KR20200118284A - 농업용 피복재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 (a) 폴리올레핀계 수지 및 탄소나노튜브를 포함하는 조성물을 제조하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 생성물에 폴리올레핀계 수지를 혼합하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 생성물을 성형하여 농업용 피복재를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계의 조성물 중 상기 탄소나노튜브의 함량은 5~30중량%인, 농업용 피복재의 제조방법을 제공한다.

Description

농업용 피복재의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING AGRICULTURAL COVERING MATERIAL}
본 발명은 농업용 피복재의 제조방법에 관한 것이다.
멀칭 농법이란 농작물을 재배할 때 토양의 표면을 덮어주는 자재, 예를 들어, 볏짚, 보릿짚, 목초, 필름 등으로 토양의 상면을 피복하여 잡초의 생육을 차단하고, 병충해를 예방하며 농약 사용을 절감할 수 있으며, 토양의 침식을 방지하고 토양수분을 유지하는 목적으로 행해지는 농법을 의미한다.
일반적으로 필름을 이용한 멀칭 농법이 가장 널리 사용되고 있으며, 멀칭필름은 투명필름, 흑색필름, 녹색필름으로 구분될 수 있다. 상기 투명필름은 지온 상승 효과가 우수하나, 잡초 억제 효과는 크지 않고, 흑색필름은 투명필름과 달리 잡초 억제 효과가 우수하나, 지온 상승 효과가 미미하다. 이와 같이 투명필름과 흑색필름의 문제점을 보완하여 개발한 녹색필름은 지온 상승 효과 및 잡초 억제 효과가 우수하다.
상기 녹색필름은 제조 과정 시 녹색 안료를 첨가하여 필름의 광투과율을 약 20% 내외로 조절하여 제조된 필름이다. 전술한 바와 같이 필름의 광투과율이 약 20% 내외로 조절될 시 적절한 수준의 지온 상승 효과를 구현함과 동시에 잡초의 발생을 억제할 수 있다. 다만, 녹색필름의 경우 첨가된 녹색 안료가 햇빛에 의해 분해가 용이하여 사용 중 필름이 찢어지는 등의 기계적 물성 저하 현상이 발생한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 과량의 안정제를 첨가하고 있으나 햇빛에 노출되는 시간이 길어질수록 기계적 물성의 저하 방지효과가 미미해지고, 안정제를 첨가함에 따라 환경적 문제 및 필름의 원가가 상승되는 문제점이 발생한다.
따라서, 녹색 안료를 대체하여 농작물 생산성을 극대화시킬 수 있는 광투과율을 구현함과 동시에 기계적 물성이 우수한 농업용 피복재의 제조방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 포함하여 광투과율 및 기계적 물성이 우수한 농업용 피복재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 (a) 폴리올레핀계 수지 및 탄소나노튜브를 포함하는 조성물을 제조하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 생성물에 폴리올레핀계 수지를 혼합하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 생성물을 성형하여 농업용 피복재를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계의 조성물 중 상기 탄소나노튜브의 함량은 5~30중량%인, 농업용 피복재의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌부틸아크릴레이트, 에틸렌에틸아크릴레이트 및 이들 중 2이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 20개 이하의 벽을 가지는 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 복수의 탄소나노튜브로 이루어진 다발형 탄소나노튜브일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 탄소 순도는 95% 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서,
상기 (b) 단계의 생성물 중 상기 탄소나노튜브의 함량은 0.35~0.65중량%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 200~250℃의 이축압출기에서 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는 180~250℃의 이축압출기에서 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는 180~250℃의 단축압출기에서 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계의 농업용 피복재는 블로우 몰딩(bolw molding)으로 제조될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 농업용 피복재는 광투과율이 15~25%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 농업용 피복재의 두께는 0.02~0.04㎜일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 농업용 피복재의 제조방법은 폴리올레핀계 수지 및 탄소나노튜브를 포함하는 조성물을 제조하고, 상기 조성물을 폴리올레핀계 수지로 희석하여 필름 형태로 성형하는 단계를 포함함으로써 농업용 피복재의 광투과율을 20% 내외로 조절할 수 있어 농작물 재배 시 지온 상승 효과 및 잡초 억제 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 농업용 피복재는 장시간 햇빛에 노출될 시에도 인장강도 및 신장율 등의 기계적 물성이 안정적으로 유지되어 농작물의 재배 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 농업용 피복재의 제조방법이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 측면은 (a) 폴리올레핀계 수지 및 탄소나노튜브를 포함하는 조성물을 제조하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 생성물에 폴리올레핀계 수지를 혼합하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 생성물을 성형하여 농업용 피복재를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계의 조성물 중 상기 탄소나노튜브의 함량은 5~30중량%인, 농업용 피복재의 제조방법을 제공한다.
