KR100319525B1 - 인장강도가 우수한 전분발포체와 이를 이용한 성형물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환경친화적이고 생분해성을 갖는 전분발포체와 이 발포체를 이용한 성형물(매트나 포장재)의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 전분 100중량%에 대하여 전분발포체에 발포율을 제어할 수 있는 탄산칼슘: 1-5%, 발포체의 물성을 확보해주는 폴리비닐알콜:10-40%로 이루어지는 장섬유형의 전분발포체를 개발한 기술에서 나아가 발포체에 수분이 도포되면 전분발포체 표면만이 상변화를 일으켜 점성을 갖게 되어 열원없이 성형물을 제조할 수 있다는 연구결과에 근거하여 완성된 기술이다.

본 발명의 전분발포체는 물성이 뛰어나 실과 같이 장섬유형태를 충분히 유지할 수 있어 집합체 형태로 사용될 수 있다. 따라서, 기존의 루즈 필 완충재와는 달리 같은 부피의 내용물을 박스에 넣어 포장할 때 사용되는 발포체의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 이 발포체는 성형물로 제조되는데, 이 성형물은 기존의 프라스틱 발포수지의 물성에 준하면서도 무독성이고 생분해성으로 환경친화적인 물질이다.

Description

인장강도가 우수한 전분발포체와 이를 이용한 성형물의 제조방법{Expanded starch having superior tensile strength and its molding process}

본 발명은 환경친화적이고 생분해성을 갖는 전분발포체와 이 발포체를 이용한 성형물 예를 들어 매트나 포장재 등의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발포체(發泡體)는 거품(foam)이 부풀어 오른 상태 그대로 고화되어 균일화게 형성되어 있는 것으로, 가볍고 압축강도 및 회복률이 좋아 일회용 용기나 완충재 또는 포장재로 많이 이용되고 있다. 이러한 용도로 이용되는 발포체는 대부분 폴리스틸렌이나 폴리에틸렌 혹은 폴리우레탄 등의 플라스틱수지로 제조하고있다. 플라스틱수지는 자연분해가 되지 않기 때문에 사용하고 난 후 폐기할때 심각한 환경공해를 유발하는 문제가 있다. 특히, 입체형 포장재에 가장 범용적으로 사용되고 있는 스트로폼(styrofoam)은 포장성과 물성이 탁월하고 사용후 재활용이 가능하다는 이유로 가장 널리 쓰이고 있으나, 부피가 너무 커서 수거에 어려움이 따르고 이로 인해 많은 비용이 소요되어 그 재활용에는 한계가 있다. 따라서, 대부분 소각되고 있으나 다이옥신 등의 유해물질을 발생하는 문제가 있다. 더욱이, 환경호르몬을 배출하는 등의 문제를 안고 있어 다른 원료를 사용한 발포체 보다 더욱 심각한 환경공해의 원인이 되고 있다.

한편, 박스내 내용물의 파손방지를 위해 플라스틱 수지 또는 전분발포체를 약 2∼3cm의 길이로 절단하여 박스에 충진하는데, 이를 보통 루즈 필(loose fill)형 완충재라 한다. 이러한 용도의 전분발포체로는 WO 92/18325호에 전분과 결합제인 폴리비닐알콜 및 기타 첨가제(계면활성제, 글리세린, 표백제)로 이루어지는 환경친화적인 재료가 제안되어 있는데, 이 전분발포체는 발포억제가 제대로 되지 않아 압축력 등의 물성이 좋지 않은 편이다. 그래도 이 전분발포체는 기존 플라스틱수지와는 달리 환경에 무해하다는 장점이 있다. 그러나, 아직 성형물 (매트 또는 포장재)로서 요구되는 물성의 확보와 성형방법이 제시되지 않아 루즈 필형 완충재로서 한정되고 있다. 또한, 완충재로서도 루즈 필형이므로 절단비용의 증가와 일일이 완충재를 수거해야 하는 번거로운 단점을 갖고 있다.

이에 본 발명은 플라스틱 발포수지의 물성에 준하면서 환경친화적이고 생분해성을 갖는 전분발포체를 제공하는데 그 목적이 있다. 나아가 본 발명의 다른 목적은 상기 전분발포체를 이용하여 매트나 포장재 등의 성형물을 제조하는 방법을 제공함에 있다.

