KR20090093964A - 식물에서 유래하는 생분해성 천연 소재 - Google Patents

식물에서 유래하는 생분해성 천연 소재

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KR20090093964A
KR20090093964A KR1020097010850A KR20097010850A KR20090093964A KR 20090093964 A KR20090093964 A KR 20090093964A KR 1020097010850 A KR1020097010850 A KR 1020097010850A KR 20097010850 A KR20097010850 A KR 20097010850A KR 20090093964 A KR20090093964 A KR 20090093964A
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Abstract

본 발명은 생분해성과 기계적 강도 양면의 성질을 갖는 천연 생분해성 소재, 상기 천연 생분해성 소재로 제조된 생분해성 필름 또는 용기, 상기 생분해성 소재를 제조하기 위한 결합제 및 이들의 제조 방법을 제공하는 것이다. 고량 전분과 같은 곡류 전분을 배양 원료로 사용하여 상기 원료에 바실루스속에 속하는 미생물을 첨가ㆍ배양하고, 고분자 점착성의 물질을 채취함으로써, 석유에서 유래하는 고분자 화합물에는 존재하지 않는 수산기를 갖는 셀룰로오스형의 성질을 갖고, 폴리프로필렌형의 구조를 갖는 천연 고분자 물질을 얻는다. 상기 천연 고분자 물질을 결합제로 사용하여 이것에 전분 및/또는 패각 분말을 혼합함으로써, 셀룰로오스에 필적하는 생분해성을 갖고, 폴리프로필렌의 특성을 갖는 기계적 강도의 생분해성 소재를 얻을 수 있다. 이 생분해성 소재를 사용하여 제조한 필름 또는 용기는 우수한 생분해성과 기계적 강도 양면의 성질을 갖는다.

Description

식물에서 유래하는 생분해성 천연 소재{PLANT-DERIVED NATURAL BIODEGRADABLE MATERIAL}
본 발명은 식물에서 유래하고, 폴리프로필렌의 특징을 갖는 천연 고분자 물질, 상기 천연 고분자 물질을 사용하여 제조되는 셀룰로오스형의 생분해 곡선과 폴리프로필렌의 특징을 갖고, 생분해성과 기계적 강도 양면의 성질을 갖는 생분해성 필름 또는 용기 제조용 등의 제조에 사용되는 생분해성 천연 소재, 상기 천연 고분자 물질을 주요 성분으로 하는 생분해성 소재 제조용 결합제, 상기 생분해성 천연 소재로 제조된 생분해성 필름 또는 용기, 및 이들의 제조 방법을 포함한다.
최근, 식품이나 화장품, 또는 의약품 등의 포장, 용기, 나아가서는 발(鉢) 등의 원예 용품, 또는 농업용 자재에 있어서, 플라스틱 제품이 사용되고 있다. 이들 사용이 완료된 플라스틱 제품은 태우거나 쓰레기로서 그대로 투기된다. 그러나, 이들 폐기물을 태우기 위해서는, 막대한 비용과 배기 가스와 같은 환경 문제가 발생한다. 한편, 이들 폐기물을 그대로 투기하는 경우, 이들 폐기물은 자연 중에서 분해되기 어렵기 때문에, 쓰레기가 쌓여 역시 환경 문제가 발생한다. 따라서, 최근에는 자연 중에서의 분해가 용이한 생분해성 플라스틱 재료가 연구, 개발되고 있다.
생분해성 플라스틱 재료로서는, 생분해성이 있는 식물 재료 등을 생분해성 결합제로 결합한 것이나, 합성 생분해성 플라스틱을 사용한 것, 또는 미생물 또는 미생물이 생산하는 생분해성 고분자 재료를 사용하는 것 등, 다양한 것이 개시되어 있다. 생분해성이 있는 식물 재료 등을 사용하는 것으로서는, 예를 들면 일본 특허 공개 제2000-229312호 공보, 일본 특허 공개 제2000-355008호 공보, 일본 특허 공개 제2001-79816호 공보 및 일본 특허 공개 제2002-249981호 공보에 겉겨를 주성분으로 하는 식물 원료 분말에 전분, 로진, 다마르, 코펄, 젤라틴, 셸락 등의 생분해성 물질을 포함하는 결합제를 사용하여, 가열 가압에 의해 압축 성형하는 생분해성 재료 제조 용기에 대하여 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2000-229661호 공보에는 갈대, 짚, 옥수수, 대나무, 고량, 양마, 야자나무 등의 잎, 줄기, 껍질, 가죽 등을 젤라틴풀 등의 식용풀을 접착용 풀로 사용하여 트레이, 접시, 팩, 컵 등의 생분해성 용기를 제조하는 것에 대하여 기재되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2000-327839호 