KR20100050247A - 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전분을 포함하는 생분해성 용기의 외면에 보강 시트가 형성된 뚜껑이 일체화 된 생분해성 용기를 제조하도록 함으로써, 사용 시 용기 뚜껑의 접철이 원활하게 이루어지도록 하고, 사용 후 폐기 시 자연 상태에서 미생물에 의하여 친환경적으로 쉽게 생분해되도록 한다.

본 발명의 뚜껑이 일체화 된 생분해성 용기는 전분, 물, 가소제, 보강 충진제, 바인더를 혼련하여 시트 상으로 형성된 생분해성 조성물을 이용하여 용기 본체와 용기 뚜껑을 형성하는 공정, 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 근접 배치한 상태에서 상기 용기 본체와 용기 뚜껑의 적어도 일측 외면에 종이 재질로 된 보강층을 적층한 후 열을 가하여 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 발포 성형 하는 공정, 상기 종이 재질의 보강층에 의하여 연결된 용기 본체와 용기 뚜껑의 연결부에 내구성 향상을 위한 후처리 공정을 포함한다.

Description

뚜껑이 일체화된 생분해성 용기 및 그 제조방법{A biodegradable disposable receptacle and the same manufacturing methode}

본 발명은 뚜껑이 일체화 된 생분해성 용기 및 그 제조방법에 관련된 것이고, 특히 전분을 포함하는 생분해성 수지의 외면에 보강 시트가 형성되고, 그 보강 시트의 작용으로 용기 본체와 뚜껑의 접철이 원활하게 이루어지도록 하는 뚜껑이 일체화 된 생분해성 용기를 제공하는 것에 관한 것이다.

공업의 발전과 함께 소득 수준의 증가 및 생활환경의 변화에 따른 인스턴트 식품의 이용이 많아짐에 따라 일회용 식품 용기의 수요가 급증하고 있다.

식품 용기로 도기류나 유리제품을 사용하는 경우에는 보관 및 장소 확보가 어려울 뿐 아니라, 높은 파손율, 사용 후 세척의 번거로움, 생산성 저하 및 높은 제조단가로 인하여 인스턴트식품 및 소량 포장용으로는 거의 사용되지 않고 대부분 일회용 용기를 사용하고 있다. 또한 패스트푸드점, 편의점 및 자동판매기에서는 사용 후 버릴 수 있는 종이, 발포수지 등으로 제조된 일회용 용기의 사용이 증가하고 있는 추세에 있다.

이러한 일회용 용기로는 합성수지인 발포성 폴리스티렌을 일정한 두께의 시이트 상의 발포지로 형성한 후, 진공장치가 부착된 적당한 금형 틀에서 압축하고 급속히 내부 공기를 제거하여 제조한 제품이 가장 널리 사용되고 있으며, 이외에 종이에 합성수지인 포리에틸렌, 포리프로필렌을 도포하여 제조한 원지를 이용해서 종이컵 및 종이쟁반 등을 만든다.

이러한 일회용 용기류는 여러 가지 우수한 장점으로 인해 사용량이 매년 증가하고 있으나, 사용량의 증가에 따라 환경오염도 가중되고 사용 후에는 각종 쓰레기와 함께 매립되는 경우 쉽게 분해되지 않으며, 소각하는 경우에는 유독가스(다이옥신, 일산화탄소 등)를 대량 발생시켜 환경에 유해할 뿐만 아니라 지구 온난화에 까지 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

이러한 문제점을 해결하고 폐자원의 재활용이라는 측면에서 재생처리 방법에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있으나, 분리수거에 대한 어려움과 더불어 수거 후에도 혼입된 불순물 제거 등 많은 문제점이 있었다.

최근 기존의 합성수지와 성질이 유사하면서 자연계의 미생물에 의해 쉽게 분해되는 생분해성 고분자로는 화학합성을 통한 지방족 폴리에스테르, 발효에 의한 폴리히드록시 알카노에이트 및 폴리히드록시 부틸레이트 및 이들과 천연고분자인 셀룰로오스 또는 전분의 복합물 등이 있다. 이중 자연계에 풍부하게 존재하고 가격 또한 저렴한 전분이 함유된 생분해성 고분자에 대한 관심이 고조되고 있으며, 이에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.

