KR101307108B1 - 전분 용기용 조성물, 이를 이용한 전분 용기 및 이를 이용한 전분 용기의 제조방법 - Google Patents

전분 용기용 조성물, 이를 이용한 전분 용기 및 이를 이용한 전분 용기의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비변성 전분 20~60 중량%; 펄프 섬유 파우더 5~30 중량%; 광촉매제 0.1~2 중량%; 이형제 0.5~5 중량%; 및 캡슐형 발포 조제 0.01~5 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분 용기용 조성물 및 이를 이용한 전분 용기를 제공한다. 본 발명의 조성물은 발포 특성이 향상되고 제품 경량화 및 성형성이 향상된 일회용 용기를 성형할 수 있는 친환경 전분 용기를 만들 수 있게 하는 효과가 있다.

Description

전분 용기용 조성물, 이를 이용한 전분 용기 및 이를 이용한 전분 용기의 제조방법{COMPOSITION FOR STARCH BOWL, STARCH BOWL USING THE SAME AND METHOD FOR PREPARING STARCH BOWL USING THE SAME}
본 발명은 전분 용기용 조성물과 그의 제조방법에 관한 것이다.
발포는 플라스틱과 고무 등의 구조물에 발포제가 작용하여 일정한 온도, 압력, 시간에서 가스가 발생해 셀을 형성시켜 발포체를 만드는 것이다.
일회용 용기를 제조하는 방법에는 비발포 타입, 발포 타입 등이 있다. 비발포 일회용 용기는 진공 방식, 압공 방식의 제조방법 등으로 비교적 용이하게 용기를 제조할 수 있다. 그런데 비발포 일회용 용기에 온도가 높은 내용물을 넣었을 때 뜨거운 열이 외부로 차단 없이 전달되게 된다. 이러한 경우 피부 등에 접촉되면 화상을 입을 수 있다.
발포 일회용 용기의 경우는 비분해성 플라스틱 소재인 PS, PP, PE 등의 재료를 사용하여 발포 공정을 통하여 제품의 경량화, 쿠션성, 단열성, 원가절감 등이 확보된 용기를 제조할 수 있으나 합성수지, 플라스틱으로 이루어지는 일회용 용기는 환경 오염 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 발포 주제인 용매와 캡슐형 발포 조제를 친환경 전분 용기 조성물에 적용함으로써 발포 특성이 향상되고 제품 경량화 및 성형성이 향상된 일회용 용기를 성형할 수 있는 친환경 전분 용기 조성물 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 비변성 전분 20~60 중량%; 펄프 섬유 파우더 5~30 중량%; 광촉매제 0.1~2 중량%; 이형제 0.5~5 중량%; 및 캡슐형 발포 조제 0.01~5 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분 용기용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 조성물을 가열 및 가압하여 원하는 형상으로 성형한 것을 특징으로 한 전분 용기를 제공한다.
또한, 본 발명은 비변성 전분 20~60 중량%; 펄프 섬유 파우더 5~30 중량%; 광촉매제 0.1~2 중량%; 이형제 0.5~5 중량%; 및 캡슐형 발포 조제 0.01~5 중량%로 구성되는 전분 용기용 조성물을 준비하는 단계; 및 상기 조성물을 100 ~ 300 ℃ 로 가열된 몰드 성형기에 주입하고, 0.5 ~ 10 kgf/cm2 에서 가압하여 원하는 형상의 용기를 성형하는 단계를 포함하는 전분 용기의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 전분 용기용 조성물은 전분 용기 제품의 경량화 및 제품 성형성을 향상시키는 효과가 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예는 전분 용기용 조성물에 있어서,비변성 전분 20~60 중량%; 펄프 섬유 파우더 5~30 중량%; 광촉매제 0.1~2 중량%; 이형제 0.5~5 중량%; 및 캡슐형 발포 조제 0.01~5 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분 용기용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 캡슐형 발포 조제는, 탄화수소인 발포제가 함유된 내부; 및 열가소성 소재로 이루어진 외부로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 탄화수소는 외부 열가소성 소재의 연화점 이하에서 가스화되는 물질로, 프로판, 프로필렌, 부텐, 노르말부탄, 이소부탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 노르말펜탄, 노르말핵산, 이소핵산, 헵탄, 옥탄, 노난 및 데칸으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 상기 열가소성 소재는, 300 kg/cm2 이상의 압력에 견딜 수 있는 소재 일 수 있고, 예를 들어, 니트릴계 단량체, 메타크릴산, 메타크릴산에스테르, 메타크릴아미드, 아크릴산, 아크릴아미드, 스티렌 및 초산비닐로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 캡슐형 발포 조제는, 입자 크기가 3~50 ㎛일 수 있다.
