KR20130095984A

KR20130095984A - 친환경적 생분해성 플라스틱 보드 드레인 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20130095984A
Application number: KR1020120017441A
Authority: KR
Inventors: 박완선
Original assignee: 박완선
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-08-29

Abstract

본 발명은 코어재와 필터재로 되는 플라스틱 보드 드레인에 있어서, 상기 코어재는 (a) 폴리락트산과 폴리부틸석시네이트로 되는 생분해성 수지 95~97중량%와; (b) 팜유 10~20중량%, 폴리락트산 10~15중량% 및 나노 크기의 백운모 입자 65~80중량%로 이루어진 나노복합물 3~5중량%;를 컴파운딩한 생분해성 수지 조성물로 압출성형한 것인 친환경적 생분해성 플라스틱 보드 드레인에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 요구되는 강도를 충족하면서도 토양오염의 문제가 없으며 경제적인 코스트로 친환경적 생분해성 플라스틱 보드 드레인을 제공하는 것이 가능하게 된다.

Description

친환경적 생분해성 플라스틱 보드 드레인 및 그 제조방법{Eco-friendly bio-degradable plastic board drain and preparation thereof}

본 발명은 연약지반 개량공사에 사용되어 지중의 수분이 수직상향으로 용이하게 유출되도록 유도하는 배수관의 역할을 함으로서 신속하게 지반내 수분(지중의 간극수)을 제거하여 지반을 목표 강도까지 증진시키는데 사용하는 토목 연약지반 개량 자재인 플라스틱 보드드레인(Plastic board drain: PBD)에 관한 것으로서, 특히 압밀 기간이 종료된 후 미생물 의해 분해되어 자연으로 환원되는 친환경적인 생분해성 플라스틱 보드 드레인 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 플라스틱 보드 드레인은 연약지반을 강화하기 위하여 내부가 빈 파이프 형태의 드레인 케이싱에 투수성을 갖는 플라스틱 보드 드레인을 삽입하고 상기 드레인 케이싱을 지중으로 관입한 다음 플라스틱 보드 드레인만 남기고 드레인 케이싱을 인발함으로써 지중에 플라스틱 보드 드레인를 매설하여, 플라스틱 보드 드레인의 표면을 따라 지중의 간극수를 지상으로 서서히 배출하면서 연약지반을 강화하는데 사용된다.

플라스틱 보드 드레인를 연약지반 내에 수직으로 설치하면 간극수가 여과기능을 가진 부직포 필터를 거쳐 내부 코어인 플라스틱 배수구를 통하여 상부로 쉽게 배출된다.

플라스틱 보드 드레인의 코어는 압출제품이며, 배수용량 및 여과면적이 크고 강도가 커야한다. 그리고 저온 및 고온에서 시공성이 좋아야 하며, 유연성이 좋고 수분에 의한 수축이나 변형이 발생하지 않아야 한다.

플라스틱 보드 드레인의 필터는 부직포 또는 웹이며, 인장력이 커야하고 투 수성 및 여과효과가 탁월해야한다. 또한, 구멍 막힘 현상이 없고 내구성이 우수하여야 한다.

비분해성 플라스틱 보드 드레인은 일반적으로 필터부재로 폴리프로필렌 부직포를 사용하고 코어부재로 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 사용하여 제조한다. 일반적으로 보드 드레인은 연약지반에 시공 후 1년이 경과하면 수분 흡수가 거의 끝나게 되고, 그 후 약 3 년 동안 지반에 묻혀 있게 되며, 3년이 지나면 토양을 갈아 엎어 적정용도로 이용하게 되는데, 비분해성 플라스틱 보드 드레인은 토양 속에서 그대로 존재하게 되어 토양을 오염시키거나 지력을 약하게 한다. 이러한 토양오염은 배수재의 설치 및 회수, 배수재 위에 위치한 토양의 붕괴로 인한 토양의 변형 등이며 비틀림은 압밀가공하는 동안 배수재의 수축에 기인한다.

