KR102982995B1 - 친환경 포장재 및 이의 제조방법 - Google Patents

친환경 포장재 및 이의 제조방법

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Abstract

본 발명은 친환경 포장재 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재는 표면 코팅층, 제1 섬유층, 제2 섬유층 및 실링 코팅층을 포함함으로써 재활용성이 높고 토양 및 해양에서의 분해가 잘 이루어지면서 산소 및/또는 수분에 대한 차단성, 인쇄성, 방오/방수성, 실링성 등이 우수할 수 있다.

Description

친환경 포장재 및 이의 제조방법{ECO-FRIENDLY PACKING MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 다층 구조를 가져 인쇄성, 방오/방수성, 실링성, 산소 및/또는 수분에 대한 차단성 등이 우수하면서 재활용이 용이하고 생분해가 잘 이루어지는 친환경 포장재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 식품, 의약품, 화장품, 공산품 등의 물품을 포장하는 포장재는 인쇄 및 표면 보호를 위한 기재층, 산소 및 수분의 차단을 위한 배리어층 및 내용물을 보관하기 위한 내층으로 구성되어 있다.
이와 관련하여 종래에는 상기 기재층에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 또는 폴리프로필렌(PP) 필름을 적용하고, 상기 배리어층에 알루미늄박 또는 나일론막을 적용하고, 상기 내층에 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 필름, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름 또는 무연신 폴리프로필렌(CPP) 필름을 적용하여 포장재를 제조하였다.
그러나 이러한 종래의 포장재의 경우 재활용이 어렵고 분해가 잘되지 않는 소재들로 이루어져 처리를 위한 매립 시 자연적으로 분해되지 않거나 종류에 따라 분해되는 데에 수백 년이 걸리는 문제가 있다. 특히, 토양이나 해양에서의 분해가 거의 이루어지지 않아 대기 오염은 물론 해양 오염에 대한 문제를 크게 야기하고 있다.
상기 문제를 해결하기 위해 최근에는 분해가 잘되지 않는 소재인 PET, 나일론, 알루미늄 등의 소재 대신에 분해가 잘 이루어지는 생분해성 소재(예컨대, 폴리락트산(PLA))와 재활용성이 높은 종이가 결합된 친환경 포장재가 개발되고 있다.
그러나 상기 생분해성 소재는 산소나 수분에 대한 차단성(barrier)이 낮아 이를 이용하여 제조된 포장재는 식품, 화장품, 의약품 등의 포장재에서 요구되는 차단성을 나타내는데 한계가 있다. 또한 생분해성 소재와 종이가 결합된 포장재는 실링성이 떨어져 그 사용 또는 가공 과정에서 생분해성 소재로 이루어진 층과 종이층이 박리되는 단점이 있다. 이외에도 디자인을 위한 인쇄성이나 방오/방수성을 확보하는데도 어려움이 있다.
따라서 재활용성이 높고 토양 및 해양에서의 분해가 잘 이루어지면서 성능이 향상된 포장재의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허 제2012-0103158호
본 발명은 재활용성이 높고 토양 및 해양에서의 분해가 잘 이루어지면서 산소 및/또는 수분에 대한 차단성(기체차단성), 인쇄성, 방오/방수성, 실링성 등이 우수한 포장재를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 상기 포장재를 효율적으로 제조할 수 있는 포장재의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 표면 코팅층; 제1 섬유층; 제2 섬유층; 및 실링 코팅층을 포함하는 다층 포장재를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 표면 코팅층이 수성 열경화성 아크릴 수지, 수성 라텍스, 수성 변성라텍스, 수성 우레탄 수지 및 폴리에틸렌 에멀전으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 상기 제1 섬유층은 표면에 형성된 프라이머층을 포함하고, 상기 프라이머층이 폴리비닐알코올(PVOH) 및 변성전분으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 제2 섬유층은 밀도가 0.8 kg/㎥ 이상일 수 있다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 제2 섬유층이 상기 실링 코팅층에서 유래된 성분을 일부 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 실링 코팅층이 수성 열가소성 아크릴 수지, 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 및 폴리에틸렌 에멀전으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 제1 섬유층과 상기 제2 섬유층 사이에 형성되는 배리어층을 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 배리어층이 생분해성 수지 또는 수용성 수지를 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 배리어층이 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리락트산(PLA), 폴리비닐알코올(PVOH), 에틸렌비닐알코올(EVOH), 폴리부틸렌-아디페이트-코-테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리카프로락톤(PCL), 열가소성전분(TPS), 셀룰로오스 유래 물질, 유청 단백질, 대두 단백질 및 밀 단백질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 제1 섬유층 및 제2 섬유층을 포함하고, 콥 사이즈도(Cobb sizing degree)가 25 g/㎡·30min 이하인 다층 포장재를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 다층 포장재는 산소 투과도가 100 cc/㎡·day 이하이고, 수분 투과도가 100 g/㎡·day 이하일 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 상기 다층 포장재는 실링 강도가 1 kgf/15㎜ 이상일 수 있다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 다층 포장재는 표면 에너지가 38 dyne/cm 이상일 수 있다.
