KR101366695B1 - 멀칭필름용 조성물 및 다기능 생분해성 멀칭필름 - Google Patents

멀칭필름용 조성물 및 다기능 생분해성 멀칭필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전분, 생분해성 수지, 가소제 및 비료를 포함하는 조성물로서, 상기 전분의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 20~40 중량%이고, 상기 비료의 함량은 조성물 전제 중량을 기준으로 0.5~15 중량%이고, 상기 생분해성 수지는 전분 100 중량부 당 100~250 중량부로 포함되고, 상기 가소제는 전분 100 중량부 당 5~25 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물을 제공한다.
본 발명의 멀칭필름용 조성물의 성형에 의해 제조된 멀칭필름은 작물 재배시 농업용 멀칭필름에 요구되는 소정의 물성(예를 들어 인장 강도, 신율, 내후성 등)을 만족시키면서, 토양에 설치시 비, 바람과 같은 외부 환경조건에도 비료의 유실이 없으며, 동시에 자연 상태에서 서서히 분해되어 비료화가 가능하고, 아울러 분해시 지속적으로 비료를 방출하여 서방성 비료로 기능할 수 있다. 따라서, 본 발명의 멀칭필름은 다양한 환경에서 작물 재배할 때 작물을 보호하고 토양에 영양을 공급하는 등의 목적으로 사용이 가능하고, 천연소재인 전분을 소정 이상으로 함유하고 있어서 친환경적이고, 작물 재배 후 수거 및 소각이 필요하지 않아 환경오염을 유발하지 않고 노동력을 절감시킬 수 있다.

Description

멀칭필름용 조성물 및 다기능 생분해성 멀칭필름{Composition for mulching film and biodegradable mulching film with multifunction}
본 발명은 멀칭필름용 조성물 및 다기능 생분해성 멀칭필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 농업용 멀칭필름에 요구되는 소정의 물성을 가지면서 동시에 자연 상태에서 서서히 분해되면서 지속적으로 비료를 방출할 수 있는 멀칭필름의 제조시 마스터배치로 사용될 수 있는 조성물 및 상기 조성물의 성형에 의해 제조된 다기능 생분해성 멀칭필름에 관한 것이다.
최근 들어 환경 보호와 안전한 농산물에 대한 관심이 높아짐에 따라 농약을 사용한 농산물을 수요자들이 꺼리게 되었고 수요자의 관심이 유기농 또는 친환경 농산물로 옮겨가면서 친환경농법의 필요성이 날로 증대하고 있다.
친환경 농법 중 한가지로, 멀칭농법이라는 것이 있는데, 멀칭이란 농작물을 재배할 때 토양의 표면을 덮어주는 자재 예컨대, 볏짚, 보리짚, 목초 등으로 토양의 상면을 피복하여 잡초의 생육을 차단하고 병충해를 예방하며 농약사용을 절감하며, 토양침식을 방지하고 토양수분을 유지하는 목적으로 행하여지는 농법을 의미한다. 그러나, 이제까지 농업용 멀칭 재료로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 합성수지로 이루어진 필름이 주로 이용되어 왔으나 사용 후 수작업으로 제거해야 하는 수고와 노동력이 필요하고 완벽하게 제거하기가 불가능하였다. 일반적으로 농촌에서 사용된 멀칭필름의 회수율은 약 44%에 그치고 있으며, 작물 재배 후 멀칭필름을 수거하는데에 있어서 자동화가 어렵고 효용성이 낮아 주로 인력에 의존하고 있는 실정이며, 농촌 인력의 부족 및 낮은 수거 보상비용 때문에 일부만 수거되고 대부분은 그대로 방치되어 토양환경오염의 주원인이 되고 있다. 더욱이 미처 수거되지 못한 잔여 멀칭필름은 다음에 재배되는 작물의 뿌리 생육과 토양의 배수성을 악화시켜 토양을 오염시키고, 폐 멀칭필름의 방치로 농촌의 환경이 더욱 피폐화 되어가고 있다.
