KR100493647B1 - Biodegradable Film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선형저밀도폴리에틸렌 30-90중량%, 지방족폴리에스테르 10-40중량%와 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 0-30중량%, 그리고 이들 수지 100 중량부를 기준으로 지방산 및 지방산에스테르 0.01-0.3중량부를 반죽기에 가하여, 반죽 혼합하고, 압출하여 펠렛화한 후, 블로운 필름 기계에서 압출하여 제조되는 선형저밀도 폴리에틸렌 베이스 생분해성 필름에 관한 것이다.The present invention kneads 30-90% by weight of linear low density polyethylene, 10-40% by weight of aliphatic polyester and 0-30% by weight of ethylene vinyl acetate copolymer, and 0.01-0.3 parts by weight of fatty acids and fatty acid esters based on 100 parts by weight of these resins. In addition, the present invention relates to a linear low density polyethylene base biodegradable film produced by kneading, extruding, pelletizing, and extruding in a blown film machine.
본 발명에 의한 생분해성 필름은 물성 및 가공성이 우수하여 대량 생산이 가능하고, 토양 중에 미생물에 의하여 생분해되므로, 각종 포장 재료, 농업용 필름, 특히 쓰레기 분리 수거용 백 등으로 사용할 수 있다.The biodegradable film according to the present invention is excellent in physical properties and processability, so that mass production is possible, and biodegradable by microorganisms in the soil, it can be used as various packaging materials, agricultural films, in particular, bags for garbage separation and the like.
Description
본 발명은 가공이 용이하고 물성이 우수한 생분해성 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열가소성 수지인 선형저밀도폴리에틸렌 수지에 생분해성 수지인 지방족폴리에스테르와 자동산화물질을 가하고, 반죽기(kneader)에서 혼합, 압출, 펠렛화하여 생분해성 혼합물을 제조하는 1 단계 공정과, 제조된 생분해성 혼합물을 블로운 압출기에서 필름 성형하는 2 단계 공정에 의해 제조되는 생분해성 필름에 관한 것이다.The present invention relates to a biodegradable film that is easy to process and has excellent physical properties. More specifically, a biodegradable aliphatic polyester and an automatic oxide are added to a linear low density polyethylene resin, which is a thermoplastic resin, and mixed in a kneader. The present invention relates to a biodegradable film produced by a one-step process of producing a biodegradable mixture by extrusion, pelletizing and a two-step process of film forming the prepared biodegradable mixture in a blown extruder.
일반적으로 석유화학 제품인 합성플라스틱은 천연재료와 비교할 때, 물성(투명성, 유연성, 강성), 가공성, 경제성이 우수하여 공업용, 농업용, 상업용 등 다양한 용도의 소재로 사용되고 있다. 그러나, 플라스틱은 미생물 저항성이 커서, 용도 폐기 후 자연 생태계 내에서 분해되지 않으므로, 심각한 환경오염 문제를 야기시킨다. 이러한 플라스틱의 환경오염 문제를 해결하기 위한 방안으로 소각, 재활용 방법이 실시되고 있지만, 유독가스의 발생문제와 분리수거의 어려움 및 비용 발생 등의 문제가 있으며, 소각과 재활용만으로는 플라스틱에 의한 환경오염문제를 근본적으로 해결할 수 없다. 이에 따라 자연생태계 내에서 분해가 가능한 분해성 플라스틱에 대한 연구가 우리나라를 포함하여 전세계적으로 많은 관심을 불러일으키게 되었다.In general, synthetic plastics, which are petrochemical products, have excellent physical properties (transparency, flexibility, rigidity), processability, and economic efficiency, compared to natural materials, and thus are used for various purposes such as industrial, agricultural, and commercial purposes. However, plastics have high microbial resistance and do not decompose in the natural ecosystem after disposal, which causes serious environmental pollution problems. Incineration and recycling methods have been implemented to solve the environmental pollution problem of plastics, but there are problems such as generation of toxic gas, difficulty of separate collection and cost, and environmental pollution by plastic only by incineration and recycling. Can not be solved fundamentally. Accordingly, research on degradable plastics that can decompose in natural ecosystems has attracted much attention from all over the world, including Korea.
