KR102404809B1

KR102404809B1 - 생분해성 쓰레기봉투

Info

Publication number: KR102404809B1
Application number: KR1020220041372A
Authority: KR
Inventors: 박경빈
Original assignee: 박경빈
Priority date: 2022-04-01
Filing date: 2022-04-01
Publication date: 2022-06-03

Abstract

본 발명에 따른 쓰레기봉투는 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트 및 핵제 등을 포함하는 외층과 내층의 2층 구조로 구비되되, 각 층을 구성하는 조성물에 소수성의 폴리에틸렌과 친수성의 생분해성 고분자 간의 화학적인 결합력을 높일 수 있는 양친매성 블록공중합체를 더 포함함으로써 생분해성을 만족함과 동시에 인장강도 및 인열강도와 같은 기계적 물성을 확보할 수 있다.

Description

생분해성 쓰레기봉투{A garbage bag having biodegradation}

본 발명은 생분해성 쓰레기봉투에 관한 것으로, 상세하게는 봉투를 구성하는 필름에 생분해성 고분자를 포함하되, 생분해성 고분자의 단점인 인장강도, 인열강도, 신장률 등 물리적인 특성을 강화하여 필름의 물성 및 가공성을 높인 생분해성 쓰레기봉투에 관한 것이다.

최근 각종 쓰레기를 효율적으로 관리하기 위하여 중앙정부 및 지방자치단체별로 주거지 또는 상업 지역에서 쓰레기 분리수거 제도가 정착되고 있다. 그러나, 분리수거가 불가능한 쓰레기는 여전히 종량제 규격 쓰레기봉투에 담아 분리하여 배출하고 있는 실정이다. 특히 종량제 쓰레기봉투의 관리는 여전히 쉽지 않다. 쓰레기봉투는 통상적으로 규격화된 범용 봉투를 지역 단위별로 사용자에게 공급하고, 사용자는 정해진 장소에 쓰레기가 수용된 쓰레기봉투를 배출한다.

문제는 거의 대부분의 종량제 쓰레기봉투는 폴리에틸렌을 원료로 제조되는 바, 가격이 저렴하고 일정 이상 신장되는 특성을 갖고는 있으나 전반적으로 석유 기반 단량체를 활용한 것으로, 자연 상태에서의 분해성이 떨어져 사용 후 폐기 시 환경에 악영향을 미치는 문제가 있다.

석유 기반 수지는 내구성 등의 기계적 물성이 우수해, 이를 이용한 제품의 비중은 점진적으로 높아지고 있다. 이는 특히 환경 문제가 중요시되는 오늘날, 해결되어야 할 문제로 부각되고 있으며, 이에 세계적으로 석유 기반 수지를 대체할 수 있는 친환경 소재에 대한 연구 및 개발이 요구되고 있다.

특히 정부시책 및 시민들의 환경의식 고취 교토의정서에 의한 지구온난화 등의 인식, 전환에 의해 환경 피해를 줄이기 위한 움직임이 활발하다 소비자들의 높아진 의식구조로 환경배려형 상품의 수요가 늘어가고 있으며 분해성 플라스틱의 수요도 급속하게 증가하고 있는 추세이다.

여기에 자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률시행으로 분해성 시장이 확대되고 있으며, 이마트, 홈플러스, 롯데마트 등 대형마트, 중소형 마트, 백화점 등의 식품매장은 이미 플라스틱 대체품인 펄프 트레이가 사용되고 있고, 식품 포장용 용기 등은 법적 규제에 의해 생분해성 소재 또는 천연소재로 시장 교체가 이루어지고 있다. 이외에도 풀무원, 삼성전기, 제과업체, 화장품 업체 등 기업체의 식품 포장재 산업용 포장재 수요가 급속히 증가하고 있는 실정이다.

이를 위한 방법의 하나로, 전분과 같은 천연 생분해성 고분자를 포함하여 제조하는 방법이 있다. 특히 전분계 생분해성 고분자는 가격이 저렴하고 발포가 가능한 장점이 있으나, 내수성이 떨어지고 제품의 강도가 약화되며 분해기간이 너무 짧아 제품 응용성 및 생산성이 저하되는 단점이 있다.

