KR102235585B1 - 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 복합분해제를 함유하는 복합분해성 폴리우레탄 조성물 - Google Patents
폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 복합분해제를 함유하는 복합분해성 폴리우레탄 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 복합분해제를 함유하는 복합분해성 폴리우레탄 조성물에 관한 것으로서, 반응용기에 피로인산(Pyrophosphoric acid) 20 내지 40 중량%, 삼인산(Triphosphate) 10 내지 30 중량%, 과염소산 나트륨 5 내지 15 중량% 및 포화지방산 펜타에리트리톨 스테아레이트(Pentaerythritol stearate)를 잔량 투입하여 100 중량%로 조절한 다음 120 내지 180 ℃로 승온하여 용융 반응시킨 후 냉각하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 복합분해제를 함유하는 복합분해성 폴리우레탄 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 복합분해제를 함유하는 복합분해성 폴리우레탄 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생분해성과 가수분해성을 갖는 범용의 폴리우레탄에 첨가시 우수한 복합분해성을 발휘하여 단기간 내에 폴리우레탄의 완전 분해가 가능하도록 한 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법과, 그 방법에 의해 제조된 복합분해제를 함유하는 복합분해성 폴리우레탄 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 폴리우레탄은 주 사슬의 반복 단위속에 우레탄 결합(-NHCOO-)을 가지는 고분자 화합물의 총칭으로서, 주지된 바와 같이 이소시아네이트와 연질부를 구성하는 고분자 폴리올 및 경질부를 구성하는 단상 폴리올 등 세가지 성분의 조합에 의해서 구성되는 중합체로 볼 수 있으며, 연질부를 구성하는 고분자 폴리올의 형태에 따라 에스테르계, 에테르계 및 카프로락탐계로 분류할 수 있다.
이러한 폴리우레탄은 내마모성, 내약품성, 내용제성이 좋을 뿐만 아니라 내노화성과 산소에 대한 안정성이 뛰어나 폴리우레탄 폼, 폴리우레탄 고무, 접착제, 합성섬유, 도료 등으로 많이 쓰이고 있다. 일반 폴리우레탄과는 달리 근래에는 열가소성 폴리우레탄(TPU: Thermoplastic Poly Urethane; 이하 별도의 언급이 없는 한 이하에 사용되는 용어인 폴리우레탄은 열성형이 가능한 열가소성 폴리우레탄을 의미한다)의 사용비중이 점차 확대되고 있는데, 이는 열가소성 폴리우레탄이 무독성이면서도 친환경적이며, 열성형이 가능하기 때문이다.
폴리우레탄은 일반적으로, 자체적으로 가수분해성과 생분해성 등의 분해특성을 가지고 있는데, 그러나 그 분해특성이 매우 미약하여 폴리우레탄 제품을 사용한 후 폐기시 완전히 분해되지 않고 부분 분해되어 반영구적으로 존재하거나 분해기간이 장기간 소요되어 환경오염의 원인이 된다는 문제점이 있다. 이로 인하여 폴리우레탄 제품의 재활용 방법이나 소각방법이 활용되고도 있으나, 소각시 유해물질 발생하는 문제점이 있으며, 재활용방법은 수거가 어려울 뿐만 아니라 수거 후에도 별도로 혼입된 불순물을 제거하는 과정을 거쳐야 하는 문제점이 있다. 따라서 폐기시 분해가 빠르면서 특성이 변하지 않는 폴리우레탄의 요구가 증대되고 있으며, 이러한 요구에 따라 우수한 분해성을 갖는 폴리우레탄을 제조하기 위한 다양한 연구가 진행되어 왔다.
분해성을 향상시키기 위한 기술과 관련하여 일본특허공개 평4-189822 및 평4-189823호에서는 지방족 디카르복실산과 글리콜과의 반응에 의해 수평균분자량이 약 1.5만 정도인 지방족 폴리에스테르를 제조하고, 이것을 디이소시아네이트(-NHCOO-)로 가교화시켜 에스테르계 폴리우레탄 즉, 폴리에스테르 우레탄을 제조하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 상기 일본 공개특허에서 제안한 방법에 의하면 저분자량의 지방족 폴리에스테르 중에 마이크로 겔이 생성되어 중합체의 품질이 저하되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 디이소시아네이트는 지방족 폴리에스테르와 순간적으로 반응하기 때문에 반응하지 않고 잔존하는 디이소시아네이트가 존재하게 되는데, 이 잔존하는 디이소시아네이트가 새로운 오염인자로 존재하게 되는 문제점이 있다.
