KR20150012804A - 식물체 바이오매스를 함유하는 박막형 필름 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식물체 바이오매스를 함유하여 친환경적이면서도 기존의 박막형 필름과 비교하여 동등한 두께 및 물성이 구현된 박막형 필름에 관한 것으로, 일 측면에 따르면, 필름 총 100중량%에 대하여, 폴리에틸렌(PE) 93 내지97중량%, 소맥피(wheat husk) 1 내지 3중량%, 전분 0.1 내지 0.3중량%, 가소제 0.05 내지 0.15중량%, 충진제 1 내지 3중량%, 왁스(wax) 0.25 내지 0.75중량%, 활제 0.05 내지 0.15중량% 및 기타 첨가물 0.2 내지 0.4중량%를 포함하는, 박막형 필름이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 및 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿을 준비하는 1단계; 상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿, 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿 및 폴리에틸렌(PE)을 배합하는 2단계; 상기 2단계의 배합물을 압출기에 투입하는 3단계; 상기 3단계의 투입물을 180℃ 내지 200℃에서 용융시키는 4단계; 및 상기 4단계의 용융물을 튜브형태로 압출하는 5단계;를 포함하는 것인, 박막형 필름 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 및 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿을 준비하는 1단계; 상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿, 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿 및 폴리에틸렌(PE)을 배합하는 2단계; 상기 2단계의 배합물을 압출기에 투입하는 3단계; 상기 3단계의 투입물을 180℃ 내지 200℃에서 용융시키는 4단계; 및 상기 4단계의 용융물을 튜브형태로 압출하는 5단계;를 포함하는 것인, 박막형 필름 제조 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 식물체 바이오매스를 함유하는 박막형 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식물체 바이오매스를 함유하여 친환경적이면서도 기존의 박막형 필름과 비교하여 동등한 두께 및 물성이 구현된 박막형 필름이 제공된다.
근래에 들어 식품 포장재로 이용되는 필름을 포함한 각종 플라스틱 사용량의 증가에 따라 플라스틱 폐기물의 량이 기하급수적으로 증가하고 있다. 일반적으로 플라스틱 폐기물은 매립, 소각 또는 재활용하는 방법으로 처리되고 있다.
그러나 석유계 원료에서 합성된 플라스틱 제품을 사용한 후 그 폐기물을 매립하는 경우, 분해시간이 매우 장기간 소요됨에 따라 매립공간의 부족 및 환경오염을 유발시키는 원인이 된다.
또한, 이를 소각하는 경우 유독가스가 발생하여 대기오염을 유발하고, 지구온난화 현상을 가속화하며, 재활용을 하는 경우에도 이를 수거 및 처리하는 과정에서 시간 및 비용이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 천연원료인 바이오매스를 활용함으로써, 폐기물의 분해속도가 단축된 친환경적인 플라스틱 제품 개발이 활발히 이루어지고 있다.
하지만, 이와 같은 각종 바이오매스를 플라스틱 조성물 개발에 활용하는 경우, 분해성이 개선되는 효과는 있으나 기존의 플라스틱 조성물과 비교하여 신장률, 인장강도 등 물성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기존의 필름과 동등한 두께 및 물성을 실현하면서도, 바이오매스를 함유하여 친환경적인 필름 및 이의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 필름 총 100중량%에 대하여, 폴리에틸렌(PE) 93 내지97중량%, 소맥피(wheat husk) 1 내지 3중량%, 전분 0.1 내지 0.3중량%, 가소제 0.05 내지 0.15중량%, 충진제 1 내지 3중량%, 왁스(wax) 0.25 내지 0.75중량%, 활제 0.05 내지 0.15중량% 및 기타 첨가물 0.2 내지 0.4중량%를 포함하는 박막형 필름이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활제는 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 스테아르산마그네슘 및 스테아르산으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고, 상기 가소제는 글리세롤, 프로필렌 글리콜 및 솔비톨(sorbitol)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고, 상기 충진제는 탄산칼슘(CaCO₃), 활석, 일라이트, 점토광물 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고, 상기 기타 첨가물은 산화제, 유기산, 안정제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고, 상기 왁스는 파라핀 왁스, 유동 파라핀 왁스, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스, 칸데릴라 왁스, PE 왁스 및 PP 왁스로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 및 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿을 준비하는 1단계; 상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿, 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿 및 폴리에틸렌(PE)을 배합하는 2단계; 상기 2단계의 배합물을 압출기에 투입하는 3단계; 상기 3단계의 투입물을 180℃ 내지 200℃에서 용융시키는 4단계; 및 상기 4단계의 용융물을 튜브형태로 압출하는 5단계;를 포함하는 것인, 박막형 필름 제조 방법이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 2단계의 배합물은, 배합물 총 100중량%에 대하여,
