KR101195209B1

KR101195209B1 - 인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101195209B1
Application number: KR1020120053371A
Authority: KR
Inventors: 김미경; 송상근; 유영선
Original assignee: 송상근
Priority date: 2012-05-19
Filing date: 2012-05-19
Publication date: 2012-10-29
Anticipated expiration: 2032-05-19

Abstract

본 발명은 인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 우수한 내수성, 내유성, 인체무해성, 재활용 용이성 및 생분해성이 부여되고, 4대 중금속이 검출되지 않아 인체에 무해하다.
또한, 본 발명의 인체무해 및 생분해성 코팅액은 열처리 건조 상태에서는 3~7일 동안 내수 및 내유성을 유지하지만, 재활용시 물 또는 알칼리 용액중에서 함께 교반하면서 해리할 경우, 기계적 교반처리에 의해 생분해 코팅층 및 종이층이 신속하게 해리되므로 용이하게 재활용할 수 있으며, 자연환경에서 생분해되어 자연으로 돌아간다.

Description

인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지 및 그 제조방법{Harmless and Recylable Eco-friendly Coating Paper for Paper Container and Method for Producing Thereof}

본 발명은 국제환경규제 대응형 인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는 4대 중금속이 국제기준치 이하이고, 물이나 알칼리 용액중에서 교반 및 해리하는 일반적인 기계적 교반처리 방식에 의해 생분해 코팅층 및 종이층이 신속하게 해리되어 재활용이 용이하다.

현대 생활은 발달한 과학기술, 생활수준과 문화의 질적 향상 및 편리함 추구 등에 의하여 일회용품의 사용이 급격히 증가하면서 음료용으로 자동판매기의 컵, 음료수컵, 컵라면 용기, 테이크아웃용 용기, 아이스크림용 용기, 종이냄비, 치킨 박스 등과 같이 다양한 종이재질의 용기 제품이 사용되고 있다.

일반적으로 종이용기는 종이냄비, 종이컵, 치킨박스, 컵라면 용기 등이 있는데, 대부분 종이의 흡습성 문제를 해결이 필요하여 종이에 내수성, 내유성 등을 부여하기 위해, 대부분 종이 재질에 폴리에틸렌, 페트, 폴리프로필렌 등 합성수지 고분자로 코팅한 종이용기가 많이 사용되고 있다. 특히 종이용기의 방수코팅에 많이 사용되는 것은 폴리에틸렌(Polyethylene: PE)이다.

상기 폴리에틸렌은 일반적으로 식품위생성이 우수하고, 신율이 우수하여 가공성이 우수하고, 가격이 저렴한 등의 이유에 의하여 다양한 식품 용기의 내부에 코팅되어 방수 등의 목적으로 사용되고 있으나 이를 사용한 코팅 용기 포장재는 사용 및 폐기과정에서 플라스틱에 첨가된 가소제 등에 의한 환경호르몬 방출 가능성이 있다. 또한 폴리에틸렌 코팅 용기 포장재는 사용후 재활용을 위해 해리하는 과정에서 물에 해리되지 않는 폴리에틸렌은 선별 과정을 거쳐야 하기 때문에 재활용 비용이 증가되는 단점이 있다.

이에 따라 종이 용기 제조에 계속적인 펄프의 수입이 이루어지며, 이에 대한 자원의 재활용 관점 및 환경파괴에서 그 한계점이 있을 뿐만 아니라, 소각 시 발생하는 매연은 대기오염을 유발하고, 매립을 하여도 자연 분해가 되기까지 수백 년이 걸리기 때문에 토양 오염의 주범이 된다. 더욱이, 폴리에틸렌 코팅공정은 원천적으로 요구되는 200 ℃ 가량의 폴리에틸렌 칩의 용해공정 및 이에 대한 휘발성 유기용제(VOCs)로 인하여 고비용 및 작업환경 저하/대기오염으로 인한 환경문제를 유발한다.

