KR20030020565A

KR20030020565A - 생분해성 플라스틱 조성물, 그를 사용한 플라스틱 용기 및그의 제조방법

Info

Publication number: KR20030020565A
Application number: KR1020010053710A
Authority: KR
Inventors: 강미영; 박기문; 윤운로
Original assignee: 드림라이프테크(주)
Priority date: 2001-09-01
Filing date: 2001-09-01
Publication date: 2003-03-10

Abstract

본 발명은 전분, 전분 유도체, 또는 펄프를 단독으로, 또는 혼합 상태로 포함하는 천연고분자 물질을 주원료로 하고 폴리비닐알코올, 탄산칼슘류, 검류를 포함하는 강도 보강제; 식물성 유지, 스테아린산, 지방산에스테르류를 포함하는 이형제; 아교, 젤라틴 등 점착성물질을 포함하는 점착제;를 함유하는 생분해성 플라스틱 조성물, 이러한 조성물을 사용하여 제조한 플라스틱 용기 및 그의 제조 방법을 개시한다.

Description

생분해성 플라스틱 조성물, 그를 사용한 플라스틱 용기 및 그의 제조 방법{BIODEGRADABLE PLASTIC COMPOSITION, PLASTIC CONTAINER USING THE SAME, AND THE METHOD FOR PREPARING THEREOF}

본 발명은 자연계에서 박테리아, 곰팡이 등의 미생물에 의해 물, 이산화탄소 등의 저분자 화합물로 완전 분해될 수 있으며, 내수성, 발포성, 강도, 유연성 역시 우수한 생분해성 플라스틱 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 전분, 전분유도체 또는 펄프분말 중 하나 이상을 포함하는 천연 고분자 물질을 주원료로 하고 폴리비닐알코올, 탄산칼슘류, 검류를 포함하는 강도 보강제; 식물성 유지, 스테아린산, 지방산에스테르류를 포함하는 이형제; 아교, 젤라틴 등 점착성물질을 포함하는 점착제를 포함하는 생분해성 플라스틱 조성물, 이러한 조성물을 사용하여 제조한 플라스틱 용기 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 소득 수준의 증가와 식생활의 변화에 따라 인스턴트 식품의 섭취가 많아지면서 위생적이고 편리하며 값싼 플라스틱을 포함한 일회용 제품의 수요가 증가하고 있는데, 도기나 유리 제품은 보관 장소의 확보, 높은 파손율 등의 불편함이 있어 인스턴트 식품용기는 대부분 사용이 간편한 일회용 용기를 사용하고 있는 추세이다. 또한 패스트 푸드점, 편의점 및 자동 판매기 등도 대부분 일회용 용기를 사용함으로써 일회용 용기의 사용이 급속도로 증가하고 있는 실정이다.

또한 최근 선진국을 중심으로 각국에서는 생분해성 플라스틱이 지구 환경을 보호하는 차원에서 관심이 급증하고 있고, 기업에서도 자연을 소중히 여긴다는 기업 이미지를 위해서 환경친화적 용기를 사용하는 사례가 증가하고 있다.

그러나, 일회용 용기를 구성하는 플라스틱은 자연계에서 분해되지 않고 반영구적으로 존재하기 때문에 다수의 환경 문제를 야기할 뿐만 아니라, 최근에는 스티렌 다이머, 스티렌 트라이머 등과 같이 내분비계를 교란시키는 환경 호르몬을 방출하는 것으로 밝혀져 사회적으로 큰 문제를 야기하였다. 기존에는 폐 플라스틱을 매립, 소각, 재활용 등의 방법을 통해 처리하고 있으나, 매립시에는 자꾸만 늘어나는 쓰레기로 인하여 매립공간이 부족해지고, 인근 지역 주민들에 의한 집단 이기주의 현상이 심화됨에 따라 매립지 확보가 어려울 뿐만 아니라 매립후에는 분해되기 어려운 플라스틱 폐기물로 인하여 지반이 안정되지 않아 매립지의 이용에 많은 문제점이 있으며, 소각의 경우에는 비산 분진 발생과 더불어 다이옥신, 일산화탄소 등의 유해가스를 대량 발생하여 대기오염 및 인체에 심각한 해를 끼치는 원인이 되고 있다. 재활용의 경우에는 최근 이와 관련한 플라스틱 폐기물의 처리 및 그 활용 방안 등 논의가 활발하게 진행되고 있으나 플라스틱 폐기물의 분리수거의 어려움과 함께 수거 후에도 혼입된 불순물의 제거에 소요되는 비용 과다로 인한 경제성 측면 등 많은 문제점이 있는 실정이다.