분해성 플라스틱은 크게 광분해성(Photo-degradable) 플라스틱과 생분해성 (Bio-degradable) 플라스틱으로 구분되는데, 태양빛(자외선)에 의해 분해 가능한 광분해성 플라스틱은 비용 문제, 첨가된 전이금속의 유해성 논란이 있으며, 플라스틱을 매립하는 경우에는 분해가 되지 않는 단점이 있다. 특히, 우리나라에서는 쓰레기를 대부분 매립하여 처리하고 있기 때문에, 광분해성 플라스틱의 효과에 의문이 제기되고 있는 실정이다. 따라서 국내에서 가장 관심 있게 개발되고 있는 분해성 수지는 세균 및 박테리아 등의 미생물에 의해 자연계내에서 분해되는 생분해성 수지이다. Degradable plastics are largely divided into photo-degradable plastics and bio-degradable plastics. Degradable plastics that can be decomposed by sunlight (ultraviolet rays) have a cost problem and a hazard of added transition metals. In case of embedding plastic, there is a disadvantage that it cannot be disassembled. In particular, since most of the landfills are disposed of in Korea, there are questions about the effects of photodegradable plastics. Therefore, degradable resins that are most developed in Korea are biodegradable resins that are degraded in nature by microorganisms such as bacteria and bacteria.
생분해성 수지는 미국특허 제4,021,388호와 제 4,133,784호에 처음 개시된 바 있으며, 대한민국 특허 공고 제90-6336호, 제91-8553호, 제95-13176호 등에도 전분을 충전 가공하는 방법 및 조성물에 대한 기술이 기재되어 있다. 그러나, 이 기술에서 생분해성 물질로 사용되는 전분은 고흡습성을 나타내어, 분산 및 필름 성형에 어려움이 따르고, 가공시 전분이 탄화되는 문제가 발생하여 장기간 지속적인 생산 가공이 요구되는 상업화 공정에 적용하기 어려운 문제가 있다. Biodegradable resins were first disclosed in U.S. Patent Nos. 4,021,388 and 4,133,784, and Korean Patent Publication Nos. 90-6336, 91-8553, 95-13176, etc. The technique is described. However, the starch used as a biodegradable material in this technology exhibits high hygroscopicity, which causes difficulties in dispersing and film forming, and in which the starch is carbonized during processing, making it difficult to apply to commercial processes requiring long-term continuous production processing. there is a problem.
최근 지방족폴리에스테르 제조방법에 관한 기술과(대한민국 특허공개 제95-025072호, 95-018272호, 95-008690호), 지방족폴리에스테르를 전분과 함께 폴리올레핀 수지에 충전하는 생분해성 수지에 대한 기술이 개발되었지만(대한민국 특허공개 제94-000514호, 95-013175호), 이에 따라 제조되는 생분해성 필름은 물성 및 가공성이 우수하지 못하여 현재까지 대량 사용되지 못하고 있는 실정이다. Recently, there has been a description of a process for producing aliphatic polyester (Korean Patent Publication Nos. 95-025072, 95-018272, 95-008690), and a technique for biodegradable resins filling aliphatic polyesters with polyolefin resins with starch. Although it was developed (Korean Patent Publication Nos. 94-000514 and 95-013175), the biodegradable films prepared according to the present invention have not been used in large quantities due to their poor physical properties and processability.
따라서, 본 발명에서는 물성 및 가공성이 우수하여 대량 생산이 가능한 생분해성 필름과 이의 제조방법을 제공하고자 한다. Therefore, the present invention is to provide a biodegradable film and a method of manufacturing the same that can be mass-produced excellent in physical properties and processability.
이를 위하여 본 발명에 의하면, 선형저밀도폴리에틸렌 30-90중량%, 지방족폴리에스테르 10-40중량%와 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 0-30중량%, 그리고 이들 수지 100 중량부를 기준으로 지방산 및 지방산에스테르 0.01-0.3중량부를 반죽기에 가하여, 반죽 혼합하고, 압출하여 펠렛화한 후, 블로운 필름 기계에서 압출하여 제조되는 선형저밀도폴리에틸렌 베이스 생분해성 필름이 제공된다. To this end, according to the present invention, 30-90% by weight of linear low density polyethylene, 10-40% by weight of aliphatic polyester and 0-30% by weight of ethylene vinyl acetate copolymer, and 100 parts by weight of fatty acids and fatty acid esters 0.01- There is provided a linear low density polyethylene base biodegradable film prepared by adding 0.3 parts by weight to a kneader, mixing the dough, extruding and pelletizing, and extruding in a blown film machine.