이외에도 바이오매스 혹은 석유 기반 단량체를 활용하여 생분해가 가능한 수지를 합성하는 방법이 있다. 이의 일 예로, 생분해성 폴리에스테르는, 에스테르 작용기가 외부의 물과 공기에 노출될 시, 가수분해가 일어나 생분해가 가능하게 된다. 이러한 폴리에스테르로는, 구체적으로, PBAT(poly butylene adipate terephthalate), PBS(poly butylene succinate), PLA(poly lactic acid) 등이 있으나, 이러한 수지들 또한 기계적 물성, 예를 들어 인장강도 및 인열강도가 매우 떨어지는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 연구 및 개발이 시급한 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-2131286호 (2020년 07월 01일)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상세하게는 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 생분해성 고분자 등을 포함하는 외층과 내층의 2층 구조로 구비되되, 각 층을 구성하는 조성물에 소수성의 폴리에틸렌과 친수성의 생분해성 고분자 간의 화학적인 결합력을 높일 수 있는 양친매성 블록공중합체를 더 포함함으로써 생분해성을 만족함과 동시에 인장강도 및 인열강도와 같은 기계적 물성을 확보할 수 있는 생분해성 쓰레기봉투의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 생분해성 쓰레기봉투에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태는, 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 양친매성 블록 공중합체 및 생분해성 고분자를 포함하는 외층; 및 상기 외층의 내면에 적층되며 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 양친매성 블록 공중합체 및 생분해성 고분자를 포함하는 내층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 쓰레기봉투에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 외층은 선형저밀도폴리에틸렌 100 중량부에 고밀도폴리에틸렌 10 내지 50 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 1 내지 20 중량부, 양친매성 블록 공중합체 0.1 내지 5 중량부 및 생분해성 고분자 1 내지 30 중량부를 포함하며,

상기 내층은 선형저밀도폴리에틸렌 100 중량부에 고밀도폴리에틸렌 50 내지 100 중량부, 양친매성 블록 공중합체 0.1 내지 5 중량부 및 생분해성 고분자 1 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 양친매성 블록 공중합체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리알킬(메타)아크릴레이트 및 폴리에스테르로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소수성 고분자와; 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산 및 폴리비닐알코올로 구성된 군으로부터 선택되는 하나이상의 친수성 고분자의 공중합체인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 내층 또는 외층은 충전재, 염료, 안료, 강도보강제, 신율보강제, 대전방지제 및 산화방지제에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

이하, 구체예를 바탕으로 본 발명에 따른 생분해성 쓰레기봉투를 더욱 상세히 설명한다. 다만 다음에 소개되는 구체예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다.

따라서 본 발명은 이하 제시되는 구체예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 구체예들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 기재된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.

일반적으로 분해성 고분자는 원료에 따라 천연 고분자계, 화학합성 고분자계, 미생물생산 고분자계, 혼용 고분자계, 복합 분해성 고분자계, 광분해성 고분자계 등이 있으며, 이들은 대부분 주쇄가 탄소-탄소 결합뿐만 아니라 산소나 질소 등의 원자가 포함되기도 하며 아미드나 우레탄기 등이 포함되는 경우에도 분해성이 증가하기도 한다.

이들 중 셀룰로스, 펙틴, 리그닌, 전분 등의 천연고분자계는 가수분해성이 매우 우수하여 높은 생분해성을 가지며, 독성이 없고, 원료를 구하기 쉬워 다른 원료에 비해 매우 저렴한 장점을 가지나, 이러한 천연고분자는 높은 가수분해성을 가지기는 하나, 물리적 성질이 떨어지기 때문에 자체적으로 상용화하기에는 문제가 큰 단점을 가진다.

본 발명은 이러한 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 생분해성을 가지는 고분자가 대부분 친수성을 가지는 점을 주목하여 이들과 친화성이 높으면서도 소수성의 폴리에틸렌과도 친화성이 높은 양친매성 고분자를 생분해성 고분자와 혼합하였을 때 생분해성의 발현과 동시에 인장강도, 인열강도 등의 기계적 물성이 강화되는 점을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에 따른 생분해성 쓰레기봉투는 기본적으로 내층과 외층으로 구성되되, 상기 내층과 외층을 이루는 조성물은 각각 다른 성분으로 구성하며, 이들 성분을 동시에 압출함으로써 2중의 층을 가지는 하나의 봉투로 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 외층을 구성하는 조성물은 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 양친매성 블록 공중합체 및 생분해성 고분자를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE)은 외층의 인장율과 연신성을 높이는 특성을 갖는 것으로, 제조방법을 한정하지는 않으나 지글러-나타계 촉매 또는 메탈로센계 촉매 하에 원료를 공중합하여 수득할 수 있다.

구체적으로 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 지글러-나타 촉매를 사용하고, 에틸렌 단독 중합, 에틸렌과 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1, 옥텐-1 등의 알파-올레핀과의 공중합에 의해 얻을 수 있다. 중합 방법은 특별히 한정하지 않으며, 기상법, 솔류션법, 슬러리법 등 어느 방법을 사용해서도 제조할 수 있다.

또한 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 메탈로센계 촉매를 사용하고 에틸렌 단독 중합, 에틸렌과 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1, 옥텐-1 등의 알파-올레핀과의 공중합에 의해 얻을 수 있다. 중합 방법은 특별히 한정하지 않으나, 기상법, 솔루션법 등으로 제조할 수 있다.

상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 용융지수(ASTM D1238, 온도 190℃, 하중 2.16㎏)가 0.2 내지 3.0g/10분이고, 바람직하게는 0.5 내지 1.5g/10분일 수 있다. 선형 저밀도 폴리에틸렌의 용융지수가 0.2g/10분 미만일 경우 봉투의 성형성이 저하될 수 있고, 용융지수가 3.0g/10분을 초과할 경우 봉투 성형 후 기계적 물성이 저하될 수 있다.