다른 한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 섬유 기재의 일면에 표면 코팅액을 코팅하여 제1 섬유 필름을 제조하는 단계; 제2 섬유 기재의 일면에 실링 코팅액을 코팅하여 제2 섬유 필름을 제조하는 단계; 및 상기 제1 섬유 기재와 상기 제2 섬유 기재가 대면하도록 상기 제1 섬유 필름과 상기 제2 섬유 필름을 적층하는 단계를 포함하는 다층 포장재의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 섬유 필름과 상기 제2 섬유 필름 사이에 배리어 필름을 배치하고 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 상기 제1 섬유 필름의 타면 또는 상기 제2 섬유 필름의 타면에 배리어 코팅액을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 포장재는 내부에 2층의 섬유층이 구비되고 상기 섬유층 외부에 각각 표면 코팅층 및 실링 코팅층이 구비되는 특정의 다층 구조를 갖기 때문에 산소 및/또는 수분에 대한 차단성, 인쇄성, 방오/방수성, 실링성 등이 우수할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 포장재는 표면 코팅층 및 실링 코팅층이 수성 계열의 수지 소재로 이루어지고 2층의 섬유층이 종이 소재로 이루어지기 때문에 재활용성이 높고 토양 및 해양에서의 분해가 잘 이루어질 수 있다.
또 본 발명에 따른 포장재는 2층의 섬유층 사이에 생분해성 계열 또는 수용성 계열의 수지 소재로 이루어지는 배리어층이 더 구비되기 때문에 생분해성과 더불어 산소 및/또는 수분에 대한 차단성이 보다 우수할 수 있다.
또 본 발명에 따른 포장재는 플라스틱 필름 제조 시 적용되는 공법인 라미네이션, 압출 코팅 등의 공법을 적용하여 제조되기 때문에 가공성 및 생산성이 우수할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 포장재는 식품, 의약품, 화장품, 공산품 등의 다양한 물품을 포장하는데 효율적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 포장재를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 포장재를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 포장재를 도시한 단면도이다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 설명한다. 여기서 본 발명은 이하에 개시된 내용에 한정되는 것이 아니며 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소의 상/하에 형성되거나 서로 연결 또는 결합된다는 기재는, 이들 구성 요소 간에 직접 또는 또 다른 구성 요소를 개재하여 간접적으로 형성, 연결 또는 결합되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성 요소의 상/하에 대한 기준은 대상을 관찰하는 방향에 따라 달라질 수 있는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서 "포함"한다는 기재는 특정 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분을 구체화하기 위한 것이며, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소를 설명하기 위한 것으로, 상기 구성 요소가 상기 용어에 의해 한정되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 용어는 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다.
본 발명은 특정의 다층 구조(예컨대, 2 이상의 섬유층을 포함)를 갖는 포장재 및 상기 포장재를 라미네이션, 압출 코팅 등과 같은 공법을 적용하여 제조하는 방법에 관한 것으로, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
다층 포장재
본 발명에 따른 포장재는 표면 코팅층, 제1 섬유층, 제2 섬유층 및 실링 코팅층을 포함한다. 구체적으로 본 발명에 따른 포장재는 표면 코팅층, 제1 섬유층, 제2 섬유층 및 실링 코팅층이 적층된 적층필름이거나 상기 적층필름을 필요에 따라 후가공한 것일 수 있다.
이하, 각 층에 대해 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
표면 코팅층
본 발명의 일 실시예에 따른 포장재(10)는 표면 코팅층(11)을 포함한다. 상기 표면 코팅층(11)은 포장재(10)의 인쇄성(디자인성), 내수성(방수성), 방오성 등을 높이는 기능을 한다.
상기 표면 코팅층(11)은 필름 형성이 가능하고 포장재(10)에서 요구되는 내수성을 나타내면서 수용성 특성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로 표면 코팅층(11)은 수성 열경화성 아크릴 수지, 수성 라텍스, 수성 변성라텍스, 수성 우레탄 수지 및 폴리에틸렌 에멀전으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 표면 코팅층(11)이 상기 수용성 특성을 갖는 물질을 포함함에 따라 포장재(10)의 재활용성을 높일 수 있다. 이외에 표면 코팅층(11)은 내수성 및 방오성의 확보를 위해 미네랄오일, 왁스 등의 첨가 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 표면 코팅층(11)은 38 dyne/cm 이상의 표면 에너지를 가질 수 있다. 구체적으로 표면 코팅층(11)은 38 내지 55 dyne/cm, 40 내지 55 dyne/cm, 또는 42 내지 55 dyne/cm의 표면 에너지를 가질 수 있다. 상기 표면 코팅층(11)의 표면 에너지가 상기 범위 내임에 따라 표면 코팅층(11) 상에 인쇄가 잘 이루어져 포장재(10)의 인쇄성(디자인성)을 높일 수 있다.
또한 표면 코팅층(11)은 포장재(10)의 사용성, 가공성 등을 높이기 위해 방오/방수성을 가질 수 있다. 구체적으로 표면 코팅층(11)은 30 g/㎡·30min 이하의 콥 사이즈도(Cobb sizing degree)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로 표면 코팅층(11)은 1 내지 30 g/㎡·30min, 1 내지 25 g/㎡·30min, 또는 1 내지 10 g/㎡·30min의 콥 사이즈도를 가질 수 있으며, 이로 인해 포장재(10)의 방수성을 현저히 높일 수 있다.
