KR100276839B1 - 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법 및 그 조성물 - Google Patents

천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법 및 그 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해성 일회용 용기의 제조방법 및 그 조성물에 관한 것으로서, 천연고분자인 셀루로스 및 전분 또는 이들의 유도체를 화학적으로 변성시켜 가소제, 강도 보강제, 유연제, 안정제, 내부 윤활제 및 탈착제를 단독 또는 2종 이상 혼합한 조성물을 가열가압성형기로 직접 발포하여 미생물에 의해 생분해되는 일회용 용기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 일회용 용기는 자연계에 풍부하게 존재하고 값싸게 얻을 수 있는 천연고분자를 주원료로 사용하여 기존의 발포 폴리스티렌 일회용 용기와 같이 외관이 양호하고 기계적 물성이 우수하며 자연 미생물에 의해 완전히 생분해될 뿐 만 아니라 실용화하기 용이한 제품이다.

Description

천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법 및 그 조성물
본 발명은 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기의 제조방법과 그 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주성분으로 천연고분자인 셀룰로스 및 전분 또는 이들의 유도체를 사용하여 기존의 발포성 폴리스티렌 일회용 용기와 유사한 외관, 물리적 특성을 지닌 동시에 자연 미생물에 의해 생분해되는 일회용 용기를 제조하는 방법에 관한 내용이다.
소득수준의 증가와 식생활의 변화에 따라 인스턴트 식품의 섭취가 많아지면서 위생적이고 편리하며 값싼 일회용 제품의 수요가 증가하고 있는데 도기(陶器)나 유리제품은 보관 장소의 확보, 높은 파손율과 사용 후 세척의 번거로움 등으로 인하여 인스턴트 식품은 대부분 1회용 용기를 사용하고 있다. 또한 패스트 푸드점, 편의점 및 자동판매기는 대부분 일회용 용기를 사용하므로서 1회용 용기의 사용은 증가되고 있는 추세에 있다.
현재 일회용 용기로는 합성수지인 발포성 폴리스티렌을 일정한 두께로 시트 상 발포한 후 진공장치가 부착된 적당한 금형 틀에서 압축하고 급속히 내부 공기를 제거하여 제조한 제품이 가장 널리 사용하고 있으며, 이외 종이에 합성수지인 폴리에틸렌을 피복시켜 제조한 원지를 이용하여 제조한 종이컵 및 종이쟁반 등이 있다.
이러한 일회용 용기류는 여러 가지 우수한 장점으로 인해 사용량이 매년 증가하므로 용기류로 인한 환경오염도 가중되고 있다. 폐기된 일회용 용기류의 처리 방법은 각종 쓰레기와 같이 매립되는 경우 토양에 존재하는 전이금속이나 미생물에 의해 거의 분해되지 않으며, 소각의 경우 유독 가스(다이옥신, 일산화탄소 등)를 대량 발생하여 지구 온난화는 물론 인체에 유해한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
이러한 문제점을 해결하는 방법으로 폐자원의 재활용이라는 측면에서 재생처리 방법에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있으나 분리수거에 대한 어려움과 더불어 수거 후에도 혼입된 불순물 제거 등 많은 문제점이 있다.