이를 극복하기 위한 종래 기술로는 아크릴 에멀젼으로 이루어진 수용성 수지, 슬립제 및 분산제로 이루어진 포장용 수지가 개시되어 있다. 이 기술은 친환경적이며 재생 가능할 뿐만 아니라 환경호르몬이 방출되지 않는 식품포장용 수지이지만, 점도가 높아 코팅작업이 어려우며 물의 함량이 많으므로 코팅 작업시 물이 휘발되는 속도가 느려 작업성이 떨어진다. 또한, 일반 아크릴 에멀젼은 딱딱한 특성으로 인하여 종이가 빳빳해져 경첩부분의 코팅막이 손상되어 물과 기름 등이 쉽게 종이에 스며들 뿐만 아니라 재활용시 물에 해리되는 시간이 많이 소요되는 문제가 있다.

최근 인간의 삶의 질이 향상되어 인체 무해성 소재에 관심이 집중되고 있으며 국제 환경규제 측면에서는 납(Pb), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 6가 크롬(Cr 6+)의 4대 중금속의 총함량이 100 ppm이하(대한민국 녹색인증 기준은 50ppm이하)로 규정되어 있어 4대 중금속 함량이 기준치 이하인 포장재 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, (A) 교반기, 온도계, 투입구, 냉각기가 설치된 반응용기에 PVA 코팅액 100 중량부에 대하여 물 70~95 중량부, PVA(폴리비닐알콜, Poly vinyl alcohol) 5~30 중량부를 투입하여 가온용해 시키는 단계(S11); (B) PVA 코팅액 100 중량부에 대하여 붕산 0.1~0.6 중량부 및 IPA(이소프로필알콜, Iso propyl alcohol) 0.35~1.0 중량부를 추가 투입하고 80 내지 100℃로 항온을 유지하면서, 300 내지 800 RPM으로 교반하며 더욱 용해시키는 추가 용해단계(S12); (C) 히터를 끄고 40 내지 100 RPM으로 교반하면서 상온으로 냉각하는 숙성단계를 통하여 PVA 코팅액을 수득하는 단계(S13).

(D) 교반기, 온도계, 투입구, 냉각기가 설치된 반응용기에 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여 단량체 40~70 중량부, 유화제 0.5~2.0 중량부, 암모늄퍼설페이트(Ammonium persulfate) 0.1~1.5 중량부, 유기산 0.1~1.0 중량부 및 물 40~70 중량부 투입하고 교반하면서 용해시키는 용해 단계(S14); (E) 40 내지 100 RPM으로 교반하면서 서서히 가온하여 70~100℃에서, 반응시키는 반응단계(S15); (F) 히터를 끄고 40 내지 100 RPM으로 교반하면서 상온에서 반응을 종결시켜 아크릴 에멀젼을 수득하는 단계(S16); (G) 상기에서 수득한 PVA 코팅제 10 내지 90중량부와 아크릴 에멀젼 90 내지 10중량부를 혼합하여 전체 비율 100%로 한 다음, 상온에서 혼합하여 최종 코팅액을 제조하는 단계(S17);를 포함하는 것을 특징으로 하는 국제환경규제 대응형 인체무해 및 생분해성 코팅액의 제조 방법을 제시한다.

상기 (A)~(C)단계의 PVA 코팅제 제조 및 (D)~(F)의 아크릴 에멀젼 제조는 별도의 반응기에서 제조하여 혼합 사용하는 것이 제조 시간을 절약할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 제조방법으로 제조되는 국제환경규제 대응형 인체무해 및 생분해성 코팅액을 제공한다.

본 발명을 활용하면 우수한 내수성, 내유성, 인체무해성, 재활용 용이성 및 생분해성이 부여되고, 4대 중금속이 국제 기준치 이하 인체무해 및 생분해성 코팅액을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 인체무해 및 생분해성 코팅액은 열처리 건조 상태에서는 3~7일 동안 내수 및 내유성을 유지하지만, 재활용시 물 또는 알칼리 용액중에서 함께 교반하면서 해리할 경우, 기계적 교반처리에 의해 생분해 코팅층 및 종이층이 신속하게 해리되므로 용이하게 재활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 코팅액을 일실시예에 따라 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 코팅액을 적용하여 제조한 원터치컵의 예이다.

