慶熙大學校大學院食品生命工學科

碩士學位論文 

알긴산 필름과 알긴산 코팅 라이너지의 

수분 저항성 및 물리적 성질의 개선 

Improvement of water resistance and physical 

properties of sodium alginate film and sodium 

alginate-coated linerboard 

指導敎授金炳龍 

慶熙大學校 大學院 

食品生命工學科 

金恩貞 

2005年 8月日

알긴산 필름과 알긴산 코팅 라이너지의 

수분 저항성 및 물리적 성질의 개선 




指導敎授金炳龍 

이 論文을 食品加工學科碩士學位論文으로 提出함. 


食品生命工學科 

金恩貞 

2005年 8月日

金恩貞의 碩士學位論文을 認准함 

主審敎授朴天錫印 

副審敎授白茂烈印 

副審敎授金炳 m 印 


2005年 8月日

CONTENTS 

List of Tables ························································································· ⅳ 

List of Figures ······················································································· ⅵ 

Abstract ······································································································· 1 

Literature Review ··················································································· 3 

Manuscript Ⅰ 

알긴산 필름의 수분 저항성 및 물리적 성질의 개선 ·················· 22 

Abstract ···································································································· 23 

Introduction ····························································································· 24 

Materials and Methods ······································································ 26 

1. 재료 ···································································································· 26 

2. 필름의 제조 ······················································································ 26 

3. 필름의 두께 ······················································································ 26 

4. Conditioning ···················································································· 27 

5. 투습계수 ···························································································· 27 

6. 수분용해도 ························································································ 27 

7. 연신강도 및 연신율 ········································································ 28 

8. 저온 저장 특성 ················································································ 28 

9. 통계처리 ···························································································· 28 

Results and Discussion ····································································· 32 

1. 알긴산 필름 ······················································································· 32 

- i -

1.1. 알긴산 농도에 따른 효과 ······················································· 32 

1.2. 가소제 농도별 필름 ································································· 40 

1.3. 침지용액 CaCl2의 농도에 따른 효과 ·································· 44 

1.4. CaCl2 용액의 침지시간에 따른 효과 ·································· 48 

1.5. 알긴산 1.5wt%에 다른 종류의 염처리 ······························· 52 

2. 알긴산 필름의 저온 저장 특성 ····················································· 56 

2.1. 연신강도 및 연신율 (ES, E) ················································· 58 

2.2. 투습계수 (WVP) ······································································ 59 

2.2. 수분용해도 (WS) ····································································· 60 

Conclusion ································································································ 63 

References ······························································································· 64 

Manuscript Ⅱ 

알긴산 코팅 종이의 수분저항성 및 물리적 성질의 개선 ·········· 67 

Abstract ·································································································· 68 

Introduction ····························································································· 69 

Materials and Methods ······································································ 71 

1. 재료 ···································································································· 71 

2. 필름의 제조 ······················································································ 71 

3. 필름의 두께 ······················································································ 71 

4. Conditioning ···················································································· 72 

5. 투습계수 ···························································································· 72 

6. 수분용해도 ························································································ 72 

7. 연신강도 및 연신율 ········································································ 73 

- ii -

8. 통계처리 ···························································································· 73 

Results and Discussion ····································································· 77 

1. 알긴산 농도에 따른 효과 ·························································· 77 

2. 가소제 농도별 필름 ···································································· 81 

3. 침지용액 CaCl2의 농도에 따른 효과 ······································ 85 

4. CaCl2 용액의 침지시간에 따른 효과 ······································ 89 

5. 다른 종류의 염처리 ···································································· 93 

6. 다양한 가소제에 따른 효과 ······················································ 97 

Conclusion ····························································································· 101 

References ···························································································· 103 

- iii -


List of Tables 

Table 1. Changes in water vapor permeability(WVP) of 

Na-alginate films with different Na-alginate 

concentrations········································································ 36 


Na-alginate films with different glycerol 


Table 3. Changes in water vapor permeability (WVP) of Na- 

alginate films with different CaCl2 solution 



alginate films with different immersion time by 

CaCl2 solution concentrations ·········································· 50 

Table 5. Changes in water vapor permeability (WVP) of 


Na-alginate films with different various divalent 

cations······················································································ 54 


Na-alginate coated linerboard with different Na- 

alginate concentrations.····················································· 79 

- iv -

Table 2. Changes in water vapor permeability(WVP) of Na- 

alginate coated linerboard with different glycerol 

concentrations.······································································ 83 


Na-alginate coated linerboard with different 

CaCl2 solution concentrations. ········································· 87 


alginate coated linerboard with different immersion time 

in CaCl2 solution.······································································ 91 

Table 5. Changes in water vapor permeability (WVP) of Naalginate 

coated linerboard with various divalent cations. 95 

Table 6. Changes in water vapor permeability (WVP) of Naalginate 

coated linerboard with various plasticizer. ········· 99 

- v -

Literature Review 

List of Figures 

Fig. 1. Chemical structure of alginic acid. ((a): alginic acid, 

(b): β-D -manuronic acid, (c): α-L-guluronic acid).····9 


Fig. 1. Preparation of alginate film. ··············································· 29 

Fig. 2. Experimental design. ······························································ 30 

Fig. 3. Cup assembly (a) used to measure the elongation 

strength (ES) and elongation rate (ER) and schematic 

diagrams to calculate ES (b) and ER (c) at break of 

alginate films.·············································································· 31 

Fig. 4. Viscosity of sodium alginate film-making solution. ·················· 34 

Fig. 5. Changes in force (ES) and elongation at break (E) 

of Na-alginate film with various alginate 

concentrations············································································ 35 

Fig. 6. Changes in water solubility of Na-alginate films 

with various Na-alginate concentrations.······················· 37 

Fig. 7(a). Change in swelling rate of Na-alginate films made 

from different concentrations of Na-alginate at 25℃.··38 

Fig. 7(b). Change in swelling rate of Na-alginate films made 

from different concentrations of Na-alginate at 70℃··· 39 

- vi -


of Na-alginate films with various glycerol 

concentrations··········································································· 41 


with various glycerol concentrations.······························· 43 


of Na-alginate films with various CaCl2 solution 

concentrations.·········································································· 45 


with various CaCl2 solution concentrations. ················· 47 


of Na-alginate films with various immersion time 

by CaCl2 solution concentrations. ···································· 49 


with various immersion time by CaCl2 solution 

concentrations.········································································ 51 


of Na-alginate films with various divalent cations.··53 


with various divalent cations.············································ 55 

Fig. 16. Changes in elongation strength of Na-alginate 

films during storage.····························································· 58 

Fig. 17. Changes in elongation rate of Na-alginate 


Fig. 18. Changes in water vapor permeability (WVP) of 


- vii -


during storage (5℃).····························································· 61 


during storage (25℃).·························································· 62 



during storage (37℃).·························································· 63 

Fig. 1. Preparation of sodium alginate coated linerboard. 74 

Fig. 2. Experimental design. ······························································ 75 

Fig. 3. Cup assembly (a) used to measure the elongation 

strength (ES) and elongation rate (ER) and schematic 

diagrams to calculate ES (b) and ER (c) at break of 

alginate films.············································································ 76 


of Na-alginate coated linerboard with various Na- 

alginate concentrations.························································· 78 

Fig. 5. Changes in water solubility of Na-alginate coated 

linerboard with various Na-alginate concentrations.··80 


of Na-alginate coated linerboard with various 

glycerol concentrations.························································· 82 


linerboard with various glycerol concentrations.········· 84 


- viii -

of Na-alginate coated linerboard with various CaCl2 

solution concentrations.························································· 86 


linerboard with various CaCl2 solution concentrations. 

········································································································ 88 



immersion time by CaCl2 solution concentrations. ···· 90 


linerboard with various immersion time by CaCl2 

solution.······················································································ 92 



divalent cations.······································································ 94 


linerboard with various divalent cations.······················ 96 



plasticizer.················································································· 98 


linerboard with various plasticizer.······························· 100 

- ix -




- 1 - 

Kim, Eun Jung 

Department of Food Science and Technology 

The Graduate School of Kyung Hee University 

Abstract 

Recently, many researchers and industries have taken interest in the 

environment-friendly packaging decomposed by soil microorganisms 

due to serious environmental pollution by plastic waste. Biopolymers 

such as polysaccharides, proteins, and lipid have been used as sources 

of biodegradable film. However, the films produced from them present 

poor physical properties, and water-resistance. The goal of this work 

is to improve the physical properties and water-resistance of 

biodegradable film based on Na-alginate by divalent cation solution 

and to investigate the feasibility of Na-alginate coated films. 

First, to improve the water-resistance and physical properties of a 

Na-alginate film, the effects of the concentration of sodium alginate 

and plasticizer, the kinds and concentration of divalent cation, and the 

immersion time of films into divalent cation solutions on sodium 

alginate films were examined using longation strength (ES), elongation 

rate (E), water vapor permeability (WVP), and water solubility (WS). 

The lowest WVP and WS, and highest ES were shown when the film

made from 1.5% Na-alginate and 50% (based on the weight of used 

Na-alginate) glycerol was treated in 2% CaCl2 for 15 min. In addition, 

Na-alginate films treated by other divalent cations such as CuCl2, and 

ZnCl2 solutions also had lower WVP and WS. 

Next, to investigate the application of Na-alginate as a coating 

mateiral on paper packaging, effects of concentrations of sodium 

alginate and plasticizer, the kinds and concentration of divalent cations, 

and the immersion time of coated papers with divalent cation solutions 

were examined. Their physical properties, such as, elongation strength 

(ES), elongation rate (E), water vapor permeability (WVP), and water 

solubility (WS) were evaluated. 2.5% (w/w) alginate-coated paper 

treated with calcium ion (2%) for 3 min showed the highest ES and 

the lowest WVP and WS; moreover, cupric ion and zinc ion treatment 

enhanced water-resistance. Increase in glycerol (plasticizer) 

concentrations showed the decrease in the water-resistance of 

alginate-coated paper. Polyethylene glycol and sorbitol also enhanced 

the water-resistance. 

In conclusion, this study showed that the treatment of Na-alginate 

film with divalent caions improves its physical properties and 

water-resistance, and suggests that sodium alginate can be used as a 

coating material of the paper to improve the water-resistance of paper. 

- 2 -

Literature Review 

Ⅰ. 생고분자 필름의 제조와 이용 

1. 생고분자 

생고분자들은 이미 오래 전부터 식품의 저장성 향상을 위해 이용되어 왔 

는데, 중국에서는 이미 12세기에 신선한 오렌지와 레몬을 왁스로 코팅하 

였으며, 16세기에는 식품에 기름옷을 입히는 larding이 행해졌으며, 19세 

기 말에는 육류나 다른 식품들에 젤라틴 필름을 코팅하는 방법이 사용되 

었다. 이외에도 생고분자로 제조한 필름과 이를 이용한 코팅법이 오래 전 

부터 제약, 사진필름, 식품 등의 분야에서 이용되어 왔으며, 최근에는 탄 

수화물, 단백질, 지질 등의 물질로부터 생고분자 필름의 생산과 이들 필름 

의 특성 및 이용성에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 

생고분자필름은 가식성 필름이라고도 불리는데, 이들은 소비자 측면에서 

는 간편성과 고품질의 제품을 제공하고, 생산자 측면에서는 제품의 저장 

수명 연장과 포장의 감량화를 할 수 있는 기회를 제공한다. 또한 이들 생 

고분자 필름은 사용 후에는 동물사료로 쓰거나 폐기하더라도 쉽게 분해 

되어 퇴비화가 가능한 환경친화적인 포장재로서 최근 이의 이용 및 개발 

에 대한 관심이 높아지고 있다 (1-5) . 

2. 생고분자 필름의 원료 및 특징 

생고분자 필름의 소재로는 각종 탄수화물, 단백질, 유지 등이 단독으로 

또는 복합적으로 사용되고 있는데, 이 중 유지는 그 특성상 단독으로는 

필름의 제조가 어려워 과채류의 코팅제로 이용하는 외에는 복합필름의 소 

재로 주로 이용되고 있다. 생고분자 필름의 개발에 이용되고 있는 단백질 

중에는 collagen, gelatin, keratin, casein, whey protein, egg albumin 등 

과 같은 동물성 단백질과 corn zein, soy protein isolate, peanut protein 

등과 같은 식물성 단백질이 있으며, 탄수화물로는 cellulose 유도체, 전분 

- 3 -

유도체, pectin, alginate, carrageenan, chitosan 등이 있다. 지질을 원료로 

코팅물질에는 acetylated glyceride, fatty acid와 beeswax, paraffin wax, 

rice bran wax, candelilla wax 등과 같은 다양한 왁스류가 사용되고 있 

다. Corn zein 용액은 상업적으로 견과류의 과육의 코팅과 당과류의 코팅 

에 이용되고 있으며, 소세지 제품의 casing으로 collagen이 이용되고 있 

다. 왁스류는 신선한 과일과 채소류의 저장성 연장을 위하여 사용되고 있 

다. 

3. 생고분자 필름의 장점 

기존의 석유화학물질로부터 얻는 플라스틱 필름에 비해 생고분자 필름은 

다음과 같은 장점을 갖고 있다. 

(1) 생고분자 필름은 식용이 가능하며, 식품에 영양적 가치를 보충할 수 

있다. 특히 단백질로 만든 필름의 경우 더욱 그러하다. 

(2) 생고분자 필름은 사용 후 폐기하였을 때 쉽게 자연 중에서 분해가 

되므로 환경부담을 줄일 수 있다. 

(3) 생고분자 필름을 사용함으로써 포장식품에 맛, 향, 색 등의 다양한 

성분을 첨가하여 제품의 품질을 높일 수 있다. 

(4) 생고분자 필름은 완두콩, 강남콩, 견과류, 딸기 등과 같이 개별 포장 

하기가 어려운 식품들을 개별적으로 코팅하여 제품의 저장수명을 연장시 

킬 수 있다. 

