KR100401183B1 - 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발포 성형제품의 원료인 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐은 생분해성 물질로 이루어진 분말; 및 상기 분말의 표면에 형성되는 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐로 성형된 제품은 내충격성, 내깨짐성 등 기계적 물성이 우수하여 포장재, 단열재, 일회용품 등으로 다양하게 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 소정 기간 후에 캡슐 내부의 생분해성 물질이 자연계의 미생물에 의하여 생붕괴되므로 종래의 발포 성형제품 폐기물의 매립, 소각 등에 따른 토양, 대기, 해양 오염의 문제점을 최소화 할 수 있다.

Description

폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐 및 그 제조방법{Biodegradable polystyrene capsules and manufacturing method thereof}
본 발명은 폴리스티렌계 발포 성형제품의 원료인 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내충격성, 내깨짐성 등의 물성이 우수할 뿐만 아니라, 소정 기간 후에 캡슐 내부의 생분해성 물질이 자연계의 미생물에 의하여 생붕괴되어 종래의 발포 성형제품 폐기물의 매립, 소각 등에 따른 토양, 대기, 해양 오염의 문제점을 최소화 할 수 있는 폴리스티렌계 발포 성형제품의 원료인 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐 및 그 제조방법에 관한 것이다.
플라스틱으로 대표되는 합성 고분자는 금속, 세라믹과 더불어 편리하고 쾌적한 현대 생활을 영위하는데 중요한 재료중의 하나이다. 이러한 합성 고분자 제품은 생활용품, 건설분야, 의료, 농업 등 여러 산업분야에서 이용되고 있으며, 그 사용량이 크게 증가하고 있다. 그러나, 천연 고분자와는 달리 대부분의 합성 고분자 물질은 쉽게 분해되지 않으므로 이들 합성 고분자 물질로 이루어진 폐기 제품들을 처분, 관리하는 문제가 세계 각국의 커다란 사회문제로 대두되었다.
특히, EPS(Expandable Polystyrene)로 제조되는 폴리스티렌계 발포 성형제품은 내부에 수 많은 독립기포를 함유하므로 열이나 소음, 습기에 대한 차단효과가 우수하고 충격 흡수성이 뛰어나다. 따라서, 이러한 성형제품은 보온 또는 보냉 재료 및 외부로부터의 충격을 흡수하기 위한 완충 포장재, 단열재, 부양재, 일회용품 등으로 다양하게 활용되는데, 이러한 제품의 폐기물들은 부피가 너무 커서 수거하는데 많은 비용이 든다. 또한, 이들 수거된 폐기물들은 매립 또는 소각에 의해 처리되는데, 매립시에는 광대한 매립 공간이 필요하고 분해속도가 느려 토양을 오염시킬 뿐만 아니라, 이들 폐기물이 해양으로 흘러 들어가 해양 오염의 주범이 되기도 한다. 또한, 소각 처리시에는 유독 가스를 배출하여 대기 오염을 발생시킨다.
따라서, 미국, 이탈리아 등의 국가에서는 사용기간이 짧고 내구성이 크게 요구되지 않는 폴리스티렌계 발포 성형제품과 같은 합성 고분자 제품의 사용을 규제함과 동시에 분해성 소재로 대체하려는 법안을 통과시키고 있다.
이러한 합성 고분자 폐기 제품의 처리상 문제점을 해결하기 위한 연구의 일환으로서 발포 스티로폼 폐기 제품을 재활용하는 방법이 제안되었다.
