KR101478999B1 - 바이오플라스틱 면상 발열체용 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오플라스틱 면상 발열체용 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 재활용 특성이 우수하고 비식용계 농산부산물 및 폐기물을 활용해 화석연료 대체소재로 활용이 가능하며, 비용이 저렴한 부산물을 활용하여 기존사용 제품을 대체 할 시 원가절감효과를 가질 수 있다. 나아가 단일 공정으로 도전성 바이오 플라스틱 기반의 면상 발열체를 용이하게 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 바이오플라스틱 면상 발열체용 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전도성 물질은 플라스틱이 갖는 절연의 기본적인 성질을 극복하여 전기전도가 가능하고 성형성, 유연성, 박막 성형성을 충족시킴은 물론 경제성까지 확보하여 그 발전의 속도가 가속화 되고 있다. 이러한 기술은 산업의 소형화 경량화 집적화를 이루었고 그 활용분야도 다양화되어 저전압작동의 바이메탈 소자, 전자파 차폐용 필름, 비선형 광학소재, 전도성 고분자막, 면상 발열체 등 활용분야가 산업용 의료용 전자기기 등 산업전반에 응용분야가 넓어지고 있다.
한국 공개 특허 제 1020110134987호의 경우에, 천연 식물소재인 황마, 대마, 아마, 대나무, 삼, 사이잘, 볏짚, 왕겨, 목분, 녹차 등의 유기 천연분말을 생분해성수지, 석유계수지 등에 첨가하여 복합화시킨 후 압출 또는 사출공정을 거쳐 제품화하는 바이오 복합재료에 대하여 개시되어 있으나, 바이오플라스틱 소재를 이용한 면상 발열체에 대해서는 전혀 개시된 바가 없다. 산업용 소재로 기존에 동선을 사용하여 온열 전기장판을 제조하던 공정이 요즘은 도전성 잉크를 제조하여 시트 표면에 인쇄를 하거나 코팅 공정을 거친 후 동박을 접지시키고 감전을 방지하기 위하여 표면에 PET필름으로 합지하는 일련의 복잡한 공정을 거쳐 면상발열체를 제조하였다. 따라서, 보다 단순화된 공정을 통하여 생산 방식을 개선하고 도전성을 부여하기 위해 투입되는 고가의 원자재 및 생산 공정에 소요되는 절감을 통하여 원가절감 및 사업용 대량생산 체계의 기반을 확보하기 위하여 본 발명을 완성하였다.
에너지 절감형 친환경 도전성 다층시트 및 도전성 물질을 충분히 분산시킬 수 있으며 전도성도 향상되고, 또한 내열성이 향상된 전도성 수지 마스터 배치를 제공하기 위하여, 다공성 초본계 바이오매스 층 및 도전성 층으로 구성된 면상 발열체용 시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원에 기재된 다양한 구체예가 도면을 참조로 기재된다. 하기 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 위해서, 다양한 특이적 상세사항, 예컨대, 특이적 형태, 조성물, 및 공정 등이 기재되어 있다. 그러나, 특정의 구체예는 이들 특이적 상세 사항 중 하나 이상 없이, 또는 다른 공지된 방법 및 형태와 함께 실행될 수 있다. 다른 예에서, 공지된 공정 및 제조 기술은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않게 하기 위해서, 특정의 상세사항으로 기재되지 않는다. "한 가지 구체예" 또는 "일 구체예"에 대한 본 명세서 전체를 통한 참조는 구체예와 결부되어 기재된 특별한 특징, 형태, 조성 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 구체예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치에서 표현 "한 가지 구체예에서" 또는 "구체예"의 상황은 반드시 본 발명의 동일한 구체예를 나타내지는 않는다. 추가로, 특별한 특징, 형태, 조성, 또는 특성은 하나 이상의 구체예에서 어떠한 적합한 방법으로 조합될 수 있다.
일 구체예에서, 2개의 층으로 적층된 면상 발열체용 시트에 있어서, 제 1층은 다공성 초본계 바이오매스 층이고,제 2층은 도전성 층이며, 베이스 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여, 제 1층은 다공성 초본계 바이오매스 50 내지 150 중량부 및 폴리올레핀계 수지 100중량부를 포함하고, 제 2층은 도전성 물질을 15 내지 20 중량부를 포함하며 제 2층에 발열체가 포함되어 있는 면상 발열체용 시트를 제공한다. 상기 구체예에서, 제 2층을 도포하기 위한 제 3층을 추가로 포함하는 면상 발열체용 시트를 제공하고, 상기 베이스 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 수지(PP)인 것을 특징으로 하는 면상 발열체용 시트를 제공하며,제 1층은 과산화물 또는 글라스비드를 추가로 포함하는 면상 발열체용 시트를 제공하며,다공성 초본계 바이오매스는 황마, 양마, 저마, 아마 및 대마 중 어느 하나 이상을 포함하는 마류 식물에서 인피 섬유를 제거한 내부 목질부의 분말 분쇄물 또는 대나무, 왕겨, 밀껍질, 녹차, 볏집, 목분 및 녹차 중 어느 하나 이상을 포함하는 식물성 분말을 특징으로 하는 면상 발열체용 시트를 제공하며, 다공성 초본계 바이오매스는 평균입경 10㎛인 것을 특징으로 하는 면상 발열체용 시트를 제공한다.
일 구체예에서, 베이스 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여, 다공성 초본계 바이오매스 50 내지 150 중량부 및 폴리올레핀계 수지 100중량부를 포함하는 바이오매스층을 형성시키고, 도전성 물질을 15 내지 20 중량부를 포함하는 도전성 층을 형성시키며, 도전성 층에 발열체를 구비시켜서 면상 발열체용 시트를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 구체예에서, 바이오매스층, 도전성 층 및 발열체를 연속하여 동시에 라미네이팅 합지시키는 것을 특징으로 하는 면상 발열체용 시트를 제조하는 방법을 제공하고, 바이오매스층은 과산화물 또는 글라스비드를 추가로 첨가하여 면상 발열체용 시트를 제조하는 방법을 제공하며, 글라스 비드 1 내지 40 중량부인 것을 특징으로 하는 사출용 바이오플라스틱 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에서 "바이오매스"란, 이에 한정하지는 않지만, 광합성에 의하여 생성되는 다양한 조류(藻類) 및 식물 자원, 즉 나무, 풀, 농작물의 가지, 잎, 뿌리, 열매 등을 일컫는다. 하지만 근래에는 이보다 광범위한 의미로 모든 산업 활동에서 발생하는 유기성 폐자원, 예를 들면 톱밥, 볏짚 등과 같은 농·임업 부산물, 하수 슬러지(sludge)를 포함하는 각종 유기성 산업 슬러지, 음식 및 농수산 시장에서 발생하는 쓰레기, 축산 분뇨 등을 모두 바이오매스 자원이라고 한다. 또한, "바이오매스 층"이란 상기 바이오매스를 주요 구성성분으로 포함하는 층을 말한다.
