KR20030018152A - 생분해성 성형품 제조용 조성물 및 이를 이용한 성형품제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생분해성 성형품 제조용 조성물과 이를 이용한 성형품 제조방법에 관한 것이다. 본 발명 중 생분해성 성형품 제조용 조성물은, 10 내지 80 중량부로 포함되는 펄프 소재; 10 내지 80 중량부로 포함되는 생분해성 결합제; 및 0.1 내지 10 중량부로 포함되는 안정제;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 인간의 각종 생활용기 및 각종 성형품을 구성하는 소재를 친환경적인 소재로 채택함으로써, 이들 용기를 폐기하는 경우에 환경오염 초래 및 인류의 건강에 해가 될 수 있는 종래의 문제점을 해결하였다.

Description

생분해성 성형품 제조용 조성물 및 이를 이용한 성형품 제조방법{COMPOSION FOR PRODUCING A BIODEGRADABLE PLASTIC GOODS AND FOR PRODUCING A PLASTIC GOODS USING THE SAME}

본 발명은 생분해성 성형품 제조용 조성물과 이를 이용한 성형품 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정의 압력과 온도에 의해 압축 성형된 성형품을 제조원료로 생분해 또는 생붕괴될 수 있는 소재로 조성한 후 소정의 성형방법을 통하여 성형품을 제조함으로써, 종래의 사용되고 있던 환경비친화적인 용기와 유사한 외관 및 물리적 특성을 성형품을 대체함은 물론, 그 사용 후에 자연계에 방치하였을 때, 자연계에 존재하는 각종 분해 효소나 미생물의 작용에 의해 분해될 수 있는성형품을 제조를 위해 이용되는 조성물 및 이를 이용한 성형품 제조방법에 관한 것이다.

종래에 가장 범용적으로 사용되고 있는 것은 공업용 플라스틱 소재를 이용한 용기들이 주를 이루고 있다. 즉, 인간의 생활문화 및 소득수준의 향상과 식생활 변화에 따라 각종 인스턴트 식품의 섭취가 많아지면서 위생적이고 편리하며 경제적인 용품에 대한 수요가 증가하고 있는 반면, 종래의 도기나 유리 제품이 갖는 보관, 관리 및 세척의 불편함 등으로 인해 석유화학산업의 발달과 더불어 개발된 각종 플라스틱 소재가 인간의 생활용품의 전면에 등장하게 되었다.

그러나, 플라스틱 소재는 현대인의 풍요로운 일상생활과 산업발달에 큰 공헌을 해온 반면 대량으로 발생되는 각종 폐비닐, 스티로폼, 플라스틱 용기 등의 소각이나 매립에 따른 환경호르몬의 누출, 맹독성 다이옥신 검출, 폐기물의 불완전 연소에 의한 대기오염 등의 발생으로 인한 다양한 환경 오염원으로 등장하고 있으며, 석유화학제품의 원료의 고갈로 인해 향후 멀지않은 시대에는 반드시 값싼 용기의 지위를 유지할 것이라는 것에 대한 부정적인 시각과 더불어 현재 사용되고 있는 각종 플라스틱류의 제품은 그 사용주체인 인류의 건강을 위협하는 중요한 요인으로 등장하고 있어 이를 대체할 수 있는 새로운 소재 개발에 박차를 가하고 있다.

또한, 각국에서는 이러한 플라스틱 소재가 갖는 현재 및 장래에 예상되는 각종 문제점을 해결하기 위해 그 사용에 있어서는 플라스틱과 같은 외관 및 물리적 특성과 사용의 편리성과 경제성이 담보됨과 아울러 사용후에는 토양 중의 미생물 등에 의해 분해 또는 붕괴될 수 있는 환경 친화적이고 무해한 생분해성 소재로 이루어진 각종 대체용기의 사용을 의무화하고 있는 바, 이러한 산업동향이 관련 산업기술의 발전을 촉진하고 있다.

생분해성 소재란, 각종 성형품, 포장제, 위생용품, 농업용품 등에 대한 폐기처리시, 소각처리하지 않고 단순히 매립함으로써 미생물의 작용에 의해 수개월 내지 수년 내에 물, 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전 분해 또는 붕괴되는 소재를 말하며, 경우에 따라서는 소각방법에 의해 폐기처리하더라도, 그 내부에 함유되어 있는 친환경적 소재로 인하여 유해물질을 발생시키지 않는 소재를 통칭하는 것이다.

