KR101176604B1 - 생분해성 ｗｐｃ를 이용한 생분해성 이중필름 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생분해성 WPC를 이용한 생분해성 이중필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 생분해성 WPC(WOOD POLYMER COMPOSITION) 50-60중량%와 생분해성 제1수지혼합물 40-50중량%로 이루어진 외면필름과; 생분해성 제2수지혼합물로 이루어진 내면필름이 압출 브로잉 방식으로 합지되어 이루어지는 생분해성 이중필름에 있어서; 상기 외면필름을 구성하는 생분해성 WPC는, 소이왁스로 전처리된 목분 50-70중량%, 탄산칼슘 3-10%, 항균제 0.5-1%, 산화방지제 0.05-0.2%, 분산제 0.2-0.5%, 열안정제 0.05-0.2% 및 나머지 생분해성 수지로 이루어지되, 상기 생분해성 수지는 폴리락트산(PLA):50-75중량%와, AP(Aliphatic polyester)계 생분해수지:20-35중량, PU(폴리우레탄)계 생분해수지 5~15중량%가 혼합된 혼합물이며, 상기 제1수지혼합물은 상기 생분해성 수지와 동일하고; 상기 내면필름을 구성하는 생분해성 제2수지혼합물은, 탄산칼슘 5-10중량%, 탄산수소나트륨 3-5중량%, 탈크 3-5중량%, 항균제 0.1-1중량%, 분산제 0.2-0.5중량%, 산화방지제 0.05-0.2중량%, 열안정제 0.05-0.2중량% 및 나머지 생분해성 수지로 이루어지되, 상기 생분해성 수지는 상기 외면필름을 구성할 때 사용된 생분해성 수지와 동일한 것을 특징으로 하는 생분해성 WPC를 이용한 생분해성 이중필름을 제공한다.
본 발명에 따르면, 외관의 상태가 종래의 비닐의 외면과는 전혀 새로운 느낌을 주며 생분해되는 친환경소재와 목분을 이용하여 제조한 필름으로 인간과 자연에 무해한 친환경 소재의 특징을 지닌 필름이며 또한 종이와 같은 천연질감을 지니므로 다양한 고급제품의 기초 소재로 활용도가 높고, 또한 기능적으로 수납물에 함유된 수분은 방출시키면서 산소유입을 차단하여 부패를 방지하고, 악취 발생을 억제하며, 중량 저감, 토양에서의 신속한 자연분해, 우수한 가공성, 장시간 사용시에도 산화가 억제되어 물성을 저하를 지연시켜 주므로 지구 환경을 보호하고 친환경 산업 발전과 기업의 부가가치 창출에 기여하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

생분해성 ＷＰＣ를 이용한 생분해성 이중필름 및 그 제조방법{BIODEGRADABLE DOUBLE FILM USING WOOD POLYMER COMPOSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING THAT}

본 발명은 생분해성 WPC(WOOD POLYMER COMPOSITION)를 이용한 생분해성 이중필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목분을 이용하여 표면에 미세 요철을 생성하여 종이 느낌이 나는 천연 질감의 발현으로 분해가 되지 않는 코팅 종이를 친환경적으로 대체하는 효과를 갖으며, 까다로운 생분해 수지와 조성물간의의 가공조건 해결을 통하여 물성 저하를 지연시키고, 항균성을 강화시키면서 저렴하게 제조할 수 있고, 무엇보다도 매립 후 분해능이 우수하여 환경문제를 일으키지 않도록 개선된 생분해성 WPC를 이용한 생분해성 이중필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반 생활용 및 산업용 등에 주로 사용되고 있는 범용 비닐제품은 밀도가 높아(0.915~0.960 g/㎤) 수분 배출 및 통기가 어려워 수납물의 부패를 촉진하고, 소각시에는 다이옥신을 비롯한 각종 환경유해 물질들이 생기며, 매립 폐기 시에도 잘 썩지 않을 뿐만 아니라 2차적인 환경오염을 야기하기도 한다.

특히, 이들 비닐봉투는 주로 HDPE(고밀도 폴리에틸렌), LDPE(저밀도 폴리에틸렌) 등의 석유화학 제품으로서 자연 상태에서 분해되는 기간이 무려 200년 이상 걸리고, 통기성이 거의 없어 수납된 수납물이 쉽게 변질되어 악취를 유발하는 단점이 있다.

한편, 음식물쓰레기 및 생활쓰레기 감량을 위한 노력의 일환으로 진행되고 있는 쓰레기 분리수거 및 쓰레기 종량제의 여파로 생활쓰레기 처리용 비닐봉투의 사용은 꾸준히 늘어가고 있다.

때문에, 쓰레기봉투, 즉 비닐봉투는 적절한 통기성과 우수한 분해능을 갖출 필요성이 요구되었고, 이에 부응하기 위한 다양한 비닐봉투가 개시되고 있다.

일 예로, 옥수수, 밀, 감자 등의 전분을 이용한 생붕괴 및 광분해성 비닐봉투가 개시된 바 있는데, 범용 석유화학 레진을 다량(70wt% 이상) 혼합사용 하였으며, 전분을 단독 또는 다량 사용할 경우, 이는 150~200℃를 상회하는 가공온도를 포함하는 제조공정상 쉽게 열분해 되는 어려움이 있고, 제조된 후에도 물성이 떨어져 쉽게 찢어지고 오래 사용할 수 없는 한계가 있었다.

