KR101271655B1 - 생분해성 수지조성물과 이로부터 제조된 드레인 보드의 코어재 및 드레인 보드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생분해성 수지 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생분해성 수지와 가공성 개선을 위한 첨가물을 적정량 혼합하여 수축개선, 탄성회복율 저감 등의 물성을 개선함으로써 생분해성 수지의 고유 특성인 생분해성의 저하 없이 생분해성 수지 원료 고유의 특성에 따른 낮은 생산성을 개선한 압출 생산성이 우수한 드레인 보드의 코어재용 생분해성 수지 조성물과 이를 이용한 드레인 보드의 코어재 및 드레인 보드의 제조방법에 관한 것이 개시된다.
본 발명의 생분해성 수지 조성물은 생분해성 고분자 화합물 100중량부에 대하여 탄산칼슘 5~60 중량부, 열가소성 수지 1~10 중량부, 활제0.1~5 중량부를 혼합하거나, 첨가물로써 탄산칼슘 60~90 중량부, 열가소성 수지 5~15중량부, 활제 1~5중량부를 포함하도록 펠렛(pellet)상태로 제조하여, 생분해성 고분자 화합물 100중량부에 상기 첨가물을 1~50 중량부 혼합함으로써 이루어진다.

Description

생분해성 수지조성물과 이로부터 제조된 드레인 보드의 코어재 및 드레인 보드{Composition containing biodegradable resin, drain board and its core made of the composition}
본 발명은 생분해성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 드레인 보드의 코어재 및 드레인 보드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생분해성 수지와 가공성 개선을 위한 첨가물을 적정량 혼합하여 생분해성 수지의 생분해성의 저하 없이 생분해성 수지 원료 고유의 특성에 따른 수축성 및 탄성회복율 저감 등의 물성을 개선함으로써 생산성을 개선한 압출 생산성이 우수한 드레인 보드의 코어재용 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용한 드레인 보드 코어재와 그것을 이용한 드레인 보드에 관한 것이다.
플라스틱은 가볍고 강하며, 가공이 용이하고 쉽게 분해되지 않는 특성 때문에 산업용 소재로부터 일회용품 및 포장재료에 이르기까지 소비량이 계속 증가하고 있다. 이와 같은 각종 플라스틱들은 사용 후 매립 또는 소각 등의 방법으로 폐기하거나, 재생하여 재사용하고 있으나, 매립, 소각 등의 폐기물 처리방법은 환경적으로 심각한 폐해를 일으키고 있다. 따라서, 이러한 환경문제를 해결하기 위하여 사용 중에는 그 기능과 구조를 유지하지만, 일단 폐기되면 미생물에 의해 물과 이산화탄소로 분해되는 생분해성 플라스틱이 다양하게 개발되고 있다.
예를 들면, 미국특허 제5,234,977호, 제5,256,711호, 제5,264,030호, 제5,292,782호, 제5,334,634호, 제5,461,093호, 제5,461,094호, 제5,569,692호, 제5,616,671호, 제5,696,186호, 제5,869,647호, 및 제5,874,486호에는 가격이 저렴하고 용이하게 생분해되는 전분을 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌과 같은 범용수지 및 폴리에스터계의 매트릭스수지와 섞어, 생붕괴성 플라스틱을 제조하는 기술이 개시되어 있으나, 전분을 첨가함에 따라 가소제를 첨가하여 변색 및 가공시 심한 연소가스(fume)가 발생하며 플라스틱의 물성이 현저히 저하되는 등의 단점이 있다.
또한, 미국특허 제4,133,784호와 제4,337,181호에는 에틸렌-아크릴산 공중합체에 호화된 상태의 전분을 첨가하여 필름을 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 에틸렌-아크릴산 공중합체가 고가인데다 제조된 필름의 물성이 실용화되기에는 극히 취약하며, 생분해성이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 미국특허 제5,254,607호, 제5,256,711호, 및 제5,258,430호에도 호화된 전분을 이용하는 기술이 개시되어 있으나, 전분을 호화시키기 위해 물과 가소제를 과량으로 첨가하기 위한 별도의 장치가 필요할 뿐만 아니라, 물성 및 치수 안정성을 증가시키기 위해 사용되는 합성수지인 에틸렌-비닐알콜 공중합체 등의 분해성이 검증되지 않고 있다.