현재까지 개발된 생분해성 수지는 무독성 천연물질인 전분 등을 범용플라스틱 또는 개발된 생분해성 플라스틱에 혼합하여 제조하는 전분계 생분해성 플라스틱과 젖산 또는 락타이드로부터 화학적 촉매 효소에 의한 고리열림반응을 통해 합성된 폴리렉타이드, 입실론-카프로락톤 및 기타 디울디액시드계열의 지방족 폴리에스테르계 생분해성 플라스틱으로 나뉜다. 후자의 생분해성 수지는 품질은 우수하지만, 가격이 높은 것이 결점이며, 전자의 전분을 이용한 생분해성 수지는 가격은 저렴하지만 품질 특히 강도가 약한 단점이 있다. 양자의 장점, 즉 저가격 고품질의 생분해성 소재의 개발은 아직도 연구단계에 있다 할 것이다.

이러한 생분해성 소재 개발에 대한 산업계의 연구 노력이 지속되고 있으며, 그 결과로 한국특허출원 제94-8523호에서는 '폴리비닐아세테이트에 펄프분말, 곡물류분말, 톱밥분말, 천연솜, 왕겨분말, 밀짚분말, 보리짚 분말 등과 발포제를 첨가, 혼합하여 압축성형하는 방법'이 소개되었으며, 한국특허출원 제94-2061호에서는 '펄프 또는 합성수지로 만들어진 일회용 용기에 키틴, 키토산 또는 이들의 유도체를 첨가하는 방법'이 소개되었으며, 일본특허공개평 제8-157645호에서는 '전분에 기포 조정제로 폴리비닐알코올과 탄산칼슘, 보조첨가제로 식물성유지 등을 혼합하여 제조하는 방법'이 소개된 바 있다. 한편, 천연수지 및 전분을 호화시켜 일회용 용기를 제조한 후 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL)과 폴리락틴산(polylactic acid, PLA) 등으로 코팅하여 제조하는 방법(WO 97-27047) 등이 있다. 그러나, 이들 방법은 발포 폴리스티렌과 유사한 물성을 가지며 제조방법이 간단하지만 천연고분자외 사용하는 첨가제 중 분해되지않는 원료의 첨가로 인해 분해성에 문제가 제기되고 있고, 가격 또한 고가이므로 실용화에 있어 어려움을 겪고 있는 실정이다.

한편, 최근에 국내의 한 기업체에 특허출원한 한국특허출원 제98-32954호에서는 '천연고분자인 전분유도체에 화학적 변성을 통해 생분해성 일회용 용기 제조 방법 및 그 조성물'에 관한 기술 내용을 소개한 바 있다. 그러나, 이 방법에서는 '천연고분자 또는 그 유도체'를 추출 가공한 후에 이용하는 기술에 관한 것이므로, 사전에 이들 재료를 확보하기 위해 추출 가공처리하는 단계가 선행되어 있어야 하므로, 경제성에 취약한 단점을 들 수 있다.

특히, 거의 무한적으로 배출되고 있는 펄프 소재를 이용한 종이자원이 그 사용목적을 다한 후, 자연계에 방치되어 환경오염원으로 등장하고 있는 문제점을 해결함과 동시에 자연에서 기인한 펄프 소재 또는 종이의 재활용을 통하여 자원의 효율적인 활용도를 극대화함은 물론, 환경오염원을 극소화할 수 있는 방안이 강구될필요성이 다분하다 할 것이다.

전술한 종래의 문제점에 기초하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 식물성 천연 펄프 소재, 종이 또는 폐지 등의 분쇄물과 생분해성 결합제를 주성분으로 하되, 제조된 용기의 기능적 특성을 개선하기 위해 각종 기능성 첨가제가 첨가한 후, 소정의 성형방법에 의해 성형 제조하여 궁극적으로 자연친화적인 소재로 이루어지며, 저비용 고품질의 생분해성 성형품 또는 용기를 제조하고자 함에 있으며, 따라서 생분해성 성형품 제조용 조성물 및 이를 이용한 성형품 제조 방법을 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 생분해성 성형품을 제조하는 방법의 일실시예를 설명하기 위한 공정흐름도이다.

<<도면의 주요부분에 대한 설명>>

10...펄프 소재20...생분해성 결합제

30...안정제40...기능성 첨가제

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위한, 생분해성 성형품 제조용 조성물은, 10 내지 80 중량부로 포함되는 펄프 소재; 10 내지 80 중량부로 포함되는 생분해성 결합제; 및 0.1 내지 10 중량부로 포함되는 안정제;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 한편, 상기 조성물 각각의 구성성분의 함량을 수치한정하는 이유는, 성형품의 공정효율 및 제품의 생산성과 밀접한 관련성이 있으므로, 함량 유지에 각별한 주의가 요망된다. 상기 펄프 소재는 천연 펄프 소재일 수도 있으나, 상기 펄프 소재를 이용하여 제조된 후, 그 사용목적을 이룬 후의 각종 폐지 내의 펄프 성분을 이용하기 위해 이들의 분쇄물을 이용할 수도 있다. 상기 펄프 소재는 최종 성형품의 지지 골격을 이루게 되며, 상기 생분해성 결합제는 상기 펄프 소재로 이루어진 지지골격 상호간을 견고하게 결합시켜주는 역할을 하며, 상기 안정제는 분말형 조성물의 압축성형시 열가공성을 용이하게 해주며, 성형품에 탄력을 부여하기 위해 사용된다.

