생분해성이 모두 정상 범위 내에 있었지만, 실시예 5-5에서 실리카(Silica)의 투입량이 0.21 중량부가 되었을 때에는, 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 열수에 대한 내수성, 냉수에 대한 내수성이 정상 범위를 벗어나는 것이 확인되었다.

따라서, 본 실험을 통해, 제2수지를 기준으로 실리카(Silica)의 투입량(중량부)은 0.05 중량부를 초과하고 0.21 중량부 미만으로 구성함이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

<실험 6의 내용>

- 실험목적 : 제2코팅액 제조시 첨가되는 습윤제(Wetting Agent) 투입량의 적정범위 확인

- 실험방법 : 기초지 350g/m² 상에 12g/m²의 제1코팅액을 도포하여 제1코팅층을 형성하고, 상기 제1코팅층 위에 3g/m²의 제2코팅액을 도포하여 제2코팅층을 형성함으로써, 더블코팅층을 가진 종이컵 원지를 제조한다.

상기 제1코팅액은, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 46.5 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 3℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 32℃인 아크릴계 공중합체 제1수지에, 제1수지를 기준으로 소포제 0.002 중량부를 투입하여 제조하였다.

상기 제2코팅액은, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 45.7 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 22℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 20℃인 아크릴계 공중합체 제2수지에, 제2수지를 기준으로 실리카(Silica) 0.12 중량부, 소포제 0.002 중량부를 투입하고, 여기에 습윤제(Wetting Agent)도 투입하되, 그 양을 달리하여, 습윤제(Wetting Agent)의 함량이 다른 제2코팅층을 형성하였다.

투입된 습윤제의 양이 다른 종이컵 원지를 대상으로, 전술한 <측정방법>에 의한, 코팅면과 코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 열접착성, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성, 열수에 대한 내수성, 냉수에 대한 내수성, 재활용성 및 생분해성을 측정하였으며, 그 결과는 아래와 같다.

<실험 6의 결과>

항목	단위	실시예 6-1	실시예 6-2	실시예 6-3	실시예 6-4	실시예 6-5	정상범위
습윤제 투입량	중량부 (수지2기준)	0	0.005	0.010	0.015	0.020	-
열접착성 (코팅면과 코팅면)	℃	110	115	115	115	115	145이하
열접착성 (코팅면과 비코팅면)	℃	125	130	130	130	130	150이하
점착저항성 (코팅면과 비코팅면)	℃	80	90	100	100	100	90이상
내수성 (열수에서 30분)	g/m²	18	14	12	12	13	25이하
내수성 (냉수에서 30분)	g/m²	15	12	10	10	11	20이하
재활용성	-	34	32	32	32	33	40이하
생분해성	-	분해됨	분해됨	분해됨	분해됨	분해됨	분해

표 6의 실시예 6-1 내지 6-5를 참고하면, 제2수지를 기준으로 습윤제(Wetting Agent)를 전혀 투입하지 않은 실시예 6-1에서는 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 크게 저하되는 것이 확인되었다.

반면에, 습윤제를 0.005 중량부 투입한 실시예 6-2에서는 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성이 정상범위에 속하게 되었는바, 코팅면과 비코팅면 간의 점착저항성을 높이기 위해서는 습윤제(Wetting Agent)이 투입이 필요하다는 것을 알 수 있었다.

다만, 습윤제(Wetting Agent)의 투입량이 늘어나게 되면 그 만큼 종이컵 원지의 생산 원가가 높아지게 되고, 습윤제(Wetting Agent)의 투입량이 0.02 중량부인 실시예 6-5에서는 정상범위 내이지만, 열수에서의 내수성과 재활용성이 떨어지는 양상이 확인되었는바, 습윤제(Wetting Agent)의 투입량은 0.02 중량부 미만으로 구성됨이 바람직하다는 것을 실험을 통해 확인하였다.