공보에는 겉겨 등의 식물 원료 분말에 쌀겨 등의 곡류의 겨 등을 혼합ㆍ성형하여 생분해성 재료 제조 용기를 제조하는 것에 대하여, 일본 특허 공개 제2002-23262호 공보에는 옥수수, 콩류, 감자, 묵은 쌀ㆍ잡곡, 잡초 등의 식물 섬유에, 사탕수수, 파인애플 또는 해초류 등의 천연 소재를 미세화한 주재료를 혼합하고, 감즙, 곤약 분말, 송진, 옻 등의 천연 소재를 포함하는 결합제를 사용하여 형성한 생분해성 플라스틱에 대하여, 일본 특허 공개 제2006-122317호 공보에는 폐지 섬유를 전분풀, 효모 찌꺼기 또는 폴리에스테르계 수지, 폴리락트산계 수지, 천연 고무계 수지, 폴리비닐 알코올 등의 생분해성 결합제를 결착하여 생분해성 시트를 제조하는 것에 대하여 개시되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 (평)7-102114호 공보에는 셀룰로오스디아세테이트, 셀룰로오스트리아세테이트 등의 셀룰로오스에스테르와, 전분류와 가소제를 혼합하는 생분해성 셀룰로오스에스테르계 조성물에 대하여 개시되어 있다. 합성 생분해성 플라스틱을 사용한 것으로서, 예를 들면 일본 특허 공개 (평)4-335060호 공보, 일본 특허 공개 (평)6-340753호 공보, 일본 특허 공개 제2000-72961호 공보, 일본 특허 공개 제2001-49098호 공보 및 일본 특허 공개 제2004-299711호 공보에는 폴리락트산, 폴리락트산의 공중합체, 폴리락트산의 수지 혼합물을 사용한 생분해성 수지 조성물 및 성형체에 대하여 개시되어 있다.
또한, 미생물 또는 미생물이 생산하는 생분해성 고분자 재료를 사용하는 것으로서는, 예를 들면 효모 균체를 사용하는 것으로서 일본 특허 공개 제2002-97301호 공보에는 가열 및 가압에 의해 수지화시킨 효모를 포함하는 생분해성 수지 조성물이, 일본 특허 공개 제2002-167470호 공보에는 효모에 폴리히드록시부티레이트와 같은 미생물이 생산되는 수지, 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌숙시네이트, 폴리에틸렌숙시네이트, 폴리글리콜산, 폴리락트산, 폴리비닐 알코올 등의 화학 합성 수지, 아세트산셀룰로오스, 열가소화 전분 등의 천연물 변성 수지 등의 생분해성 플라스틱을 혼합한 생분해성 플라스틱이, 일본 특허 공개 (평)7-285108호 공보에는 폐지를 건식 해섬한 섬유에 효모 찌꺼기를 혼합하여 가압ㆍ가열한 목질 생분해성 재료가 개시되어 있다.
또한, 미생물이 생산하는 생분해성 고분자 재료를 사용하는 것으로서는, 예를 들면 일본 특허 공개 제2005-133224호 공보에 탈리그닌한 볏짚, 밀짚, 사탕수수의 찌꺼기(버개스), 양마, 이필이필(Ipil ipil) 등의 펄프 섬유에, 알칼리게네스ㆍ패칼리스(Alcaligenes faecalis)가 생산하는 β-1, 3-D 글루코시드 다당류, 또는 흑효모(Aureobasidium pullulans)가 생산하는 말토트리오스 다당류와 같은 당류(가스 배리어성의 개선) 및 누에가 뽑은 견사의 피브로인이나 거미가 뽑은 단백질형 물질(수증기 투과성 감소)을 혼합하여, 식품 용기 등의 성형 재료로서 사용하는 생분해성 수지 성형 재료에 대하여, 일본 특허 공개 제2006-42699호 공보에는 사탕무, 사탕수수의 추출물과 같은 수크로오스를 포함하는 원료로부터 사상균 아밀로미세스ㆍ룩시에 의해 L-락트산을 제조하고, L-락트산을 탈수 축합하여 폴리락트산을 제조하거나, L-락트산으로부터 일단 환상 락티드(이량체)를 합성하여 정제를 행한 후, 개환 중합을 행하여 폴리락트산을 제조하는 생분해성 플라스틱에 대하여 개시되어 있다.
또한, 미생물이 생산하는 생분해성 고분자 재료로서는 바실루스ㆍ메가테리움(Bacillus megaterium)이 생산하는 3-히드록시부티르산의 단독 중합체인 폴리-3-히드록시부티르산의 폴리에스테르가 이전부터 알려져 있다 (문헌 [M. Lemoigne, Ann. Inst. Pasteur, 39, 144, 1925]). 이 폴리-3-히드록시부티르산의 단단하고 취약한 성질을 개선하는 것으로서, 일본 특허 공개 (평)5-93049호 공보 및 일본 특허 공개 (평)7-265065호 공보에는 아에로모나스ㆍ카비에(Aeromonas caviae)를 사용하여, 올레산 등의 지방산이나 올리브 오일 등의 유지로부터 발효법에 의해 3-히드록시부티르산과 3-히드록시헥산산의 공중합 폴리에스테르를 제조하여, 생분해성 재료로서 사용하는 것이 개시되어 있다.
