KR101252009B1 - 바이오소재를 이용한 비닐백 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오 소재를 이용한 비닐백 및 그 케이스에 관한 것으로, 중앙에 형성된 접철선을 접어서 양측면을 형성하고 내부에 수용공간을 형성하기 위한 바이오 플라스틱 시트; 상기 양면중 일측면의 단부에 접히도록 형성되고, 타측면의 끝단부에 초음파로 접착되는 접착부; 상기 양면의 일단에 각각 돌출 형성되고, 일단의 테두리에 연장 형성되는 접철선에 의해 접히도록 형성되는 결합돌부; 상기 양면 중 어느 일면에 형성되되, 상기 비닐백의 단부를 인출하기 위한 인출구와, 상기 인출구를 통해 인출되는 비닐백을 일정길이로 절단하기 위한 절단부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 비닐백을 수납하기 위한 케이스를 바이오소재가 포함된 합성수지와 초음파 융착을 위한 폴리프로필렌의 혼합물로 제작함으로써, 케이스의 제작시 케이스가 초음파 융착으로 고정하여 간단하게 조립할 수 있고, 케이스의 폐기시 소각으로 인한 공기오염을 줄일 수 있으며, 땅에 매립에 의해 분해가 되는 장점이 있다.

Description

바이오소재를 이용한 비닐백 {VINYL BAG USING BIOLOGICAL MATERIAL AND CASE THEREOF}

본 발명은 바이오소재를 이용한 비닐백 및 그 케이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생분해성 천연물질인 다공성 초본계 농산폐기물을 사용하여, 폐자원을 활용하는 동시에 비닐백의 물성 및 분해효능을 갖는 바이오 소재를 이용한 비닐백 및 그 케이스에 관한 것이다.

일반적으로, 비닐백은 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 등의 합성수지를 소재로 제조되는 것이며, 인플레이션 압출을 통해 원형으로 형성하고 이를 재단 후 한쪽을 열로 봉합함으로써 봉투형으로 만드는 것이다.

상기 비닐백은 상단부에 입구를 가지고, 내부에 공간부에 물건을 넣은 후에 입구 주변을 묶어서 물건을 보관하거나 운반하는데 사용하게 된다.

그리고, 비닐백이 다량으로 쓰이는 대형 할인 마트, 백화점 등의 식품관에서는 비닐봉투를 감은 롤백(Roll bag)이 많이 쓰이는데, 이는 밀폐를 위한 융착부와, 이에 일정 거리를 두어 절단이 용이한 절단부를 길이 방향으로 일정 간격 다수개 형성하고, 이를 필름 형식으로 감아 놓은 것으로, 절단부를 절취하여 사용함에 따라 일반 비닐봉투에 비해 불필요한 소모가 적어 매우 경제적이고, 보관이 용이하도록 하였다.

상기 비닐백은 일정 거리를 두어 절단이 용이한 절단부에 의해 길이가 정해져 있으므로, 물건의 양에 관계없이 일정한 크기로 절단되는 비닐백에 물건을 담아야 함으로 물건의 양이 적을 때에는 비닐백의 크기가 너무 크게 되고, 물건을 양이 많을 때에는 여러 개의 비닐백을 사용해야하므로 자원이 낭비되는 문제점이 있었다.