본 발명자들은 상기의 종래 특허들의 지방족폴리에스테르 충전 생분해성 필름의 물성, 가공성이 우수하지 못한 이유를 분석한 결과, 첫째, 지방족폴리에스테르와 폴리올레핀 수지의 융점 차이가 커서 두 수지의 혼합물 제조시 최적 가공온도 선정이 어렵고, 둘째, 생분해 충전제로 사용되는 지방족폴리에스테르가 극성임에 비하여 매트릭스 수지로 사용되는 폴리올레핀수지는 비극성이므로, 상호간에 상용성이 적어 단순 혼합시 필름 압출기 내에서 충분히 혼련되지 않기 때문임을 알아내었다. 이에 따라, 본 발명자들은 문제의 해결 방법이 첫째, 최적의 원료 선정과 둘째, 선정된 원료간의 최상의 혼합 방법임을 알았다. The inventors of the present invention have analyzed the physical properties of the aliphatic polyester-filled biodegradable films of the prior patents and the reason why they are not excellent. It is difficult to select the temperature, and secondly, the polyolefin resin used as the matrix resin is nonpolar because the aliphatic polyester used as the biodegradable filler is non-polar, so it is less compatible with each other and is not sufficiently kneaded in the film extruder during simple mixing. Figured out. Accordingly, the present inventors have found that the solution of the problem is firstly selecting the optimal raw material and secondly the best mixing method between the selected raw materials.
본 발명자들은 첫번째 문제를 해결하는 방안으로 필름 성형이 가능하면서 상호간의 융점차가 가능한한 적은 지방족폴리에스테르와 폴리올레핀수지를 선정하였으며, 두번째 문제를 해결하기 위한 방안으로 생분해성 필름을 제조하는 공정을 2단계로 나누어, 최종 필름 성형 전에 지방족폴리에스테르와 폴리올레핀 및 자동산화물질이 균일하게 용융 혼합된 생분해성 혼합물을 제조한 후, 제조된 생분해성 혼합물로 필름을 성형하여 물성 및 가공성이 우수한 생분해성 필름을 제조하고자 하였다.The inventors of the present invention selected aliphatic polyester and polyolefin resins as much as possible to solve the first problem and have as little melting point as possible, and to solve the second problem, step 2 to prepare a biodegradable film. The biodegradable mixture in which the aliphatic polyester, polyolefin and autooxide are uniformly melt mixed before final film molding is prepared, and the film is formed from the prepared biodegradable mixture to prepare a biodegradable film having excellent physical properties and processability. Was intended.
물성 및 상호간의 융점을 고려하여 볼 때, 본 발명에 의한 생분해성 필름 제조에는 폴리올레핀으로 선형저밀도폴리에틸렌과 에틸렌비닐아세테이트를 사용하는 것이, 지방족폴리에스테르로는 폴리에틸렌숙시네이트와 폴리부틸렌숙시네이트를 사용하는 것이 각각 가장 바람직하다. In consideration of physical properties and melting points of each other, in the preparation of the biodegradable film according to the present invention, linear low density polyethylene and ethylene vinyl acetate are used as polyolefin, and polyethylene succinate and polybutylene succinate are used as aliphatic polyester. It is most preferable to each.
본 발명에서, 균일하게 혼합된 생분해성 혼합물은 도 1의 반죽기(kneader)와 도 2의 2축 원료공급구(twin feeder) 및 1축 압출기를 사용하여 제조할 수 있다. 도 1의 혼합실에서는 지방족폴리에스테르와 올레핀수지 및 자동산화물질이 잘 섞일 수 있도록 용융 혼합되며, 도 2의 장치에 의해서 도 1에서 혼합된 시료가 용융, 압출되어, 펠렛으로 제조되고, 건조된다. 이 장치는 반죽된 덩어리 형태의 시료를 펠렛으로 가공하는데 필수적이다. 제조된 생분해성 혼합물을 블로운 압출기에서 성형하여 생분해성 필름을 얻을 수 있으며, 이는 가공성, 인장강도, 인열강도 등이 뛰어나 각종 포장재료, 농업용 필름 및 쓰레기 분리 수거용 백 등 다양한 용도로 사용될 수 있다. In the present invention, a homogeneously mixed biodegradable mixture can be prepared using the kneader of FIG. 1, the twin feeder of FIG. 2, and the single screw extruder. In the mixing chamber of FIG. 1, the aliphatic polyester, the olefin resin, and the automatic oxide are mixed so that they can be mixed well. The sample mixed in FIG. 1 is melted and extruded by the apparatus of FIG. . This device is essential for processing the kneaded mass sample into pellets. The biodegradable mixture may be molded in a blown extruder to obtain a biodegradable film, which is excellent in processability, tensile strength and tear strength, and may be used for various applications such as various packaging materials, agricultural films, and garbage bag. .