이를 해결하기 위해, 최근 광분해성 또는 생분해성 합성수지로 이루어진 멀칭필름의 개발이 활발히 시도되고는 있으나, 가격 조건, 생분해도 및, 내구성 측면 등에서 여전히 만족스럽지 못한 실정이다. 분해성 멀칭필름 기술과 관련하여, 대한민국 등록특허공보 제10-0368738호에는 폴리에틸렌과 생분해성 지방족 고분자가 1:99∼30:70의 중량비로 혼합된 매트릭스 수지 100중량부, 결합제 0.01∼10 중량부, 상용촉매제 0.01∼10중량부, 라디칼개시제 0.001∼1중량부, 전분 10∼150중량부, 전분가소제 1∼40중량부, 전분 결합파괴제(Destructurizing Agent) 0.01∼20중량부, 자동산화제 0.01∼20중량부, 및 광분해조절제 0.001∼5중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 생/광분해성 농업용 멀칭필름 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 상기 멀칭필름 조성물로부터 성형된 멀칭필름은 난분해성 폴리에틸렌을 포함하고 있어서 사용 후 멀칭필름의 자연 분해에 의한 제거가 어렵고, 담수상태인 논에서 토양과 밀착되지 않아 잡초 방제 효과를 기대하기 어려운 단점이 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-04582302003-0059065호에는 종이에 분해성인 열가소성 수지를 적층시킨 분해성 멀칭매트가 개시되어 있다. 그러나, 상기 멀칭매트는 종이로 인해 휘장성(drapery)이 매우 불량하고 작업성과 피복성에 문제가 있다. 또한, 상기 멀칭매트는 종이로 인해 논과 같은 담수 상태에 적용될 때 요구되는 습윤 강도 및 신율 특성 면에서 합성수지로 이루어진 필름에 비해 매우 열악하다는 문제가 있다.
더 나아가 최근에는 멀칭필름에 생분해성 외에 비료화가 가능하거나 비료의공급이 가능한 다양한 기능을 부여하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들어 미국 등록특허공보 제5783504호에는 부직포에 비료화가 가능한 생분해성 수지로 이루어진 필름을 적층하여 복합 멀칭필름을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 부직포도 합성수지로 이루어진 필름에 비해 신율 특성이 열악하다는 문제가 있다. 또한, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0345880호에는 그 표면에 비료나 농약이 담지된 멀칭시트가 개시되어 있다. 그러나, 상기 멀칭시트는 귄취, 약상화, 및 분무 과정과 같은 제조단계에서 비료가 유실될 염려가 있고, 상기 멀칭시트에 담지된 비료는 강우, 바람 등에 쉽게 유실될 우려가 있고, 이를 보충하기 위해 다량의 비료나 농약이 추가적으로 살포되는 경우 환경오염을 가중시키는 결과를 초래하는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 멀칭필름을 현장에 적용시 비, 바람과 같은 외부 환경조건에도 비료의 유실을 방지할 수 있고, 작물 재배 후 폐멀칭 필름이 자연조건에서 생분해가 가능하며, 생분해시 비료 등과 같은 영양분을 계속해서 공급할 수 있는, 즉 서방성이 향상된 멀칭필름의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 작물 재배시 농업용 멀칭필름에 요구되는 소정의 물성(예를 들어 인장 강도, 신율, 내후성 등)을 만족시키면서, 토양에 설치시 비, 바람과 같은 외부 환경조건에도 비료의 유실이 없으며, 동시에 자연 상태에서 서서히 분해되어 비료화가 가능하고, 아울러 분해시 지속적으로 비료를 방출하여 서방성 비료로 기능할 수 있는 생분해성 멀칭필름의 제조시 마스터배치로 사용할 수 있는 멀칭필름용 조성물을 제공하는데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 조성물로부터 제조된 다기능 농업용 멀칭 필름을 제공하는데에 있다.
본 발명의 일 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 전분, 생분해성 수지, 가소제 및 비료를 포함하는 조성물로서, 상기 전분의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 20~40 중량%이고, 상기 비료의 함량은 조성물 전제 중량을 기준으로 0.5~15 중량%이고, 상기 생분해성 수지는 전분 100 중량부 당 100~250 중량부로 포함되고, 상기 가소제는 전분 100 중량부 당 5~25 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적을 해결하기 위하여 본 발명은 상기 멀칭필름용 조성물로부터 성형된 생분해성 멀칭필름을 제공한다. 본 발명의 생분해성 멀칭필름은 바람직하게는 펠렛 형태의 멀칭필름용 조성물을 압출하여 필름 형태로 성형시킨 것이다.
