KR102177742B1 - 생분해성 일회용 용기 및 빨대와 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생분해성 물질을 결속시켜서 성형성을 부여하는 수지를 생분해성 물질 보다 작은 크기로 분말화하고, 수지 분말의 흐름성이 최소화되도록 가열하여 생분해성 물질이 수지에 의해 코팅되는 정도가 최소화되도록 제품을 성형함으로써, 생분해성 물질의 생분해성이 저하되는 것이 방지되어 생분해성이 개선되고, 내열성도 향상되어 뜨거운 음식을 담아도 변형되지 않을 뿐만 아니라 인체에 무해한 새로운 구성의 생분해성 일회용 용기 및 빨대와 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

생분해성 일회용 용기 및 빨대와 그 제조방법{Disposable vessel and straw having biodegradability and manufacturing method of the same the those}
본 발명은 생분해성 일회용 용기 및 빨대와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생분해성과 내열성이 개선된 새로운 생분해성 일회용 용기 및 빨대와 그 제조방법에 관한 것이다.
플라스틱으로 통칭되는 합성수지는 가볍고 가공이 용이하며 쉽게 변질되거나 부패하지 않는 특성 등으로 인하여 산업용 및 생활용품 등의 기초 소재로 광범위하게 사용되고 있다. 산업의 발달과 더불어 플라스틱의 사용량은 나날이 증가하고 있는데, '플라스틱 홍수시대'라는 말이 나올 정도로 플라스틱 제품이 급속하게 증가하고 있으며, 플라스틱 쓰레기 발생량도 어마어마하다. 특히, 일회용 식품용기나 빨대는 한번 사용하고 버리는 것이므로, 플라스틱 쓰레기 중에서 일회용 식품용기나 빨대가 차지하는 비율이 상당히 높다.
폐플라스틱의 처리는 주로 매립이나 소각 및 재활용을 위한 재생 등에 의해 이루어지고 있는데, 플라스틱을 재생하는 공정은 상당히 복잡하고 특히, 양질의 재생 플라스틱을 생산하는 데에는 한계가 있고 많은 비용이 발생되기 때문에, 폐플라스틱의 재생, 재활용률이 그다지 높지 않고, 대부분은 소각이나 매립형태로 처리된다.
그러나 플라스틱을 소각처리하는 경우에는 발암물질인 다이옥신 등이 발생하여 인체에 직접적인 해를 주고, 대기오염도 유발되며, 많은 에너지가 소비된다. 그리고 플라스틱은 단시간에 분해되지 않기 때문에 플라스틱을 매립하는 경우에는 장기적으로는 토양오염이 유발된다. 이러한 이유로 인해 최근에는 폐플라스틱을 해양에 무단 투기하는 경우까지 발생되어, 폐플라스틱으로 바다가 오염되고 해양생물에도 좋지 않은 영향을 끼치고 있다.
이러한 폐플라스틱으로 인해 전 세계적으로 심각한 환경오염이 유발되고 있기 때문에, 플라스틱 제품의 사용을 줄이기 위한 다양한 운동이 전 세계적으로 전개되고 있는 실정이다.
한편, 환경보존의 필요성 및 중요성에 대한 관심이 증대되면서 이러한 폐플라스틱 쓰레기로 인한 환경오염문제를 원천적으로 해결할 수 있는 생분해성 플라스틱에 관한 연구 및 개발이 활발해지고 있다. 가장 흔하게 사용되는 생분해성 소재는 PLA수지로서, 가격이 저렴한 장점을 가지지만, PLA수지는 내열성 및 강도, 신율, 내충격성이 들의 물성이 약한 단점을 가진다. PLA수지는 특히, 내열성이 약하여 사용가능한 용도가 상당히 제한적이다.