다른 예로, 등록특허 제0531757호, 공개특허 제2002-0090679호, 공개특허 제2006-0128870호 등에 개시된 바와 같이, 생분해성 고분자를 이용한 필름 제조 및 그 필름을 통해 제조된 비닐봉투의 예가 있다.

이들 개시 기술들은 PLA(Poly lactic acid), PBAT(Poly butylene adipate-co-terephthalate), PBS(Polybutylene succinate) 등의 생분해성 성분에 무기물 첨가제를 혼합하여 생분해성 필름을 제조하도록 한 것으로, 적절한 통기성을 가지면서 매립시 분해성이 좋아 단기간에 분해될 수 있어 2차 환경오염을 유발하지 않는 장점을 가진다.

특히, 등록특허 제0531757호에는 본 발명과 밀접한 관련이 있는 PLA, 지방족 폴리에스테르, 무기물 첨가제를 접목시켜 당해 분야의 기술 수준을 한 단계 더 업그레이드시킨 것으로 확인되었다.

그럼에도 불구하고, 상기 등록특허 제0531757호를 포함한 생분해성 필름과 관련된 선행 기술들은 생분해성 수지간 용해 온도 차이, 생분해성 수지와 첨가물간의 온도 차이 등에 따른 분산성이 나빠 물성이 안정되지 않고, 두께, 표면 상태 등의 불균일로 인한 불량이 발생되며, 압출 브로잉시 수지 및 무기물간의 물성차이 및 온도 반응차이 등으로 줄 생김, 층 분리, 구김, 접힘 등의 제조상 문제를 야기시켜 생산성이 떨어지고 수율이 저하되며, 품질이 안정되지 못하고, 종래 비닐봉투 보다는 우수한 생분해성을 갖지만 상온 하에서도 가수분해가 촉진되어 유통기간을 단축시키고, 낮은 내열성으로 인해 가공성이 떨어지며, 물성이 안정되지 못해 제품성이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 목분의 활용에 있어서 PE, PP 등 폴리올레핀수지를 이용한 WPC를 성형 압출하여 합성목재를 제조하는 기술은 이미 범용적인 기술로 건축 자재 분야에서 많은 발전을 이룩하여 상업화되어 있으나 이 역시 폐기 소각시 열가소성 수지의 유해물질 배출에 대한 문제는 해결할 수가 없으므로 본 발명에서는 목분을 이용한 WPC 제조 기술에 있어서 생분해 수지를 적용하는 기술과 이 기술로 제조한 생분해성 WPC를 이용하여 종이와 같은 천연질감을 지닌 생분해성 이중필름 및 그 제조방법을 제공함에 주된 목적이 있다.

특히, 이러한 목분 전처리 기술로 얻어진 목분 조성물을 통하여 필름 표면의 불규칙적이면서도 자연스러운 미세 요철구조를 생성시켜 종이와 같은 천연 질감을 발현하므로 제품의 고급화와 가격 경쟁력을 확보하고 목분과 더불어 조성되는 각종 첨가물을 통하여 품질의 균일성을 높이고 유통과정중 산화로 인해 시간 경과에 따른 물성저하를 막고, 통기성과 항균성을 높이고, 가공성을 좋게 하여 줄 생김 방지, 컬 현상 방지, 굴곡 현상 방지 등 기술적 우위를 점하면서 생분해성을 촉진하여 매립 폐기 후에는 단기간 내에 분해될 수 있도록 하여 2차 환경오염 유발을 차단할 수 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 생분해성 WPC(WOOD POLYMER COMPOSITION) 50-60중량%와 생분해성 제1수지혼합물 40-50중량%로 이루어진 외면필름과; 생분해성 제2수지혼합물로 이루어진 내면필름이 압출 브로잉 방식으로 합지되어 이루어지는 생분해성 이중필름에 있어서; 상기 외면필름을 구성하는 생분해성 WPC는, 소이왁스로 전처리된 목분 50-70중량%, 탄산칼슘 3-10%, 항균제 0.5-1%, 산화방지제 0.05-0.2%, 분산제 0.2-0.5%, 열안정제 0.05-0.2% 및 나머지 생분해성 수지로 이루어지되, 상기 생분해성 수지는 폴리락트산(PLA):50-75중량%와, AP(Aliphatic polyester)계 생분해수지:20-35중량, PU(폴리우레탄)계 생분해수지 5~15중량%가 혼합된 혼합물이며, 상기 제1수지혼합물은 상기 생분해성 수지와 동일하고; 상기 내면필름을 구성하는 생분해성 제2수지혼합물은, 탄산칼슘 5-10중량%, 탄산수소나트륨 3-5중량%, 탈크 3-5중량%, 항균제 0.1-1중량%, 분산제 0.2-0.5중량%, 산화방지제 0.05-0.2중량%, 열안정제 0.05-0.2중량% 및 나머지 생분해성 수지로 이루어지되, 상기 생분해성 수지는 상기 외면필름을 구성할 때 사용된 생분해성 수지와 동일한 것을 특징으로 하는 생분해성 WPC를 이용한 생분해성 이중필름을 제공한다.

