포장 개론과 환경 - 환경 - 친환경 포장 설계, 친환경 포장재 종류 및 특성

친환경 포장의 중요성

포장 산업이 환경오염에 일정 부분 책임이 있으며, 친환경적인 포장 소재 개발의 필요성.
친환경 포장은 제조, 사용, 폐기까지의 전 과정에서 환경 부담을 최소화하는 것을 목표로 함.
LCA(생명 주기 평가)를 통해 포장의 전체 환경 영향을 평가하고, 이를 기반으로 한 정책 수립의 중요성.

친환경 포장 설계 기술

1. 포장 재료 사용의 감량화

감량화된 포장 형태와 포장재 개발.
고차단성 단일재질의 필름 및 시트 개발.
포장재 부피와 두께 감축(예: 유리, 캔, PP, PET병 등).
감량 후 폐기 가능한 포장용기 및 기술 개발.

2. 재활용과 재사용 용기 개발

재활용 용기 개발 및 식품용기 적용성 검토.
Retunable 포장 용기 및 기술 개발.

3. 생분해성 플라스틱 개발

광, 미생물 분해성 플라스틱 개발.

4. 친환경적 가공기술의 개발

수성 잉크 및 코팅제 개발.
제지공정 중 슬러지 감량 기술 개발.
비목재사용 펄프와 콜라겐, 옥수수전분 등을 플라스틱과 섞은 분해성 필름 개발.

친환경 포장 전략

요람에서 무덤까지(Total Energy and Total Pollution을 고려한) 환경에 적합하고 경제적인 포장 창조.
포장재료를 절감하는 모든 방법을 친환경적으로 만들어 내는 전략.

사례 연구

스위스 미그로스(Migros)의 우유용기 필로우 포장 채택 사례로, 필로우 포장이 환경 부하가 가장 적음을 LCA를 통해 결론지음.
 

분해성 플라스틱의 개념 및 중요성

분해성 플라스틱은 자연 조건 하에서 미생물의 작용에 의해 수개월 내지 몇 년 안에 물, 이산화탄소, 메탄 등으로 분해되는 고분자 물질을 말합니다. 이는 전통적인 합성 플라스틱이 환경에 장기간 남아 환경오염을 유발하는 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다.
 

분해성 플라스틱의 종류

 
1. Polylactic Acid (PLA): 옥수수 전분에서 추출한 젖산을 중합시켜 만든 플라스틱으로, 투명성이 뛰어나고 식품 포장재로 많이 사용됩니다.
2. Polyhydroxyalkanoates (PHA): 미생물이 생성하는 생분해성 폴리에스터로, 물과 이산화탄소로 완전히 분해됩니다.
3. Polycaprolactone (PCL): 석유계 합성 고분자지만, 미생물에 의해 비교적 쉽게 분해됩니다.
4. Starch-based bioplastics: 자연에서 쉽게 얻을 수 있는 전분을 기반으로 한 플라스틱으로, 생분해성이 뛰어납니다.

친환경 포장재의 특성

- 환경 보호: 자연 분해되어 환경오염을 최소화합니다.
- 에너지 절감: 생산 과정에서 전통적인 플라스틱에 비해 적은 에너지를 사용합니다.
- 재활용 가능: 일부 분해성 플라스틱은 재활용이 가능하여 자원의 효율적 사용을 도모합니다.
- 용도의 다양성: 음식 포장, 일회용품, 농업용 필름, 의료용품 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

친환경 포장재의 활용 예

- 식품 포장: PLA 기반 컵, 접시, 포크 등 일회용 식기와 식품 포장 필름.
- 농업: PHA 또는 전분 기반 묘목받침 포트, 농약용 캡슐재질로 사용하여 생분해성이 요구되는 환경에서 활용.
- 의료용품: 일회용 주사기 및 포장재로 사용되며, 환경 보호와 함께 위생적인 이점을 제공합니다.
- 생활용품: 샴푸용기, 음료수용기 등 일상생활에서 사용되는 다양한 용기 및 포장재에 적용됩니다.
 