최근 기존의 합성수지와 성질이 유사하면서 자연계의 미생물에 의해 쉽게 분해되는 생분해성 고분자로는 화학합성을 통한 지방족 폴리에스테르(aliphatic polyester), 발효에 의한 폴리히드록시알카노에이트[poly(hydroxy-alkanoate), PHA] 및 폴리히드록시부틸레이트[poly(hydroxyl-butyrate), PHB] 및 이들과 천연고분자인 셀룰로스 또는 전분의 복합물 등이 있다. 이중 자연계에 풍부하게 존재하고 가격 또한 저렴한 전분이 함유된 생분해성 고분자에 대한 관심이 고조되고 있으며, 이에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
전분은 주로 옥수수, 감자, 타피오카, 고구마, 밀, 쌀 등에서 얻어지는 것으로 자연계에서 가장 손쉽고 저렴하게 얻을 수 있는 천연고분자로서 포도당이 α-1,4 글루코시드 결합으로 이루어진 아밀로스와 포도당이 α-1,4 글루코시드 결합 및 α-1,6 글루코시드 결합을 하고 있는 아밀로펙틴으로 구성되어 있는 물질로서 일반적으로 0∼28%의 아밀로스를 함유하고 있다. 전분은 출처 및 품종에 따라 이화학적 특성 차이가 클 뿐만 아니라 가공 및 저장하는 동안 여러 성분과 상호작용으로 인하여 물리적 성질이 크게 좌우되기 때문에 사용하고자 하는 용도에 따라 가교, 에테르, 에스테르, 산처리, 산화 및 그라프트시킨 변성전분을 사용하고 있다.
현재까지 생분해성 일회용 용기에 대한 연구는 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate)에 펄프분말, 곡물류 분말, 톱밥분말, 천연솜, 왕겨분말, 밀집분말, 볏집분말, 보리집분말 등과 발포제를 첨가, 혼합하여 압축성형하는 방법(한국특허출원 94- 8523), 펄프 또는 합성수지로 만들어진 일회용 용기에 키틴, 키토산 또는 이들의 유도체를 첨가하는 방법(한국특허출원 94-20601), 전분에 기포 조정제로 폴리비닐알코올과 탄산칼슘, 보조첨가제로 식물성유지 등 혼합하여 제조하는 방법(일본특허공개平8-157645), 천연수지 및 전분을 호화시켜 일회용 용기를 제조한 후 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL)과 폴리락틴산(polylactic acid, PLA) 등으로 코팅하여 제조하는 방법(WO 97-27047) 등이 있다.
이들 방법은 발포 폴리스티렌과 유사한 물성을 가지며 제조방법이 간단하지만 천연고분자외 사용하는 첨가제 중 분해되지 않는 원료의 첨가로 인해 분해성에 문제가 제기되고 있고, 가격 또한 고가이므로 실용화에 있어 어려움을 겪고 있는 실정이다. 독일의 바이오텍사에서 감자전분, 타피오카 전분을 이용한 제품이 개발되어 실용화 단계에 있으나, 내수성이 떨어지며 기계적 물성 및 제조원가 측면에서도 비경제적일 뿐만 아니라 국내에서 원료 수급상 어려운 측면도 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점으로 제기된 외관, 강도 등의 기계적 물성, 생분해성 및 경제성을 해결하여 실용 가능한 생분해성 일회용 용기를 제조하는데 있다. 즉, 천연고분자인 셀룰로스 및 전분 또는 이들의 유도체에 강도 보강제, 가소제, 유연제, 안정제, 내부 윤활제 및 탈착제를 단독 또는 혼합하여 가열가압성형기로 직접 성형시킨 제품으로, 양호한 외관 및 우수한 기계적 물성을 지닌 동시에 완전 생분해되는 일회용 용기를 제공하는데 있다.
본 발명은 일회용 용기의 외관 및 기계적 강도를 개선하기 위하여 천연고분자인 전분에 알케닐호박산 무수물(alkenylsuccinic anhydride)류를 화학적으로 결합시키거나 필요에 따라 전이금속인 마그네슘, 코발트, 구리, 철, 알루미늄 등을 부가 반응시킨 전분 유도체를 사용하는 방법을 특징으로 한다. 셀룰로스 및 전분 또는 이들에 알케닐호박산 무수물을 처리한 유도체에 폴리비닐알코올이나 리그노설포네이트(lignosulfonate)를 단독 또는 혼합하여 첨가하는 방법으로 폴리비닐알코올은 호모폴리머(homopolymer)와 코폴리머(copolymer)를 단독 또는 혼합, 첨가한다.
