KR20200063751A - 발수 전분을 이용한 생분해성 성형품 및 이의 제조방법 - Google Patents

발수 전분을 이용한 생분해성 성형품 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발수성 개질 전분을 주성분으로 하는 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

발수 전분을 이용한 생분해성 성형품 및 이의 제조방법{Biodegradable products and its Preparation Method using the water-repellent starch}
본 발명은 발수성 개질 전분을 주성분으로 하는 생분해성 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 새로운 생분해성 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 플라스틱 성형품이나 제품이 환경오염 및 바다 생물의 안전에 위협으로 다가 오면서, 대부분의 프란차이즈 업체나 또는 플라스틱 성형품을 활용하는 소비자는 환경오염을 유발하는 플라스틱 성형품을 대체하는 친환경 재료를 개발하고자 하는 노력이 심도 있게 진행되고 있다.
이를 해결하기 위하여 종이를 이용한 연구가 이루어지고 있지만, 종이는 내구성이 약하고, 수분에 취약하여 대부분의 음식물이나 또는 음료와 접하는 분야에서는 장기적으로 사용하기 어렵고, 종이 또한 산림 훼손문제를 야기하여 또 다른 환경오염을 악화시키는 요인이 된다.
또 다른 방안으로는 생분해성 수지를 사용하는 기술이 있지만, 생분해성 수지는 그 자체를 합성할 때 에너지와 화합물을 사용하여야 하므로 그 자체로서 환경오염을 야기하고, 가격이 비싸며, 또한 가공영역이 좁아 다양한 형태의 제품을 제조할 수 없고 각 제품에서 요구하는 물성을 만족시키기 어려운 단점이 있다.
또 다른 방법으로는 생분해성 재료로, 천연재료인 전분을 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate)나 폴리비닐알콜과 혼합하여 블랜딩함으로써 제조하는 방법 등이 있지만, 여전히 분해속도가 느리고 또한 물성에서 만족하지 못하는 단점이 있다.
또한 전분을 주성분으로 경우 우리나라 특허공개공보 제2007-118834호 등에서 공지되어 있듯이 별도의 내수성을 부여할 필요가 있어서 표면처리가 필요하고, 내수성이 있다고 해도 여전히 수분에 의해 외관이 허물어지는 등의 문제점을 가지고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제2007-118834호
본 발명의 목적은 친환경적이고 제조가격이 저렴한 발수성 전분을 사용한 생분해성 성형품 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 오르가노 실록산으로 전분을 개질한 발수성 전분을 이용하여 생분해성 성형품의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 수분에 노출되어도 외형의 변화 없이 장기적으로 사용가능하면서도 생분해성이 우수하여 짧은 시간 내에 미생물에 의해 생분해 가능한 생분해성 성형품 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 위하여 본 발명의 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법은 발수성 개질전분 조성물을 물과 혼합하여 가소화하는 단계, 상기 가소화된 발수성 개질 전분으로 가소화 매스를 제조하는 단계, 가소화된 매스를 몰드에 투입하여 가온가압하여 성형물을 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법에 있어, 상기 가온가압은 가온진공성형으로 대체될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법에 있어, 상기 발수성 개질 전분 조성물은 (a) 폴리알킬렌글리콜 및 솔비탄에서 선택되는 하나 이상의 가소제 및 (b) 셀룰로오스 분말에서 선택되는 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법에 있어, 상기 발수성 개질 전분 조성물은 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여, 물 10 내지 100중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법에 있어, 상기 발수성 개질 전분 조성물은 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여 상기 (a) 성분이 1 내지 50중량부이고 (b) 성분이 1 내지 30중량부의 범주에서 선택되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법에 있어, 상기 발수성 개질 전분은 수접촉각이 110도 이상의 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법에 있어, 상기 가소화 매스는 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여, 물 10 내지 100중량부, 좋게는 물 20 내지 80중량부를 포함하는 조성물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법에 있어, 상기 발수성 개질 전분 조성물은 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여, 가소제 1 내지 50중량부 및 셀룰로오스 분말 1 내지 30중량부에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법에 있어, 상기 발수성 개질 전분 조성물은 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여, 가소제 1 내지 50중량부 및 셀룰로오스분말 1 내지 30중량부에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있으며, 또한 물 10 내지 100중량부를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법에 있어, 상기 발수성 개질 전분은 하기 화학식 1로 표시되는 실란화합물을 염기성 촉매의 존재 하에서 전분과 반응시켜 제조되는 수접촉각이 110도 이상인 것을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
(R1O)xSi(R2)y
(상기 화학식 1에서, R1은 C1~C10의 알킬이고, 상기 R2는 C1~C10의 알킬 및 C6~C20의 아릴에서 선택되고, 상기 아릴은 C1~C10의 알킬이 더 치환된 것일 수 있으며, 상기 x는 1 ~ 4이고, x+y는 4이다.)