또한, 본 발명은 목분을 이용하여 생분해성 WPC를 제조하는 단계, 제조된 생분해성 WPC와 생분해성 수지를 이용하여 필름제조용 수지혼합물을 조성하는 단계, 조성된 수지혼합물을 압출 브로잉하여 이중필름 제조하는 단계를 포함하는 이중필름 제조방법에 있어서; 상기 생분해성 WPC를 제조하는 단계는, 소이왁스를 이용하여 목분 표면을 코팅하는 목분 전처리 과정; 전처리된 목분 50-70중량%와, 탄산칼슘 3-10중량%, 항균제 0.5-1중량%, 산화방지제 0.05-0.2중량%, 분산제 0.2-0.5중량%, 열안정제 0.05-0.2중량% 및 나머지 생분해성 수지를 배합하여 혼합물을 만들고, 이 혼합물을 열교반기에서 30-40rpm의 속도로 배합하는 배합공정; 배합된 조성물을 트윈 컴파운드기에 투입하고 100~150에서 컴파운딩 가공을 실시하는 가공공정; 컴파운딩기의 출력부를 통해 압출되는 압출물을 커팅하고 냉각하여 펠릿화하는 생분해성 WPC 펠릿 제조공정; 제조된 WPC 펠릿을 건조하는 건조공정으로 이루어지고; 상기 필름제조용 수지혼합물을 조성하는 단계는 외면필름용 수지혼합물 조성과정과 내면필름용 수지혼합물 조성과정으로 이루어지되, 상기 외면필름용 수지혼합물 조성과정은, 생분해성 WPC 펠릿 50-60중량% 및 폴리락트산(PLA):50-75중량%와 AP(Aliphatic polyester)계 생분해수지:20-35중량와 PU(폴리우레탄)계 생분해수지:5~15중량%를 혼합한 생분해성 제1수지혼합물 40-50중량%를 배합기에 넣고 30~40rpm의 속도로 30분간 교반하며, 배합된 수지혼합물의 함수율이 300ppm 이하가 되게 건조한 후 대기 중 습도에 노출되지 않도록 관리하는 과정으로 이루어지고, 상기 내면필름용 수지혼합물 조성과정은, 탄산칼슘 5-10중량%, 탄산수소나트륨 3-5중량%, 탈크 3-5중량%, 항균제 0.1-1중량%, 분산제 0.2-0.5중량%, 산화방지제 0.05-0.2중량%, 열안정제 0.05-0.2중량% 및 나머지 생분해성 수지로 이루어지되, 상기 생분해성 수지는 폴리락트산:50-75중량%, AP계 생분해수지:20-35중량%, PU계 생분해수지 5~15중량%가 혼합된 혼합물이며, 이들을 배합한 후 배합기에서 30~40rpm의 속도로 30분간 교반하고, 배합된 생분해성 제2수지혼합물을 함수율 300ppm 이하가 되게 건조한 후 대기 중 습도에 노출되지 않도록 관리하는 과정으로 이루어지며; 상기 이중필름 제조단계는, 준비된 내,외면필름용 수지혼합물을 투레이어 압출기의 각 원료통에 투입한 후 외면필름용은 100-170℃, 내면필름용은 140~190℃의 범위에서 단계별 용융 가열하면서 압출 블로잉하는 과정, 내면과 외면으로 각각 융용된 수지혼합물이 각각의 필름형태로 다이스를 통과하면서 내,외면이 합해지면서 일체화되어 이중필름으로 제조되는 합지과정, 합지된 이중필름을 단축 또는 이축 연신하여 최종 제품화하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 WPC를 이용한 생분해성 이중필름 제조방법을 제공한다.

이 경우, 상기 생분해성 WPC를 제조하는 단계에서 컴파운딩기의 출력부에는 밀폐 공간을 갖는 커팅 스크류가 설치되어 압출되는 펠릿에 50mic 이하의 미립자 무기물을 에어노즐로 초당 1-5ml로 고압 분사하여 냉각과 더불어 펠릿이 서로 달라붙는 것을 방지하고; 상기 이중필름 제조단계에서, 합지된 이중필름을 단축 또는 이축 연신하여 통기성을 증대시키는 과정을 더 수행하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 생분해성 WPC 펠릿을 이용하여 비중을 낮춰 압출 브로잉(Blowing)시 발생하는 처짐 현상(sag)을 방지하고 편평도를 높이며, 제품의 균일성을 향상시키고, 첨가조성물의 조건 차이에 따른 생분해원료의 난제인 가공성을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명은 인간과 자연에 아무런 피해가 없는 친환경 생분해성 필름의 특성과 목분을 이용하여 표면에 미세 요철을 형성하여 종이와 같은 천연질감 발현으로 분해가 되지 않는 코팅 종이를 친환경적으로 대체하는 효과를 지니며 통기성과 발수성. 항균성 등의 기능을 갖는 생분해 필름 제조기술을 융합하므로 생활용품, 식품, 의류포장지 등의 제품 활용에 있어서 수납물에 함유된 수분은 방출시키면서 산소 유입을 차단하여 부패를 방지하고, 중량 저감, 토양에서의 신속한 자연분해, 가공성을 좋게 하여 생산성을 향상하고 일상의 보관 상태에서 산화를 지연, 억제하므로 물성 저하로 인한 유통과정상의 문제를 해결할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 필름은 식품, 과일, 야채, 건어물, 의류, 세탁물, 도서 등을 포장하는 위생포장지; 가전제품포장, 쇼핑백, 식탁보, 멀칭필름 포장 등에 사용하는 산업용 포장지; 벽지, 선거벽보, 고급 인쇄물, 위생장갑 등의 생산에 사용하는 기타 제품으로 활용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