또한, 비닐백은 사용 후에 쓰레기로 버려지기 때문에 소각하거나 땅에 매립해서 처리하게 되는데, 비닐백은 소각시 유독가스를 배출하여 공기를 오염시키고, 땅에 매립시 분해되지 않아 오랫동안 그대로 남아 있게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 비닐백을 수용하기 위한 별도의 케이스가 구비된다. 이 케이스는 한 장의 플라스틱 시트로 성형된 것을 접고 끼우는 공정에 의해 비닐백의 수용공간이 형성되도록 제작되는데, 이 케이스를 제작하기 위하여 접고 끼워서 조립하는 작업방법이 매우 불편할 뿐만 아니라, 거의 수작업으로 이루어지기 때문에 이에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 산화 생분해 효능을 갖는 바이오 소재를 첨가한 비닐백을 제작함으로써, 비닐백 사용후 소각시 유독가스의 배출을 적게 하여 공기 오염을 줄이고, 땅에 매립시 분해되도록 한 바이오소재를 이용한 비닐백을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 바이오소재로 제조되는 롤 형태의 비닐백을 수용하고, 비닐백의 인출시 사용하고자 하는 길이로 절단하여 사용하도록 하는 바이오소재를 이용한 비닐백용 케이스를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 케이스를 제작하기 위하여 플라스틱 시트를 접고 끼우는 작업방법을 접고 초음파 융착하여 고정하는 작업방법으로 전환하기 위하여, 케이스를 성형하기 위한 바이오소재가 혼합된 합성수지에 초음파 융착을 위한 폴리프로필렌을 혼합함으로써, 케이스의 제작시 접는 작업과 초음파 융착 공정으로 편리하게 제작할 수 있는 바이오 소재를 이용한 비닐백용 케이스를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조성물 총 100 중량%에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지 10~50 중량%, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제 0.5~5 중량%, 플라스틱용 활제 0.5~3 중량%, 플라스틱 분해용 산화제 0.1~1 중량% 및 잔량으로서 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물;을 포함하고, 상기 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물에는 적어도 무기질 필러 5~20중량% 및 농산폐기물 표면 코팅제 0.5~2 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 초본계 농산폐기물은 다공성 곡물껍질, 곡물대 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 폐기되고 있는 폐자원의 일종인 다공성 초본계 농산폐기물을 비닐백의 대체 원료로 사용함으로써, 폐자원을 활용하고 제조원가를 절감할 수 있으며, 이를 이용하여 제조된 바이오소재 비닐백의 물성 및 분해효능 또한 우수하여 활용도가 높은 장점이 있다.

또한, 비닐백을 수납하기 위한 케이스를 바이오소재가 포함된 합성수지와 초음파 융착을 위한 폴리프로필렌의 혼합물로 제작함으로써, 케이스의 제작시 케이스 접합부의 초음파 융착성이 향상되어 간단하게 조립할 수 있고, 케이스에도 바이오소재가 적용되어 케이스의 폐기시 소각으로 인한 공기오염을 줄일 수 있으며, 땅에 매립에 의해 분해되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비닐백용 케이스를 결합하는 과정을 보인 사시도.
도 2는 도 1의 케이스에서 결합돌부를 접어 받침을 형성하는 과정을 보인 요부 사시도.
도 3은 도 1의 케이스에서 비닐백을 인출한 후에 절단하는 과정을 보인 사시도.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 바이오소재를 이용한 비닐백은 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지 10~50 중량%, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제 0.5~5 중량%, 플라스틱용 활제 0.5~3 중량%, 플라스틱 분해용 산화제 0.1~1 중량% 및 잔량으로서 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 포함하는 바이오소재로 제조되는 구성이다.

상기 합성수지의 예로는 LDPE, HDPE, MDPE, LLDPE, VLDPE, PP, PVC, EVA, PVAc 및 이들의 공중합체 등의 폴리올레핀류, PET 및 PBT 등의 폴리에스테르류, NYLON-6, NYLON-66 및 NYLON-11 등의 폴리아미드류(PA), PMMA 및 아크릴 공중합체 등의 폴리아크릴레이트류를 들 수 있다.

상기 바이오 플라스틱 조성물에서 합성수지의 양은 상기 조성물 총 100중량%에 대하여 10~50중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 10중량% 미만의 양으로 사용될 경우에는 분산 및 상용성이 급격히 떨어져 제품으로 사용하기 어렵고, 50중량% 초과의 양으로 사용될 경우에는 수지 함량이 과다하므로 경제성이 떨어진다. 제품 상태의 충분한 강도를 유지하기 위해서는 조성물 총 100중량%에 대하여 18~30중량%의 양으로 사용되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 상용화제(compatibilizer)는 비극성인 상기 합성수지와 극성인 초본계 농산폐기물간의 이형성을 제거하여 상용성을 부여하는 물질로서, 그 예로는 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜(EVA), 폴리비닐알코올(PVA), 및 에틸렌비닐아세테이트 등을 포함하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한됨이 없이 사용될 수 있다. 그러나, 더욱 바람직하게는, 하기 화학식 1의 폴리올레핀계 또는 하기 화학식 2의 폴리올레핀 유도 중합체를 사용할 수 있다. 시판중인 제품으로는, 예를 들어, ADPOLY PH-200, EM-200, SMS-554(호남석유화학(주)) 등이 있다. 상기 상용화제는 본 발명의 바이오 플라스틱 조성물 총 100중량%에 대하여 0.5~5중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량% 미만의 양으로 사용될 경우 상용성이 충분하지 못하여 층간 분리현상이 발생할 수 있으며, 5중량% 초과의 양으로 사용될 경우 경제적 효과를 얻을 수 없다. 더욱 바람직하게는, 조성물 총 중량에 대하여 0.5~3.0중량%의 양으로 사용된다.