(5) 생고분자 필름은 미생물의 침투를 막고 산화방지제의 역할을 할 수 

있다. 또한 보존하려는 성분의 외부에서 내부까지의 확산속도를 제어 할 

수 있다. 

(6) 생고분자 필름은 구성요소가 다른 식품의 각 층 사이의 접촉면에 응 

용할 수 있다. 예를 들어 피자파이, 캔디의 상호 구성 요소 간에 수분과 

용해된 이온의 이동으로 품질이 저하되는 것을 막을 수 있다. 

(7) 생고분자 필름은 향이나 항산화제 및 보존제를 microencapsulation 

방법을 사용하여 식품에 첨가함으로서 이들 성분이 식품의 내부에서 서서 

- 4 -

히 방출하도록 하여 이들 첨가제의 효율적인 이용을 가능케 한다. 

4. 생고분자 필름의 응용 

생고분자 필름 및 코팅제의 응용 예를 살펴보면 다음과 같다. 

(1) 과채류의 코팅 : 과채류의 표면에 가식성의 생고분자 필름을 코팅하 

여 이들의 호흡률 조절에 의한 과채류의 shelf-life 연장이 가능하다. 

(2) 지방함량이 많은 견과류의 코팅 : 견과류는 지방함량이 높아 쉽게 

산패되는 단점이 있어 장기간 보관이 어렵다. 

(3) 튀김용 필름 : 가식성 필름을 제조하여 고기와 야채를 다진 것을 함 

께 포장하여 튀긴 다음 모든 것을 함께 먹을 수 있다. 

(4) 수분 투과 방지용 : 피자 및 아이스크림콘 등에 가식성 필름을 이용 

하여 수분 이동을 방지하고 피자의 빵이나 아이스크림콘이 눅눅해 짐을 

방지한다. 

(5) 캔디의 코팅 : 캔디가 여름철의 고온 다습한 환경에서 눅눅해짐을 

방지하기 위해 가식성 필름을 코팅한다. 

(6) 제약류의 코팅 : 약품의 delivery system으로 이용하여 이를 복용한 

후 일정시간 후에 체내에서 필름이 용해되어 약의 내용물이 체내에 흡수 

되도록 한 것으로 이를 이용하면 원하는 시간과 장의 위치에서의 약성분 

의 흡수가 가능하다. 

(7) 계란의 코팅 : 계란을 생고분자 필름으로 코팅을 하여 수분손실에 

의한 중량감소를 방지하고, 난각의 강도를 증가시켜 계란의 가공 중 이송 

시에 파손에 의한 손실을 방지할 수 있다. 

(8) 간편 포장 : 라면 수프나 분말 커피 믹스 등 분말식품을 일회용씩 

포장하여 직접 끓는 물에 포장채 넣을 수 있어 사용이 간편하며, 포장 폐 

기물의 감소 효과를 가져 올 수 있다. 

(9) 종이의 코팅 : 가식성 필름의 낮은 유지투과특성을 활용하여 가식성 

필름을 종이에 코팅하여 유지함유 식품의 포장에 이용 될 수 있으며, 종 

이의 수분에 대한 저항성을 늘릴 수 있다. 

- 5 -

이외에도 이들 생고분자 필름은 식품의 포장이나 화장품 또는 각종 제약 

의 포장재로의 사용이 가능하고, 백화점의 shopping bag 이나 쓰레기 봉 

투와 같은 생활용품의 제조에도 이용이 가능하다. 

5. 생고분자 필름의 제조 

(1) 실험실적 제조 

생고분자 원료를 적절한 용매에 녹인 후 가소제와 기타 염을 첨가하여 

잘 섞은 다음 수평을 유지한 유리판 등에 부어 두께가 균일하게 되도록 

조절한 후 건조시켜 유리판으로부터 떼어내어 필름을 제조한다. 가소제로 

는 glycerin, polyethylene glycol, sorbitol 등이 단독 또는 혼합되어 사용 

된다. 

(2) 대량생산 

생고분자의 대량생산을 위해서는 extruder의 사용이 필수적이나 현재로 

는 다음과 같은 제약에 의해 그 이용이 이루어지지 않고 있는 실정이다. 

즉 대부분의 생고분자 필름은 그 용융점이 80℃ 내외로서 기존의 플라스 

틱 필름에 비해 낮으므로 기존 플라스틱 필름의 사출온도인 약 220℃까지 

가열하게 되면 이들 분자들이 분해되거나 타버리는 문제점이 있다. 또한 

생고분자물질은 용해도가 낮으며 용해된 물질이 수분함량이 높아 

extruder를 통과한 후 즉시 건조하기가 어려워 기존의 방법으로는 필름의 

제조가 용이하지 않다. 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 초임 

계 가스로 생고분자를 용해시킨 후 extruder를 통과하여 가스가 제거됨과 

동시에 필름의 건조가 이루어지도록 고안한 supercritical gas extrusion 

에 대한 연구에 관심이 집중되고 있다. 이외에 spinning 방법을 이용하여 

용해된 필름 용액을 필름형태로 성형한 후, 필름을 응고용 용액에 통과시 

켜 필름의 응고를 촉진시키는 방법이 실험적으로 시도 되고 있다. 

- 6 -

6. 생고분자 필름의 물성개선 

대부분의 탄수화물이나 단백질로 제조한 생고분자 필름들은 산소나 이산 

화탄소와 같은 가스의 차단성은 우수하나 이들 필름은 그 구조상 낮은 친 

수성기를 가지므로 수증기에 대한 차단성이 낮으며, 대부분의 경우 범용 

성 플라스틱 필름에 비해 물리적인 강도가 낮고, 몇몇 특수한 경우를 제 

외하고는 열접착성이 없어 식품에 응용하는데 문제점으로 지적되고 있다. 

따라서 생고분자 필름의 물성을 개선하여 이용성을 증대시키기 위해서 이 

들 필름의 제조 시에 지방산이나 왁스 또는 중성지방과 같은 소수성의 유 

지를 첨가하여 복합필름을 만들거나, 필름을 제조할 때나 또는 제조 한 

후에 단백질 분자 내에 가교결합을 형성 시켜 물성을 개선하는 방법이 시 

도되고 있다. 특히 후자의 방법은 단백질 필름에 주로 적용되었는데, 이러 

한 방법들 중에는 대두단백필름의 알카리 처리 (6) , sodium alginate를 사용 

한 대두단백필름의 alkylation과 propyleneglycol alginate처리 (7) , acetic 

anhydride와 succinic anhydride를 사용한 acylation 및 aldehyde를 사용 

한 단백질의 가교결합형성 (8,9) , 효소처리 (10,11) , 및 단파장의 자외선 조사 (12) , 

가열/건조에 의한 가교결합을 형성시키는 방법 (13,14) 등이 알려져 있다. 특 

히 formaldehyde나 glutaraldehyde 또는 glyoxal과 같은 aldehyde류를 사 

용하여 단백질 분자간이나 분자내에 가교결합을 형성하는 방법이 잘 알려 

져 있다. 

Ⅱ. 알긴산 ( alginate) 

1. 알긴산 

해조류는 일반적으로 탄수화물의 함량이 높으며, 특히 갈조류는 건물기 

준으로 탄수화물을 약 30 - 67%까지 함유하고 있다. 갈조류가 함유하는 

탄수화물 중의 다당류는 대부분이 알긴산 (약 70- 80%)과 laminaran 및 

fucoidan 등으로 구성이 되어 있다. 통상적인 algin은 alginic acid, sodium 

salt이고 Phaeophyceae科 갈색 해초에서 추출하며 β-D-manuronic acid와 

α-L-guluronic acid가 α-1,4 또는 β-1,4 결합으로 구성된 해조 다당류의 

- 7 -

일종이다(Fig. 1) (15,16) . 알긴산은 고분자 다당류로 분자량, 결합순서에 따른 

구조의 다양성에 따라 gel 형성 능력, 점도 증진 능력, 수분 흡수 능력, 

결착 능력, 점착 능력, 윤활 능력 및 필름 형성 능력 등의 광범위한 특성 

을 가져 식품, 화장품, 제지 및 의약품 등 여러 분야의 산업적 응용에 검 

토되어 왔다 (17,18) . 또한 최근에는 알긴산의 난소화성 특성을 부각시켜 식 

이 섬유로서 변비 치유, 비만 억제, 항암작용 및 인체 내 독성 발휘 억제 

효과도 보고되었다 (19) . 

2. 알긴산 의 물리 화학적 성질 

알긴산은 고유의 점도 특성과 금속염 결착능력으로 gel 형성과 필름 제 

조에 주로 이용이 되어왔다. 알긴산 분자 내의 carboxyl기에 Ca, Al, Zn, 

Fe, Cu 등의 2가 금속이온이 쉽게 결합할 수 있으며 이러한 2가 금속이 

온은 알긴산 분자 2개의 carboxyl기에 결합하여 알긴산 분자 사슬을 망상 

구조로 변화시켜 gel을 형성하게 된다. 금속 이온 중 Ca 이온이 주로 gel 

형성 경화제로 사용 되고 있다 (20) . 알긴산은 지방질 물질을 포장하는 캡슐 

공정의 피복 물질로 사용된다. 지방질 물질 또는 향기 성분 등의 소수성 

물질과 알긴산 용액을 유화제를 첨가하여 유화액을 만든 후, Ca 이온을 

첨가하면 알긴산의 gel화 능력으로 소수성 물질을 포집하게 되고 알긴산 

은 매우 안정한 gel을 이루게 된다 (21) . 또한 알긴산의 금속염 결착성은 

Cd, Pb 등의 생체 내 유해 금속이온 배출 능력에도 중요한 영향을 끼친 

다. 일반적으로 알기산은 Na 염과 결합되어 분말로 안정화 되어 있으며, 

알긴산 소다를 식이로 섭취하게 되면 생체 내에서 Na 염이 분리되고 그 

자리에 유해한 금속 이온이 착염 되어 체외로 배출이 된다 (22) . 

- 8 -

(a) 

(b) (c) 

Fig. 1. Chemical structure of alginic acid. ((a): alginic acid, (b): β 

-D -manuronic acid, (c): α-L-guluronic acid) 

- 9 -

3. 알긴산 의 성분 조성 ( M/G ratio) 

알긴산을 구성하는 β-D-manuronic acid와 α-L-guluronic acid의 성분비 

에 따라 금속염 치환율, 항돌연변이성 효과와 기본적인 물리, 화학적 성질 

에 영향을 받는다. 알긴산의 성분비 (M/G ratio)는 시료 갈조류의 종류, 

서식환경과 성장도에 기인하는 것으로 알려져 있다 (23) . 알긴산의 칼슘 치 

환율은 M block이 많을수록 칼슘이온의 확산이 용이하여 점도가 증가하 

고 치환율이 30%일 때 최고의 점도를 나타내며 내열성은 G block이 많 

을수록 저항성이 있어 점도 저하가 늦다. 또한 알긴산의 M/G ratio가 증 

가할수록 면역활성을 증가시켜서 강한 항종양효과와 세균감염에 대한 저 

항성을 높인다. 이 활성은 알긴산이 macrophage의 식세포능을 증가시키 

며 cytokine을 생성하는 monocyte를 자극하고 정상적인 macrophage 

activity를 가져 항종양활성을 가지는 것으로 알려져 있다 (20,24) . M/G ratio 

가 낮은 알긴산 일수록 cholesterol, glucose 및 카드뮴의 결합률이 증가하 

며 생체 내에 방사성 칼슘과 strontium을 투여하고 M/G ratio가 낮은 알 

긴산을 섭취시키면 분변으로 방사성 칼슘과 strontium의 배설이 촉진된 

다. 특히 알긴산은 M/G ratio가 낮을수록, 중합도가 클수록 금속이온결합 

능이 증가하여 체외배설률을 증가시킨다고 알려져 있다 (22,25) . 

4. 알긴산 의 식품 적 용성 

국내에서 생산되는 해조류 중 다시마는 연간 1,500만 톤으로 매년 대량 

생산되고 있으며 주로 전통적인 건제품이나 염장품으로 소비되고 일부가 

식품 첨가물의 원료로 가공되고 있어 그 이용성은 아직 부족한 실정이다. 

이는 해조류 탄수화물의 대부분이 난 소화성 복합 다당류로서 산이나 알 

칼리에 비교적 안정하고 특수한 세균효소에 의하지 않고서는 분해가 어렵 

다는 특성을 지니고 있기 때문이다 (26) . 식품 첨가물로서 알긴산은 주로 안 

정제 (stabilizer)로 아이스크림, 젤리, 케첩, 소스, 어묵 등에 사용이 된다. 

현재 아이스크림의 안정제로는 젤라틴, CMC (carboxymethyl cellulose), 

로커스트빈검, 알긴산 등이 사용이 되고 있으며 특히, 알긴산은 우유성분 

- 10 -

중의 칼슘이온과 반응하여 알긴산 칼슘을 형성하여 균일한 gel을 형성하 

여 다른 안정제에서는 볼 수 없는 특징을 가지고 있다. 알긴산을 가한 아 

이스크림은 알긴산 칼슘의 gel 조직으로 안정화되기 때문에 아이스크림의 

형태 유지에 좋으며, 장기간 보존하는 아이스크림의 용적 수축, 조직의 사 

상화 방지에 효과적으로 알려져 있다. 그 밖에 제빵, 제과용 젤리 또는 

gel 충진물, 청주의 청정제 (clarifier), 가식성 포장제로서 소시지의 casing 

및 가식 coating, oblate 등에 사용이 되며 어패류의 glaze 원료로 사용이 

되고 있다 (20,27-30) . 

