KR20220115159A - 생분해성 플라스틱 제조방법 및 이에 의해 제조된 생분해성 플라스틱 - Google Patents

생분해성 플라스틱 제조방법 및 이에 의해 제조된 생분해성 플라스틱 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해성 플라스틱의 제조방법 및 이에 의해 제조된 생분해성 플라스틱에 관한 것으로, 본 발명의 생분해성 플라스틱의 제조방법에 의해 제조된 생분해성 플라스틱은 사용 후 분쇄되어 재활용이 가능하며, 매립되더라도 환경 호르몬의 배출 없이 빨리 분해될 수 있고, 천연성분이므로 소각하더라도 유독가스가 발생하지 않아 대기오염을 줄일 수 있다는 이점이 있다.

Description

생분해성 플라스틱 제조방법 및 이에 의해 제조된 생분해성 플라스틱{METHOD FOR BIODEGRADABLE PLASTIC}
본 발명은 생분해성 플라스틱의 제조방법 및 이에 의해 제조된 생분해성 플라스틱에 관한 것으로서, 생분해성 고분자와 전분 및 바이오매스 입자를 혼합하여 생분해성 플라스틱을 제조하는 방법에 관한 것이다.
플라스틱은 가볍고, 튼튼하며, 원하는 색깔을 마음대로 낼 수 있으며, 어떤 형태로든 자유자재로 만들 수 있다는 장점이 있다. 이러한 뛰어난 가공성 때문에 플라스틱은 가전제품, 생활용품, 가구, 건축자재, 전기용품 등의 흔히 보이는 딱딱한 합성수지에서부터 비닐, 합성섬유에 이르기까지 여러 방면에서 사용되고 있다.
그러나, 이러한 플라스틱 제품들은 자연계에서 거의 분해되지 않고 반영구적으로 존재하기 때문에 다수의 환경 문제를 야기할 뿐만 아니라, 최근에는 스티렌 다이버, 스티렌 트라이머 등과 같이 내분비계를 교란시키는 환경 호르몬을 방출하는 것으로 밝혀져 사회적으로 큰 문제를 야기하고 있다.
그리고, 기존에는 폐 플라스틱을 매립, 소각, 재활용 등의 방법을 통해 처리하고 있었으나, 매립시에는 자꾸 늘어나는 쓰레기로 인하여 매립공간이 부족해지고, 인근 지역주민들에 의한 집단 이기주의 현상이 심화됨에 따라 매립지 확보가 어려울 뿐만 아니라, 매립 후에는 분해되기 어려운 플라스틱 폐기물로 인하여 지반이 안정되지 않아 매립지의 이용에 많은 문제점이 있다.
또한, 폐 플라스틱을 소각하는 경우에는 비산 분진 발생과 더불어 다이옥신, 일산화탄소 등의 유해가스가 대량 발생하여 대기오염 및 인체에 심각한 해를 끼치는 원인이 되고 있으며, 재활용하는 경우에는 플라스틱 폐기물의 분리수거가 어려우며, 수거 후에도 혼입된 불순물 제거에 과다한 비용이 소요되어 경제적 측면에서 문제가 되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-1995-0005842호
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 전분 및 바이오매스 입자를 포함하여 강도 및 내충격성을 향상시키고, 분해효율이 우수한 생분해성 플라스틱을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 (A)바이오매스 입자를 제조하는 단계;
(B)전분; 바이오매스 입자; 생분해성 고분자; 및 폴리프로필렌 카보네이트를 혼합하여 생분해성 플라스틱 조성물을 제조하는 단계;
(C)상기 생분해성 플라스틱 조성물을 압출하여 성형하는 단계를 포함하고,
상기 (B)단계는 전분; 바이오매스 입자; 생분해성 고분자; 및 폴리프로필렌 카보네이트를 15~40:15~40:20~50:5~10의 중량비로 혼합하고,
상기 생분해성 고분자는 폴리유산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리히드록시부티레이트-코-발레레이트(PHBV), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 및 폴리필렌 글리콜산(PG) 중 1종 이상을 포함하는 생분해성 플라스틱의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 서술한 생분해성 플라스틱의 제조방법에 의해 제조된 생분해성 플라스틱을 제공한다.
본 발명에 따르면, 생분해성 플라스틱의 제조방법에 의해 제조된 생분해성 플라스틱은 사용 후 분쇄되어 재활용이 가능하며, 매립되더라도 환경 호르몬의 배출 없이 빨리 분해될 수 있고, 천연성분이므로 소각하더라도 유독가스가 발생하지 않아 대기오염을 줄일 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 생분해성 플라스틱의 제조방법을 나타낸 전체 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 생분해성 플라스틱의 제조방법에 있어 바이오매스 입자를 제조하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명은 (A)바이오매스 입자를 제조하는 단계;
(B)전분; 바이오매스 입자; 생분해성 고분자; 및 폴리프로필렌 카보네이트를 혼합하여 생분해성 플라스틱 조성물을 제조하는 단계;
(C)상기 생분해성 플라스틱 조성물을 압출하여 성형하는 단계를 포함하는 생분해성 플라스틱의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 생분해성 플라스틱의 제조방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 바이오매스 입자를 제조하는 단계(S100); 생분해성 플라스틱 조성물을 제조하는 단계(S200); 및 생분해성 플라스틱 조성물을 압출하여 성형하는 단계(S300)를 포함한다.
상기 바이오매스 입자를 제조하는 단계(S100)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 제지 슬러지를 건조시키는 단계(S110); 건조된 제지 슬러지를 파쇄하는 단계(S120); 및 파쇄된 제지 슬러지를 분체하는 단계(S130)를 포함한다.
제지 슬러지의 경우, 일반적으로 70% 이상의 함수율을 포함하고 있고, 유기 성분 및 수분으로 인한 부패로 악취를 수반하곤 한다. 이러한 악취를 해결하기 위해서 함수율이 12중량% 이하가 되도록 건조시킨다.
상기 제지 슬러지를 건조시키는 단계(S110)는 150℃ 이하의 온도에서 이루어질 수 있다. 제지 슬러지의 경우, 고형성분 중에서 펄프 섬유질이 주성분인 관계로, 150℃ 초과로 건조시키는 경우에는 탄화가 진행되어 바이오매스를 제조하기 곤란해질 수 있다.
