KR102198513B1 - Preperation method of resin pellet for mulching film of controlling biodegradation rate and biodegradable mulching film using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생분해 속도제어가 가능한 멀칭 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 생분해성 멀칭 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리올레핀계 수지와의 분산성을 향상시킨 표면개질 바이오매스 및 생분해 속도제어를 위한 산화생분해제를 포함시킴으로써 생분해 속도제어가 가능한 멀칭 필름용 수지 조성물 및 이를 이용한 생분해성 멀칭 필름에 관한 것이다.The present invention relates to a resin composition for a mulching film capable of controlling the biodegradation rate, and a biodegradable mulching film using the same, and more particularly, to a surface-modified biomass with improved dispersibility with a polyolefin-based resin and oxidative biodegradation for controlling the rate of biodegradation It relates to a resin composition for a mulching film capable of controlling the rate of biodegradation by including an agent, and a biodegradable mulching film using the same.
Description
본 발명은 생분해 속도제어가 가능한 멀칭 필름용 수지 펠렛 제조방법 및 이를 이용한 생분해성 멀칭 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리올레핀계 수지와의 분산성을 향상시킨 표면개질 바이오매스 및 생분해 속도제어를 위한 산화촉진제를 포함시킴으로써 생분해 시간제어가 가능한 멀칭 필름용 수지 펠렛 제조방법 및 이를 이용한 생분해성 멀칭 필름에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a resin pellet for a mulching film capable of controlling a biodegradation rate, and a biodegradable mulching film using the same, and more particularly, to a surface-modified biomass with improved dispersibility with a polyolefin-based resin and a biodegradation rate control It relates to a method for producing a resin pellet for a mulching film capable of controlling a biodegradation time by including an oxidation accelerator, and a biodegradable mulching film using the same.
멀칭 필름은 석유계합성수지로 일반 블로우 필름을 이용한 것과, 일반합성수지 필름에 산화촉진제를 첨가해 생산한 산화생분해성 필름, 가수분해 수지를 베이스기재로 사용한 생분해성 필름 제품 등으로 구분될 수 있다. 일반합성수지 필름의 경우 비용이 적게 들지만 경작후 수거와 처리 등에 사회적인 비용과 환경부담이 발생한다는 문제점이 있다. 반면, 생분해성 필름은 일반필름에 비해 환경친화적인 처리가 가능하지만, 가격이 비싸다는 단점과 토양의 유기물등의 외부 조건에 따라 조기생분해되어 식물의 생육주기에 맞추어 분해기간을 조절 할 수 없었다.Mulching films can be classified into petroleum-based synthetic resins, which use a general blow film, an oxidation biodegradable film produced by adding an oxidation accelerator to a general synthetic resin film, and a biodegradable film product using a hydrolyzed resin as a base material. In the case of general synthetic resin film, the cost is low, but there is a problem in that social costs and environmental burdens occur in collection and treatment after cultivation. On the other hand, biodegradable film can be treated more environmentally than normal film, but it is not possible to control the decomposition period according to the growth cycle of plants because it is prematurely biodegraded according to external conditions such as the disadvantage of expensive price and organic matter in the soil.
현재 생분해성 멀칭필름의 재료로는 PBAT(poly butylene adipate-co-terephthalate)와 같은 지방족 폴리에스터(Polyester)계열이 많이 사용되고 있으며, 최근에는 기존에 사용되고 있는 범용 고분자를 생분해성 폴리에스터를 이용하여 필름의 기계적 강도, 가수분해 특성 등 생분해성 폴리에스터의 물성의 한계를 개선하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 상기 PBAT는 우수한 기계적 물성, 성형성을 갖고 있지만 다른 생분해성 고분자 수지와 마찬가지로 원료가 고가이므로 그 용도 확대에 제한이 있다. 따라서 최근에는 범용 고분자인 폴리에틸렌에 대두피와 같은 바이오매스를 컴파운딩한 수지를 이용한 제품에 산화촉진제를 사용하여 고분자의 분해속도를 조절하고 있으나 생분해 특성이 부족하여 분해성 멀칭필름의 기능을 효과적으로 발휘하지 못하고 있다. 따라서 기계적 물성이 우수하면서 경제성 있는 생분해성 멀칭필름을 개발하기 위해서는 기존의 생분해성 수지, 폴리에틸렌, 바이오매스와 산화촉진제의 컴파운딩 특성을 이용하여 생분해 시간 조절이 용이한 멀칭 필름 개발이 시급한 실정이다.Currently, as materials for biodegradable mulching films, aliphatic polyesters such as PBAT (poly butylene adipate-co-terephthalate) are widely used, and recently, a general-purpose polymer used in the past is used as a film using biodegradable polyester. Research to improve the physical properties of biodegradable polyester, such as mechanical strength and hydrolysis properties, is being conducted. The PBAT has excellent mechanical properties and moldability, but, like other biodegradable polymer resins, the raw material is expensive, so there is a limit to the expansion of its use. Therefore, in recent years, the decomposition rate of the polymer is controlled by using an oxidation accelerator in the product using a resin compounded with biomass such as soybean hull in polyethylene, which is a general-purpose polymer, but it lacks biodegradability and does not effectively exhibit the function of degradable mulching film. I can't. Therefore, in order to develop a biodegradable mulching film that has excellent mechanical properties and is economical, it is urgent to develop a mulching film that can easily control the biodegradation time by using the compounding properties of existing biodegradable resins, polyethylene, biomass and oxidation accelerators.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리올레핀계 수지와의 분산성을 향상시킨 표면개질 바이오매스, 폴리올레핀계 수지의 상용성을 위한 상용화제 및 생분해 속도제어를 위한 산화촉진제를 포함함으로써, 생분해 시간제어가 가능한 멀칭 필름용 수지 펠렛 제조방법 및 이를 이용한 생분해 시간제어 멀칭 필름을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention includes a surface-modified biomass having improved dispersibility with a polyolefin-based resin, a compatibilizer for compatibility with a polyolefin-based resin, and an oxidation accelerator for controlling the rate of biodegradation. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a resin pellet for a mulching film capable of time control and a biodegradation time control mulching film using the same.
