KR101636053B1 - 난각분말 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 고분자 중합체 100 중량부에 대하여 난각분말 5 내지 50중량부를 포함하는 수지 조성물을 제공한다. 본 발명에 따르는 수지 조성물은 친환경적인 소재로서, 식품폐기물인 난각을 재활용하여 플라스틱의 소재로 사용하여 원가절감이 가능하다. 또한 본 발명에 따르는 수지 조성물은 원가절감을 위하여 투입되는 재료로서 바이오 매스가 아니라 불연성의 재료를 투입함에 따라, 소각폐기시 이산화탄소의 발생량이 적어 환경부담이 적다, 나아가, 또한, 본 발명에 따르는 수지 조성물은 난각분말과 기초수지와의 분산이 우수하여, 유려한 외관을 갖는 성형품으로 제조될 수 있다.

Description

난각분말 수지 조성물{Resin Composition Comprising Egg-shell Powder}

본 발명은 난각분말 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식품폐기물인 난각분말을 재활용하여 원가절감이 가능하면서도, 난각분말과 기초수지와의 분산성이 우수하여 유려한 표면 외관을 갖는 성형품의 제조가 가능한 난각분말 수지 조성물에 관한 것이다.

근래에 들어 식품 포장재로 이용되는 필름을 포함한 각종 플라스틱 사용량의 증가에 따라, 소재/제품의 개발시 그 폐기방법까지 고려하여 환경부담이 작으면서도 원가절감까지 가능한 소재의의 개발이 다양한 방법으로 시도되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 KR2013-0068620A, KR2014-0094865A 등에는 식물체를 분쇄하여 수득한 분말이나, 초본계 농산폐기물을 분말화한 다음 이를 플라스틱 수지와 배합하여 사출, 압출 등의 성형품으로 제조하는 방법이 개시되어 있다. 개시된 소재나 방법들은 바이오 매스가 첨가된 플라스틱 소재들로서, 매립하여 폐기하는 경우 생분해가 가능하다는 이점이 있다.

그러나, 상술한 바이오 매스 첨가 소재들은 플라스틱 소재와 상용성이 좋지 않은 것이 보통이므로, 이를 플라스틱 소재와 배합/혼련하기 위하여는 전처리에 상당한비용이 투입되어야 하고, 또한, 매립하여 폐기하는 경우에는 생분해성을 갖는다는 점이 유리하기는 하나, 소각하여 폐기하는 경우에는 바이오 매스도 결국에는 이산화탄소의 형태로 환경으로 돌아간다는 점에서, 종래의 플라스틱 소재와 환경에 주는 부담이 다르지 않다.

이에, 본 발명자들은 소각하여 폐기하는 경우 이산화탄소의 발생량이 적으면서도 원가절감이 가능한 소재를 찾기 위해 노력한 결과, 식품폐기물인 난각을 플라스틱 소재의 충진제로 적용할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은, 원가절감이 가능하면서도 유려한 표면 외관을 갖는 성형품의 제조가 가능한 난각분말을 포함하는 수지 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 수지 조성물로부터 제조되는 성형품을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 난각분말 수지 조성물은, 고분자 중합체 100중량부에 대하여; 난각분말 5 내지 50중량부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고분자 중합체는 200℃ 이하의 온도에서 난각분말과 용융 혼련이 가능한 것임이 바람직하다.

상기 난각분말은 100메쉬 체(개구 ~150㎛)를 통과하는 크기인 것이 바람작하다.

상기 난각분말 수지 조성물은 고분자 중합체 100 중량부에 대하여 무기 필러 10 내지 30중량부를 추가로 포함할 수 있다.

상기 난각분말 고분자 중합체 100중량부에 대하여 왁스 1 내지 10중량부를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따르는 수지 조성물은 친환경적인 소재로서, 식품폐기물인 난각을 재활용하여 플라스틱의 소재로 사용하여 원가절감이 가능하다.

또한 본 발명에 따르는 수지 조성물은 원가절감을 위하여 투입되는 재료로서 바이오 매스가 아니라 불연성의 재료를 투입함에 따라, 소각폐기시에 이산화탄소의 발생량이 적어 환경부담이 적다.

또한, 본 발명에 따르는 수지 조성물은 난각분말과 기초수지와의 분산이 우수하여, 유려한 외관을 갖는 성형품으로 제조될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 난각분말 수지 조성물을 이용하여 제작된 사출성형품에 대한 사진이고,
도 2는 비교예에 따르는 난각분말 수지 조성물을 이용하여 제작된 사출성형품에 대한 사진이다.

본 발명에 따르는 난각분말 수지 조성물은 고분자 중합체 100중량부에 대하여 난각분말 5 내지 50중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 난각분말 수지 조성물에 적용되는 고분자 중합체는, 식품포장재, 유아용품, 욕실용품, 주방용품 등으로 적용되는 당업계 공지의 고분자 재료가 사용될 수 있다.

