포장용 플라스틱 용어

플라스틱의 사용량은 매년 빠른 속도로 증가하는데 그 이유는 플라스틱은 많은 종류를 가지고 있어 용도에 따라 선택 할 수 있으며, 형태를 만들기 쉽고, 가벼우며, 깨지지 않으며, 화려한 색깔들을 창조 할수 있으며, 투명하기 때문이다. 비록 resin의 가격은 계속 올라갈 지라도 그에 따른 플라스틱의 기능이 좋기 때문에 매년 사용량이 계속 증가 하고 있습니다. 현재는 새로운  resin을 개발 하기 보다는 기존의 resin 을 가지고 좋은 질을 만들려 시도 하고 있습니다. 그에 따른 결과가 바로 blending, orienting, 또는 extrusion의 screw나 die를 더 좋게 개발 하는것 등입니다. 다음은 1995년에 북미에서 사용된 주요 포장용 플라스틱 입니다.

플라스틱	Epoxy	Nylon	Polyester	LDPE	LLDPE	HDPE	Polypropylene	Polystylene	Polyvinyl Chloride	Miscellaneous
무게 (million lb)	28.9	99.7	2,226.6	? > HDPE	3,208.4	6,169.4	2,284.4	1,394.2	742.7	5.4

현재 포장에서 사용되어 지고 있는 플라스틱으로는 다음과 같은 것들이 있습니다. 수년을 플라스틱에 대해 공부를 해 왔지만 일정한 Table에 정리를 하기란 참으로 힘이 듭니다. 그 이유로는 처음에도 말씀 드렸듯이 어떤 일정한 특징이 있는 것이 아니라 여러 상황에 따라 그 성질이 달라 지기 때문입니다. 그렇다면 어떻게 해야 그래도 쉽게 이해를 할 수 있을까를 고민 했습니다. 밑에 만들어진 테이블은 각 플라스틱이 일단 어디에 주로 쓰이는 지에 대해 알아 보았고 왜 그런 곳에 많이 쓰이는 지에 대해 설명을 하다 보면 좀더 쉽게 각각의 포장 플라스틱을 잘 이해 하실 수 있으리라 생각 되어 집니다. 또한 밑 테이블은 정말로 그 플라스틱에 대해 알아 두어야 할 꼭 필요한 것들만 정리를 했습니다. 좀더 자세한 내용은 새롭게 이동을 해서 살펴 보도록 디자인을 하겠습니다.

