KR20240076752A - 단일 재질 기반 포장재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

단일 재질 기반 포장재 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 단일 재질 기반 포장재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 단일 재질 기반 포장재는 산소 내지 수분 차단성이 우수하여 제품 보존성이 뛰어나면서도, 단일 재질에 기반하여 재생 원료로 재활용이 가능하다.

Description

단일 재질 기반 포장재 및 이의 제조 방법{PACKING MATERIAL BASED ON SINGLE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 명세서에는 단일 재질 기반 포장재 및 이의 제조 방법이 개시된다.
전세계 플라스틱 생산량은 1950년대부터 2020년까지 200배 증가했으며, 이 중 포장재용 폐플라스틱이 45%로 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 경제협력기구(OECD)는 ‘글로벌 플라스틱 전망(2022년)’을 통해 2019년 전세계에서 배출된 플라스틱 쓰레기로 에펠탑 3만5천개를 만들 수 있으며, 2060년에는 지금보다 3배 많은 플라스틱 폐기물이 쌓일 수 있다고 경고를 하기도 하였다. “대량생산-대량소비-대량폐기”가 주류를 이루는 현재의 사회경제 시스템으로는 당면한 환경 위기의 극복에 한계가 있다. 이에 생산, 유통 등 전 과정에서 폐기물 발생을 억제하고 발생된 폐기물 중 재활용이 가능한 자원을 경제 활동의 순환계로 되돌려 천연 자원과 에너지의 사용을 최소화하는 “자원순환사회”로의 전환이 시급하다. 상기의 관점에서 볼 때 포장 폐기물을 저감, 재활용하는 기술은 반드시 필요하며, 이를 위해서는 포장재 내 차단성 필름을 대체하는 소재 및 제조 기술이 선결되어야 한다.
일반적으로, 연포장재는 차단성을 부여하기 위해 재질 구성에 따라 알루미늄 호일 및 알루미늄 증착 PET 필름 등을 사용하고 있다. 해당 필름들은 차단성이 뛰어나지만 복합 재질로 구성됨에 따라 재활용이 어려우며 대부분 고형 연료로써 열회수되고 있어 다량의 환경 오염원을 배출한다. 이처럼 금속 기반의 필름을 사용하는 포장재를 차단성을 가진 플라스틱 필름 및 이를 접목한 단일 포장재로 대체 시 온실가스 감축효과 및 재활용의 이점이 있어 친환경 식품 포장재의 신규 소재로서 신 성장 동력을 창출할 수 있다. 따라서, 알루미늄 호일 및 알루미늄 증착 PET 필름 등을 대체하는 단일 재질 포장재 개발에 있어 가장 중요한 기술은 내용물의 유통기한 확보에 필요한 차단성을 부여하는 코팅 및 증착 등의 주요 소재 및 배리어 필름 구현 기술이며, 이에 대한 국내 기술은 매우 미미한 실정이다. 이에 한국 등록특허공보 제10-2073120호는 알루미늄 호일로 인해 재활용이 불가능한 문제를 해결하기 위하여 다층 필름을 제공하고 있으나, 여전히 금속 증착막이 포함되어 있어, 재활용이 여전히 어려운 실정이다.
한국 등록특허공보 제10-2073120호
본 발명의 일 측면에 따른 목적은 산소 내지 수분 차단성이 우수하여 제품 보존성이 뛰어나면서도, 단일 재질에 기반하여 재생 원료로 재활용이 가능한 단일 재질 기반 포장재 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에서, 폴리올레핀 수지를 포함하는 기재층; 상기 기재층 상에 형성되는 배리어층; 상기 배리어층 상에 형성되며 폴리올레핀 수지를 포함하는 제1 필름층; 및 상기 제1 필름층 상에 형성되며 폴리에스테르 수지 바인더를 포함하는 내열층;을 포함하며, 상기 기재층은 엘라스토머를 포함하는, 포장재를 제공한다.
다른 일 측면에서, 본 발명은 폴리올레핀 수지를 포함하는 제1 필름층의 일측면에 폴리에스테르 수지 바인더를 포함하는 내열층을 인쇄하는 단계; 및 상기 제1 필름층의 타측면에 배리어층을 도포하고, 상기 배리어층의 타측면에 폴리올레핀 수지를 포함하는 기재층을 도포하여, 합지하는 단계;를 포함하는, 상기 포장재 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 단일 재질 기반 포장재는 산소 내지 수분 차단성이 우수하여 제품 보존성이 뛰어나면서도, 단일 재질에 기반하여 재생 원료로 재활용이 가능하다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 구조도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “상에” 또는 “위에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
포장재
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 구조도이다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 폴리올레핀 수지를 포함하는 기재층(10); 상기 기재층(10) 상에 형성되는 배리어층(20); 상기 배리어층(20) 상에 형성되며 폴리올레핀 수지를 포함하는 제1 필름층(30); 및 상기 제1 필름층(30) 상에 형성되며 폴리에스테르 수지 바인더를 포함하는 내열층(40);을 포함하며, 상기 기재층(10)은 엘라스토머를 포함하는, 포장재를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 구조도이다.