또한 상기 발수성 개질 전분의 제조방법은 일본 특허공개공보 소59-179501A등의 제조방법으로 제조할 것을 포함할 수도 있으므로 여기서 더 이상 기재하지 설명하지 않는다.
본 발명의 일 예에 따른 개질된 발수성 전분을 사용한 생분해성 성형품은 제조단가가 낮고 원료수급이 안정적이며 친환경적인 물질로 생분해성 또한 우수하다는 장점이 있다.
본 발명의 일 예에 따른 생분해성 성형품은 수분에 노출되어도 외형의 변화 없이 장기적으로 사용 가능하면서도 생분해성이 우수하여 짧은 시간 내에 미생물에 의해 생분해가 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 일 예에 따른 생분해성 성형품은 인체에 자극성이 없고, 포장지나 성형품 도시락 등의 하우징으로 사용할 수 있는 장점이 있으며, 그 용도를 제한하는 것은 아니다.
이하 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법은
발수성 개질 전분 조성물을 물과 혼합하여 가소화하는 단계,
상기 가소화된 발수성 개질 전분 조성물로 가소화 매스를 제조하는 단계,
상기 가소화 매스를 몰드에 투입하고 가온가압하여 성형물을 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 개질 전분 조성물은 상기 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여, 물 10 내지 100중량부, 좋게는 물 20 내지 80중량부를 포함하는 조성물일 수 있다.
또한 본 발명에서는 상기 발수성 개질 전분 조성물에서 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여 가소제 1 내지 50중량부를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에서는 상기 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여 셀룰로오스 분말 1 내지 30중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 발수성 개질 전분을 주요성분으로 채택하므로, 전분 자체의 단시간 생분해 되는 특징을 그대로 채택하면서도, 발수성을 가지고 있어서 주변의 수분이나 물에 의해 변형되거나 용해되는 일 없이 안정적인 형태를 그대로 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 상기 발수성 개질 전분을 제조하기 위한 전분으로는 밀, 감자, 옥수수, 고구마 등의 곡물 등에서 얻어지는 것일 수 있다.
상기 생분해성 성형품의 제조방법에 있어서, 상기 발수성 개질 전분은 하기 화학식 1로 표시되는 실란화합물을 염기성 촉매의 존재 하에서 전분과 반응시켜 제조되는 수접촉각이 110도 이상인 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 발수성 개질 전분은 특별히 한정하지 않지만, 이해를 돕기 위하여 간단히 설명하면, 전분을 하기 화학식 1로 표시되는 오르가노실록산 화합물을 염기성 촉매의 존재 하에서 반응시키고 중화하여 제조할 수 있다.
좋게는 제조된 발수성 개질 전분은 수접촉각이 110도 이상인 특성을 나타내는 발수성 개질 전분을 사용하는 경우, 발수성이 충분하고 또한 더불어 기계적 물성이 충분히 유지되어 생분해성 성형품으로 제조할 경우 우수한 형태 안정성 및 수분 안정성을 가질 수 있어서 더욱 좋다.
[화학식 1]
(R1O)xSi(R2)y
(상기 화학식 1에서, R1은 C1~C10의 알킬이고, 상기 R2는 C1~C10의 알킬 및 C6~C20의 아릴에서 선택되고, 상기 아릴은 C1~C10의 알킬이 더 치환된 것일 수 있으며, 상기 x는 1 ~ 4이고, x+y는 4이다.)
상기 발수성 개질 전분은 수접촉각이 110도 이상의 것을 포함할 수 있으며, 본 발명에서 본 발명의 목적으로 하는 방수성과 생분해성을 충분히 달성하기 위해서는 상기 발수성 개질 전분의 수접촉각이 110도 이상, 보다 좋게는 120도 내지 130도의 수접촉각이라면 변형없이 충분히 생분해성 속도도 기존의 전분을 주요성분으로 하는 것과 큰 차이 없이 성형품을 제조할 수 있다.
