KR20180071805A

KR20180071805A - 플러린 및 피톤치드를 함유한 기능성 고분자 플라스틱 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20180071805A
Application number: KR1020160174847A
Authority: KR
Inventors: 권기준
Original assignee: 주식회사 더네이처코리아; 권기준
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-28
Also published as: KR101895794B1

Abstract

본 발명은 플러린 및 피톤치드를 함유한 기능성 고분자 플라스틱 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플러린을 함유하는 광물계 분말, 피톤치드 성분을 함유하는 나무를 파쇄한 목본계 분말, 사탕수수 유래 천연수지 및 왁스 등의 첨가제를 포함하는 기능성 고분자 플라스틱, 및 플러린을 함유하는 광물계 분말(제 1수지), 피톤치드 성분을 함유하는 나무를 파쇄한 목본계 분말(제 2수지), 사탕수수 유래 천연수지(제 3수지), 및 왁스 등의 첨가제를 고온 배합하는 과정; 압출하는 과정; 및 펠릿 형성 과정을 포함하는 기능성 고분자 플라스틱의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기능성 고분자 플라스틱는 플러린 및 피톤치드의 항균 및 전자파 차폐 등의 기능을 유지하면서 간편한 공정으로 제조될 수 있으므로, 비닐백 또는 케이스 등의 용기 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

플러린 및 피톤치드를 함유한 기능성 고분자 플라스틱 및 이의 제조방법{Functional polymer plastic comprising fullerene and phytoncide, and preparation method thereof}

본 발명은 플러린 및 피톤치드를 함유한 기능성 고분자 플라스틱 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플러린을 함유하는 광물계 분말, 피톤치드 성분을 함유하는 나무를 파쇄한 목본계 분말, 사탕수수 유래 천연수지 및 왁스 등의 첨가제를 혼합하여 압축 사출하여 제조된 기능성 고분자 플라스틱 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

석유계 플라스틱 소재는 우수한 물성, 다양한 기능, 저렴한 가격 등을 이유로 각종 성형품, 포장재, 산업용재, 소비재 등으로 널리 사용되고 있으나 이 제품들은 적절한 기간 내에 자연적으로 분해되지 않아 심각한 환경오염의 원인으로 대두되고 있고, 비스페놀-A 등의 환경호르몬을 방출하므로 사용하는 사람의 건강을 해치는 원인으로 밝혀졌다.

이러한 석유계 플라스틱 폐기물을 처리하기 위한 방법으로 종래에는 매립, 소각, 재활용 등의 방법을 취해왔으나 이들 각각에 따른 문제점으로 인하여 수개월 내지 수년 이내에 물, 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전 분해될 수 있는 분해성 플라스틱에 대한 연구가 다양한 방법으로 진행되고 있고, 분해성 플라스틱은 크게 미생물, 효소 등에 의해 플라스틱 분해가 일어나는 생분해성 플라스틱(Bio-Degradable Plastic), 태양광 및 태양광에 의한 복사열 등에 의한 광화학적, 열적반응에 의한 분자쇄 결합의 파괴(chemical bond cleavage)에 의한 플라스틱 분해가 일어나는 광분해성 플라스틱(Photo-Degradable Plastic), 온도 등의 영향에 의한 산화반응에 의해 플라스틱 분해가 일어나는 산화분해 플라스틱(Oxidation-Degradable Plastic) 및 가수분해반응에 의해 분해가 일어나는 가수분해 플라스틱(Hydrolytically-Degradable Plastic)으로 분류될 수 있으며, 이들 중 생분해성, 광분해성 플라스틱 또는 이들의 복합분해성 플라스틱에 대한 연구가 가장 활발하게 진행되고 있으며, 석유계 플라스틱의 사용을 줄이기 위해 식물성 폐기물, 예를 들어 커피나 왕겨, 밀껍질 등의 분말을 플라스틱에 혼합하는 기술이 개발되었으나, 최종 제품에 대한 물성이 나빠지고, 사용 후 재활용이 여의치 않은 문제점이 있었다.

피톤치드(Phytoncide)는 식물이 해충, 곰팡이, 병균 등을 퇴치하기 위해 방출하는 화학물질 혼합물로서 항균과 살균 기능이 있는 것으로 확인되어서, 측백나무과인 편백나무에서 방출되는 피톤치드는 항균력과 자연치유력이 우수하여 편백나무에서 추출한 원액이나 편백나무 조각은 실내 환경 정화용이나 아토피 등 대기와 관련된 환자의 치료에 적용하고 있다(대한민국 등록특허번호 제10-1152684호, 제10-1305384호 및 제 10-0930317호).