본 발명의 일 구체예에서 "다공성 초본계 바이오매스"란, 이에 한정하지는 않지만, 곡물의 껍질이나 볏짚, 옥수수대, 보리대 등 다공성이 있는 초본계 식물을 분쇄하여 다공성의 분말 형태로 만든 것을 의미한다. 분말상의 다공성 초본계 바이오매스는 근본적으로 천연물이므로 수분 및 가스를 함유하고 있고 비중이 낮아 함께 컴파운딩하는 다른 수지의 연화점까지 올리려 하여도 쉽게 올라가지 않은 문제가 있는데 이는 다공질의 천연물이 온도를 쉽게 방출하고 수지와 혼련시 비중이 낮아 마찰계수가 낮아지는데 원인이 있다. 본 발명에서는 이를 다소 개선하기 위해 무기질 필러를 다공에 함침시켜 비중을 조금 올림과 동시에 압출과정에서 발생되는 가스의 양도 줄이는 방안을 사용할 수도 있다. 또한, 수분 재흡수의 방지의 목적등을 위해 표면코팅제를 사용할 수도 있다. 더 나아가, 물성을 더욱 개선하기 위하여 분말상의 홍조류 추출물을 추가적으로 포함시킬 수도 있다. 이러한 과정을 거쳐 다공성 초본계 바이오매스의 물성을 다소 개선시킬 수 있는데, 본 발명에서는 무기질 필러 5 내지 20 중량부, 표면 코팅제 0.5 내지 3 중량부, 분말상의 홍조류 추출물 1 내지 10 중량부가 사용될 수 있다. 분말상의 다공성 초본계 바이오매스, 무기질 필러 , 표면 코팅제 , 분말상의 홍조류 추출물을 배합하고, 이를 고속 혼련함으로써 다공에 다른 물질들을 함침시키고 코팅시킨다. 혼련시, 15 내지 30분 동안 70℃에서 부터 110℃까지 증온시킴으로써 무기질 필러가 함침된 분말상 초본계 바이오매스를 코팅시킬 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서 "바이오플라스틱"이란, 이에 한정하지는 않지만, (1) 탄소 저감형 바이오매스인 케나후, 볏짚, 밀짚, 밀껍질, 콩껍질, 왕겨, 옥수수 껍질, 옥대, 옥심, 식물체 대 분말 등 식물체를 전분 등을 일반 플라스틱, 생분해 플라스틱과 혼합하여 제조하는 탄소 저감형 바이오 플라스틱, (2) PLA, PCL 등 개발된 생분해성 플라스틱과 일반 플라스틱을 혼합하여 제조하는 탄소 저감형 플라스틱, (3) 젖산 또는 락타이드로 부터 화학적 촉매효소에 의한 고리 열림 반응을 통하여 합성한 폴리락타이드, (4) 입실론-카프로락톤 및 기타 디울 디액시드 계열의 지방족 폴리에스테르계, (5) 볏집, 밀대, 톱밥, 폐펄프 등을 아크릴계 수지 및 전분과 혼합하여 압출 성형시킨 천연물계, (6) 종이, 펄프 등을 이용한 셀룰로오스계, (7) 탄소저감형 식물체 바이오매스, 범용 플라스틱, 생분해수지, 분해촉진제, 산화제, 상용화제, 생분해 플라스틱 등을 이용한 산화 생분해계로 구분할 수 있다. 바이오 베이스 플라스틱은 재활용이 가능할 뿐만 아니라 매립시 분해가 가능하며, 소각시 다이옥신 등의 유해물질 배출이 없고, 열량은 4000~7000 Kcal로 범용 플라스틱과 비교하면 현격히 열량이 낮고 소각로를 손상시키는 리스크도 억제할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서 "용융지수(MI:melting index)"란 일반적으로 블로우 성형용 수지의 경우 180도의 온도에서 0.05 내지 8까지 사용되며, 캐스팅용으로는 주로 8 내지 12정도의 MI를 사용한다. 그러나 사출용은 압출기에서 충분히 용융 후 게이트 노즐을 통해 일정 모양의 금형 내부로 고르게 분산시켜 냉각하는 방식으로 금형은 개방되어 있지 않은 폐쇄형의 구조를 가지므로 바이오플라스틱의 경우 일반수지에 비해 충분히 MI가 높아야 미성형을 방지할 수 있다. 그 이유는 바이오플라스틱 펠렛의 비표면적이 일반올레핀계 수지보다 크기 때문에 냉각속도가 빨라져 금형내부에서 급격히 냉각이 이루어져 미성형을 초래하기 때문이고, 바이오매스가 포함된 펠렛으로 인해 다공성 바이오매스 공간에서 발생되는 가스를 배출하지 못하여 가스플로우를 남겨 제품의 상품성 및 물성을 저하시키므로 흐름성의 개선으로 마찰을 최소화하여 가스의 발생을 최대한 줄이는 방법이 필요하며, 본 발명은 이를 실현하고자 하는 것이다. MI가 25인 PP 수지의 경우, 분말상의 바이오매스 소재를 40 중량% 가량 포함시켜 펠렛을 만들었을 때, 이 형태의 바이오매스 소재가 포함된 펠렛형의 PP의 MI는 약 4 정도 나온다. 이 경우, MI가 더욱 큰 것을 사용하는 경우라면, 바이오매스 소재가 포함된 PP의 흐름성이 충분히 개선될 수 있을 것이라고 생각할 수 있을 것이다. 그러나, 실제로는 예컨대, 처음부터 MI가 30 정도되는 PP를 사용하여 바이오 매스 소재 함량이 40 중량%정도 포함시켜 펠렛을 만들어 이 펠렛의 MI를 측정하여 보면 대략 10 정도 밖에 나오지 않게 된다. PP 소재의 경우 사출형으로 사용되는 경우 대략적으로 MI가 20 이상 정도의 것을 사용하는 것을 고려하면, 바이오 매스 소재가 충분히 포함되는 경우라면, 바이오매스 소재가 포함된 펠렛을 사용하여 사출성형기를 통해 물건을 생산한다는 것이 쉽지 않다는 것을 예상할 수 있다. 따라서 바이오매스가 포함된 수지가 사출 형태로 사용되는 것이라면, 일반적으로 바이오매스 소재의 사용량이 많지 않은 경우가 대부분이거나, 바이오매스 소재의 전처리 과정을 충분히 거쳐서 개질 후에 바이오매스 사용량을 다소 늘리는 방식을 사용하고 있다.