입자 크기가 3㎛ 보다 작으면 충분한 발포를 얻기 어렵고, 50 ㎛ 보다 크면 기포 직경이 커져서 발포성형물의 강도가 저하된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 비변성 전분은, 옥수수, 감자, 밀, 쌀, 타피오카, 고구마로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 전분일 수 있다.
상기 비변성 전분은 조성물 전체 중량을 기준으로 20 중량% 미만으로 함유되면 유기 바인더 역할을 하는 전분의 부족으로 펄프 및 각종 첨가제의 균일한 분산이 어려우며, 60중량%를 초과하면 충격 강도 및 내수성이 저하되는 문제가 있다.
상기 비변성 전분의 경우, 통상 500meq 이상의 음이온 전하를 가지므로 자신들끼리 서로 뭉치는 현상이 있는데, 이에 따라 분자간 결합에너지가 약해져 전반적인 강도와 내수성이 약해진다.
따라서, 이를 막기 위하여, 펄프를 분쇄기로 갈아서 미세 분말화(즉, 파우더화)한 분말 미세 펄프 섬유를 이용하며, 이로써 겉보기 밀도를 증가시킬 수 있고, 부피를 작게할 수 있으며, 서로 뭉치는 현상을 감소시킬 수 있어, 결국, 인장 강도, 휨저항성 등 전반적인 강도를 높일 수 있다.
상기 펄프 섬유로는 목재, 짚, 사탕수수, 갈대, 대나무, 목질줄기, 인피섬유, 잎섬유 및 종묘 섬유로부터 선택되는 하나 이상을 이용할 수 있다.
이때, 상기 펄프 섬유의 길이가 10~500㎛인 것을 이용하는 것이 조성물 내의 섬유 파우더의 분산성을 높이고, 성형체의 강도를 부위별로 일정하게 유지하는데 적합하다.
상기 펄프 섬유 중 활엽수, 즉, 장섬유를 이용하는 경우와 침엽수, 즉, 단섬유를 이용하는 경우에 있어서, 동일한 크기의 스크린을 사용하여도 분쇄되는 섬유 길이에 따른 분포량에 다소 차이가 있다.
본 발명에서는 침엽수보다 상대적으로 내열성이 우수한 활엽수 펄프를 사용하는 것이 바람직하다. 침엽수를 분쇄한 펄프파우더를 이용하면 제품 성형시 열에 의하여 탄화되어 완제품에 갈변 현상이 일어나기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 광촉매제는, 아나타제 함량이 70% 이상인 이산화티탄일 수 있다. 이 경우 살균 및 탈취력을 높이는 효과가 있다. 이산화티탄은 결정구조에 따라 루틸(rutile)형 및 아나타제(anatase)형, 브로카이트(vrookite)형의 3가지 종류가 있다. 아나타제 함량이 70%인 이산화티탄이란 아나타제형 결정 구조인 이산화티탄이 70%라는 것이며, 나머지 30%는 대부분 루틸형 이산화티탄이고 일부 극소수가 브루카이트형 이산화티탄으로 구성되어 있다. 아나타제형은 광촉매 반응에서 높은 활성을 나타내므로 아나타제 함량 70% 이상인 이산화티탄은 충분한 살균 및 탈취 효과를 부여할 수 있다.
