KR101327480B1 - 바이오 베이스 쓰레기 봉투 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조성물 총 100중량부에 대하여, 합성수지 50-90중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제 0.5-5중량부, 플라스틱용 활제 0.5-3중량부, 플라스틱 분해용 산화제 0.1-1중량부 및 잔량으로서 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 포함하도록 이루어지는 바이오 베이스 쓰레기 봉투 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 플라스틱 조성물을 제조하기 위한 천연물질로서 널리 사용되는 전분을 사용하지 않고 배출되는 전량을 소모하지 못하여 폐기되고 있는 폐자원의 일종이고 탄소중립(Carbon neutral)형 다공성의 초본계 농산폐기물을 바이오 베이스 쓰레기 봉투의 원료로서 사용함으로써 폐자원을 활용하고 제조원가를 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 바이오 베이스 쓰레기 봉투 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성 천연물질로서 탄소중립형(Carbon neutral) 물질로 분류되는 다공성의 초본계 농산폐기물을 사용하여 폐자원을 활용하는 동시에 플라스틱으로써 적합한 물성 및 분해효능을 갖는 바이오 베이스 쓰레기 봉투 및 이의 제조방법에 관한 것이다
플라스틱 소재는 우수한 물성, 다양한 기능, 저렴한 가격 등으로 인하여 각종 성형품, 포장재, 산업용재, 소비재 등으로 널리 사용되고 있으나 이 제품들은 적정한 기간 내에 자연적으로 분해되지 않아 심각한 환경오염의 원인으로 대두되고 있다.
이러한 플라스틱 폐기물을 처리하기 위한 방법으로 종래에는 매립, 소각, 재활용 등의 방법을 취해왔으나 이들 각각에 따른 문제점으로 인하여 수개월 내지 수년 이내에 물, 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전 분해될 수 있는 바이오 플라스틱에 대한 연구가 다양한 방법으로 진행되고 있다. 일부 선진국에서는 이미 바이오 플라스틱 사용을 의무화하는 등의 실용화가 상당한 수준에 이른다.
바이오 플라스틱을 분해성 측면에서 구분하면 미생물, 효소 등에 의해 플라스틱 분해가 일어나는 생분해성 플라스틱(Bio-Degradable Plastic), 태양광 및 태양광에 의한 복사열 등에 의한 광화학적, 열적반응에 의한 분자쇄 결합의 파괴(chemical bond cleavage)에 의한 플라스틱 분해가 일어나는 광분해성 플라스틱(Photo-Degradable Plastic), 온도 등의 영향에 의한 산화반응에 의해 플라스틱 분해가 일어나는 산화분해 플라스틱(Oxidation-Degradable Plastic) 및 가수분해반응에 의해 분해가 일어나는 가수분해 플라스틱(Hydrolytically-Degradable Plastic) 등으로 분류되어 왔다.
최근의 바이오 플라스틱 정의에 따르면 바이오 플라스틱은 크게 셀룰로오스 대비 6개월 이내에 분해되는 생분해 플라스틱과 생분해기간은 6개월 이상이지만 기존 생분해 플라스틱의 단점을 극복하고, 이산화탄소 저감 측면이 강조된 바이오 베이스 플라스틱으로 나누어지는데, 바이오 베이스 플라스틱(일본의 경우, 바이오매스 플라스틱이라 함)은 옥수수 등 식물로부터 유래하는 소위 바이오매스를 15-25부 이상 함유하는 플라스틱을 말하는데 대기 중의 탄소가 광합성에 의해 고정된 식물자원을 원료로 사용함으로써 대기 중의 이산화탄소의 농도가 증가되는 것을 억제하는 효과가 있고, 한정된 자원인 석유의 소비량을 줄일 수 있으며, 폐기 후에는 미생물에 의해 분해되기 때문에 최근 주목을 받고 있다. 이중 특히 식용으로 사용하기 어려운 농산폐기물, 산업폐기물, 식품공장 부산물 등의 비식용계 유기성 폐자원에 속하는 식물체 바이오매스가 친환경적인 탄소중립형(Carbon neutral) 바이오매스 소재로 주목을 받고 있으면 페트병에서 자동차 내장재에 까지 폭넓게 적용이 되고 있다. 특히 자동차 내장재의 경우 미국, 일본, 유럽을 중심으로 자동차 내장면적의 68부까지 식물체 바이오매스를 적용하고 있다.
