KR101467255B1

KR101467255B1 - 가로수 전정지를 이용한 바이오 플라스틱 성형방법 및 그 성형방법에 의해 제조된 바이오 플라스틱 제품

Info

Publication number: KR101467255B1
Application number: KR1020130081776A
Authority: KR
Inventors: 차성운
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2014-12-01

Abstract

가로수 전정지를 이용한 바이오 플라스틱 성형방법 및 그 성형방법에 의해 제조된 바이오 플라스틱 제품이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 성형방법은, 20 내지 30 중량%의 가로수 전정지(11) 및 60 내지 70 중량%의 고분자 수지(13)가 혼합된 복합소재에 2 내지 5 중량%의 첨가제(12)가 배합된 원료(10)를 사출성형을 통해 제조하는 바이오 플라스틱 성형방법으로서, 사출성형기(500) 이송측 배럴(221)의 온도 및 토출측 노즐 다이(230)의 온도는, 소정의 온도로 각각 설정되고, (a) 가로수 전정지를 분쇄하는 과정; (b) 가로수 전정지를 미립화하는 과정; (c) 가로수 전정지 미립분을 전처리하는 과정; (d) 가로수 전정지 미립분과 고분자 수지를 배합하는 과정; (e) 배합된 원료(10)를 사출성형 방식을 통해 취출하는 과정; 및 (f) 사출성형기(500)의 토출측 노즐 다이(230)에 위치한 금형(400)에 의해 바이오 플라스틱 제품(100)이 성형되는 과정;을 포함하는 것을 요지로 한다.

Description

가로수 전정지를 이용한 바이오 플라스틱 성형방법 및 그 성형방법에 의해 제조된 바이오 플라스틱 제품 {Bio Plastic Products Using Trimmed Branch of Roadside Trees Forming Method and Bio Plastic Products By Same The Methods}

본 발명은 가로수 전정지를 이용한 바이오 플라스틱 성형방법 및 그 성형방법에 의해 제조된 바이오 플라스틱 제품에 관한 것으로, 상세하게는 가로수 전정지, 고분자 수지 및 첨가제를 기본 소재로 활용하여 바이오 플라스틱을 성형하는 방법 및 그 성형방법에 의해 제조된 바이오 플라스틱 제품에 관한 것이다.

매년 전국적으로 약 2만 톤 가량의 가로수 전정지(剪定枝, 잘라낸 나무 가지)가 발생한다. 그러나, 퇴비화, 우드칩 등으로 일부 활용되고 있을 뿐, 대부분은 소각하거나 폐기물로 처리하고 있다. 이에 따라, 가로수 전정지의 처리를 위하여 각 지역별로 별도의 처리 비용이 발생하고 있다. 따라서, 각 지역 자치단체의 예산 절감, 민원 등의 문제 등을 최소화 할 수 있도록, 가로수 전정지의 자원화를 위한 녹색 기술 및 개발 기술을 기반으로 한 새로운 관리체계의 수립이 필요하다.

종래에는 가로수 전정지 처리를 위해 다양한 방법이 활용되고 있다. 상기한 바와 같이, 가로수 전정지는 퇴비화, 우드칩 등으로 일부 활용되고 있으나, 대부분의 전정지는 소각 또는 적재장 등에 방치되고 있는 상황이다. 이로 인해, 소각 및 장기간의 적재 등으로 인한 악취 발생 및 대기 오염이 발생하는 문제점이 있다.

최근, 이러한 문제점을 해결하기 위해 목재 폐기물을 활용한 바이오 플라스틱 제품에 관한 연구가 진행되고 있다.

플라스틱은 가볍고 비교적 저렴하다는 장점 외에도 내구성, 가공성, 내약품성 등의 다양하고 뛰어난 기능이 있어 산업분야 전반에 걸쳐 다양한 형태로 범용적으로 이용되고 있다. 그러나, 플라스틱 폐기물의 경우 자연분해가 되지 않기 때문에 그 사용이 늘어나는 것에 비례하여 반대로 대량의 폐기물이 발생하게 되고, 이로 인하여 토양, 대기, 수질 오염 등 환경이 크게 훼손되는 문제가 있다.