또한 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.910 내지 0.930g/㎤이고, 바람직하게는 0.915 내지 0.925g/㎤일 수 있다. 선형 저밀도 폴리에틸렌의 밀도가 0.910g/㎤ 미만일 경우 제품의 과도한 끈적임(sticky)으로 인해 봉투 성형 후 봉투끼리 달라붙는 경향이 있어 마찰 특성 및 투명도가 저하될 수 있고, 밀도가 0.930g/㎤을 초과할 경우 봉투의 인열강도 및 찌름강도가 저하될 수 있다.

상기 고밀도 폴리에틸렌은 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 기계적 물성을 보완하기 위해 첨가하는 것으로, 높은 경도로 인해 인장강도, 인열강도 등의 기계적 물성을 높이는 효과를 가진다.

상기 고밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.940g/㎤을 초과하는 에틸렌의 단독중합체 또는 공중합체로서, 특히 공중합체의 경우 삼원공중합체인 것이 바람직하다. 이때 상기 고밀도 폴리에틸렌은 제조방법을 한정하지 않으나, α-올레핀, 예를 들어 부텐-1, 헥센-1, 옥텐-1 등의 탄소수 3 내지 20개의 알파-올레핀 공단량체를 중합하여 제조할 수 있다.

구체적으로 상기 알파-올레핀 공단량체는 선형 또는 분지형일 수 있으며, 예를 들어 프로필렌; 3-메틸-1-부텐; 3,3-디메틸-1-부텐; 1-펜텐; 하나 이상의 메틸, 에틸 또는 프로필 치환기를 갖는 1-펜텐; 하나 이상의 메틸, 에틸 또는 프로필 치환기를 갖는 1-헥센; 하나 이상의 메틸, 에틸 또는 프로필 치환기를 갖는 1-헵텐; 하나 이상의 메틸, 에틸 또는 프로필 치환기를 갖는 1-옥텐; 하나 이상의 메틸, 에틸 또는 프로필 치환기를 갖는 1-노넨; 에틸, 메틸 또는 디메틸 치환된 1-데센; 1-도데센; 및 스티렌을 들 수 있다.

상기 열거한 공단량체는 단순히 예시한 것이지, 이로써 제한하고자 함이 아님을 이해해야 한다. 바람직한 공단량체로는 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 및 스티렌을 들 수 있으며, 이외에도 극성 비닐, 공액 및 비공액 디엔, 아세틸렌 및 알데히드 단량체를 상기 단량체와 중합하여 제조할 수도 있다.

상기 고밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.940g/㎤을 초과하는 것이 좋으며, 바람직하게는 0.940 내지 0.970g/㎤일 수 있다. 밀도가 상기 범위 미만인 경우 상술한 기계적인 물성을 확보하기 어려우며, 상기 범위 초과인 경우 결정성이 과도하게 증가하여 성형성이 떨어지고 저온에서의 인열강도가 하락할 수 있다.

또한 상기 고밀도 폴리에틸렌은 용융지수(ASTM D1238, 온도 190℃, 하중 2.16㎏)가 0.01 내지 45g/10분, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10g/10분인 것이 좋다. 용융지수가 상기 범위 미만인 경우 필름의 성형성이 떨어지며, 상기 범위를 초과하는 경우 다른 성분과의 혼화성 저하로 인해 기계적 물성이 크게 떨어질 수 있다.

상기 고밀도 폴리에틸렌은 상기 선형저밀도폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부 포함하는 것이 좋다. 고밀도 폴리에틸렌이 상기 범위 미만 첨가되는 경우 봉투의 기계적 물성이 하락할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 저온에서의 인열강도가 하락할 수 있다.

상기 에틸렌비닐아세테이트는 상기 고밀도 폴리에틸렌의 첨가에 따른 인장성과 내층과의 접착성 하락 등을 방지하기 위해 첨가하는 것으로, 에틸렌계 반복단위와 비닐아세테이트계 반복단위를 포함할 수 있다.

이때 상기 에틸렌비닐아세테이트는 비닐아세테이트의 함량을 일정 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 구체적으로 에틸렌비닐아세테이트 내 비닐아세테이트의 함량이 증가할수록 용융지수(MI)가 높아져 용융강도와 같은 기계적 물성이 하락하여 봉투가 제대로 성형되지 않기 때문이다.

바람직하게 상기 에틸렌비닐아세테이트 내의 비닐아세테이트 함량은 15 내지 30 중량%인 것이 좋다. 비닐아세테이트 함량이 상기 범위 미만인 경우 낮은 탄성과 유연성으로 인해 저온에서의 인열강도가 떨어질 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 봉투의 인장강도 및 성형성이 떨어질 수 있다.

