KR20210047847A - 생분해성 수지 조성물, 이로부터 형성되는 생분해성 용기 및 그 제조 방법 - Google Patents

생분해성 수지 조성물, 이로부터 형성되는 생분해성 용기 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해 특성을 가짐과 동시에 강도가 우수한 생분해성 조성물 및, 이로부터 형성되는 생분해성 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

생분해성 수지 조성물, 이로부터 형성되는 생분해성 용기 및 그 제조 방법{BIODEGRADABLE RESIN COMPOSITION, BIODEGRADABLE CONTAINER THEREFROM AND PROCESS FOR PREPARATION THEREOF}
본 발명은 생분해성 수지 조성물, 더욱 상세하게는 생분해 특성과 함께 우수한 강도를 나타내는 생분해성 수지 조성물, 이로부터 형성되는 생분해성 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌 등 일반적으로 사용되는 석유화학계 수지는 강도가 높고 가공성이 우수하며 경량화가 가능하여 현재까지도 많이 사용되고 있다. 그러나 자원의 유한성으로 인하여 석유화학자원이 차츰 고갈되고 있고, 석유화학계 플라스틱이 자연에서 분해되지 않아 매립하거나 소각 처리하는 경우 환경 문제를 일으킨다는 문제가 있다.
한편, 최근 1인 가구의 증가와 함께 현대인들의 바쁜 생활로 인해 플라스틱 용기 시장이 커지고 있다. 플라스틱 용기는 생산 비용이 저렴하고 포장을 간소화할 수 있으며 내용물을 안전하게 보호할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 전술한 바와 같이 종래부터 사용되고 있는 석유화학계 수지를 이용한 플라스틱 용기는 사용한 뒤 폐기할 때 매립하거나 소각해야 하므로, 이에 따른 환경 오염 문제가 심각하게 대두되고 있다.
이러한 종래의 플라스틱을 대체하기 위하여 전분 등과 같이 자연 유래 성분을 이용한 수지, 산화생분해(OXO-Biodegradation) 특성을 이용한 수지 등이 제시되고 있다.
그러나, 자연 유래 성분을 이용한 수지의 경우, 강도와 내구성이 취약하여 기존의 플라스틱 성형품을 대체하기 어려우며, 특히 식품 용기로 사용할 경우 유통 중에 곰팡이가 발생하는 등의 문제로 인하여 사용 상에 한계를 가진다.
또, 산화생분해 성분을 이용한 수지의 경우 유럽 연합(EU)등 일부 국가에서는 사용이 금지되어 있다는 문제가 있다.
한편, 한국공개특허 제2016-0071524호에는 폴리부틸렌 아디페이트-테레프탈레이트 및 전분을 포함하는 생분해성 수지 조성물이 개시되어 있으나, 생산 가공성, 충격 강도 등이 만족스럽지 못하였다.
한국공개특허 제2016-0071524호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 강도와 내구성, 가공성이 우수하고, 생분해 특성을 나타냄과 동시에 안정성이 향상된 생분해성 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 생분해성 수지 조성물로 형성된 생분해성 용기 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 예는 석유화학계 중합체, 밀도가 1.1 내지 1.45인 탄수화물계 중합체를 포함하는 생분해성 수지 조성물로서, 조성물 전체 100 중량%를 기준으로, 석유화학계 중합체를 50 중량% 내지 72 중량% 포함하고, 탄수화물계 중합체를 20 중량% 내지 42 중량% 포함하고, 폴리에스테르계 중합체를 7 중량% 내지 29 중량%로 포함하고, 상기 탄수화물계 중합체는 아밀로펙틴 성분 및 아밀로오스 성분을 더 포함하되, 아밀로펙틴 성분의 함량이 아밀로오스 성분의 함량 보다 더 높은, 생분해성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 예는 상기 생분해성 수지 조성물로 형성되는 생분해성 용기 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 자연에서 생분해 될 수 있으면서도 강도와 내구성, 가공성이 우수하여 안전성이 향상된 친환경적인 생분해성 수지 조성물 및 이로부터 형성되는 생분해성 용기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 생분해성 용기의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상 다음의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 의미로 해석된다. 또한, 본 명세서에는 바람직한 방법이나 샘플이 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
본 명세서에서 '포함하다', '포함하는'이라는 표현은 제시된 구성요소 또는 단계의 군으로 이루어지는 것뿐 아니라, 임의의 다른 구성요소 또는 단계를 추가로 포함하여 이루어지는 것을 의미한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 예는 석유화학계 중합체; 및 밀도가 1.1 내지 1.45인 탄수화물계 중합체를 포함하는, 생분해성 수지 조성물을 제공한다.
