KR101967228B1 - 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉 및 그 제조방법 - Google Patents

생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조림(造林) 표시봉 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기계적 강도, 생분해성, 압출성 및 표면품질이 우수한, 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉 및 그 제조방법{Indicating stick for afforestation with improved biodegradability and mechanical strength, and method for preparing the same}
본 발명은 조림(造林) 표시봉 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기계적 강도, 생분해성, 압출성 및 표면품질이 우수한 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
산림 조성을 위하여는 산지에 어린 조림목을 식재한 후에 조림목이 일정한 크기로 성장할 때까지 조림목 주위의 풀과 잡목 등을 제거하는 풀베기 작업을 주기적으로 해야 한다. 그런데 풀베기 작업을 할 때 조림목과 주변의 풀이나 잡목을 구분하기 어려워 조림목이 예초기에 손상되는 일이 많이 발생하게 된다. 이에 풀베기 작업 시 조림목의 손상을 방지하기 위하여 대나무 소재의 조림목 표시봉을 조림목 주변의 지표면에 설치하여 조림목 존재를 표시한다.
그러나 기존의 대나무 소재 조림목 표시봉은 대부분 중국과 베트남 등에서 수입되는 것이 사용되고 있는데, 이 수입 대나무는 부피가 크고 무거워 산악 지형으로 이동하는 데 어려움이 있었고 또한 지표면의 흙과 접촉된 부위가 썩는 등의 문제가 발생해 내용연수(耐用年數)가 2년 정도로 짧아 3년 이상 견뎌야 하는 표시봉으로써의 역할을 다하지 못하는 문제점이 있었다. 또한 수입 대나무는 외래 병충해의 유입 위험으로 훈증 살균처리하여야 하는 과정이 필요하여 그에 따른 추가 비용도 소요되었다.
조림용 표시봉과 관련한 선행기술로는 대한민국특허등록 제10-1086242호에 식재된 조림묘목을 감싸서 조림묘목의 위치를 특정할 수 있는 나선부를 포함하는 조림목 표시봉이 개시되어 있다. 상기 특허에 기재된 조림목 표시봉은 조림목이 쉽게 쓰러지지 않도록 하고 장기간 사용 가능하나 플라스틱이나 금속으로 이루어져 조림목 성장 후 별도로 제거하여야 하거나 방치시 환경을 훼손하는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명의 발명자는 폴리락트산을 이용함으로써 생분해 현저히 향상되고, 가벼우며 또한 내구성이 뛰어나 장기간 사용할 수 있는 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉을 개발하여 본 발명에 이르렀다.
대한민국특허등록 제10-1086242호(2011.11.17)
본 발명의 목적은 압출성이 우수하고, 기계적 강도가 뛰어나고, 소정의 목적한 시간 뒤에는 생분해성가 보다 용이하게 이루어질 수 있는 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 폴리락트산(polylactic acid)을 포함하는 주제성분; 및 무기필러;를 포함하여 형성된 생분해성 조림 표시봉을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주제성분은 폴리부틸렌숙시네이트(polybutylene succinate), 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(polybutylene adipate terephthalate) 및 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate)로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 생분해성 수지를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 표시봉은 구성성분 총 중량에 대하여 폴리락트산 60 내지 95 중량%, 생분해성 수지 1 내지 25 중량% 및 무기필러 1 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 표시봉은 내부에 중공부를 갖는 것일 수 있다.
또한, 상기 중공부 내면에 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 리브가 형성되어 있는 것일 수 있다.
또한, 상기 표시봉은 상기 무기필러는 탈크를 포함할 수 있다.
또한, 폴리락트산과 폴리부틸렌숙시네이트가 혼합되어 구현된 표시봉은 결정화도가 30 ~ 40%일 수 있다.
또한, 상기 탈크는 평균입경이 3 ~ 7㎛이고 분산계수가 35 ~ 45%일 수 있다.
또한, 상기 무기필러는 수분흡습제를 무기필러 전체 중량에 대해서 20 ~ 30중량%로 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기필러는 탈크 및 수분흡습제로서 산화바륨을 포함할 수 있다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 폴리락트산, 생분해성 수지 및 무기필러를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계; (b) 상기 혼합물을 펠릿화하는 펠릿 제조 단계; (c) 상기 펠릿을 압출하여 압출물을 생성하는 단계; 및 (d) 상기 압출물을 성형하는 단계를 포함하는 생분해성 조림 표시봉 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 혼합물은 혼합물 총 중량에 대하여 폴리락트산 60 내지 95 중량%, 생분해성 수지 1 내지 25 중량% 및 무기필러 1 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서 상기 혼합물이 혼합물 총 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%의 안료를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 생분해성 수지는 폴리부틸렌숙시네이트(polybutylene succinate)이며, 상기 무기필러는 탈크일 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서 압출은 140 내지 190℃의 온도에서 실시되는 것일 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 펠릿을 압출기에 투여하여 압출하되, 상기 압출기의 공급부 온도는 140 ~ 160℃, 압축부 온도는 150 ~ 170℃, 용융부 온도는 170 ~ 185℃, 다이부 온도는 160 ~ 175℃일 수 있다.
