KR101110638B1 - 발포성 전분 비드 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전분-모노머 공중합체 및 발포제를 포함하는 발포성 전분 비드 및 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 전분 비드를 성형하여 얻어진 발포체를 제공한다. 또한, 본 발명은 제조된 발포성 전분 비드로 비드 발포 설비를 이용하여 발포체를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 발포성 전분 비드는 전분-모노머 공중합체에 발포제를 함유시켜 제조하여 발포성 폴리스티렌 비드와 유사하므로 기존의 발포성 폴리스티렌 비드 발포 설비를 이용하여 특정 형태를 갖춘 발포체를 제조할 수 있다. 본 발명으로 제조한 발포체은 폐기할 때 토양중의 미생물에 의해 분해되는 환경 친화적인 장점이 있다. 또한, 스티로폼과 같이 다양한 형태가 가능하여 소형 포장은 물론 중형 및 대형 포장에도 사용이 가능하게 하는 효과가 있다.

Description

발포성 전분 비드 및 그의 제조방법{EXPANDABLE STARCH BEAD AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 전분과 모노머를 공중합한 전분-모노머 공중합체를 제조하고, 이 공중합체에 발포제를 함유시킨 전분-모노머 공중합체 발포성 전분 비드 및 그의 제조방법에 관한 것이고, 이로부터 성형된 발포체에 관한 것이다.
발포성 폴리스티렌 비드를 발포하여 제조한 스티로폼은 일회용품으로 많이 사용되나, 이를 사용한 후 자연환경에 버려질 경우 분해가 되지 않고 반영구적으로 남아 환경오염의 주원인으로 부각되고 있다. 그래서 스티로폼을 대체하는 생분해성 소재에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 스티로폼을 완전히 대체하는 소재가 개발되지 않고 있다. 그리고, 전분을 압출기를 사용하여 수발포한 땅콩 형태의 전분계 완충재가 개발되어 판매되고 있으나(미국 특허 제4,863,655호), 스티로폼 대체에는 용도에서 한계가 있다. 또한, 폴리부틸렌숙시네이트, 폴리락틱산 등의 생분해성 수지를 사용하여 발포성 비드 또는 발포체를 제조하는 연구는 꾸준히 진행되고 있고, 개발 사례도 보고되고 있으나, 발포성 폴리스티렌에 비해 고가이고, 스티로폼에 비해 기계적 물성이 좋지 않아 사용하는 데는 한계가 있다. 또, 전분을 압출기를 사용하여 발포한 후 발포된 압출물을 압축, 접합, 절단등 복잡한 가공 과정을 거쳐 형태를 갖춘 발포체를 제조하는 사례도 있으나, 발포성 폴리스티렌 비드 설비를 이용하지 못하고, 다단계의 공정으로 경제성이나 용도에는 한계가 있다. 그리고, 전분 혼합물을 압출기를 이용하여 비드로 만들고, 비드에 포함된 물과 휘발성 유기화합물에 의해 발포하여 특정 형태를 갖춘 발포체를 제조하는 사례도 있으나(미국특허 출원 제11/184614호), 발포성 폴리스티렌 비드 발포 설비를 이용하지 못하고, 별도의 발포설비가 요구되어 사용하기에는 한계가 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 환경 친화적인 전분을 주원료로 하고, 발포성 폴리스티렌 비드와 같이 다양한 형태의 금형 내에서 특정 형태를 갖춘 발포체을 제조할 수 있는 발포성 전분 비드 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전분-모노머 공중합체 및 발포제를 포함하는 발포성 전분 비드를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전분 비드를 성형하여 얻어진 발포체를 제공한다.
또한, 본 발명은 전분-모노머 공중합체를 제조하는 단계 및 상기 제조된 전분-모노머 공중합체에 발포제를 함유시키는 단계를 포함하는 발포성 전분 비드 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 전분-모노머 공중합체를 제조하는 단계; 상기 제조된 전분-모노머 공중합체와 수지를 혼합하여 미립펠렛을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 미립펠렛에 발포제를 함유시키는 단계를 포함하는 발포성 전분 비드 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 제조된 발포성 전분 비드로 비드 발포 설비를 이용하여 발포체를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 발포성 전분 비드는 전분-모노머 공중합체에 발포제를 함유시켜 제조하여 발포성 폴리스티렌 비드와 유사하므로 기존의 발포성 폴리스티렌 비드 발포 설비를 이용하여 특정 형태를 갖춘 발포체를 제조할 수 있다. 본 발명으로 제조한 발포체은 폐기할 때 토양중의 미생물에 의해 분해되는 환경 친화적인 장점이 있다. 또한, 스티로폼과 같이 다양한 형태가 가능하여 소형 포장은 물론 중형 및 대형 포장에도 사용이 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 전분-스티렌 공중합체를 나타낸 것이다.