이하, 도면을 참고하면서 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 인체무해성 및 생분해 가능한 코팅액의 제조 방법에 대한 일 실시예적 흐름도이다.

먼저, 교반기, 온도계, 투입구, 냉각기가 설치된 반응용기에 PVA 코팅액 100 중량부에 대하여 물 75~95중량부, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 5~30 중량부를 투입하고, 300~800 rpm으로 교반하면서 80~100℃도에서 가온 용해시킨다(S11). 교반속도가 300 RPM미만인 경우에는 충분한 혼합이 이루어지지 않아 추후에 균일하게 용해시키기 어려우며, 교반속도가 800 RPM 초과인 경우에는 기포가 발생되고 용액이 넘쳐 이후에 계속되는 공정을 진행할 수 없다. 또한 온도가 80℃ 이하인 경우 용해가 잘 되지 않고, 100℃ 이상인 경우 물이 휘발되어 계속되는 공정을 진행하기가 어렵다. 상기 PVA는 생분해성 및 점도를 조절하여 주는 역할을 하는 것으로, 투입량이 5중량부 이하이면 건조시간이 너무 길어 경제성이 부족하고, 30중량부 이상이면 점도가 높아져 교반이 어려운 문제점이 있다. 물은 공업용수, 증류수, 이온교환수중 어느 하나 이상이다.

S11단계에서 가온 용해된 용액에 원하는 점성을 부여하기 위해 붕산 및 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA)를 추가 투입하고 80~100℃를 유지하면서, 48~240시간 동안, 300~800 rpm으로 교반하면서 추가 용해시킨다(S12). 80℃ 이하인 경우 가교 반응이 진행되지 않으며, 100℃ 이상인 경우 물이 휘발되어 점성이 너무 높아져 계속되는 공정을 진행하기가 어렵다. 또한 교반시간이 48시간 미만인 경우에는 PVA 가교 반응에 의한 경화가 진행되지 않아 점도유지가 어렵고, 교반시간이 240시간 초과인 경우에는 물이 증발되며, PVA 가교 결합에 따른 혼합물의 점도 상승의 문제가 있다. 교반속도가 300 rpm이하이면 용해시간이 오래걸리고, 800 rpm이상이면 용해는 빠르나 기포가 발생되어 추가로 소포제를 처방해야 하는 문제점이 발생된다.

상기 붕산은 PVA의 점성 및 내구성을 증진시켜 주는데, 붕사, 붕산 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 붕산이 더 적합하였고, 그 사용량은 PVA 코팅액 100 중량부에 대하여 0.1~0.6 중량부로 사용된다. 0.1 중량부 미만이면 PVA를 경화시키기 어렵고, 0.6 중량부 이상이면 PVA 고분자 응집에 의해 용액의 점도가 상승하는 단점이 있다.

IPA는 PVA 코팅액 100 중량부에 0.35~1.0 중량부를 투입하는데, 투입된 IPA는 PVA 가교결합을 촉진하는 역할을 한다. 투입량이 0.35 중량부 이하이면 가교결합이 잘 일어나지 않고, 1.0 중량부 이상이면 가교결합은 촉진되지만 원가가 상승하여 경제적으로 불리한 단점이 있다. 상기 IPA는 PVA 경화제와 함께 PVA를 경화시키는 보조제 역활을 하고 더욱 균일하게 용해시켜주는 역할을 한다.