이러한 제반 문제를 해결하기 위한 한 방법으로 사용시에는 플라스틱 제품과외관 및 물리적 특성, 기계적 물성이 유사하여 일반 플라스틱처럼 사용할 수 있고 사용 후 폐기시에는 자연계 물질순환 사슬에 포함될 수 있는 환경친화적인 생분해성 플라스틱에 관한 연구 개발이 다양하게 이루어지고 있다. 생분해성 플라스틱의 소재인 생분해성 고분자로는 단백질, 천연계 고분자, 펄프, 합성폴리펩티드, 지방족 폴리에스테르, 전분 또는 전분 유도체, 덱스트란, 키토산, 전분과 지방족 폴리에스테르 혼합물 및 그 라미네이트, 전분과 폴리비닐알코올 등의 혼합물 및 그 라미네이트 등이 알려져 있다. 이중에서도 전분, 종이 등의 펄프류 등이 가격도 싸고, 또한 제조도 비교적 용이하기 때문에 관심이 고조되고 있으며, 이에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 상기의 전분이나 펄프를 이용한 생분해성 플라스틱의 경우, 내수성이 약한 단점이 있어 성형성이 있는 생분해성 소재를 이용한 코팅 관련 연구가 진행되고 있다. 성형성을 가지는 코팅 소재로서는 셰락, 키토산, 제인, 대두단백, 밀단백, 지방족 폴리에스테르 등을 들 수 있으나, 셰락은 융점이 80℃ 전후이기 때문에 내열수성 문제가 있다. 또 셰락 피막은 딱딱하여 접시 모양 등 절곡 성형시 접히는 부분에 균열이 발생하는 단점이 있다. 이에 글리세린 등의 가소제를 혼합할 수 있으나 용출의 위험성이 있다. 한편 키토산 피막은 셰락보다 부드럽지만 피막형성시에 알카리 상태로 중합할 필요가 있어, pH 조정 처리 등이 번잡한 단점이 있으며, 단백질 계통의 경우 불용성 처리를 하거나, 내수성이 완전하지 못한 단점이 있다. 따라서 융점이 높고, 내열수성이 있는 코팅 소재 관련 연구개발이 활발하다.

이와 관련하여, 한국 특허 출원 제1999-37967호에는, 옥수수대, 콩껍질과 같은 식물 종피 등과 같은 식물성 원료를 주성분으로 하여 제조된 생분해성 일회용 용기가 기재되어 있다. 그러나, 상기 용기의 경우, 내수성은 우수하나 분해 기간이 길어 생분해성 용기라기보다는 환경친화성 용기라고 하는 편이 옳으며, 열전도율, 생산성 등이 열등하다는 단점이 있다. 한국 특허 출원 제1998-32954호에 기재된 전분 사용 용기의 경우에도, 강도가 약하여 쉽게 부서지는 경향이 있으며, 내수성이 열등하며, 용기의 열전도율은 낮으나 제조공정이 복잡한 난점이 있어 상용화가 어려운 실정이다. 한국 특허 출원 제1996-55472에 기재되어 있는 호화 전분을 사용한 용기의 경우, 발포성이 없어 용기무게가 무겁고, 내수성이 부족하며, 용기의 열전도성 측면에서의 문제점이 있어 실용화에 어려운 측면이 있다. 한국 특허 출원 제1994-8523에서는 폴리비닐아세테이트에 펄프 분말, 곡물류 분말, 톱밥 분말, 천연솜, 왕겨 분말, 볏짚 분말, 보리짚 분말 등을 가하고, 이에 발포제를 첨가, 혼합하여 압축성형하는 방법이 기재되어 있기는 하지만, 상기 방법에 따라 제조된 용기의 경우 생분해성이 열등하고, 열전도성 측면에서 문제점이 있으며, 사용시 발포제가 용출되는 위험성이 있다.

한편, 미국 특허 제4133784호에 기재된 호화전분과 에틸/아크릴산 공중합체의 복합체는, 단순한 전분과 폴리에틸렌과의 혼합물로서 물리적 성질이나 내수성 등의 측면에서는 우수하지만, 역으로 생분해성과 관련해서는 그 분해기간이 길어지는 단점이 있으며, 공정 역시 복잡하고, 제조 시간이 길며 제조 비용이 많이 들어가는 단점이 있다. 일본 특허 공개 2001-120413에 기재된 자연분해성 식기의 제조방법은 탈곡한 곡류의 과립 또는 분말로 제조한 식기에 에탄올에 용해시킨 에틸셀룰로오스로 코팅하는 방법으로 용기의 내수성이 증명되지 않았을 뿐만 아니라 경제성 및 작업성 또한 나빠 상용화가 어려운 단점이 있다. 일본 공개 특허 (평)8-188671의 생분해성 플라스틱 성형품의 경우에는 전분과 지방족 폴리에스테르를 혼합한 후 성형한 성형품으로서 제조원가가 높고, 전분과 지방족 폴리에스테르를 용융혼련하는데 유독성 반응제를 사용하여야 하는 단점이 있다. 또한 내수성 측면에서는 열수에 성형품 내측이 용해되어 표면에 얕은 균열이 발생되는 단점이 있다. 일본 특허 공개 (평)6-49276호 공보에 기재된 전분과 지방족 폴리에스테르를 혼합 사용한 플라스틱의 경우, 지방족 폴리에스테르로 사용된 폴리카프로락톤의 가격이 고가인 단점이 있고, 전분의 수분 흡습에 의한 용기 모양의 변형, 제조시 사용되는 가소제가 용출되는 단점이 있다. 또한 기계적 강도 및 유연성이 약하여 포장재 및 포장용기 제조시 파손의 우려가 있으며 작업성에 난점이 있어 상용화에 큰 문제점으로 지적되고 있다.

