KR102291123B1

KR102291123B1 - 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치 및 방법

Info

Publication number: KR102291123B1
Application number: KR1020200026691A
Authority: KR
Inventors: 안윤주; 곽진일
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-08-17

Abstract

부정형의 미세플라스틱의 독성평가 연구를 위한 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 의한 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법은, 발포 폴리스티렌 폼을 준비하는 단계; 상기 발포 폴리스티렌 폼을 물과 함께 냉동시켜 아이스 블록을 준비하는 단계; 상기 아이스 블록을 분쇄하는 단계; 및 분쇄된 결과물을 건조하여 미세플라스틱을 얻는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치 및 방법{Manufacturing method for micro-sized expanded polystyrene foam and preparing method for the same}

본 발명은 부정형의 미세플라스틱의 독성평가 연구를 위한 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 미세플라스틱은 전 세계적인 환경 문제로 주목받고 있으며(G7, 2016; Jambeck et al., 2015), 환경 내 생물들이 미세플라스틱에 의해 물리·화학적으로 악영향을 받을 수 있음이 보고되고 있다(Antunes, 2013; Rist Hartmann, 2018).

환경 중의 미세플라스틱은 부정형의 조각(fragments), 파이버(fiber), 폼(foam)과 같이 부정형(irregular) 형태로 다수 존재하고 있음에도 불구하고, 현재의 미세플라스틱 생태독성연구는 균질한 형태의 beads 형태로 대부분 진행되고 있다. 이러한 이유는 대량의 일정량 균질화된 미세플라스틱 조각(fragments)을 제조하는 것이 노동력과 시간이 많이 필요한 점도 원인인 것으로 사료된다. 따라서 실제 환경에서 존재하는 형태의 미세플라스틱에 대한 생태독성을 평가하기 위해, 실험실 단위로 미세플라스틱 조각(microplastic fragments)을 효과적으로 제조하는 방법이 개발될 필요성이 있다.

종래기술로는 미국특허 제6699963호가 개시되어 있는데, 종래기술은 플라스틱 물질을 분쇄하여 현탁액 및 건조 분말과 같은 초미립자 입자 및 조성물을 제조하는 방법을 제공하며, 이때 연마제로 값이 싼 그리고 쉽게 이용 가능한 흔한 아이스를 사용하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 종래기술은 기본적으로 노동력과 소요시간이 많이 소비되고, 그럼에도 불구하고 생산되는 미세플라스틱 양이 매우 적은 문제점이 있었다.

미국특허 제6699963호

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발포 폴리스티렌 폼 입자를 물과 함께 냉동시킨 다음 분쇄기로 함께 분쇄하고 건조하여 원하는 다양한 미세플라스틱을 얻을 수 있는 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 발포 폴리스티렌 폼을 준비하는 단계; 상기 발포 폴리스티렌 폼을 물과 함께 냉동시켜 아이스 블록을 준비하는 단계; 상기 아이스 블록을 분쇄하는 단계; 및 분쇄된 결과물을 건조하여 미세플라스틱을 얻는 단계;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 발포 폴리스티렌 폼은 복수개의 입자로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 발포 폴리스티렌 폼의 입자크기는 10mm 이상일 수 있다.

이때, 상기 아이스 블록의 발포 폴리스틸렌 폼과 물의 부피 비율은 1 : 3 이상일 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 발포 폴리스티렌을 물과 함께 냉동시켜 아이스 블록을 형성하는 냉동부; 및 상기 냉동부의 아이스 블록을 제공받아 분쇄하는 분쇄부;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 분쇄부로부터 분쇄된 결과물을 제공받아 건조하고 미세 플라스틱을 얻게 되는 건조부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 물과 함께 냉동된 상태에서 분쇄가 이루어지기 때문에 더욱 더 많은 수의 미세플라스틱을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 의한 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법에 따른 진행 순서를 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 의한 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 의한 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법에 대한 실험예에 제공되는 10mm의 크기의 초기 발포 폴리스틸렌을 적용한 사진이다.
도 5는 도 4에 도시된 10mm의 크기의 발포 폴리스틸렌을 분쇄한 결과물의 사진이다.
도 6은 본 발명에 의한 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법에 대한 실험예에 제공되는 2mm의 크기의 초기 발포 폴리스틸렌을 적용한 사진이다.
도 7은 도 6에 도시된 2mm의 크기의 발포 폴리스틸렌을 분쇄한 결과물의 사진이다.
도 8은 본 발명에 의한 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법에 대한 실험예에 제공되는 발포 폴리스티렌과 물의 부피 비율이 5 : 15일 경우의 사진이다.
도 9는 도 8에 도시된 발포 폴리스틸렌을 분쇄한 결과물의 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법 및 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 의한 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법은, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 발포 폴리스티렌 폼(10)을 준비하는 단계(S1)와, 상기 발포 폴리스티렌 폼(10)을 물과 함께 냉동시켜 아이스 블록(11)을 준비하는 단계(S2)와, 상기 아이스 블록(11)을 분쇄하는 단계(S3)와, 분쇄된 결과물을 건조하여 미세플라스틱을 얻는 단계(S4, S5)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 발포 폴리스티렌 폼(10)은 복수개의 입자로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 발포 폴리스티렌 폼(10)의 입자크기는 10mm 이상인 발포 폴리스티렌을 이용할 수 있다.

