KR100623408B1 - 생분해성 일회용 용기제품과 그의 제조방법 - Google Patents

생분해성 일회용 용기제품과 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전분, 코튼(Cotton), PVA( 폴리비닐알코올), 활석분, PEG(폴리에틸렌글리콜), 젤라틴, 스테아린산 및 물로 구성하여 제조하는 생분해성 일회용 용기제품을 제공한다.
또한, 본 발명의 생분해성 일회용 용기제품은 물에 PVA, 활석분, PEG, 젤라틴 및 스테아린 산을 일정한 조성의 범위 내에서 가열시키면서 완전히 용해시키고 전분과 코튼을 건식 배합한 배합물을 가열시키면서 상기 용액과 함께 반죽한 후, 상기 반죽물을 금형을 이용하여 성형하고 최종 용기 표면에 라미네이팅 처리하여서 제조한다.
본 발명에 따른 일회용 용기는 미생물에 의해 완전히 분해되는 생분해성이면서 기계적 강도가 우수하며 폐기처리한 후에 환경오염을 발생시키지 않고, "백색오염"을 초래하는 각종 플라스틱 용기를 대체할 수 있는 획기적인 제품인 것이다.
전분, 생분해성, 일회용, 플라스틱, 용기, 환경오염, 라미네이트

Description

생분해성 일회용 용기제품과 그의 제조방법{Biodegradable disposable container and method for preparing the same}
도 1은 본 발명에 따른 생분해성 용기의 생분해도 곡선도이고, 도 2는 표준 물질의 생분해도 곡선도이다
본 발명은 생분해성 일회용 용기제품과 그의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전분, 코튼(cotton), PVA(폴리비닐알코올), 활석분, 젤라틴, PEG(폴리에틸렌글리콜)과 같이 생분해성 재료를 원료로 하여 이들을 압축 성형하여 제조하여서 되는 미생물에 의하여 완전히 생분해될 수 있고, "백색오염"을 초래하는 각종 플라스틱 용기를 대체할 수 있는 생분해성 일회용 용기제품과 그의 제조방법에 관한 것이다.
현재 우리들의 일상생활에서 광범위하게 사용되고 있는 발포 플라스틱 용기(일명, 일회용 스티로폼 제품)는 환경 호르몬의 발생으로 인하여 인체에 심각한 영향을 끼치고 있다는 것은 익히 알려져 있는 사실이다. 특히, 발포 플라스틱(스티로폼)으로 제작되는 일회용 용기는 모든 산업분야는 물론 일상생활에서 광범위하게 사용되고 있고, 이들을 사용한 후 폐기할 경우에는 분해될 수 없는 이유로 환경오염을 초래하고 있으며, 이른 바 백색오염(비닐, 스치로폼 등 화학용기에 의한 오염을 말함)을 일으키는 주범이 되고 있다.
국내는 물론 전 세계적으로 이러한 "백색오염"을 예방하거나 퇴치해야 한다는 목소리가 매우 높아 가고 있고, 점차로 국내외 많은 도시에서 제한사용 및 플라스틱용기의 강제회수를 행정법규로 규정함에 따라 플라스틱제로 된 일회용 용기는 차츰 그 수요가 줄어들고 있는 실정이다. 이에 따라 생분해성 대용품에 대한 필요성이 절실하게 요구되고 있다.
이미 종이용기와 펄프 몰딩 용기가 일부분 시장을 차지하고는 있지만, 제조원가가 너무 높아 판매가가 원래의 플라스틱 용기보다 훨씬 상승하여 소비자들의 호응을 받는데 어려움이 많아 플라스틱 용기가 잃어버린 시장을 다시 되찾는 데에는 상당한 어려움을 겪고 있다.
가장 최근의 기술로는 공개특허공보 제 2004-76150호(생분해성 전분을 주원료로 하는 용기조성물 및 그의 제조방법)에 의하면, 전분과 바인더 및 물성 보강제를 포함하며, 여기에 반응제, 필러, 발포조제, 보점제, 유연제, 가소제, 바인더 및 물성 보강제, 이형제, 보습제, 소수성 부여제에서 선택되는 적어도 하나 이상의 성분을 포함하는 생분해성 용기 조성물과, 소수성 작용기 또는 활성 작용기를 제공하는 반응제 또는 전분 상호간 또는 전분과 부재료간을 가교시키는 반응제를 주제인 전분과 혼합하여 용기의 성형 공정과 함께 반응시켜 생분해성 용기를 제조하는 방법에 대해 소개하고 있다.