설명에 앞서, 본 발명자는 본 발명에 따른 WPC를 이용한 생분해성 이중필름제조에 있어, 목분의 수종, 함수율에 따른 전처리 기술과 생분해성 WPC 제조 기술을 이용하여 생분해 필름을 브로잉하는 까다로운 조건을 충족하게 하는 것은 정밀하고 고도화된 기술이 필요하므로 수많은 실험의 결과를 통하여 생분해성 이중필름의 브로잉 조건에 맞는 기술을 개발하게 되었다.

아울러, 본 발명에 따른 생분해성 이중필름은 외면을 구성하는 외면필름과, 내면을 구성하는 내면필름이 압출 브로잉되어 하나의 필름을 구성하게 된다.

이때, 상기 외면필름은 생분해성 WPC(WOOD POLYMER COMPOSITION) 50-60중량%와 생분해성 제1수지혼합물 40-50중량%로 이루어지고, 상기 내면필름은 생분해성 제2수지혼합물로 이루어진다.

여기에서, 상기 생분해성 WPC는 소이왁스로 전처리된 목분 50-70중량%, 탄산칼슘 3-10%, 항균제 0.5-1%, 산화방지제 0.05-0.2%, 분산제 0.2-0.5%, 열안정제 0.05-0.2% 및 나머지 생분해성 수지로 이루어진다.

이 경우, 목분은 다양한 수종의 목분이 있으나 색도 및 생분해성 수지와의 혼합이 용이하며, 흡수율이 적으면서 공급이 수월하고 비중이 낮아 경제성이 있는 수종으로 선택하여야 한다.

아울러, 생분해성 필름의 특수성을 감안하되 색상을 조절할 수 있도록 가급적 백색, 유백의 색상을 지닌 소나무 목분 또는 미루나무 목분을 사용하여야 하는 것이 바람직하고, 목질이 연하고 파이버 길이가 긴 소나무 목분은 송진을 함유하고 있는 경우가 있어 가공성이 떨어짐은 물론 기계 손상을 초래하므로 가급적 미량을 사용하거나 사용을 제한하는 것이 바람직하며, 백색이면서 연하고 비중이 낮은 미루나무 목분을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

그리고, 상기 수종을 분쇄하여 제조한 목분은 300메쉬(50mic)의 미세분말 형태여야 하며 가공성과 물성의 안정을 위하여 가급적 단일 수종의 목분을 사용하여야 한다.

또한, 가급적 혼합된 목분 보다는 불순물이 없거나 적은 단일 수종의 목분을 사용하는 것이 바람직하다.

아울러, 목분은 소이(대두유)왁스로 전처리 되어야 하는데, 이는 목분의 표면을 소이왁스로 코팅하여 목분 세포질에 외부 수분의 흡수를 방지하고 수지와의 혼합성, 가공성을 높이기 위한 것이다.

그리고, 탄산칼슘은 목분과의 배합을 통해 혼련 공정에서 분산성을 높이고 통기성을 개선하며, 마찰계수를 줄여 필름의 슬립성을 좋게 하기 위해 첨가된다.

다시 말해, 목분은 자연에서 얻어지는 친환경 소재로서, 생분해성 수지와 같이 분해성이 좋고, 탄산칼슘과 각종 첨가물과 고르게 배합되면서 혼합물간 교반을 용이하게 하므로 분산성을 높여준다.

또한, 수지 원료 간 마찰을 줄여 혼련을 촉진하므로 생분해성 수지간 또는 생분해성 수지와 다른 첨가물 간의 용융 온도 차이를 완화, 조절하게 되어 컬 현상, 굴곡 현상, 등의 압출 브로잉 상의 문제를 해소하고, 버블 안정성, 슬립성, 접착성, 열가공성 등을 향상시키며, 필름의 내구성, 강도, 신율도 향상시키고, 공극을 적정하게 유지하여 통기성도 확보하게 된다.

이와 같은 생분해성 WPC를 구성하기 위해, 본 발명에서는 상기 전처리된 목분을 50-70중량% 범위로 첨가해야 하는데, 50중량% 미만으로 첨가하면 표면상의 종이 느낌의 천연 질감 실현이 어렵고 공극 형성이 부족하여 통기성이 저하되며, 70중량%를 초과하면 가공성이 떨어지므로 상기 범위로 첨가해야 한다.

