셀로판
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1. 개요
셀로판은 스위스 화학자 자크 E. 브란덴베르거가 발명한 투명한 셀룰로스 필름으로, 1912년 특허를 받았다. 원래는 방수 테이블보를 만들기 위한 시도에서 시작되었으며, 이후 식품 포장재 등으로 널리 사용되었다. 셀로판은 투명하고 생분해성이 있지만, 제조 과정에서 유해 물질이 사용될 수 있으며, 방습 셀로판은 생분해성을 잃는다는 단점이 있다. 현재는 생물 기원, 퇴비화 가능, 생분해성이라는 특성으로 인해 다시 주목받고 있으며, 다양한 용도로 사용되고 있다.
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2. 역사
19세기 말, 비스코스법을 이용한 재생 섬유소 제조법이 발명되면서 섬유 분야에서는 근대적인 레이온이, 필름 분야에서는 셀로판 제조의 실마리가 되었다.[18] 초기 필름 제조법은 유리판에 비스코스를 얇게 펴 바르고 황산을 작용시키는 방식이었기 때문에 얇고 투명도가 좋지 않았다.[18]
영국의 섬유 회사인 Courtaulds는 1930년에 비스코스 기술을 바탕으로 "비스카셀"이라는 비스코스 필름을 개발했다. 그러나 셀로판과의 경쟁은 판매에 어려움을 겪게 했고, 1935년에는 British Cellophane Limited(BCL)를 설립하여 셀로판 회사 및 프랑스 모회사 CTA와 협력했다.[14] 1935년부터 1937년까지 영국 서머싯주 브리지워터에 주요 생산 시설을 건설하여 3,000명의 노동자를 고용했다. BCL은 이후 온타리오주 콘월과 1957년 컴브리아주 배로우인퍼니스에 공장을 건설했으나, 두 공장은 1990년대에 폐쇄되었다.
셀로판은 1934년 노래 "You're the Top"(''Anything Goes''에서)에서 다른 현대적인 경이로움과 함께 언급될 정도로 유용한 발명품으로 여겨졌다.[11][12][13]
2. 1. 발명
셀로판은 스위스 화학자 자크 E. 브란덴베르거가 ''Blanchisserie et Teinturerie de Thaon''에서 근무하면서 발명했다.[6] 1900년, 그는 식당 테이블보에 와인이 쏟아지는 것을 보고 액체를 흡수하는 대신 액체를 튕겨내는 천을 만들기로 결심했다. 그의 첫 번째 단계는 방수 코팅을 천에 뿌리는 것이었고, 비스코스를 시도하기로 했다. 그 결과 코팅된 천은 너무 뻣뻣했지만, 반투명 필름 코팅은 뒷면 천에서 쉽게, 손상 없이 분리될 수 있었다. 브란덴베르거는 이 새로운 재료 자체의 가능성을 보고 곧 원래 아이디어를 포기했다.
브란덴베르거가 그의 필름을 완성하는 데 10년이 걸렸다. 이러한 필름에 대한 이전 작업보다 그의 주요 개선 사항은 글리세린을 첨가하여 재료를 부드럽게 만드는 것이었다. 1912년까지 그는 필름을 제조하기 위한 기계를 건설했는데, 그는 이 기계의 이름을 '셀룰로오스'와 '투명한'이라는 뜻의 단어에서 따와 '셀로판'이라고 명명했다. 셀로판은 그해 특허를 받았다.[7] 이듬해, Comptoir des Textiles Artificiels(CTA)는 Thaon사의 셀로판에 대한 지분을 인수하고 브란덴베르거를 새로운 회사인 La Cellophane SA에 설립했다.[8]
1908년에 스위스의 자크 브란덴베르거(1872년-1954년)가 연속 필름 제조 시험기를 개발했다.[18] 또한 다가 알코올에 의해 필름에 유연성을 부여할 수 있다는 것을 알게 되어, 1912년에 연속 필름 제조법을 발명했다.[18]
2. 2. 상업화와 발전
