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KR101778629B1 - 친환경 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기 - Google Patents

친환경 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기 Download PDF

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KR101778629B1
KR101778629B1 KR1020150174214A KR20150174214A KR101778629B1 KR 101778629 B1 KR101778629 B1 KR 101778629B1 KR 1020150174214 A KR1020150174214 A KR 1020150174214A KR 20150174214 A KR20150174214 A KR 20150174214A KR 101778629 B1 KR101778629 B1 KR 101778629B1
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polyester resin
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heat resistant
packaging container
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이광희
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주식회사 휴비스
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Abstract

본 발명은 친환경 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 내장재는 폴리에스테르 수지를 압출 발포시키는 단순한 공정으로 제조함으로써, 친환경 소재로 인해, 환경호르몬을 방출하지 않고, 우수한 경량성, 내열성, 단열성 및 강도를 동시에 구현할 수 있다.

Description

친환경 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기{Eco-friendly heat resisting material having excellent dimension stability, manufacturing method of the same and packaging container comprising the same}
본 발명은 친환경 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것이다.
통상 식품 용기로 사용되고 있는 제품은 발포식, 비발포식으로 나뉜다. 발포 방식 제품은 폴리스타이렌을 발포 가스와 혼합시켜 압출시킨 제품이 사용되고 있는데, 두께를 비교적 두껍게 유지할 수 있어 형태유지, 단열성, 가격 경쟁력이 높은 장점이 있으나 고온에서 유해물질이 검출되는 단점이 있다. 비발포 용기의 경우, 열에 안정한 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스터를 필름형태로 제작된 제품이 사용되고 있는데, 고온에서 치수변화율이 적고, 유해물질이 검출되지 않는 장점이 있으나, 가격이 비싸고 보온이 잘 되지 않는 단점이 있다.
일회용 내열용기로 가장 많이 쓰이고 있는 대표적인 제품이 컵라면 용기라 할 수 있는데, 이전에는 폴리스타이렌 발포 용기를 사용하였지만, 고온에서 유해물질이 검출되는 점이 이슈화 되어 이를 종이 용기로 대체되어 사용되고 있으나 가격이 높은 단점이 있다.
현대사회에서 점차 생활이 편리해 지면서 일회용품 사용이 증가하고, 배달음식 및 간편요리 제품의 수요가 점차 늘어나고 있고, 이에 따라 식품 포장 용기의 수요도 증가하고 있으며 용도에 따른 기능성에 대한 소비자의 니즈가 점점 커지고 있다. 따라서 전자레인지를 이용하여 간단하게 조리할 수 있도록 편리함과, 안전성, 친환경 성능을 모두 갖춘 포장 용기에 대한 연구가 필요한 실정이다.
국제공개특허 제2000-018836호
본 발명은 내열성, 치수 안정성이 우수한 내열재에 관한 것으로, 고 전력을 출력하는 전자레인지에서도 치수 안정성이 우수하고, 경량이며, 단열성 및 강도가 우수한 내열재를 제공하고자 한다.
본 발명은 친환경의 우수한 내열재 및 이를 포함하는 포장 용기를 제공할 수 있다.
상기 내열재의 하나의 예로서,
0.2 내지 20 mm의 평균 두께를 갖는 폴리에스테르 수지 발포체를 포함하고,
열전도도가 0.04 W/mK 이하이며,
하기 수학식 1을 만족하는 내열재를 제공할 수 있다.
[수학식 1]
X/Y ≥ 1.5
상기 수학식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 폴리에스테르 수지 발포체의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 폴리에스테르 수지 발포체의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
또한, 본 발명은 상기 내열재를 포함하는 포장 용기를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 내장재는 폴리에스테르 수지를 압출 발포시키는 단순한 공정으로 제조함으로써, 친환경 소재로 인해, 환경호르몬을 방출하지 않고, 우수한 경량성, 내열성, 단열성 및 강도를 동시에 구현할 수 있다.