도 2는 압출기로 제조한 미립펠렛을 나타낸 것이다.
도 3은 발포제를 함유한 미립펠렛을 나타낸 것이다.
도 4는 발포제를 함유한 전분-스티렌 공중합체 비드를 발포시킨 발포체를 나타낸 것이다.
도 5는 발포성 폴리스티렌 비드로 발포시킨 발포체인 스티로폼을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예는 전분-모노머 공중합체 및 발포제를 포함하는 발포성 전분 비드를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발포성 전분 비드는 전분-모노머 공중합체 90~99 중량부 및 발포제 1~10 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전분-모노머 공중합체는 전분 10~90 중량부 및 모노머 10~90 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전분-모노머 공중합체는 상기 전분 및 상기 모노머의 중량 합 100 중량부에 대하여 개시제 0.1~10 중량부 및 분산제 0.1~10 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 전분-모노머 공중합체를 제조하는 단계 및 상기 제조된 전분-모노머 공중합체에 발포제를 함유시키는 단계를 포함하는 발포성 전분 비드 제조방법을 제공한다.
본 발명의 상기 공중합체를 제조하는 단계에서 전분-모노머 공중합체는 반응기에 전분 10~90 중량부 및 모노머 10~90 중량부를 첨가하고, 상기 전분 및 상기 모노머의 중량 합 100 중량부에 대하여 개시제 0.1~10 중량부; 분산제 0.1~10 중량부; 및 물 100~2000 중량부를 첨가하여 30~150℃, 바람직하게는 50~120℃의 온도에서 1~10시간 동안, 바람직하게는 3~8시간 동안 중합하여 제조한다. 30℃ 미만이면 중합반응이 일어나지 않고, 150℃ 초과이면 생성된 공중합체가 서로 뭉쳐져서 덩어리가 된다. 또한, 1시간 미만이면 중합반응이 거의 일어나지 않으며, 10 시간 초과이면 생성된 공중합체의 양에서 변화가 없다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발포제를 함유시키는 단계는 상기 전분-모노머 공중합체를 제조한 반응기에 전분-모노머 공중합체 : 발포제의 중량비가 90~99: 1~10가 되도록 발포제를 첨가하여 30~150℃, 바람직하게는 50~12O℃ 에서 1~10시간 동안, 바람직하게는 3~8시간 반응시켜서, 전분-모노머 공중합체에 발포제를 함유시킬 수 있다. 발포제 함유 온도가 30 ℃미만이면 발포제가 거의 함유되지 않으며, 150℃ 초과이면 생성된 발포제를 함유한 공중합체가 서로 뭉쳐져서 덩어리가 된다. 또한, 발포제 함유 시간이 1시간 미만이면 발포제가 거의 함유 되지 않으며, 10 시간 초과이면 함유된 발포제 양에서 변화가 없다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발포성 전분 비드는 전분-모노머 공중합체에 발포제를 함유한 것이므로, 발포성 비드는 입자형태의 전분-모노머 공중합체 크기에 의존한다. 전분-모노머 공중합체는 예를 들어, 0.1 ~ 5.0 mm 의 직경, 바람직하게는 0.3~3.0 mm직경을 가질 수 있고, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발포성 전분 비드는 수지를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발포성 전분 비드는 전분-모노머 공중합체 10~90 중량부 및 수지 10~90 중량부로 이루어진 미립펠렛을 포함하고, 상기 미립펠렛 100 중량부에 대하여 발포제 1~10 중량부 및 분산제 0.1~10 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 미립펠렛은 0.5 ~ 5.0 mm의 직경, 바람직하게는 1.0 ~ 3.0 mm 의 직경을 가진다. 상기 미립펠렛의 직경이 0.5 mm 미만이면 펠렛화하기 어렵고, 5.0mm 초과이면 발포제를 함유할 때 서로 뭉쳐져서 덩어리가 된다. 또한, 상기 발포성 전분 비드의 직경은 미립펠렛의 크기에 의존한다.