이때, 상기 아이스 블록(11)의 발포 폴리스틸렌 폼(10)과 물의 부피 비율은 1 : 3 이상일 수 있다.

본 발명에 의한 미세플라스틱 제조방법은 발포 롤리스티렌(10)과 물을 함께 냉동시켜 아이스 블록(11)이 되도록 한 다음, 이를 분쇄하는 방식이다. 이러한 방법 외에도 다양한 방법이 논의되고 있으나, 가장 우수한 결과물을 얻어 이를 적용한 것이다.

즉, 효과적인 발포 폴리스티렌 폼(EPS form) 미세조각 제조 기법 개발을 위해 총 4가지 방법을 비교하였다. 4가지 실험방법은 아래의 표 1과 같다.

실험방법	설명
① iced EPS block+water method	발포 폴리스티렌과 물을 함께 냉동 후 분쇄
② EPS+water+ice method	발포 폴리스티렌과 물, 그리고 얼음을 함께 제공하여 분쇄
③ EPS+water method	발포 폴리스티렌과 물을 함께 제공 후 분쇄
④ EPS only method	발포 폴리스티렌만 제공 후 분쇄

이 중 첫 번째 방법인 iced EPS block+water method는 본 발명에서 발명된 방법으로써 발포 폴리스티렌 폼을 아이스 블록(ice block)에 갇힌 채 분쇄(grinding)함으로써, 분쇄기(grinder)의 날에 접촉하는 시간을 늘려 미세 크기(micro size)의 발포 폴리스티렌 생성량을 늘리는 기법이다. 4가지 기법별로 생성된 발포 폴리스티렌 폼 미세조각의 양을 비교하기 위해 20-200μm, 200-500μm, 500-5000μm 크기 별 건중량을 측정하였다.기술적 특징으로 본 실험을 통해 4가지 방법을 비교한 결과, 본 발명에서 고안한 첫 번째 방법인 iced EPS block+water method가 더 작은 크기의 발포 폴리스티렌 폼(EPS foams) (20-200μm과 200-500μm)을 다른 방법보다 더 많이 생성하는 것으로 확인되었다.

본 발명에서 물과 함께 발포 폴리스티렌 폼(10)을 냉동시켜 분쇄에 제공하는 방법은 상기와 같은 실험을 배경으로 하고 있다.

한편, 본 발명에서 발포 폴리스티렌 폼(10)의 입자 크기에 따른 미세플라스틱 생산량을 비교하면 아래의 표 2와 같다.

초기 발포 폴리스티렌의 크기 : 10mm		초기 발포 폴리스티렌의 크기 : 2mm
볼 크기	10mm	2mm
초기 무게	400mg/ 2 petri dishes	400mg/ 2 petri dishes
초기 사진	도 4 참고	도 6 참고
분쇄 시간	1분	1분
사진	도 5 참고	도 7 참고
비고	가장 많은 미세플라스틱 생산	500μm 이하의 미세입자 생산효율이 확연히 감소됨.

상기 표 2를 참고하면, 초기 발포 폴리스티렌의 크기가 10mm에서 2mm로 작아졌을 때, 500μm 이하의 미세입자의 생산 효율이 확연히 감소한 것을 알 수 있었다.한편, 본 발명에서 발포 폴리스티렌 폼과 물의 부피 비율에 따른 미세플라스틱 생산량을 비교하면 아래의 표 3과 같다.