본 발명의 일 구체예에서 "바이오플라스틱"이란, 이에 한정하지는 않지만, (1) 탄소 저감형 바이오매스인 케나후, 볏짚, 밀짚, 밀껍질, 콩껍질, 왕겨, 옥수수 껍질, 옥대, 옥심, 식물체 대 분말 등 식물체를 전분 등을 일반 플라스틱, 생분해 플라스틱과 혼합하여 제조하는 탄소 저감형 바이오 플라스틱, (2) PLA, PCL 등 개발된 생분해성 플라스틱과 일반 플라스틱을 혼합하여 제조하는 탄소 저감형 플라스틱, (3) 젖산 또는 락타이드로 부터 화학적 촉매효소에 의한 고리 열림 반응을 통하여 합성한 폴리락타이드, (4) 입실론-카프로락톤 및 기타 디울 디액시드 계열의 지방족 폴리에스테르계, (5) 볏집, 밀대, 톱밥, 폐펄프 등을 아크릴계 수지 및 전분과 혼합하여 압출 성형시킨 천연물계, (6) 종이, 펄프 등을 이용한 셀룰로오스계, (7) 탄소저감형 식물체 바이오매스, 범용 플라스틱, 생분해수지, 분해촉진제, 산화제, 상용화제, 생분해 플라스틱 등을 이용한 산화 생분해계로 구분할 수 있다. 바이오 베이스 플라스틱은 재활용이 가능할 뿐만 아니라 매립시 분해가 가능하며, 소각시 다이옥신 등의 유해물질 배출이 없고, 열량은 4000~7000 Kcal로 범용 플라스틱과 비교하면 현격히 열량이 낮고 소각로를 손상시키는 리스크도 억제할 수 있다. 특히, 다공성 분말은 바이오플라스틱 소재로 사용될 수 있어 폴리올레핀 수지의 사용량을 줄여주는 역할도 한다. 다공성 분말을 적게 사용하는 경우 나노 물질의 함침이 잘 이루어지지 않을 수 있고 또한 환경친화성을 고려한 본 발명의 취지에 부합하지 않은 측면이 있으며 과도하게 사용하는 경우 오히려 시트의 물성저하가 우려된다. 나노무기물 사용량은 다공성 분말의 사용량과 미세다공물질의 재결합을 방지하기 위한 것이다. 본 발명에서는 나노 무기물 분말은 다공의 비표면적을 줄여 압출 시 가스발생억제를 고려하여 사용하기도 하지만 미세다공 분말의 표면적을 줄여 코팅제의 코팅력을 증가시키는 역할 및 수분 재흡수억제, 폴리올레핀계 수지와의 상용성을 부여하고 잘 분산되도록 하는 역할도 한다. 상기 다공성 분말의 다공에 나노무기 물질을 함침시킴으로써 이를 달성한다. 나노 무기물질로는 탄산칼슘, 실리카, 탈크 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이 물질들은 산업적으로 흔하게 상용화 되고 있으며 안전성 및 물성이 확인되었다. 나노 물질은 다공성 분말과 나노물질을 혼합하고 고속 혼련하여 함침시킨다. 이러한 형태의 사용은 전반적으로 다공분말 물질의 상용성과 분산성을 높여주게 된다. 또한, 이러한 분산성 증대를 위하여 코팅제로 식물성 지방산 및 저분자량의 에틸렌글리콜계의 MEG, DEG, PEG등을 다공분말 대비 3~6중량%사용하며 에틸렌글리콜은 PEG를 사용하는 것이 더욱 효과적이다. 위 혼련 과정에 물리적 마찰계수를 줄이기 위하여 5~40㎛입경의 글라스비드를 다공분말 대비 5~30중량%사용 하는 것이 효과적이다.
본 발명의 일 구체예에서 "글라스비드"란 유리로 된 비드로 구멍이 뚫린 작은 구체(球體), 원주체(圓柱體)를 말하며, 상기 글래스 비드는 당 기술분야에 알려진 재료를 사용할 수 있고, 평균입경은 3 ~ 60㎛일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 글래스 비드의 평균입경은 상기 다공성 초본계 농업 부산물의 평균입경보다 2 ~ 5배 더 클 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서 "도전성(전도성) 물질"이란, 전기가 잘 흐르는 물질로, 자체 고유 저항이 적은 물질을 말한다.
본 발명의 일 구체예에서, "플라스틱 소재"는 우수한 물성, 다양한 기능, 저렴한 가격 등으로 인하여 각종 성형품, 포장재, 산업용재, 소비재 등으로 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 제품들은 적정한 기간 내에 자연적으로 분해되지 않아 심각한 환경오염의 원인이 되고 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 분해성 플라스틱에 대한 연구가 다양한 방법으로 진행되고 있다. 일부 선진국에서는 이미 분해성 플라스틱 사용을 의무화하는 등의 실용화가 상당한 수준에 이른다. 분해성 플라스틱은 크게 미생물, 효소 등에 의해 플라스틱 분해가 일어나는 생분해성 플라스틱(Bio-Degradable Plastic), 태양광 및 태양광에 의한 복사열 등에 의해 광화학적, 열적반응에 의한 분자사슬 결합의 파괴(chemical bond cleavage)로 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)으로 분류될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서, 바이오플라스틱 원재료 제조기술 및 폴리프로필랜기반의 도전성 소재 제조기술을 제공하고, 특히, 바이오플라스틱 원재료 제조기술은 1)천연물 미분화 분체기술 2)천연물이 함유한 수분제거 3)비표면적 저하를 위한 나노미네럴 필러 침지 4) 수분재흡수 방지를 위한 표면개질 5)수지용융 온도에서 탄화방지를 위하여 천연 가소제를 사용하여 가소화 6)올레핀계 고분자 화합물과 상용성을 부여하는 상용화제 첨가가 선행 되어야 한다. 이와 같은 일련의 공정기술이 바이오 다층 전도성 면상 발열체 시트의 물성 및 가공성을 결정하는 중요한 요소이다. 상기 구체예에서, PVC, PS 와 같이 환경적 논란의 여지가 있는 수지에서, 재활용이 가능하고 인체에 무해한 폴리올레핀계 수지를 사용하여 친환경적 특성을 부여 하고 탄소중립물질,식품 부산물인 곡물의 껍질을 활용하여 폐자원 활용측면에서 우수성을 갖는 소재이다. 이러한 바이오베이스 플라스틱기반의 탄소저감 친환경베이스물질에 기능성을 가미하여 전기. 전자. 산업용에 주로 사용되는 다층시트를 제조하는 방법이다.