도 1은 장섬유 전분발포체 제조에 적용된 다이의 일례도

도 2는 본 발명의 전분발포체와 기존의 루즈 필 발포체의 사진

도 3은 장섬유형 전분발포체를 이용한 매트 및 포장재의 제조공정도

도 4는 판상형 전분발포체에 적용되는 다이의 일례도

도 5는 본 발명에 따라 제조된 판상형 발포체의 사진

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전분발포체는, 전분 100중량%에 대하여 폴리비닐알콜:10∼40중량% 및 탄산칼슘:1∼5중량%로 조성된다. 또는 여기에 추가로 글리세린이 1-3중량%로 함유된다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 성형물 제조방법은, 상기와 같이 조성되는 발포체를 장섬유 또는 판상형으로 압출하는 단계; 이 발포체의 표면에 수분을 접촉하는 단계; 가압하는 판상의 매트를 형성하는 단계; 이 매트를 원하는 형상으로 성형하는 단계;를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 '장섬유(filament)'란 용어는 실과 같이 긴 형상을 의미하며 그 일례가 도 2에 사진으로 제시되어 있다. 또한, '판상형'이란 용어는 사각형의 단면을 가지며 그 일례가 도 5에 제시되어 있다. 또한, '성형물'이란 용어는 본 발명의 전분발포체를 원료로 하여 일정 형상으로 가공된 재료를 의미하며, 예를 들면사무용품의 매트나 단순한 형상을 갖는 포장재(예:계란판) 등이 있다.

[전분발포체]

본 발명의 전분발포체는 주성분인 전분과 첨가제인 폴리비닐알콜(PVA) 및 탄산칼슘으로 구성된다. 여기서, 전분(녹말)은 생분해성을 갖는 원료로 주성분이며, 폴리비닐알콜은 수용성으로 무독성인 환경친화적인 원료로서 발포체의 물성을 확보해주며, 탄산칼슘은 생분해성원료로 발포율을 억제하여 적정한 발포체의 발포율을 확보해준다. 본 발명의 발포체는 이들 성분의 적정한 배합으로 우수한 물성을 나타낸다. 폴리비닐알콜은 발포체의 물성(인성, 연성, 인장강도) 및 외관을 고려하여 전분 100중량%에 대하여 10∼40중량%로 하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 이 원료가 고가이므로 경제성을 고려하여 10-25중량%로 하는 것이다. 탄산칼슘은 발포체의 발포율과 기공(pore)의 형태 및 크기에 미치는 영향을 고려하여 전분 100중량%에 대하여 1∼5중량%로 하는 것이 바람직하다.

이러한 전분발포체는 압출기를 이용하여 장섬유형으로 제조될 수 있으며, 이 장섬유 전분발포체는 그대로 완충재로 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 전분발포체는 기존의 발포체와는 달리 탄산칼슘에 의해 발포율 제어가 가능하며 적정한 인장강도 등의 물성확보가 용이하고 이에 따라 장섬유 형태로 제조가 가능하다. 본 발명의 전분발포체를 장섬유 형태로서 제조하기 위해 압출기를 이용하면 좋다. 이때 압출다이는 기존의 루즈 필형 완충재의 제조에 이용되는 다이(Die)처럼 1개의 구멍이 형성된 것을 이용할 수 있지만, 도 1(a)(b)와 같이 여러개의 구멍(hole)(1a, 1b')이 형성된 노즐다이(1, 1')를 이용하는 것이 좋다. 본 발명의 전분발포체와 기존의 루즈 필 완충재가 도 2에 사진으로 나타나 있다. 이러한 전분발포체는 루즈 필의 직경에 약 1/25∼1/10 정도의 경우에도 인성(toughness), 연성(ductility)이 좋고 인장강도도 훨씬 좋아서 장섬유 형태를 충분히 유지할 수 있다.

이러한 장섬유 전분발포체는 기존 루즈 필과 달리 발포체를 절단하지 않고 그대로 완충재로 사용할 수 있어 제조공정을 간단히 할 수 있으며, 집합체 (assembly) 형태로 사용할 수 있기 때문에 기존 루즈 필 보다 향상된 볼륨감을 주고, 박스의 빈 공간을 효율적으로 채워줄 수 있어 박스 내용물의 내충격성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 집합체 형태이므로 수거 및 취급이 용이하며, 사용되는 전분발포체의 양을 줄일 수 있어 생산단가면에서도 기존의 루즈-필 보다 저렴한 장점을 갖는다.