피톤치드는 단일 성분이 아니고 50여종 이상의 용융점과 용해도가 다른 성분의 혼합물이어서 성분 및 방출 속도를 제어하기가 매우 어려우며, 혼합물질과 혼화성, 농도, 제조 방법뿐 아니라 온도와 습도 등 주변 환경에 따라서 방출되는 물질과 속도가 달라지기 때문에 피톤치드의 방향 밀도가 과도하게 높으면 인체에 유해한 문제점도 있다.

이러한 이유로 피톤치드의 성능을 유지할 수 있으면서 간편하게 피톤치드를 저장하고 지속적으로 피톤치드 방출을 구현할 수 있는 제품의 개발이 요구되고 있다.

플러린(fullerene)은 흑연이나 다이아몬드와 같은 탄소 동소체이나, 흑연이나 다이아몬드와는 다른 구조적 형태를 가짐으로 인하여, 이는 통상 제3의 탄소 동소체로 불린다. 플러린은 탄소(C) 원자가 5각형이나 6각형으로 배열 연결된 탄소 고리를 갖는다. 그리고 이러한 탄소 고리들이 대략 구체(구형) 등의 형상으로 결합되어 중공(中空)을 형성하고 있다. 일반적으로 플러린은 C60 ~ C80 또는 이보다 큰 탄소 수를 갖는다. 또한, 플러린은 그 구조적 형태에 있어서, 축구공의 형상을 갖거나, 축구공과 유사한 구체 등의 형상으로서, 중공상의 구조적 특성을 갖는다. 플러린은 위와 같은 탄소 고리 배열 및 중공상의 특이한 구조 등으로 인해, 뛰어난 물리적 및 화학적 성질을 갖는다. 구체적으로, 플러린은 강력한 항산화성, 흡착성, 촉매성(흡착된 물질의 분해성), 살균력, 전자기파 흡수성, 전기전도성, 및 경우에 따라서는 다이아몬드보다 높은 강도 등의 여러 가지 유용한 물리적 및 화학적 성질을 가지고 있어 그 응용 가치가 높다.

일반적으로 플러린은 카본 블랙이나 흑연을 원료로 하여, 아크 방전법이나 연속 연소법을 통해 인공적으로 합성하여 제조하거나, 천연 광물로부터 추출하여 제조하는 방법이 있다. 일부 천연 광물은 플러린 또는 이와 유사한 구조의 유사 플러린을 함유하고 있다. 이러한 천연 광물로부터 전기 화학적 방법과 극성용매추출 방법을 이용하여 플러린을 추출하여 제조하였다(일본 공개특허 평7-315987호).

플러린은 강력한 천연 산화 방지 기능으로 많은 질병에 대해 인간의 면역력을 높여주고, 다공질의 구조상 지구상의 다양한 오염물질을 흡착시켜 물과 공기를 정화하며, 흡착한 오염물질을 스스로 분해하는 기능, 대장균, 녹농균, 포도상구균 등의 유해균을 99.9% 살균하며, 유해 전자파를 차단하고, 원적외선을 다량 방출하는 효능으로 건강기능성 제품에 많이 사용되고 있다. 현재 많이 사용되는 방법으로는 플러린을 다량 함유한 원석을 벽돌 형태로 가공하여 벽이나 바닥에 쌓아 건축에 이용하거나, 잘게 부수어 물병에 넣어 물을 정화시켜 음용하거나, 곱게 분쇄하여 비누에 첨가하는 등 단순한 사용에 국한되어 있다(대한민국 등록특허번호 제10-1515534호, 및 제10-1633302호).

이러한 이유로 플러린의 고유한 성능과 기능을 유지할 수 있으면서 용이하게 활용할 수 있는 새로운 소재 및 이를 이용한 제품의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 플러린을 함유하는 광물계 분말, 피톤치드 성분을 함유하는 나무를 파쇄한 목본계 분말, 사탕수수 유래 천연수지 및 왁스 등의 첨가제로 제조되는 복합수지로서, 플러린 및 피톤치드의 고유한 성능과 기능을 유지하면서 간편하고 용이하게 제조될 수 있고, 전자파 차폐 및 항균 효과가 우수한 친환경 고기능 플라스틱, 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 플러린(fullerene)을 함유하는 광물계 분말, 피톤치드를 함유하는 목본계 분말, 및 사탕수수 유래 천연수지를 포함하는 기능성 고분자 플라스틱을 제공한다.