셀로판은 스위스 화학자 자크 E. 브란덴베르거가 ''Blanchisserie et Teinturerie de Thaon''에서 근무하면서 발명했다.[6] 1900년, 그는 식당 테이블보에 와인이 쏟아지는 것을 보고 액체를 흡수하는 대신 튕겨내는 천을 만들기로 결심했다. 그는 천에 방수 코팅을 뿌리는 방식으로 비스코스를 시도했다. 그 결과 코팅된 천은 너무 뻣뻣했지만, 반투명 필름 코팅은 뒷면 천에서 쉽게, 손상 없이 분리될 수 있었다. 브란덴베르거는 이 새로운 재료 자체의 가능성을 보고 곧 원래 아이디어를 포기했다.브란덴베르거가 그의 필름을 완성하는 데 10년이 걸렸다. 이 필름에 대한 이전 작업보다 그의 주요 개선 사항은 글리세린을 첨가하여 재료를 부드럽게 만드는 것이었다. 1912년까지 그는 필름을 제조하기 위한 기계를 건설했는데, 그는 이 기계의 이름을 '셀룰로오스'와 '투명한'이라는 뜻의 단어에서 따와 '셀로판'이라고 명명했다. 셀로판은 그해 특허를 받았다.[7] 이듬해, Comptoir des Textiles Artificiels(CTA)는 Thaon사의 셀로판에 대한 지분을 인수하고 브란덴베르거를 새로운 회사인 La Cellophane SA에 설립했다.[8]
Whitman's 제과 회사는 1912년 미국에서 자사의 Whitman's Sampler에 셀로판을 사탕 포장재로 사용하기 시작했다. 그들은 1924년경까지 프랑스에서 수입된 셀로판의 최대 사용자로 남아 있었는데, 그 해 듀폰이 미국에 최초의 셀로판 제조 공장을 건설했다. 셀로판은 처음에는 미국에서 제한적인 판매를 보였는데, 방수는 되었지만 방습은 되지 않았기 때문이다. 즉, 물을 가두거나 튕겨낼 수 있었지만 수증기에는 투과성이 있었다. 이는 방습이 필요한 제품 포장에는 적합하지 않다는 것을 의미했다. 듀폰은 화학자 윌리엄 헤일 차치(1898–1958)를 고용했는데, 그는 셀로판에 적용했을 때 방습성을 갖는 니트로셀룰로스 래커를 개발하는 데 3년을 보냈다.[9] 1927년 방습 셀로판이 도입된 후, 이 재료의 판매량은 1928년과 1930년 사이에 3배로 증가했으며, 1938년에는 셀로판이 듀폰의 판매량의 10%와 이익의 25%를 차지했다.[8]
셀로판은 신선한 육류의 자가 서비스 소매업을 발전시키는 데 중요한 역할을 했다.[10] 셀로판의 투명성은 소비자가 구매 전에 육류의 품질을 알 수 있도록 도왔다. 셀로판은 또한 제조업체가 식품 변색을 방지하기 위해 산소와 수분 수준을 조절하여 제품의 외관을 조작하는 방법을 배우면서 소비자에게 불리하게 작용했다.[10]
19세기 말에 비스코스법에 의한 재생 섬유소 제조법이 발명되어 섬유에서는 근대적인 레이온, 필름에서는 셀로판 제조의 실마리가 되었다.[18] 그러나 초기 필름 제조법은 유리판에 비스코스를 얇게 펴 바르고 황산을 작용시키는 방법으로, 얇고 투명도도 좋지 않았다.[18]
1908년에 스위스의 자크 브란덴베르거(Jacques Edwin Brandenberger, 1872년-1954년)가 연속 필름 제조 시험기를 개발했다.[18] 또한 다가 알코올에 의해 필름에 유연성을 부여할 수 있다는 것을 알게 되어, 1912년에 연속 필름 제조법을 발명했다.[18]
2. 3. 한국에서의 셀로판 역사
Cellophane프랑스어은 1912년 미국에서 휘트먼스 제과 회사가 자사의 휘트먼스 샘플러에 사탕 포장재로 사용하기 시작했다.[9] 그들은 1924년경까지 프랑스에서 수입된 셀로판의 최대 사용자였으며, 그 해 듀폰이 미국에 최초의 셀로판 제조 공장을 건설했다.3. 종류
셀로판은 다양한 분류가 있지만, 일반적으로 보통 셀로판(P.T.)과 방습 셀로판(M.S.T.) 두 종류로 크게 나뉜다[18].
3. 1. 일반 셀로판 (P.T.)
일반적으로 보통 셀로판(P.T.)과 방습 셀로판(M.S.T.)의 두 종류로 크게 나뉜다[18]. 보통 셀로판의 조성은 재생 섬유소 70~90%, 다가 알코올(유연제) 2~20%, 수분 6~15%이다[18]. 방습 셀로판은 보통 셀로판에 방습 도료를 칠한 것이다[18].3. 2. 방습 셀로판 (M.S.T.)
방습 셀로판은 보통 셀로판에 방습 도료를 칠한 것이다.[18]4. 특성
셀로판은 두 개의 평면 편광 필터 사이에 놓으면 복굴절 특성 때문에 프리즘 색상이 나타난다. 예술가들은 이러한 효과를 이용해 동적이고 상호 작용하는 스테인드글라스와 유사한 작품을 만들었다.