이러한 표면 코팅층(11)의 두께는 3 내지 30 ㎛, 3 내지 15 ㎛, 또는 3 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기 표면 코팅층(11)의 두께가 상기 범위 내임에 따라 포장재(10)의 내수성, 방오성, 인쇄성 등을 확보하면서 포장재(10)가 필요 이상으로 두꺼워지는 것이 방지되어 생산성이 향상될 수 있다.
상기 표면 코팅층(11)은 단층으로 이루어지거나 내수성 등의 강화를 위해 2 이상의 층(예컨대, 제1 표면 코팅층/제2 표면 코팅층의 적층 구조, 또는 제1 표면 코팅층/제2 표면 코팅층/제3 표면 코팅층의 적층 구조 등)으로 이루어질 수 있다.
제1 섬유층
본 발명의 일 실시예에 따른 포장재(10)는 제1 섬유층(12)을 포함한다. 상기 제1 섬유층(12)의 일면에는 표면 코팅층(11)이 형성될 수 있다. 이러한 제1 섬유층(12)은 포장재(10)의 외관 적성을 확보하면서 표면 코팅층(11)의 형성이 잘 이루어지도록 하는 기능을 한다.
상기 제1 섬유층(12)은 기계펄프, 반화학펄프, 화학펄프 등으로 제조된 종이를 포함할 수 있다. 상기 종이는 특별히 한정하지 않고 사용하고자 하는 목적에 따라 제조되거나 선택될 수 있다. 상기 제1 섬유층(12)이 상기 펄프로 제조된 종이를 포함함에 따라 본 발명에 따른 포장재(10)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP) 등과 같은 합성수지 기재가 사용된 종래의 포장재에 비해 생분해성 및 재활용성이 우수할 수 있다.
구체적으로 상기 제1 섬유층(12)은 내수성이 우수한 종이(예컨대, 알킬케텐다이머(alkyl ketene dimer, AKD) 또는 알루미늄-로진(Alum-Rosin) 등에 의해 사이징(sizing) 처리된 종이)를 포함할 수 있다. 상기 제1 섬유층(12)이 상기 물성을 갖는 종이를 포함함에 따라 상기 표면 코팅층(11)의 형성을 위한 표면 코팅액이 상기 종이로 마이그레이션(migration)되는 것이 방지되어 표면 코팅층(11)의 형성이 잘 이루어질 수 있다.
한편 상기 제1 섬유층(12)은 그 표면(제1 섬유층(12)의 일면, 타면, 또는 양면)에 형성된 프라이머층을 포함할 수 있다. 상기 제1 섬유층(12)의 표면에 프라이머층이 형성되어 있음에 따라 포장재(10)의 산소 및/또는 수분의 차단성을 보다 높이면서 표면 코팅층(11), 제2 섬유층(13), 또는 후술되는 배리어층(15)과의 접착력을 높일 수 있다.
상기 프라이머층은 통상적으로 공지된 앵커(anchor) 코팅제를 포함할 수 있다. 구체적으로 프라이머층은 폴리비닐알코올(PVOH) 및 변성전분으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
제2 섬유층
본 발명의 일 실시예에 따른 포장재(10)는 제2 섬유층(13)을 포함한다. 상기 제2 섬유층(13)의 일면에는 실링 코팅층(14)이 형성될 수 있다. 이러한 제2 섬유층(13)은 포장재(10)의 기계적 강도 및 평활성을 높이면서 실링 코팅층(14)과 강한 내부적 결합이 이루어지도록 하는 기능을 한다.
상기 제2 섬유층(13)은 기계펄프, 반화학펄프, 화학펄프 등으로 제조된 종이를 포함할 수 있다. 상기 종이는 구체적으로 백상지(모조지), 미색지, 색지, 갱지, 중질지, 아트지, 스노우지, 스노우화이트지, 편면아트지, 로얄아트지, 레자크지, 레이드지, 크라프트지, 트레싱지, 글라신지, 탄트지, 팬시지, 백판지 및 인화지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 제2 섬유층(13)이 상기 종이를 포함함에 따라 본 발명에 따른 포장재(10)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP) 등과 같은 합성수지 기재가 사용된 종래의 포장재에 비해 생분해성 및 재활용성이 우수할 수 있다.
상기 제2 섬유층(13)은 밀도가 0.8 kg/㎥ 이상일 수 있다. 구체적으로 제2 섬유층(13)의 밀도는 0.8 내지 1.5 kg/㎥, 1.0 내지 1.5 kg/㎥, 또는 1.0 내지 1.2 kg/㎥일 수 있다. 상기 제2 섬유층(13)의 밀도가 상기 범위 내일 경우 제2 섬유층(13) 내 섬유 간에 매우 높은 결합 강도를 갖게 되어 포장재(10)의 기계적 강도를 현저히 높일 수 있다.
또한 제2 섬유층(13)은 제2 섬유층(13) 내 총 섬유 대비 침엽수 섬유의 비율이 20 내지 100%일 수 있다. 상기 제2 섬유층(13)의 침엽수 섬유의 비율이 상기 범위 내일 경우 제2 섬유층(13)의 장섬유 비율이 증가함에 따라 기계적 강도 및 밀도를 높일 수 있다.
