식품 포장용 필름의 기술개발 동향

식품 포장용 필름의 기술개발 동향

포장용 고분자 필름은 주로 범용 플라스틱인 PE, PP, PVC, PS, PAN, PVA, PVDC, EVOH 등의 열가소성 고분자가 사용되며 포장의 핵심적 기능인 차단성을 부여하기 위해 다양한 방법으로 필름을 다층화하거나 표면을 개질하는 연구개발이 진행되어 왔다. 식품포장재의 경우, 식품의 차단성 기능이 강화되고 신선 식품의 선도를 오랫동안 보존할 수 있는 복합 필름과 환경에 영향을 적게 미치는 환경 친화적 생분해성 소재 중심으로 연구가 진행되고 있다.

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Ⅰ. 기술개발의 개요

세계적으로 식품 포장재는 용도에 따라서 다양하게 구성되어 있지만 크게 라면/스낵 포장재, 무균밥 포장재, 그리고 Retort 식품 포장재로 구성되어 있다. 이러한 포장재는 그 용도에 따라 다양한 기능을 가져야 하므로 포장재의 구조는 다층으로 구성되어 있고, 또한 필름의 성분도 다양하게 구성되어 있다.
대표적인 라면/스낵, 무균밥, Retort 식품 등은 식품 포장재의 많은 요구 특성(산소/수분차단성, 열접착성, 내Boil성, Retort성, 내충격성 등)상 PP, PE (Polyethylene) 등 폴리올레핀계 필름, PET 필름, Nylon 필름, EVOH(Ethylene Vinyl Alcohol Copolymer) 필름, Al foil, Al 증착 필름 등, 또한 이들 소재를 접착하기 위한 PU 접착제 등 실로 다양한 이종 소재로 구성된 다층 구조를 가지고 있어 재활용이 현실적으로 불가능하여 환경문제가 심각해 큰 사회문제로 대두되고 있다.
최근 국내 연간 생활 폐기물은 1,600만톤(2012년 통계청 자료), 그 중 포장 폐기물은 약 33%인 500만 톤에 이르며 플라스틱 식품 포장재 폐기물은 포장폐기물의 32%인 160만 톤에 이르고 있어 환경적인 문제로 심각하게 대두되고 있다.
특히 온실가스(CO₂)에 의한 지구 온난화가 전 세계적인 이슈가 되고 있으며, 2008~2012년까지 온실가스를 1990년 대비 5.2% 감축을 의무화하는 내용으로 선진 38개국이 체결한 교토 의정서가 만료되고 2013년 이후 점차 체결국가 및 감축량이 더욱 확대 강화될 예정이어서 한마디로 온실가스 대전쟁이라고 말할 수 있을 정도로 그 대책이 매우 시급하다.
상기 언급한 대로 폐기되는 국내 식품 포장재가 160만 톤에 이르는데, 전량 재활용이 가능할 경우 포장재 ㎏당 약 3㎏의 CO₂ 감축효과가 있다는 연구결과를 비추어 보면 리싸이클러블(Recyclable) 유니소재로 된 식품포장재가 개발될 경우 결국 국내기준 연간 480만 톤에 이르는 거대한 양의 온실가스 감축이 가능하다는 측면에서 매우 유망한 해결 방안으로 대두되고 있다.
그러나 국내 식품 포장재의 분야에서는 유니소재 기술화는 전혀 진행되고 있지 않는 현실이다. 이에 반해 일본은 유니소재로 된 ‘Sevix Film’, ‘Maxbarrier Film’을 상업화해 식품 포장재에 사용하고 있어 국내 기술개발이 시급한 상태이다.

Ⅱ. 식품포장용 소재 기술동향

통상 식품 포장재의 경우 물량은 거대하나 매우 싼 소재를 요구하고 있어 리싸이클러블  유니소재로 된 식품 포장재는 경제성이 탁월한 소재를 중심으로 원하는 식품 포장재로서의 고차단성과 같은 요구 특성을 모두 만족해야 하는 큰 어려움이 있다.
이러한 고차단성 필름소재는 최근 식품 포장뿐 아니라 LCD/OLED 등 디스플레이 제품 분야에서도 그 수요가 폭발적으로 급증하고 있고 국산화에 대한 니즈가 크게 확대되고 있으며, 특히 식품 포장 용도로 고차단성 투명 필름이 일본 Toppan, Toray, DNP 등에서 전량 수입하고 있어 국산화가 시급한 실정이다.
기술적으로는 고차단성 필름은 나노무기필러를 이용한 유무기 Hybrid 습식 코팅법, 무기 산화물을 필름에 증착시키는 건식법, 또는 이들의 병행방법 등에 의해 얻어지고 있으며 최근에는 PP, PET, Nylon 필름 기재의 고차단성 투명 필름이 속속 출시되고 있는데 세계적으로 거의 모든 제품이 일본이 독점하고 있고 전량 수입되고 있어 국산화가 매우 시급하다.
그러나 일본 선진사의 고차단성 식품 포장용 필름 제품의 경우 아직 그 기술에 있어 제조 원가가 높은 경제성 문제가 있고 용도 확대 측면에서 무균밥, Retort 식품 등 포장에 필요한 내열성 및 내충격성이 아직 많이 부족하여 비록 출발은 늦었지만 조속히 연구개발에 착수해 집중한다면 선진국의 기술 독주 방지는 물론 추월도 가능하다.

