KR101208107B1 - 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법 - Google Patents

바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종이 분말, 및 플라스틱 수지를 포함하는 펠렛을 사출하여 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명을 통해 자동차 내장재의 요구 물성을 충족하는 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱을 제공한다.

Description

바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법{Manufacturing method of plastic for car interior material using biomass pellet and thereof}
본 발명은 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 자동차 내장재용 플라스틱으로 사용가능한 물성을 갖는 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법에 관한 것이다.
세계적으로 플라스틱산업은 우수한 성능과 기능을 가진 무수한 고분자 소재의 개발로 인해 발전을 거듭하며 1억톤 이상이 합성되어 사용되고 있다. 이러한 막대한 사용량에 의해 플라스틱의 폐기량도 기하급수적으로 증가하고 있는 추세이다.
그런데, 일반적인 플라스틱의 경우 안정적인 분자구조를 갖음으로써 연결고리의 절단이 어려우며 절단되어도 재결합을 진행하여 분해기간이 약 300~400년이나 소요된다. 따라서, 토양오염, 매립지 부족 등의 문제가 심각하게 대두 되고 있다.
또한, 플라스틱을 소각하는 경우 유독가스 및 이산화탄소 발생으로 대기오염은 물론 지구 온난화 현상을 가속화시키는 역할을 한다.
위와 같은 문제점에도 자동차의 내장재로는 여전히 플라스틱이 사용되고 있으며, 2010년의 총 자동차 생산량이 약 5700만대임에 비추어 볼 때, 상당히 많은 양의 플라스틱이 자동차 내장재로 사용되고 있음을 알 수 있다.
이에 "폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물(대한민국 등록특허 제 1996-0008117호)", 및 "압출사출성형용 생분해성 수지 조성물(대한민국 등록특허 제 10-0443275호)" 등에는 생분해성 플라스틱, 바이오베이스 플라스틱 등 친환경 플라스틱에 대하여 기술하고 있다.
그러나 변성전분 등으로 제조된 경우 인장, 신장 등에 있어서 물성이 약하다는 단점이 있어, 실제 사용 시에는 고온고압상태에서 가소화반응을 통한 열가소성전분(Theormo plastic starch) 또는 전분발효 및 중합공정을 통한 PLA(Poly lactic acid)가공을 하여 사용하고 있으나, 이 또한 자동차 내장재의 요구물성을 만족하지 못하여 샘플 제작은 가능하나 양산 적용은 어려운 것이 현실이다.
(특허문헌 1) KR1996-0008117 B1
(특허문헌 2) KR10-0443275 B1
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 자동차 내장재로서 사용가능하도록 요구 물성을 만족하는 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법을 제공하는 것이다.
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상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (a) 종이를 분쇄한 후 건조하여 종이 분말을 제조하는 단계; (b) 식물체를 분쇄한 후 건조하여 식물체 분말을 제조하는 단계; (c) 상기 종이 분말 및 상기 식물체 분말을 혼합하여 바이오매스 분말을 형성하는 단계; (d) 상기 바이오매스 분말에 왁스를 코팅하는 단계; (e) 상기 왁스가 코팅된 바이오매스 분말에 플라스틱 수지, 유기산, 및 과산화물을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; (f) 상기 혼합물을 플라스틱 수지-바이오매스 그래프트 결합이 이루어지도록 하여 플라스틱 수지-바이오매스 그래프트 결합 조성물을 형성하는 단계; 및 (g) 상기 플라스틱 수지-바이오매스 그래프트 결합 조성물을 펠렛으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱 제조방법를 제공한다.
또한, 상기 종이 분말은 100 ~ 400 메쉬인 것이 바람직하다.
또한, 상기 식물체 분말은 100 ~ 300 메쉬인 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 바이오매스 펠렛으로 형성된 자동차 내장재용 플라스틱은, 자동차 내장재용 플라스틱으로 이용가능하도록 자동차 내장재가 요구하는 요구 물성을 만족하며, 20 ~ 30년의 내구 기간을 갖는다.
또한, 바이오매스 펠렛을 이용하여 재활용이 용이하며, 이산화탄소 저감에 우수하고, 폐기 후에 생분해성도 높다는 특징을 갖는다.
