포장재 PVDC 사용에 대하여 알아보겠습니다

서론

 

Polyvinylidene chloride(PVDC)는 비닐리덴 클로라이드(Vinylidene Chloride) 단량체의 중합으로 만들어진 고분자로, 습기, 산소 및 기타 가스를 차단하는 우수한 특성 덕분에 포장 산업에서 널리 사용됩니다. 이 글에서는 PVDC의 정의, 분자 구조, 차단 특성, 연소 시 유해물질 발생, 주요 사용 사례 및 대체재의 부족에 대해 다룹니다.

 

1. 정의 및 구조

 

Polyvinylidene chloride(PVDC)는 비닐리덴 클로라이드(Vinylidene Chloride) 단량체의 중합으로 만들어지는 고분자입니다. PVDC는 습기, 산소 및 기타 가스를 차단하는 우수한 특성 덕분에 포장 산업에서 널리 사용됩니다.

 

비닐리덴 클로라이드의 화학식은 C₂H₂Cl₂ 이고, PVDC의 반복 단위는 (C₂H₂Cl₂)_n으로 나타낼 수 있습니다.

 

2. 분자 구조

 

PVDC는 반복되는 비닐리덴 클로라이드 단위로 이루어진 선형 고분자 구조를 가지고 있습니다. 이 구조에서 염소 원자의 존재는 차단 특성에 중요한 역할을 합니다. 분자 구조는 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

 

-CH₂-CCl₂-_n

 

3. 차단 특성

 

PVDC는 산소와 수분에 대한 뛰어난 차단 특성으로 유명합니다. 이러한 특성의 구조적 이유는 다음과 같습니다.

 

3.1 염소 원자: 큰 염소 원자가 가스 분자가 이동할 수 있는 경로를 더욱 꼬이게 만들어 가스 확산을 현저히 억제합니다.

3.2 결정성: PVDC는 높은 결정성을 가지고 있어, 가스가 투과할 수 있는 비정질 영역이 적습니다.

3.3 분자 간 힘: 염소 원자 사이의 강한 분자 간 힘(쌍극자-쌍극자 상호작용)이 가스 분자의 이동성을 더욱 줄여줍니다.

 

이러한 특성 덕분에 PVDC는 식품과 같은 변질되기 쉬운 상품을 보호하는 포장재로서 매우 적합합니다.

 

4. 연소 및 유해물질 발생

 

PVDC가 연소되면 주로 염소 함량으로 인해 유해 물질이 방출됩니다. 연소 과정은 여러 단계로 이루어집니다.

 

4.1 탈염소화 반응: 고온에서 PVDC는 탈염소화 반응을 거쳐 염화수소(HCl) 가스를 방출합니다.

4.2 연소: 고분자 골격이 분해되며, 산소가 존재할 때 이 과정에서 다이옥신과 퓨란과 같은 고독성의 환경 오염 물질이 형성될 수 있습니다.

 

PVDC + O₂ → CO₂ + H₂O + HCl + Dioxins

 

위의 이유로 아래와 같이 법령으로 사용 금지에 대한 조항이 있습니다. ↓

 

https://www.law.go.kr/lsSc.do?section=&menuId=1&subMenuId=15&tabMenuId=81&eventGubun=060101&query=%ED%8F%AC%EC%9E%A5#undefined

 

5. 사용 사례 및 대체재의 부족

 

환경적 우려에도 불구하고, PVDC의 독특한 특성 덕분에 특정 응용 분야에서 여전히 필수적입니다.

 

5.1 의약품 포장: PVDC는 블리스터 팩(blister pack)과 같은 의약품 포장에 사용됩니다. 이는 습기와 가스를 차단하여 민감한 약물의 안정성과 유통기한을 보장합니다.

 

5.2 냉동 식품 포장: 냉동 식품의 경우 PVDC는 냉동 화상(freezer burn)을 방지하고 품질을 유지하는 데 효과적입니다.

 

5.3 대체재의 부족

 

PVDC의 대체재를 찾으려는 노력은 환경적 우려로 인해 촉진되고 있지만, 몇 가지 어려움이 존재합니다.

 

5.3.1 차단 특성: PVDC의 습기 및 산소 차단 특성을 동시에 충족하는 소재는 거의 없습니다. 에틸렌 비닐 알코올(EVOH)과 폴리아미드(PA)와 같은 고분자는 좋은 차단 특성을 제공하지만 추가 층이 필요하며 비용이 더 많이 듭니다.

 

5.3.2 가공성: PVDC는 다른 소재와 공동 압출 또는 라미네이트가 가능하여 포장 디자인에서 다용도로 사용됩니다. 이러한 가공성은 잠재적 대체재가 쉽게 따라오지 못합니다.

 

결론

 

PVDC는 그 뛰어난 차단 특성 덕분에 포장 산업에서 중요한 소재로 남아 있습니다. 염소 원자의 존재와 강한 분자 간 힘 덕분에 가스를 차단하는 능력이 뛰어나며, 이는 식품과 의약품 포장에서 매우 유용합니다. 연소 시 독성 물질의 방출은 중요한 문제이지만, 의약품 및 냉동 식품 포장과 같은 특정 응용 분야에서는 여전히 대체재가 부족하여 사용이 계속되고 있습니다.

 

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