또한, 본 발명의 전분발포체는 압출기에서 판상형으로 제조될 수 있는데, 이때에는 발포체에 글리세린을 추가로 함유시키는 것이 바람직하다. 상기한 탄산칼슘은 압출기내에서 발포를 촉진시키는 수분 등에 작용하여 발포율을 억제시키는 작용을 하는데 반해, 글리세린은 압출기내의 흐름성을 촉진시켜 발포압의 저하를 가져와 발포율을 억제하는 기능을 한다. 탄산칼슘이 발포체 내부의 셀(cell)구조를 제어한다면 글리세린은 셀의 모양은 유지시키면서 크기에 영향을 미치는 것으로 여겨진다. 즉, 글리세린의 첨가로 발포체의 인장강도를 높이면서 오픈 셀(open cell)과클로즈드 셀(closed cell)이 조합되고 발포율의 제어를 통해 통기성이 있는 내부구조를 형성시킨다. 이러한 글리세린의 작용에 의해 판상형 발포체의 인장성질이 개선된다. 이러한 판상형 발포체는 성형 없이 바로 사과 배 등의 포장재로 이용할 수 있다. 물론, 필요하다면 단순한 성형가공으로 종래의 포장재와 동일한 형상을 부여할 수 있다.

이러한 글리세린은 전분 100중량%에 대하여 1-3중량%로 함유되는 것이 바람직한데, 그 이유는 글리세린이 1중량%미만의 경우, 압출기내의 혼합물의 흐름성에 영향을 미치지 못하고, 3중량%를 초과하는 경우 지나친 발포율 저하를 가져와 완충성이 떨어지기 때문이다.

한편, 본 발명의 전분발포체에 다양한 색상을 부여하고자 하는 경우에는 유기성 분말안료를 발포체의 원료와 혼합하여 압출기에 공급하여 제조하면 된다. 이때 사용된 유기성 분말안료의 양은 색깔의 농담에 따라 전분 무게의 0.001∼0.1%로 변화를 줄 수 있다. 염색된 장섬유형 전분발포체는 압출기내의 온도에 의해 충분한 열처리과정을 거쳐 발포체의 표면에 수분이 도포되어도 발포체와 함께 녹고 안료가 묻어나지 않으므로 염색 견뢰도가 매우 높다. 이렇게 염색된 전분발포체는 사용시 포장재에서 떨어져 나올 수 있는 전분 조각을 확인할 수 있게 해주므로 기존 루즈-필을 사용할 때 보다 취급의 용이하다.

본 발명의 전분발포체가 극한 기후조건(다습조건)에서 사용되는 경우 수분에 대한 저항성이 요구되는데, 이때에는 발포체를 발수(撥水)처리할 수 있다. 발수처리는 발수처리제의 처리조건에 따라 다르다. 첫 번째 처리방법으로는, 실리콘계, 불소계 발수제를 촉매를 함께 압출기에 공급되는 물에 희석하여 이를 발포체 원료에 공급하여 행하면 된다. 두 번째 처리방법으로는, 상온조건에서 지르코늄계, 파라핀계 발수제가 희석된 발수가공제를 발포체가 압출기의 노즐다이를 통해 토출될때 분산시켜 표면에 처리하면 된다. 이때 발수제의 표면처리는 발포체가 발수가공제에 노출되는 시간에 의해 조절할 수 있다. 즉, 발포체가 완충재로 이용되는 경우에는 표면에 균일하게 도포하는 것이 바람직하며, 발포체가 성형물로 이용되는 경우에는 발포체의 표면을 서로 접착하여야 하므로 불균일하게 도포하여 일부 발수처리가 안된 표면에 의해 접착이 일어나도록 하는 것이 바람직하다. 만일 수분에 대한 저항력을 높이기 위해 발포체를 원료로 하여 제조된 성형물의 표면을 코팅처리하는 경우에는 발수처리는 하지 않아도 된다.

또한, 발포체를 장기적으로 사용하는 경우 곰팡이에 의한 부식 등에 저항력이 요구된다. 이 경우에는 항미생물 가공제 예를 들어, 무독성인 키토산을 압출기의 공급장치에서 용해시켜 압출기 내부로 공급한다. 이렇게 공급된 항미생물 가공제는 압출기내의 온도조건에서 발포체의 원료와 혼합되어 전분발포체에 항미생물성을 부여한다.

