1. 서 론
국내 수산물 시장은 국제화와 고부가가치화를 지향하는 추세에 있고, 이에 따라 신선한 수산물의 공급을 위한 포장 및 유통시스템과 보존기술의 향상에 대한 요구가 증가하고 있다.1-3) 수산물의 유통시스템이 잘 발달되어 있는 일본의 경우 다양한 종류의 기능성 골판지 포장 기술개발 및 유통시스템 개선을 지속적으로 진행해 오고 있으나 국내 연근해 수산물의 일본, 중국 등으로의 수요 증대와 부산을 중심으로 하는 동북아 수산물 허브 구축을 위해서는 다양한 기능성 냉동포장 골판지 상자의 제조 기술개발이 매우 시급한 과제이다.4,5)
국내 수산물 시장에서 사용되는 골판지 상자는 대부분 파라핀 왁스 코팅된 골판지원단으로 제조된 골판지 상자가 사용된다.6,7) 이 중에서 약 10%는 주로 2차 가공업체로 전달되는 수산물 냉동포장용 박스가 형성하고 있고 주로 블록라이너(fish block liner)를 골판지 원단으로 사용한다. 일반적으로 블록라이너는 생선 fillet을 1차 가공한 후 food block 형태로 냉동하여 패스트푸드 업체인 2차 가공업체에 전달하기 위한 상자를 구성하는 골판지 원단으로 수산물용 냉동포장상자 1개당 3개 블록라이너가 소요된다.8-10)
그런데 국내에서 사용되고 있는 블록라이너는 대부분 덴마크 B사에서 생산하는 제품으로 수입에 의존하고 있다. 더욱이 국내에서 블록라이너의 70-80%는 명태와 청어 시즌인 매년 11월에서 3월까지 집중되기 때문에 원활한 공급에 어려움이 있다.11) 따라서 국내 수산물 시장에서 쉽고 널리 활용될 수 있는 기능성 냉동포장용 골판지원단의 국산화와 국내 골판지 포장 산업의 신규 시장 확보를 위해서는 국내산 블록라이너 생산기술 개발이 시급하다. 통계자료나 문헌 등은 없지만 국내 골판지 업체에서 블록라이너를 개발하기 위해 시제품을 생산했지만 덴마크 B사 제품의 품질에는 미치지 못한 것으로 알려져 있다.
본 연구에서는 해외 선진사인 B사의 수입산 블록라이너와 국내에서 생산된 블록라이너 시제품을 입수하여 주요 물성을 측정하였고 일반 발수코팅처리되는 라이너지와 비교하였다. 이를 통해 국내뿐만 아니라 해외에서도 경쟁이 가능한 수준의 품질을 가지는 국내산 블록라이너 제조기술 개발의 방향성을 설정하고자 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
본 연구에서는 B사에서 생산하는 블록라이너와 국내 S사에서 생산한 블록라이너 2종류를 입수하여 사용하였다. 또한 블록라이너와 비교하기 위해 골판지 원단에 발수코팅을 실시하였으며, 발수 코팅되지 않은 라이너지 3종류와 중국 KunLun 社에서 제조한 고형 파라핀 왁스를 W사에서 분양받아 사용하였다. 본 연구에서 사용된 블록라이너와 라이너지를 정리하여 Table 1에 도시하였다.
Table 1.
Fish block liners and liner boards
| Type | Production | Basis weight (g/m2) | Nomenclature |
|---|
| Fish block liner | Imported | 385 | B1 |
| Domestic | 340 | B2 |
| Liner board | Domestic | 300 | L1 |
| Domestic | 300 | L2 |
| Domestic | 300 | L3 |
2.2 실험방법
2.2.1 라이너지의 발수 코팅 방법
발수 코팅을 실시하기 전에 라이너지를 23℃, 50% RH에서 24시간 이상 조습처리를 실시하였다. 이후 라이너지에 파라핀 왁스를 100℃에서 60분간 용융 후 실험실용 코터기(AUTO BAR COATER, HanTech Co., Ltd., Korea)를 이용해 발수 코팅을 실시하였다. 이 때 왁스가 상온에서 빠르게 고형화되므로 코터기의 열판 온도를 100℃로 설정하였고 속도를 70 mm/s.로 코팅을 진행하였다. 코팅처리하고 자연건조 후에 주요 물성을 측정하였다.