		일반적인 특징	Processing & Application	Reasons
HDPE		1957, 포장 분야에 두번째로 가장 많이 쓰이는 플라스틱으로 가격이 싸고 넓은 범위의 포장에 적용을 할 수 있다. 우유 빛깔이 나며 훌륭한 화학물질 저항성이 있다.	Extrusion: wire, cable, tubing, and pipe.
			Sheet and thermoforming: picnic-type coolers, mud flaps, tank linings, dish pans, shrouds, tote boxes, canoes, geomembrane uses, pond liners.	excellent chemical resistance, toughness
			Blow molding (more than 1/3 uses in the US): bottles for bleach, motor oil, toiletries, milk, distilled water to large ice chests, automobile fuel tanks, chemical drums.	화학물질에 저항성이 강하기 때문
			Injection-blow molding: smaller container (less than 16 oz.) for pharmaceuticals, shampoo, cosmetics.	do not need a post-trimming step as does conventional blow molding.
			Injection molding: thin wall food packaging for dairy products; tough, durable pails for food items and paint; and high ESCR applications such as small engine fuel tanks and 90-gal trash containers.	toughness, higher flow grades offering processability.
			Film (blown or cast): merchandise bags, grocery sacks, flexible food packaging (cereal, cracker, snack), wrap for delicatessen products.	most of the PE used in film applications is either LDPE or LLDPE. HDPE film grades are typically used where superior tensile properties and better barrier properties are needed.
LLDPE copolymer		1960, LDPE보다 우수한  mechanical properties 을 가지고 있고, haze, gloss, outstanding ESCR	Film (65~70%): pallet stretch wrap, grocery bags, garbage bags, industrial liners, diaper liners, heavy duty shipping sacks, agricultural films.	improved strength and toughness
			Injection molding: trash bins, toys, refrigerated housewares. Lids which contact oil-based food products.	toughness, low temperature impact strength properties. High ESCR
LDPE		1940, 포장 분야에 가장 많이 쓰이는 플라스틱으로 투명하고, 부드럽고, 잘 붙고, 그리고 생산 과정이 쉽기 때문에 많이 이용되어 지고 있습니다.	Film (more than 55%): bakery, snack foods, textiles, durable consumer goods, disposable diapers, agricultural film, shrink and stretch wrap film, industrial items.	good optics, strength, flexibility, sealability, low taste, odor transfer, chemical inertness, 좋은 impact strength를 가지고 있기 때문에 stretch film에 이용.
			Extrusion coating: milk cartons, aseptic packaging, food packaging, tapes, paper products.	uniquely qualified among the PE family. Excellent draw properties, consistent coverage, low odor, low taste transfer.
			Coextrusion: aseptic packaging, packaging for drugs and dairy products	moisture barrier, sealability.
			Molding (blow, injection): medical and consumer bottles which require squeezability, closures.	flexibility, processing characteristics.
			Wire and cable (coating): the original application for LDPE.	excellent electrical properties, abrasion resistance.
EVA random copolymer		EVA를 첨가 함으로써 낮은 crystallinity를 가질 수 있어, 투명하고 유연해 진다. 그외 열 봉합 온도가 넓어 지며, 밀도가 높아 지기 때문에 더 좋은 막 형성 할 수 있습니다. 가장 뛰어난 특징은 낮은 온도에서도 tough하다는 것이다.	Film: meat, poultry wrap, cereal/carton liners, stretch film, bags, heavy-duty bags, icebags, bag-in-box (60%)	5% VA, 낮은 온도에서도 tough 하며 더 좋은 투명성을 가질 수 있다.
			extrusion coating on polyester, cellophane and polypropylene film for cheese wrap, medical film, and other critical application.	15~18% VA good heat seal
			adhesives, carpet backing, wax-based coatings (20%)	18~30% VA
			wire, cable, color-compounding constitute (6%)	cross link more easily, less cross linking energy than do homopolymer.
			Injection molded shoes and closures/liners, blow molded bellows, extruded hose/tube (5%)	color concentrates, wet out pigments more easily.
EAA random copolymer		좋은 접착 강도를 가지고 있어 Al foil과 다른 플라스틱 사이의 tie layer로 쓰인다.	Films: flexible packaging of meat, cheese, snack foods; in medical items, blister packaging; in skin packaging of a variety of retail and industrial goods; and in adhesive laminating.	chemical resistance, barrier properties similiar to LDPE. superior to LDPE in strength, toughness, hot tack, adhesion.
			Extrusion coating: condiment, paper and paperboard coating, saturation, foil priming, heat-seal coatings, binders for nonwovens, as a base in waterborne adhesives, aseptic cartons, composite cans, toothpaste tubes.
EVOH copolymer		O2나 향에 매우 낮은 permeability를 가지고 있으며 물에 녹을 수 있다.	Cast coextrusion: processed meats, cheese (PET/EVOH/EVA)	좋은 barriers to gases, odors, fragrances, solvents, oil resistance
			Blown coextrusion: red meat (LLDPE/EVOH/LLDPE)
			Lamination: condiments (OPP/EVOH/LDPE)
			Coextrusion coating: aseptic packaging (LDPE/paperboard/EVOH/Ionomer)
			Thermoforming: yogurt (PP/EVOH/PP)
			Coextrusion blow molding: ketchup (PET/EVOH/PET)
PVOH		O2에 아주 좋은 막을 형성 할 수 있으며 물에 녹을 수 있다.	bags for hospitals	biodegradable 플라스틱이기 때문에 환경 문제가 없다.
Ionomers		훌륭한 pinhole 저항성 (laminated and coated)	Coextrusion, extrusion coating, lamination: heat-seal layer, meat, cheese, snack foods, and pharmaceuticals.	resistant to oil, permit reliable package closure over a broad sealing temperature range. sticks very well to aluminum foil.
PP	Homopolymer (iso)	1957, 화학 물질이나 mechanical properties, ESCR 에 저항성이 있다. 아주 좋은 flow properties를 가지고 있어 processing 하기가 좋다.	Extrusion: textile fibers, filaments, films (oriented and un-)	colorability, wear, chemical resistance.
			Injection molding: containers, closures, automotive, housewares, toys.	iso-PP는 넓은 MWD을 가지고 있기 때문에flowability가 좋다. 이러한 특징은 injection molding 하기에 좋다.
			Blow molding: containers	excellent moisture barrier, combined with adquate clarity.
	Random copolymer (1.5-7% ethylene)		Film: oriented-packaging cigarettes, candy. unoriented-electrical capacitors and packaging	high clarity
PVC		rigid한 제품에서 부터 flexible한 제품 까지 다양하게 제작 할 수 있다.	Injection molding
			Blown film: wraps (meat), bags (blood), blister (toys, pharmaceutical)	O2에 좋은 barrier property를 가지고 있기 때문에 붉은색의 고기포장에 아주 좋다.
			Blow molding: Bottles (milk, dairy product, edible oil, iquor, cosmetics, shampoos..)
PVDC (Saran) copolymer		gases나 liquids에 아주 낮은 permeability를 가지고 있기 때문에 주로 barrier 재료로써 쓰여 지고 있다.	FIlm: monolayer, house hold wrap, laminating in industry, unit dose packaging of pharmaceuticals, cosmetics, drum and pack liners for moisture, gas, solvent sensitive products, food packaging.	gases나 liquids에 아주 낮은 permeability를 가지고 있기 때문.
			Coextrusion: multilayer films, packaging fresh red meat, processed meat, cheese, poultry, semirigid thermoformed containers.
PS		가격이 싸고 제조 과정이 쉽다. 다양한 성질의 플라스틱을 얻을 수 있다.	Crystal PS: bottles for pills, tablets, capsules	투명하기 때문에
			HIPS: thermoformed containers for dairy products	impact strength
			PS foam: egg cartons, meat trays	cellular structure를 만들 수 있다.
Styrene Butadiene  copolymer		gamma irradiation 과 ethylene oxide에 의해sterilization되어 질수 있어 medical packaging에 쓰임	single service food packaging, bottles, blister packs, overcaps, film	good transparency, toughness, excellent shatter resistance
PET		좋은 strength, toughness, clarity를 가지고 있어서 많은 soft drink bottle에 이용 되어 지고 있다. (PVDC, silicon oxide coating 필요)	Film (cast): biaxially oriented PET (meat, cheese, snck food laminations), PET coating on papaerboard (frozen dinner), pouches (boil-in-bag frozen foods), sterilizable pouches (medical)	투명하고 높은 strength를 가지고 있기 때문
			Blow molding (injection, stretch): bottles, carbonated doft drinks, mustard, peanut butter, edible oil. crystallized PET (microwavable containers for frozen meals)
Nylon-6		좋은 puncture 저항성, 좋은 gas barrier를 가지고 있으며 hydrophillic 이다.	Extrusion coat with paperboard
			Blow molding: industrial containers (oil reservoirs)	tough하고 좋은 chemical resistance
			Thermoforming: disposable medical devices, meat, cheese	투명하고 transform 되어 질 수 있기 때문
			Coextrusion: vacuum packaging bacon, cheese	tough, strong
PC		투명하고 tough하다. 좋은 mechanical properties.	Molding: reusable bottles, 5 gal water, 1 gal milk bottles, medical packaging.	tough, clarity, 높은 온도를 사용하는 autoclave에서 살균되어 질 수 있다.
			Coextrusion
PEN		1940, 1993, PET와 비교 하면 거의 모든 property면에서 우수하다.	Molding: beer bottles	좋은 O2 barrier와 uv resistance 때문
PAN		좋은 gas barrier를 가지고 있다. 주로 copolymer 해서 이용된다.	styrene-acrylonitrile (3:1): cosmetic, bottles, overcaps, closures, sprays, nozzles	transparent, chemical resistance, heat resistance등등
			acrylonitrile-styrene (7:3)	good gas barrier
			acrylonitrile-butadiene-styrene: cosmetic, margarine tubs