또한 동일한 용융 지수를 갖는 에틸렌비닐아세테이트라 하더라도, 분자량 분포가 높을 경우 기계적 물성이 낮은 단점이 있으므로, 분자량 분포(PDI, Mw/Mn) 또한 일정 범위를 만족하는 것이 좋다.

구체적으로 상기 에틸렌비닐아세테이트는 분자량 분포를 10 이하, 더욱 바람직하게는 3 내지 5를 만족하는 것이 바람직하다. 이를 통해 고분자량의 에틸렌비닐아세테이트 수지를 수득할 수 있으며, 얻어진 수지의 용융지수는 감소하고, 인장강도 등의 기계적 물성은 향상되기 때문에 일정 이상의 탄성을 발현하면서도 최종 제품의 인장강도, 인열강도 등의 기계적 물성을 해치지 않을 수 있다.

이때 상기 에틸렌비닐아세테이트의 분자량 분포, 중량평균 분자량 및 수평균 분자량은 측정방법을 한정하지는 않으나, 겔 투과 크로마토그래피(GPC:gel permeation chromatography, Waters사 제조)를 이용하여 중합체의 중량평균 분자량(Mw)과 수평균 분자량(Mn)을 측정하였고, 중량평균 분자량을 수평균 분자량으로 나누어 분자량 분포(PDI)를 계산하여 구할 수 있다.

상기 에틸렌비닐아세테이트는 선형저밀도폴리에틸렌 100 중량부 대비 1 내지 20 중량부 포함하는 것이 바람직하다. 에틸렌비닐아세테이트의 함량이 상기 범위 미만인 경우 상술한 인장성 및 내층과의 접착성 향상 효과가 미비하며, 상기 범위 초과인 경우 외층의 기계적 물성이 하락하여 쉽게 찢어지거나 파손될 수 있다.

상기 양친매성 블록공중합체는 후술할 생분해성 고분자와 수소결합을 통해 상화작용하여 다양한 구조와 특성을 가진 나노구조를 유도함으로써 생분해성을 유지하면서도 상기 성분의 낮은 기계적 물성을 보완하기 위해 첨가되는 것으로, 친수성기를 가지는 단량체와 소수성기를 가지는 단량체를 블록 공중합함으로써 제조될 수 있다.

본 발명에서 블록 공중합체라 함은 두 개 이상의 단량체가 공중합되어 제조되는 고분자로서 화학적으로 다른 성질을 갖는 둘 이상의 블록을 포함하는 중합체를 말한다. 또한, 양친매성 블록 공중합체라 함은 블록 공중합체의 한 블록이 소수성 고분자이고, 다른 쪽 블록이 친수성 고분자로 구성된 공중합체를 말한다. 각 블록이 고분자를 구성하는 주쇄에 반복되는 형태이든, 또는 하나의 블록이 주쇄를 이루고 또 다른 블록이 측쇄에 존재하는 형태이든 본 발명의 블록 공중합체에 포함된다.

상기 양친매성 블록 공중합체를 형성하는 하나의 블록인 소수성 고분자는 고분자 사슬의 주쇄 또는 측쇄에 극성 또는 하전된 관능기를 갖지 않음으로써 물 등의 극성 용매에 용해되지 않는 고분자를 말한다. 상기 소수성 고분자는 강도가 높은 결정성이거나 또는 비정질의 고분자라도 제조되는 나노기공성 필름의 지지체로서 충분한 강도를 갖는 것이면 제한 없이 사용될 수 있다.

상기 소수성 고분자로 예를 들면 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리알킬(메타)아크릴레이트(poly(alkyl (mtha)acylate)) 및 폴리에스테르(polyester)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 PE, PP 또는 PS를 사용한다.

상기 양친매성 블록 공중합체를 형성하는 다른 블록인 친수성 고분자는 고분자 사슬의 주쇄 또는 측쇄에 극성 또는 하전된 관능기를 갖음으로써 물 등의 극성 용매에 용해되는 고분자를 말한다. 상기 친수성 고분자는 결정성이거나 또는 비정질의 고분자라도 관계없으며, 함께 적층되는 친수성 단일 중합체와 화학적으로 상용성이 있는 것이면 제한 없이 사용이 가능하다.

상기와 같은 극성 또는 하전된 관능기는 후술한 생분해성 고분자의 히드록시기 등과 수소결합 또는 이온결합의 형태로 반응하여 자기조립이 되기 때문에 상기 생분해성 고분자와 상기 선형저밀도폴리에틸렌 등의 소수성 고분자가 쉽게 혼화될 수 있도록 하며, 이러한 화학적인 결합으로 인해 생분해성 고분자의 첨가에 따른 필름의 물성 저하를 해소할 수 있다.

상기와 같은 친수성 고분자로 예를 들면 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide, PEO), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide, PPO), 폴리에틸렌글리콜(polyethylenegylcol, PEG), 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA) 및 폴리비닐알코올(polyvinylcalcohol, PVA)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 이들 중 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리아크릴산으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나를 사용하는 것이 좋다.