상기 생분해성 수지 조성물은 바람직하게는 폴리에스테르계 중합체를 추가로 포함한다.
상기 석유화학계 중합체는 석유화학계 중합성 물질을 포함할 수 있다. 석유화학계 중합성 물질에는 특별히 제한이 없으나 폴리올레핀, 폴리스티렌(PS)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀, 폴리스티렌(PS) 중 하나 이상의 중합체가 사용될 수 있다. 폴리에틸렌으로는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 초저분자량 폴리에틸렌(ULMWPE), 고분자량 폴리에틸렌(HMWPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 고밀도 가교결합 폴리에틸렌(HDXLPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE)도 사용될 수 있고, 폴리스티렌으로는 고충격 폴리스티렌도 사용될 수 있다. 폴리프로필렌 및/또는 폴리스티렌을 사용하는 것이 더 바람직하다.
상기 석유화학계 중합체는 상기 생분해성 수지 조성물 전체 100 중량%를 기준으로 50 중량% 내지 72 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 석유화학계 중합체는 상기 생분해성 수지 조성물 전체 100 중량%를 기준으로 55 중량% 이상 포함될 수 있고, 60 중량% 이상 포함될 수 있다. 또한 상기 석유화학계 중합체는 상기 생분해성 수지 조성물 전체 100 중량%를 기준으로 70 중량% 이하 포함될 수 있고, 65 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 석유화학계 중합체의 함량이 72 중량%를 초과하면 생분해 특성이 감소하거나 석유화학계 중합체가 분해되지 않고 잔존할 수 있다. 반면, 석유 화학계 중합체의 함량이 50 중량% 미만이면 생분해성 용기의 생산 가공성이 현저하게 낮아지고 용기의 충격강도가 부족해지며, 표면이 균일하게 가공되지 않아 외관이 불량해지는 등 제품의 품질이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 탄수화물계 중합체는 쌀겨, 감자, 옥수수, 타피오카, 카사바, 밀, 쌀, 수수 중 하나 이상의 전분으로부터 유래할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 탄수화물계 중합체는 하나 이상의 전분으로부터 유래할 수 있다. 상기 전분은 식물 유래 전분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄수화물계 중합체는 쌀겨 유래 전분, 감자 유래 전분, 옥수수 유래 전분, 타피오카 유래 전분, 카사바 유래 전분, 밀 유래 전분, 쌀 유래 전분 및 수수 유래 전분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 쌀겨 유래 전분, 감자 유래 전분, 옥수수 유래 전분, 타피오카 유래 전분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전분이 사용될 수 있다. 상기 탄수화물계 중합체는 2종 이상의 전분을 포함하거나, 또는 3종 이상의 전분을 포함할 수 있다.
상기 탄수화물계 중합체는 밀도가 1.1 내지 1.45이다. 밀도가 1.15 내지 1.42인 것이 바람직하며, 밀도가 1.2 내지 1. 40인 것이 더 바람직하다. 탄수화물계 중합체의 밀도는 용기의 제조생산 압력과 온도에 영향을 줄 수 있다. 즉, 탄수화물계 중합체의 밀도가 1.45를 초과하면 압출 온도가 지나치게 높아지고, 압력 부하가 증가하여 설비의 가동이 멈출 수 있다. 나아가, 석유화학계 중합체와의 혼합성을 저하시킬 수 있어 결과적으로 다트 충격 강도를 저하시킬 수 있다. 반면, 탄수화물계 중합체의 밀도가 1.1 미만이면 상대적으로 석유화학계 중합체의 조성물 함량을 증가시켜야 하므로 결과적으로 생분해 성능을 저하시킬 수 있다.
상기 탄수화물계 중합체는 상기 생분해성 수지 조성물 전체 100 중량%를 기준으로 20 중량% 내지 42 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 탄수화물계 중합체는 상기 생분해성 수지 조성물 전체 100 중량%를 기준으로 25 중량% 이상 포함될 수 있으며, 30 중량% 이상 포함될 수 있다. 또한 상기 탄수화물계 중합체는 생분해성 수지 조성물 전체 100 중량%를 기준으로 42 중량% 이하 포함될 수 있으며, 40 중량% 이하 포함될 수 있다.