본 발명의 멀칭필름용 조성물의 성형에 의해 제조된 멀칭필름은 작물 재배시 농업용 멀칭필름에 요구되는 소정의 물성(예를 들어 인장 강도, 신율, 내후성 등)을 만족시키면서, 토양에 설치시 비, 바람과 같은 외부 환경조건에도 비료의 유실이 없으며, 동시에 자연 상태에서 서서히 분해되어 비료화가 가능하고, 아울러 분해시 지속적으로 비료를 방출하여 서방성 비료로 기능할 수 있다. 따라서, 본 발명의 멀칭필름은 다양한 환경에서 작물 재배할 때 작물을 보호하고 토양에 영양을 공급하는 등의 목적으로 사용이 가능하고, 천연소재인 전분을 소정 이상으로 함유하고 있어서 친환경적이고, 작물 재배 후 수거 및 소각이 필요하지 않아 환경오염을 유발하지 않고 노동력을 절감시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 측면은 멀칭필름용 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 멀칭필름용 조성물은 전분, 생분해성 수지, 가소제 및 비료를 포함하는 조성물로서, 생분해성 멀칭필름의 제조시 마스터배치로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물은 바람직하게는 라디칼 개시제 또는 활제를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물을 구성성분별로 나누어 설명한다.
전분
본 발명의 멀칭필름용 조성물에서 전분은 멀칭필름의 생분해성을 가속화시키는 성분으로서, 그 종류나 형태가 크게 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에서 전분은 비변성 전분일수도 있고, 이를 물리적 또는 화학적으로 개질한 변성 전분일 수도 있으며 이들을 혼용하는 것도 가능하다. 이중, 비변성 전분은 전분이 유래되는 곡물의 종류에 따라 옥수수 전분, 찰옥수수 전분, 감자 전분, 고구마 전분, 밀 전분, 타피오카 전분, 쌀 전분 등이 있고 이들로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 변성 전분은 산처리 전분, 산화 전분, 에스테르화 전분, 산화 에스테르화 전분, 에테르화 전분, 산화 에테르화 전분, 가교 전분 등이 있고, 구체적인 예로 아세틸아디핀산 이전분, 아세틸인산 이전분, 옥테닐석신산 전분, 인산 이전분, 인산 일전분, 인산화인산 이전분, 아세트산 전분, 하이드록시프로필인산 이전분, 하이드록시프로필 전분 등이 있으며, 이들로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 전분의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 20~40 중량%이며, 바람직하게는 25~35 중량%이다. 멀칭필름용 조성물 내에서 전분의 함량이 조성물 전체 중량을 기준으로 20 중량% 미만이면 전분의 첨가에 따른 멀침필름의 생분해성 가속화 효과가 미비할 염려가 있고, 40 중량%를 초과하면 멀칭필름의 성형성 및 성형 후 외관이 불량해질 염려가 있고, 인장 강도, 파단 신율, 내후성 등과 같은 물성이 저하될 염려가 있다.
생분해성 수지
본 발명의 멀칭필름용 조성물에서 생분해성 수지는 멀칭필름에 소정 수준의인장 강도, 파단 신율, 내후성을 부여하면서 동시에 생분해성을 부여하는 성분으로, 지방족 폴리에스테르계 생분해성 수지, 또는 지방족/방향족 코폴리에스테르계 생분해성 수지 등과 같이 통상적으로 사용되는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않는다. 지방족 폴리에스테르계 생분해성 수지는 서로 다른 지방족 에스테르의 코폴리머 수지를 포함하는 개념이고, 지방족/방향족 코폴리에스테르계 생분해성 수지는 지방족 폴리에스테르와 방향족 폴리에스테르의 공중합체를 의미한다. 본 발명의 멀칭필름용 조성물에 사용되는 생분해성 수지는 바람직하게는 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA), 폴리글리코릭산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리부틸렌석시네이트(Polybutylene succinate, PBS), 폴리하이드록시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리비닐알코올, 부틸렌석시네이트와 아디페이트의 코폴리머[Poly(butylene succinate-co-adipate), PBS/A], 부틸렌아디페이트와 부틸렌테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-bytylene terephtalate), PBA/BT], 및 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T]로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있고, 전분과의 상용성, 경제성, 및 멀칭필름의 물성 등을 고려할 때 더 바람직하게는 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T]와 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA)의 조합으로 이루어질 수 있다. 여기서, 폴리하이드록시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA)의 구체적인 예로는 폴리하이드록시부티레이트 (Polyhydroxybutyrate, PHB), 폴리하이드록시발러레이트 (Polyhydroxyvalerate, PHV), 또는 하이드록시부티레이트와 하이드록시발러레이트의 코폴리머(PHB-co-PHV) 등이 있다. 또한, 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T]는 에코플렉스®(제품명 : Ecoflex®; 공급자 : BASF사)라는 상품으로 입수가 가능하다.
