KR20110112927A - 친환경 생분해성 수지와 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 옥수수 및 포도로부터 추출한 자연 물질로부터 비닐의 특성을 지닌 필름을 제조할 수 있도록 함으로써, 친환경적이면서 자연적인 생분해가 가능한 친환경 생분해성 수지와 그 제조 방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 옥수수의 전분 및 당류를 발효시켜서 젖산을 생성하는 단계와, 상기 옥수수의 전분 및 당류로부터 얻어진 90 ∼ 97%의 젖산과, 포도로부터 추출한 10 ∼ 3%의 천연 유연제를 혼합기에 넣어 혼합하는 단계, 상기 혼합된 젖산과 천연 유연제의 혼합물을 압출기에 투입하여 펠렛(Pellet) 형태로 생산하는 단계 및, 상기 펠렛 형태의 혼합물을 필름 압출기에 투입하여 필름 형태의 생분해성 수지로 생산하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이를 위해 본 발명은 옥수수의 전분 및 당류를 발효시켜서 젖산을 생성하는 단계와, 상기 옥수수의 전분 및 당류로부터 얻어진 90 ∼ 97%의 젖산과, 포도로부터 추출한 10 ∼ 3%의 천연 유연제를 혼합기에 넣어 혼합하는 단계, 상기 혼합된 젖산과 천연 유연제의 혼합물을 압출기에 투입하여 펠렛(Pellet) 형태로 생산하는 단계 및, 상기 펠렛 형태의 혼합물을 필름 압출기에 투입하여 필름 형태의 생분해성 수지로 생산하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 천연 원료를 주재료로 하여 자연적인 생분해가 가능함과 더불어 공해 물질을 유발시키지 않는 친환경 생분해성 수지와 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 비닐은 유연성 및 밀폐성 등의 다양한 성질을 가지고 있어서 물건의 형상이나 특성에 관계없는 삽입 운반 및 장기적인 밀폐 보관이 가능하도록 되어 있기 때문에, 비닐 봉투 형태로 제조하여 일상 생활에서 다양하게 이용이 가능하고, 공업용, 농업용 등의 다양한 산업용 재료로서 적용이 가능하도록 되어 있다.
특히, 비닐을 농업용으로 사용하는 경우에는 과수원이나 밭의 뚜렁에 펼쳐 깔고 흙으로 양쪽을 조금씩 덮어 고정시키고, 작물의 재배 방식에 따라 비닐에 구멍을 뚫어서 재배하고자 하는 농작물을 파종함으로써, 농작물의 생장을 증진시킴과 더불어 잡초 등의 생장을 억제하기 위한 용도로서 주로 사용되고 있다.
그러나, 일상 생활에서의 다양한 용도로 사용이 가능하면서, 공업용, 농업용으로 이용이 가능한 비닐의 경우에는, 그 사용 원료가 폴리스티렌(Polystyrene; PS), 폴리에틸렌(Polyethylene; PE), 폴리프로필렌(Polypropylene; PP), 폴리에틸렌테레프 탈레이트(Polyethyleneterephthalate; PET) 등의 석유를 원료로 하는 화학 물질을 혼합한 것으로서 자연적인 분해가 이루어질 수 없도록 되어 있기 때문에, 농업용으로 과수원이나 밭에 깔아 두었던 비닐을 일일이 수거하여야 하는 불편함이 있을 뿐만 아니라, 수거한 후에도 산지에서 불에 태우거나 쓰레기로 매립해야 함으로써, 환경오염에 의한 공해 유발이 매우 심각하게 발생한다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 옥수수 및 포도로부터 추출한 자연 물질로부터 비닐의 특성을 지닌 필름을 제조할 수 있도록 함으로써, 친환경적이면서 자연적인 생분해가 가능한 친환경 생분해성 수지와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생분해성 수지에 따르면, 옥수수의 전분 및 당류로부터 얻어진 90 ∼ 97%의 젖산과, 포도로부터 추출한 10 ∼ 3%의 천연 유연제를 배합하여 230 ∼ 280℃의 온도 조건에서 펠렛 형태로 형성한 이후, 필름 형태로 압출 생산하는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 수지를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 옥수수의 전분 및 당류를 발효시켜서 젖산을 생성하는 단계와, 상기 옥수수의 전분 및 당류로부터 얻어진 90 ∼ 97%의 젖산과, 포도로부터 추출한 10 ∼ 3%의 천연 유연제를 