KR102558523B1

KR102558523B1 - 생분해성 컴파운드 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR102558523B1
Application number: KR1020230000950A
Authority: KR
Inventors: 김경섭
Original assignee: 김경섭
Priority date: 2023-01-03
Filing date: 2023-01-03
Publication date: 2023-07-20

Abstract

본 발명은 PLA, PBAT 및 내충격 보강제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 컴파운드에 대한 것이다.

Description

생분해성 컴파운드 및 이의 제조 방법 {BIODEGRADABLE PLASTIC COMPOUND AND METHOD FOR MANUFACTURING}

본 발명은 생분해성 컴파운드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

폴리올레핀은 유기 열가소성 폴리머로써, 무취이며 비 다공성이고 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등의 폴리올레핀 수지로부터 성형된 수지 성형품은 용이한 성형 가공성, 가벼운 비중, 우수한 물성으로 인하여 섬유제품, 전자제품, 부표 등의 다양한 산업 제품, 다양한 소비재 및 가장 일반적으로는 포장용 필름 등 식품 포장재에 수축 포장재의 종류로 사용하기에 이상적이다. 그러나 이들 폴리올레핀 제품들은 사용 후의 폐기 처리가 심각한 환경문제로 대두되고 있다.

폴리올레핀 수지 성형물의 사용 후 처리방법으로는 재활용이 가장 유용한 방법이나, 재활용하는 분야가 한정되고, 최종적으로는 폐기되어야 하기 때문에 재활용은 근본적인 해결책이 되지 못한다. 또한, 폴리올레핀 수지 성형품을 소각하면 유독 가스가 발생되고, 매립할 경우에는 생분해되지 않아 환경에 악영향을 미치게 된다.

최근 상기 문제점의 해결을 위한 대안으로 폴리유산, 전분, 지방족 폴리에스테르 등과 같은 생분해 가능한 물질을 폴리에틸렌 수지와 혼합 용융하여 제조한 생붕괴성 폴리올레핀 수지가 상용화되고 있으나 물성의 한계로 사용 분야가 제한되어 있다. 이에 따라 생분해성 폴리에틸렌 수지에 대한 연구가 지속되고 있다.

특허문헌 1은 생분해성 물질로 형성된 물품에 관하여 개시되어 있으나 폴리올레핀계 중합체성 물질이 개시되어 있지 않으며, 특허문헌 2는 생분해성 물질로 형성된 물품 및 이의 강도 특징에 관한 것으로, 전분계 중합체성 물질과 폴리올레핀계 중합체성 물질을 포함하는 물품 및 이의 강도특징에 관해 개시하고 있으나 혼합물을 190 내지 230℃에서 가열하는 점에 대해서는 개시되어 있지 않으며, 온도조건에 따른 효과도 기재되어 있지 않다.

즉, 종래의 생분해성 컴파운드들은 환경의 오염을 방지하는 효과가 탁월하지만, 종래의 다른 물질들과 비교했을 때 강도가 높지 않아, 제대로 활용되지 못한 문제가 있었다.

(특허문헌 0001) KR 10-2018-0022876

(특허문헌 0002) KR 10-2018-0022877

본 발명은 생분해성 플라스틱을 함유하는 원료를 사출성형하여 블록이나 부표를 제조함에 따라 플라스틱의 바닷물의 잔류에 의한 오염을 방지하는 생분해성 컴파운드를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 제조 과정에서 제품의 불량이 발생하더라도 불량품이 사출성형을 위해 재사용 가능함에 따라 불량품으로 인해 원료가 낭비되는 것을 방지하는 생분해성 컴파운드를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 PLA, PBAT 및 내충격 보강제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 컴파운드를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 PLA 는 상기 생분해성 플라스틱부의 전체 중량의 75 w% 내지 85w% 로 구비되고, 상기 PBAT 는 상기 생분해성 플라스틱부의 전체 중량의 15 w% 내지 30 w% 로 구비되며, 상기 내충격 보강제는 상기 생분해성 플라스틱부의 전체 중량의 5 w% 내지 15 w% 로 구비되는 것을 특징으로 하는 생분해성 컴파운드를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 내충격 보강제는 구 형상으로 구비되며, 내부에 구 형상으로 구비되는 코어부 및 상기 코어부의 외주면을 감싸도록 구비되는 레이어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 컴파운드를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 코어부는 다층 또는 단층의 고무부재로 이루어지고, 상기 레이어부는 아크릴, 스티렌 또는 아크릴로니트릴 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 컴파운드를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 내충격 보강재의 직경은 100 nm 내지 500 nm 으로 구비되는 것을 특징으로 하는 생분해성 컴파운드를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

