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KR-20260062069-A - Food Packaging Paper Manufactured From Upcycled Seaweed And Method For Production Thereof

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Abstract

업사이클 해조류를 이용하여 종이 및 코팅층을 형성한 식품 포장용 종이 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 의하면, 해조류 섬유로부터 제조된 해조류 펄프를 포함하는 종이 기재 및 상기 종이 기재의 적어도 일면에 형성되며, 해조류 유래 알지네이트를 주성분으로 하며, 가소제와 단백질계 첨가제 및 폴리사카라이드계 첨가제를 포함하는 코팅 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 종이를 제공한다.

Inventors

  • 김현영
  • 장현남

Assignees

  • 오셔너블 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20251027
Priority Date
20241028

Claims (13)

  1. 해조류 섬유로부터 제조된 해조류 펄프를 포함하는 종이 기재; 및 상기 종이 기재의 적어도 일면에 형성되며, 해조류 유래 알지네이트를 주성분으로 하며, 가소제와 단백질계 첨가제 및 폴리사카라이드계 첨가제를 포함하는 코팅 조성물로 형성된 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 종이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 종이 기재는, 전체 펄프 함유량을 기준으로 해조류 펄프가 0.5 내지 30 wt%의 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 종이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코팅층은, 7 이상 12 g/m 2 미만의 평량을 갖는 것을 특징으로 하는, 친환경 식품 포장용 종이.
  4. 제3항에 있어서, 상기 코팅 조성물은, 해조류로부터 유래된 알지네이트 3 내지 15 wt%; 가소제 10 내지 13 wt%; 단백질계 첨가제 0.1 내지 2.3 wt%; 및 폴리사카라이드계 첨가제 0.5 내지 6.2 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 식품 포장용 종이.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코팅 조성물은, 18 내지 20 wt%의 총 고형분 함량을 갖는 것을 특징으로 하는, 친환경 식품 포장용 종이.
  6. 제3항에 있어서, 상기 친환경 종이는, ISO 535에 따른 내수성(Cobb Test) 측정값이 35 g/m 2 이하이고, TAPPI T 559에 따른 내유성(Kit Test)은 적어도 9 등급 이상인 것을 특징으로 하는, 친환경 식품 포장용 종이.
  7. 제1항에 있어서, 상기 종이 기재는 제1 층과 제2 층이 합지된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 친환경 코팅 종이.
  8. 해조류를 이용하여 제조되는 식품 포장용 종이를 제조하는 방법에 있어서, 해조류 원료를 증해하여 해조류 섬유를 분리하는 단계; 상기 분리된 해조류 섬유를 정제 및 표백하여 해조류 펄프를 제조하는 단계; 상기 해조류 펄프를 포함하는 펄프 슬러리를 초지하여 종이 기재를 제조하는 단계; 알지네이트, 단백질계 첨가제, 폴리사카라이드계 첨가제 및 가소제를 포함하는 코팅 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 코팅 조성물을 상기 종이 기재의 적어도 일면에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 종이의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 코팅 조성물을 상기 종이 기재의 적어도 일면에 도포하여 코팅층을 형성한 이후에, 상기 도포된 코팅층의 표면에 금속이온용액을 분사하여 가교시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 종이의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 해조류 원료를 증해하는 단계는, 알칼리성 약액을 투입하여 120 내지 220 ℃의 온도 범위에서 1 내지 5 시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는, 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 종이의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 가교 단계의 금속 이온 용액은 Ca 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Mg 2+ , Cu 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 종이의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 코팅 조성물은, 해조류로부터 유래된 알지네이트 3 내지 15 wt%; 가소제 10 내지 13 wt%; 단백질계 첨가제 0.1 내지 2.3 wt%; 및 폴리사카라이드계 첨가제 0.5 내지 6.2 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 종이의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 상기 제조된 코팅 조성물을 상기 종이 기재의 적어도 일면에 도포하는 단계는, 상기 코팅층이 7 이상 12 g/m 2 미만의 평량을 갖도록 도포하는 것을 특징으로 하는, 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 종이의 제조방법.