예를 들어, 대한민국 공개특허공보 2000-59032호에는 폐기된 발포 스티로폼 제품을 용해시켜 재활용 할 수 있는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 특허공보 제10-258635호에는 폐기된 발포 스티로폼 제품을 입자 상태로 환원하여 재생원료로 사용할 수 있는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 발포 성형 제품의 재활용 방법은 비용이 과다하여 경제성이 없으며, 궁극적인 환경문제를 해결할 수 있는 방법은 되지 못한다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기 문제점을 해결하여 내충격성, 내깨짐성 등의 물성이 우수할 뿐만 아니라 소정 기간 후에 캡슐 내부의 생분해성 물질이 자연계의 미생물에 의하여 생붕괴되어 종래의 폴리스티렌계 수지 성형제품 폐기물의 매립, 소각 등에 따른 토양, 대기, 해양 오염의 문제점을 최소화 할 수 있는 폴리스티렌계 성형제품의 원료인 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 생분해성 물질로 이루어진 분말; 및 상기 분말의 표면에 형성되는 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐에 있어서, 생분해성 물질로 이루어진 분말의 표면에 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층을 형성하기 전에 알긴산 칼슘 겔 코팅층 또는 알킬화 알긴산 칼슘 겔 코팅층을 먼저 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐에 있어서, 코어부를 이루는 생분해성 분말로는 곡물을 사용할 수 있으며, 특히 옥수수 분말 또는 발포 옥수수 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐에 있어서, 생분해성 물질로 이루어진 분말 표면에 알긴산 칼슘 겔 또는 알킬화 알긴산 칼슘 겔 코팅층을 형성하는 경우 코팅층 내부에 효소, 미생물, 동물세포, 식물세포 등을 더 첨가하여 분해도와 캡슐의 특성을 조절할 수 있다. 또한, 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층의 도포성을 향상시키기 위하여 폴리비닐알코올과 같은 바인더를 더 첨가할 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 이산화탄소를 함유하며 알긴산 칼슘 겔로 이루어진 캡슐; 및 상기 캡슐의 표면에 형성되는 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐에 있어서, 캡슐의 분해도 조절 및 발포성 폴리스티렌계 수지의 코팅성 향상을 위하여 알긴산 칼슘 겔을 알킬화할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 생분해성 물질로 이루어진 분말이 분산된 알긴산 나트륨 수용액을 염화칼슘 수용액에 교반하며 적하시켜 상기 분말의 표면에 알긴산 칼슘 겔 코팅층이 형성된 캡슐을 제조하는 단계; b) 상기 캡슐을 분리하는 단계; 및 c) 상기 분리된 캡슐의 표면에 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 b)단계 후에, 분리된 캡슐을 R-X(R은 벤질, 에틸, 프로필 및 이소프로필로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, X는 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나임)와 반응시켜 캡슐 표면을 알킬화하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법에 있어서, c)단계의 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층을 형성하는 단계는, 먼저, 폴리스티렌계 수지를 메틸렌클로라이드에 용해시킨 용액에 상기 분리된 캡슐을 투입하고 메틸렌클로라이드를 증발시킨 후에, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 옥탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 저비점 탄화수소를 고온고압에서 함침시키는 단계로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 c)단계는 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 옥탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 저비점 탄화수소 및 스티렌 모노머를 포함하는 현탁액에 상기 분리된 캡슐을 투입하고 현탁중합을 실시하여 이루어질 수도 있다.
본 발명의 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법에 있어서, 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층 형성시, 코팅층의 도포성을 향상시키기 위하여 폴리스티렌계 수지를 메틸렌클로라이드에 용해시킨 용액에 폴리비닐알코올과 같은 바인더를 더 첨가할 수 있다.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 알긴산 나트륨 및 중탄산나트륨혼합 수용액을 염화칼슘 수용액에 교반하며 적하시켜 내부에 이산화탄소가 함유된 알긴산 칼슘 겔의 캡슐을 형성하는 단계: b) 상기 캡슐을 분리하는 단계; 및 c) 상기 분리된 캡슐의 표면에 발포성 폴리스티렌계 수지로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법을 제공한다. 전술한 바와 같이, 상기 b)단계 후에, 분리된 캡슐을 R-X(R은 벤질, 에틸, 프로필 및 이소프로필로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, X는 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나임)와 반응시켜 알긴산 칼슘 겔로 이루어진 캡슐 표면을 알킬화할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
일반적으로 분해성 고분자는 그 분해과정에 따라 생분해성, 가수분해성, 광분해성 및 산화분해성 고분자로 구분된다. 미국 ASTM 정의에 따르면 생분해성 고분자는 박테리아, 균류 및 조류와 같은 미생물의 작용으로 분해되는 고분자를 말하며, 가수분해성 고분자는 가수분해에 의해 분해되는 고분자를 말한다. 또한, 광분해성 고분자는 자연광 특히 자외선에 의해 분해되는 고분자를 지칭하며, 산화분해성 고분자는 산화에 의해 분해되는 고분자이다. 한편, 일본의 생분해성 플라스틱 연구회에서는 생분해성 고분자를 자연계에서 미생물이 관여하여 환경에 악영향을 주지 않는 저분자 물질로 분해되는 고분자로 정의하고 있다.