상기 폴리에틸렌 93 내지 97중량%, 상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 2 내지 4중량% 및 상기 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿 1 내지 3중량%를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿은, 바이오매스 원료 팰릿 총 100중량%에 대하여, 소맥피(wheat husk) 60 내지 65중량%, 가소제 1 내지 3중량%, 충진제 7.5 내지 12.5중량%, 왁스 7.5 내지 12.5중량%, 바인더 수지 15 내지 20중량%, 활제 1 내지 2중량% 및 기타첨가물 2.5 내지 7.5중량%를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿은 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿 총 100중량%에 대하여, 전분 7.5 내지 12.5중량%, 가소제 1 내지 3중량%, 충진제 50 내지 65중량%, 왁스 7.5 내지 12.5중량%, 바인더 수지 15 내지 25중량%, 활제 1 내지 2중량% 및 기타첨가제 2.5 내지 7.5중량%를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활제는 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 스테아르산마그네슘 및 스테아르산으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고, 상기 가소제는 글리세롤, 프로필렌 글리콜 및 솔비톨(sorbitol)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고, 상기 충진제는 탄산칼슘(CaCO₃), 활석, 일라이트, 점토광물 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고, 상기 기타 첨가물은 산화제, 유기산, 안정제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고, 상기 왁스는 파라핀 왁스, 유동 파라핀 왁스, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스, 칸데릴라 왁스, PE 왁스 및 PP 왁스로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 바인더 수지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 압출하는 단계 이전에 상기 용융된 원료를 90 내지 110메쉬(mesh)망 및 50 내지 70메쉬망을 순차적으로 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 기존의 식품 포장재용 필름과 동등한 물성을 보유하면서도, 박막의 두께를 구현하여 기존의 식품 포장재용 필름을 친환경적인 필름으로 대체할 수 있다.
도 1은 바이오매스 팰릿 제조방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 친환경적인 필름의 제조방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 친환경적인 필름의 제조방법에 대한 흐름도이다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 하기의 실시예 및 상세한 설명은 본 발명은 설명하기 위한 것 일뿐, 본 발명이 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 이로 인해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
이하에는 본 발명을 상세히 설명한다.
박막형 필름
본 발명의 일 측면에 따르면, 필름 총 100중량%에 대하여, 폴리에틸렌(PE) 93 내지97중량%, 소맥피(wheat husk) 1 내지 3중량%, 전분 0.1 내지 0.3중량%, 가소제 0.05 내지 0.15중량%, 충진제 1 내지 3중량%, 왁스(wax) 0.25 내지 0.75중량%, 활제 0.05 내지 0.15중량% 및 기타첨가물 0.2 내지 0.4중량%를 포함하는 박막형 필름이 제공된다.
"소맥피"란 밀의 도정 부산물로써 밀접에기, 배아, 밀가루 등이 섞여 있으며, 밀기울이라고도 한다.
상기 소맥피는 가격이 저렴하고 수급이 쉬우며, 팰릿 형태로의 가공이 수월하여 친환경적인 필름의 제조에 있어서 유용하게 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 필름은 소맥피를 함유하여, 갈색 계열의 색감을 가지므로 심미성이 우수하며, 바이오매스를 함유하여 생분해성이 우수하므로, 친환경적이다.
또한, 바이오매스를 함유하였음에도 불구하고, 기존의 필름과 동등한 수준의 물성을 나타내며, 압출공정을 통한 박막의 필름으로의 가공이 용이하다.
일 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 활제는 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 스테아르산마그네슘 및 스테아르산으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 활제는 필름 가공시 상기 수지의 흐름성을 좋게 하고, 압출공정이 매끄럽게 일어나도록 하기 위해 첨가된다.
상기 가소제는 글리세롤, 프로필렌 글리콜 및 솔비톨(sorbitol)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 가소제는 분자간 힘을 약화하고, 유리 전이온도를 저하시켜 유동특성, 유연성, 신전성, 탄성, 접착성, 가공성 등을 부여하고 섞임성(compatibility)을 증가시켜, 바이오매스 원료와 폴리에틸렌의 블렌딩이 용이하게 이루어지도록 한다.
