KR20130042749A - 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전분에 운모계 점토 광물이 혼합 제조되어 식품 선도성이 향상되며 용기의 선도 보존기간이 증대되고, 토양에 매립 폐기시 생분해되어 중금속 흡착으로 인해 토양을 개질시킬 수 있는 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기의 제조 방법은, 운모계 점토광물을 적당량 분쇄하여 분말화시키는 단계와; 분쇄된 광물 파우더를 전분과 분쇄된 옥수수대, 왕겨, 밀대, 비지에서 추출되어 분말화시킨 식물성 추출 보강분말 그리고 습강제, 강유제 등의 첨가제가 혼합되어 반죽물을 얻는 단계와; 반죽물을 145~160℃의 온도와 130~170kg/cm²의 압력으로 발포 성형기에 가압시켜 넣는 단계; 및 반죽물의 발포 성형이 완료되면 성형품을 탈형하는 공정을 거쳐 제조된 것을 특징으로 한다.

Description

친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기 및 그 제조 방법{Biodegradable disposable container using eco-natural materials and its manufacturing method}

본 발명은 일회용 용기 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전분에 운모계 점토 광물이 혼합 제조되어 식품 선도성이 향상되며 용기의 선도 보존기간이 증대되고, 토양에 매립 폐기시 생분해되어 중금속 흡착으로 인해 토양을 개질시킬 수 있는 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

친환경 일회용 용기의 사업은 국가와 사회, 우리 모두의 사업이자 의무이다. 또한 자유무역협정(FTA)으로 시름에 잠긴 우리의 농민들에게도 대체작물로서도 가능한 것으로 이들을 도울 수 있을 뿐아니라 정부의 녹색성장사업에 부합하는 좋은 사업이다. 친환경 일회용 용기는 모양/견고성/디자인 등 기존의 석유화학 제품과 비교하여 친환경적이며 가격면에서도 충분히 타 제품에 비해 경쟁력을 갖추고 있다.

식생활의 변하로 인하여 인스턴트식품 및 패스트푸드의 섭취가 증가하고 있으며, 이로 인한 소량단위 포장이 용이하고 위생적인 일회용 용기의 수요가 크게 증가하고 있다. 이런 상황에서 인스턴트와 패스트푸드 음식 섭취 증가에 따른 공급자 취급방법이 유리나 도기류에서 일회용 용기로 변화되고 있다.

가장 많이 사용되고 있는 일회용 용기는 합성수지인 발포성 폴리스티렌(스티로폼)을 원료로 한 제품, 종이에 합성수지인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 도포하여 제조한 원지를 사용한 종이컵 및 종이접시, 종이쟁반 등이 있다.

그러나 이러한 일회용 용기는 땅에 매립 시 전이금속이나 미생물에 의해서도 거의 분해되지 않는다. 또한 소각하는 경우 다이옥신, 일산화탄소, 벤젠, 톨루엔 및 스티렌다이머 등의 유해가스와 환경호르몬 대량 발생되고, 이러한 유해가스는 지구온난화는 물론 대기오염 등의 환경파괴와 인간의 유전자의 변형의 원인 등 인체에 크게 유해한 영향을 끼치는 문제가 있다.

최근에 기존의 합성수지와 성질이 유사하면서 자연계의 미생물에 의해 쉽게 분해되는 생분해성 고분자로 화학합성을 통한 지방족 폴리에스테르, 발효에 의한 폴리히드록시 알카노에이트(PHA) 및 폴리히드록시 부틸레이트(PHB) 및 이들과 천연 고분자인 셀루로오스 등이 사용되기도 한다.

이 중 자연계에 가장 풍부하게 존재하고 있는 전분이 함유된 생분해성 고분자에 대한 관심이 가장 고조되고 있다.

종래의 생분해성 용기는 제조방법이 간단하고 발포 폴리스티렌(스티로폼)과 유사한 물성을 가지고 있으나, 천연고분자 외에 사용하는 첨가제 중 난분해성 원료의 첨가로 인한 문제가 있고, 가격 또한 고가여서 실용화에 어려움을 겪고 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 국내 공개특허 제10-2009-035823호가 있다. 이는 전분 구조물과 전분 구조물의 일측면 이상에 코팅지가 부착되며, 상기 전분 구조물은 전분 86.21 내지 97.10 중량%이며 상기 코팅지는 2.90 내지 13.79 중량%를 함유하며, 상기 코팅지의 코팅층을 형성하는 코팅제는 실리콘에멀젼 : 왁스 에멀젼을 1 : 1의 중량비율로 투입하여 사용하는 것을 특징으로 하는 생분해성 전분용기를 제공한다.

