1. 서 론

최근 환경 보호와 지속 가능한 개발에 대한 관심이 높아짐에 따라, 재활용 가능한 친환경 소재에 대한 수요가 급증하고 있다. 특히, 플라스틱 기반 소재의 상용화와 더불어 배달음식, 비대면 소비, 간편식 소비가 성행하며 난분해성 일회용 용기 및 포장재 사용량이 크게 증가하고 있다.¹⁾ 이로 인해 난분해성의 플라스틱 기반 포장소재 폐기물량이 급격히 증가하면서 심각한 환경 오염 문제가 대두되고 있다.²⁾ 플라스틱 폐기물은 자연 분해가 어려워 매립 시 토양 및 수질 오염의 주범으로 작용하며, 재활용이 용이하지 않아 과다한 처리비용을 발생시키기에, 이러한 플라스틱 폐기물 발생을 저감하기 위해 전 세계적으로 탈플라스틱 정책이 확대 적용되고 있다. 플라스틱 소재로 이루어진 기존 일회용 용기 및 포장재를 대체하는 대표적인 친환경 대체소재로서 재활용이 용이하며 생분해성이 우수한 천연펄프로 제조되는 펄프몰드 기반 포장재의 수요가 크게 증가하고 있고 폭넓은 적용을 위한 관련 기술개발이 더욱 활발히 이루어지고 있다.^3,4)

펄프몰드는 재활용이 용이한 천연펄프섬유를 사용하여 제조되고 다양한 형태와 구조로 성형될 수 있음에 따라 기존의 플라스틱 기반 포장재 이외의 용도로도 그 적용이 확대되고 있다. 펄프몰드는 포장재, 트레이, 용기 등 여러 제품에 적용되어 사용되고 있는데, 특히 과일 트레이, 계란판, 전자제품 보호재 등에 주로 사용되었으나, 최근에는 일회용 용기 또는 간편식 포장재 등으로 사용이 확대되고, 그 활용성이 증대됨에 따라,^5,6)식품 포장용도에 적합한 펄프섬유에 대한 가이드라인 등이 제시되는 등 다양한 관련 연구들이 보고되고 있다.⁷⁾

펄프몰드는 목질펄프 섬유를 해리한 지료를 일정한 형태를 가지는 금형에 직접 진공 및 압착 성형하여 제조됨에 따라 3차원 구조를 가지게 되는데, 그 구조적 특성이 제품의 품질에 큰 영향을 미치게 된다. 펄프지료의 3차원적인 금형틀 안에서 진공흡착에 의한 지필형성과 이후 압착건조를 통한 과밀화가 이루어지는 공정특성 상 성형시 금형틀에 배치된 진공홀 형태와 분포가 지료의 진공흡착으로 성형되는 지필의 평량을 결정하게 되고 3차원 구조의 특성상 중력의 영향에 의한 성형시 지료의 3차원 금형에서 흐름이 발생하는 영향 등으로 3차원 펄프몰드의 벽면과 바닥면에서 구조적 차이가 발생할 수 있다. 이러한 펄프몰드 제품의 부분별 구조 차이는 이에 따른 물성의 변화를 가져올 수 있는데, 특히, 평량의 변화와 이와 함께 발생될 수 있는 벌크특성의 변화 등은 제품의 강도, 흡수성, 완충성 또는 단열특성 등의 변화를 가져올 수 있다. 특히 식품용 용기나 포장재로 사용되는 경우 벽면과 바닥면의 흡수성 개선을 위한 코팅 등의 표면처리를 적용할 수 있는데 이때 펄프몰드 내의 부분별 구조특성의 차이는 코팅품질의 변이를 가져와 내수성 등 품질특성의 균일성을 저해하는 원인이 될 수 있다.