상기 충진제는 탄산칼슘(CaCO₃), 활석, 일라이트, 점토광물 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 충진제는 필름의 기계적 또는 열적 성질 및 가공성을 개선하기 위해 첨가된다
상기 기타 첨가물은 산화제, 유기산, 안정제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
또한, 상기 왁스는 파라핀 왁스, 유동 파라핀 왁스, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스, 칸데릴라 왁스, PE 왁스 및 PP 왁스로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 박막형 필름은 하기의 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
필름 제조방법
도 2는 필름 제조방법에 대한 흐름도이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 및 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿을 준비하는 1단계; 상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿, 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿 및 폴리에틸렌(PE)을 배합하는 2단계; 상기 2단계의 배합물을 압출기에 투입하는 3단계; 상기 3단계의 투입물을 180℃ 내지 200℃에서 용융시키는 4단계; 및 상기 4단계의 용융물을 튜브형태로 압출하는 5단계;를 포함하는 것인, 박막형 필름 제조 방법이 제공된다.
도2를 참고하면, 상기 제조 방법에 따라 바이오매스를 함유하는 박막형의 필름 제조가 가능하다.
이를 위해 먼저 바이오매스 원료 및 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿을 준비한다.
도 1은 바이오매스 팰릿 제조방법에 대한 흐름도이다.
상기 바이오매스 원료 및 바이오매스 첨가제는 폴리에틸렌 원료와 블렌딩이 용이하도록 팰릿 형태로 가공된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿은 폴리에틸렌 원료와의 블렌딩을 통한 압출공정에 최적화되도록 가공될 수 있다.
상기 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿은 상기 바이오매스 원료 팰릿과 폴리에틸렌의 압출 공정을 개선하기 위하여 첨가되며, 상기 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿은 최종 산물인 필름의 물성을 개질하거나 원료간의 블렌딩이 용이해지도록 하는 가소제 등의 각종 첨가제를 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 바이오매스 팰릿 제조방법은 바이오매스 원료를 분쇄하는 단계; 상기 바이오매스 원료를 건조시키고, 왁스로 코팅하는 단계; 상기 코팅된 바이오매스 원료를 각종 첨가제와 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 원료를 압출기에 투입하여 용융 및 압출하는 단계로 이루어 질 수 있다.
이를 위해 바이오매스 원료는 80 내지 400메쉬로 분쇄되며, 상기 바이오매스 원료는 바람직하게는 소맥피(wheat husk)일 수 있다.
상기 분쇄된 바이오매스 원료는 약 100 내지 300℃에서 건조되며, 수분함량이 10%이하가 되도록 건조될 수 있다.
상기 건조된 바이오매스 원료는 왁스와의 고속 교반 공정을 고쳐 표면이 코팅된다. 이와 같은 코팅공정을 통해 바이오매스 원료로의 수분 재흡수가 방지될 수 있다.
상기 코팅공정이 종료된 후 필요에 따라 각종 첨가제를 상기 코팅된 원료와 혼합하고, 압출기에 투입하여 용융 및 압출함으로써 팰릿을 제조할 수 있다.
전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿 제조방법 역시 상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 제조방법과 유사하나 필요에 따라 첨가물의 성분비와 첨가물의 종류가 다소 상이할 수 있다.
다음으로 상기의 방법으로 제조된 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿, 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿 및 폴리에틸렌을 배합한다.
상기 폴리에틸렌은 압출기에서 용융 과정을 거쳐 압출이 가능한 팰릿 형태의 원료일 수 있으며, 시중에서 쉽게 구매가 가능하다.
이와 같은 폴리에틸렌은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)를 활용할 수 있으며, 식품 포장재용 박막형 필름의 제조에 있어서 바람직하게는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)를 사용할 수 있다.
상기 배합 공정은 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 압출기와 연결된 배합기를 이용하여 상기 원료들을 배합하고, 상기 배합 공정이 종료된 후 연속적으로 압출기로 투입되도록 하는 자동화 시스템을 활용할 수 있다.
상기 2단계의 배합물은, 배합물 총 100중량%에 대하여, 상기 폴리에틸렌 93 내지 97중량%, 상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 2 내지 4중량% 및 상기 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿 1 내지 3중량%를 포함할 수 있다.
