KR102477210B1 - 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법 및 제조장치에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 플라스틱 시편 준비단계; 상기 플라스틱 시편에 내후 환경을 적용하는 내후 환경 적용단계; 및 내후 환경이 적용된 플라스틱 시편으로부터 미세플라스틱을 분리하는 미세플라스틱 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법 및 제조장치에 대한 것이다. 본원 발명에 따른 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법 및 장치는 모든 종류의 플라스틱에 적용이 가능하고, 단시간에 많은 양의 미세플라스틱을 제조 및 회수할 수 있는 큰 장점이 있다.

Description

기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법 및 제조장치{Preparation method of microplastic material by natural climate environment simulation and device therefor}

본원 발명은 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법 및 제조장치에 대한 것이다.

보다 구체적으로는 플라스틱 시편 준비단계; 상기 플라스틱 시편에 내후 환경을 적용하는 내후 환경 적용단계; 및 내후 환경이 적용된 플라스틱 시편으로부터 미세플라스틱을 분리하는 미세플라스틱 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법 및 제조장치에 대한 것이다.

미세플라스틱에 의한 환경오염이 국제적인 이슈로 급부상하고 있으며, 국내에서도 미세플라스틱의 환경매체로의 오염에서 기인하는 생태계와 인체에 미치는 영향을 명확히 규명하기 위한 필요성이 제기되고 있다.

일반적으로 미세플라스틱은 5mm 미만의 작은 플라스틱 조각을 말하며, 일부는 해양이나 하천에 버려진 플라스틱 쓰레기가 자외선에 의한 부식이나 각종 충돌작용으로 인하여 작은 크기로 분해 또는 분쇄된 것이고, 나머지는 피부용 각질제거제나 세안제 또는 스케일링(Scaling: 치석제거) 효과를 위한 기능성 치약 등의 제품에 포함된 것과 같이 생산단계에서부터 매우 작은 크기의 입자로 제작된 것이 환경 중으로 유출된 것이다. 이로 인해 생기는 미세플라스틱은 하수처리장에서도 걸러지지 않고 하천이나 강을 통해 바다로 흘러 들어가게 된다.

미세플라스틱은 PCBs(Polychlorinated biphenyls), 다이옥신, DDT (Dichloro-diphenyl-trichloroethane) 등과 같이 독성을 가지는 잔류성유기오염물질(POPs; Persistent organic pollutants) 뿐만 아니라 프탈레이트, 비스페놀 등 내분비계장애물질도 흡착하여 운반 및 방출할 수 있기 때문에, 하천과 해양환경 및 각종 생태계에 심각한 영향을 미치는 죽음의 알갱이라고도 불리어진다. 이들은 먹이사슬을 타고 생물의 체내에 지속적으로 축적된 후 식품의 형태로 하여 인간이 최종적으로 섭취하게 될 뿐만 아니라, 정수과정을 거친 수돗물 등에도 포함될 수 있고, 이러한 과정을 거쳐 미세플라스틱을 장기간 섭취함에 따라 다량의 미세플라스틱이 체내에 누적될 경우 발암의 요인이 되거나 환경호르몬에 의한 건강상의 피해를 유발시킬 수 있다. 최근에 들어서는 여러 국가에서 미세플라스틱이 포함된 화장품이나 세안제 및 치약 등의 제품 생산을 금지하고 있다.

상기와 같이 미세플라스틱에 의한 환경오염과 생태계 파괴가 가장 심하게 우려되는 지역은 내륙과 인접한 연안해역이 되므로, 미세플라스틱에 의한 연안해역의 오염이 어느 정도 수준까지 진행되었는지를 파악하기 위해서는 해당 수역(水域)으로부터 미세플라스틱이 포함된 해수 샘플을 채취하여 미세플라스틱의 함량과 종류 등을 분석하는 것이 필요하다. 이를 위하여 선박의 선미에 매달린 상태로 선박의 동력에 의하여 해수면을 따라 예인(曳引)되는 과정에서 1 mm 내지 5 mm 크기의 미세플라스틱 입자들을 해양 표층수로부터 여과 및 포집시킬 수 있도록 한 미세플라스틱 포집장치가 대한민국 등록특허 제10-2100852호에 기재되어 알려져 있다.

