산업용, 상업용 액체 세제는 화학 및 물리적 반응에 의한 가스의 발생 및 배기로 인해 용기가 부풀어 오르거나, 우그러지거나, 심할 경우는 파열될 수도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 고안된 것인 "패키징 통기"를 가능하게 하는 멤브레인 기술이다. "패키징 통기"의 멤브레인에 관한 새로운 솔루션을 제시하고 있는 W.L.고어 & 어소시에이트사의 해결방안을 소개해 본다.
활성제의 첨가로 가스발생 증가, 용기의 훼손
최근에 산업용 또는 일반용 세제를 개발하면서, 암모니아 보다 더 효과적이고 친환경적인 소재인 과산화수소와 과초산 같은 성분들을 첨가하여 세제 성분들이 바뀌고 있다.
이에 이들 활성제 비율이 높아지면서 용기 안에서 상당량의 가스가 만들어지고 있고, 이렇게 발생한 가스는 용기를 팽창시키고, 누출을 일으키고, 더 심한 경우 폭발되기 때문에, 가스를 안전하게 배출시킬 수 있도록 패키징 방법을 새롭게 고안하는 추세를 보이고 있다.
 | | GORE™ 화학 용기용 벤트 제품군 |
패키징의 또 다른 문제점은 제품을 운송하면서 발생하는 압력의 변화이다. 공장에서 다른 장소로 이동될 때, 온도와 고도 차이로 인해 용기가 팽창하거나 우그러지게 된다. 이로써 팔리는 상품으로써 가치를 잃거나, 안전상의 위험 발생가능성, 라벨이나 패키징이 오염되는 경우 등 전체적으로 브랜드 이미지가 손상된다.
결국 상품이 그 가치를 제고하는 변화처럼, 포장 엔지니어들은 운송, 저장, 유통 및 사용과정에서 패키징 형태가 제대로 유지될 수 있도록 여러 가지 요소를 고려해야 한다.
유럽연합에서는 화학물질 포장디자인 규제강화
이런 문제들은 이미 산업 및 상업용 세제에서 일반적으로 발견되는 화학제품들을 안전하게 패키징 및 운송하기 위한 기술적인 요건들을 정부가 법규로 규제하고 있다. 예를 들면 유럽연합에서는 과산화수소를 30%이상 포함하고 있는 산업용 제품의 패키징 디자인의 경우 반드시 배출구를 포함시키도록 하고 있다.
이런 문제를 해결하기 위해 수많은 패키징의 배기방안 제품 및 서비스가 등장했지만 이는 사용하는 패키징의 형태와 제품의 화학 성분에 따라 다양하다. 예를 들어 용기의 두께가 증가시키면, 용기가 부풀거나 찌그러질 가능성을 줄일 수는 있지만 여전히 가스 누적 문제가 남아 있다.
다른 방안으로는 작은 구멍을 만들어 용기에서 가스를 빠져나가게 하는 것이나 이 틈이나 구멍으로 용액의 누출이 발생할 수 있다. 즉 용액의 누출 없이 용기에서 가스만 빠져나가게 하는 문제는 패키징 엔지니어들에게 커다란 과제로 남아 있었다. 다행히 이미 시장에는 이 문제를 해결할 제품이 나와 있다.
일반폴리머의 웻팅아웃만으로는 충분치 않아
최근에는 세제 제품 포장회사들은 대부분 이전 보다 가스배기가 더 심각한 문제가 되었다. 즉 세제 제조업자들이 제품에 유기농 성분들과 계면활성제를 더 많이 사용함에 따라 세제가 세척해야 하는 대상의 표면을 더 잘 통과할 수 있게 되었다.
하지만 세제의 효율성이 증가되었다는 것은 대부분의 전통적인 벤트에 사용되었던 폴리머 재료도 통과할 수 있게 되었다는 의미가 된다.
용액이 미세다공성 재료를 통과하게 되면 공기의 흐름이 멈추게 되는데, 이런 현상을 “웨팅 아웃(wetting-out)”이라 한다. 이 현상은 폴리에틸렌(PE)같은 일반적인 폴리머를 사용할 때 보통 발생한다.