또한, 탄산칼슘은 3-10중량% 범위로 첨가되어야 하는데, 3중량% 미만으로 첨가되면 분산성을 높일 수 없어 통기성 확보가 어렵고, 10중량%를 초과하면 가공성과 압출성을 떨어뜨리므로 상기 범위로 한정되어야 한다.

아울러, 항균성 강화를 위해 항균제를 0.5-1중량%의 범위 내에서 첨가될 수 있는데, 항균제는 박테사이드가 바람직하며, 박테사이드는 무기항균 전문업체 씨앤드씨(대표 신동철)에서 개발한 무기항균제로서, 태양광 등 빛에 노출되어도 색상이 변하지 않는 특성이 있으므로 이를 구매하여 사용하도록 한다.

뿐만 아니라, 산화방지와 분산성 향상 및 열적 안정성을 확보하기 위해 산화방지제는 0.05-0.2중량%, 분산제는 0.2-0.5중량%, 열안정제는 0.05-0.2중량% 범위 내에서 첨가함이 바람직하다.

그리고, 나머지를 구성하는 생분해성 수지는 폴리락트산(PLA):50-75중량%와, AP(Aliphatic polyester:지방족 폴리에스테르)계 생분해수지: 20-35중량%, PU(폴리우레탄)계 생분해수지 5~15중량%가 혼합된 혼합물이 사용된다.

이때, 이들 PLA 및 AP계 생분해수지, PU계 생분해수지는 토양에서 30일 이상 방치시 60% 이상의 분해능을 나타내며, 소각처리 시에도 잔사가 남지 않는 물질이기 때문에 본 발명에 적합하다.

뿐만 아니라, PLA는 합성고분자 타입의 생분해성 수지로서 내습성, 가공성, 인장강도가 우수한 물성이 있으며 용융온도는 150-200이고, AP계 생분해수지(지방족 폴리에스테르)는 용융온도가 120-160이며 연성에 의한 연질화, 인장강도, 신장율 향상에 조력하는 특성이 있으며, PU계 생분해수지는 융용온도가 100-150이고 신축율과 인장강도, 인열강도 등 물성을 높여주므로 이들을 활용하여 본 발명에 따른 필름의 기재로 사용함이 바람직하다.

아울러, 상기 생분해성 WPC와 함께 외면용 필름을 구성하는 생분해성 제1수지혼합물은 앞서 설명한 생분해성 수지(PLA+AP계 생분해수지+PU계 생분해수지)와 동일하다.

한편, 내면필름은 생분해성 제2수지 혼합물로 이루어지는데, 상기 생분해성 제2수지혼합물은 중량%로, 탄산칼슘 5-10%, 탄산수소나트륨 3-5%, 탈크 3-5%, 항균제 0.1-1%, 분산제 0.2-0.5%, 산화방지제 0.05-0.2%, 열안정제 0.05-0.2% 및 나머지 생분해성 수지(PLA+AP계 생분해수지+PU계 생분해수지)로 이루어진다.

이때, 탄산수소나트륨 및 탈크를 제외한 나머지 성분들은 앞서 설명한 바와 같다.

다만, 외면필름과는 성분상 차이가 발생하기 때문에 이로 인해 가공시 용융온도가 달라지므로 그 이유 때문에 조성비가 조금 차이가 있을 뿐이다.

그리고, 탄산수소나트륨은 3-5중량% 첨가되는데, 이는 박테사이드와 더불어 항균 기능을 위한 것이며, 내면필름은 내장물과 직접 접하는 부분이므로 항균성 강화를 위해 필요하다.

아울러, 탈크(Talc)는 규산마그네슘의 수산화물 등으로 구성된 광물로서, 의약품, 화장품 제조시 활택제로 많이 사용된다.

본 발명에서도 내표면 품위 및 활택성 향상을 위해 첨가되며, 가공성과 압출성을 저해하지 않고, 인체 유해성을 발생시키지 않도록 상기 탄산수소나트륨과 동일 비율로 첨가됨이 바람직하다.

이와 같은 조성으로 이루어진 본 발명에 따른 생분해성 이중필름은 다음과 같은 방법으로 제조된다.

즉, 본 발명에 따른 생분해성 이중필름은 생분해성 WPC 제조단계, 필름 제조용 수지혼합물 조성단계, 수지혼합물을 압출 브로잉하여 이중필름을 만드는 이중필름 제조단계로 이루어진다.

이하, 각 단계별 특징에 대하여 설명한다.

생분해성 WPC 제조단계:

생분해성 WPC 제조단계는 목분과 생분해성 수지 및 각종 첨가물을 혼합한 후 이를 건조 펠릿화시키는 단계를 말하며, 본 발명에서는 외면필름을 만들기 위해 필요하다.

목분은 특성상 대기 중에서도 일정부분 공정 수분율을 함유하고 있으므로 필름 제조에 있어서 수분을 함유하고 있으면 가공성이 나빠 목적으로 하는 필름을 얻을 수 없으므로 전처리 공정이 요구된다.

이때, 전처리 과정은 목분의 표면을 코팅하고 건조시키는 과정을 말한다.