일 구현예에서, 상기 배리어층(20) 및 제1 필름층(30) 사이에 폴리올레핀 수지를 포함하는 제2 필름층(50)이 더 형성된다.
“포장재(packing)”는 음식료품류, 농수축산물, 세제류 및 화장품 등의 포장에 사용되는 재료를 의미한다. 일 구현예에서, 상기 포장재는 연포장재일 수 있다. 상기 “연포장재(flexible packing)”는 종이, 플라스틱, 알루미늄, 섬유 등 유연성을 가진 필름을 사용해 복합 다층의 형태로 구성한 포장재를 의미한다.
종래 기술에 따른 포장재는 일반적으로 알루미늄 필름을 포함하거나 이종 재질로 구성되었다. 이러한 이종 재질 기반 포장재의 경우 고온, 고압 조건 하 압출 시 설비 부하로 인해 물질 재활용이 어려우며, 제조된 재생품의 물성이 미흡하거나 재생 수율의 저하를 가져올 수 있다는 문제점이 존재하였다.
이에 본 발명자들은 단일 재질 기반 포장재의 경우 재활용 수지의 제조가 용이하며 보다 향상된 수율 확보가 가능한 이점을 가진다는 것을 지견하여 본 발명을 완성하였다.
기재층
일 구현예에서, 상기 기재층은 실란트층(sealant layer)이라고도 하며, 포장 대상 제품(화장품, 식품 등)의 포장 후, 열에 의해 봉합(열융착)되어 실링(sealing)성을 부여하는 층이다. 상기 기재층은 저온에서 쉽게 용융되며 가공이 향상되어, 포장 대상 제품을 포장한 후 실링을 용이하게 수행할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 기재층에 포함되는 폴리올레핀 수지는 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 초저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리부텐 및 에틸렌/프로필렌 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이다.
상기 기재층은 하부층, 중간층 및 상부층의 3중 구조로 이루어져 있다. 상기 상부층은 상기 중간층 및 상기 배리어층 사이에 형성된다. 상기 상부층은 폴리올레핀 단독 중합체를 주 원료로 한다. 상기 상부층은 주 원료에 랜덤 공중합체를 혼합하여 이루어질 수 있다. 상기 중간층 및 상부층에는 동일한 원료가 사용될 수 있다. 포장 대상 제품과 접하는 상기 하부층은 랜덤 폴리올레핀을 포함한다. 상기 랜덤 폴리올레핀은 폴리올레핀 중합시 소량(2~9%)의 에틸렌을 첨가하여 단독 중합체에 비해 충격강도 및 유연성을 강화시킨 것을 의미한다. 상기 하부층의 랜덤 폴리올레핀의 녹는점(Tm)은 125℃ 내지 140℃일 수 있다. 상기 기재층에 있어서, 하부층, 중간층 및 상부층의 두께 비율은 15% 내지 30% : 40% 내지 70% : 15% 내지 30%로 구성될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 엘라스토머는 상기 기재층의 하부층에 포함된다. 상기 엘라스토머는 폴리스티렌계 엘라스토머, 폴리올레핀계 엘라스토머, 폴리염화비닐계 엘라스토머, 폴리우레탄계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머, 및 폴리아미드계 엘라스토머로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다.
상기 엘라스토머 성분은 상기 기재층의 저온 실링(sealing)성, 저온 내충격성, 물리적 특성을 향상시킨다. 상기 엘라스토머의 함량이 과도할 경우, 저온 실링성은 향상되나 슬립성 저하를 가져와, 원단 합지 및 숙성 후 블로킹이 발생될 수가 있어 적정 함량으로 함유시키거나, 첨가제를 투입해 보완한다. 상기 첨가제의 예로는 슬립제, 안티 블로킹제, 산화방지제, 실리콘 오일을 들 수 있다. 상기 하부층 총 중량에 대하여 슬립제는 소량으로 약 200 PPM 내지 400 PPM으로 포함될 수 있으며, 폴리올레핀 수지 원료 이외에 상기 엘라스토머를 20중량% 내지 50중량%, 총 첨가제를 1중량% 내지 10중량%까지 투입할 수 있다.
상기 엘라스토머는 에틸렌을 랜덤으로 약 10% 정도 포함하는 프로필렌 기반의 수지일 수 있다. 이 경우, 엘라스토머의 밀도는 0.87 g/cm3 내지 0.90 g/cm3이다. 용융 지수(melt index, MI)는 약 3.5 g/10min 내지 4 g/10min(190℃/2.16kg)를 유지한다. 비캇연화점(Vicat softening point)은 약 70℃ 정도로 일반 폴리프로필렌의 연화점이 140℃ 내지 170℃인 것을 볼 때 저온 실링을 가능하게 한다.
배리어층
일 구현예에서, 상기 배리어층은 포장재에 가스 배리어성(특히, 산소 배리어성)을 부여하여, 포장 대상 제품을 산소에 의한 산화 등으로부터 지키기 위해 형성된다. 또한, 상기 배리어층은 높은 가스 배리어성에 더하여, 투명성, 향상된 내수성과 내용제성을 가지며, 고른 표면 및 일정한 두께를 가질 수 있다. 산소 차단성 측면에서는 0.5 cc 이하의 우수한 특성을 발현하며, 수분차단성의 경우 2g 내지 4g 수준의 차단성 부여가 가능하다. 배리어층의으로서 액제를 도포함으로써 산소, 수분 차단효과의 구현이 가능하며 포장재가 투명성을 유지할 수 있어 내용물 확인을 요하는 포장재로 적용이 가능하다.