2.2.2 블록라이너와 발수 코팅된 라이너지의 코팅면 분석
블록라이너와 발수 코팅된 라이너지의 코팅 표면을 분석하기 위해 디지털 현미경(OPT-230, DIGIBIRD, Korea)을 이용하여 20배율로 촬영하였으며 전계방출형 주사전자현미경(JSM-7610F, JEOL, Japan)을 이용해 EDS(energy dispersive X-ray spectroscope) 측정을 실시하여 코팅 표면의 구성 성분과 형상을 분석하였다.
2.2.3 블록라이너와 발수 코팅된 라이너지의 주요 물성 측정
블록라이너와 골판지 원단의 물성을 평가하기 위해 23℃, 50% RH에서 24시간 이상 조습처리를 실시하였다. 문헌과 특허분석을 통해 블록라이너의 가장 중요한 물성은 내수성과 투기도로 나타났기 때문에 블록라이너와 라이너지의 주요 물성으로 콥 사이즈도와 Gurley 투기도를 선정하였다.8-10,12,13) TAPPI standard method에 의거하여 평량과 두께를 측정한 뒤 콥 사이즈도(TAPPI T 441), Gurley 투기도(TAPPI T 460), 파열강도(TAPPI T 403)를 측정하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 블록라이너와 발수 코팅된 라이너지의 코팅면 분석
블록라이너 B1과 B2의 내부면 및 두께 방향의 전자현미경 이미지와 성분 분석결과를 Figs. 1-2에 도시하였다. B1의 표면에는 파라핀 왁스 코팅층에 공극이 관찰되었고 B2의 표면에도 B1에 비해서는 상대적으로 작은 공극이 관찰되었다. 두께 방향 이미지를 살펴보면 B1의 공극은 도공층의 두께 방향만큼 공극이 깊게 형성하고 있는 것을 명확하게 볼 수 있으나 B2는 공극이 두께 방향으로는 명확하게 관찰되지 않았다. 성분 분석결과를 살펴보면 두 종류의 블록라이너 모두 탄소가 가장 많은 비중을 차지하고 있는 것으로 볼 때 블록라이너는 파라핀 왁스를 주원료로 발수 코팅된 것을 확인할 수 있었다. 표면에 존재하는 공극을 거시적으로 관찰하기 위해 블록라이너과 라이너지의 표면을 현미경으로 관찰하였고 이미지를 Fig. 3에 도시하였다. B1의 표면에서 크기가 다른 다양한 형태의 공극이 많이 존재하는 것을 볼 수 있었고 B2에서는 명확한 형태를 가지는 공극이 많지는 않지만 작은 공극이 관찰되었다. 특히 수입산 B1의 공극은 도공층에 매우 깊게 형성되어 공극 내부에 섬유가 관찰되었다.
Fig. 1.
Scanning electron micrographs of surface (a) and Z-direction (b) of B1 and element analysis of coating layer of B1.
Fig. 2.
Scanning electron micrographs of surface (a) and Z-direction (b) of B2 and element analysis of coating layer of B2.
Fig. 3.
Microscopic images (×20) of surface of B1 (a) and B2 (b).
파라핀 왁스를 이용하여 발수 코팅된 라이너지의 표면을 관찰한 SEM 이미지와 현미경 이미지를 Figs. 4-5에 도시하였다. 코팅되지 않는 라이너지 표면은 섬유가 관찰되었지만 왁스 코팅이 진행되면서 라이너지 표면이 왁스로 도포되어 있는 것을 볼 수 있었다. 라이너지 종류별로 코팅면의 차이가 발생하지 않았고 표면에 존재하는 공극을 관찰하였지만 B1 혹은 B2 코팅면에 존재하는 공극과는 다른 형태를 나타냈다. 특히 블록라이너의 공극은 외부의 물리적 힘에 의해 발생되어 도공층 수준으로 공극의 깊이를 나타내나 라이너지의 코팅면에 존재하는 공극은 코팅과정이나 건조과정에서 발생하고 그 깊이도 상대적으로 낮은 것으로 판단된다. 현미경 이미지를 통해 거시적으로 관찰해 보면 앞선 블록라이너와 같이 표면에 공극이 육안으로 관찰되지 않았다.
Fig. 4.