상기 폴리에틸렌이 93중량%이하인 경우, 기존의 필름과 동등한 수준의 물성이 구현되지 않을 수 있으며, 97중량%이상인 경우 필름에 함유된 바이오매스의 양이 미미하여, 바이오매스를 함유시킴으로써 얻을 수 있는 심미성, 생분해성 등의 장점이 나타나지 않을 수 있다.
상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿이 2중량%이하인 경우, 전술한 바와 같이 바이오매스의 함유량이 미미하여, 이로 인해 구현되는 장점이 나타나지 않을 수 있으며, 4중량%이상인 경우에는 기존의 필름과 같은 두께가 구현되지 않을 수 있다.
상기 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿이 1중량%이하인 경우 바이오매스 원료와 폴리에틸렌의 블렌딩이 적절하게 이루어지지 않아 압출 공정이 성공적으로 이루어지지 않을 수 있으며, 3중량%이상인 경우 타 원료가 적절히 배합되지 않기 때문에 요구되는 물성이 구현되지 않을 수 있다.
다음으로 상기 배합물을 압출기에 투입하며, 120℃ 내지 200℃에서 용융시킬 수 있다.
가열 온도가 120℃ 미만일 때는 첨가된 원료들이 충분히 녹지 않아 블렌딩이 성공적으로 이루어지지 않을 수 있고, 200℃를 초과하는 경우 탄화가 일어나거나 원료들이 물처럼 녹아내려 점성이 너무 낮아지므로 압출공정이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
이와 같이 용융된 원료는 원형의 다이(die)를 통해 튜브형태로 압출될 수 있다. 필요에 따라 다이를 교체함으로써 다양한 형태의 압출물을 제조할 수 있으며, 식품포장재용 박막형 필름을 제조하기 위해서는 상기와 같이 압출 공정을 통해 튜브형태로 제조한 후, 연속적인 튜브형태의 필름을 일정 길이로 절단하고 한쪽 면을 봉합하여 식품포장재용 비닐로 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿은 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 총 100중량%에 대하여, 소맥피(wheat husk) 60 내지 65중량%, 가소제 1 내지 3중량%, 충진제 7.5 내지 12.5중량%, 왁스 7.5 내지 12.5중량%, 바인더 수지 15 내지 20중량%, 활제 1 내지 2중량% 및 기타첨가제 2.5 내지 7.5중량%를 포함할 수 있다.
상기 가소제는 분자간 힘을 약화하고, 유리 전이온도를 저하시켜 유동특성, 유연성, 신전성, 탄성, 접착성, 가공성 등을 부여하고 섞임성(compatibility)을 증가시켜, 바이오매스 원료와 폴리에틸렌의 블렌딩이 용이하게 이루어지도록 한다. 상기 가소제가 1중량% 미만 첨가되는 경우 가소성이 부여되지 않을 수 있으며, 3중량%를 초과하는 경우라도 더 이상의 가소성 개선 효과가 나타나지 않을 수 있다.
상기 충진제는 필름의 기계적 또는 열적 성질 및 가공성을 개선하기 위해 첨가되며, 상기 충진제가 7.5중량% 미만 첨가되는 경우 상기 보강 특성이 부여되지 않을 수 있으며, 12.5중량% 이상 첨가되는 경우 타 원료와의 균형이 이루어지지 않아 요구되는 물성이 달성되지 않을 수 있다.
상기 왁스는 바이오매스 원료의 코팅을 위해서 첨가되고, 상기 코팅을 통해 바이오매스 원료의 수분 재흡수가 방지될 수 있으며, 융점이 낮고 분자량이 낮아 활제의 보조제로써의 기능도 할 수 있다. 상기 왁스가 7.5중량% 미만 첨가되는 경우 요구되는 내수성이 적절히 발현되지 않을 수 있고, 12.5 중량% 초과하는 경우에는 압출 공정상 찌꺼기가 발생되어 생산성을 저해할 수 있다.
상기 바인더 수지는 분말 형태의 소맥피를 엉겨붙게 하여 팰릿형태로 이루어지도록 하기 위한 접착력을 부여한다. 상기 바인더 수지는 바이오매스 원료가 결합되도록 하기 위하여 적정량이 첨가되면 충분하며 바람직하게는 다른 첨가제와의 균형을 고려하여 바이오매스 원료 총 중량을 기준으로 15 내지 20중량% 첨가될 수 있다.