한편 제2 섬유층(13)은 실링 코팅층(14)에서 유래된 성분을 일부 포함할 수 있다. 구체적으로 제2 섬유층(13)은 실링 코팅층(14)의 형성을 위한 실링 코팅액이 일부 함침되어 형성된 복합층을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2를 참조하면, 제2 섬유층(13)은 종이층(13a) 및, 종이 기재와 실링 코팅층(14)에서 유래된 성분이 복합된 복합층(13b)을 포함할 수 있다. 이러한 복합층(13b)을 포함함에 따라 제2 섬유층(13)은 실링 코팅층(14)과 현저히 높은 결합력을 나타낼 수 있다.
실링 코팅층
본 발명의 일 실시예에 따른 포장재(10)는 실링 코팅층(14)을 포함한다. 상기 실링 코팅층(14)은 제2 섬유층(13)의 일면에 형성되는 것으로, 포장재(10)의 내수성, 실링성 등을 높이는 기능을 한다.
상기 실링 코팅층(14)은 제2 섬유층(13)과 강한 결합이 이루어져 포장재(10)의 실링성을 높일 수 있으면서 수분산 가능하고 열접착성을 갖는 열가소성 수지(예컨대, 아크릴 수지, 폴리프로필렌 등)를 포함할 수 있다. 구체적으로 실링 코팅층(14)은 포장재(10)의 실링성을 높이면서 수용성 또는 생분해 특성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 실링 코팅층(14)은 수성 열가소성 아크릴 수지, 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 및 폴리에틸렌 에멀전으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 실링 코팅층(14)이 상기 수용성 또는 생분해 특성을 갖는 물질을 포함함에 따라 포장재(10)의 실링성이 우수하면서 재활용성을 높일 수 있다.
상기 실링 코팅층(14)은 포장재(10)의 사용성, 가공성 등을 높이기 위해 1 kgf/15㎜ 이상의 실링 강도(열접착 강도)를 가질 수 있다. 구체적으로 실링 코팅층(14)은 1 내지 5 kgf/15㎜, 2 내지 5 kgf/15㎜, 또는 3 내지 5 kgf/15㎜의 실링 강도를 가질 수 있다.
이러한 실링 코팅층(14)의 두께는 3 내지 30 ㎛, 10 내지 30 ㎛, 또는 15 내지 25 ㎛일 수 있다. 상기 실링 코팅층(14)의 두께가 상기 범위 내임에 따라 포장재(10)의 방오성, 실링성 등을 확보하면서 포장재(10)가 필요 이상으로 두꺼워지는 것이 방지되어 생산성이 향상될 수 있다.
상기 실링 코팅층(14)은 단층으로 이루어지거나 실링 강도를 높이기 위해 2 이상의 층(예컨대, 제1 실링 코팅층/제2 실링 코팅층의 적층 구조, 또는 제1 실링 코팅층/제2 실링 코팅층/제3 실링 코팅층의 적층 구조)으로 이루어질 수 있다.
배리어층
본 발명의 일 실시예에 따른 포장재(10)는 산소 및/또는 수분의 차단성을 높이기 위해 배리어층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 도 3을 참조하면, 상기 배리어층(15)은 제1 섬유층(13)과 제2 섬유층(14) 사이에 형성될 수 있다. 이러한 배리어층(15)은 포장재(10)의 산소 및/또는 수분의 차단성(기체차단성)을 높이는 기능을 한다.
상기 배리어층(15)은 포장재(10)의 기체차단성을 높이면서 재활용성 및 생분해성을 확보할 수 있는 생분해성 수지 또는 수용성 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로 배리어층(15)은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리락트산(PLA), 폴리비닐알코올(PVOH), 에틸렌비닐알코올(EVOH), 폴리부틸렌-아디페이트-코-테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리카프로락톤(PCL), 열가소성전분(TPS), 셀룰로오스 유래 물질(예컨대, 나노셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 셀룰로오스 에테르 등), 유청 단백질, 대두 단백질 및 밀 단백질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
이러한 배리어층(15)의 두께는 3 내지 30 ㎛, 5 내지 25 ㎛, 또는 10 내지 25 ㎛일 수 있다. 상기 배리어층(15)의 두께가 상기 범위 내임에 따라 포장재(10)의 기체차단성을 높이면서 제조 효율 및 생산성이 향상될 수 있다.
접착층
본 발명에 따른 포장재(10)는 라미네이션 공법으로 제조될 경우, 각 층을 결합시키는 접착층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 도 4의 a)를 참조하면, 상기 접착층(16)은 제1 섬유층(12)과 제2 섬유층(13) 사이에 형성될 수 있다. 또한 도 4의 b)를 참조하면, 상기 접착층(16)은 제1 섬유층(12)과 배리어층(15) 사이 및 제2 섬유층(13)과 배리어층(15) 사이에 각각 형성될 수 있다. 이러한 접착층(16)은 제1 섬유층(12)과 제2 섬유층(13), 또는 제1 섬유층(12), 배리어층(15) 및 제2 섬유층(13)을 상호 강하게 결합시켜 포장재(10)의 사용성, 가공성 등을 높이는 기능을 한다.