전분은 생분해성 플라스틱 조성물을 제조하기 위한 천연물질로서 그 분해성능이 우수하여 널리 사용되고 있지만, 일련의 제조공정을 거쳐 생산되는 원료로서 이를 대신하여 임의의 제조공정을 따르지 않고 자연적으로 발생되는 폐자원을 변성처리를 하지 않고 그대로 활용하는 방안에 대한 연구가 필요하다. 또한, 전분 등을 이용하여 제조된 생분해성 고분자 물질은 강도 및 내충격성이 떨어져 물성 측면에서 미약한 문제점이 있으며, 식량자원을 소모시키는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 탄소중립(Carbonnewtral)형 물질인 곡물껍질, 곡물대 등의 다공성 초본계 농산폐기물을 이용함으로써 폐자원을 활용하는 동시에 플라스틱 대체원료로서 적합한 물성 및 산화 생분해 효능을 갖는 바이오 베이스 쓰레기 봉투 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 펠릿 조성물 총 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지 50∼90 중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제 0.5∼5 중량부, 플라스틱용 활제 0.5∼3 중량부, 플라스틱 분해용 산화제 0.1∼1 중량부 및 잔량으로서 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 포함하되;
상기 배합물은 초본계 농산폐기물 100 중량부에 대하여 무기질 필러 5∼20 중량부 및 농산폐기물 표면 코팅제 0.5∼2 중량부를 포함하며,
상기 무기질 필러는 총 100 중량부 중 80∼100nm 크기의 분체가 1∼50 중량부의 양으로 포함된 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 파우더 초본계 농산폐기물 100 중량부에 대하여 무기질 필러 5∼20 중량부를 포함하며, 상기 무기질 필러는 무기질 필러의 총 100 중량부 중 80∼100nm 크기의 분체가 1∼50 중량부를 포함한 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 혼합한 후 고속 혼련하여 상기 초본계 농산폐기물의 다공에 상기 무기질 필러를 함침시키는 단계; 및 상기 함침물에 분말상 초본계 농산폐기물 100 중량부에 대하여 0.5∼2 중량부의 코팅제를 투입하여 상기 함침물 표면을 코팅하는 단계에 의해 생성된 배합물을 형성하는 제1단계;
상기 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 합성수지, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제, 플라스틱용 활제 및 플라스틱 분해용 산화제와 120∼220℃로 15∼35분간 배합하는 제2단계;
상기 제2단계의 생성물을 일축 또는 이축 압출기로 반응 압출하여 압출한 배합물을 냉각시켜 펠렛 조성물로 제조하는 제3단계; 및
상기 제3단계의 조성물을 필름 압출기로 바이오 베이스 쓰레기 봉투를 압출 생산하는 제4단계로 이루어지되,
상기 제2단계에서, 총 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지는 50∼90 중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제는 0.5∼5 중량부, 플라스틱용 활제는 0.5∼3 중량부, 플라스틱 분해용 산화제는 0.1∼1 중량부, 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 잔량으로 배합됨을 특징으로 하는 것이다.
상기 배합물은 초본계 농산폐기물 100 중량부에 대하여 무기질 필러 5∼20 중량부 및 농산폐기물 표면 코팅제 0.5∼2 중량부를 포함하며,
상기 무기질 필러는 총 100 중량부 중 80∼100nm 크기의 분체가 1∼50 중량부의 양으로 포함된 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 파우더 초본계 농산폐기물 100 중량부에 대하여 무기질 필러 5∼20 중량부를 포함하며, 상기 무기질 필러는 무기질 필러의 총 100 중량부 중 80∼100nm 크기의 분체가 1∼50 중량부를 포함한 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 혼합한 후 고속 혼련하여 상기 초본계 농산폐기물의 다공에 상기 무기질 필러를 함침시키는 단계; 및 상기 함침물에 분말상 초본계 농산폐기물 100 중량부에 대하여 0.5∼2 중량부의 코팅제를 투입하여 상기 함침물 표면을 코팅하는 단계에 의해 생성된 배합물을 형성하는 제1단계;
상기 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 합성수지, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제, 플라스틱용 활제 및 플라스틱 분해용 산화제와 120∼220℃로 15∼35분간 배합하는 제2단계;
상기 제2단계의 생성물을 일축 또는 이축 압출기로 반응 압출하여 압출한 배합물을 냉각시켜 펠렛 조성물로 제조하는 제3단계; 및
상기 제3단계의 조성물을 필름 압출기로 바이오 베이스 쓰레기 봉투를 압출 생산하는 제4단계로 이루어지되,
상기 제2단계에서, 총 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지는 50∼90 중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제는 0.5∼5 중량부, 플라스틱용 활제는 0.5∼3 중량부, 플라스틱 분해용 산화제는 0.1∼1 중량부, 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 잔량으로 배합됨을 특징으로 하는 것이다.
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본 발명의 바이오 베이스 쓰레기 봉투 및 이의 제조방법은 플라스틱을 제조하기 위한 천연물질로서 널리 사용되는 전분을 사용하지 않고 배출되는 전량을 소모하지 못하여 폐기되고 있는 폐자원의 일종인 다공성 초본계 농산폐기물을 플라스틱의 대체 원료로 사용함으로써 폐자원을 활용하고 제조원가를 절감할 수 있으며, 이를 이용하여 제조된 바이오 베이스 쓰레기 봉투의 물성 및 분해효능 또한 우수하여 활용도가 높다.
도 1(a)-(c) 각각은 도정 작업을 거쳐 얻어진 왕겨의 사진, 왕겨의 확대도, 및 분말상의 왕겨 사진이다.
도 2는 본 발명의 제1단계에 따라 형성된 코팅체의 확대도이다.
도 3은 제조예 1-4 및 비교제조예 1의 UV 조사시간(irradiation) 변화에 따른 인장강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 제조예 5-8 및 비교제조예 2의 UV 조사 시간 변화에 따른 인장강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 제조예 5-8 및 비교제조예 2의 UV 조사 시간 변화에 따른 신장율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제1단계에 따라 형성된 코팅체의 확대도이다.