상기 배리어층에 포함되는 성분의 예로는 완전 비누화 폴리비닐알코올, 부분 비누화 폴리비닐알코올, 에틸렌 공중합 폴리비닐알코올 등의 폴리비닐알코올류, 카제인, 대두 단백, 합성 단백 등의 단백질류, 산화 전분, 양이온화 전분, 요소 인산 에스테르화 전분, 히드록시에틸에테르화 전분 등의 전분류, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스 등의 등의 셀룰로오스 유도체, 폴리비닐피롤리돈, 알긴산나트륨을 들 수 있다.
일 구현예에서, 상기 배리어층에 가교제가 더 포함될 수 있다. 상기 가교제는 상기 배리어층에 함유되는 수계 수지와 가교반응을 일으키기 때문에, 상기 배리어층 내의 결합의 수(가교점)가 증가한다. 즉, 상기 배리어층이 보다 더 치밀한 구조가 되어, 양호한 가스 배리어성을 발현할 수 있다. 상기 가교제의 예로는 다가 금속염(구리, 아연, 은, 철, 칼륨, 나트륨, 지르코늄, 알루미늄, 칼슘, 바륨, 마그네슘, 티탄 등의 다가 금속과, 탄산이온, 황산이온, 질산이온, 인산이온, 규산이온, 질소산화물, 붕소산화물 등의 이온성 물질이 결합한 화합물), 아민화합물, 아미드화합물, 알데히드화합물 및 히드록시산을 들 수 있다.
내열층
일 구현예에서, 상기 내열층은 포장재 가공 시 직접적으로 열을 전달받게 되는 포장재의 외곽 표면에 내열성 코팅을 함으로써, 전달되는 열을 분산시키는 층을 의미한다. 상기 내열층이 포함됨으로써 고열에 의해 포장재에 발생되는 주름을 개선할 수 있다. 상기 내열층은 내열성과 치수안정성이 우수하여 고열 및 고압 조건에서 포장재의 수축 및 변형을 방지할 수 있다. 이와 같이, 내열성 수지를 포함하는 내열 코팅제를 도포하며, 포장재 제조 시 열에 의한 수축으로 발생되는 치수 불안정을 개선할 수 있다. 내열층을 포함함으로써, 포장재 제조 시 외부에서 가해지는 열과 압력에 의해 외관 상 발생될 수 있는 외면 크랙이나 주름 등을 개선하고 작업성을 향상시킬 수 있다.
상기 내열층에 포함되는 내열 코팅제는 외부로부터 직접적으로 필름에 가해지는 고열을 완충시키는 역할을 하며 해당 온도에서 수지가 녹거나 손상되어서는 안 된다. 인쇄 도안에 간섭을 주어서는 안되기 때문에 염료나 안료를 포함하지 않아 투명하며, 200℃ 이상(1초)의 온도에서 물성 구현을 위해 상대적으로 용융 온도가 높은 에스테르계 수지, 예컨대 폴리에스테르 바인더 수지가 사용된다. 일반적으로 외부에 노출되는 코팅제는 우수한 기재 밀착력과 내마모성 등의 물성이 요구되며 여기에 내열 특성을 보완하여 코팅면이 외부에 노출되어도 코팅면 뜯김 및 오염 등의 문제를 야기하지 않는다. 상기 내열 코팅제에는 주요 용제로 메틸에틸케톤(CAS 78-93-3) 40중량% 내지 50중량%, 이소프로필알코올(CAS 67-63-0) 1중량% 내지 5중량%, 아세트산에틸(CAS 141-78-6) 13중량% 내지 23중량%를 포함한다.
상기 내열 코팅제는 톨루엔(Toluene), 메틸이소부틸케톤(Methyl isobutyl ketone), 아크릴 폴리올 레진(Acrylic polyol resin), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane Tricrylate), n-부틸 아세테이트(n-Butyl acetate), 2-에폭시에틸 아세테이트(2-ethoxyethyl acetate), 벤조페논(benzophenone), 부틸 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트 폴리머(2-Propenoic acid, 2-methyl-, butyl ester, polymer with 2-hydroxyethyl 2-methyl-2-propenoate and methyl 2-methyl-2-propenoate, CAS 31942-54-8) 및 2-에틸헥실 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트, 메타크릴산, 메틸 메타크릴레이트 폴리머(2-Propenoic acid, 2-methyl-, polymer with butyl 2-methyl-2-propenoate, 2-ethylhexyl 2-propenoate, 2-hydroxyethyl 2-methyl-2-propenoate and methyl 2-methyl-2-propenoate, CAS 64771-95-5)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함한다. 중합체 수지로는 에스테르 폴리머 및 메틸메타크릴레이트계 수지가 각각 독립적으로 5중량% 내지 12중량% 포함된다.