이때, 상기 펄프 소재는 각종 펄프원으로 이용되는 목재, 식물성 섬유소 성분을 포함하는 펄프 소재 등의 천연 재료를 직접 이용할 수도 있으며, 이들로부터 제조된 종이 또는 폐지 등의 분쇄물을 이용할 수도 있다. 특히, 상기 펄프 소재로 폐지를 활용하는 경우에는 대체로 폐지 내에 여러 화학약품이 처리되어 있는 것이 일반적이므로, 최종 성형품의 용도에 따라 화학약품에 대한 선처리과정을 진행하는 것이 바람직하다. 예컨대, 폐지 내에 인쇄되어 있는 각종 인쇄 잉크를 배제하지 않고 성형품을 제조하는 경우에는 색상이 미려하게 구현될 수 없는 문제점이 발생할 수 있으며, 식품 용기 등에 활용하는 경우에는 위생상의 문제가 초래될 수 있으므로, 분쇄물을 제조하는 과정에서 일정한 탈묵, 건조 과정을 진행하여 인쇄 잉크를 배제하는 공정을 우선적으로 진행하는 것이 바람직하다.

상기 생분해성 결합제는 밀, 찹쌀, 쌀, 보리, 옥수수, 감자, 고구마, 타피오카 및 식물성전분 중 선택된 하나의 단일 분쇄물 또는 둘 이상이 혼합된 혼합분쇄물이면 바람직하고, 상기 안정제는, 펙틴, 아라비아검, 카라야검, 트라가칸검, 로커스트빈검, 구아검, 타마린드검, 타라검, 한천, 카라기난, 알긴산, 잔탄, 덱스트란, 글루칸, 젤라틴, 카제인 및 셀루로오스 유도체 중 선택된 어느 하나이면 바람직하다. 상기 조성물 성분 각각에 대한 소재들은 그 원재의 확보 용이성 및 제조 단가 등을 고려하여 취사선택한 것에 불과하며, 동일한 기능을 수행할 수 있는 다른 소재의 선택을 통해서도 충분히 본 발명의 효과를 달성할 수 있음은 자명하다.

한편, 성형품에 다양한 기능을 부여하기 위한 목적으로, 1 내지 25 중량부의 제1기능제(탄산칼슘, 규소화합물 등); 5 내지 15 중량부의 제2기능제(석분, 황토분, 토분, 시멘트분, 사분 등); 1 내지 5 중량부의 제3기능제(살충제, 살균제, 방부제, 표백제 등); 1 내지 15 중량부의 제4기능제(멜라민, 고분자수지 등); 0.5 내지 3 중량부의 제5기능제(이산화티탄 등); 및 1 내지 10 중량부의 제6기능제(산화티타늄을 기저물로 하는 광촉매물, 과불소화합물을 기저물로 하는 화합물, 아크릴베이스로 하는 고분자화합물 등);중 하나 또는 둘 이상의 기능성 첨가제가 상기 조성물에 더 포함되면 더욱 바람직하다. 한편, 상기 조성물에 첨가되는 각각의 기능제에 대해 성분 함량을 수치한정하는 이유는, 성형품의 최종 용도, 성형품의 공정효율 및 제품의 생산성과 밀접한 관련성이 있으므로, 함량 유지에 각별한 주의가 요망된다. 상기 제1기능제로의 역할은 성형품의 외표면이 균일하도록 보조하며, 제2기능제는 선택되는 성형품의 강도를 개선하며, 성형품을 식물체 등에 양분 등을 공급할 수 있는 부재로 활용할 수 있는 기능을 부가하며, 제3기능제는 성분요소에 의해 살충, 살균, 방부 기능을 부가하여 내충성, 내균성 기능을 구현할 수 있는 성형품 제조에 이용될 수 있으며, 제4기능제는 성형품의 표면에 코팅층을 형성할 수 있도록 보조하는 역할을 수행하며, 제5기능제는 성형체 제조시 첨가되는 색소가 균일하게 혼합되도록 보조하는 역할을 수행함과 아울러, 성형품 제조용 조성물의 각 조성성분 또는 첨가제를 이완시킴으로써 배합이나 반죽을 용이하게 하는 작용도 수행하며, 제6기능제는 내수성을 성형체에 부가하기 위해 사용된다. 이상의 각각의 첨가제들의 주된 기능은 전술한 바와 같지만, 이들의 또다른 기능들, 실제 분석되지 않았지만, 각 성분간의 또다른 물리 화학적인 작용에 의해 발생되는 다른 부수적인 기능들이 종합적으로 작용할 것임은 자명하다. 따라서, 상기 필수 구성 성분인 펄프 소재, 생분해성 결합제 및 안정제에 하나 또는 둘 이상의 물질로서 첨가되는 제1 내지 제6기능제는 최종 성형제품의 용도, 제조공정상의 효율성 담보 등을 위해 적절히 취사선택될 수 있음은 자명하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 생분해성 성형품 제조용 조성물을 이용한 성형품 제조방법은, (a)전술한 생분해성 성형품 제조용 조성물의 각 성분 분말을 준비하는 단계; (b)상기 준비된 각각의 조성물 성분을 혼합하고, 혼합조성물 대비 10 내지 75 중량%의 수분을 가한 후, 소정시간동안 교반하여 배합하는 단계; (c)상기 배합물을 반죽한 후, 반죽물을 판상시트로 압출하는 단계; 및 (d)상기 판상시트를 압축성형기에 투입한 후 성형하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 배합단계(b) 이후에, 배합반죽물을 판상시트로 압출하는 단계를 진행하는 대신 일차 압착부재를 생산하는 칼렌더링 단계를 진행하고, 이어서 칼렌더링된 압착부재를 압축성형기에 투입하여 압축성형하는 단계로 진행하여 성형품을 제조하는 방법으로 진행할 수도 있음은 자명하다.