HDPE (High Density Polyethylene)

Homopolymer HDPE는 약한 ESCR (Environmental Stress Crack Resistance)를 가지고 있기 때문에 detergent같은 플라스틱 병에 많은 문제가 발생 하였다. 하지만 comonomer를 첨가 하면 crystallinity를 줄일 수 있어 ESCR의 문제를 해결 할 수 있다. 

Ethylene은 아무리 중합을 하더라도 밀도가 0.94 g/cc를 넘을 수가 없다. 고밀도의 polymer를 만들기 위해 Ziegler-Natta라는 촉매제가 개발 되었다. 이 촉매제를 사용하여 HDPE를 만들게 되는데 밀도를 0.956 g/cc 까지 올릴 수 있다.

플라스틱을 재활용 하여 쓰려면 virgin plastic 보다 더 비용이 많이 든다. 그러한 이유로 플라스틱의 재활용이 금속 또는 종이와 비교 했을때 상대적으로 낮다. HDPE는 플라스틱 recyaling market에서 가장 빠르게 증가하는 플라스틱이다. 그 이유는 재생 될때 다른 플라스틱에 비해 질이 많이 유지 되며 쉽게 재 생산 되어 질 수 있기 때문이다. 현재 california등과 같은 곳 에서는 25% 재활용된 플라스틱과 virgin 플라스틱을 섞어 쓰는것이 법으로 정해져 있다. 단 식품과 직접 적으로 접촉 하지 않는 포장에 국한 시키고 있습니다. 

