KR102378550B1 - 생분해성 발포 부구 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생분해성 발포 부구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생분해성 고분자를 발포시켜 제조함으로써 유실 또는 파손되더라도 수중에서 자연분해가 가능하여 해양환경을 보호할 수 있는 생분해성 발포 부구에 관한 것이다.
본 발명의 생분해성 발포 부구는 폴리락트산(PLA) 70 내지 90중량%와 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 5 내지 25중량%, 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르(DGEBA) 1 내지 5중량%를 함유하는 수지 조성물을 발포시켜 형성한 발포체를 포함한다.
본 발명의 생분해성 발포 부구는 폴리락트산(PLA) 70 내지 90중량%와 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 5 내지 25중량%, 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르(DGEBA) 1 내지 5중량%를 함유하는 수지 조성물을 발포시켜 형성한 발포체를 포함한다.
Description
본 발명은 생분해성 발포 부구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생분해성 고분자를 발포시켜 제조함으로써 유실 또는 파손되더라도 수중에서 자연분해가 가능하여 해양환경을 보호할 수 있는 생분해성 발포 부구에 관한 것이다.
일반적으로 양식장 등에서는 부력성이 우수하고 가격이 저렴한 스티로폼 소재로 형성된 부구가 주로 사용되고 있다.
하지만, 스티로폼만으로 구성된 부구는 내구성이 약하여 조그마한 충격 등에도 쉽게 파열되어 수명이 극히 짧은 문제점을 가지고 있었다.
근래에 들어서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록실용신안 제 20-0377349호에 개시된 것처럼 딱딱한 소재의 플라스틱 성형되고 내부가 비어있는 부구가 널리 보급되어 사용되고 있는 실정이다. 합성수지제로 제조된 부구는 스티로폼 등으로 이루어진 부구에 비하여 내구성이 우수한 이점을 가지고 있다.
하지만, 종래의 스티로폼이나 딱딱한 소재의 플라스틱 소재의 부구는 비분해성 고분자이므로 유실되거나 파손될 경우 해양을 오염시킨다.
전 세계적으로 매년 수백만 톤의 플라스틱이 해양으로 유입되며, 플라스틱은 바다에서 풍화작용, 파도에 의한 마모, 자외선 방사 등에 의해 미세 플라스틱(microplastic)으로 분해된다.
특히 조류와 거북이가 광범위하게 플라스틱을 섭취한다는 것이 기록되었고, 해양 조류 중 플라스틱을 섭취하는 종은 새끼들에게 플라스틱 덩어리를 먹이는 검은발알바트로스(Phoebastria nigripes)처럼 검증된 종만 최소 44%에 이른다.
더군다나 미세 플라스틱은 POPs 등 독성물질을 흡착하고 방출하며 운반하는 능력을 가지고 있고, 척추동물과 무척추동물 모두 섭취하는 것이 보고되었으며, 생물축적이 일어나고 있을 가능성이 무척 높다. 때문에 해양 플라스틱 폐기물에 대한 관리가 시급하다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 생분해성 고분자를 발포시켜 제조함으로써 유실 또는 파손되더라도 수중에서 자연분해가 가능하여 해양환경을 보호할 수 있는 생분해성 발포 부구를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생분해성 발포 부구는 폴리락트산(PLA) 70 내지 90중량%와 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 5 내지 25중량%, 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르(DGEBA) 1 내지 5중량%를 함유하는 수지 조성물을 발포시켜 형성한 발포체를 포함한다.
상기 발포체의 표면에는 방오코팅층이 형성된다.
상기 방오코팅층은 수분산성 폴리우레탄 100중량부에 대하여 불소알코올 5 내지 15중량부, 불소실란 1 내지 3중량부, 패각 분말 4 내지 10중량부, 셀룰로오스 나노파이버 2 내지 8중량부를 함유한 코팅제를 도포하여 형성한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 생분해성 고분자를 발포시켜 부구를 제조함으로써 부구가 유실 또는 파손되더라도 수중에서 자연분해가 가능하여 해양환경을 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 PLA와 PBAT를 혼합하여 기계적 성질 개선과 물성을 향상시킴과 동시에 DGEBA 첨가로 인해 발포능과 굴곡탄성률을 향상시킨다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 생분해성 발포 부구에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 생분해성 발포 부구는 발포체로 이루어진다. 발포체는 생분해성 수지 조성물을 발포시켜 형성한다.
생분해성 수지 조성물의 일 예로 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT), 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르(DGEBA)를 함유한다. 가령, 생분해성 수지 조성물은 폴리락트산(PLA) 70 내지 90중량%와 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 5 내지 25중량%, 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르(DGEBA) 1 내지 5중량%를 함유할 수 있다.
폴리락트산(PLA:polylactic acid)은 생분해성 고분자 수지의 일종으로서, 생분해성 고분자 수지 중에서 인장강도가 양호하고 가공성이 우수하다. 폴리락트산은 밀도 1.2~1.3g/cm3, 용융지수 1~8g/10min(2.16kg, 190℃)일 수 있다.