상기 식에서, R은 H 또는 CH₃임

상기 식에서, R은 H 또는 CH₃임

상기 플라스틱용 활제는 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물과 합성수지간의 접합 또는 친화력 강화 및 배합, 압출시 발생되는 마찰열을 감소하여 열적 분해를 방지하는 동시에 원활한 압출작업을 수행하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 이들을 첨가하더라도 기계적 물성은 기초소재와 유사하게 유지하면서 원활한 작업성을 제공해 준다. 이 활제로는 환경친화도가 높은 천연물인 스테아린산염, 팔미트산염 및 라우르산염으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 칼슘 스테아린산(Calcium Stearate), 아연 스테아린산(Zinc Stearate) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 활제는 본 발명의 바이오 플라스틱 조성물 총 100중량%에 대하여 0.5~3중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량% 미만의 양으로 사용될 경우 제품 성형시에 충분한 윤활제로서의 효과를 얻을 수 없고, 3중량% 초과의 양으로 사용될 경우 제품 내부에 결함을 발생시키거나 제품 성형시 탄화물 또는 플로우마크(flow-mark) 등이 발생하여 미려한 미관을 저해함은 물론 경제적 효과를 얻을 수 없다.

상기 플라스틱 분해용 산화제는 고분자 사슬을 끊어 분해시키기 위해 첨가되는 성분으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 플라스틱 분해용 산화제라면 제한됨이 없이 사용될 수 있으며, 본 발명의 바이오 플라스틱 조성물 총 100중량%에 대하여 0.1~1중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 출원인의 한국특허 제10-0641272호에는 산화촉진제로서 고분자의 산화를 촉진시키는 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 등의 금속 성분을 들 수 있으며, 상기 첨가제는 금속 자체로 조성물에 첨가될 수도 있으나, 유기 화합물과 결합된 유기 컴플렉스의 형태로 첨가될 수도 있다. 이러한 분해용 산화제가 조성물 100중량%에 대하여 0.1중량% 미만의 양으로 사용될 경우 분해 효과가 미미하고, 1중량% 초과의 양으로 사용될 경우 경제성이 떨어진다.

상기 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 옥수수, 귀리, 쌀, 밀, 보리 등을 포함하는 곡물의 겨(또는 껍질)이나, 볏짚, 옥수수대, 보리대, 밀대, 유채대, 해바라기대 등을 포함하는 곡물의 대 등 초본계 농산물에서 얻어지는 곡물 또는 씨앗 등을 제외한 다공성 부산물 또는 이들의 혼합물이 포함된 배합물을 의미한다.

상기 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 본 발명의 바이오 플라스틱 조성물에서 수지, 상용화제, 활제 및 무기질 필러를 제외한 잔량을 차지하게 된다. 더욱 바람직하게는, 조성물 총 중량에 대하여 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 50~65중량%의 양으로 사용된다. 상기 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물에는 적어도 무기질 필러 5~20중량% 및 표면 코팅제 0.5~2중량%를 포함하도록 이루어지는, 상기 초본계 농산폐기물에 상기 무기질 필러가 함침된 분말상 코팅체인 것이 더욱 바람직하다.

상기 무기질 필러는 상기 분말상 초본계 농산폐기물의 다공에 침착되는 물질로서, 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 플라스틱의 물성을 향상시키기 위하여 상기 무기질 필러는 총 100% 중 나노크기의 분체가 1~50%의 양으로 포함된 것을 사용한다. 더욱 바람직하게는, 80~100㎚ 크기의 분체가 10~30%의 양으로 포함된 것을 사용한다.