본 발명자들은 이러한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 전분 또는 전분 유도체와 펄프 등의 천연고분자 물질을 주원료로 사용하여 기존의 생분해성 플라스틱의 단점을 보강하여 강도, 외관, 생분해성, 내수성, 발포성, 강도, 유연성, 경제성 등이 우수하며, 자연계에서 완전분해 될 수 있는 생분해성 플라스틱을 개발하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명에 따른 생분해성 플라스틱 용기는 밀짚, 볏짚, 옥수수대, 식물성 종피류 등 식물체를 사용한 생분해성 플라스틱 용기류에 비해 성형성, 강도 및 접힘성이 우수하고, 기존의 폴리에틸렌, 폴리스티렌 용기와 유사한 물성을 지니며, 제조원가가 저렴하여 실용화가 용이하고, 또한 내수성이 우수하여 수분을 함유한 물질에 사용이 가능하며 자연계에서 생분해도가 우수하여 매립시 환경오염을 유발하지 않을 뿐 아니라 소각시에도 환경호르몬인 다이옥신 발생이 없고 고열에 의한 소각로 손상의 우려가 없다. 또한 전분, 전분 유도체 및 펄프질 등 천연고분자 화합물을 주원료로 하기 때문에 퇴비, 동물사료, 비료 등으로 재활용이 가능한 장점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 천연고분자 물질, 강도 보강제, 이형제 및 점착제를 주로 함유하는 생분해성 플라스틱 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이러한 조성물을 사용하여 제조한 생분해성 플라스틱 용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 이러한 생분해성 플라스틱의 제조 방법을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적은, 하기의 단계를 포함하는 본 발명의 방법에 의해 달성된다:

(A) 전분, 전분유도체, 또는 펄프분말 중 하나 이상을 포함하는 천연 고분자 물질 ; 폴리비닐알코올, 탄산칼슘류 또는 검류 중 하나 이상을 포함하는 강도보강제 ; 식물성 유지, 지방산에스테르류 또는 스테아린산 중 하나 이상을 포함하는 이형제; 젤라틴 또는 아교중 하나 이상을 포함하는 점착제를 고속 혼합기(350rpm이상)로 혼합하는 단계;

(B) 상기 (A)의 혼합물에 물을 그대로 또는 스프레이하여 첨가하고 고속혼합기에서 350∼700rpm으로 혼합하는 단계;

(C) 상기 (B)의 혼합물을 통상의 열압축성형기에 넣어 150∼250℃에서 10∼60초간 성형하여 생분해성 용기를 제조하는 단계; 및

(D) 필요에 따라 (C)에서 제조한 용기를 지방족폴리에스테르 용해액을 사용하여 딥핑법 또는 스프레이법으로 1회 내지 수회 코팅 처리하는 단계.

상기 (D)에 있어서, 코팅을 반복하여 행하는 경우는 코팅한 용기를 상온에서 10 내지 30분간 방치하여 표면을 건조시킨 후 다음 코팅을 실시하였다.

본 발명에 있어서, 천연고분자 물질은 전분, 전분 유도체, 또는 펄프를 단독으로, 또는 혼합하여 사용할 수 있는데, 그 사용량은 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 95 중량%, 바람직하게는 50 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 40 내지 80 중량%일 수 있다.

또한, 천연고분자 물질 중 전분의 사용량은 천연고분자 물질의 총중량을 기준으로 10 내지 80 중량%, 바람직하게는 30 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 75 중량%일 수 있다. 또한 전분 유도체의 사용량은 천연고분자 물질의 총중량을 기준으로 5 내지 50 중량%, 바람직하게는 5 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 30 중량%일 수 있다.

상기 천연고분자 물질 중 전분 또는 전분 유도체는 당 업계에서 통상 사용되는 전분, 예를 들어 옥수수, 감자, 타피오카, 고구마, 밀, 쌀 및 곡류 등 각종 식물로부터 추출된 전분 및 전분 유도체로서 전분을 변성처리한 변성전분일 수 있다. 전분은 식물의 종류나 저장 부위에 따라 지상전분과 지하전분으로 구분된다. 각각의 전분은 입자의 형태, 입자의 크기가 모두 다르며 전분입자의 형상, 입경, 외형의 고유한 특성을 가지고 있는데, 품종에 따라 이화학적 특성에 많은 차이가 있기 때문에 적절한 선택 후 직접 이용하는 경우, 또는 물리화학적 변성 즉, 산처리, 산화, 에테르화, 에스테르화, 가교화, 또는 그라프트화하여 사용하고자 하는 유용한 형태로 물성을 변성시킨 후 이용 가치를 높여 사용하는 경우가 많다.