뿐만 아니라, 대한민국 특허공개 제1994-0011542호, 제1994-0011556호, 및 제1994-0011558호에는 전분과 폴리에틸렌의 화학적 결합을 유도하기 위해 유기산 촉매와 결합제를 사용하여 반응 압출을 유도하였으나, 미반응 조단량체가 남아있을 가능성이 있으며, 전분함량이 30% 이상일 경우에는 기계적 물성이 현저히 감소하는 경향을 보였다.
이에 따라, 셀룰로오스 유도체를 이용하여 생분해성 수지를 제조하는 방법에 대한 연구가 이루어져 왔으며, 특히 상기 셀룰로오스 유도체 중 셀룰로오스 아세테이트를 이용한 생분해성 수지에 대한 연구가 주를 이루었다.
상기 셀룰로오스 아세테이트는 셀룰로오스를 아세트산 에스테르로 전환한 것으로, 본질적으로는 생분해가 가능하다고 알려져 있으나, 실제로는 생분해성이 양호하지 않다는 문제점이 있다. 즉, 셀룰로오스 아세테이트로 이루어진 성형품은 토양에 매설되었다 하더라도 12 년 후까지는 성형품의 원형을 유지하고 있으며, 성형품이 완전히 생분해될 때까지는 상당한 장시간이 요구된다. 또한, 상기 성형품은 폐기물로 매립에 제공되는 일도 있고, 폐기물로서 회수되지 않고 자연환경 중에 방치되는 일도 있다.
따라서, 셀룰로오스 아세테이트의 생분해성을 향상시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 계속되고 있다. 일본공개특허공보 평6-199901호는 아세트산보다 산해리 정수가 큰 산 화합물을 셀룰로오스 아세테이트에 첨가하여 셀룰로오스 아세테이트의 생분해성을 조절하는 방법에 대하여 개시하고 있으나, 상기 방법은 산 화합물을 셀룰로오스 아세테이트에 첨가한 시점에서 그 산 화합물의 영향에 의해 셀룰로오스 아세테이트가 화학적으로 가수분해반응을 일으키며, 이 반응으로 아세트산을 생성시키고, 셀룰로오스 아세테이트 제품에 강한 아세트산 냄새를 준다는 문제점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 종래의 생분해성 수지들은 친환경 대체 소재로서 적용이 가능하나, 그동안 원료 고유의 특성에 따른 생산성 결여 문제로 인하여 그 적용 범위가 매우 제한적이었다. 즉, 범용수지 대비 50% 이상의 수축이 발생되는 문제로 인하여 다양한 제품에 응용이 어렵고, 또한 수축 후 강제 성형을 유도하여도 최초 수축 상태로 회귀하려는 탄성회복율이 매우 높아 성형의 목적으로 수축된 폭을 확장시켰을 경우에도 최초 수축 상태로 원상 복귀하는 현상을 보여 성형성이 매우 결여되는 문제점을 안고 있다.
상기한 문제점으로 인하여 생분해성 수지의 사용에 의한 플라스틱 성형 제품을 가공생산하기 어려운 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명에서는 생분해성 수지를 주재료로 하여 생분해성 수지의 고유 특성인 생분해성을 저해하지 않고, 압출 생산에 있어 수축율, 탄성회복율 등의 물성을 개선하여 가공적성을 높임으로서, 일반 압출 플라스틱 제품을 대체 할 수 있는 드레인 보드의 코어재용 생분해성 수지 조성물을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 생분해성 수지 조성물을 이용한 생분해성 드레인 보드의 코어재 및 그것을 이용한 드레인 보드 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
상기한 과제를 해결한 본 발명의 압출생산성이 우수한 드레인 보드 코어재용 생분해성 수지 조성물은 생분해성 고분자 화합물 100중량부에 대하여 탄산칼슘 5~60 중량부, 열가소성 수지1~10 중량부, 활제 0.1~5중량부를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 생분해성 고분자 화합물은 폴리부틸렌숙시네이트(Poly butylene succinate; PBS) 또는 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트(Poly butylene adipate-co-terephthalate; PBAT)인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(polypropylene)수지, 폴리에틸렌(polyethylene)수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 한다.