이상과 같이, 생분해성 고분자 재료의 개발에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있으며, 다양한 원료로부터 각종 방법에 의해 생분해성 고분자 재료를 제조하는 방법이 개시되어 있지만, 종래의 것은 생분해의 용이성과 필름이나 용기 등으로의 이용시에 필요한 기계적 강도 등의 양면에서, 실용상 요구되는 고분자 재료의 특성상 충분히 만족할 수 있는 특성을 갖는 것은 개발되지 않았다. 따라서, 이들 생분해성 재료의 실용화가 충분히 행해지고 있지 않은 것이 현실이다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 (평)4-335060호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 (평)5-93049호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 (평)6-340753호 공보
[특허 문헌 4] 일본 특허 공개 (평)7-102114호 공보
[특허 문헌 5] 일본 특허 공개 (평)7-265065호 공보
[특허 문헌 6] 일본 특허 공개 (평)7-285108호 공보
[특허 문헌 7] 일본 특허 공개 제2000-72961호 공보
[특허 문헌 8] 일본 특허 공개 제2000-229312호 공보
[특허 문헌 9] 일본 특허 공개 제2000-229661호 공보
[특허 문헌 10] 일본 특허 공개 제2000-327839호 공보
[특허 문헌 11] 일본 특허 공개 제2000-355008호 공보
[특허 문헌 12] 일본 특허 공개 제2001-49098호 공보
[특허 문헌 13] 일본 특허 공개 제2001-79816호 공보
[특허 문헌 14] 일본 특허 공개 제2002-23262호 공보
[특허 문헌 15] 일본 특허 공개 제2002-97301호 공보
[특허 문헌 16] 일본 특허 공개 제2002-167470호 공보
[특허 문헌 17] 일본 특허 공개 제2002-249981호 공보
[특허 문헌 18] 일본 특허 공개 제2004-299711호 공보
[특허 문헌 19] 일본 특허 공개 제2005-133224호 공보
[특허 문헌 20] 일본 특허 공개 제2006-142699호 공보
[특허 문헌 21] 일본 특허 공개 제2006-122317호 공보
[비특허 문헌 1] M. Lemoigne, Ann. Inst. Pasteur, 39, 144, 1925
[도 1] 본 발명에 의해 제조된 천연 고분자 물질의 적외선 흡수 스펙트럼 분석(IR 분석)에 의한 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
[도 2] 본 발명에 의해 제조된 생분해성 천연 소재의 NSF 인터내셔널(미국)에서의 ISO14855 생분해성 시험의 결과를 나타낸 도면이다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명은 고량 전분과 같은 곡류 전분을 배양 원료로 사용하여 상기 원료에 바실루스속에 속하는 미생물을 첨가ㆍ배양하고, 고분자 점착성의 물질을 채취함으로써 생분해성 소재 형성용에 사용되는 천연 고분자 물질을 제조하는 방법으로 이루어진다. 상기 천연 고분자 물질을 결합제로 사용하여, 전분 및/또는 패각 분말을 혼합하여 성형함으로써 생분해성 천연 소재를 제조하고, 상기 생분해성 천연 소재를 성형함으로써 천연 소재를 포함하는 생분해성 필름 또는 용기를 제조한다.
(배양 원료)
본 발명에서 배양 원료로서는 곡류 전분을 사용할 수 있다. 곡류 전분으로서는 고량; 옥수수; 쌀, 대맥, 소맥, 호밀과 같은 보리류; 율무; 콩류; 피; 밤 등의 전분을 들 수 있지만, 본 발명의 고분자 점착성 물질을 제조하는 배양 원료로서는 고량 전분이 특히 우수하다. 본 발명에서 고량 전분을 배양 원료로서 사용하는 경우에는, 상기 고량 전분에 옥수수 전분, 감자 전분 등 다른 전분을 적절하게 배합할 수 있다.
(사용하는 미생물)
본 발명에서, 고량 전분을 배양 원료로서 천연 고분자 물질을 제조하기 위해 사용하는 미생물로서는 바실루스속에 속하는 미생물을 사용하지만, 상기 미생물로서는 바실루스ㆍ서브틸리스, 바실루스ㆍ푸밀루스 및 바실루스ㆍ튜링기엔시스로부터 선택된 2종 이상의 혼합 미생물을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 바실루스ㆍ서브틸리스, 바실루스ㆍ푸밀루스 및 바실루스ㆍ튜링기엔시스로부터 선택된 3종의 혼합 미생물을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 3종의 혼합 미생물의 혼합 비율을 적절하게 조제함으로써, 제조되는 천연 고분자 물질의 특성을 조정할 수 있다. 이들 바실루스속에 속하는 미생물은 종래 퇴비나 오니 등에서의 분해 처리를 위한 미생물로서 사용되고 있는 미생물이며(일본 특허 공개 제2003-190993호 공보, 일본 특허 공개 제2003-342092호 공보, 일본 특허 공개 제2004-65190호 공보), 제3자가 용이하게 입수할 수 있는 것이다.