도 1 은, 일 실시예에서, 치수 변형율 측정 실험에 대한 결과 사진이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "셀"이란, 고분자 내 발포에 의해 팽창된 미세구조를 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 내열성 및 강도가 우수한 내열재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 포장 용기에 관한 것으로, 상기 내열재의 하나의 예로서,
0.2 내지 20 mm의 평균 두께를 갖는 폴리에스테르 수지 발포체를 포함하고,
열전도도가 0.04 W/mK 이하이며,
하기 수학식 1을 만족하는 내열재를 제공할 수 있다.
[수학식 1]
X/Y ≥ 1.5
상기 수학식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 폴리에스테르 수지 발포체의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 폴리에스테르 수지 발포체의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
구체적으로, 제조된 내열재는 0.2 내지 20 mm의 평균 두께를 갖는 얇은 폴리에스테르 수지 발포체를 포함하여 친환경적임과 동시에 우수한 경량성을 구현하고, 열전도도가 0.04 W/mK 이하로 보온성이 뛰어나며, 상기 수학식 1을 만족함으로써, 밀도 대비 굴곡강도의 비가 우수할 수 있다.
예를 들어, 상기 내열재의 평균 두께는 0.2 내지 10 nm, 0.2 내지 5 nm 또는 1 내지 3 nm일 수 있으며, 이를 통해, 우수한 경량성을 구현할 수 있다.
또한, 상기 내열재의 열전도도가 0.04 W/mK 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 내열재의 열전도도는 0.01 내지 0.04 W/mK, 0.01 내지 0.035 W/mK 또는 0.02 내지 0.035 W/mK 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 내열재는 상기 범위 내의 열전도도를 가짐으로써, 우수한 단열성을 구현할 수 있다.
이와 같은 열전도도는, 폴리에스테르 수지 발포체의 발포 과정에서 발포 정도를 달리하여 조절할 수 있다. 이를 통해 우수한 단열성을 가지는 내열재를 식품 등의 포장 용기로 사용할 경우, 식품의 보온 내지 보존에 용이할 수 있다.
또한, 상기 내열재는 수학식 1을 만족할 수 있는데, 수학식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 폴리에스테르 수지 발포체의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 폴리에스테르 수지 발포체의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
구체적으로 상기 내열재는, 폴리에스테르 수지 발포체를 포함함으로써, 우수한 내열성 및 강도를 가짐과 동시에 우수한 경량성을 구현할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 수지 발포체의 밀도 대비 굴곡강도의 비는 상기 수학식 1을 만족할 수 있다. 예를 들어, 수지 발포체의 밀도 대비 굴곡강도의 비는 1.5 이상, 1.5 내지 2, 1.5 내지 1.8 또는 1.5 내지 1.7 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 내열재는 상기 범위의 수지 발포체의 밀도 대비 굴곡강도의 비를 만족함으로써, 비교적 발포 배율이 높아 우수한 단열성을 유지하면서 동시에 고강도인 내열재를 구현할 수 있다.
상기 수학식 1에서, X는 30 내지 350 N/cm2이고, 상기 Y는 20 내지 230 kg/m3일 수 있다. 예를 들어, X(굴곡강도)는 40 내지 300 N/cm2, 60 내지 200 N/cm2, 90 내지 110 N/cm2, 90 내지 100 N/cm2 범위일 수 있고, Y(밀도)는 25 내지 200 kg/m3, 30 내지 150 kg/m3, 40 내지 75 kg/m3, 50 내지 75 kg/m3 또는 55 내지 65 kg/m3 범위일 수 있다.
이때, 상기 폴리에스테르 수지는 테레프탈산과 1,4-부탄디올 축합중합 반응에 의하여 제조 가능하다. 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지는 방향족 혹은 지방족 폴리에스테르를 모두 포함한다. 다른 측면에서, 상기 폴리에스테르 수지는 난연 폴리에스테르, 생분해성 폴리에스테르, 탄성 폴리에스테르 및 재사용 폴리에스테르 등을 포함한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 수지 발포체는 PET(polyethylene terephthalate) 발포체일 수 있다. 상기 PET를 사용함으로써, 친환경적이며, 재사용에 용이할 수 있다.