따라서 펄프몰드의 품질균일성 증대를 위한 제조공정설계 최적화 및 이를 기반으로 한 품질향상을 위하여 3차원 펄프몰드의 부분별로 국부적으로 나타나는 구조적 특성 및 기능성 특성 변화를 정밀하게 평가하는 것이 중요하다. 실제 식품용 용기를 위한 펄프몰드는 단열성 및 보온성 증대를 위하여 높은 벌크 특성을 요구하게 되고, 이와 함께 식품에서 유래되는 수분 및 유분에 의한 변형 및 파손을 방지하기 위한 높은 내수성도 요구된다. 펄프몰드의 품질을 경제적으로 도달하기 위하여는 펄프몰드의 각 부분별 물성을 정밀하게 평가하고, 이를 바탕으로 최적의 제조공정설계가 이루어져야 한다. 또한, 3차원 구조의 국부적 특성 차이를 이해함으로써 코팅 등 추가적인 품질개선과 관리에 있어서도 중요한 펄프몰드 제품 정보를 제공할 수 있다.

펄프몰드에 대한 수요와 활용성이 증대됨에 따라 펄프몰드의 품질과 공정을 개선하기 위한 다양한 연구개발이 지속적으로 진행되어 왔다. 펄프 종류 및 공정 조건에 따른 건식 펄프몰드 특성 변화,⁸⁾ 펄프몰드 원료 변화에 따른 펄프몰드 특성 변화,⁹⁾ 펄프몰드 제조 시 성형 조건에 따른 건조 영향¹⁰⁾등의 연구들이 보고된 바 있다. 이러한 기존 연구들은 펄프몰드 제품의 전반적인 공정 조건과 영향에 관한 것으로, 제조된 3차원 펄프몰드 구조에서의 부분적 구조 변이 및 그 품질특성에 관한 연구는 상대적으로 부족한 상황이다.

포장용 등으로 사용되는 펄프몰드의 필수적인 품질인 내수성을 개선하기 위한 다양한 연구들이 진행되어 왔는데, 펄프원료의 다변화,¹¹⁾ 첨가제 적용¹²⁾ 및 후가공 적용^13,14)에 의한 영향 등 관련 연구들이 보고되어 왔다. 이러한 펄프몰드 품질변화에 대한 연구들에서 펄프몰드의 내수성은 주로 Cobb Test를 적용하거나 일정시간 동안의 침지 등을 통한 펄프몰드 구조의 수분흡수율 비교를 통하여 펄프몰드의 흡수성을 평가하였으나, Cobb Test는 지류제품의 평가를 위하여 개발된 방법으로 일정 크기 이상의 면적에 대하여 측정이 가능한 방법임에 따라 3차원의 복잡한 구조를 가지는 펄프몰드의 구조에서 부분별 흡수성의 정확한 평가는 매우 어려운 상황이다. 특히, 식품용기 등으로 사용되는 트레이 등 3차원 구조의 펄프몰드 제품에서 벽면과 바닥면의 구조적 특징 및 이에 따른 흡수성 차이를 평가하고 분석하기에는 한계가 있는 상황이다.

따라서, 본 연구에서는 펄프몰드의 벽면과 바닥면의 국부적 구조 및 흡수 특성을 평가하기 위한 다양한 방안들을 고안하여 적용하여 보았고, 이를 통해 펄프몰드의 구조적 차이가 흡수 특성에 미치는 영향을 알아보았다. 특히, 기존의 Cobb Test의 원리를 기반으로 좀 더 작은 면적에서 흡수성을 측정할 수 있는 방법을 고안하여 이를 통해 벽면과 바닥면의 부분별 흡수성을 직접 평가하여 이를 분석함으로써 3차원 펄프몰드의 부분별 품질특성을 평가할 수 있는 방법을 제시하고자 하였다.

2. 재료 및 방법

2.1 공시재료

본 연구에서는 사용된 펄프몰드는 습식성형 후 압착건조를 통해 제조되는 평량 400 g/m²의 M사 펄프몰드 트레이 제품을 시료로 사용하였고 흡수성 비교평가를 위해 시중 유통되는 지류제품으로 습자지, 식품크라프트지, 모조지, 아트지, 신문용지를 취득하여 사용하였다.