본 발명의 조림 표시봉은 부피가 작고 무게가 가벼워 설치 및 운반이 용이하다. 아울러 본 발명의 조림 표시봉은 강도가 높아 휘어짐을 방지할 수 있어 내구성이 뛰어나고 내용연수가 5년 이상으로 길어 표시봉으로서의 역할을 다할 수 있으며, 목적한 기간이 지난 뒤에는 현저히 향상된 속도로 생분해될 수 있어서 친환경적이다.
또한 본 발명의 조림 표시봉은 다양한 색상으로 생산 가능하며 특히 흰색 등의 밝은 색상으로 제조 시 수풀과의 구분이 용이하여 예초 작업 시 조림목의 손상을 줄일 수 있다.
또한 본 발명의 조림 표시봉은 생분해성 수지가 주성분이므로 일정 시간이 지나면 자연환경 하에서 분해됨으로써 환경오염을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 조림 표시봉은 국내에서 제조됨으로써 수급이 용이하고 기존 수입 표시목 대체가 가능하므로 국가 경제 발전에 이바지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조림 표시봉의 일 측면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선에 따라 절취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조림 표시봉의 사용 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조림 표시봉 제조방법의 흐름도이다.
본 발명의 일 실시형태는 폴리락트산(polylactic acid, PLA)을 주제성분으로 포함하는 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉에 관한 것이다.
폴리락트산은 옥수수, 카사바 등의 바이오매스(biomass)로부터 전분을 추출하고 그 전분을 가수분해하여 글루코스로 전환시킨 후, 젖산발효시켜 얻어진 젖산을 탈수축합하여 얻어진 것이다.
본 발명의 성분해성 조림 표시봉은 상기 주제성분으로 폴리부틸렌숙시네이트(polybutylene succinate, PBS), 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(polybutylene adipate terephthalate, PBAT) 및 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate, PTT)로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 생분해성 수지를 더 포함할 수 있다. 이때 바람직하게는 상술한 폴리락트산과의 생분해성 효과 및 제조된 표시봉의 기계적 강도 측면에서 상승효과를 발현할 수 있는 폴리부틸렌숙시네이트가 바람직하다. 이때, 더 바람직하게는 폴리락트산과 폴리부틸렌숙시네이트 간 중량평균분자량이 각각 3000 ~ 5000, 8000 ~ 9000인 것을 혼합하여 사용하는 것이 발명이 목적하는 모든 물성에 있어서 더욱 상승된 효과를 발현하기에 좋을 수 있다.
한편, 폴리락트산과 폴리부틸렌숙시네이트가 혼합되어 구현된 표시봉은 결정화도가 30 ~ 40%, 보다 바람직하게는 35 ~ 40%일 수 있는데, 이를 통해 충분한 생분해성이 발현되고, 1m 이상으로 압출된 표시봉이 휘지 않고 곧게 압출될 수 있어서 높은 생산성을 가질 수 있으며, 향상된 표면품질을 얻을 수 있다. 만일 결정화도가 30% 미만일 경우 표시봉의 내충격성이 현저히 저하되고, 표면품질의 저하가 우려되며, 만일 결정화도가 40%를 초과할 경우 생분해성이 현저히 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조림 표시봉은 무기필러를 포함한다. 상기 무기필러는 탈크, 점토 및 납석으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것일 수 있다. 다만, 바람직하게는 주제인 폴리락트산과 폴리부틸렌숙시네이트이 사용되는 경우에 있어서 압출성형성, 표면품질, 기계적강도 및 생분해성 측면에서 보다 향상된 상승작용을 위하여 탈크를 사용할 수 있다. 