KR100768065B1 - 발포 성형된 천연물 용기의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전분을 주원료로 하고; 전분물성 개량제; 결착성을 강화시키기 위한 천연 호료 성분인 카라기난, 펙틴, 잔탄검, 알긴산, 카제인, 한천, 아교, 젤라틴, 우뭇가사리 추출물 등 결착제; 발포를 통한 열차단성을 부여하기 위한 발포안정제; 용기 성형후 금형으로부터 탈착이 용이하도록 하기 위한 이형제; 강도보강제를 2종 이상 혼합한 조성물을 고온, 고압의 성형기로 제조한, 발포된 천연물 용기의 제조방법에 관한 것이다.

천연물 용기, 전분 성형품, 강도 보강제, 이형제, 점착제, 발포용기

Description

발포 성형된 천연물 용기의 제조 방법{METHOD FOR PREPARING NATURAL CONTAINER MADE BY FORMING}

본 발명은 자연계에서 박테리아, 곰팡이 등의 미생물에 의해 물, 이산화탄소 등의 저분자 화합물로 완전 분해될 수 있으며, 발포 성형되어 열차단성이 우수하고 강도, 유연성 역시 우수한 천연물 용기 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 전분을 주원료로 하고; 솔비톨, 폴리비닐알코올, 글리세린, 인산염을 포함하는 전분 물성 개량제; 잔탄검, 카라기난, 알긴산, 카제인, 한천, 아교, 왁스류, 우뭇가사리 추출물을 포함하는 결착제; 탄산칼슘, 활석, 난각 분말을 포함하는 발포 안정제; 기타 강도보완을 위한 목분, 펄프, 콘파이버; 용기성형 후 금형으로부터 탈착을 용이하게 하고 또한 전분류의 내수성을 보완하기 위한 지방산, 동물성 유지, 식물성 유지를 추가로 사용하여 제조한 천연물 용기의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 환경친화 및 웰빙 분위기에 따라 각종 플라스틱 용기류의 사용이 둔화되고 대신 펄프로 제조한 용기류 등 포장재가 사용되고 있는데, 펄프는 나무 등 식물체 유래인 까닭에 그 자체가 비환경적이며 제조 공정중에 심각한 수질오염 등 2 차 오염 발생의 문제가 있다.

기존 플라스틱 용기는 자연계에서 분해되지 않고 반영구적으로 존재하기 때문에 다수의 환경 문제를 야기할 뿐만 아니라, 최근에는 스티렌 다이머, 스티렌 트라이머 등과 같이 내분비계를 교란시키는 환경 호르몬을 방출하는 것으로 밝혀져 사회적으로 큰 문제를 야기하였다. 기존에는 폐 플라스틱을 매립, 소각, 재활용 등의 방법을 통해 처리하고 있으나, 매립시에는 자꾸만 늘어나는 쓰레기로 인하여 매립공간이 부족해지고, 소각의 경우에는 비산 분진 발생과 더불어 다이옥신, 일산화탄소 등의 유해가스를 대량 발생하여 대기오염 및 인체에 심각한 해를 끼치는 원인이 되고 있다. 재활용의 경우에는 최근 이와 관련한 플라스틱 폐기물의 처리 및 그 활용방안 등 논의가 활발하게 진행되고 있으나 플라스틱 폐기물의 분리수거의 어려움과 함께 수거 후에도 혼입된 불순물의 제거에 소요되는 비용 과다로 인한 경제성 측면 등 많은 문제점이 있는 실정이다.

이러한 제반 문제를 해결하기 위한 방법으로 사용시에는 플라스틱 제품과 외관 및 물리적 특성, 기계적 물성이 유사하여 일반 플라스틱처럼 사용할 수 있고 사용 후 폐기시에는 자연계 물질순환 사슬에 포함될 수 있는 환경친화적인 생분해성 플라스틱에 관한 연구 개발이 다양하게 이루어지고 있다.

이와 관련하여, 한국 특허 출원 제1999-37967호에는, 옥수수대, 콩껍질과 같은 식물 종피 등과 같은 식물성 원료를 주성분으로 하여 제조된 생분해성 일회용 용기가 기재되어 있다. 그러나, 상기 용기의 경우, 열전도율, 생산성 등이 열등하다는 단점이 있다. 한국 특허 출원 제1998-32954호에 기재된 전분 사용 용기의 경 우에도, 강도 및 내수성이 열등하며, 용기의 열전도율은 낮으나 제조공정이 복잡한 난점이 있어 상용화가 어려운 실정이다. 한국 특허 출원 제1994-8523에서는 폴리비닐아세테이트에 펄프 분말, 곡물류 분말, 톱밥 분말, 천연솜, 왕겨 분말, 볏짚 분말, 보리짚 분말 등을 가하고, 이에 발포제를 첨가, 혼합하여 압축성형하는 방법이 기재되어 있기는 하지만, 상기 방법에 따라 제조된 용기의 경우 분해성이 열등하고, 열전도성 측면에서 문제점이 있으며, 사용시 발포제가 용출되는 위험성이 있다.