도 3은 제조예 1-4 및 비교제조예 1의 UV 조사시간(irradiation) 변화에 따른 인장강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 제조예 5-8 및 비교제조예 2의 UV 조사 시간 변화에 따른 인장강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 제조예 5-8 및 비교제조예 2의 UV 조사 시간 변화에 따른 신장율 변화를 나타낸 그래프이다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 제조예들이 기술되어질 것이다. 이하의 실시예 및 제조예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 바이오 베이스 쓰레기 봉투는 전체 총 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지 50-90중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물 및 무기질 필러와 이질적인 합성수지간의 상용성을 부여하는 상용화제 0.5-5중량부, 플라스틱용 활제 0.5-3중량부, 플라스틱 분해용 산화제 0.1-1중량부 및 잔량으로 파우더(분말) 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 포함하도록 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 바이오 베이스 쓰레기 봉투의 제조방법은 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 형성하는 제1단계; 상기 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 합성수지, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제, 플라스틱용 활제 및 플라스틱 분해용 산화제와 배합하는 제2단계; 상기 제2단계의 생성물을 일축 또는 이축 압출기로 반응 압출하여 바이오 베이스 펠릿 조성물을 얻는 제3단계; 및 상기 펠릿 조성물을 필름압출기에서 필름형태로 압출하는 제4단계로 이루어지되, 상기 제2단계에서 펠릿 조성물 총 100중량부에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지는 50-90중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제는 0.5-5중량부, 플라스틱용 활제는 0.5-3중량부, 플라스틱 분해용 산화제는 0.1-1중량부, 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 잔량으로 배합됨을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 상기 합성수지의 예로는 LDPE, HDPE, MDPE, LLDPE, VLDPE, PP, PVC, EVA, 비닐아세테이트(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 있으며, 본 발명의 바이오 베이스 쓰레기 봉투 조성물에서 합성수지의 양은 상기 조성물 총 100중량부에 대하여 50-90중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 50중량부 미만의 양으로 사용될 경우에는 분산 및 상용성이 급격히 떨어져 제품으로 사용하기 어렵고, 90중량부 초과의 양으로 사용될 경우에는 수지 함량이 과다하므로 경제성이 떨어진다. 제품 상태의 충분한 강도를 유지하기 위해서는 쓰레기 봉투 조성물 총 100중량부에 대하여 60-85중량부의 양으로 사용되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 상기 상용화제(compatibilizer)는 비극성인 상기 합성수지와 극성인 초본계 농산폐기물간의 이형성을 제거하여 상용성을 부여하는 물질로서, 그 예로는 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜, 폴리비닐알코올 및 에틸렌비닐아세테이트 등을 포함하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용할 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 100중량부에 대하여 0.5-5중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량부 미만의 양으로 사용될 경우 상용성이 충분하지 못하여 층간 분리현상이 발생할 수 있으며, 5중량부 초과의 양으로 사용될 경우 경제적 효과를 얻을 수 없다. 더욱 바람직하게는 조성물 총 중량에 대하여 0.5-3.0중량부의 양으로 사용된다.
상기 식에서 R은 H 또는 CH3임
상기 식에서 R은 H 또는 CH3임
본 발명에서 사용되는 상기 플라스틱용 활제는 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물과 합성수지간의 접합 또는 친화력 강화 및 배합, 압출 시 발생되는 마찰열을 감소시켜 열적 분해를 방지하는 동시에 원활한 압출작업을 수행하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 이들을 첨가하더라도 기계적 물성은 기초소재와 유사하게 유지 하면서 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 전체 조성물 총 100중량부에 대하여 0.5-3중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량부 미만의 양으로 사용될 경우 제품 성형 시에 충분한 윤활제로서의 효과를 얻을 수 없고, 3중량부 초과의 양으로 사용될 경우 제품 내부에 결함을 발생시키거나 제품 성형 시 탄화물 또는 flow-mark 등이 발생하여 미려한 미관을 저해함은 물론 경제적 효과를 얻을 수 없다.
본 발명에서 사용되는 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 100중량부에 대하여 0.1-1중량부의 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 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만의 양으로 사용될 경우 분해 효과가 미미하고, 1중량부 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. 도 1 (a)-(c) 각각은 도정 작업을 거쳐 얻어진 왕겨의 사진, 왕겨의 확대도 및 분말상의 왕겨 사진으로서, 도 1(b)의 확대도로부터 다공성임을 확인할 수 있다. 본 발명에서는 도 1(c)와 같은 분말 입자가 사용된다. 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 25-50중량부의 양으로 사용된다. 상기 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 상기 초본계 농산폐기물 100중량부에 대하여 무기질 필러 5-20중량부 및 표면 코팅제 0.5-2중량부를 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 100부 중 나노크기의 분체가 1-50부의 양으로 포함된 것을 사용한다. 더욱 바람직하게는, 80-100nm 크기의 분체가 10-30부의 양으로 포함된 것을 사용한다. 또한, 상기 무기질 필러는 상기 초본계 농산폐기물 100중량부에 대하여 5-20중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 5중량부 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, 20중량부 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 100중량부에 대하여 0.5-2중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량부 미만의 양으로 사용될 경우 코팅이 충분하지 못 하여 분말 표면에 수분이 재흡수되는 현상을 방지할 수 없으며, 2중량부 초과의 양으로 사용될 경우 마지막 용융 압출단계에서 고분자화합물과 천연물 간의 슬립성을 유발하여 기계적 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.
이하, 상기 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물 형성, 형성된 농산폐기물의 배합물과 다른 성분간의 배합, 및 최종 배합물의 압출 공정을 거쳐 본 발명의 바이오 플라스틱을 제조하는 방법에 관하여 설명한다. 하기에 설명된 부분을 제외한 전반적인 제조방법은 통상의 방법에 따른다.
먼저, 제1단계는 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 형성하는 단계이다. 배합물에 포함된 초본계 농산폐기물은 분말상의 다공성 물질로서, 본 발명에서 영하 5-0의 온도에서 동결 건조한 다음 통상의 방법에 따라 볼밀, 에어제트밀 등을 사용하여 분쇄한 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 배합기를 사용하여 준비된 분말상의 다공성 초본계 농산폐기물에 상기 농산폐기물 100중량부에 대하여 무기질 필러 5-20중량부 및 표면 코팅제 0.5-2중량부를 혼합하여 고속 혼련함으로써 다공에 상기 무기질 필러가 침착된 분말상 초본계 농산폐기물 코팅체를 형성하게 된다. 이처럼, 다공에 무기물이 침착된 코팅체를 형성함으로써 수분 재흡수를 방지할 수 있고, 제2단계 배합과정에서 수지와의 상용성을 부여할 수 있게 된다. 이때 배합기의 온도는 15-30분에 걸쳐 70에서부터 110까지 서서히 증가시킨다. 온도가 급하게 상승할 경우 미처 표면을 코팅하기 전에 코팅제가 증발하게 되어 코팅이 원활하게 진행되지 못 하게 되며, 30분을 초과하여 배합할 경우 탄화가 일어날 수 있는 문제점이 발생한다. 또한, 초본계 농산폐기물의 다공에 무기질 필러가 용이하게 침착되도록 하기 위하여, 무기질 필러 총 100부에 대하여 나노크기의 분체가 1-50부의 양으로 포함된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 80-100 크기의 분체가 10-30부의 양으로 포함된 것을 사용한다. 제1단계의 핵심기술은 다공질의 다공을 무기질필러로 침착하여 용융압출 공정시 가스나 수분 발생을 억제하고, 다공질에 나노무기질을 침착한 천연물분말체를 코팅하여 수분을 막거나 재흡수를 방지하는데 있다.