EVA (Ethylene Vinyl Acetate)

VA의 포함 정도에 따라, thermoplastic 성질 부터 elastomeric 성질 까지 다양하게 가질 수 있다. VA첨가에 따라 polarity가 증가 하는데 이는 분자들의 결합을 강하게 해준다. 그렇기 때문에 strength가 증가 하는 것 이다.   VA가 증가 함에 따라 crystallinity는 감소하지만 밀도는 증가 한다. 또한 투명성, 낮은 온도에서의 유연성, impact strength가 증가 한다. 50% VA 함량에서 EVA는 완전하게 amorphous가 됩니다. 

EAA (Ethylene Acrylic Acid)

AA를 첨가 함에 따라 분자 내 polarity가 증가 하며 이로 인해 분자내 결합이 강해 진다. 전반적으로 LDPE와 특징이 유사 하지만 분자내 결합이 강해 졌기 때문에 강도, toughness, hot tack, 그리고 접착성이 더 좋다. AA가 증가 함에 따라 crystallinity는 감소 하고, 투명성은 증가 하며, 접착 강도는 증가 하고, 열 봉합 온도는 감소한다 (crystallinity 감소 때문). FDA는 식품과 접촉 하는 EAA에 25%이상의 AA를 쓰지 못 하도록 규정 하고 있습니다.

EVOH (Ethylene Vinyl Alcohol)

EVOH는 ethylene vinyl acetate copolymer의 hydrolysis에 의해 생산 됩니다. EVOH안에 있는 OH는 isomorphos이기 때문에 EVOH는 crystallinity 되어 질 수 있습니다.  또한 OH는 강한 극성을 띠기 때문에 intermolecular force가 높아 O2에 낮은 permeability를 가질 수 있습니다. 그러나 hydrophilic이기 때문에 물에는 민감 합니다. 작은 양의 VOH는 PE와 비슷 하며 많은 양의 VOH는 PVOH와 비슷합니다. 보통 EVOH는 PE와 함께 coextrusion 되는데 EVOH는 극성이고 PE는 무극성이기 때문에 중간에 tie layer가 필요 하다. Because of the thermal stability provided by the incorporation of ethylene, multilayer containers having EVOH barrier layers are fully recyclable.

PVOH (Polyvinyl Alcoho

PVOH가 vinyl alcohol의 축합 중합에 의해 만들어 질 수 있는 것 처럼 구조적으로 보이지만 vinyl alcohol monomer이 불안정하기 때문에 축합 중합에 의해 생산 되어 질 수 없고 polyvinyl acetate의 hydrolysis에 의해 생산 된다. PVOH에 있는 OH는 isomorphous이다. 그렇기 때문에 처음에는 amorphous를 형성 하지만 orientation 함으로써 crystallinity 되어 질 수 있다. 또한 아주 강한 intermolecular force를 가지고 있기 때문에 O2에 낮은 permeavility를 가질 수 있는 것이다.

Ionomers (trade name Surlyn)

EAA 같은 극성을 띠고 있는 polymer를 양이온 (Na, Zn, Li)으로 중성화 시킴 으로서 더 좋은 transparency, toughness, 그리고 더 높은 melt strength를 가질 수 있다. 이런 플라스틱들을 ionomer (ionic + covalent bonds)라 부른다. Ionomer내에 있는 ionic 결합은 분자들이 spherulite (구정)으로 재 배열 하는 것을 감소 시키기 때문에 crystallinity가 감소 하고 훌륭한 pinhole 저항성을 가질 수 있는 것 입니다. Ionomer 자체 barrier property는 비교적 안 좋으나 PVDC등과 함께 laminate 되면 아주 좋은 막을 형성 할 수 있습니다. 

PP (Polypropylene)

<Homopolymer PP + ethylene (-CH2-CH2-) -> Random copolymer PP> PP homopolymers와 비교해 보았을때 random copolymers은 optical properties와 impact resistance가 개선 되어지고, 유연성이 증가 하며, melting point가 낮아지기 때문에 heat-sealing temperature가 낮아 진다. PP homoplymer는 HDPE나 LDPE와 비교 했을때 낮은 밀도, 높은 녹는점, 높은 stiffness를 가진다. PP가 높은 stiffness를 가지고 있기 때문에 PP를 쭉 늘리는 orientation 과정을 쉽게 할 수 있다. PP를 orientation 함 으로써 tensile strength를 약 15배 만큼 증가 시킬 수 있다. Excellent electrical properties.