일반적으로 농업용 피복재는 필름 형태로 제조되며 색상에 따라 투명필름, 흑색필름, 녹색필름으로 구분될 수 있다. 투명필름은 지온 상승 효과가 우수하나, 잡초 억제 효과는 미미하고, 흑색필름은 투명필름과 달리 잡초 억제 효과는 우수하나 지온 상승 효과가 저하되는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 녹색 안료를 포함하여 제조한 녹색필름은 광투과율이 적정 범위로 조절되어 지온 상승 효과 및 잡초 억제 효과를 동시에 구현할 수 있다. 다만, 녹색필름의 제조 시 첨가하는 녹색 안료는 햇빛에 노출되는 시간이 길어질수록 안정성이 저하되어 분해가 용이하고, 이에 따라, 녹색필름의 기계적 물성이 저하되어 사용 중 찢기는 현상이 발생할 수 있으며, 녹색 안료의 안정성을 높이기 위한 기타 안정제를 과량 첨가하는 경우 필름의 원가가 상승될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리올레핀계 수지 및 탄소나노튜브를 포함하는 농업용 피복재를 제조할 수 있다.
먼저, 상기 (a) 단계에서, 폴리올레핀계 수지 및 탄소나노튜브를 포함하는 조성물을 제조할 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌부틸아크릴레이트, 에틸렌에틸아크릴레이트 및 이들 중 2이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 탄소나노튜브는 탄소 원자들을 1차원으로 말려서 하나의 탄소가 다른 탄소 원자와 육각형 벌집 무늬로 결합되어 튜브 형태를 이루고 있는 물질이며, 튜브의 직경이 나노미터 수준으로 극히 작은 영역의 물질이다. 상기 탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 고효율의 수소저장성 등을 가진다.
상기 탄소나노튜브를 합성하는 방법은 전기방전법(Arc-discharge), 열분해법(Pyrolysis), 레이저 증착법(Laser vaporization), 플라즈마 화학기상증착법(Plasma chemical vapor deposition), 열화학 기상증착법(Thermal chemical vapor deposition) 등이 있으나, 합성 방법에 제한 없이 제조된 모든 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 벽의 개수에 따라 단일벽 탄소나노튜브(Single wall carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(Double wall carbon nanotube), 절두된 원뿔형의 그래핀(truncated graphene)이 다수 적층된 중공관 형태의 탄소나노섬유(cup-stacked carbon nanofiber), 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있고, 바람직하게는, 제조의 용이성 및 경제성이 우수한 다중벽 탄소나노튜브일 수 있고, 더 바람직하게는, 20개 이하의 벽을 가지는 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 복수의 탄소나노튜브로 이루어진 다발형 탄소나노튜브일 수 있다. 상기 다발형 탄소나노튜브는 평균 외경이 5~30㎛이고, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 이상, 바람직하게는, 40~90%인 복수의 단일가닥 다중벽 탄소나노튜브가 상호 응집되어 다발(bundle) 형태로 존재할 수 있다. 상기 외경은 탄소나노튜브의 벽을 이루는 그래파이트 층이 포함된 탄소나노튜브 횡단면의 직경을 의미하고, 상기 내경은 그래파이트 층이 제외된 중공 횡단면의 직경을 의미한다. 또한, 상기 탄소나노튜브의 탄소 순도는 95% 이상일 수 있다. 상기 탄소나노튜브의 탄소 순도가 95% 이상이면 상기 농업용 피복재의 광투과율을 필요한 수준으로 제어하였을 때, 기계적 물성이 우수하여 보다 얇은 농업용 피복재를 제조할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어, “다발(bundle)”은 복수의 탄소나노튜브가 나란하게 배열되거나 상호 엉킨 상태의 번들 혹은 로프 형태를 지칭하는 것으로, 이와 달리 복수의 탄소나노튜브가 일정한 형상을 이루지 않고 존재하는 경우 “비번들형”이라 지칭하기도 한다.
