KR20160127318A - 아타풀자이트 기반 흡착제를 함유하는 흡착성 플라스틱용 수지 조성물 및 플라스틱 제품 - Google Patents

아타풀자이트 기반 흡착제를 함유하는 흡착성 플라스틱용 수지 조성물 및 플라스틱 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아타풀자이트 기반 흡착제를 함유하는 흡착성 플라스틱용 수지 조성물 및 플라스틱 제품에 관한 것으로, 구체적으로 고분자에 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트가 분산되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 수분, 산소, 이산화탄소, 유분, 휘발성 유기화합물 또는 악취유발분자 흡착성 플라스틱용 수지 조성물, 이 수지 조성물을 성형하여 제조하는 흡착성 플라스틱 제품 및 이 제품의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 흡착력 및 안정성이 우수한 플라스틱 제품을 제조할 수 있다. 일반적으로 포장 제품에 들어가는 흡착제는 실리카겔을 사용하는데, 이것을 본 발명의 흡착성 플라스틱으로 대체하면 취급 편의성 및 안정성을 높일 수 있고 결과적으로 제품의 품질보전 효과를 높일 수 있다. 또한 제품의 저장 및 보관 창고 내부에 제습을 위한 플라스틱 제품으로도 활용할 수 있을 뿐만 아니라 흡착성 플라스틱 제품으로 적용하여 수분에 민감한 건조식품, 전자제품, 의약품 등에 사용할 수도 있다. 이외에도 기계 부속품 또는 고철류 보관 시에 적용이 가능하여 이들 제품의 보존 효과를 높일 수 있다.

Description

아타풀자이트 기반 흡착제를 함유하는 흡착성 플라스틱용 수지 조성물 및 플라스틱 제품{For absorbing plastic resin composition and plastic products containing attapulgite based absorbents}
본 발명은 아타풀자이트 기반 흡착제를 함유하는 흡착성 플라스틱용 수지 조성물 및 플라스틱 제품에 관한 것으로, 구체적으로 고분자에 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트가 분산되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 수분, 산소, 이산화탄소, 유분, 휘발성 유기화합물 또는 악취유발분자 흡착성 플라스틱용 수지 조성물, 이 수지 조성물을 성형하여 제조하는 흡착성 플라스틱 제품 및 이 제품의 제조방법에 관한 것이다.
최근 현대 산업의 발전에 따라 각종 제품의 다양화 및 상품성이 중요시 되고 있으며, 포장을 통한 제품 생산, 저장, 유통, 판매에서의 취급 편리성 및 품질 보존 등에 대한 소비자 요구가 점차 증가하고 있다.
기존의 포장기술은 단순히 제품을 보호하고 품질을 보존하기위한 수동적인 기능이 중시되었던 반면, 최근에는 제품의 특성에 따라 적극적으로 능동적 효과를 제공할 수 있도록 여러 가지 기능성 요인을 부여하여 상품성을 증대시킬 수 있는 포장기술을 개발하고자 하는 노력이 활발히 진행되고 있다.
오늘날 다양한 식품, 의약품, 전자제품 및 생활용품을 위한 포장재 개발에 있어서, 플라스틱은 우수한 가스 차단성, 투명성 등의 물성특징을 갖으며 가격도 다른 소재에 비해 저렴하기 때문에 큰 관심을 받고 있다.
최근 연구되는 기능성 포장재로는 수분 및 가스 차단성을 높이는 나노 필름, 미생물의 성장을 억제해주는 필름, 에너지를 방사하는 원적외선 방사 필름, 이취를 흡착하는 필름, 산소 및 이취 가스를 흡착하는 필름 등이 있다. 이들 대부분의 제품은 품질을 개선할 수 있도록 하는 활성물질을 포장재에 함침 및 코팅하여 제조하는데, 이러한 활성물질로는 제올라이트, 규조토, 몬모릴로라이트, 산화칼슘, 초흡착제 등이 사용되고 있다.
제올라이트(Zeolite molecular sieve)는 정사면체(TO4) 구조에 T(T=Si, Al)가 연결되어 있는 형태로 되어 있으며, 구조 사이에 미세기공이 있다. 미세 기공의 크기는 0.2㎚ ~ 0.8㎚로 분포되어 있으며, 기공의 분포는 제올라이트 1g에 0.1 ~ 0.35㎤이다. 제올라이트의 미세 구조는 유동적이며, 온도에 따라 분자의 움직임에 따라 변한다(Carrado, 2003). 기공의 크기는 일정하며, 합성과정에서의 기공 크기 조절이 가능하다. 합성 제올라이트의 평균적인 기공 크기는 3Å, 4Å, 5Å, 10Å이다. 제올라이트는 수분 흡착뿐만 아니라 이취 등의 flavor를 흡착하는 것으로 알려져 있으며, 진공 건조 시스템이 건조제로 사용된 사례가 있다(Robson, 1961). 그러나 휘발성 물질을 방출하는데, 3Å의 경우 수분을 흡착하면서 다수의 탄화수소를 방출한다. 4Å의 경우는 3Å보다 흡착 능력이 우수하지만 보다 많은 부탄을 방출한다. 현재까지 알려진 것으로는 제올라이트는 230℃(450℉)까지 수분을 함유할 수 있고, 실리카겔보다 수분 친화력이 좋기 때문에 10% RH까지 유지 가능하다.