탄수화물계 중합체의 함량 범위가 42 중량%를 초과하면 용기, 예컨대 식품 포장 용기로 사용될 수 있을 정도로 충분한 다트 충격 강도를 갖지 못할 수 있다. 반면 상기 탄수화물계 중합체의 함량 범위가 20 중량% 미만이면 석유화학계 중합체 및 기타 조성물의 함량에 따라서 생분해 성능이 저하될 수 있다.
상기 탄수화물계 중합체는 가소제를 포함하는 것이 바람직하다.
가소제는 탄수화물계 중합체의 밀도 형성에 기여할 수 있다. 탄수화물계 중합체에 포함되는 가소제는 폴리에틸렌글리콜, 소르비톨, 글리세린, 다가 알코올계 가소제, 스테아레이트, 락트산계 가소제, 시트르산계 가소제, 아디프산계 가소제, 스테아르산계 가소제 및 올레산계 가소제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 글리세린 및/또는 시트르산계 가소제가 사용될 수 있다.
가소제의 함량은 상기 탄수화물계 중합체 100 중량%를 기준으로, 1 중량% 내지 15 중량%인 것이 바람직하다.
가소제는 상기 탄수화물계 중합체 100 중량%를 기준으로, 3 중량% 이상 포함될 수 있고, 5 중량% 이상 포함될 수 있다. 또한 가소제는 상기 탄수화물계 중합체 100 중량%를 기준으로, 12 중량% 이하 포함될 수 있고, 10 중량% 이하 포함될 수 있다. 가소제의 함량이 15 중량%를 초과하면 탄수화물계 중합체의 밀도가 지나치게 상승하여 용기의 제조생산 압력과 온도가 증가하고 압출 생산성이 불안정해질 수 있고 1 중량% 미만이면 탄수화물계 중합체의 밀도가 낮아져 분산성이 떨어지고 결과적으로 생분해 성능이 저하되는 문제가 있다.
상기 탄수화물계 중합체는 아밀로펙틴 성분 및 아밀로오스 성분을 더 포함하는 것이 바람직하며, 이 경우, 아밀로펙틴 성분의 함량이 아밀로오스 성분의 함량 보다 더 높은 것이 바람직하다. 예를 들어, 아밀로펙틴 성분의 함량과 아밀로오스 성분의 함량 간의 비율은 9:1 내지 6:4일 수 있다. 아밀로펙틴 성분과 아밀로오스 성분의 함량 비율이 상기 범위 내에 있으면 탄수화물계 중합체와 석유화학계 중합체 간의 혼합성이 우수할 수 있다. 아밀로펙틴 성분과 아밀로오스 성분의 함량을 제어하는 방법은 가교 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 탄수화물계 중합체는 물을 더 포함할 수 있다. 물은 생분해성 수지조성물 전체 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부~5 중량부, 바람직하게는, 0.5 중량부~1.5 중량부 포함될 수 있다.
몇몇 예에서, 본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물은 무기 충전제, 안료 및 기타 첨가제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
무기 충전제는 본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물을 이용하여 용기 등의 성형품을 제조하는 과정에서 성형 가공성 및 강도를 개선할 수 있다. 무기 충전제는 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위에서 배합될 수 있다. 무기 충전제의 예로는 탈크, 탄산칼슘, 황산바륨, 라임스톤, 이산화티타늄, 황산칼슘, 산화마그네슘, 칼슘스테아레이트, 마이카, 실리카, 규산칼슘, 점토 및 카본 블랙 등을 들 수 있다. 상기 무기 충전제는 1 종 이상, 또는 2 종 이상, 또는 3 종 이상 사용될 수 있다.
안료는 본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물을 이용하여 용기 등의 성형품을 제조하는 경우에 성형품에 색을 부여하기 위하여 사용될 수 있다. 안료는 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위에서 더욱 배합할 수 있다. 안료의 예로는 적색산화철, 카드뮴레드, 몰리브덴레드 및 페로시안구리 등의 적색안료; 황연, 황산화철, 황토, 황화바륨 및 황화카드뮴 등의 황색 안료; 크롬그린, 코발트그린, 망간그린, 철그린, 인산그린, 청동분 및 녹청 등의 녹색 안료; 감청, 군청, 코발트청 및 텅스텐청 등의 청색 안료 등을 들 수 있다.