본 발명은 생분해성 플라스틱을 함유하는 원료를 사출성형하여 블록이나 부표를 제조함에 따라 플라스틱의 바닷물의 잔류에 의한 오염을 방지하는 생분해성 컴파운드를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 제조 과정에서 제품의 불량이 발생하더라도 불량품이 사출성형을 위해 재사용 가능함에 따라 불량품으로 인해 원료가 낭비되는 것을 방지하는 생분해성 컴파운드를 제공할 수 있다.

도 1 은 본원 발명의 일 실시예의 내충격 보강제의 구조를 도시한 것이다
도 2 는 본원 발명의 일 실시예의 내충격 보강제의 강도 조절 메커니즘을 도시한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 제 1 실시예를 설명하도록 한다.

[실시예 1]

본 발명의 일 실시예에 따른 비중체가 포함된 합성수지 혼합재료는 일정한 조건에서 수분 또는 자연계에 존재하는 박테리아, 조류, 곰팡이와 같은 미생물이나 분해효소 등의 작용으로 물과 이산화탄소로 완전히 분해될 수 있는 생분해성 플라스틱으로 이루어진 생분해성 플라스틱부 및 산화철을 포함하도록 구비될 수 있다.

보다 구체적으로, 생분해성 플라스틱부는 PLA, PBAT 및 내충격 보강제를 포함하도록 구비될 수 있다.

PLA (Poly Lactic Acid) 는 자연환경하에서 스스로 분해되는 생분해성 플라스틱이다.

본 발명의 PLA 는 Lactic Acid L 형과 Lactic Acid D 형을 혼합하여 구성될 수 있다.

대부분의 PLA (Poly Lactic Acid) 의 경우 99% 가 Lactic Acid L 형으로 이루어져 있으나 물성이 딱딱하고 쉽게 부러지는 단점이 있기 때문에 이를 보완할 필요가 있다.

특히, Lactic Acid 의 경우 L 형과 D 형의 입체이성체를 가질 수 있는데, 이들의 조성에 따라 PLA (Poly Lactic Acid) 의 융점, 결정화속도 및 결정화도가 달라지며 기계적 물성 및 분해속도도 달라진다.

Lactic Acid L 형으로만 이루어진 PLA 의 융점은 섭씨 207 도인데 비해, Lactic Acid D 형과 L 형 위성체가 반반인 경우 융점이 섭씨 230 도로 높아지고 기계적 물성이 좋아지는 특성이 있다.

즉, Lactic Acid D 형과 L 형을 각각 50% 로 혼합하여 PLA 를 제조하거나, Lactic Acid D 형만으로 이루어지는 경우 종래의 ABS 재질로 이루어진 블록과 동일한 기계적 물성치를 가질 수 있게 된다.

일반적으로 PLA 로 블록을 제조한 경우 세로 방향의 충격강도가 약하고, 대기 중에서 UV 안정성이 없으며 깨지기 쉬운 단점이 존재하기 때문에 부표의 내구성을 높이기 위해 별도의 코팅층을 포함할 수 있다.

다만, PLA 만을 이용해서 블록을 사출하는 경우 강성은 높지만 깨지기 쉬운 단점이 있어 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 플라스틱부는 PLA 에 재료의 유연성을 증가시키기 위한 PBAT 를 더 포함할 수 있다.

PBAT (Poly-Butylene Adipate Terephthalate) 는 석유를 기반으로 하는 생분해성 플라스틱이다. PBAT 는 분해속도가 빠르고, 유연성이 좋으며, 가공성이 좋다.

석유 기반의 생분해성 플라스틱이지만 일반 플라스틱과 달리 자연에서 산소, 빛, 효소 등 반응에 의해 6개월 이내 빠른 속도로 분해된다.