또한, 상기 무기질 필러는 상기 초본계 농산폐기물 100중량%에 대하여 5~20중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 5중량% 미만의 양으로 사용될 경우 다공질의 초본계 농산폐기물에 함침되는 양이 적어 표면을 충분히 개질시키지 못 하고 다공질의 내부에 공기가 잔존함에 따라 진행과정에서 수분 및 가스가 발생하여 분산 및 상용성을 저하시키는 원인이 되며, 20중량% 초과의 양으로 사용될 경우 초본계 농산폐기물에 침착되고 남은 양이 과다하게 되어 최종 화합물의 기계적 물성을 저하시키는 원인이 될 수 있다.

상기 표면 코팅제는 상기 초본계 농산폐기물의 표면을 코팅시켜 수분증발을 방지할 수 있는 물질로서, 스테아린산염, 팔미트산염 및 라우르산염으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 칼슘 스테아린산(Calcium Stearate), 아연 스테아린산(Zinc Stearate) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 표면 코팅제는 상기 초본계 농산폐기물 100중량%에 대하여 0.5~2중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량% 미만의 양으로 사용될 경우 코팅이 충분하지 못하여 분말 표면에 수분이 재흡수되는 현상을 방지할 수 없으며, 2중량% 초과의 양으로 사용될 경우 마지막 용융 압출단계에서 고분자화합물과 천연물간의 슬립성을 유발하여 기게적 물성을 저하시킨다.

이외에도, 가공성, 제품 안정성, 제품의 성능 등을 향상시키기 위하여 플라스틱 제조를 위한 첨가제로 사용될 수 있는 널리 알려진 다양한 성분들이 소정의 양으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 접합력을 강화시키고 반발력을 감소시키기 위하여 표면처리제를 소정의 양으로 첨가할 수 있으며, 또한, 플라스틱 제품의 사용기간 중 수지의 물리적, 화학적 성질을 유지하여 분해되지 않도록 하기 위하여 안정제를 소정의 양으로 첨가할 수 있다. 본 발명에서, 화합물의 변형 및 탄화를 방지하여 기계적 물성 및 가공안정성을 유지하기 위하여 분자량이 2,000 미만인 선형 유기 열안정제 및 산화방지제(irganox 1010 또는 1076 계열)를 통상의 방법에 따라 소정의 양으로 첨가하는 것 또한 바람직하다.

한편, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비닐백용 케이스를 결합하는 과정을 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 케이스에서 결합돌부를 접어 받침을 형성하는 과정을 보인 요부 사시도이며, 도 3은 도 1의 케이스에서 비닐백을 인출한 후에 절단하는 과정을 보인 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 바이오소재를 이용한 비닐백용 케이스(10)는 한 장의 바이오 플라스틱 시트(20)로 구성되되, 양측면(21)(22)이 접혀 마주보는 상태에서 양끝단이 접착되어 내측에 수용공간을 형성하고, 양측면(21)(22)의 하단부에 각각 돌출 형성되는 결합돌부(27)가 서로 결합되어 받침부를 이루는 구성이다.

케이스(10)에 형성된 공간에 롤 형태의 비닐백(30)이 수용되고, 받침부에 의해 수용공간에서 이탈되는 것이 방지된다.

여기서, 케이스(10)의 양측면(21)(22)은 중앙에 형성되는 절첩선(23)에 의해 상호 마주보는 상태로 접혀지도록 구성되되, 양측면(21)(22) 중 일측면(21)의 단부에는 다른 절첩선(21b)에 의해 접혀져서 타측면(22)의 단부에 초음파 융착으로 고정되는 접착부(21a)가 형성된다.

케이스(10)의 양측면(21)(22) 중 타측면(22)의 상부에는 공간에 수납되는 비닐백(30)을 인출하기 위한 인출구(24)가 형성되고, 상기 인출구(24)의 상측에는 인출구(24)를 통해 인출된 비닐백(30)을 일시 고정하기 위한 고정구(25)가 형성된다.

또한, 케이스(10)의 타측면(22)에는 인출구(24)를 통해 인출된 비닐백(30)을 일정길이로 절단하기 위한 절단부(26)를 구비한 구성이다.