상기 목분의 전처리 공정은 목분에 소이왁스를 혼합하여 열교반기를 통해 혼합하는 배합과정; 배합된 목분과 소이왁스(대두유)간의 표면 코팅을 원활하게 하기 위한 숙성과정; 숙성된 소이왁스 코팅 목분을 제습건조기로 제습 건조하는 제습건조 과정으로 이루어진다.

이 경우, 상기 목분에 혼합되는 소이왁스는 중량비로 소이왁스:목분이 1:4~5배의 비율이 적당하다. 이를 테면, 목분 30-50g일 때 소이왁스는 7-15g 정도 혼합할 수 있다.

그리고, 상기 목분은 미루나무 목분(50mic 이하)이 바람직하며, 열교반기의 속도는 30~40rpm, 교반시간은 20분으로 하여 고르게 교반 믹싱하고, 혼합된 목분을 상온 하에서 8시간~10시간 숙성과정을 거쳐 목분에 수성왁스, 즉 소이왁스가 고르게 도포되게 하며, 숙성과정을 거친 목분을 제습건조기에서 60~80의 온도로 4~5시간을 제습하여 함수율이 300ppm 이하로 유지되게 목분을 건조함이 바람직하다.

이와 같은 전처리 공정 이후, 전처리된 목분 50-70중량%와, 탄산칼슘 3-10중량%, 항균제 0.5-1중량%, 산화방지제 0.05-0.2중량%, 분산제 0.2-0.5중량%, 열안정제 0.05-0.2중량% 및 나머지 생분해성 수지(PLA:50-75중량%, AP계 생분해수지:20-35중량%, PU계 생분해수지:5~15중량%의 혼합)를 배합하여 혼합물을 만들고, 이 혼합물을 열교반기에서 30-40rpm의 속도로 배합하는 배합공정이 진행된다.

이후, 배합된 조성물을 트윈 컴파운드기에 투입하고 단계별로 온도 조건을 맞춰 컴파운딩하되 고열에 의한 갈변 현상에 유의하여 생분해성 융용 온도 조건에 맞춰 높지 않도록 100~150에서 컴파운딩 가공을 실시하는 가공공정이 수행된다.

이어, 생분해성 WPC 펠릿 제조공정이 수행되는데, 이는 목분과 생분해성 수지가 친수성 소재이므로 일반적으로 사용하는 수냉식 냉각을 할 경우 함수율이 높아져 후속 공정에서 수분 제거를 위하여 많은 에너지와 시간이 소모되므로 공정 효율을 위하여 공기냉각식 컴파운딩기의 출력부에 장착된 밀폐 공간의 커팅 스크류를 통하여 압출되는 펠릿에 50mic 이하의 미립자 무기물을 에어노즐을 통하여 초당 1-5ml(초당 10-15g 펠릿 압출)로 고압 분사하여 냉각과 더불어 펠릿이 서로 달라붙는 것을 방지하게 하며, 이차적으로 냉각기가 설치된 저온 부스에 천천히 통과시켜 냉각하여 생분해성 WPC 펠릿을 제조하게 된다.

마지막으로, 생분해성 WPC 펠릿을 제습건조기를 통해 함수율 300ppm 이하가 되도록 건조하는 건조공정을 거치게 된다.

필름 제조용 수지혼합물 조성단계

필름 제조용 수지혼합물 조성단계는, 외면필름용 수지혼합물 조성과정과 내면필름용 수지혼합물 조성과정으로 이루어진다.

이때, 외면필름용 수지혼합물 조성과정은 상술한 생분해성 WPC 제조단계에서 제조된 생분해성 WPC 펠릿과 생분해성 제1수지혼합물을 혼합하여 조성되며, 상기 내면필름용 수지혼합물 조성과정은 생분해성 제2수지혼합물을 조성하는 과정으로 앞서 설명한 생분해성 제2수지혼합물이 갖는 조성과 조성비로 배합한 후 배합기에서 30~40rpm의 속도로 30분간 교반하고, 배합된 생분해성 제2수지혼합물을 함수율 300ppm 이하가 되게 건조한 후 대기 중 습도에 노출되지 않도록 주의하여 관리하는 과정으로 이루어진다.

마찬가지로, 외면필름용 수지혼합물 조성과정도 내면필름용 수지혼합물 조성과정과 동일하나 다만, 생분해성 WPC 펠릿이 더 첨가된다는 점이 다르고, 첨가량도 앞서 설명한 바와 같이 생분해성 WPC, 더 정확하게는 생분해성 WPC 펠릿 50-60중량%와 생분해성 제1수지혼합물 40-50중량%가 배합된다.

이중필름 제조단계:

이중필름 제조단계는 상기 필름 제조용 수지혼합물 조성단계를 통해 조성된 외면필름용 수지혼합물과 내면필름용 수지혼합물을 각각 투레이어 압출기에 투입하여 압출 브로잉시켜 외면필름과 내면필름이 합지된 상태로 하나의 이중필름을 구성하는 단계이다.

이러한 이중필름 제조단계는 외면필름 압출 브로잉과정, 내면필름 압출 브로잉과정, 합지과정, 연신과정을 포함한다.