본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 생분해성 수지는 전분 100 중량부 당 100~250 중량부로 포함되고, 바람직하게는 전분 100 중량부 당 150~250 중량부로 포함된다. 또한, 본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 생분해성 수지가 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T]와 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA)의 조합으로 이루어진 경우 상기 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate)는 바람직하게는 전분 100 중량부 당 100~200 중량부, 더 바람직하게는 110~190 중량부로 포함되고, 상기 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA)은 바람직하게는 전분 100 중량부 15~50 중량부, 더 바람직하게는 20~40 중량부로 포함된다. 또한, 또한, 본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 생분해성 수지가 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T]와 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA)의 조합으로 이루어진 경우 상기 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T] 대 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA)의 중량비는 7:3 내지 9:1인 것이 바람직하고, 8:2 내지 9:1인 것이 더 바람직하다.
가소제
본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 가소제는 전분과 전분 사이에 침투하여 전분 분자 간 수소결합을 약하게 하고 전분 고유의 결정성을 잃게 함으로써 전분을 무정형 형태로 전환시키며, 멀칭필름용 조성물을 펠렛 형태로 성형시 또는 멀칭필름용 조성물을 필름으로 성형시 성형성 및 작업성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명의 멀칭필름용 조성물에 사용되는 가소제는 글리세린, 솔비톨, 1,4-부탄디올, 에틸렌글리콜, 말토스, 수크로스, 사이클로덱스트린, 포도당, 프로필렌글리콜, 우레아, 폴리에틸렌글리콜, 및 폴리프로필렌글리콜 등과 같이 고분자 성형시 사용되는 것이라면, 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 전분과의 상용성 등을 고려할 때 바람직하게는 글리세린, 솔비톨, 1,4-부탄디올, 에틸렌클리콜, 포도당, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 및 폴리프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 가소제는 전분 100 중량부 당 5~25 중량부로 포함되고, 바람직하게는 10~20 중량부로 포함된다.
비료
본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 비료는 멀칭필름이 생분해될 때 멀칭필름으로부터 서서히 용출되어 토양에 영양을 공급하고 지력을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명의 멀칭필름용 조성물에 사용되는 비료는 작물의 성장 내지 토양이 개량 등에 필요한 성분을 포함하는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 공지된 것이나 상업적으로 판매되는 제품에서 선택될 수 있다. 구체적으로 본 발명의 멀칭필름용 조성물에 사용되는 비료는 질소, 인, 칼륨, 황, 칼슘, 석회, 마그네슘, 고토, 규소, 및 붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있고, 더 구체적으로 무기질 질소비료, 무기질 인산비료, 무기질 칼륨비료, 복합비료, 석회질비료, 규산질비료, 마그네슘비료, 고토비료, 및 붕소비료로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성될 수도 있다. 또한, 본 발명의 멀칭필름용 조성물에 사용되는 비료는 유기질 비료, 미량원소 비료, 규인비료, 규인칼륨 비료, 기타 비료 등을 더 포함할 수 있다. 이중 질소비료의 성분으로는 황안, 요소, 염안, 질안, 석회질소, 암모니아수, 초석 등이 있고, 인산비료의 성분으로는 과석, 중과석, 용인, 용과인, 토머스인비 등이 있고, 칼륨비료의 성분으로는 염화칼륨, 황산칼륨 등이 있고, 석회비료의 성분으로는 생석회, 소석회, 석회석 분말, 부산 소석회 등이 있고, 규산질비료의 성분으로는 제철광재, 규회석 등이 있고, 마그네슘비료의 성분으로는 백운석 분말 등이 있고, 미량원소 비료의 성분으로는 붕산, 망간, 아연 등이 있고, 유기질 비료의 성분으로는 어박, 골분, 대두박, 계분 등이 있다. 또한, 복합비료의 종류로는 제1종 복합비료, 제2종 복합비료, 제3종 복합비료, 제4종 복합비료 등이 있고, 고토비료의 종류로는 황산고토비료, 고토붕소비료, 수산화고토비료 등이 있고, 기타 비료의 종류로는 제올라이트비료, 벤토나이트비료, 부산석고비료 등이 있다.