상기 천연고분자 물질 중 펄프류는 섬유조성물을 그대로 또는 습식으로 해리하여 사용할 수 있는데, 섬유조성물은 예를 들어, 제지용으로 통상 사용되는 목재펄프, 탈묵 펄프, 포테이토 펄프, 소맥분, 옥수수 파이버, 마, 볏짚, 콩껍질, 옥수수대, 쌀겨 등의 비목재펄프, 또는 목분, 폐지, 폐신문지, 폐골판지, 폐잡지, 각종 폐기서류, 폐기문서, 종이 펄프, 재생 펄프 등을 사용할 수 있으며, 습식으로 해리시킨 함습상태의 펄프를 사용시에는 상기 섬유조성물에 고압수류 분출 또는 수분과 함께 교반하여 섬유끼리 엉키게 한 펄프를 사용하는 것이 바람직하며, 그의 사용량은 천연고분자 물질의 총 중량을 기준으로 할 때 건조 중량으로 10 내지 60 중량%, 바람직하게는 15 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 50 중량% 일 수 있다.

본 발명에 있어서, 강도보강제는 폴리비닐알코올, 탄산칼슘류 또는 검류를 단독으로, 또는 혼합하여 사용할 수 있는데, 그 사용량은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 15 중량%일 수 있다.

상기 강도보강제 중 폴리비닐알코올은 접착성, 탄력성 및 용해성을 지니고 있어 생분해성 플라스틱에 유연성을 좋게하여 충격이 가해져도 깨지지 않게 하는 기능을 가지며, 또한 내열수성이 있어 열수에 의한 성형물의 변형을 방지해 주는 기능도 가진다. 140℃ 정도의 내열성이 있는 폴리비닐알코올이 유연제로서 통상 사용될 수 있는데, 그의 사용량은 강도보강제 총중량을 기준으로 10 내지 70 중량 %, 바람직하게는 10 내지 60 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 50 중량%일 수 있다.

상기 강도보강제중 탄산칼슘류는 방해석, 빙주석, 선석, 석회암, 대리석, 백악 등으로 만들어지는데 이들을 분쇄하여 만든 중질탄산칼슘, 이산화탄소를 태워 넣어 침강시켜 만든 경질탄산칼슘, 패각, 난각 등을 잘게 부수어 만든 호분 등을 들 수 있으며, 그의 사용량은 강도보강제 총중량을 기준으로 20 내지 60 중량 %, 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 25 내지 40 중량%일 수 있다.

상기 강도보강제중 검류는 통상적으로 사용되는 검류로서, 예를 들어 잔탄검, 구아검, 젤란검, 아라비아검, 카라기난 등을 들 수 있으며, 그의 사용량은 강도보강제 총중량을 기준으로 20 내지 60 중량%, 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 25 내지 40 중량% 일 수 있다.

본 발명에 있어서, 이형제는 작업성을 개선함과 동시에 내수성 및 유화성도 부여할 수 있는데, 지방산에스테르류, 유지류, 또는 스테아린산을 단독으로, 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 그의 사용량은 조성물의 총중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량 %, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 8 중량%일수 있다.

상기 이형제중에서 지방산에스테르류는 글리세린 지방산에스테르, 글리세린 초산-지방산에스테르, 글리세린 젖산-지방산 에스테르, 글리세린 구연산-지방산에스테르, 글리세린 숙신산-지방산에스테르, 글리세린 디아세틸 타르타르산-지방산에스테르, 폴리글리세린 지방산에스테르, 소르비탄 지방산에스테르, 자당 지방산에스테르, 프로필렌글리콜 지방산에스테르 등을 들 수 있으며, 그의 사용량은 이형제 총중량을 기준으로 20 내지 80 중량 %, 바람직하게는 20 내지 60 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 50 중량%일 수 있다. 유지류는 식물유로서 대두유, 팜유, 올리브유, 면실류 등을 사용할 수 있고, 동물유로서 우지, 돈지 등을 사용할 수 있으며, 그의 사용량은 이형제 총중량을 기준으로 10 내지 60 중량 %, 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 25 내지 40 중량%일 수 있다. 또한 스테아린산의 사용량은 이형제 총중량 기준으로 10 내지 60 중량 %, 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 25 내지 40 중량%일 수 있다.

본 발명에서 있어서, 점착제는 아교 또는 젤라틴을 단독으로, 또는 혼합하여 사용할 수 있는데, 그 사용량은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 7 중량%일 수 있다.

상기 점착제에 있어서, 아교와 젤라틴을 혼합하여 사용할 경우, 그의 각각의 사용량은 50:50일 수 있다.