본 발명의 일 실시예는 전분-모노머 공중합체를 제조하는 단계; 상기 제조된 전분-모노머 공중합체와 수지를 혼합하여 미립펠렛을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 미립펠렛에 발포제를 함유시키는 단계를 포함하는 발포성 전분 비드 제조방법을 제공한다.
본 발명의 상기 공중합체를 제조하는 단계에서 전분-모노머 공중합체는 반응기에 전분 10~90 중량부 및 모노머 10~90중량부를 첨가하고, 상기 전분 및 상기 모노머의 중량 합 100 중량부에 대하여 개시제 0.1~10 중량부; 분산제 0.1~10 중량부; 및 물 100~2000 중량부를 첨가하여 30~150℃, 바람직하게는 50~120℃의 온도에서 1~10시간 동안, 바람직하게는 3~8시간 동안 중합하여 제조할 수 있다. 30℃ 미만이면 중합반응이 일어나지 않고, 150℃ 초과이면 생성된 공중합체가 서로 뭉쳐져서 덩어리가 된다. 또한 1시간 미만이면 중합반응이 거의 일어나지 않으며, 10시간 초과이면 생성된 공중합체의 양에서 변화가 없다.
본 발명의 상기 미립펠렛을 제조하는 단계에서 미립펠렛은 전분-모노머 공중합체 10~90 중량부 및 수지 10~90 중량부를 혼합하여 압출기로 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발포제를 함유시키는 단계는 반응기에 미립펠렛 100 중량부, 발포제 1~10 중량부, 분산제 0.1~10 중량 및 물 100~2000 중량부를 첨가하여 30~150℃, 바람직하게는 50~12O℃ 에서 1~10시간 동안, 바람직하게는 3~8시간 반응시켜서, 미립펠렛에 발포제를 함유시킬 수 있다. 발포제 함유 온도가 30 ℃미만이면 발포제가 거의 함유되지 않으며, 150 ℃ 초과이면 생성된 발포제를 함유한 공중합체가 서로 뭉쳐져서 덩어리가 된다. 또한, 발포제 함유 시간이 1시간 미만이면 발포제가 거의 함유 되지 않으며, 10 시간 초과이면 함유된 발포제 양에서 변화가 없다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전분은 옥수수전분, 찰옥수수전분, 타피오카전분, 감자전분, 고구마전분, 밀전분, 쌀전분 및 이들의 변성전분으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 변성 전분은 산화전분, 산처리전분, 에스테르전분, 에테르전분, 인산가교전분 및 아세틸아디핀산전분으로 이루어진 군에서 선택될 수 일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 모노머는 스티렌, 알파메틸스티렌, 락타이드, 락틱산, 아크릴산, 메타아크릴산, 메타크릴산 메틸, 아크릴로니트릴, 아크릴아미드, 카프로락톤 및 아크릴산 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 아크릴산 에스테르는 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸 또는 아크릴산 부틸이 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 개시제는 과황산칼륨, 과황산암모늄, 과산화벤조일, 세릭암모늄나이트레이트, 아조비스이소부티로니트릴 및 주석 옥토에이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발포제는 C2~C7의 지방족 탄화수소, 알코올, 케톤, 에테르, 할로겐화탄화수소, 및 이산화탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 지방족 탄화수소는 부탄, 프로판 또는 펜탄이 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 상기 알코올은 에탄올 또는 이소프로필알코올이 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 분산제는 유기분산제 또는 무기분산제를 사용할 수 있고, 예를 들어 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 트리칼슘포스페이트, 탄산칼슘, 탈크, 벤토나이트 및 마그네슘실리케이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 수지는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리락틱산, 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌숙시네이트, 폴리부틸렌숙시네이트아디페이트 및 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예는 상기 발포성 전분 비드를 성형하여 얻어진 발포체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 상기 방법으로 제조된 발포성 전분 비드로 비드 발포 설비를 이용하여 발포체를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 발포체란, 발포성 전분 비드를 발포 공정을 통해 만든 물품을 말하며, 예를 들어, 필름, 시트, 스티로폼과 같은 사출품, 다양한 형상의 삼차원 입체 포장재 등을 말하며, 이에 한정되지 않고, 발포성 물품이면 무방하다.