본 발명의 일 구체예에서, 통상 도전성 및 대전방지 효과를 위해 현재 몇 가지 방법이 사용되고 있다. 첫째 도전성 폴리머로 사출 압출 등의 성형공정에서 직접 혼합하여 영구 도전성을 부여하는 방법, 둘째, 도전성 잉크를 전사하여 고착하는 방법, 셋째, 도전성 물질을 마이크로 코타 등을 활용하여 분사코팅 방법 등을 사용하고 있다. 첫번째 방법은 영구 도전성을 기대할 수 있지만 고가의 도전성 물질을 다량으로 첨가하여야 효과가 있고 최종제품의 비용이 높아지는 단점이 있다. 둘째의 방법은 도전성 잉크를 제조하여 그라비어 인쇄방식으로 표면 인쇄공정으로 처리하여 가공 공정의 용이성은 있으나, 효과가 오래 지속되지 못하고 도전물질의 결합력 및 고착력에 따라 적정한 도전도의 균일성을 확보할 수 없다. 셋째 방식은 고가의 설비를 필요로 하고, 운영 시 많은 비용이 소요되어 경제적이지 못하며, 고분자 물질이 표면으로 전이되거나 기계적 물성 저하가 문제되고 있다. 첫번째 방법과 관련하여 열가소성 폴리머 조성물에 도전성을 부여하기 위해, 예컨대 비교적 높은 다공도를 가지는 카본 블랙 같은 도전성 물질을 폴리머에 첨가할 수 있다. 보다많은 양의 도전성 물질이 첨가되어야 하나, 다공성이므로 비표면적이 매우 큰 관계로 공정상 많은 양을 첨가할 수 없을 뿐만 아니라 카본 블랙같은 도전성 물질들이 몰려다니는 현상(sticking)으로 폴리머에 잘 분산되지 않아 전도성이 떨어지거나 균일성이 보장되지 않는 문제가 있고, 요구되는 물성을 달성하기 위해 보다 많은 양의 도전성 물질이 사용되어야 한다.
종래의 카본 블랙 등을 활용하여 생산하는 전도성 폴리머의 제조방법은, 일반적으로 압출기를 이용하여 성분들을 용융 혼합함으로써 제조된다. 수지와 카본 블랙, 왁스, 아연 등의 활제 등을 넣고 가압, 가열하고 강제 혼련한 후, 이축 또는 일축 플라스틱 압출 컴파운드 설비를 사용하여 생산하고 있다. 이러한 방식은 생산 공정상 많은 분진을 발생시켜 주변 환경을 오염시킬 수 있고, 미세 입자로 인한 폭발 가능성 등 위험요소가 상당히 존재한다. 또한, 앞서 언급하였듯이 분산이 어렵고 많은 양의 카본 블랙이 사용될 수 밖에 없다. 이러한 방식을 사용함에 있어서는 베이스 수지는 통상적으로 PE수지를 사용하게 된다. 카본이 수지와 혼합되기 위해서는 어느 정도 연화점의 범위가 넓어야 하며, 이에 적합한 수지가 PE수지이다. 좀 더 상세히 설명하면, PP와 같이 연화점이 좁은 경우에는 니더 압출기(kneader mixer) 공정에 적합하지 못하다, 그 근본의 이유는 연화점 범위가 좁아 고체에서 액체로 순식간에 변화되어 니더압출기 표면에 달라 붙고 토출 후 급냉 되어 연속공정이 불가 하여 일반적으로 PE수지를 베이스로 사용 합니다. PE수지를 사용한 이러한 경우는 필름형태로 만들어 그대로 포장지로 사용 하거나 시트에 합지 하는 방식으로 사용하게 된다. 그런데, PE 필름의 Tg와 합지되는 PP시트의 Tg는 온도차이가 있어서, 열라미네이션 방식으로 합지하는 방식을 사용시 안정된 전도성을 가지기 어렵고, 합지 형태의 복합시트를 제작하더라도 2차 진공성형 하여 트레이 제작 시 완곡부분(연신부)의 전도도가 많이 떨어지고 불균일 하여 제품의 안정도가 떨어진다. 온도 차이가 큰 수지의 경우 실질적으로 합지를 하려해도 제조공정상 다이렉트 합지 하기가 난해하여 1차 PE도전성 필름을 제작 후 OPP 또는 PP필름에 드라이나미네이션 합지 후 PP시트 압출 시 열접합 하는 가공방식으로 합지하였다. 이 방법은 여러 공정으로 생산성이 떨어지고 여러공정을 거치므로 품질의 안정성도 낮았고 제조 원가도 상승 된다.
본 발명의 일구체에 따른 방법에 의해 제조될 수 있는 사출 성형용 바이오플라스틱 고농축 마스터배치를 제공하며, 이를 열가소성 수지와 함께 혼합사용하여 다양한 물성 내지 다양한 형태의 제품을 만들 수 있다. 또한, 과산화물을 폴리올레핀계 수지에 첨가하는 경우, 강한 산화제로 작용하여 분자량을 제어하게 되어 흐름을 개선할 수 있다. 만약 올레핀계 수지 중 폴리에틸렌의 경우는 그와 반대로 가교되어 흐름저하, 점도상승, 경도상승의 역효과가 일어나는데 이는 사슬구조의 올레핀계 수지에는 산화반응 후 주쇄사슬의 중간중간에 그라프팅 가교되는 특성을 가지므로 폴리에틸렌 수지만을 사용하는 것이 적절치 못함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 구체예에서, 물리적 방법으로 흐름을 개선하기 위하여 SiO2기반의 규소를 구상인 것을 첨가하여 고온고압의 실린더 내부에서 수지 및 바이오매스 혼합물이 마찰력에 의하여 저하된 흐름을 개선함으로써 바이오매스 농축량 대비 글라스비드 투입량을 조절하여 흐름을 개선하였다.
본 발명의 일구체에서, 바이오매스 및 폴리에틸렌 수지혼합물이 고온의 압출기 및 사출기 내에서 정체시 바이오매스의 탄화로 이어지게 되는데 이러한 탄화물은 성형 시 제품 불량의 원인이며 연속작업이 불가한 중대한 문제점을 초래한다. 이러한 현상의 문제해결 방안으로 초미세 구형으로 가공된 글라스비드를 첨가하여 혼합물과 실린더간의 마찰력을 낮춰 작업을 원활하게 하고 무기물이 가지는 강도 보강 및 완충 역할을 하게 되어 성형공정 중 냉각시간 단축과 성형 후 강도보강 및 내스크래치성을 증가시키는 이중적인 효과도 얻을 수 있다.