(천연 고분자 물질의 제조)
본 발명에서 천연 고분자 물질을 제조하는 것은 고량 전분을 배양 원료로 사용하여 상기 원료에 바실루스속에 속하는 미생물을 첨가ㆍ배양하고, 고분자 점착성의 물질을 채취함으로써 행해진다. 상기 배양에 이용되는 조건은, 기본적으로는 통상 바실루스속에 속하는 미생물을 배양하는 조건을 이용할 수 있다. 본 발명은 바실루스속에 속하는 미생물을 배양함으로써 천연 고분자 물질을 생산하여 채취하는 것이지만, 상기 바실루스속에 속하는 미생물에 의한 천연 고분자 물질의 생산은 상기 미생물의 배양에서의 포자 형성기에 높게 생산되기 때문에, 포자 형성이 촉진되는 조건으로 배양하는 것이 바람직하다. 그 조건으로, 배양 공정에서 배양액에 규산 또는 규산마그네슘(산호의 화석 분말 또는 패각)을 첨가한다. 미생물의 포자 형성에는 규산이 필요하며, 마그네슘은 미생물의 증식 속도를 촉진시킨다. 따라서, 이들 성분을 첨가함으로써 포자 형성을 촉진시킬 수 있다.
(천연 고분자 물질)
본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 천연 고분자 물질은 적외 흡수 스펙트럼 분석(IR)에 의해 도 1의 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 상기 흡수 스펙트럼에는 석유에서 유래하는 합성 고분자 물질에는 포함되지 않는 셀룰로오스형 수산기의 존재에 의한 흡수가 나타난다. 또한, 폴리프로필렌기의 존재를 나타내는 흡수가 나타난다. 이들 특징에 의해, 본 발명에서 제조되는 천연 고분자 물질은 셀룰로오스에 필적하는 생분해성을 갖고, 천연 고분자 물질을 사용하여 제조한 생분해성 천연 소재는 셀룰로오스와 유사한 통기성을 가질 수 있다. 본 발명에서 얻어지는 천연 고분자 물질은 상기 물질을 주요 성분으로 하는 생분해성 천연 소재의 제조용 결합제로서 사용할 수 있다. 본 발명의 천연 고분자 물질의 구조는 구성 단위분자식이 (C11H16O7)n으로 표시되며, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로 추정된다.
<화학식 1>
(생분해성 천연 소재)
본 발명에서는 본 발명의 결합제에 전분 및/또는 패각 분말을 혼합하여 성형하여, 천연 생분해성 필름 또는 용기 제조용 생분해성 천연 소재로 제조된다. 상기 성형은 통상적으로 펠릿상으로 성형되지만, 입상 또는 분말상이어도 상관없다. 상기 생분해성 천연 소재의 제조에 혼합되는 전분으로서는, 옥수수 전분이나 감자 전분 등 적절한 전분을 사용할 수 있지만, 상기 전분의 분자 구조를 변화시켜 네트상 분자 구조를 갖도록 가공(개질)한 화공 전분을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 화공 전분로서는 산화 전분, 에스테르화 전분, 에테르화 전분 및 가교 전분 등을 들 수 있다. 패각 분말의 첨가는 패각의 주성분인 탄산칼슘과 규산칼슘을 첨가함으로써, 성형품의 강도와 질감을 향상시키는 효과를 갖는다.
본 발명에서, 생분해성 천연 소재 제조시의 전분, 패각 분말 및 결합제의 배합 비율은 표 1에 나타낸 배합 비율이 된다.
즉, 생분해성 필름을 제조하는 경우에는, 생분해성 소재 전체 중량에 대하여 전분을 5 내지 10 중량％, 패각 분말을 5 내지 10 중량％ 및 본 발명의 결합제를 80 내지 90 중량％의 범위로 혼합하여 성형한다. 또한, 생분해성 용기를 제조하는 경우에는, 생분해성 소재 전체 중량에 대하여 전분을 50 내지 60 중량％, 패각 분말을 10 내지 20 중량％ 및 본 발명의 결합제를 30 내지 40 중량％의 범위의 비율로 혼합하여 성형한다.
(생분해성 필름 및 용기의 제조)
본 발명에서, 생분해성 필름 및 용기의 제조는 본 발명의 생분해성 소재를 사용하여, 공지된 성형 수단에 의해 필름 또는 용기로 성형하여 실시할 수 있다. 본 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 생분해성 소재가 바람직하게는 펠릿의 상태로 제조된다. 상기 생분해성 소재의 펠릿이나 생분해성 필름의 제조에서는 생분해성 소재의 분말을 가열ㆍ가압하여 성형하기 때문에, 원료를 연장시켜 성형하는 것이 특징이며, 상기 성형 방법을 이용함으로써 양호한 물성의 성형 제조품을 얻을 수 있다. 본 발명에서 이용되는 성형 방법으로서는, 필름류의 성형에서는 예를 들면 인플레이션 성형에 의한 방법을, 용기류의 성형에서는 예를 들면 진공 성형(트레이류의 성형), 진공 압공 성형(컵류의 성형)에 의한 방법을 이용할 수 있다.