이때, 상기 탈크는 바람직하게는 평균입경이 3 ~ 7㎛, 보다 더 바람직하게는 3 ~ 4㎛일 수 있으며, 만일 평균입경이 3㎛ 미만일 경우 압출되는 주제성분의 결정성에 영향을 미쳐서 생분해성이 저하되어 표시봉의 분해가 어려울 수 있는 등 본 발명의 모든 물성을 동시에 우수하게 달성하기 어려우며, 만일 평균입경이 7㎛를 초과하는 경우 표시봉의 기계적 강도가 현저히 저하되거나 압출되어 표시봉의 형상을 유지하기 어려울 수 있는 등 본 발명의 모든 물성을 동시에 우수하게 달성하기 어렵다. 보다 바람직하게는 상기 탈크는 하기의 수학식1에 따른 분산계수가 35 ~ 45%, 보다 더 바람직하게는 40 ~ 45%인 입도분포를 갖는 것을 사용할 수 있고, 이를 통해 표시봉의 기계적 강도, 압출성형성, 표면품질 및 생분해성을 더욱 향상시키기에 용이할 수 있다. 만일 분산계수가 상기 범위를 만족하지 못할 경우 이들 물성의 향상된 상승효과가 발현되지 않을 수 있고 특히 표면품질이 현저히 저하될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018103938849-pat00001
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조림 표시봉은 조림 표시봉을 이루는 구성성분 총 중량에 대하여 폴리락트산 60 내지 95 중량%, 생분해성 수지 1 내지 25 중량% 및 무기필러 1 내지 20 중량%를 포함할 수 있다. 바람직하게는 폴리락트산 75 내지 88 중량%, 생분해성 수지 5 내지 15 중량% 및 무기필러 5 내지 12 중량%를 포함할 수 있다. 만일 생분해성 수지, 특히 폴리부틸렌 숙시네이트를 1중량% 미만으로 사용하는 경우 목적하는 수준으로 충분한 생분해성 효과를 발현하기 어려울 수 있고, 쉽게 깨질 수 있는 우려가 있다. 또한, 만일 생분해성 수지, 특히 폴리부틸렌 숙시네이트를 25 중량% 초과하여 구비하는 경우 생분해성 효과가 오히려 저하될 수 있고, 표시봉을 긴 길이로 압출하기 어려울 수 있으며, 외력에 의해 쉽게 휠 수 있는 우려가 있다.
또한, 상기 무기필러는 함량이 1 중량% 미만으로 구비될 경우 충분한 기계적 강도를 얻을 수 없는 등 본 발명이 목적하는 모든 물성을 동시에 만족하기 어려울 수 있다. 또한, 만일 무기필러는 함량이 20중량%를 초과할 경우 기계적 강도가 향상되나, 생분해성이 크게 감소할 우려가 있다.
또한, 상기 무기필러는 수분흡습제를 더 구비할 수 있으며, 구비되는 수분 흡습제는 전체 무기필러 중량 대비 20 ~ 30중량%로 구비될 수 있다. 만일 수분흡습제를 20 중량% 미만으로 구비할 경우 목적하는 소요년수 경과 후 표시봉의 빠른 생분해성을 도모하기 어려울 수 있고, 생분해되더라도 장시간 잔존하는 문제가 있을 수 있다. 또한, 만일 수분흡습제가 30중량%를 초과하여 포함될 경우 수분흡습제가 수분과 반응하여 발생되는 기체 등으로 인해 사용 중 표시봉의 기계적 강도가 크게 저하될 우려가 있고, 이로 인해 목적 년수를 채우지 못하고 사용 중간에 크랙이나 손상이 쉽게 발생할 우려가 있다.
상기 수분흡습제는 공지된 수분흡습제를 사용할 수 있으나, 일예로 산화리튬(Li2O), 산화나트륨(Na2O), 산화바륨(BaO), 산화칼슘(CaO) 또는 산화마그네슘(MgO), 황산리튬(Li2SO4), 황산나트륨(Na2SO4), 황산칼슘(CaSO4), 황산마그네슘(MgSO4), 황산코발트(CoSO4), 황산갈륨(Ga2(SO4)3), 황산티탄(Ti(SO4)2), 황산니켈(NiSO4), 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네슘(MgCl2), 염화스트론튬(SrCl2), 염화이트륨(YCl3), 염화구리(CuCl2), 불화세슘(CsF), 불화탄탈륨(TaF5), 불화니오븀(NbF5), 브롬화리튬(LiBr), 브롬화칼슘(CaBr2), 브롬화세슘(CeBr3), 브롬화셀레늄(SeBr4), 브롬화바나듐(VBr3), 브롬화마그네슘(MgBr2), 요오드화바륨(BaI2), 과염소산바륨(Ba(ClO4)2)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 다만, 상술한 주제성분, 무기필러인 탈크와의 상용성, 상승된 생분해성 및 목적 년수 이전에 생분해를 최대한 방지하면서 기계적 강도가 함께 보완되기 위해서 상기 수분흡습제는 산화바륨일 수 있다. 다른 수분흡습제가 사용될 경우 목적 년수 이전에 기계적 강도가 크게 저하되거나, 목적 년수 이후 빠른 생분해성을 보장하기 어려울 수 있다.