상기 양친매성 블록 공중합체는 더욱 바람직하게는, 폴리에틸렌-b-폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌-b-폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌-b-폴리아크릴산, 폴리스티렌-b-폴리에틸렌옥사이드 및 폴리스티렌-b-폴리아크릴산으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 복수를 들 수 있다.

상기 양친매성 블록 공중합체는 제조방법을 한정하지 않으며, 당업계에서 사용되는 통상적인 블록 공중합체의 제조방법을 따를 수 있다. 구체적으로 이온중합반응(음이온과 양이온), 리빙(living)형태를 포함한 라디칼 중합반응, 전하 이동(charge-transfer) 중합반응, 활성 말단기를 이용한 그래프트 중합반응, 거대 개시제(macro-initiator)를 이용한 중합반응 방법 등이 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 양친매성 블록 공중합체를 소수성 고분자와 친수성 고분자의 중량비는 제조되는 쓰레기 봉투의 강도 등에 따라 적절하게 조절될 수 있으며, 소수성 고분자 : 친수성 고분자의 중량비가 20 내지 80 : 20 내지 80 중량비, 더욱 바람직하게는 50 내지 80 : 20 내지 50 중량비인 것이 좋다. 소수성 고분자의 비가 20 중량%를 넘지 못하면 제조되는 필름의 강도가 충분치 않고, 80 중량%를 초과하는 경우 필름의 결정성이 크게 증가하여 찌름강도가 떨어질 수 있으며 생분해성 고분자의 혼화성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 상기 양친매성 블록 공중합체는 선형저밀도폴리에틸렌 100 중량부 대비 0.1 내지 5 중량부 포함할 수 있다. 양친매성 블록 공중합체의 함량이 상기 범위 미만인 경우 폴리에틸렌과 생분해성 고분자의 혼화성이 떨어져 필름의 기계적 물성이 하락할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 필름의 대전성이 증가하여 정전기가 쉽게 발생하며 인장강도가 하락할 수 있다.

상기 생분해성 고분자는 필름에 생분해성을 부여하기 위해 첨가되는 것으로, 폐기 후 미생물이나 햇빛, 효소 등에 의해 분자량이 줄어드는 분해의 과정을 거쳐 무기물화되는 특징을 가진다.

일반적으로 분해성 수지는 크게는 생분해성과 생붕괴성으로 나뉘는데, 본 발명에 따른 분해성 수지는 생분해성 수지를 뜻한다. 생붕괴성은 처리 시 매트릭스인 비분해성 고분자가 썩지 않고 남아있게 되어 완전한 분해가 된다고 볼 수 없기 때문이다.

본 발명에 따른 생분해성 고분자는 기본적으로 전분을 베이스로 하며, 내수성 및 열가소성을 더욱 강화하기 위해 이러한 전분을 에스테르화 또는 에테르화 반응을 거쳐 개질하는 것이 바람직하다.

구체적으로 상기 생분해성 고분자는 변성전분을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 변성전분은 은 아밀로스와 아밀로펙틴 두 성분으로 이루어지는 과립상의 물질로서 옥수수 전분, 감자전분, 쌀 전분, 밀 전분, 타피오카 전분, 고구마 전분 등과 같은 생전분의 히드록실기를 소수성 혹은 친유성 특성을 갖는 화합물과 에스테르화 반응 또는 에테르화 반응하여 만들어진 전분에 글리세롤과 폴리글리세롤을 혼합한 것을 사용한다. 상기 에스테르화 반응 또는 에테르화 반응된 전분은 옥테닐 호박산 전분이 바람직하며, 옥테닐 호박산기의 치환도는 0.05 내지 0.9가 바람직하다.

또한 상기 생분해성 고분자는 셀룰로스 유도체를 포함할 수도 있다. 상기 셀룰로스 유도체는 지구상에 존재하는 가장 풍부한 천연고분자 물질인 셀룰로스의 개질 성분으로, 상기 셀룰로스는 주로 목재나 목화의 주성분을 이루고 있다. 특히 상기 셀룰로스는 약 70% 이상의 결정 부분을 함유하고 있기 때문에 상술한 전분에 비해 매우 우수한 기계적인 성질을 가지고 있다.

다만 셀룰로스는 히드록시기 함량이 높아 이들 간의 수소결합으로 분자 간 강한 결합력과 결정화도로 인해 가공에 문제가 있으므로, 히드록시기의 일부를 니트로기, 아세틸기, 에테르기 등으로 치환하여 수소결합을 현저하게 감소시킨 셀룰로스 유도체로 사용하는 것이 좋다.

상기 셀룰로스 유도체로 더욱 바람직하게는 셀룰로스 디아세테이트를 들 수 있다. 상기 셀룰로스 디아세테이트는 분자 내의 히드록시기 두 개가 아세틸기(-OC(O)CH₃)로 치환된 것으로, 소수성을 일부 증가시켰기 때문에 다른 성분과의 혼화성이 높으며, 동시에 전분에 비해 강한 기계적 물성을 가지면서도 생분해성을 가지는 특성이 있다.