(생분해성 필름 및 용기의 특징)
본 발명에서 제조되는 생분해성 필름 및 용기는 셀룰로오스에 필적하는 생분해성을 갖고, 폴리프로필렌의 특성을 갖는 기계적 강도 특성의 천연 소재를 포함하는 생분해성 필름 또는 용기를 제공한다. 또한, 본 발명에서 제조되는 생분해성 필름 및 용기는 식물 재료에서 유래하기 때문에, 석유에서 유래하는 합성 플라스틱에는 없는 통기성의 제품을 얻을 수 있다. 이 통기성은, 예를 들면 본 발명의 필름 또는 용기를 과일이나 야채의 포장이나 용기에 사용한 경우, 그 통기성에 의해 내부의 에틸렌 가스 등을 효율적으로 배출할 수 있으며, 필름이나 용기가 부옇게 되기 어렵다는 효과도 기대할 수 있다. 따라서, 이러한 필름이나 용기를 사용함으로써, 상품의 유통 현장에서 상품의 유통 기한을 연장시키거나, 또는 그 통기성에 의해 방담(antifogging) 가공을 실시할 필요가 없다는 등의 실용상 효과를 얻을 수 있다.
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
본 발명의 과제는 생분해성과 기계적 강도의 양면의 성질을 갖고, 실용상 우수한 특성을 갖는 천연 생분해성 소재, 상기 천연 생분해성 소재로 제조된 생분해성 필름 또는 용기, 상기 생분해성 소재를 제조하기 위한 결합제 및 이들의 제조 방법을 제공하는 것이다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 천연 물질로부터의 생분해성 소재의 제조에 대하여 예의 탐색한 결과, 고량 전분과 같은 곡류 전분을 배양 원료로 사용하여 상기 원료에 바실루스속에 속하는 미생물을 첨가ㆍ배양하여 고분자 점착성의 물질을 채취함으로써, 석유에서 유래하는 고분자 화합물에는 존재하지 않는 수산기를 갖는 셀룰로오스형의 성질을 가질 뿐만 아니라, 폴리프로필렌형의 구조를 갖는 천연 고분자 물질을 얻을 수 있으며, 이 천연 고분자 물질을 결합제로 사용하여 이 천연 고분자 물질에 전분 및/또는 패각 분말을 혼합함으로써, 셀룰로오스에 필적하는 생분해성을 갖고, 폴리프로필렌의 특성을 갖는 기계적 강도의 생분해성 소재를 얻을 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 생분해성 소재를 사용하여 필름이나 용기를 제조함으로써, 우수한 생분해성과 기계적 강도 및 기타 실용상 바람직한 특성을 갖는 생분해성 필름이나 용기를 제조할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 바실루스속에 속하는 미생물로서는 바실루스ㆍ서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실루스ㆍ푸밀루스(Bacillus pumilus) 및 바실루스ㆍ튜링기엔시스(Bacillus thuringiensis)를 들 수 있지만, 이들 미생물로부터 선택된 2종 이상의 혼합 미생물을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는 바실루스ㆍ서브틸리스, 바실루스ㆍ푸밀루스 및 바실루스ㆍ튜링기엔시스로부터 선택된 3종의 혼합 미생물을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 발효 공정에서 균의 증식을 촉진시켜 포자의 형성을 촉진시키는 것이 바람직하고, 균의 증식이나 포자의 형성을 촉진시키기 위해 규산 또는 규산마그네슘을 첨가하는 것이 바람직하다. 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 천연 고분자 물질은 적외 흡수 스펙트럼 분석(IR)에 의해 수산기 및 폴리프로필렌기의 흡수 스펙트럼을 나타내고(도 1), 상기 천연 고분자 물질의 구조는 구성 단위 분자식이 (C11H16O7)n으로 표시되며, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로 추정된다.
본 발명은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 천연 고분자 물질을 생분해성 천연 소재의 제조용 결합제로서 사용하는 양태를 포함한다. 또한, 상기 결합제와 전분 및/또는 패각 분말을 혼합하여 성형함으로써 천연 생분해성 필름 또는 용기 제조용 생분해성 천연 소재를 제조할 수 있다. 본 발명에서는 상기 생분해성 천연 소재를 사용하여 성형함으로써, 천연 소재를 포함하는 생분해성 필름 또는 용기를 제조할 수 있다. 본 발명에서 생분해성 필름을 제조하는 경우에는, 생분해성 소재 전체 중량에 대하여 전분을 5 내지 10 중량％, 패각 분말을 5 내지 10 중량％ 및 본 발명의 결합제를 80 내지 90 중량％의 범위로 혼합하여 성형하는 것이 바람직하다. 또한, 생분해성 용기를 제조하는 경우에는, 생분해성 소재 전체 중량에 대하여 전분을 50 내지 60 중량％, 패각 분말을 10 내지 20 중량％ 및 청구항 제7항에 기재된 결합제를 30 내지 40 중량％의 범위의 비율로 혼합하여 성형하는 것이 바람직하다.