산업단지와 고속도로 등 토목공사현장의 연약지반 개량공사에 투입된 플라스틱 보드 드레인이 시공 후 폐기물로 수거되어야 하나 현실적으로 수거할 방법이 없어 연약지반의 압밀기능이 완료된 후에도 토양에 그대로 방치돼 토양미생물 활동, 토양내 간극수 흐름을 차단하여 발생하는 토양오염 등의 환경오염문제를 유발한다. 또한 기존의 비분해성 플라스틱 보드 드레인은 기후온난화를 촉진하는 CO₂발생원이 되는 문제점도 있는 것이다.

현재 비분해성 플라스틱 보드 드레인 소재의 대안으로 제안되는 분해성 플라스틱으로는 지중, 수중의 자연환경에서 미생물에 의해 분해되는 생분해성 플라스틱, 태양광에 의해 분해되는 광분해성 플라스틱, 첨가제인 분해물질을 범용 플라스틱에 첨가하여 만든 생붕괴성 플라스틱 및 이들의 특성을 혼합한 생광분해성 플라스틱 등이 있다.

종래, 분해성 플라스틱 보드 드레인에 관한 선행기술로서 한국특허 등록 제10-395740호에는 열가소성 수지를 주성분으로 하는 압출성형물이며 다수개의 수분통로가 형성된 코어부재와 상기 코어부재를 감싸는 섬유재 필터부재로 이루어진 플라스틱 드레인 보드에 있어서, 상기 코어부재가 열가소성 수지 65∼95중량% 및 생분해성 고분자 5∼35중량%로 되고, 토양 매립 후 180일 이후의 인장강도 보유율이 60% 이상이고, 토양 매립 후 730일 이후의 인장강도 보유율이 50% 이하이며, 상기 코어부재에 함유되는 생분해성 고분자의 함량이 전분 10중량% 이하 및 생분해성 지방족 폴리에스테르 30중량%이하이되, 상기 전분과 생분해성 지방족 폴리에스테르의 합계 량이 5∼35중량%인 생분해성 플라스틱 보드 드레인이 제안되어 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 생분해성 플라스틱 보드 드레인은 그 분해의 정도가 일부인 생붕괴이어서 토양오염 문제를 충분히 해결하지 못하고, 플라스틱 보드 드레인에 요구되는 강도를 충족시키지 못하며, 또한 비분해성 플라스틱 보드 드레인에 비하여 고가의 제품이어서 실제로 현장에 적용되고 있지 못하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반문제점을 감안하여 플라스틱 보드 드레인에 요구되는 강도를 충족하면서도 토양오염의 문제가 없으며 경제적인 코스트로 제공할 수 있으며 친환경적인 생분해성 플라스틱 보드 드레인을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성한 본 발명에 의하면 코어재와 필터재로 되는 플라스틱 보드 드레인에 있어서, 상기 코어재는

(a) 폴리락트산과 폴리부틸석시네이트로 되는 생분해성 수지 95~97중량%와; (b) 팜유 10~20중량%, 폴리락트산 10~15중량% 및 나노 크기의 백운모 입자 65~80중량%로 이루어진 나노복합물 3~5중량%;를 컴파운딩한 생분해성 수지 조성물로 압출성형한 것임을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 보드 드레인이 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면, 상기 생분해성 수지(a)가 폴리락트산 60~85중량%와 폴리부틸석시네이트 15~40중량%로 되는 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 보드 드레인이 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 상기 필터재가 중량평균분자량 100,000~120,000의 폴리락트산 섬유의 스펀본딩 부직포인 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 보드 드레인이 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 상기 부직포의 평량이 50~150 g/㎡인 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 보드 드레인이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 코어재와 필터재로 되는 플라스틱 보드 드레인을 제조함에 있어서, 상기 코어재를

(1) 폴리락트산과 폴리부틸석시네이트로 되는 생분해성 수지 95~97중량%와; 팜유 10~20중량%, 폴리락트산 10~15중량% 및 나노 크기의 백운모 나노입자 65~80중량%로 이루어진 나노복합물 3~5중량%를 컴파운딩하여 생분해성 수지조성물을 제조하는 단계;