본 발명의 내용을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail.
본 발명의 생분해성 필름 제조에 사용되는 매트릭스 수지로서는 선형저밀도폴리에틸렌이 바람직하다. As the matrix resin used for producing the biodegradable film of the present invention, linear low density polyethylene is preferable.
고밀도 폴리에틸렌은 생분해성 충전제로 사용되는 지방족폴리에스테르와 가공온도 차가 커서, 가공온도를 지방족폴리에스테르에 맞출 경우 고밀도 폴리에틸렌 용융 거동이 불완전하여 이들 블렌드의 필름 성형이 불가하고, 가공온도를 고밀도 폴리에틸렌 수지에 맞출 경우에는 지방족 폴리에틸렌이 점도가 너무 낮아져 이들 블렌드의 필름 성형성이 역시 현저히 떨어지기 때문이다. High density polyethylene has a large processing temperature difference from aliphatic polyester used as a biodegradable filler. When the processing temperature is set to aliphatic polyester, the high density polyethylene melt behavior is incomplete and film formation of these blends is impossible. When matched, the aliphatic polyethylene is too low in viscosity and the film formability of these blends is also markedly inferior.
저밀도 폴리에틸렌은 지방족폴리에스테르와 가공온도 영역이 비슷하기는 하지만, 기본 필름 물성이 약해, 각종 포장재료나 쓰레기 분리 수거용 백으로는 적당하지 못하다. Although low density polyethylene has a similar processing temperature range with aliphatic polyester, it is not suitable for various packaging materials or bags for waste separation because of poor physical film properties.
따라서, 본 발명에서는 가공후 우수한 기본 물성을 나타내는 선형저밀도폴리에틸렌을 매트릭스 수지로 사용한다. 특히, 부텐-1, 헥센-1 또는 옥텐-1 등의 단량체로부터 공중합되어 생성되는 선형저밀도폴리에틸렌이 바람직하다. 공중합 단량체로 부텐-1을 사용하여 얻어진 선형저밀도폴리에틸렌은, 옥텐-1을 사용하여 얻어진 선형저밀도폴리에틸렌에 비하여 자체 필름 물성이 떨어지지만, 지방족폴리에스테르와 혼련성은 더 우수하다. 이의 사용량은 전체 조성을 기준으로 30-90중량%인 것이 바람직하다. Therefore, in the present invention, linear low density polyethylene showing excellent basic physical properties after processing is used as the matrix resin. In particular, linear low density polyethylene produced by copolymerization from monomers such as butene-1, hexene-1 or octene-1 is preferable. Although the linear low density polyethylene obtained using butene-1 as a copolymerization monomer is inferior in the film properties of itself compared with the linear low density polyethylene obtained using octene-1, it is excellent in kneading property with aliphatic polyester. Its amount is preferably 30-90% by weight based on the total composition.
나아가, 상기 선형저밀도폴리에틸렌과, 폴리에틸렌과 비닐아세테이트 공중합체인 에틸렌비닐아세테이트 수지를 매트릭스 수지로서 혼합 사용할 수도 있다. 에틸렌비닐아세테이트 공중합체는 공중합되는 비닐아세테이트의 함량(3-21%)에 따라 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 함량은 전체 조성을 기준으로 30중량% 이하가 되도록 한다. 에틸렌비닐아세테이트 공중합체의 함량이 30중량%를 초과하면 필름의 물성과 개구성이 오히려 저하되는 문제점이 있다. Furthermore, the said linear low density polyethylene and ethylene vinyl acetate resin which is a polyethylene and a vinyl acetate copolymer can also be mixed and used as a matrix resin. Ethylene vinyl acetate copolymer may be used in various kinds depending on the content of the vinyl acetate to be copolymerized (3-21%), the content is to be 30% by weight or less based on the total composition. If the content of the ethylene vinyl acetate copolymer exceeds 30% by weight, there is a problem in that the physical properties and opening properties of the film are rather reduced.
본 발명에서는 고흡습성과 가공시 탄화 문제가 발생하는 전분을 생분해성 충전제로 사용하는 대신에 생태계에서 완전 분해가 가능하고 제조가 용이한 합성 지방족폴리에스테르를 생분해 충전제로 사용하였다. In the present invention, instead of using starch, which has high hygroscopicity and carbonization problems during processing, as a biodegradable filler, synthetic aliphatic polyester which is fully degradable and easy to manufacture in an ecosystem is used as a biodegradable filler.