대한민국 공개특허 제10-2004-0040648호(2004. 05. 13.) 대한민국 공개특허 제10-2013-0042749호(2013. 04. 29)
본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 제안된 것으로서, 생분해성 물질을 결속시켜서 성형성을 부여하는 수지를 생분해성 물질 보다 작은 크기로 분말화하고, 수지 분말의 흐름성이 최소화되도록 가열하여 생분해성 물질이 수지에 의해 코팅되는 정도가 최소화되도록 제품을 성형함으로써, 생분해성 물질의 생분해성이 저하되는 것이 방지되어 생분해성이 개선되고, 내열성도 향상되어 뜨거운 음식을 담아도 변형되지 않을 뿐만 아니라 인체에 무해한 새로운 구성의 생분해성 일회용 용기 및 빨대와 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, (1) 왕겨 또는 숯을 분쇄하여 왕겨분말 또는 숯분말을 만드는 과정; (2) 폴리에틸렌수지 펠릿을 상기 왕겨분말 또는 숯분말 보다 작은 입도를 가지도록 분쇄하여 폴리에틸렌수지 분말을 만드는 과정; (3) 상기 (1)과정에서 만든 왕겨분말 또는 숯분말 50~80부피부와 상기 (2)과정에서 만든 폴리에틸렌수지 분말 20~50부피부를 혼합하는 과정; (4) 상기 (3)과정에서 혼합한 혼합물을 120~140℃로 가열하여 사출성형하는 과정; 및 (5) 상기 (4)과정에서 성형된 성형품을 경화시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 일회용 용기 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, (ⅰ) 왕겨 또는 숯을 분쇄하여 왕겨분말 또는 숯분말을 만드는 과정; (ⅱ) 폴리에틸렌수지 펠릿을 상기 왕겨분말 또는 숯분말 보다 작은 입도를 가지도록 분쇄하여 폴리에틸렌수지 분말을 만드는 과정; (ⅲ) 상기 (ⅰ)과정에서 만든 왕겨분말 또는 숯분말 50~80부피부와 상기 (ⅱ)과정에서 만든 폴리에틸렌수지 분말 20~50부피부를 혼합하는 과정; (ⅳ) 상기 (ⅲ)과정에서 혼합한 혼합물을 120~140℃로 가열하여 압출성형하는 과정; (ⅴ) 상기 (ⅳ)과정에서 성형된 성형품을 경화시키는 과정; 및 (ⅵ) 상기 (ⅴ)과정에서 경화된 성형품을 일정 길이로 절단하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 빨대 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 왕겨분말 또는 숯분말은 60~300㎛ 입도를 가지며, 상기 폴리에틸렌수지 분말은 20~25㎛ 입도를 가진다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 생분해성 물질을 결속시켜서 제품의 형태유지성을 부여하는 바인더로 폴리에틸렌수지를 사용하되, 폴리에틸렌수지를 분말화하여 사용하기 때문에 폴리에틸렌수지 분말을 흐름성을 가지도록 용융시키지 않아도 제품성이 가능하다.
따라서 폴리에틸렌수지의 흐름성이 최소화되도록 가열하여 제품을 성형함으로써, 생분해성 물질이 폴리에틸렌수지에 의해 코팅되는 정도가 최소화됨으로써, 생분해성 물질이 제품 외부로 노출되기도 하고 제품의 조직 내부에는 생분해성 물질 주변에 공극이 형성되며, 이에 따라 제품 폐기 후에 생분해성 물질이 미생물에 한층 더 효과적으로 노출되어 제품의 생분해성이 개선된다.
둘째, 생분해성 물질을 결속시켜서 성형성을 부여하는 바인더로 폴리에틸렌수지 분말을 사용하기 때문에, 제조되는 용기 또는 빨대의 내열성이 개선된다. 따라서 고온의 음식에 사용하여도 변형되지 않는 용기가 변형되지 않으므로, 음식의 온도에 상관없이 사용할 수 있다.
셋째. 제품성형시 폴리에틸렌수지 펠릿을 사용하는 경우에 비해 저온으로 가열하여 제품을 성형함으로써, 제조코스트가 저하되어 경제적인 장점을 가진다.
이하에서, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.
본 발명은 생분해성 물질로 왕겨분말 또는 숯분말을 사용하고, 이들 생분해성 물질을 결속시키는 바인더로 폴리에틸렌수지를 사용하여 생분해성을 가지는 일회용 용기 및 빨대를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 다음과 같은 공정으로 이루어진다.
1) 왕겨 또는 숯을 분쇄하여 왕겨분말 또는 숯분말을 만든다.
