KR102570926B1 - 생분해성 친환경 포장재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

생분해성 친환경 포장재 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

PBAT (polybutylene adipate terephthalate), PLA (Poly-L-lactic acid), 탄산칼슘, 및 이산화티타늄을 포함하는, 생분해성 친환경 포장재 제조용 조성물이 개시된다. 일실시예에 따른 실시예에서 제조된 포장재는 충격강도 및 실링 접착성이 우수하고, 우수한 생분해성을 갖는다.

Description

생분해성 친환경 포장재 및 이의 제조 방법 {Biodegradable eco-friendly packaging materials and manufacturing methods thereof}
아래 실시예들은 생분해성 친환경 포장재 및 이의 제조 방법 기술에 관한 것이다.
석유자원의 불안정한 수급 및 무분별한 산림자원의 이용에 따른 석유계 합성섬유 및 재생섬유의 원료공급에 한계가 점차적으로 발생하고 있으며, 전량 수입에 의존하는 합성섬유와 천연섬유 원료들의 가격상승에 따른 자원의 활용도를 높이기 위한 방안으로 초목류, 폐셀룰로오스 등의 바이오매스 소재를 활용한 섬유소재의 개발이 필요한 상황이다.
생분해성 플라스틱은 내구성이 높고 일반 사용조건에서는 장기간에 걸쳐 안정하고, 일정조건에서는 미생물들의 작용에 의해 수중 및 토중의 환경 중에서 분해된다. 또한, 범용 플라스틱과 마찬가지로 재생이 가능한데다가, 분해로 발생하는 탄산가스는 출발원료로 하는 식물이 생장을 위해 흡수되어 바이오 재활용이 가능하기 때문에 지속가능한 순환형 재료생산 시스템으로 자원부족 문제를 해결할 수 있는 재료로 주목받고 있다. 물티슈는 일회용 제품이기 때문에 사용 후 폐기에 있어서 환경을 파괴하지 않는 생분해성 플라스틱 적용에 관한 연구가 시급한 실정이다.
이러한 문제점을 해결하고, 최근에는 소비자가 더 선호하는 생분해성 필름이 출시되어 보급되고 있으나, 배색 간의 분해속도 차이로 백색부위의 조기생분해가 일어나 작물성장에 영향을 주었고 생산시에는 제품 두께의 균일도가 일정하지 않는 등 생산 불량률이 높아지는 문제점이 발생되고 있다.
한편, 하기 선행기술문헌에 개시된 특허문헌들은 생분해성 필름에 관한 기술들임을 참고할 수 있다.
등록특허 제10-1366695호　등록특허 제10-1294346호　등록특허 제10-1366440호　등록특허 제10-1707934호　등록특허 제10-1823409호　등록특허 제10-1711434호　등록특허 제10-1607849호　등록특허 제10-1698868호　등록특허 제10-1217599호　공개특허 제10-2016-0139421호
이러한 배경하에 본 발명자들은 생분해 원료를 사용한 포장재로서, 충격강도 및 실링 접착성이 우수하고 생분해성이 뛰어난 포장재를 제조하는 방법을 규명하여 본 발명을 완성하였다.
실시예들은 충격강도 및 실링 접착성이 우수하고 생분해성이 뛰어난 포장재를 제조하기 위한 수지 조성물을 제공하는 것에 과제가 있다.
또한, 실시예들은 상기 수지 조성물을 이용한 생분해성 친환경 포장재의 제조방법으로서, 수용성 코팅에 의해 내수성을 향상시키는 방법을 제공하는 것에 과제가 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 ,PBAT (polybutylene adipate terephthalate) 50 내지 70 중량부, PLA (Poly-L-lactic acid) 30 내지 50 중량부, 탄산칼슘 1 내지 15 중량부, 및 이산화티타늄 1 내지 15 중량부를 포함하는, 생분해성 친환경 포장재 제조용 조성물을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 조성물은 PBAT (polybutylene adipate terephthalate) 50 내지 65 중량%, PLA (Poly-L-lactic acid) 25 내지 40 중량%, 탄산칼슘 3 내지 7 중량%, 및 이산화티타늄 3 내지 7 중량%를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄산칼슘은 0.8 내지 1.2 ㎛의 평균입경을 가지고, 상기 이산화티타늄은 200 내지 400nm의 평균 입경을 갖는다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 친환경 포장재 제조용 조성물을 190 내지 210℃에서 용융혼련하고 압출기를 통해 압출하여 0.01 내지 0.03mm의 두께의 포장지를 제조하는 단계; 상기 포장지 2장 사이에 포장물을 삽입하는 단계; 및 상하 온열기를 사용하여 상기 포장물이 있는 부위를 140 내지 160℃의 온도로 실링하고, 나머지 부위를160 내지 180℃의 온도에서 실링하는 단계를 포함하는, 생분해성 친환경 포장재의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 압출기는 L/D 비율이 24 내지 32:1, 압축 비율이 2.5 내지 3:1인 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 포장물은 식품, 화장품, 또는 위생용품의 수분이 포함된 재료인 것이다.
일실시예에 따른 장치는 하드웨어와 결합되어 상술한 방법들 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 제어될 수 있다.
실시예에서 제조된 포장재는 충격강도 및 실링 접착성이 우수하고, 우수한 생분해성을 갖는다. 나아가, 상기 실시예에 따른 수지 조성물은 수용성 코팅을 통해 내수성이 향상된 포장재를 제공할 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