(2) 상기 생분해성 수지조성물을 압출하는 단계;

(3) 단계(2)에서 얻어진 압출물을 폴리싱롤로 압착하는 단계; 및

(4) 단계(3)에서 얻어진 압착물을 소정의 길이로 재단하는 단계;를 통해 제조하는 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱 보드 드레인의 제조방법이 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 코어재와 필터재로 되는 플라스틱 보드 드레인을 제조함에 있어서, 상기 코어재를

(1) 폴리락트산과 폴리부틸석시네이트로 되는 생분해성 수지 95~97중량%와; 팜유 10~20중량%, 폴리락트산 10~15중량% 및 나노 크기의 백운모 입자 65~80중량%로 이루어진 나노복합물 3~5중량%를 컴파운딩하여 생분해성 수지조성물을 제조하는 단계;

(2) 상기 생분해성 수지조성물을 150~180℃의 온도범위에서 압출하는 단계;

(3) 단계(2)에서 얻어진 압출물을 30~45℃의 온도범위에서 폴리싱롤로 압착하는 단계; 및

본 발명에 의하면 플라스틱 보드 드레인에 요구되는 강도를 충족하면서도 토양오염의 문제가 없으며 경제적인 코스트로 제공할 수 있으며, 또한 교토의정서 발효 및 탄소배출권 거래가 더욱 활발히 진행되고 있고 2012년부터 시행되는 온실가스 목표관리제, 2020년까지 온실가스 배출전망치 30% 감축이라는 정부의 정책방향에 따라 CO₂발생원을 지양할 수 있는 환경친화적인 획기적인 토목자재로서 토목시공 현장에서 탄소 발생 저감효과를 가장 확실히 나타낼 수 있는 계기가 될 것으로 예상되며, 더불어 국제적으로 특히 선진국 독일, 네덜란드 등에서 친환경 보드 드레인의 사용이 증가하는 추세로 국내 적용뿐 아니라 선진국에 수출하여 지구 온난화의 주범인 석유계 제품의 대체제품으로 그 가능성은 훨씬 클 것으로 판단되어 진다.

도 1은 본 발명에 따르는 실시예 1에서 제조한 코어재의 사진이고,
도 2는 본 발명에 따르는 실시예 1에서 제조한 필터재의 사진이며,
도 3은 본 발명에 따르는 실시예 1에서 도 1의 코어재와 도 2의 필터재를 합포하여 제조한 생분해성 플라스틱 보드 드레인의 사진이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에 따르는 생분해성 플라스틱 보드 드레인은 생분해성 코어재와 생분해성 필터재가 결합되어 구성된다.

본 발명의 생분해성 플라스틱 보드 드레인에 있어서, 코어재는 생분해성 수지(a) 95~97중량%와 나노복합물(b) 3~5중량%을 컴파운딩한 생분해성 수지 조성물로 압출성형한 것이다. 본 발명에 따라 생분해성 수지(a)와 나노복합물(b)로 코어재를 구성하면 기존의 비분해성 플라스틱 보드 드레인용 코어재와 대등한 정도로 물성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 코어재에 있어서, 나노복합물의 함량이 3중량% 보다 적으면 코어재의 물성이 플라스틱 보드 드레인에 적용하기에 다소 미흡하게 되고, 5중량% 보다 많으면 결정화는 빠르게 되지만 코아재가 깨지기 쉬운 특성(brittle)이 나타날 수 있어, 상기한 범위 내로 생분해성 수지(a)와 나노복합물(b)을 배합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 코어재를 구성하는 제 1 성분인 생분해성 수지(a)는 폴리락트산과 폴리부틸석시네이트로 이루어진다. 코어재용 생분해성 수지(a)를 폴리락트산만으로 성분조성 하면 특성상 결정성이 강하게 나타나 브리틀한(깨짐)현상이 발생하고, 폴리부틸석시네이트만으로 조성하면 인장강도 및 신율은 폴리락트산 보다 우수하게 되지만 퇴비화 조건이 아니더라도 단기간(1년 전후)에 코어재가 분해되어 플라스틱 보드 드레인으로서의 기능을 유지할 수 없게 된다.