따라서, 생분해성 고분자가 되기 위해서는 자연계의 미생물이 관여하여 물과 이산화탄소로 완전히 분해되어 자연계에 순환되므로써 환경문제를 전혀 발생시키지 않아야 하는데, 미생물은 특유의 기질 특이성을 가지고 있다. 즉, 특정한 분자구조의 화합물에 높은 반응성을 나타내므로, 생분해성 능력이 있는 합성 고분자를 설계한다고 하더라도 실제 자연계에 존재하는 미생물에 의하여 원활히 분해되지 못할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 발포성 폴리스티렌계 수지의 코어부로서 옥수수 분말과 같은 천연 분말이나, 식물에서 유래되는 천연 고분자인 알긴산을 이용하므로써 자연계의 미생물에 의해 용이하게 분해될 수 있는 생분해성 캡슐을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐은 생분해성 물질로 이루어진 분말; 및 상기 분말의 표면에 형성되는 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층;으로 이루어진다.
생분해성 물질로 이루어진 분말은 소정시간 후에 미생물에 의해 분해되므로써 그 표면에 형성된 폴리스티렌계 수지 코팅층이 붕괴된다. 따라서,이러한 생붕괴성 캡슐로 제조된 폐기 성형제품의 매립에 따른 폐기효율을 향상시킬 수 있다. 생붕괴성 캡슐의 코어부를 이루는 생분해성 분말은 생분해될 수 있고 폴리스티렌계 수지가 그 표면에 코팅될 수 있다면 어떠한 물질이라도 사용이 가능하나, 저렴한 옥수수 분말 또는 발포 옥수수 분말과 같은 곡물을 사용하는 것이 바람직하다. 생분해성 분말의 평균입경은 1 내지 10mm인 것이 바람직하다. 또한, 분말 표면에 코팅되는 발포성 폴리스티렌계 수지로는 당업자에게 알려진 다양한 종류의 폴리스티렌계 수지, 예를 들어 폴리스티렌 수지뿐만 아니라 스티렌과 부타디엔의 블록 공중합 수지나 이들과 폴리스티렌계 수지의 블랜드, 내충격성 폴리스티렌 수지(HIPS) 등과 같은 각종 개질 폴리스티렌계 수지를 사용할 수 있다(대한민국 공개특허공보 제2000-57292 참조). 한편, 생분해성 분말에 대한 폴리스티렌 코팅층의 도포성을 향상시키기 위하여 폴리스티렌 코팅층 형성시 폴리비닐 알코올과 같은 바인더를 더 첨가할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐은 생분해성 물질로 이루어진 분말; 상기 분말의 표면에 형성되는 알긴산 칼슘 겔 코팅층; 및 상기알긴산 칼슘 겔 코팅층의 표면에 형성되는 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층으로 이루어진다.
본 발명에 따른 생분해성 캡슐의 일층을 형성하는 알긴산 칼슘 겔을 제조하기 위한 원료인 알긴산은 해양 식물의 갈조류에서 대량으로 얻을 수 있다. 알긴산은 만우론산(M) 단위의 블록, 글루론산(G) 단위의 블록 및 그 중간의 MG 단위의 블록이 1,4-글리코시드로 구성된 직쇄의 공중합체로서 분자량은 20,000 ~ 200,000 정도이다. 알긴산은 칼슘과 같은 금속이온과 반응하여 겔을 형성하는데, 생성된 겔은 가열에 이해 용융되지 않으며 열처리가 가능하다. 특히, M블록에 의해 유연한 겔이 형성되므로 M/G의 비에 따라 겔의 특성을 변화시킬 수 있다. 이 겔화 과정에서 효소, 미생물, 동물세포, 식물세포 등을 첨가하여 인캡슐레이션(encapsulation)하면 분해도를 조절할 수 있다.