혼합기에 넣어 혼합하는 단계, 상기 혼합된 젖산과 천연 유연제의 혼합물을 압출기에 투입하여 펠렛 형태로 생산하는 단계 및, 상기 펠렛 형태의 혼합물을 필름 압출기에 투입하여 필름 형태의 생분해성 수지로 생산하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 수지의 제조 방법을 제공한다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 옥수수로부터 얻어지는 전분 및 당류를 미생물 발효하여 젖산을 형성하고, 그 형성된 옥수수 식물자원을 주 원료로 하여 포도로부터 추출한 천연 유연제를 배합하여 펠렛(Pellet) 형태 생산하고, 펠렛 형태의 생분해성 수지를 필름 압출기를 통해 압출 처리하여 생분해가 가능한 필름 형태로 생산할 수 있도록 함에 따라, 자연 상태에서 시간의 경과에 따라 자연적인 생분해가 발생되어 100% 완전한 분해가 가능하고, 식물 자원을 주성분으로 하고 있어서 분해가 이루어진 이후에도 공해를 유발시키는 잔존 요인이 전혀 없기 때문에, 소각시에도 다이옥신 등의 유해가스나 잔유물이 발생하지 않으므로, 완전한 친환경성을 보장할 수 있다는 효과를 갖게 된다.
또한, 본 발명에 따른 생분해성 수지는 인체에 유해한 납이나, 비소, 카드뮴 등과 같은 중금속을 전혀 함유하고 있지 않기 때문에, 각종 식품의 포장 재료로도 얼마든지 적용이 가능하다는 각별한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 옥수수로부터 전분과 가공 전분 및 고과당을 얻는 과정을 설명하는 플로우차트,
도 2는 본 발명에 따라 옥수수의 가공 성분과 포도 추출 천연 유연제를 혼합하여 생분해성 필름을 생산하는 과정을 설명하는 플로우차트,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 생분해성 수지의 시간 경과에 따른 이산화탄소 배출량을 나타낸 시험 그래프,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 생분해성 수지의 시간 경과에 따른 생분해 정도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따라 옥수수의 가공 성분과 포도 추출 천연 유연제를 혼합하여 생분해성 필름을 생산하는 과정을 설명하는 플로우차트,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 생분해성 수지의 시간 경과에 따른 이산화탄소 배출량을 나타낸 시험 그래프,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 생분해성 수지의 시간 경과에 따른 생분해 정도를 나타낸 그래프이다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에서는 옥수수로부터 전분과 당류를 얻어내고, 상기 옥수수 전분 및 당류를 미생물에 의한 발효를 통해 젖산을 생산한 다음에, 상기 전분 및 당류에서 얻어지는 젖산을 주 원료로 하여 포도로부터 추출한 천연 유연제와 함께 혼합하여 펠렛(Pellet)을 생산하고, 상기 펠렛 형태의 혼합물을 필림(Film) 형태로 압출 성형하여 생분해성 수지를 생산하게 된다.
상기 포도로부터 추출한 천연 유연제에서, 천연 유연제란 일종의 첨가제로서 성분의 분해를 촉진시킴과 더불어 인장 강도를 높히는 역할을 수행한다.
상기 포도로부터 추출한 천연 유연제를 생성하는 과정에 있어서는, 일단 세척한 포도를 파쇄기에 넣어서 파쇄한 후에 원심분리형 착즙기를 사용하여 포도액을 뽑아내게 되는데, 해당 천연 유연제는 포도의 액상물질 자체를 나타내는 것이다.
상기 옥수수 전분 및 당류에 의한 젖산과 포도로부터 추출한 천연 유연제의 혼합 비율은 각각 90 ∼ 97%(바람직하게는 95%), 10 ∼ 3%(바람직하게는 5%) 이내로 하는 것이 좋다.
상기 옥수수 전분 및 당류에 의한 젖산과 포도로부터 추출한 천연 유연제의 혼합물은 질소(N)가 0.20 ∼ 0.25 wt%(바람직하게는 0.23 wt%), 탄소(C)가 55.0 ∼ 65.0 wt%(바람직하게는 59.0 wt%), 수소(H)가 9.0 ∼ 9.60 wt%(바람직하게는 9.36 wt%), 산소(O)가 27.5 ∼ 31.5 wt%(바람직하게는 29.6 wt%), 기타 물질이 1.80 ∼ 2.0 wt%(바람직하게는 0 wt%)로 이루어진다.