상기 폴리올레핀계 수지 및 탄소나노튜브가 혼합되어 생성된 (a) 단계의 생성물 중 탄소나노튜브의 함량은 5~30중량%일 수 있다. 상기 탄소나노튜브의 함량이 5중량% 미만이면 광투과율이 필요 이상으로 증가되어 농업용 피복재의 잡초 억제 효과가 저하될 수 있고, 30중량% 초과하면 상기 탄소나노튜브의 분산성이 불량하여 상기 농업용 피복재의 균일성 및 기계적 물성이 저하될 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계는 200~250℃의 이축압출기에서 수행될 수 있다. 일반적으로 압출기를 이용한 혼련 과정은 단축압출기 또는 이축압출기에서 수행될 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어, "단축압출기(single-screw extruder)", "이축압출기(twin-screw extruder)"는 각각 1개, 2개의 스크류를 구비하는 스크류식 압출기를 의미한다. 상기 (a) 단계에서 상기 탄소나노튜브의 파손을 억제하기 위해, 이축압출기로 수행하는 것이 바람직하고, 상기 폴리올레핀계 수지는 압출기 측으로 투입하고, 상기 탄소나노튜브는 사이드피더(Side feeder)를 사용하여 공급하여 혼련하는 것이 바람직하다.
상기 (a) 단계의 수행 온도는 200~250℃일 수 있고, 200℃ 미만이면 상기 탄소나노튜브의 분산성이 저하되어 최종 제품의 광투과율이 필요 이상으로 상승할 수 있고, 250℃ 초과이면 상기 폴리올레핀계 수지가 열화(degradation)될 수 있다.
한편, 상기 압출기의 길이 : 지름의 비율이 25~50 : 1일 수 있다. 상기 압출기의 "길이 : 지름의 비율"은, 상기 스크류의 길이(length, L)와 직경(diameter, D)의 비율을 의미하고, 이는 압출기의 압출 성능을 결정하는 요소 중 하나이다. 일반적으로, 스크류의 "길이 : 지름의 비율" 값이 클수록 혼련 효과와 제품의 품질이 향상되고 압출량의 편차를 줄일 수 있으나, 압출기에 투여되는 재료의 종류와 성질에 따라 길이 : 지름의 비율을 상이하게 조절할 수 있다.
상기 압출기의 길이 : 지름의 비율이 25 : 1미만이면 필요한 수준의 혼련 효과를 구현할 수 없고, 50 : 1 초과이면 압출기의 크기 및 구동 모터의 용량에 영향을 주어 공정 효율이 저하될 수 있다.
또한, 상기 압출기의 구동 속도가 50 내지 500rpm일 수 있다. 상기 압출기의 구동 속도는 상기 압출기 내에 구비된 스크류의 회전 속도를 의미하고, 상기 압출기의 구동 속도가 50rpm 미만이면 필요한 수준의 혼련 효과를 구현할 수 없고, 500rpm 초과이면 스크류의 회전 수에 비해 모터의 회전 수가 현저히 크기 때문에 모터 및 감속 장치에 과도한 하중을 가하여 손상을 입힐 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계의 생성물은 마스터배치의 형태로 제조될 수 있고, 고함량의 탄소나노튜브를 포함하여 제조될 수 있다. 일반적으로, 수지에 특수한 기능을 부여하기 위한 분말 상의 기능성 물질을 직접 혼합하는 경우, 정확한 배합이 어려울 수 있고, 혼련성 및 분산 불량으로 물성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 마스터배치를 사용하면 배합 비율을 정확하게 조절할 수 있고, 분산성을 향상시킬 수 있으며, 작업 중 분말 물질의 비산을 방지하여 작업성을 향상시킬 수 있다.
상기 (b) 단계는, 상기 (a)의 생성물에 폴리올레핀계 수지를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 (b) 단계의 폴리올레핀계 수지는 상기 (a) 단계의 폴리올레핀계 수지와 동종 또는 이종일 수 있으며, 그 종류, 그에 따른 효과에 관해서는 전술한 바와 같다.