생분해성 고분자 화합물 100중량부에 대하여 탄산칼슘 60~90중량부, 열가소성 수지 5~15중량부, 및 활제 1~5중량부 비율로 포함하는 혼합물을 펠렛(pellet)상태로 고형화시켜 칩(chip)형태로 가공된 다음 상기 생분해성 고분자 화합물 100중량부에 대하여 1~50 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 활제는 올레산아마이드, 에르신산아마이드, 몰리브덴 디설파이드, 글리세롤 모노스테아레이트, 팔미틸 알코올 또는 실리콘 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 활제는 평균분자량 5,000~10,000의 저밀도 폴리에틸렌에 디메틸실리콘오일 또는 실란커플링제를 중량비로 40~50중량% 포함하도록 혼합한 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 드레인 보드의 코어재를 제조하는 방법은, 생분해성 고분자 화합물, 탄산칼슘, 열가소성 수지, 활제를 앞서 설명한 비율로 포함하는 혼합물을 준비하는 단계;
상기 혼합물을 온도 160℃~230℃ 환경하에 용융시키는 단계;
상기 용융 후, 용융된 용융물을 금형(Dies)으로 공급하여 150℃~ 220℃ 조건으로 금형에 통과시켜 압출성형하여 코어(Core)로 성형하는 단계; 및
상기 코어를 냉각하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 냉각장치의 냉각온도는 초입부 10℃~25℃, 중입부 15℃~ 30℃, 말단부 15℃~30℃가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 드레인 보드의 코어재 제조 방법에서, 상기 혼합물을 준비하는 단계는 탄산칼슘, 열가소성 수지, 및 활제를 앞서 설명된 비율로 혼합, 용융 압출, 펠렛화 과정을 거쳐 칩(Chip)으로 만드는 단계와 칩을 생분해성 고분자 화합물과 혼합하는 단계로 나누어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 드레인 보드의 제조 방법은 상기 냉각된 성형품의 외부를 필터재로 감싸는 단계를 추가로 포함하는 방법이다. 상기 드레인 보드의 제조 방법의 성형품의 외부를 필터재로 감싸는 단계는 상기 필터재를 성형된 코어재의 외부에 초음파 융착시켜 결합시키는 방법, 또는 접착용 수지를 녹여 접착시키는 방법으로 수행될 수 있다.
여기서, 상기 필터재는 부직포인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 제공되는 생분해성 수지 조성물은 상용성에 있어, 생분해성 수지에 가공적성을 개선하기 위한 첨가제를 혼합하여 수축성, 탄성회복율 등 물성을 개선함으로써 범용수지에 버금가는 생산성을 확보할 수 있어, 종래의 제한적이었던 생분해성 수지의 일반플라스틱 제품의 대체범위를 크게 확장 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물은 물성 개선에 따른 생산성의 향상으로 드레인 보드 코어의 생산원가의 절감효과를 얻을 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 생분해성 수지 조성물을 이용하여 드레인 보드의 코어재를 제조하는 공정의 일예를 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 드레인 보드의 코어재를 제조하는 공정프로세스의 일예를 도시한 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제조방법에 따라 제조된 드레인 보드 코어재의 일예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 도 4의 드레인 보드 코어재의 다른 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
첨부도면 도 1 및 2는 본 발명의 생분해성 수지 조성물을 이용하여 드레인 보드의 코어재를 제조하는 공정의 일예를 도시한 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 드레인 보드의 코어재를 제조하는 공정의 일예를 도시한 공정도 이며, 도 4는 본 발명에 따른 제조방법에 따라 제조된 드레인 보드 코어재의 일예를 도시한 것이며, 도 5는 본 발명에 따른 도 4의 드레인 보드 코어재의 다른 예를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물은 생분해성 고분자 화합물, 탄산칼슘, 열가소성 수지, 활제를 일정비율로 혼합하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 상기 생분해성 수지 조성물은 생분해성 고분자 화합물 100중량부에 대하여 첨가제로서 탄산칼슘 5~60 중량부, 열가소성 수지 1~10 중량부, 활제 0.1~5 중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 탄산칼슘의 첨가량이 60 중량부를 초과하여 첨가되면 생산도중 제품이 절단되거나, 기계적 강도가 현저히 낮아지는 문제가 있고, 5 중량부 미만으로 첨가되면 생분해성원료(PBS, PBAT) 고유의 수축으로 인한 생산성 불량이 개선되지 않는 단점이 있다.