생분해성 플라스틱

생분해성 플라스틱은 자연 환경에서 미생물의 작용으로 수개월 내에 분해되는 플라스틱을 말합니다. 이러한 플라스틱은 주로 전분, 셀룰로오스, 폴리락틱산(PLA), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 등 자연에서 유래한 바이오 기반 고분자로 만들어집니다. 
 

특성

 
분해 속도: 환경 조건에 따라 다르지만, 일반적으로 수개월 내에 자연 분해
용도: 쇼핑백, 포장재, 농업용 멀칭 필름 등
장점: 사용 후 자연 분해되어 환경 오염 감소
단점: 완전한 분해성을 갖지 않는 경우가 있으며, 생산 비용이 높음
 
생분해성 플라스틱의 제조: 전분 등의 자연 분해성 고분자와 합성 플라스틱의 혼합
분해 촉진: 첨가제를 통한 분해 속도의 증가
 

1. 천연고분자

 
천연고분자 기반의 생분해성 플라스틱은 식물이나 동물에서 유래한 자원(예: cellulose, chitin)을 사용하여 제조됩니다. 이러한 플라스틱은 완전히 분해되며 환경에 덜 해로운 대안을 제공하지만, 품질이 균일하지 않다는 단점이 있습니다.

2. 미생물생산 고분자

 
미생물에 의해 생산되는 바이오폴리머(예: PHB, pullulan)는 생분해성이 뛰어나며, 다양한 포장재료로 활용될 수 있습니다. 특히 PHB는 의료 분야에서도 널리 사용됩니다.

3. Biochemical 고분자

 
저가격으로 제조된 아미노산, 당, 폴리에스터 등을 원료로 한 고분자로, 미생물에 의해 분해됩니다. 예를 들어, PLA는 옥수수 전분을 발효하여 젖산을 생산하고 이를 중합하여 제조합니다. PLA는 대량 생산이 가능해 PE를 대체할 수 있는 범용 플라스틱으로 기대됩니다.

생붕괴성 플라스틱

 
생붕괴성 플라스틱은 자연적으로 분해되는 고분자물질(예: 전분)을 합성 플라스틱(예: 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌)과 혼합하여 제조됩니다. 이러한 플라스틱은 분해를 촉진시키기 위해 다양한 첨가제가 포함될 수 있습니다. 미국과 이탈리아에서는 이 분야의 연구와 개발이 활발히 진행 중이며, 쓰레기 봉투나 쇼핑백 등에 실용화가 확산되고 있습니다. 그러나 분해 시기의 정확한 제어와 2차 잔류물의 문제가 아직 남아있습니다.
 
전분 등 첨가형 고분자: PE에 전분을 혼합하여 제조된 생붕괴성 플라스틱은 가격이 저렴하고 범용화가 가능합니다. 다만, 장기간에 걸쳐 분해되며 단기간에는 붕괴만 일어납니다.

광분해성 플라스틱

 
광분해성 플라스틱은 태양광의 자외선 에너지를 이용해 분해되는 플라스틱으로, 자외선 안정제와 광분해 활성제를 활용하여 제조됩니다. 이 플라스틱은 290~315nm 사이의 자외선을 이용해 분해되며, 광분해 과정에서는 주로 산화 반응이 중요한 역할을 합니다. 광분해성 플라스틱의 개발과 실용화에는 다양한 접근 방법이 있으며, 이 중 하나는 광증감 작용이 있는 전이금속 이온과 산화촉진제를 첨가하여 광분해성을 부여하는 방법입니다.
 

광분해성 플라스틱을 만드는 두 가지 주요 방법

 
1. 감광성 관능기 도입형(예: 에틸렌·일산화탄소공중합체, 비닐케톤계 공중합체)
2. 감광성 시약 첨가형(예: 3중항 광증감제 첨가계, 금속화합물 첨가계)
 

특성

분해 속도: 자외선 노출 정도에 따라 다름
용도: 일회용 포장재, 농업용 필름 등
장점: 자외선 노출 시 자연 분해되어 환경 오염 감소
단점: 자외선 노출이 적은 환경에서는 분해 속도가 느림

광분해제 첨가형: 광분해제가 첨가된 플라스틱은 직사광선에 노출되어야 분해되며, 주로 필름 형태의 포장재로 사용됩니다. 가격이 저렴하지만, 중금속 오염의 위험이 있습니다.
 
