KR101984213B1 - 고분자 복합재료 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분자 복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 닭털 유래 섬유 및 단백질을 함유하는 고분자 복합재료를 제조하고, 이를 이용하여 경량화, 터치감, 흡음성 및 진동 저감 성능이 우수한 산업용 부품으로 응용할 수 있다.

Description

고분자 복합재료 및 이의 제조방법{Polymer composite and preparation method thereof}
본 발명은 고분자 복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질을 함유하는 고분자 복합재료를 제조하고, 이를 이용하여 경량화, 터치감, 흡음성 및 진동 저감 성능이 우수한 산업용 부품으로 응용하는 기술에 관한 것이다.
최근 자동차 산업 및 전자/산업 분야는 환경친화성, 흡음성, 경량화, 성형성 및 경제성을 동시에 만족하는 기능성 소재를 개발하는데 목표를 두고 있다.
이러한 추세에 따라 차량에서 발생하는 소음을 차단하거나 흡음하여 쾌적성을 높이기 위해, 통상 엔진룸을 구성하는 금속재 프레임 상에 열경화성 수지인 페놀 대신에 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephatalate, 이하 PET라 함) 섬유가 투입된 내장재(혹은 흡음재)가 사용되고 있다. PET 섬유로 이루어진 흡음재는, 통상 레귤러 섬유(regular fiber)와 저융점섬유(low melting fiber, LMF)를 혼합하여 사용하고 있는데, 레귤러 섬유 단독으로 사용하면, 제품 제작 공정에서 압축한 후 PET 섬유가 복원되어 방음재에 적용하기 어렵기 때문에 저융점섬유를 레귤러섬유와 혼합방사하여 복원을 방지한다. 그러나, 상기한 저융점 섬유는 가격 면에서 레귤러 섬유에 비하여 상당히 고가이므로 원가가 상승하는 단점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 기술로 한국 특허등록 공보 제10-0387653호에는 PET섬유 사이에 폴리우레탄폼 조각을 삽입한 기술이 공개되었고, 한국 공개특허 공보 제10-2004-103003호에는 PET 부산물에서 재가공한 원료인 폴리에스테르 단섬유와 저융점 화이바를 혼합한 기술이 공개되어 있다. 그러나, 상기한 종래의 기술들은 모두 PET 섬유를 주로 하여 구성되어 있기 때문에 고가라는 문제점으로 산업에 적용하는데 어려움이 있다.
한편, 닭털 단백질인 케라틴은 생체구조, 특히 고등 척추 동물의 상피 조직 내에 널리 분포하고 있는 구조 단백질의 일종이다. 케라틴은 피부 등에 존재하는 연질 케라틴과 손톱, 발톱, 모발, 뿔, 비늘이나 깃털 등을 구성하는 경질 케라틴으로, 크게 2가지 종류로 분류될 수 있다. 또한 모든 케라틴은 단백질 사슬간의 가교점(crosslinking point)으로서 작용하는 유황 함유 아미노산인 시스틴을 많이 함유하는 것이 특징인데, 시스틴은 케라틴 내에서 사슬간의 가교점으로 작용하여 케라틴 필름에 인장강도, 신장률을 높여 외부로부터의 충격을 완화하고 수분 및 기체의 이동을 차단하거나, 식품의 저장 수명을 증가시킬 수 있는 바람직한 기계적 물성을 부여한다.
환경친화적인 생분해성 재료로 활용이 가능한 닭털은 도계과정 중 발생하는데, 2011년도에 국내에서는 약 7억 6천만 마리가 도계되었으며(농림수산식품부, 2011), 매년 그 양이 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 도계 후 많은 양의 닭털이 생산됨에도 불구하고 대부분 폐기물로 처리되고 일부만이 비료로 사용되고 있는 실정이다. 아직까지 닭털 유래 섬유 및 단백질을 이용하여 산업 부품의 원료로서 사용한 기술은 전무한 실정이다.
따라서, 본 발명자는 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질을 함유하는 고분자 복합재료를 제조할 수 있으면, 이를 이용하여 경량화, 터치감, 흡음성 및 진동 저감 성능이 우수한 산업용 부품으로 응용할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
특허문헌 1. 한국 특허등록 공보 제10-0387653호 특허문헌 2. 한국 공개특허 공보 제10-2004-103003호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질을 함유하는 고분자 복합재료를 제조하고, 이를 이용하여 경량화, 터치감, 흡음성 및 진동 저감 성능이 우수한 산업용 부품으로 응용하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상; 및 고분자 재료;를 포함하는 고분자 복합재료를 제공한다.
상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상은 입도 1 내지 30 μm의 분쇄물 형태일 수 있다.
상기 고분자 재료는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐알코올, 고리형 올레핀, 에틸렌비닐알코올, 폴리아미드, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌이민, 폴리페닐렌에테르, 폴리페닐렌설파이드, 폴리염화비닐, 폴리비닐리덴디플루오리드 및 우레탄 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상, 및 고분자 재료의 중량비는 0.1 내지 20 : 99.9 내지 80일 수 있다.
