KR960010140B1 - 생분해성 수지를 이용한 코팅 또는 라미네이션된 포장재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

없음.

Description

생분해성 수지를 이용한 코팅 또는 라미네이션된 포장재료의 제조방법

제1도는 본 발명의 방법에 따라 포장재료를 코팅 또는 라미네이션하기 위해 사용될 수 있는 코팅 또는 라미네이션 장치의 일례이다.

본 발명은 생분해성 수지를 이용하여 종이 또는 섬유 포장재를 코팅 및 라미네이션하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 미생물의 생분해성 천연 폴리에스터인 폴리 하이드록시 알카노에이트(이하 PHA라 한다)를 이용해서 일회용품을 비롯한 다양한 플라스틱제품에 가장 널리 사용되고 있는 종이 포장재를 코팅 및 라미네이션하는 방법에 관한 것이다.

PHA는 많은 미생물들이 세포내에 과립형태로 축적하는 탄소원 및 에너지 저장물질로서(Dawes and Senior. 1973), 1926년 레모이근에 의해서 바실러스 메카테룸(Bacillus megaterum)에서 최초로 발견되고 아조토박터크루코쿰(Azotobacter chroococum)으로부터 처음으로 PHA과립이 분리되어진 이래로 그 구조가 아래와 같은 반복단위를 가지는 생물 열화성 및 열가소성의 고분자 물질임이 밝혀졌다.

상기 식에서, n은 PHB의 경우에 0이고, PHV의 경우에는 1이며, x는 600 내지 35,000의 정수이다.

상기 반복단위를 갖는 PHA는 통상 분자량이 30,000 내지 1,000,000의 범위 내에 있으며, 그 중에서 결정화도가 최고 80%정도 되는 결정성 고분자인 폴리하이드록시 부틸산(이하 PHB라 한다)과 분자내 비정질상태의 고분자인 폴리하이드록시 발레릭산(이하 PHV'라 한다)이 1~30mol%로 포함되어 있는 폴리하이드록시 부틸산과 폴리하이드록시 발레릭산과의 공중합체(이하 'PHB-co-PHV라 한다)가 주류를 이루고 있다.

PHA는 포도당이나 과장, 메탄올, 에탄올, 수소와 탄산가스 등을 미생물의 먹이로 이용하여 생산할 수 있는 데, 세포내에 축적된 PHA는 유기용매나, 효소등을 이용하여 추출, 건조하여 백색의 분말로 얻을 수 있고, 생분해성이 우수한 플라스틱 제품의 원료로 사용될 수 있다(P. A. Holmes. 1985). 또한, 합성 폴리에스터와 폴리프로필렌의 중간적 물성을 지니고 있어 난분해성 플라스틱의 남용으로 인한 환경오염 문제의 해결 뿐 아니라 다양한 분야에 대한 산업적 응용 가능성이 점차 확대되어 가고 있다(Chemical week, 28 Aurust 1985, p55., Manufacturing Chemist, October 1985, p64).

우리나라에서는 1992년 9월 환경처 고시 제1992~57에 의해 난분해성 포장재질의 사용금지가 결정됨에 따라 포장재료의 라미네이션(lamination) 또는 코팅(coating)재료로서 염화비닐(PVC)의 사용금지가 확실시 됨으로써 분해성 포장재질의 개발이 절실하게 요구되고 있으나 현재까지 이를 대체할 만한 포장재료는 개발되지 못하고 있는 실정이며 특히, 합성필름이 라미네이션된 포장재료 분야에서는 대체품의 개발이 전무한 실정이다.

또한 농업용 종자이식용 포트의 경우, 지금까지 사용되어온 재질은 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(PET)등 각종 플라스틱이었다. 때문에 포트에서 자란 종자를 일반 토양에 이식할 시기에 일일이 포트로부터 식물종자를 분리해 내어야 하므로 기계에 의한 자동화가 이루어지 못해 작업능률이 저하되고 인건비가 많이 드는 단점이 있어 왔다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 일본공개특허공보 平2-286013 에서는 생분해성 식물종자 이식용 포트를 제조하기 위해 생분해성 수지인 PHB-co-PHV와 분산제를 포함하는 에멀젼 상태의 수용액을 원재질인 크라프트지에 코팅하는 방법을 제안하고 있다.

이 방법에서는 먼저 PHB-co-PHV를 아주 미세하게 분말화 해야 하고, 코팅처리된 면이 부드럽지 못하여 상품가치가 떨어지며, 코팅액이 수용액 상태의 에멀젼이므로 코팅후 건조시간이 길어지고 얇은 종이류를 코팅할 때에 수분에 의해 원재질인 종이가 물에 불어 파손되는 등의 단점이 있다.