또한, 발포된 플라스틱인 스티로폼의 경우에는 단위 중량당 차지하는 부피가 크며 가볍기 때문에 쉽게 바람에 날리는 특성이 있다. 따라서 환경 오염에 미치는 악영향은 더욱 크다고 볼 수 있다. 이로 인해 완충용 포장재 용도의 기존 스티로폼 대체품으로서 천연계 원료인 종이나 펄프 몰드를 이용한 제품이 실용화 되고 있다. 그러나 펄프를 전량 수입하고 있는 국내 현실을 감안하면 비용측면에서 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해 천연계에서 얻을 수 있는 원료를 이용한 생분해성 또는 환경친화적 포장용 완충재에 대한 연구 개발이 진행되고 있다. 그 중에서도 자원의 풍부성, 공급의 용이성, 저렴한 가격 등의 다양한 장점을 가진 이유로 플라스틱을 대체하기 재료로서 전분 등을 이용한 연구가 진행되고 있으며 일부의 경우 이미 상품화 되어 출시되고 있는 실정이다.

현재까지 생분해성 또는 환경친화적 포장용 완충재에 대한 연구 및 제조방법에는 고아밀로스 전분(아밀로스 함량 45%이상) 또는 이의 유도체에 가소제를 첨가하여 압출기를 이용하여 발포 성형하는 방법 (미국등록특허 4,863,655), 전분류에 알코올 유도체를 첨가하여 제조하는 방법 (일본특허공개 평-136168), 개질화한 전분을 이용하여 제조하는 방법 (일본특허공개 평 2-298525) 및 전분계 첨가제, 폴리프로필렌수지, 식물성 발포제 등을 이용한 제조방법 등 여러 가지 방법이 알려져 있다.

위의 방법들은 공통적으로 기존의 발포 폴리스티렌 또는 우레탄에 비해 환경친화적이며 제조방법이 상대적으로 간단하고 발포가스를 사용하지 않는 장점이 있다. 그러나 선행문헌에 개시된 방법들의 경우, 고온의 성형 가공성을 용이하게 하기 위해 전분을 기본재료로 하여 별도의 가소제를 첨가하거나 발포의 균일성 확보를 위해 석회석 분말이나 염화칼슘과 같은 별도의 발포제를 첨가함으로써 제조 비용이 높아진다는 단점이 있다.

한국공개특허공보 제10-2004-0076149호

본 발명이 해결하려는 기술적 과제는, 종래 효과적으로 처리되거나 활용되지 못했던 가로수 전정지를 활용할 수 있는 바이오 플라스틱 성형방법과 그 방법에 의해 제조된 바이오 플라스틱 제품을 제공하고자 하는 것이다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따른 바이오 플라스틱 성형방법은,

20 내지 30 중량%의 가로수 전정지 및 60 내지 70 중량%의 고분자 수지가 혼합된 복합소재에 2 내지 5 중량%의 첨가제가 배합된 원료를 사출성형을 통해 제조하는 바이오 플라스틱 성형방법으로서,

사출성형기 이송측 배럴의 온도 및 토출측 노즐 다이의 온도는, 소정의 온도로 각각 설정되고,

(a) 가로수 전정지를 분쇄하는 과정;

(b) 가로수 전정지를 미립화하는 과정;

(c) 가로수 전정지 미립분을 전처리하는 과정;

(d) 가로수 전정지 미립분과 고분자 수지를 배합하는 과정;

(e) 배합된 원료를 사출성형 방식을 통해 취출하는 과정; 및

(f) 사출성형기의 토출측 노즐 다이에 위치한 금형에 의해 바이오 플라스틱 제품이 성형되는 과정;

을 포함할 수 있다.