본 발명의 일구체에서, 상기 흐름 개선제를 첨가함으로써, 수지 용융온도에서 압출기 내부의 표면과 상기 폴리올레핀계 수지와 다공성 초본계 농업 부산물의 혼합물 사이의 마찰계수를 줄여 흐름성을 개선시켜 생산성을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 압출기 내 다공성 초본계 농업 부산물의 탄화되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일구체에서, 복잡한 바이오매스 소재의 전처리를 거치지 않고 비교적 간단하게 바이오매스 소재를 분말화한 것을 사용하더라도 비교적 충분한 MI가 나올 수 있도록 하기 위한 구성으로 과산화물을 사용한다. 과산화물은 베이스가 되는 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로 과산화물 0.0001 내지 10 중량부를 사용할 수 있다. 과산화물이 너무 많이 사용되는 경우, 수지의 체인고리를 너무 많이 절단하여 흘러내리는 정도에 이르게 되며, 너무 적게 사용되는 경우라면 흐름성의 개선에 효과가 미비하게 된다. 과산화물이 고무 또는 폴리에틸렌과 같이 사슬 체인고분자에 사용되는 경우에는 분자들간의 연결을 끊음과 동시에 다시 붙게 만들어 오히려 가교제의 역할을 하기도 하나, 일반적으로는 PP 소재 등에 있어서는 흐름성을 개선하는데 사용될 수 있다. 본 발명에서는 상기 과산화물은 2,5-디메틸-2,5-디-(터셔리-부틸퍼록시)헥산(2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert-butylperoxy)hexane)인 것이 바람직하다. 상기 과산화물이 PP에 마스터 배치화된 형태의 것이 상업적으로 제공되고 있다. 상기 과산화물은 매우 소량이 사용되는데, 이를 직접적으로 사용하는 경우 수지와 바이오매스 소재 등의 혼합 시 분산이 거의 이루어지지 않을 것임을 쉽게 예상할 수 있고, 결국 흐름성 개선에 도움이 되지 않음을 쉽게 예상할 수 있다. 나아가 과산화물의 직접적인 사용은 매우 위험한데, 최근에 여천공단의 폭발사고도 이에 기인한다. 더욱이 바이오매스 소재가 분말상으로 사용되는 경우 분진 폭발등의 위험을 더욱 가중시키게 된다. 따라서, 본 발명은 베이스가 되는 소재와 동일한 소재에 일정량 안정화된 과산화물 마스터 배치형태로 사용한다. 과산화물 마스터 배치 형태로 만드는 것 자체도 상당한 기술인데, 이와 관련하여서는 컴파운드 기술을 가진 몇 개 업체에서 이를 제조하고 있다. 주로 PP에 마스터 배치 형태로 함유한 것을 제공하고 있는데, 2%, 5.5%, 10%의 것이 상업적으로 출시되어 있다. 바이오매스 소재를 다량으로 함유하는 바이오플라스틱 수지조성물에서 과산화물이 매우 소량이 사용될 때보다는 과산화물이 일부 포함된 마스터 배치 형태의 것을 사용하는 경우, 과산화물의 분산이 더욱 잘 이루어져 실질적인 효과를 거둘 수 있다.
본 발명의 일구체에서, 무기질 필러는 상기 분말상 초본계 바이오매스의 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. 무기질 필러가 너무 적게 사용되는 경우 다공질에 함침되는 양이 적어 표면을 충분히 개질시키지 못하고 다공질의 내부에 공기가 잔존할 가능성이 많아 진행과정에서 수분 및 가스의 발생으로 인한 문제들을 일으킬 수 있다. 또한 너무 과다하게 사용하는 경우 오히려 추후 바이오플라스틱의 기계적 물성을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
본 발명의 일구체에서, 표면 코팅제는 상기 초본계 바이오매스의 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. 표면 코팅제가 너무 적게 사용되면 코팅이 충분하지 못하여 분말 표면에 수분이 재흡수되는 현상을 방지할 수 없고, 과다하게 사용하는 경우 압출단계에서 고분자 수지와 천연물간의 슬립성을 유발하여 기계적 물성을 저하시킬 수 있다. 한편, 상기 표면 코팅제는 하기에서 기술될 플라스틱용 활제와도 그 구성성분이 유사한데 그 역할은 다르므로, 별도의 용어로 사용하였다.
본 발명의 일구체에서, 분말상의 홍조류 추출물은 본 발명의 바이오플라스틱 수지의 물성을 더욱 개선시키는 역할을 한다. 홍조류는 섬유성 물질을 다량 함유하고 있으며, 통상의 셀룰로오스 성분에 비해 열적 안정성이 우수하다. 홍조류 추출물은 우뭇가사리, 돌가사리, 아이리쉬 모스 등으로부터 얻을 수 있다. 특히 카라기난, 아가로스, 아밀로펙틴 등의 성분들이 바람직하다. 카라기난은 홍조류에서 추출한 복합 다당류로서 분산제, 유화안정제, 팽윤제, 증점제, 결착제, 식이섬유, 결정방지제의 역할을 할 수 있다. 일반적으로, 카라기난은 강한 친수성을 나타내는 황산기를 지닌 음이온 고분자며 황산기의 함량과 위치에 따라 카파-(kappa-, κ-), 람다-(lambda-, λ-), 아이오타-(iota-, ι-), 뮤-(mu-, μ-), 카파-퍼셀레란(κ-furcellaran)형태로 구분되고, 단독 또는 서로 혼합된 형태로 제품화되어 있다. 통상, 카파-, 람다-, 아이오타- 형태의 3종류의 카라기난이 주로 많이 이용되고 있다. 이들 카라기난의 특징 중 하나는 필름형성 능력이 우수하다는 것이다. 아가로스 등도 마찬가지로 황산기를 가짐으로서 카라기난과 유사한 역할을 할 수 있다. 이러한 성분들이 다공에 함침됨으로써 남아 있을 수 있는 수분이나 가스의 부작용을 최소화하게 하며, 플라스틱 수지와 잘 혼련되게 한다. 홍조류 추출물이 너무 적게 사용되면 상기 물성향상에 미치는 영향이 미흡하며, 과다하게 사용하면, 물성을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 일구체에서, 과산화물이 폴리올레핀계 수지에 마스터 배치 형태로 포함된 것(과산화물 마스터배치), 통상적으로 펠렛형의 폴리올레핀계 수지, 분말상의 다공성 초본계 바이오매스를 혼련하고 용융, 압출하여 바이오매스 소재가 포함된 바이오플라스틱 펠렛을 만들 수 있다. 전체적인 바이오플라스틱 펠렛에 극소량이 사용되는 것이므로, 베이스 올레핀계 수지의 양에 따라, 상기한 범위내의 과산화물이 사용되도록 과산화물 마스터 배치의 양을 조절하여 사용한다. PP에 2,5-디메틸-2,5-디-(터셔리-부틸퍼록시)헥산이 5.5% 함유된 마스터 배치(상업적으로 CR-PP 5.5의 제품이 있음)를 0.5 중량부를 사용하면, 실질적으로 과산화물은 0.0275 중량부가 사용되는 것이다.
본 발명의 일구체에서, 베이스 올레핀계 수지와 분말상의 다공성 초본계 바이오매스의 배합성을 향상시키기 위하여 상용화제 1 내지 10 중량부, 플라스틱용 활제 1 내지 10 중량부를 더 포함할 수 있다. 기타 필요한 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 블로킹방지제, 가교제, 산화방지제, 열안정제, 자외선 흡수제, 가소제 등의 첨가제를 통상적인 방법으로 첨가할 수 있을 것이다.