이러한 미세플라스틱의 유해성을 평가하기 위해서는 표준물질 혹은 참조물질이 필요하며, 이를 위해서는 인공적으로 합성된 마이크로 사이즈의 비드를 이용하거나 환경에서 직접 시료를 채취하여 사용하는 방법이 있다. 마이크로 비드 혹은 입자를 합성하는 방법은 비교적 쉽게 다량의 샘플을 획득할 수 있으나, 주로 유화중합을 이용하므로 적용할 수 있는 플라스틱의 종류가 제한적이며, 입자 크기의 조절이 용이하지 않다. 특히, 주로 둥근 형태의 입자 모양으로 실제 자연환경에서 발생하는 미세플라스틱과는 형태, 밀도 등에서 큰 차이를 보인다. 자연에서 직접 시료를 채취하여 얻는 방법은 채취에 시간과 비용이 많이 소요되며, 미세플라스틱 이외의 유기물, 무기물이 많이 섞여 있어 이를 분리하는 과정이 쉽지 않다.

한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0110482호에 광열화 가속시험을 통해 고장시간을 추정하고, 이를 기반으로 사용 수명을 예측함으로써, 단기간에 광열화에 대한 장기 내구성 평가가 이루어지도록 한 광열화 시험을 이용한 사용수명 예측방법에 대한 것이 알려져 있다.

대한민국 등록특허 제 10-2100852호. 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0110482호.

본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 모든 종류의 플라스틱에 적용이 가능한 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본원 발명은 생태계 및 인체 노출 등 위해성 평가, 미세플라스틱 오염 감시 및 운영체계 구축 기술, 미세플라스틱 측정·분석 기술 및 장비 개발에 활용할 수 있는 미세플라스틱 참조 물질 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 플라스틱 시편 준비단계; 상기 플라스틱 시편에 내후 환경을 적용하는 내후 환경 적용단계; 및 내후 환경이 적용된 플라스틱 시편으로부터 미세플라스틱을 분리하는 미세플라스틱 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법을 제공한다.

또한, 본원 발명에서는 플라스틱 시편(300)을 고정하는 고정 모듈(100); 상기 고정 모듈(100) 하부측에 일체로 연결되어 구성되는 미세플라스틱 회수 모듈(200); 상기 고정 모듈(100) 전면에 구성되는 태양광 모사 광조사 모듈(400); 상기 고정 모듈(100) 상부에 구성되는 물 분사 모듈(500); 상기 고정 모듈(100) 하부에 구성되는 수증기 발생 모듈(600); 상기 고정 모듈(100) 후부에 구성되는 온도 제어 모듈(700); 및 이상의 구성요소의 외부를 형성하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조장치를 제공한다.

본원 발명에 따른 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법 및 장치는 모든 종류의 플라스틱에 적용이 가능한 장점이 있다.

자연에서 발생하는 미세플라스틱은 그 크기와 형태 및 물성이 매우 다양한데 본원 발명에 따른 방법은 유화중합 등의 방법으로 제조된 합성수지, 자연으로부터 얻기 어려운 플라스틱으로부터도 수 um 이하 또는 나노미터 크기의 미세프라스틱을 제조할 수 있어 자연에서 발생하는 다양한 미세플라스틱과 동일한 크기, 형태 및 물성을 가지는 미세플라스틱의 제조가 가능한 특징이 있다.

또한, 본원 발명의 방법 및 장치에 따르면 단시간에 많은 양의 미세플라스틱을 제조 및 회수할 수 있는 큰 장점이 있다.