정리하면, 제2수지를 기준으로 습윤제(Wetting Agent)의 투입량(중량부)은 0 중량부를 초과하고 0.02 중량부 미만으로 구성함이 바람직하다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 종이컵 원지 제조방법(S1)을 도시한 도면으로, 도 9를 참고하여 설명하면, 상기 친환경 종이컵 원지 제조방법(S1)은, 우수한 열접착성, 내수성 및 점착저항성을 가지고, 재활용이 용이하며, 자연 상태에서 생분해되는 친환경 종이컵 원지를 제조하는 방법에 관한 것으로, 기초지제공단계(S10)와 더블코팅층형성단계(S30)를 포함한다.

상기 기초지제공단계(S10)는, 초지부가 기초지(10)를 제공하는 단계로, 상기 기초지(10)는 더블코팅층(30)이 형성되는 기초 종이로, 종이컵 제조시 사용될 수 있는 모든 종이를 통칭 개념으로 볼 수 있다. 상기 기초지(10)를 어느 특정 종이로 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는, 200~350g/m² 범위의 평량을 가지며, 100% 천연펄프를 사용하여 무형광으로 제조되는 (주)한국제지의 KAce PNC 제품일 수 있다. 상기 초지부는 기초지(10)를 직접 생산해 연속적으로 코터부에 기초지(10)를 제공하는 것(On-Machine) 뿐만 아니라, 릴(Reel)에 감겨 운반된 기초지(10)를 코터부에 제공하는 것(Off-Machine)을 모두 포함하는 광의의 개념으로 볼 수 있다. 상기 초지부에서 기초지(10)를 생산하는 일 예를 설명하면, 중력에 의한 1차 탈수가 이루어지고, 프레스에 의해 함수율이 50 ~ 60% 수준인 지필이 형성되면, 이를 건조부가 다시 건조를 시켜 2 ~ 7% 수준으로 함수율을 떨어뜨린다. 이후, 건조된 상태의 지필에 사이즈 프레스(Size Press)에서 전분을 베이스로 한 사이즈액을 코팅하며, 이를 다시 건조부(After Dryer)에서 건조시킴으로써 2 ~ 10% 수준의 함수율을 가지게 하고, 최종적으로 종이의 두께를 조정하고 표면을 매끄럽게 해 기초지(10)를 형성할 수 있다.

상기 더블코팅층형성단계(S30)는, 상기 기초지제공단계(S10) 이후에, 코터부가 상기 기초지 상에 더블코팅층(30)을 형성하는 단계를 말한다. 코터부는 상기 기초지제공단계(S10)를 통해 초지부로부터 제공받은 기초지(10) 상에 더블코팅층을 형성하게 된다. 상기 코터부는 제지용 코터뿐만 아니라, Off-Machine 타입의 코터인 그라비아 코터, 플렉소 코터, Roll-to-Roll 코터 등을 포함하며, 이를 어느 특정 코터로 제한하지 않는다. 상기 더블코팅층(30)은, 상기 기초지(10)의 일면 상에만 형성될 수도 있고, 상기 기초지(10)의 양면 상에도 형성될 수도 있다. 이러한 상기 더블코팅층형성단계(S30)는, 제1코팅층형성단계(S31)와 제2코팅층형성단계(S33)를 포함한다.

상기 제1코팅층형성단계(S31)는, 제1코터부가 상기 기초지(10)의 일측면 상에 제1코팅층(31)을 형성하는 단계를 말한다. 상기 제1코터부는 제1코팅액을 제공하는 제1코팅액공급부와, 기초지(10) 상에 제1코팅액을 도포하는 제1코팅헤드부와, 도포된 제1코팅액을 건조시키는 제1건조부를 포함하는 장치로 볼 수 있다. 상기 제1코팅층(31)은 앞서 설명한 바와 같이, 제1수지 및 제1소포제를 포함하는 제1코팅액에 의해 형성되는 층으로, 종이컵 원지의 우수한 열접착성, 내수성 및 내유성이 발현되도록 하는 부분으로 볼 수 있다. 도 10은 도 9의 제1코팅층형성단계(S31)를 도시한 도면으로, 상기 제1코팅층형성단계(S31)는, 제1코팅액제공단계(S311)와, 제1코팅액도포단계(S313)와, 제1코팅액건조단계(S315)를 포함한다.