[성형물의 제조방법]

본 발명에서는 상기와 같이 조성되는 전분발포체를 일정한 형태의 성형물로제조하여 다양한 용도로 사용한다. 이때 가장 중요한 것은 전분발포체를 서로 접착하는 기술이다. 종래의 전분발포체가 생분해성 재료이므로 포장재 등으로 이용하면 유리하다는 것을 인식하였음에도 성형물로 용이하게 제조할 수 없었던 이유중의 하나가 바로 성형에 요구되는 접착력을 확보할 수 없었기 때문이다.

본 발명자들은 이를 해결하기 위한 끊임없는 연구과정중, 전분발포체의 특성에 주목하고 그 해결의 실마리를 찾게 되었다. 즉, 전분발포체의 표면에 수분이 도포되면 전분발포체 표면만이 상변화를 일으켜 점성을 갖게 되어 접착력을 나타낸다는 사실에 착안하여 본 발명을 완성한 것이다. 이 방법은 열원을 접착의 구동력으로 이용하는 기존의 방법에 비해 제조단가의 감소를 가져오는 장점이 있다.

본 발명에 따라 발포체의 표면에 물을 접촉하면 발포체가 서로 접착될 수 있다. 물에는 아세테이트계 접착제를 혼합하면 접착력이 향상될 수 있다. 이때 물의 도포는 발포체의 표면에 균일하게 도포하는데, 여기서 중요한 것은 전분발포체 내부까지 수분이 침투되어 전분발포체 구조의 저하를 가져와서는 안되는 점이다. 전분발포체의 표면에 있는 기공의 크기는 20∼50㎛ 정도이고, 물의 입자 크기는 대략 80∼150㎛정도이므로 전분발포체의 기공으로 물 입자가 침투하는 것이 어려우나, 너무 많은 물이 도포되면 성형이 어려워지고 성형되더라도 원하는 형상이 얻어지지 않을 수도 있다. 이러한 물의 도포량은 정량적으로 제어할 필요까지는 없으며, 균일하게 물의 발포체 표면에 도포되도록 조절하면 된다.

이러한 접착기술을 이용하여 전분발포체로 성형물을 제조하는 방법은, 원료인 발포체가 (1)장섬유의 발포체의 경우와 (2) 판상형의 발포체(발포체 입자)에 따라 달라지는데, 이를 발포체 형태에 따라 설명하면 다음과 같다.

(1)장섬유 발포체의 경우

전분 100중량%에 대하여 폴리비닐알콜:10-40중량% 및 탄산칼슘:1-5중량%로 조성되는 발포체를 장섬유형태로 제조한 다음, 이를 도 3과 같이 콘베이어 벨트(12)위에 배열하면서 장섬유 발포체(2)의 표면에 수분을 접촉하고 적층한 다음, 이를 롤러(14)(16)로 가압하여 매트(2a)로 만든다. 이때, 수분의 접촉은 발포체를 배열하여 적층하는 방법에 따라 다르게 할 수 있다.

첫 번째로, 발포체를 적층면에 따라 배향을 다르게 할 경우 예를 들어, 도 3(a)의 벨트(12) 위에 벨트의 진행방향과 동일하게 배열하고 이 위에는 다시 벨트의 진행방향과 직각이 되도록 배열하고 계속하여 배열방향을 다르게 하여 적층하는 경우에는 분사노즐(11)을 이용하여 물을 도포한다. 두 번째로, 도 3(b)와 같이 벨트(12) 위에 발포체를 방향성 없이 무질서하게 배열하는 경우에는 침판(21)으로 적층면을 누르면서 적층된 발포체의 내부에 삽입된 침판의 물분사구(22)를 이용해 물을 도포한다.

이와 같이 물이 도포된 적층체를 롤러로 가압하여 완전히 접착시키면서 매트로 만드는데, 이 매트는 건조한 다음 재단하여 사무용 매트(폼보드)로 바로 이용할수 도 있고, 건조하지 않고 바로 몰드(18)로 이송하고 성형하여 포장재(2b)로 제조할 수 있다. 이때 성형은 열원 없이 행할 수도 있으며, 부가적으로 몰드에 열을 가해 성형할 수 도 있다.