여기서, 상기 열가소성 수지의 첨가량이 10 중량부를 초과하여 첨가되면 생분해성원료(PBS, PBAT)와의 혼합 불량으로 인한 제품의 강도가 저하되는 문제가 있고, 1 중량부 미만으로 첨가되면 탄산칼슘의 분산이 불규칙해져 성형물의 강도가 일정치 못하게 형성되는 단점이 있다.
상기, 열가소성 수지는 바람직하게는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 사용하며, 경우에 따라서는, 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 적정 중량비로 혼합한 혼합물을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 상기 혼합물은 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 중량비1:9 ~ 9:1로 혼합된 혼합물이다.
본 발명에 따르면, 상기 활제의 첨가량이 5 중량부를 초과하여 첨가되면 과다한 윤활작용으로 인한 제품 불량발생의 문제가 있고, 0.1 중량부 미만으로 첨가되면 윤활 부족으로 생산성이 불량해지는 단점이 있다. 이때, 사용되는 상기 활제는 본 발명의 조성물의 흐름성을 개선하고, 각각의 조성물의 분산성을 개선하는 작용을 하며, 최종 제품의 수축성을 개선하며, 이형성을 높여주어 표면이 미려한 제품을 얻는데 사용되는 것이다.
상기 활제는 특별히 종류를 한정하지 않으며, 본 발명의 목적물의 제조에 필요한 물성을 얻을 수 있는 것이라면 고분자 화합물용 활제중 어떤 활제를 사용하여도 무방하다. 상기 활제는 고급지방산이 가장 일반적이며, 바람직하게는 올레산아마이드, 에르신산 아마이드, 몰리브덴 디설파이드, 글리세롤 모노스테아레이트(glycerol monostearate), 팔미틸 알코올(palmityl alcohol) 또는 실리콘 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.
보다 바람직하게는 본 발명에 사용되는 활제는 평균분자량 5,000 ~ 10,000인 저밀도 폴리에틸렌에 디메틸실리콘오일 또는 실란커플링제를 40~50중량%를 포함하도록 혼합한 혼합물을 사용하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 생분해성 고분자 화합물은 중량평균분자량 (Mw) 130,000~200,000인 폴리부틸렌숙시네이트(Poly butylene succinate; PBS) 또는, 중량평균분자량 (Mw) 110,000~150,000인 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트(Poly butylene adipate-co-terephthalate; PBAT)를 사용하며, 이들은 각각 하기의 화학구조식 1 및 2의 반복구조를 가진다.
[화학구조식 1]
Figure 112011065933866-pat00001
(상기 식에서, n은 1내지 5이며, m은 상기 중량평균분자량 범위를 만족하는 정수이다.)
[화학구조식 2]
Figure 112011065933866-pat00002
(상기 식에서, x, y, z는 각각 독립적으로 1 내지 5이며, m은 상기 중량평균분자량 범위를 만족하는 정수이다.)
본 발명에 사용되는 상기 생분해성 고분자 화합물은 별도의 축중합공정에 의해 제조되어질 수 있다. 그 예로써, 하기 PBS 수지의 축중합과정을 예시할 수 있다.
<PBS수지의 중합과정>
Figure 112011065933866-pat00003
상기 중합과정의 일예를 설명하면, PBS 수지는 글리콜로서 1,4-butanediol, 디카르복실산으로서는 succinic acid를 사용한다. 이때 디카르복실산과 글리콜의 몰비는 1:1.5로 하였으며, 질소기류 중에서 승온을 하고, 200에서 2~3시간 동안 에스테르화 반응시켜 이론량의 물을 유출시킨 후, 촉매를 넣고 온도를 상승시킨 후, 245에서 1 Torr 이하의 고진공 하에서 축중합반응을 진행하며 반응의 종료는 반응기 교반기의 토크(torque)를 관찰하여 반응의 종결시점을 정하게 된다.