본 발명에 있어서 코팅용 물질은 생분해성 플라스틱 조성물의 내수성을 증가시킬 수 있는데, 융점이 55-130 ℃인 지방족 폴리에스테르 또는 제인과 같은 옥수수 단백, 밀단백, 미네랄 오일 등의 코팅물질을 용매에 용해시킨 코팅용 용액에 본 발명에 따라 제조한 플라스틱 용기를 딥핑하거나 (딥코팅법), 상기 코팅용 용액을 본 발명의 플라스틱 용기에 스프레이함으로써 (스프레이코팅법) 본 발명의 성형물을 코팅할 수 있다. 상기의 지방족폴리에스테르는 생분해성 고분자물질로 현재 의료용으로 임상사용이 승인되었거나 임상시험이 진행중인 고분자 물질로서, 예를들면 폴리부틸렌석시네이트, 폴리부틸렌아디페이트, 폴리카프로락톤, 폴리유산, 폴리글리콜산, 폴리 β 히드록시 낙산 등일 수 있으며, 용매는 할로겐화탄화수소 중에서 염화메틸, 클로로포름 등의 염소계와 프론 등의 불소계 및 디클로로메탄, 테트라히드로퓨란, 아세톤, 알코올 등이 있으나, 식품위생상 클로로포름 등의 염소계 할로겐화탄화수소는 바람직하지 않으며, 코팅용액중의 지방족 폴리에스테르는 농도가 높은쪽이 적은 딥핑회수로 용기 표면에 두꺼운 피막을 형성할 수 있으나, 농도가 너무 높으면 전체에 균일한 피막을 형성시키기 어렵고 또한 피막의 상태가 매끈하지 못한 단점이 있다. 반대로 농도가 너무 낮은 경우는 내수성을 위한 피막 형성을 위해 딥핑 회수가 증가되어 생산성이 저하된다. 따라서 용매에 대한 지방족 폴리에스테르의 사용량은 1 내지 25 중량%, 바람직하게는 1 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 15 중량% 일 수 있다. 또한 식물성 단백질류는 셰락 또는 로진 등 접착성 물질과 혼합한 후 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 용매에 대한 식물성 단백질류의 사용량은 1 내지 30 중량%, 바람직하게는 1 내지 25 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 중량%일 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 더 상세하게 설명하겠지만, 본 발명은하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1 >

혼합기에 천연고분자 물질 1000g, 탄산칼슘, 잔탄검 및 폴리비닐알코올을 혼합한 강도보강제 50g, 대두 경화유, 자당 지방산에스테르 및 스테아린산을 혼합한 이형제 60g, 젤라틴과 아교를 혼합한 점착제 30g을 넣고, 350rpm, 10분간 혼합한 후 이 혼합물에 물 1100g을 추가한 후 다시 500rpm 으로 5분간 혼합하였다. 이 혼합물을 열압축성형기에서 175℃, 20초 동안 압축 성형하여 생분해성 플라스틱 용기를 제조하였다.

상기에서 사용한 천연고분자 물질은 옥수수 일반전분 75 중량% 및 에스테르화 변성전분 25 중량%를 혼합하여 제조하였으며, 강도보강제는 탄산칼슘 30 중량%, 잔탄검 30 중량%, 및 폴리비닐알코올 40 중량%를 혼합하여 제조하였으며, 이형제는 대두 경화유 25 중량%, 자당 지방산에스테르 40 중량%, 및 스테아린산 35 중량%를 혼합하여 제조하였으며, 점착제는 젤라틴 50 중량%, 및 아교 50 중량%를 혼합하여 제조하였다.

< 실시예 2 >

혼합기에 천연고분자 물질 1000g, 탄산칼슘, 아라비아검, 및 폴리비닐알코올을 혼합한 강도보강제 50g, 면실 경화유, 글리세린 지방산에스테르 및 스테아린산을 혼합한 이형제 60g, 젤라틴 40g를 넣고 500rpm, 15분간 혼합한 후 이 혼합물에 물 800g을 추가한 후 다시 650rpm 으로 5분간 혼합하였다. 이 혼합물을 열압축성형기에서 190℃, 30초 동안 압축 성형하여 생분해성 플라스틱 용기를 제조하였다.

상기에서 사용한 천연고분자 물질은 옥수수일반전분 60 중량% 및 종이펄프 분말 40 중량%를 혼합하여 제조하였으며, 강도보강제는 탄산칼슘 30 중량%, 아라비아검 30 중량%, 및 폴리비닐알코올 40 중량%를 혼합하여 제조하였으며, 이형제는 면실 경화유 25 중량%, 글리세린 지방산에스테르 30 중량%, 및 스테아린산 45 중량%를 혼합하여 제조하였다.