내충격 보강제는 비중체가 포함된 합성수지 혼합재료내에 균일하게 분산되어 비중체가 포함된 합성수지 혼합재료 전체의 강도를 향상시킬 수 있다.

보다 구체적으로는, 본 발명의 일 실시예에 따른 내충격 보강제는 구 형상으로 구비될 수 있으며, 내부에 고무소재의 코어부가 구 형상으로 구비되며, 레이어부가 상기 코어부의 외주면을 감싸도록 구비될 수 있다.

상기 코어부는 고무소재로 이루어질 수 있으며, 외부의 충격에너지를 흡수하고 분산시켜주는 역할을 한다.

코어부의 소재는 고무소재 외에 부타디엔, 부틸아크릴레이트, 실리콘 및 스티렌으로 이루어질 수 있다.

상기 코어부를 감싸도록 구비되는 레이어부는 내충격 보강제가 합성수지 혼합재료내에서 균일하게 분산될 수 있도록 분산성을 높여주는 효과가 있다.

상기 레이어부의 성분은 아크릴, 스틸렌, 아크릴로니트릴로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 내충격 보강재는 100 내지 500 nm 로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 블록은 생분해성 플라스틱과 산화철을 포함하도록 구비될 수 있다.

생분해성 플라스틱과 산화철은 2:8 의 비율로 혼합될 수 있다.

또한, 생분해성 플라스틱은 상술한 PLA, PBAT 및 내충격 보강제를 포함하도록 구비될 수 있다.

PLA 는 전체 생분해성 플라스틱의 75w % 내지 85 w% 로 구비될 수 있다.

PLA 는 전체적인 강도를 높여주는 효과가 있기 때문에 75 w% 미만으로 구비되게 된다면 생분해성 블록의 전체 강도가 지나치게 낮아지는 단점이 있고, 85 w% 가 초과되면 유연성이 떨어지는 문제가 있다.

PBAT 는 전체 생분해성 플라스틱의 15 w% 내지 30 w% 로 구비될 수 있다.

PBAT 는 생분해성 블록의 유연성을 높여주는 효과가 있기 때문에 15 w% 미만으로 구비되게 된다면 생분해성 블록의 전체 유연성이 지나치게 낮아져 가공의 난이도가 올라가는 문제가 있고, 30 w% 가 초과되면 강도가 낮아지는 문제가 있다.

내충격 보강제는 전체 생분해성 플라스틱의 5 w% 내지 15 w% 로 구비될 수 있다

PLA, PBAT, 내충격 보강제 및 산화철의 비율은 설명의 편의를 위해 일 예를 든 것이며, 사용자는 필요에 따라 상기 조성의 비율을 변경하여 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 제 2 실시예를 설명하도록 한다.

[실시예 2]

본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 부자는 바다의 수면위에 부유하여 수분 또는 자연계에 존재하는 박테리아, 조류, 곰팡이와 같은 미생물이나 분해효소 등의 작용으로 물과 이산화탄소로 완전히 분해될 수 있는 생분해성 플라스틱으로 이루어진 생분해성 플라스틱부를 포함하도록 구비될 수 있다.

따라서, 실시예 1 의 생분해성 블록과 달리 본 실시예 2 의 생분해성 부자는 수면위에 부유할 수 있어야 하기 때문에, 실시예 1 의 산화철과 같은 무게가 있는 물질을 포함해서는 안된다.

보다 구체적으로, 생분해성 플라스틱부는 PLA, PBAT 및 내충격 보강제로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 부자는 실시예 2 의 생분해성 플라스틱으로만 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 플라스틱은 상술한 PLA, PBAT 및 내충격 보강제를 포함하도록 구비될 수 있다.

PLA 는 전체 생분해성 플라스틱의 85 w% 내지 95 w% 로 구비될 수 있다.

PLA 는 전체적인 강도를 높여주는 효과가 있기 때문에 85 w% 미만으로 구비되게 된다면 생분해성 부자의 전체 강도가 지나치게 낮아지는 단점이 있고, 95 w% 가 초과되면 유연성이 떨어지는 문제가 있다.

PBAT 는 전체 생분해성 플라스틱의 5 w% 내지 10 w% 로 구비될 수 있다.