식품의약품안전처의 기구 및 용기포장과 그 원재료에 관한 규격을 기준으로,
용출규격 측정 시, 총 용출량이 30ppm 이하이고, 안티몬 게르마늄, 테레프탈산, 이소프탈산, 아세트 알데하이드 물질이 불검출되며,
잔류규격 측정 시, 휘발성 물질이 검출되지 않는 것을 특징으로 합니다.
구체적으로, 본 발명에 따른 내열재는 상기와 같이, 친환경 소재인 폴리에스테르 수지를 사용함으로써, 식품의약품안전처에서 발행하고 있는 기구 및 용기포장의 기준 및 규격 고시전문고시제2015-7호에 기재된 우려 물질들을 허용 범위 내로 조절할 수 있습니다.
이와 같은 소재를 이용한 내열재를 이용하여 식품 용기를 제조함으로써, 친환경적인 식품 용기를 제공할 수 있다.
상기 내열재의 압축강도(KS M ISO 844)는 20 내지 300 N/cm2 일 수 있다. 구체적으로는, 상기 내열재의 압축강도는 20 내지 250 N/cm2, 30 내지 150 N/cm2, 40 내지 75 N/cm2, 45 내지 75 N/cm2 또는 55 내지 70 N/cm2 범위일 수 있다. 예를 들어, 비드 발포의 경우에는 비드 형태의 수지를 금형에 넣고 발포하는 방법으로 발포 성형체를 제조하는 방법으로, 상기 비드 발포 성형체는 압축 시험 시, 비교적 비드와 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등의 쉽게 일어난다. 반면, 본 발명의 하나의 예에 따른 수지 발포체은 압출 발포 방식으로 제조함으로써, 현저히 우수한 압축강도를 구현할 수 있다. 이를 통해, 상기 내열재를 식품 포장용 포장 용기로 사용할 경우, 외부의 압력에도 형태 유지가 용이할 수 있다.
상기 내열재의 단위면적당 질량은 100 내지 1000 g/m2 범위일 수 있다. 예를 들어, 내열재의 단위면적당 질량은 100 내지 900 g/m2, 100 내지 700 g/m2 또는 150 내지 500 g/m2일 수 있다. 상기 범위의 단위면적당 질량을 만족함으로써, 본 발명에 따른 내열재가 경량이라는 것을 확인할 수 있다.
상기 내열재는 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
|V1-V0| / V0 x 100 ≤ 10%
상기 수학식 2에서,
V0은 전자레인지 내에서 1000 W의 출력조건으로 5 분 동안 노출되기 전 내열재의 체적(mm3)이고,
V1은 전자레인지 내에서 1000 W의 출력조건으로 5 분 동안 노출되기 후 내열재의 체적(mm3)이다.
구체적으로, 제조된 내열재 샘플을 전자레인지 내에서 1000 W의 출력조건으로 5 분 동안 노출시키기 전 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 상기 내열재를 이용하여 제조한 포장 용기의 장기 치수 변화율과 대응하는 측정치이다. 예를 들어, 상기 체적은, 내열재의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 2의 치수 변화율은 0.01 내지 10%, 0.01 내지 8% 또는 0.01 내지 5% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 2의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 내열재는 전자레인지 사용에도 녹거나 형태가 변하지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 내열재는 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
상기 수학식 2가 10%를 초과하는 경우에는 내열재에 박리, 부품, 뒤틀림, 변색 내지 변형이 쉽게 발생할 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 내열재의 구조는 밀도(KS M ISO 845)가 20 내지 100 kg/m3인 폴리에스테르 수지 발포체; 및
밀도가 110 내지 230 kg/m3인 폴리에스테르 수지 발포체가 복합된 구조를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 내열재는 밀도가 비교적 낮은 폴리에스테르 수지 발포체와 밀도가 비교적 높은 폴리에스테를 수지 발포체가 복합된 구조일 수 있다.