상기 광촉매제는 살균이나 탈취를 위하여 혼합되는 것으로, 광촉매제로서, 철(Ⅲ)(Fe3 +), 바나듐(Ⅴ), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 백금(Pt) 등의 금속이 도핑된 이산화티탄, 또는 이산화규소(SiO2), 오산화바나듐(V2O5), 산화텅스텐(WO3) 등의 금속산화물을 단독으로 사용하거나 또는 둘 이상 병용할 수 있다.
상기 광촉매제는 0.1~2 중량%로 함유되는 것이 적합한데, 상기 범위를 넘어 과량 첨가할 경우, 용기의 성형성와 강도를 저하할 우려가 있고, 과소량으로 첨가할 경우에는 살균, 탈취의 효과를 발휘하기가 어렵다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 이형제는, 모노스테아릴시트레이트 및 마그네슘 스테아레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 용매는, 물, 알코올, 알칼리 수용액 및 산성 수용액으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나일 수 있고, 바람직하게는 물을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기 조성물을 가열 및 가압하여 원하는 형상으로 성형한 것을 특징으로 한 전분 용기를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 전분 용기의 제조방법에 있어서, 비변성 전분 20~60 중량%; 펄프 섬유 파우더 5~30 중량%; 광촉매제 0.1~20 중량%; 이형제 0.5~5 중량%; 및 캡슐형 발포 조제 0.01~5 중량%로 구성되는 전분 용기용 조성물을 준비하는 단계; 및 상기 조성물을 100 ~ 300 ℃, 바람직하게는 150 ~ 250 ℃로 가열된 몰드 성형기에 주입하고, 0.5 ~ 10 kgf/cm2, 바람직하게는 3~6 kgf/cm2 에서 가압하여 원하는 형상의 용기를 성형하는 단계를 포함하는 전분 용기의 제조방법을 제공한다. 상기 가압하여 성형하는 시간은 5초~5분간, 바람직하게는 20초~5분간일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예, 비교예 및 시험예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들은 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이 실시예, 비교예 및 시험예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
[실시예 1~4] 전분 용기 성형용 조성물의 제조
변성시키지 않은 음이온성 옥수수전분, 펄프섬유파우더, 광촉매제로 아나타제 함량이 70% 이상인 이산화티탄늄, 이형제로 마그네슘스테아레이트, 캡슐형 발포제 그리고 물을 표 1에 기재된 바와 같은 조성으로 더블자켓 가열교반기에서 10분 동안 혼합 혼련하여 성형용 조성물을 제조하였다.
표 1은 실시예 1-4의 각각의 조성을 나타낸 것이다.
구성성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
천연고분자
(옥수수전분)		 38.0 38.0 38.0 38.0
펄프 섬유 파우더 14.0 14.0 14.0 14.0
아나타제 함량이 70%이상인 TiO2 0.5 0.5 0.5 0.5
이형제
(Mg Stearate)		 0.8 0.8 0.8 0.8
캡슐 타입 발포제 0.2 0.5 1.0 1.5
물 46.5 46.2 45.7 45.2
합계 100 100 100 100
[비교예 5~8] 전분 용기 성형용 조성물의 제조
변성시키지 않은 음이온성 옥수수전분, 펄프섬유파우더, 광촉매제로 아나타제 함량이 70% 이상인 이산화티탄늄, 이형제로 마그네슘스테아레이트, 유기화학발포제 그리고 물을 표 2에 기재된 바와 같은 조성으로 더블자켓 가열교반기에서 10분 동안 혼합혼련하여 성형용 조성물을 제조하였다.
표 2는 비교예 5-8의 각각의 조성을 나타낸 것이다.