이하에서는 본 발명에 따른 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱은 종이 분말, 및 플라스틱 수지를 포함하는 펠렛을 사출하여 형성된다.
상기 종이 분말의 함량은 5 ~ 50wt%인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 플라스틱 수지는 폴리프로필렌(PP; polypropylene), 아크릴로니트릴 부타다이엔 스틸렌(ABS; acrylonitrile butadiene stylene), 폴리카보네이트-아크릴로니트릴 부타다이엔 스틸렌(PC-ABS), PA6(폴리아미드), 및 PA66(폴리아미드) 중 어느 하나 이상인 것이며, 상기 플라스틱 수지의 함량은 상기 펠렛의 총 중량 대비 50wt% ~ 95wt%인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱은 종이 분말, 식물체 분말, 및 플라스틱 수지를 포함하는 펠렛을 사출하여 형성된다.
상기 종이 분말의 함량은 상기 펠렛의 총 중량 대비 10 ~ 35wt%인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 식물체 분말의 식물체는 옥수수, 대나무, 및 왕겨 중 어느 하나 이상인 것이며, 상기 식물체 분말의 함량은 상기 펠렛의 총 중량 대비 5 ~ 35wt%인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 플라스틱 수지는 폴리프로필렌(PP; polypropylene), 아크릴로니트릴 부타다이엔 스틸렌(ABS; acrylonitrile butadiene stylene), 폴리카보네이트-아크릴로니트릴 부타다이엔 스틸렌(PC-ABS), PA6(폴리아미드), 및 PA66(폴리아미드) 중 어느 하나 이상인 것이며, 상기 플라스틱 수지의 함량은 상기 펠렛의 총 중량 대비 45wt% ~ 75wt%인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게, 바이오매스 펠렛은 유기산, 및 과산화물을 더 포함한다.
상기 유기산은 구연산(Citric acid), 사과산(Malic acid), 말레산(Maleic aicd), 초산(acetic acid) 중 어느 하나 이상인 것이며, 상기 유기산의 함량은 상기 펠릿의 총 중량 대비 0.2 ~ 5wt%인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 과산화물의 함량은 상기 펠렛의 총 중량 대비 0.01 ~ 5.0wt%인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게, 바이오매스 펠렛은 그래프트 결합제를 더 포함한다.
상기 그래프트 결합제의 함량은 상기 펠렛의 총 중량 대비 0.5 ~ 2wt%인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
제조방법의 설명
이하에서는 본 발명에 따른 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
(a) 단계는 종이를 분쇄한 후 건조하여 종이 분말을 제조하는 단계이다. 종이는 100 ~ 400 메쉬 정도가 되도록 미립자 분말로 분쇄되는 것이 바람직하다. 100 메쉬 미만인 경우에는 입자 크기가 너무 커서 펠렛 생산시 흐름성이 나빠 생산성이 떨어지고, 표면이 거칠어져 필름 등의 최종 제품의 품질이 나빠지며, 제품의 강도 및 신율이 나빠지게 된다. 또한, 400 메쉬를 초과하면 분쇄 공정 시간이 너무 길게 되어 전체적인 생산성 저하 및 원가 상승에 따른 가격 경쟁력이 문제된다.
이어, (b) 단계는 식물체를 분쇄한 후 건조하여 식물체 분말을 제조하는 단계이다. 식물체 역시 100 ~ 300 메쉬 정도가 되도록 미립자 분말로 분쇄되는 것이 바람직하다. 이유는 종이 분말과 마찬가지로, 100 메쉬 미만인 경우에는 입자 크기가 너무 커서 펠렛 생산시 흐름성이 나빠 생산성이 떨어지고, 표면이 거칠어져 필름 등의 최종 제품의 품질이 나빠지며, 제품의 강도 및 신율이 나빠지게 된다. 또한, 300 메쉬를 초과하면 분쇄 공정 시간이 너무 길게 되어 전체적인 생산성 저하 및 원가 상승에 따른 가격 경쟁력이 문제된다.