전분은 자연계에서 가장 손쉽고 저렴하게 얻을 수 있는 천연 고분자로서 주로 옥수수, 감자, 타피오카, 고구마, 밀, 쌀 등에서 추출되며, 포도당이 α-1,4 글루코시드 결합으로 이루어진 아밀로오스와 포도당이 α-1,4 글루코시드 결합 및 α-1,6 글루코시드 결합을 하고 있는 아밀로펙틴으로 구성되어 있고, 일반적으로 아밀로오스가 0~28% 함유되어 있다.

전분은 출처 및 품종에 따라 이화학적 특성의 차이가 클 뿐만 아니라, 가공 및 저장하는 동안 여러 성분과 상호작용으로 인하여 물리적 성질이 크게 좌우되기 때문에 사용하고자 하는 용도에 따라 가교, 에테르, 에스테르, 산처리, 산화 및 그라프트시킨 변성전분을 사용하고 있다.

종래의 생분해성 용기의 제조방법들은 발포 폴리스티렌과 유사한 물성을 가지며 제조방법이 간단하지만 천연 고분자 외에 사용하는 첨가제 중 분해되지 않는 원료의 첨가로 인하여 분해에 문제가 제기되고 있고, 가격 또한 고가이므로 실용화에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 독일의 바이오텍사에서 감자전분, 타피오카전분을 이용한 제품이 개발되어 실용화 단계에 있으나, 내수성이 떨어지며 기계적 물성 및 제조원가 측면에서도 비경제적일 뿐만 아니라 국내에서 원료 수급 상 어려운 측면도 있었다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 국가에서는 생분해성 고분자계 사업으로 우리나라를 환경기술을 G-7 국가 수준으로 향상시키고 환경보전의 지속을 위하여 국가적인 연구비를 투입하여 생분해성 고분자 기술을 개발하고 있으며, 또한 생분 해도에 대한 측정방법으로도 현재 국제표준의 ISO 14855 방법 또는 이를 국제표준화한 KS M 3100-1 방법을 적용하고 있고, 초기 45일 동안 생분해도가 표준물질 대비 60% 이상(절대치 42% 이상 분해)이거나, 180일 기간 동안 생분해도 값이 표준물질 대비 90% 이상(절대치 63% 이상 분해)을 규정하고 있다.

분해성 합성수지 재질 기준으로 환경부, 산업자원부가 고시하는 규격기준(환경부고시 제2003-64호)에 의한 규정에서 전분계 플라스틱은 단순히 전분을 기존의 PE, PP, PS등에 섞고 분해가속제를 첨가하여 제조한 합성수지를 일명 생붕괴성 합성수지라고 부르기도 하며, 가격이 저렴하고 당장 실용화가 가능하여 초창기에 검토 대상이었지만, 근본적으로 합성수지가 미세하게 되는 것일 뿐 완전분해가 되지 않고, 이 분야에 대한 생분해성 시험기준이 확실치 않아 선진국에서는 기피하고 있다. 또 폴리에틸렌, 폴리프로필렌으로 피복된 제품은 통상적으로 인체에 무해한 것으로 알려져 있으나, 전자레인지에 사용하는 경우 등 고온에 노출되는 경우에는 환경호르몬이 발생될 우려가 있는 것으로 알려져 있다.

또한 천연고분자계 플라스틱은 동식물에서 추출되는 천연고분자(전분, 셀룰로오스, 펙틴, 리그닌, 키틴질 등)를 주원료로 제조된 플라스틱이며, 완전 분해되는 장점이 있으나, 물성이 고르지 못하고 강도가 약하다는 단점이 있다.

그러나, 생분해성 합성수지는 미생물이나 자외선에 의해서 자연 상태에서 수 주일만에 분해되는 합성수지로 가격이 기존의 합성수지보다 1.6~4배 비싸고 물성이 일부 취약한 면이 있지만, 점차 대량 생산이 가능하고 일반 합성수지와 거의 동일 한 물성으로 개발되고 있다.

한 예로 국내 특허 제10-0581036호에는 상기 문제점을 해결하기 위한 "천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기의 제조방법과 그 조성물"이 개시되어 있다. 상기 종래 기술에 있어서, 생분해성 일회용 용기는 전분 75~85중량%, 가소제 1~15중량%, 보강제 0.5~3중량%, 안정제 0.3~5중량%, 유연제 0.5~5중량%, 유화제 0.5~3중량%, 및 이형제 0.5~10중량%를 포함한다.