이와 같은 이소시아네이트의 잔존 문제를 해결하기 위하여, 국내 공개특허 제2001-66970호에서는 생분해성을 갖는 지방족 폴리에스테르와 가수분해성을 갖는 생분해성 수지인 폴리에스테르 우레탄을 혼합함으로써 생분해성과 가수분해성을 가지면서도 분자량이 높고, 물성 및 제품의 성형성이 우수한 수지 조성물을 제공하고 있다. 이 경우 지방족 폴리에스테르 수지에 생분해성과 가수분해성이 부여됨에 따라 지방족 폴리에스테르를 단독으로 사용하는 경우보다 분해속도가 향상되는 이점은 있으나, 여전히 분해속도가 느리다는 단점을 가지고 있다.
따라서 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 기존의 범용 폴리우레탄, 즉 생분해성과 가수분해성을 갖는 범용의 폴리에스테르 우레탄에 첨가하여 사용할 경우 생분해성이나 가수분해성 이외에도 산화분해성 등의 분해특성이 복합적으로 발휘되는 복합분해성을 가지므로 폴리우레탄의 분해시간을 현저하게 단축시킬 수 있도록 한 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제를 함유하는 것으로서 폴리우레탄의 분해기간을 현저히 단축시키고, 폴리우레탄의 내마모성, 내약품성, 내용제성 등의 안정성은 그대로 유지하면서 재가공성을 가지는 복합분해성을 갖는 폴리우레탄 조성물을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 상기 폴리우레탄 조성물을 압출 또는 사출성형하여 제조되는 것으로서 복합분해성을 갖는 폴리에스테르 우레탄 제품을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법은, 반응용기에 피로인산(Pyrophosphoric acid) 20 내지 40 중량%, 삼인산(Triphosphate) 10 내지 30 중량%, 과염소산 나트륨 5 내지 15 중량% 및 포화지방산 펜타에리트리톨 스테아레이트(Pentaerythritol stearate)를 잔량 투입하여 100 중량%로 조절한 다음 120 내지 180 ℃로 승온하여 용융 반응시킨 후 냉각하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 반응용기에 자외선에 의한 분해성을 부여시키는 탄산칼슘 0.1 내지 2 중량%를 추가 투입하여 용융 반응시키는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제는 전술한 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 복합분해성을 갖는 폴리우레탄 조성물은, 전술한 본 발명의 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제를 폴리우레탄에 첨가 혼합한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 폴리우레탄은 방향족 폴리에스테르와 디이소시아네이트를 반응시켜 제조된 에스테르계 폴리우레탄인 것일 수 있다.
여기서, 상기 에스테르계 폴리우레탄은 융점이 120 내지 220 ℃이고, 수평균분자량이 1,000 내지 150,000이며, 중량평균분자량이 1,500 내지 300,000이고, 표면강도가 50 내지 100인 것일 수 있다.
그리고, 상기 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제는 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3.5 중량부의 비율로 혼합된 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 폴리우레탄 제품은, 전술한 본 발명에 따른 복합분해성을 갖는 폴리우레탄 조성물을 압출 또는 사출성형하여 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 생분해성과 가수분해성을 갖는 범용의 폴리우레탄에 첨가시 우수한 복합분해성을 발휘하여 단기간 내에 폴리우레탄의 완전 분해가 가능하도록 한 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법과, 그 방법에 의해 제조된 복합분해제를 함유하는 복합분해성 폴리우레탄 조성물을 제공하는 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리우레탄 시편의 생분해 되기 전의 초기 상태를 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 폴리우레탄 시편의 생분해가 시작되고, 20일이 경과한 후의 상태를 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 폴리우레탄 시편의 생분해가 시작되고, 45일이 경과한 후의 상태를 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 폴리우레탄 필름과 셀룰로오스의 분해도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 폴리우레탄 시편의 생분해가 시작되고, 20일이 경과한 후의 상태를 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 폴리우레탄 시편의 생분해가 시작되고, 45일이 경과한 후의 상태를 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 폴리우레탄 필름과 셀룰로오스의 분해도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법은 반응용기에 피로인산(Pyrophosphoric acid) 20 내지 40 중량%, 삼인산(Triphosphate) 10 내지 30 중량%, 과염소산 나트륨 5 내지 15 중량% 및 포화지방산 펜타에리트리톨 스테아레이트(Pentaerythritol stearate)를 잔량 투입하여 100 중량%로 조절한 다음 120 내지 180 ℃로 승온하여 용융 반응시킨 후 냉각한다.