이때, 밀도가 비교적 낮은 폴리에스테르 수지 발포체는 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)일 수 있다. 이는, 상기 폴리에스테르 수지 발포체의 DIN ISO4590에 따른 측정값이 셀 중 90%(v/v) 이상이 폐쇄 셀임을 의미한다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 수지 발포체 중 폐쇄 셀의 비율은 평균 90 내지 100% 또는 95 내지 99%일 수 있다. 폐쇄 셀의 비율을 위의 범위로 제어함으로써, 단열 특성 등을 높일 수 있다. 이를 통해, 상기 내열재는 건축물의 일부, 예를 들어, 토대, 벽, 바닥 및/또는 지붕의 단열을 위해 건설 산업 등에 널리 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 수지 발포체는 1 mm2당 1 내지 15 셀, 3 내지 15 셀, 또는 3 내지 10 셀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀의 평균 크기는 300 내지 800 ㎛ 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 셀의 평균 크기는 300 내지 700 ㎛, 300 내지 600 ㎛ 또는 350 내지 500 ㎛ 범위일 수 있다. 이때, 셀 크기의 편차는 예를 들어, 5% 이하, 0.1 내지 5%, 0.1 내지 4% 내지 0.1 내지 3% 범위일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지 발포체는 균일한 크기의 셀들이 균일하게 발포된 것을 알 수 있다.
또한, 밀도가 비교적 높은 폴리에스테르 수지 발포체는 상기 밀도가 비교적 낮은 폴리에스테르 수지 발포체와 폐쇄 셀 비율 및 셀 크기 편차는 유사할 수 있다. 다만, 밀도가 비교적 높은 폴리에스테르 수지 발포체의 면적당 셀 수가 더 많을 수 있으며, 예를 들어, 1 mm2당 15 내지 30 셀, 15 내지 28 셀, 또는 20 내지 30 셀을 포함할 수 있다.
또한, 밀도가 비교적 높은 폴리에스테르 수지 발포체의 셀 평균 크기가 더 작을 수 있으며, 예를 들어, 100 내지 300 ㎛ 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 셀의 평균 크기는 100 내지 300 ㎛, 100 내지 280 ㎛ 또는 100 내지 250 ㎛ 범위일 수 있다.
이와 같은 내열재는 식품 등을 포장하는 포장 용기로 사용할 수 있으며, 이때, 상기 포장 용기의 밀도가 비교적 높은 폴리에스테르 수지 발포체가 외부로 향하도록 설계할 경우, 포장 용기의 우수한 강도를 기대할 수 있고, 동시에 포장 용기 내부에 형성된 비교적 낮은 폴리에스테르 수지 발포체로 인해 우수한 단열성을 구현할 수 있다.
상기 내열재는 산소 투과도가 23℃의 온도 및 50%의 상대습도 조건 하에서, 10 cc/m2/24h 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 내열재의 산소 투과도는 0.1 내지 10 cc/m2/24h, 0.1 내지 5 cc/m2/24h 또는 0.1 내지 3 cc/m2/24h일 수 있다. 본 발명에 따른 내열재는 상기 범위 내의 산소 투과도를 가짐으로써, 식품 포장 용기로 사용할 경우, 식품이 산소와 반응하여 부패하는 것을 방지할 수 있어, 식품의 보관에 용이할 수 있다.
본 발명에 따른 내장재에 있어서, 폴리에스테르 수지 발포체는 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 발포체의 물성 저하 없이도, 원하는 기능성을 효과적으로 부여할 수 있고, 공정 효율 및 자유도를 높일 수 있다.