규조토(Diatomite)는 전 세계에서 생산되는 Siliceous 침전물이다. 규조토는 작은 입자와 다공성, 넓은 표면적, 고 투과율, 낮은 열전도성, 화학적 안정성 등의 특징으로 인해 다양한 분야에 적용되고 있다. 이런 특징으로 인해 필터, 첨가제, 연마재 등에 사용되고 있다(Wegmann, 2008). 규조토는 수분 이외에 다른 화합물을 흡착 할 수 있다. Al-Ghouti(2009)은 망간 산화물과 규조토를 이용하여, 중금속을 제거 및 흡착하는 연구를 진행 하였으며, Vasconcelos et al.(2000)은 녹말과 규조토를 이용하여 수질 필터를 개발한 바 있다.
몬모릴로라이트(Montmorillonite clay, MMT)는 subbentonite 형태의 magnesium aluminum silicate의 건조로 만들어진다. hydrated aluminosilicate와 phyllosilicate로 구성되어 있으며, 2차 층 구조로 이뤄져있다. 2개의 4면체 시트 사이에 8면체 시트가 위치하여 구성되어 있다. MMT도 제습제 및 기체의 건조에 사용된다. MMT는 수분을 흡착할 때 구조적으로 흡착하거나, 화학적으로 수분을 흡착하는 것으로 알려져 있다. 최근에는 MMT의 최대 흡착량에 대한 연구들이 진행되었다(Dietrich, 2002; Neaman et al., 2003). 몬모릴로라이트는 오염 및 팽창없이 저습도에서 사용된 것은 재생이 가능하다. 이는 수분을 흡착 후 재방출하는 역기능 효과가 있기 때문이다. Montmorillonite clay는 120℉(50℃) 이하에서 건조제로써의 기능을 수행하며, 이 온도 이상에서는 수분을 흡착하기 보다는 방출하는 특성을 나타낸다. 건조제로서 저장 및 유통 조건의 고려가 필요하며, 일반적으로 상온, 표준 상대습도에서는 건조제의 기능을 가진다. 회색의 색상을 가지는 입자로 순도를 높여야 포장제품에 적용하였을 때 제품과의 반응을 최소화 할 수 있다.
산화칼슘은 중량의 28.5%까지의 수분을 함유할 수 있다. 건조제 중에서 가장 좋은 흡착력을 가지고 있기 때문에 저습도 조건이 중요한 경우 사용한다. 산화칼슘은 느린 속도로 수분을 흡착하며, 수분 흡착 시 팽창한다. 건조 냉동식품의 경우는 산화칼슘의 사용이 제한된다.
높은 함량의 수분을 흡착하고 저장할 수 있는 가교화 폴리머인 초흡착제의 형태는 Hydrogel과 폴리머 분말 형태로 구성되어 있으며 일반적으로 수분 흡착할 때 구조적으로 팽창하는 특징을 가지고 있다. Hydrogel 형태의 초흡착제는 최근까지 지속적으로 연구가 되고 있으며(Jin et al., 2000; Kim et al., 2003; Lawal et al. 2009), 분말 형태의 초흡착제는 기저귀, 인공눈, 관수, 원예, 방화제, 약물전달 시스템(DDS, Drug delivery system) 등에 광범위하게 적용되고 있다(Seki et al., 2007; Bardajee et al., 2009).
흡착제 중 대표적인 실리카겔은 합성과정에서 DMF(Dimethyl Formamide)을 첨가하게 된다. DMF는 2009년 5월 28일부터 EU에서 규제되는 물질이라서 현재 유럽에 수출되는 제품에 사용되는 건조제는 실리카겔이 아닌 대체품을 사용하는 추세이다.