본원 발명의 방법 및 장치를 활용하여 제조된 미세플라스틱 물질은 생태계 및 인체 노출 등 위해성 평가, 미세플라스틱 오염 감시 및 운영체계 구축 기술, 미세플라스틱 측정·분석 기술 및 장비 개발에 활용할 수 있다.

본원 발명에 따른 미세플라스틱 제조방법은 미세플라스틱을 발생시키기 위해 시트 형태의 플라스틱 시편을 이용하고 있을 뿐만 아니라 실제 생활에서 사용되는 플라스틱과 동일하게 다양한 첨가제, 가소제 등을 첨가하여 시편을 제조할 수 있으므로, 플라스틱에 함유되어 있는 첨가제 및 가소제 등이 실제 생태계 및 인체에 미치는 유해성의 연구에 있어서 보다 효과적인 미세플라스틱의 제조가 가능한 장점을 가지는 반면에, 별도의 합성 방법에 의한 미세플라스틱의 제조 시에는 이러한 첨가제나 가소제를 포함시키기 어려워 효과적인 연구에 활용이 곤란한 단점이 있다.

도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경시험 장비의 단면 및 외부를 형성하는 하우징을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 플라스틱 시편(300)을 고정하는 고정 모듈(100) 및 상기 고정 모듈(100) 하부측에 일체로 연결되어 구성되는 미세플라스틱 회수 모듈(200)을 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편의 미세플라스틱 발생 메커니즘을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편의 누적 광량에 따른 표면 열화를 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 PP, HDPE, Nylon6 및 PS 시편의 Confocal 이미지 분석을 통하여 표면의 미세크랙을 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편으로부터 제조된 미세플라스틱의 입자를 100 um로 필터링한 후 입자 크기를 비교하여 나타낸 것이다.
도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편으로부터 제조된 미세플라스틱의 입자를 1 um로 필터링한 후 입자 크기를 비교하여 나타낸 것이다.
도 8은 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편에 형성된 미세크랙의 크기를 비교하여 나타낸 것이다.
도 9는 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편으로부터 제조된 초미세플라스틱 입자를 SEM으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.

이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 “미세플라스틱”은 생물물리학적 용어로 지구상에 존재하며 환경을 오염시키는 미세한 플라스틱을 의미하는 것으로 통상적으로 1 μm 이하의 입자 크기를 가지는 플라스틱을 의미하기도 하지만, 본원 발명의 명세서에서는 5 mm 이하의 크기를 가지는 1차 입자와 이의 풍화 등에 의하여 미세화된 2차 입자로 0.5 μm 이상의 크기를 가지는 입자를 의미한다. 즉, 본원 발명의 제조방법에 따른 미세플라스틱은 크기에 있어서 0.5 μm 이상 5 mm 이하의 크기를 가질 수 있고, 플라스틱의 종류 및 내후 환경 등의 조건의 조절에 의하여 입자의 크기를 조절할 수 있다. 한편, 통상적으로 1 um 이하의 크기를 가지는 플라스틱 입자를 초미세플라스틱으로 분류하기도 한다.

본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 플라스틱 시편 준비단계; 상기 플라스틱 시편에 내후 환경을 적용하는 내후 환경 적용단계; 및 내후 환경이 적용된 플라스틱 시편으로부터 미세플라스틱을 분리하는 미세플라스틱 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조 방법 을 제공한다.

본원 발명의 일 구현예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 플라스틱 시편은 LDPE, HDPE, PP, PS, PVC, PA, PET로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 일반적으로 가장 흔하게 사용되는 5대 범용 플라스틱으로는 LDPE, HDPE, PP, PS, PVC가 있고, 또한 5대 엔지니어링 플라스틱으로는 폴리아미드의 일종인 nylon, PC, PPO, POM, PBT가 있으며, 이와 더불어 PET 등이 주변에서 흔히 볼 수 있는 플라스틱으로 본원 발명의 일구현예에 따르면 이러한 범용 및 엔지니어링 플라스틱 등 그 구체적인 종류에 한정되지 않는 다양한 플라스틱 소재 모두에 적용이 가능한 것으로 상기 언급한 소재의 종류에 한정되지 않는다.