상기 산화바륨은 평균입경이 탈크의 입경과 유사할수록 좋다. 이에 바람직하게는 평균입경이 3 ~ 7㎛, 보다 더 바람직하게는 3 ~ 4㎛일 수 있고 이를 통해 수분흡습제로 인한 목적하는 효과의 달성에 보다 유리하고 압출성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조림 표시봉은 구성성분으로서 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 안료는 조림 표시봉을 이루는 구성성분 총 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 1 내지 5 중량% 포함될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들 중 압출성형성이 우수한 실시예의 경우 도 2b, 도 2c와 같은 중공형의 표시봉을 제조하기에 특히 적합할 수 있다.
도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 조림 표시봉의 일 측면도가 도시되어 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 표시봉(1)은 긴 봉 형태이다. 본 발명의 생분해성 조림 표시봉의 길이는 한정되는 것은 아니나, 0.7 ~ 1.5m가 바람직하고 0.8 ~ 1.3m가 보다 더 바람직하다.
도 2에 도 1의 A-A 선을 따라 절취한 단면도가 도시되어 있다. 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 생분해성 조림 표시봉(1)은 표시봉 내부가 구성성분으로 채워져 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 생분해성 조림 표시봉(1)은 내부에 중공부(21)를 가질 수 있다. 상기 중공부(21)는 상기 표시봉의 길이 방향을 따라 관통하여 형성될 수도 있고, 상기 표시봉의 양 끝단 일측이 차폐되어 형성될 수도 있다. 또한 상기 표시봉 내부에 하나 이상의 중공부를 형성할 수도 있다. 상기 중공부 단면의 형상은 여러 가지일 수 있으나 원 형상이 바람직하다. 또한 상기 중공부 단면이 원 형상일 경우 내경의 크기도 다양할 수 있다. 이처럼 중공부를 가짐으로써 본 발명의 표시봉 무게는 경량화된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도 2c에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 중공부(21)의 내면(22)에 상기 표시봉 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 리브(23)가 형성될 수 있다. 이처럼 리브가 형성되어 있음으로써 본 발명의 표시봉의 강도가 높아져 외부 충격에 의해 표시봉이 휘어지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표시봉의 길이 방향 전체에서 1:9 내지 3:7 부분에 기준점(P)을 표시할 수 있다. 상기 기준점(P)으로부터 긴 길이의 장부(長部)(11)는 표시봉 사용 시 지면(L) 위로 세워지는 부분(지상부)이고, 상기 기준점(P)으로부터 짧은 길이의 단부(短部)(12)는 지면 아래에 묻히는 부분(지하부)이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표시봉(1)은 일단에 뾰족부(13)를 가질 수 있다. 상기 뾰족부(13)는 상기 단부(12)의 끝단에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 뾰족부(13)는 상기 단부 끝단의 한측에 형성될 수도 있고 상기 끝단의 중심부에 형성될 수도 있으나, 상기 단부 끝단에 형성되는 뾰족부의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 뾰족부는 본 발명의 조림 표시봉이 지면을 잘 뚫고 들어가게 하고 또한 지면 아래에서 잘 세워질 수 있도록 한다.
도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 조림 표시봉의 사용 상태도가 도시되어 있다. 본 발명의 표시봉은 묘목(T)에 인접하여 설치되되, 기준점(P)을 기준으로 단부(12)를 지면(L) 아래에 매설하고 장부(11)는 지상 위로 세워 고정시킨다.
본 발명의 다른 실시형태는 상기 생분해성 조림 표시봉 제조방법에 관한 것으로, (a) 폴리락트산, 생분해성 수지 및 무기필러를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계; (b) 상기 혼합물을 펠릿화하는 펠릿 제조 단계; (c) 상기 펠릿을 압출하여 압출물을 생성하는 단계; 및 (d) 상기 압출물을 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 생분해성 조림 표시봉 제조방법을 자세하게 설명한다. 도 4에 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 조림 표시봉 제조방법의 흐름도가 도시되어 있다.
본 발명의 생분해성 표시봉 제조방법을 설명하는데 있어, 앞서 기술된 생분해성 조림 표시봉과 동일하게 적용되는 것은 그 설명을 생략하는 것으로 한다.
우선, 폴리락트산, 생분해성 수지 및 무기필러를 혼합하여 혼합물을 제조한다((a) 단계). 이때, 상기 혼합물은 혼합물 총 중량에 대하여 폴리락트산 60 내지 95 중량%, 생분해성 수지 1 내지 25 중량% 및 무기필러 1 내지 20 중량%를 포함시킬 수 있다.