그러나, 상기 특허는 생분해성 용기로서 사용하는 원료에 따른 제조원가가 높아 실용화에 문제가 많고, 성형이 어렵다든가 혹은 완성품율이 떨어져 효율적인 상품을 제조하는 것이 불가능할 뿐 아니라 용기를 제조하는데 소요되는 시간이 5분 ~ 60분으로 너무 길고, 용기의 표면에 피복하는 생분해성 필름, 또는 부분 분해성 또는 비분해성 필름의 피복 두께도 50 ~ 300㎛ 로서 상당히 두꺼워 사용에 제한이 따르는 문제가 있다.
이에 본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 본 발명은 천연계 고분자인 전분, 코튼(cotton), PVA(폴리비닐알코올), 활석분(talc), 젤라틴, PEG(폴리에틸렌글리콜) 및 스테아린산으로 이루어진 생분해성 일회용 용기제품을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 생분해성 성분을 균일하게 배합 및 반죽한 후 용기 형태로 금형처리한 후 그 용기 표면에 라미네이팅 처리하여서 생분해성 일회용 용기제품을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 생분해성 일회용 용기제품은 전분, 코튼(Cotton), PVA( 폴리비닐알코올), 활석분, PEG(폴리에틸렌글리콜), 젤라틴, 스테아린산 및 물로 구성하여서 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 용기제품은 물 125중량부에 대해 기타 생분해성 성분 100중량부로 구성되며, 상기 생분해성 성분은 전분 90 내지 92중량%, 코튼 2 내지 7중량%, PVA 0.5 내지 1.5중량%, 활석분 1 내지 2중량%, 젤라틴 0.8 내지 1.8중량%, PEG 0.2 내지 2중량% 내지 및 스테아린산 0.4 내지 1.5중량%로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 생분해성 일회용 용기제품의 제조는 먼저 물에 충격 보강제인 PVA, 강도 보강제로서 활석분, 유연제로서 PEG, 강도 보강제인 젤라틴 및 분산제인 스테아린 산을 상기 조성의 범위 내에서 가열시키면서 완전히 용해시킨다. 다음에 기본 재료로 사용되는 전분과 강도 보강제인 코튼을 건식 배합한 배합물을 가열시키면서 상기 용액과 함께 반죽하고, 상기 반죽물을 160 내지 180℃의 온도 범위를 갖는 볼록형의 상부 금형과 오목형의 하부 금형에 주입하고, 약 53 내지 60초 동안 5 내지 7 kg/㎠의 압력하에서 금형처리하여 용기 형상으로 성형을 한다.
본 발명에 의하면, 최종적으로 상기 용기 제품의 표면에 분해와 성형성이 뛰어난 전분이 함유된 지방족 폴리에스테르(Aliphatic polyester : AP) 수지를 필름형태로 블로잉 압착 또는 진공흡입코팅시켜서 약 10 내지 50㎛의 두께로 라미네이팅 처리하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 전분은 천연계 고분자로서 이들의 이화학적 변성전분도 사용이 가능하고, PVA(폴리비닐알코올)은 상기 전분에 대한 충격 보강제로 사용되며, 바인더 및 물성 보강제로서 용기의 성형성과 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다. 스테아린산은 일회용 용기제품이 금형에서 이형 되는 것을 도와주는 유연제 또는 분산제 성분으로서 만일 1중량% 미만으로 사용할 경우에는 금형으로부터 이형 되는데 불리하여 제품에 손상을 주거나 제품이 파손되는 문제점이 발생하게 될 뿐 아니라 제품이 유화성을 갖거나 내수성을 갖지 못하게 된다. 반대로 3중량%를 초과하여 사용할 경우에는 제품의 물성에는 영향을 줌이 없이 제작 비용만 상승시키게 되는 문제점이 있게 된다.