상기 중합체 수지는 열경화 수지로서 바인더 역할과 고내열성을 지녀 250℃ 이상에서도 코팅면이 균일하게 유지될 수 있는 역할을 한다. 블로킹 방지를 위해 산화규소(CAS 7631-86-9) 1중량% 내지 5중량%가 포함될 수 있고, 추가적인 첨가제로서 소포제(1 중량% 내지 2중량%) 및 슬립제, 내열 보강제로 셀룰로오즈계 수지(1 중량% 내지 5중량%)를 포함할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 구조도이다.
일 구현예에서, 상기 기재층(10) 및 상기 배리어층(20) 사이에 접착층(60)이 더 형성되며, 상기 접착층(60) 상에 잉크층(70)이 형성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 구조도이다.
일 구현예에서, 상기 제1 필름층(30) 및 상기 제2 필름층(50) 사이에 접착층(60)이 더 형성되며, 상기 접착층(60) 상에 잉크층(70)0이 형성된다.
접착층
상기 접착층은 유통기간 중 필름 층간 접착력을 유지 하기 위하여 포함된다. 상기 접착층으로는 2액형 접착제가 사용될 수 있다. 일반적으로 용제 타입 접착제를 사용할 경우 숙성 후 잔류되어 있는 용제의 철저한 관리가 필요하나, 식품용으로 사용하기에는 필름간 층간 접착을 유지하는 수준이면 용제 타입 및 무용제(non-solvent) 타입 접착제가 모두 적합하다. 상기 접착제는 경화제에 의해 경화될 수 있다. 폴리우레탄 중합체로 하이드록실기를 가진 주제 조성에 이소시아네이트 경화제를 10: 1의 일정 비율로 배합하여, 각 작용기 사이의 반응으로 필름이 접착된다. 이때, 경화제의 비율이 낮을 경우 경화가 제대로 이루어 지지 않아 미경화 반응물의 잔류로 인해 물성저하를 가져올 수 있다. 상기 접착층의 두께는 2 μm 내지 4 μm이다. 필름 층간 접착 강도로는 250 g/15mm 이상이면 적합하다. 상기 접착층은 단일 재질 포장재의 요건을 충족시켜 재활용에 최적화 품질을 얻기 위하여, 총 중량의 5중량% 미만으로 포함된다.
잉크층
상기 잉크층은 인쇄층이라고도 하며, 안료 및 염료 등을 포함하는 잉크 조성물을 이용하여 형성된다. 상기 잉크층의 두께는 0.01 μm 내지 30 μm이다. 상기 조건에서 외관성과 시인성이 우수하고, 포장재 가공 시 결함 발생을 방지할 수 있다. 상기 잉크층은 배리어층과 내열층의 상면 및 하면 중 하나 이상에 로토 그라비어(roto gravure) 또는 플렉소(flexo) 인쇄 방식을 사용하여 형성될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 잉크층은 단일 재질 포장재의 요건을 충족시켜 재활용에 최적화 품질을 얻기 위하여, 총 중량의 5중량% 미만으로 포함된다.
필름층
상기 제1 필름층은 내열층 아래에 형성되어 내열층이 코팅되는 기재 역할을 수행한다. 또한, 상기 제1 필름층은 잉크층과의 부착성 및 인쇄성이 우수하다.
상기 제2 필름층은 배리어층 상에 형성되어 배리어층이 코팅되는 기재 역할을 수행한다.
일 구현예에서, 상기 제1 필름층 및 상기 제2 필름층에 포함되는 폴리올레핀 수지는 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 초저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리부텐 및 에틸렌/프로필렌 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이다.
일 구현예에서, 상기 제1 필름층은 이축 연신 폴리올레핀 필름이고, 상기 기재층은 무연신 폴리올레핀 필름이다.
일 구현예에서, 상기 제1 필름층 및 상기 제2 필름층은 이축 연신 폴리올레핀 필름이고, 상기 기재층은 기재층은 무연신 폴리올레핀 필름이다.
일 구현예에서, 상기 제1 필름층은 녹는점(Tm)이 160℃ 내지 180℃이고 유리전이온도(Tg)가 105℃ 내지 120℃인 이축 연신 폴리프로필렌 필름이고, 상기 기재층은 녹는점(Tm)이 160℃ 내지 180℃이고 유리전이온도(Tg)가 100℃ 내지 115℃인 무연신 폴리프로필렌 필름이며, 상기 이축 연신 폴리프로필렌 필름의 유리전이온도(Tg)는 상기 무연신 폴리프로필렌 필름의 유리전이온도(Tg)보다 높다.
일 구현예에서, 상기 제1 필름층 및 상기 제2 필름층은 녹는점(Tm)이 160℃ 내지 180℃이고 유리전이온도(Tg)가 105℃ 내지 120℃인 이축 연신 폴리프로필렌 필름이고, 상기 기재층은 녹는점(Tm)이 160℃ 내지 180℃이고 유리전이온도(Tg)가 100℃ 내지 115℃인 무연신 폴리프로필렌 필름이며, 상기 이축 연신 폴리프로필렌 필름의 유리전이온도(Tg)는 상기 무연신 폴리프로필렌 필름의 유리전이온도(Tg)보다 높다.