1. 국내 기술 동향
리싸이클러블 고차단성 유니소재를 이용한 온실가스 감축 그린 식품 포장재 개발에 있어 국내 기술은 PET 필름계에 국한된 매우 미미한 실정이다.
동진에프엠티는 2005년 KAIST 이택동 교수팀과 공동 연구 끝에 PET 필름에 산화알루미늄을 반응성 증착시켜 얻어진 고차단성 투명 PET 필름을 개발했으나 제조원가가 높아 시장 전개는 미미한 상태이다.
SK이노베이션에서는 습식법에 의해 PP필름에 PVA(Poly Vinyl Alcohol) 수용을 코팅함으로써 고차단성 투명 필름을 얻고자 수년간 연구했으나 실패하고 현재는 중단한 상태이다.
최근 롯데알루미늄이 유무기 Hybrid 소재의 박막 코팅에 의한 고차단성 투명 PET 필름 식품 포장재 개발을 진행하는 등 연구 열기가 점차 가속화되고 있으나 PET 필름계가 주종을 이루고 있다.
한국식품연구원을 중심으로한 고산소차단성 유무기 Hybrid 코팅기술에 의한 고산소차단성 폴리올레핀계(UNI) 소재로 구성된 리싸이클러블 식품 포장재 필름에 대한 연구개발은 현재 진행중에 있다.
고차단성 폴리올레핀계 유니소재는 재생이 가능한 광의 개념의 소재라 할 수 있는데 대표적으로 재생이 잘되고 있는 자동차 내장재는 PP, 고무, 무기 입자로 구성된 리싸이클러블 폴리올레핀(PP)계 유니소재로 되어있고, 고차단성 폴리올레핀계 유니소재로 된 식품 포장재중 유무기 Hybrid층은 두께기준 10% 미만 수준으로 재생 후 재생 Compound 내 무기물이 극소량에 불과해 큰 물성 저하 없이 재생이 가능하다는 점에서 리싸이클러블 폴리올레핀계 유니소재로 된 식품 포장재라 할 수 있다.
한편 한국과학기술원과 금오공과대학이 공동으로 플라스틱 기판의 투산소도를 1/10001로 낮춘 독창적 개념의 플렉시블 디스플레이용 가스배리어(Gas Barrier) 기판을 개발했다.
나노 복합체 가스배리어 기판 기술은 플렉시블 디스플레이뿐만 아니라 투습도 및 투산소도에 대한 요구 조건이 덜 엄격한 식품 포장재에 바로 활용이 가능하며 기존의 식품 포장재 투산소도의 1/10 이하로 식품 보관 기간을 최소 5배 이상 늘릴 수 있다.

2. 국외 기술 동향
고차단성 투명 필름을 이용한 식품포장재로의 상업화 연구는 OiKe, DNP, Toyobo, Toray Film, Toppan, Reiko 등 일본 업체를 중심으로 활발히 추진되어 특히 PET 필름에 SiOx, AlOx 등 무기막 진공증착기술, 소위 건식법에 의한 제품이 출시되어 왔다.
습식법에 의한 제품은 Sumitomo Chem., Mitsui Chem.(Tohcello)에 의해 개발되었는데 아직 고가인 단점이 있지만 Sumitomo Chem의 유무기 Hybrid 코팅 PP 필름(상품명 Sevix, Grade YOP)은 본 사업의 벤치마킹 제품으로 그 가능성을 제시하고 있다.

Ⅲ. 결론 및 향후 전망

식품의 안정성이 중요시되고 소비자의 다양한 취향이 만족되어야 하는 것이 지금까지의 식품 포장에서 당면해 왔던 문제라면 오늘에 있어서는 이에 더해 지속 가능한 조건으로 식품 포장을 발전시키는 것이 또 다른 요구조건으로 부과된다. 지속 가능한 포장으로써 많은 기업이 포장재에 초점을 맞춰 고기능성을 부여한 특수필름의 지속적인 개발과 재생가능 재료의 채용을 확대함으로써 친환경 및 자원절약(경량화, 박육화 등)에의 대처를 진행하고 있으며 기계장치 면에서는 깨끗한 설계로 효율이 뛰어난 모터를 시작으로 자원절약 타입으로 폐기물의 배출량이 적은 설비를 도입하는 움직임이 활발해 각 기업이 자사의 지속가능 목표를 달성하기 위해 노력하고 있다.
식품 포장재의 경우, 식품 포장의 품질 유지 기능이 보다 잘 확보되면서 환경, 사회, 경제성이 조화된 지속 가능한 포장 기술의 개발이 앞으로의 추구할 방향이 될 것으로 전망된다. 이러한 측면에서 여러 학문 기술 분야의 참여 하에 이루어진 기술 혁신을 통해 전체 식품 생산과 유통 단계를 포괄하여 얻어진 고기능성의 식품 포장 기술로의 전진이 필요할 것이다.
전 세계적으로는 급속히 성장해 가고 있는 포장 시장에서의 기술적인 우위를 확보하는 것이 시급한 것으로 보이며 포장 산업의 가장 근간이 되는 기능성 포장 필름의 원천기술 확보가 동반되어야 할 것으로 판단된다.

* 본 내용은 지면상의 이유로 재편집되었습니다.
* 필자 : 한국생산기술연구원 이상국, 최경호, 신교직
* 자료출처 : CMIB 화학소재정보은행

 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 식품 포장용 필름의 기술개발 동향