본원 발명의 일 구현예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 내후 환경 적용단계는 광조사량 조절을 통한 가속시험일 수 있고, 태양광 모사 광조사일 수 있으며, 태양광 모사 광조사는 UVA/Xenon 광원을 이용하는 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 290 내지 400 nm 파장의 UVA-340 램프로부터 발생하는 자외선 파장을 이용하는 것일 수 있다.

본원 발명의 일 구현예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 미세플라스틱 분리단계는 내후 환경이 적용된 플라스틱 시편을 초음파 세척하는 것일 수 있다. 이러한 초음파 세척을 통하여 실제 자연에서 발견되는 미세플라스틱과 유사한 형태를 가지는 입자를 얻을 수 있게 된다. 실제 육상환경에서 바람이나 강한 비 등에 의하여 플라스틱의 표면으로부터 미세플라스틱이 떨어지게 되는데, 내후성 시험에서는 이러한 현상 및 이로부터 형성되는 입자의 형태를 모사하기 어려운 부분이 존재하므로 내후 환경이 적용된 플라스틱의 시편을 초음파 세척을 통하여 시편의 표면에 붙어 있는 미세플라스틱을 떼어냄으로서 실제 자연에서 발견되는 미세플라스틱과 유사한 형태를 가지게 할 수 있게 된다.

이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경시험 장비의 단면 및 외부를 형성하는 하우징을 개략적으로 나타낸 것이다. 특히, 본원 발명에서는 육상환경을 모사한 미세플라스틱 제조 및 이로부터 제조된 미세플라스틱 회수 시스템에 대한 것이다.

본원 발명의 일 구현예에 따른 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조장치는 플라스틱 시편(300)을 고정하는 고정 모듈(100); 상기 고정 모듈(100) 하부측에 구성되는 미세플라스틱 회수 모듈(200); 상기 고정 모듈(100) 전면에 구성되는 태양광 모사 광조사 모듈(400); 상기 고정 모듈(100) 상부에 구성되는 물 분사 모듈(500); 상기 고정 모듈(100) 하부에 구성되는 수증기 발생 모듈(600); 상기 고정 모듈(100) 후부에 구성되는 온도 제어 모듈(700); 및 이상의 구성요소의 외부를 형성하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조장치를 제공한다.

도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 플라스틱 시편(300)을 고정하는 고정 모듈(100) 및 상기 고정 모듈(100) 하부측에 구성되는 미세플라스틱 회수 모듈(200)을 나타낸 것이다.

플라스틱 시편(300)을 고정하는 고정 모듈(100)은 플라스틱 시편을 상하 방향의 슬라이드 방식으로 시편을 고정시킬 수 있는 형태가 바람직하고, 이의 하부에 구성되는 미세플라스틱 회수 모듈(200)은 고정 모듈 상부에 구성되어 육상 환경 중 강우 환경을 구현하는 물 분사 모듈(500) 또는 고정 모듈 하부에 구성되어 다습한 환경을 구현하는 수증기 발생 모듈(600)로부터 생성된 물 방울 등이 플라스틱 시편(300)의 표면에 응축된 후 흘러내릴 때 시편의 표면에 형성된 미세플라스틱을 하부에서 회수할 수 있도록 착탈식으로 구현되는 것이 바람직하다.