또한, 활성물질들은 제품의 품질 안정성을 고려하여 제품 포장 시에 Sachet 형태의 흡착제를 제품과 함께 별도 첨가하여 적용되고 있다. 일반적으로 작은 결정 입자 또는 파우더 형태의 Silica-gel, Calcium oxide 또는 Activated clay 등을 일정량 Tyvek 포장 소재로 밀봉한 Sachet 형태로 구성된다. 이러한 포장된 제품 형태는 sachet 포장의 터짐 및 찢어짐 등 자체의 결함에 따른 식품 내용물과의 혼입을 통한 오염, 공정상 추가비용 발생, 소비자 사용 시의 제품과의 혼동에 의한 섭취 등의 안전성 등의 문제를 가지고 있다. 또한 포장된 제품을 고려하여 적용한 흡착 물질이 지속적으로 포장 내부의 대상물질 흡착을 충분히 하지 못할 경우 식품 변패 유도 및 식품 이외의 다양한 제품 적용에도 한계를 가질 수 있다.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 범용플라스틱 수지 및 아타풀자이트 기반 흡착제를 포함하여 이루어지는 흡착성 플라스틱 제품을 제조할 경우, 흡착력 및 지속효과가 뛰어나고, 제품의 오염이 발생하지 않으며, 사용이 간편하고 물성 또한 우수한 플라스틱 제품을 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
대한민국 등록특허 제10-1257670호 대한민국 등록특허 제10-1299161호
Al-Ghouti, M. A., Y. S. Al-Degs, M. A. M. Khraisheh, M. N. Ahmad and S. J. Allen. 2009. "Mechanisms and chemistry of dye adsorption on manganese oxides-modified diatomite". Journal of Environmental Management, 90(11): 3520-3527. Bardajee, G. R., A. Pourjavadi and R. Soleyman. 2009. "Irradiation synthesis of biopolymer-based superabsorbent hydrogel: Optimization using the Taguchi method and investigation of its swelling behavior". Advances in Polymer Technology, 28(2): 131-140. Carrado, K. A. 2003. Handbook of Zeolite Science and Technology. Marcel Dekker Incorporated. ISBN 9780824756123. Dietrich, K. 2002. "Bentonites as a basic material for technical base liners and site encapsulation cut-off walls". Applied Clay Science, 21(1-2): 1-11. Jin, Z.-F., Y. Asako, Y. Yamaguchi and H. Yoshida. 2000. "Thermal and water storage characteristics of super-absorbent polymer gel which absorbed aqueous solution of calcium chloride". International Journal of Heat and Mass Transfer, 43(18): 3407-3415. Kim, S. J., K. J. Lee and S. I. Kim. 2003. "Water sorption of poly(propylene glycol)/poly(acrylic acid) interpenetrating polymer network hydrogels". Reactive and Functional Polymers, 55(1): 69-73. Lawal, O. S., J. Storz, H. Storz, D. Lohmann, D. Lechner and W.-M. Kulicke. 2009. "Hydrogels based on carboxymethyl cassava starch cross-linked with di- or polyfunctional carboxylic acids: Synthesis, water absorbent behavior and rheological characterizations". European Polymer Journal, 45(12): 3399-3408. Neaman, A., M. Pelletier and F. Villieras. 2003. "The effects of exchanged cation, compression, heating and hydration on textural properties of bulk bentonite and its corresponding purified montmorillonite". Applied Clay Science, 22(4): 153-168. Robson, E. M. 1961. "The vacuum use of molecular sieves and other desiccants". Vacuum, 11(1): 10-15. Seki, Y., A. Torgㆌrsㆌl and K. Yurdakoc. 2007. "Preparation and characterization of poly(acrylic acid)-iron rich smectite superabsorbent composites". Polymers for Advanced Technologies, 18(6): 477-482. Vasconcelos, P. V., J. A. Labrincha and J. M. F. Ferreira. 2000. "Permeability of diatomite layers processed by different colloidal techniques". Journal of the European Ceramic Society, 20(2): 201-207. Wegmann, M., B. Michen and T. Graule. 2008. "Nanostructured surface modification of microporous ceramics for efficient virus filtration". Journal of the European Ceramic Society, 28(8): 1603-1612.
따라서 본 발명의 주된 목적은 흡착력 및 지속효과가 뛰어나고 제품의 오염이 발생하지 않으며, 사용이 간편하고 우수한 물성을 갖는 흡착성 플라스틱 제품을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 흡착성 플라스틱 제품을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 고분자에 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트가 분산되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 수분, 산소, 이산화탄소, 유분, 휘발성 유기화합물 또는 악취유발분자 흡착성 플라스틱용 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 수지 조성물에 있어서, 상기 고분자로는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리염화비닐계, 폴리스티렌계 및 폴리에스터계 중에서 선택된 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌 · 고밀도 폴리에틸렌 · 선형 저밀도 폴리에틸렌 · 메탈로센 폴리에틸렌 · 에틸렌비닐아세테이트 · 에틸렌타크릴산 · 아이오노머 등의 폴리에틸렌계 고분자, 폴리프로필렌 호모폴리머 · 폴리프로필레 코폴리머 등의 폴리프로필렌계 고분자, 폴리염화비닐 등의 폴리염화비닐계 고분자, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 고분자, 폴리에틸렌테레프탈레이트 · 폴리에틸렌테레프탈레이트 코폴리머 · 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스터계 고분자를 사용할 수 있다.
본 발명의 수지 조성물에 있어서, 상기 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트는 아타풀자이트를 질산나트륨, 탄산나트륨, 황산나트륨 및 인산나트륨 중에서 선택된 이온치환물질과 반응시켜 이온치환 아타풀자이트를 제조하고, 상기 이온치환 아타풀자이트와 아크릴아마이드 고분자를 가교하여 제조한 것을 사용하는 것이 보다 우수한 수분, 산소, 이산화탄소, 유분, 휘발성 유기화합물 또는 악취유발분자 흡착 효과를 위해 바람직하다. 또한, 이온치환 아타풀자이트 100중량부에 아크릴아마이드 고분자 40 내지 100중량부를 가교하는 것이 상기 흡착 효과를 위해 바람직하다. 특히 아크릴아마이드 고분자의 비율이 낮아질 경우 수분흡착 효과가 현저하게 떨어진다.