기타 첨가제로는 슬립제, 가수분해 방지제, 광 안정제 등을 들 수 있다. 슬립제, 가수분해 방지제, 광 안정제 등의 기타 첨가제는 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위에서 배합될 수 있다. 슬립제로는 예를 들면, 에루카아미드 및 올레아미드 등이 사용될 수 있고, 가수분해 방지제로는 폴리카르보디이미드 등이 사용될 수 있으며, 광 안정제로는 벤조트리아졸, 히드록시벤조페논 및 히드록시페닐트리아진 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
몇몇 예에서, 상기 생분해성 수지 조성물은 산화생분해제를 포함하지 않을수 있다. 산화생분해제는 광에 의해 폴리올레핀, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등의 산화를 유도할 수 있다. 그러나 산화생분해제는 사용이 금지되는 경우가 있을 뿐만 아니라, 후술할 폴리에스테르계 중합체와의 혼합 수지의 안정성 및 내구성을 저하시킬 수 있다는 점에서 본 발명에서는 포함하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명이 의미하는 산화생분해제의 예로는 스테아르산염, 올레산염, 말레산염, 에루크산염, 리놀렌산염 및 숙신산염 등의 포화 지방산염 및/또는 불포화 지방산염 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 폴리에스테르계 중합체는 지방족 폴리에스테르 중합체 및/또는 방향족 폴리에스테르 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리에스테르계 중합체는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(poly(butylene adipate terephthalate), PBAT) 및 폴리부틸렌 숙시네이트(poly(butylene succinate), PBS), 폴리부틸렌아디페이트(poly(butylene adipate)). 폴리락틱액시드(polylactic acid) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트 및/또는 폴리부틸렌 숙시네이트가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리에스테르계 중합체는 2 종 이상의 중합체를 포함할 수 있다
상기 폴리에스테르계 중합체가 포함될 경우 상기 생분해성 수지 조성물 전체 100 중량%를 기준으로, 상기 석유화학계 중합체는 50 중량% 내지 72 중량% 포함되는 것이 바람직하고, 상기 탄수화물계 중합체는 20 중량% 내지 42 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 상기 폴리에스테르계 중합체는 7 중량% 내지 29 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 폴리에스테르계 중합체는 7중량% 이상 포함될 수 있고, 10 중량% 이상 포함될 수 있다. 상기 폴리에스테르계 중합체는 25중량% 이하 포함될 수 있고, 20 중량% 이하 포함될 수 있다.
본 발명의 일 예는 상기 조성물로 형성되는 생분해성 용기를 제공한다. 본 명세서에 기재된 용기는 사출 성형, 취입 성형, 열 성형 및 기타 플라스틱 제조 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 또, 본 명세서에 기재된 용기는 필름, 그릇, 컵 및 가방 등의 형태로 제조될 수 있다.
<본 발명의 생분해성 용기의 제조방법>
본 발명의 다른 일 예는 석유화학계 중합체를 제공하는 단계(S111); 탄수화물계 중합체를 제공하는 단계(S112); 상기 석유화학계 중합체 및 상기 탄수화물계 중합체를 혼합하는 단계(S120); 및 상기 혼합물을 150℃ 내지 210℃ 에서 가열하는 단계(S130); 및 상기 가열된 혼합물로부터 생분해성 용기를 제조하는 단계(S140)를 포함하는 생분해성 용기의 제조방법을 포함한다.
다만, 상기 공정은 예시적인 것일 뿐이며 본 발명에 따른 기술 및 공정은 다수의 방식을 통해 달성될 수 있다.
석유화학계 중합체를 제공하는 단계(S111)는 하나 이상의 석유화학계 중합체를 압출기에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 석유화학계 중합체는 특정한 형태, 예를 들면 펠렛, 분말, 누들(nurdle), 슬러리 및/또는 액상으로 제공될 수 있다. 바람직하게는 펠렛 형태로 제공될 수 있다.
