KR20160011893A

KR20160011893A - 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물 및 팔레트 제조방법

Info

Publication number: KR20160011893A
Application number: KR1020140093154A
Authority: KR
Inventors: 박명종; 유영선
Original assignee: 콘프라테크 주식회사; 유영선; 박명종
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-02-02

Abstract

본 발명은 바이오매스 펠릿과 재생 고분자 펠릿 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA: Ethylene Vinyl Acetate)를 혼합 사출함으로써, 화물적재용 팔레트와 같이 사출 크기(shot size)가 큰 플라스틱 제품을 제조하면서도, 충분한 기계적 물성을 달성할 수 있는 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물 및 이를 이용한 팔레트의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

Description

바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물 및 팔레트 제조방법{COMPOSITION FOR MANUFACTURING PALLET COMPRISING BIOMASS PELLETS, AND PREPARATION METHOD OF PALLET USING THE SAME}

본 발명은 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트(pallet) 제조용 조성물 및 팔레트 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 옥수수대 또는 옥수수심을 폴리프로필렌 등의 수지와 혼합 토출하여 제조한 바이오매스 펠릿, 재생 고분자 펠릿 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA: Ethylene Vinyl Acetate) 등을 혼합하여 사출 크기(shot size)가 상대적으로 큰 사출물인 화물적재용 팔레트의 사출, 성형에 적합하도록 구성된 팔레트 제조용 조성물 및 이를 이용한 팔레트 제조방법에 관한 것이다.

팔레트는 특정한 물품을 일정한 적재 단위로 하여 운반하기 위한 것으로, 물품이 올려 놓여지는 사각형 형상의 패널이 형성되고, 지게차의 포크(fork)가 들어갈 수 있도록 패널의 아래쪽 좌우 방향과 전후 방향으로는 각각 차입구가 형성되어 패널 상부에 물품을 적재한 다음 지게차의 포크를 일측 차입구에 꽂아 패널을 들어올려 운반할 수 있도록 한 것이다.

전통적으로 목재 팔레트가 많이 사용되었으나 목재 팔레트는 비용 면에서 이점이 있지만 파손되기 쉬워 사용 가능기간이 짧고, 위생 상태를 유지하기 곤란하여 식품과 같이 위생이 중요시되는 용도에서는 그 유용성이 제한된다.

플라스틱 산업의 성장으로 광범위한 각종 플라스틱이 팔레트 제조에 사용되고 있다. 플라스틱 팔레트는 용이하게 성형할 수 있고, 목재 팔레트보다 강하고 경량이며 위생적 용도에 적합하여 널리 사용되고 있는 실정이다.

그러나, 플라스틱 팔레트 역시 그 수명은 제한적인 것으로 사용 중 변형이나 파손된 팔레트는 전량 폐기되는바, 자원 낭비가 심하고 환경 오염을 가중시키게 되는 문제가 있다.

바이오매스 펠릿은 옥수수 등 식물로부터 유래하는 소위 바이오매스를 25% 이상 함유하는 플라스틱을 말하는데 대기 중의 탄소가 광합성에 의해 고정된 식물 자원을 원료로 사용함으로써 대기 중의 이산화탄소의 농도가 증가되는 것을 억제하는 효과가 있고, 한정된 자원인 석유의 소비량을 줄일 수 있으며, 폐기 후에는 미생물에 의해 분해되기 때문에 친환경적인 자연 분해성 소재로 주목받고 있다.

이러한 장점에도 불구하고 바이오매스 펠릿은 주로 숫가락, 젓가락, 주걱, 물병, 컵 등의 단순한 소형 플라스틱 제품의 소재로 사용되고 있는데, 이는 바이오 펠릿 소재가 높은 용융흐름지수(Melt flow Index)를 가지고 있어 사출물의 크기(shot size)가 큰 경우에 사출 불량의 발생률이 높고, 완성 제품이 요구하는 인장강도, 충격강도 등 기계적 물성을 달성하기 어렵기 때문이다.

바이오매스 펠릿을 사출 크기(shot size)가 상대적으로 큰 화물적재용 팔레트, 각종 상자 등에 적용한다면 플라스틱 폐기물의 재활용이 가능하고 폐기에 따르는 경제적 부담을 상당히 경감할 수 있을 것이다.