한편, 일본 특허 공개 2001-120413에 기재된 자연분해성 식기의 제조방법은 탈곡한 곡류의 과립 또는 분말로 제조한 식기에 에탄올에 용해시킨 에틸셀룰로오스로 코팅하는 방법으로 경제성 및 작업성 또한 나빠 상용화가 어려운 단점이 있다. 일본 공개 특허 (평)8-188671의 생분해성 플라스틱 성형품의 경우에는 전분과 지방족 폴리에스테르를 혼합한 후 성형한 성형품으로서 제조원가가 높고, 전분과 지방족 폴리에스테르를 용융혼련하는데 유독성 반응제를 사용하여야 하는 단점이 있다.

본 발명자들은 이러한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 천연물을 주원료로 사용하여 기존의 용기 등 성형품의 단점을 보강하여 강도, 외관, 내수성, 발포성, 강도, 유연성, 경제성 등이 우수하며, 생산성 및 가격 경쟁력이 있어 산업상 이용이 용이한 천연물 용기를 개발하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명에 따른 천연물 용기는 밀짚, 볏짚, 옥수수대 등 식물체를 사용한 용 기류에 비해 성형성, 강도 및 접힘성이 우수하고, 제조원가가 저렴하여 실용화가 용이하고, 또한 내수성이 우수하여 수분을 함유한 물질에 사용이 가능하며, 매립시 환경오염을 유발하지 않을 뿐 아니라 소각시에도 환경호르몬인 다이옥신 발생이 없고 고열에 의한 소각로 손상의 우려가 없다. 또한 전분 등 천연물을 주원료로 하기 때문에 퇴비, 동물사료, 비료 등으로 재활용이 가능한 장점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 천연고분자 물질, 강도 보강제, 이형제 및 점착제를 주로 함유하는 천연물 용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 천연물 용기의 제조방법을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적은, 하기의 단계를 포함하는 본 발명의 방법에 의해 달성된다:

(A) 물과 활석, 목재펄프, 갈대펄프, 콘파이버 중 하나 이상을 포함하는 강도 보강제를 믹서로 혼합하는 단계;

(B) 상기 혼합물에 전분; 솔비톨, 글리세린, 폴리비닐알코올, 인산염 중 하나 이상을 포함하는 전분 물성 개량제; 카라기난, 펙틴, 잔탄검, 알긴산, 카제인, 한천, 아교, 왁스, 우뭇가사리 추출물 중 하나 이상을 포함하는 천연호료성분인 결착제; 탄산칼슘, 제오라이트, 난각분말 중 하나 이상을 포함하는 발포안정제; 지방산, 식물성 유지, 동물성 유지 중 하나 이상을 포함하는 이형제를 추가로 첨가하여 계속 혼합하는 단계;

(C) 상기 (B)의 혼합물을 미세기공을 포함하는 금형이 설치된 고온고압의 발 포 성형기에 넣어 150∼250℃에서 50∼100초간 성형하여 금형의 미세기공으로 수분이 배출되면서 수분부위에 발포셀이 형성되도록 하여 발포된 천연물 용기를 제조하는 단계;

(D) 필요에 따라 (C)에서 제조한 용기를 스프레이 또는 라미네이트 코팅 처리하는 단계.

본 발명에 있어서, 전분은 생전분을 변성 등 처리를 하지 않고 생전분을 그대로 사용하는데, 그 사용량은 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 95 중량%, 바람직하게는 40 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 90 중량%일 수 있다.

상기 생전분은 당 업계에서 통상 사용되는 전분, 예를 들어 옥수수, 감자, 타피오카, 고구마, 밀, 쌀 및 곡류 등 각종 식물로부터 추출된 전분이다. 전분은 식물의 종류나 저장 부위에 따라 지상전분과 지하전분으로 구분된다. 각각의 전분은 입자의 형태, 입자의 크기가 모두 다르며 전분입자의 형상, 입경, 외형의 고유한 특성을 가지고 있는데, 품종에 따라 이화학적 특성에 많은 차이가 있기 때문에 적절한 선택후 직접 이용하는 경우, 또는 물성을 변성시킨 후 이용 가치를 높여 사용하는 경우가 많으나, 본 발명에서는 생전분 형태로 그대로 이용하였다.

상기 전분 물성 개량제는 솔비톨, 글리세린, 폴리비닐알코올, 인산염 등을 사용할 수 있는데, 특별히 전분을 전처리하지 않고 제품을 고온고압 조건의 성형과정에서 전분의 물성이 개량되어 강도 증가, 성형 제품의 유연성 부여, 성형제품 표면개선 효과가 날 수 있도록 하였다.

상기 결착제는 잔탄검, 카라기난, 펙틴, 알긴산, 카제인, 한천, 아교, 왁스, 우뭇가사리 추출물을 단독으로, 또는 혼합하여 사용할 수 있는데, 그 사용량은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%일 수 있다.

상기 발포안정제는 통상의 탄산칼슘류, 제오라이트, 난각분말을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있는데, 그의 사용량은 강도보강제 총중량을 기준으로 20 내지 60 중량 %, 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 30 중량%일 수 있다.