일 측면에 있어서 상기 가로수 전정지의 배합 비율은 27 중량%이고, 상기 고분자 수지의 배합 비율은 70 중량%이며, 상기 첨가제의 배합 비율은 3 중량%일 수 있다.

일 측면에 있어서 상기 가로수 전정지는, 은행나무, 버즘나무, 벚나무, 메타세쿼이아(metasequoia)나무, 단풍나무, 이팝나무, 소나무, 희화나무, 진달래나무, 플라타너스나무, 포플러나무 및 배롱나무로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 둘 이상 선택된 것일 수 있다.

일 측면에서 상기 고분자 수지는 폴리올레핀(polyolefin), 폴리스타이렌(polystyrene) 또는 폴리에스테르(polyester) 계열 소재를 단독으로 사용하거나 2종 이상 블렌딩한 소재일 수 있다.

다른 측면에서 상기 고분자 수지는, 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 에이비에스(ABS, Acrylonitrile butadiene styrene), 폴리스티렌(PS, polystyrene) 및 피브이씨(PVC, polyvinyl chloride)로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 2종 이상 선택되어 블렌딩된 소재일 수 있다.

다른 측면에서 상기 고분자 수지는 PCL(폴리 카프로락톤), PLA(폴리 유산), PHA(폴리 히드록시 알카노에이트), PBS(폴리 부틸렌 석시네이트)로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 2종 이상 선택되어 블렌딩된 생분해성 소재일 수 있다.

다른 측면에서 상기 고분자 수지는, 친환경 특성을 강화하도록,

폴리올레핀(polyolefin), 폴리스타이렌(polystyrene) 또는 폴리에스테르(polyester) 계열 소재를 단독으로 사용하거나 2종 이상 블렌딩 한 소재에,

PCL(폴리 카프로락톤), PLA(폴리 유산), PHA(폴리 히드록시 알카노에이트), PBS(폴리 부틸렌 석시네이트)로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 2종 이상 선택되어 블렌딩된 생분해성 소재를 하나 이상 혼합한 것일 수 있다.

일 측면에서 상기 배합된 원료는, 0 내지 10 중량%의 상용화제(coupling agent, compatibilizer)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바이오 플라스틱 성형방법에 있어서, 상기 사출성형기의 이송측 배럴의 온도 및 토출측 노즐 다이의 온도는, 150 내지 250 ℃ 일 수 있다.

또한, 상기 (a)가로수 전정지를 분쇄하는 과정 이전에, 가로수 전정지의 수분을 제거하도록, 건조기를 이용하여 가로수 전정지를 전처리할 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 (c)가로수 전정지 미립분을 전처리하는 과정에 있어서, 가로수 전정지 미립분과 고분자 수지의 표면 결합을 유도하도록, 알칼리 물질을 이용하여 가로수 전정지 미립분을 전처리할 수 있다.

이 경우, 상기 알칼리 물질은, 수산화 나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)을 물에 용해시킨 용액인 것일 수 있다.