상기 건조시키는 단계에서 건조 장치나 방법은 특별히 한정되지는 않으며, 열풍 건조, 챔버 건조 등 가능한 건조 방법 중에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 건조된 제지 슬러지를 파쇄하는 단계(S120)는 파쇄 장치는 특별히 한정되지 않으며 일반적인 파쇄 장치를 사용할 수 있다.
상기 파쇄된 제지 슬러지를 분체하는 단계(S130)는 파쇄된 입자 사이즈가 기 설정된 사이즈를 기준으로 선별하는 단계이고, 상기 분체하는 단계는 파쇄된 입자의 사이즈를 선별하여 취사 수득할 수 있도록 한다.
수득되는 파쇄된 입자 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바이오매스로 사용하기 위하여, 예를 들어, 200 메쉬 이하일 수 있다. 상기 '200 메쉬'는 한 변이 1인치인 정사각형 내에 200개의 구멍을 가지는 메쉬를 통과하는 크기를 말하는 것이다. 200 메쉬 이하의 입자 사이즈는 바이오매스로서 생분해성 플라스틱을 생산할 경우, 고분자 기재 내에서 분산성이 우수하고 얇은 필름 형태로 제조할 수 있다.
상기 분체하는 단계(S130)에서 입자 사이즈가 기 설정된 사이즈보다 큰 경우에는 다시 파쇄하기 위하여, 파쇄 공정으로 회송될 수 있다. 하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 기존 파쇄 공정으로 회송되지 않고, 별도의 파쇄공정을 추가로 포함할 수도 있음은 물론이다.
또한, 바이오매스 입자를 제조하는 단계는 상기 파쇄하는 단계(S120) 및/또는 상기 분체하는 단계(S130)하는 단계 이전에 이물질을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 제지 슬러지 이외에 돌이나 쇠와 같은 입자들이 포함되어 있을 경우, 공정 단계에서 마찰에 의한 열을 발생시켜 의도하지 않은 온도 상승으로 제지 슬러지의 탄화를 유발할 수 있으므로 이를 제거할 수 있다.
상기 생분해성 플라스틱 조성물을 제조하는 단계(S200)는 전분; 바이오매스 입자; 생분해성 고분자; 및 폴리프로필렌 카보네이트를 15~40:15~40:20~50:5~10의 중량비로 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 전분은 당 업계에서 통상 사용되는 전분, 예를 들어 고구마, 감자, 옥수수, 타피오카, 쌀, 밀, 사탕수수 등의 곡류로부터 선택된 적어도 하나로부터 추출한 것으로, 분말 또는 액상 모두를 포함한다. 상기 전분은 직접 제조하여 사용할 수 있으며, 시중에 통용되는 것을 구입하여 사용할 수도 있다.
상기 생분해성 고분자는 폴리유산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리히드록시부티레이트-코-발레레이트(PHBV), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 및 폴리필렌 글리콜산(PG) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 카보네이트는 이산화탄소(CO2)와 산화프로필렌(PO, propylene oxide)을 혼합하여 제조한 것으로, 촉매제를 혼합하여 제조한 것도 포함한다. 상기 폴리프로필렌 카보네이트(PPC)는 전분 등을 폴리유산(PLA) 등과 혼합하여 생분해성 플라스틱 조성물을 제조함에 있어서 첨가될 수 있다. 폴리프로필렌 카보네이트(PPC)는 전분이나 폴리유산(PLA)을 개질하는 과정에 첨가되어, 전분과 폴리유산(PLA)의 결합 활성에너지를 떨어뜨리고 고온 하에서 전분이 폴리유산(PLA)과 접지공중합되도록 촉매제의 역할을 하므로, 전분이 폴리유산(PLA)과 균일하게 혼합되도록 한다.
상기 폴리유산(PLA)은 투명하며, 강도가 높고, 융점은 170℃, 유리전이점은 59℃의 열가소성 폴리머로 필름 및 용기 등의 압출성형, 사출성형과 섬유 라미네이트 등으로의 가공이 가능한 특징이 있다.
또한, 상기 생분해성 플라스틱 조성물은 전분; 바이오매스 입자; 생분해성 고분자; 폴리프로필렌 카보네이트; 및 규소계 세라믹을 15~40:15~40:20~50:5~10:0.1~5의 중량비로 혼합하여 제조할 수 있다.
'규소계 세라믹'을 첨가하면, 전분과 폴리유산(PLA), 폴리프로필렌 카르보네이트(PPC) 등이 혼합된 생분해성 플라스틱 조성물의 내열성 및 강도를 증가시킬 수 있다. 특히, 폴리유산(PLA)의 열변형 온도는 58℃ 이하로 매우 낮은 데, 상기 규소계 세라믹을 첨가하면 상기 혼합물의 열변형 온도를 100℃ 이상으로 증가시킬 수 있으므로 바람직하다.
규소계 세라믹은 규소(silicon)을 포함하는 세라믹으로, 산화물, 규산염 등의 형태로 포함될 수 있다. 상기 규소계 세라믹은 분말 또는 액상 형태로 첨가될 수 있다.
또한, 상기 생분해성 플라스틱 조성물은 안정제, 충진제, 항상화제, 촉진제, 글레세롤, 왁스, 파라핀, 전해질, 반응조제, 불용성 염류 및 시트르산 나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 생분해성 플라스틱 조성물을 압출하여 성형하는 단계(S300)는 생분해성 플라스틱 조성물은 110 ~ 120℃의 온도에서 교반 및 분쇄하여 호화 상태로 반죽하는 단계; 상기 반죽을 바람직하게는 30 ~ 50℃의 온도로 냉각 탈수하여, 수분함유율을 약 1%로 유지하는 단계; 상기 탈수된 반죽을 압출하여 팰릿 또는 과립의 형태로 성형하는 압출단계에 의해 생분해성 플라스틱 원료를 제조할 수 있다. 바람직하게는 120 ~ 210℃에서 압출하여 팰릿(pallet) 또는 과립의 형태로 성형하여 압출할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 서술한 생분해성 플라스틱의 제조방법으로 제조된 생분해성 플라스틱을 제공할 수 있다.
본 발명의 생분해성 플라스틱은 전분; 바이오매스 입자; 생분해성 고분자; 및 폴리프로필렌 카보네이트를 15~40:15~40:20~50:5~10의 중량비로 포함할 수 있다.
의료용 기구, 의료용 용기, 일회용 컵라면 용기, 도시락 용기, 일회용 숟가락 등 다양한 산업분야에 적용가능한 것이다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.