즉, 구체적으로 본 발명은 〔1〕 곡류 전분을 배양 원료로 사용하여 상기 원료에 바실루스속에 속하는 미생물을 첨가ㆍ배양하고, 적외 흡수 스펙트럼 분석(IR)에 의해 수산기 및 폴리프로필렌기의 흡수 스펙트럼을 나타내는 고분자 점착성의 물질을 채취하는 것을 특징으로 하는 생분해성 소재 형성용 천연 고분자 물질의 제조 방법, 〔2〕 상기 〔1〕에 있어서, 곡류 전분 배양 원료가 고량 전분인 것을 특징으로 하는 생분해성 소재 형성용 천연 고분자 물질의 제조 방법, 〔3〕 상기 〔1〕에 있어서, 바실루스속에 속하는 미생물이 바실루스ㆍ서브틸리스, 바실루스ㆍ푸밀루스 및 바실루스ㆍ튜링기엔시스로부터 선택된 2종 이상의 혼합 미생물인 것을 특징으로 하는 천연 고분자 물질의 제조 방법, 〔4〕 상기 〔3〕에 있어서, 바실루스속에 속하는 미생물이 바실루스ㆍ서브틸리스, 바실루스ㆍ푸밀루스 및 바실루스ㆍ튜링기엔시스로부터 선택된 3종의 혼합 미생물인 것을 특징으로 하는 천연 고분자 물질의 제조 방법, 〔5〕 상기 〔1〕에 있어서, 배양 공정에서 규산 또는 규산마그네슘을 첨가하는 것을 특징으로 하는 천연 고분자 물질의 제조 방법을 포함한다.
또한, 본 발명은 〔6〕 상기 〔1〕 내지 〔4〕 중 어느 하나에 기재된 천연 고분자 물질의 제조 방법에 의해 제조되는, 적외 흡수 스펙트럼 분석(IR)에 의해 수산기 및 폴리프로필렌기의 흡수 스펙트럼을 나타내는 것을 특징으로 하는 천연 고분자 물질, 〔7〕 상기 〔6〕에 있어서, 천연 고분자 물질의 구조는 구성 단위 분자식이 (C11H16O7)n으로 표시되고, 화학식 1로 표시되는 화합물의 추정 구조식을 갖는 것을 특징으로 하는 천연 고분자 물질, 〔8〕 상기 〔6〕 또는 〔7〕에 기재된 천연 고분자 물질을 주요 성분으로 하는 생분해성 천연 소재 제조용 결합제, 〔9〕 전분 및/또는 패각 분말에 상기 〔8〕에 기재된 결합제를 혼합하여 성형한 것을 특징으로 하는 천연 생분해성 필름 또는 용기 제조용 생분해성 천연 소재, 〔10〕 상기 〔9〕에 있어서, 전분이 화학적으로 변성된 전분인 것을 특징으로 하는 천연 생분해성 필름 또는 용기 제조용 생분해성 천연 소재를 포함한다.
또한, 본 발명은 〔11〕 상기 〔9〕 또는 〔10〕에 있어서, 패각 분말에 상기 〔8〕에 기재된 결합제를 혼합하여 펠릿상으로 성형한 것을 특징으로 하는 상기 천연 생분해성 필름 또는 용기 제조용 생분해성 천연 소재, 〔12〕 전분 및 패각 분말에 상기 〔8〕에 기재된 결합제를 혼합하여 성형한 것을 특징으로 하는 천연 소재를 포함하는 생분해성 필름 또는 용기, 〔13〕 생분해성 소재 전체 중량에 대하여 전분을 5 내지 10 중량％, 패각 분말을 5 내지 10 중량％ 및 상기 〔8〕에 기재된 결합제를 80 내지 90 중량％의 범위로 혼합하여 성형한 것을 특징으로 하는 상기 〔12〕에 기재된 천연 소재를 포함하는 생분해성 필름, 〔14〕 생분해성 소재 전체 중량에 대하여 전분을 50 내지 60 중량％, 패각 분말을 10 내지 20 중량％ 및 상기 〔8〕에 기재된 결합제를 30 내지 40 중량％의 범위의 비율로 혼합하여 성형한 것을 특징으로 하는 상기 〔12〕에 기재된 천연 소재를 포함하는 생분해성 용기를 포함한다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 기술적 범위는 이들 예시로 한정되지 않는다.