Scanning electron micrographs (×300) of surface of uncoated L1 (a), coated L1 (b), coated L2 (c) and coated L3 (d).
Fig. 5.
Microscopic images (×20) of surface of L1 (a), L2 (b) and L3 (c).
3.2 블록라이너와 발수 코팅된 라이너지의 물성 평가
특허 분석에 따르면 블록라이너는 수산물의 수분을 일정 수준 흡수하여 냉동보관 중에 얼음층을 형성시킴으로써 냉동 수산물의 탈수를 방지하는 것이 매우 중요한 기능성이다. 또한 냉동 수산물과 공기층을 형성하지 않아야 하기 때문에 높은 투기성이 유리하다. 이를 위해서는 블록라이너는 수분을 일정 수준으로 흡수하여야 하고 Gurley 투기도 측정수치가 낮은 것이 좋다. 이러한 결과는 Figs. 6-7에서 확인할 수 있다. 콥 사이즈도의 경우 B1이 가장 높았고 B2가 상대적으로 낮은 수치를 보여주었지만 전체적으로 파라핀 왁스로 발수 코팅된 라이너지보다는 높은 수치를 나타냈다. Gurley 투기도를 살펴보면 파라핀 왁스로 발수 코팅된 라이너지는 투기성이 상대적으로 낮은 것을 볼 수 있으나 B1이 투기성이 가장 높고 B2가 그 다음으로 투기성이 높은 것을 확인할 수 있었다. Figs. 8-9에서 볼 수 있듯이 일반 라이너지에 파라핀 왁스로 발수 코팅을 하게 되면 코팅하기 이전보다 발수성은 높아지나 투기성을 상대적으로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 따라서 블록라이너의 기능성인 적정 수분의 흡수와 높은 투기성을 형성하기 위해서는 3.1에서 현미경적으로 확인할 수 있었던 내부 코팅층에 깊은 공극을 형성하는 것이 매우 중요한 것으로 생각된다. 그러나 일반적인 골판지 원단의 코팅 공정에서는 이러한 공극 형성을 위한 물리적 혹은 화학적 처리가 진행되지 않기 때문에 파라핀 왁스층에 깊은 공극을 형성하기 위한 기술 개발이 필요한 것으로 사료된다.
Fig. 6.
Cobb size value of fish block liners and coated liner boards.
Fig. 7.
Gurley air permeability of fish block liners and liner boards.
Fig. 8.
Cobb size value of liner boards before and after coating.
Fig. 9.
Gurley air permeability of liner boards before and after coating.
블록라이너와 발수 코팅된 라이너지의 파열강도를 비교해 보면 블록라이너의 우위를 판단하기 어려웠다. 특히 코팅층을 포함한 평량이 300 g/m2 이상인 것을 고려하면 강도는 일반 발수코팅된 라이너지는 블록라이너에 비해 열세에 있지는 않는 것으로 판단되고 블록라이너의 스펙을 결정하는 주요 물성은 아닌 것으로 판단된다.
Fig. 10.
Burst strength of fish block liners and liner boards.
4. 결 론
본 연구에서는 수산물 냉동포장에 사용되는 수입산 블록라이너의 표면 코팅층을 현미경적으로 분석하여 주요 물성을 측정하여 실험실적으로 발수코팅된 라이너지와 비교하여 국내산 블록라이너를 제조하기 위한 기술적 방향성을 도출하고자 하였다.
수입산 블록라이너는 파라핀 왁스로 내부 코팅되어 있으나 특이한 점은 코팅층에 깊이가 깊은 공극들이 불규칙적으로 다수 존재하고 있었다. 이러한 공극은 블록라이너가 적정한 수준의 수분을 흡수하고 상대적으로 높은 투기성을 가지게 하는 것으로 판단된다. 실험실적으로 발수코팅된 라이너지는 높은 발수성과 낮은 투기성을 가지기 때문에 일반적인 코팅방법으로는 블록라이너를 제조할 수 없음을 확인하였다. 따라서 국산 블록라이너를 제조하기 위해서는 골판지 원단의 발수 코팅공정에서 코팅층에 깊은 공극을 형성하기 위한 물리적 혹은 화학적 처리 기술이 적용되어야 할 것으로 판단된다.
Acknowledgements
본 연구는 2018년도 중소벤처기업부의 기술개발사업 지원에 의한 연구임(S2600446).
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