이 절단부(26)는 바이오 플라스틱 시트(20)의 타측면(22) 상단부에 상부로 개구되는 홈부에 칼날(26a)이 경사지게 구비되고, 이 칼날(26a)의 외측에 별도의 덮개부재(26b)가 초음파로 접착 고정되는 것으로 구성된다.

바이오 플라스틱 시트(20)는 양측면(21)(22)의 하단부에 서로 결합되는 결합돌부(27)가 형성되되, 이 결합부(27)는 시트를 접어 내부에 공간을 형성할 때, 내부에 비닐백(30)이 수용될 수 있도록 내부공간을 유지하고, 상기 결합돌부(30)가 서로 결합되어 양측면(21)(22)에 대하여 수평으로 연결되어 내부 공간에서 수용되는 비닐백(30)을 지지하여 케이스(10)의 하측으로 빠져나오는 것을 방지하는 받침 역할을 수행하도록 구성된다.

또한, 결합돌부(27)의 일측에 끼임홈(27a)이 형성되어, 결합돌부(27)가 접혀질 때 끼임홈(27a)이 상호 끼워져서 결합되도록 구성된다.

여기서, 결합돌부(27)는 양측면(21)(22)의 하단 테두리에서 연장되는 부분에 절첩선(27b)을 형성한다. 그리고, 이 절첩선(27b)은 외측면에서 눌림되면서 요입홈의 형태로 이루어지게 되어 양측면(21)(22)의 결합돌부(27)가 서로 맞물림시에 접힘이 용이토록 하는 것이다.

또한, 상기 절첩선(27b)은 2단으로 형성하여, 결합돌부(27)가 접어져 맞물림될 경우에 플라스틱 시트의 특성상 외측으로 벌어지려는 힘을 약화시키게 됨으로써 결합돌부(27)가 상호 맞물려 평평하게 형성될 때 평면 유지를 용이하게 하기 위함이다.

또한, 상기 결합돌부(27)의 끼움홈(27a)은 입구에서 내측까지 하향 경사로 이루어진 경사면으로 형성됨으로써, 끼임홈(27a)이 서로 맞물린 상태에서 결합되는 결합돌부(27)의 임의적인 해체를 방지하도록 한 구성이다.

한편, 상기 케이스(10)는 바이오 소재로 티-다이(T-DIES) 압출 성형으로 성형되는 한 장의 바이오 플라스틱 시트(20)로 구성되는 것으로, 케이스(10)의 내측에 상기 롤 형태의 비닐백(30)을 수용하기 위한 공간을 형성하기 위하여 바이오 플라스틱 시트(20)를 접어서 양측면(21)(22)을 형성하고, 이 양측면(21)(22)의 단부를 서로 접착하게 되는데, 이 양측면(21)(22)의 단부를 접착할 때 초음파 융착을 이용하게 된다.

이러한 케이스(10)를 형성하기 위한 한 장의 바이오 플라스틱 시트(20)의 재질은 조성물 총 100 중량%에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지 10~50 중량%, 폴리프로필렌 20~30 중량%, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제 0.5~5 중량%, 플라스틱용 활제 0.5~3 중량%, 플라스틱 분해용 산화제 0.1~1 중량% 및 잔량으로서 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 포함하여 구성된다.

즉, 상기 케이스를 성형하기 위한 바이오 플라스틱 시트 재질의 조성물은 상기 비닐백을 성형하기 위한 조성물에서 폴리프로필렌 20~30중량% 가 추가되는데 비하여, 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 추가되는 폴리프로필렌의 양만큼 줄여서 사용되는 것이 바람직하다.

여기서, 케이스(10)의 일측면의 접착부와 타측면의 끝단을 초음파 융착으로 접착 고정하게 되는데, 케이스(10)가 바이오소재인 천연물이 혼합된 합성수지로 제작될 경우에는 초음파 융착으로 고정하는 것이 어렵기 때문에, 이 초음파 융착을 위하여 상기 천연물이 혼합된 합성수지에 폴리프로필렌을 추가로 혼합하여 사용하는 것이다.