상기 생분해성 수지는 폴리부틸렌숙시네이트(polybutylene succinate), 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(polybutylene adipate terephthalate) 및 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(polytrimethylene terephthalate)로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택될 수 있고, 특히 바람직하게는 폴리부틸렌숙시네이트일 수 있다.
상기 무기필러는 탈크, 점토, 납석, 탄산칼슘 및 황산칼슘으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상 선택될 수 있고 특히 바람직하게는 폴리부틸렌숙시네이트일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 혼합물에 안료를 더 포함시킬 수 있으며, 혼합물 총 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%의 안료를 포함시킬 수 있다.
이어, 상기 혼합물을 펠릿 형상으로 제조한다((b) 단계). 이는 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 펠릿을 제조한다.
이어, 상기 펠릿을 압출하여 압출물을 생성한다((c) 단계). 이때 압출은 140 내지 190℃의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다. 압출 온도가 140℃ 미만일 때는 펠릿의 용융율이 떨어져 최종 산물의 표면이 거칠어지는 문제점이 있고, 190℃를 초과할 때는 증진되는 효과없이 경제적이 못한 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 펠릿을 압출기(Extruder)에 투여하여 압출하되, 상기 압출기의 공급부(Feed zone) 온도는 140 ~ 160℃, 압축부(Compression zone) 온도는 150 ~ 170℃, 용융부(Melting zone) 온도는 170 ~ 185℃, 다이부(Dies zone) 온도는 160 ~ 175℃일 수 있다. 이처럼 압출 과정에서 온도에 변화를 줌으로써 각 성분들의 혼합효율을 높이고 최종 산물의 표면을 보다 매끄럽게 할 수 있다. 특히 이와 같은 압출 시 온도 조건은 (a) 단계의 혼합물이 폴리락트산, 폴리부틸렌숙시네이트 및 탈크의 혼합물인 경우 특히 유효할 수 있다.
이어, 상기 압출물을 성형한다((d) 단계). 상기 압출물의 성형은 다양한 형상으로 성형될 수 있다.
성형 시, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 일정 길이를 갖는 봉 형상으로 성형하면서 동시에 일단에 뾰족부를 갖도록 성형할 수도 있다. 또는 연속적으로 봉 형상의 대를 성형한 후 일정 길이로 커팅하는 과정을 추가로 진행할 수도 있다. 이때 커팅 과정에서 일정 길이로 커팅된 성형물의 일단을 뾰족하게 가공할 수 있다.
이어, 상기 성형된 표시봉의 지상부와 지하부를 구분하기 위하여 표시봉의 적정 위치에 기준점(P)을 표시한다. 상기 표시봉의 길이 방향 전체에서 1:9 내지 3:7 부분에 기준점을 표시한다. 상기 기준점을 기준으로 긴 길이의 장부가 지상부가 되고 짧은 길이의 단부가 지하부가 된다.
상기에서 상기 표시봉의 일단에 뾰족부가 형성되어 있을 경우에는 뾰족부가 형성된 부분이 지하부로 되는 단부가 되는 것이 바람직하다.
본 발명의 생분해성 조림 표시봉은 내용연수가 5년 이상으로 조림목이 성장하는 5년 동안은 조림목의 존재 위치를 알리는 역할을 다할 수 있다. 시공 후 5년이 지나면 조림목도 한 그루의 나무로서 성장하여 더 이상의 조림 표시봉을 필요로 하지 않게 된다. 본 발명의 생분해성 조림 표시봉은 시공 후 5년 이상 되면 퇴비화조건 하에서 H20와 CO2로 생분해되어 별도로 분리 철거할 필요가 없다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명의 조림목 생분해성 표시봉을 보다 자세하게 설명한다.