상기 기능성 첨가제는 단열제, 친수화제, 방수제, 난연제, 항균제, 소취제 및 자외선 차단제 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 단열제는, 탄소질 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 단열제로는 흑연, 카본 블랙, 그래핀 등을 포함할 수 있고, 구체적으로, 흑연일 수 있다.
또한, 난연제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 브롬 화합물, 인 화합물, 안티몬 화합물 및 금속 수산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 브롬 화합물은, 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및/또는 데카브로모디페닐에테르 등을 포함한다. 상기 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 및/또는 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 수산화물에 있어서의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 붕소(B) 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄 또는 마그네슘의 금속 수산화물을 사용할 수 있다. 금속 수산화물은, 1 종의 금속 원소로 구성되거나, 2 종 이상의 금속 원소로 구성될 수 있다. 예를 들어, 금속 수산화물로서는, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 VOC 저감제는, 그라프(Graf) 및/또는 박토스터 알렉신(Bactoster Alexin) 등을 포함할 수 있다. 이때, 박토스터 알렉신은 프로폴리스에서 추출한 천연 살균 소재인 것을 특징으로 한다.
상기 친수화제는 특별히 한정되지 않으며, 음이온계　계면　활성제(예를 들어, 지방산염, 알킬황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰 산염, 알킬술포숙신산염, 폴리옥시에틸렌알킬황산에스테르염 등), 비이온계　계면　활성제(예를 들어, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등의 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비톨 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 알킬알칸올아미드 등), 양이온계 및 양성 이온계　계면　활성제(예를 들어, 알킬아민염, 제 4 급 암모늄염, 알킬베타인, 아민옥사이드 등) 및 수용성 고분자 또는 보호 콜로이드(예를 들어, 젤라틴, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌블록코폴리머, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 알긴산나트륨, 폴리비닐알코올 부분 비누화물 등) 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 방수제의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴르클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리 우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 항균제의 종류는, 예를 들어, 하이드록시아파타이트, 알루미나, 실리카, 티타니아, 제올라이트, 인산지르코늄 및 폴리인산알루미늄 중 1 종 이상의 담체에 은, 아연, 동 및 철 중 1 종 이상의 금속을 첨가시킨 복합체를 포함할 수 있다.
상기 소취제는 다공성 물질을 사용할 수 있다. 다공성 물질은 특성상 그 주위에 흐르는 유체를 물리적으로 흡착하려는 성질이 강하기 때문에, 휘발성 유기화합물(VOC)의 흡착이 가능하다. 상기 소취제는, 예를 들어, 실리카, 제올라이트 및 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Zn), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2 종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 자외선 차단제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 유기계 또는 무기계　자외선　차단제일 수 있으며, 상기 유기계　자외선　차단제의 예로는 p-아미노벤조산 유도체, 벤질리데네캠포 유도체, 신남산 유도체, 벤조페논 유도체, 벤조트리아졸 유도체 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 무기계　자외선　차단제의 예로는 이산화티탄, 산화아연, 산화망간, 이산화지르코늄, 이산화세륨 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 내열재는 발포체의 적어도 일면에 형성된 코팅층을 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 코팅층은 가스 베리어층으로, 에틸렌비닐알코올(ethylene vinyl alcohol, EVOH), 폴리비닐리덴클로라이드(polyvinylidene chloride, PVdC) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 상기 발포체의 적어도 일면에 가스 베리어층을 더 형성함으로써, 산소 투과도가 23℃의 온도 및 50%의 상대습도 조건 하에서, 10cc/m2/24h 이하인 내열재를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 내열재의 산소 투과도는 0.1 내지 10 cc/m2/24h, 0.1 내지 5 cc/m2/24h 또는 0.1 내지 3 cc/m2/24h일 수 있다. 상기 범위 내의 산소 투과도를 구현함으로써, 상기 내열재를 식품 포장 용기로 사용할 경우, 식품이 산소와 반응하여 부패하는 것을 방지할 수 있어, 식품의 보관에 용이할 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 베리어층은 에틸렌비닐알코올을 이용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 식품 용기 내부에 있는 식품에서 발생하는 가스는 밖으로 배출이 가능하며, 동시에 외부에서의 산소 공급은 차단할 수 있다.