이와 같이, 생분해성 분말 표면에 형성되는 알긴산 칼슘 겔 코팅층은 생분해성이 우수할 뿐만 아니라 탄력성이 양호하여 발포성 폴리스티렌 생붕괴성 캡슐에 내충격성, 내깨짐성의 물성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 특히, 알긴산 칼슘 겔을 R-X(R은 벤질, 에틸, 프로필 및 이소프로필로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, X는 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나임)와 반응시켜 캡슐 표면의 알긴산 칼슘겔을 알킬화시키면 폴리스티렌계 수지의 코팅성을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 알킬화 정도에 따른 소수화 변화에 의하여 수분에 의한 분해도를 조절할 수 있는 잇점이 있다.
이와 같은 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법을 살펴 보면, 먼저, 발포옥수수와 같은 생분해 성능을 갖는 분말이 분산된 알긴산 나트륨 수용액을 염화칼슘 수용액에 교반기로 교반시키면서 적하시켜 분말 표면에 알긴산 칼슘 겔로 이루어진 코팅층이 형성된 캡슐을 제조한다. 이 때 형성되는 캡슐의 입경은 교반속도에 따라 조절할 수 있다. 즉 교반속도가 빠르면 입경이 작아지며 교반속도가 느리면 보다 큰 입경을 가진 캡슐이 형성되는데, 50 내지 150rpm의 속도로 교반하는 것이 바람직하다. 이어서, 캡슐을 여과기나 원심분리기 등을 이용하여 걸러낸 후 건조시킨다. 알긴산 칼슘 겔 코팅층의 표면을 알킬화하는 경우에는 건조시킨 캡슐을 메틸렌클로라이드에 투입하고 피리딘과 벤질클로라이드와 같은 알킬화 화합물을 적가하면서 반응시키면 알킬화된 캡슐을 얻을 수 있다.
그런 다음, 알긴산 칼슘 겔 코팅층이 형성된 캡슐을 메틸렌클로라이드와 같은 용매에 폴리스티렌계 수지를 용해시킨 용액에 투입한 후, 교반하면서 감압증류하여 용매를 제거하므로써 캡슐 표면에 폴리스티렌계 수지로 이루어진 코팅층을 형성한다. 이어서, 가온가압(바람직하게는 50 내지 95℃, 3 내지 10bar) 하에서 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 옥탄 등과 같은 저비점 탄화수소를 함침시키면 발포성을 부여할 수 있다.
또한, 알긴산 칼슘 겔로 이루어진 코팅층이 형성된 캡슐에 발포성 폴리스티렌계 수지로 이루어진 코팅층을 형성하는 방법은 전술한 방법 대신 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 옥탄 등의 저비점 탄화수소 및 스티렌 모노머를 포함하는 현탁액에 캡슐을 투입하고 현탁중합을 실시하는 방법으로 이루어질 수도 있다.
이렇게 형성된 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐을 소정의 틀에 넣고 고온의 스팀을 분사하여 발포시켜 성형하면 원하는 용도와 형상을 가진 제품을 생산할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐은 내부에 이산화탄소를 함유하는 알긴산 칼슘 겔로 이루어진 캡슐; 및 상기 캡슐의 표면에 형성되는 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층;으로 이루어진다. 이러한 생붕괴성 캡슐로 성형된 제품은 캡슐 내부가 기체로 채워져 있어 내충격성 및 탄력성이 더욱 우수할 뿐만 아니라 생붕괴성 또한 뛰어나다. 특히, 알긴산 칼슘 겔 코팅층이 형성된 캡슐을 폴리스티렌계 수지 코팅층을 형성하기 전에 R-X(R은 벤질, 에틸, 프로필 및 이소프로필로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, X는 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나임)와 반응시켜 캡슐 표면의 알긴산 칼슘겔을 알킬화시키면 폴리스티렌계 수지의 코팅성을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 알킬화 정도에 따른 소수화 변화에 의하여 수분에 의한 분해도를 조절할 수 있는 잇점이 있다.