본 발명의 수지 조성물에 있어서, 상기 수지 조성물 총 중량의 0.3 내지 10중량%로 상기 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트가 함유되는 것이 보다 우수한 흡착 효과 및 플라스틱 제품의 물성을 위해 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 수지 조성물을 성형하여 제조되는 수분, 산소, 이산화탄소, 유분, 휘발성 유기화합물 또는 악취유발분자 흡착성 플라스틱 제품을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 고분자 및 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트를 컴파운딩하여 펠렛을 제조하는 펠렛제조단계; 및 상기 펠렛에 고분자를 더 첨가하여 성형하는 성형단계;를 포함하는 수분, 산소, 이산화탄소, 유분, 휘발성 유기화합물 또는 악취유발분자 흡착성 플라스틱 제품 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 펠렛제조단계의 고분자와 상기 성형단계의 고분자로는 같은 종류를 사용할 수도 있고 서로 다른 종류를 사용할 수도 있다.
펠렛제조단계의 고분자 또는 상기 성형단계의 고분자로는 각각 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리염화비닐계, 폴리스티렌계 및 폴리에스터계 중에서 선택된 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌 · 고밀도 폴리에틸렌 · 선형 저밀도 폴리에틸렌 · 메탈로센 폴리에틸렌 · 에틸렌비닐아세테이트 · 에틸렌타크릴산 · 아이오노머 등의 폴리에틸렌계 고분자, 폴리프로필렌 호모폴리머 · 폴리프로필레 코폴리머 등의 폴리프로필렌계 고분자, 폴리염화비닐 등의 폴리염화비닐계 고분자, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 고분자, 폴리에틸렌 테레프타레이트 · 폴리에틸렌 테레프타레이트 코폴리머 · 폴리에틸렌 나프타레이트 등의 폴리에스터계 고분자를 사용할 수 있다.
본 발명의 플라스틱 제품 제조방법에 있어서, 상기 성형의 형태는 제한되지 않으나 보다 우수한 흡착 효과를 위해 필름 또는 시트의 형태로 성형하는 것이 바람직하다.
본 발명의 플라스틱 제품 제조방법에 있어서, 상기 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트는 아타풀자이트를 질산나트륨, 탄산나트륨, 황산나트륨 및 인산나트륨 중에서 선택된 이온치환물질과 반응시켜 이온치환 아타풀자이트를 제조하고, 상기 이온치환 아타풀자이트와 아크릴아마이드 고분자를 가교하여 제조한 것을 사용하는 것이 제조된 플라스틱 제품의 보다 우수한 흡착 효과 및 물성을 위해 바람직하다.
본 발명의 플라스틱 제품 제조방법에 있어서, 상기 펠렛제조단계에서 고분자와 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 중량비를 50 : 1 내지 2 : 1로 하고, 상기 성형단계에서 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 함량이 총 고분자 조성물의 0.3 내지 10중량%가 되도록 고분자를 첨가하는 것이 보다 우수한 흡착 효과 및 플라스틱 제품의 물성을 위해 바람직하다.
본 발명의 플라스틱 제품 제조방법에 있어서, 상기 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 입도가 500 내지 1500메쉬(mesh)인 것이 보다 우수한 흡착 효과 및 플라스틱 제품의 물성을 위해 바람직하다.
본 발명의 플라스틱 제품은 수분, 산소, 이산화탄소 또는 유분을 흡착할 수 있고, 톨루엔, 에틸벤젠, 스티렌, 포름알데히드 등의 휘발성 유기화합물 또는 케톤(ketone), 알데하이드(Aldehyde) 등의 악취유발분자 또한 흡착할 수 있다.
본 발명에 따르면 흡착력 및 안정성이 우수한 플라스틱 제품을 제조할 수 있다. 일반적으로 포장 제품에 들어가는 흡착제는 실리카겔을 사용하는데, 이것을 본 발명의 흡착성 플라스틱으로 대체하면 취급 편의성 및 안정성을 높일 수 있고 결과적으로 제품의 품질보전 효과를 높일 수 있다. 또한 제품의 저장 및 보관 창고 내부에 제습을 위한 플라스틱 제품으로도 활용할 수 있을 뿐만 아니라 흡착성 플라스틱 제품으로 적용하여 수분에 민감한 건조식품, 전자제품, 의약품 등에 사용할 수도 있다. 이외에도 기계 부속품 또는 고철류 보관 시에 적용이 가능하여 이들 제품의 보존 효과를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트 분말을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 제조 공정을 나타낸 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 형태학적 구조를 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 입도분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 30℃, 80% 상대습도에서 기존 상용화된 흡착제들과 본 발명의 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 수분 흡착력을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름의 제조공정을 나타낸 플로우 차트 및 3층의 필름 구조를 나타낸 것이다.
도 7은 30℃, 40% 상대습도와 80% 상대습도에서 본 발명의 흡착용 LDPE 필름과 기존 LDPE 필름의 수분 흡착력을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 23℃, 50% 상대습도에서 본 발명의 흡착용 PET 시트와 기존 PET 시트의 유분 흡착율(%)을 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
실시예 1. 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트 제조
아타풀자이트 이온치환
0.15M의 질산나트륨(NaNO3) 용액에 아타풀자이트 분말 10g을 첨가하여 잠기도록 하고, 20℃에서 6시간 동안 침전시켜 이온치환반응을 유도하였다. 이후 pH7이 될 때까지 물로 세척하고 115℃에서 24시간 건조하였다.