그러나 이와 같이 다수의 혼합물이 첨가됨으로써 고가의 첨가제에 따른 제조원가의 상승과 함께, 상기한 바와 같이 천연고분자계 플라스틱으로 인하여 물성이 고르지 못하고 강도 및 분해성에 약하다는 단점이 있다.

또, 전분을 주성분으로 하여 성형되는 용기 본체와 뚜껑의 연결부(접철부)는 접철시 내구성이 약하여 쉽게 터지거나 파손되는 문제점이 있다.

또한, 전분을 주성분으로 하여 발포 성형한 용기의 경우 유연성이 없어 본체와 뚜껑을 일체화가 불가능하고 내수성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 토양 내에서의 분해뿐만 아니라 토양의 외부로 노출된 상태에 있을 때 분해성이 우수한 뚜껑이 일체화 된 생분해성 용기 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전분을 주성분으로 하여 발포된 뚜껑이 일체화 된 용기의 본체와 뚜껑의 연결부(접철부)의 내구성이 강화되는 구조를 갖는 용기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 생분해성 용기의 내·외면에 종이를 적층하여 용기 본체와 뚜껑을 동시에 발포 성형하고 뚜껑과 본체 사이의 적층된 종이가 가교역할을 함으로써 강도가 향상되고, 외관이 미려한 생분해성 일회용 용기를 제공하는데 있다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 뚜껑이 일체화 된 생분해성 용기는 전분, 물, 가소제, 보강 충진제, 바인더를 혼련하여 시트 상으로 얻어진 생분해성 조성물을 발포 압착하여 된 용기 본체 및 뚜껑과, 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 근접 배치한 상태로 상기 용기 본체 및 뚜껑의 적어도 일측 외면에 일체형으로 압착된 종이 재질의 보강층을 구비하고, 상기 종이 재질의 보강층에 생분해성 수지로서 스프레이나 분체코팅으로 방수코팅을 하여 연결부가 경첩역할을 하도록 구성된다.

또한, 본 발명의 다른 예는 발포용기의 본체와 뚜껑을 별도로 제조한 후, 밴드 형태로 된 생분해성수지 시트를 부착하여 본체와 뚜껑을 연결하거나, 종이 시트를 부착한 후 생분해성 수지를 코팅하여 탄성을 띠게 하는 연결부를 갖는 뚜껑이 일체화 된 생분해성 용기를 선택적으로 추가하여 구비한다.

여기서, 전분, 물, 가소제, 보강 충진제, 바인더를 혼련하여 얻어진 생분해성 조성물은 사용 후 단시간에 생분해되는 장점이 있으나 수분을 흡수하기 쉬운 결점이 있기 때문에 이 결점을 보강하기 위하여 적어도 용기의 내 표면에 생분해성 종이 또는/및 생분해성 합성수지를 부착함으로서 수분의 흡수를 지연하거나 방지한다.

또, 상기 접철용 보강층에는 별도의 생분해성 플라스틱 수지를 덧대거나 경계부에 생분해성 플라스틱 수지를 부분 스프레이 처리하여 구성한다.

또, 본 발명의 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기의 전분은 옥수수, 찰옥수수, 감자, 고구마, 쌀 밀, 보리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종 이상으로 이루어지고, 가소제는 글리셀 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 글리셀의 유도체, 설탕, 포도당, 밀봉, 지방산, 불포화모노글리셀 중 선택되는 적어도 1종 이상으로 이루어지고, 보강 충진제는 천연섬유 또는 펄프로 이루어지고, 바인더는 하이드로콜로이드 또는 천연 식물성 단백질로 이루어진다.

또, 본 발명의 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기의 종이는 펄프를 주재료로 한 로얄 아이보리지, 트레이싱지, 한지, 백상지 중 단독 또는 2종 이상의 합지로 이루 어진다.

또, 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기는 전분, 물, 가소제, 보강 충진제, 바인더를 혼련하여 시트 상으로 형성된 생분해성 조성물을 이용하여 용기 본체와 용기 뚜껑을 형성하는 공정, 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 근접 배치한 상태에서 상기 용기 본체와 용기 뚜껑의 적어도 일측 외면에 종이 재질로 된 보강층을 적층한 후 열을 가하여 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 발포 성형 하는 공정으로 이루어지며,

또한, 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 형성하는 공정, 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 근접 배치한 상태에서 대신에 밴드 형태로 된 생분해성수지 시트를 부착하여 본체와 뚜껑을 연결하는 공정으로 이루어진다.