제2단계는 제1단계에서 형성된 농산폐기물의 배합물과, 상기 합성수지, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상기 상용화제, 상기 플라스틱용 활제 및 상기 플라스틱 분해용 산화제를 배합하는 단계이다. 조성물 총 100중량부에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지는 50-90중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제는 0.5-5중량부, 플라스틱용 활제는 0.5-3중량부 및 플라스틱 분해용 산화제는 0.1-1중량부에 분말상의 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 잔량으로서 배합한다. 이때 배합기는 120-220 범위에서 15-35분간 작동시킨다. 배합시간이 15분 미만일 경우 완전히 혼합되기 어려우며, 35분 초과일 경우 산화반응이 일어나서 황변 현상이 발생할 수 있다. 배합기의 성형온도는 베이스 수지의 용융 온도보다 대략 30 높은 온도가 가장 바람직하다. 이러한 과정을 거침으로써, 도 2에 나타낸 바와 같이, 다공에 특정 물질이 함침된 형태의 분말 입자를 형성하게 된다.
제3단계는 상기 제2단계에서 생성된 배합물을 일축 또는 이축 압출기로 용융 압출하는 단계이다. 상기 제2단계의 배합물을 통상의 방법에 따라 일축 또는 이축 압출기로 반응 압출한 다음, 다이스에서 토출된 배합물을 컨베이어 시스템 또는 다이페이스 핫컷팅(Die-face hot-cutting) 방법에 의하여 냉각시켜 펠릿 조성물로 제조한다. 부가적으로, 제습항온 싸이로를 이용한 수분재흡수 방지 시스템을 작동할 수 있다.
제4단계는 상기 제조된 펠릿 조성물을 필름 압출기에서 필름 형태로 압출하여 바이오 베이스 쓰레기 봉투를 제조한다.
이때, 제조되는 바이오 베이스 쓰레기 봉투에 색상을 부여하고자 하는 경우 호퍼에 염료나 안료 또는 이를 함유하는 마스터 배치를 함께 투입한 후 압출할 수 있으며, 그 함량은 원하는 색상 구현에 따라 적절히 조절하여 투입할 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명에 따른 바이오 베이스 쓰레기 봉투는 초본계 농산 폐기물을 비롯한 생분해 특성이 우수한 천연성분이 다량 함유되어 있어, 분해율이 매우 뛰어나며, 특히 제조된 쓰레기 봉투의 초기 신장율과 인장강도 등의 물리적 성질 또는 우수한 특성을 나타낸다. 이렇게 제조된 쓰레기 봉투는 폐기물인 쓰레기 처리용 포장 필름으로 사용될 수 있다.
상기 제조과정에서 제조된 바이오 베이스 쓰레기 봉투는 플라스틱 분해용 산화제의 초기 산화과정을 통하여 자연계에서 빛, 열, 기계적 에너지 등의 축적으로 붕괴되어 분해 과정을 거치면서 분자량이 감소된다. 분자량이 1,000 미만으로 감소된 수지는 플라스틱의 기능을 잃게 된다. 분자량이 500 이하로 붕괴, 감소된 수지는 산화반응에 의하여 말단 부분이 카르보닐기를 함유한 자연계 미생물의 영양원으로 변환하게 되어 최단 시간내에 자연계로 환원된다. 분자량 500 이하의 수지는 환경내에 존재하는 다양한 미생물 및 곤충류의 먹이원이 되어 생태 사이클에서 처리될 수 있게 된다. 원래 자연계에 존재하는 천연광물로서 토양의 일부분이었던 무기질 필러는 붕괴 후 분해과정을 거치면서 모재로부터 이탈되어 자연계로 방출되어 토양으로 환원된다. 또한, 초본계 농산폐기물은 붕괴 개시 이후 중반단계 모재로부터 이탈되어 자연 생태 순환계로 환원된다. 이처럼 본 발명의 바이오 베이스 쓰레기 봉투는 용도를 다한 후 별도의 매립, 소각 등의 과정을 통해 산화 생분해됨은 물론 열을 가해 자원으로 회수할 수도 있다.
이외에도, 가공성, 제품 안정성, 제품의 성능 등을 향상시키기 위하여 플라스틱 제조를 위한 첨가제로 사용될 수 있는 널리 알려진 다양한 성분들이 소정의 양으로 첨가하여 바이오 베이스 쓰레기 봉투를 제조할 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.