상기 생분해성 고분자는 상술한 변성 전분, 셀룰로스 유도체 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하며, 선형저밀도폴리에틸렌 100 중량부에 대해 1 내지 30 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 생분해성 고분자가 상기 범위 미만인 경우 상술한 생분해성이 제대로 발현되지 않으며, 상기 범위 초과인 경우 필름의 기계적 물성이 약화될 수 있다.

본 발명에서 상기 내층은 상기 외층의 내면에 적층되며, 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌 및 핵제를 포함할 수 있다. 이때 상기 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌 및 핵제는 상술한 성분들과 동일 또는 유사할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

다만 상기 내층은 상대적으로 유연한 외층의 기계적 물성을 보완하기 위해 구비되기 때문에 에틸렌비닐아세테이트를 첨가하지 않고 고밀도폴리에틸렌의 첨가량을 높이는 것으 좋다. 구체적으로 상기 내층은 선형저밀도폴리에틸렌 100 중량부에 고밀도폴리에틸렌 50 내지 100 중량부 및 핵제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것이 좋다.

또한 본 발명에 따른 내층 또는 외층의 형성용 조성물은 충전재, 염료, 안료, 강도보강제, 신율보강제, 대전방지제 및 산화방지제에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 첨가제를 더 포함할 수도 있다.

상기 충전재는 필름의 투습도를 높이기 위해 첨가하는 것으로 주로 무기 성분을 포함할 수 있다. 이러한 무기 충전재로 예를 들면 탄산칼슘, 실리카, 탄산마그네슘, 황산바륨, 클레이, 활석, 산화칼슘, 산화티타늄, 알루미나, 제올라이트, 황산칼륨, 탄산바륨 등이 있으며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상 혼합하여 사용하여도 좋다.

상기 산화방지제는 페놀계나 인계 산화방지제를 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 페놀계 산화방지제로 예를 들면 2, 6-지 t-부틸-4-메틸페놀(BHT), n-옥타데실-3-(3, 5-지 t-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피오네이트(상품명 Irganox1076, 치바스페샤르티케미카르즈사제), 펜타에리스리치르테토라키스〔3-(3, 5-지 t-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피오네이트〕(상품명 Irganox1010, 치바스페샤르티케미카르즈사제), 1, 3, 5-토리스(3, 5-지 tert-부틸-4-하이드록시벤질) 이소시아누레이트(상품명 Irganox3114, 치바스페샤르티케미카르즈사제), 1, 3, 5-트리메틸-2, 4, 6-토리스(3, 5-지 t-부틸-4-하이드록시벤질) 벤젠, 3, 9-비스〔2-{3-(3-t-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐) 프로피오닐옥시}-1, 1-디메틸에틸〕-2, 4, 8, 10-테트라옥사스피로〔5·5〕운데칸(상품명 Sumilizer GA80, 스미토모 화학사제) 등을 들 수 있다.

상기 인계 산화방지제로 예를 들면 지스테아리르펜타에리스리토르지포스파이토(상품명 아데카스타브 PEP8), 토리스(2, 4-지 t-부틸페닐) 인산염(상품명 Irgafos168, 치바스페샤르티케미카르즈사제), 비스(2, 4-지 t-부틸페닐) 펜타에리스리토르지포스파이토, 테트라키스(2, 4-지 t-부틸페닐) 4, 4＇-비페니렌지포스포나이토(상품명 Sandostab P-EPQ, 쿠라리안토샤판사제), 비스(2-t-부틸-4-메틸페닐) 펜타에리스리토르지포스파이토, 2, 4, 8, 10-테트라-t-부틸-6-[3-(3-메틸-4-하이드록시-5-t-부틸페닐) 프로폭시]지벤조[d, f][1, 3, 2]디옥사포스페핀(상품명:스미라이자 GP, 스미토모 화학사제) 등을 들 수 있다.

상기 대전방지제로 예를 들면 탄소 원자수 8~22의 지방산의 글리세린에스테르나 소르비탄 산에스테르, 탄소 원자수 8~22의 지방산의 알킬 디알카놀아미드, 폴리 에틸렌글리콜에스테르, 알킬디에탄올 아민 등을 들 수 있다.

상기 신율보강제로 예를 들면 스티렌계 고무 성분들을 들 수 있으며, 이들의 예를 들면 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 폴리클로로프렌 등을 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 쓰레기봉투는 제조방법을 한정하지 않으며, 공지의 성형방법에 의해 성형함으로써 제조할 수 있다. 예를 들어 내층 및 외층을 구성하는 성분을 텀블러블렌더, 헨셀 믹서 등에서 혼합한 후, 이 조성물을 단축이나 다축 압출기 등을 통해 압출하면서 압출 인프레이션 필름 성형법, 공압출 T 다이케팅 필름 성형법 등을 통해 제조할 수 있다.