광분해 방식: 자외선 에너지를 이용한 고분자 고리의 분해
분해 촉진: 자외선 안정제와 광분해 활성제의 사용
광분해성 플라스틱의 예: 에틸렌-일산화탄소 공중합체, 비닐케톤계 공중합체 등
 

펄프 몰드

 

펄프몰드의 정의

 
펄프몰드는 고지나 폐지를 물에 분해시킨 후, 금형을 사용해 진공탈수성형 및 고열압착하여 만든 성형품입니다.

펄프몰드의 역사

- 1936년 덴마크에서 최초 개발, 주로 계란팩 및 농산물 용기로 사용 시작.
- 일본은 1950년대부터 도입, 용도 확대 및 환경문제 해결 수단으로 주목.

펄프몰드의 종류

1. Soft Mould (습식, 회전식 기계): 계란난좌, 청과물 포장, 1차 식품류에 사용.
2. Hard Mould (건식, Press식 기계): 전자제품, 가전제품, 경량 공업 제품 등에 적합.
3. TEX (진공탈수성형 및 press탈수성형 방식): 중량물 포장에 사용.

특성

 
완충성, 작업 효율 향상, 포장의 감량화, 공간 절약성, 환경 친화성(재활용 가능, 소각 시 유독가스 발생 없음) 등을 갖춤.

용도

포장 및 완충재(달걀, 농산물, 모종 화분, 깨지기 쉬운 제품 등), 1회용품(식품트레이, 의료용기 등), 전자제품 포장, 가구 코너 보호 등 다양한 분야에 활용.

환경 친화성

폐지나 고지 등의 천연 섬유로 만들어져 사용 후 재자원화 가능. 흙 속에 매립 시 자연 분해되어 환경 오염을 줄임.
 

펄프 몰드의 제조 방법

 
펄프몰드는 주로 재활용 가능한 종이 재료(신문, 잡지, 골판지 등)를 사용하여 만드는 친환경적인 포장재입니다. 이러한 펄프몰드의 제조 방법은 다음과 같은 공정을 거칩니다:

1. 원료 준비: 신문, 잡지, 골판지 등의 재활용 종이와 지력 증강제 및 기타 첨가제를 준비합니다. 이는 펄프몰드 제품의 강도와 특성을 결정하는 중요한 단계입니다.

2. Pulper 공정: 준비된 원료에 물을 첨가하여 고해(pulping) 시킵니다. 이 과정에서 원료는 약 3~4%의 농도로 배합되며, 약 10분간 운전하여 고해도 80%의 상태로 만듭니다.

3. 원질조정: 철핀 등의 이물질을 제거하고, Pulper에서 미고해된 분을 고해합니다. 이는 최종 제품의 품질을 보장하기 위해 필수적인 과정입니다.

4. Chest: 고해된 원료를 저장한 후 다음 공정으로 이송, 공급합니다.

5. 농도조절기: 원료의 농도를 2%에서 1.5%로 조절합니다. 이는 몰딩 기의 종이 두께 및 품질을 결정하는 중요한 요소입니다.

6. 몰딩기: 원료 농도와 투입 시간에 의해 종이 두께 설정이 이루어집니다. 이 과정에서 원하는 형태와 크기의 펄프몰드를 만들 수 있습니다.

7. 건조기: 제조된 펄프몰드를 내부 온도 약 120~200°C에서 건조시킵니다. 이는 펄프몰드의 강도와 내구성을 증가시키는 중요한 단계입니다.

8. 가열성형기 및 인쇄기: 건조된 펄프몰드에 필요한 경우 추가적인 성형 및 인쇄 작업을 진행합니다. 이를 통해 최종 제품의 외관을 개선하고, 사용자의 요구에 맞게 제품을 맞춤화할 수 있습니다.

9. 제품창고 및 출하: 완성된 펄프몰드 제품을 제품창고에 저장한 후 필요에 따라 출하합니다.
 

코르패드

 
코르패드(Corrupad)는 포장 산업에서 사용되는 친환경적인 완충재로, 폐지를 주원료로 사용합니다. 이는 지속 가능한 포장 솔루션을 찾는 현대 사회의 요구에 부합하는 제품입니다. 