PBAT 는 생분해성 부자의 유연성을 높여주는 효과가 있기 때문에 5 w% 미만으로 구비되게 된다면 생분해성 부자의 전체 유연성이 지나치게 낮아져 가공의 난이도가 올라가는 문제가 있고, 10 w% 가 초과되면 강도가 낮아지는 문제가 있다.

내충격 보강제는 전체 생분해성 플라스틱의 3 w% 내지 6 w% 로 구비될 수 있다

PLA, PBAT, 내충격 보강제의 비율은 설명의 편의를 위해 일 예를 든 것이며, 사용자는 필요에 따라 상기 조성의 비율을 변경하여 사용할 수 있다.

다음으로, 강도를 높인 생분해성 컴파운드에 관련된 실시예 3 을 설명하도록 한다.

[실시예 3]

생분해성 컴파운드는 생분해성 수지인 PLA 및 PBAT 를 주된 성분으로 하는 필렛 형태로 구비될 수 있다.

보다 구체적으로, 생분해성 수지인 PLA 및 PBAT 는 자연상태에서 분해되어 환경 보호에 탁월하다는 장점이 존재하지만, 기존의 플라스틱보다는 강도가 떨어진다는 문제가 항상 제기되어 왔다.

따라서 본 발명자는 생분해성 수지인 PLA 및 PBAT 의 결합 비율을 조정함과 동시에 추가적인 내충격 보강제를 추가하여 전체적인 강도를 기존의 플라스틱보다 높이는 연구 성과를 달성하였다.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예 3 의 생분해성 컴파운드는 인장강도가 37.7 MPa, 충격강도가 72.1 KJ/m² 로서 기존의 플라스틱과 비교가 되지 않은 강도를 달성하였다.

보다 구체적으로는, [도 2] 에 도시된 바와 같이 전체 생분해성 컴파운드의 내부에 내충격 보강제가 균일하게 분포되게 되면, 생분해성 컴파운드을 이용하여 사출 생산된 제품의 일 측면에 크랙이 발생한 경우, 내부에 구비되는 내충격 보강제가 크랙의 진행을 방지할 수 있다.

또한 크랙의 진행방향에 내충격 보강제가 위치한 경우에는 내충격 보강제가 양측에서의 인장력을 흡수하기 때문에, 전체적인 인장강도가 증가하게 된다.

내충격 보강재의 크기가 100 nm 미만으로 구비되는 경우에는

PLA 는 전체적인 강도를 높여주는 효과가 있기 때문에 85 w% 미만으로 구비되게 된다면 생분해성 플라스틱을 이용해 사출한 제품의 전체 강도가 지나치게 낮아지는 단점이 있고, 95 w% 가 초과되면 유연성이 떨어지는 문제가 있다.

PBAT 는 생분해성 부자의 유연성을 높여주는 효과가 있기 때문에 5 w% 미만으로 구비되게 된다면 생분해성 플라스틱을 이용해 사출한 제품의 전체 유연성이 지나치게 낮아져 가공의 난이도가 올라가는 문제가 있고, 10 w% 가 초과되면 강도가 낮아지는 문제가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

Claims

PLA, PBAT 및 내충격 보강제로 이루어지며,
상기 PLA 는 생분해성 컴파운드의 전체 중량의 85 w% 내지 90w% 로 구비되고, 상기 PBAT 는 생분해성 컴파운드의 전체 중량의 5 w% 내지 10 w% 로 구비되며, 상기 내충격 보강제는 생분해성 컴파운드의 전체 중량의 3 w% 내지 5 w% 로 구비되며,
상기 내충격 보강제는 구 형상으로 구비되며,
내부에 구 형상으로 구비되는 코어부; 및
상기 코어부의 외주면을 감싸도록 구비되는 레이어부로 이루어지고,
상기 코어부는 다층 또는 단층의 고무부재로 이루어지고,
상기 레이어부는 아크릴, 스티렌 또는 아크릴로니트릴 중 하나로 이루어지며,
상기 내충격 보강재의 직경은 100 nm 내지 500 nm 으로 구비되는 것을 특징으로 하는 생분해성 컴파운드.
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