상기 S12단계에서 제조된 혼합물을 히터를 끄고, 상온 또는 냉각기에 4℃~상온의 냉각수를 투입하면서, 2~8시간 동안 40~100 RPM의 속도로 서서히 교반하면서 상온으로 냉각(S13)하여 PVA 코팅제를 제조하였다. 교반속도가 40 RPM 미만인 경우에는 충분한 반응이 이루어지지 않고, 교반속도가 100 RPM 초과인 경우에는 기포가 발생되어 이후에 계속되는 공정을 진행할 수 없다. 또한 2시간 이내이면 충분히 냉각이 되지않고, 8시간 이상이면 추가적인 냉각효과를 기대할 수 없다.

또한 아크릴 에멀젼을 제조하기 위하여

먼저, 교반기, 온도계, 원료투입구, 냉각기가 설치된 반응용기에 물, 단량체, 유화제, 암모늄퍼설페이트(Ammonium persulfate)를 투입하고 40~100 RPM으로 교반하면서 70~100℃로 가온하여 용해시킨다(S14). 교반속도가 40 RPM 미만인 경우에는 충분한 반응이 이루어지지 않고, 교반속도가 100 RPM 초과인 경우에는 기포가 발생되는 단점이 있다. 또한 70℃ 이하인 용해가 용이하지 않으며, 100℃ 이상인 경우 물이 휘발되어 농도가 높아져서 계속되는 공정을 진행하기가 어렵다.

상기 단량체는 종이에 얇게 도포되더라도 우수한 내수성, 내유성, 피막강도 증진, 유연성이 부여 할 수 있다.

본 발명의 단량체의 예로는 메타크릴산메틸(Methyl methacrylate, MMA), 에틸 아크릴레이트 모노머(Ethyl acrylate monomer, EAM), 부틸 아크릴레이트 모노머(Butyl acrylate monomer, BAM), 스티렌 모노머(Styrene monomer, SM), 아크릴산(Acrylic acid, AAc)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다.

상기 단량체는 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여 40~70 중량부 사용된다. 단량체 함량이 40 중량부 미만인 경우는 종이에 내수성 및 내유성을 부여할 수 없으며 70 중량부 초과인 경우에는 코팅액의 점도가 높아 코팅작업시 덩어리지는 현상에 의해 코팅이 불량해지며, 신속하게 건조가 되지 않아 코팅액끼리 뭉치는 응집현상이 발생된다.

상기 유화제는 물과 에멀젼을 유화시켜 안정된 에멀젼 상태를 유지하기 위해 사용되는데, 예로는 글리세린지방산에스테르(Glyerin fatty acid ester), 슈크로오스지방산에스테르(Sucrose fatty acid ester), 프로필렌지방산에스테르(Propylene fatty acid ester), 노닐페놀에테르설페이트(Nonyl phenol ether sulfate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다.

유화제는 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여 0.5~2.0 중량부 사용된다. 유화제의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우에는 에멀젼이 안정화되지 않고, 2.0 중량부 초과인 경우는 원가가 상승되어 가격경쟁력이 나빠진다.

암모늄퍼설페이트(Ammonium persulfate, APS)는 중합개시제로서 단량체의 중합반응 개시 및 반응촉진 역할을 하는데, 그 사용량은 아크릴에멀젼 100 중량부에 대하여 0.1~1.5 중량부를 사용할 수 있다. 0.1 중량부 미만인 경우 반응이 잘 일어나지 않고, 1.5 중량부 이상이면 최종 제품의 가격경쟁력만 나빠지는 단점이 있다.

유기산은 산화제로서 단량체의 산화반응 촉진에 의해 자연분해를 촉진시키는 역할을 하는데, 그 예로서 구연산(Citric acid), 말산(Malic acid), 푸마르산(Fumaric acid)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다. 그 사용량은 아크릴 에멀젼 100 중량부에 0.1~1.0 중량부를 사용할 수 있다. 0.01 중량부 미만이면 산화제로서의 기능을 기대하기 어렵고, 1.0 중량부 이상이면 최종 제품의 가격 쟁력이 나빠지는 단점이 있다.