또한, 상기 배합단계(b) 이후에, 배합반죽물을 정량하여 일차 성형기에 투입하여 성형하되, 최종 성형조건에 미치지 못하는 성형조건하에서 예비성형을 행한 후, 최종 성형 조건에 부합되는 성형기에 상기 예비성형된 부재를 투입하여 최종 성형품을 제조하는 2단계 성형과정을 통해 성형품을 제조하는 방법으로도 진행할수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어지지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 생분해성 소재를 그 성분으로 하는 성형품 제조용 조성물을 이용하여 성형품을 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.

먼저, 생분해성 재료 조성물의 구성성분인 펄프 소재(10), 생분해성 결합제(20) 및 안정제(30) 각각을 서로 다른 과정을 통해 확보된 분쇄물로 준비된다. 즉, 상기 분말 조성성분들(10 내지 30)은 자연물의 상태에서 확보된 각각의 소재의 확보, 정선, 세척, 건조나 파쇄 과정 등 소재에 따른 적정한 과정을 진행하여 최종적으로 소정의 입경 범위를 갖는 분쇄물상으로 준비되는 것이 바람직하다. 이때, 바람직한 단일 또는 혼합 분쇄물의 분말 입경은 10 내지 300 메쉬(메쉬의 수치가 크면 실제 입경은 작아지는 입경표시 단위임)이면 충분하며, 더욱 바람직하게는 20 내지 150메쉬, 특히 80메쉬 정도이면 용기 제조를 위해 최적의 조건이 확보될 수 있다. 만일, 이상에서 준비된 각 분말의 입경이 300 메쉬보다도 더 큰 경우에는 입경이 너무 미세해져 분진이 발생되며, 배합이 원활하게 이루어지지 못하는 문제점이 발생하며, 각 분말의 입경이 10 메쉬보다도 더 작은 경우에는 조립상으로 인해 분말 내부에 수분이 잘 흡수되지 않아 각 분말간의 배합이 원활하지 못하거나 배합 또는 교반 과정에서 교질화 및 균질화가 용이하게 진행되지 못하며, 차후 이를 이용하여 완성된 성형품의 외면이 지저분해지는 등의 품질을 저해하는 요인으로 작용하므로 상기 수치제한 범위 내에서 각 분말이 준비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 펄프 소재로 폐지를 사용하고자 하는 경우에는 전술한 바와 같은 탈묵공정을 진행하는 것이 바람직하나, 최종 성형품에 따라서는 반드시 탈묵공정이 진행될 필요가 있는 것은 아니므로, 선택적으로 진행여부를 결정하여야 할 것이다. 탈묵공정은 대체로, 폐지를 잘게 파쇄한 후, 여기에 물을 붓고 소정의 회전력을 부가하여 원심분리방식 등을 이용하여 폐지 내에 잔류하고 있는 인쇄잉크를 폐지의 분쇄물로부터 분리시키는 방법으로 진행한다. 이러한 탈묵공정은 여러가지 다양한 방법으로도 진행되며, 예컨대 고온의 물에 폐지의 분쇄물을 풀고 죽을 끓이듯이 열을 가한 후, 압착하여 수분을 제거하면서 이때 인쇄잉크가 폐지로부터 분리되도록 하는 방법을 이용하기도 하며, 필요에 따라서는 인쇄잉크 성분을 용해시킬 수 있는 화학약품처리 등의 방법을 통해서도 진행할 수 있다. 다만, 화학약품처리과정은 인쇄잉크가 분리되는 대신 화학약품이 잔류할 수 있으므로, 인체에 유해하거나 환경에 비친화적인 것을 사용하는 것은 지양되어야 할 것이며, 불가피한 사용이 있는 경우에는 성형품의 원재료에 포함되지 않도록 별도의 화학약품배제를 위한 처리공정을 진행할 필요가 있다.