또한, 본 발명은

i) 플러린을 함유하는 광물계 분말(제 1수지), 피톤치드를 함유하는 목본계 분말(제 2수지), 사탕수수 유래 천연수지(제 3수지)를 혼합하는 단계;

ii) 상기 단계 i)의 혼합물에 상용화제, 활제, 생분해제 및 탈색제를 첨가하는 단계;

iii) 상기 단계 ii)의 혼합물을 고온에서 압출한 후 건식으로 냉각시키는 단계; 및

iv) 상기 단계 iii)의 압출물을 성형하여 펠릿으로 제조하는 단계;를 포함하는 기능성 고분자 플라스틱의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 기능성 고분자 플라스틱을 이용하여 제조된 비닐백을 제공한다.

아울러, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 기능성 고분자 플라스틱을 이용하여 제조된 케이스를 제공한다.

본 발명에 따른 기능성 고분자 플라스틱은 플러린 및 피톤치드의 고유한 성능과 기능을 유지하면서 간편하고 용이하게 제조될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 고분자 천연수지는 입수가 용이하고 공해가 없는 자연에서 용이하게 구할 수 있는 것이기 때문에 원자재의 구입이 용이하고 연속성을 유지할 수 있기 때문에 변동이 없는 가격으로 제품을 생산할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 고분자 천연수지로 비닐백, 케이스, 유아용품, 그릇세트 및 소형가전 등의 용기를 구성할 경우, 플러린 성분에 의해 항산화, 항균 및 전자파 차폐 등의 효과를 나타내고, 피톤치드 성분에 의해 항균, 탈취, 항알레르기, 항암 등의 효과를 나타내며, 용기에 음식을 수용할 경우 일정시간 동안 부패를 방지할 수 있는 효과가 있으므로 저항력이 약한 어린이와 노인의 용품에 사용할 경우 양호한 건강을 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 공정도를 보여주는 그림이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략할 수 있다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 발명은 플러린(fullerene)을 함유하는 광물계 분말, 피톤치드를 함유하는 목본계 분말, 및 사탕수수 유래 천연수지를 포함하는 기능성 고분자 플라스틱을 제공한다.

상기 플러린은 탄소(C) 원자가 5각형이나 6각형으로 배열 연결된 탄소 고리를 가지되, 이러한 탄소 고리들이 결합되어 구체 또는 다면체의 다양한 형상을 가지고 있으며, 탄소 수는 제한되지 않는다. 상기 플러린은 C₆₀ ~ C₅₄₀의 탄소 수를 가지는 플러린은 물론, 이보다 작거나 큰 탄소 수를 가지는 유사 플러린을 포함할 수 있다. 특히, 버크민스터플러린(C₆₀) 및 이의 이형체인 C₇₀, C₇₂, C₇₆, C₈₀, C₁₈₀, C₂₄₀ 및 C₅₄₀ 등이 바람직하다.

상기 플러린을 함유하는 천연 광물로는 플러린을 함유하는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 함량은 20 중량% 이상 99 중량%가 포함될 수 있으며, 잔량은 무기물이다. 상기 천연 광물은, 예를 들어 점토 광물 및 순기트(shungite) 광물 등으로부터 선택될 수 있다. 즉, 상기 천연 광물은 순기트 광물만을 사용하거나, 순기트 광물에 다른 천연 광물을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 순기트 광물은 규산염(silicate) 등의 규소 화합물(규산질)을 주성분으로 하되, 탄소 성분의 함량, 특히 플러린의 함량이 높아 본 발명에 유용하다. 즉, 순기트 광물은 25 중량% 이상, 보다 구체적으로 25 ~ 50 중량%의 플러린을 함유하고 있다.

상기 광물계 분말은 플러린을 함유하는 천연 광물, 바람직하게는 순기트 광물을 적정 크기로 분쇄하여 제조할 수 있다. 천연 광물은 분쇄에 의해, 표면적이 넓어져 추출 공정에서 탄소 성분의 추출율이 개선될 수 있다. 예를 들어, 200 내지 400 메쉬 크기로 분쇄될 수 있으며 300 메쉬 크기로 분쇄하는 것이 바람직하다. 이때, 천연 광물의 입자 크기가 너무 작으면 취급이 어려울 수 있고, 너무 크면 탄소 성분의 추출률이 낮아질 수 있다.