다른 측면에서, 상기 (c)가로수 전정지 미립분을 전처리하는 과정에 있어서, 가로수 전정지 미립분의 수분을 제거하도록, 건조기를 이용하여 가로수 전정지 미립분을 전처리할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 전술한 일 측면에 따른 성형방법에 의해 제조된 바이오 플라스틱 제품을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 성형방법은, 종래 효과적으로 처리되거나 활용되지 못했던 가로수 전정지를 활용할 수 있으므로, 가로수 전정지 폐기물 처리비용을 현저히 줄일 수 있으며, 지역 자치 단체의 예산 절감 및 민원발생을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 성형방법에 의해 제조된 제품은, 고온의 성형 가공성을 용이하게 하기 위해 별도의 가소제 첨가 없이도 성형 가능하여, 생산비 절감은 물론, 성형과정이 복잡하지 않고 단순하여 생산성 및 작업성 또한 크게 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 성형방법에 의해 제조된 제품은, 기존 합성수지 재질의 발포제품에 비해 가격이 저렴하면서도 미생물에 의해 분해되어 자연으로 환원되는 장점이 있어 환경친화적이며, 사용 후 퇴비로 재활용이 가능한 점 등 기능적인 면에서도 매우 효과적이다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 바이오 플라스틱 성형 공정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 전정지 화이버 표면 처리 전/후 모습을 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 3은 상용화제를 이용한 천연섬유와 고분자의 계면 접촉력 개선 결과를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 바이오 플라스틱 제품의 광학현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 바이오 플라스틱 제품의 시편 사진이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 측면에 따른 바이오 플라스틱 성형 공정을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 플라스틱 제품(100)은, 가로수 전정지를 기본 소재로 하는 천연재료(11), 고분자 수지(13) 및 첨가제(12)를 소정의 조성비로 혼합한 것을 원료로 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 플라스틱 제품(100)은, 소정의 운전조건을 유지하는 도 1의 사출성형기를 이용한 사출 성형 방식을 통해 얻어질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 바이오 플라스틱 성형방법 및 다른 측면인 그 제조된 제품에 대해 좀 더 구체적으로 살펴본다.

가로수 전정지 미립분(11)을 포함하는 원료는, 전처리 과정을 거친 후, 도 1과 같은 사출성형기를 통해 성형될 수 있다. 또한, 전처리 과정에는 가로수 전정지를 적당한 크기로 잘게 분쇄하는 공정과, 분쇄된 가로수 전정지를 미립화하는 공정 및 가로수 전정지 미립분을 전처리하는 과정이 포함될 수 있다.

구체적으로, 가로수 전정지를 분쇄하는 과정 이전에, 가로수 전정지의 수분을 제거하도록, 건조기를 이용하여 가로수 전정지를 건조할 수 있다.

건조기를 통해 건조처리된 전정지는 분쇄 공정과 미립화 공정을 통해 미립분 형태로 분말처리될 수 있다. 이렇게 분말 처리된 가로수 전정지 미립분은, 미립분 내의 수분을 제거하도록 또 다시 건조기를 이용하여 수분 처리 공정을 거칠 수 있다.

도 2는 전정지 화이버(fiber)의 표면 처리 전/후 모습을 나타내는 전자현미경(SEM) 사진이다.

도 2를 참조하면, 재차 건조 공정을 거친 가로수 전정지 미립분은, 도 2에 도시된 전정지 화이버의 전처리 과정과 동일한 전처리 과정을 거친 것일 수 있다. 구체적으로, 가로수 전정지 미립분의 전처리 과정은, 가로수 전정지 미립분과 고분자 수지의 표면 결합을 유도하도록, 알칼리 물질을 이용하여 가로수 전정지 미립분을 전처리하는 것일 수 있다.

구체적으로, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 천연소재의 표면에는 헤미-셀룰로오스와 리그닌 등의 물질이 있어, 고분자 재료와의 표면 결합을 방해할 수 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 알칼리 물질을 이용할 수 있다. 더욱 구체적으로, 알칼리 물질은, 천연소재와 고분자 수지의 표면 결합을 유도할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는, 수산화 나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)을 물에 용해시킨 용액일 수 있다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기한 알칼리 물질은 천연재료의 표면에 존재하는 불순물 즉, 헤미-셀룰로오스 또는 리그닌 등의 물질을 제거할 수 있다. 따라서, 가로수 전정지 미립분 역시 알칼리 물질에 의해 불순물을 제거할 수 있으며, 불순물이 제거된 가로수 전정지 미립분은, 고분자 재료와의 더욱 향상된 표면 결합 특성을 가질 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용되는 가로수 전정지는, 가로수로 쓰이는 나무라면 특별히 제한되는 것은 아니나 예를 들어, 은행나무, 버즘나무, 벚나무, 메타세쿼이아(metasequoia)나무, 단풍나무, 이팝나무, 소나무, 희화나무, 진달래나무, 플라타너스나무, 포플러나무 및 배롱나무로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 둘 이상 선택된 것일 수 있다.