이를 위하여, 본 발명은 멀칭 필름용 수지 조성물에 있어서, To this end, the present invention in the resin composition for a mulching film,
생분해성 고분자 수지 100 중량부, 폴리올레핀계 수지 10 내지 35 중량부, 표면개질 바이오매스 15 내지 25 중량부, 상기 생분해성 고분자 수지와 상기 폴리올레핀계 수지의 상용성을 위한 상용화제 3 내지 7 중량부 및 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대하여 생분해 속도제어를 위한 산화촉진제 0.025 내지 0.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.100 parts by weight of a biodegradable polymer resin, 10 to 35 parts by weight of a polyolefin resin, 15 to 25 parts by weight of a surface-modified biomass, 3 to 7 parts by weight of a compatibilizer for compatibility between the biodegradable polymer resin and the polyolefin resin, and It characterized in that it contains 0.025 to 0.5 parts by weight of an oxidation accelerator for controlling the rate of biodegradation based on 100 parts by weight of the polyolefin-based resin.
상기 생분해성 고분자 수지는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이드 (PBAT), 열가소성 전분(thermo plastic starch), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌아디페이트(PBA), 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트 (PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트-테레프탈레이트(PBST) 리히드록시부틸레이트-발레레이트(PHBV), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The biodegradable polymer resin is polybutylene adipate terephthalide (PBAT), thermoplastic starch (thermo plastic starch), polybutylene succinate (PBS), polybutylene adipate (PBA), polybutylene succinate-adi It may be one or more selected from the group consisting of pate (PBSA), polybutylene succinate-terephthalate (PBST) rehydroxybutyrate-valerate (PHBV), polycaprolactone (PCL), and polylactic acid (PLA). .
상기 폴리올레핀계 수지는 LDPE, HDPE, MDPE, LLDPE, VLDPE, PP, PVC, EVA, 비닐 아세테이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The polyolefin resin may be at least one selected from the group consisting of LDPE, HDPE, MDPE, LLDPE, VLDPE, PP, PVC, EVA, vinyl acetate, and copolymers thereof.
상기 표면개질 바이오매스는 실란 커플링제를 이용하여 셀룰로오즈(cellulose) 단위의 수산기(-OH기) 중 적어도 하나 이상을 실란으로 소수화 처리한 것일 수 있다.The surface-modified biomass may be obtained by hydrophobizing at least one of hydroxyl groups (-OH groups) of a cellulose unit with silane using a silane coupling agent.
상기 표면개질 바이오매스는 볏짚, 보리짚, 밀짚, 왕겨, 옥수수대와 잎, 대두줄기, 콩깍지, 양파줄기, 고구마줄기, 솔잎 또는 커피 찌꺼기를 포함하는 초본계 바이오매스일 수 있다.The surface-modified biomass may be herbaceous biomass including rice straw, barley straw, wheat straw, rice husk, corn stalks and leaves, soybean stalks, bean pods, onion stalks, sweet potato stalks, pine needles, or coffee grounds.
상기 상용화제는 무기질 필러, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜(EVA), 폴리비닐알코올(PVA), 에틸렌비닐아세테이트, SEBS, 무수말레인산 및 MAP수지로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The compatibilizer may be at least one selected from the group consisting of inorganic fillers, glycidyl methacrylate, ethylene vinyl alcohol (EVA), polyvinyl alcohol (PVA), ethylene vinyl acetate, SEBS, maleic anhydride and MAP resin.