상기 강도보강제는 탈크, 목분, 콘파이버, 펄프를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있는데, 강도보강제는 통상 사용되는 것으로 그의 사용량은 천연고분자 물질의 총 중량을 기준으로 할 때 건조 중량으로 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량% 일 수 있다.

상기 이형제는 작업성을 개선함과 동시에 내수성 및 유화성도 부여할 수 있는데, 지방산, 동식물성 유지, 파라핀, 밀납, 미네랄 오일, 왁스를 단독으로, 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 그의 사용량은 조성물의 총중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량 %, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 6 중량%일 수 있다.

발포된 천연물용기의 발포셀은 수분을 함유한 원료를 고압고압의 성형과정에서 금형의 미세기공으로 수분이 수증기화 되어 외부로 배출되고 수분이 배출된 부위에 발포셀이 형성된다. 천연물 용기에 발포셀이 형성되면 용기무게 감소, 유연성 증가, 열전도성이 낮아져서 뜨거운 물건을 포장하는 경우 열차단 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 있어서 코팅용 물질은 생분해성 플라스틱 조성물의 내수성을 증가시킬 수 있는데, 용제에 녹인 코팅물질을 스프레이 코팅 또는 분해성 필름으로 성형물을 라미네이트 코팅할 수 있다. ＜ 실시예 1 ＞

혼합기에 펄프 200g과 물 1850g을 넣고 혼합하고; 시판하는 옥수수전분 2000g, 솔비톨 95g, 폴리비닐알코올 7g, 카라기난 10g, 탄산칼슘 200g, 탈크 500g, 미네랄 오일 5g, 스테아린산아연 5g을 상기 혼합물에 추가한 후 50분간 더욱 혼합하였다; 약간 반죽상태로 된 혼합물 58g을 미세한 기공이 있는 금형을 설치한 열압축 성형기에 넣고; 175℃, 75초 동안 가압 성형하여 물을 이용하여 발포성형된 천연물 용기를 제조하였다.

＜ 실시예 2 ＞

트리폴리인산나트륨 1.5g, 피로인산나트륨 1g을 추가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 물을 이용하여 발포성형된 천연물 용기를 제조하였다.

＜ 실시예 3 ＞

스테아린산아연 대신 스테아린산마그네슘을 사용한 것을 제외하고는 1과 동일한 방법으로 물을 이용하여 발포성형된 천연물 용기를 제조하였다.

＜ 실시예 4 ＞

폴리비닐알코올 20%를 에탄올에 용해시킨 코팅용액을 사용하여 실시예 1에서 제조한 천연물 용기를 스프레이 코팅법으로 코팅 처리하였다.

＜ 실시예 5 ＞

시판하는 코팅제 용액을 구입하여 실시예 1에서 제조한 천연물 용기를 스프레이 코팅법으로 코팅 처리하였다.

＜ 실시예 6 ＞

두께 20㎛ 분해성 고밀도 폴리에틸렌 필름을 이용하여 실시예 1에서 제조한 천연물 용기 표면에 열융착법을 이용하여 라미네이트 코팅 처리하였다.

본 발명에 따른 발포성형된 천연물 용기는 펄프로 제조된 용기에 비해서 강도 및 유연성이 우수하다. 또한 화학약품 발포제를 이용하지 않고 물을 이용하여 발포되어 있기 때문에 식품용기로 사용할 경우 유해 성분이 용출되지 않으며 열차단성이 우수하여 가열 조리되어 뜨거운 음식을 담았을 때 매우 유용한 장점이 있다. 또한 자연계에서 생분해도가 우수하여 매립시 환경오염을 유발하지 않을 뿐 아니라 소각시에도 환경호르몬인 다이옥신의 발생이 없을 뿐만 아니라 고열에 의한 소각로 손상의 우려가 없다. 또한 천연물 유래 원료, 식품첨가물을 주원료로 하기 때문에 퇴비, 동물사료, 비료 등으로 재활용이 가능한 장점이 있다.

Claims (1)

1. 혼합기에 고형분 함량 기준으로 펄프 5 내지 20 중량％와 총 중량 기준으로 물 35 내지 50 중량％를 넣고 혼합하는 제1단계;

   상기 혼합물에 고형분 함량 기준으로 옥수수전분 35 내지 50 중량％, 솔비톨 2 내지 5 중량％, 폴리비닐알코올 0.1 내지 2 중량％, 카라기난 0.1 내지 2 중량 ％, 탄산칼슘 5 내지 30 중량％, 탈크 5 내지 30 중량％, 미네랄 오일 0.1 내지 3 중량％, 스테아린산아연 1 내지 5 중량％, 트리폴리인산나트륨 0.01 내지 0.5 중량％, 피로인산나트륨을 0.01 내지 0.4 중량％를 상기 혼합물에 추가한 후 20 내지 50분간 더욱 혼합하는 제3단계;

   약간 반죽상태로 된 혼합물을 미세한 공기구멍이 있는 금형을 설치한 열압축 성형기에 넣고; 160 내지 200℃, 60 내지 120초 동안 가압 성형하여 물을 이용하여 발포성형된 천연물 용기를 제조하는 제조방법