본 발명에 따라 코어재용 생분해성 수지(a)를 폴리락트산과 폴리부틸석시네이트로 구성하면, 바람직하게 폴리락트산 60~85중량%와 폴리부틸석시네이트 15~40중량%로 구성하면 상기한 문제점이 없이 생분해성 플라스틱 보드 드레인을 구현하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 코어재를 구성하는 제 2 성분인 나노복합물(b)은 팜유 10~20중량%, 폴리락트산 10~15중량% 및 나노 입자 크기의 백운모 입자 65~80중량%로 이루어진 것으로, 바람직하게 나노 입자 크기를 갖는 백운모 입자를 팜유에 분산시킨 상태에서 폴리락트산과 혼합하여 제조한 것이다.

백운모는 화학성분은 K(OHF₂)2Al₃Si₃O₁₀이며, 철이나 마그네슘을 소량 함유한 것도 있다. 굳기 2∼2.5, 비중 2.7∼3이며 미세한 섬유상의 결정을 이룬다. 흔히 육각형의 외곽을 나타내고, 밑면에 완전한 쪼개짐이 있고, 쪼개짐 조각은 탄력성이 높은 특징을 가지는 광물로서 천연적으로 구조적인 안정성을 가진다. 이러한 백운모는 내화성이 강하고, 절연성을 나타내며, 가소성이 크고 건조강도나 생강도가 커서 높은 기계적 강도를 가지며, 얇고 강하여 요곡성이 있으며 탄성이 우수하다. 백운모는 용융되어 생성되는 유리상의 점성이 커서 하중연화온도가 높은 특성을 가지므로, 지중에 매설되는 생분해성 코어재에 적용될 경우 코어재의 하중특성을 향상시킬 수 있다. 또한 백운모는 산에 대한 내식성이 있고, 알칼리, 일반유기용매 및 기름과 반응하지 않는 화학적 불활성을 가지며, 이를 분말화 할 경우 외면이 거칠고 광택이 없으며 매우 얇게 층상으로 갈라져 높은 종횡비를 가지므로 세로방향의 물성이 약한 특징을 가지는 생분해성 코어재에 적용될 경우에는 세로 방향의 기계적 물성을 보완할 수 있다.

본 발명에의 나노 복합물에서 백운모는 나노 크기로 파쇄 또는 분쇄하여 팜유에 분산시킨다.

팜유의 선택은 백운모 입자와의 혼합성 및 안정성, 생분해성 수지와의 상용성 및 생분해성을 고려하여 이루어진 것으로, 합성 가공유를 사용하는 경우에 나타나는 환경오염의 문제점을 배제하기 위한 것이기도 하다.

본 나노 복합물에서 팜유의 함량이 너무 적으면 교반이 어려워 오일과 백운모 입자의 흡착성이 좋지 않아 백운모 기공의 팽창성 확보가 어려워지는 문제점이 있다. 반면, 오일 함량이 너무 많으면 생분해성 수지와 백운모 입자의 결합력이 약화되어 기계적 및 물리적 특성의 향상을 기대하기 어려운 문제점이 있게 되므로 상기한 범위내에서 배합하는 것이 필요하다. 백운모 입자 내의 미세한 기공으로 팜유가 주입되면 기공이 박리되고 층상 간격이 증가하여 생분해성 수지의 삽입이 더욱 용이하게 된다. 또한, 생성된 반응열이 증가함에 따라 기공 또는 층간의 오일이 열팽창되면 층간 간격이 더욱 커지게 된다.