Description

업사이클 해조류를 이용한 식품 포장용 종이 및 그 제조방법{Food Packaging Paper Manufactured From Upcycled Seaweed And Method For Production Thereof} 본 발명은 업사이클 해조류 기반 식품 포장용 종이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해조류 유래 펄프를 포함하는 종이 기재 위에 알지네이트를 주성분으로 하는 해조류 유래 코팅층을 형성하여 내수성 및 내유성을 포함하는 차단 특성을 확보한 친환경 식품 포장재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다. 최근 환경 문제와 기후 변화에 대한 인식이 높아지면서, 생분해성이며 지속 가능한 원료를 활용하는 기술 개발에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히, 식품 및 소비재 포장 분야에서는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등 석유계 플라스틱이 우수한 물성과 경제성을 바탕으로 범용적으로 사용되어 왔으나, 이러한 플라스틱 포장재는 자연 분해되지 않아 매립 시 심각한 토양 오염을 유발하고, 해양으로 유입될 경우 미세플라스틱 문제를 야기하는 등 전 지구적인 환경 문제의 주된 원인으로 지목되고 있다. 이에 따라 지속 가능한 사회를 위한 대안으로 생분해성이 우수하고 재활용이 용이한 종이 기반 포장재가 주목받고 있다. 그러나, 종이, 판지 등 셀룰로오스 기반의 포장재는 그 자체로 내수성 및 내유성이 매우 취약하여, 수분이나 유분을 포함하는 대부분의 식품을 포장하는 데에는 근본적인 한계를 가진다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 종래에는 종이 기재의 표면에 폴리에틸렌(PE)을 압출 코팅하거나 파라핀 왁스를 도포하는 방법이 널리 사용되었다. 그러나 이러한 코팅은 포장재의 재활용을 저해하고, 매립 시 자연 분해가 어렵거나, 식품 접촉 시 유해 물질이 용출될 우려가 있다. 대안으로 생분해성 고분자인 폴리락트산(PLA)이나 폴리비닐 알코올(PVOH) 등을 이용한 코팅 기술이 개발되었으나, 이는 여전히 석유화학 공정에 의존하거나, 고성능의 내수성을 확보하기 위해서는 복잡한 열처리 공정 및 다층 구조를 필요로 한다는 한계가 있다. 최근에는 해조류를 활용하여 목재 펄프를 대체하는 시도가 이루어지고 있다. 해조류는 빠른 성장 속도와 풍부한 수산 자원이라는 장점 외에도, 괭생이모자반과 같이 해양 생태계에 피해를 주는 폐자원(Upcycled Source)을 활용할 수 있는 잠재력이 높다. 한편, 종래의 해조류 활용 공정은 알긴산, 요오드 등과 같은 특정 핵심 유용성분을 추출하는 데에만 집중하는 한계가 있었다. 이로 인해, 핵심성분을 제외한 나머지 70% 이상의 부산물, 특히 대부분을 차지하는 해조류 섬유질은 별도로 활용되지 못하고 거의 전량 폐기물로 처리되어, 또 다른 자원의 낭비 및 환경적 부담을 야기하는 문제점이 있었다. 그러나 해조류 펄프 제조 공정은 목재 펄프와 상이하여 고유의 기술을 요구한다. 특히, 해조류에 다량 함유된 염분 및 기타 불순물의 제거나, 섬유의 기계적 강도를 손상시키지 않으면서 안정적인 품질의 펄프를 대량 생산하는 기술은 아직 완성되지 않았다. 또한, 해조류의 주요 성분인 알지네이트(Alginate)는 우수한 필름 형성 능력과 생분해성을 지녀 코팅 소재로서의 가능성을 보이지만, 강한 친수성으로 인해 내수성이 거의 발현되지 않는다. 또한, 알지네이트 단독으로 사용 시 기계적 강도가 약하고 유연성이 부족하여 쉽게 균열이 발생하는 등, 식품 포장용 코팅재로 직접 사용하기에는 부적합하다는 문제점이 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 코팅 종이의 전체 제조 공정을 나타내는 순서도이다. 