<실시예 1>
중량평균분자량이 4600인 PLA 71kg, 중량평균분자량이 8500인 PBS 16kg, 탈크 11kg 및 안료(백색) 2kg을 컴파운딩하여 혼합물을 제조하였다. 이때 상기 탈크는 평균입경이 3.5㎛이며, 입경에 대한 분산계수가 42%인 입도분포를 갖는 것을 사용하였다. 상기 혼합물을 펠릿제조기에 넣고 펠릿을 제조하였다. 상기 펠릿을 압출기에 넣었다. 상기 압출기의 온도를 압출기 각 영역별(공급부: 150 ~ 155℃, 압축부 160 ~ 165℃, 용융부 175 ~ 180℃, 다이부 165 ~ 170℃)로 조절하여 압출물을 제조하였다. 상기 압출물을 일정 크기의 봉 형상의 금형 속에 투여하고 사출성형하여 중공형 봉(뾰족 단부 동시 성형)을 제조(길이 1m, 외경 5㎝, 내경 3㎝)하였다. 상기 뾰족 단부를 기점으로 전체 봉의 길이 방향에서 2:8 위치 부분(즉, 장부 80cm와 단부 20cm를 나누는 점)에 기준점(P)을 표시하여 생분해성 조림 표시봉을 제조하였다. 한편, 상기 압출물에 대해 XRD 를 수행하여 얻은 XRD 패턴에서 하기의 수학식 2에 의해 계산된 결정화된 면적은 36% 이었다.
[수학식 2]
Figure 112018103938849-pat00002
<실시예 2 ~ 16>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1 또는 표 2와 같이 조성을 변경하여 생분해성 조림 표시봉을 제조하였다.
<실험예1>
실시예에 따른 생분해성 조림 표시봉에 대해 하기의 물성을 평가하여 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
1. 성형성
표시봉을 길이방향으로 6등분 한 뒤, 6등분 된 6개 시편를 다시 각각 1/2 등분 한 뒤, 각 시편에서 1/2등분된 단면에 대해 두께 균일성(내경 균일성)을 육안으로 평가했다. 6개 시편 모두 두께가 균일한 경우 6, 6개 시편 모두 두께가 균일하지 않는 경우 0, 으로 하고, 두께가 균일하지 않는 시편개수 만큼 6에서 차감하여 평가했다.
2. 생분해성
pH 7 인 60℃ 증류수에 실시예를 통해 수득된 펠릿(시료)을 침지시키고 10일 뒤 고유점도(IV)를 측정하였다. 고유점도(IV) 감소율(%)은 하기의 식(1)에 의해 계산하였고 이를 하기 표 1에 나타내었다. 이때 고유점도 감소율이 클수록 생분해성이 큰 것으로 본다.
[식 1]
Figure 112018103938849-pat00003
3. 표면품질
표시봉의 외관을 전문가 10인이 시각과 촉각을 통해 관찰하여 표면품질을 평가하였다.
이때, 표시봉을 길이방향으로 5등분하여 5등분된 각각의 영역에서 표면품질에 이상이 없는 경우 5, 모든 영역에 이상이 있는 경우 0, 이상이 있는 영역이 발생하는 영역 개수만큼 5에서 차감하여 평가하였다.
4. 기계적 강도
각 실시예별 시편 50개를 준비한 뒤, 4월경 노지에 나무망치를 이용해 단부길이 만큼 표시봉을 땅에 박았다. 이후 표시봉을 다시 뽑아서 크랙, 파손, 휨 등의 형상이상이 발생하는지 여부를 확인했고, 이상이 발생한 시편의 비율을 백분율로 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8
PLA 중량% 75 77 75 72 69 75 75 75
중량평균분자량 4600 4600 4600 4600 4600 4600 4600 4600
PBS 중량% 15 10 10 8 8 19 15 15
중량평균분자량 8500 8500 8500 8500 8500 8500 8500 8500
탈크 중량% 5 11 14 19 22 3 5 5
평균입경(㎛) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 2 6.5
입경분산계수(%) 42 42 42 42 42 42 38 44
안료 중량% 5 2 1 1 1 3 5 5
성형성 6 6 4 4 3 5 4 3
생분해성(%) 36 34 26 25 12 31 14 38
표면품질 5 5 5 4 4 5 3 3
이상발생율(%) 2 1 0 0 2 16 4 8
실시예
9		 실시예
10		 실시예
11		 실시예
12		 실시예
13		 실시예
14		 실시예
15		 실시예
16
PLA 중량% 75 75 75 75 75 75 75 74
중량평균분자량 4600 4600 4600 2800 6000 4800 5000 4600
PBS 중량% 15 15 15 15 15 15 15 22
중량평균분자량 8500 8500 8500 8500 8500 7000 9800 8500
탈크 중량% 5 5 5 5 5 5 5 3
평균입경(㎛) 8.5 3.5 4 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
입경분산계수(%) 47 36 33 42 42 42 42 42
안료 중량% 5 5 5 5 5 5 5 1
성형성 4 4 4 3 5 4 4 5
생분해성(%) 39 33 33 49 25 27 20 17
표면품질 1 4 2 5 5 5 5 4
이상발생율(%) 22 2 5 38 10 5 4 35
표 1 및 표 2를 통해 확인할 수 있듯이,
탈크의 함량을 본 발명의 바람직한 범위를 초과한 실시예 5의 경우 실시예 4에 대비해서 생분해성이 크게 감소하고, 성형성 역시 감소한 것을 확인할 수 있다.