또한 일회용 용기에서 매우 중요하게 요구되는 유연성을 부여하기 위하여 사용되는 방법으로는 각종 지방산 및 지방산 에스테르류(fatty acid esters)를 단독 또는 혼합 첨가하여 제조하는 방법, 안정제로 천연 검류(gums)를 첨가하여 제조하는 방법, 내부 윤활제로 유동파라핀류(liquid paraffins)를 첨가하여 제조하는 방법, 탈착제로 인지질 및 동· 식물성 경화유를 단독 또는 혼합 첨가하여 생분해성 일회용 용기를 제조하는 방법 등을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
전분 유도체에 대한 제조방법으로는 USP 2,613,206의 방법을 사용하거나 필요에 따라 변형하여 제조하였다. 즉, 전분에 물을 가하여 전분 현탁액을 만든 다음 10∼20분간 교반한다. 단, 이때 총 고형분의 허용농도의 범위는 10∼50%(w/v)로서 반응 효율상25∼45%(w/v)가 적당하고, 반응온도범위는 15∼50℃로서 20∼45℃가 적당하며, 첨가되는 알케닐호박산 무수물류의 양은 반응온도 및 요구되는 치환도에 따라 적정 비율을 선택할 수 있으나, 전분 고형분 대비 0.01∼20%(w/w)로서 0.1∼15%(w/w)가 적당하다. 알케닐 호박산무수물을 전분 중량 대비 0.1%(w/w)미만 첨가하여 사용하면 반응성이 낮으며, 15%(w/w) 초과 사용하면 과량의 알케닐 호박산무수물 첨가에 의해 반응 후 잔재한 알케닐 호박산무수물에 의해 오히려 역반응이 촉진될 우려가 있다. 이어서 반응촉매로서 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼슘 및 이들의 알카리성 염 등을 이용하여 전분 현탁액의 pH를 5.5∼12.0의 범위로 조절한 다음 0.5∼72시간 반응한 후 15% HCl로 중화, 수세 및 여과하고 건조한 후 목적하는 전분의 알케닐호박산 유도체를 얻었다. 이때 반응시간은 1∼24시간이 적당하다. 또한, 필요할 경우 이상과 같이 제조된 전분 유도체를 다시 물에 현탁(25∼45%, w/v)시킨 후 전이금속인 마그네슘, 코발트, 구리, 철, 알루미늄 중 한가지를 선택하여 0.1∼10% 첨가시켜 0.5∼24시간 반응하고 중화, 수세, 여과 및 건조한 것을 사용하였다. 알케닐 호박산무수물에 구리 등 전이금속을 처리한 변성전분은 미국 FDA 및 CFR(Code of Federal Regulations)에서 식품첨가물로 등재되어 있으나 알케닐 호박산무수물 및 전이금속 첨가량을 제한하고 있는데, 본 발명에서 사용하는 알케닐 호박산무수물로 처리한 천연고분자 유도체에 구리 등 전이금속의 전분 대비 첨가율을 명세서 내에 기재된 수치로 한정함으로써 식품첨가물로서의 안전성을 확보하기 위한 것이다.
상기 방법에 의해 제조된 전분 유도체와 셀룰로스, 옥수수전분, 감자전분, 타피오카전분, 고구마전분, 찰옥수수전분, 밀전분, 고아밀로스전분 및 쌀전분 등을 단독 또는 혼합하여 0.1~70w/w%로 혼합기(V-type mixer)에 투입한다. 상기 수치 범위를 벗어나서 사용하게 되면 생분해성 용기 제조시 성형성의 문제가 있다.