상기 (b) 단계에서는, 상기 (a)의 생성물에 폴리올레핀계 수지를 혼합함으로써, 상기 (a)의 생성물에 포함된 고함량의 탄소나노튜브를 희석하는 단계를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 수지에 특수한 기능을 부여하기 위해 기능성 물질을 직접 혼합하는 경우, 정확한 배합 및 혼련성, 분산 불량으로 그 물성이 저하될 수 있어, 본 발명에서는 (a) 폴리올레핀계 수지 및 탄소나노튜브를 1차 배합하여 마스터배치를 제조한 후, (b) 상기 마스터배치에 폴리올레핀계 수지를 추가로 배합하여 상기 마스터배치를 희석함으로써, 가공성, 분산성 및 함량 대비 고농도의 생성물을 제조할 수 있다.
이에 따라, 상기 (b) 단계의 생성물 중 상기 탄소나노튜브의 함량은 0.35~0.65중량%일 수 있고, 상기 탄소나노튜브의 함량이 0.35중량% 미만이면 최종제품인 농업용 피복재의 광투과율이 과도하게 상승할 수 있고, 0.65중량% 초과이면 광투과율이 적정 범위보다 저하될 수 있다.
상기 (b) 단계의 혼합은 용융 혼합법(Melt compounding), 인시츄 중합법(In-situ polymerization), 용액 혼합법(solution mixing)일 수 있으나, 바람직하게는 압출기를 이용하여 고온, 고전단력 하에서 탄소나노튜브를 수지 내로 균일하게 분산시킬 수 있어 대용량화 및 제조 비용 절감이 가능한 용융 혼합법일 수 있다.
상기 (c) 단계는, 상기 (b) 단계의 생성물을 성형하여 농업용 피복재를 제조할 수 있고, 상기 성형은 블로우 몰딩일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계의 농업용 피복재는 블로우 몰딩(bolw molding)으로 제조될 수 있고, 바람직하게는 필름 블로잉으로 제조될 수 있다. 상기 (b) 단계의 생성물을 압출기에 투입하고 상기 압출기 끝에 설치된 링 다이를 사용해 원통 모양으로 압출하여 내부에 공기 또는 가스를 주입하여 팽창시킴으로써 두께가 얇은 필름의 형태로 성형할 수 있다.
상기 (b) 단계는 180~250℃의 이축압출기에서 수행될 수 있고, 상기 (c) 단계는 180~250℃의 단축압출기에서 수행될 수 있으며, 상기 이축압출기 및 단축압출기에 관한 것은 전술한 바와 같다. 상기 (b) 및 (c) 단계의 수행 온도는 180~250℃일 수 있고, 상기 온도가 180℃ 미만이면 상기 탄소나노튜브의 분산성이 저하되어 농업용 피복재의 광투과율이 필요 이상으로 상승하거나 농업용 피복재의 균일성이 저하될 수 있고, 250℃ 초과이면 상기 (b) 단계의 생성물이 과도하게 연화되어 제조된 농업용 피복재가 과도하게 수축되거나, 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 (a) 및 (b) 단계를 이축압출기에서 수행하면 상기 탄소나노튜브의 파손을 억제하며 상기 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 생성물을 제조할 수 있다. 상기 (a) 및 (b) 단계가 이축압출기에서 수행되면, 상기 (c) 단계가 단축압출기에서 수행되어도 상기 탄소나노튜브의 파손을 최소화할 수 있다.
상기 (a) 내지 (c) 단계에 따라 제조된 농업용 피복재는 광투과율이 15~25%일 수 있다. 상기 농업용 피복재가 농작물 재배에 있어서 지온 상승 효과 및 잡초 억제 효과를 동시에 구현함으로써 생산성을 향상시키기 위해서는 광투과율이 약 20% 내외로 조절되어야 한다. 본 발명의 농업용 피복재는 폴리올레핀계 수지에 탄소나노튜브를 포함함으로써, 광투과율을 조절할 수 있고, 바람직하게는 광투과율이 15~25%일 수 있다. 상기 광투과율이 15% 미만이면 지온 상승 효과가 저하될 수 있고, 25% 초과이면 잡초 억제 효과가 저하될 수 있다.
한편, 상기 농업용 피복재의 두께는 0.02~0.04㎜일 수 있다. 상기 농업용 피복재의 두께가 0.02㎜ 미만이면 기계적 물성이 저하될 수 있고, 0.04㎜ 초과이면 농업용 피복재의 생산비용이 상승할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 이축압출기의 사이드피더(Side Feeder)에 투입하고, 저밀도 폴리에틸렌 수지를 메인호퍼(Main hopper)에 투입 속도 15㎏/hr로 투입한 후 혼련 속도 350rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 20중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물과 저밀도 폴리에틸렌 수지를 이축압출기에 투입 속도 15㎏/hr로 투입하고, 혼련 속도 350rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 0.5중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물을 단축압출기에 투입하여 0.03㎜의 농업용 피복재를 제조하였다.
