개요
사피는 열 밀봉 기능과 산소, 수증기, 그리스, 아로마, 미네랄 오일로부터 보호하는 차단막이 적용된 연성 종이 포장을 비롯한 섬유 기반 제품의 글로벌 제공 업체입니다.
사피는 배리어 용지 포장에 고품질 코드를 마킹해야 하는 글로벌 식품 브랜드 업체에게 레이저 마킹이 유용하다는 사실을 발견하고, 이상적인 코딩 솔루션을 찾기 위해 도미노 프린팅 사이언스(도미노)와 협업을 모색했습니다.
도미노의 레이저 마킹기 D-Series를 사용하여 사피의 여섯 가지 제품에 코딩을 해보았는데, 모두 차단 특성에 영향을 미치지 않고 깨끗하고 선명한 코드를 얻는다는 것을 확인했습니다.
요약 정보
- 사피는 연포장용 배리어 용지 분야에서 시장을 선도하는 업체입니다.
- 이 회사는 2013년부터 혁신적인 포장 솔루션을 개발하기 시작했으며, 차, 초콜릿, 시리얼, 담배 등 여러 응용 분야에서 100개가 넘는 프로젝트를 완료했습니다.
- 사피의 배리어 용지는 완전 재활용이 가능하며 2030년까지 모든 포장을 재활용 또는 재사용할 수 있게 만들겠다는 EU의 약속을 포함하여 재활용 가능 포장에 대한 향후 규정을 충족하도록 설계되었습니다.
- 사피의 용지 제품은 제조 공장에서 100km 이내에 있는 책임감 있게 관리되는 FSC 및 PEFC 인증을 받은 농장의 목재 펄프에서 추출됩니다.
프로젝트 배경
재활용이 불가능한 기존 복합 소재 플라스틱 복합물을 대체하기 위해, 사피는 다양한 배리어 용지를 개발해 왔습니다. 다양한 제품 중에는 수분, 산소, 아로마, 그리스, 미네랄 오일 등으로부터 보호하기 위한 수성 배리어 코팅들도 있었습니다.
사피의 제품 애플리케이션 엔지니어 Mike Zywietz는 “우리 포장 재료는 다양한 고객 요구사항에 맞게 개발되었습니다. “고객을 위한 새로운 혁신적인 포장 솔루션을 개발할 때, 우리는 먼저 제품의 요구사항과 현재 사용 중인 포장 재료를 연구한 다음 포트폴리오 중에서 한두 개의 배리어 용지를 선별해 추가 테스트를 진행합니다."
"복제 성능 확인은 전체 그림의 일부분에 불과할 뿐입니다. 이 외에도 우리 재료가 현재 다층 재료를 쓰는 기존 고객의 생산 라인 내에서 제대로 기능을 발휘할 수 있는지 확인하고 싶었습니다.”라고 설명했습니다. “대부분 브랜드 소유자만 생산 방식을 전환하면 끝인 것은 아니기 때문에, 우리는 브랜드 소유자에게 전체 가치 사슬에 맞춘 솔루션을 제공하는 것을 목표로 합니다. 올바른 솔루션을 찾기 위해서는 협업이 핵심이기에 사피는 선도적인 제조 회사와 협력하여 해당 분야에서 최고의 전문성을 제공하고자 합니다.”라고 덧붙였습니다.
새로운 종류의 배리어 용지 개발과 관련하여 사피는 완성된 포장재에 사용할 레이저 코딩의 적합성을 파악하기 위해 도미도와 협업하게 되었습니다.
배리어 용지의 코딩 요구 사항
사피의 배리어 용지는 다양한 응용 분야에서 플라스틱 복합물의 대체재입니다. 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.
- 설탕이나 파스타 같은 건조 재료 봉지의 하단부 차단
- 스낵, 초콜릿, 과자류의 유동 포장
- 신선 식품 및 가공 식품용 파우치와 뚜껑
정확한 마킹 요구사항은 고객의 응용 분야에 따라 달라지지만 일반적으로 모든 식품 포장 라인은 표준 배치와 제품 코드는 물론 유통기한과 사용기한도 의무적으로 인쇄해야 합니다. 또한, 이제는 많은 식음료 제조업체가 데이터 공유 및 추적을 위한 2D 코드 적용이 포함된 정교한 마킹 솔루션을 찾고 있습니다.