이러한 방법으로 제조된 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제는 폴리우레탄과 혼합하여 사용하게 되면 생분해성과 가수분해성 뿐만아니라 산화분해성이 복합적으로 발휘되면서도 기존의 폴리우레탄이 가지는 생분해성과 가수분해성을 증진시켜 폴리우레탄의 분해속도를 현저하게 상승시켜 준다.
여기서, 피로인산은 제조된 복합분해제를 폴리우레탄과 혼합사용시 산화를 촉진시켜 분해성을 증진시킴과 아울러 생분해성을 촉진시키기 위하여 첨가하는 것이다.
이때, 피로인산은 복합분해제 제조에 투입되는 총 성분의 중량 합을 100 중량%로 했을 때 그 첨가량이 20 중량% 미만일 경우 충분한 분해성 증진효과를 얻을 수 없다는 문제점이 있으며, 그 첨가량이 40 중량%를 초과할 경우 상대적으로 다른 성분들이 적게 첨가되어 복합분해 특성의 발휘가 곤란하므로 분해성 증진효과가 반감되는 문제점이 있다. 따라서 피로인산은 20 내지 40 중량% 포함되도록 첨가하는 것이 좋다.
상기 피로인산과 함께 삼인산 10 내지 30 중량%가 첨가되는데, 삼인산은 제조된 복합분해제를 폴리우레탄에 투입시 가수분해성을 증진시키기 위하여 첨가하는 것이다.
여기서 삼인산의 첨가량이 10 중량% 미만일 경우 가수분해성 효과가 충분히 증진되지 않는다는 문제점이 있으며, 그 첨가량이 30 중량%를 초과할 경우 상대적으로 다른 성분들의 함량이 줄어들어 복합분해성 발휘가 곤란하여 분해성 증진효과가 반감되는 문제점이 있으므로 상기 범위 내에서 삼인산을 첨가하는 것이 좋다.
과염소산 나트륨은 제조된 복합분해제를 폴리우레탄에 첨가시 산화분해성을 부여하기 위하여 첨가하는 것으로서, 그 첨가량이 5 중량% 미만일 경우 산화분해성 증진효과 떨어지는 문제점이 있으며, 그 첨가량이 15 중량%를 초과할 경우 상대적으로 다른 성분들의 함량이 줄어들어 복합분해 특성의 발휘가 곤란하므로 분해성이 떨어지는 문제점이 있으므로, 과염소산 나트륨은 5 내지 15중량% 첨가하는 것이 바람직하다.
포화지방산 펜타에리트리톨 스테아레이트는 바인더 역할을 수행함과 아울러 폴리우레탄과의 혼합시 분산특성을 발휘하여 고르게 혼합이 이루어질 수 있도록 하기 위하여 첨가하는 것으로서, 잔량 투입하여 총 반응기에 투입되는 투입량을 100 중량%로 조절하면 된다.
반응기에 위와 같이 피로인산, 삼인산, 과염소산 나트륨 및 포화지방산 펜타에리트리톨 스테아레이트를 첨가한 다음 반응기의 온도를 120 내지 180 ℃로 승온하여 용융시킨 후 20 분간 반응시키고 냉각하면 고형화된 본 발명에 따른 복합분해제를 얻을 수 있다. 필요에 따라서는 용융반응 후 냉각하여 고형화하는 과정에서 제조된 복합분해제의 취급이 용이하도록 소정의 크기로 절단하여 사용하거나 펠릿으로 제조하여 사용할 수 있으며, 이는 필요에 따라 선택적으로 이루어질 수 있는 것이다.
이때, 복합분해제를 제조하는 과정에서 탄산칼슘을 추가로 투입할 수 있는데, 탄산칼슘은 제조된 복합분해제를 폴리우레탄과 혼합 사용시 광분해성, 즉, 자외선에 의한 분해성을 부여하기 위하여 첨가하는 것이다. 탄산칼슘은 그 첨가량이 0.1 중량% 미만일 경우 자외선 분해성능이 미미하다는 단점이 있으며, 그 첨가량이 2 중량%를 초과할 경우 상대적으로 다른 성분의 함량이 줄어들게 되어 복합분해성의 발휘가 곤란하여 분해성이 떨어지는 문제가 있으므로, 탄산칼슘은 복합분해제의 제조시 0.1 내지 2 중량% 추가로 투입하는 것이 좋다.