셀로판은 생분해성이 있지만, 대부분의 셀로판 생산에는 독성이 강한 이황화 탄소가 사용된다. 이황화 탄소(CS2)에 대한 작업자 노출량은 비스코스 공장마다 크게 다르며, 대부분 공장은 정량적인 안전 제한이나 이를 얼마나 잘 준수하는지에 대한 정보를 제공하지 않는다.[2][15]
인장 강도와 파열 강도는 크지만, 인열 강도는 종이나 플라스틱 필름보다 약하다.[18] 투명성이 뛰어나 가시광선의 95%를 투과하며, 자외선과 적외선도 잘 투과한다.[18] 일반 셀로판은 물을 잘 투과하지만, 방습 셀로판은 같은 두께의 폴리에틸렌 필름 등에 비해 방습성을 갖는다.[18]
5. 제조 방법
목재, 면, 대마 등에서 추출한 셀룰로스를 알칼리와 이황화 탄소에 용해하여 비스코스 용액을 만든다. 이 용액을 얇은 틈새를 통해 묽은 황산과 황산 나트륨 용액에 밀어 넣어 비스코스를 다시 셀룰로스로 변환한다. 그 후 필름을 몇 개의 욕조에 통과시키는데, 각각 황 제거, 필름 표백, 글리세린 등의 연화제 첨가 공정을 거쳐 필름이 부서지는 것을 방지한다.[1]
틈새 대신 방사 노즐을 사용하는 유사한 공정으로 레이온 섬유를 만든다. 셀로판, 레이온, 셀룰로스는 포도당의 고분자이며, 구조적인 차이가 있을 뿐 화학적으로는 동일하다.[2]
6. 용도
셀룰로스 필름은 1930년대 중반부터 지속적으로 제조되어 오늘날에도 사용되고 있다. 다양한 식품 포장뿐만 아니라, 점착 테이프인 셀로테이프와 스코치 테이프의 기재, 특정 유형의 배터리의 반투과막, 투석 튜브 (비스킹 튜브), 유리 섬유 및 고무 제품 제조 시 이형제로도 사용된다.[1] 셀로판은 시가 포장에 가장 인기 있는 재료인데, 수증기에 대한 투과성 때문에 시가는 포장 및 보관 시 "숨을 쉴" 수 있어야 하기 때문이다.
투명하고 세균을 통과시키지 않아 식품 포장 등 포장재로 사용된다. 광택이 좋고 사탕 등을 꼬아서 포장했을 때 저절로 풀리지 않으며, 손으로 찢을 수 있는 성질(手切れ性)이 있어 개봉하기 쉽고, 종이의 원료로 재활용할 수 있다는 특징이 있다.
- 1930년에 판매가 시작된 셀로판 테이프의 기재로 내수성을 갖춘 것이 사용되고 있다.
- 수분은 잘 통과시키지만 바이러스를 통과시키지 않기 때문에 인공 투석용 막으로도 이용된다.
- 단추형 전지나 축전지의 세퍼레이터로도 이용된다. 소니 주식회사의 "포도당으로 발전하는 바이오 전지"의 세퍼레이터로 사용된 예도 있다.[19]
- 해수 담수화 플랜트에서 해수로부터 담수를 추출하기 위한 역삼투막에 사용된다.
- 특히 PT는 셀룰라아제의 작용을 받기 쉽고, 가장 널리 보급된 생분해성 포장재라고 할 수 있다. 그러나 산업상으로는 종이로 분류되므로, 폴리유산 등의 생분해성 플라스틱과는 구별된다.
- MST는 방습 처리에 의해 셀로판의 결점을 보완한 것이지만, 동시에 생분해성도 잃게 된다. 이를 모두 충족시키기 위해 생분해성 소재에 의한 방습 처리에 대한 검토도 이루어져 왔다. 후타무라 화학은 "[https://www.futamura.co.jp/products/cellophane/nature_flex NatureFlex]"로 제품화하고 있다.
색을 입힌 셀로판은 현재 일본에서 판매되는 색상은 '빨강, 파랑, 노랑, 초록'의 4가지이다. 주요 용도는 다음과 같다.
- 포장재
- 가법 혼합 실험.
- 아나글리프 안경 제작.
1970년대까지의 아케이드 게임용 비디오 게임 흑백 화면을 보완하기 위해서도 사용되었다. 영어로는 오버레이(overlay, over=넘어서 lay=놓다)라고 부른다. 이는 기술과 비용 문제로 컬러 게임이 아직 일반적이지 않았고, 화면 레이아웃이 단순했기 때문에 특정 위치에 색 셀로판을 붙이는 것만으로도 충분히 컬러적인 표현을 즐길 수 있었기 때문이다. 색 셀로판이 사용된 유명한 게임으로는 『블록 깨기』, 『서커스』, 『스페이스 인베이더』 등이 있으며, 복각 게임이나 MAME에서도 이를 재현하는 경우가 있다. 또한 벡터 스캔 방식의 게임은 일반적인 게임보다 컬러화가 늦어졌기 때문에, 제조사에 따라서는 좀 더 후대까지 색 셀로판을 사용하기도 했다.