상기 비드 발포 설비는 발포 공정이 가능한 것이면 모두 포함되고, 기존의 발포성 폴리스티렌 비드 발포 설비도 포함된다.
이하, 하기의 실시예, 비교예 및 시험예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기의 실시예, 비교예 및 시험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 범위가 이에 한정되지 않는다.
< 실시예 1>
옥수수전분 6kg, 스티렌6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 60℃에서 6시간 반응하였다. 펜탄 1kg을 주입하고, 온도 100℃에서 6시간 반응하여 펜탄을 함유시켰다. 이렇게 제조한 펜탄을 함유한 공중합체를 여과한 후 건조하였다. 이 발포성 비드를 자체 제작한 발포성 폴리스티렌 비드 발포설비로 발포시켜 발포체를 제조하였다.
< 실시예 2>
옥수수전분 6kg, 스티렌6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 60℃에서 6시간 반응하였다. 물로 수세하면서 여과하고, 100℃에서 열풍건조기로 건조하여 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다. 전분-스티렌 공중합체 6kg, 폴리스티렌 6kg을 혼합한 후 압출기를 이용하여 미립펠렛을 제조하였다. 제조한 미립펠렛 10kg, 폴리비닐알콜 0.06kg, 물 30kg, 펜탄 1kg을 넣고, 온도 100℃에서 8시간 반응하고, 여과한 후 30℃에서 건조하여 미립펠렛으로 제조한 펜탄을 함유한 발포성 비드를 제조하였다. 이 발포성 비드를 자체 제작한 발포성 폴리스티렌 비드 발포설비로 발포시켜 발포체를 제조하였다.
< 실시예 3>
옥수수전분 6kg, 스티렌 6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 80℃에서 6시간 반응하였다. 에탄올에 침전시켜 여과하고, 100℃에서 열풍건조기로 건조하여 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다.
< 실시예 4>
옥수수전분 6kg, 스티렌 6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 100℃에서 6시간 반응하였다. 에탄올에 침전시켜 여과하고, 100℃에서 열풍건조기로 건조하여 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다.
< 실시예 5>
옥수수전분 6kg, 스티렌 5.5kg, 아크릴산 0.5kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 60℃에서 6시간 반응하였다. 펜탄 1kg 을 주입하고, 온도 100℃에서 6시간 반응하여 펜탄을 함유시켰다. 이렇게 제조한 펜탄을 함유한 공중합체 비드를 여과한 후 건조하였다. 이 발포성 비드를 자체 제작한 발포성 폴리스티렌 비드 발포설비로 발포시켜 발포체를 제조하였다.
< 실시예 6>
옥수수전분 6kg, 스티렌 5.5kg, 아크릴산 0.5kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 60℃에서 6시간 반응하였다. 물로 수세하면서 여과하고, 100℃에서 열풍건조기로 건조하여 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다. 전분-스티렌 공중합체 6kg, 폴리스티렌 6kg을 혼합한 후 압출기를 이용하여 미립펠렛을 제조하였다. 제조한 미립펠렛 10kg, 메틸셀룰로오스 0.06kg, 물 30kg, 펜탄 1kg을 넣고, 온도 100℃에서 8시간 반응하고, 여과한 후 30℃에서 건조하여 미립펠렛으로 제조한 펜탄을 함유한 발포성 비드를 제조하였다. 이 발포성 비드를 자체 제작한 발포성 폴리스티렌 비드 발포설비로 발포시켜 발포체를 제조하였다.
< 실시예 7-1>
실시예 1과 동일조건에서 과황산칼륨을 0.12kg사용하였다.
< 실시예 7-2>
실시예 2와 동일조건에서 과황산칼륨을 0.12kg사용하였다.
< 실시예 8-1>
실시예 1과 동일조건에서 과황산칼륨 대신 과황산암모늄을 사용하였다.
< 실시예 8-2>
실시예 2와 동일조건에서 과황산칼륨 대신 과황산암모늄을 사용하였다.
< 실시예 9-1>
실시예 1과 동일조건에서 옥수수전분 9kg, 스티렌 3kg을 사용하였다.
< 실시예 9-2> 　
실시예 2와 동일조건에서 옥수수전분 9kg, 스티렌 3kg을 사용하였다.
< 실시예 10-1>
실시예 1과 동일조건에서 옥수수전분 3kg, 스티렌 9kg을 사용하였다.