지방족폴리에스테르로는 폴리히드록시부틸레이트(PHB), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락타이드(PL), 폴리에틸렌숙시네이트(PES), 폴리부틸렌숙시네이트(PBSU) 등을 사용할 수 있다. 그러나, 폴리하이드록시부틸레이트, 폴리락타이드는 분해속도가 빠른 반면 가격이 너무 비싸고, 폴리카프로락톤은 융점(Tm=67℃)이 너무 낮아 선형저밀도폴리에틸렌 수지와 블렌드 제조에 어려움이 있다. 따라서 본 발명에 따른 생분해성 필름 제조시에는 선형저밀도폴리에틸렌과 블렌드 제조가 용이한 폴리에틸렌숙시네이트, 폴리부틸렌숙시네이트 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하며, 전체 조성을 기준으로 10-40중량% 사용한다. 지방족폴리에스테르가 10중량% 미만인 경우에는 생분해성이 기대치에 미치지 못하고, 40 중량% 초과시에는 생분해성 필름의 경제성이 떨어질 뿐 아니라 물성이 저하되어 쓰레기 봉투나 쇼핑백 등의 일반적인 용도로 사용하기에 부적합하게 된다. As the aliphatic polyester, polyhydroxybutylate (PHB), polycaprolactone (PCL), polylactide (PL), polyethylene succinate (PES), polybutylene succinate (PBSU) and the like can be used. However, polyhydroxybutylate and polylactide have a high decomposition rate but are too expensive, and polycaprolactone has a low melting point (Tm = 67 ° C.), which makes it difficult to prepare a linear low density polyethylene resin and a blend. Therefore, when preparing a biodegradable film according to the present invention, it is preferable to use linear low density polyethylene and polyethylene succinate, polybutylene succinate or a mixture thereof, which are easy to prepare a blend, and use 10-40% by weight based on the total composition. do. If the aliphatic polyester is less than 10% by weight, the biodegradability does not meet the expectation. If the aliphatic polyester is more than 40% by weight, the biodegradable film is not only economically inferior, but the physical properties are deteriorated, making it unsuitable for general use such as garbage bags or shopping bags. do.
본 발명에 따른 필름 제조시에는 이외에도 필름 분해를 촉진 시켜주는 자동산화물질과 필름 물성 향상을 위한 가소제 등을 첨가할 수 있다.In the manufacture of the film according to the present invention, in addition to the auto-oxide which promotes film decomposition and a plasticizer for improving film properties may be added.
자동산화물질은 분자 하나당 적어도 한 개 이상의 이중결합을 가지는 불포화 지방산과 지방산에스테르의 조합을 말하는데, 지방산은 토양의 전이금속을 유인하고 지방산에스테르는 유인된 전이금속과 반응하여 C=C 결합을 파괴할 수 있는 퍼록사이드 또는 하이드로퍼록사이드를 생성시키는 작용을 한다. 지방산으로는 올레익산, 지방산에스테르로는 에틸올레이트를 사용하는 것이 바람직하며, 올레익산과 에틸올레이트의 혼합비율을 50 대 50으로 하여, 전체 수지 조성 100 중량부를 기준으로 0.01-0.3 중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.05-0.2 중량부를 첨가한다. 자동산화물질의 양이 0.3 중량부 초과일 경우 필름 성형시 자동산화물질의 표면 유출이 과다하여 필름의 성형성 및 외관에 나쁜 영향을 미치며, 0.01 중량부 미만일 경우에는 자동산화물질의 효과가 미미하게 나타난다. Automated oxides are combinations of unsaturated fatty acids and fatty acid esters with at least one double bond per molecule, where fatty acids attract the transition metals in the soil and fatty acid esters react with the induced transition metals to break the C = C bond. Acts to produce peroxides or hydroperoxides. It is preferable to use oleic acid as the fatty acid and ethyl oleate as the fatty acid ester, and add 0.01-0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of the total resin composition using a mixture ratio of oleic acid and ethyl oleate at 50 to 50. Preferably, 0.05-0.2 parts by weight is added. If the amount of the autooxide is greater than 0.3 parts by weight, the surface of the autooxide is excessively spilled during film forming, which adversely affects the formability and appearance of the film. If the amount is less than 0.01 parts by weight, the effect of the autooxide is insignificant.