본 발명의 일구체에서, 상용화제(compatibilizer)는 비극성인 합성수지와 극성인 초본계 바이오매스간의 이형성을 제거하여 상용성을 부여하는 물질로서, 그 예로는 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜(EVA), 폴리비닐알코올(PVA), 에틸렌비닐아세테이트, SEBS, 무수말레인산, MAP수지 등을 포함하여 당 업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한됨이 없이 사용될 수 있다. 상용화제가 너무 적게 사용되는 경우 상용성이 충분하지 못하여 양 물질간의 층간 분리현상이 나타날 수 있으며, 필요이상으로 과량 사용할 필요는 없다.
본 발명의 일구체에서, 플라스틱용 활제는 초본계 바이오매스가 포함된 배합물과 합성수지간의 접합 또는 친화력 강화 및 적정 배합, 압출 시 발생되는 마찰열을 감소하여 열적 분해를 방지하는 동시에 원활한 압출작업을 수행하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 이들을 첨가하더라도 기계적 물성은 기초소재와 유사하게 유지하면서 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. 플라스틱용 활제가 너무 적게 사용되면, 필름 성형시 충분한 윤활제로서의 효과가 미흡하며, 과량으로 사용하는 경우 필름 내부 결합을 발생시키거나 성형시 탄화물 또는 가스플로우마크 등이 발생하여 미관을 저해시킬 수 있다.
본 발명의 일구체예에서, 바이오매스를 포함하는 조성물은 비표면적이 플라스틱 시트에 비해 크기 때문에 일반 플라스틱 시트에 비하여 냉각시간이 짧을 수 있다. 이는 시트의 주원료로 사용되는 PP수지가 가진 고유의 냉각시간을 가속시켜 결정화 속도에 영향을 주어 물성취하를 일으키기 때문이다. 따라서, 블록 공중합체(롯데케미칼 B310) 또는 불규칙 공중합체(Randomcopolymer) 계열의 PP수지를 베이스로 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 연성 및 강성 보강제로 올레핀계수지 중 분자량 분포가 넓은 HDPE(롯데케미칼5200B) 및 EVA(VA지수12~18), LLDPE등을 블랜딩하여 시트를 압출성형 해야 하는데 베이스 수지로 사용하는 수지가 단일 중합체이면 서로 상용성이 떨어져 원하는 물성을 얻기 어렵기 때문이다. 이는 폴리프로필렌이 결정성 구조이고 블랜딩 수지로 사용하는 폴리에틸렌 수지는 사슬구조를 가지기 때문에 서로가 상용성을 가져 극성 그래프팅 결합을 하려면 분자구조를 일정한 규칙을 가진 불규칙공중합체 및 블록공중합체가 유리하다. 이때 첨가하는 PP계열의 수지는 바이오매스 대비 5~35중량%를 사용하는 것이 물성보완에 바람직하다. 이 공정의 물성은 시트 생산 후 진공성형 공정에서 최종제품인 완충용 트레이의 기계적 물성인 신율 및 연신 완곡부분의 물리적 강도에 매우 중요한 역할을 한다.
본 발명의 일 구체예에서, 바이오 플라스틱 조성물에 폴리 올레핀계수지 PP를 베이스로 하여 사용하고 폴리올레핀계 수지와의 상용성을 더욱 높이기 위하여 올레핀계열의 상용화수지 등울 추가적으로 사용할 수 있다. 상용화 수지의 예로는 HDPE 에틸렌비닐알콜, 폴리비닐알콜 및 에틸렌비닐아세테이트 등이 있다. 또한, PE-왁스 등의 플라스틱용 활제나, 통상의 플라스틱 산화제를 추가적으로 배합할 수 있다. 상기 상용화 올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리우레탄 등 시트 및 필름 제조에 사용되는 수지가 가능하며, 바람직하게는 위의 상용성을 예로 들은 극성 그래프팅 결합이 가능한 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에서, 바이오 플라스틱 조성물을 이용하여 바이오매스 층을 단층 또는 다층으로 압출하여 성형하였다. 이때, 외층에 도전성을 부여하고 통전을 가능하게 하는 동박 폭1~2cm 두께 0.3mm~0.5mm의 동박롤을 제 1 권취롤에서 시트압출 표면에 자동투입하고, 제 2 권취롤의 PP 또는 PET 필름롤을 연속하여 투입하여 열 라미네이션 방법으로 연속 공급하여 감전을 방지한 단일공정 다층 기능성 면상발열체용 시트를 제조하였다(도 3 참조). 이를 통하여 상기 면상 발명체즉, 1개 또는 2개의 바이오매스 층에 동박을 포함하는 도전성 층이 적층되고, 도전성 층의 항균, 방충, 선도 및 보호 등의 기능성 소재를 첨가할 수 있다. 상기의 제 2 권취롤에 공급되는 필름은 디자인성을 고려하여 그라비어 또는 후렉스 인쇄를 하여 상품성을 부여하거나 기능성 소재인 일라이트,세라믹,등의 음이온 발생 물질을 처방하여 2차적 기능성을 부여할 수 있다. 또한 상기의 도전성 층은 고가의 물질이므로 기능을 발현할 수 있는 최소의 두께인 20~30㎛정도로 압출코팅하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에서, 용제에 전도성 물질을 혼합하여 현탁액(suspension)화 하는 단계; 상기 현탁액에 글리콜류를 혼합하여 혼합액을 만드는 단계; 상기 혼합액을 열가소성 폴리머와 혼합 후 용융압출하는 단계;를 포함하는 전도성 수지용 마스터 배치의 제조방법이다. 상기 용제는, 전도성 물질과 잘 섞일 수 있는 물질이고, 벤젠, 자일렌, 톨루엔, 아세톤 및 시너로 이루어진 군으로부터 선택되어지며, 경우에 따라 용체를 사용하지 않고 무용제 타입으로 생산이 가능하다. 상기 글리콜류는 MEG, DEG, TEG, 및 PEG로 이루어지는 군으로부터 선택되어지고, 상기 열가소성 폴리머는 PP 또는 PET인 경우에도 적용가능하다. 상기 전도성 물질은 카본 블랙과 같은 전도성 카본일 수 있다. 그리고, 상기 전도성 물질은 마스터 배치 기준으로, 5 내지 60 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따라 발열체용 시트를 제조하는 방법은 아래와 같다.
바이오매스
초미세분체의
준비
초본계 농업부산물을 분쇄하여 입경의 분포가 0.4~10㎛ 또는 0.4~45 마이크론의 초미세분체(ACM:Air classifier mill & Turbo mill plant system)를 준비하였다.