바람직하게는, 200℃ 이하의 온도에서, 보다 바람직하게는 190℃ 이하의 온도에서 난각분말과 융해 상태에서 혼련가공이 가능한 고분자 재료를 적용한다. 발명자들의 반복실험에 따르면, 난각분말과 고분자 재료의 혼련가공에 있어 온도가 200℃를 초과하는 경우에는 난각의 탄화로 인하여 변색이 발생하고, 또한, 혼련가공 중 불쾌한 냄새가 발생하며, 이러한 냄새는 작업이 완료된 후에도 상당기간 잔존하는 것으로 확인되었다. 상기 비한정적인 의도로서 설명하자면, 상기 변색과 냄새의 발생은 난각에 소량으로 포함된 단백질의 탄화에 의하여 발생하는 것으로 이해된다.

통상적으로, 고분자 수지 가공온도의 하한은 융점보다 10℃ 높은 온도 정도이다. 따라서, 본 발명의 난각분말 수지 조성물에 기초수지로 적용될 수 있는 수지는 190℃ 이하의 융점을 갖는 수지이다. 비제한적인 의도로서 예를 들자면, 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE)을 포함하는 폴리에틸렌; 에틸렌비닐아세테이트(EVA); 폴리비닐알코올(PVA); 및 폴리프로필렌(PP) 단독중합체나, 프로필렌과 C3~C10의 알켄의 공중합체; ABS; 나일론, 폴리에스테르; 등이 본 발명의 조성물에 기초 수지로 적용될 수 있다.

본 발명에 적용되는 난각분말은 조류, 파충류 동물의 난각(알껍질)을 미세하게 분쇄하여 분말화 한 것이다. 통상적으로는, 수거된 난각을 세정, 난각막 제거, 건조, 분쇄 등을 포함하는 일련의 작업을 거쳐 제조된다. 조성적으로는 탄산칼슘이 주성분을 이루고(~93wt%), 소량의 탄산마그네슘(~1wt%), 인산칼슘(~1wt%), 단백질류(~5wt%)를 포함하는 것으로 알려져 있다.

상기 난각분말은 다양한 크기로 분쇄된 상태의 분말상태로 상업적으로 입수될 수 있다. 본 발명에 적용되는 난각분말은, 바람직하게는 100메쉬 체(개구 ~150㎛), 더욱 바람직하게는 200메쉬의 체(개구 ~70㎛), 가장 바람직하게는 400메쉬 체(개구 ~40㎛)를 통과하는 크기의 것을 사용한다. 발명자들의 반복실험에 따르면, 100메쉬의 체를 통과하지 못하는 크기인 경우에는 기초수지와 난각분말의 분산이 원할하지 않은 것으로 확인되었다.

한편, 본 발명에 따르는 조성물에서 난각분말의 함량은 고분자 중합체 100중량부에 대하여 난각분말 5 내지 50중량부인 것이 바람직하다. 난각분말의 함량이 50중량부를 초과하는 경우에는 기초 수지 소재의 물성(예를 들어, 인장강도, 신율, 충격강도 등)의 저하가 심하게 된다.

본 발명에 따르는 조성물에는, 바람직하게는 무기 필러가 더 포함될 수 있다. 역시 발명자들의 반복실험에 따르면, 무기 필러가 추가로 포함되는 경우 그 작용의 기작은 명확치 않으나 난각분말과 기초 수지의 혼련 및 분산이 개선되는 것으로 확인되었다. 이 목적으로 사용되는 무기 필러는 탄산칼슘, 점토, 황토, 활석 및 카오린 중 어느 하나 이상일 수 있다. 가장 바람직하게는 탄산칼슘을 사용한다.

한편, 무기 필러의 함량은 상기 고분자 중합체 100중량부에 대하여 5 중량부 내지 30중량부를 사용하는 것이 좋다. 무기 필러를 5중량부 미만으로 사용하는 경우 혼련 및 분산이 개선이 충분치 않고, 한편, 30중량부 이상 사용시에는 제품의 강도 인장 강도, 연신율 등 물성의 저하가 유발된다.

또한, 본 발명에 따르는 난각분말 수지 조성물에는 왁스가 첨가될 수 있다. 상기 왁스는 난각분말의 표면에 코팅되어 난각분말과 기초수지의 분산을 개선하고, 또한, 난각분말의 수분흡수 방지하는 기능을 한다. 이 목적으로 사용되는 왁스는 상업적으로 구입이 가능한 것이라면 제한 없이 본 발명의 조성물에 적용될 수 있어, 예를 들어, 파라핀 왁스, 유동 파라핀 왁스, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스, 칸데릴라 왁스, PE 왁스, PP 왁스 등이 사용될 수 있다.

상기 왁스의 사용량은 고분자 중합체 100 중량부에 대하여 1 내지 20중량부의 비율인 것이 바람직하다. 1중량부 미만으로 사용시 코팅기능 및 활제 보조제 역할이 미약하고, 20중량부를 초과하여 사용하는 경우 초과량이 조성물의 제조 및 후공정에서 용출되어 표면불량 및 작업성 불량(이물질 용출)의 원인이 될 수 있다.