(2)판상형 발포체의 경우

전분 100중량%에 대하여 폴리비닐알콜:10-40중량%, 탄산칼슘:1-5중량%, 글리세린 :1-3중량%로 조성되는 발포체를 판상형으로 제조한다. 이때 중요한 것은 압출시의 발포압이다. 압출기의 바렐에서 혼련된 혼합물은 압출기 내부의 압력과 외부의 압력차에 의해 발포하게 된다. 판상형 제조시에는 실린더형태의 발포체 제조시 보다 많은 양이 혼합물이 넓은 부분에 걸쳐 일시에 토출되므로 일반적으로 대용량의 압출기가 필요하다. 이는 비용의 상승을 가져오므로 노즐다이의 최적설계를 통해 일반적인 용량의 압출기에서도 판상형태의 발포체를 제조할 수 있으면 유리하다.

판상형의 발포체를 제조하려면 도 4(a)와 (b)에 제시된 두가지 종류의 다이를 고려할 수 있다. 도 4(a)는 기존의 실린더형 완충재의 제조에 이용되던 다이의 구멍을 슬릿형(31a)으로 변형한 것이며, 도 4(b)는 일반적인 필름제조공정에서 사용되는 다이를 나타낸 것이다. 도 4(a)의 다이로 판상형 발포체를 제조하는 경우 실린더형 발포체의 제조시 보다 많은 양의 원료가 일시에 토출되므로 내부압력이 떨어져서 적절히 발포율을 확보할 수 없게 된다. 이 경우에 대용량의 압출기를 이용하여 내부의 압력상승을 도모하면 별다른 문제 없이 판상형의 발포체를 제조할 수 있다.도 4(b)의 다이도 마찬가지이다.

본 발명에서는 이러한 다이의 한계를 극복하기 위해 유체의 거동과 다이의 구조 및 발포율의 관계를 연구한 결과, 도 4(c)와 같은 애눌러 다이(annular die)를 개발하고 이를 이용하여 일반적인 용량의 입출기에서도 판상형의 발포체를 제조할 수 있었다. 발명의 애눌러 다이는, 유입된 유체가 흐른는 방향으로 작아지는 원형단면이 형성된 유체인입부(32a)와 원형단면의 이송로가 형성된 유체배출부(32b)로 이루어진 외부몸체부(32);및

단부가 한점에서 만나고 타단은 상기 유체배출부(32b)의 내부원형의 끝단과 환상(環狀)형의 노즐을 형성하도록 상기 외부몸체부(32)의 내부에 설치되는 내부몸체부(33);로 구성되고, 상기 내부몸체부(33)와 유체배출부(32b)는 환상형의 이송로를 형성하는 것을 포함하여 이루어진다. 이 경우에 내부몸체부와 유체배출부의 끝단은 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 일체로 형성될 수 있으며, 상기 내부몸체부(33)는 유선형의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 본 발명의 다이는 효율적으로 압력을 모아주기 위해 환상형의 이송로를 형성하는데 특징이 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 다이는 유체인입부가 압출기 바렐(도면에 도시안됨)에 부착되어 혼합물을 원활하게 환상형의 이송로로 이송하고 이를 환상형의 노즐을 통과시켜 판상형의 발포체로 만든다.

상기와 같은 애눌러 다이를 구비한 압출기로부터 토출되는 발포체를 일정 길이로 절단하여 판상형 발포체(도 4(b))를 제조한 다음, 이 판상형 발포체의 표면에 물을 도포하면서 적층한다. 이때 판상형 발포체를 그 토출방향이 교대로 직각이 되도록 적층하는 것이 강도확보측면에서 유리하다. 이어서 적층체를 가압하여 매트를 제조한다. 매트 두께 방향으로 강도향상을 위해 생분해성 화이버(fiber)를 스티칭 (stitching)하는 것도 큐셔닝 효과와 더불어 견고한 매트를 제조할 수 있어 유용 하다. 이렇게 제조된 매트는 그 상태로 폼보드 등에 사용될 수 있으며 몰드를 이용하여 약간의 곡면을 갖는 포장재 등으로 성형할 수 있다.

이러한 발포체의 성형공정은 열원 없이 성형하는 기술로, 경우에 따라 부가적으로 몰드에 열을 가해 성형할 수도 있다. 또한, 이러한 성형물은 물에 의해 쉽게 녹으므로 가정에서는 화장실에서 정화조로 바로 폐기할 수 있으므로 폐기가 유용하고 환경에도 무해하다.

