KR20010054539A

KR20010054539A - 녹말찌꺼기를 이용한 생분해성 성형물

Info

Publication number: KR20010054539A
Application number: KR1019990055389A
Authority: KR
Inventors: 배현수
Original assignee: 배현수
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-07-02

Abstract

본 발명은 녹말찌꺼기를 이용한 생분해성 성형물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전분 제조과정에서 폐기물로 발생되는 녹말찌꺼기 10∼99중량%와 기계적 강도가 우수한 멜라민수지 1∼90중량%를 혼합하여 성형한 생분해성 성형물에 관한 것으로, 본 발명에서는 간단하고도 저렴한 방법으로 기존의 생분해성 제품과 비교하여 물성과 생분해도가 뛰어난 제품을 제공한다.

Description

녹말찌꺼기를 이용한 생분해성 성형물 {BIODEGRADABLE FORMING PRODUCTS USING THE REMNANTS OF STARCH}

본 발명은 녹말찌꺼기를 이용한 생분해성 성형물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 녹말찌꺼기와 멜라민 수지를 혼합·성형하여 제조한 기계적 강도와 생분해성이 우수한 새로운 성형물에 관한 것이다.

1930년대 처음 개발되어 다양한 기능으로 일상생활 및 과학기술의 발전에 지대한 공헌을 해온 플라스틱은 지구환경 보존에 대한 세계적 관심이 고조되면서 플라스틱 폐기물로 인한 환경오염이 커다란 문제로 대두되고, 환경오염의 대표적 주범으로 인식됨에 따라 세계 각국에서는 해결 수단의 하나로 가공성, 내구성 등 플라스틱이 갖고 있는 뛰어난 성능에 분해성이라는 기능을 부가한 분해성 플라스틱에 대한 연구개발 및 산업화에 박차를 가하고 있는 실정이다.

현재까지의 분해성 플라스틱에 대한 연구, 개발기술은 플라스틱에 산화촉진제를 첨가하여 파장 295∼320nm 범위의 빛에 의해 플라스틱의 분해를 유발하는 광분해성 플라스틱과 미생물에 의한 생산 또는 화학적 합성에 의해 미생물 분해가 가능한 폴리머로 플라스틱화한 생분해성 플라스틱 및 전분과 같이 자연적으로 분해되는 고분자 물질을 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 폴리프로필렌 등의 범용수지에 혼합하여 플라스틱화한 통상 생분해성 플라스틱으로 불리는 엄격한 의미의 생붕괴성 플라스틱 등의 세가지로 대별할 수 있다.

이중 광분해성 플라스틱은 가격의 고가, 광분해 후 남게 되는 지상 잔류물의 2차 오염 그리고 연소식 또는 매립식으로 주로 이루어지는 쓰레기 처리방식에 있어서 토양에 매립될 경우의 미분해 등이 문제점으로 지적되고 있으며, 미생물 생산 또는 화학합성에 의한 미생물분해 고분자 플라스틱은 분해율이 뛰어난 반면 가격의 고가, 물성저하, 플라스틱 제조공정상의 작업성 난이 등이 단점으로 알려져 있다.

또한, 천연고분자를 충진하는 생붕괴성 플라스틱 특히 전분 충전형 생붕괴성 플라스틱은 물성저하와 가공성에 따른 전분 충전량의 한계 및 단기적으로는 전분만이 분해된다는 이론적인 단점에도 불구하고, 새로운 고분자 재료로서 풍부하고 저렴한 원료가격 및 현재로서는 효과를 제일 빨리 볼 수 있다는 방법적인 측면에서 전분 충전형 생붕괴성 플라스틱에 대한 연구 및 제품화가 활발히 진행되고 있다.

그러나, 일반적인 전분을 플라스틱에 적용함에 있어서는, 다음과 같은 크게 4가지의 문제점을 가지고 있다. 첫째, 전분은 한 단위구조에 극성이 큰 수산기를 3개씩 갖고 있는 친수성으로 소수성인 범용수지와 상용성이 매우 적다. 둘째, 전분은 통상 10∼13%의 수분을 함유하고 있으므로 범용수지와의 비상용성은 물론 고온, 고압하의 혼합, 압출 및 성형과정에서 기포발생 현상에 의한 제품 물성의 급격한 저하를 유발할 수 있으며, 특히 최종 제품이 필름일 경우에 미치는 타격은 매우 크다. 셋째, 전분은 지질성분을 0.6∼0.8% 함유하고 있으므로 플라스틱 물성저하에 영향을 주는 것으로 알려져 있다.