[실시예 1]
[생분해성 천연 소재의 제조]
(천연 고분자 물질의 제조)
배양 원료로서 고량 전분 1 ㎏을 사용하고, 영양원으로서 대추의 과육 마쇄물을 첨가하고, 물 10 내지 15 중량％를 첨가하고, 이것에 배양 미생물로서 바실루스ㆍ서브틸리스, 바실루스ㆍ푸밀루스 및 바실루스ㆍ튜링기엔시스를 포함하는 3종의 혼합 미생물을 대략 동일한 비율로 첨가하여, 약 40 ℃의 온도 조건하에서 배양을 행하였다. 배양시에는, 증식 속도를 빠르게 하여 포자의 형성을 촉진시키기 위해 규산마그네슘(패각 분말) 약 100 g을 첨가하였다. 배양 개시 48 시간 후 포자가 형성되었으며, 포자의 세포벽은 점착성의 물질로 피복된다. 이 상태의 것을 60 내지 98 ℃의 열탕 또는 당수와 교반하여 혼합함으로써, 물성이 안정된 고점성의 고분자 물질을 얻을 수 있었다.
(천연 고분자 물질의 확인)
제조한 고분자 물질을 적외선 흡수 스펙트럼 분석(IR 분석)을 이용하여 확인하였다. 흡수 스펙트럼을 도 1에 도시한다. 도 1의 흡수 스펙트럼에 도시된 바와 같이, 고분자 물질은 석유로부터의 합성 플라스틱에는 포함되지 않는 수산기의 흡수를 나타내고, 프로필렌과 같은 알켄의 흡수를 나타내기 때문에, 셀룰로오스와 같이 OH기를 갖고, 폴리프로필렌과 같은 구조를 갖는 신규 고분자 물질이라는 것이 확인되었다.
(생분해성 천연 소재의 제조)
상기 실시예에서 제조한 천연 고분자 물질을 결합제로 사용하여 생분해성 천연 소재를 제조하였다. 즉, 옥수수 전분 및 감자 전분의 혼합물 1.2 ㎏에 패각 분말 약 100 g을 혼합하고, 이것에 상기 고분자 물질을 포함하는 결합제 약 100 내지 200 g을 혼합하고, 이것을 115 내지 120 ℃에서 가열ㆍ가압 성형하여 펠릿상으로 하여, 용기 제조용 생분해성 천연 소재 제조품을 제조하였다.
(생분해성 천연 소재의 생분해성 시험)
상기 생분해성 천연 소재 제조품을 사용하여 생분해성 시험을 행하였다. 상기 생분해성 시험은 NSF 인터내셔널(미국)에서의 IS014855 생분해성 시험에 의해 행하였다. 결과를 도 2에 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 생분해성 천연 소재는 75일에 생분해율 77.8 ％였으며, 대조 재료인 셀룰로오스와의 생분해율의 차는 근소하였다. 대조 재료인 셀룰로오스와의 생분해율의 차가 근소하다는 것과 각각의 그래프의 기울기가 거의 동일하다는 것은 본 발명의 생분해성 천연 소재와 식물의 주성분인 셀룰로오스의 생분해율 및 생분해 속도가 거의 동일하다는 것이기 때문에, 본 발명의 생분해성 천연 소재의 우수한 생분해성이 증명되었다.
[실시예 2]
[생분해성 천연 소재를 사용하여 제조된 제조품(필름)의 물성 시험]
상기 실시예 1에서 제조된 생분해성 천연 소재를 사용하여, 인플레이션 성형법에 의해 필름을 성형하였다. 상기 필름의 성형은 통상적으로 120 내지 210 ℃의 조건을 이용하여 행해진다. 상기 방법을 이용하여 약 210 ℃에서 이축 연신에 의해 제조한 필름에 대하여, 이하의 물성 시험을 행하였다.
(인장 강도 시험)
시험 방법: JIS Z 1702(l994 포장용 폴리에틸렌 필름)의 7ㆍ5 인장 시험에 준거하여, 세로 및 가로 방향에 대하여 측정 횟수 5회의 평균값을 산출하였다. 단, 시험 속도는 500 ㎜/분, 시험실의 온도, 습도는 JIS K 7100에 따라, 온도는 23±2 ℃, 습도는 50±5 ％로 한다.
결과: 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 생분해성 천연 소재를 사용하여 제조한 필름은 폴리에틸렌 필름에 필적하는 우수한 인장 강도를 나타내었다.
(통기 시험)
시험 방법: JIS K 7126(플라스틱 필름 및 시트의 기체 투과도 시험 방법: 시험 방법의 종류: A법(압력차법), 시험 온도: 23±2 ℃).
결과: 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 생분해성 천연 소재를 사용하여 제조한 필름은 우수한 통기성을 갖는다.
(내열, 내냉 시험)
시험 방법: 시료를 하기 온도 조건으로 유지한 항온조 중에 1 시간 동안 정치하고, 취출하여 30분간 방치한 후, 육안에 의한 외관 변화 및 지촉에 의한 변형의 판정을 행하였다. 온도 조건: 130 ℃, 140 ℃, 150 ℃, -30 ℃, -40 ℃, -50 ℃의 6 조건.
결과: 이하와 같이, 우수한 내열성 및 내냉성을 나타내었다.