가소제로 폴리비닐알코올의 호모폴리머 및/또는 코폴리머를 0.1∼50%(w/w), 강도 보강제로 리그노설포네이트를 0.1∼50%(w/w), 유연제로 지방산인 스테아린산, 팔미틴산 및 올레인산을, 치방산에스테르인 슈크로스 지방산 에스테르(sucrose fatty acid ester), 글리세롤 지방산 에스테르(glycerol fatty acid ester), 소르비탄 지방산 에스테르(sorbitan fatty acid ester) 및 프로필렌글리콜 지방산 에스테르(propylene glycol fatty acid ester) 중 1종 이상을 0.1∼40%(w/w), 안정제로 천연다당류인 아라비아검, 구아검, 잔탄검, 젤란검, 카라야검, 가디검, 카라기난 및 글루코만난 중 1종 이상을 40%(w/w) 이하로 사용하고 내부 윤활제로 유동파라핀, 염화파라핀, 노르말파라핀 및 파라핀왁스를 30%(w/w) 이하로, 탈착제로 인지질 및 동ㆍ식물성 경화유 30%(w/w) 이하로 추가 투입한 후 10~60분 동안 혼합하였다.
상기에서 보강제는 천연고분자 유도체와의 결착성을 증가시켜 본 발명에서 제조하는 일회용 용기의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하는데 본 발명의 명세서에서 기재한 수치 미만으로 사용시 천연고분자 유도체와의 결착성이 약하여 본 발명의 일회용 용기 제조시 충분한 기계적 물성을 얻을 수 없으며, 본 발명의 명세서에서 기재한 수치를 초과하여 사용하면 과량의 보강제가 오히려 천연고분자 유도체와의 결착성을 방해하고, 유연제 및 내부 윤활제는 천연고분자 유도체의 유화성을 향상시키는 작용을 하는데 본 발명의 명세서에 기재한 수치미만 사용시 천연고분자 유도체의 유화성을 향상시키기 곤란하며, 본 발명의 명세서에 기재한 수치를 초과하여 사용하면 과량의 유연제 및 내부 윤활제가 오히려 천연고분자 유도체의 유화성의 향상에 방해하고, 안정제는 유연제 및 내부 윤활제의 상승제 역할을 하는데 본 발명의 명세서에 기재한 수치 미만 사용시 유연제 및 내부 윤활제의 상승제 역할이 곤란하며, 본 발명의 명세서에 기재한 수치를 초과하여 사용하면 과량의 안정제가 오히려 유연제 및 내부 윤활제의 상승제 역할을 방해하고, 탈착제는 성형기에서 용기를 성형한 후 성형기로부터 용기를 분리하기 위해 첨가하는 첨가제로서 본 발명의 명세서에 기재한 수치 미만 사용시 성형기로부터 용기의 분리가 어려워 작업성 및 용기의 상품성이 저하되고, 본 발명의 명세서에 기재한 수치를 초과하여 사용시 용기제조시 탈착제의 성분이 유출되는 현상이 발생하여 유출되는 탈착제를 처리하여야 하는 문제점이 있다.
그 후 다시 물을 혼합물 대비 15~80%(w/w) 첨가하여 10~60분간 혼합하였다. 본 발명에서 수분은 발포를 조절하여 성형성을 부여하는 일종의 가소제 역할을 하여 본 발명의 일회용 용기의 제조시 성형성을 좌우하는 인자로서 본 발명의 명세서에 기재된 수치 미만 사용시 가소제의 역할을 하기 어려우며, 본 발명의 명세서에 기재된 수치를 초과하여 사용시 과량의 수분첨가에 의하여 도리어 용기의 성형성에 나쁜 영향을 준다.