합성
500㎖의 4-neck 플라스크, 환류냉각기(reflux condenser), 온도계, N2 가스 라인을 준비하였다.
아크릴아마이드(Acrylamide, 98.5%, CH2:CHCONH2) 7.2g을 20㎖의 증류수에 용해하고, 메틸렌비스아크릴아마이드(N,N'-Methylenebisacrylamide, MBA, 98.0%, C7H10N2O2) 0.02g과 이온치환한 아타풀자이트를 10g을 첨가하였다. 1시간 동안 N2 가스로 퍼징(purging)하고 40℃로 가열하여 과황산암모늄(Ammonium persulfate, APS, 98.0%, (NH4)2S2O8)을 0.14g 첨가하였다.
N2 분위기에서 6시간 교반한 다음 1M NaOH 용액 30㎖을 첨가하고 95℃로 5시간 동안 가열하였다.
생성된 분말을 pH7이 될 때까지 물과 메탄올 용액(1:9)으로 세척하고, 무게가 일정해질 때까지 80℃에서 건조하였다.
건조된 분말을 밀링(milling)하였다.
비교예 1. 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트 제조
상기 실시예 1과 동일하되 질산나트륨 대신 염화알루미늄을 사용하여 이온치환하고 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트를 제조하였다.
실험예 1. 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 할로겐 용출 분석
염화알루미늄을 사용하여 이온치환한 기존의 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트(비교예 1)는 폴리에틸렌을 고분자로 사용하여 필름의 형태로 제조할 경우, 할로겐 원소 중 하나인 염소가 용출(506㎎/kg)되는 실험결과가 나타났다. 비교예 1을 전자제품 포장에 사용하였을 경우, 전자제품에 녹이 발생하여 최종적으로 제품 품질을 떨어트리는 결과를 가져다 줄 수 있다. 이에 본 발명에서 흡착제로 사용하는 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트 제조 시 이온치환물질을 변경하여 제조한 뒤 할로겐 원소 용출 여부를 테스트하였다.
비교예 1과 실험예 1의 분말을 이용하여 각각 폴리에틸렌 필름으로 제조를 한 뒤에 용출 실험을 하였다.
할로겐 원소 용출 시험은 ASTM D 7359-08방법을 참고하여 이온 크로마토그래피(Ion Chromatography)를 이용하여 수행하였다. 할로겐 원소 중 염소와 브롬을 대상으로 한국고분자시험연구소와 SGS에서 평가하였다. 이의 결과는 표 1과 같다.
구분 실시예 1(㎎/ℓ) 비교예 1(㎎/ℓ)

할로겐
(Halogen)		 염소(Cl-, Chloride) 불검출 506
브롬(Br-, Bromide) 불검출 불검출
실험예 2. 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 물성 분석
상기 실시예 1에서 제조한 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트의 기본 물성을 확인하였다. 이는 본 발명을 통해서 제조된 흡착제의 물성을 제공하여 향후 제품에 적용 시, 화학적 결착으로 예상치 못한 물질과 흡착제간의 반응 부산물에 의한 문제를 예방하기 위함이다.
2-1. 형태학적 구조
형태학적 구조는 도 3과 같다. 기본적으로 침상형 구조이며 비정형임을 알 수 있다.
2-2. 입도분석
입도분석방법은 ISO 13320의 방법(Particle size analysis - Laser diffraction methods)으로 측정하였으며 BECKMAN COULTER사의 LS 13 320장비를 사용하였다. 분석모드는 건식모드를 사용하였으며 레이저 회절 및 산란에 의하여 입도 분석한 결과는 도 4 및 표 2와 같다.
평균적으로 7.99㎛의 입경을 가지고 있으며, 도 4에 나타난 분산도의 10%일 때의 입경은 약 2.95㎛이며 90%일 때의 입경은 약 14.0㎛인 것으로 나타났다.
입자크기 (㎛)
Diameter at 10% Diameter at 50% Diameter at 90% 평균입경
2.95 7.20 14.0 7.99
2-3. 비표면적 분석, 공극용적 , 겉보기 밀도 분석(BET analyzer)
실시예 1에서 제조한 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트를 200℃에서 4시간동안 열처리를 하는 전처리 과정을 거친 후 Micromeritics사의 TristarTM 3000을 이용하여 비표면적, 공극용적, 밀도 분석을 실시하였다. 이의 결과는 표 3과 같다.
분석항목 단위 분석결과
비표면적(BET) m2/g 3.97
총 공극 용적 cm3/g 0.028
평균 공극 크기 nm 30.3
겉보기 밀도 g/cm3 0.486
평균 기공 지름 nm 1761
기공률 % 61.0
2-4. pH 분석
실시예 1에서 제조한 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트를 5중량%의 농도로 물에 첨가하고 25℃에서 Lutron사 TK-20005WA의 장비를 사용하여 pH를 분석하였다. 이의 결과는 표 4와 같다. 본 발명을 통해 제조된 흡착제는 평균 9.36 값의 pH를 가지고 있어 약알칼리성이라고 판단된다.