(c) 단계는 (a) 단계에서 제조된 종이 분말 및 (b) 단계에서 제조된 식물체 분말을 혼합하여 바이오매스 분말을 형성하는 단계이다.
(d) 단계에서는 (c) 단계에서 형성된 바이오매스 분말에 왁스를 코팅한다. (a) 단계 및 (b) 단계를 거치며 건조된 바이오매스 분말에 왁스를 투입하고 고속교반하여 코팅된 바이오매스 분말을 형성한다. 고속교반을 통해 자가 발열로 왁스가 자연스럽게 녹아 식물체 분말의 표면에 코팅되게 된다. 코팅된 식물체 분말은 수분 재흡수가 방지된다.
왁스는 저분자량이면서 융점이 낮은 장점이 있어 압출기를 이용하여 첨가제를 제조할 때 활제 보조제로서의 기능도 함께 수행할 수 있으며, 저분자 물질로 생분해 가능하다는 장점도 있다.
(e) 단계에서는 (d) 단계에서 형성된 코팅된 바이오매스 분말에 바이더 역할을 하는 플라스틱 수지, 유기산, 및 과산화물을 혼합하여 혼합물을 형성한다.
과산화물은 플라스틱 수지의 체인을 화학적으로 절단하는 역할을 한다.
유기산은 과산화물이 절단한 플라스틱 수지 말단기에 바이오매스 분말을 결합시키기 위한 중간체 및 산화분해제로서 기능한다.
(e) 단계에서는 바이오매스 분말, 플라스틱 수지, 유기산, 및 과산화물 이외에 그래프트 결합제가 추가로 투입될 수 있다.
그래프트 결합제는 투입되어 플라수틱 수지와 바이오매스의 그래프트 결합을 돕는 역할을 한다.
(f) 단계에서는 (e) 단계에서 형성된 혼합물을 익스트루더에서 100 ~ 300℃의 온도에서 스크류 회전을 통해 반응시켜 플라스틱 수지-바이오매스 그래프트 결합을 일으켜 플라스틱 수지-바이오매스 그래프트 조성물을 형성한다.
반응온도가 100℃ 미만인 경우 첨가한 원료들이 녹지 않아 반응을 일으킬 수가 없고, 300℃ 초과이면 탄화가 발생하거나, 플라스틱 수지가 물처럼 녹아내려 펠렛으로 만들 수 없다.
(g) 단계에서는 (f) 단계에서 형성된 플라스틱 수지-바이오매스 크라프트 조성물을 토출구를 통해 토출시키고, 토출된 스트랜드를 켄베이어 벨트를 통하여 이송하면서 송풍 건조 후 커팅 또는 다이페이스 핫커팅(Die-face hot-cutting)하는 방법으로 펠렛으로 제조한다.
상기의 과정을 거친 바이오매스 펠렛을 사출성형하여 자동차 내장재용 플라스틱 조성물로 제조될 수 있다.
<대조구>
폴리프로필렌(PP; polypropylene) 80.0wt%, 및 탈크(20.0%)를 포함하는 플라스틱 수지이다.