< 실시예 10-2>
실시예 2와 동일조건에서 옥수수전분 3kg, 스티렌 9kg을 사용하였다.
< 실시예 11>
스티렌 6kg, 과산화벤조일 0.06k을 넣고 60℃에 2시간 반응시킨 후 옥수수전분 6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 60℃에서 4시간 반응하였다. 물로 수세하면서 여과하고, 100℃에서 열풍건조기로 건조하여 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다.
< 실시예 12-1>
실시예 1과 동일조건에서 스티렌 대신 락틱산, 과황산칼륨 대신 주석 옥토에이트를 사용하였다.
<실 시예 12-2>
실시예 2와 동일조건에서 스티렌 대신 락틱산, 과황산칼륨 대신 주석 옥토에이트를 사용하였다.
< 실시예 13-1>
실시예 1과 동일조건에서 옥수수전분 대신 타피오카 전분을 사용하였다.
< 실시예 13-2>
실시예 2와 동일조건에서 옥수수전분 대신 타피오카 전분을 사용하였다.
< 비교예 1>
옥수수전분 6 kg, 스티렌 6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg를 반응기에 넣고, 온도 60℃에서 6시간 반응하였다. 물로 수세하면서 여과하고, 100℃에서 열풍건조기로 건조하여 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다.
< 비교예 2>
옥수수전분 6kg, 스티렌 6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg를, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 30℃에서 6시간 반응하였다. 물로 수세하면서 여과하고, 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다.
< 비교예 3>
옥수수전분 6kg, 스티렌6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 150℃에서 6시간 반응하였다. 메탄올에 침전시킨 후 물로 수세하면서 여과하고, 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다
< 비교예 4>
옥수수전분 6kg, 스티렌 6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 60℃에서 50분 반응하였다. 물로 수세하면서 여과하고, 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다.
< 비교예 5>
옥수수전분 6kg, 스티렌 6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 60℃에서 10시간 반응하였다. 물로 수세하면서 여과하고, 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다.
< 비교예 6>
옥수수전분 6kg, 스티렌 6kg, 물 30kg, 과황산칼륨 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.06kg을 반응기에 넣고, 온도 60℃에서 11시간 반응하였다. 물로 수세하면서 여과하고, 전분-스티렌 공중합체를 제조하였다.
< 비교예 7>
스티렌 12kg, 물 30kg, 과산화벤조일 0.06kg, 트리칼슘포스페이트 0.12kg을 반응기에 넣고, 온도 80℃에서 6시간 반응하였다. 펜탄 1kg을 주입하고, 온도 100℃에서 6시간 반응하여 펜탄을 함유시켰다. 이렇게 제조한 펜탄을 함유한 발포성 폴리스티렌 비드를 여과한 후 건조하였다. 이 발포성 비드를 자체 제작한 발포성 폴리스티렌 비드 발포설비로 발포시켜 발포체를 제조하였다.
< 시험예 1> 공중합율 분석
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 전분-모노머 공중합체를 톨루엔으로 100℃, 24시간 속실렛장치로 추출하여, 공중합되지 않은 폴리스티렌을 제거한 후 아래 식에 의해 공중합율을 분석하였다.
Figure 112010045700214-pat00001
분석 결과, 분산제를 사용하지 않았을 때 공중합율이 낮았다(비교예 1). 반응온도를 30℃로 하였을 때 중합반응이 일어나지 않아 공중합체가 생성되지 않았고(비교예 2), 150℃로 하였을 때 서로 뭉쳐져서 덩어리가 되었다(비교예 3). 반응시간을 1시간 미만으로 하였을 때 공중합체가 생성되지 않았고(비교예 4), 10시간과 11시간 반응한 경우는 공중합율의 차이가 없었다(비교예 5, 6). 공중합율의 데이터를 하기 표 1에 나타내었다.
G(공중합율)%
실시예 2 25
실시예 3 15
실시예 4 13
실시예 6 28
실시예 7-2 26
실시예 8-2 20
실시예 9-2 15
실시예 10-2 12
실시예 11 16
실시예 12-2 15
실시예 13-2 24
비교예 1 2
비교예 2 0
비교예 3 -
비교예 4 0
비교예 5 30
비교예 6 30
< 시험예 2> 발포제 함량 분석
발포제를 함유한 전분-모노머 공중합체 비드의 발포제 함량은 기체크로마토그래피로 측정하여 표 2에 나타내었다.