구성성분 비교예 5 비교예 6 비교예 7 비교예 8
천연고분자
(옥수수전분)		 38.0 38.0 38.0 38.0
펄프 섬유 파우더 14.0 14.0 14.0 14.0
아나타제 함량이 70%이상인 TiO2 0.5 0.5 0.5 0.5
이형제
(Mg Stearate)		 0.8 0.8 0.8 0.8
유기화학발포제 0.5 1.0 1.5 2.0
물 46.2 45.7 45.2 44.7
합계 100 100 100 100
[비교예 9~12] 전분 용기 성형용 조성물의 제조
변성시키지 않은 음이온성 옥수수전분, 펄프섬유파우더, 광촉매제로 아나타제 함량이 70% 이상인 이산화티탄늄, 이형제로 마그네슘스테아레이트, 무기화학발포제 그리고 물을 표 3에 기재된 바와 같은 조성으로 더블자켓 가열교반기에서 10분 동안 혼합혼련하여 성형용 조성물을 제조하였다.
표 3은 비교예 9-13의 각각의 조성을 나타낸 것이다.
구성성분 비교예 9 비교예 10 비교예 11 비교예 12 비교예 13
천연고분자
(옥수수전분)		 38.0 38.0 38.0 38.0 38.0
펄프 섬유 파우더 14.0 14.0 14.0 14.0 14.0
아나타제 함량이 70%이상인 TiO2 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
이형제
(Mg Stearate)		 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
무기화학발포제 - 0.5 1.0 1.5 2.0
물 46.7 46.2 45.7 45.2 44.7
합계 100 100 100 100 100
[실험예 1] 전분 용기 성형용 조성물의 물성평가
상기 실시예 1-4 및 비교예 5-13에서 제조한 조성물을 온도 240℃, 압력 6 Kgf/㎤의 조건을 가지는 몰드 성형기에서 성형하여 용기 형상을 갖는 성형체를 제조하였다.
성형체의 물성평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다.
성형성의 측정 결과에 있어서 ◎는 표면이 매끄럽고 주름이나 핀홀이 없음을 나타내고, ○는 표면이 상대적으로 거칠지만 주름이나 핀홀이 없음을 나타내고, ×는 표면에 주름 또는 핀홀이 있거나 성형하기 곤란함을 나타낸다.
경량화율(%)은 비교예 9 조성으로 용기 형상을 갖는 성형체를 제조할 때의 용기 중량을 기준으로 실시예 1-4, 비교예 5-13의 용기중량 경량화율(%)을 측정하였다.
성형시간은 몰드 성형기에서 성형하여 용기 형상을 갖는 성형체를 제조할 때의 용기 건조 시간을 측정하였다.
압축강도에 있어서, 2mm/s의 속도의 로드셀을 이용하여 용기의 양측면을 압축하여 용기가 파괴될 때의 강도를 측정하였다. 측정 결과에서 ◎는 5kg.m/s2 이상을 나타내고, ○는 3.5kg.m/s2 이상을 나타내고, ×는 표면에 주름 또는 핀홀이 있거나 성형하기 곤란함을 나타낸다.
이취에 있어서, 3명의 연구원이 용기에서 전분 특유의 냄새 이외의 불쾌한 냄새가 나는지 여부를 검사하였다. 측정 결과에서 N은 '없음'을 나타내고, Y는 '있음'을 나타낸다.
갈변 현상에 있어서, 용기의 색을 표준 조성물(옥수수 전분38%, 펄프 섬유 파우더 14%, 물 46%)의 색과 비교하였다. 측정 결과에서 N은 '없음'을 나타내고, Y는 '있음'을 나타낸다.
이형성에 있어서, 실시예 및 비교예의 조성물을 이용하여 용기 샘플을 100개 성형하는 동안 하부 몰드로 떨어지지 않고 상부 몰드에 부착되어 올라가는 용기의 개수를 측정하였다.