이때, 분쇄 방법은 제한되지 않는다. 분쇄 방법은 분체 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 다양한 방법으로부터 선택될 수 있다. 분쇄는, 예를 들어 볼 밀(Ball mill), 아트리션 밀(Attrition mill), 제트 밀(Jet mill), 회전밀(Rotary mill) 및 진동 밀(Vibration mill) 등과 같은 방법으로 진행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 피톤치드를 함유하는 목본계는 소나무, 전나무, 구상나무, 삼나무, 화백나무, 편백나무 중의 어느 한 종류, 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 나무에 제한되지 않으며 피톤치드를 다량 함유하고 있는 나무는 모두 사용 가능하다.

상기 목본계 분말은 피톤치드를 다량 함유하고 있는 나무를 적정 크기로 분쇄하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 200 내지 400 메쉬 크기로 분쇄될 수 있으며 300 메쉬 크기로 분쇄하는 것이 바람직하다. 이때, 나무 분말의 입자 크기가 너무 작으면 취급이 어려울 수 있고, 너무 크면 피톤치드 성분의 추출률이 낮아질 수 있다.

상기 사탕수수 유래 천연수지는 사탕수수의 재배 및 수확하는 과정과, 사탕수수를 분쇄하여 당액을 구성하는 과정과, 당액으로부터 설탕을 분리 추출하는 과정과, 당밀을 초산발효하여 시켜 알코올(C₂H₅OH)을 구성하는 과정과, 상기 알콜에서 수분을 탈수하여 에틸렌(C₂H₄)을 구성하는 과정과, 상기 에틸렌을 중합하여 CH₃-[-CH₂-CH₂]n-CH₃와 같은 분자 구조를 갖는 폴리에틸렌(poly ethylene)을 구성하는 과정으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 사탕수수의 착즙을 높은 상온(27 ~ 34℃)에서 발효하고 건조하여 구성되는 50 내지 150 메쉬, 바람직하게 100 메쉬의 분말로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 혼합물은 전체 플라스틱 100 중량부에 대하여 광물계 분말 15 내지 30 중량부, 목본계 분말 10 내지 20 중량부, 사탕수수 유래 천연수지 50 내지 70 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이는 기능성 고분자 플라스틱의 상품성 및 피톤치드 및 플러린의 성능을 최적화하기 위한 적정 배합 비율이다. 이때, 천연수지 혼합비율이 높으면 피톤치드 및 플러린 성능이 저하되는 문제점이 있고, 피톤치드 및 플러린 혼합비율이 높으면 성형이 곤란하여 상품의 질을 우수하게 나타낼 수 없는 문제점이 있다.

상기 기능성 고분자 플라스틱은 왁스를 포함하는 첨가제를 포함할 수 있으며, 이런 첨가제는 전체 플라스틱 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 왁스 외의 첨가제로는 혼합물의 계면활성을 위해 상용화제, 혼합물의 성형시 성형물의 유동성을 양호하게 구성하는 활제, 플라스틱 분해를 용이하게 구성하는 산화제, 및 혼합물의 탈색을 구성하는 탈색제 등을 포함한다.