본 발명은 자연 상태에서 쉽게 분해되지 않는 합성수지의 일회용 용기를 대체하고, 인체에 무해한 생분해성 일회용 용기를 제공함으로써 소각, 회수, 매립지 오염 등의 환경문제를 해결할 수 있고, 전분계 조성물은 발효균에 의하여 단시간에 발효 퇴비화 되기 때문에 다른 식물이나 음식물 등과 함께 쉽게 퇴비화 처리가 가능하다.

또, 일회용 용기의 내외 면에 종이가 부착되고 용기 본체와 뚜껑의 경계부는 파손되기 쉬운 전분 대신에 종이가 개재되어 있기 때문에 문자나 도형의 인쇄가 용이하고 용기 본체와 뚜껑의 접철시 접철 내구성을 향상 시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기 및 그 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 전분은 아밀로오스와 아밀로펙틴의 비율을 판단하여 최적의 것을 사용할 수 있다. 전분은 아밀로오스 함량이 40중량% 이하의 옥수수, 찰옥수수, 감자, 고구마, 쌀 밀, 보리 등을 이용할 수 있으며, 특히 옥수수, 찰옥수수, 감자, 고구마, 쌀 밀, 보리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 2종 이상의 전분을 사용하여도 된다.

제품의 성형성 또는 혼합물의 유동성을 좋게 하기 위해 가소제를 적정량 사용한다. 상기 가소제로는 글리셀 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 글리셀의 유도체 등 단당류, 설탕 포도당 밀봉 등의 2당류, 지방산, 불포화모노글리셀 등을 사용할 수 있다.

또, 제품의 강도, 형상 유지 향상, 습도 또는 기름 흡수 저하를 위해 보강 충진제를 사용할 수 있다. 상기 보강 충진제로는 천연섬유 펄프 등을 이용할 수 있다.

또, 필요에 따라 제품의 표면 조도를 좋게 하거나, 습도 또는 기름 흡수를 위해 1종 이상의 바인더를 사용할 수 있다.

상기 바인더는 아르긴산염 등의 하이드로콜로이드, 비지 등의 천연 식물성 단백질을 사용할 수 있다.

이어서, 식품 용기의 외 표면을 보강하기 위해 펄프를 주재료로 한 로얄 아이보리지, 트레이싱지, 한지, 백상지 중 단독 또는 2종 이상의 합지가 가공된 종이(1)를 도 1에 나타내는 것처럼 전분을 주성분으로 하는 시트 상의 생분해성 조성물(2)의 외면에 적층한 후 도시되지 않은 금형을 이용하여 일체형으로 발포 성형하는 과정을 거쳐 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기(3)를 제조한다.

(실시예)

본 발명의 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

전분의 조성물의 혼합비율은 옥수수 전분 35~55중량%, 쌀 전분 3~7중량%, 글리셀 가소제 4~10중량%, 보강 충진제로 천연섬유 1~3중량%, 바인더로 대두 비지 5~10중량% 및 물 20~44중량%를 혼련하여 시트 상으로 가공한다.

상기 시트 상으로 가공된 생분해성 조성물을 발포하기 전에 제조하고자 하는 용기 형태의 몰드 금형에 시트 상으로 가공된 생분해성 조성물의 보강 및 방수효과를 향상하기 위하여 양면에 미세 분쇄한 곡물가루로 만든 식용 종이나 노루지 등을 적층하고 소정 온도(약 150-300℃)에서 압축 발포 성형함으로써 도 1 구조의 용기 본체(4)와 뚜껑(5)을 갖는 용기가 형성된다.

상기 용기 본체(4)와 뚜껑(5)은 도 2와 같이 종이(1)(1) 사이에 발포된 생분 해성 조성물(2)이 개재되고, 용기 본체(4)와 뚜껑(5)의 접철부(연결부)는 도 3과 같이 발포된 생분해성 조성물(2)이 개재되지 않도록 구성함으로써 접철의 신뢰성 및 내구성을 유지하도록 한다.

본 실시예에서는 생분해성 조성물(2)의 양면에 종이(2)를 압착하였으나 내면 일측에만 종이(1)를 압착하여도 된다.

또한, 본체(4)와 뚜껑(5)을 개별적으로 제조한 후 밴드 형태로 된 수지시트를 부착하거나 종이시트를 이용한 절첩용 보강지(8)를 부착한 후 생분해성 수지를 코팅하여 탄성을 띠도록 하여 접철부를 구성할 수도 있다.