상기 제1코팅액제공단계(S311)는, 제1코팅액공급부가 상기 기초지(10) 상에 도포할 제1코팅액을 제공하는 단계를 말한다. 상기 제1코팅액은, 제1수지 및 제1소포제를 포함하며, 상기 제1수지는 전술한 바와 같이, 종이컵 제조 과정의 온도보다 낮은 유리전이온도를 가져 열접착성 및 내수성이 우수한 특징이 있다. 구체적으로 상기 제1수지는 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 46.5 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 3℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 32℃로 구성될 수 있다. 상기 제1소포제는 상기 제1수지를 기준으로 0.002 중량부가 투입됨이 바람직하다.

상기 제1코팅액도포단계(S313)는, 상기 제1코팅액제공단계(S311) 이후에, 제1코팅헤드부가 상기 기초지(10) 상에 제1코팅액을 도포하는 단계를 말한다. 앞서 설명한 실험에서 알 수 있듯이, 도포되는 상기 제1코팅액의 코팅량(g/m²)은, 7g/m²를 초과하고 18g/m² 미만으로 구성됨이 바람직하다. 코팅에는 블레이드 코터(Blade Coater), 로드 코터(Rod Coater), 에어 나이프 코터(Air Knife Coater), 커튼 코터(Curtain Coater) 등의 방식이 있으며, 친환경 코팅 적합한 방식은 에어 나이프 코터(Air Knife Coater), 로드 코터(Rod Coater), 블레이드 코터(Blade Coater) 순이다. 다만, 본 발명은 상기 제1코팅헤드부의 코팅 방식을 어느 특정 방식으로 제한하는 것은 아니며, 다양한 모든 방식이 사용될 수 있다.

상기 제1코팅액건조단계(S315)는, 상기 제1코팅액도포단계(S313) 이후에, 제1건조부가 상기 기초지(10) 상에 도포된 제1코팅액을 건조시키는 단계를 말한다. 상기 제1건조부는 IR 방식의 히터가 될 수도 있고, 범용 코터에 사용하는 스카프 드라이어, 드럼 드라이어 등을 모두 포함하는 개념이다. 만일 상기 기초지(10)의 양면에 제1코팅층(31)을 형성할 경우, 일측면에 제1코팅액을 도포한 뒤 건조시킨 다음, 타측면에 제1코팅액을 도포한 뒤 건조시키는 것이 바람직할 수 있다.

상기 제2코팅층형성단계(S33)는, 상기 제1코팅층형성단계(S31) 이후에, 제2코터부가 상기 제1코팅층(31) 상에 제2코팅층(33)을 형성하는 단계를 말한다. 상기 제2코터부는 제2코팅액을 제공하는 제2코팅액공급부와, 기초지(10) 상에 제2코팅액을 도포하는 제2코팅헤드부와, 도포된 제2코팅액을 건조시키는 제2건조부를 포함하는 장치로 볼 수 있다. 상기 제2코팅층(33)은 앞서 설명한 바와 같이, 제2수지, 제2소포제, 실리카 및 습윤제를 포함하는 제2코팅액에 의해 형성되는 층으로, 종이컵 원지의 우수한 점착저항성이 발현되도록 하는 부분으로 볼 수 있다. 도 11은 도 9의 제2코팅층형성단계(S33)를 도시한 도면으로, 도 11을 참고하면, 상기 제2코팅층형성단계(S33)는, 제2코팅액제공단계(S331), 제2코팅액도포단계(S333), 제2코팅액건조단계(S335)를 포함한다.