상기 접착층(16)은 포장재(10)의 물성을 저하시키지 않으면서 높은 접착력을 나타낼 수 있는 접착물질을 포함할 수 있다. 구체적으로 접착층(16)은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리비닐알코올(PVA), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아크릴 수지 및 우레탄 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
이러한 접착층(16)의 두께는 1 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기 접착층(16)의 두께가 상기 범위 내임에 따라 포장재(10)의 가공성, 사용성 등을 높일 수 있다.
포장재의 물성
본 발명에 따른 포장재는 제1 섬유층과 제2 섬유층을 포함하면서 콥 사이즈도(Cobb sizing degree)가 25 g/㎡·30min 이하인 물성을 나타낼 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재는 콥 사이즈도가 1 내지 30 g/㎡·30min, 1 내지 25 g/㎡·30min, 또는 1 내지 10 g/㎡·30min일 수 있다. 상기 콥 사이즈도가 상기 범위 내임에 따라 본 발명에 따른 포장재는 높은 기계적 강도를 나타내면서 산소 및/또는 수분의 차단성이 우수할 수 있다.
상기 콥 사이즈도는 일정 크기의 포장재에 일정한 양의 물을 30 분 동안 부었을 때, 포장재가 흡수한 물의 양(중량)으로 정의될 수 있다. 구체적으로 콥 사이즈도는 하기 식 1에 따라 산출될 수 있다.
[식 1]
콥 사이즈도 = (물 흡수 후 포장재 무게 - 물 흡수 전 포장재 무게, g)/(흡수 면적, ㎡)
본 발명에 따른 포장재는 산소 투과도가 100 cc/㎡·day 이하이고, 수분 투과도가 100 g/㎡·day 이하일 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재는 23℃, RH0%에서의 산소 투과도가 0.1 내지 100 cc/㎡·day, 0.1 내지 10 cc/㎡·day, 또는 0.1 내지 1 cc/㎡·day일 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재는 37.8℃, RH100%에서의 수분 투과도가 0.1 내지 100 g/㎡·day, 0.1 내지 10 g/㎡·day, 또는 0.1 내지 1 g/㎡·day일 수 있다.
본 발명에 따른 포장재는 실링 강도(열접착 강도)가 1 kgf/15㎜ 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재는 실링 코팅층을 포함할 경우, 상기 실링 코팅층의 실링 강도가 1 내지 5 kgf/15㎜, 2 내지 5 kgf/15㎜, 또는 3 내지 5 kgf/15㎜일 수 있다. 상기 실링 강도가 상기 범위 내임에 따라 본 발명에 따른 포장재는 각 층 간의 결합(접착) 특성이 우수(층간 박리 현상 최소화)할 수 있고, 이로 인해 포장재의 사용성, 가공성, 생산성 등이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 포장재는 표면 에너지가 38 dyne/cm 이상일 수 있다. 상기 표면 에너지가 상기 범위 내임에 따라 본 발명에 따른 포장재는 인쇄성(디자인성)이 우수할 수 있다.
본 발명에 따른 포장재는 ASTM D882에 의거하여 만능시험기(UTM, 모델명 5966)로 측정한 인장강도가 8 kgf 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재는 인장강도가 8 내지 15 kgf, 10 내지 15 kgf, 또는 12 내지 15 kgf일 수 있다. 상기 인장강도가 상기 범위 내임에 따라 본 발명에 따른 포장재는 사용성, 가공성, 성형성 등이 우수할 수 있다.
본 발명에 따른 포장재는 KS M 14855-1에 의거하여 측정한 생분해도가 60% 이상일 수 있다. 상기 생분해도는 일정 시간 동안 표준물질(예컨대, 셀룰로오즈) 대비 분해된 포장재의 비율을 의미하는 것으로, 하기 식 2에 따라 산출될 수 있다.
[식 2]
생분해도(Dt) =
(CO2)T: 시험물질에 담긴 퇴비화 용기로부터 발생한 이산화탄소 누적량
(CO2)B: 접종원 용기로부터 발생하는 이산화탄소 누적량의 평균
ThCO₂: 시험물질로부터 발생할 수 있는 이론적 이산화탄소 발생량
ThCO₂ = MTOT X CTOT X 44/12
MTOT: 시험 시작 시 퇴비에 첨가된 시험물질 중 총 건조 고형분(g)
CTOT: 시험물질의 총 건조 고형분에 포함된 유기탄소의 비율(g/g)
44/12: 이산화탄소의 분자량과 탄소의 원자량
상술한 본 발명에 따른 포장재는 생분해성 또는 수용성을 나타내는 표면 코팅층, 실링 코팅층 및 배리어층과 비교적 분해가 잘 이루어지는 제1 섬유층 및 제2 섬유층을 포함함에 따라 토양 및 해양에서의 분해가 잘 이루어져 친환경성을 나타낼 수 있다. 또한 본 발명에 따른 포장재는 재활용성도 우수할 수 있다. 또 본 발명에 따른 포장재는 배리어층에 의해 기체차단성도 매우 우수할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 포장재는 식품, 의약품, 화장품, 공산품 등의 다양한 물품을 포장하는데 효율적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재는 레토르트 식품의 파우치, 음식 용기의 리드 필름 등으로 사용될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 포장재는 라미네이션, 압출 코팅 등과 같은 공법을 적용하여 다층 구조를 갖도록 제조될 수 있는데, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
다층 포장재의 제조방법
본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 제조방법은 플라스틱 필름 제조 시 적용되는 공법인 라미네이션, 압출 코팅 등의 공법이 적용되는 것으로, 이로 인해 목적에 따라 다양한 적층 구조를 갖는 포장재를 효율적으로 제조할 수 있다.