- 11 -

Ⅲ. 가소제 ( Plasticizer) 

가소제들은 일반적으로 저 휘발성의 물질로 고분자의 유연성, 복원력, 흐 

름성을 증진시키기 위해 첨가되는 물질이라고 정의 될 수 있다. 가소제의 

성능으로서는 ① 고분자와 잘 섞일 것(相溶性) ② 생체에 대해 독성이 없 

을 것(안전성) ③ 휘발되지 않을 것(내열성) ④ 저온에서도 가소제로서의 

성질을 잃지 않을 것(내한성) ⑤ 고분자로부터 빠져 나가지 않을 것(非移 

行性; 비브리드아웃성) 등이 요구 된다. 다당류 필름의 물성을 보완하기 위 

하여 첨가되는 가소제는 글리세롤, 솔비톨, PEG 등과 계면활성제류가 연구되 

어 왔다. 이들 가소제 중에서도 글리세롤은 분자량이 작고 쉽게 수소결합 등을 

형성함으로써 기계적 성질과 투과성 등 고분자소재의 특성을 변화시킬 수 있 

는 것으로 알려져 있으며 또한 인체에 무해한 것으로 알려져 있다 (31) . 

Ⅳ. 종이 포장재 

1. 식품포장재로서 종이 

종이는 AD 105년경 중국의 채륜에 의하여 발견된 이래 주로 통신, 출판 

의 목적으로 이용되어 왔다. 카톤이 19세기말에 등장함에 따라 포장재에 

인쇄를 할 수 있는 점이 큰 장점으로 부각되었다. 시간이 경과함에 따라 

많은 소비인구를 대상으로 판매를 함에 있어서 독점적인 상품을 개발하고 

좋은 이미지(image)의 그래픽 디자인(graphic design)으로 상품을 선보이 

는 것이 중요하게 되었다. 이러한 요구가 버터를 싸는 데에서부터 통조림 

포장의 라벨에까지 확산되어 갔으며 여러 형태의 종이나 판지 포장이 이 

러한 요구를 충족시키는 중요한 역할을 오늘날까지 담당해 오고 있다. 종 

이 포장의 형태는 물건을 싸서 운반하는 중포장용의 크라프트지(kraft 

paper), 지방 식품의 포장을 위한 내유성종이(grease proof paper), 여러 

종류의 판지, 왁스(wax)코팅용지, 적층지(laminated paper)등으로 다양하 

게 발전되어 오늘에 이르고 있다. 

우리나라에서 포장재료 및 용기의 원재료의 생산비에서 종이는 현재 약 

54%를 점하고 있다. 우리나라는 총 550만 4천톤 정도의 종이제품을 생산 

- 12 -

하고 있으며 이 가운데 55%정도가 포장용으로 소요된 것으로 추정된다. 

종이 포장재는 나무의 식물섬유를 추출하여 이를 물에 분산시켜 물을 매 

개로 얇고 평평하게 원하는 형태와 특성으로 조합시켜 만든 것으로, 원료 

를 쉽게 구할 수 있으며 가격이 싸고 중량에 비해서 강도가 우수하고 구 

겨지기 쉬운 특성을 가져 기계적으로 가공하기 쉬운 점을 가지고 있다. 

또한 고온이나 저온에서 잘 견디므로 살균식품이나 냉동, 냉장 식품 등 

여러 용도의 식품포장에 이용할 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이 인쇄 

적성이 좋으며 접착가공이 용이하고 생분해성(biodegradable) 재료로서 폐 

기물처리가 용이할 뿐 아니라 재순환하여 사용할 수 있으므로(recyclable) 

환경적인 이점을 가지고 있다. 한편으로 종이 포장재는 불에 타기 쉽고 

물에 약한 결점을 가지고 있는데 이를 보완하기 위하여 적당한 보조재를 

종이에 침투시키거나 플라스틱 등의 다른 포장 재료와 적층시켜서 종이 

포장의 물성을 변화시켜 사용하고 있다 (32) . 사회여건과 식품소비문화의 변 

화 등으로 식품의 소비패턴도 다양하게 변하고 있으며, 이에 따라 가공식 

품의 다양화, 특성화 등으로 즉석식품 및 테이크 아웃 식품에 대한 수요 

는 급속한 증가를 보이는 추세이다. 특히 가족단위의 핵가족화, 여성 노동 

인력의 증가, 소득수준의 향상 등에 따라 소비자들은 간편 식품을 선호하 

게 되었다. 이러한 간편 식품 중에는 식품을 용기 포장된 상태로 그대로 

또는 간단한 가열이나 조리의 과정만 거치도록 되어있다. 이러한 간편 식 

품에서는 식품포장은 운반 및 보호 기능과 함께 편의성 제공기능이 강조 

된다. 하지만 어떤 식품포장이라도 이러한 기능에 부가하여 식품의 품질 

과 안전성을 확보하는 것이 전제되어야 한다. 특히, 상품의 판매를 촉진하 

기 위한 목적인 광고 문구뿐만 아니라 소비자에게 상품의 정보를 제공하 

기 위한 필수기재사항의 표기 등으로 인하여 포장표면의 인쇄는 불가피한 

것이지만, 인화에 사용된 용매 등의 휘발성 물질의 이행에 대한 우려가 

많이 제기되고 있다. 포장의 인쇄는 대부분 겉면에 이루어지지만, 포장된 

식품으로의 직접적인 접촉에 따른 확산 이행과 휘발성 물질의 기체상을 

통한 이행으로 이루어지게 되며, 이로 인하여 식품에 이미와 이취 등을 

- 13 -

발생시키게 된다. 이는 소비자와 생산자에게 있어 식품 위생적인 측면뿐 

만 아니라 관능적 품질의 측면에서도 중요한 사항으로 많은 연구자들의 

연구 대상이 되는 부분이기도 하다 따라서 포장재의 잔류 오염물질의 식 

품으로의 이행과 관련한 많은 연구들이 이루어져 왔다. 그러나 포장재로 

부터 식품으로의 잠재적 오염물질의 이행에 관한 연구의 대부분은 식품과 

직접접촉에 대한 것이 대부분을 차지한다. 많은 경우 인쇄물질을 용해시 

키는 데 사용되는 용매들은 휘발성 물질로서 포장 내 빈 공간의 기체상을 

통하여 이행이 이루어지고, 이에는 식품, 기체, 포장 사이의 평형관계가 

중요한 역할을 하지만 이에 대한 연구는 아주 제한적으로만 이루어져 왔 

다. 특히 종이 포장재는 비교적 투과성이 높아서 외면의 인쇄에 사용된 

휘발성 물질이 전자레인지 등의 가열이나, 보관 중에 내부의 식품으로 이 

행될 가능성이 아주 높다 (33) . 

2. 종이의 제조 과정 

종이는 목재로부터 만들어진 펄프(pulp)로부터 제조된다. 나무로부터 종 

이를 제조하기 위해서는 목섬유(wood fiber)를 분리하여 균일한 형태로 

재형성하여 얇은 평판으로 성형하여야 한다. 나무를 구성하는 대체적인 

성분은 50%의 셀룰로즈(cellulose)와 목재세포 사이의 중간층(lamella)을 

접착 구성하는 30% 리그닌(lignin), xylan, mannan 등으로 된 20%의 헤 

미셀룰로즈(hemicellulose)로 되어 있다. 이중 종이 포장재로 이용되는 종 

이의 제조공정은 목재를 잘게 자른 칩으로부터 증해액(주로 알칼리 용액) 

을 가하여 세척한 후에 비표백펄프(UKP: unbleached kraft pulp)로 제조 

하고 여기에 염소, 이산화염소, 또는 소다를 가한 표백공정을 거친 후에 

압착, 탈수, 건조, 절단의 공정을 거쳐서 표백펄프(BKP: bleached kraft 

pulp)로 제조가 되고 있다. 현재 국내에는 대부분(80%) 화학펄프인 크라 

프트지가 사용되고 있고 일부분(20%) 정도는 국내에서 원료를 공급받아 

서 사용하고 있다. 주요 펄프의 수입국은 미국, 러시아, 인도네시아, 호주, 

남미 등이다. 종이와 종이로부터 가공한 물질이 전 세계적으로 이용이 되 

- 14 -

는 것은 가격이 낮을 뿐만이 아니라 이용하는데 안전하기 때문이다. 

종이의 재생 즉 목재에 재생 셀룰로오즈를 첨가하여 식품포장재로 생산 

하는 것은 환경보호차원과 경제적인 관점에서 유리하여 그 생산량이 매우 

증가하고 있다. 그러나 재생 종이를 식품포장재로 사용하는 것에는 유해 

물질의 혼입가능성 때문에 안전성에 대하여 의문이 제기되고 있다. 즉 종 

이 포장재의 가공공정 중에서 종이의 원료인 나무, 칩, 펄프, 등에 보존료 

(크롬계 보존료), 아황산, 중금속류 등이 혼입이 될 수 있고, 최종 종이제 

품 생산 시 형광증백제, 포름알데히드 등이 혼입 될 수 있다 (34) . 

3. 코팅지의 특성 

라벨이나 봉투 등의 경우 인쇄적성을 향상시키기 위하여 여러 형태의 코 

팅이 사용된다. 코팅이 종류로는 착색제, 접착제, 첨가제 등이 있다. 대표 

적인 착색제로는 점토, 이산화티타늄, 탄산칼슘, 등이 있다. 접착제로는 단 

백질, 전분 등이 사용된다. 첨가제로서 사용되는 것은 방수성 재료, 염료, 

방부제 등이 있다. 코팅된 종이는 calender를 통과시킴으로써 광택이 나게 

할 수 있다. 코팅지는 라벨이나 여러 겹으로 된 봉지뿐만 아니라 적층되 

거나 다른 재료와 결합되어 많이 사용된다. 

식품은 원료의 생산에서 가공, 유통 최종 소비되는 동안 물리, 화학, 생물 

학적 변화에 의해 신선도와 안정성이 크게 위협받는다. 이에 많은 연구자 

들은 적절한 포장과 처리를 통해 식품의 저장기간과 유통기간을 향상시키 

기 위해 노력해왔다. 현재 가식성 포장소재를 이용해 식품에 코팅, 또는 

필름을 제조하여 식품에 직접 포장에 이용하기 위한 여러 방법들이 활발 

히 연구되고 있다. 이들 가식성 코팅, 필름소재는 식품으로부터 수분, 가 

스 및 용질 등의 흡입 및 방출을 차단 또는 제어하면서 기계적 보호 등 

포장제의 기능을 지닐 뿐 아니라 동시에 직접 섭취가 가능해 포장폐기물 

의 감소와 이로 인한 환경오염 방지 및 간편성 등의 장점을 가지고 있다. 

식품에 가식성 필름의 직접적인 적용으로는 견과류와 당과류의 코팅, 소 

세지의 외피에 이용, 신선한 과일과 채소의 왁스처리 등이 이루어지고 있 

- 15 -

으며 그 응용범위를 확대해 나아가려는 수많은 연구가 이루어지고 있다. 

가식성 포장소재는 탄수화물, 단백질, 지방질로 나누어지는데 이들 가식성 

필름소재는 포장제로서의 기능을 하나 또는 그 이상으로 결점을 가지고 

있다. 탄수화물이나 단백질을 소재로 제조한 가식성 필름은 낮은 상대습 

도 조건에서 산소와 이산화탄소 등 높은 가스차단성과 적절한 물리적 강 

도를 가진다. 그래서 지방의 산패에 민감한 식품을 포장하는데 이용하려 

는 연구가 시도되고 있다. 지방질을 소재로 이용한 가식성 필름은 다른 

가식성 필름소재에 비해 높은 수증기 차단성을 가지나 기계적성이 효과적 

이지 못하다. 연구자들은 수증기 차단성을 개선하는 연구를 강조하였다. 

특히 wax와 지방산은 수증기 투과를 제한하는데 효과적인 것으로 알려져 

왔다. 그래서 이들은 단독으로 사용하기보다는 서로의 장단점을 보완하기 

위하여 유화, 분자구조의 변조 그리고 적층의 방법을 이용하여 개선하려 

노력해 왔다 (35) . 

4. 골판지 특성 

골판지란 한국포장규격(KS A 1007)에서 “파형으로 성형한 골심지의 편 

면 또는 양면에 라이너를 붙인 것” 이라고 정의하고 있다. 따라서 이들 

원지, 즉 파형으로 성형한 골심지와 라이너 두 종류의 종이와 이들을 조 

합하는 접착제의 세가지 요소로 이루어지는 포장용 재료로서 편면골판지, 

양면골판지, 이중양면골판지 및 삼중골판지로 나누어진다 (36) . 골판지상자 

의 주요 사용목적은 포장, 저장, 유통하는 동안에 외부의 압축력으로부터 

내용물을 보호하는 것이며, 이에 필요한 골판지 상자의 주요 물리적 기능 

으로는 높은 압축강도와 파열강도를 들 수 있다. 최근 들어 골판지 상자 

의 광고적 기능과 함께 농산물의 신선도 유지기능의 강화는 온․습도 차 

이가 심한 외계환경조건에서의 압축강도 유지는 간과할 수 없는 중요한 

기능으로 취급되고 있다. 