상기 무기질 필러는 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 나노크기의 분체일 수 있다.The inorganic filler may be at least one nano-sized powder selected from the group consisting of calcium carbonate, glass fiber, talc, mica, silica stone, clay powder, wollastonite, talc, kaolin powder, silica, mica, kaolin, and titanium dioxide. .
상기 산화촉진제는 2가 전이금속 양이온을 함유하는 화합물일 수 있으며, 상기 전이금속 양이온은 대표적으로 Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+ 일 수 있다.The oxidation accelerator may be a compound containing a divalent transition metal cation, and the transition metal cation may be typically Fe 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , and Cu 2+ .
또한, 본 발명은 상기 멀칭 필름용 수지 조성물을 압출 성형하여 제조한 생분해 시간제어 멀칭 필름을 특징으로 한다.In addition, the present invention features a biodegradable time-controlled mulching film prepared by extrusion molding the resin composition for the mulching film.
본 발명에 따르면, 생분해성 고분자 수지 외에 표면개질한 바이오매스를 더 포함함으로써, 멀칭 필름의 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 산화촉진제를 이용하여 작물 생장기간 등을 고려하여 멀칭 필름의 생분해 시간을 적절하게 제어함으로 기존 멀칭 필름에 비하여 적용범위를 확대할 수 있으며, 기계적 물성까지 확보할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by further including surface-modified biomass in addition to the biodegradable polymer resin, the price competitiveness of the mulching film can be secured, and the biodegradation time of the mulching film is appropriately adjusted in consideration of the crop growth period using an oxidation promoter. By controlling it properly, the application range can be expanded compared to the existing mulching film, and there is an effect of securing mechanical properties.
도 1은 본 발명에 따른 멀칭 필름용 수지 조성물의 생분해 과정을 나타내는 설명도.1 is an explanatory diagram showing a biodegradation process of a resin composition for a mulching film according to the present invention.
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.Hereinafter, the constituent elements and technical features of the present invention will be described in more detail through the following embodiments. However, the following examples are merely illustrative of the content of the present invention, and the scope of the invention is not limited by the examples.
먼저, 본 발명에 따른 멀칭 필름이 생분해 시간을 적절하게 제어할 수 있는 원리를 설명하면, 바이오매스 분말을 미생물이 소화 흡수하는 과정에서 에너지가 발생하고 그 에너지 및 지열이나 외부의 자외선 등에 의해 얻은 에너지로 인해 산화촉진제로 사용되는 전이금속 2가 양이온이 활성화되어 석유계고분자인 폴리올레핀계 고분자의 사슬에 점유되어 있는 전자가 빠져나가면서 상기 사슬이 끊어지면서 분자량이 저분자화 되며, 생분해성 고분자 역시 수분에 의해 가수분해되어 저분자화되면서 궁극적으로 멀칭 필름의 분자량이 2,000이하로 떨어지게 된다. 이러한 저분자화에 따라 미생물이 소화 흡수할 수 있는 단량체로 생분해되게 된다. 따라서, 멀칭 필름의 물성을 작물 생장기간 등을 고려하여 일정 기간동안 생분해 되지 않도록 제어하기 위하여 합성수지의 산화촉진에 관여하는 산화촉진제의 함량을 조절하여 멀칭필름의 분해속도를 조절할 수 있게 된다.First, explaining the principle that the mulching film according to the present invention can properly control the biodegradation time, energy is generated in the process of digesting and absorbing biomass powder by microorganisms, and the energy obtained by geothermal heat or external ultraviolet rays. As a result, the divalent cation of the transition metal used as an oxidation accelerator is activated and electrons occupied in the chain of the polyolefin-based polymer, which is a petroleum polymer, are removed, and the chain is broken, resulting in a low molecular weight. As a result, the molecular weight of the mulching film falls to 2,000 or less as it is hydrolyzed and reduced to a low molecular weight. This low molecular weight is biodegradable into monomers that can be digested and absorbed by microorganisms. Therefore, in order to control the physical properties of the mulching film so that it is not biodegraded for a certain period in consideration of the crop growth period, etc., it is possible to control the decomposition rate of the mulching film by adjusting the content of the oxidation accelerator involved in the oxidation promotion of the synthetic resin.