폴리락트산의 상업화된 제품으로서 Nature Works사의 내열성이 우수한 결정성 PLA인 2003D, 4032D를 사용하거나, Total-Corbion사의 LX175 등을 이용할 수 있다.
폴리락트산은 우수한 광택, 높은 인장강도 등의 장점을 가지는 반면에 인열강도가 낮은 단점이 있다. 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트는 폴리락트산의 낮은 인열강도를 보완해주는 역할을 한다.
폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT: polybutylene adipate-co-terephthalate)는 생분해성 고분자 수지의 일종으로서, 신율을 향상시키고 아울러 강도를 향상시킨다. 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트는 밀도 1.2~1.3g/cm3, 용융지수 1~8g/10min(2.16kg, 190℃)일 수 있다.
폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트의 상업화된 제품으로서 BASF사의 Ecoflex C1200 혹은 지오솔테크사의 Solpol1000 혹은 EnPol사의 PBG7070 혹은 Kingfa사의 A400 등을 사용할 수 있다.
비스페놀-A의 디글리시딜 에테르는 폴리락트산과 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트로 이루어진 생분해성 고분자의 낮은 낮은 용융강도를 보완하여 발포성을 향상시키기 위해 첨가된다. 또한, 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르는 발포체의 굴곡탄성률을 높인다.
비스페놀-A의 디글리시딜 에테르(DGEBA Diglycidyl Ether of Bisphenol A)는 에피클로로히드린(ECH; Epichlorohydrin)과 비스페놀A(bisphenol A)를 반응시켜 만들어진다.
비스페놀-A의 디글리시딜 에테르가 갖는 에폭시기는 PLA의 카복실기(carboxyl group), 하이드록시기(hydroxyl group)와 반응 결합을 하여 PLA의 분자량과 사슬망(chain entanglement)을 증가시킨다. 이렇게 되면 생분해성 수지의 단점인 용융강도와 취약성을 개선할 수 있다.
상술한 생분해성 수지 조성물은 기핵제, 상용화제 등의 첨가물이 더 첨가될 수 있음은 물론이다.
기핵제는 발포체의 셀(cell)의 수를 조절하는 역할을 하는 것으로서, 탈크(talc) 또는 미카(mica)를 이용할 수 있다. 그리고 상용화제로서 무수말레인산(MA, Maleic Anhydride)을 이용할 수 있다. 무수말레인산은 블랜딩 효과를 향상시킨다.
상술한 생분해성 수지 조성물을 통상적인 방법으로 발포시켜 특정한 모양의 발포체를 형성할 수 있다. 가령, 수지 조성물에 발포제를 투입한 후 용융시켜 발포시킬 수 있다. 발포제로 탄산수소나트륨을 이용할 수 있다.
이와 같이 제조된 발포체는 수면에 부유가 가능하며 생분해가 가능한 생부해성 특성을 갖는다. 발포체는 양식 어구용, 푼툰용, 해양관측설비용, 수상구조물의 부유체용 등 다양한 용도의 부구(buoy)로 이용될 수 있다.
한편, 본 발명은 발포체의 표면에 방오코팅층이 더 형성될 수 있다. 방오코팅층은 발포체의 표면이 오염되는 것을 억제하면, 발포체를 보호하는 역할을 한다.
방오코팅층은 코팅제를 발포체의 표면에 도포하여 형성할 수 있다.
코팅제는 일 예로 수분산성 폴리우레탄 100중량부에 대하여 불소알코올 5 내지 15중량부, 불소실란 1 내지 3중량부, 패각 분말 4 내지 10중량부, 셀룰로오스 나노파이버 2 내지 8중량부를 혼합하여 조성할 수 있다.
수분산성 폴리우레탄은 폴리올, 디메틸올 프로피온산(dimethylol propionic acid, DMPA), 이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate, IPDI), 트리에틸아민(triethylamine, TEA), 에틸렌 디아민(ethylene diamine, EDA), 물을 혼합하여 합성할 수 있다.
폴리올로 폴리테트라메틸렌글리콜(polytetramethylene glycol, PTMG) 또는 폴리카보네이트디올(polycarbonate diol, PCD), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol, PPG) 또는 폴리카프로락톤디올(polycaprolactonediol, PCL) 중 어느 하나를 이용한다.
이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate, IPDI)는 폴리올과 반응하여 폴리우레탄을 생성시킨다. 이외에도 이소시아네이트로서 디페닐메탄 디이소시아네이트(diphenyl methanediisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트(dicyclohexylmethane diisocyanate) 중에서 어느 하나를 이용할 수 있다.
트리에틸아민(triethylamine, TEA)은 중화제로서 사용되며 프리폴리머를 중화시키는 작용을 한다. 이 외에도 중화제로서 트리메틸아민(trimethylamine, TMA)을 사용할 수 있다.
에틸렌 디아민(ethylene diamine, EDA)은 사슬연장제로서 사용된다. 이외에도 사슬연장제로서 1,4-부탄디올(1,4-butanediol), 1,6-헥산디올(1,6-hexane diol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol) 중에서 어느 하나를 이용할 수 있다.