따라서, 생분해성이 우수하며, 코팅처리되거나 라미네이션된 면이 매끄럽고 원재료인 종이 등의 파손이 없이, 그리고 보다 간편한 방법으로 각종 포장재를 코팅 또는 라미네이션하는 방법의 제공이 요망되어 왔다.

이러한 상황하에서, 본 발명자들은 생분해성이 우수하며 코팅후에 방수성 또는 기밀성 등의 특성이 우수한 포장재를 보다 간편하게 얻을 수 있는 방법을 제공하고자 예의연구한 결과, 폴리하이드록시알카노이에이트를 용제에 용해시켜 용액을 얻고 이를 사용하여 코팅 또는 라미네이션하면 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 목적은 폴리하이드록시알카노에이트 수지를 용제에 용해시켜 얻은 용액을 포장재료에 코팅 또는 라미네이션함을 특징으로 하는 코팅 또는 라미네이션된 생분해성 포장재료의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 분자량이 20,000~600,000의 범위내에 있는 폴리하이드록시 부틸산 단독중합체 또는 분자내 폴리하이드록시 발레릭산의 함량이 1~30몰%인 폴리하이드록시 부틸산과 폴리하이드록시 발레릭산과의 공중합체를 알콜류, 할로겐화, 용제류, 산류 또는 알칼리류 용제에 0.3~50%(w/v)의 농도로 용해시켜 얻은 용액을 포장재에 양면코팅하거나 또는 한쪽면에 라미네이션하여 생분해성의 포장재를 수득함을 특징으로 하는 생분해성 포장재의 제조방법을 제공하는 것이다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는 포장재질의 사용용도에 따라 생분해성이 우수한 코팅재질인 PHA계열 고분자 물질을 선택하였는데, 예를 들면 비교적 높은 강도를 필요로 하는 분야에서는 결정화도가 높은 PHB 단독중합체를 사용하고, 유연성이 필요한 분야에서는 PHB-co-PHV 공중합체를 농도별로 선별하여 사용하였다.

본 발명에 따르면, PHB 단독중합체 또는 PHB-co-PHV 공중합체를 각종 용제에 용해시켜 용액의 형태로 만들어 포장재의 코팅 또는 라미네이션에 적용하는데, 이때 최종 포장재가 적용되는 분야에 따라서 사용되는 용제가 상이하다. 예를 들면 음식물 포장용으로 사용하기 위해서는 무해한 알콜류, 특히 바람직하게는 탄소수 3 이상의 알콜류를; 농업용 포트나 공업용 등에는 할로겐화 용제, 특히 클로로포름, 디클로로메탄, 트리클로로메탄, 테트라클로로메탄, 디클로로아세트산 또는 트리플루오로에탄올; 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메필포름아미드, 에틸아세토아세트산 또는 트리올레익산; 약산류, 특히 초산 또는 빙초산; 약알카리류, 특히 1N 가성소다 등을 이용한다.

본 발명에서 사용되는 PHA 고분자 물질은 그의 출처에 전혀 제한이 없다.

예를 들면, 알카리게네스 유트로푸스를 고농도로 배양한 후, 추출 건조공정을 통하여 생산된 분자량 20,000~600,000 좋기로는 평균분자량 300,000의 PHB 단독중합체 또는 분자내 PHV농도가 1~30몰%, 좋기로는 5~25몰%인 PHB-co-PHV 공중합체이다. 배양법에 의한 PHA 물질의 생산방법은 잘 확립되어 있으며, 예를 들면 한국 특허공개 제 91~6492, 92~19941 또는 92~19943 등에 개시되어 있는 방법으로 생산할 수 있다.

PHA 고분자 물질을 상기한 바 있는 적절한 용제류에 0.3~50%(w/v), 좋기로는 3~30%(w/v)의 농도로 녹여 투명한 액상으로 만든 후, 제1도에 나타낸 것과 같은 장치에서 방습성 또는 기밀성 등이 요구되는 각종 포장재, 예를 들면 종이 포장재류, 좋기로는 일회용 컵을 비롯한 방습이 필요한 식품포장지 및 천연 직물류, 좋기로는 면(綿)에 양면코팅 또는 한쪽면에 라미네이션을 실시하여 생분해성 포장재료를 제조한다. 피코팅물질로서 100% 종이나 직물류로 된 포장재 뿐만 아니라 종이 또는 천연직물이 70%이상 포함된 것이면 어느 것이든 사용할 수 있다. 코팅 또는 라미네이트된 포장재료는 적용형태에 따라 성형기에서 가열 성형하여 최종 제품을 만들 수 있다.