즉, 상기 폴리프로필렌은 케이스의 초음파 융착 접착시 접착력을 높이는 역할을 수행하게 된다. 이 폴리프로필렌은 치글러(Ziegler) 촉매를 사용하여 중합하여 얻어지는 입체 규칙성을 갖는 열가소성 수지로 -(CH2-CHCH3)n- 로 되는 구조식을 갖고, 비중은 0.90 로 플라스틱 중에서 가장 가벼운 부류에 속하며, 화학식은 다음과 같다.

통상, 초음파 융착은 주파수 파장에너지로 분자를 진동시켜 발생되는 에너지를 이용하여 열접착하는 것을 말하는데, 이때 사용되는 첨가제로 폴리프로필렌 수지가 사용된다. 즉, 폴리프로필렌은 위의 화학식과 같이 격자구조로 이루어져 유전가열시 퍼짐성이 우수하고, 재결합력이 강하며, 초음파 에너지에 의해 녹았을 경우 멜트텐션이 낮아 바이오소재와 혼합이 잘되고, 나일론이나 폴리에스테르보다 결정화속도가 빨라 급냉각 특성이 있어 우수한 기계적 접착력을 갖는다.

따라서, 본 발명의 바이오소재로 된 케이스에서는 조성물 100중량%에 대하여 폴리프로필렌이 20~30중량%가 사용되는데, 20 중량% 미만의 양으로 사용될 경우에는 케이스(10)의 양측면의 끝단부를 초음파 융착으로 고정할 때, 융착성이 저하되어 케이스의 끝단부의 접착력이 약하여 분리되는 문제점이 발생되고, 30 중량% 초과의 양으로 사용할 경우에는 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물이 상대적으로 적게 함유하게 되어, 본 발명의 특징이라 할 수 있는 케이스의 소각시 유독가스의 배출을 적게 하고, 땅에 매립시 분해되도록 하는 효과를 얻을 수 없게 된다.

상기 조성물중 합성수지는 예로 LDPE, HDPE, MDPE, LLDPE, VLDPE, PP, PVC, EVA, PVAc 및 이들의 공중합체 등의 폴리올레핀류, PET 및 PBT 등의 폴리에스테르류, NYLON-6, NYLON-66 및 NYLON-11 등의 폴리아미드류(PA), PMMA 및 아크릴 공중합체 등의 폴리아크릴레이트류를 들 수 있다.

합성수지의 양은 상기 조성물 총 100중량%에 대하여 10~50중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 10중량% 미만의 양으로 사용될 경우에는 분산 및 상용성이 급격히 떨어져 제품으로 사용하기 어렵고, 50중량% 초과의 양으로 사용될 경우에는 수지 함량이 과다하므로 경제성이 떨어진다. 제품 상태의 충분한 강도를 유지하기 위해서는 조성물 총 100중량%에 대하여 18~30중량%의 양으로 사용되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 상용화제(compatibilizer)는 비극성인 상기 합성수지와 극성인 초본계 농산폐기물간의 이형성을 제거하여 상용성을 부여하는 물질로서, 그 예로는 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜(EVA), 폴리비닐알코올(PVA), 및 에틸렌비닐아세테이트 등을 포함하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한됨이 없이 사용될 수 있다. 그러나, 더욱 바람직하게는, 하기 화학식 1의 폴리올레핀계 또는 하기 화학식 2의 폴리올레핀 유도 중합체를 사용할 수 있다. 시판중인 제품으로는, 예를 들어, ADPOLY PH-200, EM-200, SMS-554(호남석유화학(주)) 등이 있다.

상기 상용화제는 본 발명의 바이오 플라스틱 조성물 총 100중량%에 대하여 0.5~5중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량% 미만의 양으로 사용될 경우 상용성이 충분하지 못하여 층간 분리현상이 발생할 수 있으며, 5중량% 초과의 양으로 사용될 경우 경제적 효과를 얻을 수 없다. 더욱 바람직하게는, 조성물 총 중량에 대하여 0.5~3.0중량%의 양으로 사용된다.

상기 플라스틱용 활제는 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물과 합성수지간의 접합 또는 친화력 강화 및 배합, 압출시 발생되는 마찰열을 감소하여 열적 분해를 방지하는 동시에 원활한 압출작업을 수행하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 이들을 첨가하더라도 기계적 물성은 기초소재와 유사하게 유지하면서 원활한 작업성을 제공해 준다.