골판지 상자는 포장, 수송, 하역 및 저장 등의 물적 유통과정을 겪으면서 

여러 요인들에 의한 압축강도가 현저히 저하된다. 특히 저장 중에는 높은 

- 16 -

상대습도로 인한 흡습열화, 적층기간의 증대, 파랫트 패턴(palletting 

pattern)에 의한 강도저하가 뚜렷하며 (37-38) , 최악의 경우 골판지 상자의 기 

능이 골판지 생산 시 초기 강도의 10~20%밖에 기능을 다하지 못하는 경 

우를 볼 수 있게 된다 (39) . 이러한 압축강도의 개선에 관심이 집중되면서 

한정되어 있는 섬유자원의 사용을 최소화하면서도 강도의 향상을 꾀할 수 

있는 방법의 연구가 필요하게 되었으며 고평량의 라이너지, 고품질의 골 

심지를 사용하는 것에 관심이 많아지고 있다. 그러나 이것은 목재 자원이 

풍부하고 종이 사용량이 많으며 아울러 펄프의 가격이 저렴한 경우에는 

큰 문제가 되지 않으나 목재 자원이 빈약하고 대부분의 천연 펄프 자원이 

수입되는 국가의 경우에는 골판지에 사용되는 종이의 평량 증가는 골판지 

가격을 크게 상승 시키는 이유가 되므로 제조업계에서는 골판지 품질을 

저하 시키지 않고 원지의 평량과 비용을 낮출 수 있는 방법의 개발이 하 

나의 커다란 과제가 되고 있다. 그 방안의 하나로 코팅처리를 고려해 볼 

수 있는데 일반적으로 코팅은 마모나 마찰을 적게 하고 내수성을 증가시 

키기 위한 것으로 코팅을 통해 외관을 개선하고 인쇄품질을 높이며 표면 

의 청결, 내유성 및 고습도하에서의 기계적 성질을 개선시키는 목적을 달 

성하고 있다. 골판지의 수분 민감성을 감소시키기 위한 왁스처리는 가장 

오래된 코팅방법 중의 하나이지만 균일한 표면도공이 되기 어려우며 재활 

용 시 반점 발생의 원인이 되고 강도 또한 크게 향상 시키지 못하는 것으 

로 알려져 있다 (40) . 최근에는 이러한 단점을 보완하기 위해서 산화전분 등 

의 생고분자를 라이너지에 코팅하는 방법이 연구 되고 있다. 

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- 21 -


알긴산 필름의 수분 저항성 및 물리적 성질의 개선 

Enhancement of the water-resistance and physical 

properties of a sodium alginate 

- 22 -

Abstract 

The aim of this work was to improve the water-resistance and 

physical properties of a sodium alginate film. The effects of the 

concentration of sodium alginate and plasticizer, the kinds and 

concentration of divalent cation, and the immersion time of films into 

divalent cation solutions on sodium alginate films were evaluated by 

elongation strength (ES), elongation rate (E), water vapor permeability 

(WVP), and water solubility (WS). The film made from 1.5% sodium 

alginate solution(w/w) had low WVP and WS, suggested a good 

application for a film preparation. Addition of plasticizer increased the 

E and WS of film. Less than 2% CaCl2 addition and less than 15min 

immersion time reduced the WVP, WS, and E significantly (p

Introduction 

최근 난분해성의 플라스틱 폐기물에 의한 환경오염 문제가 심각하게 대 

두되면서 폐기 후 토양중의 미생물에 의해 분해 되는 환경친화성의 포장 

재에 대한 관심이 높아지고 있으며, 특히 식품 포장 분야에서는 새로운 

개념의 포장재로서 생분해성 필름에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있 

다 (1-2) . 생분해성 필름의 소재로서는 탄수화물, 단백질, 유지 등이 단독 또 

는 복합적으로 사용되고 있으며, 이중 유지는 그 특성상 단독으로는 필름 

의 제조가 어려워 복합필름의 소재로 주로 이용되고 있다. 탄수화물로는 

전분이나 셀룰로오스 및 이들의 유도체, 펙틴, 알긴산, 카라기난, 키토산 

등이 주로 사용되고 있으며, 이중 알긴산은 미역, 감태, 등의 갈조류의 세 

포막을 구성하는 성분으로 β-D-manuronic acid와 α-L-guluronic acid가 

α-1,4 또는 β-1.4 결합으로 구성된 block copolymer의 형태로 

hetero-polysaccharide이다. 알긴산은 고분자 다당류로 분자량 결합순서에 

따른 구조의 다양성에 따라 gel 형성 능력, 점도 증진 능력, 결착 능력, 

점착 능력, 윤활 능력 및 필름 형성 능력 등의 광범위한 특성을 지녀 식 

품, 화장품, 제지 및 의약품등 여러 분야의 산업적 응용에 검토되어 왔다 

(3-4) . 특히 알긴산은 고유의 점도 특성과 금속염 결착 능력으로 gel형성과 

필름제조에 주로 이용이 되어 왔다. 알긴산 분자내의 carboxyl기에 Ca, 

Al, Zn, Fe, Cu 등의 2가 금속이온이 쉽게 결합할 수 있으며, 이러한 2가 

금속이온은 알긴산 분자 2개의 카르복실기에 결합하여 알긴산 분자 사슬 

을 망상구조로 변화시켜 gel을 형성하게 되는데 금속 이온 중 Ca 이온이 

주로 gel 형성경화제로 사용되고 있다 (5) . 이를 이용하여 식품가공분야에서 

는 artificial berry나 기타 재조합 식품을 제조하는데 사용하고 있으며 (6) , 

생물 산업분야에서는 세포나 효소의 고정화용 bead를 제조하는데 사용하 

고 있다 (7) . 그런데 칼슘이온과 알긴산 사이의 반응은 즉각적으로 일어나 

기 때문에 알긴산 필름의 제조 시에 어느 한도 이상의 칼슘염을 첨가하면 

즉각적으로 겔을 형성하여 casting을 할 수 없어 필름의 제조가 불가능하 

- 24 -

다. 이러한 이유로 칼슘이온을 알긴산 용액에 첨가하지 않고, Pavlath (8) 의 

방법에 따라 알긴산 필름을 다가이온의 염 용액에 침지시켜 필름을 제조 

하였으며, 이렇게 제조된 알긴산 필름의 수분에 대한 저항성이 크게 증가 

하였음을 보고하였다. 이러한 수분 저항성이 증가된 필름은 수증기 함량 

이 높은 조건이나 수분함량이 높은 식품의 포장에 효과적으로 사용될 수 

있으므로 여러 이온의 조건에 따른 처리효과에 대해 보다 자세한 연구가 

이루어져야 한다. 

따라서 본 연구에서는 알긴산 필름의 내수성 및 물성 증진을 그 목적으 

로 하고 있으며, 필름의 품질에 영향을 미치는 알긴산과 가소제 농도에 

따른 효과와 침지이온의 농도, 시간별 효과 또한 여러 이온 종류를 달리 

하여 알긴산 필름을 제조하고 그 효과를 검토하였다. 이렇게 형성된 알긴 

산 필름을 저온에 대한 특성을 살펴보고자 4주 동안 저온 저장하여 그 특 

성을 검토하였다. 

- 25 -

1. 재료 

Materials and Methods 

본 실험에서 사용한 알긴산은 알긴산염 (Kanto Chemical Co., Inc)을 사 

용하였고, CaCl2, ZnCl2, MgCl2, CuCl2, KCl은 Sigma 사 (USA)로부터 구 

입하여 사용하였다. 가소제로 glycerol (Daejung Chemical & Metals Co., 

Ltd.) 을 이용하였다. 

2. 필름의 제조 

모든 알긴산 필름은 Fig. 1과 같은 방법으로 제조하여 실험용 필름으로 

사용하였다. Pavlath 등 (8) 의 방법에 따라 알긴산 필름을 제조한 뒤 필름을 

2%칼슘용액에 5분간 침지한 후 건조시켰다. Fig. 2과 같이 알긴산 농도와 

가소제 농도에 따른 효과를 보고나서 적절한 침지이온의 농도와 시간을 

정하였다. 다양한 침지 이온으로는 2%의 Zn 2+ , Cu 2+ , Mg 2+ 을 15분간 처리 

하여 그 물성과 내수성을 비교하였다. 참고적으로 특이한 성질을 가진 

Cu 2+ 침지용액 농도를 1-20% 달리하여 필름의 물성을 측정하였다. 

모든 필름은 물성 측정항목에 따라 투습도 측정용은 7×7㎝, 수분용해도 

측정용은 2×2㎝, 인장강도 및 연신율 측정은 7×7㎝ 크기로 절단하여 사용 

하였다. 

3. 필름의 두께 

각 필름의 두께는 10㎛의 정밀도를 갖는 마이크로미터(Dial Thickness 

Gauge 7301, Mitutoyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 투습도 측정용 시 

료는 중심부와 주변 네 부위의 두께를 측정하였고 그 평균값을 사용하여 

투습계수의 계산에 사용하였으며, 인장강도 측정용 시료 역시 길이 방향 

으로 다섯 부위의 두께를 측정하고 그 평균값을 사용하여 필름의 인장강 

도 계산에 나타내었다. 

- 26 -

4. Conditioning 

모든 필름 시료는 25℃, RH 50% 조절된 항온항습기(Model JS-THC 

3500, (주)존샘)에서 48시간 동안 수분함량을 조절한 후 필름의 특성 측정 

에 사용하였다. 

5. 투습계수 

필름의 투습계수(water vapor permeability: WVP)는 필름의 투습도 

(Water vapor transmission rate: WVTR)를 측정한 후 다음 식에 따라 

결정하였다. 

WVP=(WVTR×L)/△p 

여기서 WVTR은 필름의 투습도(g/m 2 ․ s), L은 필름의 평균 두께(m), 

△p는 필름 양쪽의 수증기압차(Pa)를 나타낸다. WVTR은 ASTM 표준방 

법 (9) 을 수정하여 25℃와 50% 상대습도 구배 하에서 측정하였다. 

Poly-methylmethacrylate로 제작한 투습컵을 사용하여 상부까지 1㎝공간 

이 생기도록 18㎖의 증류수를 넣고 투습도 측정용 필름을 투습컵의 입구 

(지름 4.6㎝)에 밀착시켜 밀봉한 후 무게를 측정하여 25℃와 50% RH로 

조절 된 항온항습기에 넣고 8시간 동안 매 1시간 간격으로 투습컵의 무게 

를 0.1㎎의 정밀도로 측정하였다. WVP의 계산 시에 필름의 하부와 증류 

수의 표면 사이에 있는 공기의 저항에 의한 영향은 MuHugh 등 (10) 과 

Gennadios 등 (11) 의 방법에 따라 보정하였다. 

6. 수분용해도 

필름의 수분용해도(water solubility: WS)는 Rhim 등 (12) 의 방법에 따라 

측정하였다. 먼저 수분용해도 측정용 필름 3매를 취하여 105℃ 건조기에 

서 24시간 건조하여 필름의 건물함량을 측정하고, 수분용해도 측정용 필 

름 3매를 따로 취하여 50㎖ 용량의 비이커에 증류수 약 30㎖와 함께 넣고 

- 27 -

밀봉한 후 각 측정온도로 고정된 5, 25, 37℃정온기에 넣고 가끔 흔들어 

주면서 24시간 후에 용해되지 않은 필름을 꺼내어 105℃의 건조기에서 24 

시간 동안 건조시켜 건물함량을 측정하였다. 필름의 용해도는 초기의 건 

물에 대한 물의 용해된 양의 백분율로 나타내었다. 

7. 연신강도 및 연신율 

알긴산 필름의 연신강도 (elongation strength, ES)와 연신율 (elongation 

rate)은 rheometer(CR-200D, Sun Scientific, Japan)와 Fig. 3 (a)의 장치 

를 이용하여 측정하였다. 즉, 알긴산 필름 (7㎝×7㎝)를 Fig. 3 (a)의 장치 

에 장착하고 adapter No. 2를 사용하여 50 mm/min의 cross-head 속도로 

필름이 파괴될 때까지 압착하였다. ES와 ER의 계산을 위해 Fig. 3 (c)와 

같이 필름은 압착되면서 원뿔 모양으로 일정하게 변형된다고 가정하였고, 

필름의 연신율은 변형 전 초기 면적 (A0)에 대한 변형 후의 필름의 원뿔 

모양의 표면적 (A1)에 대한 비율로 나타내었다. 또한 필름의 연신강도는 

필름이 파괴될 때의 힘을 Fig. 3 (b)와 같이 힘 성분을 분해하여 아래 식 

으로 계산하였고, 변형된 필름의 단위면적당 필름의 장력으로 정의하였다. 

8. 저온 저장 특성 

최적 조건에 따라 생성된 필름을 저온에서 4주간 저장하여 그 특성 변화 

를 측정하였다. 알긴산 필름은 1주, 2주, 3주, 4주 차에 각각 수분용해도, 

연신강도 및 연신율, 투습계수를 측정하였다. 

9. 통계처리 

각 필름의 투습도, 수분용해도, 인장강도, 연신율은 각각 따로 제조한 필 

름을 실험단위로 하여 3회 반복 측정하여 평균값과 표준편차를 SAS (13) 의 

General Linear Model을 사용하여 계산하였다. 각 평균값의 유의적인 차 

이 검정은 유의수준 α=0.05를 사용하여 Duncan's multiple range test를 

실시하였다. 

- 28 -

알긴산 + 증류수 (glycerol) 

Hot plate 상에서 용해 

90℃ 수욕조에서 30분 가열 

유리판에 부어 상온에서 48시간 건조 

이온용액에 침지한 후 건조 

실험용 필름으로 사용 

Fig. 1. Preparation of alginate film 

- 29 -

알긴산 농도에 따른 영향 1~2.5% 

알긴산 무게 대비 glycerol 20~65% 

Ca2+ Ca 침지 이온의 농도에 따른 영향 1~3% 

2+ Ca 침지 이온의 농도에 따른 영향 


2+ Ca 침지 이온의 농도에 따른 영향 1~3% 


2+ 침지 이온의 농도에 따른 영향 

Ca2+ Ca 침지 이온의 시간에 따라 

2+ Ca 침지 이온의 시간에 따라 

2+ Ca 침지 이온의 시간에 따라 5~35min 



2+ 침지 이온의 시간에 따라 5~35min 

여러 종류의 이온을 처리 

최적 공정 조건 확립 

Fig. 2. Experimental design. 

- 30 -

Elongation rate (%) = A 1 

A 0 

Elongation strength (MPa ) = 

Total ES 

δ 

Θ 

Θ 

f 

- 31 - 

r 

R 

100 

f 9.8 

cos θ 

△ A 

(a) (b) (c) 

Fig. 3. Cup assembly (a) used to measure the elongation strength 

(ES) and elongation rate (ER) and schematic diagrams to 

calculate ES (b) and ER (c) at break of alginate films. 