본원 발명의 일 구현예에 따르면 미세플라스틱 생성 방법 및 발생장치는 광·열·수의 조절에 의해 미세화 정도를 제어할 수 있으며, 보다 자세하게는 광 조사 램프의 종류, 광조사 세기, 광조사 시간, 시험 온도, 물 분사 방법, 총 시험 시간의 조절을 통해 미세화 정도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본원 발명은 플라스틱의 미세화 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 기후환경 모사를 이용한 마이크로 크기의 미세플라스틱의 생성 방법 및 회수에 관한 것으로 상기 플라스틱의 미세화 과정은 (a) 미세플라스틱 생성 단계, (b) 미세플라스틱 회수 단계 (c) 미세플라스틱 크기 분류 단계의 총 3단계로 구성할 수 있다.

상기 플라스틱의 미세화 과정에 있어서 상기 (a) 단계의 미세플라스틱 생성 단계는 육상 기후 환경을 모사하는 발생 장치(도 1 참고)를 이용하며, 기후환경의 열화 조건인 광·열·수 조건을 제어할 수 있는 세부장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특정 지역의 기후환경을 모사하기 위해서는 해당 지역의 연간 조사광량, 강수량, 기온 등의 정보가 필요하며, 이를 반영하여 플라스틱 시편에 조사하는 빛의 파장 및 광량, 물조절, 온도를 설정한다.

본원 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 미세플라스틱 회수 모듈(200)은 고정 모듈의 하부에 착탈식으로 구현되는 것일 수 있다. 상기 회수 모듈을 착탈식으로 구현함으로써, 동일한 시편의 기후환경 모사시험의 시간에 따라 발생하는 미세플라스틱의 형태 등의 변화를 관찰함에 있어서, 미세플라스틱 물질을 효과적으로 회수 또는 분리가 가능하게 된다.

본원 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 태양광 모사 광조사 모듈(400)은 UVA/Xenon 광원을 포함하는 것일 수 있다.

이 때, 조사 광의 파장은 태양광 전영역을 모사하기 위한 xenon-arc 광원 또는 태양광 스펙트럼의 단파장 재현성이 우수한 UVA-340 (290-400 nm) 및 UVB-313 (250-400 nm) 광원을 사용하는 방법으로 광조사 시간은 6~16시간으로 조절 가능하다. 특정 지역의 기후를 모사하기 위해서 해당 지역의 연간 자외선 조사량에 해당되는 조사강도를 설정할 수 있다.

또한, 본원 발명의 일 구현예에 따른 광조사 모듈은 다수의 램프가 일정한 간격으로 배치되어 플라스틱 시편의 표면에 동일한 광량을 조사되도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 그 구체적인 일 예로 다수의 형광등과 같이 기다란 막대형의 광원을 일정한 간격으로 배치한 광원을 사용할 수 있다.

본원 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 물 분사 모듈(500)은 물을 스프레이 형태로 분사하는 것일 수 있다. 본원 발명의 일 구현예에 따른 물 분사 모듈(500)은 육상 환경 중 강우 환경을 구현하기 위한 것으로 분산되는 물은 비와 같은 형태가 되도록 물이 스프레이 형태로 분사되는 것이 바람직하고, 분사되는 물의 양과 세기를 조절할 수 있는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본원 발명의 일 구현예에 있어서, 고정 모듈 하부에 구성되는 수증기 발생 모듈(600)은 육상 환경 중 다습한 환경을 구현하기 위한 것으로, 이는 물을 가열하여 수증기를 발생하는 형태가 바람직하나 통상적으로 습도를 높일 수 있는 구성이면 어떠한 것도 가능하다.

한편, 물 분사 모듈 또는 수증기 발생 모듈을 이용한 물분사 또는 물응축 단계는 빛이 조사되지 않는 환경에서 물을 스프레이로 분사하거나 응축시키는 방법을 택할 수 있으며, 이때 시간은 8 내지 18시간으로 조절함으로써 모사하고자 하는 기후에 따라 조절 가능하다.

본원 발명의 일 구현예에 따른 제조방법에 있어서, 상기 온도 제어 모듈(700)은 광조사 및 물 분사 또는 수증기 발생 시 시편의 온도는 30℃ 내지 80℃ 범위로 조절할 수 있다.