이 활제로는 환경친화도가 높은 천연물인 스테아린산염, 팔미트산염 및 라우르산염으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 칼슘 스테아린산(Calcium Stearate), 아연 스테아린산(Zinc Stearate) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 활제는 본 발명의 바이오 플라스틱 조성물 총 100중량%에 대하여 0.5~3중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량% 미만의 양으로 사용될 경우 제품 성형시에 충분한 윤활제로서의 효과를 얻을 수 없고, 3중량% 초과의 양으로 사용될 경우 제품 내부에 결함을 발생시키거나 제품 성형시 탄화물 또는 플로우마크(flow-mark) 등이 발생하여 미려한 미관을 저해함은 물론 경제적 효과를 얻을 수 없다.

플라스틱 분해용 산화제는 고분자 사슬을 끊어 분해시키기 위해 첨가되는 성분으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 플라스틱 분해용 산화제라면 제한됨이 없이 사용될 수 있으며, 본 발명의 바이오 플라스틱 조성물 총 100중량%에 대하여 0.1~1중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 출원인의 한국특허 제10-0641272호에는 산화촉진제로서 고분자의 산화를 촉진시키는 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 등의 금속 성분을 들 수 있으며, 상기 첨가제는 금속 자체로 조성물에 첨가될 수도 있으나, 유기 화합물과 결합된 유기 컴플렉스의 형태로 첨가될 수도 있다. 이러한 분해용 산화제가 조성물 100중량%에 대하여 0.1중량% 미만의 양으로 사용될 경우 분해 효과가 미미하고, 1중량% 초과의 양으로 사용될 경우 경제성이 떨어진다.

본 발명에서 사용되는 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 옥수수, 귀리, 쌀, 밀, 보리 등을 포함하는 곡물의 겨(또는 껍질)이나, 볏짚, 옥수수대, 보리대, 밀대, 유채대, 해바라기대 등을 포함하는 곡물의 대 등 초본계 농산물에서 얻어지는 곡물 또는 씨앗 등을 제외한 다공성 부산물 또는 이들의 혼합물이 포함된 배합물을 의미한다.

상기 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 본 발명의 바이오 플라스틱 조성물에서 수지, 상용화제, 활제 및 무기질 필러를 제외한 잔량을 차지하게 된다.

추가적으로, 상기 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 적어도 무기질 필러 5~20중량% 및 표면 코팅제 0.5~2중량%를 포함하도록 이루어지는, 상기 초본계 농산폐기물에 상기 무기질 필러가 함침된 분말상 코팅체인 것이 더욱 바람직하다.

상기 무기질 필러는 상기 분말상 초본계 농산폐기물의 다공에 침착되는 물질로서, 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

플라스틱의 물성을 향상시키기 위하여 상기 무기질 필러는 총 100% 중 나노크기의 분체가 1~50%의 양으로 포함된 것을 사용한다. 더욱 바람직하게는, 80~100㎚ 크기의 분체가 10~30%의 양으로 포함된 것을 사용한다. 또한, 상기 무기질 필러는 상기 초본계 농산폐기물 100중량%에 대하여 5~20중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 5중량% 미만의 양으로 사용될 경우 다공질의 초본계 농산폐기물에 함침되는 양이 적어 표면을 충분히 개질시키지 못 하고 다공질의 내부에 공기가 잔존함에 따라 진행과정에서 수분 및 가스가 발생하여 분산 및 상용성을 저하시키는 원인이 되며, 20중량% 초과의 양으로 사용될 경우 초본계 농산폐기물에 침착되고 남은 양이 과다하게 되어 최종 화합물의 기계적 물성을 저하시키는 원인이 될 수 있다.

상기 표면 코팅제는 상기 초본계 농산폐기물의 표면을 코팅시켜 수분증발을 방지할 수 있는 물질로서, 스테아린산염, 팔미트산염 및 라우르산염으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 칼슘 스테아린산(Calcium Stearate), 아연 스테아린산(Zinc Stearate) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 표면 코팅제는 상기 초본계 농산폐기물 100중량%에 대하여 0.5~2중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량% 미만의 양으로 사용될 경우 코팅이 충분하지 못하여 분말 표면에 수분이 재흡수되는 현상을 방지할 수 없으며, 2중량% 초과의 양으로 사용될 경우 마지막 용융 압출단계에서 고분자화합물과 천연물간의 슬립성을 유발하여 기게적 물성을 저하시킨다..