침지
및 코팅
상기 초미세분체에 입경이 40~80nm 범위의 탄산칼슘, 실리카, 또는 마이카와 같은 무기물을 함침 및 코팅시켜서, 다공 표면의 공간을 최소화 하여 고온고압에서 가스발생을 억제하고 수분제거 후 코팅처리 공정의 표면적 저하를 유도하여 식물성 유지성분과 상용성을 높이는 효과를 갖고 미세 바이오매스 입자의 2차 결합을 방지하였다. 이때, 코팅 및 상용화제로 팜유 ,실란, MAP,EG(MEG, PEG, DEG)을 사용하였다.
흐름성 보완 및 탄화방지
3~40㎛ 지름의 초미세 가공된 구형 글라스비드를 첨가하거나 유기 과산화물을 첨가하여 수지 분자량을 조절하여 흐름성을 제어하였다. 이때, 수지와 바이오매스는 화학적 결합의 조건을 충분히 가지고 있지만 용융온도에서 서로 다른 흐름을 가지고, 바이오매스로 인해 전체적인 흐름성은 떨어지게 되었다. 상대적으로 흐름이 불량한 바이오매스가 고온 고압상태의 압출기 내부에서 장시간 체류하면 바이오매스와 첨가제로 처방한 식물성 코팅제 등의 저분자량의 물질들은 열분해를 일으켜서 탄화물이 발생되고 이것이 압출기 토출구 직전에 구비된 이물제거용 미세 스크린에 퇴적되었다. 이는 압출기 내부의 압력을 상승시켜 가스 발생의 원인을 제공하므로 장시간 연속작업이 어렵게 되었다.
이러한 현상은 천연물이 고온 고압에서 가지는 물리적 특성이므로 표면의 마찰력을 줄이는 해결책으로 고온 고압에 적합한 글라스비드를 혼합해서 문제를 해결하였다. 또한, 유기 과산화물은 특정온도에서 폴리프로필렌의 사슬을 끊어 분자량을 작게 만들고, 수지의 용융온도를 낮추게 되므로, 바이오매스 등의 필러가 압출 공정의 용융상태에서 혼합될 때 원할한 작업이 가능하게 하고 압출 공정에서 흐름성이 좋게 하였다. 즉, 바이오매스의 고농축 시 용융온도의 상승을 유기 과산화물을 이용하여 수지의 용융온도를 낮춰 이를 보완할 수 있었다.
압출공정
상기 혼합물을 이축 또는 일축 압출기를 활용하여 수지용융 온도로 가압가열 가스를 제거(진공 펌프)하는 일련의 공정으로 스트랜드 후 컨베이어 공랭식을 사용 냉각 후 펠렛을 생산한다. 이때 천연물 농축은 펠릿의 총중량 대비 30 내지 80중량%로 천연물을 농축하는 것이 바람직하다. 이는 추후 시트압출 공정시 상용화된 수지와 본 발명 펠릿을 일정비율로 혼합하여 사용하는데 최종 생산품의 원가에 중요한 영향을 주며 물리적 기계적 강도를 조절하는 농축 기술이다. 본 발명에서는 농축도를 최대한 고농축화 하는 것이 원가경쟁력을 가지게 된다.
시트압출공정
시트압출방법은 2개층이상으로 구성 되고 다층의 경우 외부층은 통상적으로 일반의 수지를 사용하여 시트의 물리적 성질를 보완하거나 도전성(도전성) 항균 방충 선도 등의 기능성 소재를 첨가하여 친환경 복합 다기능 시트를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 면상 발열체용 시트 및 이의 제조방법은 재활용 특성이 우수하고 비식용계 농산부산물 및 폐기물을 활용해 화석연료 대체소재로 활용이 가능하며, 비용이 저렴한 부산물을 활용하여 기존사용 제품을 대체 할 시 원가절감효과를 가질 수 있다. 나아가 단일 공정으로 도전성 바이오 플라스틱 기반의 면상 발열체를 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 면상 발열체 시트의 도전층이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 권취롤을 이용하여 단일 압출공정으로 면상 발열체의 제조하는 공정의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 면상 발열체 시트의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 권취롤을 이용하여 단일 압출공정으로 면상 발열체의 제조하는 공정의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 권취롤을 이용하여 단일 압출공정으로 면상 발열체의 제조하는 공정의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 면상 발열체 시트의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 권취롤을 이용하여 단일 압출공정으로 면상 발열체의 제조하는 공정의 사시도이다.
이하, 본 발명의 구성요소와 기술적 특징을 다음의 실시예들을 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 하기 실시예들은 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
다공성 바이오
매스의
준비
과산화물로서, 주식회사 만텍의 2,5-디메틸-2,5-디-(터셔리-부틸퍼록시)헥산을 폴리프로필렌(PP)에 마스터 배치 형태로 2중량% 포함된 것을 사용하였다. 베이스 올레핀계 수지로는 PP를 사용하였으며, PP 수지 100중량부를 기준으로 밀껍질 분말 100중량부를 사용하였다. 밀껍질을 영하 2℃의 온도에서 동결 건조한 다음 볼밀로 3회 분쇄하여 150-200메쉬를 통과한 분말을 에어제트밀로 재분쇄하였다. 준비된 밀껍질 분말에 대하여 총 100%의 탄산칼슘 중 100㎚ 크기의 탄산칼슘을 10% 포함하는 탄산칼슘 15중량부 및 칼슘 스테아린산 1중량부, 카라기난 5중량부를 20분동안 70℃에서부터 110℃까지 서서히 증가시키면서 고속 혼련하여 함침된 다공성 바이오매스를 준비하였다.
과산화물 또는 글라스
비드를
포함하는 바이오 플라스틱 조성물의 제조
다공성 바이오매스와 PP수지의 사용량을 동일하게 하되, 추가로 2% 과산화물 마스터 배치를 1 내지 4 중량부를 첨가하여 바이오 플라스틱 조성물을 제조하였다.
또한, 폴리프로필렌 수지(롯데케미칼 블러PP, 370A - MI 20) 39.3 중량부를 기준으로 상기 다공성 바이오 매스 45 중량부 또는 건조시킨 평균입경 10㎛의 다공성 초본계 농업 부산물 45 중량부에 평균입경 40nm의 탄산칼슘(60 나노) 10 중량부를 함침시켜서 함침 혼합물을 제조하였다. 상기 함침 혼합물에 코팅제 팜유를 1.5 중량부를 투입하여 표면이 코팅된 함침 혼합물을 제조하였다. 상기 함침 혼합물에 폴리프로필렌 수지(롯데케미칼 블러PP, 370A - MI 20) 39.3 중량부 및 플라스틱활제 4 중량부를 추가로 첨가하여 85℃ 이상에서 고속 혼련을 시켰다. 상기 고속 훈련시킨 함침 혼합물에 상용화제로 무수말레산 0.2 중량부과 함께 3~40㎛ 직경의 글라스비드 5 내지 40 중량부를 추가로 첨가하여 바이오 플라스틱 조성물을 제조하였다.