이때, 외면필름 압출 브로잉과정은, 준비된 외면필름용 수지혼합물을 대기 중의 습도에 노출되지 않도록 신속하게 호퍼로더를 통하여 투레이어 압출기의 외면 필름용 원료통에 투입하는 과정; 투입된 외면필름용 수지혼합물을 100-170℃의 범위에서 단계별 용융 가열하면서 압출 블로잉하는 과정으로 이루어진다.

그리고, 내면필름 압출 블로잉과정은, 준비된 내면필름용 수지혼합물을 대기중의 습도에 노출되지 않도록 신속하게 호퍼로더를 통하여 투레이어 압출기의 내면필름용 원료통에 투입하는 과정; 투입된 내면필름용 수지혼합물을 140~190℃의 범위에서 단계별 용융 가열하면서 압출 블로잉하는 과정으로 이루어진다.

아울러, 합지과정은, 내면과 외면으로 각각 융용된 수지혼합물이 각각의 필름형태로 다이스를 통과하면서 내, 외면이 합해지면서 일체화되어 이중필름으로 제조되는 과정이다.

나아가, 연신과정은 제조된 이중필름에 통기성과 인장력을 확보하기 위하여 이를 단축 또는 이축 연신하여 최종 제품화하는 과정을 말한다.

이와 같은 단계를 통해 최종적으로 생분해성 이중필름 제품을 제조할 수 있게 된다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명에 따라 제조된 생분해성 이중필름의 특성을 확인하기 위해 하기한 표 1과 같은 성분조성으로 시료를 만들었다.

이때, 표 1에 제시된 수치는 모두 중량%이다.

그리고, 외면필름은 생분해성 WPC: 60중량%와 생분해성 제1수지혼합물 40중량%를 배합하여 사용하였고, 내면필름은 생분해성 제2수지혼합물을 100중량% 사용하였다.

이때, 내,외면에 사용되는 생분해 수지의 조성비는 조성물의 융용 온도가 다르므로 조성비를 서로 다르게 설정하였으며, 따라서 실린더 내,외면의 융용 온도조건도 다르게 진행하였다.

그리고, 본 발명에 따라 생분해성 이중필름 제조를 실시하면서 분산성, 압출성, 표면 불량, 버블링시 층 분리 현상, 압출 블로잉 시 줄 생김, 구김, 접힘 현상 발생여부를 확인하였다.

확인 결과, 버블 안정성을 유지하였으며, 목적으로 하는 천연 질감의 생분해성 필름을 얻는 조건에 가장 근접한 실험이었다.

다만, 일부 줄이 생기거나 발견되는 점이 있기는 하였으나, 압출기 실린더 융용온도를 단계별로 조정하여 압출 가공을 진행함으로써 안정된 천연질감의 필름을 제조할 수 있었다.

아울러, 필름의 두께가 균일하게 관측된 것으로부터 분산성이 우수함을 알게 되었고, 표면에 미세한 요철이 생성되어 종이 느낌을 갖는 천연질감의 필름 형태 (사진참조)를 확인하여 목적으로 하는 필름을 얻을 수 있었다.

[참고사진]

또한, 압출성이 우수하였고, 가공시 층 분리 현상이 발생되지 않았으며, 블로잉시 구김이나 접힘 현상도 발생되지 않았다.

따라서, 가공 공정이 개선됨을 확인하였고, 한편, 통기성 실험을 위해 본 발명 필름으로 제조된 생분해 필름 봉투와 HDPE 봉투를 실험대상으로 하여 수분 증발량을 비교하였고, 또한 온도 차이에 따른 수분 증발량 비율도 비교하였으며, 그 결과를 표 2와 표 3에 나타내었다.

상기 표 1에서와 같이, 온도차를 갖지 않는 동일 조건과, 표 2에서와 같이 온도차이를 갖는 조건 모두에서 본 발명에 따른 필름의 통기성이 매우 우수한 것으로 확인되었다.

덧붙여, 목분에 대한 전처리 여부에 따른 친수성 여부를 확인하기 위해 소이왁스로 코팅한 것과 하지 않은 것을 물에 넣어 보았고, 그 결과 하기 사진에서와 같이 코팅처리 안한 목분 시료는 물에 넣자 곧바로 침강되어 10초 이내에 완전히 침강되었지만, 소이왁스로 처리한 코팅 목분은 실험 개시 30분이 경과하여도 침강하지 않고 부유된 상태를 유지하였다.

[참고사진]

Claims (3)