물은 프리폴리머를 유화시키는 작용을 하며, 물의 사용량은 60 내지 80중량%인 것이 바람직하지만 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다.
코팅제를 합성하기 위해서 폴리올에 이온화제인 디메틸올 프로피온산을 첨가하여 교반시키면서 70 내지 90℃로 온도를 올려준다. 다음으로, 이소포론 디이소시아네이트를 첨가하여 90℃에서 3 내지 5시간 동안 반응시켜 생성된 프리폴리머를 상온으로 냉각시킨다. 그리고 상온으로 냉각시킨 프리폴리머에 중화제인 트리에틸아민을 첨가한 후 20 내지 40분 동안 교반시킨다. 다음으로, 사슬연장제인 에틸렌 디아민과 물을 첨가한 후 40 내지 60분 동안 교반시켜 수분산성 폴리우레탄을 얻을 수 있다.
불소알코올은 방오성을 향상시키는 것으로서, 트리플루오로에탄올(TFE: Trifluoroethanol), 헥사플루오로이소프로판올(HFIP: Hexafluoroisopropanol), 테트라플루오로-1-프로판올(TFP: 2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol) 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
불소실란은 패각분말과 셀룰로오스 나노파이버를 수분산성 폴리우레탄과 강하게 결합시키는 역할을 한다. 불소실란으로 (3,3,3-트라이플루오로프로필)트리메톡시실란(Trimethoxy(3,3,3-trifluoropropyl)silane)을 이용할 수 있다.
패각 분말은 조개껍질인 패각을 고온(800~1200℃)에서 소성시킨 후 미세하게 분쇄한 것을 의미한다. 소성된 패각은 표면 및 내부에 무수한 기공이 형성된 다공구조를 갖는다. 이러한 다공 구조의 패각 분말은 배리어성을 크게 향상시켜 코팅층의 수분차단성을 높인다.
셀룰로오스 나노파이버(cellulose nano fiber)는 셀룰로오스 사슬이 다발을 이루어 결합한 나노 또는 마이크로미터 크기의 막대 형태 입자 혹은 섬유를 말한다. 셀룰로오스 나노파이버는 직경 5~100nm, 길이는 10~100㎛일 수 있다. 셀룰로오스 나노파이버는 코팅층의 강도와 부착성을 개선시킨다.
이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명에 대해 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시 예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 하기의 실시 예로 한정하는 것은 아니다.
(실시예)
폴리락트산((2003D, Nature Works) 80중량%와 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(Ecoflex C1200, BASF) 17중량%, 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르(DGEBA, Sigma-Aldrich) 3중량%를 혼합한 수지 조성물을 압출기에 투입한 후 용융시켜 발포전 시료를 만들었다. 그리고 발포전 시료를 2.5wt%의 발포제(NaHCO3)와 함께 압출기에 투입한 후 발포시킨 발포후 시료를 얻었다.
(비교예)
폴리락트산(2003D, Nature Works) 80중량%와 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(Ecoflex C1200, BASF) 20중량%를 혼합한 수지 조성물을 이용하여 실시예와 동일한 방법으로 발포전 시료와 발포후 시료를 준비하였다.
<발포능 및 굴곡탄성률 측정>
발포전 시료의 부피와 발포후 시료의 발포(팽창)비율을 측정하여 발포능을 평가하였다. 그리고 발포후 시료를 시편으로 하여 굴곡탄성률을 측정하였다. 실험결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
| 구분 | Expansion ratio(%) | 굴곡탄성률(kg/cm2) |
| 실시예 | 3.67 | 625 |
| 비교예 | 1.89 | 341 |
상기 표 1의 결과를 참조하면, 실시예의 경우 발포비율이 3.67인 반면에 비교예의 경우 1.89로 나타났다. 이를 통해 DGEBA 첨가가 발포능을 높이는 것으로 확인되었다.
그리고 굴곡탄성률의 경우 실시예가 비교예보다 약 1.8배 정도 향상시키는 것으로 나타났다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
Claims (3)
- 폴리락트산(PLA) 70 내지 90중량%와 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 5 내지 25중량%, 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르(DGEBA) 1 내지 5중량%를 함유하는 수지 조성물을 발포시켜 형성한 발포체를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 발포 부구.
- 제 1항에 있어서, 상기 발포체의 표면에는 방오코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 생분해성 발포 부구.
- 제 2항에 있어서, 상기 방오코팅층은 수분산성 폴리우레탄 100중량부에 대하여 불소알코올 5 내지 15중량부, 불소실란 1 내지 3중량부, 패각 분말 4 내지 10중량부, 셀룰로오스 나노파이버 2 내지 8중량부를 함유한 코팅제를 도포하여 형성한 것을 특징으로 하는 생분해성 발포 부구.
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| KR102604093B1 (ko) * | 2023-03-17 | 2023-11-22 | 이창영 | 재활용이 가능한 생분해성 친환경 부표와 그 제조방법 |
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