상기 활제는 필름 가공시 상기 수지의 흐름성을 좋게 하고, 압출공정이 매끄럽게 일어나도록 하기 위해 첨가된다. 상기 활제가 1 중량% 미만 첨가되는 경우 활제의 기능이 적절히 발현되지 않을 수 있으며, 2 중량%를 초과하는 경우 압출공정에서 찌꺼기가 발생할 수 있으며, 원가상승의 문제점이 있다.
상기 기타 첨가물은 필름에 있어서 요구되는 각종 성능을 개선하기 위한 첨가될 수 있으며, 따라서 필요에 따라 최종 산물의 용도 등을 고려해 적절히 첨가될 수 있다. 첨가제가 2.5 중량% 미만 첨가되는 경우 상기 성능 개질 효과가 적절히 나타나지 않을 수 있으며, 7.5 중량%를 초과하는 경우 비용이 상승하고, 첨가제를 증가시킴에 따른 성능 개질 효과가 더 이상 나타나지 않을 수 있으므로 적절히 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿은, 바이오매스 첨가제 팰릿 총 100중량%에 대하여, 전분 7.5 내지 12.5중량%, 가소제 1 내지 3중량%, 충진제 50 내지 65중량%, 왁스 7.5 내지 12.5중량%, 바인더 수지 15 내지 25중량%, 활제 1 내지 2중량% 및 기타첨가제 2.5 내지 7.5중량%를 포함할 수 있다.
전분은 필름의 성형성을 향상시켜 주기 위해 첨가되며, 이때 전분 가소제가 함께 첨가될 수 있다. 본 가소제는 통상적인 가소제가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 솔비톨이 첨가될 수 있다.
전분은 생분해도가 우수하고, 저렴하며, 수급이 용이한 장점이 있다. 또한, 독성이 없고 가소화가 용이하여 본원 발명의 소맥피와 함께 첨가하는 경우 바이오매스를 함유시킴으로써 얻을 수 있는 생분해성 등의 친환경적 특성이 구현됨과 동시에, 성형 가공성이 좋아지므로 압출 공정의 생산성이 향상될 수 있다.
상기 전분은 적절하게 첨가되는 경우 필름의 품질이 향상되고 성형성이 개선될 수 있으므로 타 원료와의 배합비를 고려하여 적절하게 첨가하여야 하며, 바이오매스 첨가제 총 중량을 기준으로, 7.5 내지 12.5 중량% 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명은 전분을 함유시킴으로써, 상기와 같이 바이오매스를 포함하는 필름을 박막으로 제조하는 경우라도, 전분, 소맥피 및 폴리에틸렌간의 상호결합작용으로 인해 기존의 필름과 동등한 인장 강도 및 신장강도를 구현할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 활제는 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 스테아르산마그네슘 및 스테아르산으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으며, 바람직하게는 스테아르산이 사용될 수 있다.
상기 가소제는 글리세롤, 프로필렌 글리콜 및 솔비톨(sorbitol)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되며, 바람직하게는 솔비톨이 사용될 수 있다.
상기 충진제는 탄산칼슘(CaCO₃), 활석, 일라이트, 점토광물 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고, 바람직하게는 탄산칼슘이 사용될 수 있다.
상기 기타 첨가물은 산화제, 유기산, 안정제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 산화제는 필름조성물의 분해를 가속화하고 열분해 또는 광분해를 촉진하기 위하여 추가적으로 투입될 수 있으며, 불포화 지방산 계열로 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산, 팔미트올레산 등이 사용될 수 있다.
상기 유기산은 산화를 촉진시켜 주어 분해성이 증진될 수 있도록 도와주며, 일부 절단된 플라스틱 수지와 바이오매스 원료를 결합시키기 위한 중간체로써의 기능을 하므로 필요에 따라 적절히 첨가할 수 있다.
상기 유기산은 구연산(Citric acid), 사과산(Malic acid), 말레산(Maleic aicd), 초산(acetic acid) 등이 사용될 수 있다.
상기 안정제는 광안정제 또는 열안정제등을 포함하며, 상기 필름의 용도에 따라 선택적으로 첨가할 수 있다.
상기 착색제는 필름에 컬러를 부여하기 위하여 첨가될 수 있으며, 제품의 용도나 소비자의 수요를 고려하여 적절히 투입할 수 있다.
상기 왁스는 파라핀 왁스, 유동 파라핀 왁스, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스, 칸데릴라 왁스, PE 왁스 및 PP 왁스로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 바인더 수지는 바이오매스 분말을 엉겨붙게 하는 역할을 하며, 이를 위해 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등 다양한 고분자 폴리머를 활용할 수 있으나, 바람직하게는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 사용할 수 있다.