또 다시 도 1을 참조하면, 가로수 전정지(11), 고분자 수지(13) 및 첨가제(12)를 소정의 조성비로 혼합하여 제품의 원료를 제조함에 있어서는, 전체 100 중량%에 대해 20 내지 30 중량%의 가로수 전정지 및 60 내지 70 중량%의 고분자 수지가 혼합된 복합소재에 2 내지 5 중량%의 첨가제를 배합하여 골고루 혼합이 이루어지도록 핸드믹싱 하거나 혼합기를 통해 혼합시킴으로써 원료를 제조함이 바람직하다.

더욱 바람직하게는, 가로수 전정지의 배합 비율은 27 중량%이고, 고분자 수지의 배합 비율은 70 중량%이며, 첨가제의 배합 비율은 3 중량%일 수 있다.

또한, 고분자 수지는 폴리올레핀(polyolefin), 폴리스타이렌(polystyrene) 또는 폴리에스테르(polyester) 계열 소재를 단독으로 사용하거나 2종 이상 블렌딩 한 것일 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 고분자 수지는, 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 에이비에스(ABS, Acrylonitrile butadiene styrene), 폴리스티렌(PS, polystyrene) 및 피브이씨(PVC, polyvinyl chloride)로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 2종 이상 선택되어 블렌딩된 것일 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 고분자 수지는 PCL(폴리 카프로락톤), PLA(폴리 유산), PHA(폴리 히드록시 알카노에이트), PBS(폴리 부틸렌 석시네이트)로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 2종 이상 선택되어 블렌딩된 생분해성 소재일 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 고분자 수지는, 친환경 특성을 강화하도록,

도 3에는 상용화제를 이용한 천연섬유와 고분자의 계면 접촉력 개선 결과를 나타내는 전자현미경 사진이 도시되어 있다.

도 3을 도 1과 함께 참조하면, 배합된 원료(10)는, 배합된 원료들의 원활한 혼합을 위해 0 내지 10 중량%의 상용화제(coupling agent, compatibilizer)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 친수성 특성을 지니고 있는 천연소재는 일반적으로 열가소성 고분자와 접촉하지 않으려 한다. 이러한 특성은, 천연소재와 고분자의 계면 접착력을 떨어뜨리게 되며, 이 경우 최종 제품의 기계적 강도 저하를 야기할 수 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 배합된 원료에 상용화제를 더 첨가할 수 있다. 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상용화제는 천연재료와 고분자의 게면 접착력을 증가시킬 수 있다.