도 2는 도 1의 펄프 제조 단계를 더욱 상세하게 설명하기 위한 세부 공정 순서도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 친환경 식품 포장용 코팅 종이의 단면 구조를 나타내는 모식도이다. 도 4는 본 발명에 따른 코팅액의 도포량 변화에 따른 코팅 종이의 수분 투과도(WVTR) 및 산소 투과도(OTR)의 변화를 나타내는 그래프이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다. 본 발명은 폐기되는 해조류 자원을 업사이클링(Upcycling)하여 친환경 펄프 및 종이를 제조하고, 제조된 해조류 펄프 함유 종이의 표면에 해조류 유래 알지네이트(Alginate) 기반 복합 조성물을 코팅하여 기존 석유계 플라스틱 코팅을 대체할 수 있는 우수한 내수성, 내유성 및 차단성을 갖는 친환경 식품 포장재를 제공할 수 있다. 이를 위해, 본 발명은 (1) 해조류 원료로부터 펄프를 제조하고 이를 포함하는 종이 기재를 제조하는 공정과, (2) 제조된 종이 기재의 표면 특성에 최적화된 코팅액을 제조하고 이를 도포하여 기능성 코팅층을 형성하는 공정을 유기적으로 결합한다. 이하에서는 본 발명에 따른 친환경 코팅 종이의 전체 제조 공정을 도 1을 참조하여 설명하고, 각 단계별 세부적인 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해조류를 이용한 친환경 식품 포장용 코팅 종이의 전체 제조 공정을 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 친환경 식품 포장용 코팅 종이는 해조류 원료 준비 단계(S110), 펄프 제조 단계(S120), 초지 단계(S130), 표면 코팅액 제조 단계(S140), 표면 코팅 단계(S150) 및 코팅 종이 완성 단계(S160)를 거쳐 완성된다. 먼저, 펄프의 원료가 되는 해조류를 준비한다(S110). 본 발명에서는 펄프 제조를 위하여 괭생이모자반, 미역, 다시마 등과 같은 갈조류, 갈파래 등의 녹조류 및 꼬시래기와 같은 홍조류 등 다양한 해조류가 원료로 사용될 수 있으며, 특히 해양 생태계에 유해한 영향을 미치는 해양 폐기물을 수거하여 업사이클링 하는 것이 바람직하다. 준비된 해조류 원료는 먼저 해수 또는 담수로 수차례 세척하여 표면의 염분 및 이물질을 1차적으로 제거한다. 이 후, 후속 공정의 효율을 높이기 위해 건조 및 분쇄 과정을 거쳐 일정한 크기의 입자로 가공하는 것이 유리하다. 준비된 해조류 원료로부터 섬유질을 추출하여 펄프를 제조한다(S120). 펄프 제조 단계는 해조류의 비섬유성 성분을 제거하고 순수한 섬유질만을 분리하여 펄프를 수득하는 핵심 공정으로, 그 세부적인 과정은 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 펄프 제조 단계(S120)는 증해 단계(S210), 중화 및 불순물 제거 단계(S220), 펄프 분리 및 정제 단계(S230), 표백 단계(S240) 및 건조 및 정제 단계(S250)을 포함한다. 가공된 해조류 원료에 대하여 섬유 조직을 연화시키고 가공을 위한 증해 과정을 수행한다(S210). 본 발명에서는 해조류 섬유의 리그닌 및 헤미셀룰로오스 일부를 용해하고 섬유 구조를 약화시키기 위해 알칼리성 약액을 투입하여 증해(Pulping) 과정을 수행한다. 이 때, 알칼리성 약액으로는 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(ㅏOH)이 사용될 수 있으며, 환경에 미치는 영향을 고려한다면 수산화칼륨을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 일 실시예에 따르면, 약액 투입을 통한 증해 과정의 수행 전에 해조류 원료를 증류수 또는 물에 먼저 불리는 전처리 불림 과정이 더 포함될 수 있다. 해조류가 먼저 수분을 흡수하게 하여, 증해 과정에서 강한 약액이 섬유 내부로 과도하게 흡수되는 것을 방지하고, 표면에서부터 효과적으로 반응하도록 유도할 수 있다. 이러한 전처리 불림 과정은 해조류 원료의 상태에 따라 선택적으로 포함될 수 있다. 알칼리 약액