선형 저밀도 폴리에틸렌은 강성, 저온 충격강도, 내스트레스크랙성이 저밀도 폴리에틸렌보다 우수하고, 내열성이 뛰어나며, 바이오매스 원료를 바인더로써 결합시키는 능력이 우수하다.
상기와 같은 특성으로 인하여 선형 저밀도 폴리에틸렌은 팰릿 형태의 바이오매스 원료 제조에 유용하게 횔용될 수 있으며, 이렇게 만들어진 팰릿은 보관이나 사용이 용이하다.
일 실시예에 따르면, 상기 압출하는 단계 이전에 상기 용융된 원료를 90 내지 110메쉬(mesh)망, 및 50내지 70메쉬망을 순차적으로 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 용용된 원료는 바이오매스 분말을 함유하고 있으므로, 상기 용융된 원료가 다이를 통과할 때, 바이오매스 분말과 폴리에틸렌이 뭉쳐진 일정 크기 아상의 고형물이 다이를 막게 되고 이로써 압출공정이 저해될 수 있다.
상기와 같은 생산성 저하를 방지하기 위하여, 다이를 통과하기 전에 매쉬망을 배치하여, 상기와 같은 고형물을 사전에 걸러내는 것이 바람직하다.
이를 위해 90 내지 110메쉬망으로 1차 필터링 공정을 거치고, 이후 50내지 70메쉬망으로 2차 필터링 공정을 거침으로써, 다이의 막힘현상이 방지되므로, 생산성이 향상될 수 있다.
일반적으로 상기와 같은 필터링을 위해 조밀한 메쉬망을 사용하지만, 본 발명과 같이 90 내지 110메쉬망, 및 50내지 70메쉬망을 순차적으로 사용하는 경우 필터링 공정으로 인한 생산성의 저하를 최소화하면서도, 동시에 다이의 막힘현상 역시 최소화할 수 있다.
상기와 같은 필터링 공정을 거치지 않는 경우에는, 생산성이 저하될 뿐 아니라 계속적인 다이의 막힘 현상으로 인하여 생산공정이 빈번히 지연되며 이로 인해 연속적인 생산공정을 진행하는 것이 어려울 수 있다.
또한, 완전이 용융되지 않은 일정 크기 이상의 고형물이 필름에 포함되지 않으므로, 최종 산물의 품질 역시 개선될 수 있다.
다만, 이상에서 살펴본 바이오매스를 함유하는 박막형 필름의 제조방법은 상기 제조방법에 한정되지는 아니하며, 이를테면, 상기 박막형 필름의 제조에 있어서 원료로 사용되는 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿, 및 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿을 하나의 팰릿 형태로 구성할 수도 있다.
즉, 상기 하나의 팰릿 형태로 구성된 바이오매스 원료 팰릿을 원료로 하여 제조되는 최종 제품의 조성비가 본 발명에 따른 제조방법을 통해 제조된 최종제품의 조성비와 동일하도록 팰릿의 조성비를 구성함으로써 본 발명에 따른 박막형 필름을 제조할 수 있을 것이다.
하기에는 바이오매스를 함유하는 박막형 필름의 제조예 및 비교예가 개시된다.
제조예
1
먼저, 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 및 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제를 준비하였다. 이를 위해 바이오매스 원료 팰릿 총 중량을 기준으로, 소맥피 60중량%을 분쇄하고 엘씨 왁스 102N(라이온케미칼 제품) 9중량%으로 코팅하였다.
다음, 상기 코팅된 소맥피를 솔비톨 2중량%, 탄산칼슘 7중량%, 선형 저밀도 폴리에틸렌 18중량%, 리놀레산 0.5중량%, 말레산 0.5중량% 및 스테아린산아연 2중량%과 혼합하고, 용융시켜 팰릿을 제조하였다.
그리고, 상기와 같은 방법으로 바이오매스 첨가제 팰릿를 제조하였으며, 상기 바이오매스 첨가제 팰릿은 총 중량을 기준으로, 전분 10중량%, 솔비톨 2중량%, 탄산칼슘 56중량%, 엘씨 왁스 102N(라이온케미칼 제품) 9중량%, 선형 저밀도 폴리에틸렌 20중량%, 리놀레산 0.5중량%, 말레산 0.5중량% 및 스테아린산아연 2중량%을 포함되도록 하였다.