그런 다음 100~250℃로 미리 가열한 가열가압성형기에 이 혼합물을 주입하고 0.1~10 Pa(N/m2)의 압력을 가하고, 0.5~10분간 성형하여 생분해성 일회용 용기를 제조하였다. 생분해성 용기 제조시 성형기의 온도, 압력 및 성형시간은 서로 밀접한 관계를 가지고 있다. 즉 성형기의 내부온도가 낮게 조절된 상태에서는 성형시간이 증가하고, 성형하는 동안 일정압력을 가하지 않으면 발포되지 않으며 압력이 높을 경우는 과도하게 발포되어 성형성이 저하된다. 본 발명의 생분해성 일회용 용기는 다양한 성형기의 내부온도, 압력, 성형시간에 대해 측정해본 결과 본 발명의 명세서에 기재된 성형기의 내부온도, 압력, 성형시간에서 최적의 용기를 제조할 수 있었다.
본 발명에 따른 일회용 용기는 기계적 물성이 우수하고 원하는 모양으로 성형이 가능하며 가격 또한 저렴하여 실용화하기 쉬울 뿐만 아니라 자연 미생물에 의해 쉽게 분해되는 생분해성 용기이다. 본 발명에 의한 생분해성 일회용 용기의 기계적 물성 및 생분해성 평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다.
[압축 강도(compressibilits)]
압축 강도는 일회용 용기의 외관상 형태를 변형시키는데 필요한 힘으로 평판-원형 프루브(plate-cylindrical probe, 직경 20mm)가 부착된 레오미터(Rheo-meter)를 이용하여 측정하였다. 분석 조건은 프루브를 초당 1.5mm의 속도로 이동하면서 항복점(yield stress)까지 변형시켰다. 이 때 일회용 용기에 가해진 최고의 힘 (kg/m3)을 10회 측정하여 평균값을 취하였다.
[립 (Lip) 강도]
Lip 강도는 일회용 용기의 탄력 강도 및 유연성을 측정하는 항목으로 압축 강도와 같이 레오미터를 이용하였다. 시료를 수직으로 고정하고 초당 6.5mm의 속도로 10mm 압축하여 이때 가해진 최고의 힘(kg·m/s2)을 10회 측정하여 평균값을 취하였다.
[생분해성 (biodegradability)]
생분해성 일회용 용기의 생분해성 평가는 미국표준시험법(ASTM)G 21-70 및 D1924-70을 변형하여 측정하였다.
즉, 고체 한천배지에 일정한 크기로 절단한 시료를 넣은 후 토양에서 흔히 발견할 수 있는 곰팡이인 아스퍼질러스 나이저(Aspergillus niger), 아스퍼질러스 오라이제(Aspergillus oryzae), 페니실리움 퍼니클로섬(Penicillium funiculosum) 및 푸루라리아 푸루란스(Pullularia pululans)등의 혼합한 포자를 접종하여 32℃(± 2℃)에서 30일간 배양하여 시료위에 곰팡이가 뒤덮인 정도를 다음과 같이 기록하여 생분해 정도를 평가하였다.
다음의 실시예로 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나 이들 실시예가 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
혼합기(V-type mixer)에 옥수수전분(수분함량 12.7%) 1kg, 폴리비닐알코올 호모폴리머 300g, 리그노설포네이트 200g, 모노아실글리세롤 115g 및 스테아린산 50g을 투입하여 30분간 혼합하였다. 연속하여 물 1.2kg을 첨가하여 10분간 혼합하였다. 이 혼합물은 내부온도가 210℃로 조절된 가열가압성형기에 투입하여 3.5Pa(N/m2)의 압력으로 3분간 성형하였다. 제조한 생분해성 일회용 용기는 앞에서 기술한 방법에 의해 기계적 물성 및 생분해성을 평가하였다.
[실시예 2]
옥수수전분 대신 감자전분(수분함량 14.1%)을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한 후 기계적 물성 및 생분해성을 평가하였다.
[실시예 3]
옥수수전분 대신 카르복시 메틸 셀룰로스(수분함량 13.3%)를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한 후 기계적 물성 및 생분해성을 평가하였다.