상기 상용화제(compatibilizer)는 비극성인 천연수지와 극성인 분말 간의 이형성을 제거하여 상용성을 부여하는 물질로서, 그 예로는 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜, 폴리비닐알코올 및 에틸렌비닐아세테이트 등을 사용하거나, 폴리올레핀계 또는 폴리올레핀 유도 중합체를 사용할 수 있으며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 이런 상용화제는 전체 플라스틱 100 중량부에 대하여 2 내지 4중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 플라스틱용 활제는 제1수지와 제2수지를 포함한 혼합물에서 제1수지와 제2수지의 사이에 접합 또는 친화력 강화 및 배합, 압출 시 발생하는 마찰열을 감소시켜 열적 분해를 방지하는 동시에 원활한 압출 작업을 수행하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 물성은 기초소재와 유사하게 유지하면서 원활한 작업성을 제공할 수 있도록 구성되어 있다. 이런 활제는 전체 플라스틱 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 활제는 천연소재인 스테아린산염, 팔미트산염 및 라우르산염으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 더욱 바람직하게는 칼슘 스테아린산(Calcium Stearate), 아연 스테아린산(Zinc Stearate) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 생분해용 산화제는 고분자 사슬을 끊어 분해시키기 위해 첨가되는 성분으로서, 당 업계에서 통상적으로 사용되는 플라스틱 분해용 산화제라면 제한됨이 없이 사용될 수 있으며, 일반적인 산화촉진제로서 고분자의 산화를 촉진시키기 위해 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 등의 금속으로 구성되어 있는 것이 사용될 수 있다. 이런 산화제는 전체 플라스틱 100 중량부에 대하여 0.5 내지 1 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 탈색제는 아황산표백제, 아염소산나트륨 및 과산화수소로 구성되는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 고분자 플라스틱으로 다양한 색상을 구성하기 위해서는 본래의 색상을 탈색해야 다른 색상을 구성할 수 있기 때문에 탈색제를 첨가하게 된다. 이런 탈색제는 전체 플라스틱 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은

상기 제조방법에 있어서, 상기 단계 i)에서 전체 플라스틱 100 중량부에 대하여 광물계 분말 15 내지 30 중량부, 목본계 분말 10 내지 20 중량부, 사탕수수 유래 천연수지 50 내지 70 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이는 기능성 고분자 플라스틱의 물성 및 분해성을 최적화하기 위한 적정 배합 비율이다.

상기 단계 i)에서 목본계 분말에 코팅제를 피복시키는 공정을 포함시킬 수 있다. 목본계 분말은 다공성으로 구성되어 있어서, 다공에 코팅제가 침착되어 코팅체를 형성함으로써 목본계 분말의 수분 재흡수를 방지할 수 있고, 천연수지와 혼합과정에서 상용성이 용이하도록 구성할 수 있다. 이때, 코팅제를 입힐 때 15 ~ 30분에 걸쳐 70℃에서부터 110℃까지 서서히 증가시켜서 코팅하는 것이 바람직하다.

상기 제조방법에 있어서, 상기 단계 ii)는 단계 i)과 동시에 혼합하여 진행하거나 순차적으로 진행할 수 있다.

상기 단계 i) 및 ii)에서 온도 70 내지 100℃에서 혼합하는 것이 바람직하고, 온도 80 내지 90℃에서 혼합하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 혼합 시간은 15 ~ 35분간 서서히 혼합하는 것이 바람직하다. 혼합시간이 15분 미만일 경우 완전히 혼합되기 어려우며, 35분 초과일 경우 산화반응이 일어나서 혼합물에 황변 형상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

상기 수지들을 혼합할 때 혼합이 용이하도록 수지 혼합물의 계면 활성을 위해 2 ~ 4 중량%의 상용화제를 혼합하고, 수지 혼합물의 유동성을 양호하게 하기 위해 1 ~ 2 중량%의 활제를 혼합하며, 수지 혼합물의 생분해를 용이하게 하기 위해 산화제 0.5 ~ 1 중량%를 혼합하고, 수지 혼합물인 고분자 천연수지의 다양한 색상을 구현할 수 있도록 탈색제 1 ~ 2 중량%를 혼합할 수 있다.

이때, 상기 상용화제는 시중에서 구입할 수 있는 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜, 폴리비닐알콜, 에틸렌비닐아세이트 중 어느 한 가지를 사용할 수 있고, 상기 활제는 시중에서 구입할 수 있는 스테아린산염, 팔미트산염, 라우르산염 중 어느 한 가지를 사용할 수 있으며, 상기 생분해제는 산화제인 철, 아연, 망간, 티타늄 등의 금속 중 어느 한 가지를 사용할 수 있고, 상기 탈색제는 아황산표백제, 아염소산나트륨, 과산화수소 중 어느 한 가지를 사용할 수 있다.

상기 제조방법에 있어서, 상기 단계 iii)에서 압출은 200 내지 300℃의 온도에서 압출하는 것이 바람직하다. 각각의 수지를 혼합하고 각 첨가물을 혼합한 혼합물을 혼합할 때, 80 내지 90℃의 온도에서 서서히 혼합하고 혼합한 혼합물을 200 내지 300℃의 온도에서 가소화를 구성하고 5 ㎏/㎠의 압력으로 성형기에서 압출하게 된다.