위와 같이 제조된 복합분해제는 생분해성과 가수분해성 및 산화분해성을 동시에 발휘하는 복합분해성을 가지고 있어 폴리우레탄에 혼합시 폴리우레탄의 분해기간을 현저하게 단축시켜 주며, 탄산칼슘이 추가로 투입될 경우 복합분해제는 생분해성과, 가수분해성 및 산화분해성 이외에도 광분해성이 추가로 발휘되어 폴리우레탄의 분해기간을 현저하게 단축시켜 줄 수 있으며, 그에 따라 환경오염 방지에 크게 이바지할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제는 범용의 폴리우레탄에 첨가 혼합하여 사용할 수 있으며, 그에 따라 본 발명에서는 폴리우레탄에 복합분해제를 첨가 혼합한 것을 특징으로 하는 복합분해성을 갖는 폴리우레탄 조성물을 제공한다.
여기서, 폴리우레탄은 범용적으로 사용되는 것을 적용할 수 있으며, 에스테르계, 에테르계 및 락톤계 폴리우레탄에 모두 적용이 가능하다. 바람직하게는 폴리우레탄 중에서도 생분해성과 가수분해성이 높은 에스테르계 폴리우레탄 즉, 폴리에스테르 우레탄을 사용하는 것이 좋다. 주지된 바와 같이 폴리에스테르 우레탄은 방향족 폴리에스테르와 디이소시아네이트를 반응시켜 제조되는 것으로서, 공지된 기술을 통해 용이하게 제조할 수 있다. 필요에 따라서는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 폴리에스테르 우레탄을 구입하여 사용할 수 있으며, 예를 들어 SK 케미칼이나 코오롱, 송원산업, 호성케믹스 등에서 판매하는 것에서 선택하여 사용할 수 있다.
이때, 폴리에스테르 우레탄으로 융점이 120 내지 220 ℃이고, 수평균분자량이 1,000 내지 150,000이며, 중량평균분자량이 1,500 내지 300,000이고, 표면강도(A타입)가 50 내지 100인 것을 사용하면 보다 우수한 분해 효과를 얻을 수 있으므로, 이를 고려하여 폴리에스테르 우레탄을 선택하여 사용하는 것이 좋다.
그리고, 폴리우레탄, 바람직하게는 폴리에스테르 우레탄과 혼합되는 복합분해제는 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3.5 중량부의 비율로 혼합하는 것이 좋은데, 그 혼합비율이 0.5 중량부 미만일 경우 분해성능이 떨어지는 문제점이 있으며, 그 혼합비율이 3.5 중량부를 초과할 경우 혼합되는 폴리우레탄의 물성변화를 초래할 수 있으므로 복합분해제는 상기 범위 내의 비율로 폴리우레탄과 혼합하는 것이 좋다.
이렇게 폴리우레탄과 복합분해제가 혼합된 조성물은 공지된 압출 또는 사출성형 방법에 따라 다양한 제품에 적용될 수 있으며, 예를 들어 포장재 등 상용 필름류, 원예 및 농업용, 공업용, 섬유용 자재 등의 사출성형 제품, 압출성형 제품에 적용될 수 있다.
이러한 제품은 사용 후 폐기시 복합분해성능이 발휘되어 기존의 폴리우레탄 제품에 비하여 우수한 분해성을 가지며, 분해 기간이 현저하게 단축되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 환경오염의 방지 차원에서 본 발명에 따른 복합분해제는 중요한 의의를 가진다 할 것이다.
이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
1. 제조예. 하이브리드 복합분해제의 제조
반응용기에 피로인산 3 kg, 삼인산 2 kg, 과염소산 나트륨 1 kg 및 포화지방산 펜타에리트리톨 스테아레이트 4 kg을 투입한 다음, 150 ℃로 승온하여 용융시킨 후, 20 분간 반응시킨 다음, 냉각시켜 고형화된 하이브리드 복합분해제를 제조하였다.