전술한 바와 같이, 개별적인 재료 선정 및 그 분말화과정을 거쳐 확보된 조성물 구성성분을 성분비에 적합하도록 정량한다. 구체적으로는, 펄프 소재(10)는10 내지 80 중량부로 하되, 바람직하게는 49중량%로 준비하고, 생분해성 결합제(20)는 10 내지 80 중량부로 하되, 바람직하게는 48중량%로 준비하고, 안정제(30)는 1 내지 10 중량부로 하되, 바람직하게는 3중량%로 준비하였다.

이때, 상기 펄프 소재(10)는 사탕수수대, 볏짚, 보리짚, 갈대, 밀대, 옥수수대, 코코넛, 목초, 산야초, 목화솜 및 나무잎 중 선택된 하나의 분쇄물 또는 둘 이상의 혼합분쇄물이면 바람직하며, 상기 생분해성 결합제(20)는 밀, 찹쌀, 쌀, 보리, 옥수수, 감자, 고구마, 타피오카 및 각종 식물성전분 중 선택된 하나의 분쇄물 또는 둘 이상이 혼합분쇄물이면 바람직하고, 상기 안정제(30)는, 펙틴, 아라비아검, 카라야검, 트라가칸검, 로커스트빈검, 구아검, 타마린드검, 타라검, 한천, 카라기난, 알긴산, 잔탄, 덱스트란, 글루칸, 젤라틴, 카제인 및 셀루로오스 유도체 중 선택된 어느 하나이면 바람직하다.

상기와 같이 준비된 각각의 조성성분 분말을 혼합, 배합 및 반죽과정을 진행한다(S10). 먼저, 준비된 조성 성분 분말을 혼합하면서, 균일한 배합을 돕기위해 상기 혼합 원료 분말에 소정량, 예컨대, 상기 혼합분말 조성물 중량 대비 10 내지 75 중량%, 바람직하게는 40중량% 정도의 수분을 가한 후, 교반기를 이용하여 배합한다. 이후, 상기 펄프 소재의 섬유소간의 결합력을 향상시키기 위해 롤러기나 리더기와 같은 반죽기를 이용하여 소정의 점성이 확보될 수 있도록 20 내지 30분, 바람직하게는 25분 정도 반죽한다. 상기 반죽에 소요되는 시간은 혼합원료에 첨가된 물의 양이나 이용된 소재의 종류 또는 반죽이 진행되는 정도에 따른 반죽물의 점성도 또는 그 구성물의 분산도에 따라 다소 신축적으로 진행할 수 있음은 자명하다.

계속하여, 소정의 점성도가 확보된 반죽물을 콘베이어시스템을 이용한 이송과정을 거친후 롤러와 같은 밀대를 활용하여 판상 시트로 제작하는 과정을 진행한다(S11a). 상기 판상시트는 두께에 특히 제한을 가할 필요는 없으나, 생활용품에 관한 용기를 제조하는 경우에는 0.1 내지 1.5밀리미터, 바람직하게는 0.8밀리미터 정도로 제작되는 것이 바람직하며, 두꺼운 판상재가 요구되는 건축물 자재로 활용되는 경우에는 그 이상의 두께로 제조될 수도 있음은 자명하다. 즉, 상기 판상시트의 두께는 최종 완제품인 용기의 사용 용도에 따라 상기 판상시트의 두께는 조절하여 제조할 수 있으며, 특히 고강도 및 일정 두께 이상의 최종 산품을 제조하기 위해서는 판상시트를 복층으로 겹쳐서 다음의 성형과정을 진행하면 충분하다. 상기의 판상시트가 완성되면, 최종 산품의 용도에 따라 광택 확보, 내수성, 내마모성, 내화학성, 내구성, 내유성을 증진시키기 위한 목적으로 다른 다양한 기능성 첨가제(40)를 상기 판상시트 외면에 도포할 수도 있다. 상기 기능성 첨가제(40)는 1 내지 25 중량부의 제1기능제(탄산칼슘, 규소화합물 등); 5 내지 15 중량부의 제2기능제(석분, 황토분, 토분, 시멘트분, 사분 등); 1 내지 5 중량부의 제3기능제(살충제, 살균제, 방부제, 표백제 등); 1 내지 15 중량부의 제4기능제(멜라민, 고분자수지 등); 0.5 내지 3 중량부의 제5기능제(이산화티탄 등); 및 1 내지 10 중량부의 제5기능제(산화티타늄을 기저물로 하는 광촉매물, 과불소화합물을 기저물로 하는 화합물, 아크릴베이스로 하는 고분자화합물 등);중 하나 또는 둘 이상의 기능성 첨가제가 상기 조성물에 더 첨가되어 이용될 수 있으며, 최종 완성품의 용도에 따라 다양한 기능성 첨가제의 내첨 또는 외첨 방식으로 첨가될 수 있다. 즉, 제조 공정상 이전 어느 단계에서도 상기 기능성 첨가제를 투입할 수도 있으므로, 상기 반죽이 이루어지기 전 배합물 또는 반죽이 진행되는 반죽물에 선택적으로 투입되어 내첨되는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는 상기 판상시트 외면 또는 최종 완성된 성형품의 외표면에 외첨방식으로 처리될 수도 있다. 외첨방식에 의해 기능성 첨가제를 처리하는 것은 과투입에 따른 경제적 비용의 상승 또는 최종 완제품의 용도 등을 고려하여 에어분사식, 덧칠하기, 침지법 등의 다양한 방법으로 진행될 수 있음은 자명하다.

