[논문]LDPE-나노 ZnO 복합필름의 기능성 및 재질안정성 평가

이우석; 고성혁

doi:10.20909/kopast.2018.24.1.27

LDPE-나노 ZnO 복합필름의 기능성 및 재질안정성 평가
A Study on the Functionality and Stability of LDPE-Nano ZnO Composite Film 원문보기

한국포장학회지= Korean Journal of Packaging Science & Technology, v.24 no.1, 2018년, pp.27 - 34

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, nano ZnO was introduced into low density poly ethylene (LDPE) composites films with various contents (0, 0.5, 1.0, 3.0 and 5.0 wt%) by melt-extrusion. Their basic properties such as crystallinity, chemical bonds and surface morphology were examined by XRD, FTIR and SEM. XRD patterns and FTIR peaks intensity were increased in proportion to the ZnO contents. SEM images showed well dispersed nano ZnO in LDPE composite films. Antimicrobial functionality of LDPE-nano ZnO composite films was also studied and the presence of nano ZnO resulted in significant improvement of antimicrobial functionality compared to the pure LDPE film. To evaluate influence of nano ZnO on LDPE properties required as packaging material, thermal, mechanical, gas barrier and optical properties of LDPE-nano ZnO composite films were characterized with various analytical techniques including TGA, UTM, OTR, WVTR and UV-Vis spectroscopy. As a result, except optical and mechanical properties of LDPE, no significant effects were found in other properties. Opacity of pure LDPE was greatly increased with increasing concentration of nano ZnO and tensile strength was also improved at 0.5wt% ZnO content.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 저밀도폴리에틸렌(LDPE) - 나노 ZnO 복합 필름을 제작하고 본 복합 필름의 항균성을 확인하였으며, 나노 ZnO 첨가에 따른 LDPE 고유의 열적, 기계적, 가스차단 및 광학적 특성 등 패키징 소재로서 요구되는 주요 특성의 변화를 평가하여 ZnO와 LDPE 간의 상호 영향을 고찰하였다.

제안 방법

나노 ZnO의 첨가에 따른 LDPE-나노 ZnO 복합 필름의 항균성 및 LDPE 포장재의 열적, 기계적, 가스 차단성 및 광학적 특성의 변화를 관찰하였다. ZnO 함유량 0, 0.5, 1.0, 3.0, 5.0wt%의 LDPE-나노 ZnO 필름 시편 5종을 제작하고 XRD, SEM 및 FTIR 분석 등을 통해 복합 필름 내 ZnO의 결정성과 분산성, 복합 필름의 표면 형상 및 시편의 화학적 결합 등을 분석하였다. 제조된 LDPE-나노 ZnO 필름의 항균성 평가 결과 그람양성균과 그람음성균 모두에서 우수한 균 감소율을 나타내어 ZnO의 기대성능인 항균성이 LDPE 포장재에 효과적으로 기능하고 있음을 확인하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 10~20 nm의 입자 크기를 가진 ZnO(나노 미래생활, 한국)를 구입하여 사용하였으며, LDPE 레진은 마스터배치 제작용(LG화학, 여수, 한국, LUTENE® LB7500, MI=7.5 g/10 min)과 필름 압출용(LG화학, 여수, 한국, LUTENE® LB5000, MI=5 g/10 min) 두 가지를 혼합하여 사용하였다.

이론/모형

LDPE-나노 ZnO 필름의 항균성은 KS 규격의 플라스틱 및 기타 비다공성 표면에서 항균 활성 측정(KS M ISO22196)¹⁶⁾에 따라 평가하였으며, 그람 양성균인 황색포도상구균(ATCC 6538P, Staphylococcus aureus, S. aureus)과 그람 음성균인 대장균(ATCC 8739, Escherichia coli, E. coli)에 대해 항균성을 측정하였다. 시험 방법은 5 cm × 5 cm 크기의 정사각형으로 자른 시험 대상 필름을 70% 에탄올을 사용해 표면을 세척한 후 페트리접시 위에 얹고 미생물 0.