한국공개특허 특10-2012-0041447 한국공개특허 특10-2012-0041634

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 바이오매스 펠릿과 재생 고분자 펠릿 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA: Ethylene Vinyl Acetate)를 혼합 사출함으로써, 화물적재용 팔레트와 같이 사출 크기(shot size)가 큰 플라스틱 제품을 제조하면서도, 충분한 기계적 물성을 달성할 수 있는 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물 및 이를 이용한 팔레트의 제조방법을 제공하기 위한 것이다

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 옥수수대 또는 옥수수심을 원료로 제조한 바이오매스 펠릿, 재생 고분자 펠릿, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등으로 구성된 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물을 제공한다.

또한, 상기 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물은 전체 중량을 기준으로 상기 바이오매스 펠릿 67~87 중량%, 상기 재생 고분자 10~30 중량%, 상기 에틸렌비닐아세테이트 3~5 중량%로 구성된 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물을 제공한다.

또한, 상기 재생 고분자 펠릿은 재생 PLA(Poly Lactic Acid) 펠릿 또는 재생 폴리에틸렌(PE: Polyethylene) 펠릿 중 어느 하나 이상으로 구성된 것, 구체적으로 재생 PLA(Poly Lactic Acid) 펠릿 단독, 또는 재생 PLA(Poly Lactic Acid) 펠릿 및 재생 PE(Polyethylene) 펠릿으로 구성된 것, 보다 구체적으로 재생 PLA(Poly Lactic Acid) 펠릿 및 재생 PE(Polyethylene) 펠릿이 동일한 중량비로 구성된 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물을 제공한다.

또한, 상기 바이오매스 펠릿은 바이오매스 10~30 중량%, 폴리프로필렌 50~70 중량% 및 첨가제 1~20 중량%로 구성된 팔레트 제조용 조성물을 제공한다.

또한, 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트를 제조하는 방법에 있어서, 사출조건은 사출온도 220~240℃, 사출압력 100~135bar, 사출속도 450~520mm/min, 사출시간 80~90 sec, 냉각 시간 20~30 sec 범위에서 각각 설정되는 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조방법을 제공한다.

이와 같이 된 본 발명은, 사출 크기(Shot Size)가 큰 화물적재용 팔레트를 제조하는 경우에도 미성형 등의 사출 불량 발생률이 현저하게 감소되며, 사출 성능이 우수한 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물을 제공한다.

또한, 상기 조성물로 제조된 화물적재용 팔레트는 충격강도, 압축강도 등 기계적 물성이 우수하여 제품의 사용 수명이 증가하게 된다.

또한, 한번 사용되고 폐기되거나 제조 공정상 부산물인 재생 고분자 수지를 원료로 사용하여 자원의 재활용으로 폐기물 처리의 경제적 부담을 상당히 경감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 화물적재용 팔레트의 사출 성형품이다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 옥수수대 또는 옥수수심을 원료로 제조한 바이오매스 펠릿, 재생 고분자 펠릿, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등으로 구성된 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물을 제공한다.

상기 옥수수대 또는 옥수수심을 원료로 제조한 바이오매스 펠릿은 본 출원인의 선행 등록 특허인 식물체 옥수수심을 이용한 바이오매스 펠릿 및 그 제조방법(등록 10-1217788호) 및 옥수수대를 이용한 자연분해성 바이오매스 펠릿 및 그 제조방법(등록 10-1282931호)에 따른 것이다.

예를 들어, 옥수수심 또는 옥수수대를 80 내지 400 메쉬 이하의 미립자로 분쇄하여 식물체 분말을 제조한 다음, 상기 식물체 분말을 50℃ 내지 150℃에서 가열 건조하여 수분을 제거한다. 수분이 제거된 식물체 분말에 왁스를 투입하고 교반하면 코팅된 식물체 분말이 생성되는데 이는 수분의 재흡수를 방지하는 효과가 있다.

상기 코팅된 식물체 분말과 바인더 역할을 하는 플라스틱 고분자수지 및 유기산과 과산화물을 포함하여 투입하고 혼합하여 혼합물을 생성하게 된다. 상기 혼합물을 트윈 익스트루더에 투입하여 플라스틱 수지-식물체 그라프트 결합이 이루어지도록 하고, 상기 플라스틱 수지-식물체 그라프트 결합이 이루어진 물질을 토출구를 통해 토출시키고, 토출된 스트랜드를 컨베이어 벨트를 통하여 이송하면서 송풍 건조 후 커팅 또는 페이스 커팅하여 플라스틱 수지-식물체 그라프트 결합 구조체 조성물인 바이오매스 펠릿을 제조할 수 있다.