상기 판상시트를 콘베이어 시스템에 의해 수평적으로 이동시키면서, 소정 형상으로 미리 제작되어 있으며, 소정 온도로, 예컨대 120 내지 150℃, 바람직하게는 130℃ 정도로 예열되어 있는 암수금형기 내로 안착시킨 후, 상하 가해지는 압력과 부가적인 가온조건하에서 소정의 성형방법, 예컨대 열성형 또는 압축성형의 방법에 의해 성형이 이루어지도록 한다(S12). 한편, 성형이 이루어지는 과정에서의 성형 온도는 100 내지 200℃, 바람직하게는 130 내지 140℃ 정도로 유지하며, 상기 상하 암수 금형에 의해 판상시트에 가해지는 성형압력은 1 내지 250㎏/㎠, 바람직하게는 150㎏/㎠ 정도로 유지하도록 하고, 그 성형시간은 1초 내지 30분 내에서 상기 판상시트의 두께, 최종 성형품의 용도 등을 고려하여 적절하게 조절한다. 상기 성형 과정에서 요구되는 온도, 압력 및 시간은 상기 판상시트의 두께, 함습량, 완성된 성형품의 용도 등을 고려하여 최적의 조건으로 조절되어야 한다.

만일, 상기 수치한정한 온도조건에 미치지 못하는 저온조건에서는 성형시간이 길어지며, 완성된 성형품의 열안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며,상기 수치한정한 온도조건을 초과하는 고온조건에서는 완성된 성형품이 변색되거나 성형품 표면에 기포가 발생되어 불량요인으로 작용할 수 있으므로, 성형온도 조절에 각별한 주의가 요망된다. 한편, 상기 수치한정한 압력조건에 미치지 못하는 저압조건에서는 완성된 성형품의 결합지지력이 저하되며, 광택도가 낮게 실현되는 문제점이 발생되며, 상기 수치한정한 압력조건을 초과하는 고압조건에서는 완성과정에서 제조설비에 무리한 힘이 가해져 제조설비의 수명을 단축시키는 요인이 될 수 있으며, 이로 인해 설비의 유지, 보수 비용이 과다하게 소요되어 궁극에는 생산비용을 높이는 요인으로 작용하므로, 성형압력 조절에 각별한 주의가 요망된다. 한편, 상기 수치한정된 시간조건은 성형온도와 압력조건과 상관관계에서 다소 신축적으로 조절될 수 있지만, 너무 짧은 시간에 성형이 이루어지게 되면 성형이 일어나지 않은채로 제품이 토출되는 문제점이 있으며, 너무 성형시간을 길게 하는 경우에는 변색되어 불량품이 발생하거나, 작업생산성의 저하가 발생될 수 있는 문제점이 있다. 이와 다른 관점에서, 성형품 제조용 조성물에 함습량은 성형온도, 압력, 시간 등과의 일정한 함수관계에 의해 탄력적으로 조절되어야 바람직하다. 예컨대, 성형품 제조용 조성물 내의 함습량이 많은 경우에는 성형압력, 온도, 시간이 큰 수치 범위에서 조절되어야 하며, 반면에 성형품의 함습량이 적은 경우에는 성형압력, 온도, 시간이 작은 수치에서도 충분히 바람직한 성형품을 완성할 수 있다.