폴리프로필렌 필름은 연신 여부에 따라 무연신 필름 및 연신 필름으로 구분된다. 무연신 필름으로는 캐스트(cast) 필름 및 인플레이션(inflation) 필름이 있으며, 이들은 투명성 및 표면광택이 우수하고 열 접착 강도, 치수안정성이 우수하여, 스낵 포장, 레토르트 식품 포장의 밀봉 필름 등으로 이용된다. 연신(oriented) 필름은 압출 및 냉각 공정에서 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 연신시킨 필름을 의미하며, 연신에 따라 일축 연신 필름 및 이축 연신 필름으로 구분된다. 상기 이축 연신 필름은 다시 BOPP 필름(Bi-Axially Oriented PP Film) 및 IOPP 필름(Inflated oriented PP film)으로 구분된다.
이러한 연신 필름은 무연신 필름에 비해 인장강도, 인장 탄성율, 충격강도, 인장파열강도, 굴곡수명 등의 기계적 강도 및 내열성, 내한성, 투명성, 가스 차단성 등의 특성을 갖는다. 또한, 이러한 연신 필름은 포장재 상층에 위치해 고열에 의한 외관 주름을 억제할 수 있으며, 봉투 개봉 시 찢김이 더욱 원활히 이루어질 수 있도록 강도를 유지시켜준다.
특히, BOPP 필름은 필름의 기계적 강도, 광택과 투명성, 우수한 내약품성, 내열성, 내방수성, 내구성 등이 우수하여 호평받고 있으며, 전 세계적으로 수요가 증가하여 포장 공업에서 비약적인 성장을 하고 있는 필름이다. 상기 BOPP 필름은 크게 일반용과 증착용으로 나누며, 일반용은 인쇄용, 합지용, 화이트펄용, 매트용, 섬유포장용, 담배포장용 등으로 용도별로 세분하여 생산하고 있고, 증착용은 일반적으로 알루미늄 진공 증착법을 사용하여 가스 차단성, 수증기 차단성이 필요한 분야에 사용되고 있다. BOPP 필름은 PP 분말을 T-다이를 통하여 압출 캐스팅하여 일차 미연신 시트를 제작한 후, 이 시트를 기계 방향(MD)과 폭 방향(TD)으로 각각 연신하여 이축 연신된 PP 필름을 제작한다. BOPP 필름은 용도에 따른 여러 물성 확보를 위해 다양한 수지 또는 첨가제와 혼합 사용할 수 있다.
필름층으로서 특히 BOPP 필름을 사용함으로써, 일반적인 식품 포장재에 사용 중인 알루미늄 호일, 알루미늄 증착 PET 필름, 산화알루미늄 투명 증착 PET, PVDC 코팅 필름 등을 대체할 수 있다. 일반적으로 알루미늄 호일의 경우 금속으로서 고차단 특성을 보이나 구김에 의한 핀홀 등이 발생되어 배리어성 저하의 원인이 될 수 있으며, 산화알루미늄 증착의 경우 마찬가지로 우수한 차단성 특성을 가지나 고단가 및 전자레인지 제품 등 적용이 제한적이다. PVDC 코팅 필름의 경우 인체 유해한 염소 소재 사용에 따라 제한적으로 허용된 식품 포장재에만 적용이 가능하며, 증착 CPP의 경우 CPP 필름 고유의 미흡한 산소 차단성 특성으로 인해 적용 확대에 어려움이 있다.
포장재 내부에서 밀봉 효과를 발휘하는 이축 연신 폴리프로필렌 필름의 경우, 일반 무연신 PP 필름 대비 상대적으로 저온에서 실링이 가능한 필름을 개발하여 적용하였다. 단일 재질 기반의 소재를 사용함에 따라 용융 온도가 유사한 구조의 포장재의 경우 봉투가공 시 외부 고열에 민감하게 반응해 실링 조건 하에서 외층의 필름 기재가 녹아 실 장비(seal bar)에 필름이 열융착되어 들러 붙음으로써 작업성 저하 및 손상을 가져올 수도 있다. 이에 범용 CPP 대비 현저하게 낮은 조건 하에서 열융착이 가능한 무연신 프로필렌 필름을 적용한다.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 포장재는 화장품(마스크팩) 및 식료품 포장재로 다양하게 접근 가능하다. 스낵 및 라면, 조미김, 커피 파우치 등에 적용할 수 있으며, 투명 증착 및 PVDC를 대체하는 용도로 베이커리 및 유제품 외포장재 용도로도 적용이 가능하다.
일 구현예에서, 상기 기재층의 두께 및 상기 제1 필름층의 두께는 각각 독립적으로 20 μm 내지 50 μm이다.
일 구현예에서, 상기 기재층의 두께 및 상기 제1 필름층의 두께는 각각 독립적으로 20 μm 내지 50 μm이고, 상기 제2 필름층의 두께는 15 μm 내지 30 μm이다.