도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편의 미세플라스틱 발생 메커니즘을 도식화하여 나타낸 것이다.

광 조사 모듈로부터 자외선이 조사되면 플라스틱 시편의 표면은 산화 및 고분자 사슬이 분해되는 열화가 일어나고, 수증기 발생 모듈 또는 물 분사 모듈로부터 물이 분사되어 물이 플라스틱 표면에 응축된 후 자외선이 조사되면 이러한 열화는 더욱 가속화되어, 이 후 플라스틱 시편의 표면에 크랙이 발생하게 되고 이러한 크랙의 발생과 성장으로 인하여 미세플라스틱들이 형성되게 되는데, 자외선 누적 광량의 증가에 따라 열화가 진행될수록 크랙은 점점 커지고 지속적으로 미세플라스틱이 형성되게 된다.

<시험예> 미세플라스틱 제조 시험

본원 발명의 일 구현예에 따른 도 1 및 도 2에 나타낸 내후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 물질 제조장치를 사용하여 미세플라스틱 제조를 다음과 같은 조건에서 실시하였다.

먼저, 사출된 플라스틱 시편을 시편 거치대에 거치한 후, Cycle 1(조건 : 60C, 자외선 조사광량 0.89 W/m2/nm, 8시간)을 지나, Cycle 2(조건 : 50C, 자외선 조사 없음, 4시간 동안 플라스틱 표면에 물을 응축시켜 맺히게 함)의 시험을 진행하고, 이 후 cycle 1, cycle 2를 계속 반복하며 누적광량 100 MJ/m2 마다 발생한 미세플라스틱을 회수통에서 회수하고, 플라스틱 시편을 꺼내어 초음파세척으로 표면에 묻어있는 미세플라스틱을 회수하였다.

이러한 Cycle 시험예는 대표적으로 ASTM G 154-16의 고온다습한 플로리다 환경을 모사한 것으로 온도, 광량 및 시간을 조절함으로써 다른 지역의 환경 모사도 가능하다.

<분석예 1> 미세플라스틱 시편의 표면 열화 분석

도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편의 누적 광량에 따른 표면 열화를 관찰한 결과를 나타낸 것이다. 도 4에서 알 수 있듯이 누적 광량 100 MJ/m2의 광량이 조사되었을 때 모든 시편이 색이 변하고 있음을 알 수 있다.

도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 PP, HDPE, Nylon6 및 PS 시편의 Confocal 이미지 분석을 통하여 표면의 미세크랙을 관찰한 결과를 나타낸 것이다. 본 시험의 결과로부터 미세플라스틱의 형성은 플라스틱 표면에서 열화에 의해 형성되는 크랙의 크기와 밀접한 관련이 있음을 알 게 되었고, 이러한 플라스틱 시편 표면의 열화상태(표면 크랙)을 확인하기 위하여 Confocal 현미경으로 관찰하였다.

<분석예 2> 미세플라스틱의 입자크기 분석

도 6은 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편으로부터 제조된 미세플라스틱의 입자를 100 um로 필터링한 후 입자 크기를 비교하여 나타낸 것이고, 도 7은 1 um로 필터링한 후 입자 크기를 비교하여 나타낸 것이다.

먼저, 제조된 미세플라스틱 입자를 100 um로 필터링한 후 particle size analyzer(PSA)로 측정하였고, 1 um로 필터링하여 얻은 미세플라스틱은 dynamic light scattering(DLS)으로 입자의 크기를 측정하였다. 왼쪽의 그래프는 입자 크기의 분포를 나타낸 것이고, 오른쪽은 미세플라스틱 입자의 평균 크기를 나타낸 것이다. 특히 1 um로 필터링한 미세플라스틱을 DLS 장비를 이용하여 측정하였을 때 1 um 이하의 초미세플라스틱 관찰되어 본원 발명의 일 구현예에서 초미세플라스틱으로 분류하는 크기의 입자도 형성될 수 있음을 알 수 있었다.