일반적으로, 상기의 압력, 온도, 시간, 함습량의 수치한정범위를 벗어나는 경우에는 완성된 용기의 색깔이 바래거나, 그 강도가 용도에 적합하지 못할 수 있으며, 경우에 따라서는 투명도, 휨강도, 인장강도 등이 충분히 확보되지 못하고 미소한 외부력에 의해 깨지거나 찢어질 수도 있으므로, 성형시 요구되는 각종 공정 요건, 즉 함습량, 온도, 압력, 시간 등의 조절에 각별한 주의가 요망되며, 이러한 수치한정범위에서만 상용화할 수 있는 성형품 용기의 제조가 가능하다.

한편, 판상시트의 두께는 최종 완성품인 성형품의 용도와 기능과 관련하여 조절되는 것이 바람직하며, 대체로 성형몰드에서 허용하고 있는 공차를 고려하여 적절하게 조절되어야 하지만, 작업공정상 극단적으로 박막형태를 갖는 판상시트나 극단적으로 후막형태를 갖는 판상시트는 제조공정의 효율성이 완성된 성형품의 품질과 관련하여 바람직하지 못하므로 각별한 주의가 요망된다.

상기 압출성형이 완료되어 성형기로부터 배출되면 일차적으로 생분해성 성형품 용기가 완성된다(S13). 이후, 상기 배출된 성형품은, 자연냉각방식에 의해 음건할 수도 있으나, 외부의 온도나 습도의 영향을 덜 받도록 하기 위해 에어 분사식으로 급속 공랭하면 성형품의 최종 형태의 변형을 최소화할 수 있으며, 이후 성형품에 대한 포장, 운반 등을 진행하기에 용이할 수 있으므로 별도의 급속공랭방식을 채택하는 것도 바람직하다.

한편, 상기 판상시트를 제조하는 단계(S11a)를 거치지 않고, 별개의 칼렌더링 예비압착부재를 제조하는 단계(S11b)나 최종 성형품에 근사한 두께와 크기를 갖는 예비성형체를 제조하는 단계(S11c)를 진행한 후, 최종적인 성형단계(S12)로 진행할 수도 있다.

즉, 상기 배합단계(S10) 이후에, 상기 배합반죽물을 이용하여 상기 판상시트로 압출하는 단계(S11a)를 진행하는 대신 상기 배합반죽물을 이용하여 일차 압착부재를 생산하는 칼렌더링 단계를 진행하고, 이어서 칼렌더링된 압착부재를 압축성형기에 투입하여 압축성형하는 단계로 진행하여 성형품을 제조하거나, 상기 배합반죽물을 정량하여 일차 성형기에 투입하여 성형하되, 최종 성형조건에 미치지 못하는 성형조건하에서 예비성형을 행한 후, 최종 성형 조건에 부합되는 성형기에 상기 예비성형된 부재를 투입하여 최종 성형품을 제조하는 이단계 성형과정을 통해 성형품을 제조하는 방법으로도 진행할 수 있다.

전술한 바와 같이, 배합반죽물을 최종 성형기에 직접 투입하는 방식으로 진행하기 보다는, 압축판상시트, 칼렌더링 압착부재, 예비성형부재 등을 예비적으로 제조하는 단계를 거친 후, 최종 압축성형공정을 진행함으로써, 상기 조성물 내의 안정제 성분에 기인하는 열가소성이 예비성형체에 보유되기 때문에, 최종성형품을 제조하기 위해 초기부터 고온, 고압 등의 성형조건을 갖추지 않은 상태에서도 생산라인을 가동시킬 수 있으며, 일차적으로 예비성형된 제품을 최종 성형기에 투입하여 최종 성형품을 제조하는 과정에서 소요될 수 있는 부수적인 작업, 성형품의 마무리 작업, 짜투리 회수 등의 작업을 간략하게 진행시킬 수 있어 궁극적으로 작업 효율성 및 생산비절감 효과를 달성할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 인간의 각종 생활용기 및 각종 용기를 구성하는 소재를 친환경적인 소재인 펄프 소재와 생분해성 결합제 및 천연재료로부터 추출한 안정제 등을 채택함으로써, 이들 용기를 폐기하는 경우에 환경오염이 초래 및 인류의 건강에 해가 될 수 있는 종래의 문제점을 해결함과 동시에, 이들 소재의 입수가 용이하고, 그 가공이 용이하여 제조비용이 절감되어 경제적인 효과를 달성할 수 있으며, 안정제로 인한 탄력성이 부가된 용기의 제조가 가능해졌으며, 각종 기능성 첨가제로 인하여 성형품의 용도가 대폭 확대되어, 생활용기는 물론 농업용기, 공업용기, 건축자재 등으로도 활용할 수 있도록 하였다. 따라서, 플라스틱을 주 소재로 활용되고 있는 각종 소재들이 본 발명에서 제안되고 있는 생분해성 성형용기로 대체 가능하게 됨으로써 관련산업의 활성화에 기여할 것은 자명하다.