균일한 혼합을 위하여, 본 발명의 생분해성 지방족 고분자 화합물에 첨가되는 첨가물들은 상기 고분자 화합물에 첨가하기 전에 우선 혼합하여 펠렛(pellet)상으로 고형화 시켜 칩(chip)형태로 가공하여 첨가되는 것이 좋다.(이하, '탄산칼슘칩'이라 한다)
상기 탄산칼슘칩은, 예를 들어, 탄산칼슘 60~90중량부, 열가소성 수지 5~15중량부 및 활제 1~5중량부를 포함하도록 혼합한 혼합물을 펠렛타이징(pelletizing)하여 고형화시킨다.
본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물을 사용하여 제조된 드레인 보드의 코어재 및 이를 포함하는 드레인 보드가 제공된다. 이의 구성은 첨부도면 도 4에 도시된 바와 같이, 다양한 형태의 코어재 일 수 있으며, 드레인 보드는 상기 코어재를 부직포와 같은 필터재를 감싼 형태로 도 5에 도시된 바와 같은 형태일 수 있다.
이상에서 설명되는 본 발명의 압출생산성이 우수한 드레인 보드의 코어용 생분해성 수지 조성물을 이용하여 드레인 보드의 코어재 및 드레인 보드를 제조하는 방법의 일예를 첨부도면 도 1 및 2를 참조하여 설명하면,
바람직한 드레인 보드의 코어재의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 생분해성 고분자 화합물, 탄산칼슘, 열가소성 수지, 활제를 준비하고, 앞서 설명한 비율로 포함하는 혼합물을 준비하는 단계;와 상기 혼합물을 온도 160~230℃ 환경하에 용융시키는 단계; 상기 용융 후, 용융된 용융물을 금형(Dies)(120)으로 공급하여 150~ 220℃ 조건으로 금형에 통과시켜 압출성형하여 코어(Core)(10)로 성형하는 단계; 및 상기 압출성형된 성형품을 냉각하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 냉각단계에서의 사용되는 냉각장치의 냉각온도는 초입부 10~25, 중입부 15~ 30, 말단부 15~30가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 드레인 보드의 코어재 제조 방법에서, 상기 혼합물을 준비하는 단계는 탄산칼슘, 열가소성 수지, 및 활제를 일정비율로 혼합한 후, 용융 압출 및 펠렛화 과정을 거쳐 칩(Chip)으로 만드는 단계와 칩을 생분해성 고분자 화합물과 혼합하는 단계로 나누어질 수 있다.
이때, 상기 첨가제들의 혼합은 탄산칼슘 60~90중량부, 열가소성 수지 5~15중량부 및 활제 1~5중량부를 포함하도록 혼합하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명된 바와 같은 제조방법에 의해 제조된 드레인 보드의 코어재는 참부도면 도 4와 같은 다양한 형태의 코어로 제조될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 드레인 보드의 제조 방법은 상기 냉각된 성형품의 외부를 필터재로 감싸는 단계를 추가로 포함하는 방법이다. 상기 드레인 보드의 제조 방법의 성형품의 외부를 필터재로 감싸는 단계는 상기 필터재를 성형된 코어재의 외부에 초음파 융착시켜 결합시키는 방법, 또는 접착용 수지를 녹여 접착시키는 방법으로 수행될 수 있다.
여기서, 상기 필터재는 부직포인 것을 특징으로 한다.
이를, 도 2 및 3을 참조하여 설명하면,
우선 생분해성 고분자 화합물, 탄산칼슘, 열가소성 수지, 활제를 혼합기(100)에 투입하여, 앞서 설명한 비율로 포함하는 혼합물을 준비하는 단계;와 상기 혼합물을 용융기(Extruder)(110)로 투입하여 온도 160~230℃ 환경하에 용융시키는 단계;와 상기 용융 후, 용융된 용융물을 금형(Dies)(120)으로 공급하여 150~ 220℃ 조건으로 금형에 통과시켜 압출성형하여 코어(Core)(10)로 압출성형 하는 단계;와 상기 압출성형된 성형품을 냉각하는 단계;와 상기 압출성형된 성형품인 코어를 수냉식 냉각장치(130)에 통과시켜 냉각하는 단계;와 상기 냉각된 성형품인 코어(140)의 외부를 감싸도록 필터재(20, 160)를 상기 코어와 함께 초음파 융착기(150)또는 수지접합기에 공급하여 융착시켜 결합시키는 단계; 및 상기 필터재(160)가 결합된 코어(160)를 와인더(170)로 와인딩 하여 포장하는 단계로 이루어진다.