일예로 상기 쓰레기봉투는 인프레이션법(Blow tubing method, Cirular die method)를 적용할 수 있다. 상기 방법은 통상적인 플라스틱 필름 제조방법 중 한 가지로서 인플레이션이라는 말은 필름 튜브를 팽창시킨다는 것에서 유래되었다. 이 방법은 압출기(Extruder)에 설치한 원형 다이(Cirular die)를 통하여 열용융된 필름을 통과시켜 튜브상의 필름을 제조하는 방법인데 상기 원형 다이를 통과한 원통형 필름을 밀어내는 동시에 이것을 냉각하면서 튜브 내부의 공기압을 높이는 방법으로 튜브의 지름방향으로 팽창시키고, 그 튜브를 닙롤(Nip roll)에서 끌어 당기는 권취 속도를 조정하는 방법에 의해 필름의 흐름 및 폭의 양방향으로 적당한 연신을 가할 수 있다.

다만 이 경우의 팽창비(Blow-up ratio)는 필름의 강도 및 신장성을 크게 좌우하므로 권취 시 튜브 내부에 가해지는 공기량을 적절하게 조절하는 것이 바람직하다. 또한 권취는 필름의 방향에 따라 상하수평의 세 가지가 있는데 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 그리고 튜브를 냉각시키는 방법에는 공냉 및 액냉의 두 가지 방법이 있으며, 이 또한 본 발명에서는 제한하지 않는다.

또한 상기 쓰레기 봉투는 공지의 제대방법, 예를 들어 인프레이션 성형법으로 성형된 원통형의 다층 필름은 폭방향으로 절단한 후, 절단된 단면을 가열하여 밀봉하여 완성할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명에 따른 생분해성 쓰레기봉투를 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일예를 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되는 것은 아니다.

하기 실시예들을 통해 제조된 시편의 물성을 다음과 같이 측정하였다.

(생분해성)

시편을 100㎜×100㎜ 크기로 준비한 후, 실제 토양에 매립하고 180일을 경과한 뒤 필름의 표면을 확인하였다. 매립 180일 후 시편의 분해 진행상태를 육안으로 확인하여 생분해가 발생하였으면 ○, 그렇지 않았으면 ×로 표시하였다.

(인장강도)

시편을 10㎜×50㎜의 직사각형 크기로 준비한 후, 시편을 UTM (인장시험기)에 장착하여 측정 길이가 20 ㎜가 되도록 물린 후 상기 시편을 당기는 방법을 10회 실시하여, 각각 MD 방향 및 TD 방향의 평균 인장 강도를 측정하였다.

(인열강도)

시편을 20㎜×200㎜로 준비한 후, 상단 중앙부를 길이 방향으로 20㎜로 절단하고 노치를 이용하여 필름이 찢어지는 정도를 측정하였다. 이때 시험은 -10 ℃ 및 40 ℃의 두 가지 조건에서 각각 10회 실시한 후, 이의 평균을 계산하였다.

(찌름강도)

시편을 50㎜×50㎜ 크기로 준비한 후, KATO 테크 G5 장비를 이용하여 10 ㎝ 구멍 위에 시편을 올려 놓은 후 1 ㎜ 탐침으로 누르면서 뚫어지는 힘을 측정하였다. 상기 각 시편의 찌름 강도를 각각 세 차례씩 측정한 다음 평균값을 계산하였다.

(접착강도)

시편을 50㎜×50㎜ 크기로 준비한 후, 만능재료시험기로 300m/분의 속도로 180° 방향으로 당겼을 때 외층과 내층의 접착강도를 측정하였다.

(실시예 1)

먼저 외층을 구성하는 성분으로 선형저밀도폴리에틸렌(용융지수(190℃, 2.16㎏) 1.0g/10분, 밀도 0.920g/㎤) 100 중량부, 고밀도폴리에틸렌(용융지수(190℃, 2.16㎏) 6g/10분, 밀도 0.965g/㎤) 20 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 10 중량부, 양친매성 블록공중합체로 폴리에틸렌-b-폴리에틸렌글리콜(Mw : 20,000, 폴리에틸렌 : 폴리에틸렌글리콜 = 60 : 40 중량비) 3 중량부 및 생분해성 고분자(셀룰로스 디아세테이트) 15 중량부를 혼합하여 용융하였다.

그리고 내층을 구성하는 성분으로 선형저밀도폴리에틸렌(용융지수(190℃, 2.16㎏) 1.0g/10분, 밀도 0.920g/㎤) 100 중량부, 고밀도폴리에틸렌(용융지수(190℃, 2.16㎏) 6g/10분, 밀도 0.965g/㎤) 80 중량부, 양친매성 블록공중합체로 폴리에틸렌-b-폴리에틸렌글리콜(Mw : 20,000, 폴리에틸렌 : 폴리에틸렌글리콜 = 60 : 40 중량비) 3 중량부 및 생분해성 고분자(아밀로스 25 : 아밀로펙틴 75 중량비의 변성 옥수수전분) 15 중량부를 혼합하여 용융하였다.

