2020. 11. 23
POP(Polyolefin Plastomer, 폴리올레핀 플라스토머)는 냉동식품이나 육류 포장, 치즈 및 가루 등 식품 포장재에 널리 쓰이는 소재입니다. 식품 포장재 외에도 공업용 라이너 필름, 중량 포장백 등 다양한 공업 분야의 필름에도 쓰입니다. POP는 폴리올레핀 플라스토머라고 부르는데요. 여기서 폴리올레핀(Polyolefin)은 무엇일까요? 이중 결합을 1개 이상 가진 사슬형 혹은 고리형 불포화 탄화수소 중합체를 말합니다. 폴리올레핀은 다른 소재에 비해 가격이 낮으면서도 물성이 뛰어나 소비가 지속해서 늘고 있는 소재입니다. 폴리올레핀 제조를 위해서는 중합 촉매 기술, 중합 공정 기술 등이 필요합니다.
그럼, 플라스토머(Plastomer)는 무슨 뜻일까요? 상온 가까이에서 탄성을 나타내는 열가소성 고분자 물질을 통틀어 이르는 말입니다. 플라스틱(Plastic)과 엘라스토머(Elastomer)의 합성어로 플라스틱의 가공성과 고무의 탄성을 함께 가진 폴리머를 플라스토머라고 말합니다.
POP는 올레핀(Olefin) 제품을 중합하여 만든 플라스토머 제품이란 뜻입니다. 폴리에틸렌(Polyethylene, 에틸렌을 단량체로 중합해 얻는 고분자)의 한 종류입니다.
폴리올레핀은 밀도가 낮을수록 합성 고무와 유사한 탄성을 지닙니다. 0.885g/cm3 이하의 초저밀도 폴리올레핀을 폴리올레핀 엘라스토머라고 하고 그보다 높은 밀도인 0.885~0.915g/cm3의 폴리올레핀은 탄성보다는 가소성을 지니고 있습니다. 이 가소성을 지닌 게 바로 폴리올레핀 플라스토머, POP입니다.
POP가 식품 포장재에 널리 쓰일 수 있는 건 저온 실링, 질김성, 투명성 덕분인데요. 어떤 특징인지 하나씩 자세히 살펴보겠습니다. 먼저, 저온 실링입니다. 식품 포장재를 만들기 위해서는 소재인 비닐을 하나로 붙여 주는 작업이 필요합니다. 이를 실링이라고 하는데요. POP는 LDPE(Low Density Polyethylene) 및 LLDPE(Linear Low Density Polyethylene)와 비교해봤을 때 낮은 밀도를 가지기에 상대적으로 융점이 낮습니다. 이 낮은 융점으로 인해 실링 작업이 저온에서도 가능합니다.
실링의 특성을 측정하는 방법으로 핫 택(Hot Tack)과 열 봉합 강도(Heat Seal Strength)가 있는데요. 핫 택(Hot Tack)은 필름을 실링한 뒤 냉각 시간을 거의 주지 않고 강도를 측정하는 방법입니다. 이 방법으로 연속해서 빠르게 제품을 실링했을 때 얼마만큼 강도를 가지는지를 예측할 수 있습니다. 이 측정에서 POP 비율이 높아질수록 강도가 향상되며 특히 저온에서 그 강도가 높아짐을 확인되었습니다.
다른 방법인 열 봉합 강도(Heat Seal Strength)는 어떨까요? 이 방법은 실링 후에 충분히 냉각하고 강도를 측정하는 방법인데요. 최종 완제품 포장이 얼마만큼 강도를 가지는지를 살펴볼 수 있습니다. 해당 측정에서 POP 비율이 높아질수록 저온 실링 특성이 향상되는 걸 확인했습니다.
POP의 다른 특징 중 하나는 질김성입니다. 말 그대로 질긴 성질을 말하는데요. 필름에 압력을 가했을 때 필름이 잘 찢어지지 않는 성질, 가해지는 힘을 견디는 성질입니다. POP는 낮은 밀도를 가지고 있어, 고무의 특성을 지닙니다. 덕분에 우수한 질김성을 띠어 충격을 견디는 힘과 강도가 우수합니다. EVA(Eylene-vinyl acetate copolymer)와 LDPE에 POP 비율을 다르게 적용해 낙하 시 충격 강도를 테스트하였습니다. 그 결과 POP 함량이 높을수록 낙하 시 충격을 더 잘 견딜 수 있음을 알 수 있었습니다.
마지막으로 꼽을 수 있는 POP의 특성은 투명성입니다. POP는 LDPE, mLLDPE(Metallocene Linear low-density Polyethylene) 등 PE(Pyethylene) 중에서도 투명도가 우수합니다. 밀도가 낮고 결정성(고분자 화합물, 암석 따위에서 결정을 이루는 부분의 비율)이 낮기 때문에 투명성이 높습니다.
POP는 어떤 방법으로 가공해 식품 포장재로 생산되는 걸까요? 두 가지 방법이 있습니다. 하나는 브로운(Blown) 필름 압출 방법이며 다른 하나는 캐스트(Cast) 필름 압축 방법입니다.
브로운 필름 압출은 용융(물질이 가열되어 액체로 변화하는 것)된 수지가 다이(Die, 단조, 드로잉 가공, 압출 공 또는 프레스 가공 등 금속의 소성가공에 사용하는 틀)에서 튜브 형식으로 상향 압출됩니다. 그 뒤에 버블 안쪽에 공기를 불어넣어 가공하는 방법입니다. 닙 롤(Nip Rolls)을 지나 둥글게 말려 나간 뒤에는 용도에 맞게 후처리를 거칩니다.
다른 방법은 캐스트 필름 압출 방법인데요. 알파벳 T 모양을 가진 다이에서 압출된 수지가 브로운 필름 압출 방식과 다르게 평평한 상태로 압출됩니다. 이렇게 압출된 필름은 금속 냉각 롤에 접촉해 냉각되며 용도에 따라 래미네이션(필름을 맞붙이는 과정) 등 후공정 작업을 거칩니다.
POP는 식품 포장재 외에도 공업용 라이너 필름, 중량포장백 등 다양한 공업 분야의 필름에 적용할 수 있습니다. POP 시장은 앞으로도 지속해서 커질 것으로 예측됩니다. 이에 따라 관련 업계 종사자들은 POP에 꾸준한 연구 투자를 기울여야 할 것입니다. 저온 실링, 질김성, 투명성 외에도 부가적으로 기계적 물성, 투명성을 보완할 수 있는 장점을 가진 소재입니다. 꾸준히 차별화하면 고객에게 필요한 소재로 거듭날 것입니다.
내용 출처 : LG화학 테크센터 <폴리머 인사이트> 2018 봄호 P.24 Polyolefin Plastomer(POP)
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