Zywietz는 "우리는 완제품 포장에 2D 코드를 추가하려는 브랜드 수가 늘어나고 있음을 주목하고 있습니다. 이는 주로 용이한 제품 추적을 위한 것이지만 또한 포장된 제품의 원산지에 대해 더 많은 정보를 원하는 소비자의 요구에 대한 응답이기도 합니다."라며 다음과 같이 덧붙였습니다.
"이러한 부류의 정보는 원래 포장 디자인의 일부분으로 추가하는 것이 불가능합니다. 추적 코드에는 각 배치나 개별 제품의 새로운 정보가 들어가기 때문입니다.”, “레이저를 사용하면 마킹 이미지나 제품 포장 디자인을 변경하지 않고도 공정이 종료되는 즉시 2D 코드를 추가 할 수 있어 추가 비용 없이 필수 코드 요건과 함께 새로운 코드를 순식간에 추가할 수 있습니다.”라고 설명했습니다.
도미노가 적절한 솔루션을 선택한 방법
CO2 레이저는 종이 포장에 가장 적합한 레이저 애플리케이션이므로 어떤 유형의 CO2 레이저가 가장 효과적일지를 판단하는 것이 솔루션 개발의 첫 번째 단계였습니다. 이상적인 레이저 파장을 식별하기 위해 도미도 전문가들은 사피의 여섯 가지 배리어 용지에 FT-IR 분광 분석을 실시하여 그 반응 속도를 측정했습니다.
도미노 레이저 아카데미에서 팀장을 맡고 있는 Stefan Stadler 박사는 “어떤 레이저 파장이 해당 재료와 가장 잘 상호 작용하는지 파악하기 위해서 분광 분석을 사용합니다. 이 초기 분석을 통해 우리는 D-Series 블루 튜브 CO2 레이저가 사피의 배리어 용지에 쓸 수 있는 솔루션임을 확인했습니다.”라고 말했습니다.
위의 그래프는 도미노의 블루, 블랙, 레드 튜브 CO2 레이저를 조사했을 때 재질의 반응을 보여주는데, 블루 튜브 레이저가 조금 더 나은 흡수율을 보여주고 있습니다. 추가 적합성 테스트를 통해 D320i 블루 튜브 레이저가 최적의 솔루션인 것으로 파악되었습니다.
코드 품질 테스트에서 D320i는 유통 기한과 배치 코드 같은 간단한 메시지와 그래픽 및 스캔 가능한 2D 코드를 비롯해 보다 복잡한 디자인에 맞는 선명하고 명확한 코드를 배리어 용지에 생성했습니다.
레이저가 용지의 무결성을 손상시키지 않도록 도미노가 취한 조치
도미노의 레이저 전문가들은 사피의 배리어 용지 샘플에 마킹 후 3D 현미경 이미지를 만들어 코드가 어떻게 형성되었는지 조사하였습니다.
Stadler 박사는 “3D 이미지 작업을 통해 레이저 마킹의 깊이를 확인하여 재질에 구멍이 나거나 손상되지 않았는지 확인할 수 있습니다. 이 샘플에서 보듯이 CO2 레이저는 인쇄물의 상단 층을 제거하여 재료 표면에 너무 깊이 마킹하지 않고도 지워지지 않는 코드를 생성했습니다.”
"레이저 마킹 총 깊이를 분석한 결과 최소 값이 ~6µm 정도였습니다. 경험에 의하면, 이렇게 얕은 마킹은 재질의 차단 특성에 영향을 미칠 가능성이 거의 없습니다.”
이렇게 마킹된 재질은 사피의 R&D 센터에서 근무하는 제품 애플리케이션 엔지니어인 Alexander Schröder에게 전달되어 추가적인 차단 테스트를 통해 레이저 마킹이 용지의 차단 특성에 영향을 미치는지를 확인했습니다.
산소 및 수증기 차단을 확인하기 위해 사피는 투과 분석기를 사용하여 테스트 제품에의 수증기 투과율(WVTR)과 산소 투과율(OTR)을 측정했습니다. 두 개의 챔버 사이에 기능성 용지를 배치하고, 한쪽 챔버에는 질소 가스를, 다른 쪽 챔버에는 공기나 수증기를 채웠습니다. 적외선 센서를 사용하여 시간이 지남에 따라 질소 공간에 있는 산소 또는 물 입자의 양을 측정하여 전송률을 계산했습니다. 유사한 방법으로 헥산 증기 투과율(HVTR)을 확인하여 그리스와 미네랄 오일 차단 특성도 조사했습니다.