이하 각종 예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만 본 발명의 이들 예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

평균 분자량 300,000dml PHB를 클로로포름에 8%(w/v)의 농도로 용해하여 투명한 용액을 얻고, 이를 일회용 종이컵에 코팅하였다.

실시예 2

평균 분자량이 350,000이고 분자내 PHV 함량이 25몰%인 PHB-co-PHV 공중합체를 디클로로메탄에 3%(w/v)의 농도로 용해하여 투명한 용액을 얻고 이를 종자용 포트에 코팅하였다.

실시예 3

평균 분자량이 200,000이고 분자내 PHV 함량이 10몰%인 PHB-co-PHV 디클로로아세트산에 15%(w/v)의 농도로 용해하여 투명한 용액을 얻고 이를 면 포장재에 코팅하였다.

실시예 4

평균 분자량이 250,000이고 분자내 PHV 함량이 20몰%인 PHB-co-PHV를 1N 가성소다 수용액에 5%(w/v)의 농도로 용해하여 투명한 용액을 얻고 이를 종자용 포트를 제작하기 위한 종이에 양면 코팅하였다.

실시예 5

평균 분자량이 150,000이고 분자내 PHV 함량이 15몰%인 PHB-co-PHV 를 초산에 2%(w/v)의 농도로 용해하여 투명한 용액을 얻고 이를 종자용 포트를 제작하기 위한 종이에 라미네이션하였다.

실시예 6

평균 분자량이 100,000이고 분자내 PHV 함량이 5몰%인 PHB-co-PHV를 펜탄올에 10%(w/v)의 농도로 용해하여 투명한 용액을 얻고 이를 종자용 포트를 제작하기 위한 종이에 라미네이션하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 코팅재료로서 PHB 대신에 PVC 중합체를 이용하여 코팅하였다.

실험예 1

본 발명의 실시예 1~3 및 비교예 1에 따라 제조한 PHA-코팅 또는 라미네이션 포장재의 생분해성을 알아보기 위하여 이들 각 포장재를 20℃ 토양에 매립한 후 시간에 따른 생분해도를 각각 중량잔존율 및 잔존강도의 측면에서 측정한 후 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1] 생분해성 성형품의 토양내 분해도 실험

상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이, 생분해성이 우수한 PHA 계열의 중합체를 특정 용매에 용해시켜 얻은 PHA 중합체 용액을 이용하여 코팅 또는 라미네이션한 포장재는 그의 생분해서, 기밀성 및 방습성이 우수하여 종자 이식용포트, 종이컵 등의 용도로 유리하게 사용할 수 있고 토양에서 쉽게 분해되므로 환경오염을 감소시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 폴리하이드록시알카노에이트 수지를 용제에 용해시켜 얻은 용액을 포장재료에 코팅 또는 라미네이션함을 특징으로 하는 코팅 또는 라미네이션된 생분해성 포장재료의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 폴리하이드록시알카노이이트 수지는 평균 분자량이 20,000~600,000의 범위내에 있는 폴리하이드록시 부틸산 단독중합체 또는 분자내 폴리하이드록시 발레릭산의 함량이 1~30몰%인 폴리하이드록시 부틸산과 폴리하이드록시 발레릭산과의 공중합체이고, 용제는 알콜류, 할고겐화 용제류, 산류, 알칼리류, 에틸렌 카보니에트, 프로필렌 카보네이트, 디메필포름아미드, 에틸아세토아세트산 또는 트리올레이산에서 선택된 1종임을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 폴리하이드록시알카노에이트를 용제에 0.3~50%(w/v)의 농도로 용해시켜 얻은 용액을 포장지 또는 직물류로 된 포장재에 양면 코팅 또는 한쪽면에 라미네이션하여 생분해성의 포장재를 수득함을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 폴리하이드록시알카노에이트는 용제내에 3~30(w/v)의 농도로 용해됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제2항에 있어서, 용제인 알콜류는 탄소수 3 이상의 알콜류임을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제2항에 있어서, 할로겐화 용제는 클로로포름, 디클로로메탄, 트리클로로메탄, 테트라클로로메탄, 디클로로아세트산 또는 트리플루오로에탄올임을 특징으로 하는 방법.
7. 제2항에 있어서, 용제인 약산류는 초산 또는 빙초산이고, 약알카리류는 1N 가성소다임을 특징으로 하는 제조방법.