[실시예 4]
200L 용적의 반응관에 수분 12,7%의 옥수수전분 30kg을 넣고 물 85L를 가하여 10분간 교반한 다음 반응제로서 옥테닐호박산무수물을 1.2kg 추가 투입하여 30분간 교반하였다. 이어서 지속적인 교반과 함께 4% 수산화나트륨 용액으로 pH11.5(± 0.2)로 조절한 다음 20℃(± 2)에서 10시간 반응시킨 후 15% HCl로 중화(pH5.5)하였다. 그리고 탈수, 수세 및 건조하여 수분 11.5%의 전분 유도체를 제조하였다.
위와 같이 제조한 전분 유도체 1kg, 옥수수전분 1kg와 메틸히드록시프로필셀룰로스 200g을 혼합기에 투입하고 폴리비닐알코올 호모폴리머 600g, 폴리비닐알코올 코폴리머130g, 리그노설포네이트 40g, 디아실글리세롤 100g, 소르비탄 지방산 에스테르 120g, 구아검 40g 및 파라핀왁스 20g을 첨가하여 1시간 동안 혼합하였다. 연속하여 물 2.1kg을 넣고 다시 1시간 동안 교반하였다. 이 혼합물을 내부온도 150℃로 조절된 가열가압성형기에 투입한 후 1.5 Pa(N/m2)의 압력을 가하여 2분간 성형하였다. 기타 기계적 물성 및 생분해성 평가는 실시예 1과 동일하게 측정하였다.
[실시예 5]
200L 용적의 반응관에 수분 13.3%의 옥수수 산처리전분 30kg을 넣고 물 100L를 가하여 10분간 교반한 다음 반응제로서 옥타데세닐호박산무수물을 1.5kg 추가 투입하여 30분간 교반하였다. 이어서 지속적인 교반과 함게 4% 수산화나트륨 용액 으로 pH 6.5(± 0.2)으로 조절한 다음 55℃(± 2)에서 24시간 반응을 시킨 후 중화하고 탈수, 수세 및 건조하여 수분 10.7%의 전분 유도체를 제조하였다.
위와 같이 제조한 전분유도체 1kg, 고아밀로스 전분 1kg(아밀로스 함량 45% 이상, 수분함량 12.5%) 및 메틸셀룰로스 500g을 혼합기에 투입한 후 폴리비닐알코올 호모폴리머 1kg, 리그노설포네이트 100g, 슈크로스 지방산 에스테르 60g, 우지극도 경화유 2g 및 레시틴 10g을 투입하여 30분간 혼합하고 연속하여 물 3.5kg을 넣고 1시간 동안 교반한 후 내부온도 180℃로 조절된 가열가압성형기에서 3.5 Pa(N/m2)의 압력으로 1분간 성형하였다. 기타 기계적 물성 및 생분해성 평가는 실시예 1과 동일하게 측정하였다.
[실시예 6]
200L 용적의 반응관에 수분 11.3%의 옥수수 산화전분 300g을 넣고 물 95L를 가하여 10분간 교반한 후 반응제로서 도데실호박산무수물을 900g 추가 투입하여 30분간 교반하였다. 이어서 지속적인 교반과 함게 4% 수산화나트륨 용액으로 pH 8.5(± 0.2)로 조절한 다음 30℃(± 2)에서 8시간 반응을 시킨 후 그리고 탈수, 수세 및 건조하여 수분 11.1%의 전분 유도체를 제조하였다.
위와 같이 제조한 전분유도체 1kg과 감자전분 1kg을 혼합기에 투입한 후 폴리비닐알코올 호모폴리머 100g, 폴리비닐알코올 코폴리머 140g, 리그노설포네이트 20g, 소르비탄 지방산 에스테르 200g, 아라비아검 60g, 대두경화유 2g 및 레시틴 2g을 투입하여 30분간 혼합하고 연속하여 물 2.4kg을 넣고 1시간 동안 교반한 후 내부온도 210℃로 조절된 가열가압성형기에서 3.5 Pa(N/m2)의 압력으로 1분간 성형 하였다. 기타 기계적 물성 및 생분해성 평가는 실시예 1과 동일하게 측정하였다.