A 0 

A 1 

δ 

r 

R

1. 알긴산 필름 

1. 1. 알긴산 농도에 따른 효과 

Results and Discussion 

알긴산 농도에 따른 필름의 특성을 알아보기 위해 0.5 - 3% (w/w)의 

농도 범위에서 필름을 제조하였다. 0.5% (w/w) 알긴산 용액은 너무 낮은 

점도로 필름의 casting 적성이 좋지 않았으며, 3 wt% 경우는 높은 점도 

로 필름 base용액을 제조할 수 없었다. Fig. 4에 알긴산 base용액의 고유 

점도를 나타내었다. 농도가 증가할수록 그 점도가 크게 증가함을 보이며 

이는 필름을 제조에는 적절한 농도가 요구되어짐을 알 수 있다. 

알긴산 필름의 연신강도와 연신율은 Fig. 5에 나타난 바와 같았다. 연신강도 

는 7.80에서 11.31 (MPa)로, 연신율은 0.99에서 1.40 (%)로 각각 증가하였다. 

그러나 연신강도의 경우 1.5% (w/w)이상의 농도에서는 유의적인 차이를 보이 

지 않았으며, 연신율은 2% (w/w) 이상에서 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 

알긴산 농도가 증가함에 따라 필름 두께는 32.82에서 64.21 (㎛)로 유의적으로 

증가하였고, 알긴산 필름의 투습계수(Water vapor permeability: WVP)는 

Table 1에 표시한 바와 같이 알긴산 농도 증가에 따른 뚜렷한 유의차는 

나타내지 않았으며, 1.5% 농도의 알긴산 필름이 0.81 (ng․m/m 2 ․s․Pa) 

로 가장 낮은 투습계수를 가졌다. 1%의 알긴산 필름은 낮은 알긴산 농도 

때문에 칼슘 이온과 충분한 반응을 이루지 못함으로써 높은 투습계수를 

나타낸 것으로 사료된다. 특히 알긴산 농도가 증가할수록 필름 두께의 증 

가를 볼 수 있는데, 이는 친수성을 갖는 가식성 필름들이 두께가 증가함 

에 따라 투습계수가 증가하는 특징적인 두께의 영향을 나타낸다 (11,13) . 

알긴산 농도 증가에 따른 수분용해도를 Fig. 6에 나타내었다. 무처리 알긴산 

필름은 증류수에 넣으면 바로 용해되기 때문에 2% CaCl2 용액에 5분간 침지 

하여 실험용 필름으로 사용하였다. 알긴산 필름의 수분용해도는 모든 온도범위 

5~37℃에서 1.5% 알긴산 필름이 4.82~6.00 (%)으로 가장 낮은 수분용해도를 

나타내었다. 또한 알긴산 농도가 증가함에 따라 수분용해도가 감소하는 경향을 

- 32 -

보였으며 온도에 의한 영향을 보면 알긴산 필름은 온도가 증가함에 따라 그 

수분용해도도 증가하는 것을 볼 수 있다. 

Fig. 7에서는 25, 70℃에서 수분흡수에 의한 필름의 팽윤도를 나타내었다. 초 

기에는 팽윤되는 폭이 컸으나 30분 이상에서는 거의 일정하게 유지 되며 온도 

가 상승되면 팽윤되는 정도가 감소하는 것을 볼 수 있다. 특히 1.5% (w/w) 알 

긴산 필름은 팽윤도가 작아 수분에 노출시 변형율이 적은 것으로 판단된다. 

본 연구에서는 알긴산의 필름을 만드는 공정 중에 가장 기초가 되는 알 

긴산 기본용액의 농도별로 필름을 만들어 그 물성과 내수성의 측정을 통 

해 적당한 1.5% (w/w) 의 농도를 잡을 수 있었다. 

- 33 -

Apparent viscosity (cps) 

4000 

3000 

2000 

1000 

0 

1.0 1.5 2.0 2.5 

Concentration of sodium alginate (wt%) 

Fig. 4. Viscosity of sodium alginate film-making solution. 

- 34 -

Elongation strength (MPa) & rate (%) 

12 

8 

4 

0 

Elongation strength 

Elongation rate 

1.0 1.5 2.0 2.5 


Fig. 5. Changes in force and elongation at break (E) of 

Na-alginate 

concentrations. 

film with various Na-alginate 

- 35 -


Na-alginate films with different Na-alginate 


Concentration of 

Na-alginate(%) 

Thickness 

(㎛) 

1.0 32.82±0.53 d 

1.5 44.71±0.26 c 

2.0 55.60±1.43 b 

2.5 64.21±1.67 a 

*Means with the same letter in each column are not significantly different (p

Water solubility (%) 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

1 1.5 2 2.5 


- 37 - 

5℃ 

25℃ 

37℃ 

Fig. 6. Changes in water solubility of Na-alginate films with 

various Na-alginate concentrations.

Swelling rate at 25 o C (%) 

280 

240 

200 

160 

120 

80 

1.0 wt% alginate solution 




0 40 80 120 160 

Time (min) 

Fig. 7(a). Change in swelling rate of Na-alginate films made from 

different concentrations of Na-alginate at 25℃. 

- 38 -

Swelling rate at 70 o C (%) 

280 

240 

200 

160 

120 

80 

0 40 80 120 160 

Time (min) 

- 39 - 





Fig. 7(b). Change in swelling rate of Na-alginate films made from 

different concentrations of Na-alginate at 70℃.

1. 2. 가소제 농도별 필름 

알긴산 1.5%의 농도 기준으로 가소제로서 0~65% (알긴산무게대비 

w/w)의 glycerol을 첨가하여 필름을 제조하였다. 필름의 연신강도 및 연 

신율의 최종결과는 Fig. 8에 있듯이 glycerol 농도가 증가할수록 연신강도 

는 10.66에서 3.71 (MPa)로 감소, 연신율은 1.08에서 3.06 (%)으로 증가 

함을 보였다. 이는 친수성인 glycerol이 필름 base용액에 첨가됨에 따라 

알긴산과 수소결합을 형성하여 결국 알긴산과 Ca 2+ 의 망상반응에 영향을 

끼치게 되어 내부 분자들 간의 인력을 약화시키기 때문으로 사료된다 (11) . 

Glycerol의 첨가에 따른 알긴산 필름의 두께는 45.53~41.87 ㎛로 감소하 

였으나 그 양의 증가에 따른 두께 감소의 유의차는 없었다. 투습계수는 

Table 2에 표시한 바와 같이 glycerol의 첨가로 투습계수가 0.81에서 0.68 

로 감소하였다. 이는 친수성을 갖는 가식성 필름들이 두께가 증가함에 따 

라 투습계수가 증가하는 특징적인 두께의 영향을 나타낸다 (13) . 

Glycerol 농도 증가에 따른 수분용해도는 Fig. 9에 나타내었다. 친수성인 

glycerol의 농도가 커질수록 대조군에 비해 1.52~2.67배 증가하였다 .온도 

에 의한 영향은 크지 않음을 볼 수 있다. 

본 연구에서는 알긴산 필름에 가소제를 첨가하여 필름 제조 적성을 증진 

시키며, 필름의 유연성을 증진시키기 위해 친수성 가소제인 glycerol을 첨 

가하여 그 물성 및 내수성을 측정하였다. Glycerol의 첨가로 인하여 알긴 

산 필름의 물성과 그 내수성은 감소하지만, 필름제조 적성 면에서 알긴산 

대비 50%의 glycerol을 첨가하는 것이 적당한 것으로 판단된다. 

- 40 -


12 

9 

6 

3 

0 

0 20 40 60 

Concentration of glycerol (%) 

- 41 - 




Na-alginate films with various glycerol concentrations.


Na-alginate films with different glycerol concentrations. 


glycerol(%) 

Thickness 

(㎛) 

0 45.53±0.05 a 

20 42.40±0.09 b 

35 42.21±0.04 b 

50 42.27±0.06 b 

65 41.87±0.02 b 

* Means with the same letter in each column are not significantly different (p


18 

15 

12 

9 

6 

3 

0 

5 o C 

25 o C 

37 o C 

0 20 40 60 80 



various glycerol concentrations. 

- 43 -

1. 3. 침지용액 CaCl2의 농도에 따른 알긴산 필름 

알긴산 1.5%(알긴산 대비 가소제 50%)의 필름에 침지용액 CaCl2의 농도 

에 따라 기계적 성질과 수분에 대한 특성변화를 측정하였다. Ca 2+ 이 알긴 

산 분자 2개의 carboxyl기에 결합하여 알긴산 분자 사슬을 망상 구조로 

변화시켜 gel을 형성하게 된다 (5) . 

Pavlath 등 (8) 은 알긴산 필름을 칼슘용액에 침지 할 때, 알긴산이 용해되 

는 반응과 칼슘이온이 필름표면의 카르복실기와 가교결합을 형성하면서 

알긴산을 불용화 시키는 반응이 경쟁적으로 일어난다고 가정하였다. 칼슘 

이온의 농도가 낮으면 알긴산이 용해되는 반응이 빠르게 진행되고 칼슘이 

온의 농도가 증가할수록 가교결합에 의해 알긴산의 불용화 속도가 증가한 

다고 하였다. 이에 따라 Fig. 10에서 나타난 바와 같이 침지용액 CaCl2 농 

도의 증가에 따라 연신강도는 대조군에 비해 14~16배로 크게 증가하였으 

며, 연신율은 4.4~4.8배로 유의차를 보이지 않으면서 감소하였다. Table 

3에서 보여주듯이 두께 또한 42.51~52.59 (㎛)로 유의적으로 증가하였으 

며 투습계수는 CaCl2의 처리에 의해 1.43~1.83배 감소하며, 2%의상의 농 

도에서는 큰 유의차를 보이지 않았다. 

필름의 수분용해도는 수분에 대한 저항성을 나타내는 지표로서 칼슘의 

농도에 따른 효과는 Fig. 11와 같다. 대조구인 알긴산 필름은 증류수에 

넣으면 바로 용해되어 수분용해도를 측정할 수 없었다. 1.0%의 칼슘용액 

에 침지한 알긴산 필름은 그 수분용해도가 2, 3%에 비해 크며 이는 

Pavlath 등 (8) 의 연구에서 볼 수 있듯이 침지 중에 알긴산이 용해되는 반 

응이 빠르게 진행된 것으로 보인다. 2% 처리 필름이 12.41~14.34 (%)로 

가장 낮은 수분용해도를 나타내었다. 알긴산 필름은 물의 온도가 증가할 

수록 수분용해도가 증가하는 것을 볼 수 있는데 이는 Pavlath 등 (14) 의 연 

구결과와 일치한다. 따라서 기계적 특성이나 수분에 대한 성질을 볼 때 

2% CaCl2 용액을 본 연구의 침지 용액 농도로 하였다. 

- 44 -


15 

12 

9 

6 

3 

0 

0 1 2 3 

Concentration of calcium chloride solution (%) 

- 45 - 




Na-alginate 


films with various CaCl2 solution


Na-alginate films with different CaCl2 solution 

concentrations 


CaCl2(%) 

Thickness 

(㎛) 

0 51.79±0.09 b 

1.0 42.51±0.10 d 

2.0 46.33±0.07 c 

3.0 52.59±0.14 a 



100 

80 

60 

40 

20 

0 

0 1 2 3 


- 47 - 

5 o C 

25 o C 

37 o C 


various CaCl2 solution concentrations.

1. 4. CaCl2 용액의 침지시간에 따른 알긴산 필름 

알긴산 필름에 2% CaCl2 용액의 침지 시간을 달리하여 그 특성을 보고 

자 하였다. Pavlath 등 (15) 은 2%의 CaCl2용액은 알긴산 필름을 수분에 대해 

불용화 시키기에는 충분하지 못하며, 5% 및 10% 용액에서는 침지시간이 

증가할수록 필름의 불용화도가 증가하여 약 30분 정도에서는 포화가 일어 

난다고 하였다. Fig. 12에서와 같이 침지 시간이 증가할수록 연신강도는 

대조군에 비해 16.6~27.6배 증가하였고, 연신율은 4.7~8.7배 감소함을 보 

였다. 

Table 4에서와 같이 침지시간이 증가할수록 두께는 51.45에서 41.08 (㎛) 

로 현저하게 감소함을 나타내었다. 침지시간이 필름의 투습계수에 미치는 

영향을 보면 투습계수 또한 CaCl2처리에 의해 현저하게 감소하였으며 5분 

의 경우 가장 낮은 투습계수를 가지고, 15분 이상에서는 그 유의차가 나 

타나지 않았다. 

수분용해도 또한 침지 시간이 증가할수록 감소하였으며 15분 이상 에서 

는 유의차가 나타나지 않았다(Fig. 13). 온도의 증가에 따라 큰 차이는 없 

지만 용해도가 증가하는 것을 볼 수 있다. 따라서 수분용해도, 투습계수가 

낮으며 기계적 물성이 좋은 15분 처리 필름을 본 연구의 기준으로 하였 

다. 

- 48 -


9 

6 

3 

0 

0 10 20 30 40 

Immersion time (min) 

- 49 - 




Na-alginate films with various immersion time by 

CaCl2 solution concentrations.


Na-alginate films with different immersion time in 

CaCl2 solution. 

Immersion time in 

CaCl2 solution(min) 

Thickness 

(㎛) 

0 51.45±0.08 a 

5 46.24±0.20 b 

15 44.27±1.00 c 

25 41.23±0.61 d 

35 41.08±0.55 e 



18 

15 

12 

9 

6 

3 

0 

0 10 20 30 40 


- 51 - 

5 o C 

25 o C 

37 o C 


various immersion time by CaCl2 solution 

concentrations.