본 발명은 멀칭 필름용 수지 조성물에 관한 것으로서, 생분해성 고분자 수지 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 수지 10 내지 35 중량부, 표면개질 바이오매스 15 내지 25 중량부, 상기 생분해성 고분자 수지와 상기 폴리올레핀계 수지의 상용성을 위한 상용화제 3 내지 7 중량부 및 상기 폴리올레핀계 100중량부에 대하여 생분해 속도제어를 위한 산화촉진제 0.025 내지 0.5 중량부를 포함한다The present invention relates to a resin composition for a mulching film, based on 100 parts by weight of a biodegradable polymer resin, 10 to 35 parts by weight of a polyolefin-based resin, 15 to 25 parts by weight of a surface-modified biomass, the biodegradable polymer resin and the polyolefin-based 3 to 7 parts by weight of a compatibilizer for compatibility of the resin and 0.025 to 0.5 parts by weight of an oxidation accelerator for biodegradation rate control based on 100 parts by weight of the polyolefin-based
상기 생분해성 고분자 수지는 멀칭 필름에 소정 수준의 인장 강도, 신장율을 확보하면서 동시에 생분해성을 부여하는 성분으로, 지방족 폴리에스테르계 생분해성 수지, 또는 지방족/방향족 코폴리에스테르계 생분해성 수지 등과 같이 통상적으로 사용되는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않는다. 대표적인 생분해성 고분자 수지는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이드 (PBAT), 열가소성 전분(thermo plastic starch), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌아디페이트(PBA), 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트 (PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트-테레프탈레이트(PBST) 리히드록시부틸레이트-발레레이트(PHBV), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 멀칭 필름의 물성 등을 고려할 때 PBAT를 포함하는 것이 바람직하며, 물리적 안정성을 높이기 위하여 열가소성 전분(thermo plastic starch) 또는 폴리락트산(PLA) 등을 더 포함할 수 있다.The biodegradable polymer resin is a component that provides biodegradability while securing a predetermined level of tensile strength and elongation to the mulching film, and is commonly used as an aliphatic polyester biodegradable resin, or an aliphatic/aromatic copolyester biodegradable resin. As long as it is used, the type is not greatly limited. Representative biodegradable polymer resins are polybutylene adipate terephthalide (PBAT), thermoplastic starch, polybutylene succinate (PBS), polybutylene adipate (PBA), and polybutylene succinate-adi Pate (PBSA), polybutylene succinate-terephthalate (PBST) rehydroxybutyrate-valerate (PHBV), polycaprolactone (PCL), and may be one or more selected from the group consisting of polylactic acid (PLA), and , In consideration of the physical properties of the mulching film, it is preferable to include PBAT, and may further include thermoplastic starch or polylactic acid (PLA) to increase physical stability.
상기 폴리올레핀계 수지는 LDPE, HDPE, MDPE, LLDPE, VLDPE, PP, PVC, EVA, 비닐 아세테이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 LDPE 일 수 있다. The polyolefin-based resin may be one or more selected from the group consisting of LDPE, HDPE, MDPE, LLDPE, VLDPE, PP, PVC, EVA, vinyl acetate, and copolymers thereof, and more preferably LDPE.
생분해성 고분자 수지 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 수지를 10 내지 35 중량부 포함하는 것이 바람직한데, 상기 하한 범위인 10중량부 미만으로 포함할 경우 생분해성 고분자의 약한 물성을 보완하는 효과가 떨어질 수 있고 분해촉진제의 활동에 가시적 효과를 얻을 수 없어 분해 시간제어가 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 반대로, 상기 상한 범위인 35 중량부를 초과하여 포함할 경우 합성수지의 비율이 높아져서 생분해가 원활히 이루어지지 않아 최종 분해물 중 미세플라스틱의 오염원을 남길 수 있다.With respect to 100 parts by weight of the biodegradable polymer resin, it is preferable to include 10 to 35 parts by weight of the polyolefin resin.If it is included in less than 10 parts by weight of the lower limit, the effect of supplementing the weak physical properties of the biodegradable polymer may be reduced. In addition, it may not be possible to properly control the disintegration time because no visible effect can be obtained on the activity of the disintegration accelerator. On the contrary, when the content exceeds the upper limit of 35 parts by weight, the proportion of synthetic resin is increased, so that biodegradation is not smoothly performed, and thus a contaminant of microplastics may be left in the final decomposition product.