상기 제2코팅액제공단계(S331)는, 제2코팅액공급부가 상기 제1코팅층(10) 상에 도포할 제2코팅액을 제공하는 단계로, 상기 제2코팅액은 제2수지, 제2소포제, 실리카 및 습윤제를 포함한다. 상기 제2수지는, 종이컵 제조 과정의 온도보다 높은 유리전이온도를 가져 점착저항성이 우수한 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 제2수지는, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 45.7 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 22℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 20℃로 구성될 수 있다. 상기 제2소포제는, 상기 제2수지를 기준으로, 0.002 중량부가 투입됨이 바람직하며, 앞서 서술한 실험결과에서 알 수 있듯이, 상기 실리카의 투입량(중량부)는, 제2수지를 기준으로 했을 때, 0.05 중량부를 초과하고 0.21 중량부 미만으로 구성하며, 상기 습윤제는, 제2수지를 기준으로 했을 때, 0 중량부를 초과하고 0.02 중량부 미만으로 구성할 수 있다.

상기 제2코팅액도포단계(S333)는, 상기 제2코팅액제공단계(S331) 이후에, 제2코팅헤드부가 상기 제1코팅층(31) 상에 제2코팅액을 도포하는 단계를 말한다. 전술한 바와 같이, 도포되는 상기 제2코팅액의 코팅량(g/m²)은, 1g/m²를 초과하고 5g/m² 미만으로 구성하는 것이 바람직하다. 코팅에는 블레이드 코터(Blade Coater), 로드 코터(Rod Coater), 에어 나이프 코터(Air Knife Coater), 커튼 코터(Curtain Coater) 등의 방식이 있으며, 친환경 코팅 적합한 방식은 전술한 바와 같이, 에어 나이프 코터(Air Knife Coater), 로드 코터(Rod Coater), 블레이드 코터(Blade Coater) 순이다. 그렇지만, 상기 제2코팅헤드부의 코팅 방식 역시, 어느 특정 방식으로 제한되는 것은 아니며, 다양한 모든 방식을 포함한다.

상기 제2코팅액건조단계(S335)는, 상기 제2코팅액도포단계(S333) 이후에, 제2건조부가 상기 제1코팅층(31) 상에 도포된 제2코팅액을 건조시키는 단계를 말한다. 상기 제1건조부와 같이, 상기 제2건조부 역시 IR 방식의 히터가 될 수도 있으며, 범용 코터에 사용하는 스카프 드라이어, 드럼 드라이어 등이 모두 포함될 수 있다. 상기 기초지(10)의 양면에 상기 제1코팅층(31)이 형성되었음을 전제로, 상기 제2코팅층(33)을 형성할 경우, 일측면 상의 제1코팅층(31) 위에 제2코팅액을 도포한 뒤 건조시킨 후, 타측면 상의 제1코팅층(31) 위에 제2코팅액을 도포한 뒤 건조시키는 것이 바람직하다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경 종이컵 원지 제조방법을 도시한 도면이고, 도 13은 도 12에 의해 제조되는 종이컵 원지를 도시한 도면으로, 전술한 도 9의 실시예에서는 상기 기초지(10)의 일면에만 상기 더블코팅층(30)을 형성한 것이었다면, 도 12 및 도 13의 실시예에서는 상기 기초지(10)의 양면에 상기 더블코팅층(30)을 형성하는 것으로 볼 수 있다. 이 경우에도 상기 기초지(10)의 일면과 타면에 각각 형성되는 더블코팅층(30)은 서로 동일한 것으로 봄이 바람직하다.

종이컵의 밑지 부분에는 보다 높은 내수성 및 내유성이 요구되는바, 종이컵의 옆지는 단면만 더블코팅층(30)을 형성하고 종이컵의 밑지에는 양면을 모두 더블코팅층(30)으로 구성하여, 종이컵 원지의 생산 원가를 크게 높이지 않으면서, 종이컵의 성능을 보다 우수하게 할 수 있다.