또한, 탈크의 평균입경이 본 발명의 바람직한 범위를 초과한 실시예 7과, 실시예 9에 있어서, 실시예 7은 실시예 1에 대비해서 생분해성이 크게 감소하고, 모든 물성이 저하된 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 9는 실시예 8에 대비해 기계적 강도가 현저히 저하되었고, 특히 표면품질이 현저히 저하된 것을 확인할 수 있다. 한편, 탈크의 입경 분산계수가 본 발명의 바람직한 범위를 벗어난 실시예 9와 실시예11은 실시예 8과 실시예 10에 대비해 특히 표면품질이 저하된 것을 확인할 수 있다.
한편 PLA와 PBS의 중량평균분자량이 본 발명의 바람직한 범위에 속하는 실시에1은 그렇지 못한 실시예 12 내지 실시예 15에 대비해 모든 물성에서 우수한 것을 확인할 수 있고, 실시예 12 내지 실시예 15는 모든 물성을 동시에 우수하게 만족하지 못함을 확인할 수 있다.
또한, PBS 함량이 본 발명의 바람직한 범위를 초과하여 과도하게 포함된 실시예 16은 실시예 6에 대비해 생분해성과, 기계적 강도가 특히 감소한 것을 확인할 수 있다.
<실시예 19>
실시예1과 동일하게 실시하되, 탈크 대신에 평균입경이 3.7㎛이며, 입경에 대한 분산계수가 40%인 입도분포를 갖는 탄산칼슘을 사용하여 표시봉을 제조하였다.
제조된 실시예 19에 따른 표시봉에 대해 상술한 실험예의 물성을 평가한 결과 하기 표 3과 같았다.
성형성 생분해성(%) 표면품질 이상발생율(%)
실시예1 6 36 5 2
실시예19 4 26 4 16
표 3에서 확인할 수 있듯이, 탄산칼슘을 사용한 실시예 19에 대비해 탈크를 사용한 실시예1이 모든 물성에 있어서 더욱 상승된 효과를 발현하는 것을 확인할 수 있다.
<실시예 20 ~ 23>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 압출기의 영역별 온도를 하기 표 4와 같이 달리하여 표시봉을 제조하였다.
제조된 실시예 20 내지 23에 따른 표시봉에 대해 실험예1의 표면품질을 평가하여 하기 표 4에 나타내었다.
실시예1 실시예20 실시예21 실시예22 실시예23
공급부(℃) 150~155 150~155 150~155 150~155 150~155
압축부(℃) 160~165 150~155 175~180 160~165 160~165
용융부(℃) 175~180 175~180 180~185 190~195 175~180
다이부(℃) 165~170 165~170 165~170 165~170 150~155
표면품질 5 4 3 2 2
표 4를 통해 확인할 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 압축기 영역별 온도범위 중, 압축부의 온도를 벗어난 실시예 21, 용융부의 온도를 벗어난 실시예 22 및 다이부의 온도를 벗어난 실시예 23은 표면품질이 실시예 1에 대비해 현저히 저하된 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 온도범위일지라도 실시예1에 따른 압출기 영역별 온도가 실시예20보다 우수한 것을 확인할 수 있다.
<실시예 24 ~ 31>
실시예2와 동일하게 실시하되, 하기 표 4와 같이 조성을 변경하여 생분해성 조림 표시봉을 제조하였다.
이때, 탈크는 실시예2와 동일한 입경분포를 갖는 것을 사용하였다. 또한, 산화바륨 및 산화칼슘은 각각 평균입경이 3.2㎛, 3.4㎛인 것을 사용하였다.
<실험예2>
실시예 24 내지 실시예 31에 대하여 하기의 물성을 평가하여 하기 표 4에 나타내었다.
1. 생분해성
실시예2, 실시예 24 내지 실시예 31에 따라서 제조된 표시봉을 60℃, 60%RH의 챔버에 6개월간 방치한 뒤 고유점도(IV)를 측정하였다. 고유점도(IV) 감소율(%)은 하기의 식(1)에 의해 계산하였다. 이후 실시예2에 따른 표시봉의 고유점도 감소율을 100%로 기준하여 나머지 실시예들의 고유점도 감소율을 상대적인 백분율로 나타내었다. 만일 고유점도 감소율이 100%일 경우 실시예2와 유사한 수준의 생분해성을 갖는 것이며, 100%를 초과하는 정도가 클수록 생분해성이 실시예2에 대비하여 더 크다고 해석할 수 있다.