이상과 같은 전분이 가지는 원료로서의 문제점을 해결하기 위하여 전분의 입자크기를 미세화하는 것을 포함하여 전분의 함유 수분율을 1% 이하로 낮추는 방법(US. PAT. 4,016,117, 4,021,388), 전분 중에서도 직쇄구조를 갖는 아밀로스 전분을 이용하는 방법(US. PAT. 3,891,620), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등에 아크릴산 또는 알킬아크릴레이트 등의 아크릴계 모노머를 공중합시키고, 그 공중합체를 전분에 혼합하여 제조하는 방법(US. PAT. 4,133,784, 5,087,650) 및 전분계 실리콘 처리를 통한 소수성을 부여하여 전분을 변성·사용하는 방법(US. PAT. 4,125,495) 등의 다양한 방법이 소개되고 있으나, 이러한 방법들은 제조비용이 높거나 또는 플라스틱 물성에 대하여 극히 제한적인 개선이 될 뿐 뚜렷한 물성의 개선효과를 얻지 못하고 있다. 특히, 전분 충전량의 증가에 따라 물성저하가 급격해지는 분해성 필름, 그 중에서도 특히 저밀도 폴리에틸렌필름의 경우 실제로 전분을 8% 이상만 첨가하여도 필름으로서의 제품상태 및 물성유지가 어려워 상품화가 힘든 실정이다.

또한, 종래에는 기계적 강도 등이 우수한 멜라민수지를 이용한 생활용기 등의 성형물이 있다.

멜라민(C₃H₆N₆)은 2,4,6-트리아미노-1,3,5-트리아진에 해당하는 것으로, 멜라민의 수용액은 알칼리성으로 포름알데히드와 함께 가열하면 메티롤멜라민(methylol melamine)을 생성하게 되고, 나아가서 3차원 구조를 가지는 열경화성 수지로 된다. 멜라민수지는 요소수지와 함께 아미노수지(amino resin)라 하며, 멜라민수지는 특히 내열, 내소성, 기계적 강도 등의 관점에서 우수하여 현재 멜라민의 거의 전부가 이 수지의 제조용으로 소비되고 있으며, 요소수지와 같이 합판, 목공용 접착제 이외에 도료, 섬유, 종이의 수지가공 및 멜라민수지 화장합판의 제조에 사용된다.

특히 생활용기(특히, 쟁반 등)의 제조에 사용되는, 일정량의 멜라민수지와 펄프와 포르말린(멜라민 용해제)의 혼합물을 멜라민 컨파운딩이라하는데, 근래에 이러한 멜라민수지를 이용한 생활용기가 많이 만들고 있다. 그러나, 이러한 멜라민 용기는 기계적 강도는 우수하나 생분해성이 없어 환경오염의 주범이 되어 왔다.

한편, 쌀, 밀, 보리, 옥수수, 고구마, 감자, 밀가루, 쌀, 타피오카, 칡뿌리 등과 같은 전분 원료 탄수화물식품으로부터 전분을 제조할 때 찌꺼기가 발생되는데, 이렇게 전분 제조과정에서 폐기물로 발생되는 찌꺼기(이하, "녹말찌꺼기"라 한다)에는 섬유질, 무기물, 잔류전분 등의 성분이 포함되어 있으나 가축사료로 사용되는 외에 특별한 용도가 없어 그냥 버려지고 있는 실정이다.