2.2 펄프몰드 코팅처리

펄프몰드의 표면코팅을 통해 내수성 변화를 알아보고자 펄프몰드 시편 내부와 외부에 노즐 규격 1.8 mm인 중력식 에어 스프레이건(Air spray gun, Bluetec, W-77G, China)을 사용하여 스프레이 코팅을 실시하였다. 내수성 강화 코팅제로는 종이컵 원지 코팅에 사용되는 농도 37%, 점도 996 cP(spindle 63, 60 rpm)인 R사의 제지용 생분해성 아크릴계 코팅제를 분양받아 적용하였고, 이때 코팅액 도포량은 dry pick-up 양이 펄프몰드 전건 중량 대비 10%가 되도록 코팅을 실시하여 그 특성 변화를 평가하였다.

2.3 펄프몰드 구조 평가

2.3.1 벌크 평가

펄프몰드 시편은 온도 23±1°C, 상대습도 50±2%의 조건에서 24시간 동안 조습처리하였으며, 조습처리 이후 평량은 KS M ISO 536에 의거하여 측정하였고 벌크는 KS M ISO 534에 의거하여 평가하였다. 벌크를 측정하기 위해 두께 측정기(Dial indicator, Mitutoyo, 2046-08, Japan)를 사용하였다. 특히, 3차원 구조의 펄프몰드 트레이의 벽면과 바닥면을 일정크기로 절단하여 각각의 경우에서 평량과 벌크를 측정하여 비교평가하였다.

2.3.2 표면 외관 평가

펄프몰드 시편의 흡수성 시험 후, 시험 용액의 침투 정도 및 표면 구조를 평가하기 위하여 디지털현미경(Digital Microscope, HURRISE, China)을 사용하여 관찰하였다.

2.4 흡수성 평가

2.4.1 Cobb test 흡수성 평가

지류품 및 펄프몰드의 표면 흡수성은 Cobb test 방법을 적용하여 실시하였고, 온도 23±1°C, 상대습도 50±2%의 조건에서 24시간 동안 조습처리된 종이 및 펄프몰드 시편을 사용하여 수분흡수성을 평가하였으며, 각 시편을 10 cm × 10 cm 크기로 재단하여 KS M ISO 535에 의거 권장 시험 시간인 300초로 흡수성을 평가하였다.

부분별 시료별 평량의 차이에 의한 흡수량 변화를 보정하기 위하여 전체 수분흡수량을 평량으로 보정한 Cobb test index를 계산하여 수분흡수량 변화를 비교평가하였다.

where,

$$\begin{gathered} m2:dryweightofsamples(g) \\ m1:wetweightofsamples(g) \\ F:10000/testarea(100cm2) \end{gathered}$$

2.4.2 펄프몰드 수용성 잉크흡수성 평가¹⁵⁾

펄프몰드의 구조에 따른 잉크흡수성은 청색 수용성 잉크를 1% 농도로 희석한 용액 200±5 mL를 펄프몰드에 채워, 용액이 펄프몰드 내부로 침투하도록 30초, 3분, 30분, 2시간 각 시간별로 처리하였다. 이후 하면과 벽면에서 1.5 cm × 1.5 cm의 크기로 시편을 채취하고 표면의 중력수를 제거한 상태에서 평가하였다. 채취된 시편의 색도는 색차계(Spectrocolorimeter, 3nh, TS7020, China)를 이용하여 청색도를 나타내는 b^*(yellowness and blueness)값을 측정하였으며, 이를 통해 색도 변화를 비교 및 평가하였다.

2.4.3 국부적 흡수성 평가

기존의 Cobb test 흡수성 표준방법은 면적 50 cm² 이하의 시편에는 적용할 수 없기 때문에, 본 실험에서는 펄프몰드 시편의 각 부분별 평가를 위하여 직경 1.0 cm 크기에서 흡수성을 측정할 수 있는 방법을 고안하였다. 펄프몰드 시료의 벽면과 바닥면을 1.5 cm × 1.5 cm 크기로 재단하여 각각의 시편을 직경 1.0 cm, 용량 5 mL인 국부적 흡수성 측정기와 300초간 접촉시켜 국부적으로 수분을 시편으로 이행시키고 표면의 중력수를 제거한 상태에서 각 부분별 수분흡수량을 평가하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 펄프몰드 구조 평가

본 연구에서는 3차원 구조 펄프몰드의 부분별 구조적 특성을 평가하기 위해 디지털 현미경을 사용하여 펄프몰드의 표면 구조를 관측하여 Fig. 1에 나타내었다.