S14 단계에서 용해된 용액을 40~100 RPM으로 교반하면서, 70 내지 100℃에서 120 내지 300분간 유지하면서 반응시킨다(S15). 교반속도가 40 RPM 미만인 경우에는 충분한 반응이 이루어지지 않고, 교반속도가 100 RPM 초과인 경우에는 기포가 발생되어 이후에 계속되는 공정을 진행하기 어렵다. 또한 70℃ 이하인 경우 용해가 용이하지 않으며, 100℃ 이상인 경우 물이 휘발되어 농도가 높아져서 계속되는 공정을 진행하기가 어렵다. 반응시간은 120분 미만의 경우 충분한 반응이 일어나지 않고, 300분 이상의 경우 제조 시간만 길어지는 단점이 있다.

S15 단계를 거친 용액을 히터를 끄고, 상온에서 또는 4℃~상온의 냉각수 공급조건에서 40~100 RPM의 속도로 교반하면서 숙성을 시키고, 상온이 되면 반응을 종결(S16)시켜 중합반응이 완료된 아크릴 에멀젼을 수득한다. 아크릴 에멀젼은 최종 코팅액의 내구성을 증가시키는 역할을 한다. S15 단계에서 제조된 반응용액을 S16 단계의 조건으로 숙성시키지 않으면 고분자간 결합이 안정화 되지 않아 용매와 용질간의 이형에 의해 용액이 분리된다.

S14 단계에서 수득한 PVA 코팅액 10~90 중량부와 S16 단계에서 수득한 아크릴 에멀젼 90~10 중량부를 상온에서 혼합하여 최종 100 중량부인 인체무해 및 생분해성 코팅액을 제조한다.(S17)

또한 상기 S15 단계 및 S16 단계 사이에, S15단계에서 제조된 혼합물에 분산제를 첨가하여 20 내지 60분 동안 300 내지 800 RPM의 속도로 교반하는 단계를 추가할 수 있다.

본 발명의 인체무해성 및 생분해 코팅액은 코팅장치를 이용하여 종이의 일측면 또는 양측면에 코팅막을 형성한다. 코팅장치의 코터는 특별한 제한이 없으나, 2단 내지 6단 롤러 바브레이드코터, 콤마코터, 스프레이코터, 메쉬 또는 망점코터, 케스팅코터, 그라비아코터, 드라핑(dropping)코터, 에어나이프코터 등을 사용할 수 있다.

또한, 인체무해성 및 생분해 코팅액이 종이(원지) 등에 코팅됨으로써 종이멀칭지, 종이용기, 식품 포장지 등을 제조할 수 있다. 상기 종이는 코팅공정, 재단공정, 인쇄공정, 성형공정 등의 과정에서 다양한 요구에 부응하여야 하므로 적정한 강도, 장기보존성, 내습성, 치수안정성, 가공적성 등이 우수한 것을 사용하며, 이에 대해 특별한 제약은 없으나, 펄프를 원료로 하고 내절성 및 형부성(型付性)이 우수한 종이가 바람직하다.

본 발명의 코팅지용 코팅액은 PVA 코팅액 및 아크릴에멀젼의 혼합액으로 제조된다. 본 발명의 친환경 코팅지는 인체무해성 및 생분해가 될 뿐만 아니라, 사용후 코팅지는 물에 용이하게 해리된다. 본 발명의 코팅액으로 코팅한 코팅지는 멀칭상태에서 6개월 이상 유지할 수 있고, 종이컵 등에 적용하여도 2 내지 7일 이상 내수성이 유지되는 코팅액의 제조방법 및 코팅액에 관한 것이다.

본 발명의 친환경 코팅지 제조시 코팅막의 도공량은 5~20 g/㎡이다. 코팅막의 도공량이 5g/㎡ 미만인 경우에는 우수한 내유성, 내수성을 얻지 못하며, 도공량이 20g/㎡ 초과인 경우에는 내수성, 내유성이 더 우수해 지기는 하지만 이를 경제적인 측면을 고려하면 바람직하지 못하다.