Claims (8)

10 내지 80 중량부로 포함되는 펄프 소재;

10 내지 80 중량부로 포함되는 생분해성 결합제; 및

0.1 내지 10 중량부로 포함되는 안정제;을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 성형품 제조용 조성물.

제1항에 있어서,

상기 펄프 소재는 천연펄프소재, 종이 및 폐지 중 선택된 하나의 분쇄물 또는 둘 이상이 혼합분쇄물인 것을 특징으로 하는 생분해성 성형품 제조용 조성물.

제1항에 있어서,

상기 생분해성 결합제는 밀, 찹쌀, 쌀, 보릿, 옥수수, 감자, 고구마, 타피오카 및 식물성 전분 중 선택된 하나의 분쇄물 또는 둘 이상이 혼합분쇄물인 것을 특징으로 하는 생분해성 성형품 제조용 조성물.

제1항에 있어서,

상기 안정제는, 펙틴, 아라비아검, 카라야검, 트라가칸검, 로커스트빈검, 구아검, 타마린드검, 타라검, 한천, 카라기난, 알긴산, 잔탄, 덱스트란, 글루칸, 젤라틴, 카제인 및 셀루로오스 유도체 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 생분해성 성형품 제조용 조성물.

제1항에 있어서,

1 내지 25 중량부의 탄산칼슘 또는 규소화합물;

5 내지 15 중량부의 석분, 황토분, 토분, 시멘트분 및 사분 중 선택된 하나 도는 둘 이상의 혼합물;

1 내지 5 중량부의 살충제, 살균제, 방부제 및 표백제 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물;

1 내지 15 중량부의 멜라민;

0.5 내지 3 중량부의 이산화티탄; 및

1 내지 10 중량부의 산화티타늄베이스의 광촉매물, 과불소화합물베이스의 화합물 및 아크릴베이스로 하는 고분자화합물 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물;중 하나 또는 둘 이상의 물질이 상기 제1항의 생분해성 성형품 제조용 조성물에 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 생분해성 성형품 제조용 조성물.

제1항 내지 제5항 중 선택된 어느 한 항의 생분해성 성형품 제조용 조성물을 이용한 성형품 제조 방법에 있어서,

(a1)상기 제1항 내지 제5항 중 선택된 어느 한 항의 생분해성 성형품 제조용 조성물을 준비하는 단계;

(a2)상기 준비된 각각의 조성물 성분을 혼합하고, 혼합조성물 대비 10 내지75 중량%의 수분을 가한 후, 소정시간동안 교반하여 배합하는 단계;

(a3)상기 배합물을 반죽한 후, 반죽물을 판상시트로 압출하는 단계; 및

(a4)상기 판상시트를 압축성형기에 투입한 후 성형하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 생분해성 성형품 제조방법.

제1항 내지 제5항 중 선택된 어느 한 항의 생분해성 성형품 제조용 조성물을 이용한 성형품 제조 방법에 있어서,

(b1)상기 제1항 내지 제5항 중 선택된 어느 한 항의 생분해성 성형품 제조용 조성물을 준비하는 단계;

(b2)상기 준비된 각각의 조성물 성분을 혼합하고, 혼합조성물 대비 10 내지 75 중량%의 수분을 가한 후, 소정시간동안 교반하여 배합하는 단계;

(b3)상기 배합물을 반죽한 후, 예비 압착부재를 생산하는 칼렌더링 단계; 및

(b4)상기 칼렌더링된 압착부재를 압축성형기에 투입하여 압축성형하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 생분해성 성형품 제조방법.

제1항 내지 제5항 중 선택된 어느 한 항의 생분해성 성형품 제조용 조성물을 이용한 성형품 제조 방법에 있어서,

(c1)상기 제1항 내지 제5항 중 선택된 어느 한 항의 생분해성 성형품 제조용 조성물을 준비하는 단계;

(c2)상기 준비된 각각의 조성물 성분을 혼합하고, 혼합조성물 대비 10 내지75 중량%의 수분을 가한 후, 소정시간동안 교반하여 배합하는 단계;

(c3)상기 배합물을 반죽한 후, 배합반죽물을 정량하여 일차 성형기에 투입하여 성형하되, 최종 성형조건에 미치지 못하는 성형조건하에서 예비성형하는 단계; 및

(c4)상기 예비성형체를 최종 성형 조건에 부합되는 압축성형기에 투입하여 최종 성형품을 제조하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 생분해성 성형품 제조방법.