Fig. 1.

The images of the surface structure of pulp mold samples depending on the observed regions.

Fig. 1의 표면 사진과 확대된 현미경 사진에서는 펄프몰드의 바닥면(Bottom)과 벽면(Side)사이에 유의미한 차이가 관찰되지 않았으나, 내부(front)과 외부(back)의 표면 구조에는 명확한 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 내부의 경우 펄프몰드 제조공정상 열을 가하면서 압착하는 매끈한 금형과 접촉하고 외부의 경우 수분이 빠져나가면서 건조가 이루어지는 메쉬망과 접촉하여 압착건조되어 제조됨에 따라 외부구조에 메쉬망의 와이서 마크가 존재하게 되면서 펄프몰드 내부구조와 외부구조의 특성이 상이하게 나타났다.

Table 1은 펄프몰드의 구조에 따른 물성 측정 결과를 보여주고 있다. 측정 결과에 따르면, 벽면과 바닥면의 평균 두께는 큰 차이를 보이지 않았지만, 바닥면의 평량이 상대적으로 높게 형성됨에 따라 벽면의 벌크가 더 높은 것으로 확인되었다.

3.2 펄프몰드 부분별 흡수성 비교

3.2.1 펄프몰드 부분별 잉크흡수성 비교

3차원 구조 펄프몰드 시편에서 부분별로 잉크흡수성의 차이를 비교평가하기 위하여 펄프몰드 시편을 청색 수용성 잉크를 희석한 용액으로 채우고 일정 시간 동안 방치한 후, 표면 중력수를 제거하였다. 이후 각각 바닥면과 벽면에서 1.5 cm × 1.5 cm의 크기로 시편을 채취하여 잉크흡수량과 색도변화를 측정하여 비교평가하였다.

수용성 잉크 적용시간에 따른 부분별 수용성 잉크흡수량 차이를 나타내는 Fig. 2에서 볼 수 있듯이, 펄프몰드의 바닥면에서 벽면에 비해 상대 잉크흡수량이 많은 것을 확인할 수 있었다. 이는 Table 1에서 보여지는 것과 같이 바닥면의 평량이 높고 두께가 두꺼워 벽면에 비해 상대적으로 많은 양의 잉크가 흡수됨에 따라 나타나는 결과로 판단되었다. Fig. 3에서는 이러한 평량의 차이에 의한 잉크흡수량을 보정하여 평량 당 흡수되는 양을 평가한 결과를 보여주고 있는데 실제 바닥면으로의 잉크흡수량이 벽면에서의 잉크흡수량보다 높지만 그 차이는 크지 않은 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 2.

Differences in Cobb test value depending on the testing time and the pulp mold parts.

Fig. 3.

Differences in Cobb test index depending on the testing time and the pulp mold parts.

시험 용액의 펄프몰드 표면침투 정도를 평가하기 위하여, 잉크흡수성 평가를 마친 시편 각각의 내부의 바닥면과 벽면의 표면을 디지털 현미경을 사용하여 확인하여 Fig. 4에 나타내었으며, 색차계를 이용하여 각 시편의 청색도 b^* 값을 측정한 결과는 Fig. 5에 나타내었다.

Fig. 4에서 나타난 바와 같이, 처리시간이 길어짐에 따라 수용성 잉크의 침투 정도가 뚜렷하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 2 시간 동안 처리한 시편에서 바닥면과 벽면에서 잉크용액이 흡수된 양상이 다르게 나타나는데, 이는 바닥 면과 벽면의 구조적 차이가 존재함을 보여주는 결과로 판단되었다.