화장품 포장재로 사용될 경우, 상기 기재층의 두께 및 상기 제1 필름층의 두께는 각각 독립적으로 30 μm 내지 50 μm이다. 상기 기재층의 두께가 상기 상한을 초과할 경우 찢을 때 이바리(원단이 깨끗하지 않게 가공되는 burr 현상) 등이 발생되어 찢김이 어려워질 우려가 있다. 상기 제1 필름층의 두께가 증가할수록 봉투 제조 시 외부에서 가해지는 열에 의한 주름 발생을 저감될 수 있으며 강성이 높아 찢김이 용이해진다. 반면 인쇄 시 필름 고 두께에 의한 잉크 전이성 저하로 인해 인쇄성이 미흡할 수 있기에 해당 두께 수준이 적합하다. 화장품 포장재로 사용될 경우, 상기 제2 필름층의 두께는 15 μm 내지 30 μm이다. 상기 제2 필름층은 고 두께일 필요가 없어 해당 두께 수준이 적합하다.
식품 포장재로 사용될 경우, 상기 기재층의 두께 및 상기 제1 필름층의 두께는 각각 독립적으로 20 μm 내지 30 μm이다. 상기 제1 필름층의 두께가 증가할수록 내용물 주입시 수직 구조의 고객 생산 라인 조건 상 포장재 꺾임 및 구김이 심할 수 있어 핀홀 발생 우려가 크기에 해당 두께 수준이 적합하다. 식품 포장재로 사용될 경우, 상기 제2 필름층의 두께는 15 μm 내지 20 μm이다. 상기 제2 필름층은 고 두께일 필요가 없어 해당 두께 수준이 적합하다.
포장재 제조 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 구조도이다.
본 발명의 다른 예시적인 구현예들에서는, 폴리올레핀 수지를 포함하는 제1 필름층(30)의 일측면에 폴리에스테르 수지 바인더를 포함하는 내열층(40)을 인쇄하는 단계; 및 상기 제1 필름층(30)의 타측면에 배리어층(20)을 도포하고, 상기 배리어층(20)의 타측면에 폴리올레핀 수지를 포함하는 기재층(10)을 도포하여, 합지하는 단계;를 포함하는, 상기 포장재 제조 방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 구조도이다.
본 발명의 다른 예시적인 구현예들에서는, 폴리올레핀 수지를 포함하는 제1 필름층(30)의 일측면에 폴리에스테르 수지 바인더를 포함하는 내열층(40)을 인쇄하는 단계; 및 상기 제1 필름층(30)의 타측면에 폴리올레핀 수지를 포함하는 제2 필름층(50)을 도포하고, 상기 제2 필름층(50)의 타측면에 배리어층(20)을 도포하고, 상기 배리어층(20)의 타측면에 폴리올레핀 수지를 포함하는 기재층(10)을 도포하여, 합지하는 단계;를 포함하는, 상기 포장재 제조 방법을 제공한다.
상기 기재층은 실란트층(sealant layer)이라고도 하며, 포장 대상 제품(화장품, 식품 등)의 포장 후, 열에 의해 봉합(열융착)되어 실링(sealing)성을 부여하는 층이다. 상기 기재층은 저온에서 쉽게 용융되며 가공이 향상되어, 포장 대상 제품을 포장한 후 실링을 용이하게 수행할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 기재층은 무연신 폴리올레핀 필름이다. 무연신 폴리올레핀 필름은 120℃부터 열융착이 가능하며, 포장재 상태로 볼 때 최종 파우치 제조 공정에서 160℃ 내지 170℃, 100 cut/min 정도에서 정상적으로 봉투 제조가 가능하다. 이는 일반적인 파우치 가공 설비(일본 Totani)를 이용해 일반 무연신 필름으로 합지된 단일 재질 원단으로 봉투 제조 시 190℃ 내지 200℃ 정도에서 융착되는 것과 비교하면, 매우 저온에서 봉투를 제조할 수 있는 것이며, 이는 온도에 민감해 작업 온도조건이 매우 협소했던 기준과는 달리 상대적으로 접착 가공 조건의 범위를 구현 가능하며, 작업 온도를 낮춤으로써 주름 및 기타 피치 안정성 면에서 우수한 특성을 보여준다.
또한, 상기 기재층에 있어서, 열융착 무연신 프로필렌 필름에 저온 실링이 가능하도록 엘라스토머를 투입하여 접착 범위 구간을 넓게 함으로써, 민감할 수 있는 후가공 조건으로 완화할 수 있다. 이에 상대적으로 민감한 가공 조건을 완만하게 함으로써 포장재의 가공 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 배리어층에 있어서, 구체적으로는 폴리올레핀계 고분자를 혼용한 블렌드 화합물 액제를 폴리프로필렌 필름 기재 위에 습식 코팅법을 사용해 일정한 두께로 도포하여 배리어층의 형성이 가능하다. 그라비아 코팅 방식으로 차단성 코팅 필름의 제조가 가능하며 건조 후 적정 코팅 도포량은 1 μm 수준이면 충분하다. 용제는 물, 에탄올 베이스로 건조가 충분하지 않을 경우 블로킹이 발생되어 보통 물, 알코올이 휘발될 수 있는 100℃ 전후로 챔버 온도를 유지해 제조한다.