또한, 본 발명은 (a) 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 준비하는 단계; (b) 상기 준비된 재료를 분쇄하여 분쇄물을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 분쇄물 및 고분자 재료를 고전단 분산방법으로 혼합하는 단계;를 포함하는 고분자 복합재료의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 고분자 복합재료를 포함하는 산업용 부품을 제공한다.
본 발명에 따르면, 닭털 유래 섬유 및 단백질을 함유하는 고분자 복합재료를 제조하고, 이를 이용하여 경량화, 터치감, 흡음성 및 진동 저감 성능이 우수한 산업용 부품으로 응용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1로부터 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질의 혼합물을 분쇄한 경우의 입도 분포이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4로부터 제조된 고분자 복합재료 및 비교예 1의 폴리프로필렌의 마찰계수를 나타낸 그래프이다.
최근 자동차 산업 및 전자/산업 분야는 환경친화성, 흡음성, 경량화, 성형성 및 경제성을 동시에 만족하는 기능성 소재를 개발하는데 목표를 두고 있다. 이에 본 발명자는 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질을 함유하는 고분자 복합재료를 제조하고, 이를 이용하여 경량화, 터치감, 흡음성 및 진동 저감 성능이 우수한 산업용 부품을 제공하고자 한다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상; 및 고분자 재료;를 포함하는 고분자 복합재료를 제공한다. 바람직하게는 상기 고분자 복합재료는 닭털 유래 섬유, 닭털 유래 단백질 및 고분자 재료를 포함할 수 있다.
상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상은 입도 1 내지 30 μm, 바람직하게는 5 내지 20 μm, 더욱 바람직하게는 8 내지 14 μm의 분쇄물 형태일 수 있다.
상기 입도 범위를 벗어날 경우에는 마찰계수가 현저히 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 고분자 재료는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐알코올, 고리형 올레핀, 에틸렌비닐알코올, 폴리아미드, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌이민, 폴리페닐렌에테르, 폴리페닐렌설파이드, 폴리염화비닐, 폴리비닐리덴디플루오리드 및 우레탄 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 폴리프로필렌을 사용할 수 있다.
상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상, 및 고분자 재료의 중량비는 0.1 내지 20 : 99.9 내지 80일 수 있다.
특히, 상기 고분자 복합재료가 닭털 유래 섬유 및 고분자 재료를 포함하고, 상기 닭털 유래 섬유 및 고분자 재료의 중량비가 1 내지 5 : 99 내지 95인 경우에는 다른 수치범위와 비교하여 현저히 낮은 마찰계수를 나타내어 터치감이 우수함을 확인하였다.
또한, 상기 고분자 복합재료가 닭털 유래 단백질 및 고분자 재료를 포함하고, 상기 닭털 유래 단백질 및 고분자 재료의 중량비가 8 내지 12 : 92 내지 88인 경우에는 다른 수치범위와 비교하여 현저히 우수한 흡음율을 나타냄을 확인하였다.
또한, 본 발명은 (a) 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 준비하는 단계; (b) 상기 준비된 재료를 분쇄하여 분쇄물을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 분쇄물 및 고분자 재료를 고전단 분산방법으로 혼합하는 단계;를 포함하는 고분자 복합재료의 제조방법을 제공한다.
구체적인 예로, (a) 단계의 상기 닭털 유래 단백질은 알칼리-산 추출방법 등을 통하여 추출된 것일 수 일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 (a) 단계 이후 상기 준비된 재료를 멸균 처리하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 (c) 단계의 분쇄물은 입도가 1 내지 30 μm, 바람직하게는 5 내지 20 μm, 더욱 바람직하게는 8 내지 14 μm일 수 있다.
상기 입도 범위를 벗어날 경우에는 마찰계수가 현저히 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 고분자 재료는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐알코올, 고리형 올레핀, 에틸렌비닐알코올, 폴리아미드, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌이민, 폴리페닐렌에테르, 폴리페닐렌설파이드, 폴리염화비닐, 폴리비닐리덴디플루오리드 및 우레탄 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 폴리프로필렌을 사용할 수 있다.
상기 분쇄물 및 고분자 재료의 중량비는 0.1 내지 20 : 99.9 내지 80일 수 있다.
특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 고분자 복합재료의 제조방법에 있어서, 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질의 혼합물에 대해 상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질의 분쇄물 입도 범위, 고분자 재료의 종류 및 상기 분쇄물과 상기 고분자 재료의 중량비 범위를 변화시켜 고분자 복합재료를 제조하고, 상기 제조된 고분자 복합재료를 포함하는 자동차용 흡읍재에 대하여 300 회 비틀림 강도를 측정하였으며, 주사전자현미경(SEM)을 통하여 외부 표면의 거칠기를 확인하였다.
그 결과, 다른 종류의 고분자 재료 및 다른 수치 범위에서와는 달리, 아래 조건이 모두 만족하였을 때 300 회 비틀림 강도 측정 후에도 전혀 파괴되지 않았고, 초기 외부 표면의 거칠기가 상당히 매끄러웠을 뿐만 아니라, 300 회 비틀림 강도 측정 후에도 외부 표면의 거칠기의 변화 및 결점이 전혀 관찰되지 않았다.