상기 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 알긴산 나트륨 및 NaHCO3혼합 수용액을 염화칼슘 수용액에 교반하며 적하시켜 내부에 이산화탄소가 함유된 다공성 알긴산 칼슘 겔로 이루어진 탄성 캡슐을 형성시킨다. 이 때 형성되는 캡슐의 입경은 교반속도에 따라 조절할 수 있다. 즉 교반속도가 빠르면 입경이 작아지며 교반속도가 느리면 보다 큰 입경을 가진 캡슐이 형성되는데, 50 내지 150rpm의 속도로 교반하는 것이 바람직하다. 이어서, 캡슐을 여과기나 원심분리기 등을 이용하여 걸러낸 후 건조시키고, 이를 메틸렌클로라이드와 같은 용매에 폴리스티렌계 수지를 용해시킨 용액에 투입한 후 감압증류하여 용매를 제거하므로써 캡슐 표면에 폴리스티렌계 수지로 이루어진 코팅층을 형성한다. 그런 다음, 고온고압 하에서 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 옥탄 등과 같은 저비점 탄화수소를 함침시키면 폴리스티렌계 수지 코팅층에 발포성을 부여할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 옥탄 등의 저비점 탄화수소 및 스티렌 모노머를 포함하는 현탁액에 캡슐을 투입하고 현탁중합을 실시하여 발포성을 부여할 수도 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
실시예 1
발포된 옥수수 알갱이를 평균입경 2.5mm로 분쇄한 후, 분쇄한 발포 옥수수 분말 30.0g을, 폴리스티렌 12.8g을 메틸렌클로라이드 22.0ml에 녹인 용액에 투입하여 교반하고, 감압증류하여 옥수수 분말 표면에 폴리스티렌 수지가 코팅된 캡슐 42.8g을 얻었다. 이 결과물에 80℃, 10bar에서 펜탄 4.3ml를 함침시켜 얻은 42.9g의 발포성 캡슐을 발포 성형기에 넣고 100℃ 수증기를 분사하여 발포 폴리스티렌생붕괴성 성형제품을 제조하였다.
실시예 2
발포된 옥수수 알갱이를 평균입경 2.5mm로 분쇄한 후, 분쇄한 발포 옥수수 분말 30.0g과 폴리비닐알코올 0.1g을 물 5.0ml에 녹인 수용액을, 폴리스티렌 12.8g을 메틸렌클로라이드 22.0ml에 녹인 용액에 투입하여 교반하고, 감압증류하여 옥수수 분말 표면에 폴리스티렌 수지와 폴리비닐알코올이 코팅된 캡슐 43.0g을 얻었다. 이 결과물에 80℃, 10bar에서 펜탄 4.3ml를 함침시켜 얻은 43.1g의 발포성 캡슐을 발포 성형기에 넣고 100℃ 수증기를 분사하여 발포 폴리스티렌 생붕괴성 성형제품을 제조하였다.
상기 실시예 1 및 2에 따른 성형제품의 물성을 하기 방법에 따라 측정하여 표 1에 나타냈다.
<물성 측정방법>
생분해도 : OECD 301,C,MITI TEST(II)(1992)의 지침에 따라 측정하였다.
수분 흡수량 : KSM 3808의 시험방법에 따라 측정하였다.
열전도도 : KSM 3808의 시험방법에 따라 측정하였다.
압축강도 : KSM 3808의 시험방법에 따라 측정하였다.
굴곡강도 : KSM 3808의 시험방법에 따라 측정하였다.
생분해도(%) 흡수량(g/100㎠) 열전도도(kcal/m·hr·℃) 압축강도(kgf/㎠) 굴곡강도(kgf/㎠)
실시예 1 70 0.81 0.04 1.95 3.50
실시예 2 71 0.92 0.03 2.08 3.81
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 및 2에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐로 제조된 성형제품은 생분해성이 우수하고 압축강도, 굴곡강도 등의 물성도 양호한 것으로 나타났다.