Fig. 4.

The surface image differences in pulp mold surface after blue ink absorption test depending on the test time and the pulp mold parts.

Fig. 5는 잉크처리에 의한 각 조건별 내부의 바닥면과 벽면의 색도변화를 색차계로 측정하여 b^*의 변화로 정리한 결과를 보여주고 있는데, 잉크처리 전 펄프몰드 시편의 b^* 값은 바닥면에서 4.8, 벽면에서 4.5으로 측정되었다. 잉크처리 시험 후 처리시간에 따라 바닥면에서 2.08, 0.32, –1.04, –6.56으로 감소하였고, 벽면에서는 2.4, 1.44, –0.02, –4.32로 감소하는 것으로 바닥면에서의 색상변화가 크게 나타나는 것으로 확인되었다. 잉크처리 시간에 따라 모두의 경우에서 b^* 값이 감소하는 경향을 보였으며, 특히 처리시간이 증가함에 따라 바닥면과 벽면의 b^* 값의 차이가 더욱 크게 나타나는 것으로 확인되었는데 이는 Fig. 2에서 보여지는 것과 같이 부분별 수분흡수량의 차이가 처리시간 증가에 따라 더욱 커지는 것과 동일한 결과를 나타내는 것으로 볼 수 있다.

Fig. 5.

The color differences, b^*, in pulp mold surface after blue ink absorption test depending on the test time and the pulp mold part.

3.2.2 펄프몰드의 코팅처리에 따른 흡수성 변화

펄프몰드 시료를 아크릴계 코팅제로 코팅처리하고 흡수도의 변화를 비교평가하였다. 특히, 펄프몰드의 표면구조가 상이한 내부와 외부에서의 수분흡수도 변화를 코팅처리 전후로 비교평가하여 Fig. 6에 나타내었다. 표준 흡수성 측정방법인 Cobb test를 적용하기 위하여 적절한 크기를 가지는 바닥면에서 수분흡수성 변화를 평가하였다. 펄프몰드 내부 안쪽면(front)의 경우 상대적으로 평활한 면성을 가지고 있으며 외부 바깥쪽(back)의 경우에는 와이어 마크가 표면구조에 나타나있는데 이러한 외부에서의 수분흡수성이 큰 것을 확인할 수 있었다. 코팅처리를 실시한 경우 양쪽면 모두에서 수분흡수성 저하가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 6.

The differences in water absorption in pulp mold depending on the coating treatment and each side of the pulp mold .

코팅처리 전후에서 청색수용성 잉크처리 30분 처리에 의한 내부표면 흡수성 변화를 디지털 현미경으로 관찰하여 그 결과를 Fig. 7에 나타내었으며, 색차계를 이용하여 변화된 청색도 b^* 값은 Fig. 8에 나타내었다.

Fig. 7.

The differences in surface images of pulp mold sample after ink absorption test depending on the coating treatment and the pulp mold part.

Fig. 8.

The color differences, b^*, in pulp mold surface after blue ink absorption test depending on the coating treatment and the pulp mold side.

Fig. 7(a)에서 볼 수 있듯이, 펄프몰드는 바닥면과 벽면에서 표면구조의 특성과 수분흡수성이 상이한 것을 확인할 수 있었다. 코팅 전후의 표면흡수성 변화를 비교한 결과, 펄프몰드의 코팅처리에 의해 수용성 잉크의 흡수가 크게 감소하며 색도의 변화가 거의 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 8에서는 Fig. 7에서 보여지는 코팅처리 전후에서의 잉크흡수성 변화를 청색도 값으로 측정하여 나타내었다. 코팅을 하지 않은 펄프몰드의 청색도 b^* 값은 잉크흡수시험에 의해 바닥면에서 –8.6, 벽면에서 –6.67의 감소 정도를 보인 반면, 코팅처리를 실시한 시편에서는 b^* 값은 바닥면에서 –1.2, 벽면에서 –1.5의 감소를 보여 코팅처리에 의하여 잉크흡수성이 크게 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 코팅처리에 의한 효과는 바닥면과 벽면에서 다소 상이하게 나타나는 것을 확인할 수 있는데 코팅처리 하지 않은 시편의 경우 바닥면의 b^* 값 감소가 크게 나타나서 바닥면의 잉크흡수성이 크게 나타난 반면, 코팅처리를 실시한 경우에서는 벽면에서의 b^* 값 감소가 상대적으로 크게 나타나는 것으로 보아 벽면에서의 코팅 후 수분흡수성이 바닥면에 비해 높아진 것으로 판단되었다. 이러한 변화는 바닥면과 벽면의 수분흡수성 차이로 인해 수용성 코팅액의 처리시 코팅액의 흡수정도가 바닥면에서 높게 나타나고 이로 인해 벽면에서의 코팅효과 상대적으로 낮아짐에 따른 것으로 판단되었다. 따라서 펄프몰드의 국부적 수분흡수성의 정확한 평가를 통한 적절한 펄프몰드 품질관리가 필요할 것으로 판단되었다.