PBAT는 석유화학에서 제조하는 생분해성 고분자 재료이고,　PLA(Poly Lactic Acid)는 옥수수로부터 제조되는 바이오매스(biomass) 유래 생분해성 고분자 재료이다.
PBAT(Polybutylene adipate-co-terephthalate)는 석유화학으로 제조되는 비결정성 고분자재료로 아디프산(adipic acid)와 1,4 butanediol에 의한 polyester(폴리에스터)와 PBT(Poly-butylene-Terephthalate)의 블록 공중합체(block copolymer)로 블록(block) 반복구간 및 분자량에 따라 생분해성과 용융점도가 달라지는 고분자재료이다.
PLA　(Poly Lactic Acid)는 상업화된 바이오매스(biomass) 유래 생분해성 고분자로는 유일한 고분자로 재료 결정성 고분자재료로 제품의 기계적 강도를 높이는데 유리하다.
탄산칼슘(Calcium Carbonate)은 생분해성 포장재의 슬립성(표면의 미끄러움)을 향상시킬 수 있다. 즉, 생분해성 필름은 일반적으로 슬립성이 저하되는 관계로, 이러한 탄산칼슘을 혼합하여 필름의 슬립성을 높일 수 있고, 필름의 단가 또한 낮추는 의미가 있다. 물론, 탄산칼슘의 함유량이 기준 범위 이상으로 높아질수록 필름의 단가는 낮출 수 있을지 모르나 필름의 투명성은 떨어질 수 있다. 따라서, 탄산칼슘의 함유량은 기준 범위에 따라야할 것이다.
이산화티타늄은 포장물의 광흡수 저해를 위해 포함될 수 있으며, 이에 따라 포장재의 포장물 보호 효과를 높일 수 있다.
탄산칼슘 및 이산화티타늄의 입자 크기는 얇게 성형된 포장재의 충격강도 및 부착 적합성을 결정하는데 중요한 역할을 한다.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 실시예 및 비교예의 제조
PBAT (polybutylene adipate terephthalate) (중량평균 분자량: 170,000) 및 PLA(폴리-L-락트산)(중량평균분자량: 130,000), 탄산칼슘, 및 이산화티타늄을 하기 표 1의 중량비 및 입자 크기로 준비 및 혼합하여 수지 컴파운드를 제조한다. 실시예 및 비교예에서 제조된 수지 컴파운드는 모두 생분해성이다.
PBAT PLA 탄산칼슘 이산화티타늄
실시예 1 55 35 5 (평균입경: 1 ㎛) 5 (평균 입경: 300 nm)
실시예 2 60 30 5 (평균입경: 1㎛) 5 (평균 입경: 300 nm)
비교예 1 60 30 5 (평균입경: 2 ㎛) 5 (평균 입경: 300 nm)
비교예 2 60 30 5 (평균입경: 0.5 ㎛) 5 (평균 입경: 300 nm)
비교예 3 60 30 5 (평균입경: 1 ㎛) 5 (평균 입경: 50 nm)
비교예 4 60 30 5 (평균입경: 1 ㎛) 5 (평균 입경: 100 nm)
비교예 5 50 40 5 (평균입경: 1 ㎛) 5 (평균 입경: 100 nm)
비교예 6 65 25 5 (평균입경: 1 ㎛) 5 (평균 입경: 300 nm)
상기 수지 조성물을 200℃에서 용융혼련하고 압출기(L/D 비율이 28:1, 압축 비율이 2.5:1)를 사용하여 0.02mm의 두께의 포장지를 제조한다.
제조된 포장지는 자동기기에서 상하온열기로 실링이 되며, 좌, 우, 및 가운데가 실링되는 이른바 도아리 실링으로 제조한다. 좌 우의 실링은 170℃의 온도로 실링되며, 가운데 부분에는 물티슈를 삽입한 후, 150℃의 온도로 실링하여 포장재를 완성한다. 이렇게 제조되는 포장재는 수용성 코팅에 의한 내수성을 갖는다.
실험예 1. 충격강도 및 실링 부착 적합성 평가
실시예 및 비교예에 따른 포장재에 대한 충격강도를 ASTM D256에 따라 측정한 다음, 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다. 실시예 및 비교예에서 제조되는 포장재의 실링된 상태의 불량율을 4등급으로 구분하여 실링 부착 적합성을 평가한다.
<실링 부착 적합성 등급>
- 불량률이 0 내지 3% 미만: ◎
- 불량률이 3% 이상 내지 10% 미만: ○
- 불량률이 10% 이상 내지 30% 미만: △
- 불량률이 30% 이상: ×
충격강도 (J/m) 실링 부착 적합성
실시예 1 572 ◎
실시예 2 650 ◎
비교예 1 450 △
비교예 2 370 ○
비교예 3 450 ×
비교예 4 250 △
비교예 5 490 △
비교예 6 385 ○
이상과 같이 실시예가 비교예에 비해 충격강도가 우수하고, 실링할 때 적합성이 나타남을 확인할 수 있다.
실험예　2. 생분해도 평가
퇴비화 조건에서의 플라스틱의 호기성 생분해도 측정 방법인 ISO 14855-1(2005)에 따라, 상기 실시예 1에서 포장재를 생분해도 측정기를 이용하여 58℃에서 20일 동안 배양한다. 총 20일간 진행된 누적 생분해도 값을 하기 수학식 1에 의해 계산한다. 이 때, 최종 생분해 산물인 이산화탄소의 발생량은 기체 크로마토그래피를 이용하여 측정한다.
[수학식 1]
생분해도(%)={[CO2]sf*100/[CO2]st}*100/{[CO2]cf*100/[CO2]ct}
[CO2]sf: 20일간 시료가 생분해되면서 발생한 CO2　누적량
[CO2]st: 시료가 100% 생분해되었을 때 발생할 수 있는 총 CO2　량
[CO2]cf: 표준시료인 셀룰로오스가 20일간 생분해되면서 발생한 CO2　누적량
[CO2]ct: 표준시료인 셀룰로오스가 100% 생분해되었을 때 발생할 수 있는 총 CO2　량
실시예 1에서 제조된 생분해성 포장재는 20일 경과 후 약 50%의 생분해도를 갖는다. 즉, 상기 포장재는 충격강도 및 실링 접착성이 우수하고, 우수한 생분해성을 갖는다.