상기 제조방법에 있어서, 상기 단계 iv)에서 펠릿은 1 내지 3.5 mm의 굵기 및 길이로 절단하여 제조하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 압출되는 혼합물은 건식으로 냉각하여 상온에서 완전히 경화되면 1 내지 3.5 mm의 굵기와 1 내지 3.5 mm의 길이로 절단하면 고분자 펠릿이 될 수 있다. 상기와 같이 구성되는 고분자 펠릿은 여러 종류의 성형기에서 여러 모양의 용기를 구현할 수 있게 된다.

상기 제조방법에 있어서, 성형되는 상품의 용도에 따라 상품의 가공성, 제품 안정성 제품의 성능 등을 향상시키기 위하여 플라스틱 제조를 위한 첨가제로 표면 처리제를 소정의 양으로 첨가할 수 있으며, 또한, 플라스틱 제품의 사용기간 중 수지의 물리적, 화학적 성질을 유지하여 분해되지 않도록 하기 위하여 안정제를 소정의 양으로 첨가할 수 있다.

본 발명에 의한 고분자 천연수지로 비닐백, 케이스, 유아용품, 그릇세트 및 소형가전 등의 용기를 구성할 경우, 플러린 성분에 의해 항산화, 항균 및 전자파 차폐 등의 효과를 나타내고, 피톤치드 성분에 의해 항균, 탈취, 항알레르기, 항암 등의 효과를 나타내며, 용기에 음식을 수용할 경우 일정시간 동안 부패를 방지할 수 있는 효과가 있으므로 저항력이 약한 어린이와 노인의 용품에 사용할 경우 양호한 건강을 유지할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1>

광물계 분말의 경우, 천연 광물로는 러시아산 순기트 광물을 사용하였으며, 이는 규산질(SiO₂)을 주성분으로 하되, 탄소(C)를 약 28 중량%로 함유한 것으로 분석된 것이었다. 상기 순기트 광물을 볼밀을 이용하여 분쇄하여 300 메쉬 크기의 분말을 제조하였다.

목본계 분말의 경우, 소나무, 전나무, 편백나무가 동일한 비율로 혼합하여 구성된 나무를 영하 50℃에서 동결 건조한 다음, 볼 밀을 이용하여 분쇄하여 300 메쉬 크기의 분말을 제조하였다.

천연수지의 경우, 사탕수수로부터 유래된 폴리에틸렌(poly ethylene)을 사용하였다.

광물계 분말 20 중량%, 목본계 분말 15 중량%, 사탕수수 유래 천연수지 60 중량%, 상용화제로서 올레핀 유도 중합체 2 중량%, 활제로서 칼슘 스테아린산 1중량%, 산화제로서 철(Fe) 1 중량%, 탈색제로서 아염소산나트륨 1 중량%를 85℃의 온도에서 25분간 서서히 혼합한 후, 혼합한 혼합물을 250℃의 온도에서 가소화를 구성하고 5 ㎏/㎠의 압력으로 성형기에서 압출한 다음, 건식으로 냉각한 후, 상온에서 완전히 경화되면 1 ~ 3.5 mm의 굵기와 1 ~ 3.5 mm의 길이로 절단하여 고분자 펠릿을 제조하였다.

< 실시예 2>

광물계 분말 15 중량%, 목본계 분말 10 중량%, 사탕수수 유래 천연수지 70 중량% 혼합하고, 나머지 공정은 상기 <실시예 1>과 동일하게 수행하여 고분자 펠릿을 제조하였다.

< 실시예 3>

광물계 분말 30 중량%, 목본계 분말 20 중량%, 사탕수수 유래 천연수지 50 중량% 혼합하고, 나머지 공정은 상기 <실시예 1>과 동일하게 수행하여 고분자 펠릿을 제조하였다.

< 실시예 4>

광물계 분말 10 중량%, 목본계 분말 5 중량%, 사탕수수 유래 천연수지 80 중량% 혼합하고, 나머지 공정은 상기 <실시예 1>과 동일하게 수행하여 고분자 펠릿을 제조하였다.

< 실시예 5>

광물계 분말 35 중량%, 목본계 분말 25 중량%, 사탕수수 유래 천연수지 40 중량% 혼합하고, 나머지 공정은 상기 <실시예 1>과 동일하게 수행하여 고분자 펠릿을 제조하였다.