3.3 펄프몰드 국부흡수성 평가방법 개발 및 적용

3.3.1 국부흡수성 평가방법 개발

3차원 구조를 가지는 펄프몰드의 수분흡수성이 국부적으로 다르게 나타날 수 있기 때문에 이를 평가하기 위한 방법으로 기존의 Cobb test를 개량하여 작은 면적에서의 수분흡수성 측정방법을 고안하였다. 기존의 Cobb test의 경우 일정크기로 시료를 재단하여 평가를 진행해야 하는 등 실제 국부적으로 작은 면적에 직접적인 평가를 실시할 수 있는 방법을 고안하여 적용하였다. Fig. 9의 모식도에서 나타낸 바와 같이 직경 1.0 cm 크기의 면적을 대상으로 수분흡수성을 측정할 수 있는 방법으로, 이 방법에서는 5 mL 용량의 수분을 채우고 입구에 수분을 전이할 수 있는 다공성 패드를 구비하며 측정 대상 부분 이외로 수분이 새어나가지 않도록 고무패킹을 설치하였다. 이러한 국부흡수성 시험기를 일정크기로 준비된 펄프몰드 국부적인 부분과 균일하게 접촉시켜 수분의 전이 및 흡수를 통해 흡수량 평가를 실시하였다. 본 실험에서는 각각의 시험편을 1.5 cm × 1.5 cm 크기로 재단하고, 300초간 시편과 접촉시켜 국부적 수분흡수를 진행하고 이후 시편 표면의 중력수를 제거하고 수분흡수량을 측정하여 수분흡수성을 평가하였다.

Fig. 9.

Schematic diagram of local water absorbency tester.

3.3.2 국부흡수성 시험 방법의 적용성 평가

본 연구를 통해 고안된 국부흡수성 평가방법의 적용성을 평가하기 위하여 시판되고 있는 다양한 지류품들의 국부흡수성과 기존 표준흡수성 평가방법인 Cobb Test를 비교평가하였다. 본 실험에서는 습자지(A), 식품크라프트지(B), 아트지(C), 갱지(D), 모조지(E, F)의 수분흡수성을 비교평가하였고 그 결과를 Fig. 10에 나타내었다. 국부흡수성을 시료별로 평가하여 비교하였을 때 기존 Cobb Test 측정 결과와 매우 유사한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 수분흡수성이 낮은 시료의 경우에서는 Cobb Test 결과와 유사한 값을 나타내지만 수분흡수성이 큰 시료에 적용한 경우에는 국부흡수성 시험결과가 상대적으로 더욱 크게 나타나는 것으로 확인되었다. 수분흡수성이 높은 시료에서 국부흡수성 평가 결과가 상대적으로 높게 나타나는 원인은 표면으로 흡수되어 시료의 구조안으로 유입된 수분이 시료의 구조안에서 측면으로 확산 이동되면서 더욱 많은 양의 수분이 유입되는 것으로 측정되는 현상에 기인한 것으로 판단되었다. Cobb Test의 경우에도 같은 경향의 구조내 수분확산이 수분흡수량에 영향을 미치지만 측정면적이 작은 국부흡수성의 경우 이러한 수분의 측면이동에 의한 영향이 상대적으로 크기 때문에 흡수량이 더 높게 나타나는 것으로 판단되었다. 이러한 결과를 통해 본 연구에서도 고안된 국부흡수성 평가방법은 기존의 Cobb test를 대체하여 수분흡수성의 차이를 평가하는데 적용이 가능하며 특히, 수분흡수성이 높은 경우에서 흡수된 수분이 시료구조 내 측면이동되는 효과까지 평가되면서 수분측정 민감도가 높은 것으로 판단되었다.