상기 내열층에 있어서, 내열층에 포함되는 내열 코팅제는 그라비아 인쇄 시 리버스(Reverse) 방식으로 인쇄 가능하여 별도의 공정이 추가되지 않으며, 일반 인쇄 동판과 같이 170선~200선, 코팅 후 도포량은 1 μm 수준이다. 해당 내열 코팅제를 사용할 경우 필름 기재에 직접적으로 전달되는 열을 코팅층에서 분산시켜 고열에 의한 원단 수축 및 주름을 개선할 수 있다. 250℃, 1초 이상의 온도 조건 하 실 장비(seal bar) 압착 테스트에서도 외관 잉크 및 기재 뜯김, 원단 수축 등은 발생되지 않으며, 이에 일반적으로 190℃ 이상의 온도 조건 하에서 봉투 가공을 진행하는 조건에서도 견고하게 유지된다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
{실시예}
<제조예 1> 실시예 1에 따른 화장품용 포장재의 제조
BOPP 필름의 제1 필름층을 상에 리버스 인쇄를 수행하여 내열층을 형성하였다. 상기 제1 필름층의 타측면에 잉크층을 도포하고, 폴리우레탄 중합체로 하이드록실기를 가진 주제 조성에 이소시아네이트 경화제를 10: 1의 일정 비율로 배합한 접착층을 도포하였다. 상기 접착층의 타측면에 원료를 포함하는 코팅제를 습식 코팅 방식으로 도포하여 BOPP 필름의 제2 필름층을 형성하였다. 상기 제2 필름층의 타측면에 원료를 포함하는 코팅제를 습식 코팅 방식으로 도포하여 배리어층을 도포하고, 상기 배리어층의 타측면에 접착층을 도포하고, 무연신 캐스트 PP(CPP) 필름의 기재층을 도포하였다. 상기 다층 필름을 합지하여 최종적으로 도 5와 같이 실시예 1에 따른 화장품용 포장재(110mm × 160mm)를 제조하였다(기재층 두께 50 μm, 제2 필름층 두께 20 μm, 제1 필름층 두께 50 μm). 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 구조도이다.
<제조예 2> 실시예 2에 따른 식품용 포장재의 제조
BOPP 필름의 제1 필름층을 상에 리버스 인쇄를 수행하여 내열층을 형성하였다. 상기 제1 필름층의 타측면에 잉크층을 도포하고, 폴리우레탄 중합체로 하이드록실기를 가진 주제 조성에 이소시아네이트 경화제를 10: 1의 일정 비율로 배합한 접착층을 도포하였다. 상기 접착층의 타측면에 원료를 포함하는 코팅제를 습식 코팅 방식으로 도포하여 BOPP 필름의 제2 필름층을 형성하였다. 상기 제2 필름층의 타측면에 원료를 포함하는 코팅제를 습식 코팅 방식으로 도포하여 배리어층을 도포하고, 상기 배리어층의 타측면에 접착층을 도포하고, 무연신 캐스트 PP(CPP) 필름의 기재층을 도포하였다. 상기 다층 필름을 합지하여 최종적으로 도 5와 같이 실시예 2에 따른 식품용 포장재(230mm ×360mm)를 제조하였다(기재층 두께 20 μm, 제2 필름층 두께 20 μm, 제1 필름층 두께 20 μm). 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 구조도이다.
<실험예 1> 실시예 1에 따른 화장품용 포장재의 물성 평가
실시예 1에 따른 화장품용 포장재 및 실시예 2에 따른 식품용 포장재에 대하여 물성을 평가하였다. ASTM D 3985 기준에 의거하여 가스 차단도(OTR)를 측정하고, ASTM F 1249 기준에 의거하여 수분 차단도(WVTR)를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2
가스차단도 (cc/[m 2 -day]) 0.5 이하 0.5 이하
수분차단도(g/[m 2 -day]) 1.5~2.2 1.7~2.3
상기 표 1로부터, 실시예 1에 따른 화장품용 포장재 및 실시예 2에 따른 식품용 포장재의 경우, 가스차단도가 측정 하한인 0.5 cc 이하이고, 수분차단도가 1g 수준으로서, 가스 배리어성 및 수분 배리어성이 모두 우수한 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2> 실시예 1에 따른 화장품용 포장재의 실용성 평가
1. 평가 방법
실시예 1에 따른 화장품용 포장재에 대하여 실용성을 평가하였다. 보다 구체적으로, 45℃ 오븐 보관 조건에서, 주차 별 마스크팩 내용물의 질량 감소량(Weight Loss %)을 평가하였다. 파우치 내부에 핸드마스크 내용물을 충진하여 보관 후 전체 무게의 감소된 정도를 측정하여 감소량을 평가하였다. 비교를 위하여, 시판되는 리프팅 마스크 포장재(PET 12μm/접착층/알루미늄 6~7μm/접착층 2~4μm/폴리에틸렌 50~80μm; A사)를 비교예 1로서 준비하였다(약 27g 충전). 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 1 비교예 1
4주차 감소율 (wt%) -0.9 -1
12주차 감소율 (wt%) -1.4 -3
상기 표 2로부터, 실시예 1에 따른 화장품용 포장재의 경우, 화장품 포장재의 품질 기준을 충족하는 것을 확인할 수 있다. 한편, 비교예 1의 경우, 내용물 감소량이 증가하여, 파우치 내부 점도가 상승함으로써 품질이 변질될 것을 예상할 수 있다.