상기 표면개질 바이오매스는 실란 커플링제를 이용하여 셀룰로오즈(cellulose) 단위의 수산기(-OH기) 중 적어도 하나 이상을 실란으로 소수화 처리한 것일 수 있다. 바이오매스의 주성분인 셀룰로오즈(cellulose)는 표면에 존재하는 극성의 -OH기가 친수성이기 때문에 소수성인 상기 폴리올레핀계 수지와의 상용성이 낮아 분산성이 떨어지기 때문에 상용성을 부여하기 위하여, 실란 커플링제(Silane coupling agent; SCA)를 이용하여 소수화 처리한다. 상기 실란 커플링제는 무기물질과 반응하는 반응기와 유기물질과 반응하는 관능기를 가지며, 이러한 구조적 특징 때문에 유기물질과 무기물질간의 화학적 결합이 가능하여 바이오매스를 실란으로 표면 처리하여 상기 폴리올레핀계 수지와의 결합력을 향상시킬 수 있다. 상기 표면개질 바이오매스는 볏짚, 보리짚, 밀짚, 왕겨, 옥수수대와 잎, 대두줄기, 콩깍지, 양파줄기, 고구마줄기, 솔잎 또는 커피 찌꺼기를 포함하는 초본계 바이오매스일 수 있다. 이를 통해, 폐자원을 활용하는 동시에 추후 생분해성을 향상시키는 추가적인 효과도 있다. The surface-modified biomass may be obtained by hydrophobizing at least one of hydroxyl groups (-OH groups) of a cellulose unit with silane using a silane coupling agent. Cellulose, the main component of biomass, has a low compatibility with the hydrophobic polyolefin resin because the polar -OH groups present on the surface are hydrophilic, so dispersibility is poor. (Silane coupling agent; SCA) is used to hydrophobize. The silane coupling agent has a reactive group that reacts with an inorganic material and a functional group that reacts with an organic material, and because of this structural feature, chemical bonding between an organic material and an inorganic material is possible, so that the biomass is surface-treated with silane to obtain a reaction between the polyolefin-based resin. Cohesion can be improved. The surface-modified biomass may be herbaceous biomass including rice straw, barley straw, wheat straw, rice husk, corn stalks and leaves, soybean stalks, bean pods, onion stalks, sweet potato stalks, pine needles, or coffee grounds. Through this, there is an additional effect of improving biodegradability in the future while utilizing waste resources.
생분해성 고분자 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면개질 바이오매스를 15 내지 25 중량부 포함하는 것이 바람직한데, 15중량부 미만으로 포함할 경우, 생분해 속도를 제어하기 어렵고, 상기 바이오매스가 폴리올레핀계 수지 고분자와 생분해성고분자 간에 물리적 충진역할을 하므로 함량이 부족 하면 물성이 저하되어 성형 가공성이 문제가 되고, 25중량부를 초과하여 포함할 경우 냉각속도를 가속화 시켜 수지의 결정성을 약화시킬 수 있다.With respect to 100 parts by weight of the biodegradable polymer resin, it is preferable to include 15 to 25 parts by weight of the surface-modified biomass. If it is included in less than 15 parts by weight, it is difficult to control the biodegradation rate, and the biomass is a polyolefin-based resin. Since the polymer and the biodegradable polymer play a physical filling role, if the content is insufficient, the physical properties decrease and molding processability becomes a problem, and if it contains more than 25 parts by weight, the cooling rate may be accelerated to weaken the crystallinity of the resin.
또한, 본 발명은 상기 생분해성 고분자 수지와 상기 폴리올레핀계 수지와의 상용성을 위한 상용화제를 포함한다. 상기 상용화제는 무기질 필러, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜(EVA), 폴리비닐알코올(PVA), 에틸렌비닐아세테이트, SEBS, 무수말레인산 및 MAP수지로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 특별히 상기 무기질 필러는 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 나노크기의 분체일 수 있다. In addition, the present invention includes a compatibilizer for compatibility with the biodegradable polymer resin and the polyolefin resin. The compatibilizer may be at least one selected from the group consisting of inorganic fillers, glycidyl methacrylate, ethylene vinyl alcohol (EVA), polyvinyl alcohol (PVA), ethylene vinyl acetate, SEBS, maleic anhydride and MAP resin, In particular, the inorganic filler may be one or more nano-sized powders selected from the group consisting of calcium carbonate, glass fiber, talc, mica, silica stone, clay powder, wollastonite, talc, kaolin powder, silica, mica, kaolin, and titanium dioxide. have.
생분해성 고분자 수지 100 중량부에 대하여, 상기 상용화제를 3 내지 7 중량부 포함하는 것이 바람직한데, 3 중량부 미만으로 포함할 경우 바이오매스의 어그리게이션이 일어날 수 있으며 생분해성 고분자 수지와 올레핀계 수지 간의 충진 역할이 떨어져 고분자간 상분리현상이 일어나 긍극적으로 물성의 떨어질 수 있다. 반대로, 7 중량부 초과하여 포함할 경우, 생분해성 고분자 및 올레핀계 고분자의 충진 범위를 넘어 배합 합성결과물의 점도를 낮추어 최종의 멀칭 필름 성형의 용융지수보다 낮아지므로 멀칭 필름의 뽑힘성을 약화 시킬 수 있고 ,마찰계수의 증가로 열분해를 유도하여 최종 멀칭 필름 결과물의 분자량이 낮게되어 물성에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있다. With respect to 100 parts by weight of the biodegradable polymer resin, it is preferable to include 3 to 7 parts by weight of the compatibilizer. If it is included in less than 3 parts by weight, the aggregation of biomass may occur, and the biodegradable polymer resin and the olefin-based Due to the lack of filling between the resins, a phase separation phenomenon between polymers may occur, which can ultimately degrade physical properties. On the contrary, if it contains more than 7 parts by weight, the viscosity of the blended synthesis result is lowered beyond the filling range of the biodegradable polymer and olefin-based polymer, so that it is lower than the melt index of the final mulching film molding, thus weakening the pullability of the mulching film. In addition, as the friction coefficient increases, thermal decomposition is induced, resulting in a lower molecular weight of the resulting mulching film, which may adversely affect physical properties.