130 ℃: 외관, 지촉 모두 변화ㆍ변형 없음.
140 ℃: 외관 변화는 없지만, 지촉에 의해 다소 변형이 확인되었음.
150 ℃: 외관 변화는 없지만, 지촉에 의한 변형이 확인되었음.
-30 ℃: 외관, 지촉 모두 변화ㆍ변형 없음.
-40 ℃: 외관, 지촉 모두 변화ㆍ변형 없음.
-50 ℃: 외관, 지촉 모두 변화ㆍ변형 없음.
본 발명의 생분해성 천연 소재를 사용함으로써, 셀룰로오스에 필적하는 생분해성을 갖고, 폴리프로필렌의 특성을 갖는 기계적 강도 특성의 천연 소재를 포함하는 생분해성 필름 또는 용기를 제공할 수 있다. 이들 생분해성 필름 또는 용기는 종래 어려웠던 이들의 성형품에 실용상 요구되는 생분해성과 기계적 강도 양면의 특성을 겸비할 수 있으며, 생분해성 필름 또는 용기의 실용화에 대해 큰 길을 여는 것이다. 또한, 본 발명의 생분해성 천연 소재는 그 특성에 기인하여 상기한 바와 같은 특성과 함께 통기성을 갖게 할 수 있으며, 특히 식품류를 위한 용기 또는 포장재로서 우수한 특성을 갖는 용기 또는 포장재를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 곡류 전분을 배양 원료로 사용하여 상기 원료에 바실루스속에 속하는 미생물을 첨가ㆍ배양하고, 적외 흡수 스펙트럼 분석(IR)에 의해 수산기 및 폴리프로필렌기의 흡수 스펙트럼을 나타내는 고분자 점착성의 물질을 채취하는 것을 특징으로 하는 생분해성 소재 형성용 천연 고분자 물질의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 곡류 전분 배양 원료가 고량 전분인 것을 특징으로 하는 생분해성 소재 형성용 천연 고분자 물질의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 바실루스속에 속하는 미생물이 바실루스ㆍ서브틸리스, 바실루스ㆍ푸밀루스 및 바실루스ㆍ튜링기엔시스로부터 선택된 2종 이상의 혼합 미생물인 것을 특징으로 하는 천연 고분자 물질의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 바실루스속에 속하는 미생물이 바실루스ㆍ서브틸리스, 바실루스ㆍ푸밀루스 및 바실루스ㆍ튜링기엔시스로부터 선택된 3종의 혼합 미생물인 것을 특징으로 하는 천연 고분자 물질의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 바실루스속에 속하는 미생물의 배양 공정에서 규산 또는 규산마그네슘을 첨가하는 것을 특징으로 하는 천연 고분자 물질의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 천연 고분자 물질의 제조 방법에 의해 제조되는, 적외 흡수 스펙트럼 분석(IR)에 의해 수산기 및 폴리프로필렌기의 흡수 스펙트럼을 나타내는 것을 특징으로 하는 천연 고분자 물질.
  7. 제6항에 있어서, 천연 고분자 물질의 구조는 구성 단위 분자식이 (C11H16O7)n으로 표시되고, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 추정 구조식을 갖는 것을 특징으로 하는 천연 고분자 물질.
    <화학식 1>
  8. 제6항 또는 제7항에 기재된 천연 고분자 물질을 주요 성분으로 하는 생분해성 천연 소재 제조용 결합제.
  9. 전분 및/또는 패각 분말에 제8항에 기재된 결합제를 혼합하여 성형한 것을 특징으로 하는 천연 생분해성 필름 또는 용기 제조용 생분해성 천연 소재.
  10. 제9항에 있어서, 전분이 화학적으로 변성된 전분인 것을 특징으로 하는 천연 생분해성 필름 또는 용기 제조용 생분해성 천연 소재.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 패각 분말에 제8항에 기재된 결합제를 혼합하여 펠릿상으로 성형한 것을 특징으로 하는 천연 생분해성 필름 또는 용기 제조용 생분해성 천연 소재.
  12. 전분 및 패각 분말에 제8항에 기재된 결합제를 혼합하여 성형한 것을 특징으로 하는 천연 소재를 포함하는 생분해성 필름 또는 용기.
  13. 생분해성 소재 전체 중량에 대하여 전분을 5 내지 10 중량％, 패각 분말을 5 내지 10 중량％ 및 제8항에 기재된 결합제를 80 내지 90 중량％의 범위로 혼합하여 성형한 것을 특징으로 하는 제12항에 기재된 천연 소재를 포함하는 생분해성 필름.
  14. 생분해성 소재 전체 중량에 대하여 전분을 50 내지 60 중량％, 패각 분말을 10 내지 20 중량％ 및 제8항에 기재된 결합제를 30 내지 40 중량％의 범위의 비율로 혼합하여 성형한 것을 특징으로 하는 제12항에 기재된 천연 소재를 포함하는 생분해성 용기.
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