(i) (b) 단계는 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질의 혼합물을 분쇄, (ii) 상기 분쇄물의 입도는 1 내지 30 μm, (iii) 고분자 재료는 폴리프로필렌, (ⅳ) 상기 분쇄물 및 고분자 재료의 중량비는 0.1 내지 20 : 99.9 내지 80
다만 상기 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 300 회 비틀림 강도 측정에 따른 파괴가 일어났을 뿐만 아니라, 외부 표면에 상당함 결점 및 거칠기 변화가 관측되었다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 고분자 복합재료를 포함하는 산업용 부품을 제공할 수 있으며, 상기 산업용 부품은 자동차 산업용 부품일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 제조예 및 실시예를 첨부된 도면과 함께 구체적으로 설명한다.
실시예 1: 고분자 복합재료의 제조
닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질의 혼합물을 분쇄하여 입도가 10 μm인 분쇄물을 수득하였다. 상기 분쇄물 및 폴리프로필렌의 중량비가 2.5 : 97.5, 5.0 : 95, 7.5 : 92.5, 10 : 90, 15 : 75, 20 : 80, 및 25 : 75가 되도록 고전단 분산방법으로 혼합하여 고분자 복합재료를 제조하였으며, 상기 중량비에 따라 순서대로 실시예 1 내지 7로 하였다.
비교예 1: 폴리프로필렌의 준비
상기 고분자 복합재료가 혼합되지 않은 순수 폴리프로필렌을 준비하였다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1로부터 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질의 혼합물을 분쇄한 경우의 입도 분포이다.
도 1을 참조하면, 입도의 최소값은 2 μm, 최대값은 71 μm, 평균값은 12 μm임을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4로부터 제조된 고분자 복합재료 및 비교예 1의 폴리프로필렌의 마찰계수를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 분쇄물의 함량이 2.5 중량%일 경우 현저히 낮은 마찰계수를 나타내므로, 터치감이 매우 우수할 것으로 판단된다.
하기 표 1에는 상기 실시예 1 내지 7로부터 제조된 고분자 복합재료 및 비교예 1의 폴리프로필렌의 인장강도를 나타내었다.
하기 표 1을 통하여, 실시예 1 내지 6은 비교예 1의 순수 폴리프로필렌과 유사한 정도의 물성을 구현함을 확인할 수 있으며, 상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 분쇄물의 함량이 25 중량%인 실시예 7의 경우 인장강도가 현저히 낮아짐을 확인할 수 있다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
인장강도
(kgf/cm2)		 368 348 331 310 356 345 333 201
하기 표 2에는 상기 실시예 1 내지 7로부터 제조된 고분자 복합재료 및 비교예 1의 폴리프로필렌의 밀도를 나타내었다.
하기 표 2를 통하여, 순수 폴리프로필렌에 비하여 본 발명에 따른 고분자 복합재료의 밀도가 낮아 경량성이 우수함을 확인할 수 있다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
밀도
(g/ml)		 0.92 0.89 0.88 0.87 0.86 0.84 0.82 0.80
하기 표 3에는 상기 실시예 1 내지 7로부터 제조된 고분자 복합재료 및 비교예 1의 폴리프로필렌의 흡읍율을 나타내었다
하기 표 3을 참조하면, 상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 분쇄물의 함량이 10 중량%인 실시예 4의 경우 현저히 우수한 흡음율을 나타냄을 확인할 수 있다.
주파수
(Hz)		 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
1000 0.16 0.20 0.21 0.27 0.35 0.31 0.28 0.27
2000 0.35 0.40 0.42 0.46 0.51 0.48 0.46 0.42
3150 0.52 0.61 0.65 0.68 0.73 0.67 0.64 0.59
5000 0.75 0.90 0.92 0.94 0.97 0.95 0.89 0.85
그러므로 본 발명에 따르면, 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질을 함유하는 고분자 복합재료를 제공할 수 있으며, 이를 이용하여 경량화, 터치감, 흡음성 및 진동 저감 성능이 우수한 산업용 부품으로 응용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상; 및
    고분자 재료;를 포함하는 고분자 복합재로서,
    상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상은 평균 입도 10 내지 14 μm의 분쇄물 형태이고,
    상기 고분자 재료는 폴리프로필렌이며,
    상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상, 및 고분자 재료의 중량비는 0.2 내지 0.3 : 99.8 내지 99.7인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. (a) 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 준비하는 단계;
    (b) 상기 준비된 재료를 분쇄하여 분쇄물을 수득하는 단계; 및
    (c) 상기 분쇄물 및 고분자 재료를 고전단 분산방법으로 혼합하는 단계;를 포함하는 고분자 복합재료의 제조방법으로서,
    상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상은 평균 입도 10 내지 14 μm의 분쇄물 형태이고,
    상기 고분자 재료는 폴리프로필렌이며,
    상기 닭털 유래 섬유 및 닭털 유래 단백질 중에서 선택되는 1종 이상, 및 고분자 재료의 중량비는 0.2 내지 0.3 : 99.8 내지 99.7인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
  6. 제1항에 따른 고분자 복합재료를 포함하는 산업용 부품.
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