알긴산 칼슘 겔 코팅층의 제조예
제조예 1
상온에서 알긴산 나트륨 4.0g과 발포 옥수수 분말 50.0g을 아세톤 20.0ml와 물 80.0ml의 혼합용액에 적가하여 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 이 교반물을 60℃의 포화 염화칼슘 용액에 100rpm으로 교반하면서 점적하여 옥수수 분말 표면에 알긴산 칼슘 겔이 코팅된 생분해성 다공성 캡슐 150.0g을 제조하였다.
제조예 2
상온에서 알긴산 나트륨 4.0g, 발포 옥수수 분말 50.0g 및 중탄산나트륨 1g을 물 100.0ml에 적가하여 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 이 교반물을 35℃의 포화 염화칼슘 용액에 100rpm으로 교반하면서 점적하여 옥수수 분말 표면에 알긴산 칼슘 겔이 코팅된 생분해성 다공성 캡슐 155.0g을 제조하였다.
제조예 3
상온에서 알긴산 나트륨 4.0g과 중탄산나트륨 1g을 물 100.0ml에 적가하여 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 이 교반물을 30℃의 포화 염화칼슘 용액에 100rpm으로 교반하면서 점적하여 내부에 이산화탄소를 함유하며 알긴산 칼슘 겔로 이루어진 탄성 캡슐 100g을 제조하였다.
상기 제조예 1 내지 3에 따른 캡슐의 물성을 하기 방법에 따라 측정하여 표2에 나타냈다.
<물성 측정방법>
생분해도 : OECD 301,C,MITI TEST(II)(1992)의 지침에 따라 측정하였다.
캡슐평균직경(mm) 알긴산 칼슘 겔 코팅층의 두께(mm) 생분해도(%)
제조예 1 2 0.008 97
제조예 2 2 0.011 98
제조예 3 2 0.010 99
상기 표 2를 참조하면, 제조예 1 내지 3에 따른 캡슐은 생분해성이 매우 우수하며, 균일한 두께의 코팅층이 형성되는 것으로 나타났다.
실시예 3
제조예 1에 따라 제조된 다공성 캡슐 70.0g과, 폴리비닐알코올 0.1g을 물 5.0ml에 녹인 수용액을, 폴리스티렌 30.0g을 메틸렌클로라이드 50.0ml에 녹인 용액에 투입하여 1시간 동안 상온에서 교반하고, 감압증류하여 다공성 캡슐 표면에 폴리스티렌 수지와 폴리비닐알코올이 코팅된 캡슐 100.0g을 얻었다. 이 결과물에 80℃, 10bar에서 펜탄 10.0ml를 30분간 함침시켜 얻은 100.1g의 발포성 캡슐을 발포 성형기에 넣고 100℃ 수증기를 분사하여 발포 폴리스티렌 생붕괴성 성형제품을 제조하였다.
실시예 4
제조예 1에 따라 제조된 다공성 캡슐 30.0g을 메틸렌클로라이드 90.0ml에 투입하고 상온에서 교반하였다. 이어서, 상기 교반물에 피리딘 4.8ml와 벤질클로라이드 6.9ml를 적가하고 5시간 동안 교반하였다. 그런 다음, 캡슐을 분리하여 물로 세척한 후 45℃에서 2시간 동안 건조하여 소수성 캡슐 31.0g을 얻었다. 얻어진 캡슐을, 폴리스티렌 13.3g을 메틸렌클로라이드 22.1ml에 녹인 용액에 투입하여 교반하면서 감압증류하여 캡슐 표면에 폴리스티렌 수지가 코팅된 캡슐 44.3g을 얻었다. 이 결과물에 80℃, 10bar에서 펜탄 4.4ml를 30분간 함침시켜 얻은 44.4g의 발포성 캡슐을 발포 성형기에 넣고 100℃ 수증기를 분사하여 발포 폴리스티렌 생붕괴성 성형제품을 제조하였다.
상기 실시예 3 및 4에 따른 성형제품의 물성을 상기 실시예 1과 동일한 방법에 따라 측정하여 표 3에 나타냈다.