활석분(Talcum powder)은 강도 보강제로서 역할을 하며, 1중량% 미만으로 사용할 경우에는 보강제로서의 역할이 미미하여 제품의 강도를 향상시키지 못하게 되고, 반대로 3중량%를 초과하여 사용할 경우에는 신율의 저하로 인해 성형성을 떨어뜨리게 되고, 생산 비용도 증가시키게 되어 바람직하지 못하다. 상기 범위로 사용하는 것이 충진제로서의 기능과 몰드로부터 제품이 이형되는 것을 충분히 도와줄 수 있게 된다.
본 발명의 제조방법은 연속적인 원-스톱(one-stop) 공정으로 진행이 가능하고, 대량생산은 물론 원가절감이나 생산비용을 최소화할 수 있다. 특히 금형 처리 과정에서 오목형 금형의 온도나 볼록형의 금형 온도를 160℃ 미만으로 할 경우에는 몰드에 의한 금형시간이 길어지게 되고, 제품이 부풀어오르게 되어 제품으로써 사용하는 것이 불가능하게 되고, 반대로 180℃를 초과할 경우에는 제품이 금형과정에서 쉽게 타버리게 되거나 색상이 어두워지게 되고, 금형의 수명에도 나쁜 영향을 주게 된다.
이와 같은 공정 조건에 의해 전체적인 제조공정 시간을 약 53 내지 60초 내에 단(短) 시간내에 완성할 수 있으며, 최종적으로 상기 용기 제품의 표면에 AP 수지를 필름형태로 블로잉(Browing) 압착 또는 진공흡입코팅법에 의해 약 10 내지 50㎛의 두께로 라미네이팅 처리함으로써 사각형의 도시락은 물론 사발, 접시, 트레이, 컵, 인스턴트 식품의 포장재, 알루미늄 용기, 컵 라면 용기, 농업용 트라이, 모종, 1회용 꽃 화분, 과일 트라이 등의 다양한 제품으로의 응용이 가능하다.
이와 같은 본 발명의 일회용 생분해성 용기에 대해 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
물 125중량부에 대해 기타 생분해성 성분 100중량부를 배합하되 기타 생분해성 성분으로는 전분 90중량%, 코튼 2중량%, PVA 1.5중량%, 활석분 2중량%, 젤라틴 1.0중량%, PEG 2중량% 내지 및 스테아린산 1.5중량%로 구성하였다.
먼저 물에 충격 보강제인 PVA, 강도 보강제로서 활석분, 유연제로서 PEG, 강도 보강제인 젤라틴 및 분산제인 스테아린 산을 가열시키면서 완전히 용해시켰다. 다음에 전분과 강도 보강제인 코튼을 건식 배합한 배합물을 가열시키면서 상기 용액과 함께 반죽하고, 상기 반죽물을 160℃의 볼록형의 상부 금형과 오목형의 하부 금형에 주입하고, 약 60초 동안 7 kg/㎠의 압력하에서 금형처리하여 용기 형상으로 성형을 하였다.
상기 용기 제품의 표면에 지방족 폴리에스테르(Aliphatic polyester : AP) 수지를 필름형태로 진공흡입 코팅시켜서 약 10㎛의 두께로 라미네이팅 처리하여 식품 포장용기를 만들었다.
상기 실시예의 방법에 따라 제조된 2 L의 크기의 생분해성 용기를 시험 물질로 하고, 셀룰로오스로 만든 용기를 표준 물질로 하여 퇴비화 조건하에서의 이산화탄소의 방출량에 의해 계산하는 측정방법을 이용하여 이들의 생분해도 시험을 실시한 결과는 다음 표 1과 같다.
[표 1]
평균 생분해도[%] 시험 기간[일] 관찰사항
시험물질 86.0 45 퇴비의 상태 및 수분의 포함정도, 색깔, 균의 성장상태, 냄새 등의 변화는 발생하지 않았다.
표준물질 85.4 45
표준물질 대비 시험물질의 생분해도 100.7%

위의 결과에 의하면, 시험 물질은 시험 45일 이내에 70% 이상 분해되었음을 알 수 있고, 동일 물질의 서로 다른 용기 사이의 분해도 차이가 20% 이하에 속하며, 시험 시작 10일 이내에 퇴비의 휘발성 고형분 1g 당 발생되는 이산화탄소의 양이 평균 50 내지 150 mg의 범위에 속하므로 본 발명의 실시예의 방법에 의해 제조된 식품 용기는 생분해도가 우수함을 알 수 있다. 첨부 도면에서 도 1은 본 발명에 따른 생분해성 용기의 생분해도 곡선도이고, 도 2는 표준 물질의 생분해도 곡선도이다.