Fig. 10.

The comparison of Cobb test value and local water absorption test of paper products.

3.3.3 펄프몰드의 국부흡수성 평가

펄프몰드의 국부적 흡수성을 평가하였으며 이때 실질적 흡수성 변화를 비교평가하고자 잉크흡수성 측정법과 동일하게 펄프몰드에 물을 채워서 300초간 처리한 이후 각 부분별로 흡수된 물의 양을 직접 시편을 채취하여 칭량하여 평가하였다. Fig. 11에 나타낸 바와 같이 300초가 적용 후 흡수된 물의 양을 부분별로 재단하여 측정한 결과에서 바닥면에서 수분흡수량이 상대적으로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며 국부흡수성의 측정한 결과에서도 유사한 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들을 바탕으로 3차원 펄프몰드는 부분별로 구조적 특성과 수분흡수성이 상이할 수 있으며 특히, 수분흡수성의 차이에 의한 펄프몰드의 코팅효과의 국부적 변이가 발생될 수 있음을 확인할 수 있었다.

Fig. 11.

The comparison of Cobb test and local water absorption test depending on the pulp mold parts.

4. 결 론

본 연구는 난분해성 일회용품의 대체소재로 주목받고 있는 펄프몰드의 제조 공정에 따른 구조적 변이와 이러한 변이에 의한 수분흡수성 차이를 평가하여 비교분석하였으며, 특히 3차원 구조를 가지는 펄프몰드의 국부적 수분흡수성을 평가함으로써 펄프몰드의 품질개선을 위한 기반자료를 제공하고자 하였다.

본 연구를 통하여 3차원 펄프몰드는 제조공정 특성상 바닥면과 벽면에서의 구조적 차이가 존재하는 것을 확인할 수 있었고 잉크흡수성 평가와 수분흡수성 평가 등을 통해 이러한 구조적 차이로 인한 펄프몰드의 수분흡수성도 바닥면과 벽면에서 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 내구성을 증가시키기 위한 코팅처리를 통해 펄프몰드의 수분흡수성은 크게 감소하는 것을 확인하였지만, 펄프몰드의 부분별로 내수성 변화는 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 펄프몰드의 바닥면과 벽면에서의 코팅처리효과는 수분흡수성의 차이로 인해 달라질 수 있음을 확인할 수 있었다.

펄프몰드의 국부적 흡수성 차이를 평가하기 위하여 기존 흡수성 평가방법으로 일반적으로 사용되고 있는 Cobb Test 방법보다 작은 시편으로 평가가 가능한 국부흡수성 평가방법을 고안하여 그 적용성을 평가하였다. 다양한 지류제품의 평가를 통해 국부흡수성 평가방법으로 흡수특성의 차이를 국부적으로 평가할 수 있음을 확인하였고 이를 통해 펄프몰드의 국부적 수분흡수성 차이를 확인할 수 있었다.

이러한 연구결과들은 향후 3차원 펄프몰드의 구조적 균일성 향상과 이를 기반으로 한 품질균일성 증대를 위한 제조공정개선 등에 중요한 기반자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 다양한 식품포장용기나 일회용 포장용기 등에 적용되어 활용되고 있는 펄프몰드의 식품 포장재로서의 펄프몰드의 성능 향상, 품질 균일화 및 산업적 활용 가능성을 높이는 데 중요한 평가방법 및 품질분석 방법으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.