생분해성 물질로 왕겨 또는 숯을 준비하고, 왕겨 또는 숯을 분쇄하여 왕겨분말 또는 숯분말을 만든다.
왕겨는 생분해가능한 식물성 천연소재로서, 연간 수백만 톤이 생산되고 있으나, 대부분이 그냥 버려지고 있다. 따라서 왕겨를 사용하면 자원재활용측면에서도 바람직하다. 숯은 그 자체가 생분해성을 가지지는 않지만 내부에 미세한 기공이 존재하기 때문에, 제품을 폐기한 후에 숯의 기공이 용기 및 빨대 내부조직으로 미생물이 좀 더 용이하게 유입되도록 함으로써, 제품에 생분해성을 부여한다.
왕겨 또는 숯을 분쇄기로 분쇄하여 왕겨분말, 숯분말을 만드는데, 바람직하게는 왕겨분말 또는 숯분말이 60~300㎛ 정도의 입도를 가지도록 분쇄한다. 이들 분말의 입도가 300㎛ 보다 크면 제품의 표면이 거칠어져서 제품의 품질이 저하되며, 제품의 강도 및 신율도 저하되는 문제점이 발생된다. 그리고 이들 분말의 입도가 60㎛ 미만이면 왕겨분말 및 숯분말의 제조시 분쇄공정에 과도하게 시간이 오래 걸려서 제품의 생산성이 저하되며, 또한, 후술하는 폴리에틸렌수지 분말의 입도도 상대적으로 더 작아져야 하므로 이에 따른 생산성의 저하 및 생분해성의 저하도 초래될 수 있으므로 바람직하지 않다.
2) 폴리에틸렌수지 분말을 만든다.
폴리에틸렌수지 펠릿을 생분해성 물질, 즉, 왕겨분말 또는 숯분말 보다 작은 입도를 가지도록 분쇄하여 폴리에틸렌수지 분말을 만든다. 폴리에틸렌수지로 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)과, 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE)을 단독 또는 혼합하여 사용한다.
통상적으로는 폴리에틸렌수지 펠릿을 사용하여 제품을 성형하나, 본 발명에서는 폴리에틸렌수지 펠릿을 사용하지 않고 폴리에틸렌 펠릿을 분말화하여 사용하는데, 폴리에틸렌수지 분말을 사용하면 후술하는 바와 같이, 폴리에틸렌수지 분말을 흐름성을 가지도록 용융시키지 않아도 제품성형이 가능하여 제품의 생분해성이 개선되고 에너지도 절감되는 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게는 왕겨분말과 또는 숯분말이 60~300㎛ 정도의 입도를 가지는 경우에는 폴리에틸렌수지 펠릿을 20~25㎛ 정도의 입도를 가지도록 분쇄하여 폴리에틸렌수지 분말을 만든다.
뿐만 아니라 폴리에틸렌수지를 사용하기 때문에 PLA를 사용하는 제품에 비해 내열성 및 내구성이 우수하다.
3) 왕겨분말 또는 숯분말과 폴리에틸렌수지 분말을 혼합한다.
왕겨분말 또는 숯분말 50~80부피부와 폴리에틸렌수지 분말을 20~50부피부를 고르게 혼합하여 원료혼합물을 만든다. 필요에 따라서는 왕겨분말과 숯분말을 함께 사용하는 것도 가능하다.
폴리에틸렌수지 분말이 20부피부 미만으로 사용되면 제품의 생분해성은 향상되나, 원료혼합물의 결속력이 낮아져서 제품의 성형성과 형태유지성이 저하되어 제품품질이 과도하게 저하된다. 반면, 폴리에틸렌수지 분말이 50부피부를 초과하여 사용되면 상대적으로 왕겨분말 또는 숯분말의 사용량에 비해 폴리에틸렌수지 분말의 사용량이 과도하여 제품의 생분해성이 현저하게 저하되므로 바람직하지 않다.
4) 원료혼합물로 제품을 성형한다.
원료혼합물을 사출 또는 압출하여 일회용 용기 또는 빨대를 만든다.