< 실시예 3 >

혼합기에 천연고분자 물질 1000g, 난각분말과 잔탄검을 혼합한 강도보강제 50g, 소르비탄 지방산에스테르, 스테아린산 및 대두 경화유를 혼합한 이형제 30g, 아교 10g를 넣고 500rpm, 10분간 혼합한 후 이 혼합물에 물 1000g을 추가한 후 다시 600rpm 으로 5분간 혼합한다. 이 혼합물을 열압축성형기에서 200℃, 30초 동안 압축 성형하여 생분해성 플라스틱 용기를 제조하였다.

상기에서 사용한 천연고분자 물질은 옥수수일반전분 40 중량%, 감자전분 30 중량%, 및 종이펄프 분말 30 중량%를 혼합하여 제조하였으며, 강도보강제는 난각분말 40 중량%, 및 잔탄검 60 중량%를 혼합하여 제조하였으며, 이형제는 대두 경화유 30 중량%, 소르비탄 지방산에스테르 40 중량%, 및 스테아린산 30 중량%를 혼합하여 제조하였다.

< 실시예 4 >

혼합기에 천연고분자 물질 1000g, 폴리비닐알코올, 패각분, 및 아라비아검을 혼합한 강도보강제 10g, 폴리글리세린 지방산에스테르, 옥수수 경화유 및 스테아린산을 혼합한 이형제 60g, 젤라틴 15g를 넣고 500rpm, 15분간 혼합한 후 이 혼합물에물 500g을 스프레이 설비로 첨가한 다음, 열압축성형기에서 200℃, 40초 동안 압축 성형하여 생분해성 플라스틱 용기를 제조하였다.

상기에서 사용한 천연고분자 물질은 옥수수일반전분 70중량부, 및 종이펄프 분말 30중량부를 혼합하여 제조하였으며, 강도보강제는 폴리비닐알코올 40중량 %, 패각분 40 중량%, 및 아라비아검 20 중량%를 혼합하여 제조하였으며, 이형제는 폴리글리세린 지방산에스테르 55 중량%, 스테아린산 30 중량%, 및 옥수수 경화유 15%를 혼합하여 제조하였다.

< 실시예 5 >

종이펄프 대신 재생펄프를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2의 방법과 동일한 방법으로 생분해성 플라스틱 용기를 제조하였다.

< 실시예 6 >

종이펄프 대신 재생펄프를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4의 방법과 동일한 방법으로 생분해성 플라스틱 용기를 제조하였다.

< 실시예 7 >

폴리카프로락톤 수지 12.5%를 테트라하이드로퓨란 용액에 용해시킨 코팅용액을 사용하여 상기 실시예 1에서 제조한 생분해성 플라스틱 용기를 딥핑법으로 2회 코팅 처리하였다.

< 실시예 8 >

폴리유산 수지 10%를 푸론 용액에 용해시킨 코팅용액을 사용하여 상기의 실시예 2에서 제조한 생분해성 플라스틱 용기를 스프레이법으로 2회 코팅 처리하였다.

< 실시예 9 >

푸론 용액 대신 디클로로메탄 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 8의 방법과 동일한 방법으로 생분해성 플라스틱 용기를 코팅 처리하였다.

< 실시예 10 >

폴리부틸렌숙시네이트 10%를 디클로로메탄 용액에 용해시킨 코팅용액을 사용하여 상기의 실시예 2에서 제조한 생분해성 플라스틱 용기를 딥핑법으로 1회 코팅 처리하였다.

< 실시예 11 >

폴리부틸렌숙시네이트 수지 대신 폴리부틸렌아디페이트 수지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 10의 방법과 동일한 방법으로 생분해성 용기를 코팅 처리하였다.

본 발명에 의한 용기의 기계적 물성 테스트는 유니버셜 테스팅기(미국 인스트론사 제품)를 이용하여 측정하였는데, 각 측정 항목당 10회 측정하여 최고 및 최소값을 제외한 평균값을 취하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

기계적 물성 테스트 결과

구 분	인장강도(㎏f/㎠)	압축강도(㎏/㎤)	굴곡강도(MPs)	비 고
스티로폼 용기	280	2.1	75	비교예
실시예 1	300	2.2	84
실시예 2	360	2.4	93
실시예 3	340	2.3	85
실시예 4	330	2.4	80
실시예 5	330	2.3	89
실시예 6	340	2.3	83
실시예 7	390	3.3	117
실시예 8	390	3.6	120
실시예 9	380	3.6	116
실시예 10	390	3.4	118
실시예 11	380	3.4	107

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 생분해성 플라스틱은 종래의 스티로폼 용기에 비하여 인장강도, 압축강도 및 굴곡 강도가 더 우수하였다.

또한, 본 발명의 생분해성 플라스틱 용기의 생분해성 평가는 한국 특허공고 95-14918 호에 명기된 방법을 변형하여 테스트하였다. 즉, 시료를 일정한 크기로 절단한 뒤 배지로서 고체 한천 배지를 이용하여 토양중에 흔히 발견되는 아스퍼질러스 나이저(Aspergillus Niger), 페니실리움 퍼니클로섬(Penicillium Funiculosum), 트리코데르마 에스피(Trichoderma SP) 및 푸루라리아 푸루란스(Pullularia Pullulans)의 혼합 균포자 현탁액을 무균상태에서 스프레이 시켜 60일간 시료에 곰팡이가 뒤덮인 정도를 10일 간격으로 다음과 같이 평가하여 생분해성을 측정하였다.