[식 1]
Figure 112018103938849-pat00004
2. 기계적 강도 저하 평가
실시예 24 내지 실시예 31에 따라서 각 실시예별로 50개씩 제조된 표시봉을 60℃, 60%RH의 챔버에 12개월간 방치한 뒤, 4월경 노지에 나무망치를 이용해 단부길이 만큼 표시봉을 땅에 박았다. 이후 표시봉을 다시 뽑아서 크랙, 파손, 휨 등의 형상이상이 발생하는지 여부를 확인했고, 이상이 발생한 시편의 비율을 백분율로 나타내었다.
실시예
24		 실시예
25		 실시예
26		 실시예
27		 실시예
28		 실시예
29		 실시예
30		 실시예
31
PLA 중량% 75 75 75 75 75 75 89 89
중량평균분자량 4600 4600 4600 4600 4600 4600 4600 4600
PBS 중량% 14 14 14 14 14 14 0 0
중량평균분자량 8500 8500 8500 8500 8500 8500 - -
무기필러 총중량% 10 10 10 10 10 10 10 10
탈크(중량%) 7.5 7.9 8.5 7.1 6.6 7.5 7.5 10
수분흡습제
(종류/중량%)		 산화바륨/2.5 산화바륨/2.1 산화바륨/1.5 산화바륨/2.9 산화바륨/3.4 산화칼슘/2.5 산화바륨/2.5 -/0
안료 중량% 1 1 1 1 1 1 1 1
생분해성(%) 135 132 107 138 145 139 79 56
기계적 강도 이상 발생율(%) 14 12 8 16 30 36 66 64
표 5를 통해 확인할 수 있듯이,
PBS 및 수분흡습제를 불포함한 실시예 31은 높은 습도와 고온의 장시간 처리 후에도 기계적 강도가 현저히 좋지 못했고, 실시예2에 대비해서 생분해성 역시 좋지 않음을 확인할 수 있다. 또한, 수분흡습제를 포함했으나 PBS를 불포함한 실시예30은 역시 기계적 강도와 생분해성이 저하된 것을 확인할 수 있다.
한편, 수분흡습제를 포함하는 경우에도 산화바륨을 사용하는 경우가 산화칼슘을 사용한 실시예29에 대비해서 고온, 다습 처리 후에도 기계적 강도가 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 산화바륨을 사용하는 경우에도 바람직한 함량으로 포함된 실시예 24, 25 및 27이 실시예26 및 실시예 28에 대비해서 생분해성과 기계적 강도를 동시에 현저히 우수하게 달성하고 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 구체예가 제시되어 있지만 본 발명이 상기에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양하게 변형 가능하고 이러한 변형은 하기한 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
1 : 생분해성 조림 표시봉
11 : 장부
12 : 단부
13 : 뾰족부
21 : 중공부
22 : 내면
23 : 리브

Claims (10)

  1. 폴리락트산 60 내지 95 중량%, 폴리부틸렌숙시네이트인 생분해성 수지 1 내지 25 중량% 및 무기필러 1 내지 20 중량%를 포함하며,
    상기 무기필러는 탈크 및 수분흡습제로서 산화바륨을 포함하고, 상기 수분흡습제를 무기필러 전체 중량에 대해서 20 ~ 30중량%로 포함하는 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 표시봉은 내부에 중공부를 갖고, 중공부를 따라 형성된 적어도 하나 이상의 리브를 구비하는 것을 특징으로 하는 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탈크는 평균입경이 3 ~ 7㎛이고, 분산계수가 35 ~ 45%인 것을 특징으로 하는 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. (a) 폴리락트산 60 내지 95 중량%, 폴리부틸렌숙시네이트인 생분해성 수지 1 내지 25 중량% 및 무기필러 1 내지 20 중량%를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계;
    (b) 상기 혼합물을 펠릿화하는 펠릿 제조 단계;
    (c) 상기 펠릿을 압출하여 압출물을 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 압출물을 성형하는 단계를 포함하여 제조되며,
    상기 무기필러는 탈크 및 수분흡습제로서 산화바륨을 포함하고, 상기 수분흡습제를 무기필러 전체 중량에 대해서 20 ~ 30중량%로 포함하는 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 펠릿을 압출기에 투여하여 압출하되, 상기 압출기의 공급부 온도는 140 ~ 160℃, 압축부 온도는 150 ~ 170℃, 용융부 온도는 170 ~ 185℃, 다이부 온도는 160 ~ 175℃인 것을 특징으로 하는 생분해성 및 기계적 강도가 향상된 조림 표시봉 제조방법.
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