발포제 함량(%)
실시예 1 3.9
실시예 2 3.0
실시예 5 4.5
실시예 6 3.6
실시예 7-1 3.6
실시예 8-1 3.2
실시예 12-1 3.4
실시예 13-1 3.8
실시예 13-2 3.1
비교예 7 4.8
비교예 7은 종래의 발포성 폴리스티렌 비드를 비드 발포설비로 발포시켜 제조한 발포체이다. 본 발명의 전분-모노머 공중합체 비드에 의한 발포체는 발포제 함량에 있어서 비교예 7과 비슷한 효과를 나타내었다.
< 시험예 3> 겉보기 밀도 측정
발포체의 겉보기 밀도는 일정한 크기의 폼의 부피와 무게를 측정하여 아래 식에 의해 측정하여서 표 3에 나타내었다.
Figure 112010045700214-pat00002
시험예 4. 압축강도 측정
폼의 압축강도는 일정한 크기의 폼을 아래 식에 의해 인스트론을 사용하여 10%변형일 때의 압축강도를 측정하여 표 3에 나타내었다.
Figure 112010045700214-pat00003
겉보기밀도(kg/m3) 압축강도(kg/cm2)
실시예 1 17 0.9
실시예 2 22 1.2
실시예 5 15 0.8
실시예 6 24 1.3
실시예 7-1 18 0.9
실시예 8-1 20 1.0
실시예 12-1 18 0.9
실시예 13-1 17 0.8
실시예 13-2 21 1.2
비교예 7 17 1.1
본 발명의 전분-모노머 공중합체 비드에 의한 발포체는 겉보기 밀도 및 압축 강도에 있어서 비교예 7과 비슷한 효과를 나타내었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (22)

  1. 전분-모노머 공중합체 및 상기 전분-모노머 공중합체에 함유된 발포제를 포함하는 발포성 전분 비드로서,
    상기 전분-모노머 공중합체는 전분에 스티렌, 알파메틸스티렌, 락타이드, 락틱산, 아크릴산, 메타아크릴산, 메타크릴산 메틸, 아크릴로니트릴, 아크릴아미드, 카프로락톤 및 아크릴산 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 모노머가 결합된 것이고,
    상기 전분-모노머 공중합체 내에서 모노머의 함량은 전분-모노머 공중합체 전체 중량을 기준으로 12~90 중량%이며,
    상기 발포제는 C2~C7의 지방족 탄화수소, 알코올, 케톤, 에테르, 할로겐화탄화수소, 및 이산화탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발포성 전분 비드는 전분-모노머 공중합체 90~99 중량부 및 발포제 1~10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  3. 전분-모노머 공중합체 및 수지의 혼합물을 압출하여 형성한 미립펠렛 및 상기 미립펠렛에 함유된 발포제를 포함하는 발포성 전분 비드로서,
    상기 전분-모노머 공중합체는 전분에 스티렌, 알파메틸스티렌, 락타이드, 락틱산, 아크릴산, 메타아크릴산, 메타크릴산 메틸, 아크릴로니트릴, 아크릴아미드, 카프로락톤 및 아크릴산 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 모노머가 결합된 것이고,
    상기 전분-모노머 공중합체 내에서 모노머의 함량은 전분-모노머 공중합체 전체 중량을 기준으로 12~90 중량%이며,
    상기 수지는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리락틱산, 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌숙시네이트, 폴리부틸렌숙시네이트아디페이트 및 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고,
    상기 발포제는 C2~C7의 지방족 탄화수소, 알코올, 케톤, 에테르, 할로겐화탄화수소, 및 이산화탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미립펠렛은 전분-모노머 공중합체 10~90 중량부 및 수지 10~90 중량부를 포함하고,
    상기 발포성 전분 비드는 미립펠렛 100 중량부에 대하여 발포제 1~10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전분-모노머 공중합체는 상기 전분 및 모노머의 중량 합 100 중량부에 대하여 개시제 0.1~10 중량부 및 분산제 0.1~10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 미립펠렛은 0.5~5.0mm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전분은 옥수수전분, 찰옥수수전분, 타피오카전분, 감자전분, 고구마전분, 밀전분, 쌀전분 및 이들의 변성전분으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변성 전분은 산화전분, 산처리전분, 에스테르전분, 에테르전분, 인산가교전분 및 아세틸아디핀산전분으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 발포성 전분 비드는 미립펠렛 100 중량부에 대하여 분산제 0.1~10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 개시제는 과황산칼륨, 과황산암모늄, 과산화벤조일, 세릭암모늄나이트레이트, 아조비스이소부티로니트릴 및 주석 옥토에이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 분산제는 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 트리칼슘포스페이트, 탄산칼슘, 탈크, 벤토나이트 및 마그네슘실리케이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 분산제는 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 트리칼슘포스페이트, 탄산칼슘, 탈크, 벤토나이트 및 마그네슘실리케이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 전분은 옥수수전분, 찰옥수수전분, 타피오카전분, 감자전분, 고구마전분, 밀전분, 쌀전분 및 이들의 변성전분으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드.