1. 생분해성 WPC(WOOD POLYMER COMPOSITION) 50-60중량%와 생분해성 제1수지혼합물 40-50중량%로 이루어진 외면필름과; 생분해성 제2수지혼합물로 이루어진 내면필름이 압출 브로잉 방식으로 합지되어 이루어지는 생분해성 이중필름에 있어서;
   상기 외면필름을 구성하는 생분해성 WPC는, 소이왁스로 전처리된 목분 50-70중량%, 탄산칼슘 3-10%, 항균제 0.5-1%, 산화방지제 0.05-0.2%, 분산제 0.2-0.5%, 열안정제 0.05-0.2% 및 나머지 생분해성 수지로 이루어지되, 상기 생분해성 수지는 폴리락트산(PLA):50-75중량%와, AP(Aliphatic polyester)계 생분해수지:20-35중량, PU(폴리우레탄)계 생분해수지 5~15중량%가 혼합된 혼합물이며, 상기 제1수지혼합물은 상기 생분해성 수지와 동일하고;
   상기 내면필름을 구성하는 생분해성 제2수지혼합물은, 탄산칼슘 5-10중량%, 탄산수소나트륨 3-5중량%, 탈크 3-5중량%, 항균제 0.1-1중량%, 분산제 0.2-0.5중량%, 산화방지제 0.05-0.2중량%, 열안정제 0.05-0.2중량% 및 나머지 생분해성 수지로 이루어지되, 상기 생분해성 수지는 상기 외면필름을 구성할 때 사용된 생분해성 수지와 동일한 것을 특징으로 하는 생분해성 WPC를 이용한 생분해성 이중필름.
   
2. 목분을 이용하여 생분해성 WPC를 제조하는 단계, 제조된 생분해성 WPC와 생분해성 수지를 이용하여 필름제조용 수지혼합물을 조성하는 단계, 조성된 수지혼합물을 압출 브로잉하여 이중필름 제조하는 단계를 포함하는 이중필름 제조방법에 있어서;
   상기 생분해성 WPC를 제조하는 단계는,
   소이왁스를 이용하여 목분 표면을 코팅하는 목분 전처리 과정; 전처리된 목분 50-70중량%와, 탄산칼슘 3-10중량%, 항균제 0.5-1중량%, 산화방지제 0.05-0.2중량%, 분산제 0.2-0.5중량%, 열안정제 0.05-0.2중량% 및 나머지 생분해성 수지를 배합하여 혼합물을 만들고, 이 혼합물을 열교반기에서 30-40rpm의 속도로 배합하는 배합공정; 배합된 조성물을 트윈 컴파운드기에 투입하고 100~150에서 컴파운딩 가공을 실시하는 가공공정; 컴파운딩기의 출력부를 통해 압출되는 압출물을 커팅하고 냉각하여 펠릿화하는 생분해성 WPC 펠릿 제조공정; 제조된 WPC 펠릿을 건조하는 건조공정으로 이루어지고;
   상기 필름제조용 수지혼합물을 조성하는 단계는 외면필름용 수지혼합물 조성과정과 내면필름용 수지혼합물 조성과정으로 이루어지되,
   상기 외면필름용 수지혼합물 조성과정은, 생분해성 WPC 펠릿 50-60중량% 및 폴리락트산(PLA):50-75중량%와 AP(Aliphatic polyester)계 생분해수지:20-35중량와 PU(폴리우레탄)계 생분해수지:5~15중량%를 혼합한 생분해성 제1수지혼합물 40-50중량%를 배합기에 넣고 30~40rpm의 속도로 30분간 교반하며, 배합된 수지혼합물의 함수율이 300ppm 이하가 되게 건조한 후 대기 중 습도에 노출되지 않도록 관리하는 과정으로 이루어지고,
   상기 내면필름용 수지혼합물 조성과정은, 탄산칼슘 5-10중량%, 탄산수소나트륨 3-5중량%, 탈크 3-5중량%, 항균제 0.1-1중량%, 분산제 0.2-0.5중량%, 산화방지제 0.05-0.2중량%, 열안정제 0.05-0.2중량% 및 나머지 생분해성 수지로 이루어지되, 상기 생분해성 수지는 폴리락트산:50-75중량%, AP계 생분해수지:20-35중량%, PU계 생분해수지 5~15중량%가 혼합된 혼합물이며, 이들을 배합한 후 배합기에서 30~40rpm의 속도로 30분간 교반하고, 배합된 생분해성 제2수지혼합물을 함수율 300ppm 이하가 되게 건조한 후 대기 중 습도에 노출되지 않도록 관리하는 과정으로 이루어지며;
   상기 이중필름 제조단계는,
   준비된 내,외면필름용 수지혼합물을 투레이어 압출기의 각 원료통에 투입한 후 외면필름용은 100-170℃, 내면필름용은 140~190℃의 범위에서 단계별 용융 가열하면서 압출 블로잉하는 과정, 내면과 외면으로 각각 융용된 수지혼합물이 각각의 필름형태로 다이스를 통과하면서 내,외면이 합해지면서 일체화되어 이중필름으로 제조되는 합지과정, 합지된 이중필름을 단축 또는 이축 연신하여 최종 제품화하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 WPC를 이용한 생분해성 이중필름 제조방법.
   
3. 청구항 2에 있어서;
   상기 생분해성 WPC를 제조하는 단계에서 컴파운딩기의 출력부에는 밀폐 공간을 갖는 커팅 스크류가 설치되어 압출되는 펠릿에 50mic 이하의 미립자 무기물을 에어노즐로 초당 5-10ml로 고압 분사하여 냉각과 더불어 펠릿이 서로 달라붙는 것을 방지하고;
   상기 이중필름 제조단계에서, 합지된 이중필름을 단축 또는 이축 연신하여 통기성을 증대시키는 과정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 생분해성 WPC를 이용한 생분해성 이중필름 제조방법.