통상의 필름과 마찬가지로 본 발명에 의한 필름의 가공성 및 제막성을 향상시키기 위해 아미드 계통의 가소제를 첨가할 수 있으며, 그 양은 전체 수지 조성 100 중량부를 기준으로 0.01 - 0.05 중량부 정도가 바람직하다. 가소제로는 보통의 필름과 마찬가지로 올레아미드와 스테아르아미드를 사용할 수 있다.In order to improve the processability and film forming property of the film according to the present invention, an amide-based plasticizer may be added, and the amount thereof is preferably about 0.01 to 0.05 parts by weight based on 100 parts by weight of the total resin composition. As the plasticizer, oleamide and stearamide can be used as in the usual film.
따라서, 선형저밀도폴리에틸렌 베이스 생분해성 지방족폴리에스테르 필름은, 선형저밀도폴리에틸렌 30-90중량%, 지방족폴리에스테르 10-40중량%와 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 0-30중량%, 그리고 이들 수지 100 중량부를 기준으로 지방산 및 지방산에스테르 0.01-0.3중량부를 함유하는 것이 바람직하다. Accordingly, the linear low density polyethylene base biodegradable aliphatic polyester film is based on 30-90% by weight of linear low density polyethylene, 10-40% by weight of aliphatic polyester and 0-30% by weight of ethylene vinyl acetate copolymer, and 100 parts by weight of these resins. It is preferable to contain 0.01-0.3 weight part of fatty acids and fatty acid ester.
본 발명에 의한 생분해성 필름을 제조하기 위해서는, 선형저밀도폴리에틸렌 또는 선형저밀도폴리에틸렌과 에틸렌비닐아세테이트 수지를 매트릭스 수지로서 사용하고, 이에 생분해성 충전제인 지방족폴리에스테르와 자동산화물질, 가소제 등을 첨가하여 약 120℃, 질소분위기하의 반죽기(kneader)에서 30분간 혼련한 후 압출기를 통해 펠렛화하여 생분해성 혼합물을 제조한 후, 제조된 생분해성 혼합물을 150-160℃ 블로운 필름 기계에서 가공하여 필름으로 성형한다.In order to manufacture the biodegradable film according to the present invention, linear low density polyethylene or linear low density polyethylene and ethylene vinyl acetate resin are used as matrix resin, and aliphatic polyester which is a biodegradable filler, autooxide, plasticizer, etc. After kneading for 30 minutes in a kneader under a nitrogen atmosphere at 120 ° C., pelletized through an extruder to prepare a biodegradable mixture, and then processing the prepared biodegradable mixture in a 150-160 ° C. blown film machine to form a film. do.
1 단계에서 생분해성 혼합물의 제조를 위해 질소분위기의 반죽기를 사용하는 이유는 반죽시 지방족폴리에스테르의 분해를 최소화하여 필름 제조시 우수한 물성을 유지시키려 함이며, 반죽온도 120℃는 선형저밀도폴리에틸렌과 지방족폴리에스테르의 점도를 고려하여 선정된 온도이다. 반죽온도가 120℃ 보다 현저히 낮은 경우에는 선형저밀도폴리에틸렌이 용융되지 않아 균일한 혼합이 어려우며, 120℃보다 현저히 높은 경우에는 지방족폴리에스테르의 점도가 낮아져 또한 균일한 혼합에 어려움이 생긴다. 같은 이유에서 선형저밀도폴리에틸렌 베이스 필름의 최저 성형온도인 150-160℃가 상기 지방족폴리에스테르 충전 생분해성 블로운 필름의 최적성형온도로 선정되었다. The reason for using the nitrogen atmosphere kneader in the first step is to minimize the decomposition of aliphatic polyester when kneading to maintain excellent physical properties during film production.The kneading temperature of 120 ℃ is linear low density polyethylene and aliphatic The temperature is selected in consideration of the viscosity of the polyester. If the kneading temperature is significantly lower than 120 ℃ linear low-density polyethylene is not melted uniform mixing is difficult, and if it is significantly higher than 120 ℃ the viscosity of the aliphatic polyester is lowered and there is difficulty in uniform mixing. For the same reason, the lowest forming temperature of the linear low density polyethylene base film, 150-160 ° C., was selected as the optimal forming temperature of the aliphatic polyester filled biodegradable blown film.
1 단계의 생분해성 혼합물 제조 공정은 필요에 따라서 다양한 형태의 수지 및 다양한 충전제를 첨가 용융 혼합하는 공정으로 확장될 수 있으며, 혼합 효과가 우수하면서도 대체로 제조 공정이 단순하여 실용화 공정으로 사용하기가 용이하다. The step 1 biodegradable mixture manufacturing process can be extended to the process of adding and melting and mixing various types of resins and various fillers as needed, and the mixing process is excellent, but the manufacturing process is generally simple and easy to use as a practical process. .