위에서 열거한 성형물(매트와 포장재)은 상당히 다습한 곳에서도 수분에 대한 저항력이 크고 물성이 우수한 특성을 갖고 있으나, 수분(물)과 직접적으로 접촉될 시에는 발포체의 구조적인 붕괴가 발생하여 사용할 수 없게 되는 단점을 가지고 있다. 예로, 수산물의 운반을 위한 포장재로 사용될 때에는 물과의 직접적인 접촉을 피할 수 없으므로 그 사용에 제약을 받게 된다. 따라서, 본 발명에서는 매트나 포장재를 코팅하는 방법을 이용한다. 이 방법은 성형된 매트나 삼차원 포장재를 진공포장기를 이용하여 방수기능을 할 수 있는 폴리에틸렌(PE)나 폴리프로필렌(PP)으로 코팅하는 간단한 방법이다. 이 코팅 방법으로 제조된 포장재는 물과의 직접 접촉에도 구조 저하를 가져오지 않으면서 견고한 구조를 유지하여 수산물의 포장에 사용될 수 있다. 코팅된 포장재는 폐기시에 코팅 부분만이 수거·폐기할 부분이고 내부에 있는 전분발포 포장재는 생분해성이므로 폐기물의 양을 기존의 스트로 폼에 비해 현격히 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

장섬유형 전분발포체를 제조하기 위해 전분, PVA, 탄산칼슘을 슈퍼믹서에서 혼합하여 압출기(다이 구멍:0.1∼0.7㎜)에 공급할 재료를 준비하였다. 이렇게 혼합된 재료를 호퍼에서 균일하게 공급하여 주었다. 그리고 이를 압출기내에서 믹싱하고 발포체를 만들어 주기 위해서 투입되는 재료에 약 20%의 물을 원료 공급 부분 보다 두 블럭 뒤에서 공급해 주었다. 압출기의 온도는 5부분으로 나누어 원료가 투입되는 부분의 온도는 30℃로 고정하였고 물을 공급하여 원료와 혼합되는 부분은 60∼80℃로 하였으며 45。와 90。의 니더가 각각 1개와 2개가 들어간 부분의 온도는 150℃에서 190℃로 변화하며 설정하였다. 이 경우는 온도가 높을수록 물성, 발포체의 외관 등이 좋은 결과를 나타내었다. 그리고 45。의 니더가 2개 들어간 압출다이 전 부분은 200∼230℃ 사이에서 변화를 주며 설정하였다. 압출다이의 온도는 120∼140℃사이에서 적정한 온도를 설정하였다. 이때 스크류의 속도는 150∼300rpm사이에서 설정하였다. 이렇게 제조된 장섬유 전분발포체의 물성치를 아래 표 1에 나타내었다. 기존의 루즈 필 보다 유연성 및 인장강도 그리고 반발특성이 우수하여 장섬유형의 발포체의 형태를 충분히 유지할 수 있었다.

구분	밀도(g/cm3)	압축응력*(gf/cm2)	회복율**(%)
탄산칼슘				폴리비닐알콜
1%	15%	0.028	320	78
	20%	0.013	768(인장강도)
	30%	0.016	260	79
2%	15%	0.021	290	65
	20%	0.015	879(인장강도)
	30%	0.017	240	76
3%	15%	0.022	390	80
	20%	0.019	1287(인장강도)
	30%	0.021	300	83
4%	15%	0.025	450	85
	20%	0.022	1370(인장강도)
	30%	0.024	340	90
*압축응력:시료의 두께를 50% 압축하는데 필요한 하중

[실시예 2]

실시예 1에서와 같이 원료를 준비하여 온도조건을 가지고 장섬유형 전분발포체에 발수처리를 하였다. 발수제로는 셀루로우스 섬유의 발수처리에 사용되는 불소계, 실리콘계 발수제와 촉매를 첨가하여 사용하였다. 첫 번째 처리방법으로 압출기에 공급되는 물에 발수제를 희석하고 이를 공급하여 발수 처리하는 방법을 사용하였다. 발수제의 양을 물 1리터당 3g에서 30g으로 하여 물 공급장치로 통해 압출기 내부로 공급하였다. 이렇게 공급된 발수제는 압출기내의 온도조건에서 전분과 혼합되어 전분발포체에 발수성을 부여하였다. 그러나, 발수제의 양이 30g이상될때에는발포체의 물성이 저하되었다.