따라서 상기 배경기술에서는 전분 용기의 일 측면 이상에 생분해가 용이한 코팅지를 형성함으로써, 전분 함유량을 극대화하여 국내 환경부의 고시사항에 적합한 전분 용기가 제작되고, 그 동안 타 전분 용기의 문제인 내수성, 내유성 및 내산성을 해결한다.

그러나 상기 배경기술은 코팅층을 형성하는 코팅지로 인해 분해도가 낮아 친환경에 부족하다. 또한 토양을 개선시킬 수 없으며, 용기내에 담긴 식품의 선도나 선도보존기간을 증대시킬 수 없는 문제가 있다.

국내 공개특허 제10-2009-0035823호에는 '생분해성 일회용 용기의 제조방법 및 그 조성물'이 제시되어 있다. 이는 주성분으로 천연고분자인 옥수수 대를 분쇄한 분말과 전분을 사용하여 기존의 발포성 폴리스티렌 일회용 용기와 유사한 외관과 물리적 특성을 지닌 동시에 자연 미생물에 의해 생분해되는 생분해성 일회용 용기의 제조 방법 및 그 조성물에 관한 것으로, 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기의 조성물에 있어서, 상기 천연고분자로 옥수수를 생산한 후 파기되는 옥수수 대를 200~400 매쉬로 분쇄한 분말 40~50중량%와, 타피오카, 옥수수, 쌀, 감자, 고구마 등의 식물성 전분 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 전분 20~30중량%, 및 펄프 5~10중량%와 발포 및 가소제로 말티톨 5~10중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기의 조성물을 제시한다. 국내 등록특허 제10-1018053호에는 '천연고분자를 이용한 생분해성 일회용 용기의 조성물.이 제시되어 있다. 이는 자연 분해성이 높은 천연고분자인 전분을 주원료로 하면서, 상기의 전분에 각종 기능성 물질들을 혼합한 것으로, 이를 통해 소각, 회수, 매립지 오염 등의 환경문제를 해결할 수 있음은 물론, 동식물의 사료 및 퇴비로서 재활용 가능한 친환경적인 효과를 얻을 수 있도록 한 것으로, 75～85중량%의 천연고분자 전분과, 염소화파라핀이나 에폭시화대두유 중 어느 하나 또는 둘을 혼합시킨 1～20중량%의 가소제와, 강도 보강제인 0.5～3중량%의 리그닌과, 이형제의 밀가루 또는 계면활성제의 미셀 중 어느 하나 또는 둘을 혼합시킨 0.3～5중량%의 물질과, 유화제인 0.5～3중량%의 폴리소르베이트와, 0.5～4 중량%의 메틸셀룰로오스와, 수용성 혼합물로서 일회용 용기에 대한 끈기와 강도를 보강하도록 0.5～3 중량%의 설탕을 함유하여 구성되어 있다. 그러나 이들 특허문헌1,2는 용기가 토양에서 자연분해되는 것이긴 하나 토양을 개선시킬 수 있는 요소를 가지고 있지 않다. 또한, 용기내에 담긴 식품의 선도나 선도보존기간을 증대시킬 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 전분에 운모계 점토 광물이 혼합 제조되어 식품 선도성이 향상되며 용기의 선도 보존기간이 증대되고, 토양에 매립 폐기시 생분해되어 중금속 흡착으로 인해 토양을 개질시킬 수 있는 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기의 제조 방법은,

운모계 점토광물을 적당량 분쇄하여 분말화시키는 단계와;

분쇄된 광물 파우더를 전분과 분쇄된 옥수수대, 왕겨, 밀대, 비지에서 추출되어 분말화시킨 식물성 추출 보강분말 그리고 습강제, 강유제 등의 첨가제가 혼합되어 반죽물을 얻는 단계와;

반죽물을 145~160℃의 온도와 130~170kg/cm²의 압력으로 발포 성형기에 가압시켜 넣는 단계와;

반죽물의 발포 성형이 완료되면 성형품을 탈형하는 공정을 거쳐 제조된 것을 특징으로 한다.

이때, 전분은 60~70중량%, 운모계 문말은 5~10중량%, 식물성 추출 보강분말은 10~15중량%를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 운모계 점토광물은 일라이트, 운모, 흙운모, 백운모, 금운모, 견운모, 게르마늄, 질석버미쿨라이트, 토르말린 중에서 하나 또는 둘 이상의 것이 혼합된 것을 특징으로 한다.