실시예 2
다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 이축압출기의 사이드피더(Side Feeder)에 투입하고, 저밀도 폴리에틸렌 수지를 메인호퍼(Main hopper)에 투입 속도 15㎏/hr로 투입한 후 혼련 속도 300rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 15중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물과 저밀도 폴리에틸렌 수지를 이축압출기에 투입 속도 15㎏/hr로 투입하고, 혼련 속도 300rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 0.4중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물을 단축압출기에 투입하여 0.02㎜의 농업용 피복재를 제조하였다.
실시예 3
다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 이축압출기의 사이드피더(Side Feeder)에 투입하고, 저밀도 폴리에틸렌 수지를 메인호퍼(Main hopper)에 투입 속도 15㎏/hr로 투입한 후 혼련 속도 350rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 25중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물과 저밀도 폴리에틸렌 수지를 이축압출기에 투입 속도 15㎏/hr로 투입하고, 혼련 속도 350rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 0.6중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물을 단축압출기에 투입하여 0.04㎜의 농업용 피복재를 제조하였다.
비교예 1
다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 이축압출기의 사이드피더(Side Feeder)에 투입하고, 저밀도 폴리에틸렌 수지를 메인호퍼(Main hopper)에 투입 속도 15㎏/hr로 투입한 후 혼련 속도 350rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 5중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물과 저밀도 폴리에틸렌 수지를 이축압출기에 투입 속도 15㎏/hr로 투입하고, 혼련 속도 350rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 0.2중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물을 단축압출기에 투입하여 0.03㎜의 농업용 피복재를 제조하였다.
비교예 2
다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 이축압출기의 사이드피더(Side Feeder)에 투입하고, 저밀도 폴리에틸렌 수지를 메인호퍼(Main hopper)에 투입 속도 15㎏/hr로 투입한 후 혼련 속도 400rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 50중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물과 저밀도 폴리에틸렌 수지를 이축압출기에 투입 속도 15㎏/hr로 투입하고, 혼련 속도 400rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 0.8중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물을 단축압출기에 투입하여 0.04㎜의 농업용 피복재를 제조하였다.
비교예 3
다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 이축압출기의 사이드피더(Side Feeder)에 투입하고, 저밀도 폴리에틸렌 수지를 메인호퍼(Main hopper)에 투입 속도 15㎏/hr로 투입한 후 혼련 속도 400rpm 및 가공 온도 200℃ 하에서 용융 혼련하여 탄소나노튜브의 함량이 0.5중량%인 생성물을 제조하였다.
제조된 생성물을 단축압출기에 투입하여 0.03㎜의 농업용 피복재를 제조하였다.
비교예 4
탄소나노튜브를 녹색 안료로 대체한 것을 제외하면, 비교예3과 동일한 방법으로 농업용 피복재를 제조하였다.
비교예 5
농업용 피복재의 두께를 0.01㎜로 조절하는 것을 제외하면, 실시예 1과 동일한 방법으로 농업용 피복재를 제조하였다.
비교예 6
농업용 피복재의 두께를 0.1㎜로 조절하는 것을 제외하면, 실시예 1과 동일한 방법으로 농업용 피복재를 제조하였다.