이때, 상기 냉각장치로 상기 금형으로부터 압출되는 성형품인 코어를 냉각시킴에 있어, 고온상태로 압출되는 코어가 급격한 냉각으로 인한 수축 및 변형을 방지하기 위하여 냉각장치의 초입부의 냉각온도를 10~25℃, 중입부의 냉각온도를 15~30℃, 말단부의 냉각온도를 15~30℃가 되도록 조정하여 냉각시키는 것이 바람직하다.
바람직하게 상기 필터재는 부직포를 사용한다.
상기 드레인 보드의 코어의 제조방법에서, 상기 혼합물을 준비하는 단계는 탄산칼슘, 열가소성 수지, 및 활제를 일정비율로 혼합한 후, 용융 압출 및 펠렛화 과정을 거쳐 칩(Chip)으로 만드는 단계와 칩을 생분해성 고분자 화합물과 혼합하는 단계로 나누어 질 수 있다.
이때, 상기 첨가제들의 혼합은 탄산칼슘 60~90중량부, 열가소성 수지 5~15중량부 및 활제 1~5중량부를 포함하도록 혼합하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명된 제조방법에 의해 제조된 드레인 보드는 첨부도면 도 5와 같은 다양한 형태로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 한다. 단, 하기의 실시예로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
하기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 시편의 물성평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다. 물성평가항목은 국토해양부의 항만 및 어항 전문 시방서 중 Drain재(Core+Filter) 품질 기준을 인용하였으며, 시편의 제조 또한 상기 시방서의 기준에 맞추어 준비하였다.
1) 인장강도:KS K ISO 10319
2) 폭:KS K 0505
3) 배수성능:ASTM D 4716
4) 수축율:(Dies압출 폭-최종 성형품 폭)/Dies 압출 폭 x 100
[비교예 1]
수냉 공정을 포함하는 생산 조건에서PBS(에스엔폴 주식회사의 G4560M) 100중량부에 Polypropylene(GS칼텍스의 M720)펠렛 10중량부를 혼합하여 190℃에서 용융 후 압출 한 결과 성형기를 통과한 최종 성형물에서 다이스 압출 폭 대비 18.8%가량의 수축이 확인되었고, 최초 수축형태로 회귀하려는 성질이 크지 않아 원만한 성형성을 보이는 것으로 확인되었다.
계속해서 상기 조건에 의해 생산된 성형물의 인장강도를 평가 한 결과 종래의 Polypropylene성형물의 인장강도 대비 약 10%수준의 인장강도를 보였으며, 작은 외력에도 쉽게 손상되는 문제점을 나타내었다.
[비교예 2]
Polypropylene(GS칼텍스의 M720)펠렛 20중량부를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방식으로 압출한 결과 냉각 후 성형물 표면에서 갈라짐 현상이 확인되었고, 작은 외력에 쉽게 손상되는 것으로 나타났다.
[비교예 3]
Polypropylene 대신 Talc분말 5중량부, 석회 분말 5중량부를 사용하고 180에서 용융한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방식으로 압출 한 결과 성형물이 냉각수에 첩촉되는 시점에서 약 51%가량의 수축이 발생 되었고, 최초의 수축 상태로 회귀하려는 성질이 강하게 나타나, 성형성이 불량한 것으로 확인되었다.
상기 조성에 의해 생산된 성형물의 인장강도를 평가한 결과 종래의Polypropylene성형물의 인장강도 대비 약 70%수준의 인장강도를 보유하는 것으로 확인되었다.
