KR102339567B1 - 식물유래 생분해성 pla 세디먼트 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

식물유래 생분해성 pla 세디먼트 필터 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물유래 생분해성 PLA(PolyLactic Acid) 세디먼트 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기시 온도 60℃, 습도 80%, 미생물이 활성화된 토지에서 180일 내에 90% 이상 분해되는 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 제조방법은, PLA 레진을 준비하는 단계; PLA 레진을 압출기로 방사하여 PLA 웹을 생성하는 단계; PLA 웹을 압착하여 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 생성하는 단계; 및 열 엠보씽 압착롤을 이용하여 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 중앙이 관통된 원통 형태로 적층 형성하는 단계; 를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 및 그 제조방법은 폐기시 온도 60℃, 습도 80%, 미생물이 활성화된 토지에서 180일 내에 90% 이상 분해되어 환경오염을 줄이고, CO2 저감 등의 효과와 자연 순환형 소재를 사용함으로써 인체 및 환경에 이로움을 주는 효과가 있다.

Description

식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 및 그 제조방법{PLA SEDIMENT FILTER AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 식물유래 생분해성 PLA(PolyLactic Acid) 세디먼트 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기시 온도 60℃, 습도 80%, 미생물이 활성화된 토지에서 180일 내에 90% 이상 분해되는 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 세디먼트 필터는 물속에 존재하는 이물질, 먼지, 슬러지 및 노후화된 배관으로부터 발생되는 녹물 등을 필터링 하기 위해 사용되는 것으로, 샤워기, 정수기, 주방 및 각종 산업용에 널리 이용된다.
이러한 종래의 세디먼트 필터는 화학합성계 PP 소재로 제조되어 폐기시 100년 이상의 분해기간이 소요되고, 온실 가스 및 환경오염을 증가시키며, 환경파괴 및 미세플라스틱 발생 그리고 지구온난화 등의 문제가 있다.
또한, 세디먼트 필터 특성상 사용기간이 90~180일 정도이며, 교체된 필터는 이물질로 인해 재활용이 매우 어렵다.
KR 등록특허공보 제10-1912869호(2018.10.23) KR 공개특허공보 제10-2017-0036666호(2017.04.03) KR 등록특허공보 제10-1743967호(2017.05.31)
본 발명은 종래와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 식물유래 생분해성 소재를 이용함으로써 폐기시 온도 60℃, 습도 80%, 미생물이 활성화된 토지에서 180일 내에 90% 이상 분해되는 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 제조방법은,
PLA 레진을 준비하는 단계;
PLA 레진을 압출기로 방사하여 PLA 웹을 생성하는 단계;
PLA 웹을 압착하여 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 생성하는 단계; 및
열 엠보씽 압착롤을 이용하여 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 중앙이 관통된 원통 형태로 적층 형성하는 단계; 를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 상기 PLA 레진은 용융흐름지수(MI)가 2160g, 240℃에서 38g 전후의 소재임을 특징으로 한다.
또한, 상기 PLA 웹을 생성하는 단계의 압출기 스크류 온도는 220~250℃이며, 방사된 모노 데니아는 4~6데니아이며, 연신비는 3~4배가 됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 생성하는 단계는 PLA 웹(Web)을 2개의 평면 스틸 압착롤로 압착하여 생성하되, 평면 스틸 압착롤의 온도는 50℃ 이하임을 특징으로 한다.
또한, 상기 열 엠보씽 압착롤을 이용하여 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 중앙이 관통된 원통 형태로 적층 형성하는 단계는, 비결정성 PLA 스판본딩 부직포가 공급롤을 통해 센터 샤프트 롤에 공급되고, 센터 샤프트 롤에 적층되는 비결정성 PLA 스판본딩 부직포는 80~120℃의 열 엠보씽 압착롤에 의해 열압착되어 수축됨과 동시에 결정성 PLA 스판본딩 부직포로 바뀌면서 기공이 1~4㎛로 축소됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 열 엠보씽 압착롤을 이용하여 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 중앙이 관통된 원통 형태로 적층 형성하는 단계는, 센터 샤프트 롤과 열 엠보씽 압착롤은 동일한 속도로 회전하고, 공급롤은 센터 샤프트 롤의 속도보다 1.2~1.8배의 속도로 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 공급함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 및 그 제조방법은 폐기시 온도 60℃, 습도 80%, 미생물이 활성화된 토지에서 180일 내에 90% 이상 분해되어 환경오염을 줄이고, CO2 저감 등의 효과와 자연 순환형 소재를 사용함으로써 인체 및 환경에 이로움을 주는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 제조방법을 도시한 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터를 도시한 사시도.