구체적으로 본 발명에 따른 포장재의 제조방법은, 제1 섬유 기재의 일면에 표면 코팅액을 코팅하여 제1 섬유 필름을 제조하는 단계; 제2 섬유 기재의 일면에 실링 코팅액을 코팅하여 제2 섬유 필름을 제조하는 단계; 및 상기 제1 섬유 기재와 상기 제2 섬유 기재가 대면하도록 상기 제1 섬유 필름과 상기 제2 섬유 필름을 적층하는 단계를 포함하는데, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상술한 표면 코팅층과 제1 섬유층을 형성하기 위해 제1 섬유 기재의 일면에 표면 코팅액을 코팅하여 제1 섬유 필름을 제조한다.
상기 제1 섬유 기재는 특별히 한정하지 않고 펄프로 제조된 종이를 포함하며 사용하고자 하는 목적에 따라 제조 또는 선택될 수 있다.
또 제1 섬유 기재는 폴리비닐알코올(PVOH) 및 변성전분으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 프라이머로 표면 처리된 것일 수 있다.
상기 표면 코팅액은 포장재에서 요구되는 내수성을 나타내면서 수용성 특성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로 표면 코팅액은 수성 열경화성 아크릴 수지, 수성 라텍스, 수성 변성라텍스, 수성 우레탄 수지 및 폴리에틸렌 에멀전으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이외에 표면 코팅액은 미네랄오일, 왁스 등의 첨가 물질과, 통상적으로 공지된 첨가제(예컨대, 중합개시제, 가교제, 유화제, 충진제, 산화방지제, 평활제, 소포제 등) 및 용매를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 섬유 기재의 일면에 상기 표면 코팅액을 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 바 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이드 등의 방법이 사용될 수 있다.
상기 코팅된 표면 코팅액은 80 내지 150 ℃에서 건조하는 과정을 거쳐 제1 섬유 필름을 제조할 수 있다.
상술한 실링 코팅층과 제2 섬유층을 형성하기 위해 제2 섬유 기재의 일면에 실링 코팅액을 코팅하여 제2 섬유 필름을 제조한다.
상기 제2 섬유 기재는 기계펄프, 반화학펄프, 화학펄프 등으로 제조된 종이일 수 있다. 상기 종이는 구체적으로 백상지(모조지), 미색지, 색지, 갱지, 중질지, 아트지, 스노우지, 스노우화이트지, 편면아트지, 로얄아트지, 레자크지, 레이드지, 크라프트지, 트레싱지, 글라신지, 탄트지, 팬시지, 백판지 및 인화지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 제2 섬유 기재는 밀도가 0.8 kg/㎥ 이상(구체적으로 0.8 내지 1.5 kg/㎥, 1.0 내지 1.5 kg/㎥, 또는 1.0 내지 1.2 kg/㎥)일 수 있다.
상기 실링 코팅액은 제2 섬유 기재와 강한 결합을 하여 포장재의 실링성을 높일 수 있는 열가소성 수지(예컨대, 아크릴 수지, 폴리프로필렌 등)를 포함할 수 있다. 구체적으로 실링 코팅액은 수용성 또는 생분해 특성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 실링 코팅액은 수성 열가소성 아크릴 수지, 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 및 폴리에틸렌 에멀전으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이외에 실링 코팅액은 통상적으로 공지된 첨가제(예컨대, 중합개시제, 가교제, 유화제, 충진제, 산화방지제, 평활제, 소포제 등) 및 용매를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 섬유 기재의 일면에 상기 실링 코팅액을 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 바 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이드 등의 방법이 사용될 수 있다.
상기 코팅된 실링 코팅액은 80 내지 150 ℃에서 건조하는 과정을 거쳐 제2 섬유 필름을 제조할 수 있다.
다음, 상기 제1 섬유 필름과 상기 제2 섬유 필름을 적층한다. 구체적으로 제1 섬유층과 제2 섬유층이 포장재의 내부에 형성될 수 있도록 제1 섬유 기재와 상기 제2 섬유 기재가 대면한 상태로 제1 섬유 필름과 제2 섬유 필름을 라미네이션한다. 여기서 제1 섬유 필름과 제2 섬유 필름의 결합이 잘 이루어질 수 있도록 이들 사이에는 접착제가 코팅될 수 있다. 구체적으로 제1 섬유 기재의 타면, 제2 섬유 기재의 타면, 또는 이들 모두에 통상적으로 공지된 접착제를 코팅하고 제1 섬유 필름과 제2 섬유 필름을 라미네이션할 수 있다.
상기 제1 섬유 필름과 상기 제2 섬유 필름의 라미네이션은 50 내지 120 ℃에서 이루어질 수 있다.
이러한 과정을 통해 표면 코팅층/제1 섬유층/제2 섬유층/실링 코팅층의 적층 구조를 갖는 필름 형태의 포장재를 제조할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 상이한 목적을 갖는 이종의 섬유 필름(예컨대, 종이 필름)을 이용하여 포장재를 제조함에 따라 단일 섬유 필름으로 제조된 포장재에 비해 향상된 물성을 나타낼 수 있다.