탄수화물계 중합체를 제공하는 단계(S112)는 하나 이상의 탄수화물계 중합체를 압출기에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 탄수화물계 중합체는 특정한 형태, 예를 들면 펠렛, 분말, 누들(nurdle), 슬러리 및/또는 액상으로 제공될 수 있다. 바람직하게는 펠렛 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 예는 상기 탄수화물계 중합체를 제공하는 단계(S112) 이후에 폴리에스테르계 중합체를 제공하는 단계(S113)를 추가로 포함하고, 상기 가열 단계(S130)가 석유화학계 중합체, 상기 탄수화물계 중합체, 상기 폴리에스테르계 중합체를 150℃ 내지 210℃ 에서 가열하는 단계인 생분해성 용기의 제조방법을 제공한다. 도 1은 이러한 본 발명의 일 예에 따른 생분해성 용기의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
여기에서, 상기 폴리에스테르계 중합체를 준비하는 단계(S113)는 하나 이상의 폴리에스테르계 중합체를 압출기에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 폴리에스테르계 중합체는 특정한 형태, 예를 들면 펠렛, 분말, 누들(nurdle), 슬러리 및/또는 액상으로 제공될 수 있다. 바람직하게는 펠렛 형태로 제공될 수 있다.
전술한 상기 석유화학계 중합체 및 탄수화물계 중합체를 혼합하는 단계 또는 상기 석유화학계 중합체, 상기 탄수화물계 중합체 및 상기 폴리에스테르계 중합체를 혼합하는 단계(S120)는 중합체 혼합물을 준비하는 단계일 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 석유화학계 중합체 펠렛, 하나 이상의 탄수화물계 중합체 펠렛은 기계적 혼합 장치를 이용하여 수행될 수 있고, 하나 이상의 폴리에스테르계 중합체 펠렛 또한 기계적 혼합 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
상세하게는, 하나 이상의 석유화학계 중합체 펠렛, 하나 이상의 탄수화물계 중합체 펠렛, 그리고, 경우에 따라서 하나 이상의 폴리에스테르계 중합체 펠렛은 압출기 내에서 혼합될 수 있다. 예를 들어, 석유화학계 중합체, 탄수화물계 중합체, 또는 경우에 따라서 폴리에스테르계 중합체는 거의 동시에 압출기로 제공될 수 있다. 또는 석유화학계 중합체, 탄수화물계 중합체, 그리고 경우에 따라서 폴리에스테르계 중합체는 순차적으로 압출기로 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 석유화학계 중합체 펠렛, 하나 이상의 탄수화물계 중합체 펠렛, 경우에 따라서 하나 이상의 폴리에스테르계 중합체 펠렛은 압출기로 공급되기 전에 혼합되고 그 후에 압출기로 제공될 수 있다. 전술한 석유화학계 중합체, 탄수화물계 중합체, 경우에 따라서 폴리에스테르계 중합체는 압출기의 동일하거나 상이한 챔버로 공급될 수도 있다.
본 발명에 따른 생분해성 용기의 제조 방법은 석유화학계 중합체, 탄수화물계 중합체, 경우에 따라서 폴리에스테르계 중합체의 혼합물을 가열하는 단계(S130)를 포함한다. 상기 가열 단계(S130)는 1개 이상의 압출기 챔버에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 가열 단계(S130)는 압출기의 복수개의 챔버에서 수행될 수 있다. 이 경우, 각 챔버는 동시에 가열되거나, 또는 시간 차이를 두고 순차적으로, 내지는 순차적으로 시작하되 동시에 가열될 수 있다.
석유화학계 중합체, 탄수화물계 중합체 및 경우에 따라서 폴리에스테르계 중합체는 약 150℃ 내지 210℃, 또는 약 160℃ 내지 200℃에서 가열될 수 있다(S130). 가열 온도가 210℃ 보다 크면 블로우 등의 성형 안정성이 저하될 뿐만 아니라 공정 효율성이 떨어진다. 또, 가열 온도가 150℃ 보다 작으면 폴리에스테르계 중합체와 석유화학계 중합체/탄수화물계 중합체 간의 혼합성이 저하될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
압출기의 스크류 속도는 약 10 rpm 이상이거나, 약 14 rpm, 또는 약 20 rpm 이상일 수 있다. 또, 압출기의 스크류 속도는 약 50 rpm 이하이거나, 약 46 rpm 이하, 또는 약 40 rpm 이하일 수 있다.
이어서 가열된 혼합물을 이용하여 용기를 제조한다(S140). 용기를 제조하는 단계(S140)는 필름을 형성하고, 필름을 가공하여 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 용기는 금형 등을 이용하여 제조될 수도 있다. 용기의 제조에 사용되는 공정은 사출 성형, 취입 성형, 열 성형 및 그 외 통상의 다른 플라스틱 제조 공정을 사용할 수 있다. 용기는 필름, 그릇, 컵 및 가방 등의 형태로 제조될 수 있다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물을 이용하여 제조된 성형품은 용기 외 다른 일회용품 내지는 다회용품 등일 수 있다. 예를 들어, 성형품은 포크, 숟가락, 젓가락 등일 수도 있다.