또 하나의 예로서, 상기 코팅층은 대전방지층으로, 카본, 알루미늄 및 산화철 중 1 종 이상을 분산시킨 도전성 수지; 및 불소 수지 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 발포체의 적어도 일면에 대전방지층을 더 형성함으로써, 내열재의 물리적 성능을 향상시키며, 대전 방지 효과가 우수할 수 있다.
본 발명은 상기 내열재의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 내열제에 포함되는 폴리에스테르 수지 발포체의 제조방법은 구체적으로 한정되지 않으나, 예를 들어, 상기 수지 발포체는 폴리에스테르 수지를 압출 발포하여 제조할 수 있다. 구체적으로, 발포 방법의 종류에는 크게 비드 발포 또는 압출 발포가 있다. 상기 비드 발포는, 일반적으로, 수지 비드를 가열하여 1차 발포시키고 이것을 적당한 시간 숙성 시킨 후 판모양, 통모양의 금형에 채우고 다시 가열하여 2차 발포에 의해 융착, 성형하여 제품을 만드는 방법이다. 반면, 압출 발포는, 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도, 압축강도를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 내열재의 제조방법의 하나의 예로서,
이중 환형 노즐을 통해 폴리에스테르 수지 발포체를 압출하되,
상기 이중 환형 노즐 중에서,
내측 노즐에서 압출되는 발포체의 밀도와 외측 노즐에서 압출되는 발포체의 밀도 차는 10 kg/m3 이상인 내열재 제조방법을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 내열재를 제조함에 있어서, 이중 환형 노즐을 이용하여 폴리에스테르 수지를 압출 발포할 수 있다. 이를 통해, 밀도 차이가 있는 두 폴리에스테르 수지 발포체를 각자 제조하여 합지하지 않고, 단일 공정으로 밀도 차이가 있는 두 폴리에스테르 수지 발포체가 복합된 구조의 내열재를 제조할 수 있다. 이때, 상기 밀도 차이가 있는 폴리에스테르 수지 발포체의 밀도 차는 10 내지 100 kg/m3, 10 내지 80 kg/m3 또는 20 내지 50 kg/m3 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 밀도차가 나는 폴리에스테르 수지 발포체가 복합된 구조의 내열재를 이중 환형 노즐을 이용하여 단일 공정으로 제조함으로써, 공정 비용을 절감할 수 있다.
상기 이중 환형 노즐에서 발포체 압출 과정에서 공급되는 발포제는 각각 열분해성 발포제 및 휘발성 발포제 중 1 종 이상이며,
내측 노즐에서 압출시 사용된 발포제와 외측 노즐에서 압출시 사용된 발포제는 동일하지 않을 수 있다.
상기 열분해성 발포제로는 예를 들어, 탄산수소나트륨을 포함하는 무기계 발포제, 아조화합물, 니트로소화합물, 히드라진 화합물 등을 포함할 수 있다. 또한, 휘발성 발포제로는 예를 들어, 탄산 가스나 질소와 같은 불활성 가스, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 메탄 등과 같은 유기 발포제를 포함할 수 있다. 이때, 열분해성 발포제 및 휘발성 발포제 중 1 종 이상을 사용함으로써, 폴리에스테르 수지 발포체의 발포 배율을 조절하여 발포체의 밀도를 제어할 수 있다.
구체적으로, 내측 노즐에서 압출시 사용된 발포제와 외측 노즐에서 압출시 사용된 발포제는 다르게 사용하여 각각의 노즐에서 발포되는 발포체의 밀도를 다르게 제조할 수 있다.