1. 5. 알긴산 1.5% ( w/w) 에 다른 종류의 염 처리 

2%의 칼슘 침지용액 외에 구리, 아연, 마그네슘 용액을 15분간 침지하여 

필름을 제조하였다. Fig. 14에서 침지 용액에 종류에 따른 알긴산 필름의 

연신강도와 연신율을 나타내었다. 구리 이온 침지 필름은 5.51 MPa로 연 

신강도가 가장 크며, 연신율은 마그네슘을 처리한 필름이 3.96%로 높게 

나타났으나 그 연신강도가 1.95 MPa로 너무 낮아 기계적 물성이 좋지 않 

았다. 또한 아연처리 필름은 연신강도가 무처리군에 비해 현저하게 증가 

하나 연신율이 1.89%로 낮아 필름의 건조 후에 부서지기 쉬운 상태로 필 

름 적성이 떨어짐을 보여 주었다. 

처리 이온에 따른 투습계수의 차이는 Table 5에 나타난 것과 같다. 마그 

네슘처리 필름의 투습계수는 1.12 (ng․m/m 2 ․s․Pa)로 다른 염이온의 

투습계수 보다 크며 이는 효과적으로 알긴산의 carboxyl기에 결합하여 알 

긴산 분자 사슬을 망상 구조로 변화시키지 못한다는 것을 보여준다. 이외 

에 아연과 구리이온은 효과적인 겔화로 필름의 투습계수가 대조군에 비해 

크게 감소하였다. Fig. 15에 나타나듯 수분용해도 또한 같은 영향을 보여 

준다. 대조군과 마찬가지로 마그네슘 처리 알긴산 필름은 증류수에 넣으 

면 바로 용해되어 수분용해도를 측정할 수 없으며 구리 이온 처리 필름이 

8.08~8.98 (%)로 가장 낮으며 특히 다른 이온들과 달리 온도에 의한 영 

향을 받지 않았다. 

결과적으로 이런 이가 이온의 처리로 알긴산 필름의 연신강도는 증가하 

고 연신율과 수증기 투과도 및 수분용해도는 현저하게 감소하였는데, 이 

는 칼슘, 구리, 아연이온과 알긴산 카르복실기 사이의 가교 결합의 형성으 

로 알긴산의 분자 구조가 변한 것으로 이것은 helix 구조를 갖는 알긴산 

분자사이에 ligand hole이 형성되고 여기에 Ca 2+ 가 결합한다는“eggbox" 

모델로 설명되어진다 (16) . 지금까지 알긴산의 겔 형성제로 칼슘이 통상적으 

로 이용되어져 왔으나 구리를 비롯한 다른 이가 금속염 이온도 사용 가능 

함을 보여준다. 

- 52 -


12 

9 

6 

3 

0 

Control Ca++ Zn++ Cu++ Mg++ 

Kinds of divalent cations 

- 53 - 




Na-alginate films with various divalent cations.


Na-alginate films with various divalent cations 

Films 

Thickness 

(㎛) 

Control 51.54±0.10 a 

CaCl2 

ZnCl2 

CuCl2 

MgCl2 

46.43±0.85 d 

47.07±0.30 c 

45.61±0.57 e 

49.55±0.44 b 



100 

80 

60 

40 

20 

0 

Control Ca++ Zn++ Cu++ Mg++ 


- 55 - 

5 o C 

25 o C 

37 o C 


various divalent cations.

2. 알긴산 필름의 저온 저장 특성 

최근 소비자들의 신선농산물에 대한 요구가 증대되면서 신선농산물의 포 

장화와 저온 유통시스템 도입의 필요성이 대두되고 있는데, 저온 유통 시 

스템이 활성화되려면 이에 적합한 포장 방법의 개발이 필수적이다. 현재 

농산물의 겉포장에 가용되고 있는 골판지 상자는 많은 장점이 있으나 저 

온 유통 시에는 흡습에 의하여 강도가 저하되어 포장상자로서 기능을 상 

실하게 된다. 따라서 본 연구에서는 판지에 내수성이 증진된 생고분자 피 

막을 형성하여 저온 저장용의 환경친화적인 내수성 포장재를 개발하는 것 

에 앞서서 알긴산 필름의 저온 저장 특성을 살펴보았다. 

Fig. 16에서는 연신강도를 나타내었는데 이온 처리를 하지 않은 control 

은 필름 제조 후에 0.49MPa에서 4주 저장 후에 0.12MPa로 75%나 그 연 

신강도가 감소한 반면에 Ca, Cu, Zn 처리 필름은 초기에 5.5, 6.9, 4.5 

MPa로 2주까지는 소폭 감소를 보이다가 그 후부터 강도가 크게 떨어져 

초기에 비해 48%의 감소를 나타내었다. 연신율은 Fig. 17에서 나타난 바 

와 같다. Control의 연신율은 10.74%로 높았으며 저장 시간이 길수록 직 

선적으로 감소했으며, 이온 처리 필름은 큰 변화를 보이지 않으며 낮은 

연신율을 보여 주었다. 이를 통해 control에 비해 이온처리 필름은 시간의 

증가에 다라 큰 물성변화를 보이지 않았으나 2주 후부터는 그 물성이 크 

게 낮아지는 특징을 보였다. 일반적인 골판지 상자에서도 예냉 후 저장중 

에 개선된 포장상자를 쓰더라도 농산품의 유통기한을 2-3일 (17) 정도 밖에 

연장시키지 못하는 걸 감안한다면 라이너지에 알긴산을 코팅한다면 저온 

유통에 적합한 포장재를 개발할 수 있을 것이다. 

저장기간에 따른 필름의 투습계수는 Fig. 18에 보여준 바와 같이 이온을 

처리하지 않은 필름은 그 투습계수가 직선적으로 증가하여 4주후에는 처 

음보다 40%나 큰 1.70 (ng․m/m 2 ․s․Pa)의 투습계수를 나타내었다. 반 

면에 칼슘, 구리, 아연 이온처리 필름은 2주 이후부터 투습계수의 증가를 

보였으며 특히 구리 이온 처리 필름이 낮은 투습계수를 보여 좋은 수분 

- 56 -

차단성을 보여주었다. 

수분의 저항성을 나타내는 지표 수분용해도는 Fig.19~21에 나타낸 바와 

같다. 무처리 알긴산 필름은 증류수에 넣으면 바로 용해되는 것에 비해 

Ca, Cu, Zn 이온 처리 필름은 모든 온도 범위 5~37℃에서 낮은 수분용 

해도를 보이며 높은 수분 저항성을 나타내었다. 모든 알긴산 필름이 저장 

시간이 증가할수록 수분용해도가 직선적으로 증가하였으며 칼슘처리 필름 

이 가장 높은 수분용해도를 나타냈고, 아연처리 필름이 제일 낮은 수분용 

해도를 보였다. 

- 57 -

Elongation strength (MPa) 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

0 1 2 3 4 

Storage time (week) 

- 58 - 

Non-treatment 

Treatment by CaCl 2 

Treatment by CuCl 2 

Treatment by ZnCl 2 

Fig. 16. Changes in elongation strength of Na-alginate films 

during storage.

Elongation rate (%) 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

0 1 2 3 4 


- 59 - 

Non-treatment 




Fig. 17. Changes in elongation rate of Na-alginate films during 

storage.

Water vapor permeability (ng*m/m 2 *s*Pa) 

2.0 

1.6 

1.2 

0.8 

Non-treatment 




0 1 2 3 4 


Fig. 18. Changes in water vapor permeability (WVP) of films 

during storage. 

- 60 -

Water solubility at 5 o C (%) 

13 

12 

11 

10 

9 

8 

7 

6 

0 1 2 3 4 


- 61 - 




Fig. 19. Changes in water solubility of Na-alginate films during 

storage (5℃).

Water solubility at 25 o C (%) 

13 

12 

11 

10 

9 

8 

7 

6 

0 1 2 3 4 


- 62 - 





storage (25℃).

Water solubility at 37 o C(%) 

14 

12 

10 

8 

6 

0 1 2 3 4 


- 63 - 





storage (37℃).

Conclusion 

알긴산 필름의 내수성 및 물성 증진을 위하여 필름의 기본 성분인 알긴 

산과 가소제 농도를 결정하고, 침지이온의 농도, 시간별 효과와 여러 이온 

종류를 달리하여 알긴산 필름을 제조하여 각 특성을 비교하였다. 알긴산 

은 고유 점성을 지녀 일정 농도가 요구되어 지는데 가장 낮은 투습계수와 

수분용해도를 보이는 1.5% 농도의 알긴산 용액을 본 연구의 필름 형성 

용액으로하고, 여기에 친수성 가소제인 글리세롤을 알긴산 무게 대비 

50% 첨가하여 필름의 제조 적성을 증가시켰다. 알긴산의 겔 형성 강화제 

로 많이 쓰이는 칼슘이온을 침지 용액으로 하여 농도와 침지 시간에 대한 

효과를 보았는데 연신강도는 14~27배 증가한 반면 연신율은 4.4~8.7배 

감소하였으며, 투습도는 1.4~1.9 배 감소하였다. 특히 침지시간을 증가 시 

에 수분용해도를 크게 감소시켰다. 겔 형성강화제로 칼슘 외에 구리와 아 

연 처리 필름의 연신강도는 18.2~19.7 배 증가하였으며, 투습도는 1.7~ 

1.8 배 감소하였고 그 수분에 대한 저항성이 크게 증가하였다. 또한 알긴 

산 필름의 저온 저장 특성을 본 결과 2주 이후부터 투습도가 크게 변화며 

수분용해도는 3주부터 크게 높아지는 것을 알 수 있다. 연신강도도 2주 

이후 크게 감소하는 것을 통해 2주 이하의 저온 유통 시 알긴산 필름을 

기존에 많이 쓰이는 종이 박스 포장에 코팅하는 것이 효과적 일 것이라 

사료된다. 따라서 본 연구에서는 알긴산 필름에 대한 기본적인 데이터 및 

여러 이온의 효과를 나타내고 저온 유통 시스템에서의 수분에 약한 종이 

박스 포장의 코팅제로 알긴산 필름이 적합함을 제시하였다. 

- 64 -

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- 66 -


알긴산 코팅 종이의 수분저항성 및 물리적 성질의 개선 


properties of Na alginate-coated linerboard 

- 67 -

Abstract 

To improve on the water-resistance and physical properties of 

alginate coated paper. Effects of concentrations of sodium alginate and 

plasticizer, the kinds and concentration of divalent cations, and 

theimmersion time of coated papers with divalent cation solutions were 

investigated. Physical properties, such as, elongation strength (ES), 

elongation rate (E), water vapor permeability (WVP), and water 

solubility (WS) were evaluated. 2.5% (w/w) alginate-coated paper 

showed the highest ES and the lowest WVP and WS. Increase in 

glycerol (plasticizer) concentrations casued the decrease in the 

water-resistance of alginate-coated paper. On the other hand 

polyethylene glycol and sorbitol enhanced the water-resistance. Less 

than 3min of treatment coated papers with calcium ion (2%) decreased 

the WVP and increased the ES, cupric ion and zinc ion treatment also 

enhanced water-resistance. This study suggests that sodium alginate 

can be used as a coating material of the paper to improve the 

water-resistance of paper. 

- 68 -

Introduction 

포장은 인류의 문명과 함께 탄생한 이래 물품의 저장, 이동 등 인간의 

각종 생활을 영위하는데 필수 불가결한 도구로 자리 잡아 왔다 (1,2) . 포장의 

개념은 시대의 변천과 함께 이의 역할도 확대 및 변화되어 편리성, 쾌적 

성 등의 기능 부여는 물론 오늘날에는 폐기 가능성, 자원의 절약, 에너지 

절약 등의 환경성이란 새로운 기능이 요구되고 있는 현실이다. 

국내의 경우 전체 포장 분야 중에서도 지류 포장은 42% 정도를 차지하 

고 있으며, 지류 포장 중에서도 골판지 포장이 약 90% 정도로 대부분을 

차지하고 있는 것으로 나타났다 (3) . 여기서 골판지란 한국포장규격(KS A 

1007)에서 “파형으로 성형한 골심지의 편면 또는 양면에 라이너를 붙인 

것”이라고 정의하고 있다. 따라서 골판지는 이들 원지, 즉 파형으로 성형 

한 골심지와 라이너 두 종류의 종이와 이들을 조합하는 접착제의 세가지 

요소로 이루어지 (4) 는데 최근 포장에서 요구되는 골판지 상자의 여러 성질 

중 적재와 관련되어 있는 압축강도의 개선에 관심이 집중되면서 한정되어 

있는 섬유자원의 사용을 최소화하면서도 강도의 향상을 꾀할 수 있는 방 

법의 연구가 필요하게 되었으며 고평량의 라이너지, 고품질의 골심지를 

사용하는 것에 관심이 많아지고 있다 (5) . 하지만 골판지에 사용되는 종이 

의 평량 증가는 골판지 상자의 가격을 크게 상승시키는 이유가 되므로 제 

조업계에서는 골판지 품질을 저하시키지 않고 원지의 평량과 비용을 낮출 

수 있는 방법의 개발이 커다란 과제가 되고 있다. 그 방안의 하나로 코팅 

처리를 고려해 볼 수 있는데 일반적으로 코팅은 마모나 마찰을 적게 하고 

내수성을 증가시키기 위한 것으로 코팅을 통해 외관을 개선하고 인쇄품질 

을 높이며 표면의 청결, 내유성 및 고습도하에서의 기계적 성질을 개선시 

키는 목적을 달성하고 있다. 골판지의 수분민감성을 감소시키기 위한 왁 

스처리는 가장 오래된 코팅 방법 중의 하나이지만 균일한 표면 도공이 되 

기 어려우며 재활용 시 반점 발생의 원인이 되고 강도 또한 크게 향상시 

키지 못하는 것으로 알려져 있다 (6) . 