정의 및 구성

 
- 코르패드는 ‘CORRUGATE(골판지)’와 ‘PAD(패드)’의 합성어로, 주로 폐지를 재활용하여 만든 친환경적인 종이 완충재입니다.
- 이는 포장할 제품을 보호하고, 충격으로부터 제품을 안전하게 지키는 역할을 합니다.

제조 과정 및 특성

- 코르패드의 제조 과정은 금형이 필요 없어 개발 비용 및 시간을 절약할 수 있는 큰 장점이 있습니다.
- 디자인 변경이 용이하여 제품 개발 단계에서의 수정이나 개선이 필요할 때 신속하게 대응할 수 있습니다.
- 100% 재활용지 사용으로 환경 부담을 줄이는 동시에, 적재 및 하중 지탱력이 뛰어나다는 특징을 가지고 있습니다.
 

환경적 가치

- 코르패드의 사용은 폐지의 재활용을 촉진시키며, 자원의 효율적 사용을 가능하게 합니다.
- 제품 포장 과정에서 발생할 수 있는 환경 오염을 줄이며, 지속 가능한 포장 솔루션을 제공합니다.

적용 예시 및 이점

- 전자제품, 가정용품, 식품 등 다양한 산업 분야에서 포장재로 활용됩니다.
- 금형이 필요 없어 초기 투자 비용이 저렴하며, 제품의 디자인 변경에 따른 비용 및 시간 소모가 적습니다.
- 높은 완충 성능으로 제품 보호에 탁월하며, 뛰어난 적재 및 하중 지탱력으로 제품의 안전성을 높입니다.
 
 

멀티 쿠션

 
멀티쿠션은 골판지를 개선한 혁신적인 포장 소재로, 고지를 원료로 하여 제작되며 뛰어난 완충력과 강도를 제공합니다. 이는 기존 골판지의 한계를 보완하여 설계된 제품으로, 포장 산업에서 중요한 역할을 합니다.

정의 및 구성

 
멀티쿠션은 고지를 주 원료로 하여 제작된, 지그재그 형태의 골 구조 위에 일반 평면을 다중 접합한 구조의 포장 완충재입니다. 이 구조는 기존 골판지의 완충력과 강도를 향상시키기 위해 개발되었습니다.

특징 및 장점

- 지그재그 형태의 골 구조를 가지며, 별도의 가공 없이 다양한 형태로 변형이 가능합니다 ("L"자, "ㄷ"자 등).
- 순수한 종이 소재를 사용하여 100% 재활용이 가능합니다.
- 기존 골판지 대비 뛰어난 완충력과 강도를 제공합니다.

환경적 가치

멀티쿠션은 환경 친화적인 포장 소재로, 100% 재활용 가능한 종이 소재를 사용함으로써 자원의 효율적 사용과 환경 오염 감소에 기여합니다.
 

적용 사례 및 한계

멀티쿠션은 전자제품, 가정용품, 식품 포장 등 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 그러나 수분에 약하며 반복하중 시 강도 복원이 어려운 단점이 있습니다.
 

하니 쿠션

 
하니쿠션은 골판지를 활용하여 제품 보호와 완충을 목적으로 개발된 포장재료입니다.

정의 및 제작 과정

하니쿠션은 제품의 특성에 적합한 골판지 원지를 선택하여 편면골판지로 제작한 후, 적층하여 제품 규격에 맞게 커팅, 프레싱, 접착 등의 과정을 거쳐 제작됩니다.

장점

강도가 높고 완충성이 우수하여 중량물 완충재로서의 사용 범위가 넓습니다. 이는 제품을 안전하게 보호할 수 있는 하니쿠션의 큰 장점으로 볼 수 있습니다.

개발 및 적용 과제

보다 다양한 설계 기술 개발과 경제성 보완이 필요합니다. 또한, 설비의 국산화와 자동화가 추진되어야 하며, 이는 현재 하니쿠션 적용의 걸림돌로 작용하고 있습니다.

환경적 가치

하니쿠션의 제작 과정에서 골판지를 사용함으로써 재활용 가능한 자원 활용 측면에서 환경적 가치를 가지고 있습니다. 이는 친환경 포장재료로서의 중요한 요소입니다.