[실시예 7]
200L 용적의 반응관에 수분 11.5%의 찰옥수수전분 60 kg을 넣고 물 90L를 가하여 10분간 교반한 후 반응제로서 헥사데세닐호박산 무수물을 1.5kg 추가 투입하여 30분간 교반하였다. 이어서 지속적인 교반과 함께 4% 수산화나트륨 용액으로 pH10.0(± 0.2)로 조절한 다음 30℃(± 2)에서 10시간 반응을 시킨 후 중화하고 탈수, 수세 및 건조하여 수분 13 2%의 전분 유도체를 제조하였다.
위와 같이 제조한 전분유도체 1kg, 옥수수전분 800g과 타피오카전분 700g을 혼합기에 투입한 후 폴리비닐알코올 호모폴리머 250g, 폴리비닐알코올 코폴리머 130g, 리그노설포네이트 25g, 슈크로스 지방산 에스테르 75g, 모노아실글리세를 50g, 올레인산 2.5g, 파라핀왁스 2.5g, 우지경화유 2.5g 및 레시틴 5g을 투입하여 30분간 혼합하고 연속하여 물 2.9kg을 넣고 1시간 동안 교반한 후 내부온도 180℃로 조절된 가열가압성형기에서 2.3 Pa(N/M2)의 압력으로 1분간 성형하였다. 기타 기계적 물성 및 생분해성 평가는 실시예 1과 동일하게 측정하였다.
[실시예 8]
실시예 5에서 제조한 전분 유도체 20kg을 100L용적의 반응관에 넣고 물 40 L를 가하여 20분간 교반한 후 반응제로 황산 알루미늄 100g를 추가로 투입하여 10시간 동안 반응하였다. 그리고 탈수, 수세 및 건조하여 수분 11.5%의 전분 유도체를 제조하였다. 위와 같이 제조한 전분 500g, 실시예 4에서 제조한 전분 유도체 1kg,실시예 7에서 제조한 전분 유도체 200g, 고아밀로스 전분 300g 및 옥수수전분 500g을 혼합기에 투입한 후 20분간 혼합하였다. 여기에 폴리비닐알코올 호모폴리머 250g, 폴리비닐알코올 코폴리머 50g, 리그노설포네이트 12.5g, 모노아실글리세롤 12.5g, 슈크로스 지방산 에스테르 12.5g, 스테아린산 2.5g, 구아검 5g, 옥수수경화유 5g 및 레시틴 2.5g을 투입하여 30분간 혼합하고 연속하여 물 3.5kg을 넣고 1시간 동안 교반한 후 내부온도 195℃로 조절된 가열가압성형기에서 2.7 Pa(N/m2)의 압력으로 1분간 성형하였다. 기타 기계적 물성 및 생분해성 평가는 실시예 1과 동일하게 측정하였다.
상기 실시예에서 제조한 생분해성 일회용 용기의 기계적 물성 및 생분해성을 비교한 결과는 표 1과 같다. 여기에 보이는 바와 같이 본 발명의 방법으로 제조한 조성물은 압축강도와 Lip강도가 우수할 뿐만아니라, 생분해성이 탁월함을 확인할 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 생분해성 일회용 용기는 기존의 발포성 폴리스티렌 일회용 용기와 유사한 기계적 물성을 나타내며 생분해성 또한 우수하다. 따라서 본 발명은 기존의 비분해성 일회용 용기를 대체함으로써 소각, 회수, 매립지 오염 등의 환경문제를 해결할 수 있으며 , 환경규제에 크게 기여할 것으로 사료된다.

