화학저널

CKD, PP 단일소재화 기술 개발 … 닛폰케미칼, RFID 일체성형

포장소재는 니즈 다양화를 타고 다양한 가공기술이 개발되고 있다.
환경보호 수요 충족을 위해 단일한 소재로 성형하는 기술이 대표적이며, 생산제품의 추적가능성이 주목받으면서 포장 단계부터 RFID(무선자동식별) 태그를 일체화하는 가공법도 주목되고 있다.
포장기기 메이저 CKD는 포장재의 환경보호 기능을 강화하기 위해 뚜껑과 용기를 모두 PP(Polypropylene)로 생산하는 단일소재화 기술 개발에 성공했다.
과거에는 폐기했던 포장 단재를 재이용할 수 있게 됐으며 플래스틱과 알루미늄 사용량을 줄이고 100% 천연 소재에 적용 가능한 기술 개발로 나아갈 방침이다.
식품 등에 사용되는 용기는 내용물의 품질 유지가 중요한 동시에 개봉이 쉬워야 하며 상충하는 요구 사항을 충족시키기 위해 서로 다른 소재를 사용하는 것이 일반적이다.
하지만, 동일 소재가 아니면 분리 배출이 요구되거나 한 번에 리사이클하기 어려워 플래스틱 재이용을 장려하고 있는 유럽과 미국을 중심으로 뚜껑과 용기 본체를 같은 소재로 제조함으로써 리사이클을 용이하게 하는 움직임이 본격화되고 있다.
뚜껑과 용기 소재를 통일하면 융점이 같아 상충하는 요구 기능을 모두 충족하기 어려운 한계가 있으나 CKD는 용기 성형부터 내용물 충진, 씰, 상품화 등 모든 단계를 자동화하고 압력, 온도, 시간 등 조건을 디지털로 제안하는 방식으로 최적화했다.
이를 통해 뚜껑과 용기 본체는 PP, 접착층은 PE(Polyethylene) 등 올레핀계 수지로 통일해도 상충하는 기능을 모두 충족할 수 있음을 확인했다.
원래는 뚜껑 소재로 융점이 섭씨 약 220도인 PET(Polyethylene Terephthalate)나 나일론(Nylon), 용기에는 융점이 120-140도인 PP가 사용되는 것이 일반적이며 융점 간 차이가 큰 만큼 씰 조건의 폭을 넓힐 수 있어 성형품질 균일화를 도모할 수 있다.
CKD는 개발기술로 단일소재화 뿐만 아니라 다양한 포장재를 대상으로 친환경 성능을 향상시키는 방안을 검토하고 있다.
현재까지 종이와 얇은 플래스틱을 일체성형하는 기술로 플래스틱 사용량을 87% 줄이면서도 플래스틱 용기와 비슷한 수준의 밀봉성과 내열성, 내한성 등을 실현했다.
또 성형 후 결정화시키면서 도중에 냉각시켜 굳히는 비결성 PET 열 세트 성형으로 내열성을 기존 60도에서 100도로 끌어올렸고 PP의 약 4배에 달하는 강도를 유지하면서 고가의 결정성 PET를 대체할 수 있는 기술로 상용화하는 것을 목표로 하고 있다.
이밖에 알루미늄 사용량을 감축하는 AL 성형, 발포 PP와 PBT(Polybutylene Terephthalate)를 겹쳐 가열성형하는 발포 PP/PBT 라미네이트 성형은 플래스틱 사용량을 30% 감축할 수 있다.
또 기존에는 가열하면 건조돼 성형이 불가능했던 한천에 수분량 조절을 통해 전분으로 뚜껑을 만드는 방법도 개발해 식용‧생분해성 포장재용 수요 개척에 나설 예정이다.
닛폰케미칼(Nippon Chemical)은 합성지 생산기업 유포(Yupo)와 함께 용기 성형과 동시에 라벨, RFID 태그 등을 일체화할 수 잇는 새로운 가공법 개발에 성공했다.
양사 기존제품 간 조합을 통해 상품 디자인 및 외관을 변형하지 않고도 RFID 태그를 부착할 수 있음을 확인했으며 제조공정 간소화 및 자원 절감 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다.
재고 관리와 위조 방지를 위해 RFID 태그 활용이 본격화되고 있는 화장품, 의약품 분야를 주요 타깃으로 삼고 최종제품 생산기업이나 용기 생산기업에게 제안하며 채용실적 확보에 나설 계획이다.
유포의 합성지는 PP와 무기필러를 주요 원료로 3중 구조로 만든 특수 2축 연신 필름으로 종이 같은 질감과 외관을 만들 수 있고 인쇄 적합성까지 갖춘 것으로 평가된다.
양사는 유포의 뒷면에 RFID 태그를 부착하고 인몰드 성형으로 용기와 일체화하는 가공법을 개발했다. 인몰드 성형은 용기의 금형 라벨을 설치하고 성형 시 열을 이용해 일체화하는 방법이다.
RFID 태그 배선에는 아연화구리 페이스트, IC(집적회로) 칩을 탑재하기 위한 이방도전접착제를 사용했다.
모두 닛폰케미칼 생산제품으로 아연화구리 페이스트는 빛 에너지를 이용해 소결하는 광소결 프로세스로 배선을 형성할 수 있고, 이방도전접착제는 UV(Ultra Violet) 경화형 타입 등을 활용해 최단 1-2초만에 UV 조사로 경화할 수 있도록 했다.
2개 소재를 통해 종이와 PP 등 열에 약한 소재에 RFID 태그를 실장할 수 있게 됐으며, 신규 가공법 개발을 통해 라벨 뒷면에 RFID 태그를 직접 탑재하는 방식으로 상품 디자인 및 외관을 저해하지 않고도 RFID 태그를 부착하는데 성공했다.
일반적으로 RFID 태그에 사용하는 PET필름 등 기재가 필요하지 않은 가공법이어서 제조공정을 줄이거나 자원을 절감하는 효과가 기대되고 있다.
일본 자동인식시스템총회는 RFID 태그를 포함한 자동인식기기 시장이 2024년 출하액 기준 2739억엔으로 전년대비 2.2% 성장할 것으로 예상하고 있다.
최근 전자상거래 관련 물류와 의료, 식품, 소매 분야에서 자동인식기기 활용이 늘고 있으며 제조업에서도 수요가 증가하면 5% 성장할 가능성도 있는 것으로 판단된다. (강윤화 책임기자)