접철(연결부)용 보강지(8)는 실리콘계 에멀젼, 폴리비닐아세테이트 등으로 된 생분해성 플라스틱을 덧대거나 생분해성 플라스틱 수지를 연결부 영역에 부분 스프레이 처리하여 구성할 수 있다.

또, 생분해성 용기의 제조시 성형 몰드기의 온도, 압력 및 성형시간은 서로 밀접한 관계를 갖기 때문에 주의하여야 한다. 즉 성형기의 내부온도가 낮게 조절된 상태에서는 성형시간이 증가하고, 성형하는 동안 일정압력을 가하지 않으면 발포되지 않으며 압력이 높을 경우는 과도하게 발포되어 성형성이 저하된다.

한편, 본 발명의 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기의 양면 또는 어느 한 면에 방수효과를 더 향상시키기 위하여 생분해성 종이 대신에 실리콘계 에멀젼, 폴리비닐아세테이트 등으로 된 생분해성 플라스틱을 이용할 수 있고, 종이와 생분해성 플라스틱을 함께 적층하여 사용할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 생분해성 일회용 용기의 일예를 나타내는 입체도이고,

도 2는 도 1의 A-A선을 따라 절단하여 나타내는 단면도이고,

도 3은 도 1의 B-B 선을 따라 절단하여 나타내는 단면도이고,

도 4는 도 1의 B-B선을 따라 절단하여 나타내는 다른 예의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 - 종이

2 - 생분해성 조성물

3 - 일회용 용기

4 - 용기 본체

5 - 용기 뚜껑

8 - 접철용 보강지

Claims (6)

1. 전분, 물, 가소제, 보강 충진제, 바인더를 혼련하여 시트 상으로 얻어진 생분해성 조성물을 발포 압착하여 된 용기 본체 및 뚜껑과, 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 근접 배치한 상태로 상기 용기 본체 및 뚜껑의 적어도 일측 외면에 일체형으로 압착된 종이 재질의 보강층을 구비하고, 상기 종이 재질의 보강층에 생분해성 수지로서 스프레이나 분체코팅으로 방수코팅을 하여 연결부가 경첩역할을 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 종이 재질의 보강층은 별도의 밴드 형태로 된 생분해성수지 시트를 부착하여 본체와 뚜껑을 연결하거나, 종이 시트를 부착한 후 생분해성 수지를 코팅하여 탄성을 띠게 하는 연결부를 갖는 것을 특징으로 하는 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 전분은 옥수수, 찰옥수수, 감자, 고구마, 쌀 밀, 보리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종 이상으로 이루어지고, 상기 가소제는 글리셀 폴리에 틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 글리셀의 유도체, 설탕, 포도당, 밀봉, 지방산, 불포화모노글리셀 중 선택되는 적어도 1종 이상으로 이루어지고, 상기 보강 충진제는 천연섬유 또는 펄프로 이루어지고, 상기 바인더는 하이드로콜로이드 또는 천연 식물성 단백질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 종이는 펄프를 주재료로 한 로얄 아이보리지, 트레이싱지, 한지, 백상지 중 단독 또는 2종 이상의 합지로 이루어진 것을 특징으로 하는 생분해성 일회용 용기.
5. 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기의 제조방법에 있어서, 전분, 물 가소제, 보강 충진제, 바인더를 혼련하여 시트 상으로 형성된 생분해성 조성물을 이용하여 용기 본체와 용기 뚜껑을 형성하는 공정, 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 근접 배치한 상태에서 상기 용기 본체와 용기 뚜껑의 적어도 일측 외면에 종이 재질로 된 보강층을 적층한 후 열을 가하여 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 발포 성형 하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기의 제조방법.
6. 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기의 제조방법에 있어서, 전분, 물 가소제, 보강 충진제, 바인더를 혼련하여 시트 상으로 형성된 생분해성 조성물을 이용하여 용기 본체와 용기 뚜껑을 각각 별도로 제조하는 공정, 상기 용기 본체와 용기 뚜껑을 근접 배치한 상태에서 밴드 형태로 된 수지시트를 부착하거나 종이시트를 부착한 후 생분해성 수지를 코팅하여 탄성을 띠도록 하여 접철부를 구성하는 것을 특징으로 하는 뚜껑이 일체화된 생분해성 용기의 제조방법.

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