본 발명에 따른 바이오 베이스 쓰레기 봉투는 전체 총 100중량부에 대하여 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지 50-90중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물 및 무기질 필러와 이질적인 합성수지간의 상용성을 부여하는 상용화제 0.5-5중량부, 플라스틱용 활제 0.5-3중량부, 플라스틱 분해용 산화제 0.1-1중량부 및 잔량으로 파우더(분말) 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 포함하도록 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 바이오 베이스 쓰레기 봉투의 제조방법은 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 형성하는 제1단계; 상기 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 합성수지, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제, 플라스틱용 활제 및 플라스틱 분해용 산화제와 배합하는 제2단계; 상기 제2단계의 생성물을 일축 또는 이축 압출기로 반응 압출하여 바이오 베이스 펠릿 조성물을 얻는 제3단계; 및 상기 펠릿 조성물을 필름압출기에서 필름형태로 압출하는 제4단계로 이루어지되, 상기 제2단계에서 펠릿 조성물 총 100중량부에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지는 50-90중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제는 0.5-5중량부, 플라스틱용 활제는 0.5-3중량부, 플라스틱 분해용 산화제는 0.1-1중량부, 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 잔량으로 배합됨을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 상기 합성수지의 예로는 LDPE, HDPE, MDPE, LLDPE, VLDPE, PP, PVC, EVA, 비닐아세테이트(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 있으며, 본 발명의 바이오 베이스 쓰레기 봉투 조성물에서 합성수지의 양은 상기 조성물 총 100중량부에 대하여 50-90중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 50중량부 미만의 양으로 사용될 경우에는 분산 및 상용성이 급격히 떨어져 제품으로 사용하기 어렵고, 90중량부 초과의 양으로 사용될 경우에는 수지 함량이 과다하므로 경제성이 떨어진다. 제품 상태의 충분한 강도를 유지하기 위해서는 쓰레기 봉투 조성물 총 100중량부에 대하여 60-85중량부의 양으로 사용되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 상기 상용화제(compatibilizer)는 비극성인 상기 합성수지와 극성인 초본계 농산폐기물간의 이형성을 제거하여 상용성을 부여하는 물질로서, 그 예로는 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜, 폴리비닐알코올 및 에틸렌비닐아세테이트 등을 포함하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용할 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 100중량부에 대하여 0.5-5중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량부 미만의 양으로 사용될 경우 상용성이 충분하지 못하여 층간 분리현상이 발생할 수 있으며, 5중량부 초과의 양으로 사용될 경우 경제적 효과를 얻을 수 없다. 더욱 바람직하게는 조성물 총 중량에 대하여 0.5-3.0중량부의 양으로 사용된다.
상기 식에서 R은 H 또는 CH3임
상기 식에서 R은 H 또는 CH3임
본 발명에서 사용되는 상기 플라스틱용 활제는 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물과 합성수지간의 접합 또는 친화력 강화 및 배합, 압출 시 발생되는 마찰열을 감소시켜 열적 분해를 방지하는 동시에 원활한 압출작업을 수행하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 이들을 첨가하더라도 기계적 물성은 기초소재와 유사하게 유지 하면서 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 전체 조성물 총 100중량부에 대하여 0.5-3중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량부 미만의 양으로 사용될 경우 제품 성형 시에 충분한 윤활제로서의 효과를 얻을 수 없고, 3중량부 초과의 양으로 사용될 경우 제품 내부에 결함을 발생시키거나 제품 성형 시 탄화물 또는 flow-mark 등이 발생하여 미려한 미관을 저해함은 물론 경제적 효과를 얻을 수 없다.
본 발명에서 사용되는 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 100중량부에 대하여 0.1-1중량부의 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 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만의 양으로 사용될 경우 분해 효과가 미미하고, 1중량부 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. 도 1 (a)-(c) 각각은 도정 작업을 거쳐 얻어진 왕겨의 사진, 왕겨의 확대도 및 분말상의 왕겨 사진으로서, 도 1(b)의 확대도로부터 다공성임을 확인할 수 있다. 본 발명에서는 도 1(c)와 같은 분말 입자가 사용된다. 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 25-50중량부의 양으로 사용된다. 상기 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 상기 초본계 농산폐기물 100중량부에 대하여 무기질 필러 5-20중량부 및 표면 코팅제 0.5-2중량부를 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 100부 중 나노크기의 분체가 1-50부의 양으로 포함된 것을 사용한다. 더욱 바람직하게는, 80-100nm 크기의 분체가 10-30부의 양으로 포함된 것을 사용한다. 또한, 상기 무기질 필러는 상기 초본계 농산폐기물 100중량부에 대하여 5-20중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 5중량부 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, 20중량부 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 100중량부에 대하여 0.5-2중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 0.5중량부 미만의 양으로 사용될 경우 코팅이 충분하지 못 하여 분말 표면에 수분이 재흡수되는 현상을 방지할 수 없으며, 2중량부 초과의 양으로 사용될 경우 마지막 용융 압출단계에서 고분자화합물과 천연물 간의 슬립성을 유발하여 기계적 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.
이하, 상기 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물 형성, 형성된 농산폐기물의 배합물과 다른 성분간의 배합, 및 최종 배합물의 압출 공정을 거쳐 본 발명의 바이오 플라스틱을 제조하는 방법에 관하여 설명한다. 하기에 설명된 부분을 제외한 전반적인 제조방법은 통상의 방법에 따른다.
먼저, 제1단계는 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 형성하는 단계이다. 배합물에 포함된 초본계 농산폐기물은 분말상의 다공성 물질로서, 본 발명에서 영하 5-0의 온도에서 동결 건조한 다음 통상의 방법에 따라 볼밀, 에어제트밀 등을 사용하여 분쇄한 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 배합기를 사용하여 준비된 분말상의 다공성 초본계 농산폐기물에 상기 농산폐기물 100중량부에 대하여 무기질 필러 5-20중량부 및 표면 코팅제 0.5-2중량부를 혼합하여 고속 혼련함으로써 다공에 상기 무기질 필러가 침착된 분말상 초본계 농산폐기물 코팅체를 형성하게 된다. 이처럼, 다공에 무기물이 침착된 코팅체를 형성함으로써 수분 재흡수를 방지할 수 있고, 제2단계 배합과정에서 수지와의 상용성을 부여할 수 있게 된다. 이때 배합기의 온도는 15-30분에 걸쳐 70에서부터 110까지 서서히 증가시킨다. 온도가 급하게 상승할 경우 미처 표면을 코팅하기 전에 코팅제가 증발하게 되어 코팅이 원활하게 진행되지 못 하게 되며, 30분을 초과하여 배합할 경우 탄화가 일어날 수 있는 문제점이 발생한다. 또한, 초본계 농산폐기물의 다공에 무기질 필러가 용이하게 침착되도록 하기 위하여, 무기질 필러 총 100부에 대하여 나노크기의 분체가 1-50부의 양으로 포함된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 80-100 크기의 분체가 10-30부의 양으로 포함된 것을 사용한다. 제1단계의 핵심기술은 다공질의 다공을 무기질필러로 침착하여 용융압출 공정시 가스나 수분 발생을 억제하고, 다공질에 나노무기질을 침착한 천연물분말체를 코팅하여 수분을 막거나 재흡수를 방지하는데 있다.