한편, 상기 옥수수로부터 전분 및 당류를 얻어내는 과정은 도 1의 플로우차트에 나타난 바와 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 옥수수를 습식으로 분쇄(Wet Milling)할때 배아와, 옥피, 전분(Starch), 글루텐(Gluten)을 용이하게 분리할 수 있도록 일정 온도 및 산도의 조건 하에서 일정 시간동안 물에 담궈서 연화시키는 침지(Steep) 공정을 수행하고(단계 S10), 상기 연화된 옥수수를 파쇄기를 사용하여 마찰에 의해 분쇄함으로써, 배아, 글루텐, 옥피, 전분이 분리되도록 하는 파쇄(Milling) 공정을 진행하게 되는 바(단계 S11), 이때에는 배아가 손상되지 않도록 분쇄하는 것이 중요하다.
그 상태에서, 분쇄된 옥수수 분말을 원심 분리기에 넣어서 전분과 글루텐이 비중차에 의해 분리되도록 하는 분리(Separating) 공정을 진행하게 되는데(단계 S12) 이 경우에는 청수를 투입하여 전분을 세척하는 동시에 단백질을 전분으로부터 제거할 수 있도록 한다.
그 다음에, 상기 분리된 전분 및 가공 전분액을 건조하기 전에 원심력을 사용하여 수분을 제거하는 탈수(Dewatering) 공정을 진행하게 되고(단계 S13), 탈수된 전분을 열풍을 통해서 건조시켜서 적합한 규격 내의 수분이 함유되도록 하는 건조(Drying) 공정을 진행함에 의해 옥수수의 전분을 최종 생성하게 된다(단계 S14).
한편, 상기 단계 S12에서 분리 공정을 마친 옥수수의 전분에 대해서는 해당 전분의 종류 및 특성에 따라 약품을 사용하여 화학반응이 일어나도록 하는 반응(Reacting) 공정을 진행하게 되고(단계 S15), 전분의 반응시에 발생되는 각종의 염이나 이물질을 제거하기 위해 청수를 투입하여 전분을 세척하는 정제(Washing) 공정을 진행한다(단계 S16).
상기 정제 공정이 완료되면, 탈수 공정을 진행하게 되고(단계 S17), 탈수 이후에 건조 공정을 거쳐서 최종적으로 가공 전분을 형성하게 된다(단계 S18).
한편, 상기 단계 S12에서 분리 공정을 거친 옥수수의 전분에 대해서는 과당을 형성하기 위한 별도의 공정을 진행하게 되는데, 당화 효소를 사용하여 다당류를 단당류로 변화시키기 위한 당화(Saccharifying) 공정을 진행하고(단계 S19), 당화가 완료되면 청수를 투입하여 이물질을 제거하는 정제 공정을 진행하고(단계 S20), 정제가 이루어진 과당에 대해서는 농축(Concentrate) 공정을 거쳐서 물엿을 생성한다(단계 S21).
상기 농축 공정이 완료되면, 이성화 효소를 사용하여 이성화 반응을 진행시켜서 포도당을 과당으로 변화시키는 이성화(Isomerose) 공정을 진행하여 과당을 생성하고(단계 S22), 분리 공정을 통해서 포도당(Glucose)과 과당(Fructose)으로 분리시키기 위한 F/G 분리 공정을 진행한다(단계 S23).
상기 F/G 분리 공정이 완료되면, 정제 공정에 의해 이물질을 제거하고(단계 S24), 농축 공정을 통해서 과당의 농축을 수행한 다음에(단계 S25), 무균실에서 마이크로 필터를 통한 살균 처리를 거쳐서 최종적으로 고과당을 형성하게 된다(단계 S26).
본 발명에서는 도 1에 도시된 과정에 의해 얻어진 옥수수로부터의 전분과, 가공 전분, 고과당을 이용하게 되는데, 상기 전분과 가공 전분, 고과당을 함께 발효시켜서 얻어지는 젖산을 주성분으로 하며, 상기 젖산을 포도로부터 추출한 천연 유연제와 혼합하는 과정을 거치게 된다.