[비교예 4]
Polypropylene 대신 PLA(Poly lactic acid; Nature works의 4043D) 20중량부를 Pellet상태로 혼합하고 165에서 용융한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방식으로 압출 한 결과 성형물이 냉각수에 접촉되는 시점에서 약 44%가량의 수축이 발생 되었고, 최초의 수축 상태로 회귀하려는 성질이 강하게 나타나 성형성이 불량한 것으로 확인되었다.
[비교예 5]
첨가물 없이 PBS를 단독으로 170에서 용융 후 압출 한 결과 성형물이 냉각수에 접촉되는 시점에서 약 59%가량의 수축이 발생 되었고, 최초 수축 상태로 회귀하려는 성질이 강하게 나타나 성형성이 불량한 것으로 확인되었다.
[실시예 1]
수냉 공정을 포함하는 압출 조건 상에서, 압출기에서 Pellet상태의 생분해성 수지(에스엔폴주식회사의 G4560M)100중량부에 CaCO3 분말 20중량부, 열가소성수지(Polypropylene, 호남석유화학주식회사의 H5300) 3중량부, 윤활왁스(호남석유화학주식회사의 PU) 2중량부를 혼합하여 190℃로 용융 후 30m/sec로 압출 한 결과, 성형기를 통과한 최종 성형물에서 다이스 압출 폭 대비 18.8%가량의 수축이 확인되었고, 최초 수축 상태로 회귀하려는 성질이 적어 규격이 요구하는 제품 폭 확보가 가능하였다.
[실시예 2]
열가소성 수지로 Polypropylene 대신 polyethylene(한화케미칼주식회사의 PE960) 3 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 압출 한 결과, 성형기를 통과한 최종 성형물에서 다이스 압출 폭 대비 18.8%가량의 수축이 확인되었고, 최초 수축 상태로 회귀하려는 성질이 적어 규격이 요구하는 제품 폭 확보가 가능하였다.
[실시예 3]
CaCO3 분말을 10중량부로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 압출 한 결과, 성형기를 통과한 최종 성형물에서 다이스 압출 폭 대비 18.8%가량의 수축이 확인되었고, 최초 수축 상태로 회귀하려는 성질이 적어 규격이 요구하는 제품 폭 확보가 가능하였다.
[실시예 4]
CaCO3 분말 85중량부, 열가소성수지(Polypropylene, 호남석유화학주식회사 의 H5300) 12중량부, 윤활왁스(호남석유화학주식회사의 PU) 3중량부를 200℃에서 용융, 압출 후 직경 2.5mm, 길이 2mm로 Pelletize하여 형성된 CaCO3 칩(Chip) 30중량부를 실시예 1에 사용된 생분해성 수지 100중량부와 혼합하여 170℃에서 용융 후 30m/sec의 생산속도로 실시예 1과 동일한 방식으로 압출 한 결과, 성형기를 통과 한 최종 성형물에서 다이스 압출 폭 대비 18.8%가량의 수축이 확인되었고, 최초 수축 상태로 회귀하려는 성질이 적어 규격이 요구하는 제품 폭 확보가 가능하였다.
[실시예 5]
CaCO3 칩(Chip) 40중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방식으로 압출한 결과, 성형기를 통과한 최종 성형물에서 다이스 압출 폭 대비 18.8%가량의 수축이 확인되었고, 최초 수축 상태로 회귀하려는 성질이 적어 규격이 요구하는 제품 폭 확보가 가능하였다.
[실시예 6]
CaCO3 칩(Chip) 45중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방식으로 압출한 결과, 성형기를 통과한 최종 성형물에서 다이스 압출 폭 대비 18.8%가량의 수축이 확인되었고, 최초 수축 상태로 회귀하려는 성질이 적어 규격이 요구하는 제품 폭 확보가 가능하였다.
상기한 비교예 및 실시예에 따라 준비된 시편들의 물성평가 결과는 하기 표 1 과 같다.
구 분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5
인장강도(N/g) 2.4 2.5 2.6 2.4 2.3 2.2 1.2 0.9 1.9 1.7 2.7
폭(mm) 95 95 95 95 95 95 95 95 57 66 48
배수성능(㎠/s)
압력:300kPa		 145 145 150 150 145 140 80 - - - -
수축율(%) 18.8 18.8 18.8 18.8 18.8 18.8 18.8 18.8 51 44 59
주1) -:시료 파괴로 인한 시험불능
주2) 압출 다이스 폭:117mm, 제품 규정 폭:95mm
주3) 표 1에 기재된 폭은 냉각 성형기를 통과한 후 측정된 값이며, 비교예 3번, 4번, 5번은 수축으로 인해 성형기를 통과하지 못하고 형성된 값임.