제2단계는 제1단계에서 형성된 농산폐기물의 배합물과, 상기 합성수지, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상기 상용화제, 상기 플라스틱용 활제 및 상기 플라스틱 분해용 산화제를 배합하는 단계이다. 조성물 총 100중량부에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지는 50-90중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제는 0.5-5중량부, 플라스틱용 활제는 0.5-3중량부 및 플라스틱 분해용 산화제는 0.1-1중량부에 분말상의 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 잔량으로서 배합한다. 이때 배합기는 120-220 범위에서 15-35분간 작동시킨다. 배합시간이 15분 미만일 경우 완전히 혼합되기 어려우며, 35분 초과일 경우 산화반응이 일어나서 황변 현상이 발생할 수 있다. 배합기의 성형온도는 베이스 수지의 용융 온도보다 대략 30 높은 온도가 가장 바람직하다. 이러한 과정을 거침으로써, 도 2에 나타낸 바와 같이, 다공에 특정 물질이 함침된 형태의 분말 입자를 형성하게 된다.
제3단계는 상기 제2단계에서 생성된 배합물을 일축 또는 이축 압출기로 용융 압출하는 단계이다. 상기 제2단계의 배합물을 통상의 방법에 따라 일축 또는 이축 압출기로 반응 압출한 다음, 다이스에서 토출된 배합물을 컨베이어 시스템 또는 다이페이스 핫컷팅(Die-face hot-cutting) 방법에 의하여 냉각시켜 펠릿 조성물로 제조한다. 부가적으로, 제습항온 싸이로를 이용한 수분재흡수 방지 시스템을 작동할 수 있다.
제4단계는 상기 제조된 펠릿 조성물을 필름 압출기에서 필름 형태로 압출하여 바이오 베이스 쓰레기 봉투를 제조한다.
이때, 제조되는 바이오 베이스 쓰레기 봉투에 색상을 부여하고자 하는 경우 호퍼에 염료나 안료 또는 이를 함유하는 마스터 배치를 함께 투입한 후 압출할 수 있으며, 그 함량은 원하는 색상 구현에 따라 적절히 조절하여 투입할 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명에 따른 바이오 베이스 쓰레기 봉투는 초본계 농산 폐기물을 비롯한 생분해 특성이 우수한 천연성분이 다량 함유되어 있어, 분해율이 매우 뛰어나며, 특히 제조된 쓰레기 봉투의 초기 신장율과 인장강도 등의 물리적 성질 또는 우수한 특성을 나타낸다. 이렇게 제조된 쓰레기 봉투는 폐기물인 쓰레기 처리용 포장 필름으로 사용될 수 있다.
상기 제조과정에서 제조된 바이오 베이스 쓰레기 봉투는 플라스틱 분해용 산화제의 초기 산화과정을 통하여 자연계에서 빛, 열, 기계적 에너지 등의 축적으로 붕괴되어 분해 과정을 거치면서 분자량이 감소된다. 분자량이 1,000 미만으로 감소된 수지는 플라스틱의 기능을 잃게 된다. 분자량이 500 이하로 붕괴, 감소된 수지는 산화반응에 의하여 말단 부분이 카르보닐기를 함유한 자연계 미생물의 영양원으로 변환하게 되어 최단 시간내에 자연계로 환원된다. 분자량 500 이하의 수지는 환경내에 존재하는 다양한 미생물 및 곤충류의 먹이원이 되어 생태 사이클에서 처리될 수 있게 된다. 원래 자연계에 존재하는 천연광물로서 토양의 일부분이었던 무기질 필러는 붕괴 후 분해과정을 거치면서 모재로부터 이탈되어 자연계로 방출되어 토양으로 환원된다. 또한, 초본계 농산폐기물은 붕괴 개시 이후 중반단계 모재로부터 이탈되어 자연 생태 순환계로 환원된다. 이처럼 본 발명의 바이오 베이스 쓰레기 봉투는 용도를 다한 후 별도의 매립, 소각 등의 과정을 통해 산화 생분해됨은 물론 열을 가해 자원으로 회수할 수도 있다.
이외에도, 가공성, 제품 안정성, 제품의 성능 등을 향상시키기 위하여 플라스틱 제조를 위한 첨가제로 사용될 수 있는 널리 알려진 다양한 성분들이 소정의 양으로 첨가하여 바이오 베이스 쓰레기 봉투를 제조할 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.
실시예 1 - 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물의 제조
왕겨를 영하 2의 온도에서 동결 건조한 다음 볼밀로 3회 분쇄한 다음, 150-200메쉬 통과 분말을 에어제트밀로 분쇄하여 6.5 입경의 왕겨 분말을 얻었다. 배합기(MICRO-JET MILL SYSTEM; 한국분체기계(주) 제품)에서 준비된 왕겨 분말 100중량부에 대하여 총 100부의 탄산칼슘 중 100 크기의 탄산칼슘을 10중량부를 포함하는 탄산칼슘 15중량부 및 칼슘 스테아린산 1중량부를 20분동안 70에서부터 110까지 서서히 증가시키면서 고속 혼련하였다. 도 2에 나타낸 바와 같이 다공에 탄산칼슘이 함침된 왕겨 코팅체를 생성하였다.