용융된 각 성분들은 압출기(Extruder)에 설치한 원형 다이(Cirular die)를 통하여 압출시켜 이층 구조의 쓰레기봉투를 완성하였다. 완성된 봉투의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

(실시예 2)

상기 실시예 1에서 봉투 제조 시 외층에 첨가되는 양친매성 블록공중합체의 첨가량을 8 중량부로 한 것을 제외하고 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

(실시예 3)

상기 실시예 1에서 봉투 제조 시 내층에 첨가되는 양친매성 블록공중합체의 첨가량을 8 중량부로 한 것을 제외하고 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

(실시예 4)

상기 실시예 1에서 봉투 제조 시 외층에 첨가되는 생분해성 고분자의 첨가량을 40 중량부로 한 것을 제외하고 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

(실시예 5)

상기 실시예 1에서 봉투 제조 시 내층에 첨가되는 생분해성 고분자의 첨가량을 40 중량부로 한 것을 제외하고 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

(실시예 6)

상기 실시예 1에서 봉투 제조 시 외층 및 내층에 첨가되는 생분해성 고분자로 변성 옥수수전분과 셀룰로스 디아세테이트의 50 : 50 중량비 혼합물을 15 중량부 첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

(비교예 1)

상기 실시예 1에서 봉투 제조 시 에틸렌비닐아세테이트를 첨가하지 않고 외층을 제조한 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 완성하였다. 시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

(비교예 2)

상기 실시예 1에서 봉투 제조 시 외층을 제조하는 조성물에 양친매성 블록공중합체를 첨가하지 않은 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 완성하였다. 시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

(비교예 3)

상기 실시예 1에서 봉투 제조 시 내층을 제조하는 조성물에 양친매성 블록공중합체를 첨가하지 않은 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 완성하였다. 시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

(비교예 4)

상기 실시예 1에서 봉투 제조 시 내층 및 외층을 제조하는 조성물에 생분해성 고분자를 첨가하지 않은 것을 제외하고 동일한 방법으로 시편을 완성하였다. 시편의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

[표 1]

상기 표 1과 같이 본 발명에 따라 제조된 쓰레기봉투는 인장강도, 찌름강도, 인열강도, 접착강도 등 다층 구조의 쓰레기봉투에서 요구되는 모든 기계적 물성이 우수하면서도 생분해성이 발현되는 것을 알 수 있다. 특히 실시예 6과 같이 생분해성 고분자로 변성전분과 셀룰로스 유도체를 모두 첨가한 경우 변성전분의 약한 기계적 물성이 크게 상승하는 것을 알 수 있다.

이와는 대조적으로 양친매성 블록공중합체의 첨가량이 과도한 실시예 2, 3은 결정화도의 향상으로 인해 인장강도가 하락한 것을 알 수 있으며, 생분해성 고분자의 첨가량이 과도한 실시예 4, 5는 상대적으로 결정화도가 떨어지는 변성전분의 첨가로 인해 모든 기계적 물성이 하락한 것을 알 수 있다. 여기에 에틸렌비닐아세테이트를 첨가하지 않은 비교예 1과, 양친매성 블록공중합체를 첨가하지 않은 비교예 2, 3은 외층과 내층의 접착강도가 크게 하락하거나 조성물의 혼화성 하락으로 인장강도 등이 크게 떨어지는 것을 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

선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 양친매성 블록 공중합체 및 생분해성 고분자를 포함하는 외층; 및
상기 외층의 내면에 적층되며 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 양친매성 블록 공중합체 및 생분해성 고분자를 포함하는 내층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 쓰레기봉투.
제 1항에 있어서,
상기 외층은 선형저밀도폴리에틸렌 100 중량부에 고밀도폴리에틸렌 10 내지 50 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 1 내지 20 중량부, 양친매성 블록 공중합체 0.1 내지 5 중량부 및 생분해성 고분자 1 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 쓰레기봉투.
제 1항에 있어서,
상기 내층은 선형저밀도폴리에틸렌 100 중량부에 고밀도폴리에틸렌 50 내지 100 중량부, 양친매성 블록 공중합체 0.1 내지 5 중량부 및 생분해성 고분자 1 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 쓰레기봉투.
제 1항에 있어서,
상기 양친매성 블록 공중합체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리알킬(메타)아크릴레이트 및 폴리에스테르로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소수성 고분자; 및 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산 및 폴리비닐알코올로 구성된 군으로부터 선택되는 하나이상의 친수성 고분자;의 공중합체인 것을 특징으로 하는 생분해성 쓰레기봉투.
제 1항에 있어서,
상기 내층 또는 외층은 충전재, 염료, 안료, 강도보강제, 신율보강제, 대전방지제 및 산화방지제에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 쓰레기봉투.