0% 일 때 : 0, 10% 이하일 때 : 1, 10∼30% 일 때 : 2, 30∼60% 일 때 : 3, 60∼100% 일 때 : 4

또한, 동시에 상기의 일정 시료를 상대습도 70%, 내부온도 25℃의 상태로 고정된 항온항습기에서 60일간 방치하면서 20일마다 시료를 꺼내 곰팡이의 생육 정도에 따른 시료의 무게 감량 정도를 비율로 측정하였다.

그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

생분해 정도의 평가 결과 및 무게감량 테스트 결과

구 분	생분해 정도	무게감량율(%)*
구 분	10일	20일	30일	40일	50일	60일	20일	40일	60일
스티로폼 용기	0	0	0	0	0	0	99.9	99.9	99.9
실시예 1	0	0	1	2	3	4	95.0	88.4	68.5
실시예 2	0	0	1	1	2	3	96.5	89.5	72.6
실시예 3	0	0	1	2	3	3	97.0	90.4	66.5
실시예 4	0	0	1	2	3	3	96.7	90.2	67.0
실시예 5	0	0	1	1	2	3	96.3	89.3	67.7
실시예 6	0	0	1	2	3	3	96.5	89.4	69.0
실시예 7	0	0	0	1	2	3	98.5	91.3	75.5
실시예 8	0	0	0	1	2	3	98.8	90.7	78.0
실시예 9	0	0	0	1	2	3	97.8	89.8	76.2
실시예 10	0	0	0	1	2	3	98.4	88.7	75.3
실시예 11	0	0	0	1	2	3	98.7	90.5	77.2
* 무게감량율(%) = 시료 채취 후 무게/원 시료의 무게 × 100

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명으로 제조된 생분해성 플라스틱 용기의 생분해성은 종래의 스티로폼 용기에 비하여 훨씬 더 우수하였다.

한편, 내수성 테스트는 실시예 10의 방법으로 제조된 생분해성 플라스틱 용기에 물을 가득 채운 후 24시간 방치한 다음 표면상태 및 용기의 형상을 조사하였다. 또한 상기의 용기에서 수분을 제거한 후 실온에서 24시간 방치하여 건조된 용기의 형상을 조사하였다.

내수성 시험 결과

폴리부틸렌석시네이트 농도	코팅회수	24시간 물속에 방치한 후용기의 표면 상태 *)	건조후 용기의 형상 **)	비 고
0%	-	×	×
1%	1회2회3회4회	△○○○	△△△○
2%	1회2회3회	○○○	△○○
3%	1회2회	○○	○○
5%	1회	○	○

*) 용기에 물을 채우고 24시간 방치한 후, 용기의 표면 상태

○ : 표면에 변화 없음

△ : 표면에 수분이 약간 침투됨

× : 표면이 수분에 용해된 상태

**) 상온에서 건조후 용기의 형상

○ : 변형되지 않음

△ : 변형이 인정됨

× : 성형물이 뒤틀림

본 발명에 따른 생분해성 플라스틱 용기는 밀짚, 볏짚, 옥수수대, 식물성 종피류 등 식물체를 사용한 생분해성 플라스틱에 비해 성형성, 강도 및 접힘성이 우수하고, 기존의 폴리에틸렌, 폴리스티렌 용기와 유사한 물성을 지니며, 제조원가가 저렴하여 실용화가 용이하고, 또한 내수성이 우수하여 수분을 함유한 물질에 사용이 가능하며 자연계에서 생분해도가 우수하여 매립시 환경오염을 유발하지 않을 뿐 아니라 소각시에도 환경호르몬인 다이옥신의 발생이 없을 뿐만 아니라 고열에 의한 소각로 손상의 우려가 없다. 또한 전분, 전분 유도체 및 펄프질 등 천연고분자 화합물을 주원료로 하기 때문에 퇴비, 동물사료, 비료 등으로 재활용이 가능한 장점이 있다.