이를 위해, 도 9의 실시예에서와 달리, 도 12 및 도 13의 실시예에서는, 상기 제1코팅층형성단계(S31)와 상기 제2코팅층형성단계(S33) 사이에 제3코팅층형성단계(S32)가 추가로 포함되었으며, 상기 제2코팅층형성단계(S33) 이후에 제4코팅층형성단계(S34)가 추가된 특징이 있다.

상기 제1코팅층형성단계(S31)가 제1코터부에 의해 상기 기초지(10)의 일측면 상에 제1코팅층(31)을 형성하는 과정이라면, 상기 제3코팅층형성단계(S32)는, 제3코터부가 상기 기초지(10)의 타측면 상에 상기 제1코팅층(30)과 동일한 제3코팅층(32)을 형성하는 과정으로 볼 수 있다. 즉, 상기 제1코팅층형성단계(S31)와 상기 제3코팅층형성단계(S32)에 의해 형성되는 코팅층은 동일하며 상기 기초지(10)의 어느 측면에 코팅층을 형성하는 것인지 여부에만 차이가 있다. 따라서, 전술한 상기 제1코팅층(31)에 관한 설명은 그대로 상기 제3코팅층(32)에 적용될 수 있으며, 상기 제1코팅층형성단계(S31)에 관한 설명도 상기 제3코팅층형성단계(S32)에 그대로 적용될 수 있다.

상기 기초지(10)의 양측면에 각각 제1코팅층(31)과 상기 제3코팅층(32)이 형성되면, 상기 제3코팅층형성단계(S32) 이후에, 상기 제2코팅층형성단계(S33)가 진행되어, 상기 제2코터부가 상기 제1코팅층(31) 상에 상기 제2코팅층(33)을 형성하게 된다. 상기 제2코팅층형성단계(S33) 이후에는 제4코터부가 상기 제3코팅층(32) 상에 상기 제2코팅층(33)과 동일한 제4코팅층(34)을 형성하는 제4코팅층형성단계(S34)가 진행된다.

상기 제2코팅층형성단계(S33)는 상기 제2코팅층(33)을 상기 제1코팅층(31) 상에 형성하고, 상기 제4코팅층형성단계(S34)는 상기 제4코팅층(34)을 상기 제3코팅층(32) 상에 형성한다는 차이만 있을 뿐, 상기 제2코팅층(33)은 상기 제4코팅층(34)과 동일해 전술한 상기 제2코팅층(33)에 관한 설명은 그대로 상기 제4코팅층(34)에 적용되며, 상기 제2코팅층형성단계(S33)에 관한 설명도 상기 제4코팅층형성단계(S34)에 그대로 적용된다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 친환경 종이컵 원지
10: 기초지
30: 더블코팅층
31: 제1코팅층
33: 제2코팅층
S1: 친환경 종이컵 원지 제조방법
S10: 기초지제공단계
S30: 더블코팅층형성단계
S31: 제1코팅층형성단계
S311: 제1코팅액제공단계
S313: 제1코팅액도포단계
S315: 제1코팅액건조단계
S33: 제2코팅층형성단계
S331: 제2코팅액제공단계
S333: 제2코팅액도포단계
S335: 제2코팅액건조단계