상기 왁스는 기초수지와 난각분말, 무기 필러 기타 첨가제 등을 혼합한 다음, 압출하는 방법으로 조성물에 투입될 수 있다. 난각분말 투입의 다른 예는, 상기 왁스가 난각분말과 사전 배합되어 왁스가 표면 코팅된 난각분말의 형태로 사용되는 것이다. 표면 코팅된 난각분말은, 난각분말에 왁스를 투입하고 300 내지 800rpm으로 고속 교반시키면서, 교반시 발생하는 자가발열에 의하여 왁스를 용해시켜 난각분말의 표면을 코팅하는 방법으로 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 조성물에는 필요에 따라 열안정제, 산화방지제, 활제, 이형제, 핵제, 안료, 염료, 자외선안정제, 난연제, 가소제 등 당업계 공지의 첨가제들이 추가로 포함될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따르는 난각분말 수지 조성물은 구성성분을 용융 혼련한 다음, 이를 펠렛화하는 공지의 방법으로 제조될 수 있다.

예를 들어, 조성물의 용융 혼련은 일축 압출기나 이축 압출기를 이용하여 수행될 수 있으며, 조성물 각 성분의 투입은 파우더나 펠렛 상태의 기초수지, 난각분말, 무기 필러 및 기타 필요한 첨가제를 핸드 블렌딩이나 반바리 믹서 등 적당한 수단을 이용하여 배합한 다음 압출기에 투입되거나, 또는 일부 성분은 계량하면서 압출기의 다른 위치에 투입될 수도 있다. 용융 혼련이 완료된 다음에는 이를 펠렛화하여 다음 공정에 사용될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

다음의 표 1에 따르는 배합비율에 따르는 조성으로 본 발명에 따르는 난각분말 수지 조성물을 준비하였다.

	실시예	비교예
폴리프로필렌 수지	100	100
난각분말	42	42
탄산칼슘	16	-
왁스	8	-
Zn-스테아레이트	2	2
산화방지제	0.1	0.1
투입량 단위: 중량부 폴리프로필렌 수지 : 호남석유화학, J-320C 난각분말 : 200메쉬 체 통과, 95중량% 이상 탄산칼슘 : 오미야, OM1T 왁스 : 라이온케미칼, 102N 산화방지제 : Ciba-Geigy, Irgnox 1010

먼저, 고속 교반기에 난각분말과 왁스를 투입하고, 400rpm의 속도로 고속 교반하여 표면에 왁스가 코팅된 난각분말을 준비하였다. 다음으로, 폴리프로필렌 수지, 상기 준비된 왁스 코팅된 난각분말, 탄산칼슘, 및 Zn-스테아레이트를 배합한 다음, 이축압출기의 호퍼에 투입하고, 배럴의 최고온도 190℃에서 용융 혼련시킨 후, 냉각, 컷팅하여 펠렛 상태의 조성물을 제조하였다.

상기 제조된 실시예와 비교예의 열가소성 수지조성물을 이용하여, 난좌 형태의 제품을 사출성형 하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 조성물을 이용하여 제작된 사출성형품에 대한 사진이고 도 2는 비교예에 따르는 조성물을 이용하여 제작된 사출성형품에 대한 사진이다. 도 1을 참조할 때, 고분자 중합체와 난각분말을 용융 혼련함에 있어, 무기 필러를 함께 사용하는 경우 난각분말의 분산이 균일하여 표면상태가 유려한 성형품을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 반면, 도 2로부터, 난각분말 수지 조성물을 제조함에 있어 기초 수지와 난각분말 만을 사용하는 경우, 조성물을 사용하여 최종 성형된 제품에서 난각분말의 분산상태가 불균일함을 육안으로 확인할 수 있었다. 상기 결과로부터, 난각분말 수지 조성물을 제조함에 있어, 무기 필러(특히, 탄산칼슘)을 추가로 투입하여야, 난각분말의 분산상태가 양호하고, 또한, 균일한 두께의 제품을 제작할 수 있음을 확인하였다.

본 발명에 따르는 난각분말 수지 조성물은 사출성형, 압출성형 또는 시트성형 등의 공지의 성형방법으로 방법으로, 식품포장재, 유아용품, 욕실용품, 주방용품, 자동차 내장재, 산업용품 등에 적용될 수 있다.

Claims (6)

1. 고분자 중합체 100중량부에 대하여 난각분말 5 내지 50중량부, 무기 필러 10 내지 30중량부 및 왁스 1 내지 10중량부를 포함하는 난각분말 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 고분자 중합체는 200℃ 이하의 온도에서 난각분말과 용융 혼련이 가능한 것임을 특징으로 하는 난각분말 수지 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 난각분말은 100메쉬 체(개구 ~150㎛)를 통과하는 크기인 것을 특징으로 하는 난각분말 수지 조성물.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항의 수지 조성물로부터 제조되는 성형품.

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