예를 들어, 상기 이중 환형 노즐에서,
내측 노즐에서 압출시 공급되는 발포제는 탄산 가스를 사용하고,
외측 노즐에서 압출시 공급되는 발포제는 탄산 가스 및 시클로펜탄의 혼합 가스를 사용할 수 있다.
구체적으로, 확산 속도가 빠른 탄산 가스를 내측 노즐에서 압출시 사용함으로써, 내측 노즐을 통해 압출 발포되는 폴리에스테르 수지 발포체는 밀도가 낮을 수 있다.
또한, 확산 속도가 느린 시클로펜탄과 확산 속도가 빠른 탄산 가스를 혼합한 혼합 가스를 발포제로 사용하는 외측 노즐에서 압출시 사용함으로써, 내측 노즐에서 제조되는 폴리에스테르 수지 발포체와 비교하여 밀도가 높은 폴리에스테르 수지 발포체가 제조될 수 있다.
이때, 탄산 가스 및 시클로펜탄의 복합 발포제는,
탄산 가스와 시클로펜탄이 1:0.1 내지 1:10의 유량비율로 혼합될 수 있다.
예를 들어, 탄산 가스와 시클로펜탄의 혼합 유량비율은 1:0.1 내지 1:0.5, 1:0.5 내지 1:1, 1:0.8 내지 1:3, 1:3 내지 1:5 또는 1: 5 내지 1:10 범위일 수 있다. 상기 범위를 만족함으로써, 균일한 셀 크기를 갖는 범위에서 발포체의 밀도를 조절할 수 있다.
본 발명은 상기 내열재를 포함하는 포장 용기를 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 포장 용기는 식품 포장용일 수 있다. 본 발명에 따른 내열재는 친환경 소재로서, 환경호르몬을 방출하지 않고, 높은 온도에서도 형태 변화가 거의 일어나지 않아, 내열성이 우수할 수 있다. 또한, 용기의 내부 및 외부에 위치한 발포체가 각각 밀도를 다르게 제조됨으로써, 우수한 강도와 단열성을 동시에 구현할 수 이 있다. 또한, 폴리에스테르 수지를 압출 발포하여 제조된 발포체를 사용함으로써 포장 용기가 경량일 수 있다.
구체적으로, 상기 내열재는 일회용 컵라면 용기로 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 중량부, PMDA(pyromellitic dianhydride) 1 중량부, 탈크(talc) 1 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 탄산 가스를 혼합한 후, 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 수지 발포체를 형성하였다.
그런 다음, 상기 수지 발포체를 캘리브레이터로 고정하여 일정한 형태를 유지시켜 본 발명에 따른 내열재를 제조하였다.
실시예 2
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 중량부, PMDA(pyromellitic dianhydride) 1 중량부, 탈크(talc) 1 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 이중 환형 노즐이 형성된 다이에 투입하였으며, 이때, 노즐의 내측에는 발포제로서 탄산 가스를 혼합하였고, 외측에는 발포제로서 탄산 가스와 시클로펜탄이 1:1로 혼합된 혼합가스를 혼합한 후, 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 내열재를 형성하였다.
비교예
폴리스타이렌 수지 100 중량부, 산화티탄 0.2 중량부, 탈크 1 중량부를 혼합 투입하여 220 ℃로 가열하여 수지 용융물을 제조한 후 발포제로서 할로겐화 탄소(HCFC-22)와 탄산가스를 투입한 후 충분히 혼합하여 제조된 수지 용융물을 제 2 압출기로 보내 120 ℃로 냉각 하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 내열재를 형성하였다.
실험예 1: 물성 측정
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예에서 제조된 내열재를 이용하여, 열 전도율, 밀도 및 굴곡강도를 측정하였다. 측정 방법은 하기 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
1) 열 전도율 측정(단열성 측정)
KS L 9016 조건 하에서 열 전도율을 측정하였다.
2) 밀도 측정
KS M ISO 845 조건 하에서 밀도를 측정하였다.
3) 굴곡강도 측정
ASTM D 638 조건 하에서 굴곡강도를 측정하였다.