이하, 본 발명에 따른 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 제조방법을 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터를 도시한 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 제조방법은, PLA 레진을 준비하는 단계; PLA 레진을 압출기로 방사하여 PLA 웹을 생성하는 단계; PLA 웹을 압착하여 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 생성하는 단계; 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 열 엠보씽 압착롤을 이용하여 중앙이 관통된 원통 형태로 적층 형성하는 단계; 를 포함한다.
<PLA 레진 준비 단계>
PLA 레진은 용융흐름지수(MI)가 2160g, 240℃에서 38g 전후의 소재를 이용한다.
<PLA 웹 생성 단계>
준비된 PLA 레진을 압출기로 방사하여 PLA 웹을 생성한다. 이때, 압출기의 스크류 온도는 220~250℃가 되도록 한다. 방사된 모노 데니아는 4~6데니아이며, 연신비는 3~4배가 된다. 이때, 4배 이상으로 연신하면 PLA 소재의 브리틀(Brittle)한 특성과 58℃의 유리전이 온도로 인해 단사현상이 발생할 수 있다.
<비결정성 PLA 스판본딩 부직포 생성 단계>
생산된 PLA 웹(Web)은 2개의 평면 스틸 압착롤로 압착하여 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 생산하되, 2개의 평면 스틸 압착롤의 온도는 50℃ 이하가 되도록 한다.
만약, 평면 스틸 압착롤의 온도가 50℃ 이상이면, 방사된 PLA 실에 잠열을 감안할 때 PLA 스판본딩 부직포가 결정화될 수 있으며, 결정화된 PLA 스판본딩 부직포는 7~10㎛의 기공으로 인해 세디먼트 필터 기능이 저하되고, 후단의 롤링타입으로 PLA 부직포를 적층하며 열 엠보씽 롤로 압착하더라도 PLA 소재 특성상 결정화된 부직포는 수축되지 않아 큰 기공으로 인해 이물질을 걸러낼 수 없게 된다.
그리고 상기 평면 스틸 압착롤 중 하나는 엠보롤을 이용할 수도 있으나 평면롤이 통수량 및 수압의 저항을 적게 줄 수 있으므로 평면롤을 이용함이 바람직하다.
이러한 비결정성 생분해성 PLA 스판본딩 부직포는 20~120g/㎡로 다양한 중량의 생산이 가능하지만, 본 발명은 40g/㎡의 부직포를 사용하였다.
<비결정성 PLA 스판본딩 부직포 적층 단계>
생성된 비결정성 PLA 스판본딩 부직포는 중앙이 관통된 파이프 형태 또는 원통 형태의 롤링 타입으로 적층한다.
비결정성 PLA 스판본딩 부직포는 공급롤을 통해 센터 샤프트 롤에 공급되고, 센터 샤프트 롤에 적층되는 비결정성 PLA 스판본딩 부직포는 80~120℃의 열 엠보씽 압착롤에 의해 열압착된다. 여기서 센터 샤프트 롤과 열 엠보씽 압착롤은 동일한 속도로 회전하고, 공급롤은 센터 샤프트 롤의 속도보다 1.2~1.8배의 속도로 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 공급하게 된다.
이때, 비결정성 PLA 스판본딩 부직포는 종방향이 40%, 횡방향이 30% 수축 즉, 40~50% 수축됨과 동시에 결정성 PLA 스판본딩 부직포로 바뀌면서 7~10㎛ 크기의 기공이 1~4㎛ 크기의 기공으로 축소되어 세디먼트 필터 기능이 향상된다.
여기서 열 엠보씽 압착롤의 온도가 80℃ 이하이면 수축 및 결정화가 약화되어 4㎛ 이상으로 기공의 크기가 커져 필터링 기능이 저하될 수 있고, 80℃ 이상의 온수 사용시 세디먼트 필터의 변형이 발생할 수 있으며, 열 엠보씽 압착롤의 온도가 120℃ 이상이면 PLA 부직포는 수축과 결정화 특성보다 PLA 부직포끼리 뭉치거나 달라붙는 현상으로 기능이 상실될 수 있다.
그리고 센터 샤프트 롤의 속도 대비 공급롤의 속도가 1.2 이하이면 수축률이 30% 이하가 될 수 있고, 속도가 1.8 이상이면 과다한 PLA 부직포 공급으로 적층이 겹치는 문제가 발생할 수 있다.
적층 두께에 따라 중앙이 관통된 내부층은 열 엠보씽 압착롤에 접촉 횟수가 증가하여 충분한 수축 및 결정화가 진행되며, 기공의 크기가 1㎛ 전후로 작아지고, 외부층으로 갈수록 기공의 크기가 커진다.
상기와 같이 센터 샤프트 롤의 속도, 공급롤의 속도, 열 엠보씽 압착롤의 속도 그리고 온도 등을 고려하여 기존 생산방법으로 생산하되, 다층 형태의 각종 필터층 즉, ACF 필터, UF 필터, 카본 블록 필터 등과 같은 혼성 필터 제조도 가능하며, PLA 특성상 브리틀한 특성으로 열 엠보씽 압착롤에 의해 형태가 변형되지 않는 세디먼트 필터를 접착제 없이 생산 가능하다.
롤링 부직포 적층시 열 엠보씽 압착롤의 온도에 따른 관통된 중앙의 내측 기공 크기와 외측 기공 크기 변화(적층 두께는 20mm 임.)
열 엠보씽 롤 온도 110℃ 열 엠보씽 롤 온도 80℃
내측 표면 기공 크기 1~2㎛ 2~3㎛
외측 표면 기공 크기 2~3㎛ 3~4㎛
상기 데이터는 전자 현미경으로 5회 측정 후 평균 수치임.
상기 실험 결과에서와 같이 본 발명의 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터는 작은 기공으로 필터링이 우수함을 확인할 수 있다.