상기 실시예의 방법에 의해서 제조된 식품 용기에 대한 중금속 함량을 유도결합플라즈마 분광광도계(1CP/AES), Perkin Elmer(USA) 사제, Optima 3000DV와 수은분서계, Milestone(Italy) 사제, DMA-80을 이용하여 측정한 결과는 다음 표 2와 같다.
[표 2]
중금속 원소명 검출결과 기준
비소, As 검출안됨 25
납, Pb 7.9 50
카드뮴, Cd 검출안됨 0.5
수은, Hg 검출안됨 0.5
크롬, Cr 검출안됨 150
구리, Cu 검출안됨 200
니켈, Ni 검출안됨 25
아연, Zn 검출안됨 500

* 검출안됨 : 1. Cd, Hg - 0.5 mg/kg 미만
2. Cd, Hg 외 원소 - 1mg/kg 미만
본 발명의 방법에 의해 제조되는 용기는 BDP를 이용한 전분으로의 수분침투를 방지할 수 있고, 생분해성 첨가제의 함유로 용기의 충격강도, 모듈러스 등의 기계적 강도를 향상시킬 수 있으며, 대기의 상대습도에 따른 유통기간 내의 노출된 제품의 보습 및 기계적 물성을 유지할 수 있는 특징이 있다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 일회용 용기는 앞에서 설명한 바와 같이 퇴비화 조건에서 플라스틱의 호기성 생분해도 및 붕괴도에 대해 측정한 결과 표준물질 대비 생분해도가 100.7%에 달하는 것과 같이 매립후 6개월 이내에 물과 이산화탄소로 완전분해되는 등 우수한 생분해성을 가지며, 전분 발포성 제품을 사용하고 PLA 부문의 경우 기존의 BDP 수지에 비해 가격이 저렴하여 종래 보다 제조단가를 낮출 수 있고, 미관도 곱고 나쁜 냄새도 나지 않으며, 강도와 품질(예를들면, 완충성)면에서도 우수하다.
또한, 본 발명은 안전성, 무독성 및 먼지의 고착현상이 없어 위생적이고, 사용 후에는 퇴비화가 가능하여 재활용성이 높고, 소각시에는 유해가스가 발생하지 않을 뿐 아니라 저온에서도 쉽게 연소(250℃)되며, 저온 및 고온에 대한 내수성, 보온성, 열차단성도 우수하여 백색오염을 초래하는 각종 플라스틱 일회용 제품의 대용품으로 적합하고, 식품용기류, 제반 일회용 생활 잡화용품, 패스트푸드 용기, 농ㆍ수산용품, 제반 포장용기 등에 유용하고, 환경오염을 유발하지 않는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 물 125중량부에 대해 기타 생분해성 성분 100중량부로 구성되며, 상기 생분해성 성분은 전분 90중량%, 코튼 2중량%, PVA 1.5중량%, 활석분 1.5중량%, 젤라틴 1.0중량%, PEG 2.0중량% 및 스테아린산 1.5중량% 로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 생분해성 일회용 용기제품.
  2. 삭제
  3. 다음의 단계를 포함하는 생분해성 일회용 용기제품의 제조방법:
    (a) 물에 PVA, 탈크, PEG, 젤라틴 및 스테아린 산을 가열시키면서 완전히 용해시키는 단계;
    (b) 전분과 코튼을 건식 배합한 배합물을 가열시키면서 (a) 단계의 용액과 함께 반죽하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계의 반죽물을 160 내지 180℃의 온도 범위를 갖는 볼록형의 상부 금형과 오목형의 하부 금형에 주입하고, 약 53 내지60초 동안 5 내지 7 kg/㎠의 압력하에서 금형처리하여 제품을 얻는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계의 제품 표면에 AP 수지를 필름형태로 블로잉 압착시켜서 약 10 내지 50㎛의 두께로 라미네이팅 처리하는 단계.
  4. 삭제
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KR20040076150A (ko) * 2003-02-24 2004-08-31 대상 주식회사 생분해성 전분을 주원료로 하는 용기조성물 및 그 제조방법

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