- 69 -

그래서 환경친화성의 포장재인 생고분자 필름을 라이너 원지에 코팅시켜 

기계적 물성과 내수성을 증가 시키고자 한다. 알긴산은 미역, 감태, 등의 

갈조류의 세포막을 구성하는 성분으로 β-D-manuronic acid와 α 

-L-guluronic acid가 α-1,4 또는 β-1.4 결합으로 구성된 block copolymer 

의 형태로 hetero-polysaccharide이다. 알긴산은 고분자 다당류로 분자량 

결합순서에 따른 구조의 다양성에 따라 gel 형성 능력, 점도 증진 능력, 

결착 능력, 점착 능력, 윤활 능력 및 필름 형성 능력 등의 광범위한 특성 

을 지녀 식품, 화장품, 제지 및 의약품등 여러 분야의 산업적 응용에 검토 

되어 왔다 (7-8) . 특히 알긴산은 고유의 점도 특성과 금속염 결착 능력으로 

gel형성과 필름제조에 주로 이용이 되어 왔다. 

따라서 본 연구에서는 종이에 생고분자 소재인 알긴산을 코팅하여 라이 

너 원지의 내수성 및 물성 증진을 그 목적으로 하고 있으며, 코팅 소재인 

알긴산과 가소제의 농도에 따른 효과와 침지 이온의 농도, 시간별 효과 

또한 여러 이온과 가소제를 사용하여 코팅 효과를 검토하였다. 

- 70 -

1. 재료 

Materials and Methods 

본 실험에서 사용한 라이너 용지는 SC 마닐라 SK 180이며 알긴산은 알 

긴산염 (Kanto Chemical Co., Inc)을 사용하였고, CaCl2, ZnCl2, CuCl2는 

Sigma 사 (USA)로부터 구입하여 사용하였다. 가소제로 Glycerol 

(Daejung Chemical & Metals Co., Ltd.)을 이용하고, Poly Ethyl Glycol 

과 sorbitol은 Sigma 사 (USA)로부터 구입하여 사용하였다. 

2. 필름의 제조 

모든 알긴산 필름은 Fig. 1과 같은 방법으로 제조하여 실험용 필름으로 

사용하였다. 즉 Pavlath 등 (9) 의 방법에 따라 알긴산 필름을 제조한 뒤 bar 

coater 20을 이용하여 종이에 코팅하여 2% 칼슘용액에 5분간 침지한 후 

건조시켰다. Fig. 2과 같이 알긴산 농도와 가소제 농도에 따른 효과를 보 

고나서 적절한 침지이온의 농도와 시간을 정하였다. 다양한 침지 이온으 

로는 2%의 Ca 2+ , Zn 2+ , Cu 2+ 을 3분간 처리 하여 그 물성과 내수성을 비 

교하였다. 마지막으로 가소제로서 글리세롤 외에 PEG와 Sorbitol을 사용 

하여 측정하였다. 

모든 필름은 물성 측정항목에 따라 투습도 측정용은 7×7㎝, 수분용해도 

측정용은 1.5×1.5㎝, 인장강도 및 연신율 측정은 7×7㎝ 크기로 절단하여 

사용하였다. 

3. 필름의 두께 

각 필름의 두께는 10㎛의 정밀도를 갖는 마이크로미터(Dial Thickness 

Gauge 7301, Mitutoyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 투습도 측정용 시 

료는 중심부와 주변 네 부위의 두께를 측정하였고 그 평균값을 사용하여 

투습계수의 계산에 사용하였으며, 인장강도 측정용 시료 역시 길이 방향 

- 71 -

으로 다섯 부위의 두께를 측정하고 그 평균값을 사용하여 필름의 인장강 

도 계산에 나타내었다. 

4. Conditioning 

모든 필름 시료는 25℃, RH 50% 조절된 항온항습기(Model JS-THC 

3500, (주)존샘)에서 48시간 동안 수분함량을 조절한 후 필름의 특성 측정 

에 사용하였다. 

5. 투습계수 

필름의 투습계수(water vapor permeability: WVP)는 필름의 투습도 

(Water vapor transmission rate: WVTR)를 측정한 후 다음 식에 따라 

결정하였다. 

WVP=(WVTR×L)/△p 

여기서 WVTR은 필름의 투습도(g/m 2 ․ s), L은 필름의 평균 두께(m), 

△p는 필름 양쪽의 수증기압차(Pa)를 나타낸다. WVTR은 ASTM 표준방 

법 (10) 을 수정하여 25℃와 50% 상대습도 구배 하에서 측정하였다. 

Poly-methylmethacrylate로 제작한 투습컵을 사용하여 상부까지 1㎝공간 

이 생기도록 18㎖의 증류수를 넣고 투습도 측정용 필름을 투습컵의 입구 

(지름 4.6㎝)에 밀착시켜 밀봉한 후 무게를 측정하여 25℃와 50% RH로 

조절 된 항온항습기에 넣고 8시간 동안 매 1시간 간격으로 투습컵의 무게 

를 0.1㎎의 정밀도로 측정하였다. WVP의 계산 시에 필름의 하부와 증류 

수의 표면 사이에 있는 공기의 저항에 의한 영향은 MuHugh 등 (11) 과 

Gennadios 등 (12) 의 방법에 따라 보정하였다. 

6. 수분용해도 

필름의 수분용해도(water solubility: WS)는 Rhim 등 (13) 의 방법에 따라 

- 72 -

측정하였다. 먼저 수분용해도 측정용 필름 3매를 취하여 105℃ 건조기에 

서 24시간 건조하여 필름의 건물함량을 측정하고, 수분용해도 측정용 필 

름 3매를 따로 취하여 50㎖ 용량의 비이커에 증류수 약 30㎖와 함께 넣고 

밀봉한 후 각 측정온도로 고정된 5, 25, 37℃정온기에 넣고 가끔 흔들어 

주면서 24시간 후에 용해되지 않은 필름을 꺼내어 105℃의 건조기에서 24 

시간 동안 건조시켜 건물함량을 측정하였다. 필름의 용해도는 초기의 건 

물에 대한 물의 용해된 양의 백분율로 나타내었다. 

7. 연신강도 및 연신율 

알긴산 필름의 연신강도 (elongation strength, ES)와 연신율 (elongation 

rate)은 rheometer(CR-200D, Sun Scientific, Japan)와 Fig. 3 (a)의 장치 

를 이용하여 측정하였다. 즉, 알긴산 필름 (7㎝×7㎝)를 Fig. 3 (a)의 장치 

에 장착하고 adapter No. 2를 사용하여 50 mm/min의 cross-head 속도로 

필름이 파괴될 때까지 압착하였다. ES와 ER의 계산을 위해 Fig. 3 (c)와 

같이 필름은 압착되면서 원뿔 모양으로 일정하게 변형된다고 가정하였고, 

필름의 연신율은 변형 전 초기 면적 (A0)에 대한 변형 후의 필름의 원뿔 

모양의 표면적 (A1)에 대한 비율로 나타내었다. 또한 필름의 연신강도는 

필름이 파괴될 때의 힘을 Fig. 3 (b)와 같이 힘 성분을 분해하여 아래 식 

으로 계산하였고, 변형된 필름의 단위면적당 필름의 장력으로 정의하였다. 

8. 통계처리 

각 필름의 투습도, 수분용해도, 인장강도, 연신율은 각각 따로 제조한 필 

름을 실험단위로 하여 3회 반복 측정하여 평균값과 표준편차를 SAS (14) 의 

General Linear Model을 사용하여 계산하였다. 각 평균값의 유의적인 차 

이 검정은 유의수준 α=0.05를 사용하여 Duncan's multiple range test를 

실시하였다. 

- 73 -

알긴산 + 증류수 (glycerol) 

Hot plate 상에서 용해 

90℃ 수욕조에서 30분 가열 

종이에 부어 상온에서 48시간 건조 

이온용액에 침지한 후 건조 

실험용 필름으로 사용 

Fig. 1. Preparation of sodium alginate coated linerboard. 

- 74 -

알긴산 농도에 따른 영향 1~2.5% 

알긴산 무게 대비 glycerol 20~65% 

Ca2+ Ca 침지 이온의 농도에 따른 영향 1~5% 



2+ Ca 침지 이온의 농도에 따른 영향 1~5% 


2+ 침지 이온의 농도에 따른 영향 

Ca2+ Ca 침지 이온의 시간에 따라 


2+ Ca 침지 이온의 시간에 따라 3~35min 



2+ 침지 이온의 시간에 따라 3~35min 

여러 종류의 이온을 처리 

여러 종류의 가소제를 처리 

Fig. 2. Experimental design. 

- 75 -

Elongation rate (%) = A 1 

A 0 

Elongation strength (MPa ) = 

Total ES 

δ 

Θ 

Θ 

f 

- 76 - 

r 

R 

100 

f 9.8 

cos θ 

△ A 

(a) (b) (c) 

Fig. 3. Cup assembly (a) used to measure the elongation strength 

(ES) and elongation rate (ER) and schematic diagrams to 

calculate ES (b) and ER (c) at break of alginate films. 

A 0 

A 1 

δ 

r 

R

1. 알긴산 농도에 따른 효과 

Results and Discussion 

라이너 원지에 알긴산을 코팅 시에 기존의 알긴산 1.5% (w/w)는 너무 

낮은 농도로 코팅용액으로서 적절치 않았다. 코팅용 알긴산의 적정한 농 

도를 찾기 위해서 1~2.5% (w/w)의 다양한 범위에서 라이너 원지에 코팅 

하여 그 효과를 살펴 보았다. 

라이너지의 연신강도와 연신율은 Fig. 4에 나타난 바와 같았다. 연신강도 

는 9.71에서 11.74MPa로 증가하였고, 연신율은 큰 차이를 보이지 않았다. 

특히 2.5wt% 높은 농도의 알긴산용액을 코팅 시에 코팅하지 않은 라이너 

지보다 연신강도가 21%나 증가함을 보였다. 재생섬유의 함량이 증가할 

경우 동일한 강도를 얻기 위해서는 라이너지의 평량을 증가 시키는 것이 

필수적인 것으로 알려져 있는데 (15) , 알긴산의 소량 사용으로 강도가 효과 

적으로 개선된 본 연구의 결과를 근거로 한다면 알긴산 코팅을 통해서 라 

이너지 평량을 증가시키지 않고도 이와 유사한 강도 개선의 효과를 거둘 

수 있을 것으로 판단된다. 

알긴산 용액을 코팅함에 따라 라이너지의 두께는 25.70에서 30.33(㎛)로 

유의적으로 증가하였고, 알긴산 필름의 투습계수는 Table 1에 표시한 바 

와 같다. 알긴산 농도가 증가할수록 투습계수는 유의차를 보이며 4.26에서 

3.98(ng․m/m 2 ․s․Pa)로 감소함을 보였다. 즉 라이너지의 경우 코팅량이 

증가함에 따라 투습도는 전반적으로 감소하였으며 특히 코팅량이 많을 경 

우 크게 하락하였다. 

Fig. 5에서 보여준 바와 같이 수분용해도는 알긴산 코팅액의 농도 증가 

에 따라 유의적으로 크게 감소하는 것을 볼 수 있다. 특히 모든 온도범위 

에서 알긴산을 2.5wt%의 농도로 코팅한 라이너 원지가 0.41~2.24%로 가 

장 낮은 수분용해도를 보임으로서 기계적 성질 뿐만 아니라 수분저항성 

면에서 적정한 농도로 사료된다. 

- 77 -


12 

8 

4 

0 



0 1 1.5 2 2.5 



Na-alginate coated linerboard with various 

Na-alginate concentrations. 

- 78 -


Na-alginate coated linerboard with different Na-alginate 



alginate(%) 

Thickness 

(㎛) 

Control 25.70±0.15 c 

1.0 28.50±0.26 b 

1.5 29.50±0.04 ab 

2.0 29.86±0.38 a 

2.5 30.33±0.06 a 



5 

4 

3 

2 

1 

0 

0 1 1.5 2 2.5 


- 80 - 

5℃ 

25℃ 

37℃ 


linerboard with various Na-alginate concentrations.

2. 가소제 농도별 필름 

코팅 액 알긴산 농도를 2.5wt% 기준으로 제조필름의 적성을 증가시키는 

가소제인 glycerol을 20~65% 첨가하여 필름을 제조하였다. 

필름의 연신강도 및 연신율의 최종결과는 Fig. 6에 있듯이 glycerol 농도 

가 증가할수록 연신강도는 8.82에서 13.31(MPa)로 증가하였고, 연신율은 

1.30에서 0.91%로 감소함을 보였다. 이런 연신강도의 증가는 가소제가 알 

긴산과 종이의 코팅 제조 적성을 증가시킴으로서 알긴산이 섬유 결합에 

효과적으로 작용하여 강직성이 개선 된 것으로 해석할 수 있다 (16) . 

Glycerol 첨가에 따른 라이너지의 두께는 28.54~27.97㎛로 유의차가 없 

었으며 투습계수는 Table 2에 표시한 바와 같이 35%의 glycerol을 첨가 

한 것의 라이너지가 3.37(ng․m/m 2 ․s․Pa)로 가장 낮은 투습계수를 보 

였다. 

라이너지의 수분용해도는 Fig. 7에 있듯이 친수성인 glycerol의 농도가 

커질수록 수분용해도가 증가하였다. 알긴산 필름의 수분용해도에 대한 물 

의 온도에 대해서는 아직 보고 된바가 없으나 5% CaCl2용액에 5분감 침 

지시켜 불용화 시킨 펙틴필름 (17) 의 경우 25℃에서는 용해되는데 걸리는 

시간이 2주 미만이었으나 80℃에서는 2일 미만으로 물의 온도가 높을수록 

WS가 감소하는 결과를 얻어 본 연구의 결과와 유사하였다. 하지만 필름 

의 물성은 사용하는 원료에 따라 크게 달라지기 때문에 (17) 이러한 차이는 

필름 원료의 차이에 기인할 수도 있으나 이에 대해서는 보다 상세한 연구 

가 이루어져야 할 것이다. 

본 연구에서는 알긴산 필름에 가소제를 첨가하여 필름 제조 적성을 증진 

시키며, 그 물성 및 내수성을 측정하였는데 알긴산 무게 대비 35%의 

glycerol을 첨가할 때 좋은 인장강도와 수분 저항성을 나타내었다. 