측정횟수 분석결과
1 9.38
2 9.34
3 9.35
평균 9.36
표준편차 0.02
2-5. 수분흡착력 분석
실시예 1에서 제조한 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트의 수분흡수율을 측정하였다. 25℃, 45% 상대습도에서 48시간동안 놓아두는 전처리 과정을 거친 뒤 25℃, 80% 상대습도에서 168시간동안 수분흡수율을 측정하였다. 이의 결과는 표 5와 같다.
시험횟수 시험 전 무게(g) 시험 후 무게(g) 수분 흡수율(%)
1 10.57 14.42 36.37
2 18.38 24.84 35.13
3 13.33 17.89 34.20
평균 14.10 19.05 35.23
표준편차 3.96 5.31 1.09
또한 한국생산기술연구원 패키징기술센터에서 실시예 1에서 제조한 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트의 수분흡수율을 측정하였다. 비교대상으로는 흡착제로 널리 쓰이는 실리카겔과 벤토나이트(몬모릴로라이트)를 사용하였다. 이의 결과 도 5와 같이 실시예 1의 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트는 약 37%의 수분흡수율을 보였지만 실리카겔과 벤토나이트는 그보다 아래인 각각 30, 23%의 수분흡수율을 보였다.
실시예 2. 흡착성 고분자 필름 제조 및 흡착력 분석
상기 실시예 1의 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트를 포장재에 적용하기 위한 연구를 진행하였다. 우선 범용플라스틱인 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리염화비닐계, 폴리스트렌계, 폴리에스터계 중에서 폴리에틸렌계 수지를 이용하여, 3층 구조의 필름 제작하고 가능성을 평가하였다.
필름 제작
필름 수지로 폴리에틸렌(PE) 수지를 사용하였으며, 흡착제로 상기 실시예 1의 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트를 사용하였다. 흡착제를 폴리에틸렌 수지에 고르게 분산시키기 위해 기계적인 분산을 진행하였고, 그 방법으로 수지와의 컴파운딩(Compounding)을 통해 펠렛(pallet)을 만들어 1차적으로 분산을 시킨 뒤 필름 압출 과정을 통해 2차적으로 분산시키는 방법을 선택하였다.
컴파운딩 및 펠렛 제조는 경기도 화성 소재의 플라스콤을 통해 실시하였으며, 흡착제를 20중량%의 농도로 첨가하여 제작하였다. 필름은 경기도 광주 소재의 수연산업에서 제작하였다. 3층 구조의 폴리에틸렌 필름은 스킨층(A, Skin layer), 코어층(B, Core layer), 실란트층(C, Sealant layer)로 나뉘는데 스킨층과 코어층은 일반 LDPE 수지를 사용하였으며, 필름 두께의 30%를 이루고 있는 실란트 층에는 메탈로센 LDPE 수지에 상기 펠렛을 10중량%로 첨가하여 제조하였다(도 6 참조).
실험예 3. 필름의 수분흡착 능력분석
30℃에서 각각 40%, 80% 상대습도 조건 하에서 일반 LDPE필름(대조군)과 상기 실시예 2에서 제조한 필름의 수분흡착능력을 평가하였다. 전처리를 거친 필름의 초기 무게를 측정한 뒤, 30℃ 각각 40%, 80% 상대습도 조건 하에 48시간 동안 보관하였고, 48시간 동안의 무게 증감을 측정하였다. 48시간 이후 무게에서 초기무게를 뺀 값은 각 필름이 48시간 동안 흡착한 대기 중 수분의 양이 되며, 이를 표 6과 도 7에 나타내었다.
30℃, 40% 상대습도에서 48시간 후의 결과를 보면, 대조군인 일반 LDPE 필름보다 상기 실시예 2의 필름이 약 7.5배 더 많은 수분을 흡착한 것을 볼 수 있다. 또한, 30℃, 80% 상대습도에서 48시간 이후에는 실시예 2의 필름이 일반 LDPE 필름보다 약 14.5배 더 많은 수분을 흡착하였다.
결과적으로, 상기 실시예 2의 필름은 일반 필름보다 약 4배 내지 14배 정도 더 많은 수분을 흡착하는 것으로 나타났으며, 장기적으로 봤을 때 더 많은 수분을 흡착 할 수 있을 것으로 판단된다.
구분 시간(h) 30, 40% 상대습도 30, 80% 상대습도
중량(g) 수분 흡착율(%) 중량(g) 수분 흡착율(%)




대조군		 0 1.351 0.00 1.435 0.00
1 1.351 0.00 1.435 0.00
2 1.351 0.00 1.435 0.00
3 1.351 0.00 1.435 0.00
4 1.351 0.00 1.435 0.00
5 1.351 0.00 1.435 0.00
10 1.351 0.00 1.436 0.07
24 1.352 0.07 1.436 0.07
48 1.352 0.07 1.437 0.14




실시예 2		 0 1.352 0.00 1.324 0.00
1 1.327 0.15 1.330 0.42
2 1.327 0.15 1.334 0.72
3 1.328 0.23 1.336 0.91
4 1.328 0.23 1.338 1.02
5 1.329 0.30 1.339 1.10
10 1.329 0.30 1.343 1.40
24 1.330 0.38 1.347 1.70
48 1.332 0.53 1.351 2.04
* 대조군 : 상기 실시예 2와 필름두께 및 규격이 동일하지만 흡착제를 첨가하지 않고 제조한 LLDPE 필름.