이에 본 발명자는 전분 제조과정에서 폐기물로 버려지는 녹말찌꺼기를 이용하여 종래의 생분해성 성형품에 비해 기계적 강도와 생분해성이 우수한 성형품을 제조할 수 없을까 연구한 결과, 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명은 전분 제조과정에서 폐기물로 버려지는 녹말찌꺼기와 같은 천연물질을 이용하여 기계적 강도 및 생분해성이 우수한 새로운 성형물을 제조하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 폐기물로 버려지는 녹말찌꺼기를 활용하고 여기에 기계적 강도가 우수한 기존의 멜라민 수지를 혼합하여 성형함으로써 제조방법이 간단하면서도 제조비용이 저렴한 생분해성 성형물을 제조하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 전분 제조과정에서 폐기물로 발생되는 녹말찌꺼기 10∼99중량%와 기계적 강도가 우수한 멜라민 수지 1∼90중량%를 혼합하여 성형한 생분해성 성형물을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 생분해성 성형물의 조성은 전분 제조과정에서 폐기물로 발생되는 녹말찌꺼기 10∼99중량%와 기계적 강도가 우수한 멜라민 수지 또는 멜라민 컨파운딩 1∼90 중량%로 이루어지며, 상기 멜라민 컨파운딩은 멜라민과 펄프와 용매제로서의 포르말린(멜라민+펄프+포르말린)으로 이루어진다. 이하, 본 명세서에서 "멜라민수지"라 함은 멜라민수지와 멜라민 컨파운딩을 포함하는 개념으로 사용된다. 상기 녹말찌꺼기는 전분 원료로 사용되는 탄수화물식품으로부터 전분을 제조하고 남은 찌꺼기를 수거한 것으로, 섬유질, 무기물, 단백질, 잔류전분 등이 포함되며, 특히 녹말찌꺼기에는 제조된 전분과 달리 다량의 섬유질과 무기물이 포함될 것으로 추정된다. 상기 탄수화물 식품으로는 고구마, 감자, 옥수수, 당근, 쌀, 밀, 보리, 밀가루, 쌀, 타피오카, 칡뿌리 등 전분 원료로 사용될 수 있는 모든 탄수화물식품이 포함된다.

본 발명에 따른 성형물에 있어서 상기 멜라민수지와 녹말찌꺼기의 조성비율은 녹말찌꺼기 10∼99중량% : 멜라민수지 1∼90중량%의 범위내에서 원하는 기계적 강도와 생분해성 및 제조비용 등을 고려하여 다양하게 조절될 수 있다. 그러나, 조성비율에 있어서 멜라민수지의 비율이 높으면 기계적 강도는 좋으나 생분해성이 떨어지므로, 보다 바람직하게는 녹말찌꺼기 50∼95중량% : 멜라민수지 5∼50중량%로 본 발명의 성형물을 조성하며, 특히 바람직하게는 녹말찌꺼기 80∼90중량% : 멜라민수지 10∼20중량%로 조성한다.

본 발명에 따른 성형물은 녹말찌꺼기에 함유된 성분 및 멜라민수지의 작용으로 산화방지제, 안정제, 가교제, 활제, 무기충진제 등의 추가적 사용이 필요없으며, 녹말찌꺼기와 멜라민수지의 조성만으로도 가공성, 기계적 강도 등에 있어서 만족한 물성을 얻을 수 있다. 그러나, 제조된 성형물의 물성을 보다 향상시키거나 또는 다양한 물성을 얻기 위하여 통상 합성성형물의 제조에 사용되는 공지의 가소제, 안정제, 가교제, 활제, 무기충진제 등을 본 성형물에도 첨가할 수 있다.

또한, 본 발명의 성형물에는 미감을 향상시키기 위하여 통상의 안료를 첨가할 수 있다.

본 발명에 따른 성형물을 제조하는 구체적인 공정은 다음과 같다.

먼저, 녹말찌꺼기를 수 미크론 이하로 파쇄하여 녹말찌꺼기 파우더를 준비하고, 이 파우더와 멜라민수지 분말을 마스터 배치공정을 이용하여 혼합한다. 이렇게 혼합된 녹말찌꺼기와 멜라민수지의 혼합물을 온도 100∼200℃ 정도, 압력 10∼250톤/㎝, 10초∼120초 정도 동안 프레스 가공을 통해 원하는 성형품을 제조한다. 상기 프레스 성형조건은, 보다 바람직하게는 온도 120∼180℃ 정도, 120∼200톤/㎝, 20초∼50초 정도이다.