본 발명의 발수성 개질 전분을 제조하기 위한 전분으로는 밀, 감자, 옥수수 및 고구마 등의 곡물 등에서 얻어지는 것일 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명에서는 성형품에 있어서, 물에 대한 용해 저항성을 더욱 증가시키기 위하여, 전분가 수소결합등의 2차 결합에 의해 물에 대한 용해 저항성이 더욱 증가시키기 위하여, 수소결합 가능한 가소제를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 발수성 개질 전분조성물은 (a) 폴리알킬렌글리콜 및 솔비탄에서 선택되는 하나 이상의 가소제 및 (b) 셀룰로오스 분말에서 선택되는 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
상기 발수성 개질 전분 조성물은 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여 상기 (a) 성분이 1 내지 50중량부이고 (b) 성분이 1 내지 30중량부의 범주에서 선택될 수 있다.
상기 가소제는 폴리알킬렌글리콜 및 솔비톨에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분일 수 있다. 상기 가소제의 함량은 특별히 제한하고 있지 않지만 개질 전분 100중량부에 대하여 1 내지 50중량부를 사용하는 것이, 생분해성을 유지하고, 발수성 및 물에 대한 저항성을 유지하는 관점에서 더욱 좋다.
상기 셀룰로오스 분말은 가소제와 결합되어 성형품의 강도를 더욱 증진시키고, 발수성을 그대로 유지하면서 생분해성을 더욱 증진시킬 수 있으므로 더욱 좋다.
기타 본 발명에서는 인체에 유해하지 않은 각종 무기충진제를 채택할 수 있으므로, 그 범주를 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 발수성 개질 전분을 이용한 생분해성 성형품은 상기 수접촉각이 110인 발수성 개질 전분 100중량부에, 가소제 1 내지 50중량부 및 셀룰로오스 분말 1 내지 30중량부를 함유하여 제조되는 것을 포함한다.
상기 가소제는 폴리알킬렌글리콜 또는 솔비톨에서 선택되는 어느 하나의 것일 수 있다.
상기 발수성 개질 전분은 전분을 오르가노실록산으로 개질한 것을 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명은 먼저 발수성 개질 전분을 물과 혼합하고 교반함으로써 가소화한다. 가소화란 혼합에 의해서 전분이 반죽되는 상태를 의미하며, 전분 분말이 완전히 물에 의해 결합되고 분산되는 실질적인 균일한 반죽상태를 의미한다. 가소화의 온도 및 시간은 필요에 의해 적절히 선택하여 사용 가능한 것이므로 본 발명에서 특별히 제한하지 않는다.
다음으로는 상기 가소화된 발수성 개질 전분 조성물을 일정 부분 떼어내거나 또는 압출하여 성형품을 제조할 수 있는 정도의 크기로 덩어리(매스)로 분리하는 단계를 의미한다.
다음, 상기 매스를 몰드에 투입하여 가온 가압하여 일정 두께의 용기인 성형품으로 제조하는 단계이다. 본 발명에서는 성형품의 용기의 두께가 1 내지 5mm 의 두께를 가지므로, 가온가압에 의해 물 등이 증발하여 건조되며 필요한 경우 별도의 건조조에서 추가 건조하여 성형품이 제조된다.
본 발명에서 상기 성형품의 제조단계는 진공몰드에 투입하여 가온진공성형하여 건조된 형태의 성형품으로 제조될 수 있다.
제조되는 성형품으로는 컵, 라면용기, 도시락 용기 등의 다양한 형태로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하며, 본 발명은 본 발명의 기술사상의 범주내에서 다양하게 변경실식 가능하며, 본 발명의 실시예에 한정되지 않는다.
[실시예 1]
교반기, 온도계, 콘덴서를 부착한 250ℓ 반응기에 상온에서 옥수수전분 20kg을 투입한다. 여기에 메틸트리메톡시실란 8kg을 에탄올 8kg과 혼합하여 투입한다. 상온에서 60분 동안 50 rpm으로 격렬하게 교반한 뒤, NaOH 수용액을 투입하여 pH를 11로 조절하였다. 이후, 50℃에서 20시간 교반하면서 반응시킨 뒤 필터링하여 용액을 제거하고, 얻어진 고형분은 70 ℃로 설정된 건조기 넣어 무게 변화가 없을 때까지 건조하였다. 제조된 수지의 수접촉각은 114° 였다.