실시예 2 - 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물의 제조
상기 실시예 1에서 탄산칼슘 대신에 탈크를 사용한다는 점만을 달리하고는 동일한 방법에 따라 탈크가 함침된 왕겨 코팅체를 생성하였다.
제조예 1-4 및 비교제조예 1 - 60 쓰레기 봉투 시편의 제조
LDPE, 실시예 1의 왕겨 코팅체 및 철, 아연 등의 플라스틱 분해용 산화제를 사용하여, 통상의 방법에 따라 쓰레기 봉투 조성물 총 100중량부에 대하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는 60 봉투를 제조하고, 봉투별 각 시편을 10025mm로 재단하였다.
| 비교제조예 1 | 제조예 1 | 제조예 2 | 제조예 3 | 제조예 4 | |
| LDPE(중량부) | 100 | 94 | 89 | 74 | 64 |
| 실시예 1(중량부) | - | 5 | 10 | 25 | 35 |
| 산화제(중량부) | - | 1 | 1 | 1 | 1 |
시험예
1 - 60 쓰레기 봉투 시편의
인장강도
(
tensile
strength
) 측정
왕겨 코팅체를 함유한 상기 제조예 1-4 및 비교제조예 1의 UV 조사에 따른 분해도를 평가하기 위하여, 통상의 방법에 따라 60 온도에서 UV 조사시간이 0-240시간 경과할 때까지 매24시간마다 각 쓰레기 봉투 시편의 인장강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내고, 또한 그 결과를 도 3에 그래프로서 나타내었다.
| 비교제조예 1 | 제조예 1 | 제조예 2 | 제조예 3 | 제조예 4 | |
| 0(시간) | 16.907 | 15.108 | 15.071 | 14.56 | 14.057 |
| 24 | 16.701 | 15.053 | 14.778 | 14.035 | 13.853 |
| 48 | 16.901 | 14.903 | 13.737 | 13.027 | 12.946 |
| 72 | 16.732 | 14.615 | 13.967 | 12.953 | 12.05 |
| 96 | 16.708 | 13.055 | 12.092 | 10.951 | 9.873 |
| 120 | 16.333 | 12.875 | 10.381 | 9.533 | 7.254 |
| 144 | 14.136 | 9.916 | 9.521 | 8.875 | 6.472 |
| 168 | 14.275 | 9.316 | 9.025 | 7.273 | 4.768 |
| 192 | 14.407 | 9.063 | 8.164 | 6.321 | - |
| 216 | 14.909 | 8.543 | 7.034 | 5.426 | - |
| 240 | 14.587 | 7.364 | 6.08 | 4.934 | - |
상기 표 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1을 사용하지 않은 비교제조예 1은 UV 조사에 따른 인장강도 변화율이 거의 관찰되지 않은 반면, 실시예 1을 사용한 제조예 1-4의 경우, 72-120시간 경과시점부터 인장강도가 감소하는 경향을 나타내었다. 이로부터 실시예 1을 사용한 쓰레기 봉투의 분해도가 우수함을 알 수 있다.
제조예
5-8 및
비교제조예
2 - 60 쓰레기 봉투 시편의 제조
LDPE 및 실시예 1의 왕겨 코팅체를 사용하여, 통상의 방법에 따라 조성물 총 100중량부에 대하여 하기 표 3에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는 60 봉투를 제조하고, 봉투별 각 시편을 10025로 재단하였다.
| 비교제조예 2 | 제조예 5 | 제조예 6 | 제조예 7 | 제조예 8 | |
| LDPE(중량부) | 100 | 95 | 90 | 75 | 65 |
| 실시예 1(중량부) | - | 5 | 10 | 25 | 35 |
시험예
2 - 60 쓰레기 봉투 시편의
인장강도
(
tensile
strength
) 및
신장율
(
elongation
) 측정
상기 제조예 5-8 및 비교제조예 2의 UV 조사에 따른 분해도를 평가하기 위하여, 통상의 방법에 따라 58 온도에서 UV 조사시간이 0-240시간 경과할 때까지 매24시간마다 각 쓰레기 봉투 시편의 인장강도 및 신장율을 측정하여 그 결과를 각각 하기 표 4 및 표 5에 나타내고, 또한 그 결과를 도 4 및 도 5에 그래프로서 나타내었다.
| 비교제조예 2 | 제조예 5 | 제조예 6 | 제조예 7 | 제조예 8 | |
| 0(시간) | 16.907 | 15.108 | 15.071 | 14.56 | 14.057 |
| 24 | 16.701 | 15.053 | 14.778 | 14.035 | 13.853 |
| 48 | 16.901 | 14.903 | 13.737 | 13.027 | 12.946 |
| 72 | 16.732 | 14.615 | 13.967 | 12.953 | 12.05 |
| 96 | 16.708 | 13.055 | 12.092 | 10.951 | 9.873 |
| 120 | 16.333 | 12.875 | 10.381 | 9.533 | 7.254 |
| 144 | 14.136 | 9.916 | 9.521 | 8.875 | 6.472 |
| 168 | 14.275 | 9.316 | 9.025 | 7.273 | 4.768 |
| 192 | 14.407 | 9.063 | 8.164 | 6.321 | - |
| 216 | 14.909 | 8.543 | 7.034 | 5.426 | - |
| 240 | 14.587 | 7.364 | 6.08 | 4.934 | - |
| 비교제조예 2 | 제조예 5 | 제조예 6 | 제조예 7 | 제조예 8 | |
| 0(시간) | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 |
| 24 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 |
| 48 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 |
| 72 | 300 | 129.547 | 286.643 | 300 | 247.762 |
| 96 | 300 | 59.664 | 277.637 | 300 | 167.588 |
| 120 | 300 | 41.845 | 127.268 | 268.268 | 46.13 |
| 144 | 194.665 | 19.241 | 33.664 | 144.385 | 21.463 |
| 168 | 186.053 | 9.38 | 40.658 | 94.06 | 7.574 |
| 192 | 209.595 | 9.227 | 18.8789 | 113.101 | 4.629 |
| 216 | 237.144 | 6.06 | 10.733 | 85.393 | 2.893 |
| 240 | 237.095 | 13.081 | 27.914 | 201.338 | 7.817 |
상기 표 4 및 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1을 사용하지 않은 비교제조예 2는 UV조사에 따른 인장강도 변화율이 거의 관찰되지 않은 반면, 실시예 1을 사용한 제조예 5-8의 경우, 48-72시간 경과시점부터 인장강도가 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 상기 표 5 및 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 신장율 또한 실시예 1을 사용한 제조예 5-8의 경우, 48-72시간 경과시점부터 감소하는 경향을 나타내었다. 이로부터 실시예 1을 사용한 쓰레기 봉투의 분해도가 우수함을 재확인할 수 있다.