한편, 본 발명에 따른 생분해성 PVD(Prefabricated Vertical Drain) Core와 비분해성 PVD Core를 사용한 드레인 보드 완제품의 품질 특성을 비교해 보았으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
생분해성 PVD Core로는 상기 실시예 4에서 생산된 생분해성 PVD Core를 사용하였고, 비분해성 PVD Core로는 Polypropylene으로 구성된 종래의 비분해성 PVD Core를 사용하여 품질 특성을 비교 분석하였다.
분석을 위해 적용된 품질기준은 현재 국내에서 가장 널리 적용되고 있는 국토해양부 항만 및 어항전문 시방서 기준을 인용하였다.
배수성능을 비롯한 수리적 특성 분석을 위해 Dupont사의 Typar Filter를 필터재로 적용하였다.
비교 분석 결과, 본 발명에 따른 생분해성 PVD Core가 비분해성(Polypropylene)Core가 적용된 PVD의 품질 특성에 비하여 어느 정도 열위인 특성이 있으나, 전체적으로 국토해양부 항만 및 어항전문 시방서 기준에 만족하는 것으로 확인되었다.
구 분 시험방법 단위 기준 생분해성
PVD		 비분해성
PVD		 비고
중 량 KS K ISO 9864 g/m 80이상 92.4 88.5 합격
두 께 KS K ISO 9863-1 mm 2이상 3.6 3.7 합격
폭 KS K 0505 mm 1005±5 98.2 97.3 합격
인장강도 KS K ISO 10319 kN/전폭 1.5이상 3.1 3.4 합격
배수성능 ASTM D 4716 ㎠/s 10kPa가압시 180이상 185 190 합격
300kPa 가압시 140이상 150 160 합격
주) 상기 표 1은 Core단독에 대한 평가 결과이고, 표 2는 수리적특성 평가를 위해 Dupont의 Typar를 부직포로 적용한 드레인 보드 완제품 상태의 결과값이다.
10: 코어재 20: 필터재
100: 혼합기 110: 용융기(Extruder)
120: 금형(Dies) 130: 냉각장치
140: 코어(core) 150: 초음파 융착기
160: 필터재 170: 와인더

Claims (8)

  1. 생분해성 고분자 화합물 100중량부에 대하여 탄산칼슘 5~60 중량부, 열가소성 수지 1~10 중량부, 활제 0.1~5 중량부를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 드레인 보드의 코어 제조용 생분해성 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 생분해성 고분자 화합물은 폴리부틸렌숙시네이트(Poly butylene succinate; PBS) 또는 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트(Poly butylene adipate-co-terephthalate; PBAT)인 것을 특징으로 드레인 보드 코어 제조용 생분해성 수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(polypropylene)수지, 폴리에틸렌(polyethylene)수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 드레인 보드 코어 제조용 생분해성 수지 조성물.

  4. 생분해성 고분자 화합물 100중량부에 대하여 탄산칼슘 60~90중량부, 열가소성 수지 5~15중량부, 및 활제 1~5중량부 비율로 포함하는 혼합물을 펠렛(pellet)상태로 고형화시켜 칩(chip)형태로 가공된 다음 상기 생분해성 고분자 화합물 100중량부에 대하여 1~50 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 드레인 보드 코어 제조용 생분해성 수지 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 활제는 올레산아마이드, 에르신산아마이드, 몰리브덴 디설파이드, 글리세롤 모노스테아레이트, 팔미틸 알코올 또는 실리콘 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 드레인 보드 코어 제조용 생분해성 수지 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 활제는 평균분자량 5,000~10,000의 저밀도 폴리에틸렌에 디메틸실리콘오일 또는 실란커플링제를 중량비로 40~50중량% 포함하도록 혼합한 것임을 특징으로 하는 드레인 보드 코어 제조용 생분해성 수지 조성물.
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