또한, 도공량은 코팅액을 한 번에 도포하여 형성할 수 있으나, 보다 우수한 내수성, 내유성을 얻기 위해서는 두 번에 걸쳐 도포하는 것이 바람직하다. 특히 종이의 표면이 거친 경우에는 1차로 2~3g을 도포한 다음, 2차 도포를 하는 것이 더욱 바람직하다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

<실시예 1> PVA 코팅액 제조

교반기, 온도계, 투입구, 냉각기가 장치된 반응용기에 물 1,000g PVA(OCI, F-17A) 98g를 투입하고, 항온(98℃) 및 교반(500rpm) 조건하에서, 붕산 3g, IPA 7g을 투입하여 120시간에 걸쳐 유지하였다. 상기의 PVA 용액을 4시간에 걸쳐 상온으로 냉각하여 PVA 코팅제를 제작하였다.

<실시예 2> 아크릴 에멀젼 제조

교반기, 온도계, 투입구, 냉각기가 장치된 반응용기에 물 2,440g, 메타크릴산메틸(Methyl methacrylate) 210g, 에틸 아크릴레이트 모노머(Ethyl acrylate monomer) 350g, 부틸 아크릴레이트 모노머(Butyl acrylate monomer) 1,120g, 스티렌 모노머(Styrene monomer) 300g, 아크릴산(Acrylic acid) 20g, 유화제(CYTEC사의 노닐페놀에테르설페이트, NPES-930) 40g, 암모늄퍼설페이트 12g, 구연산(Citric acid) 8g을 투입하고, 60rpm으로 교반하며 상온에서 120분에 걸쳐 84℃까지 서서히 증가시켜 용해시킨 후, 180분에 걸쳐 80± 5℃를 유지하여 반응시키고, 상온으로 냉각하여 숙성하면서 반응을 종결하여 제조하였다.

<실시예 3> 코팅액 제조

상기 실시예 1의 PVA 코팅제와 실시예 2의 아크릴 에멀젼을 하기 표1와 같은 비율로 혼합하여 인체무해 및 생분해성 코팅액을 제조하였다.

코팅액 구분	PVA 코팅제 (중량부)	아크릴 에멀젼 (중량부)
1	900	100
2	750	250
3	500	500
4	250	750
5	100	900

<실시예 4> 코팅지 제조

상기 실시예의 5종의 코팅액을 개별적으로 식품지에 1차로 도공량이 3g/㎡가 되도록 코팅한 후 120℃ 건조오븐에 2분 건조시키고, 2차로 도공량이 7g/㎡가 되도록 코팅하여 120℃ 건조오븐에 3분 동안 건조하여 코팅지 5종을 제조하였다.

<시험예 1>

1. 내수성 및 내유성 : 실시예 4에서 제조한 코팅지 5종에 코팅면에 물 및 식용유를 각각 5g씩 도포하여 상온에서 1시간 방치한 후 코팅지에 물 및 식용유가 젖은 정도를 육안으로 관찰하였다.

◎ : 우수(식품지에 물 및 식용유가 전혀 젖지 않음)

○ : 양호(식품지에 물 및 식용유가 5% 이하로 젖음)

□ : 양호(식품지에 물 및 식용유가 6~10% 젖음)

△ : 불량(식품지에 물 및 식용유가 11~20% 젖음)

× : 아주 불량 (식품지에 물 및 식용유가 20% 초과로 젖음)

2. 열실링성: 각 5종의 코팅지를 열실링기(삼보테크, SK-310)를 사용하여 실링강도 5로 한 후, 코팅층과 식품지가 떨어지는 정도를 육안으로 관찰하였다.