제조예
9 - 바이오 베이스 쓰레기 봉투의 제조
상기 제조예에서 왕겨 배합물을 함유한 플라스틱 조성물의 분해능이 우수함이 확인됨에 따라, 조성물 총 100중량부에 대하여 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 21.5중량부, 애드폴리(Adpoly, 호남석유화학(주) 제품) 1.5중량부, 칼슘 스테아린산 2.0중량부, 플라스틱 분해용 산화제 0.5중량부 및 잔량으로서 상기 실시예 1에서 제조된 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 준비하였다. 준비된 성분들을 니더배합기에 투입한 후 120-220 범위에서 30분간 작동시켰다. 이어, 상기 배합물을 통상의 방법에 따라 일축 또는 이축 압출기로 반응 압출한 다음, 다이스에서 토출된 배합된 성형물을 컨베이어 시스템에 의하여 냉각시켜 바이오 베이스 펠릿 조성물로 제조한다음, 통상의 필름 압출기에서 바이오 베이스 쓰레기 봉투를 제조하였다.
폴리올레핀계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계 및 폴리아크릴레이트계로 제조하는 것은 저밀도폴리에틸렌을 대체하는 것이므로 바이오 베이스 쓰레기 봉투의 제조는 동일 및 유사한 특성을 제공한다.
폴리올레핀계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계 및 폴리아크릴레이트계로 제조하는 것은 저밀도폴리에틸렌을 대체하는 것이므로 바이오 베이스 쓰레기 봉투의 제조는 동일 및 유사한 특성을 제공한다.
제조예
10 - 바이오 베이스 쓰레기 봉투의 제조
상기 제조예 9에서 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물로서 실시예 1 대신에 실시예 2를 사용한다는 점만을 달리하고는 동일한 방법에 따라, 본 발명의 바이오 베이스 쓰레기 봉투를 제조하였다.
제조예
11 - 바이오 베이스 쓰레기 봉투의 제조
상기 제조예 9에서 칼슘 스테아린산 대신에 아연 스테아린산을 사용한다는 점만을 달리하고는 동일한 방법에 따라, 본 발명의 본 발명의 바이오 베이스 쓰레기 봉투를 제조하였다.
Claims (16)
- 펠릿 조성물 총 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지 50∼90 중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제 0.5∼5 중량부, 플라스틱용 활제 0.5∼3 중량부, 플라스틱 분해용 산화제 0.1∼1 중량부 및 잔량으로서 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 포함하되;
상기 배합물은 초본계 농산폐기물 100 중량부에 대하여 무기질 필러 5∼20 중량부 및 농산폐기물 표면 코팅제 0.5∼2 중량부를 포함하며,
상기 무기질 필러는 총 100 중량부 중 80∼100nm 크기의 분체가 1∼50 중량부의 양으로 포함된 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어짐을 특징으로 하는 바이오 베이스 쓰레기 봉투.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 파우더 초본계 농산폐기물 100 중량부에 대하여 무기질 필러 5∼20 중량부를 포함하며, 상기 무기질 필러는 무기질 필러의 총 100 중량부 중 80∼100nm 크기의 분체가 1∼50 중량부를 포함한 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 혼합한 후 고속 혼련하여 상기 초본계 농산폐기물의 다공에 상기 무기질 필러를 함침시키는 단계; 및 상기 함침물에 분말상 초본계 농산폐기물 100 중량부에 대하여 0.5∼2 중량부의 코팅제를 투입하여 상기 함침물 표면을 코팅하는 단계에 의해 생성된 배합물을 형성하는 제1단계;
상기 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물을 합성수지, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제, 플라스틱용 활제 및 플라스틱 분해용 산화제와 120∼220℃로 15∼35분간 배합하는 제2단계;
상기 제2단계의 생성물을 일축 또는 이축 압출기로 반응 압출하여 압출한 배합물을 냉각시켜 펠렛 조성물로 제조하는 제3단계; 및
상기 제3단계의 조성물을 필름 압출기로 바이오 베이스 쓰레기 봉투를 압출 생산하는 제4단계로 이루어지되,
상기 제2단계에서, 총 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 중합체, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체 및 폴리아크릴레이트계 중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합성수지는 50∼90 중량부, 상기 합성수지와 분말상 초본계 농산폐기물간에 상용성을 부여하는 상용화제는 0.5∼5 중량부, 플라스틱용 활제는 0.5∼3 중량부, 플라스틱 분해용 산화제는 0.1∼1 중량부, 분말상 초본계 농산폐기물이 포함된 배합물은 잔량으로 배합됨을 특징으로 하는 바이오 베이스 쓰레기 봉투의 제조방법. - 삭제
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| KR1020120005014A KR101327480B1 (ko) | 2012-01-16 | 2012-01-16 | 바이오 베이스 쓰레기 봉투 및 이의 제조방법 |
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| KR102451600B1 (ko) | 2022-04-07 | 2022-10-06 | 박명종 | 쓰레기 봉투 및 그의 제조방법 |
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