  15. 상기 제1항 내지 제4항 또는 제6항 내지 제14항 중 어느 한 항의 발포성 전분 비드를 성형하여 얻어진 발포체.
  16. 전분-모노머 공중합체를 제조하는 단계; 및
    상기 제조된 전분-모노머 공중합체에 발포제를 함유시키는 단계;를 포함하고,
    상기 전분-모노머 공중합체는 전분에 스티렌, 알파메틸스티렌, 락타이드, 락틱산, 아크릴산, 메타아크릴산, 메타크릴산 메틸, 아크릴로니트릴, 아크릴아미드, 카프로락톤 및 아크릴산 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 모노머가 결합된 것이고,
    상기 전분-모노머 공중합체 내에서 모노머의 함량은 전분-모노머 공중합체 전체 중량을 기준으로 12~90 중량%이며,
    상기 발포제는 C2~C7의 지방족 탄화수소, 알코올, 케톤, 에테르, 할로겐화탄화수소, 및 이산화탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 발포제를 함유시키는 단계는 상기 전분-모노머 공중합체를 제조한 반응기에 전분-모노머 공중합체 : 발포제의 중량비가 90:10 내지 99:1이 되도록 발포제를 첨가하고 30~150℃에서 1~10시간 동안 반응시켜서 전분-모노머 공중합체에 발포제를 함유시키는 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드 제조방법.
  18. 전분-모노머 공중합체를 제조하는 단계;
    상기 제조된 전분-모노머 공중합체와 수지를 혼합하고 압출하여 미립펠렛을 제조하는 단계; 및
    상기 제조된 미립펠렛에 발포제를 함유시키는 단계;를 포함하고,
    상기 전분-모노머 공중합체는 전분에 스티렌, 알파메틸스티렌, 락타이드, 락틱산, 아크릴산, 메타아크릴산, 메타크릴산 메틸, 아크릴로니트릴, 아크릴아미드, 카프로락톤 및 아크릴산 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 모노머가 결합된 것이고,
    상기 전분-모노머 공중합체 내에서 모노머의 함량은 전분-모노머 공중합체 전체 중량을 기준으로 12~90 중량%이며,
    상기 수지는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리락틱산, 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌숙시네이트, 폴리부틸렌숙시네이트아디페이트 및 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고,
    상기 발포제는 C2~C7의 지방족 탄화수소, 알코올, 케톤, 에테르, 할로겐화탄화수소, 및 이산화탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드 제조방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전분-모노머 공중합체를 제조하는 단계는 반응기에 전분 및 모노머의 중량 합 100 중량부에 대하여 개시제 0.1~10 중량부, 분산제 0.1~10 중량부 및 물 100~2000 중량부를 첨가한 후, 30℃ 초과 및 150℃ 미만의 온도에서 1~10시간 동안 중합반응시키는 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드 제조방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 미립펠렛을 제조하는 단계의 전분-모노머 공중합체 대 수지의 중량비는 10:90 내지 90:10인 것을 특징으로 하는 발포성 전분 비드 제조방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 미립펠렛에 발포제를 함유시키는 단계는 반응기에 상기 제조된 미립펠렛 100 중량부 당 발포제 1~10 중량부, 분산제 0.1~10 중량 및 물 100~2000 중량부를 첨가하고, 30~150℃의 온도에서 1~10시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 발포성 전분 비드 제조방법
  22. 상기 제16항 또는 제18항의 방법으로 제조된 발포성 전분 비드를 발포 설비로 발포시켜 성형하는 것을 특징으로 하는 발포체를 제조하는 방법.
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