이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1 내지 7Examples 1-7
표 1의 원료로 표 2의 조성을 갖도록 매트릭스 수지, 생분해성 충전제, 및 자동산화물질을 일정 비율로 혼합한 다음, 120℃, 질소 분위기의 반죽기(도 1)에서 30 분간 혼련하여 구성 성분들을 서로 용융 혼합한 후 생성된 반응물을 2축 원료공급구와 1축압출기(도 2)를 이용해 용융 압출 펠렛 형태로 가공한 후, 60℃ 오븐에서 12시간 건조하였다. 건조된 물질을 50ψ 블로운 필름 성형기기(스크루 길이 대 직경비=24, 다이갭;1.5mm, 스크린;#80-40, 가공온도;150-160℃, 스크루 속도;50-60 rpm)에 의해 40㎛ 두께의 필름 성형을 실시하였다. 가공된 지방족폴리에스테르 충전 생분해성 필름의 역학적 성질인 인장강도는 KS-M3001에, 인열강도는 ASTM D1004에 의거하여 측정하였다. The matrix resin, the biodegradable filler, and the auto-oxide were mixed at a ratio so as to have the composition of Table 2 as the raw material of Table 1, and then kneaded for 30 minutes in a kneader (FIG. 1) at 120 ° C. in a nitrogen atmosphere to melt the components. After mixing, the resulting reactants were processed into melt-extruded pellets using a biaxial feeder and a single screw extruder (FIG. 2), and then dried in an oven at 60 ° C. for 12 hours. The dried material was transferred to a 50? Blown film forming machine (screw length to diameter ratio = 24, die gap; 1.5 mm, screen; # 80-40, processing temperature; 150-160 ° C., screw speed; 50-60 rpm). Film molding having a thickness of 40 μm was performed. The tensile strength, which is the mechanical property of the processed aliphatic polyester filled biodegradable film, was measured according to KS-M3001 and the tear strength according to ASTM D1004.
비교예 1 내지 3Comparative Examples 1 to 3
표 1의 원료로 표 2의 비교예와 같은 조성을 갖도록 매트릭스 수지, 생분해성 충전제 및 자동산화물질을 일정 비율로 혼합한 다음, 헨셀(henschel) 믹서에서 30 분간 혼련한 후, 실시예와 똑같은 50ψ 블로운 필름 성형기기에서 같은 가공 조건으로 필름 성형을 실시하고 물성을 분석하였다. As a raw material of Table 1, a matrix resin, a biodegradable filler, and an autooxide were mixed at a predetermined ratio to have the same composition as in Comparative Example of Table 2, and then kneaded in a Henschel mixer for 30 minutes, and then the same 50 ψ as in Example In a new film forming machine, the film was formed under the same processing conditions and the physical properties thereof were analyzed.
상기 실험 결과, 본 발명에서 주장하는 방법인 반죽기(kneader)를 사용한 실시예 1 내지 3 의 물성이 단순 혼합인 헨셀 믹서를 사용한 비교예 1 내지 3과 비교하여 필름 가공성 및 물성이 현저히 증가하였다. 이러한 물성 변화 정도를 알아보기 위해 비교예 대비 실시예의 물성 증가율[△(%)]을 계산하였다. 계산 결과, MD(Machine Direction) 및 TD(Transverse Drection) 방향 모두에서 실시예의 물성이 증가하였는데, 특히, TD 방향으로의 물성 증가율이 현저하였다. 그 중에서 LLDPE-A 선형저밀도에틸렌을 기본 수지로 한 실시예 2의 물성 증가율이 가장 현저하였다.As a result of the experiment, compared to Comparative Examples 1 to 3 using Henschel mixer, the physical properties of Examples 1 to 3 using a kneader, which is the method claimed in the present invention, the film formability and physical properties were significantly increased. In order to determine the degree of such physical property change, the physical property increase rate [Δ (%)] of the example was calculated. As a result of the calculation, the physical properties of the Example were increased in both the MD (Machine Direction) and the TD (Transverse Drection) directions, and in particular, the rate of increase of physical properties in the TD direction was remarkable. Among them, the increase rate of the physical properties of Example 2 based on LLDPE-A linear low density ethylene was the most remarkable.