일회용 용기를 제조하는 경우에는 사출성형기를 이용하여 용기를 사출성형하며, 빨대를 제조하는 경우에는 압출성형기를 이용하여 빨대를 압출성형하는데, 폴리에틸렌수지의 흐름성을 최소화시키기 위해 사출성형기 및 압출성형기의 실린더의 온도를 폴리에틸렌수지 펠릿을 사용하는 경우의 통상적인 가열온도인 170~210℃보다 낮은 온도로 조절하여 제품을 성형한다.
폴리에틸렌수지 펠릿을 사용하는 경우에는 폴리에틸렌수지 펠릿을 상대적으로 높은 온도(대략 170~210℃)로 가열하여 폴리에틸렌수지를 흐름성을 가지도록 용융시켜야만 제품성형이 가능한데 이 경우에는 폴리에틸렌수지에 의해 생분해성 물질의 표면이 완전히 코팅되기 때문에 생분해성 물질의 생분해성이 저하되는 결과가 초래되고, 성형과정에서 생분해성 물질이 일부 탄화되기도 한다.
이에 반해, 본 발명에서는 생분해성 물질보다 작은 입도를 가지는 폴리에틸렌수지 분말을 사용하기 때문에, 폴리에틸렌수지 펠릿을 사용하는 경우와 달리 폴리에틸렌수지 분말이 생분해성 물질, 즉, 왕겨분말 또는 숯분말과 고르게 분산되어 있어서 폴리에틸렌수지 분말이 흐름성을 가지지 않더라도 제품성형이 가능하며, 또한, 성형된 제품이 균질한 물성을 가진다.
따라서 본 발명에서는 폴리에틸렌수지의 흐름성을 최소화시켜서 제조되는 용기 또는 빨대의 생분해성을 개선시키기 위해 폴리에틸렌수지 분말이 연화되어 생분해성 물질을 결속시킬 수 있는 정도의 점도만 가지도록 사출성형기 및 압출성형기의 실린더의 온도를 조절하여 제품을 성형한다.
이에 따라 생분해성 물질이 폴리에틸렌수지에 의해 코팅되는 정도가 최소화되어 생분해성 물질이 제품 외부로 노출되기도 하고, 제품의 조직 내부에는 생분해성 물질 주변에 공극이 형성됨으로써, 제품 폐기 후에 생분해성 물질의 미생물에 한층 더 잘 노출되기 때문에 제품의 생분해성이 향상된다.
한편, 바람직하게는 본 과정에서는 원료혼합물을 120~140℃ 정도로 가열한다. 원료혼합물을 140℃ 보다 높은 온도로 가열하면 폴리에틸렌수지의 흐름성이 불필요하게 증가되어 폴리에틸렌수지에 의해 왕겨분말 또는 숯분말의 표면이 거의 대부분 코팅되어 제품의 생분해성이 저하되고, 120℃보다 낮은 온도로 가열하면 폴리에틸렌수지의 표면이 제품성형이 가능한 정도의 점도를 가지도록 연화되지 못하므로 제품성형이 곤란해지고, 제품의 형태유지성이 약하여 제품의 품질이 저하된다. 본 과정에서는 제품의 가공성, 제품 안정성 등과 같은 제품성능을 향상시키기 위해 통상적으로 사용되는 활제, 가소제 등의 첨가제를 통상적인 사용범위에서 추가로 첨가할 수도 있다.
5) 성형품을 경화시킨다.
성형품을 경화시켜서 제품을 완성하는데, 빨대를 제조하는 경우에는 경화된 압출물을 일정한 길이로 절단하여 빨대를 완성한다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 생분해성 물질인 왕겨분말 또는 숯분말을 결속시키는 바인더로 폴리에틸렌수지를 사용하되, 폴리에틸렌수지를 생분해성 물질보다 작은 입도를 가지도록 분말화하여, 폴리에틸렌수지의 흐름성이 최소화되도록 가열하여 제품을 성형시킨다.
따라서 이러한 본 발명에 의해 제조되는 일회용 용기 또는 빨대는 생분해성 물질과 폴리에틸렌수지 분말이 고르게 분산되어 균질한 물성을 가지면서도, 폴리에틸렌수지에 흐름성을 부여하여 성형된 제품에 비해 생분해성 물질이 폴리에틸렌수지에 의해 코팅되는 정도가 최소화되기 때문에, 제품 폐기 후에 생분해성 물질이 미생물에 한층 더 효과적으로 노출되어 제품의 생분해성이 향상된다.