발포 폴리스티렌 : 물의 부피 비율이 5 : 15인 경우		발포 폴리스티렌 : 물의 부피 비율이 5 : 9인 경우
초기 볼 크기	10mm	10mm
초기 무게	400mg/ 2 petri dishes	600mg/ 2 petri dishes
초기 사진	도 4 참고	도 8 참고
분쇄 시간	1분	1분
사진	도 5 참고	도 9 참고
비고	가장 많은 미세 플라스틱 생산	500μm 이하의 미세입자 생산효율이 확연히 감소됨.

상기 표 2를 참고하면, 초기 발포 폴리스티렌과 물의 부피 비율에서 물의 부피가 감소했을 때, 500μm 이하의 미세입자의 생산 효율이 확연히 감소한 것을 알 수 있었다.

한편, 본 발명에 의한 발포 폴리스테렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치는, 도 2 및 도 3을 참고하면, 냉동부(12), 분쇄부(22), 및 건조부(32)를 포함할 수 있다.

상기 냉동부(12)는 발포 폴리스티렌(10)을 물과 함께 냉동시켜 아이스 블록(11)을 형성할 수 있다.

이때, 상기 냉동부(12)에 제공되는 발포 폴리스테렌(10)과 물의 부피 비율은 표 3을 참고하면, 약 1 : 3의 부피 비율을 적용할 수 있을 것이다. 물론 물의 부피 비율이 작아지게 되면 500μm 이하의 미세 입자 생산량이 줄어들 수 있음은 전술한 바와 같다.

상기 분쇄부(22)는, 도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 냉동부(12)의 아이스 블록(11)을 제공받아 분쇄하게 된다.

이때, 상기 발포 폴리스티렌 폼(10)이 물과 함께 아이스 블록(11)을 이루어 함께 분쇄되기 때문에 분쇄기(20)의 날에 접촉하는 시간이 증가하여 더욱 세밀하고 균질한 미세플라스틱을 얻을 수 있게 된다.

상기 건조부(32)는, 도 2와 도 3을 참고하면, 자연 건조도 가능하나 생산시간을 단축하기 위하여 적용될 수 있다.

이때, 상기 건조부(32)는 상기 분쇄부로부터 분쇄된 결과물을 제공받아 건조하고 미세 플라스틱을 얻게 된다.

결과적으로, 실험예에 따르면, 초기 발포 폴리스티렌의 입자 크기가 10mm이고 아이스 블록을 형성하기 위한 물과의 비율이 1 : 3인 경우에 500μm 이하의 미세 입자 생산량이 최대치에 달하는 것을 알 수 있었다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 : 발포 폴리스티렌 폼 10a : 미세플라스틱
11 : 아이스 블록 12 : 냉동부
20 : 분쇄기 22 : 분쇄부
32 : 건조부

Claims

발포 폴리스티렌 폼을 준비하는 단계;
상기 발포 폴리스티렌 폼을 물과 함께 냉동시켜 아이스 블록을 준비하는 단계;
상기 아이스 블록을 분쇄하는 단계; 및
분쇄된 결과물을 건조하여 미세플라스틱을 얻는 단계;
를 포함하고,
상기 아이스 블록은 발포 폴리스틸렌 폼의 부피에 대하여 물의 부피가 3배 이상으로 이루어지고, 상기 분쇄하는 단계는 1분 이상 분쇄하는 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 발포 폴리스티렌 폼은 복수개의 입자로 이루어진 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 발포 폴리스티렌 폼의 입자크기는 10mm 이상인 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조방법.
삭제
발포 폴리스티렌 폼을 물과 함께 냉동시켜 아이스 블록을 형성하는 냉동부;
상기 냉동부의 아이스 블록을 제공받아 분쇄하는 분쇄부;
를 포함하고,
상기 아이스 블록은 발포 폴리스틸렌 폼의 부피에 대하여 물의 부피가 3배 이상으로 이루어지고, 상기 분쇄부는 1분 이상 분쇄하는 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치.
제5항에 있어서,
상기 분쇄부로부터 분쇄된 결과물을 제공받아 건조하고 미세 플라스틱을 얻게 되는 건조부를 더 포함하는 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치.
제5항에 있어서,
상기 발포 폴리스티렌 폼은 복수개의 입자로 이루어진 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치.
제7항에 있어서,
상기 발포 폴리스티렌 폼의 입자크기는 10mm 이상인 발포 폴리스티렌을 이용한 부정형 미세플라스틱 제조장치.
삭제