본 나노 복합물에서 백운모 입자의 함량이 너무 적으면 생분해성 수지의 개질 효과가 불충분하고 너무 많으면 생분해성 수지와의 상용성이 저하될 수 있기 때문에 상기한 범위내의 함량으로 배합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르는 코어재용 생분해성 조성물에는 상기한 성분 외에도 통상적으로 사용하는 첨가제를 사용할 수 있으며, 이러한 첨가제로는 기타의 무기 충전재, 가소재, 산화안정재 등이 있다.

본 발명의 플라스틱 보드 드레인에 있어서, 필터재로는 중량평균분자량 100,000~120,000의 폴리락트산 섬유의 스펀본딩 부직포를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 필터재는 높은 투수력과 압밀작용시 글로킹 현상이 발생하지 않으며 인장강도를 유지할 수 있는 장점이 있다.

생분해성 플라스틱 보드 드레인에 사용되는 필터재의 경우 일반적으로 많이 사용되는 중량평균 분자량 60,000~70,000의 폴리락트산의 경우 비결정성으로 인장강도가 낮아 플라스틱 보드 드레인 필터재로서의 기능, 즉 필터가 고압에 의해서 코아재의 배수구 통로를 막히게 함으로서 사용이 곤란하게 되나, 본 발명에 따라 중량평균분자량 100,00~120,000으로 중합하여 결정성을 갖도록 하여 인장강도를 높인 폴리락트산 스펀본딩 필터재는 상기한 문제없이 사용 인장강도와 투수력을 높일 수 있어 효과적이다. 분자량이 60,000~70,000인 폴리락트산 섬유의 인장강도는 모노데니아당 2.1~2.3g 이지만 더 중합하여 분자량 100,000~120,000으로 할 경우 모노 데니아당 3~8g의 인장 강도를 유지할 수 있게 된다.

또한 스펀본딩 부직포는 엠보싱을 부여하여 물성을 강화하는 것이 보다 효과적이며, 부직포의 평량은 50~150 g/㎡로 하는 것이 바람직하다.

이러한 생분해성 필터재는 기존 비분해성 필터재와 대등한 물성을 갖춰서 이를 대체하여 적용할 수 있는 생분해성 필터재이다.

본 발명의 생분해성 플라스틱 보드 드레인은 코어재와 필터재를 합포하여 제조한다.

바람직하게 본 발명의 코어재는

(2) 상기 생분해성 수지조성물을 압출하는 단계;

(4) 단계(3)에서 얻어진 압착물을 소정의 길이로 재단하는 단계;를 통해 제조할 수 있다.

특히, 상기 압착단계(3)는 단계(2)에서 얻어진 압출물을 30~45℃의 폴리싱롤로 압착하는 것이 바람직하다. 폴리싱롤의 온도가 상기한 범위 보다 높으면 폴리락트산이 일부 결정화 진행이 되어 바람직하지 않고, 상기한 범위 보다 낮으면 급랭이 되어 비결정성 코어재의 생산은 가능하지만 재단 또는 커팅 시에 깨지기 쉬워, 상기한 범위내의 폴리싱롤 온도에서 압착하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예의 방법으로 설명하기로 한다.

[실시예 1]

1. 나노 복합물의 제조

평균입경 10 nm의 백운모 입자 73 중량%와 팜유 15중량%를 교반기에 넣어 분산한 후에 여기에 중량평균분자량 100,000~120,000의 폴리락트산 12중량%를 넣고 교반하여 나노 복합물을 제조하였다.

2. 코어재용 생분해성 수지조성물의 제조

상기한 나노복합물 4중량%, 폴리락트산 70중량% 및 폴리부틸석시네이트 26중량%를 컴파운딩하여 펠렛상의 코어재용 생분해성 수지조성물을 제조하였다.

3. 코어재의 제조

상기한 코어재용 생분해성 수지조성물을 온도 150~180℃에서 티다이로 압출하고, 온도 170~180℃에서 다이스를 통과시킨 후, 20~45℃의 2개의 폴리싱롤로 압출하고 200mm로 재단하여 코어재를 제조하였다. 제조된 코어재는 도 1에 제시된다.