본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 비료의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.5~15 중량%이며, 바람직하게는 0.8~13 중량%이고, 더 바람직하게는 1.0~10 중량%이다. 멀칭필름용 조성물 내에서 비료의 함량이 조성물 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 미만이면 비료의 첨가에 따른 멀칭필름의 내후성 향상 및 멀칭필름 분해시 토양으로의 영양 성분 공급과 같은 효과가 미비할 염려가 있고, 15 중량%를 초과하면 멀칭필름의 성형성 및 성형 후 외관이 매우 불량해서 상업적인 제품으로 사용하기가 어려워질 수 있다.
기타 구성성분
본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물은 바람직하게는 라디칼 개시제 또는 활제를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 라디칼 개시제는 멀칭필름용 조성물을 펠렛 형태로 성형시 또는 멀칭필름용 조성물을 필름으로 성형시 전분이나 생분해성 수지를 활성화시켜 성형성을 양호하게 하는 역할을 한다. 본 발명의 멀칭필름용 조성물에 사용되는 라디칼 개시제의 종류은 크게 제한되지 않으며, 전분이나 생분해성 수지의 활성화 효율 측면에서 바람직하게는 벤조일 퍼옥사이드, 과황산칼륨, 및 디큐밀퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 라디칼 개시제는 바람직하게는 전분 100 중량부 당 0.05~2 중량부로 포함되고, 더 바람직하게는 0.1~1 중량부로 포함된다.
본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 활제는 멀칭필름용 조성물을 펠렛 형태로 성형시 또는 멀칭필름용 조성물을 필름으로 성형시 기계적 마찰을 적게하고 미끄럼을 촉진하여 열화를 방지하는 역할을 한다. 본 발명의 멀칭필름용 조성물에 사용되는 활제의 종류는 크게 제한되지 않으며, 다른 성분과의 상용성 등을 고려할 때, 바람직하게는 왁스, 에틸렌비스스테아라마이드, 미네랄오일, 및 글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물 내에서 활제는 바람직하게는 전분 100 중량부 당 0.5~10 중량부로 포함되고, 더 바람직하게는 1~5 중량부로 포함된다.
멀칭필름용 조성물의 형태
본 발명에 따른 멀칭필름용 조성물은 구성성분들이 균일하게 혼합된 상태로 존재하는 한 그 형태는 크게 제한되지 않으나, 멀칭필름용 조성물이 생분해성 멀칭필름의 제조시 마스터배치로 사용되는 점을 고려할 때, 펠렛 형태인 것이 바람직하다. 펠렛 형태의 멀칭필름용 조성물은 멀칭필름용 조성물을 구성하는 성분들을 혼합 및 용융하고, 이후 압출하면서 압출물을 펠렛화함으로써 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 생분해성 멀칭필름에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 생분해성 멀칭필름은 전술한 멀칭필름용 조성물을 필름 형태로 성형하여 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 생분해성 멀칭필름의 바람직한 성형 방법은 압출 성형이고, 판상 형태의 압출 노즐, 즉 T-Die를 갖춘 통상적인 압출기를 이용하여 멀칭필름용 조성물을 필름 형태로 성형할 수 있다. 본 발명의 생분해성 멀칭필름은 전분을 소정 이상의 함량으로 포함하고 있어서, 전분을 포함하지 않는 통상적인 생분해성 수지의 멀칭필름에 비해 생분해도가 우수하다. 예를 들어, 통상적인 생분해성 수지인 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃]만으로 이루어진 필름과 에코플렉스 약 75 중량% 및 전분 약 25 중량%로 이루어진 필름의 생분해도를 한국산업규격 KSM 3100-1의 시험방법으로 측정한 경우 전자의 필름은 20일 경과 후 약 70~약 후자의 필름이 전자의 필름보다 약 70~75%의 생분해도를 보이는 반면, 후자의 필름은 20일 경과 후 약 90~95의 생분해도를 보인다. 또한, 본 발명에 따른 생분해성 멀칭필름은 멀칭필름에 기본적으로 요구되는 물성인 인장 강도, 파단 신율, 및 광에 대한 내후성이 매우 우수하다. 아울러, 본 발명에 따른 생분해성 멀칭필름에서 비료는 생분해성 멀칭필름의 3차원적 공간에서 다른 성분들과 균일하게 혼합된 상태로 존재하기 때문에 비, 바람과 같은 외부 환경조건에도 유실되지 않고, 생분해성 멀칭필름의 분해시 서서히 지속적으로 방출된다. 따라서, 본 발명에 따른 생분해성 멀칭필름은 농업 분야 등에서 작물 재배시 작물을 보호하고, 작물 재배가 완료된 후에는 서방성 비료로 작용하는 등의 다기능을 가진다.
