KOREAN JOURNAL OF PACKAGING SCIENCE & TECHNOLOGY (한국포장학회지)

Korea Society of Packaging Science and Technology (한국포장학회)
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The Evaluation of the Packaging Properties and Recyclability with Modified Acrylic Emulsion for Flexible Food Paper Coating

유연 종이 식품 포장재의 개질 아크릴 에멀젼 코팅 특성 및 재활용성 평가

  • 이명호 (연세대학교 패키징및물류학과) ;
  • 조인석 (골든팩키지 주식회사) ;
  • 이동철 (골든팩키지 주식회사) ;
  • 이윤석 (연세대학교 패키징및물류학과)
  • Published : 2023.12.31
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Abstract

The worldwide effects of COVID-19 have led to a surge in online shopping and contactless services. The consumption pattern has caused the issues such as the environmental pollution together with the increase of plastic waste. Reducing the reliance on the petroleum based plastic use for the package and replacing it with environmentally friendly material are the simple ways in order to solve those problems. Paper is an eco-friendly product with high recyclability as the food packaging materials but has still poor barrier properties. A barrier coating on surface of the paper can be achieved with the proper packaging materials featuring water, gas and grease barrier. Polyethylene (PE) or polypropylene (PP) coatings which are generally laminated or coated to paper are widely used in food packaging applications to protect products from moisture and provide water or grease resistance. However, recycling of packaging containing PE or PP matrix is limited and costly because those films are difficult to degrade in the environment. This study investigated the recyclability of modified acrylic emulsion coating papers compared to PE and PP polymer matrixes as well as their mechanical and gas barrier properties. The results showed that PE or modified acrylic emulsion coated papers had better mechanical properties compared to the uncoated paper as a control. PE or PP coating papers showed strong oil resistance property, achieving a kit rating of 12. Those papers also had a significantly higher percentage of screen reject during the recycling process than modified acrylic coated paper which had a screen rejection rate of 6.25%. In addition an uncoated paper had similar value of a screen rejection rate. It may suggest that modified acrylic emulsion coating paper can be more easily recycled than PE or PP coating papers. The overall results of the study found that modified acrylic emulsion coating paper would be a viable alternative to suggest a possible solution to an environmental problem as well as enhancing the weak mechanical and poor gas barrier properties of the paper against moisture.

최근 소비자들의 소비 형태가 온라인 쇼핑 및 간편식, 배달 음식 등 비대면 소비를 위한 서비스 시장이 크게 확대됨에 따라 플라스틱 일회용 제품의 소비가 급증하게 되면서, 사용한 플라스틱 폐기물에 의한 여러 환경오염 문제들이 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국제적으로 플라스틱 사용을 줄이고, 환경친화성 및 재활용성이 높은 지속 가능 물질로 대체하려는 움직임을 보이고 있다. 본 연구에서는 재활용성이 높은 종이에 다양한 종류의 배리어 코팅을 적용한 종이 시료의 물성과 배리어 특성 및 재활용성 등을 평가하여 실제로 식품용으로 사용되는 종이의 코팅층 종류와 이에 따른 물성 및 배리어성 개선 효과 및 재활용성에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 배리어 코팅종류는 PE와 PP, 개질 아크릴 코팅이 된 종이 시료를 사용하였으며, 코팅 처리하지 않은 종이를 대조군으로 하여 평가를 진행하였다. 형태학적 분석을 통해 PE의 코팅층은 약 30 ㎛, PP는 약 20 , 개질 아크릴은 10 ㎛의 코팅층 두께를 보여주었으며, 섬유조직 형태를 보여주던 대조군의 표면과 달리 배리어 코팅 종이는 코팅층으로 인하여 매끈한 표면 형태를 보여주었다. 기계적 물성 평가에서는 PE 코팅 종이와 개질 아크릴 코팅 종이에서 대조군이 비해 인장강도와 파열강도에서 개선되는 결과를 보여주었으며, PP 코팅 종이에서는 파열강도 외에 대조군과 유의적 차이를 보여주지 않았다. 공기 투기도 평가로 배리어 코팅층이 없는 대조군에서 약 2.24 ㎛/Pa·s로 가장 높은 투기도 값을 보여주었으며, 배리어 코팅 종이의 경우 모두 0.003 ㎛/Pa·s 이하의 상대적으로 낮은 투기도 값을 보여주었다. 또한 Cobb 사이즈도 대조군에서 약 43.77 g/m2로 가장 높은 흡수 특성을 보였으며, 배리어 코팅 종이 시료에서는 2.80 g/m2 이하의 흡수 특성을 보여주었다. 이는 이미 내수성 및 기체 차단 특성을 가진 고분자의 특성으로 종이의 차단 특성도 개선된 것으로 판단된다. 내유성 평가에서도 PE 코팅 종이와 PP 코팅 종이에서 최고 측정값인 12 등급으로 내유성이 높은 특징을 보여주었으며, 개질 아크릴 코팅 종이는 5 등급으로 PE, PP 코팅 종이 보다 상대적으로 낮은 내유성을 보여주긴 하였으며, 대조군은 0 등급으로 내유성이 없는 모습을 보여주었다. 코팅 처리별 종이의 재활용성 평가에서 대조군의 리젝트율은 5.25%로 모든 시료 중 미해리분이 가장 낮은 모습을 보여주었으며, PE 코팅 종이와 PP 코팅종이는 각각 19.04%, 16.57%로 리젝트율이 증가함을 나타냈다. 상대적으로 높은 리젝트율 값은 PE 코팅 종이와 PP 코팅 종이는 해리 시 코팅 층이 작은 크기로 조각나 미분화되어 슬릿에 걸러지는 것으로 확인하였으며, 이는 미해리분으로 인해 재활용에 어려움이 발생할 것으로 판단된다. 개질 아크릴 코팅 종이의 리젝트율은 6.25%로 대조군과 유사하게 미해리분 없이 스크린을 거의 통과되는 현상을 보여주었다. 이 결과는 개질 아크릴 수지의 수해리성이 높아 발생한 것으로 판단된다. PE 및 PP 코팅 종이에 비교하여 개질 아크릴 코팅 종이가 재활용성 평가에서 더 효율적인 결과를 가짐을 나타내며, 추가 해리되어 스크린 업셉트된 펄프 슬러리를 사용하여 제조한 재활용지에 대한 종이의 품질 변화는 향후 보강 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 2023년도 중소벤처기업부의 기술개발사업 지원에 의한 연구로 진행된 것으로 이에 감사드립니다. (S3144751)

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