여기서, 식물성 추출 보강분말에는 갈대, 억새, 볏집 등에서 추출된 분말이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전분에는 전분에 대해 10중량% 이하의 해물추출물이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 운모계 점토광물은 325 메쉬의 크기로 분쇄된 것이 사용된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기 및 그 제조 방법은, 전분에 운모계 점토 광물이 혼합 제조되어 식품 선도성이 향상되며 용기의 선도 보존기간이 증대되고, 토양에 매립 폐기시 생분해되어 중금속 흡착으로 인해 토양을 개질시킬 수 있다.

또한, 운모계 점토 광물에 의해 용기의 압축강도 및 인장강도 등 기계적물성이 향상된다.

본 발명에 따른 일회용 용기는 운모계 점토광물이 포함되어져 식품의 신선도와 선도보존기간이 증대되고, 압축 강도 등 기계적 물성이 좋아진다. 즉, 운모계 점토광물이 가지고 있는 원적외선과 음이온의 방출로 채소, 과일, 축산물 등의 선도가 일반 스치로폼용기 및 종이용기에 비해 수일 이상 연장되고, 그 광물의 견사에 의해 일회용 용기는 인장강도 및 압축강도가 증가된다.

또한 운모계 점토광물에 포함되어 있는 성분에 의해 토양 개선이 이루어지는 이점을 갖게 된다.

먼저, 본 발명에 따른 일회용 용기는 운모계 점토광물을 적당량 분쇄하여 분말화시킨다. 이때 운모계 분말은 용기의 무게, 생산비용, 다른 성분과의 결합력을 고려하여 함량이 결정될 수 있다. 바람직하게 운모계 분말은 5~10중량%를 차지한다.

즉, 운모계 분말이 필요 이상으로 혼입되면 용기의 무게를 증가되고 생산비용을 상승시키게 된다. 또한 운모계 분말의 초과 함량으로 인해 타성분의 함량이 줄어들어 결합력을 떨어뜨리게 된다.

운모계 점토광물은 본 실시 예에에서 일라이트(illite)를 사용하였다. 일라이트는 연한황색 또는 백색, 흑색의 운모계 점토광물로서 삼층 인편상 구조를 가지며 물에 풀렸을때는 견사현상을 나타내는 독특한 성질이 있다. 일라이트는 규산, 알루미나, 가리, 철 등이 주요한 구성성분으로 알려져 있다. 일라이트는 중금속과 유기질 이온의 흡착 공기 중 악취 및 유독가스 흡수, 용존산소 발생, 물분자 활성화, 정균작용, 원적외선방출, 음이온발산, 독소제거 등의 용도로 사용된다.

그러나 본 발명은 운모계 점토광물로서 일라이트에 한정되는 것은 아니며 운모, 흙운모, 백운모, 금운모, 견운모, 게르마늄, 질석버미쿨라이트, 토르말린 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 것으로 혼합된 것이 될 수 있다.

이때 운모계 점토광물의 분말 입자 크기는 바람직하게는 325 메쉬로 분쇄된 것이 사용된다. 이보다 입자가 크면 불균일하게 편중되어 고른 결착을 확보할 수 없다.

다음, 분쇄된 광물 파우더를 전분과 분쇄한 옥수수대, 왕겨, 밀대, 비지 등을 분말화시킨 식물성 추출 보강분말 그리고 습강제 및 강유제 등의 첨가제를 혼합하여 반죽물을 얻는다. 이때 혼합수단은 교반기가 될 수 있다.

여기서, 식물성 추출 보강분말에는 갈대, 억새, 볏집 등의 천연식물이 더 포함될 수 있다.

또한 전분은 감자, 고구마, 옥수수, 도토리, 콩가루 등에서 제조된 것이 될 수 있다. 전분은 용기를 이루는 전체 성분 중 가장 많은 량을 차지한다.

이때 전분은 60~70중량%, 식물성 추출 보강분말은 10~15중량%를 함유한다.

전분은 그의 함량이 60중량% 이하로 내려가면 바인더로서 접착력이 약해지고 생분해성이 저하된다. 또한 전분의 함량이 70중량%를 초과하게 되면 전체 제조비용을 많이 차지하게 되어 경제성이 떨어진다.

한편, 식물성 추출 보강분말이 10중량% 미만으로 함유되면 인장 및 압축 강도가 작아지고 15중량%를 초과하게 되면 압축 및 인장강도는 증가하는데 반해 전분함량을 줄이게되어 성형성이 떨어지게 된다.