이하, 본 발명을 하기 실시예들을 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명의 내용을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치 및 생분해성 멀칭필름의 제조
실시예 1.
무수 옥수수 전분 3.0㎏, 글리세린 0.5㎏, 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃] 5.5㎏, 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA; NatureWorks사; 융점 160℃) 1.0㎏, 벤조일퍼옥사이드 0.01㎏, 왁스 0.1㎏, 및 요소 비료 0.1㎏을 혼합하고, 압출하면서 펠렛화하여 멀칭필름용 마스터배치를 제조하였다. 이때, 사용한 압출기는 스크루 직경이 77㎜인 이축 압출기이고, 압출기의 배럴 온도는 180℃이며, 압출 속도는 300rpm 이었다.
상기에서 얻은 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치를 T-Die를 갖춘 압출기를 이용하여 필름 형태로 성형하고, 생분해성 멀칭필름을 제조하였다. 필름 성형시 압출기의 배럴 온도는 170℃이고, T-Die 온도는 180℃이고, 압출 속도는 500rpm 이고, 롤 속도는 200rpm 이었다.
실시예 2.
멀칭필름용 마스터배치의 구성성분으로 무수 옥수수 전분 3.0㎏, 글리세린 0.5㎏, 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃] 5.5㎏, 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA; NatureWorks사; 융점 160℃) 1.0㎏, 벤조일퍼옥사이드 0.01㎏, 왁스 0.1㎏, 및 요소 비료 0.3㎏을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치 및 생분해성 멀칭필름을 제조하였다.
실시예 3.
멀칭필름용 마스터배치의 구성성분으로 무수 옥수수 전분 3.0㎏, 글리세린 0.5㎏, 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃] 5.5㎏, 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA; NatureWorks사; 융점 160℃) 1.0㎏, 벤조일퍼옥사이드 0.01㎏, 왁스 0.1㎏, 및 요소 비료 0.5㎏을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치 및 생분해성 멀칭필름을 제조하였다.
실시예 4.
멀칭필름용 마스터배치의 구성성분으로 무수 옥수수 전분 3.0㎏, 글리세린 0.5㎏, 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃] 5.5㎏, 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA; NatureWorks사; 융점 160℃) 1.0㎏, 벤조일퍼옥사이드 0.01㎏, 왁스 0.1㎏, 및 요소 비료 1.0㎏을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치 및 생분해성 멀칭필름을 제조하였다.
실시예 5.
멀칭필름용 마스터배치의 구성성분으로 무수 옥수수 전분 3.0㎏, 글리세린 0.5㎏, 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃] 5.5㎏, 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA; NatureWorks사; 융점 160℃) 1.0㎏, 벤조일퍼옥사이드 0.01㎏, 왁스 0.1㎏, 및 요소 비료 1.5㎏을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치 및 생분해성 멀칭필름을 제조하였다.
실시예 6.
멀칭필름용 마스터배치의 구성성분으로 무수 옥수수 전분 3.5㎏, 글리세린 0.5㎏, 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃] 5.1㎏, 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA; NatureWorks사; 융점 160℃) 0.9㎏, 벤조일퍼옥사이드 0.01㎏, 왁스 0.1㎏, 및 요소 비료 1.0㎏을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치 및 생분해성 멀칭필름을 제조하였다.
실시예 7.