2. 실시예 및 비교예: 폴리에스테르 우레탄 필름 제조
수평균분자량이 78,000이고, 중량평균분자량이 164,000이며, 융점이 185 ℃인 폴리에스테르 우레탄(TPU) 40,000 g에 복합분해제를 아래 표 1에 나타낸 양만큼 첨가하여 혼합한 다음 호퍼 드라이가 장착된 L/D 30인 압출성형기에 투입하여 통상의 필름 성형방법에 따라 필름을 제조하였다. 제조된 필름의 물성을 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정하였으며, 각 항목당 10 회 측정한 후 최고 및 최소 값을 제외한 나머지의 평균값을 취하여 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 복합분해제 첨가량(g) | TPU 100 g당 복합분해제 첨가량(g) | 인장강도 (Kgf/cm2) |
신장률(%) | 인장강도 (Kgf/cm2) |
| 비교예 | 0 | 0 | 680 | 781 | 423 |
| 실시예 1 | 200 | 0.5 | 636 | 731 | 387 |
| 실시예 2 | 600 | 1.5 | 633 | 697 | 329 |
| 실시예 3 | 1,000 | 2.5 | 630 | 691 | 313 |
| 실시예 4 | 1,400 | 3.5 | 627 | 659 | 307 |
| 실시예 5 | 1,800 | 4.5 | 609 | 559 | 296 |
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 바람직한 범위 내에서 폴리우레탄에 복합분해제를 첨가한 경우, 즉 TPU 100 g당 복합분해제를 0.5 내지 3.5g의 범위 내에서 첨가한 실시예 1 내지 4의 경우 복합분해제를 첨가하지 않은 비교예와 비교하여 보았을 때, 물성의 변화가 크지 않음을 확인할 수 있다.
3. 실험예
실험실의 조절된 퇴비화 조건에서 본 발명의 수지조성물로부터 얻은 수지의 분해성을 평가하였다.
(1) 실험재료
퇴비: 원료로 음식물 찌꺼기 70 %, 톱밥 20 %, 이전의 음식물 찌꺼기 퇴비 10 %를 혼합하여 사용하였다. 퇴비화는 직경 29 ㎝, 높이 51 ㎝의 아크릴 반응기에서 진행되었고, 공기의 공급량을 조절하여 퇴비의 온도를 제어하였다. 퇴비 제조과정 중 고온 발효과정은 약 17 일이었고, 약 2 주일의 후숙을 거친 퇴비를 생분해도 측정을 위한 퇴비원으로 사용하였다.
시료: 상기 실시예 1에서 제조한 필름 상태의 수지(단위 중량당 탄소함량 62.5 %) 시편을 5 cm×5 cm 규격으로 만들었고, 대조군으로 천연 고분자인 셀룰로오스(시그마사) 필름 5 cm×5 cm 규격의 시편을 퇴비건조중량의 무게비로 5%로 첨가하였다.
실험장치: 실험장치는 미국 ASTM D5209-92를 바탕으로 구성하였다. 미생물의 배양을 위해 반응기(Testing Bottle, 아크릴 반응기 2.5L)를 55±2℃로 유지하였다. 반응기에는 공기의 공급과 발생하는 이산화탄소의 포집이 가능하도록 두개의 구멍을 뚫었다. 이때 반응기에 공급되는 공기의 이산화탄소를 제거하기 위해 10N 수산화나트륨 수용액과 0.025N 수산화바륨 수용액을 1L 삼각 플라스크에 700ml씩 넣고 연결하였다. 또한 발생되는 이산화탄소를 포집하기 위하여 0.4N 수산화칼륨 수용액과 0.1N 수산화바륨 수용액 각각 200ml씩을 250ml 용량의 파이렉스 튜브에 담고 반응기와 연결하였다. 계속된 에어레이션으로 인해 반응기로부터 증발하는 수분을 응축할 수 있는 공병을 반응기의 상부에 배치하여 포집된 수분을 일정 간격으로 반응기에 재공급함으로써 반응기의 퇴비를 이용한 생분해도 측정에서 가장 중요한 요소인 함수율을 일정하게 유지되도록 하였다.
(2) 실험방법
퇴비 내부에 시료를 매립하였고, 시료가 생분해되는 과정을 일자별로 체크하여, 전자현미경으로 그 표면을 촬영하였다. 도 1 내지 도 3은 시료가 미생물에 의해 분해되는 과정을 보여주는 도면이다.
