제1장 Heat seal 기술의 연혁과 기능 - 1

[YDfamily]

잠깐 일본 포장기술 편람의 번역을 중단하고 이 책의 번역을 시작하게 되었습니다.

이유는 실링에 대한 내용을 보다 심도 깊게 공부하여 여러분과 함께 나누기 위함입니다.

후에 이와 관련된 오프라인 강좌(올패키징)에서 찾아 뵐 예정이오니 필요하신 분은 미리 예습해 주세요.

우리는 이제까지 실링은 그냥 뜨겁게 씨게 누르면 되는 것으로만 알고 있었습니다만, 이 실링에 대한 원리를 생각해 보신 분들은 그리 많지 않을 것입니다.

일본에 마침 실링만을 따로 연구하여 책까지 편찬한 히시누마 카즈오(菱沼一夫)라는 분이 계신데, 이분이 약 10여년 전에 한국에 와서 강의도 하고 그랬습니다. 우리가 그냥 묵과하였던 실링의 이론을 재정립하고 상당한 노력을 하신 분으로 생각합니다.

이 분이 지은 책을 번역하여 올리겠습니다.

제1장 Heat seal 기법의 연혁과 기능

1.1 Heat seal 기법의 발전의 개황

사물의 안전한 보존과 물류로 포장이 기능하고 있다. 그리고 제품의 사용 편리성, 염가화가 기대되고 있다. 포장에 대한 기대 기능은 단순히 싸는 것에서 고도의 밀봉성이 요구되어지고 있다. 그 대표는 미생물, 유해물질, 산소, 수분의 침입 방지의 안전성과 포장물이 갖고 있는 향기 성분 등의 가스 성분의 유출 방어의 밀봉성을 확보하는 데에 있다.

20세기에 들어 석유화학 산업은 플라스틱을 생산하고 있다. 플라스틱은 사람들의 생활에 깊숙이 침투하여 불가결한 재료로 되어 있다. 플라스틱은 포장재료로서 포장계에서도 폭 넓게 보급되어 있다.

플라스틱 포장의 발전은 포장 상품의 대량 생산을 가능하게 하고, 소량 포장이나 사용단위의 소분 포장(portion pack)을 발전시키고 있다.

서구에서는 유해물의 의도적인 혼입 방지 대책(테러 대책)에 플라스틱 포장의 기능을 이용한 사용단위의 소형 포장(portion pack)이 발전하고 있다. Portion pack의 염가화와 근래에 예측되고 있는 음료수, 음료의 공급위기에 있어서 낭비의 배제, 효율적 공급과 물류에 공헌 가능하다고 기대되고 있다.

플라스틱을 이용한 포장에는 필름이나 시트로부터 제대, 용기 성형이나 봉함에 용이한 가열과 냉각으로 접착이 완성 가능한 heat seal(이하 HS)법이 적용되고 있다.

레토르트 식품에 대표되는 조리식품, 유아용 식품, 고령자 용품, 주사약제, 복용 약품, 과자류, 생활건강 용품, 전자부품, 정밀기계 부품 등의 봉함에 HS이 적용되고 있다. 이것들의 포장품은 인당 10개 이상도 사용되고 있다고 추정 가능하다. 국내에서 5억개/일 이상의 대량 HS 제품이 시장에 등장, 소비되고 있는 것이다. HS에서는 접착면에 수십도에서 백수십도의 용융온도 이상으로 가열한 후에 용융 온도 이하로 냉각에 의해 용이한 접착이 가능하기 때문에 플라스틱의 보급과 함께 반세기 이상도 전부터 이용되고 있다.

HS에서 일어나는 대표적 부적합은 가열 부족, 파대, 핀홀이 있다. 이 검사는 열융착 후의 제품의 인장 시험 등의 파단 시험에 의해 행해지고 있다. HS의 가열온도(용착면 온도)를 직접적으로 관리 불가능한 문제가 지금도 세계적으로 계속되고 있고, 대책으로서 재료의 두께 증가, 고온 내성 재료의 채용이 행해지고 파우치나 용기의 코스트 업이 되고 있다.

여기에서는 종래의 정성적, 경험치적인 해석과 검토 방법의 개선을 목적으로 하여 열접착의 용착면 온도를 파라미터로 하여, 포장 재료의 고유 특성을 확실히 발휘시키는 HS의 가열 방법의 최적화에 대해서 이야기하겠다.

1.2 플라스틱의 HS성 개선의 연혁

열가소성 플라스틱은 열용융하는 특성과 산소, 수분, 가스류의 투과성을 다소 갖고 있다. 밀봉에서는 핀홀의 발생 등을 일으키지 않는 적절한 조건의 기밀성이 보증된 접착이 요구되어진다. 포장의 기능재와 접착층(heat sealant)을 겸하는 단층 필름에는 핀홀의 발생 등의 열접착의 결점이 많이 보이고, 확실한 seal이 어럽다.

불안전한 HS의 회피와 함께 가스 배리어성을 양립시키기 위해서는 기능이 다른 2종 이상의 필름을 접합시키는 라미네이션 기술이 대두되었다.

Heat sealant는 가열 시에는 연화, 용융하기 때문에 외부 응력으로 용이하게 변형 또는 절단되기 때문에 라미네이션의 표층재는 heat sealant의 용융온도보다 높은 것이 선택되고, 내응력 기재의 기능을 가지도록 설계된다.

HS기법에는 HS면에 미세한 이물의 껴 들어가 발생하는 부적합 대응이 기대되고 있다. 게다가 고온 가열에 있어서도 열변성의 영향이 적은 재료의 개발이 기대되어 왔다.

1979년에 Dow사가 heat sealant로 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(L-LDPE)를 발표하였다. LLDPE는 분지 폴리머의 길이가 짧기 때문에 분자 결합력이 증가하여 열접착 특성이 개선되었다. LLDPE는 고온, 고압 하에 radical 중합이 아닌 이온 중합으로 합성되기 때문에 열접착의 재가열 후에 산화(radical)가 일어나기 어렵고, HS 온도대에서 열변성이 적은 좋은 HS 재료이다. 이 재료는 협잡물이나 고온 가열의 부적합에 요구되는 정도로 대응 가능하기 때문에 지금도 많이 보급되어 있다.

1.3 HS의 포장 품질의 요지 기능

의약품, 식품의 포장의 중점 품질관리의 항목으로 3항목을 제기할 수 있다. 이 항목의 발생원인과 방어 대책 항목을 정리하면 표1.1과 같다. 이 표로부터 알 수 있듯이 미생물의 침입 방어의 보증 항목과 가스 배리어 기능에 HS에 중요한 기대가 요구되고 있음을 알 수 있다. 침입 방어의 보증은 HACCP의 실시 항목과 일치하고 있다.

표1.1 의약품, 식품 포장의 중점 품질관리 항목에 있어 HS의 위치