상용화제란, 넓은 의미로 고분자를 2 종류 이상 포함한 다성분계를 의미하나, 좁은 의미로는 공유결합 유무에 관계없이, 이종(異種) 폴리머의 혼합물을 의미한다. 상용화제에 대한 특성 발현에는 상구조가 크게 기여한다. 상용화제의 상구조는 일반적으로 (1) 완전 상용계, (2) 부분 상용계, (3) 비 상용계로 분류된다. 상용화제의 특성 발현에 중요한 점은, 이종의 폴리머 상이 분산해 마이크로 상분리 구조를 이룬다는 점이다. 반면, 비상용계에서는 어떻게 혼합하더라도 평형상태에서는 마크로(macro)로 상분리하고, 특성이 안정하지 않으며, 또 그 상용화제에 기대하는 효과를 얻을 수 없는 경우가 많다. 상용화제화에서는 이러한 비상용계의 이종 폴리머 상을 마이크로(micro)상으로 분리시킬 것인가 하는 것이 중요하며, 그 마이크로 상분리 구조를 용이하게 실현하고, 안정하게 그 특성을 발현시키는 것이 필요하다. 이 역할을 맡은 것이 상용화제이다. 즉, 상용화제란 블렌드(blend)에서 이종 폴리머 성질 차이를 완화시켜 마이크로 상 분리구조를 형성, 안정화 시키는 능력을 가진 물질이라고 말할 수 있다. 이처럼, 상용화제가 상분리구조를 바꾸는 능력은 기름과 물을 혼합시킬 경우 계면활성제의 역할과 같으며 양성분 폴리머의 계면에 작용함으로써 양 폴리머 사이의 계면 장력을 낮춘다. 상용화제화에서 상용화제의 역할은 비 상용인 이종 폴리머 혼합계에 상용화제를 첨가함으로써 특수한 가공조건을 취하지 않고 단순한 블렌드로부터 특성을 효과적으로 나타낼 수 있다고 하는 의미에서 중요하다. 더욱이, 상용화제에 의해 상구조를 제어하고, 상승적으로 그 특성을 발현시키는 것을 기대할 수 있다. 일반적으로 상용화제로서 사용되고 있는 폴리머는 블록-코폴리머(block-copolymer) 또는 그라프트 코폴리머(graft copolymer)가 알려져 있다. 이들 폴리머는 이종 폴리머에 친화성(상용성)을 가진 두 성분으로 구성되어 있고, 양 폴리머간의 계면 장력을 감소시키는 계면활성제적인 역할을 담당한다.

전처리 과정을 통해 전술한 소정의 비율로 배합된 원료의 성형을 위해서는, 앞서도 간단히 언급한 바와 같이 소정의 운전조건을 유지하는 사출성형기를 이용한 사출성형이 채택될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 사출성형기(500)는 배합된 원료(10)를 투입하는 호퍼(210), 배합된 원료(10)를 토출측 노즐 다이(230)로 이송하는 스크류(221)를 구비하는 이송측 배럴(220), 용융된 원료(20)가 토출되는 노즐 다이(230)로 구성될 수 있다.

또한, 이송측 배럴(220)의 외부 표면에는 히팅 밴드(heating band, 310, 320, 330, 340)가 위치할 수 있으며, 토출측 노즐 다이(230)에는 제품(100) 성형을 위한 금형(400)이 위치할 수 있다.

하기 표 1에는 사출성형기 운용조건이 개시되어 있다.

<표 1>

도 1을 표 1과 함께 참조하면, 고품질의 성형 제품 획득을 위한 소정의 압출성형기 운용조건 중 압출성형기(500)의 이송측 배럴(220)의 온도는, 호퍼(210)에서부터 토출측 노즐 다이(230) 방향으로 온도가 증가하는 온도 조건으로서, 150 내지 250 ℃를 유지시키는 조건일 수 있다. 구체적으로, 이송측 배럴(220)의 온도 조절은, 이송측 배럴(220) 외부 표면에 위치한 히팅 밴드(310, 320, 330, 340)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 호퍼(210)에서부터 토출측 노즐 다이(230) 방향으로 첫 번째 히팅 밴드(310)는 160 ℃, 두 번째 히팅 밴드(320)는 170 ℃, 그 다음 히팅 밴드(330)는 190 ℃, 마지막 히팅 밴드(340)는 200 ℃ 로 설정될 수 있다. 더욱 세밀한 온도 조건 설정을 위해 이송측 배럴(220) 외부 표면에 위치한 히팅 밴드(310, 320, 330, 340)의 수량을 늘려 온도 세팅을 더욱 세밀하게 조절할 수 있다.

이송측 배럴(220)에 의해 용융된 원료(20)는 스크류(221)에 의해 금형(400) 내부로 주입될 수 있다. 주입 압력은 용융된 원료(20)를 금형(400) 내부에 주입할 수 있는 정도라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 80 내지 100 bar일 수 있다.

금형(400) 내부에 주입된 원료(20)는 소정의 냉각 공정을 거친 후 최종 제품으로 완성될 수 있다.