Claims

기초지와,
상기 기초지 상에 형성된 더블코팅층을 포함하여,
열접착성, 내수성 및 점착저항성을 가지고, 재활용이 용이하며, 자연 상태에서 생분해되는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제1항에 있어서,
상기 더블코팅층은, 상기 기초지 상에 도포된 제1코팅액에 의해 형성되는 제1코팅층을 포함하고, 상기 제1코팅층 상에 도포된 제2코팅액에 의해 형성되는 제2코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제2항에 있어서,
상기 더블코팅층은, 상기 제1코팅층에 의해 열접착성 및 내수성이 부여되고, 상기 제2코팅층에 의해 점착저항성이 부여되는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제3항에 있어서,
상기 제1코팅액은, 열접착성 및 내수성을 부여하는 제1수지와 기포를 제거하는 제1소포제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제4항에 있어서,
상기 제1수지는, 종이컵 제조 과정의 온도보다 낮은 유리전이온도를 가져 종이컵 원지에 열접착성 및 내수성을 부여하는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제5항에 있어서,
상기 제1수지는, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 46.5 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 3℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 32℃인 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제4항에 있어서,
상기 제1소포제는, 상기 제1수지를 기준으로, 0.002 중량부가 투입되는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제4항에 있어서,
상기 제1코팅액의 코팅량(g/m²)은, 7g/m²를 초과하고 18g/m²미만인 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2코팅액은, 점착저항성을 부여하는 제2수지와, 기포를 제거하는 제2소포제와, 표면 끈적임을 방지하는 실리카와, 코팅 커버리지를 향상시키는 습윤제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제9항에 있어서,
상기 제2수지는, 종이컵 제조 과정의 온도보다 높은 유리전이온도를 가져 종이컵 원지에 점착저항성을 부여하는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제10항에 있어서,
상기 제2수지는, 반응성 유화제 및 다관능성 실리콘 중합체의 존재하에 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 유화중합에 의해 제조되고, 아크릴계 단량체 및 카르복실산계 단량체에서 유래하는 반복 단위를 전체 반복 단위의 80% 이상의 비율로 포함하는 수성 공중합체 라텍스로, 고형분이 45.7 중량%, 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 22℃, 최소필름형성온도(Minimum Film Forming Temperature, MFFT)가 20℃인 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제9항에 있어서,
상기 제2소포제는, 상기 제2수지를 기준으로, 0.002 중량부가 투입되는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제9항에 있어서,
상기 실리카는, 상기 제2수지를 기준으로, 0.05 중량부를 초과하고 0.21 중량부 미만으로 투입되는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제9항에 있어서,
상기 습윤제는, 상기 제2수지를 기준으로, 0 중량부를 초과하고 0.02 중량부 미만으로 투입되는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제9항에 있어서,
상기 제2코팅액의 코팅량(g/m²)은, 1g/m²를 초과하고 5g/m²미만인 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제3항에 있어서,
상기 더블코팅층은, 상기 기초지의 일면 상에만 형성되는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제3항에 있어서,
상기 더블코팅층은, 상기 기초지의 양면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제3항에 있어서,
상기 제1코팅층의 제1수지는, 80℃ 이상 150℃ 이하에서 열접착성을 띄며, 상기 제2코팅층의 제2수지는, 80℃ 이상 120℃ 이하에서 점착저항성을 띄는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제18항에 있어서,
상기 제1수지가 열접착성을 띄는 온도는, 상기 제2수지가 점착저항성을 띄는 온도보다 높은 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제19항에 있어서,
상기 제1수지는, 코팅면과 코팅면 간의 접착시에는 80℃ 이상 145℃ 이하에서 열접착성을 띄는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제20항에 있어서,
상기 제1수지는, 대략 115℃에서 열접착성을 띄는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제19항에 있어서,
상기 제1수지는, 코팅면과 비코팅면 간의 접착시에는 90℃ 이상 150℃ 이하에서 열접착성을 띄는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지
제22항에 있어서,
상기 제1수지는, 대략 130℃에서 열접착성을 띄는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제19항에 있어서,
상기 제2수지는, 코팅면과 비코팅면 간의 접착시에는 90℃ 이상 120℃ 이하에서 점착저항성을 띄는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.
제24항에 있어서,
상기 제2수지는, 대략 100℃에서 점착저항성을 띄는 것을 특징으로 하는, 친환경 종이컵 원지.