멀칭필름용 마스터배치의 구성성분으로 무수 옥수수 전분 4.0㎏, 글리세린 0.5㎏, 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃] 4.7㎏, 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA; NatureWorks사; 융점 160℃) 0.8㎏, 벤조일퍼옥사이드 0.01㎏, 왁스 0.1㎏, 및 요소 비료 1.0㎏을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치 및 생분해성 멀칭필름을 제조하였다.
비교예 1.
멀칭필름용 마스터배치의 구성성분으로 무수 옥수수 전분 3.0㎏, 글리세린 0.5㎏, 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃] 5.5㎏, 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA; NatureWorks사; 융점 160℃) 1.0㎏, 벤조일퍼옥사이드 0.01㎏, 및 왁스 0.1㎏을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치 및 생분해성 멀칭필름을 제조하였다.
비교예 2.
멀칭필름용 마스터배치의 구성성분으로 무수 옥수수 전분 3.0㎏, 글리세린 0.5㎏, 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃] 5.5㎏, 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA; NatureWorks사; 융점 160℃) 1.0㎏, 벤조일퍼옥사이드 0.01㎏, 왁스 0.1㎏, 및 요소 비료 2.0㎏을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치 및 생분해성 멀칭필름을 제조하였다.
비교예 3.
멀칭필름용 마스터배치의 구성성분으로 무수 옥수수 전분 5.0㎏, 글리세린 0.5㎏, 에코플렉스[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T; BASF사; 융점 110℃] 3.8㎏, 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA; NatureWorks사; 융점 160℃) 0.7㎏, 벤조일퍼옥사이드 0.01㎏, 왁스 0.1㎏, 및 요소 비료 1.0㎏을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태의 멀칭필름용 마스터배치 및 생분해성 멀칭필름을 제조하였다.
2. 생분해성 멀칭필름의 물성 평가
(1) 생분해성 멀칭필름의 외관 상태, 인장 강도, 및 파단 신율 평가
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 생분해성 멀칭필름의 외관 상태는 외관상의 결함 요소가 존재하는지를 육안으로 관찰하고 평가 기준에 의거하여 평가하였고, 인장 강도, 및 파단 신율은 ASTTM D638 시험방법에 의거하여 측정하였다. 하기 표 1은 생분해성 멀칭필름의 외관 상태, 인장 강도, 및 파단 신율 평가 결과를 나타낸 것이다.
멀칭필름 구분 외관 상태 인장 강도(㎏f/㎠) 파단 신율(%)
실시예 1 ○ 210 590
실시예 2 ○ 250 630
실시예 3 ○ 290 670
실시예 4 ○ 330 710
실시예 5 △ 250 670
실시예 6 ○ 280 620
실시예 7 ○ 240 580
비교예 1 ○ 220 600
비교예 2 ×(필름 성형 불가능) - -
비교예 3 △ 200 540
상기 표 1에서 외관 상태의 평가 기준은 아래와 같다.
○ : 외관상의 결함 요소가 존재하지 않음
△ : 외관상의 결함 요소가 1개 존재함
× : 외관상의 결함 요소가 2개 이상 존재하거나 필름으로의 성형이 어려움
* 외관상의 결함 요소
어안(Fisheyes) : 필름에 나타나는 타원형의 작은 반점
산화된 반점(Oxidized particles) : 황갈색의 반점
젤(Gels) : 필름에 나타나는 녹지않은 수지 덩어리
화살촉(Arrowhead) : 2개의 미세한 선이 겹치는 현상
오렌지 껍질(Orange peel) : 오렌지 껍질같이 필름 표면이 꺼칠한 현상
핀홀(Pinholes) : 필름에 뚫린 작은 구멍들
상기 표 1에서 보이는 바와 같이 구성성분으로 비료를 포함하는 실시예 1 내지 7의 생분해성 멀칭필름은 구성성분으로 비료를 포함하지 않는 비교예 1의 생분해성 멀칭필름과 동등하거나 더 우수한 인장 강도 및 파단 신율을 나타내었다. 반면, 비료의 첨가량이 상대적으로 높은 경우 필름으로의 성형이 원활하지 않았으며(비교예 2 참조), 전분의 첨가량이 상대적으로 높은 경우 필름의 외관이 보통이고 인장 강도 및 파단 신율과 같이 멀칭필름에 요구되는 물성이 저하되었다(비교예 3 참조)
(2) 생분해성 멀칭필름의 내후성 평가
작물의 재배시 이용되는 멀칭필름은 일반적으로 태양광에 노출되고, 태양광에 의해 그 물성이 저하되는 경우 멀칭필름으로서의 기능을 상실할 우려가 있는바 광에 대한 내후성이 중요하다. 실시예 1, 실시예 4, 실시예 5, 및 비교예 1에서 제조한 생분해성 멀칭필름의 광에 대한 내후성을 평가하기 위해 생분해성 멀칭필름 시편에 자외선을 조사하고, 자외선 조사 시간의 경과에 따른 생분해성 멀칭필름의 파단 신율 변화를 ASTTM D638 시험방법에 의거하여 측정하였다. 하기 표 2는 생분해성 멀칭필름의 내후성 평가 결과를 나타낸 것이다.