생분해도(%) 흡수량(g/100㎠) 열전도도(kcal/m·hr·℃) 압축강도(kgf/㎠) 굴곡강도(kgf/㎠)
실시예 3 78 0.71 0.04 2.01 3.70
실시예 4 71 0.65 0.03 2.02 3.75
상기 표 3을 참조하면, 실시예 3 및 4에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐로 제조된 성형제품은 생분해성이 우수하고 압축강도, 굴곡강도 등의 물성도 양호한 것으로 나타났다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐로 성형된 제품은 내충격성, 내깨짐성 등 기계적 물성이 우수하여 포장재, 단열재, 일회용품 등으로 다양하게 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 소정 기간 후에 캡슐 내부의 생분해성 물질이 자연계의 미생물에 의하여 생붕괴되므로 종래의 발포 성형제품 폐기물의 매립, 소각 등에 따른 토양, 대기, 해양 오염의 문제점을 최소화 할 수 있다.

Claims (17)

  1. 생분해성 물질로 이루어진 분말; 및
    상기 분말의 표면에 형성된 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐.
  2. 생분해성 물질로 이루어진 분말;
    상기 분말의 표면에 형성된 알긴산 칼슘 겔 코팅층; 및
    상기 알긴산 칼슘 겔 코팅층의 표면에 형성된 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐.
  3. 생분해성 물질로 이루어진 분말;
    상기 분말의 표면에 형성된 알킬화 알긴산 칼슘 겔 코팅층; 및
    상기 알킬화 알긴산 칼슘 겔 코팅층의 표면에 형성된 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말은 곡물 분말인 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐.
  5. 제4항에 있어서, 상기 곡물 분말은 옥수수 또는 발포 옥수수 분말인 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐.
  6. 제2항에 있어서, 상기 알긴산 칼슘 겔 코팅층에 효소 또는 미생물이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층은 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐.
  8. 제7항에 있어서, 상기 바인더는 폴리비닐알코올인 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐.
  9. a) 생분해성 물질로 이루어진 분말이 분산된 알긴산 나트륨 수용액을 염화칼슘 수용액에 교반하며 적하시켜 상기 분말의 표면에 알긴산 칼슘 겔 코팅층이 형성된 캡슐을 제조하는 단계;
    b) 상기 캡슐을 분리하는 단계; 및
    c) 상기 분리된 캡슐의 표면에 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 b)단계 후에, 분리된 캡슐을 R-X(R은 벤질, 에틸, 프로필 및 이소프로필로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, X는 염소, 브롬및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나임)와 반응시켜 캡슐 표면을 알킬화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 c)단계의 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층을 형성하는 단계는,
    폴리스티렌계 수지를 메틸렌클로라이드에 용해시킨 용액에 상기 분리된 캡슐을 투입한 후 메틸렌클로라이드를 증발시키고, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 옥탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 저비점 탄화수소를 고온고압에서 함침시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 c)단계의 발포성 폴리스티렌계 수지로 이루어진 제2 코팅층을 형성하는 단계는,
    에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 옥탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 저비점 탄화수소 및 스티렌 모노머를 포함하는 현탁액에 상기 분리된 캡슐을 투입하고 현탁중합을 실시하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 폴리스티렌계 수지를 메틸렌클로라이드에 용해시킨용액에 바인더를 더 참가하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법.
  14. 내부에 이산화탄소를 함유하는 알긴산 칼슘 겔로 이루어진 캡슐; 및
    상기 캡슐의 표면에 형성된 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐.
  15. 내부에 이산화탄소를 함유하는 알킬화 알긴산 칼슘 겔로 이루어진 캡슐; 및
    상기 캡슐의 표면에 형성된 발포성 폴리스티렌계 수지 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐.
  16. a) 알긴산 나트륨 및 중탄산나트륨혼합 수용액을 염화칼슘 수용액에 교반하며 적하시켜 내부에 이산화탄소가 함유된 알긴산 칼슘 겔의 캡슐을 형성하는 단계:
    b) 상기 캡슐을 분리하는 단계; 및
    c) 상기 분리된 캡슐의 표면에 발포성 폴리스티렌계 수지로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 b)단계 후에, 분리된 캡슐을 R-X(R은 벤질, 에틸, 프로필 및 이소프로필로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, X는 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나임)와 반응시켜 캡슐 표면을 알킬화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리스티렌계 생붕괴성 캡슐의 제조방법.
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