또한, 퇴비를 고체상으로 하여 생분해도 측정실험을 진행하였는데, 퇴비 150g(습윤중량, 함수율 54.3%)에 대해서 건조 중량비로 5%에 해당되는 시료를 고루 섞으면서 가능한한 시료가 표면으로 노출되지 않도록 주의하였다. 배양 보틀에 준비한 퇴비와 시료를 넣고(시료 한 개당 3개의 배양보틀을 준비함), 이산화탄소 포집기를 각각의 배양기에 연결한 후, 분해 실험을 시작하였다. 매회 분회실험에 시료를 넣지 않은 배양기를 두어 퇴비만의 이산화탄소 발생량을 측정하여 분해도를 관찰하였다. 계속된 폭기로 인한 퇴비의 건조를 막기 위해 증발하여 응축되는 수분을 포집하여 반응기에 재공급하였다.
발생된 이산화탄소는 실험시작 후 3~4일 경과 후, 첫 번째 이산화탄소 포집기를 분리하고, 이후 약 1주일 간격으로 계속 분리 정량하였다. 이산화탄소 발생량을 정량하기 위해 0.4N의 수산화칼륨 용액인 경우 용액중에 포집된 이산화탄소의 이산화탄소를 침전으로 떨어뜨리기 위해 2N 염화바륨 용액을 첨가하여 잘 교반하고, 수산화바륨 수용액인 경우는 바로 페놀프탈레인 0.1㎖를 넣어준 후, 교반하면서 분홍색이 무색이 될 때까지 0.2N 염산 수용액으로 적정을 하였다.
(3) 분석
1) 이산화탄소 정량에 의한 분해도
시료에서 발생한 이산화탄소량에서 시료를 넣지 않은 배양기에서 발생한 이산화탄소의 양을 빼서 순수하게 시료로부터 발생한 이산화탄소의 양을 구하였다. 한편, 발생된 이산화탄소의 양은 하기 반응식 1과 수학식 1에서 보는 바와 같이 처음 소모예상 염산양에서 소모된 염산양을 뺀 후 1.1을 곱한 값이다.
[반응식 1]
발생된 이산화탄소량을 기준으로 하기 수학식 2를 통해 분해도를 측정하였으며, 80일 동안의 분해도 측정결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 보는 바와 같이 분해도가 매우 우수한 것으로 알려진 셀룰로오스와 본 발명에 따른 폴리우레탄의 분해도를 서로 비교해 보면 40일 이전까지는 서로 유사한 분해도를 보이고 있으며, 이후 셀룰로오스의 분해도가 본 발명에 따른 폴리우레탄의 분해도 보다 다소 앞서는 결과를 보여주고 있다. 그러나, 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 폴리우레탄의 경우 셀룰로오스와 대등한 정도의 매우 우수한 분해도 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (8)
- 반응용기에 피로인산(Pyrophosphoric acid) 20 내지 40 중량%, 삼인산(Triphosphate) 10 내지 30 중량%, 과염소산 나트륨 5 내지 15 중량% 및 포화지방산 펜타에리트리톨 스테아레이트(Pentaerythritol stearate)를 잔량 투입하여 100 중량%로 조절한 다음 120 내지 180 ℃로 승온하여 용융 반응시킨 후 냉각하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 반응용기에 자외선에 의한 분해성을 부여시키는 탄산칼슘 0.1 내지 2 중량%를 추가 투입하여 용융 반응시키는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제의 제조방법. - 제1항 또는 제2항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제.
- 제3항에 따른 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제를 폴리우레탄에 첨가 혼합한 것을 특징으로 하는 복합분해성을 갖는 폴리우레탄 조성물.
- 제4항에 있어서,
상기 폴리우레탄은 방향족 폴리에스테르와 디이소시아네이트를 반응시켜 제조된 에스테르계 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 복합분해성을 갖는 폴리우레탄 조성물. - 제5항에 있어서,
상기 에스테르계 폴리우레탄은 융점이 120 내지 220 ℃이고, 수평균분자량이 1,000 내지 150,000이며, 중량평균분자량이 1,500 내지 300,000이고, 표면강도가 50 내지 100인 것을 특징으로 하는 복합분해성을 갖는 폴리우레탄 조성물. - 제4항에 있어서,
상기 폴리우레탄용 하이브리드 복합분해제는 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3.5 중량부의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 복합분해성을 갖는 폴리우레탄 조성물. - 제7항에 따른 복합분해성을 갖는 폴리우레탄 조성물을 압출 또는 사출성형하여 제조된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 제품.
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2020
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