Claims (4)

  1. (A)바이오매스 입자를 제조하는 단계;
    (B)전분; 바이오매스 입자; 생분해성 고분자; 및 폴리프로필렌 카보네이트를 혼합하여 생분해성 플라스틱 조성물을 제조하는 단계;
    (C)상기 생분해성 플라스틱 조성물을 압출하여 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 (B)단계는 전분; 바이오매스 입자; 생분해성 고분자; 및 폴리프로필렌 카보네이트를 15~40:15~40:20~50:5~10의 중량비로 혼합하고,
    상기 생분해성 고분자는 폴리유산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리히드록시부티레이트-코-발레레이트(PHBV), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 및 폴리필렌 글리콜산(PG) 중 1종 이상을 포함하는 생분해성 플라스틱의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (A) 단계는,
    (a)제지 슬러지를 함수율 12중량% 이하가 되도록 건조시키는 단계;
    (b)건조된 제지 슬러지를 파쇄하는 단계; 및
    (c)파쇄된 제지 슬러지를 분체하는 단계를 포함하는 생분해성 플라스틱의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (B)단계는 전분; 바이오매스 입자; 생분해성 고분자; 폴리프로필렌 카보네이트; 및 규소계 세라믹을 15~40:15~40:20~50:5~10:0.1~5의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 생분해성 플라스틱의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 제조방법에 의해 제조된 생분해성 플라스틱.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950005842A (ko) 1993-08-10 1995-03-20 제이. 페트캐비취 로버트 퇴비화 가능한 생분해성 플라스틱 및 그의 제조 방법

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