공중합 단량체의 변화에 따른 효과에 있어서는 선형저밀도폴리에틸렌 단독 베이스인 경우, 공중합 단량체가 부텐-1인 선형저밀도 폴리에틸렌을 매트릭스 수지로 사용한 실시예 6이 가장 우수한 물성을 나타내었으나, 에틸렌비닐아세테이트(EVA)를 10% 첨가시 옥텐-1이 공중합 단량체인 선형저밀도폴리에틸렌을 매트릭스 수지로 사용한 실시예 2가 가장 우수한 물성을 나타내었다. In terms of the effect of the change of the copolymer monomer, in the case of the linear low density polyethylene alone base, Example 6 using the linear low density polyethylene in which the copolymer monomer is butene-1 was used as the matrix resin showed the best physical properties, but ethylene vinyl acetate (EVA) was used. At 10% addition, Example 2 using linear low density polyethylene in which octene-1 is a copolymerization monomer showed the best physical properties.
실시예 8 Example 8
생분해성 시험Biodegradability test
생분해성 시험은 ASTM G21-70에 따라 실시하였다.Biodegradability tests were conducted according to ASTM G21-70.
시험방법은 한천배지에 아스퍼질러스 니이저, 페니실리움퍼니클러섬 및 트리코데마 엣터의 혼합 균포자 현탁액을 스프레이 시킨 후 4주 후에 시료에 곰팡이가 덮인 정도에 따라 다음과 같이 4단계로 나누었다.The test method was sprayed with agar medium mixed aspergillus niger, penicillium funiculum and Trichoderma mixture mixed suspension of 4, after 4 weeks, divided into four stages according to the degree of mold cover.
0% : 00%: 0
10% 이하 : 110% or less: 1
10 - 30% : 210-30%: 2
30 - 60% : 330-60%: 3
60 - 100% : 460-100%: 4
시료의 제조방법은 실시예와 같으며 시료의 조성 및 분해성 시험 결과는 표 4와 같았다.The preparation method of the sample was the same as that of Example, and the composition and the degradability test results of the sample were as shown in Table 4.
생분해성 시험 결과, 표 4에 나타낸 바과 같이, 순수 선형저밀도폴리에틸렌 필름의 경우 곰팡이가 발생하지 않았으며 지방족폴리에스테르 충전량이 증가할 수록 곰팡이 발생량이 증가함을 알 수 있었다. 조성 중에 에틸렌비닐아세테이트가 처방된 시료가 순수 저밀도폴리에틸렌에 지방족폴리에스테르가 충전된 시료보다 우수한 생분해성을 나타내었다. 조성 중에 자동산화제인 올레익산, 에틸올레이트가 처방되지 않은 경우에는 생분해성 성질이 감소함을 알 수 있었다.As a result of the biodegradability test, as shown in Table 4, in the case of pure linear low density polyethylene film, no mold was generated, and it was found that as the amount of aliphatic polyester filling increased, the mold generation increased. Samples formulated with ethylene vinyl acetate in composition showed better biodegradability than samples packed with aliphatic polyester in pure low density polyethylene. It was found that biodegradable properties were decreased when oleic acid and ethyl oleate were not prescribed in the composition.
[표 1]TABLE 1
사용된 원료Used raw materials
[표 2] TABLE 2
조성비Creation costs
[표 3]TABLE 3
물성Properties
[표 4] TABLE 4
생분해성 시험Biodegradability test
본 발명에 의하면, 생분해성이 우수하고, 필름 성형이 용이하며, 가공 후 필름의 인장강도 및 인열강도가 우수하여 각종 포장재료, 농업용 필름 및 쓰레기 분리 수거용 백 등 다양한 용도로 실용화될 수 있는 생분해성 필름을 얻을 수 있다. According to the present invention, it is excellent in biodegradability, easy to form a film, and excellent in tensile strength and tear strength of the film after processing, which can be used for various uses such as various packaging materials, agricultural films and bags for separating and removing garbage. A sex film can be obtained.
도 1은 본 발명에 따른 생분해성 필름 제조 공정에 이용되는 반죽기 및 혼합실이고, 1 is a kneader and mixing chamber used in the biodegradable film manufacturing process according to the present invention,
도 2는 본 발명의 생분해성 필름 제조 공정에 이용되는 2축 원료공급구와 1축압출기 및 펠렛화 장치이다.Figure 2 is a biaxial raw material feed port used in the biodegradable film manufacturing process of the present invention, a single screw extruder and pelletizing apparatus.
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