Claims

전분, 전분 유도체, 또는 펄프 분말 중 하나 이상을 포함하는 천연 고분자 물질 30 내지 95중량%, 폴리비닐알코올, 탄산칼슘류 또는 검류 중 하나 이상을 포함하는 강도 보강제 0.1 내지 30중량%, 지방산 에스테르류, 유지류 또는 스테아린산 중 하나 이상을 포함하는 이형제 0.1 내지 20중량%, 및 아교 또는 젤라틴 중 하나 이상을 포함하는 점착제 0.1 내지 15중량%를 함유하는 생분해성 플라스틱 조성물.
제1항에 있어서, 상기 천연고분자 물질의 양이 상기 생분해성 플라스틱 조성물의 총 중량을 기준으로 40 내지 80중량%인 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 천연 고분자 물질 중 상기 전분의 양이 천연 고분자 물질의 총중량을 기준으로 10 내지 80중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 천연 고분자 물질 중 상기 전분 유도체의 양이 천연 고분자 물질의 총중량을 기준으로 5 내지 50중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 천연고분자 물질 중 상기 펄프 분말의 양이 천연 고분자 물질의 총중량을 기준으로 10 내지 60중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 천연고분자 물질이 옥수수, 감자, 타피오카, 고구마, 밀, 쌀 및 곡류등 각종 식물로부터 추출한 전분, 전분을 변성처리한 변성전분, 목재펄프, 탈묵펄프, 포테이토 펄프, 소맥분, 옥수수 파이버, 마, 볏짚, 콩껍질, 옥수수대, 쌀겨등의 비목재 펄프, 목분, 폐지, 종이펄프, 재생펄프 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 조성물
제1항에 있어서, 상기 강도 보강제 중 상기 폴리비닐알코올의 양이 강도 보강제 총중량을 기준으로 10 내지 70중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 강도 보강제 중 상기 탄산칼슘류의 양이 강도 보강제 총중량을 기준으로 20 내지 60중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 강도 보강제 중 상기 검류의 양이 강도 보강제 총중량을 기준으로 20 내지 60중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 강도보강제가 폴리비닐알코올, 방해석, 빙주석, 선석, 석회암, 대리석, 백악 등으로 만들어진 중질탄산칼슘, 이산화탄소를 태워 넣어 침강시켜 만들어진 경질탄산칼슘, 패각, 난각 등을 잘게 부수어 만든 호분, 잔탄검, 구아검, 젤란검, 아라비아검, 카라기난 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 조성물
제1항에 있어서, 상기 이형제 중 지방산 에스테르의 양이 상기 이형제 총중량을 기준으로 20 내지 80중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 이형제 중 상기 유지류의 양이 이형제 총중량을 기준으로 10 내지 60중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 이형제 중 스테아린산의 양이 이형제 총중량을 기준으로 10 내지 60중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 이형제가 지방산 에스테르, 대두유, 팜유, 올리브유, 면실류등의 식물유, 우지, 돈지등의 동물유, 스테아린산 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 조성물
제1항에 있어서, 상기 지방산 에스테르가 글리세린 지방산에스테르, 글리세린 초산-지방산에스테르, 글리세린 젖산-지방산 에스테르, 글리세린 구연산-지방산에스테르, 글리세린 숙신산-지방산에스테르, 글리세린 디아세틸 타르타르산-지방산에스테르, 폴리글리세린 지방산에스테르, 소르비탄 지방산에스테르, 자당 지방산에스테르, 프로필렌글리콜 지방산에스테르 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터선택된 것임을 특징으로 하는 조성물
제1항에 있어서, 상기 점착제의 양이 상기 조성물의 총중량을 기준으로 0.1 내지 7중량 %인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 조성물의 총중량을 기준으로 15 내지 55%의 수분을 더 포함하는 조성물.
(A) 전분, 전분 유도체, 또는 펄프 분말 중 하나 이상을 포함하는 천연 고분자 물질; 폴리비닐알코올, 탄산칼슘류, 또는 검류 중 하나 이상을 포함하는 강도보강제; 식물성 유지, 지방산 에스테르, 또는 스테아린산 중 하나 이상을 포함하는 이형제; 젤라틴, 또는 아교 중 하나 이상을 포함하는 점착제를 고속 혼합기(350rpm 이상)로 혼합하는 단계;

(B) 상기 (A)의 혼합물에 물을 그대로 또는 스프레이하여 첨가하고 고속혼합기에서 350∼700rpm으로 혼합하는 단계; 및

(C) 상기 (B)의 혼합물을 통상의 열압축성형기에 넣어 150∼250℃에서 10∼60초간 성형하여 생분해성 용기를 제조하는 단계를 포함하는, 생분해성 플라스틱 용기를 제조하는 방법.
제12항에 있어서, (D) 지방족폴리에스테르 용해액을 사용하여 딥핑법 또는스프레이법으로 1회 내지 수회 코팅 처리하는 단계를 더 포함하는, 생분해성 플라스틱 용기를 제조하는 방법.
전분, 전분 유도체, 또는 펄프 분말 중 하나 이상을 포함하는 천연 고분자 물질 30 내지 95중량%, 폴리비닐알코올, 탄산칼슘류 또는 검류 중 하나 이상을 포함하는 강도 보강제 0.1 내지 30중량%, 지방산 에스테르, 유지류 또는 스테아린산 중 하나 이상을 포함하는 이형제 0.1 내지 20중량%, 및 아교 또는 젤라틴 중 하나 이상을 포함하는 점착제 0.1 내지 15중량%를 함유하는 생분해성 플라스틱 조성물로 제조된 생분해성 플라스틱 용기.