도 4에는 전술한 성형방법에 의해 제조된 바이오 플라스틱 제품의 광학현미경 사진이 도시되어 있고, 도 5에는 바이오 플라스틱 제품의 시편 사진이 도시되어 있다. 또한, 하기 표 2에는 도 5에 도시된 시편의 기계시험 결과값이 개시되어 있다.

도 4, 도 5 및 표 2를 도 1과 함께 참조하면, 도 5에 도시된 시편은 폴리프로필렌 80 중량% 및 가로수 전정지 20 중량%의 비율로 제작된 바이오 플라스틱 소재이며, 이러한 소재로 12개의 시편을 제작하고, Izod 충격강도 물성치를 측정하여 최대값과 최소값을 제외한 최종 10개 시편의 데이터를 산출하였다.

하기 표 2에 개시된 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 시편의 충격강도 물성치는, 폴리프로필렌 100 중량% 배합률의 시편과 비교될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따른 시편의 밀도는 0.877 g/cm³ 이고, 폴리프로필렌 100 중량% 배합률의 시편의 밀도는 0.903 g/cm³ 이다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따른 시편의 충격강도는 22.43 J/m 이고, 폴리프로필렌 100 중량% 배합률의 시편의 충격강도는 30.85 J/m 이다.

<표 2>

표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 시편의 충격강도 물성치는, 폴리프로필렌 100 중량% 배합률의 시편의 충격강도 물성치보다 다소 낮은 결과값을 보이고 있으나, 거의 유사한 결과값을 보이고 있다. 이러한 결과값은 종래 폴리프로필렌 100 중량%의 사출성형 제품을 가로수 전정지를 포함하는 바이오 플라스틱 제품으로 대체 가능함을 나타내는 결과라 할 수 있다.

하기 표 3 및 표 4에는, 폴리프로필렌 및 가로수 전정지의 배합 비율을 달리하여 제작한 시편의 기계시험 결과값이 개시되어 있다.

우선 표 3을 도 1과 함께 참조하면, 표 3에 개시된 실험 방법은 중량비만을 제외하고 상기 표 2에 개시된 실험 방법과 동일하다. 또한, 고분자 수지는 블록 폴리프로필렌(block PP)을 선택하였다.

하기 표 3에 개시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 시편의 충격강도 물성치는, 블록 폴리프로필렌 및 가로수 전정지의 중량비에 따라 서로 다른 물성치를 보이고 있다.

구체적으로, 블록 폴리프로필렌과 가로수 전정지의 중량비가 8 : 2일 경우에는 14.64 J/m 이고, 중량비가 7 : 3일 경우에는 15.55 J/m 이며, 중량비가 6 : 4일 경우에는 17.68 J/m 이다.

<표 3>

하기 표 4을 도 1과 함께 참조하면, 표 4에 개시된 실험 방법은 중량비만을 제외하고 상기 표 2에 개시된 실험 방법과 동일하다. 또한, 고분자 수지는 호모 폴리프로필렌(homo PP)을 선택하였다.

하기 표 4에 개시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 시편의 충격강도 물성치는, 호모 폴리프로필렌 및 가로수 전정지의 중량비에 따라 서로 다른 물성치를 보이고 있다.

구체적으로, 호모 폴리프로필렌과 가로수 전정지의 중량비가 8 : 2일 경우에는 9.64 J/m 이고, 중량비가 7 : 3일 경우에는 7.81 J/m 이며, 중량비가 6 : 4일 경우에는 9.91 J/m 이다.