제조예
2
제조예 1에서 준비된 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿, 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 및 고밀도 폴리에틸렌 팰릿을 배합기를 이용하여 배합하였다. 이때 배합물 총 중량에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌 95중량%, 바이오매스 원료 팰릿 3중량% 및 바이오매스 첨가제 팰릿 2중량%를 배합하였다. 다음으로, 상기 배합물을 압출기에 투입하고, 180도에서 용융시켰으며, 원형의 다이 앞에 100메쉬망 및 60메쉬망을 순차적으로 배치하여 이를 통해 압출공정을 진행하였다. 상기와 같은 방법으로 압출된 필름은 박막(11㎛)의 두께를 나타내었으며, 상기 필름에 대한 인장강도 및 신장강도에 대한 측정결과 하기의 표에 나타난 바와 같이 기존 필름과 동등한 수준이다.
비교예
1
상기 제조예 1과 동일한 조성비를 가지는 바이오매스 원료 팰릿을 준비하였다. 상기 준비된 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 및 고밀도 폴리에틸렌 팰릿을 배합기를 이용하여 배합하였다. 이때 배합물 총 중량에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌 80중량% 및 바이오매스 원료 팰릿 20중량%를 배합하였다. 다음으로, 상기 배합물을 압출기에 투입하고, 180도에서 용융시켰으며, 원형의 다이 앞에 100메쉬망 및 60메쉬망을 순차적으로 배치하여 이를 통해 압출공정을 진행하였다.
비교예
2
상기 제조예 1과 동일한 조성비를 가지는 바이오매스 원료 팰릿을 준비하였다. 상기 준비된 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 및 고밀도 폴리에틸렌 팰릿을 배합기를 이용하여 배합하였다. 이때 배합물 총 중량에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌 90중량% 및 바이오매스 원료 팰릿 10중량%를 배합하였다. 다음으로, 상기 배합물을 압출기에 투입하고, 180도에서 용융시켰으며, 원형의 다이 앞에 100메쉬망 및 60메쉬망을 순차적으로 배치하여 이를 통해 압출공정을 진행하였다.
비교예
3
상기 제조예 1과 동일한 조성비를 가지는 바이오매스 원료 팰릿을 준비하였다. 상기 준비된 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 및 고밀도 폴리에틸렌 팰릿을 배합기를 이용하여 배합하였다. 이때 배합물 총 중량에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌 95중량% 및 바이오매스 원료 팰릿 5중량%를 배합하였다. 다음으로, 상기 배합물을 압출기에 투입하고, 180도에서 용융시켰으며, 원형의 다이 앞에 100메쉬망 및 60메쉬망을 순차적으로 배치하여 이를 통해 압출공정을 진행하였다.
비교예
4
상기 제조예 1과 동일한 조성비를 가지는 바이오매스 원료 팰릿을 준비하였다. 상기 준비된 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 및 고밀도 폴리에틸렌 팰릿을 배합기를 이용하여 배합하였다. 이때 배합물 총 중량에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌 97중량% 및 바이오매스 원료 팰릿 3중량%를 배합하였다. 다음으로, 상기 배합물을 압출기에 투입하고, 180도에서 용융시켰으며, 원형의 다이 앞에 100메쉬망 및 60메쉬망을 순차적으로 배치하여 이를 통해 압출공정을 진행하였다.
비교예
5
기존과 동일하게, 바이오매스를 함유시키지 않고, 고밀도 폴리에틸렌 원료만을 압출 공정을 통하여 필름 형태로 제조하였다.
| 구분 | 제조예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 |
| 박막압출생산성 | ○ | X | X | △ | △ | ○ |
[X - 압출 불가 / △ - 압출 생산성 저하 / ○ - 압출 수월]
표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 제조 방법으로 압출 제조된 제조예 2의 경우 박막(11㎛)으로 압출이 이루어졌으며, 기존과 같이 폴리에틸렌만으로 필름을 제조(비교예 5)하는 것과 동등한 생산성을 나타내었다. 반면, 비교예 1 및 비교예 2의 경우 압출 공정을 진행할 수 없었으며, 비교예 3 및 4는 압출은 가능하였으나 생산성이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.
| 구분 | 인장강도(가로) | 인장강도(세로) | 신장율(가로) | 신장율(세로) |
| 제조예 2 | 4.91 | 13.5 | 430 | 270 |
| 비교예 5 | 4.81 | 7.08 | 440 | 210 |
[시험방법 : KS T 1044:2011]
본 발명에 따른 필름의 인장강도 및 신장률은 표 2에 나타난 바와 같다. 상기 시험은 한국건설생활환경시험연구원을 통해 진행되었으며, 시험 방법은 한국 표준 협회에 의해 인증된 시험 방법인 KS T 1044:2011를 통해 이루어졌다.