< 비교예 1>

목본계 분말을 제외하고, 광물계 분말 35 중량% 및 사탕수수 유래 천연수지 60 중량% 혼합하고, 나머지 공정은 상기 <실시예 1>과 동일하게 수행하여 고분자 펠릿을 제조하였다.

< 비교예 2>

광물계 분말을 제외하고, 목본계 분말 35 중량% 및 사탕수수 유래 천연수지 60 중량% 혼합하고, 나머지 공정은 상기 <실시예 1>과 동일하게 수행하여 고분자 펠릿을 제조하였다.

< 실험예 >

<1-1> 생분해도 시험

제조된 고분자 펠릿의 생분해성을 측정하였다.

생분해성 측정을 위하여 KS M ISO 14855-1(퇴비화 조건에서 플라스틱의 호기성 생분해도 및 붕괴도의 측정- 적정에 의한 발생 이산화탄소의 정량법)에 의거 시험을 실시하였다.

시험은 58±2℃의 항온이 유지되고 미생물 활동을 저해할 수 있는 가스가 없으면서 어둡거나 확산광이 있는 곳에서 시험을 실시하였다. KS M ISO 14855-1에 준하는 표준퇴비를 사용하였으며, 퇴비는 적절히 가동되는 호기성 퇴비 공장에서 제조하여 충분히 호기화된 퇴비를 접종원으로 사용하였다. 총 건조 고형분의 함유량은 습윤 고형분의 50 ~ 55%를 넘지 않아야 하며, 휘발성 고형분의 함유량은 습윤 고형분의 15%, 건조 고형분의 30%를 넘지 않도록 하였다. 함수율은 대략 50%로 유지하고, 접종원은 시험 시작 10일 동안 휘발성 고형분의 그램당 50 ~ 150 mg의 이산화탄소를 발생시키도록 하였다. 시험에 사용되는 표준 물질의 입자의 크기는 20 ㎛ 이하인 TLC(박막크로마토그래피)급의 셀룰로오스를 사용하였다.

퇴비화 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하기 위하여 0.4N 수산화칼륨 수용액과 2.0N 바륨클로라이드 수용액을 5:1의 비율로 혼합하여 사용하였다. 포집된 이산화탄소를 성량하기 위해 일정한 간격을 두고 포집병을 분리하였다. 분리 시기는 생분해의 속도에 따라 결정되며, 분리된 포집병은 충분히 교반하여 준 후 12 mL를 취하여 이를 자석 교반기 위에 놓은 후, 페놀프탈레인 수용액 2 ~ 3방울을 떨어뜨렸다. 교반하면서 분홍색이 무색이 될 때까지 0.2N 염산 수용액으로 적정하였다.

시험의 종료는 정체기에 도달 때까지 6개월 동안 배양하였다. 시험이 종료된 후 생분해도를 계산하였는데, 생분해도 계산과정은 다음과 같이 먼저 이론적 이산화탄소 발생량을 계산하고, 발생된 이산화탄소를 계산한 다음, 아래 수식에 따라 생분해도를 계산하였다.

(1) 이론적 이산화탄소 발생량의 계산

ThCO₂ = M_TOT × C_TOT × 44/12

M_TOT: 시험 시작 시 퇴비에 첨가된 시험 물질 중 총 건조 고형분의 양(g)

C_TOT: 시험 물질의 총 건조 고형분에 포함된 유기탄소의 비율 (g/g)

44, 12: 이산화탄소의 분자량과 탄소의 원자량

(2) 발생된 이산화탄소량의 계산

Xmg of CO₂ = 44 × 1/2 × (20 - mLHCL) × 0.2 moles

0.2N 염산을 이용한 적정과정에서 사용한 염산의 양을 mL HCL의 값으로 넣어 위의 수식을 이용하여 이산화탄소 발생량을 계산한다.

(3) 생분해도의 계산

D_t = [(CO₂)_T - (CO₂)_B / ThCO₂] × 100

(CO₂)_T: 시험물질이 담긴 퇴비화 용기로부터 발생한 이산화탄소의 누적량 (g)

(CO₂)_B: 접종원 용기로부터 발생하는 이산화탄소 누적량의 평균 (g)

ThCO₂: 용기 속 시험 물질에 의해 발생하는 이론적 이산화탄소의 양 (g)

그 결과, 셀룰로오스(표준 시험물질)가 18일 동안 37% 분해가 되는 과정에서, 실시예 1 내지 3에서 제조된 고분자 플라스틱은 각각 약 33 내지 35% 분해가 되었고, 실시예 4 내지 5에서 제조된 고분자 플라스틱은 각각 약 25 내지 28% 분해가 되어 다소 낮은 생분해성을 나타내었으며, 반면, 비교예 1 및 2에서 제조된 고분자 플라스틱은 각각 약 22 내지 23% 분해되어 보다 낮은 생분해성을 나타내었다.