그 다음, 반죽물을 소정의 온도와 압력으로 발포 성형기에 가압시켜 넣는다. 이때 발포 성형기에는 원하는 용기 형태의 몰드가 포함되어 있다. 이때 발포 온도는 150℃ 전후가 되었다. 발포압력은 성형 동안 일정하게 유지되도록 한다. 바람직하게 발포 압력은 130～170㎏/㎤이고, 온도는 145～160℃의 조건으로 압출성형할 수 있다.

반죽물의 발포 성형이 완료되면 성형품을 탈형하여 일회용 용기가 얻어진다.

여기서 압축성형 이외에 히터 존을 통과하게 한 후 금형으로 성형하는 방법인 열성형 또는 진공성형, 그리고 반죽물을 사출기에서 금형속으로 사출하여 성형하는 사출성형으로 제작될 수도 있다.

이와 같이 제조된 일회용 용기는 일라이트 등의 운모계 점토광물이 혼입되어져 있어 원적외선, 음이온이 방출되고, 균의 생장과 번식을 억제하는 정균작용을 갖는다.

이와 같이 본 발명에 따르면 생분해성 발포용기의 기계적물성, 생분해성 및 경제성을 도모하고 용기 사용 후 폐기시에 고생분해성 및 비환경오염성을 갖는 인체에 전혀 무해한 생분해성 천연 용기를 제공한다.

매립전	매립 1개월	매립 2개월	매립 3개월

또한 자연에서 분해성도 무기질 광물이라 본 용기의 매립시험에 따른 분해성을 시험한 표 1과 같이 전분 분해와 동일한 기간에 분해되어 자연으로 환원되는 환원성이 타 용기에 비해 탁월하게 나타났다.

배양전	배양3일	배양6일	배양10일	배양14일

또한 본 용기는 곰팡이 배양 시 생분해성 시험표를 나타낸 표 2와 같이 균의 생장과 번식을 억제하는 정균작용으로 선도 보존기간이 약 7일 이상 연장되어 채소, 과일, 축산물 등의 선도가 일반 스치로품용기 및 종이(펄프)용기와 비교한 결과 신선도 및 보존기간이 월등히 높게 나타났다.

따라서 본 발명은 원형접시, 직사각형 접시, 컵, 사발용기, 국그릇 등등의 다양한 식품 포장의 용기로 제작될 수 있다.

한편, 전분에는 전분에 대해 10중량% 이하의 해물추출물이 더 포함될 수 있다. 해물추줄물은 우뭇가사리 등의 해초류에서 축출 가공된 파우더로서 공지의 생산 방법을 통하여 제조되는 것으로 상세한 설명은 생략한다. 해물추출물은 전분의 생분해성과 바인러로서의 접착력을 높일 수 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 운모계 점토광물을 적당량 분쇄하여 분말화시키는 단계와;
   분쇄된 광물 파우더를 전분과 분쇄된 옥수수대, 왕겨, 밀대, 비지에서 추출되어 분말화시킨 식물성 추출 보강분말 그리고 습강제, 강유제 등의 첨가제가 혼합되어 반죽물을 얻는 단계와;
   반죽물을 145~160℃의 온도와 130~170kg/cm²의 압력으로 발포 성형기에 가압시켜 넣는 단계와;
   반죽물의 발포 성형이 완료되면 성형품을 탈형하는 공정을 거쳐 제조된 것을 특징으로 하는 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기의 제작방법.
2. 제 1항에 있어서,
   전분은 60~70중량%, 운모계 문말은 5~10중량%, 식물성 추출 보강분말은 10~15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기의 제작방법.
3. 제 1항에 있어서,
   운모계 점토광물은 일라이트, 운모, 흙운모, 백운모, 금운모, 견운모, 게르마늄, 질석버미쿨라이트, 토르말린 중에서 하나 또는 둘 이상의 것이 혼합된 것을 특징으로 하는 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기의 제작방법.
4. 제 1항에 있어서,
   식물성 추출 보강분말에는 갈대, 억새, 볏집 등에서 추출된 분말이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기의 제작방법.
5. 제 1항에 있어서,
   전분에는 전분에 대해 10중량% 이하의 해물추출물이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기의 제작방법.
6. 제 2항에 있어서,
   운모계 점토광물은 325 메쉬의 크기로 분쇄된 것이 사용된 것을 특징으로 하는 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기의 제작방법.
7. 청구항 제1 내지 제 6항 중 어느 하나의 방법을 통하여 제작된 것을 특징으로 하는 친환경 천연재료를 이용한 생분해성 일회용 용기.