이외에도, 가공성, 제품 안정성, 제품의 성능 등을 향상시키기 위하여 플라스틱 제조를 위한 첨가제로 사용될 수 있는 널리 알려진 다양한 성분들이 소정의 양으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 접합력을 강화시키고 반발력을 감소시키기 위하여 표면처리제를 소정의 양으로 첨가할 수 있으며, 또한, 플라스틱 제품의 사용기간 중 수지의 물리적, 화학적 성질을 유지하여 분해되지 않도록 하기 위하여 안정제를 소정의 양으로 첨가할 수 있다.

본 발명에서, 화합물의 변형 및 탄화를 방지하여 기계적 물성 및 가공안정성을 유지하기 위하여 분자량이 2,000 미만인 선형 유기 열안정제 및 산화방지제(irganox 1010 또는 1076 계열)를 통상의 방법에 따라 소정의 양으로 첨가하는 것 또한 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 바이오 소재로 제작되는 비닐백의 케이스에 대한 작용을 간략하게 설명하기로 한다.

먼저, 티-다이(T-DIES) 압출성형으로 성형되는 한 장의 바이오 플라스틱 시트(20)의 중앙에 형성되는 접철선(23) 부분을 접어서 도 1과 같이, 양측면(21)(22)이 서로 마주보도록 한다. 그런 다음, 양측면(21)(22)의 하단부에 형성되는 결합돌부(27)를 접어서 상호 결합시키게 되는데, 이때 결합돌부(27)의 끼임홈(27a)이 상호 맞물리도록 하여 결합돌부(27)를 결합하게 되는 것이다.

이후에, 양측면(21)(22)중 일측면(21)에 형성되는 접착부(21a)와 타측면(22)의 단부를 초음파 융착으로 고정하게 된다.

즉, 플라스틱 시트(20)에 형성된 절첩선(23) 부분을 접어서 양측면(21)(22)을 마주보도록 하고, 내측에 수용 공간이 타원 형태로 형성될 수 있도록 양측면(21)(22) 양끝단을 눌러 볼록한 형태가 되도록 한 후에, 일측면(21)의 접착부(21a)와 타측면(22)의 끝단부를 초음파 융착하여 고정한다.

그런 다음, 결합돌부(27)를 상호 마주보는 방향으로 접어서 끼임홈(27a)이 서로 끼워지도록 하여 결합된 결합돌부(27)가 평면의 받침대를 형성한다.

이후에, 플라스틱 시트(20)의 내측에 형성되는 수용공간에 롤 형태의 비닐백(30)을 수용하여 결합돌부(27)에 받쳐지도록 한 후에, 비닐백(30)의 단부를 케이스(10)에 구비되는 인출구를 통해 인출하여 고정구(25)에 일시 고정한 후에, 일정길이로 케이스(10)의 상부에 노출시켜 놓는다.

이후에, 물건을 담고자 할 때, 사용하고자 하는 만큼의 길이로 비닐백(30)을 인출시킨 후에 비닐백(30)을 절단부(26)에 눌러 일정길이로 절단하여 사용하는 것이다.

10 : 케이스 20 : 바이오 플라스틱 시트
21 : 일측면 22 : 타측면
23 : 절첩선 24 : 인출구
25 : 고정구 26 : 절단부
27 : 결합돌부 30 : 비닐백

Claims (6)

1. 조성물 총 100 중량%에 대하여,
   폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 합성수지 10~50 중량%, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제 0.5~5 중량%, 플라스틱용 활제 0.5~3 중량%, 플라스틱 분해용 산화제 0.1~1 중량% 및 잔량으로서 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물;을 포함하되,
   상기 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물에는 적어도 무기질 필러 5~20중량% 및 농산폐기물 표면 코팅제 0.5~2 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오 소재를 이용한 비닐백.
   
2. 청구항 1항에 있어서,
   상기 초본계 농산폐기물은 다공성 곡물껍질, 곡물대 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 바이오 소재를 이용한 비닐백.
   
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