Claims (20)

  1. 천연고분자 또는 이들의 유도체 중에서 단독 또는 혼합하여 가소제, 강도보강제, 유연제, 안정제, 내부 윤활제 및 탈착제 중에서 단독 또는 둘 이상 첨가하여 물을 혼합한 후 가열가압성형기로 성형함을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 천연고분자 중에서 셀루로스류는 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 메틸히드록시프로필 셀룰로스이고 전분류는 옥수수전분, 찰옥수수전분, 감자전분, 타피오카전분, 고아밀로스전분, 고구마전분, 밀전분, 쌀전분인 것 중에서 단독 또는 혼합하여 0.1~70w/w% 사용하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 천연고분자의 유도체는 찰옥수수전분, 옥수수전분, 옥수수산화전분 및 옥수수 산처리전분 중에서 단독 또는 혼합하여 알케닐호박산 무수물을 전분 중량 대비 0.1∼15%(w/w) 첨가하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 알케닐호박산 무수물은 옥테닐호박산, 헥사데세닐호박산, 옥타데세닐호박산 및 도데실호박산 무수물임을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 알케닐호박산 무수물로 처리한 천연고분자 유도체에 전이 금속으로 구리, 철, 알루미늄, 코발트 및 마그네슘 중에서 1종을 전분 중량 대비 0.01~5w/w% 첨가하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 제3항 및/또는 제5항의 유도체를 사용하되 전체 혼합물에 0.1∼70 w/w%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법 .
  7. 제1항에 있어서, 가소제는 폴리비닐알코올의 호모폴리머 및 코폴리머중에서 단독 또는 혼합하여 0.1∼50 w/w% 사용하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 강도 보강제는 리그노설포네이트를 0.1∼50 w/w% 사용하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 유연제는 지방산으로 팔미틴산, 스테아린산 및 올레인산을, 지방산 에스테르로서 글리세롤 지방산 에스테르, 슈크로스 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 프로필렌글리콜 지방산 에스테르 중에서 단독 또는 혼합하여 0.1~40 w/w% 사용하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 유연제는 지방산 및 지방산 에스테르 중에서 단독 또는 혼합하여 사용하되 친수친유성 평형(hydrophilic-lipophilic balance, HLB)를 1∼16으로 조절하여 0.1∼40 w/w% 사용하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 안정제로 천연다당류인 아라비아검, 구아검, 잔탄검, 젤란검, 카라야검, 가디검, 카라기난 및 글루코만난 중에서 단독 또는 혼합하여 40 w/w%이하로 사용하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 내부 윤활제로 유동파라핀, 염화파라핀, 노르말파라핀 및 파라핀왁스 중에서 단독 또는 혼합하여 30 w/w% 이하로 사용하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 탈착제로 동·식물성 경화유 및 인지질 중에서 단독 또는 혼합하여 30 w/w% 이하로 사용하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 식물성 경화유로는 팜 경화유, 야자 경화유, 대두 경화유, 옥수수 경화유, 면실 경화유, 올리브 경화유 및 땅콩 경화유를, 동물성 경화유로는 우지 경화유 및 돈지 경화유 중에서 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 인지질은 달걀 난황 및 대두 중에서 유래하는 레시친을 사용하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  16. 제1항에 있어서, 혼합물은 물을 가하여 수분함량을 15∼80%(w/w)로 조절하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서, 가열가압성형기의 가열 온도는 내부 온도가 100∼250℃로 조절하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  18. 제1항에 있어서, 가열가압성형기의 내부 압력을 0.1∼10 Pa(N/m2)로 조절하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조 방법.
  19. 제1항에 있어서, 가열가압성형기로 0.5∼10분간 성형하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  20. 제1항의 방법으로 성형한 생분해성 용기는 천연고분자 0.1~70w/w %에 가소제 0.1∼50 w/w%, 강도 보강제 0.1∼50 w/w%, 유연제 0.1∼40 w/w%, 안정제 40 w/w%이하, 내부 윤활제 30 w/w% 이하, 탈착제 30 w/w% 이하로 사용하여 혼합함을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기 조성물.
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