또한, 본 발명은 생분해 속도제어를 위한 산화촉진제를 포함한다. 단일 결합 안정화된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌등의 폴리올레핀계 수지 화합물에 산화촉진제를 첨가하게 되면, 외부의 에너지원에 의해 산화촉진제가 활성화되면서, 아래의 메커니즘에 따라 산화를 제어하게 된다.In addition, the present invention includes an oxidation accelerator for controlling the rate of biodegradation. When an oxidation accelerator is added to a polyolefin-based resin compound such as polyethylene or polypropylene that is single bond stabilized, the oxidation accelerator is activated by an external energy source, and oxidation is controlled according to the following mechanism.
결국 폴리올레핀계 고분자는 위에서 기술한 반응식과 같이 단계적으로 분해반응이 진행되면서 분자량이 점차 감소하게 되고, 위 반응에 따라 산화물(Carbonyl & Carboxyl group)등이 발생하며 도 1과 같이 물과 이산화탄소로 분해된다.Eventually, the molecular weight of the polyolefin-based polymer gradually decreases as the decomposition reaction proceeds step by step as described in the reaction equation described above, and oxides (Carbonyl & Carboxyl groups) are generated according to the above reaction, and are decomposed into water and carbon dioxide as shown in FIG. .
상기 산화촉진제는 폴리올레핀계 수지 100중량부를 기준으로, 0.025 내지 0.5 중량부 포함되는 것이 바람직한데, 만약 0.025 중량부 미만으로 포함할 경우 폴리올레핀계 수지 분해의 효과가 떨어지게 되어 분해 유도시간이 예상보다 길어질 수 있고, 0.5 중량부 초과하여 포함하는 경우 혼합 배합 과정에서 폴리올레핀계 수지의 분자량 저분자화 현상으로 컴파운드의 용융지수(MI)가 높아져 필름 성형의 작업성이 떨어질 수 있으며, 추후 분해속도의 가속화가 너무 빨라 기존 생분해성 고분자 수지의 단독 사용과 유사한 분해 시간을 가질 수 있다.The oxidation accelerator is preferably contained in an amount of 0.025 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of a polyolefin resin.If it is included in an amount of less than 0.025 parts by weight, the effect of decomposing the polyolefin resin may be reduced and the decomposition induction time may be longer than expected. If it contains more than 0.5 parts by weight, the melt index (MI) of the compound may increase due to the low molecular weight of the polyolefin resin during the mixing and blending process, resulting in poor film forming workability. It can have a decomposition time similar to that of the existing biodegradable polymer resin alone.
따라서, 멀칭 필름의 분해속도는 폴리올레핀계 수지 함량에 따라 첨가된 분해촉진제의 양에 따라 결정되며, 멀칭 필름의 물리적 물성은 산화촉진제 및 폴리올레핀계 수지와의 비율에 의해 결정될 수 있다.Accordingly, the decomposition rate of the mulching film is determined according to the amount of the decomposition accelerator added according to the content of the polyolefin resin, and the physical properties of the mulching film may be determined by the ratio of the oxidation accelerator and the polyolefin resin.
한편, 본 발명에 따른 멀칭필름용 수지 조성물은 생분해성 멀칭필름의 제조 시 마스터배치로 사용되는 점을 고려할 때, 펠렛 형태인 것이 바람직하다. 펠렛 형태의 멀칭필름용 조성물은 이를 구성하는 성분들을 혼합 및 용융하고, 이후 이축압출기 등을 통해 압출하면서 압출물을 펠렛화함으로써 제조할 수 있다.On the other hand, considering that the resin composition for a mulching film according to the present invention is used as a master batch when manufacturing a biodegradable mulching film, it is preferably in a pellet form. The composition for a pellet-type mulching film can be prepared by mixing and melting components constituting the same, and then extruding through a twin-screw extruder to pellet the extrudate.