상기에서 인장강도의 단위는 N/15mm이며, 신장율의 단위는 %이다.
본 발명에 따른 제조예 2에 의해 제조된 박막의 필름 제품은 기존의 폴리에틸렌만으로 이루어진 박막의 필름보다 인장강도가 우수하게 나타났으며, 신장율에 있어서도 기존과 동등하거나 상대적으로 우수한 결과를 나타내었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (10)
- 필름 총 100중량%에 대하여,
폴리에틸렌(PE) 93 내지97중량%, 소맥피(wheat husk) 1 내지 3중량%, 전분 0.1 내지 0.3중량%, 가소제 0.05 내지 0.15중량%, 충진제 1 내지 3중량%, 왁스(wax) 0.25 내지 0.75중량%, 활제 0.05 내지 0.15중량% 및 기타 첨가물 0.2 내지 0.4중량%를 포함하는, 박막형 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인, 박막형 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 활제는 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 스테아르산마그네슘 및 스테아르산으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고,
상기 가소제는 글리세롤, 프로필렌 글리콜 및 솔비톨(sorbitol)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고,
상기 충진제는 탄산칼슘(CaCO₃), 활석, 일라이트, 점토광물 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고,
상기 기타 첨가물은 산화제, 유기산, 안정제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고,
상기 왁스는 파라핀 왁스, 유동 파라핀 왁스, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스, 칸데릴라 왁스, PE 왁스 및 PP 왁스로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것인, 박막형 필름.
- 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿, 및 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿을 준비하는 1단계;
상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿, 상기 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿, 및 폴리에틸렌(PE)을 배합하는 2단계;
상기 2단계의 배합물을 압출기에 투입하는 3단계;
상기 3단계의 투입물을 180℃ 내지 200℃에서 용융시키는 4단계; 및
상기 4단계의 용융물을 튜브형태로 압출하는 5단계;를 포함하는 것인, 박막형 필름 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 2단계의 배합물은, 배합물 총 100중량%에 대하여,
상기 폴리에틸렌 93 내지 97중량%, 상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿 2내지 4중량% 및 상기 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿 1 내지 3중량%을 포함하는 것인, 박막형 필름 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 소맥피를 포함하는 바이오매스 원료 팰릿은, 바이오매스 원료 팰릿 총 100중량%에 대하여,
소맥피(wheat husk) 60 내지 65중량%, 가소제 1 내지 3중량%, 충진제 7.5 내지 12.5중량%, 왁스 7.5 내지 12.5중량%, 바인더 수지 15 내지 20중량%, 활제 1 내지 2중량% 및 기타첨가제 2.5 내지 7.5중량%를 포함하는 것인, 박막형 필름 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 전분을 포함하는 바이오매스 첨가제 팰릿은, 바이오매스 첨가제 팰릿 총 100중량%에 대하여,
전분 7.5 내지 12.5중량%, 가소제 1 내지 3중량%, 충진제 50 내지 65중량%, 왁스 7.5 내지 12.5중량%, 바인더 수지 15 내지 25중량%, 활제 1 내지 2중량% 및 기타첨가제 2.5 내지 7.5중량%를 포함하는 것인, 박막형 필름 제조 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 활제는 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 스테아르산마그네슘 및 스테아르산으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고,
상기 가소제는 글리세롤, 프로필렌 글리콜 및 솔비톨(sorbitol)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고,
상기 충진제는 탄산칼슘(CaCO₃), 활석, 일라이트, 점토광물 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고,
상기 기타 첨가물은 산화제, 유기산, 안정제 및 착색제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고,
상기 왁스는 파라핀 왁스, 유동 파라핀 왁스, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스, 칸데릴라 왁스, PE 왁스 및 PP 왁스로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것인, 박막형 필름 제조 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 바인더 수지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)인 것인, 박막형 필름 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 압출하는 단계 이전에 상기 용융물을 90내지 110메쉬(mesh)망 및 50 내지 70메쉬망을 순차적으로 통과시키는 단계를 더 포함하는 것인, 박막형 필름 제조 방법.
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