도전성
컴파운드
소재의 제조
용제로 톨루엔 10kg, MEK 10kg 및 도전성카본블랙으로 아세틸렌블랙 40Kg을 을 2~3시간 교반하고,PEG 20Kg 추가로 첨가한 후 롤밀 공정을 이용하여 에멀젼 혼합물을 생산하였다. 이때, 롤밀 공정을 통하여 상기의 투입된 용제는 자연제거되어 카본함량 66.6중량%가 되었다.
PP 블록공중합체(MI1.5, 롯데케미칼 B310) 78중량% 및 수지연화제 Zn-st 또는 Ca-st 1중량%를 혼합하고 12분간 고속으로 믹싱하였다. 추가로, 상기 에멀젼 혼합물 20중량% (최종카본 13.3 중량%) 및 분자량개질제 PEROXIDE 2% M/B 1중량%을 첨가하고, 고속으로 혼련하여 58mm 트윈압출기로 용융 압출 후 공냉식 컨베어 시스템의 냉각 공정에서 냉각 후 펠렛화하여 PP베이스 도전성 컴파운드 소재를 수득하였다.
면상발열체용
다층 시트의 제조
실시예 1의 PP B310 50중량부에 대하여, 바이오 플라스틱 조성물 50 중량부 및 PP B310 50중량부를 혼합하여 메인압출기 호퍼에 투입하여 바이오매스층을 형성시키고, 실시예 2의 도전성 컴파운드 소재 50중량부 및 PP B310 50 중량부를 혼합하여 싸이드피드에 투입하고 압출하여 도전성이 있는 도전성 층을 형성시켰다.
이때, 2개의 권취롤을 준비하고 제 1 권취롤에 폭 1mm 두께 0.5mm 동박룰을 65cm로 생산되는 도전성 다층시트에 40cm로 두줄을 연속투입 하고 동시에 제 2 권취롤에 감전을 방지하기 위해 외부층으로 폭 70cm CPP 필름으로 시트생산공정의 열을 사용하여 연속 라이네이팅 합지를 시켰다. 이를 통하여 단일 공정의 도전성 바이오 플라스틱 기반의 면상 발열체용 시트를 제조하였다.
지금까지 예시적인 실시 태양을 참조하여 본 발명을 기술하여 왔지만, 본 발명의 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서도 다양한 변화를 실시할 수 있으며 그의 요소들을 등가물로 대체할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범주를 벗어나지 않고서도 많은 변형을 실시하여 특정 상황 및 재료를 본 발명의 교시내용에 채용할 수 있다. 따라서, 본 발명이 본 발명을 실시하는데 계획된 최상의 양식으로서 개시된 특정 실시 태양으로 국한되는 것이 아니며, 본 발명이 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 태양을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 바이오매스 층
200: 도전성 층
300: 외부층
310: 권취롤
400:발열체
410: 권취롤
500: 온도 조절부
600: 전원
700: 라이네이팅 합지용 장치
800: 냉각롤
900: 다층 시트 압출기 다이스
200: 도전성 층
300: 외부층
310: 권취롤
400:발열체
410: 권취롤
500: 온도 조절부
600: 전원
700: 라이네이팅 합지용 장치
800: 냉각롤
900: 다층 시트 압출기 다이스
Claims (10)
- 다공성 초본계 바이오플라스틱 층인 제 1층 및 도전성 층인 제 2층을 포함하는 면상 발열체용 시트에 있어서,
제 1층은 다공성 초본계 바이오매스 및 폴리올레핀계 수지가 0.5:1 내지 1.5:1의 중량비로 포함되고, 추가로 과산화물 또는 글라스비드를 포함하며,
제 2층은 발열체를 포함하는 면상 발열체용 시트. - 제 1항에 있어서,
제 2층을 도포하기 위한 제 3층을 추가로 포함하는 면상 발열체용 시트. - 제 1항에 있어서,
상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 수지(PP)인 것을 특징으로 하는 면상 발열체용 시트. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
다공성 초본계 바이오매스는 황마, 양마, 저마, 아마 및 대마 중 어느 하나 이상을 포함하는 마류 식물에서 인피 섬유를 제거한 내부 목질부의 분말 분쇄물 또는 대나무, 왕겨, 밀껍질, 녹차, 볏집, 목분 및 녹차 중 어느 하나 이상을 포함하는 식물성 분말을 특징으로 하는 면상 발열체용 시트. - 제 5항에 있어서,
다공성 초본계 바이오매스는 평균입경 10㎛인 것을 특징으로 하는 면상 발열체용 시트. - 다공성 초본계 바이오매스 및 폴리올레핀계 수지를 0.5:1 내지 1.5:1의 중량비로 포함하고, 추가로 과산화물 또는 글라스비드를 포함하는 다공성 초본계 바이오플라스틱 층을 형성시키고, 발열체를 포함하는 도전성 층을 형성시켜서 면상 발열체용 시트를 제조하는 방법.
- 제 7항에 있어서,
바이오플라스틱 층, 도전성 층 및 발열체를 연속하여 동시에 라이네이팅 합지시키는 것을 특징으로 하는 면상 발열체용 시트를 제조하는 방법. - 삭제
- 제 7항에 있어서,
글라스 비드 1 내지 40 중량부인 것을 특징으로 하는 면상 발열체용 시트를 제조하는 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130126532A KR101478999B1 (ko) | 2013-10-23 | 2013-10-23 | 바이오플라스틱 면상 발열체용 시트 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130126532A KR101478999B1 (ko) | 2013-10-23 | 2013-10-23 | 바이오플라스틱 면상 발열체용 시트 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101478999B1 true KR101478999B1 (ko) | 2015-01-05 |
Family
ID=52587799
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130126532A KR101478999B1 (ko) | 2013-10-23 | 2013-10-23 | 바이오플라스틱 면상 발열체용 시트 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR101478999B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101786400B1 (ko) | 2016-12-01 | 2017-10-17 | 김춘묵 | 안면 피부관리를 위한 온열마스크 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101017987B1 (ko) * | 2008-05-21 | 2011-03-02 | 주식회사 포리폼 | 목분으로 제조한 전기온돌패널과 그 제조장치 |
-
2013
- 2013-10-23 KR KR1020130126532A patent/KR101478999B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101017987B1 (ko) * | 2008-05-21 | 2011-03-02 | 주식회사 포리폼 | 목분으로 제조한 전기온돌패널과 그 제조장치 |
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| KR101786400B1 (ko) | 2016-12-01 | 2017-10-17 | 김춘묵 | 안면 피부관리를 위한 온열마스크 |
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