<1-2> 최대굴곡하중 시험

제조된 고분자 펠릿의 최대굴곡하중(단위 N)을 측정하였다.

굴곡하중은 ASTM(American Society for Testing and Materials) 방법에 의거하여 측정하였다.

그 결과, 실시예 1 내지 3에서 제조된 고분자 플라스틱은 최대굴곡하중은 각각 약 895 내지 910 N을 나타내었고, 실시예 4 내지 5에서 제조된 고분자 플라스틱은 각각 약 805 내지 815 N를 나타내었으며, 반면, 비교예 1 및 2에서 제조된 고분자 플라스틱은 각각 약 765 내지 775 N을 나타내었다.

Claims

플러린(fullerene)을 함유하는 광물계 분말, 피톤치드를 함유하는 목본계 분말, 및 사탕수수 유래 천연수지를 포함하는 기능성 고분자 플라스틱.
제 1항에 있어서,
전체 플라스틱 100 중량부에 대하여 광물계 분말 15 내지 30 중량부, 목본계 분말 10 내지 20 중량부, 사탕수수 유래 천연수지 50 내지 70 중량부 및 첨가제 1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱.
제 1항에 있어서,
상기 플러린을 함유하는 광물계 분말은 버크민스터플러린(C₆₀) 및 이의 이형체인 C₇₀ 내지 C₅₄₀로 구성된 군으로부터 선택된 어느 한 종류 또는 두 종류 이상의 혼합물을 포함하는 광물계 분말인 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱.
제 1항에 있어서,
상기 피톤치드를 함유하는 목본계 분말은 소나무, 전나무, 구상나무, 삼나무, 화백나무 및 편백나무로 구성된 군으로부터 선택된 어느 한 종류 또는 두 종류 이상을 파쇄한 분말인 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱.
제 2항에 있어서,
상기 첨가제는 상용화제, 활제, 생분해제 및 탈색제로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱.
제 5항에 있어서,
상기 상용화제는 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜, 폴리비닐알콜 및 에틸렌비닐아세이트로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱.
제 5항에 있어서,
상기 활제는 스테아린산염, 팔미트산염 및 라우르산염으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱.
제 5항에 있어서,
상기 생분해제는 철, 아연, 망간 및 티타늄의 금속으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱.
제 5항에 있어서,
상기 탈색제는 황산표백제, 아염소산나트륨 및 과산화수소로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱.
i) 플러린을 함유하는 광물계 분말(제 1수지), 피톤치드를 함유하는 목본계 분말(제 2수지), 사탕수수 유래 천연수지(제 3수지)를 혼합하는 단계;
ii) 상기 단계 i)의 혼합물에 상용화제, 활제, 생분해제 및 탈색제를 첨가하는 단계;
iii) 상기 단계 ii)의 혼합물을 고온에서 압출한 후 건식으로 냉각시키는 단계; 및
iv) 상기 단계 iii)의 압출물을 성형하여 펠릿으로 제조하는 단계;를 포함하는 기능성 고분자 플라스틱의 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 단계 i) 및 ii)에서 전체 플라스틱 100 중량부에 대하여 광물계 분말 15 내지 30 중량부, 목본계 분말 10 내지 20 중량부, 사탕수수 유래 천연수지 50 내지 70 중량부 및 첨가제 1 내지 10 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱의 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 단계 i) 및 ii)에서 온도 70 내지 100℃에서 고온 배합하는 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱의 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 단계 iii)에서 압출은 200 내지 300℃의 온도에서 압출하는 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱의 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 단계 iv)에서 펠릿은 1 내지 3.5 mm의 굵기 및 길이로 절단하여 제조하는 것을 특징으로 하는 기능성 고분자 플라스틱의 제조방법.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 기능성 고분자 플라스틱을 이용하여 제조된 비닐백.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 기능성 고분자 플라스틱을 이용하여 제조된 케이스.