<실시예 1>
300 메쉬로 분쇄된 종이 분말 46.8wt%에 폴리프로필렌(PP; polypropylene) 49wt%, 스테아르산칼슘(Calcium stearate) 1.0wt%, 산화방지제(Anti-oxidant) 0.2wt%, 및 산화티타늄(Titanium-oxide) 3.0wt%를 투입하여 제조된 펠렛을 사출성형하여 자동차 내장재용 플라스틱 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
종이 분말 30.0wt%에 폴리프로필렌(PP; polypropylene) 63.3wt%, 스테아르산칼슘(Calcium stearate) 1.0wt%, 산화방지제(Anti-oxidant) 0.2wt%, 산화티타늄(Titanium-oxide) 3.0wt%, 및 그래프트 결합제(GB-MA) 2.5wt%를 투입하여 제조된 펠렛을 사출성형하여 자동차 내장재용 플라스틱 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
종이 분말 30.0wt%에 폴리프로필렌(PP; polypropylene) 53.3wt%, EPDM(ethlene propylene diene monomer) 10.0wt%, 스테아르산칼슘(Calcium stearate) 1.0wt%, 산화방지제(Anti-oxidant) 0.2wt%, 산화티타늄(Titanium-oxide) 3.0wt%, 및 그래프트 결합제(GB-MA) 2.5wt%를 투입하여 제조된 펠렛을 사출성형하여 자동차 내장재용 플라스틱 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
종이 분말 25.0wt%, 및 옥피의 분말 5.0wt%에 폴리프로필렌(PP; polypropylene) 63.3wt%, 스테아르산칼슘(Calcium stearate) 1.0wt%, 산화방지제(Anti-oxidant) 0.2wt%, 산화티타늄(Titanium-oxide) 3.0wt%, 및 그래프트 결합제(GB-MA) 2.5wt%를 투입하여 제조된 펠렛을 사출성형하여 자동차 내장재용 플라스틱 조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
종이 분말 20.0wt%, 및 옥피의 분말 10.0wt%에 폴리프로필렌(PP; polypropylene) 63.3wt%, 스테아르산칼슘(Calcium stearate) 1.0wt%, 산화방지제(Anti-oxidant) 0.2wt%, 산화티타늄(Titanium-oxide) 3.0wt%, 및 그래프트 결합제(GB-MA) 2.5wt%를 투입하여 제조된 펠렛을 사출성형하여 자동차 내장재용 플라스틱 조성물을 제조하였다.
<실험예 1>
상기 대조구 및 상기 실시예 1 ~ 5에서 제조된 자동차 내장재용 플라스틱 조성물에 대하여 ISO178 방법에 따라 굴곡탄성률을 측정하였다.
<실험예 2>
상기 대조구 및 상기 실시예 1 ~ 5에서 제조된 자동차 내장재용 플라스틱 조성물에 대하여 ISO178 방법에 따라 굴곡강도를 측정하였다.
<실험예 3>
상기 대조구 및 상기 실시예 1 ~ 5에서 제조된 자동차 내장재용 플라스틱 조성물에 대하여 ISO527-1 방법에 따라 인장강도를 측정하였다.
상기한 실험예 1 ~ 3의 결과를 하기 표 1에 정리하였다.
항목 시험방법 요구물성 대조구 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
굴곡탄성률(MPa) ISO178 Mean Vallue : 1700
Range : 1500 - 1900		 1474 3307 2197 1847 1786 1720
굴곡강도(MPa) ISO178 - 26.09 36.18 37.85 32.85 30.65 29.85
인장강도(MPa) ISO527-1 ≥17 20.37 24.81 20.8 18.8 17.9 17.2
본 발명에 따른 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱은 종이 분말이 포함된 실시예 1 ~ 3과 종이 분말, 및 식물체 분말(옥피)이 포함된 실시예 4, 5로 나누어지며, 표 1에서 알 수 있듯이, 실시예 1 ~ 5 모두에서 대조구인 폴리프로필렌과 유사한 또는 더 우수한 굴곡탄성률, 굴곡강도, 및 인장강도를 가짐을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. (a) 종이를 분쇄한 후 건조하여 종이 분말을 제조하는 단계;
    (b) 식물체를 분쇄한 후 건조하여 식물체 분말을 제조하는 단계;
    (c) 상기 종이 분말 및 상기 식물체 분말을 혼합하여 바이오매스 분말을 형성하는 단계;
    (d) 상기 바이오매스 분말에 왁스를 코팅하는 단계;
    (e) 상기 왁스가 코팅된 바이오매스 분말에 플라스틱 수지, 유기산, 및 과산화물을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    (f) 상기 혼합물을 플라스틱 수지-바이오매스 그래프트 결합이 이루어지도록 하여 플라스틱 수지-바이오매스 그래프트 결합 조성물을 형성하는 단계; 및
    (g) 상기 플라스틱 수지-바이오매스 그래프트 결합 조성물을 펠렛으로 제조하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 종이 분말은 100 ~ 400 메쉬인 것을 특징으로 하는,
    바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 식물체 분말은 100 ~ 300 메쉬인 것을 특징으로 하는,
    바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱 제조방법.
KR20120027594A 2012-03-19 2012-03-19 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법 KR101208107B1 (ko)

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