Claims (3)

  1. 생분해성 친환경 포장재의 제조방법으로서,
    친환경 포장재 제조용 조성물을 190 내지 210℃에서 용융혼련하고 압출기를 통해 압출하여 0.01 내지 0.03mm의 두께의 포장지를 제조하는 단계;
    상기 포장지 2장 사이에 포장물을 삽입하는 단계; 및
    상하 온열기를 사용하여 상기 포장물이 있는 부위를 140 내지 160℃의 온도로 실링하고, 나머지 부위를160 내지 180℃의 온도에서 실링하는 단계를 포함하는, 생분해성 친환경 포장재의 제조방법으로서,
    상기 친환경 포장재 제조용 조성물은, PBAT (polybutylene adipate terephthalate) 50 내지 65 중량%, PLA (Poly-L-lactic acid) 25 내지 40 중량%, 탄산칼슘 3 내지 7 중량%, 및 이산화티타늄 3 내지 7 중량%를 포함하고,
    상기 탄산칼슘은 0.8 내지 1.2 ㎛의 평균입경을 가지고, 상기 이산화티타늄은 200 내지 400nm의 평균 입경을 가지는 것인, 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
KR1020230034266A 2023-03-16 2023-03-16 생분해성 친환경 포장재 및 이의 제조 방법 KR102570926B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180032896A (ko) * 2016-09-23 2018-04-02 롯데정밀화학 주식회사 생분해성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 생분해성 물품
KR102058392B1 (ko) * 2018-10-31 2019-12-24 (주)금성필름 생분해성 필름의 제조방법 및 이로부터 제조된 멀칭 필름
JP2021024591A (ja) * 2019-07-31 2021-02-22 東ソー株式会社 衛生薄葉紙用包装フィルム及び包装体

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