두 번째 처리방법으로 상온조건에서 발수 처리가공에 사용되는 지르코늄계와 파리핀계의 발수제를 이용하였다. 발포체가 압출기의 노즐 다이를 통해 토출될 때 물에 의해 희석된 발수가공제를 분산시켜서 장섬유형 전분발포체의 표면에 처리하였다. 이때의 물성의 저하를 나타내는 조건은 발포체가 발수가공제에 노출되는 시간으로 발포체의 특정부위가 3초이상되면 노출되면 물성의 저하를 나타내었다. 발수처리후 이를 상온에서 건조하여 발수성이 부여된 장섬유형 전분발포체를 제조하였다. 발수성이 부여된 장섬유형 전분발포체를 장섬유형 전분 발포 매트나 삼차원 입체 포장재 재료에 사용하였다.

[실시예 3]

실시예 1에서와 같이 원료를 준비하여 같은 온도조건을 가지고 장섬유형 전분발포체에 항미생물 가공처리를 하였다. 항미생물 가공제로는 키토산을 사용하였다. 키토산을 물 공급장치에서 용해시켜 압출기 내부로 공급하였다. 이렇게 공급된 항미생물 가공제는 압출기내의 온도조건에서 전분과 혼합되어 전분발포체에 항미생물성을 부여하였다. 항미생물성이 부여된 장섬유형 전분발포체를 원료로 하여 제조된 장섬유형 전분 발포매트나 삼차원 입체 포장재는 장기간 사용으로 인해 발생할지도 모르는 부식에 저항하는 성질을 갖게 되었다.

[실시예 4]

실시예 1에서와 같이 원료와 압출기의 온도조건에서 장섬유형 전분발포체에초록, 노랑, 빨강 등의 색상을 부여하였다. 이를 위해 유기성분말 안료를 전분, 첨가제와 혼합하여 압출기에 공급하여 주었다. 이때 사용된 분말 안료의 양은 색깔의 농담에 따라 전분 무게의 0.001∼0.1%로 변화를 줄 수 있다. 염색된 장섬유형 전분발포체는 압출기내의 온도에 의해 충분한 열처리과정을 거쳐 발포체의 표면에 수분이 도포되어도 발포체와 함께 녹고 안료가 묻어나지 않아 염색 견뢰도가 매우 높음을 나타내었다. 이렇게 염색된 전분발포체는 사용시 포장재에서 떨어져 나올 수 있는 전분 조각을 확인할 수 있게 해주므로 기존 루즈 필을 사용할 때 보다 취급의 용이성을 준다.

[실시예 5]

실시예 1, 2, 3, 4에서 제조된 장섬유형 전분발포체를 적층면에 따라 배향성을 갖도록 콘베어 벨트위에 균일하게 여러층을 배열하였다. 배열하는 중간 중간에 발포체가 접촉하는 접촉면을 접착시키기 위해 분사노즐을 이용하여 수분을 도포하였다. 이때 균일한 도포를 위해 여러개의 물분사노즐을 적당한 거리에 설치하여 주었다. 이렇게 수분이 도포되어 적층된 전분 발포 매트를 스퀴징 로울러를 통과시켜 폼보드 형태의 전분발포체를 제조하였다. 이때 스퀴징 로울러 사이의 간격을 여러가지로 하여 다양한 두께와 회복성(resilience)을 갖는 매트를 제조하였다. 이를 일정한 온도 조건에서 건조하여 넓은 폼 보드를 제조하였다. 제조된 폼보드를 재단하여 다양한 이차원 형상을 갖는 폼보드를 제조하였다. 또한, 장섬유 전분 발포 매트를 건조시키지 않고 계란판 모양 등의 몰드로 프레스하고 일정온도에서 건조하여 다양한 굴곡을 갖는 삼차원 곡면을 갖는 포장재를 제조하였다.

[실시예 6]

실시예 1, 2, 3, 4에서 제조된 장섬유형 전분발포체를 콘베어 벨트에 랜덤하고 균일하게 여러층을 배열하였다. 배열하는 중간 중간에 발포체가 접촉하는 접촉면을 접착시키기 위해 수분을 분사할 수 있는 침판을 사용하여 수분을 도포하였다. 이렇게 접촉된 면이 접착된 전분 발포 매트를 실시예 5에서와 같이 스퀴징 로울러 사이의 간격을 여러가지로 하여 다양한 두께와 회복성(resilience)을 갖는 매트를 제조하였다. 또한 장섬유 전분 발포 매트를 건조 시키지 않고 계란판 모양의 몰드로 프레스하고 일정온도에서 건조하여 다양한 굴곡을 갖는 삼차원 포장재를 제조하였다.