PVC (Polyvinyl Chloride)

Plasticizers, stabilizers, 그리고 다른 additives과의 좋은 blending capability 때문에, 적은 양의 중합 첨가제의 변화에도 다양한 성질의 플라스틱 (from rigid containers to flexible films)을 얻을 수 있기 때문에 플라스틱 중에서 PVC가 가장 다양성을 많이 가진 플라스틱이다. 80%의 PVC는 suspension 방법을 사용하는 첨가 중합에 의해 제조 되며, 아주 낮은 crystallinity를 가지고 있다. PVC는 강한 극성을 띠고 있는 C-Cl 결합을 가지고 있어 실내 온도의 보통 상태에서도 딱딱하다. 그러나 PVC는 녹는점과 decomposition (at 100 C) 온도가 거의 비슷 하기 때문에 unmodified PVC를 생산 하기가 힘들다. 그렇기 때문에 반드시 stabilizer (octyl tins)를 넣어 줘야 합니다.

PVC안에 남아 있는 VCM (vinyl chloride monomer)은 인체에 안 좋기 때문에 식품보장에 이용이 되는 PVC는 이를 꼭 제거 해 주어야 합니다. 현재 FDA에서는 10 ppb보다 낮은 양의 VCM을 법으로 규정하고 있습니다. 또한 PVC가 소비된후 소각 되어 질때 dioxins이라는 인체에 해로운 물질을 만듭니다. 아직까지 이 물질이 어떻게 생성 되어지는지 mechanism은 밝혀지지 않았습니다. 그렇기 때문에 PVC가 현재 PET나 다른 플라스틱으로 많이 대체 되어지고 있는것이 현실 입니다.

PVDC (Polyvinylidene Chloride)

PVDC homopolymer의 녹는점은 388-401C 이기 때문에 제조 하기가 무척 어렵다. Comonomer (vinyl chloride, methyl acrylate 약 6-28%)를 넣어 줌 으로써 녹는점을 140-175C 까지 내릴 수 있다. 이로 인해 다소 crystallinity가 떨어져 permeability가 다소 높아 질 수 있지만 여전히 낮은 permeability를 가지고 있다.

PS (Polystyrene)

PS는 benzene ring을 가지고 있어 polymer chain의 회전을 할 수 없다. 그렇기 때문에 PS는 매우 stiff, brittle한 플라스틱이다. Amorphous polymer이기 때문에 투명한 성질을 가지고 있다.

PET (Polyethylene Terephthalate)

PET는 biaxial orientation 함으로써 비교적 좋은 O2, CO2, odor barrier를 가질 수 있다. 또한 PVDC, silicon oxide등과 함께 coating함으로써 아주 좋은 barrier 플라스틱을 형성 할 수 있다. PET는 낮은 녹는점을 가지고 있기 때문에 extrusion blow molding이 불가능 하다. 하지만 copolymerization 또는 분자량을 증가 시킴으로써 melt strength를 증가 시켜 PET가 blow mold 되어 질 수 있다. PET는 고온에 deformation되어 질 수 있기 때문에 stabilizer를 넣어 주어 이를 극복 해야 한다.

Nylon-6

Nylons은 CONH의 구조 때문에 강한 intermolecular force를 가지고 있다. 일반적으로 nylon은 clear, thermoformable, strong, tough, good chemical resistance, good barrier to gas, oil, and aromas 그리고 hydrophillic이다. 

PC (Polycarbonate)

주로 PC는 자동차에 많이 사용 되고 있으며 packaging에는 clarity, toughness, high heat deflection temperatures라는 장점 때문에 PC (+uv stabilizer)는 glass를 대체 해서 많이 사용 되고 있다. 그러나 가격이 비싸다.

PEN (Polyethylene Naphthalate)

PEN은 PET와 비교 했을때 400-500% 더 좋은 oxygen, water vapor를 가지고 있으며, 35% 더 높은 tensile strength, 더좋은 chemical resistance, hot-fill 되어 질 수 있는등 거의 모든 면에서 PET보다 더 좋은 property를 가지고 있다. 그러나 가격이 약 3배가 비싸다. 현재 많은 research들이 PET/PEN blend에 대해 연구를 하고 있으며 일부 회사 에서는 상용화 단계에 이르렀다.

PAN (Polyacrylonitrile)

PAN은 nitrogen을 포함 하고 있어 강한 intermolecular force를 가진다. 그렇기 때문에 좋은 gas barrier를 가지지만 stiff하고 brittle하다. 주로 copolymer 되어져 사용한다.

출처 : http://blog.naver.com/ehdudtkrjs/70088224233