7. 환경 문제 및 과제
셀로판은 1960년대 이후 대체 포장 옵션의 등장으로 판매량이 감소했다. 이산화탄소 및 비스코스 제조 과정의 부산물에 의한 오염 효과도 양축 배향 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (BoPET) 및 양축 배향 폴리프로필렌 (BOPP)과 같은 저렴한 석유화학 기반 필름에 밀리는 데 영향을 주었을 수 있다.[1] 그러나 2017년 현재, 생물 기원, 퇴비화 가능, 생분해성이라는 특성 덕분에 최근 다시 주목받고 있다. 에너지 집약적인 제조 공정과 사용되는 일부 화학 물질의 잠재적 부정적 영향으로 인해 지속 가능성 기록은 불투명하지만, 최근 몇 년 동안 주요 제조업체들은 환경 발자국을 줄이는 데 상당한 진전을 이루었다.[1]
셀로판은 생분해성이 있지만, 대부분의 셀로판 생산에는 독성이 강한 이황화 탄소가 사용된다. 이황화 탄소(CS2)에 대한 작업자 노출량은 비스코스 공장마다 크게 다르며, 대부분의 공장은 정량적인 안전 제한이나 이를 얼마나 잘 준수하는지에 대한 정보를 제공하지 않는다.[2][15]
MST는 방습 처리로 셀로판의 결점을 보완했지만, 동시에 생분해성을 잃게 된다. 이를 모두 충족시키기 위해 생분해성 소재를 이용한 방습 처리에 대한 검토도 이루어져 왔으며, 후타무라 화학은 "[https://www.futamura.co.jp/products/cellophane/nature_flex NatureFlex]"로 제품화하고 있다.
8. 브랜드
영국 및 기타 여러 국가에서 "셀로판"은 위그턴 컴브리아에 본사를 둔 Futamura Chemical UK Ltd의 등록 상표이자 재산이다.[16][17] 미국 및 일부 다른 국가에서는 "셀로판"이 일반 명사화된 상표가 되어, 셀룰로스로 만들어지지 않은 폴리염화 비닐(PVC) 기반 랩과 같은 다양한 종류의 플라스틱 필름 제품을 지칭하는 데 비공식적으로 사용되기도 한다.
참조
[1]
서적
The Science and Technology of Flexible Packaging: Multilayer Films from Resin and Process to End Use
2021-05-05
[2]
뉴스
The health burden of viscose rayon
http://www.abc.net.a[...]
2017-02-20
[3]
웹사이트
Cellulose Sausage Skins via the Lyocell Process
https://www.azom.com[...]
AZO Materials
2022-07-02
[4]
웹사이트
Has cellophane become a generic trademark?
https://www.generici[...]
2021-04-29
[5]
간행물
Cellulose
[6]
서적
Carraher's Polymer Chemistry: Ninth Edition
https://books.google[...]
CRC Press, Taylor & Francis Group
2014
[7]
서적
Scientific American Inventions and Discoveries
John Wiley & Sons, Inc., New Jersey
2004
[8]
서적
Science and Corporate Strategy: Du Pont R&D, 1902–1980
https://archive.org/[...]
Cambridge University Press
[9]
서적
The Dupont Dynasty
Waverly Press, Inc
[10]
웹사이트
Cellophane, the New Visuality, and the Creation of Self-Service Food Retailing
https://www.hbs.edu/[...]
[11]
서적
Plastics
https://books.google[...]
Marshall Cavendish
2008-08-17
[12]
서적
How Engineers Create the World: The Public Radio Commentaries of Bill Hammack
https://books.google[...]
Bill Hammack
2011-09-06
[13]
서적
The Next Fifty Things that Made the Modern Economy
https://books.google[...]
Little, Brown Book Group
2020-05-28
[14]
서적
Enterprise, Management, and Innovation in British Business, 1914-80
Routledge
[15]
저널
Bamboo Boom: Is This Material for You?
http://www.scientifi[...]
2009-06
[16]
웹사이트
Trade mark number UK00905352786
https://trademarks.i[...]
Intellectual Property Office
2023-07-09
[17]
웹사이트
Compostable and renewable flexible packaging films
https://www.futamura[...]
2018-03-02
[18]
문서
森本和久「セロファン」
http://seisan.server[...]
生産技術振興協会
2020-08-19
[19]
뉴스
Sony Japan | ニュースリリース | ぶどう糖で発電するバイオ電池を開発
https://www.sony.co.[...]
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