실험예 1: 농업용 피복재의 광투과율 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 농업용 피복재에 대한 광투과율을 평가하기 위해 조도투과율 측정기(TC1800 가시광선 투과율 측정기)로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 CNT 함량(중량%) 필름두께(㎜) 광투과율(%)
실시예 1 0.5 0.03 19.7
실시예 2 0.4 0.02 18.5
실시예 3 0.6 0.04 20.3
비교예 1 0.2 0.03 31.5
비교예 2 0.8 0.04 5.2
비교예 3 0.5 0.03 12.7
비교예 4 - 0.03 17.4
비교예 5 0.5 0.01 18.7
비교예 6 0.5 0.1 10.8
상기 표 1을 참고하면, 실시예에 따라 제조된 농업용 피복재는 광투과율이 18~21%의 범위로 측정되어 최적 범위의 광투과율을 나타내었고, 최종제품으로 농작물 재배에 적용 시, 지온 상승 효과 및 잡초 억제 효과를 동시에 구현할 수 있어 농작물 생산성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상할 수 있다.이에 반해, 탄소나노튜브의 함량이 미미(비교예 1)하거나, 과도하게 첨가된 경우(비교예 2)는 광투과율이 과도하고 높아지거나 너무 낮아져 최적 범위를 벗어나 농업용 피복재로의 적용이 부적합한 것으로 나타났고, 또한, (a) 단계의 1차 배합 및 (b) 단계의 2차 배합 과정을 생략, 즉, 마스터배치 제조과정을 생략하여 농업용 피복재를 제조한 경우(비교예 3) 탄소나노튜브의 분산성이 저하되어 광투과율이 최적 범위보다 낮아지는 결과가 나타났고, 종래 농업용 피복재의 제조 시 사용한 녹색 안료를 첨가하여 제조한 경우(비교예 4) 탄소나노튜브 수준에는 도달하지 못하나 거의 유사한 수준의 광투과율을 나타냈다.
또한, 농업용 피복재의 두께가 과도하게 두꺼워지는 경우(비교예 6) 햇빛이 필요 이상으로 차단되어 광투과율이 불량한 것으로 나타났다.
실험예 2: 농업용 피복재의 기계적 물성 평가
본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 농업용 피복재의 기계적 물성을 평가하기 위해, UTM 측정기로 인장강도 및 신장율을 측정하였다. 시간에 따른 물성 변화도 측정하기 위해 초기 측정 후 250h 햇빛에 노출시킨 후 재 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실험대상으로 실시예 1 내지 3, 종래 녹색 안료를 사용한 비교예 4 및 필름의 두께가 0.01㎜인 비교예 5를 사용하였다.
구분 인장강도(N/㎠) 신장율(%)
초기 햇빛노출250h 초기 햇빛노출250h
실시예 1 33 24 620 452
실시예 2 30 23 613 449
실시예 3 34 24 622 454
비교예 4 27 15 341 260
비교예 5 20 15 320 280
상기 표 2을 참고하면, 실시예 1내지 3 및 비교예 4의 초기 인장강도는 각각 20 내지 34N/㎠로 비슷한 강도를 나타냈으나, 햇빛노출 후 재측정한 강도는 실시예1 내지 3과 비교예 4가 현저한 차이를 나타내었으며, 실시예 1 내지 3의 재측정 강도가 비교예 4 및 5에 비해 현저하게 우수하였다. 신장률은 초기 측정 및 재측정한 결과 모두 실시예가 우수한 것으로 나타내었다. 특히, 녹색안료를 사용한 비교예 4는 시간 및 햇빛 노출에 따라 기계적 물성이 현저하게 저하되는 것으로 나타내었다. 탄소나노튜브를 포함하나 피복재의 두께가 얇은 비교예 5의 경우 햇빛노출에 대한 차이보다는 두께 자체가 물성 저하의 요인으로 확인되었다.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 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. (a) 폴리올레핀계 수지 및 탄소나노튜브를 포함하는 조성물을 제조하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계의 생성물에 폴리올레핀계 수지를 혼합하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계의 생성물을 성형하여 농업용 피복재를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 (a) 단계의 조성물 중 상기 탄소나노튜브의 함량은 5~30중량%인, 농업용 피복재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌부틸아크릴레이트, 에틸렌에틸아크릴레이트 및 이들 중 2이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 농업용 피복재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 20개 이하의 벽을 가지는 다중벽 탄소나노튜브인, 농업용 피복재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 복수의 탄소나노튜브로 이루어진 다발형 탄소나노튜브인, 농업용 피복재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브의 탄소 순도는 95% 이상인, 농업용 피복재의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 생성물 중 상기 탄소나노튜브의 함량은 0.35~0.65중량%인, 농업용 피복재의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 200~250℃의 이축압출기에서 수행되는, 농업용 피복재의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 180~250℃의 이축압출기에서 수행되는, 농업용 피복재의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 180~250℃의 단축압출기에서 수행되는, 농업용 피복재의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 농업용 피복재는 블로우 몰딩(bolw molding)으로 제조되는, 농업용 피복재의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 농업용 피복재는 광투과율이 15~25%인, 농업용 피복재의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 농업용 피복재의 두께는 0.02~0.04㎜인, 농업용 피복재의 제조방법.
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