용기를 제조하는 단계(S140)가 필름을 제조하는 단계를 포함하는 경우, 필름의 두께는 약 0.01 mm 이상, 약 0.10 mm 이상, 또는 약 1.0 mm 이상일 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 성형품, 예컨대 생분해성 플라스틱 용기는 생분해 특성과 함께 우수한 강도, 내구성을 가질 수 있다. 상기의 특성은 다트 충격 시험(dart impact test)(ASTM D1709) 및 생물분해 표준시험(ASTM D5338)을 통해 측정될 수 있다.
일례로서, 본 발명에 따라 제조된 용기는 적어도 약 60g 이상, 약 65g 이상, 또는 약 70g 이상의 다트 낙하 충격 강도를 가질 수 있다. 예를 들어, 생분해성 플라스틱 용기의 다트 충격 강도는 60g 내지 100g일 수 있다. 다트 충격 강도가 60g 이상일 경우 용기의 보관, 운반, 진열하는 과정에서 일상적으로 가해질 수 있는 충격에 대해 충분한 저항이 가능하고 상품으로서 이용할 수 있다. 본 발명에 따른 생분해성 용기는 미국 재료시험협회 생물분해 표준시험 (ASTM D5338)에 따른 생분해 기준을 충족한다.
이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만 이들 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 제한 해석되는 것은 아니다.
실시예 1
NupastiQ GP 1000 (바이올로지큐사 판매), 글리세린, 폴리스티렌을 49중량%, 1중량%, 50중량%의 비율로 혼합하였다. 여기에서는 밀도가 1.39 g/cm2인 된 탄수화물계 중합체가 사용되었다. 이 혼합물을 160 ℃, 80 bar의 조건에서 압출기를 통하여 압출 성형하여 두께 0.05 mm의 블로운 필름을 형성하였다.
실시예 2, 3 및 비교예 1, 2
폴리스티렌의 함량을 그대로 유지한 채, NupastiQ GP 1000의 함량을 변화시키거나, NupastiQ GP 1000 대신 쌀겨를 사용하면서 쌀겨의 함량을 변화시키면서, 글리세린의 함량, 탄수화물계 중합체의 밀도, 생산 압력, 생산 온도를 변화시켜가면서 실시예 1과 같은 방법으로 두께 0.05mm의 블로운 필름을 제조하였다.
사용된 원료의 함량 및 생산 조건은 아래 표 1에 기재되어 있다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
NuplastiQ(중량%) 49 35 - - 5
쌀겨(중량%) - - 35 49 44
글리세린(중량%) 1 15 15 1 1
폴리스티렌(중량%) 50 50 50 50 50
탄수화물계 중합체 밀도(g/cm2) 1.39 1.26 1.33 1.48 1.47
생산 압력 (bar) 80 75 80 100 90
생산 온도 (℃) 160 150 150 170 160
실험예 1
상기 실시예 1~3, 비교예 1, 2에 따른 압출 성형시의 압출 생산성을 평가하여 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
압출 생산성 양호 양호 양호 가동 중단 가동 중단
평가 결과, 탄수화물계 중합체의 밀도가 1.47, 1.48인 비교예들의 경우 고온 및 압력 부하로 인하여 설비의 가동이 중단되었다(표 1, 2 참조). 즉, 탄수화물계 중합체의 밀도에 따라 가공성, 성형성이 크게 좌우되는 것으로 나타났다. 이는 탄수화물계 중합체와 석유화학계 중합체 간의 혼합성이 혼합 수지의 제조 조건과 물성에 크게 영향을 미치기 때문일 것으로 보인다.
실시예 4
NupastiQ GP 1000 (바이올로지큐사 판매), 글리세린, 폴리스티렌, PBAT를 16.5중량%, 3.5중량%, 75중량%, 5 중량%의 비율로 혼합하였다. 여기에서는 밀도가 1.40 g/cm2인 된 탄수화물계 중합체가 사용되었다. 이 혼합물을 210 ℃, 180 bar의 조건에서 압출기를 통하여 압출 성형하여 두께 0.05 mm의 블로운 필름을 형성하였다.