세제 산업을 잘 알고 있는 사람이라면 단순히 초기의 공기 흐름을 가능하게 해주는 멤브레인을 사용하는 것은 충분하지 않다는 것을 잘 알고 있다.
오히려 패키징이 액체와 접촉한 뒤 공기를 잘 흐르게 해주는 것이 중요하다. 즉 ePTFE의 낮은 표면장력과 미세다공성의 결합만이 최신 세제들이 시장에 안전하게 출시될 수 있게 하는 것이다.
ePTFE 물질 특성이 해결안
바로 ePTFE (expanded Polytetrafluoroethylene)이다. 이를 패키징에 결합하면 용액은 벤팅 멤브레인을 통과하지 못하게 되면서 가스만 배출시킬 수 있다.
GORE 패키징 벤트의 제품매니저인 존 토마노비치는 “ePTFE 멤브레인으로 만든 벤트는 완벽한 해결안이다. ePTFE의 미세다공성은 용액이 누출되는 것은 막아 주고, 가스는 통과시켜, 압력 평형으로 인해 액상 누출방지와 포장의 안정화가 동시에 가능한 것이다.”
W.L 고어앤어소시에이트사는 고어텍스(GORE-TEX)섬유로 잘 알려져 있다. 이 GORE-TEX 섬유는 바로 눈이나 비는 막아주고, 습기는 배출해준다.
세계적으로 PTFE, ePTFE 및 PTFE복합물 개발, 생산자로 고어사는 포장, 자동차, 전기, 의료 및 제약 산업계에 복합적으로 적용 가능한 다양한 벤팅 제품들을 선보였다.
PTFE는 다른 폴리머와 달리, 표면장력이 낮고 물에 대한 저항이 높은 불소중합체이다. 또한 화학적으로 비활성이며 온도에 안정적이다.
연장형 PTFE, 즉 ePTFE는 그보다 더 개선된 것으로 미세다공성 구조로 되어 있다.
 | | 화학용기용 벤트의 라이너 형태 |
고어사는 ePTFE에 대한 전문회사로써, 패키징 용기의 통기에 광범위하게 적용될 수 있는 개선된 재료들을 개발하게 되었다. ePTFE의 미세다공성 구조는 적정한 수준으로 공기 흐름을 가능하게 해주며, 용기내의 특정 액체가 투과되지 못하도록 설계되어 있다.
패키징 목적과 특성에 따른 다양한 벤트타입
정확하게 어떤 멤브레인 재료를 사용할 것인지 결정하는 것이 이 배기 문제를 해결하는 첫 번째 단계이다. 문제는 이 배기 멤브레인을 패키징에 어떻게 결합시킬 것인가 하는 것이다.
패키징 산업에서 특정 목적에 가장 적합한 벤트는 용기에 들어가는 액체와 용기의 현재 디자인이 어떤가에 달려 있다. 제품 용기의 뚜껑이나 밀폐부분에 일반적으로 사용되는 ePTFE 멤브레인은 보통 몰드형 구조나 라이너 형태를 취한다.
 | | 화학용기용 벤트의 캡 적용 형태 |
몰드형 구성은 견성의 폴리프로필렌(PP)에 ePTFE 래미네이트나, 딱 맞춰 끼워 넣으면(Fit-in) 되는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 사용하여 제작한다.
벤트 라이너형은 용기 뚜껑을 달리 디자인할 필요가 없을 만큼 다양한 형태제공이 가능하다. 용기에 봉해지는 라이너형은 개봉 흔적여부를 알 수 있는 부수적인 효과도 제공한다.
패키징 업계에서 수십 년을 일한 경력을 지닌 고어사의 패키징 벤트 유럽 제품 매니저인 토스튼 위머(Thorsten Wiemer)는 “패키징 엔지니어들의 가장 큰 과제는 제품과 용기의 질을 떨어트리지 않고 가스를 안전하게 배출시키는 방법을 찾는 것이다. ePTFE 멤브레인으로 만든 벤트는 오늘날 가장 진보된 산업용 및 상업용 용액 세제의 배기를 해결할 수 있는 최고의 수단이다.”라고 전하고 있다.
자료 : 고어코리아(T 02-3149-7624, www.gorekorea.com)
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