[실시예 7]

전분 100중량%에 대하여 폴리비닐알콜:30%, 탄산칼슘:2%, 글리세린:1%을 슈퍼믹서에서 믹싱하여 압출기에 공급할 재료를 준비하였다. 이 원료를 도 4(c)의 다이를 구비한 압출기에 공급하여 판산형의 발포체를 제조하였는데, 이때의 투입되는 물의 양 및 기타 실시조건은 실시예 1에 준하여 실시하였다. 이렇게 제조된 판산형 발포체의 물성을 아래 표 2에 나타내고 그 외관을 도 5에 나타내었다.

구분	밀도(g/㎤)	인장강도(gf/㎠)
길이방향	0.12	26000
폭방향	0.12	4000

상기와 같이 제조된 판상형 전분발포체를 가로방향으로 먼저 배열하고 이 발포체의 표면에 스프레이 노즐을 이용하여 수분을 도포한 다음, 세로방향으로 판상형 발포체를 배열하고 수분을 도포하였다. 이와 같이 판상형 발포체를 가로 세로 방향으로 교대로 적층한 다음 스퀴징 로울러를 통과시키킨후 건조하여 폼보드를 제조하였다. 이때 스퀴즈 로울러 사이의 간격을 여러 가지로 하여 다양한 두께와 회복성을 갖는 매트를 제조하였다.

[실시예 8]

실시예 5, 6, 7에서 제조된 매트와 포장재를 물에 직접적으로 다량 노출되는 수산물등의 포장에 사용하기 위해 PE, PP를 포장재에 진공포장하여 포장재 표면에 물의 침투를 방지하였다. 이렇게 하여 수산물등의 운반에 사용되는 포장재를 제조하였다.

상기 실시예에 의해 제조된 포장재의 물성을 아래 표 3에 나타내었는데, 이를 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 생분해성 포장재는 폴리스틸렌 등의 포장재의 대체 재료가 될 수 있음을 알 수 있었다.

구분	밀도(g/cm3)	압축응력*(gf/cm2)	회복율**(%)
본 발명의 포장재	0.020	1300	76
스티로폼	0.012	1275	78
*압축응력:시료의 두께를 50% 압축하는데 필요한 하중

한편, 본 발명의 바람직한 실시예가 여기서 상세하게 기술되었고 첨부된 도면에서 도시되었지만, 본 발명은 이러한 세세한 실시예에 제한되지 않으며, 다양한 변화와 변경은 본 발명의 사상 또는 범위에서 벗어나지 않고 본 발명의 범위로 해석하는 것은 당연하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 완충재와 매트 및 간단한 곡면을 갖는 포장품 등에 쓰이는 기존의 스티로폼 포장재를 대체할 수 있는 생분해성 성형물을 제공할 수 있으며, 이 성형물은 가격 경쟁면에서도 유리할 뿐 아니라, 스티로폼 포장재 등이 갖는 폐기시의 난점도 극복하여 플라스틱 포장재로 인해 발생하고 있는 환경오염 방지에 도움을 주는 유용한 효과가 있다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 전분 100중량%에 대하여 폴리비닐알콜:10-40중량%, 탄산칼슘:1-5중량%, 글리세린이 1-3중량%로 조성되는 인장강도가 우수한 전분발포체.
7. 전분 100중량%에 대하여 폴리비닐알콜:10-40중량% 및 탄산칼슘:1-5중량%로 조성되는 조성물을 장섬유 발포체로 압출하는 단계;

   이 장섬유 발포체의 표면에 물을 접촉시키면서 적층하는 단계;

   적층된 발포체를 가압하여 판상의 매트를 형성하는 단계; 및

   상기 매트를 원하는 형상으로 성형하는 공정:를 포함하여 이루어지는 성형물의 제조방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 성형물의 표면에는 폴에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)으로 코팅함을 특징으로 하는 방법.
9. 전분 100중량%에 대하여 폴리비닐알콜:10-40중량%, 탄산칼슘:1-5중량%, 글리세린이 1-3%로 조성되는 조성물을 판상형 발포체로 압출하는 단계;

   이 판상형 발포체의 표면에 수분을 접촉시키면서 적층하는 단계;

   적층 발포체를 가압하여 판상의 매트를 형성하는 단계; 및

   상기 매트를 원하는 형상으로 성형하는 공정:를 포함하여 이루어지는 성형물의 제조방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 성형물의 표면에는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)으로 코팅함을 특징으로 하는 방법.