- 81 -


16 

12 

8 

4 

0 



10 20 30 40 50 60 70 



Na-alginate coated linerboard with various glycerol 


- 82 -


Na-alginate coated linerboard with different glycerol 



glycerol(%) 

Thickness 

(㎛) 

20 28.54±0.82 a 

35 27.23±0.28 a 

50 27.88±0.36 a 

65 27.97±0.18 a 



4 

3 

2 

1 

0 

5℃ 

25℃ 

37℃ 

20 35 50 65 



linerboard with various glycerol concentrations. 

- 84 -

3. 침지용액 CaCl2의 농도에 따른 효과 

알긴산 2.5wt%(알긴산 대비 가소제 35%)를 코팅한 라이너지에 침지용 

액 CaCl2의 1-5% 농도에 따라 기계적 성질과 수분에 대한 특성 변화를 

측정하였다. Ca 2+ 이 알긴산 분자 2개의 carboxyl기에 결합하여 알긴산 분 

자사슬을 망상구조로 변화시켜 gel을 형성하게 되는데 (18) , Pavlath 등 (19) 은 

알긴산 필름을 칼슘용액에 침지 할 때, 알긴산이 용해되는 반응과 칼슘이 

온이 필름표면의 카르복실기와 가교결합을 형성하면서 알긴산을 불용화 

시키는 반응이 경쟁적으로 일어난다고 가정한 바 있다. 이에 따라 Fig. 8 

에서 나타난 바와 같이 침지용액 CaCl2 농도의 증가에 따라 연신강도가 

10.84-11.95 (MPa)로 크게 증가하였으며, 연신율은 1.05-1.19로 소폭 증가 

함을 보였으나 큰 유의차는 보이지 않았다. 

Table 3에 나타냈듯이 원지의 두께는 27.93-29.23 (㎛)로 유의차가 없었 

으며 투습계수는 2.0%의 칼슘용액에 침지한 필름이 3.43(ng․m/m 2 ․s․ 

Pa)으로 가장 낮은 값을 나타내었다. 

필름의 수분용해도는 수분에 대한 저항성을 나타내는 지표로서 칼슘의 

농도에 다른 효과는 Fig. 9와 같다. 2.0%의 칼슘용액에 침지한 원지는 낮 

은 농도 1.0%에 침지한 원지보다 낮은 수분용해도를 보이며 침지이온의 

농도 효과를 잘 보여주고 있다. 하지만 2% 이상에서는 그 수분용해도가 

다시 증가하였다. 따라서 기계적 특성이나 수분에 대한 성질을 볼 때 2% 

CaCl2 용액을 본 연구의 침지 용액 농도로 하였다. 

- 85 -


16 

12 

8 

4 

0 



1 2 3 5 



Na-alginate coated linerboard with various CaCl2 solution 


- 86 -


Na-alginate coated linerboard with different CaCl2 

solution concentrations 


CaCl2(%) 

Thickness 

(㎛) 

1.0 27.93±0.37 a 

2.0 28.47±0.52 a 

3.0 28.23±0.09 a 

5.0 29.23±0.09 a 



3 

2 

1 

0 

1 2 3 5 


- 88 - 

5℃ 

25℃ 

37℃ 


linerboard with various CaCl2 solution concentrations.

4. CaCl2 용액의 침지시간에 따른 효과 

알긴산을 코팅한 라이너지에 2%의 칼슘용액을 침지 시간을 3-25min 

으로 달리하여 그 특성을 보고자 하였다. Fig. 10에 그 연신강도와 연신율 

을 나타내었는데 침지 시간이 증가할수록 라이너지의 연신강도는 

11.68-9.88 (MPa)로 감소였고, 연신율은 큰 변화가 없었다. 

Table 4에서와 같이 침지시간이 증가할수록 두께는 27.03-27.46으로 유 

의차가 없었으며 투습도는 3.21에서 3.71(ng․m/m 2 ․s․Pa)으로 증가함을 

보였다. 연신강도와 투습계수를 볼 때 라이너지에 알긴산을 코팅 후에 이 

온용액에 침지 시킬 때는 단 시간에 빠르게 침지하는 것이 좀더 효과적인 

것으로 판단된다. 

Fig. 11에서는 수분용해도를 나타내었다. 낮은 온도 5℃에서는 침지시간이 

증가할수록 수분용해도가 감소하지만, 25℃에서는 다시 증가하였고, 37℃ 

에서는 큰 차이를 보이지 않았다. 이와 같은 온도에 대한 효과는 앞에서 

언급한 바와 같이 필름 재료의 성분에 기인한 것으로 보인다. 따라서 수 

분용해도, 투습계수가 낮으며 기계적 물성이 뛰어난 3분 처리 라이너지를 

본 연구의 기준으로 하였다. 

- 89 -


16 

12 

8 

4 

0 



3 5 15 25 



Na-alginate coated linerboard with various immersion 

time by CaCl2 solution concentrations. 

- 90 -


Na-alginate coated linerboard with different immersion 

time in CaCl2 solution. 

Immersion time in 

CaCl2 solution(min) 

Thickness 

(㎛) 

3 27.03±0.47 a 

5 27.33±0.13 a 

15 27.33±0.27 a 

25 27.46±0.13 a 



3 

2 

1 

0 

3 5 15 25 


- 92 - 

5℃ 

25℃ 

37℃ 


linerboard 

solution. 

with various immersion time by CaCl2

5. 다른 종류의 염 처리 

라이너지에 2% 침지용액 칼슘 외에 구리, 아연 용액을 3분간 침지하여 

필름을 제조하였다. Fig. 12에서 침지 용액 종류에 따른 라이너지의 연신 

강도와 연신율을 나타내었다. 칼슘 이온 처리 필름이 11.89 MPa로 연신 

강도가 가장 크며, 구리와 아연 침지 필름은 각각 11.03, 11.09 MPa의 강 

도를 보였다. 연신율은 1.04%로 유의차를 보이지 않았는데 이와 같은 결 

과는 라이너지 자체에 알긴산을 코팅하더라도 연신율은 크게 영향을 주지 

않은 것으로 판단된다. 

처리 이온에 다른 투습계수의 차이는 Table 5에 나타난 것과 같다. 구리 

이온 처리 필름의 투습계수가 3.22(ng․m/m 2 ․s․Pa)로 대조군의 4.43(n 

g․m/m 2 ․s․Pa)이나 다른 염이온의 투습계수 보다 낮으며 이는 효과적 

으로 알긴산의 carboxyl기에 결합하여 알긴산 분자 사슬을 망상 구조로 

변화시켰을 보여주며, 결국 라이너지 섬유의 강직성을 증가 시킨 것으로 

사료된다 (16) . Fig. 13에 나타나듯 수분용해도 또한 같은 영향을 보여 준다. 

구리 이온 처리 라이너지가 0.36-1.32 (%)로 가장 낮으며 대조군에 비해 

50% 이상의 감소를 보여주고 있다. 

결과적으로 이런 이가 이온의 처리로 라이너지의 연신강도는 증가하고 

투습계수 및 수분용해도는 현저하게 감소하였는데, 이는 칼슘, 구리, 아연 

이온과 알긴산 카르복실기 사이의 가교 결합의 형성으로 결국 라이너지의 

섬유 결합에 효과적으로 작용하여 강직율을 증가시킨 것으로 보인다. 

- 93 -


15 

12 

9 

6 

3 

0 



Control Cu++ Zn++ Ca++ 



Na-alginate 

cations. 

coated linerboard with various divalent 

- 94 -


Na-alginate coated linerboard with different various 

divalent cations 

Films 

Thickness 

(㎛) 

Control 25.70±0.15 b 

CaCl2 

ZnCl2 

CuCl2 

27.80±0.37 a 

27.60±0.27 a 

27.41±0.53 a 



4 

3 

2 

1 

0 

Control Cu++ Zn++ Ca++ 


- 96 - 

5℃ 

25℃ 

37℃ 


linerboard with various divalent cations.

6. 다양한 가소제에 따른 효과 

라이너지에 2.5% (알긴산 대비 가소제35%)의 알긴산 용액을 코팅하여 

수분저항성과 기계적 물성을 증진시키고자 하였다. 본 실험에서는 일반적 

인 고분자 가소제로 이용되는 glycerol외에 다양한 분자량의 PEG(poly 

ethyl glycol)과 sorbitol을 이용하여 그 특성이 어떻게 변화는 지를 살펴 

보았다. 먼저 Fig. 14에 연신강도와 연신율을 나타내었다. 분자량별 PEG 

에 따른 연신강도는 유의차가 없었으며 glycerol, sorbitol을 넣은 알긴산 

코팅 라이너지의 강도가 각각 11.90, 11.29 (MPa)로 높은 수치를 보였다. 

가소제인 glycerol, sorbitol, PEG200, PEG400이 단백질 필름의 끼치는 영 

향을 보면 (17) 강도는 Gly>Sor>PEG 200>PEG 400을 나타냈는데 특히 기 

계적 물성 면에서 글리세롤과 솔비톨은 비슷한 효과를 보여 주었다. 이와 

같은 결과는 글리세롤과 솔비톨 모두 직선 사슬 체인을 가지고 있어서 구 

조적으로 비슷한데 글리세롤이 좀더 작은 분자량을 가지며 흡습성이 솔비 

톨보다 강하다. 특히 동량의 글리세롤과 솔비톨을 단백질 필름, 알긴산 필 

름 등에 첨가 시에 글리세롤이 가소제 효과가 더 크다고 하며 본 연구 결 

과와 일치함을 알 수 있다. 연신율은 sorbitol을 이용한 라이너지 가장 높 

은 수치를 보였다. 

Table 6에서 필름의 두께는 PEG 8000첨가 라이너지가 28.84 (㎛)로 가 

장 높지만 큰 유의차는 보이지 않았다. 투습계수를 보면 글리세롤 첨가 

알긴산을 코팅한 것이 가장 높은 수치 3.37을 보였고, 솔비톨 첨가 라이너 

지가 2.47 (ng․m/m 2 ․s․Pa)로 가장 낮은 투습계수를 나타내었다. 이는 

가소제를 달리한 감자 전분 필름의 수분흡수에 관한 특징을 보면 Gly> 

PEG 200>Sor (18) 과 같은 결과로 솔비톨은 다른 가소제들에 비해 수분흡수 

면에서 저항성이 큰 것을 알 수 있다. 또한 PEG 분자량이 증가함에 따라 

투습계수가 유의적으로 감소하였다. 

라이너지의 수분용해도 특성은 Fig. 15와 같다. 수분용해도는 글리세롤 

첨가 필름이 0.13-1.81 (%)로 가장 낮게 나타났다. 수치상에서는 모든 온 

도에서의 수분용해도가 3% 이하로 수분에 대한 저항성 큼을 보여준다. 

- 97 -


12 

8 

4 

0 



Glycerol PEG 200 1000 3350 8000 Sorbitol 

Kinds of plasticizer 


Na-alginate coated linerboard with various plasticizer. 

- 98 -


Na-alginate coated linerboard with various plasticizer 

Plasticizer 

Thickness 

(㎛) 

Glycerol 27.23±0.28 b 

PEG 200 27.67±0.29 ab 

PEG 1000 28.90±0.50 a 

PEG 3350 28.74±0.34 ab 

PEG 8000 28.84±0.20 a 

Sorbitol 28.26±0.74 ab 



4 

3 

2 

1 

0 

Glycerol PEG 200 1000 3350 8000 Sorbitol 

Kinds of plasticizer 

- 100 - 

5℃ 

25℃ 

37℃ 


linerboard with various plasticizer.

Conclusion 

라이너 원지에 생고분자 소재인 알긴산을 코팅하여 내수성 및 물성 증진 

을 위하여 코팅 소재인 알긴산과 가소제의 농도에 따른 효과와 침지 이온 

의 농도, 시간별 효과 또한 여러 이온과 가소제를 사용하여 코팅 효과를 

살펴보았다. 알긴산은 고유 점성으로 인해 코팅 시에 적절한 농도가 요구 

되어지는데 2.5%의 높은 농도로 코팅 시에 좀더 좋은 물성의 필름을 얻 

을 수 있었다. 여기에 친수성 가소제인 글리세롤 또한 필름의 제조적성을 

위해서 첨가 되는데 알긴산 대비 35%의 가소제가 라이너지의 내수성을 

떨어뜨리지 않으면서 적정한 농도라 사료 되어진다. 알긴산의 일반적인 

겔 형성 강화제로 쓰이는 칼슘이온을 침지 용액으로 하여 농도와 침지 시 

간에 대한 효과를 보았는데 CaCl2 2%에서 투습계수가 낮고 물리적 성질 

이 개선 되었으며 시간은 단시간(3분)에 빠르게 침지 시키는 것이 라이너 

지의 수분에 대한 저항성 및 물리적 성질을 증진 시킬 수 있었다. 또한 

알긴산 코팅 라이너지에 침지 이온으로서 칼슘 외에 구리, 아연을 통해 

낮은 WVP, WS 높은 ES를 보였다. 특히 가소제를 달리 하였을 때 수분 

흡습에 대한 저항성이 큰 sorbitol 첨가 시에 라이너지의 수분 저항성이 

크게 증진 됨을 알 수 있었다. 하지만 강도 측면에서는 일반적인 가소제 

로 널리 이용되는 glycerol 첨가가 높은 수치를 보였으며 구조상 직선 사 

슬 체인을 가진 sorbitol로 비슷한 효과를 보여 주었다. 전체 지류 포장 

중에 높은 비율을 차지하는 골판지 포장에서 섬유자원의 사용을 최소화 

하면서 강도의 향상을 꾀하는 방법의 연구가 필요 하게 되었다. 본 연구 

또한 종이의 평량 증가를 통해 가격 향상의 문제를 감소시키는 일환으로 

알긴산을 코팅하여 내수성 및 물성 증진의 효과를 보임으로 방향성을 제 

시하였다. 

- 101 -

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慶熙大學校 大學院 食品生命工學科

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