도 8은 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편에 형성된 미세크랙의 크기를 비교하여 나타낸 것이다.

도 8의 미세크랙의 크기를 도 6 및 도 7의 미세플라스틱 입자크기와 비교해 보면 전체적으로는 미세크랙의 크기가 큰 플라스틱 시편의 경우 미세플라스틱 입자의 크기가 큰 결과가 관측되었다.

도 9는 본원 발명의 일 구현예에 따른 내후 환경 적용에 따른 플라스틱 시편으로부터 제조된 초미세플라스틱 입자를 SEM으로 관찰한 결과로 그 입자의 형태는 자연에서 관찰되는 것과 유사한 불규칙한 형태를 가지고 있으나, 에멀젼 중합을 통하여 합성한 PE 미세플라스틱은 그 형태가 둥근 모양으로 자연에서 관찰되는 미세플라스틱 입자와는 차이가 있다.

100: 고정 모듈
200: 미세플라스틱 회수 모듈
300: 플라스틱 시편
400: 태양광 모사 광 조사 모듈
500: 물 분사 모듈
600: 수증기 발생 모듈
700: 온도 제어 모듈

Claims (12)

1. 플라스틱 시편(300)을 고정하는 고정 모듈(100);
   상기 고정 모듈(100) 하부 측면에 구성되는 미세플라스틱 회수 모듈(200);
   상기 고정 모듈(100) 전면에 구성되는 태양광 모사 광 조사 모듈(400);
   상기 고정 모듈(100) 상부에 구성되는 물 분사 모듈(500);
   상기 고정 모듈(100) 하부에 구성되는 수증기 발생 모듈(600);
   상기 고정 모듈(100) 후부에 구성되는 온도 제어 모듈(700); 및
   이상의 구성요소의 외부를 형성하는 하우징을 포함하되,
   상기 고정 모듈(100)은 플라스틱 시편(300)을 상하 방향의 슬라이드 방식으로 고정하고,
   상기 미세플라스틱 회수 모듈(200)은 물 분사 모듈(500) 또는 수증기 발생 모듈(600)로부터 생성된 물 방울이 플라스틱 시편(300)의 표면에 응축된 후 시편의 표면에 형성된 미세플라스틱을 하부에서 회수 할 수 있도록 착탈식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 참조 물질 제조장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 태양광 모사 광 조사 모듈(400)은 UVA/Xenon 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 참조 물질 제조장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 물 분사 모듈(500)은 물을 스프레이 형태로 분사하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 참조 물질 제조장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 수증기 발생 모듈(600)은 물을 가열하여 수증기를 발생하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 참조 물질 제조장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 온도 제어 모듈(700)은 광 조사, 물 분사 또는 수증기 발생 시 시편의 온도를 30℃ 내지 80℃ 범위로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 참조 물질 제조장치.
6. 플라스틱 시편을 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 따라 제조장치의 고정 모듈에 고정하는 플라스틱 시편 준비단계;
   상기 플라스틱 시편에 내후 환경을 적용하는 내후 환경 적용단계; 및
   내후 환경이 적용된 플라스틱 시편으로부터 미세플라스틱을 분리하는 미세플라스틱 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 참조 물질 제조 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 플라스틱 시편은 LDPE, HDPE, PP, PS, PVC, PA, PET로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 참조 물질 제조 방법.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 내후 환경 적용단계는 광조사량 조절 또는 태양광 모사 광조사를 통한 가속시험인 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 참조 물질 제조 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 태양광 모사 광조사는 UVA/Xenon 광원을 이용하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 참조 물질 제조 방법.
10. 청구항 6에 있어서,
    상기 미세플라스틱 분리단계는 내후 환경이 적용된 플라스틱 시편을 초음파 세척하는 것을 특징으로 하는 기후환경 모사를 이용한 미세플라스틱 참조 물질 제조 방법.
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