4. 생분해성 플라스틱 보드 드레인의 제조

중량평균분자량 100,000~120,000의 폴리락트산 섬유의 스펀본딩 엠보싱 부직포를 220mm로 재단하여 필터재를 준비하였다 (도 2의 사진 참조).

상기 코어재와 필터재를 합포하여 초음파로 접착한 후 롤 상태로 권취하여 생분해성 플라스틱 보드 드레인을 제조하였다. 제조된 생분해성 플라스틱 보드 드레인은 도 3에 제시된다.

5. 평가

ASTM D 633의 방법에 의하여 제조한 생분해성 플라스틱 보드 드레인의 인장강도, 토양매립 후 365일에서의 인장강도를 측정하여 인장강도 유지율을 계산한 결과, 평균 인장강도 유지율이 91.5%인 것으로 나타났다.

Claims

코어재와 필터재로 되는 플라스틱 보드 드레인에 있어서, 상기 코어재는
(a) 폴리락트산과 폴리부틸석시네이트로 되는 생분해성 수지 95~97중량%와; (b) 팜유 10~20중량%, 폴리락트산 10~15중량% 및 나노 크기의 백운모 입자 65~80중량%로 이루어진 나노복합물 3~5중량%;를 컴파운딩한 생분해성 수지 조성물로 압출성형한 것임을 특징으로 하는 친환경적 생분해성 플라스틱 보드 드레인.
제 1 항에 있어서, 상기 생분해성 수지(a)가 폴리락트산 60~85중량%와 폴리부틸석시네이트 15~40중량%로 되는 것을 특징으로 하는 친환경적 생분해성 플라스틱 보드 드레인.
제 1 항에 있어서, 상기 필터재가 중량평균분자량 100,000~120,000의 폴리락트산 섬유의 스펀본딩 부직포인 것을 특징으로 하는 친환경적 생분해성 플라스틱 보드 드레인.
제 3 항에 있어서, 상기 부직포의 평량이 50~150 g/㎡인 것을 특징으로 하는 친환경적 생분해성 플라스틱 보드 드레인.
코어재와 필터재로 되는 플라스틱 보드 드레인을 제조함에 있어서, 상기 코어재를
(1) 폴리락트산과 폴리부틸석시네이트로 되는 생분해성 수지 95~97중량%와; 팜유 10~20중량%, 폴리락트산 10~15중량% 및 나노 크기의 백운모 나노입자 65~80중량%로 이루어진 나노복합물 3~5중량%를 컴파운딩하여 생분해성 수지조성물을 제조하는 단계;
(2) 상기 생분해성 수지조성물을 압출하는 단계;
(3) 단계(2)에서 얻어진 압출물을 폴리싱롤로 압착하는 단계; 및
(4) 단계(3)에서 얻어진 압착물을 소정의 길이로 재단하는 단계;를 통해 제조하는 것을 특징으로 하는 친환경적 생분해성 플라스틱 보드 드레인의 제조방법.
제 5 항에 있어서, 코어재와 필터재로 되는 플라스틱 보드 드레인을 제조함에 있어서, 상기 코어재를
(1) 폴리락트산과 폴리부틸석시네이트로 되는 생분해성 수지 95~97중량%와; 팜유 10~20중량%, 폴리락트산 10~15중량% 및 나노 크기의 백운모 입자 65~80중량%로 이루어진 나노복합물 3~5중량%를 컴파운딩하여 생분해성 수지조성물을 제조하는 단계;
(2) 상기 생분해성 수지조성물을 150~180℃의 온도범위에서 압출하는 단계;
(3) 단계(2)에서 얻어진 압출물을 30~45℃의 온도범위에서 폴리싱롤로 압착하는 단계; 및
(4) 단계(3)에서 얻어진 압착물을 소정의 길이로 재단하는 단계;를 통해 제조하는 것을 특징으로 하는 친환경적 생분해성 플라스틱 보드 드레인의 제조방법.