실시예 3. 흡착용 고분자 시트 제조
상기 실시예 1의 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트를 플라스틱 시트에 적용하기 위한 연구를 진행하였다. 우선 범용플라스틱인 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리염화비닐계, 폴리스트렌계, 폴리에스터계 중에서 폴리염화비닐계 수지를 이용하여 시트를 제작하였다.
시트 제작
시트 수지로 폴리염화비닐(PVC) 수지를 사용하였으며, 흡착제로 상기 실시예 1의 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트를 사용하였다. 흡착제를 폴리염화비닐 수지에 고르게 분산시키기 위해 기계적인 분산을 진행하였고, 그 방법으로 수지와의 컴파운딩(Compounding)을 통해 펠렛(pallet)을 만들어 1차적으로 분산을 시킨 뒤 시트 압출 과정을 통해 2차적으로 분산시키는 방법을 선택하였다.
컴파운딩 및 펠렛 제조는 경기도 화성 소재의 플라스콤을 통해 실시하였으며, 흡착제를 20중량%의 농도로 첨가하여 제작하였다. PVC 시트는 상기 펠렛을 10중량%로 첨가하여 제조하였다.
실험예 4. 흡착용 고분자 시트의 휘발성유기화합물 ( VOCs ) 흡착능력 분석
상기 실시예 3 시트의 휘발성유기화합물 흡착능력을 평가하였다. 휘발성유기화합물은 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Ethyl benzene), 스티렌(Styrene), 포름알데히드(Formaldehyde) 등을 대상으로 평가하였으며, 평가 방법은 현대자동차에서 실시하고 있는 휘발성 유기화합물 시험방법(MS 300-55)을 참고로 하였다. 이의 결과를 표 7에 나타냈다.
아타풀자이트와 아크릴아마이드 기반 흡착제는 포름알데히드를 흡착하여 포름알데히드 방출량을 약 50% 절감하는 효과를 가져왔다.
결과적으로, 상기 실시예 3의 시트는 일반 PVC 시트보다 약 2배 정도 더 많은 포름알데히드를 흡착하는 것으로 나타났으며, 포름알데히드를 비롯한 휘발성유기화합물을 흡착하는 것으로 판단된다.
구분 대조군 실시예 3
톨루엔 68.5 67.8
에틸벤젠 18.2 18.2
스티렌 77.9 77.1
포름알데히드 25.3 12.7
단위 : ㎍/m3
* 대조군 : 상기 실시예 3과 시트두께 및 규격이 동일하지만 흡착제를 사용하지 않고 제조한 PVC 시트.
실시예 4. 흡착용 고분자 시트 제조
상기 실시예 1의 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트를 플라스틱 시트에 적용하기 위한 연구를 진행하였다. 우선 범용플라스틱인 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리염화비닐계, 폴리스트렌계, 폴리에스터계 중에서 폴리에스터계 수지를 이용하여 시트를 제작하였다.
시트 제작
시트 수지로 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 수지를 사용하였으며, 흡착제로 상기 실시예 1의 아크릴아마이드 합성 아타풀자이트를 사용하였다. 흡착제를 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에 고르게 분산시키기 위해 기계적인 분산을 진행하였고, 그 방법으로 수지와의 컴파운딩(Compounding)을 통해 펠렛(pallet)을 만들어 1차적으로 분산을 시킨 뒤 시트 압출 과정을 통해 2차적으로 분산시키는 방법을 선택하였다.
컴파운딩 및 펠렛 제조는 충청남도 당진 소재의 채홍케미컬을 통해 실시하였으며, 흡착제를 10중량%의 농도로 첨가하여 제작하였다. PET 시트는 상기 펠렛을 PET 공압출 시트에서, 시트 두께의 33.33%를 이루고 있는 실란트 층의 20, 25, 30중량%로 첨가하여 제조하였으며, 각각 실시예 4-1, 실시예 4-2, 실시예 4-3 으로 표기하였다.
실험예 5. 흡착용 고분자 시트의 유분 흡착능력 분석
상기 실시예 4 시트들의 유분 흡착능력을 평가하였다. 사용된 유분은 현재 국내에 유통되고 있는 조미김에서 가장 많이 사용되고 있는 카놀라유를 대상으로 평가하였다. 평가 방법은 상기 실시예 4의 시트들과 대조군 시트를 각각 4ㅧ4cm 규격으로 절단 한 뒤 50℃에 48시간동안 놓아두는 전처리 과정을 거치고 카놀라유에 침전시켰다. 각 물질별로 초기무게(Wi)를 측정 한 뒤 23℃, 50% 상대습도 조건하에 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 14일 저장 이후의 무게(Wf)를 측정하였다. 저장이후 무게(Wf)에서 초기무게(Wi)를 뺀 값은 물질이 특정 저장일간 흡착한 유분의 양(g)이 되며, 이 값을 초기무게(Wi)로 나눈 후 100을 곱해주면 물질이 특정 저장일간 유분의 흡착율(%)이 된다.
각 물질별 유분 흡착율의 결과를 도식화 하면, 도 8과 같으며 각 물질별 유분 흡착양과 흡착율은 표 8과 같다.