구분 자외선 조사 시간(hr)
0 24 48 72 92 116 140 164
파단 신율(%) 실시예 1 590 270 188 70 32 23 9 7
실시예 4 710 370 277 210 167 145 98 61
실시예 5 670 290 198 130 95 87 80 55
비교예 1 600 230 130 55 25 13 7 5
상기 표 2에서 보이는 바와 같이 구성성분으로 비료를 포함하는 실시예 1 내지 7의 생분해성 멀칭필름은 구성성분으로 비료를 포함하지 않는 비교예 1의 생분해성 멀칭필름에 비해 광에 대한 내후성이 더 우수하였다. 이러한 결과로부터 멀칭필름 전체에 걸쳐 균일하게 분포하는 비료가 광을 흡수하거나 반사시켜 멀칭필름의 광에 대한 내후성을 증가시킨다는 것을 알 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범주를 벗어나지 않고서도 많은 변형을 실시하여 특정 상황 및 재료를 본 발명의 교시내용에 채용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명을 실시하는데 계획된 최상의 양식으로서 개시된 특정 실시 태양으로 국한되는 것이 아니며, 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 태양을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 전분 100 중량부 당 생분해성 수지 100~250 중량부, 가소제 5~25 중량부 및 비료 3~50 중량부를 포함하는 조성물로서,
    상기 생분해성 수지는 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA), 폴리글리코릭산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리부틸렌석시네이트(Polybutylene succinate, PBS), 폴리하이드록시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리비닐알코올 및 부틸렌석시네이트와 아디페이트의 코폴리머[Poly(butylene succinate-co-adipate), PBS/A]로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 지방족 폴리에스테르계 생분해성 수지와 부틸렌아디페이트와 부틸렌테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-bytylene terephtalate), PBA/BT] 또는 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T]에서 선택되는 1종 이상의 지방족/방향족 코폴리에스테르계 생분해성 수지의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전분은 옥수수 전분, 찰옥수수 전분, 감자 전분, 고구마 전분, 밀 전분, 타피오카 전분, 쌀 전분 또는 이들의 변성전분에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 생분해성 수지는 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T]와 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA)의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate)는 전분 100 중량부 당 100~200 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA)은 전분 100 중량부 당 15~50 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 부틸렌아디페이트와 테레프탈레이트의 코폴리머[Poly(butylene adipate-co-terephtalate), PBA/T] 대 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA)의 중량비는 7:3 내지 9:1인 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 가소제는 글리세린, 솔비톨, 1,4-부탄디올, 에틸렌클리콜, 포도당, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 및 폴리프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 비료는 질소, 인, 칼륨, 황, 칼슘, 석회, 마그네슘, 고토, 규소, 및 붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 비료는 무기질 질소비료, 무기질 인산비료, 무기질 칼륨비료, 복합비료, 석회질비료, 규산질비료, 마그네슘비료, 고토비료, 및 붕소비료로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 전분 100 중량부 당 라디칼 개시제 0.05~2 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 라디칼 개시제는 벤조일 퍼옥사이드, 과황산칼륨, 및 디큐밀퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 전분 100 중량부 당 활제 0.5~10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 활제는 왁스, 에틸렌비스스테아라마이드, 미네랄오일, 및 글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 펠렛 형태인 것을 특징으로 하는 멀칭필름용 조성물.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항의 멀칭필름용 조성물로부터 성형된 생분해성 멀칭필름.
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