<실험예 3> 실시예 2에 따른 식품용 포장재의 실용성 평가 1
1. 평가 방법
실시예 2에 따른 식품용 포장재에 대하여 실용성을 평가하였다. 보다 구체적으로, 40℃, 90RH 보관 조건에서, 주차 별 식품 내용물의 수분 증가량을 평가하였다. 파우치 내부에 유탕스낵 내용물을 충진하여 보관 후 전체 무게의 증가된 정도를 측정하여 감소량을 평가하였다. 비교를 위하여, 시판되는 유탕스낵 포장재(연신폴리프로필렌 20μm/폴리에틸렌 10~20μm/알루미늄 증착 PET 12μm/폴리에틸렌 10~20μm/무연신폴리프로필렌 20~30μm; 농심)를 비교예 2로서 준비하였다(약 96g 충전). 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 실시예 2 비교예 2
8주차 증가율 (wt%) +2.76 +3
상기 표 3으로부터, 실시예 2에 따른 식용 포장재의 경우, 식품 포장재의 품질 기준을 충족하는 것을 확인할 수 있다. 한편, 비교예 2의 경우, 수분이 침투되어, 식품에 식감 변질이 발생할 것을 예상할 수 있다.
<실험예 4> 실시예 2에 따른 식품용 포장재의 실용성 평가 2
1. 평가 방법
실시예 2에 따른 식품용 포장재에 대하여 실험예 3에서와 동일한 방법으로 실용성을 평가하였다. 비교를 위하여, 비교예 2의 포장재를 준비하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 실시예 2 비교예 2
1주차 중량 (g) 96.21 96.21
2주차 중량 (g) 96.75 96.44
3주차 중량 (g) 96.8 97.85
4주차 중량 (g) 97.1 97.93
5주차 중량 (g) 97.29 98.31
6주차 중량 (g) 97.38 99.01
7주차 중량 (g) 97.38 99.13
8주차 중량 (g) 97.55 99.20
상기 표 4로부터, 실시예 2에 따른 식용 포장재의 경우, 수분 차단성이 우수하여 제품 보존성이 뛰어난 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 2에 따른 식용 포장재의 경우, 복합 재질로 구성된 현 사양의 포장재에 비하여, 단일 재질에 기반하여 재생 원료로 재활용이 가능하다.이상에서 본 발명의 예시적인 구현예가 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 청구범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형이 포함될 것이다.
10: 기재층 20: 배리어층
30: 제1 필름층 40: 내열층
50: 제2 필름층 60: 접착층
70: 잉크층

Claims (5)

  1. 폴리올레핀 수지를 포함하는 기재층;
    상기 기재층 상에 형성되며 폴리올레핀계 고분자를 포함하는 배리어층;
    상기 배리어층 상에 형성되며 폴리올레핀 수지를 포함하되, 금속 및 금속 산화물을 포함하지 아니하는 제2 필름층;
    상기 제2 필름층 상에 형성되며 폴리올레핀 수지를 포함하되, 금속 및 금속 산화물을 포함하지 아니하는 제1 필름층; 및
    상기 제1 필름층 상에 형성되며 폴리에스테르 수지 바인더를 포함하는 내열층;을 포함하며,
    상기 기재층은 엘라스토머를 포함하며,
    상기 제1 필름층 및 상기 제2 필름층 사이에 접착층이 더 형성되며,
    상기 접착층 상에 잉크층이 형성되며,
    상기 제1 필름층 및 상기 제2 필름층은 이축 연신 폴리올레핀 필름이고,
    상기 기재층은 무연신 폴리올레핀 필름인, 포장재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재층 및 상기 배리어층 사이에 접착층이 더 형성되며,
    상기 접착층 상에 잉크층이 형성되는, 포장재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필름층 및 상기 제2 필름층은 녹는점(Tm)이 160℃ 내지 180℃이고 유리전이온도(Tg)가 105℃ 내지 120℃인 이축 연신 폴리프로필렌 필름이고,
    상기 기재층은 녹는점(Tm)이 160℃ 내지 180℃이고 유리전이온도(Tg)가 100℃ 내지 115℃인 무연신 폴리프로필렌 필름이며,
    상기 이축 연신 폴리프로필렌 필름의 유리전이온도(Tg)는 상기 무연신 폴리프로필렌 필름의 유리전이온도(Tg)보다 높은, 포장재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기재층의 두께 및 상기 제1 필름층의 두께는 각각 독립적으로 20 μm 내지 50 μm이고,
    상기 제2 필름층의 두께는 15 μm 내지 30 μm인, 포장재.
  5. 폴리올레핀 수지를 포함하는 제1 필름층의 일측면에 폴리에스테르 수지 바인더를 포함하는 내열층을 인쇄하는 단계; 및
    상기 제1 필름층의 타측면에 폴리올레핀 수지를 포함하는 제2 필름층을 도포하고, 상기 제2 필름층의 타측면에 배리어층을 도포하고, 상기 배리어층의 타측면에 폴리올레핀 수지를 포함하는 기재층을 도포하여, 합지하는 단계;를 포함하는, 제1항 내지 제4항 중 한 항의 포장재 제조 방법.
KR1020240007646A 2022-11-17 2024-01-17 단일 재질 기반 포장재 및 이의 제조 방법 KR20240076752A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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