이렇게 만들어진 본 발명에 따른 성형물은 쟁반, 식기, 재떨이 등과 같은 여러 가지 생활용기로 제조될 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 다음의 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

(1) 전분 제조과정에서 폐기물로 발생되는 녹말찌꺼기를 수거하여 수 미크론 이하로 파쇄하여 녹말찌꺼기 파우더를 준비하고;

(2) 준비된 녹말찌꺼기 파우더 90중량%와 멜라민수지 분말 10중량%를 마스터배치공정을 이용하여 블렌딩한 후;

(3) 이렇게 블렌딩된 녹말찌꺼기와 멜라민수지의 혼합물을 온도 170℃, 압력 18톤/㎝, 30초 정도 동안 프레스 가공을 통해 성형물을 제조하였다.

실시예 2

녹말찌꺼기 파우더 80중량%와 멜라민수지 분말 20중량%를 블렌딩하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형물을 만들었다.

실시예 3

녹말찌꺼기 파우더 70중량%와 멜라민수지 분말 30중량%를 블렌딩하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형물을 만들었다.

실시예 4

녹말찌꺼기 파우더 60중량%와 멜라민수지 분말 40중량%를 블렌딩하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형물을 만들었다.

실시예 5

녹말찌꺼기 파우더 50중량%와 멜라민수지 분말 50중량%를 블렌딩하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형물을 만들었다.

실시예 6

압축강도 측정

상기 실시예 1 내지 5에서 제조된 성형물에 대해 압축강도를 측정하였다. 측정결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

	압축강도
실시예 1	1.52kgf/㎟
실시예 2	2.10kgf/㎟
실시예 3	2.80kgf/㎟
실시예 4	3.63kgf/㎟
실시예 5	4.31kgf/㎟

실시예 7

생분해도 측정

상기 실시예 1 내지 5의 방법으로 각각 5개의 성형물 샘플을 제조하여 해수, 담수 및 토양에서의 생분해도를 육안으로 관찰하였다. 해수 및 담수의 경우 용해시작시간(A) 및 외형상 용해가 끝났다고 보여지는 시점까지의 소요시간(B)과 육안으로 본 용해도(C)를 측정하였다. 토양에 매립한 경우는 외형상 분해가 끝났다고 보여지는 시점까지의 소요시간(D)과 육안으로 본 분해정도(E)를 측정하였다. 측정결과는 다음의 표 2에 나타내었다.

	해수	담수	토양
A	B	C	A	B	C	D	E
실시예 1	10∼20분	30∼40분	거의 100%	15∼20분	30∼50분	거의 100%	15일∼2개월	거의 100%
실시예 2	10∼20분	30∼40분	거의 100%	15∼20분	30∼50분	거의 100%	15일∼2개월	거의 100%
실시예 3	20∼30분	40∼70분	약60∼80%	20∼40분	50∼80분	약 60∼80%	2∼3개월	약60∼80%
실시예 4	30∼50분	70∼100분	약40∼60%	40∼60분	80∼120분	약 40∼60%	3∼4개월	약40∼60%
실시예 5	40∼70분	70∼100분	약40∼60%	50∼80분	100∼150분	약 40∼60%	3∼4개월	약40∼60%

상기 실시예로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명은 폐기물로 버려지는 녹말찌꺼기를 이용하여 기계적 강도 및 생분해성이 우수한 새로운 성형물을 제공하고 있으며, 그 방법에 있어서도 기존의 멜라민수지와의 혼합·성형을 통해 간단하고도 저렴한 방법으로 기존의 생분해성 제품과 비교하여 물성 및 생분해도가 뛰어난 제품을 제조하고 있다. 또한, 본 발명은 버려지는 폐기물을 활용함으로써 환경보전과 자원의 재활용에도 기여하고 있다.

Claims

전분 제조과정에서 폐기물로 발생되는 녹말찌꺼기 10∼99중량%와 멜라민수지 1∼90중량%를 혼합하여 성형하는 것을 특징으로 하는 생분해성 성형물.
제1항에 있어서,

녹말찌꺼기 50∼95중량%와 멜라민수지 5∼50중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 생분해성 성형물.
제1항에 있어서,

녹말찌꺼기 80∼90중량%와 멜라민수지 10∼20중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 생분해성 성형물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형은 온도 120∼200℃, 압력 10∼250톤/㎝, 10초∼120초 동안 프레스 가공하는 것임을 특징으로 하는 생분해성 성형물.