도 7과 표 8에 나타난 것과 같이 아타풀자이트와 아크릴아마이드 기반 흡착제는 유분을 흡착하는 효과를 가져왔다. 상기 실시예 4의 시트는 일반 PET 시트 대비 저장 2일까지는 유의적인 차이를 보이지 않았지만, 3일차 이후부터는 유의적인 차이를 보이며 최대 약 3배 정도 더 많은 유분을 흡착하는 것으로 나타났다. 첨가한 아타풀자이트와 아크릴아마이드 기반 흡착제 중량%에 따라서는 유의적인 차이가 나타나지 않았지만, 결과적으로 카놀라유를 비롯한 유분을 흡착하는 것으로 판단된다.
구분 시간
(day)		 23, 50% 상대습도 구분 시간
(day)		 23, 50% 상대습도
흡유량(mg) 흡유율(%) 흡유량(mg) 흡유율(%)



대조군		 0 0 0


실시예 4-1		 0 0 0
1 2.47±1.07 0.51±0.22 1 1.47±0.29 0.29±0.06
2 3.53±2.32 0.75±0.49 2 1.63±0.32 0.31±0.05
3 3.00±0.44 0.65±0.10 3 7.43±0.85 1.45±0.14
4 3.10±0.17 0.65±0.04 4 7.50±0.40 1.45±0.07
5 3.63±0.40 0.77±0.08 5 7.67±0.67 1.44±0.12
7 3.60±0.60 0.75±0.11 7 7.80±0.70 1.53±0.13
10 3.77±0.85 0.81±0.20 10 8.37±0.49 1.64±0.03
14 3.87±0.31 0.79±0.04 14 8.60±0.61 1.70±0.08



실시예 4-2		 0 0 0


실시예 4-3		 0 0 0
1 1.57±0.50 0.32±0.10 1 0.73±0.58 0.13±0.10
2 1.80±0.36 0.35±0.06 2 1.27±0.50 0.23±0.09
3 7.23±0.35 1.46±0.07 3 7.30±0.20 1.31±0.04
4 7.27±0.46 1.47±0.08 4 7.40±0.35 1.39±0.02
5 7.53±0.74 1.50±0.19 5 7.43±0.70 1.34±0.07
7 7.77±0.21 1.50±0.05 7 8.23±0.40 1.48±0.07
10 8.30±0.46 1.60±0.07 10 8.70±0.70 1.57±0.12
14 9.03±0.55 1.79±0.17 14 9.67±0.25 1.67±0.06
* 대조군 : 상기 실시예 4과 시트두께 및 규격이 동일하지만 흡착제를 사용하지 않고 제조한 PET 시트.

Claims (11)

  1. 고분자에 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트가 분산되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소, 이산화탄소, 유분, 휘발성 유기화합물 또는 악취유발분자 흡착성 플라스틱용 수지 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자는
    폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리염화비닐계, 폴리스티렌계 및 폴리에스터계 중에서 선택된 고분자인 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트는
    아타풀자이트를 질산나트륨, 탄산나트륨, 황산나트륨 및 인산나트륨 중에서 선택된 이온치환물질과 반응시켜 이온치환 아타풀자이트를 제조하고,
    상기 이온치환 아타풀자이트와 아크릴아마이드 고분자를 가교하여 제조한 것임을 특징으로 하는 수지 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수지 조성물 총 중량의 0.3 내지 10중량%로 상기 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트가 함유되는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 수지 조성물을 성형하여 제조되는 산소, 이산화탄소, 유분, 휘발성 유기화합물 또는 악취유발분자 흡착성 플라스틱 제품.
  6. 고분자 및 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트를 컴파운딩하여 펠렛을 제조하는 펠렛제조단계; 및
    상기 펠렛에 고분자를 더 첨가하여 성형하는 성형단계;를 포함하는 산소, 이산화탄소, 유분, 휘발성 유기화합물 또는 악취유발분자 흡착성 플라스틱 제품 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 펠렛제조단계의 고분자 또는 상기 성형단계의 고분자는
    폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리염화비닐계, 폴리스트렌계 및 폴리에스터계 중에서 선택된 고분자인 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 성형단계에서 필름 또는 시트의 형태로 성형하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트는
    아타풀자이트를 질산나트륨, 탄산나트륨, 황산나트륨 및 인산나트륨 중에서 선택된 이온치환물질과 반응시켜 이온치환 아타풀자이트를 제조하고,
    상기 이온치환 아타풀자이트와 아크릴아마이드 고분자를 가교하여 제조한 것임을 특징으로 하는 플라스틱 제품 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 펠렛제조단계에서 고분자와 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 중량비를 50 : 1 내지 2 : 1로 하고,
    상기 성형단계에서 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 함량이 총 조성물의 0.3 내지 10중량%가 되도록 고분자를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품 제조방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 아크릴아마이드 합성 이온치환 아타풀자이트의 입도가 500 내지 1500메쉬(mesh)인 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품 제조방법.
KR1020150129700A 2015-09-14 2015-09-14 아타풀자이트 기반 흡착제를 함유하는 흡착성 플라스틱용 수지 조성물 및 플라스틱 제품 KR101687916B1 (ko)

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