상기 재생 고분자 펠릿은 고분자 펠릿의 제조 공정에서 발생하는 것으로 생산 공정 초기의 공정 불량, 품질 불량 등 정상적 품질 수준에 있지 않은 고분자를 재용융하여 제조한 펠릿일 수 있다. 또한 다양한 산업 분야에서 사용이 된 후 폐기된 플라스틱 제품을 재활용한 것으로 선별, 회수된 폐플라스틱을 재용융하여 펠릿으로 제조한 것일 수도 있다. 이러한 방식으로 재생된 고분자 펠릿은 특히 폴리락틱산(PLA: Poly lactic acid) 수지 펠릿 또는 폴리에틸렌(PE: Polyethylene) 수지 펠릿이다.

폴리락틱산(Poly lactic acid) 수지는 식물로부터 얻어지는 설탕이나 전분을 발효나 화학적인 방법으로 변환시켜 제조한다. 1990년대부터 환경친화적인 발효법이 주로 사용되었으며 발효법으로 L형 락틱산을 99.5% 순도로 얻을 수 있다. 락틱산의 용매 중합반응은 중합반응 시에 생성되는 물 및 불순물의 영향으로 생성되는 고분자 수지의 분자량이 낮고 색상도 나쁘기 때문에, 현재는 먼저 두 분자의 락틱산을 반응하여 물이 한 분자 빠진 형태의 환상의 락타이드를 제조한 후에 개환중합하는 방법으로 주로 제조된다.

재생 폴리에틸렌(Polyethylene) 수지 펠릿은 HDPE, LDPE가 주성분인 폐비닐을 수거하여 선별, 파쇄, 세정, 건조, 용융압출, 펠릿화 공정으로 이루어진 폴리에틸렌(PE) 수지 펠릿일 수 있다.

상기와 같은 재생 고분자 펠릿은 재료 재활용시 반복되는 열화(Degradation)에 의하여 소재 자체의 용융흐름지수(Melt Flow Index)가 저하하게 되고, 사출 후 제품의 기계적 물성이 신재 플라스틱 소재와 비교할 때 달라지게 되는데 이는 바이오매스 펠릿과 혼합 사출할 경우에 용융흐름지수를 전체적으로 낮추어주기 때문에 사출 크기(Shot size)가 큰 팔레트와 같은 제품의 사출에 유리한 효과로 작용할 수 있다. 또한 상기의 재생 고분자 펠릿은 원재료의 사용량이 많은 화물적재용 팔레트의 제조 원가를 낮추는데 기여하게 된다.

에틸렌비닐아세테이트(EVA: Ethylene Vinyl Acetate)는 하기 구조식 1과 같은 구조를 가지며 에틸렌과 비닐아세테이트를 공중합하여 제조된다. 이렇게 제조된 EVA는 폴리에틸렌과는 또 다른 성질을 갖게 되는데 비닐아세테이트의 함량에 따라 탄성력과 열접착 온도, 내구성, 투과력이 달라진다. EVA는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)에 비해 투명성과 접착력이 크고 탄성이 우수하며 부드러우면서도 강한 특성을 가진다.

EVA는 사출 성형된 화물적재용 팔레트의 색상을 밝게 하며 강도 및 탄성률을 향상시키는 역할을 하게 된다.

[구조식 1] 에틸렌비닐아세테이트

상기 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물은 전체 중량을 기준으로 상기 바이오매스 펠릿이 67~87 중량% 포함되는 것이 보다 바람직하다.

바이오매스 펠릿의 함량이 87%를 초과하는 경우에 용융흐름지수가 35 이상으로 상승하게 되어 온도를 높이는 경우에도 미성형이 발생하게 되며, 바이오매스 펠릿의 함량이 67% 미만인 경우에는 바이오매스의 함량이 너무 낮게 되어 자연분해를 목적으로 하는 바이오매스 펠릿의 정의 및 용도에 부적합하게 된다.