◎ : 우수(코팅층과 식품지가 떨어지지 않음)

○ : 양호(코팅층과 식품지가 1% 이하로 떨어짐)

□ : 양호(코팅층과 식품지가 2~5% 로 떨어짐)

△ : 불량(코팅층과 식품지가 6~10% 로 떨어짐)

× : 아주 불량 (코팅층과 식품지가 10% 이상으로 떨어짐)

구분	내수성	내유성	열실링성
코팅지 1
코팅지 2
코팅지 3
코팅지 4
코팅지 5

위 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 4의 코팅지 5종에서 실시예 1의 PVA 코팅제와 실시예 2의 아크릴 에멀젼을 1:1로 혼합액이 내수성, 내유성 및 열실링성이 우수하였다. 또한 그러나 PVA 코팅제의 함량비율이 많아짐에 따라 성능이 저하됨을 알 수 있었다.

<시험예 2>

실시예 4에서 제조된 5조의 코팅지의 사용후 폐기시 재활용 용이성 및 폐기물 감소 특성을 확인하기 위하여 환경마크 인증기준인 EL606의 방법에 따라서 알칼리 해리성 및 알칼리 분산성을 확인하였다. EL606의 시험방법에 따라 (1) 2L 용량의 해리용기에 0.5% NaoH 용액 1L를 가한 다음, 본 발명의 친환경 코팅지를 1㎠ 이하로 잘게 절단한 시료 20g을 넣었다. (2) 이어서 55±5℃에서 1,500±100 RPM으로 10분간 해리시킨 다음, (3) 교반을 멈추고 용기벽에 부착된 물질을 50mL의 알칼리 용액으로 씻어내린 다음 교반기를 작동하여 1,500±100 RPM으로 다시 10분간 해리시켰다. (4) (3)의 과정을 3회 반복하고 시료액을 5분간 정치하고 150메시의 여과재인 금속망체로 여과하였다. 또한 여과재 위의 남아있는 펄프 슬러지를 알칼리용액으로 5회 세척한 다음 80±5℃의 물로 여과재를 5회 세척하였다. (5) 여과재 위에 남아있는 펄프 슬러지는 여과재와 함께 상온에서 30분간 정치시킨 후, 잔류하는 수산화나트륨을 제거하기 위해 105±5℃의 건조기에서 2시간 동안 건조시켰다. (6) 건조시킨 여과재를 꺼내 방랭한 다음 여과재 위에 남아있는 펄프를 취하여 알칼리 해리성 및 분산성을 평가한 결과를 표 3에 나타내었다.

실시예 4의 코팅지 5종의 알칼리 해리성 및 분산성 평가

구분	판정 내용	결과
건조시킨 펄프에 불순물 포함여부 육안 확인	고무, 합성수지 덩어리, 펄프이외에 불순물 여부	없음
건조시킨 펄프표면의 펄프 점착성 여부	손 또는 거름종이로 눌러 점착성 여부 확인	점착성 없음

상기 표3의 결과에서 보아 실시예 4의 5종 코팅지 모두 EL606 포장재 규격에 따른 “재활용이 쉬움, 폐기물 감소”에 대한 판단 기준인 펄프 이외에 불순물이 포함되어 있지 않고, 펄프 점착성이 나타나지 않아 알칼리 해리성 또는 알칼리 분산성인 것으로 평가되어 재활용이 용이하고, 폐기물 감소 기준에 적합한 것을 알 수 있었다.

<시험예 3>

실시예 3에 따라 제조된 코팅액 3(실시예 1의 PVA 코팅제와 실시예 2의 아크릴 에멀젼을 1:1로 혼합한 코팅액)으로 코팅한 실시예 4의 코팅지 3의 중금속, 유해물질 함유 여부를 확인하기 위하여 “기구 및 용기․포장의 기준․규격” 따라 시험하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.