이로써 사피는 레이저 마킹이 재질의 차단 특성에 영향을 미치는지 여부를 파악할 수 있었으며, 그 결과는 아래 차트와 같습니다. 투과율 테스트를 통해 도미노 CO2 레이저 마킹기 D-Series는 용지의 차단 특성에 유의한 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었습니다.
그래프에 나타난 결과는 10% 차로 정규화된 값으로, 정상 범위 내로 간주됩니다. 예를 들어, 매우 낮은 OTR 측정치의 경우(<3cc(m².d) \[하루 m²당 입방 센티미터]), 10% 차는 0.3cc(m².d)에 불과하며 이는 정상 측정 범위 내에 있습니다.
Zywietz는 “차단 테스트 결과에 매우 감명받았습니다. 이처럼 뛰어난 결과와 더불어 코드의 품질 및 명확성까지 갖춘 도미노 D-Series는 사피의 고객에게 좋은 선택이 될 것입니다.”라고 소감을 밝혔습니다.
도미노의 차별화
사피가 배리어 용지에 대한 테스트를 성공적으로 완료하자, 도미노는 사피의 관련자들을 도미노 레이저 아카데미로 초대하여 고객의 눈을 통해 샘플 테스트를 체험하도록 했습니다.
“이번 방문은 우리에게 매우 긍정적인 경험이었습니다.”라며 Zywietz는 다음과 같이 말했습니다. “배리어 용지의 마킹 프로세스를 직접 경험하고 일상적인 샘플 테스트에 사용하는 모든 실험 및 측정 장비의 시연을 지켜보았습니다. 실험실의 설비 또한 훌륭했습니다.
"이번 방문을 통해 최종 사용자를 시설로 초청해 샘플 테스트 프로세스를 경험하게 하면 올바른 솔루션을 확인하는 데 도움이 된다는 사실을 체감할 수 있었습니다. 우리는 마킹 솔루션을 찾고 있는 식품 포장 고객이라면 누구에게나 도미노 레이저 아카데미에 방문해보기를 적극 추천할 것입니다.”라고 소감을 전했습니다.
미래를 바라보며
“지속가능한 제품 포장 시장이 성장하고 있으므로, 사피의 배리어 용지와 같이 재활용이 어려운 연성 플라스틱의 대체품 개발은 몇 년 동안 지속될 것으로 보입니다.
사피의 마케팅 커뮤니케이션 전문가 Ingo Kaiser는 다음과 같이 말합니다. “연포장 시장은 거대하지만 현재 많은 솔루션들이 재활용하기가 불가능하거나 매우 어려우므로 지속가능한 대안을 제공하기 위해서는 상당한 노력을 기울여야 합니다.
사피는 Alfeld에 있는 제조 공장에서 새로운 코팅 기계에 투자하고 있으며, 이러한 투자는 현재의 연포장을 대체할 수 있는 새로운 지속가능한 대안을 개발할 수 있는 더 많은 유연성과 공간 그리고 역량을 제공할 것입니다. 우리는 다른 공급업체와 지속적으로 협력하여 제조업체가 배리어 용지로 가능한 쉽게 전환할 수 있도록 지원할 것입니다."
"이번 도미노와의 협업은 매우 긍정적이었으며 앞으로도 더 많은 성공적인 프로젝트가 진행되기를 바랍니다.”라고 설명했습니다.
사피와 함께한 이 프로젝트는 도미노가 제조업체의 지속가능한 여정을 지원하기 위해 어떤 노력을 하고 있는지를 보여주는 훌륭한 사례 중 하나입니다. 도미노는 코딩 및 마킹 제공업체로서 항상 혁신적인 포장 업체와 협력을 모색하여 지속가능한 새로운 포장 유형을 위한 솔루션을 찾고 있습니다.
새로운 포장 유형을 위한 코딩 및 마킹 솔루션을 찾고 있는 포장 제공업체이시거나 지속가능한 포장을 위한 새로운 옵션을 모색하는 제조업체이시라면 도미노가 도와드리겠습니다.
자세한 내용을 알아보고 싶으시거나 도미노의 첨단 재질 테스트 시설을 방문하고자 한다면 문의하기로 연락해 주시기 바랍니다.