비교예 3~7
NupastiQ GP 1000의 함량을 변화시키거나, NupastiQ GP 1000 대신 쌀겨, 옥수수를 사용하거나, 혹은 이를 전혀 사용하지 않으면서, 글리세린의 함량, 탄수화물계 중합체의 밀도, 생산 압력, 생산 온도를 변화시켜가면서 실시예 4와 같은 방법으로 두께 0.05mm의 블로운 필름을 제조하였다.
사용된 원료의 함량 및 생산 조건은 아래 표 3에 기재되어 있다.
Figure pat00001
실험예 2
상기 실시예 4, 비교예 3~7에 따른 압출 성형시의 압출 생산성, 생분해성 시험(ASTM D5338), 다트 낙하 충격 시험(ASTM D1709)을 수행하고 그 결과를 표 4에 나타내었다.
Figure pat00002
상기 표 4의 생분해 시험에서 ○는 미국 재료시험협회 생물분해 표준시험에 따른 생분해 기준을 충족하는 것을 나타내고, ×는 생물분해 표준시험에 따른 생분해 기준을 충족하지 않는다는 것을 나타낸다.
실험 결과, 표 4에서 보듯이, 비교예 3, 비교예 5의 경우 다트 충격 강도는 우수하나 생분해 특성은 나타나지 않았다.
폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트를 포함하지 않는 비교예 4의 경우, 탄수화물계 중합체 밀도가 크게 높지 않음에도 불구하고 압출 생산성이 불안정한 것으로 나타났다. 또, 비교예 4의 경우, 생분해성 원료 조성물의 함량 합이 93 중량%로서 상대적으로 높으나 다트 충격 강도가 현저히 부족할 뿐만 아니라 생분해성 시험 기준을 충족하지 못하여 상품으로 이용하기 곤란한 것으로 나타났다.
또한, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트를 포함하지 않거나 적게 포함하는 비교예 6 및 7의 경우, 실시예 4에 비하여 낮은 다트 충격 강도를 가지는 것으로 나타났다.
반면, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 함께 탄수화물계 중합체 및 석유화학계 중합체를 포함하는 실시예 4의 경우 충분한 다트 충격 강도를 가지며 생분해성 시험 기준을 충족할 뿐 아니라 압출 생산성 또한 양호한 것으로 나타났다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 석유화학계 중합체; 및
    밀도가 1.1 내지 1.45인 탄수화물계 중합체; 및
    폴리에스테르계 중합체
    를 포함하는 생분해성 수지 조성물로서,
    조성물 전체 100 중량%를 기준으로,
    상기 석유화학계 중합체를 50 중량% 내지 73 중량% 포함하고,
    상기 탄수화물계 중합체를 20 중량% 내지 43 중량% 포함하고,
    상기 폴리에스테르계 중합체를 7 중량% 내지 20 중량%로 포함하고,
    상기 탄수화물계 중합체는 아밀로펙틴 성분 및 아밀로오스 성분을 더 포함하되, 아밀로펙틴 성분의 함량이 아밀로오스 성분의 함량 보다 더 높고,
    상기 탄수화물계 중합체는, 상기 탄수화물계 중합체 100 중량%를 기준으로, 1 중량% 내지 15 중량%의 가소제를 포함하는 생분해성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가소제는 폴리에틸렌글리콜, 소르비톨, 글리세린, 다가 알코올, 스테아레이트, 락트산, 시트르산, 아디프산, 스테아르산 및 올레산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 생분해성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄수화물계 중합체는 밀도가 1.15 내지 1.42인 생분해성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄수화물계 중합체는 밀도가 1.2 내지 1.40인 생분해성 수지 조성물.
  5. 석유화학계 중합체를 제공하는 단계;
    탄수화물계 중합체를 제공하는 단계;
    상기 석유화학계 중합체 및 상기 탄수화물계 중합체를 혼합하는 단계;
    상기 혼합물을 150℃ 내지 210℃에서 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 혼합물로부터 생분해성 용기를 제조하는 단계
    를 포함하는 생분해성 용기의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄수화물계 중합체를 제공하는 단계 이후에 폴리에스테르계 중합체를 제공하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 혼합 단계가 석유화학계 중합체, 상기 탄수화물계 중합체, 및 상기 폴리에스테르계 중합체를 혼합하는 단계이고,
    상기 가열 단계가 석유화학계 중합체, 상기 탄수화물계 중합체, 상기 폴리에스테르계 중합체의 혼합물을 150℃ 내지 210℃ 에서 가열하는 단계
    인 생분해성 용기의 제조방법.
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