구체적으로 종래에는 단일 섬유 필름을 이용하여 인쇄성, 방수/방오성 및 실링성을 가지면서 기계적 강도가 높은 포장재를 제조하고자 하였는데, 이는 단일 섬유 필름의 물성 한계로 인해 상기 성능들을 모두 만족하는 포장재를 제조하는데 한계가 있었다. 그러나 본 발명은 인쇄성, 방오/방수성 등을 높이기 위한 목적을 갖는 제1 섬유 필름과 실링성, 기계적 강도 등을 높이기 위한 목적을 갖는 제2 섬유 필름을 결합하여 포장재를 제조함으로써 상기 성능들을 모두 만족하는 포장재를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 제조방법은 배리어 필름 또는 배리어 코팅액을 이용하여 포장재 내부에 배리어층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 제조방법은, 상기 제1 섬유 필름과 상기 제2 섬유 필름 사이에 배리어 필름을 배치하고 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배리어 필름은 포장재의 기체차단성을 높이면서 재활용성 및 생분해성을 확보할 수 있는 생분해성 수지 또는 수용성 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로 배리어 필름은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리락트산(PLA), 폴리비닐알코올(PVOH), 에틸렌비닐알코올(EVOH), 폴리부틸렌-아디페이트-코-테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리카프로락톤(PCL), 열가소성전분(TPS), 셀룰로오스 유래 물질, 유청 단백질, 대두 단백질 및 밀 단백질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제1 섬유 필름, 상기 배리어 필름 및 상기 제2 섬유 필름의 적층(라미네이션)은 50 내지 120 ℃에서 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 포장재의 제조방법은, 상기 제1 섬유 필름의 타면 또는 상기 제2 섬유 필름의 타면에 배리어 코팅액을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배리어 코팅액은 포장재의 기체차단성을 높이면서 재활용성 및 생분해성을 확보할 수 있는 생분해성 수지 또는 수용성 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로 배리어 코팅액은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리락트산(PLA), 폴리비닐알코올(PVOH), 에틸렌비닐알코올(EVOH), 폴리부틸렌-아디페이트-코-테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리카프로락톤(PCL), 열가소성전분(TPS), 셀룰로오스 유래 물질, 유청 단백질, 대두 단백질 및 밀 단백질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이외에 배리어 코팅액은 통상적으로 공지된 첨가제(예컨대, 가교제, 유화제, 충진제, 산화방지제, 평활제, 소포제 등) 및 용매를 더 포함할 수 있다.
상기 배리어 코팅액의 코팅은 80 내지 150℃에서 이루어질 수 있다.
또한 배리어 코팅액을 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로 압출 코팅, 스핀 코팅, 또는 스프레이 코팅 등의 방법이 사용될 수 있다.
이러한 배리어층을 형성하는 과정을 통해 표면 코팅층/제1 섬유층/배리어층/제2 섬유층/실링 코팅층의 적층 구조를 갖는 필름 형태의 포장재를 제조할 수 있다.
상술한 과정으로 제조된 포장재는 그 자체로 다양한 물품을 포장하는데 사용되거나 후가공 처리를 거쳐 포장하는데 사용될 수 있다. 상기 후가공 처리로는 충격흡수성을 높이기 위해 에어캡을 결합하는 공정, 또는 요구되는 형상에 맞게 성형하는 공정(예컨대, 압출성형, 사출성형, 압축성형, 압공성형, 블로잉 또는 블로우 성형, 열성형(thermoforming) 등) 등을 들 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단 이들 실시예로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
<친환경 다층 포장재의 제조>
실시예 1
종이(평량: 60 g/㎡, 백상지)에 수성 열경화성 아크릴 수지 코팅액을 코팅하고 100 내지 150 ℃에서 건조하여 표면 코팅층과 제1 섬유층(제1 종이층)이 결합된 제1 섬유 필름을 제조하였다.
종이(평량: 40 g/㎡, 밀도: 0.8~1.2 kg/㎥, 글라신지)에 수성 열가소성 아크릴 수지 코팅액을 코팅하고 100 내지 150 ℃에서 건조하여 실링 코팅층과 제2 섬유층(제2 종이층)이 결합된 제2 섬유 필름을 제조하였다.
제1 섬유층과 제2 섬유층이 대면하도록 제1 섬유 필름과 제2 섬유 필름을 배치하고 라미네이션하였다. 이때, 상기 라미네이션을 통해 제1 섬유 필름과 제2 섬유 필름이 결합되도록 이들 사이에 우레탄계 무용제 접착제가 사용되었다.
이러한 과정을 통해 표면 코팅층(두께: 10 ㎛)/제1 섬유층(두께: 68 ㎛)/제2 섬유층(두께: 40 ㎛)/실링 코팅층(두께: 18 ㎛) 순으로 적층된 포장재를 제조하였다
실시예 2
상기 실시예 1과 같이 제조된 제 1 섬유필름과 제2 섬유필름 사이에 PVOH 필름을 배치하고 필름들을 라미네이션하여 표면 코팅층(두께: 10 ㎛)/제1 섬유층(두께: 68 ㎛)/배리어층(두께: 20 ㎛)/제2 섬유층(두께: 40 ㎛)/실링 코팅층(두께: 18 ㎛) 순으로 적층된 포장재를 제조하였다.