이때, 보다 효율적인 생분해 시간의 제어를 위해서는 폴리올레핀계 수지에 분해시간을 고려하여 적정 함량의 산화촉진제를 혼합 배합하여 1차 컴파운드를 제조하고, 이후 생분해성 고분자 수지, 표면개질 바이오매스 분말, 상용화제 등을 추가 혼합 배합시켜 2차 컴파운드를 제조하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 조성물 전체를 일괄 혼합 배합시켜 컴파운드하여 멀칭 필름을 제작하면 산화촉진제가 생분해 고분자의 결합사슬에 영향을 주어 분해속도를 가속화시킴으로써 생분해 시간이 적절하게 제어되지 않을 수도 있다.At this time, in order to control the biodegradation time more efficiently, a primary compound is prepared by mixing and blending an appropriate amount of an oxidation accelerator into the polyolefin resin in consideration of the decomposition time, and then biodegradable polymer resin, surface-modified biomass powder, compatibilizer, etc. It is preferable to prepare a secondary compound by further mixing and blending. If the entire composition is mixed and compounded to produce a mulching film, the oxidation accelerator may affect the binding chain of the biodegradable polymer and accelerate the decomposition rate, so that the biodegradation time may not be properly controlled.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 통해 본 발명에 따른 멀칭 필름의 생분해 시간을 적절하게 제어할 수 있음을 확인하도록 한다.Hereinafter, it will be confirmed that the biodegradation time of the mulching film according to the present invention can be appropriately controlled through the examples according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 통해 본 발명에 따른 멀칭 필름의 생분해 시간을 적절하게 제어할 수 있음을 확인하도록 한다.Hereinafter, it will be confirmed that the biodegradation time of the mulching film according to the present invention can be appropriately controlled through the examples according to the present invention.
[제조예 1][Production Example 1]
산화분해 촉진촉매 투입량에 따른 올레핀계 수지의 분해속도를 확인하기 위하여, 하기 표 1의 조성비를 가지는 올레핀계 수지 산화분해 실험용 마스터배치를 제조하였다.In order to check the decomposition rate of the olefin-based resin according to the amount of the oxidative decomposition accelerating catalyst input, a master batch for an olefin-based resin oxidation decomposition experiment having a composition ratio shown in Table 1 was prepared.
(롯데케미칼)LLDPE 3126
(Lotte Chemical)
(듀폰)Oxidation accelerator Fe 2+
(Dupont)
(한국유화)Flow Oil
(Korean oil painting)
[실험예 1][Experimental Example 1]
상기 표 1의 조성비를 가지는 올레핀계 수지 산화분해 실험용 마스터배치(제조예 1 내지 4)를 이용하여 두께 20㎛ 두께를 가지는 멀칭 필름을 제조하였고, 자외선(파장 280~340nm 자외선 B램프 사용) 폭로 시간에 따른 필름별 물성 변화 결과를 표 2 및 표 3에 정리하였다.A mulching film having a thickness of 20 μm was prepared using a master batch for oxidation decomposition experiments of olefin resins having a composition ratio of Table 1 (Production Examples 1 to 4), and exposure time of ultraviolet rays (using a wavelength of 280 to 340 nm ultraviolet B lamp) The results of the change in physical properties for each film are summarized in Tables 2 and 3.
제조예 1 내지 4와 같이 올레핀계 수지에 산화촉진제를 첨가하여 멀칭 필름을 제조한 경우 자외선에 의해 산화촉진제가 활성화되면서, 올레핀계 수지가 산화되면서 생분해 과정이 일어나면서 점차 물성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 반면 산화촉진제를 포함하지 않는 경우에는 물성 저하가 상대적으로 약하게 발생함을 확인할 수 있었다.When a mulching film was prepared by adding an oxidation accelerator to the olefinic resin as in Preparation Examples 1 to 4, it was confirmed that the oxidation promoter was activated by ultraviolet rays, and the olefinic resin was oxidized, causing a biodegradation process to gradually decrease physical properties. there was. On the other hand, it was confirmed that when the oxidation accelerator was not included, the decrease in physical properties was relatively weak.
[실험예 2][Experimental Example 2]
본 발명에 따른 조성비에 해당하는 경우(실험예 1 내지 3)와 생분해성 고분자 수지 위주로 제조된 경우(비교예)의 생분해 시간제어 정도를 확인하기 위하여, 하기 표 4와 같은 조성비로 이루어진 올레핀계 수지 산화분해 실험용 마스터배치를 이용하여 두께 20㎛ 두께를 가지는 생분해 시간제어 멀칭 필름(실험예 1 내지 3, 비교예)을 제조하였고, 자외선(파장 280~340nm 자외선 B램프 사용) 폭로 시간에 따른 필름별 물성 변화 결과를 표 5 및 표 6에 정리하였다.In order to confirm the degree of biodegradation time control in the case corresponding to the composition ratio according to the present invention (Experimental Examples 1 to 3) and the case made mainly of biodegradable polymer resin (Comparative Example), an olefin-based resin composed of the composition ratio shown in Table 4 below. A biodegradation time-controlled mulching film (Experimental Examples 1 to 3, Comparative Example) having a thickness of 20 μm was prepared using a master batch for oxidative decomposition experiments, and each film according to the exposure time of ultraviolet rays (with a wavelength of 280 to 340 nm ultraviolet B lamp) The results of the change in physical properties are summarized in Tables 5 and 6.