또한, 본 발명에 의한 제품은 폴리에틸렌수지를 사용하기 때문에 내열성이 향상되어 고온 및 저온에서도 사용이 가능한 장점도 가진다.
<실시예 1>
입도가 60㎛인 왕겨분말 70부피부, 입도가 20㎛인 HDPE분말 20부피부, 입도가 20㎛인 LDPE분말 10부피부를 혼합하여 원료혼합물을 만들고, 원료혼합물을 압출성형기의 실린더 온도를 120℃로 하여 생분해성 실험을 위한 시편으로 외경 3mm, 두께 0.5mm, 길이 50mm인 빨대를 만들었다.
<비교예 1>
입도가 60㎛인 왕겨분말 70부피부, HDPE 펠릿 20부피부, LDPE펠릿 10부피부를 혼합하고, 압출성형기의 실린더 온도를 170℃로 하여 생분해성 실험을 위한 시편으로 실험예1과 동일한 크기의 빨대를 만들었다.
<생분해성 실험>
실시예 1, 비교예 1의 시편들의 생분해성을 KS M ISO 14855-1(퇴비화 조건에서 플라스틱의 호기성 생분해도 및 붕괴도의 측정-방출된 이산화탄소의 분석에 의한 방법)방법으로 테스트하였다. 그 결과는 표 1과 같다
생분해도(15일)
실험예 1 40.2%
비교예 1 18.5%
표 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 실시예 1의 시편이 비교예 1에 비해 2.17배 정도 높은 생분해도를 보였다.

Claims (6)

  1. (1) 숯을 분쇄하여 숯분말을 만드는 과정;
    (2) 고밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌을 단독 또는 혼합하여 형성된 폴리에틸렌수지 펠릿을 상기 숯분말 보다 작은 입도를 가지도록 분쇄하여 폴리에틸렌수지 분말을 만드는 과정;
    (3) 상기 (1)과정에서 만든 숯분말 50~80부피부와 상기 (2)과정에서 만든 폴리에틸렌수지 분말 20~50부피부를 혼합하는 과정;
    (4) 상기 (3)과정에서 혼합한 혼합물을 120~140℃로 가열하여 사출성형하는 과정; 및
    (5) 상기 (4)과정에서 성형된 성형품을 경화시키는 과정;을 포함하며,
    상기 (1)과정에서는 숯분말이 60~300㎛ 입도를 가지도록 분쇄하며,
    상기 (2)과정에서는 폴리에틸렌수지 분말이 20~25㎛ 입도를 가지도록 분쇄하는 것을 특징으로 하는 생분해성 일회용 용기 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 기재된 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 생분해성 일회용 용기.
  4. (ⅰ) 숯을 분쇄하여 숯분말을 만드는 과정;
    (ⅱ) 고밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌을 단독 또는 혼합하여 형성된 폴리에틸렌수지 펠릿을 상기 숯분말 보다 작은 입도를 가지도록 분쇄하여 폴리에틸렌수지 분말을 만드는 과정;
    (ⅲ) 상기 (ⅰ)과정에서 만든 숯분말 50~80부피부와 상기 (ⅱ)과정에서 만든 폴리에틸렌수지 분말 20~50부피부를 혼합하는 과정;
    (ⅳ) 상기 (ⅲ)과정에서 혼합한 혼합물을 120~140℃로 가열하여 압출성형하는 과정;
    (ⅴ) 상기 (ⅳ)과정에서 성형된 성형품을 경화시키는 과정; 및
    (ⅵ) 상기 (ⅴ)과정에서 경화된 성형품을 일정 길이로 절단하는 과정;을 포함하며,
    상기 (ⅰ)과정에서는 숯분말이 60~300㎛ 입도를 가지도록 분쇄하며,
    상기 (ⅱ)과정에서는 폴리에틸렌수지 분말이 20~25㎛ 입도를 가지도록 분쇄하는 것을 특징으로 하는 생분해성 빨대 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 기재된 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 생분해성 빨대.
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