트윈압출기에 상기 개질된 발수성 개질전분 100중량부에 물 50중량부를 넣고 압출기에서 90 ℃로 압출하여 잘 교반하여 두께 3mm 의 시트로 커팅하고, 이를 가온 진공 성형기에 놓고 성형품을 성형하여 제조하였다.
상기 얻어진 시트를 10mm x 20mm를 컷팅하고, 50 ℃의 건조기에서 추가적으로 건조한 후, 이를 50 ℃의 물 중에 2시간 담근 후, 형태 변형을 관찰한 결과 특별한 형태의 변화가 없었다.
이어서 생분해 실험을 위하여 상기 시트를 계량한 후 토양에 매립한 후 시간에 따른 무게 감량정도를 측정하였다. 그 결과 본 발명의 발수성 시트의 경우, 6개월 후 90.4%가 분해되었으며, 상기 시편에서 개질하지 않은 실시예 1의 옥수수 전분 자체로 동일한 조성으로 시편을 제조한 후 분해율 91.4%와 거의 유사한 분해율을 보였지만, 개질하지 않은 전분의 경우 50 ℃ 물에 2시간 침지한 후에는 시트가 비틀어지고 늘어지는 현상을 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1에 있어서, 트윈압출기에 상기 개질된 발수성 개질전분 100중량부에 솔비톨 10중량부, 셀룰로오스분말(평균길이 0.14mm) 2중량부를 넣은 후, 물 50중량부를 넣고 압출기에서 90 ℃로 압출하여 잘 교반하여 두께 3mm 의 시트로 커팅하고, 이를 가온 진공 성형기에 놓고 성형품을 성형하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
상기 얻어진 시트를 10mm x 20mm를 컷팅하고, 50 ℃의 건조기에서 추가적으로 건조한 후, 이를 50 ℃의 물중에 담근 후, 형태 변형을 관찰한 결과 3시간 동안에도 특별한 형태의 변화가 없었다. 이어서 생분해성 실험을 위하여 상기 시트를 계량한 후 토양에 매립한 후 시간에 따른 무게 감량정도를 측정하였다. 그 결과 본 발명의 발수성 시트의 경우, 6개월 후 94.4%가 분해되었다.

Claims (9)

  1. 발수성 개질 전분 조성물을 물과 혼합하여 가소화하는 단계,
    상기 가소화된 발수성 개질 전분 조성물로 가소화 매스를 제조하는 단계,
    상기 가소화 매스를 몰드에 투입하고 가온가압하여 성형물을 제조하는 단계;
    를 포함하여 제조되는 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발수성 개질 전분조성물은 (a) 폴리알킬렌글리콜 및 솔비탄에서 선택되는 하나 이상의 가소제 및 (b) 셀룰로오스 분말에서 선택되는 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것인, 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발수성 개질 전분 조성물은 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여, 물 10 내지 100중량부를 포함하는 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 발수성 개질 전분 조성물은 발수성 개질 전분 100중량부에 대하여 상기 (a) 성분이 1 내지 50중량부이고 (b) 성분이 1 내지 30중량부의 범주에서 선택되는 것인 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 발수성 개질 전분은 수접촉각이 110도 이상의 것인 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 생분해성 성형품의 제조방법에 있어서, 상기 발수성 개질 전분은 하기 화학식 1로 표시되는 실란화합물을 염기성 촉매의 존재 하에서 전분과 반응시켜 제조되는 수접촉각이 110도 이상인 발수성 개질 전분을 이용하는 생분해성 성형품의 제조방법.
    [화학식 1]
    (R1O)xSi(R2)y
    (상기 화학식 1에서, R1은 C1~C10의 알킬이고, 상기 R2는 C1~C10의 알킬 및 C6~C20의 아릴에서 선택되고, 상기 아릴은 C1~C10의 알킬이 더 치환된 것일 수 있으며, 상기 x는 1 ~ 4이고, x+y는 4이다.)
  7. 상기 수접촉각이 110인 발수성 개질 전분 100중량부에, 가소제 1 내지 50중량부 및 셀룰로오스 분말 1 내지 30중량부를 함유하여 제조되는 발수성 개질 전분을 이용한 생분해성 성형품.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 가소제는 폴리알킬렌글리콜 또는 솔비톨에서 선택되는 어느 하나의 것인 발수성 개질 전분을 이용한 생분해성 성형품.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 발수성 개질 전분은 전분을 오르가노실록산으로 개질한 것인 발수성 개질 전분을 이용한 생분해성 성형품.
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