산화촉진제LLDPE+
Oxidation accelerator
본 발명에 따른 조성비에 해당하는 실험예 1 내지 3의 경우, LLDPE와 산화촉진제의 비율에 따라 생분해되는 시간을 빠르게 또는 느리게 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다. In the case of Experimental Examples 1 to 3 corresponding to the composition ratio according to the present invention, it was confirmed that the biodegradation time can be quickly or slowly controlled according to the ratio of LLDPE and the oxidation promoter.
Claims (9)
생분해성 고분자 수지 100 중량부; 및 표면개질 바이오매스 15 내지 25 중량부; 및 상기 1차 펠렛 10 내지 35 중량부를 혼합, 용융 및 압출하여 2차 펠렛을 제조하는 단계;
를 포함하는 멀칭 필름용 수지 펠렛 제조방법.Mixing, melting, and extruding low-density polyethylene (LDPE) and an oxidation accelerator at a weight ratio of 100:0.025 to 0.5 to prepare a first pellet; And
100 parts by weight of a biodegradable polymer resin; And 15 to 25 parts by weight of surface-modified biomass; And mixing, melting and extruding 10 to 35 parts by weight of the first pellet to prepare a second pellet.
Resin pellet manufacturing method for a mulching film comprising a.
상기 생분해성 고분자 수지는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이드 (PBAT), 열가소성 전분(thermo plastic starch), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌아디페이트(PBA), 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트 (PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트-테레프탈레이트(PBST) 리히드록시부틸레이트-발레레이트(PHBV), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 멀칭 필름용 수지 펠렛 제조방법.The method of claim 1,
The biodegradable polymer resin is polybutylene adipate terephthalide (PBAT), thermoplastic starch (thermo plastic starch), polybutylene succinate (PBS), polybutylene adipate (PBA), polybutylene succinate-adi Pate (PBSA), polybutylene succinate-terephthalate (PBST) rehydroxybutyrate-valerate (PHBV), polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), characterized in that at least one selected from the group consisting of Method for producing resin pellets for mulching films.
상기 표면개질 바이오매스는 실란 커플링제를 이용하여 셀룰로오즈(cellulose) 단위의 수산기(-OH기) 중 적어도 하나 이상을 실란으로 소수화 처리한 것을 특징으로 하는 멀칭 필름용 수지 펠렛 제조방법.The method of claim 1,
The surface-modified biomass is a method for producing a resin pellet for a mulching film, characterized in that at least one of hydroxyl groups (-OH groups) of a cellulose unit is hydrophobized with silane using a silane coupling agent.
상기 표면개질 바이오매스는 볏짚, 보리짚, 밀짚, 왕겨, 옥수수대와 잎, 대두줄기, 콩깍지, 양파줄기, 고구마줄기, 솔잎 또는 커피 찌꺼기를 포함하는 초본계 바이오매스인 것을 특징으로 하는 멀칭 필름용 수지 펠렛 제조방법.The method of claim 1,
The surface-modified biomass is for mulching film, characterized in that it is a herbaceous biomass containing rice straw, barley straw, wheat straw, rice husk, cornstalks and leaves, soybean stems, bean pods, onion stems, sweet potato stems, pine needles or coffee grounds Resin pellet manufacturing method.
상기 2차 펠렛의 제조 시, 상용화제 3 내지 7 중량부를 더 포함하여 혼합, 융융 및 압출하며,
상기 상용화제는 무기질 필러, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜(EVA), 폴리비닐알코올(PVA), 에틸렌비닐아세테이트, SEBS, 무수말레인산 및 MAP수지로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 멀칭 필름용 수지 펠렛 제조방법.The method of claim 1,
When preparing the secondary pellet, mixing, melting and extruding, further including 3 to 7 parts by weight of a compatibilizer,
The compatibilizer is characterized in that at least one selected from the group consisting of inorganic fillers, glycidyl methacrylate, ethylene vinyl alcohol (EVA), polyvinyl alcohol (PVA), ethylene vinyl acetate, SEBS, maleic anhydride and MAP resin. Method for producing a resin pellet for a mulching film.
상기 무기질 필러는 탄산칼슘, 유리섬유, 탈크, 운모, 규석, 점토분말, 규회석, 활석, 고령토분체, 실리카, 마이카, 카오린 및 이산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 나노크기의 분체인 것을 특징으로 하는 멀칭 필름용 수지 펠렛 제조방법.The method of claim 6,
The inorganic filler is at least one nano-sized powder selected from the group consisting of calcium carbonate, glass fiber, talc, mica, silica stone, clay powder, wollastonite, talc, kaolin powder, silica, mica, kaolin, and titanium dioxide. Method for producing resin pellets for mulching films.
상기 산화촉진제는 2가 전이금속 양이온을 함유하는 화합물인 것을 특징으로 하는 멀칭 필름용 수지 펠렛 제조방법.The method of claim 1,
The oxidation accelerator is a method for producing a resin pellet for a mulching film, characterized in that the compound containing a divalent transition metal cation.
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