<표 4>

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 원료 11: 가로수 전정지 미립분
12: 고분자 수지 13: 첨가제
20: 용융된 원료 100: 성형제품
210: 호퍼 220: 스크류
221: 이송측 배럴 230: 토출측 노즐 다이
310-340: 히팅 밴드 400: 금형
500: 사출성형기

Claims

20 내지 40 중량%의 가로수 전정지(11) 및 60 내지 80 중량%의 고분자 수지(13)가 혼합된 복합소재에 0 내지 5 중량%의 첨가제(12)가 배합된 원료(10)를 사출성형을 통해 제조하는 바이오 플라스틱 성형방법으로서,
사출성형기(500) 이송측 배럴(221)의 온도 및 토출측 노즐 다이(230)의 온도는, 소정의 온도로 각각 설정되고,
(a) 가로수 전정지를 분쇄하는 과정;
(b) 가로수 전정지를 미립화하는 과정;
(c) 가로수 전정지 미립분을 전처리하는 과정;
(d) 가로수 전정지 미립분, 고분자 수지 및 첨가제를 배합하는 과정;
(e) 배합된 원료(10)를 사출성형 방식을 통해 취출하는 과정; 및
(f) 사출성형기(500)의 토출측 노즐 다이(230)에 위치한 금형(400)에 의해 바이오 플라스틱 제품(100)이 성형되는 과정;
을 포함하며,
상기 (c)가로수 전정지 미립분을 전처리하는 과정에 있어서, 가로수 전정지 미립분과 고분자 수지의 표면 결합을 유도하도록, 알칼리 물질을 이용하여 가로수 전정지 미립분을 전처리하는 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가로수 전정지의 배합 비율은 25 내지 30 중량%이고, 상기 고분자 수지의 배합 비율은 70 내지 75 중량%이며, 상기 첨가제의 배합 비율은 0 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가로수 전정지는,
은행나무, 버즘나무, 벚나무, 메타세쿼이아(metasequoia)나무, 단풍나무, 이팝나무, 소나무, 희화나무, 진달래나무, 플라타너스나무, 포플러나무 및 배롱나무로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 둘 이상 선택된 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 수지는, 폴리올레핀(polyolefin), 폴리스타이렌(polystyrene) 또는 폴리에스테르(polyester) 계열 소재를 단독으로 사용하거나 2종 이상 블렌딩 한 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 수지는, 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 에이비에스(ABS, Acrylonitrile butadiene styrene), 폴리스티렌(PS, polystyrene) 및 피브이씨(PVC, polyvinyl chloride)로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 2종 이상 선택되어 블렌딩된 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 수지는 PCL(폴리 카프로락톤), PLA(폴리 유산), PHA(폴리 히드록시 알카노에이트), PBS(폴리 부틸렌 석시네이트)로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 2종 이상 선택되어 블렌딩된 생분해성 소재인 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 수지는, 친환경 특성을 강화하도록,
폴리올레핀(polyolefin), 폴리스타이렌(polystyrene) 또는 폴리에스테르(polyester) 계열 소재를 단독으로 사용하거나 2종 이상 블렌딩 한 소재에,
PCL(폴리 카프로락톤), PLA(폴리 유산), PHA(폴리 히드록시 알카노에이트), PBS(폴리 부틸렌 석시네이트)로 이루어진 군에서 하나 선택되거나 2종 이상 선택되어 블렌딩된 생분해성 소재를 하나 이상 혼합한 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 배합된 원료는, 0 내지 10 중량%의 상용화제(coupling agent, compatibilizer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 사출성형기의 이송측 배럴의 온도 및 토출측 노즐 다이의 온도는, 150 내지 250 ℃ 인 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (a)가로수 전정지를 분쇄하는 과정 이전에, 가로수 전정지의 수분을 제거하도록, 건조기를 이용하여 가로수 전정지를 전처리하는 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 알칼리 물질은, 수산화 나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)을 물에 용해시킨 용액인 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (c)가로수 전정지 미립분을 전처리하는 과정에 있어서, 가로수 전정지 미립분의 수분을 제거하도록, 건조기를 이용하여 가로수 전정지 미립분을 소정의 시간동안 전처리하는 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
제 13 항에 있어서,
상기 소정의 시간은 10 내지 15 시간인 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 성형방법.
삭제