실시예 7의 기구 및 용기 포장의 기준 규격 시험결과

항 목			단위	규 격	결 과
재질 시험	납(Pb)		mg/kg	100이하 (합계로서)	불검출(검출한계 1)
	카드뮴(Cd)				불검출(검출한계 1)
	수은(Hg)				불검출(검출한계 0.1)
	6가크롬(Cr 6+)				불검출(검출한계 1)
용출 시험	중금속: 납으로서		mg/L	1.0 이하	1.0이하
	과망간산칼륨소비량			10 이하	1
	증발 잔류물	4%초산으로		30 이하	9
		물로
				30 이하	4
		n-헵탄으로
				150 이하	8
		20%에탄올로
				30 이하	3

상기 표 4의 결과에서 보아 기구 및 용기포장 기준규격에 적합하여 인체에 무해하고, 중금속 함량 기준에 적합한 것을 알 수 있었다.

본 발명의 인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지는 일회용컵, 테이크아웃 용기, 햄버거 포장지, 치킨포장지, 아이스크림 용기 등 식품포장재 및 종이냄비, 액상 멀칭지 등 제조에 활용될 수 있다. 또한 사용후 일반적인 펄프 해리 방식에 의해 용이하게 재활용할 수 있고, 폐기시 자연계에서 생분해되어 환경부하를 줄일 수 있다.

Claims

(A) 교반기, 온도계, 투입구, 냉각기가 설치된 반응용기에 PVA 코팅액 100 중량부에 대하여 물 70~95 중량부, PVA(폴리비닐알콜, Poly vinyl alcohol) 5~30 중량부를 투입하고, 300~800 rpm으로 교반하면서 80~100℃에서 가온용해 시키는 단계;
(B) PVA 코팅액 100 중량부에 대하여 붕산 0.1~0.6 중량부 및 IPA(이소프로필알콜, Iso propyl alcohol) 0.35~1.0 중량부를 추가 투입하고 80 내지 100℃로 항온을 유지하면서, 48~240시간 동안, 300 내지 800 RPM으로 교반하며 더욱 용해시키는 추가 용해단계;
(C) 히터를 끄고, 상온 또는 냉각기에 4℃~상온의 냉각수를 투입하면서, 2~8시간 동안 40~100 RPM의 속도로 서서히 교반하면서 상온으로 냉각하는 숙성단계를 통하여 PVA 코팅액을 수득하는 단계;
(D) 교반기, 온도계, 투입구, 냉각기가 설치된 반응용기에 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여 단량체 40~70 중량부, 유화제 0.5~2.0 중량부, 암모늄퍼설페이트(Ammonium persulfate) 0.1~1.5 중량부, 구연산 0.1~1.0 중량부 및 물 40~70 중량부 투입하고 40~100 RPM으로 교반하면서 70~100℃로 가온하여 용해시키는 용해 단계;
(E) 40 내지 100 RPM으로 교반하면서 서서히 가온하여 70~100℃에서, 120~300분간 유지하여 반응시키는 반응단계;
(F) 히터를 끄고, 상온 또는 냉각기에 4℃~상온의 냉각수를 투입하면서, 40~100 RPM으로 교반하면서 상온에서 반응을 종결된 아크릴 에멀젼을 수득하는 단계;
(G) 상기에서 수득한 PVA 코팅제 10~90 중량부와 아크릴 에멀젼 90~10중량부를 혼합하여 전체 비율 100 중량부로 한 다음, 상온에서 혼합하여 최종 코팅액을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지의 제조 방법
제1항에 있어서, 상기 단량체는 메타크릴산메틸(Methyl methacrylate, MMA), 에틸 아크릴레이트 모노머(Ethyl acrylate monomer, EAM), 부틸 아크릴레이트 모노머(Butyl acrylate monomer, BAM), 스티렌 모노머(Styrene monomer, SM), 아크릴산(Acrylic acid, AAc)중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지의 제조 방법
제1항에 있어서, 상기 유화제는 글리세린지방산에스테르(Glyerin fatty acid ester), 슈크로오스지방산에스테르(Sucrose fatty acid ester), 프로필렌지방산에스테르(Propylene fatty acid ester), 노닐페놀에테르설페이트(Nonyl phenol ether sulfate)중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지의 제조 방법
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 인체무해 및 재활용이 용이한 종이용기용 친환경 코팅지