성능/효과

제조된 LDPE-나노 ZnO 필름의 항균성 평가 결과 그람양성균과 그람음성균 모두에서 우수한 균 감소율을 나타내어 ZnO의 기대성능인 항균성이 LDPE 포장재에 효과적으로 기능하고 있음을 확인하였다. 또한 ZnO의 첨가에 따른 LDPE 고유의 열적, 산소·수분 차단특성의 변화는 관찰되지 않은 반면 LDPE의 기계적 특성인 인장강도는 최대 12.5%, 신장율은 9.5% 향상되었으나, 불투명도 또한 최대 83% 증가하였다. 본 연구를 통해 나노 ZnO를 LDPE에 첨가하였을 경우 효과적인 항균성을 부여하며 동시에 포장소재로서 요구되는 LDPE의 주요 물성의 변화는 관찰되지 않음으로써 가공성과 포장성능은 변화 없이 유지한 채 기능성만을 부여할 수 있음을 확인하였다.
5% 향상되었으나, 불투명도 또한 최대 83% 증가하였다. 본 연구를 통해 나노 ZnO를 LDPE에 첨가하였을 경우 효과적인 항균성을 부여하며 동시에 포장소재로서 요구되는 LDPE의 주요 물성의 변화는 관찰되지 않음으로써 가공성과 포장성능은 변화 없이 유지한 채 기능성만을 부여할 수 있음을 확인하였다. 그러나 LDPE 필름의 불투명도가 증가하므로 필름의 투명성이 요구되는 식품포장재의 경우 대체 소재의 적용을 고려해야 할 것으로 판단된다.
aureus와 유사한 항균성을 보였다. 이를 통해 ZnO가 그람양성균과 음성균 모두에 대해 항균성을 가지나 항균력에 대한 상대적 강도는 다소 차이가 있음을 알 수 있다. 그람 음성균의 세포벽이 그람 양성균의 세포벽보다 얇지만 그람 음성균의 세포벽 외부에는 lipopolysaccharide로 이루어진 멤브레인에 의해 더 복잡한 구조를 가지게 되어 항균 물질인 활성산소종이 세포 내부로 침입하기 어려운 것으로 알려져 있다.
0wt%의 LDPE-나노 ZnO 필름 시편 5종을 제작하고 XRD, SEM 및 FTIR 분석 등을 통해 복합 필름 내 ZnO의 결정성과 분산성, 복합 필름의 표면 형상 및 시편의 화학적 결합 등을 분석하였다. 제조된 LDPE-나노 ZnO 필름의 항균성 평가 결과 그람양성균과 그람음성균 모두에서 우수한 균 감소율을 나타내어 ZnO의 기대성능인 항균성이 LDPE 포장재에 효과적으로 기능하고 있음을 확인하였다. 또한 ZnO의 첨가에 따른 LDPE 고유의 열적, 산소·수분 차단특성의 변화는 관찰되지 않은 반면 LDPE의 기계적 특성인 인장강도는 최대 12.

후속연구

본 연구를 통해 나노 ZnO를 LDPE에 첨가하였을 경우 효과적인 항균성을 부여하며 동시에 포장소재로서 요구되는 LDPE의 주요 물성의 변화는 관찰되지 않음으로써 가공성과 포장성능은 변화 없이 유지한 채 기능성만을 부여할 수 있음을 확인하였다. 그러나 LDPE 필름의 불투명도가 증가하므로 필름의 투명성이 요구되는 식품포장재의 경우 대체 소재의 적용을 고려해야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	AgNP 또는 나노 ZnO의 장점은?	AgNP 또는 나노 ZnO의 경우 동종의 마이크로 입자보다 더 많은 Ag+ 및 Zn2+ 등의 이온을 방출하고 활성산소종(ROS)을 생성함으로써 효모, 곰팡이 및 박테리아에 더 우수한 항균력을 보이며 이러한 효과를 활용한 나노 식품 포장재 적용 사례가 보고되고 있다.11,12)
	나노 물질이란?	2016년에 발행된 Grand View Research1)에 따르면, 전 세계 나노 물질 적용 패키징 시장의 규모는 2015년 237억 달러에서, 2024년에는 663억 달러에 이를 것으로 예상된다. 일반적으로 나노 물질은 100 nm 이하의 입자 크기를 갖는 물질로 정의되며2) 상대적으로 높은 비표면적과 고유의 물리적, 광학적 및 화학적 특성을 나타낸다. 이러한 나노 물질은 그 종류에 따라 소재의 유연성, 내구성, 내열성 및 차단성등의 기본적인 특성을 개선시킬 목적으로 복합소재(composite)의 형태로 응용되고 있다.
	식품 패키징에 응용하는 나노 물질에는 무엇이 있는가?	현재 응용 연구 또는 적용되고 있는 주요 나노 무기물질로는 은나노(AgNP, Silver nanoparticle), 나노클레이(Nanoclay), 나노 산화아연(Nano ZnO), 나노 이산화티타늄(Nano TiO2) 및 카본나노튜브(CNTs, Carbon nanotubes) 등이 보고되고 있다.7) 이들 나노 물질은 고유의 화학적 구조와 특성에 따라 각기 다른 기능성을 패키징에 적용시킬 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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