Claims (6)

  1. PLA(PolyLactic Acid) 레진을 준비하는 단계;
    PLA 레진을 압출기로 방사하되, 방사된 모노 데니아는 4~6데니아이며, 연신비는 3~4배인 PLA 웹(Web)을 생성하는 단계;
    PLA 웹을 50℃ 이하의 온도를 가지는 2개의 평면 스틸 압착롤로 압착하여 7~10㎛ 크기의 기공을 가지는 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 생성하는 단계; 및
    비결정성 PLA 스판본딩 부직포가 공급롤을 통해 센터 샤프트 롤에 공급되고, 센터 샤프트 롤에 적층되는 비결정성 PLA 스판본딩 부직포는 80~120℃의 열 엠보씽 압착롤에 의해 열압착되어 수축됨과 동시에 결정성 PLA 스판본딩 부직포로 바뀌면서 기공이 1~4㎛로 축소되도록 중앙이 관통된 원통 형태로 적층 형성하는 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 열 엠보씽 압착롤을 이용하여 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 중앙이 관통된 원통 형태로 적층 형성하는 단계는, 센터 샤프트 롤과 열 엠보씽 압착롤은 동일한 속도로 회전하고, 공급롤은 센터 샤프트 롤의 속도보다 1.2~1.8배의 속도로 비결정성 PLA 스판본딩 부직포를 공급함을 특징으로 하는 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 PLA 레진은 용융흐름지수(MI)가 2160g, 240℃에서 38g 전후의 소재임을 특징으로 하는 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터 제조방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 하나의 방법으로 제조된 식물유래 생분해성 PLA 세디먼트 필터.
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