비교예 1
종이(평량: 80 g/㎡, 백상지)의 일면에 수성 열경화성 아크릴 수지 코팅액을 코팅하고 100 내지 150 ℃에서 건조하고, 다른 일면에 수성 열가소성 아크릴 수지 코팅액을 코팅하고 100 내지 150 ℃에서 건조하여 일면은 내수성을 가지고 다른 일면은 실링성을 가지는 포장재를 제조하였다.
시험예
실시예 및 비교예에서 각각 제조된 포장재의 물성을 하기와 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1. 콥 사이즈도: Tappi T 441 실험방법에 의거하여 흡수시간을 30분으로 조정하여 측정하였다.
2. 산소 투과도: Mocon社 OX-TRAN® 2/22 산소 투과도 측정기를 이용하여 23±0.5℃의 조건에서 측정하였다.
3. 수분 투과도: Mocon社 Permatran-w® 3/34 투습도 측정기를 이용하여 38±0.5℃ 상대습도 90±2%의 조건에서 측정하였다.
4. 실랑 강도(열접착 강도): Instron社 3365 R 7300 만능 인장 시험기를 이용하여 그립간격 50mm, 속도 100mm/min. 측정샘플 폭 15mm의 조건에서 측정하였다.
5. 인장강도: ASTM D882에 의거하여 시편을 준비한 후, 길이 100 mm 및 폭 15 mm로 재단하고, 척간 길이가 50 mm가 되도록 장착하여 Instron社 3365 R 7300 만능 인장 시험기를 이용하여 측정하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1
콥 사이즈도(g/㎡·30min) 8 8 15
산소 투과도(cc/㎡·day) 측정불가 10 측정불가
수분 투과도(g/㎡·day) 측정불가 80 측정불가
실링 강도
(kgf/15㎜)		 표면 코팅층 0.1 0.1 0.1
실링 코팅층 1.5 1.5 0.7
인장강도(MD, kgf) 15 18 10
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 포장재인 실시예 1 및 2는 콥 사이즈도가 낮으면서 실링 강도 및 인장 강도가 높은 것을 확인할 수 있다.
10: 포장재
11: 표면 코팅층
12: 제1 섬유층
13: 제2 섬유층
14: 실링 코팅층
15: 배리어층
16: 접착층

Claims (17)

  1. 표면 코팅층; 제1 섬유층; 제2 섬유층; 및 실링 코팅층을 포함하고,
    상기 제1 섬유층의 일면에 상기 표면 코팅층이 형성되고,
    상기 제2 섬유층의 일면에 상기 실링 코팅층이 형성되며,
    콥 사이즈도(Cobb sizing degree)가 25 g/㎡·30min 이하인, 다층 포장재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 코팅층의 표면 에너지가 38 dyne/cm 이상이고,
    상기 실링 코팅층의 실링 강도가 1 kgf/15㎜ 이상인, 다층 포장재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 코팅층이 수성 열경화성 아크릴 수지, 수성 라텍스, 수성 변성라텍스, 수성 우레탄 수지 및 폴리에틸렌 에멀전으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 다층 포장재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 섬유층은 표면에 형성된 프라이머층을 포함하고,
    상기 프라이머층이 폴리비닐알코올(PVOH) 및 변성전분으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 다층 포장재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 섬유층은 밀도가 0.8 kg/㎥ 이상인, 다층 포장재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 섬유층이 상기 실링 코팅층에서 유래된 성분을 일부 포함하는, 다층 포장재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링 코팅층이 수성 열가소성 아크릴 수지, 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 및 폴리에틸렌 에멀전으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 다층 포장재.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 섬유층과 상기 제2 섬유층 사이에 형성되는 배리어층을 더 포함하는, 다층 포장재.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 배리어층이 생분해성 수지 또는 수용성 수지를 포함하는, 다층 포장재.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 배리어층이 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리락트산(PLA), 폴리비닐알코올(PVOH), 에틸렌비닐알코올(EVOH), 폴리부틸렌-아디페이트-코-테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리카프로락톤(PCL), 열가소성전분(TPS), 셀룰로오스 유래 물질, 유청 단백질, 대두 단백질 및 밀 단백질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 다층 포장재.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    산소 투과도가 100 cc/㎡·day 이하이고, 수분 투과도가 100 g/㎡·day 이하인, 다층 포장재.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1 섬유 기재의 일면에 표면 코팅액을 코팅하여 제1 섬유 필름을 제조하는 단계;
    제2 섬유 기재의 일면에 실링 코팅액을 코팅하여 제2 섬유 필름을 제조하는 단계; 및
    상기 제1 섬유 기재와 상기 제2 섬유 기재가 대면하도록 상기 제1 섬유 필름과 상기 제2 섬유 필름을 적층하는 단계를 포함하는, 제 1 항의 다층 포장재의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 섬유 필름과 상기 제2 섬유 필름 사이에 배리어 필름을 배치하고 적층하는 단계를 포함하는, 다층 포장재의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 섬유 필름의 타면 또는 상기 제2 섬유 필름의 타면에 배리어 코팅액을 코팅하는 단계를 더 포함하는, 다층 포장재의 제조방법.
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