열 전도율
(W/mK)		 밀도 (kg/m3) 굴곡강도
(N/cm2)
실시예 1 0.031 60 60
실시예 2 내측 0.031 45 55
외측 60
비교예 0.03 40 15
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 내열재는 우수한 강도를 가짐과 동시에 열 전도율이 낮은 것을 확인할 수 있다. 이와 비교하여, 비교예에 따른 내열재의 경우, 굴곡강도가 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 밀도가 다른 발포체가 복합된 구조인 실시예 1의 경우에는 밀도가 상이하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 내열성 측정
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예에서 내열재에 대하여, 치수 변화율 측정 실험을 수행하였다. 구체적으로, 전자레인지 내에서 1000 W의 출력조건으로 5 분 동안 노출하기 전과 후의 치수 변화율을 하기 수학식 2를 통해 계산하였다. 그 결과는 하기 표 2 및 도 2에 나타내었다.
[수학식 2]
|V1-V0| / V0 x 100 ≤ 10%
상기 수학식 2에서,
V0은 전자레인지 내에서 1000 W의 출력조건으로 5 분 동안 노출되기 전 내열재의 체적(mm3)이고,
V1은 전자레인지 내에서 1000 W의 출력조건으로 5 분 동안 노출되기 후 내열재의 체적(mm3)이다.
치수 변화율 (%)
실시예 1 4.8
실시예 2 4.2
비교예 24
상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 내열재는 고출력의 전자레인지에서 사용하더라도 치수 변화율이 5% 이하로 나타나는 것을 알 수 있다. 이와 비교하여, 비교예에 따른 내열재의 경우, 동일 조건 하에서, 치수 변화율이 24%로 현저히 높은 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 비교예에 따른 내열재를 전자레인지에 사용할 경우, 탄화되어 형태 변형이 일어난다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 1을 보면, 본 발명에 따른 내열재(PET)의 경우, 형태가 변화한 것이 육안으로 관찰되지 않으나, 비교예에 따른 내열재(PS)의 경우, 내열재의 일부분이 녹아(melting)있는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (11)

  1. 0.2 내지 20 mm의 평균 두께를 갖는 폴리에스테르 수지 압출 발포체; 및
    상기 압출 발포체의 적어도 일면에 형성된 코팅층을 포함하며,
    압축강도(KS M ISO 844)가 20 내지 300 N/cm2이고, 열전도도가 0.04 W/mK 이하이며,
    하기 수학식 1을 만족하는 식품 포장 용기:
    [수학식 1]
    X/Y ≥ 1.5
    상기 수학식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 폴리에스테르 수지 압출 발포체의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 폴리에스테르 수지 압출 발포체의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    식품의약품안전처의 기구 및 용기포장과 그 원재료에 관한 규격을 기준으로,
    용출규격 측정 시, 총 용출량이 30ppm 이하이고, 안티몬 게르마늄, 테레프탈산, 이소프탈산, 아세트 알데하이드 물질이 불검출되며,
    잔류규격 측정 시, 휘발성 물질이 검출되지 않는 식품 포장 용기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    단위면적당 질량은 100 내지 1000 g/m2인 식품 포장 용기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    밀도(KS M ISO 845)가 20 내지 100 kg/m3인 폴리에스테르 수지 압출 발포체; 및
    밀도가 110 내지 230 kg/m3인 폴리에스테르 수지 압출 발포체가 복합된 구조인 식품 포장 용기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 가스 베리어층으로,
    에틸렌비닐알코올, 폴리비닐리덴클로라이드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 1 종 이상을 포함하는 식품 포장 용기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 대전방지층으로,
    카본, 알루미늄 및 산화철 중 1 종 이상을 분산시킨 도전성 수지; 및 불소 수지 중 1 종 이상을 포함하는 식품 포장 용기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 식품 포장 용기는 컵라면 용기인 것을 특징으로 하는 식품 포장 용기.
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