또한, 상기 재생 고분자 펠릿은 10~30 중량%, 상기 에틸렌비닐아세테이트는 3~5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 재생 고분자 펠릿이 30 중량% 넘게 포함되는 경우에는 용융흐름지수가 지나치게 낮게 되어 성형 몰드(Mold)에 소재가 접착되어 사출 자체가 불가능해지며, 10 중량% 미만으로 함량이 낮은 경우에는 기계적 물성 향상 및 원가 절감의 효과를 기대하기 어렵다.

상기 재생 고분자 펠릿은 재생 PLA 펠릿 또는 재생 PE 펠릿을 각각 단독으로 사용하거나 또는 두 가지 성분을 동일한 함량비로 함유하도록 사용할 수 있으며, 이는 최종 제품에 요구되는 기계적 물성에 따라 그 함량이 적절히 조절되어야 한다. 바람직하게는, 재생 PLA 펠릿을 단독으로, 또는 재생 PLA 펠릿과 재생 PE 펠릿을 함께 사용하는 것이 성형성 측면에서 유리하다. 가장 바람직하게는, 재생 PLA 펠릿 및 재생 PE 펠릿을 동일한 중량비로 함께 사용하는 것이 성형성 및 작업성 측면에서 최적이다.

상기 에틸렌비닐아세테이트는 3~5 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 에틸렌비닐아세테이트의 함량이 낮을수록 사출된 제품의 색상이 어둡게 되고 탄성력이 저하되게 되며, 반대로 함량이 높을수록 사출 제품의 색상이 투명하게 변하게 되므로 요구사양에 따라 적절한 함량으로 혼합되어야 한다.

상기 바이오매스 펠릿은 바이오매스 펠릿 전체 중량에 대해서 바이오매스 10~30 중량%, 폴리프로필렌 50~70 중량% 및 첨가제 1~20 중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 식물성 바이오매스 함량이 높으면 그만큼 이산화탄소 배출이 적게 되는 측면에서 바람직한데, 옥수수대나 옥수수심을 원료로 하는 바이오매스는 신율, 강도, 용융흐름지수 등 물성이 나빠 완제품에 많은 양을 첨가할 수 없다. 한편 바이오매스의 제한적 특성을 보완하고자 전분, 전분가소제, 산화제, 활제, 무기 필러 등이 바이오매스 펠릿 제조시에 첨가제로서 포함된다.

또한, 바이오매스 펠릿을 포함하는 화물적재용 팔레트를 제조하는 방법에 있어서, 사출조건은 사출온도 220~240℃, 사출압력 100~135bar, 사출속도 450~520mm/min, 사출시간 80~90 sec, 냉각시간 20~30 sec 범위에서 설정한다. 사출온도가 240℃를 초과하는 경우에는 바이오매스의 탄화가 일어나며, 220℃ 미만의 온도에서는 사출 작업성이 급격히 저하하며 미성형이 발생된다.

본 발명에 따라 제조된 화물적재용 팔레트 사출 성형품의 일 예시를 하기 도 1에 나타내었다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명이 그에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

화물적재용 팔레트 제조를 위하여 옥수수심 또는 옥수수대를 분쇄하여 폴리프로필렌과 혼합하여 제조한 바이오매스 펠릿 57 중량%와 재생 PLA 펠릿 20 중량%, 재생 PE 펠릿 20 중량%, 에틸렌비닐아세테이트 3 중량%를 혼합 사출하였다. 바이오매스 펠릿은 바이오매스 펠릿 전체 중량에 대해서 바이오매스 20 중량%, 폴리프로필렌 60 중량%, 전분, 전분가소제, 산화제, 활제, 무기 필러 등의 첨가제가 20 중량% 포함된 것을 사용하였다.

재생 PLA는 SK케미칼 제품을 사용하였으며, 재생 PE는 일반적으로 시중에서 구입 가능한 제품을 사용하였다.

팔레트의 제조방법으로, 사출조건은 사출온도 220~240℃, 사출압력 100~135bar, 사출속도 450~520mm/min, 사출시간 80~90 sec, 냉각시간 20~30 sec 범위에서 설정하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1에서 재생 PLA 펠릿 10 중량%, 재생 PE 펠릿 10 중량%를 투입하고 잔량으로 바이오매스 펠릿 77 중량%를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.

<실시예 3>

상기 실시예 1에서 재생 PLA 펠릿 10 중량%를 투입하고 재생 PE 펠릿을 사용하지 않는 대신에, 잔량으로 바이오매스 펠릿 87 중량%를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.