표 4는 실시예 1-4, 비교예 5-13의 각각에 있어서 성형성, 경량화율, 성형시간, 압축강도, 이취, 갈변현상, 이형성을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
구분 성형성 경량화율
(%)		 성형시간
(Sec)		 압축강도 이취 갈변현상 이형성
실시예1 ◎ 20 75 ◎ N N 0
실시예2 ◎ 40 70 ◎ N N 0
실시예3 ◎ 50 65 ◎ N N 0
실시예4 ◎ 53 65 ◎ N N 0
비교예5 ◎ 3 98 ◎ N N 0
비교예6 ◎ 6 95 ◎ Y N 0
비교예7 ○ 9 90 ◎ Y Y 0
비교예8 ○ 12 85 ◎ Y Y 0
비교예9 ◎ 0 100 ◎ N N 0
비교예10 ◎ 5 98 ◎ N N 0
비교예11 ◎ 11 96 ◎ N Y 0
비교예12 ○ 17 90 ◎ Y Y 0
비교예13 ○ 22 85 ◎ Y Y
발포제를 사용하지 않은 비교예 9의 경우 성형성, 압축강도, 이취, 갈변현상, 이형성은 양호하나 경량화율 및 성형 시간은 가장 나쁜 결과를 보여주었다.
유기화학발포제를 사용한 비교예 5-8의 경우 경량화율은 3~12%이며 심한 이취 및 용기 색상 변화 현상이 나타났다.
무기화학발포제를 사용한 비교예 10-13의 경우 경량화율은 5~22%이며 이취 및 갈변 현상이 심하게 나타났다.
캡슐형 발포제를 사용한 실시예 1-4의 경우 성형성이 아주 미려하며, 압축강도, 이취, 갈변현상, 이형성도 양호하였다. 특히 비교예 9에 비교하여 경량화율이 20~53%로 나타남으로 원가절감 기능이 우수함을 알 수 있다. 또한 용기 성형시간은 비교예 9에 비교하여 25~35 sec 단축되어 용기 성형 시 에너지 비용을 절감할 수 있다.
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 (13)

  1. 전분 용기용 조성물로서,
    상기 전분 용기용 조성물은 비변성 전분 20~60 중량%; 펄프 섬유 파우더 5~30 중량%; 광촉매제 0.1~2 중량%; 이형제 0.5~5 중량%; 캡슐형 발포 조제 0.01~5 중량% 및 나머지는 용매로 구성되되,
    상기 비변성 전분은, 옥수수, 감자, 밀, 쌀, 타피오카, 고구마로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 전분이고,
    상기 펄프 섬유 파우더는, 섬유 길이가 10 ~ 500 ㎛이며,
    상기 광촉매제는, 아나타제 함량이 70중량% 이상이고,
    상기 이형제는, 모노스테아릴시트레이트 및 마그네슘 스테아레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이며,
    상기 용매는, 물, 알코올, 알칼리 수용액 및 산성 수용액으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나이고,
    상기 캡슐형 발포 조제는 입자 크기가 3~50 ㎛로서, 탄화수소인 발포제가 함유된 내부; 및 열가소성 소재로 이루어진 외부로 구성되며,
    상기 탄화수소는 열가소성 소재의 연화점 이하에서 가스화 되는 것이고, 상기 열가소성 소재는, 300 kg/cm2이상의 압력에 견딜 수 있는 소재이며,
    상기 탄화수소는, 프로판, 프로필렌, 부텐, 노르말부탄, 이소부탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 노르말펜탄, 노르말핵산, 이소핵산, 헵탄, 옥탄, 노난 및 데칸으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
    상기 열가소성 소재는, 니트릴계 단량체, 메타크릴산, 메타크릴산에스테르, 메타크릴아미드, 아크릴산, 아크릴아미드, 스티렌 및 초산비닐로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전분 용기용 조성물.
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  12. 제 1 항에 따른 전분 용기용 조성물을 가열 및 가압하여 원하는 형상으로 성형된 것을 특징으로 하는 전분 용기.
  13. 전분 용기의 제조방법에 있어서,
    비변성 전분 20~60 중량%; 펄프 섬유 파우더 5~30 중량%; 광촉매제 0.1~2 중량%; 이형제 0.5~5 중량%; 캡슐형 발포 조제 0.01~5 중량% 및 나머지는 용매로 구성되는 전분 용기용 조성물을 준비하는 단계; 및
    상기 조성물을 240 ~ 300 ℃ 로 가열된 몰드 성형기에 주입하고, 0.5 ~ 10 kgf/cm2 에서 가압하여 원하는 형상의 용기를 성형하는 단계를 포함하는 전분 용기의 제조방법.
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