즉, 도 2는 본 발명에 따라 옥수수의 가공 성분과 포도 추출 천연 유연제를 혼합하여 생분해성 필름을 생산하는 과정을 설명하는 플로우차트이다
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 옥수수의 전분과 가공 전분, 고과당으로부터 얻어진 95%의 젖산과, 5%의 포도 추출 천연 유연제를 혼합기에 넣어서 40 ∼ 50분 정도 고속으로 회전시켜 진공 상태에서 반죽 혼합하게 되고(단계 S30), 반죽이 완료되면 습기를 제거하는 공정을 진행한다(단계 S31).
그 다음에, 상기 반죽 혼합물을 압출기에 넣어서 길이가 긴 가닥의 펠렛(Pellet)을 생산하게 되는데, 이때 상기 압출기의 온도를 230 ∼ 280℃ 이내의 온도로 유지하여 반죽 혼합물이 비닐의 특성을 지닌 펠렛으로 생산될 수 있도록 한다(단계 S32).
그 상태에서, 상기 펠렛 형태의 반죽 혼합물을 필름 압출기에 투입하여 필름 형상으로 압출 생산되도록 하게 되는데, 이는 펠렛 상태의 혼합물 원료를 압출기의 호퍼에 투입하고 압출 다이(Die)로 이송하면서 열을 가하여 원료를 용해시킨 다음에, 용해된 원료를 공기압으로 레이어 타입(Layer Type)의 압출기에 올려서 360°회전시킴에 의해 제품을 압출시키게 되고, 압출된 제품은 롤러를 이용하여 권취하게 된다(단계 S33).
상기한 과정에 의해 생산된 생분해성 필름은 사용 용도에 따라 식품 포장지, 제품 포장지, 공업용 비닐, 농업용 비닐 등의 다양한 용도로 재 가공하여 사용할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 생분해성 수지는 도 3에 도시된 바와 같이, 시간의 경과에 따라 자연적인 생분해가 이루어지면서 발생되는 물질이 인체에 무해한 공기중에 존재하는 이산화탄소(CO2)만이 발생될 뿐이고, 그 발생량은 시간이 지나면서 생분해가 가속화될수록 많아지게 된다.
또한, 본 발명에 따른 생분해성 수지는 도 3의 이산화탄소 방출량에 의해 계산한 평균 생분해도에 의해 실헌한 결과, 도 4에 도시된 바와 같이 시험 기간 45일 이내에 약 75% 이상이 분해되고 있음을 알 수 있고, 약 90일(3개월)이 지난 이후에는 거의 100%가 자연적으로 분해되어 퇴비화되는 조건을 형성할 수 있다.
상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
Claims (5)
- 옥수수의 전분 및 당류로부터 얻어진 90 ∼ 97%의 젖산과, 포도로부터 추출한 10 ∼ 3%의 천연 유연제를 배합하여 230 ∼ 280℃의 온도 조건에서 펠렛(Pellet) 형태로 형성한 이후, 필름(Film) 형태로 압출 생산하는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 수지.
- 옥수수의 전분 및 당류를 발효시켜서 젖산을 생성하는 제1단계와;
상기 옥수수의 전분 및 당류로부터 얻어진 90 ∼ 97%의 젖산과, 포도로부터 추출한 10 ∼ 3%의 천연 유연제를 혼합기에 넣어 혼합하는 제2단계;
상기 혼합된 젖산과 천연 유연제의 혼합물을 압출기에 투입하여 펠렛(Pellet) 형태로 생산하는 제3단계; 및
상기 펠렛 형태의 혼합물을 필름 압출기에 투입하여 필름 형태의 생분해성 수지로 생산하는 제4단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 수지의 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 제2단계에서, 상기 옥수수의 전분 및 당류로부터 얻어진 젖산과 천연 유연제는 혼합기에서 40∼50분간 고속 회전에 의해 진공 혼합하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 수지의 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 제3단계에서, 상기 혼합물의 압출기 투입시에 상기 압출기의 온도가 230∼280℃의 온도를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 수지의 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 제2단계에서, 상기 포도로부터 추출한 천연 유연제는 세척 포도를 파쇄하여 원심 분리형 착즙기를 통해 뽑아낸 액상의 포도액인 것을 특징으로 하는 친환경 생분해성 수지의 제조 방법.
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