<실시예 4>

상기 실시예 1에서 재생 PE 펠릿 10 중량%를 투입하고 재생 PLA 펠릿을 사용하지 않는 대신에, 잔량으로 바이오매스 펠릿 87 중량%를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.

<실시예 5>

상기 실시예 1에서 재생 PLA 펠릿 20%, 재생 PE 펠릿 10 중량%를 투입하고, 잔량으로 바이오매스 펠릿 67 중량%를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.

<실시예 6>

화물적재용 팔레트 제조를 위하여 옥수수심 또는 옥수수대를 분쇄하여 폴리프로필렌과 혼합하여 제조한 바이오매스 펠릿 55 중량%와, 재생 PLA 펠릿 20 중량%, 재생 PE 펠릿 20 중량%, 에틸렌비닐아세테이트 5 중량%를 혼합 사출하였다. 바이오매스 펠릿은 바이오매스 펠릿 전체 중량에 대해서 바이오매스 20 중량%, 폴리프로필렌 70 중량%, 전분, 전분가소제, 산화제, 활제, 무기 필러 등의 첨가제가 10 중량% 포함된 것을 사용하였다.

화물적재용 팔레트의 사출 조건은 실시예 1과 동일하다.

<실시예 7>

상기 실시예 6에서 재생 PLA 펠릿 10 중량%, 재생 PE 펠릿 10 중량%를 투입하고 잔량으로 바이오매스 펠릿 75 중량%를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하다.

<실시예 8>

상기 실시예 6에서 재생 PLA 펠릿 10 중량%를 투입하고 재생 PE 펠릿을 사용하지 않는 대신에, 잔량으로 바이오매스 펠릿 85 중량%를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하다.

<실시예 9>

상기 실시예 6에서 재생 PE 펠릿 10 중량% 투입하고 재생 PLA 펠릿을 사용하지 않는 대신에, 잔량으로 바이오매스 펠릿 85 중량%를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하다.

<실시예 10>

상기 실시예 6에서 재생 PLA 펠릿 20%, 재생 PE 펠릿 10 중량%를 투입하고, 잔량으로 바이오매스 펠릿 65 중량%를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하다.

<실험예> 화물적재용 팔레트의 사출 성형성 평가

실시예 1 내지 10에 따라 제조된 화물적재용 팔레트의 사출 성형성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 재생 PLA가 투입되지 않으면 미성형, 사출 불량이 발생하였으며, 재생 PLA만 투입되고 재생 PE가 투입되지 않은 경우에는 성형성에는 문제가 없으나 사출물이 몰드(Mold)에 달라 붙어 작업성이 다소 저하하는 현상이 발생하였고, 재생 PLA와 재생 PE가 동일한 양으로 투입된 실시예 2와 실시예 7에서 사출 성형이 특히 용이하였다.

Claims

바이오매스 펠릿, 재생 고분자 펠릿 및 에틸렌비닐아세테이트로 구성된 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물.
제1항에 있어서,
바이오매스 펠릿 67~87 중량%, 재생 고분자 펠릿 10~30 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트 3~5 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 바이오매스 펠릿은 옥수수대 또는 옥수수심을 원료로 제조된 것임을 특징으로 하는 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 재생 고분자 펠릿은 재생 PLA(Poly Lactic Acid) 펠릿, 또는 재생 PLA(Poly Lactic Acid) 펠릿 및 재생 PE(Polyethylene) 펠릿으로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물.
제4항에 있어서,
상기 재생 고분자 펠릿은 재생 PLA(Poly Lactic Acid) 펠릿 및 재생 PE(Polyethylene) 펠릿으로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물.
제5항에 있어서,
상기 재생 고분자 펠릿은 재생 PLA(Poly Lactic Acid) 펠릿 및 재생 PE(Polyethylene) 펠릿이 동일한 중량비로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 바이오매스 펠릿은 바이오매스 10~30 중량%, 폴리프로필렌 50~70 중량% 및 첨가제 1~20 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조용 조성물을 사용하여 팔레트를 제조하는 방법에 있어서,
사출조건이 사출온도 220~240℃, 사출압력 100~135bar, 사출속도 450~520mm/min, 사출시간 80~90 sec, 냉각시간 20~30 sec인 것을 특징으로 하는 바이오매스 펠릿을 포함하는 팔레트 제조방법.