WO2020055111A1 - 친환경 고분자 조성물 및 이를 이용한 성형체 - Google Patents

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WO2020055111A1
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algae
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김병용
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김병용
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    • C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/04—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids, e.g. lactones

Definitions

  • the present invention relates to a disposable material technology that is easy to dispose, and more particularly, to an environmentally friendly polymer composition that is easy to mold and minimizes environmental burden due to disposal and a molded body using the same.
  • Synthetic polymers are raw materials in the form of films, fibers or pellets, and using them are various lightweight resin-based products, such as bottles, bags, spoons and bottles using ethylene, propylene, polyethylene terephthalate (PET) or polyvinyl chloride Various such products have been manufactured and widely used. In particular, the resin-based products based on synthetic polymers are widely applied to disposable products that are easily discarded after use.
  • the resin-based product is separated from other wastes for reuse, and is recycled through various treatment steps such as heating or re-polymerization.
  • the reason why such a regeneration process is necessary is that it is not decomposed by microorganisms during landfilling or ocean dumping, and may exist in nature for decades or more, and thus, environmental impacts of waste may occur. When exposed to nature, these wastes are linked to the food chain of the ecosystem and can accumulate in turn in the organisms that consume them, and ultimately cause serious disease to humans.
  • the synthetic polymer is made of a material that is non-toxic to itself, harmful by-products such as a plasticizer for molding or a pigment or dye component for coloring may additionally occur as an additive, and when removing it through combustion, noxious gas is used. This causes secondary problems that do not occur or do not burn completely.
  • PBAT butylene adipate-co-terephthalate
  • the PBAT is not only that the constituent carbon is converted into carbon dioxide according to the respiration of microorganisms, but also that it is combined with biomass of polymer surface microorganisms.
  • the PBAT when applied together with other biodegradable materials, is also widely used for the purpose of removing the peculiarity of the plastic polymer.
  • the PBAT is biodegradable by microorganisms and is used as a component to improve the feel of use of plastic products, it still has a problem in that it is a synthetic polymer. Recently, the micro plastic problem is recognized as an environmental problem that can pose a serious threat to humanity. Since the PBAT is also a synthetic polymer, there is a problem that the micro plastic acts as a pollutant during decomposition.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide an eco-friendly polymer composition that can replace conventional synthetic polymer materials because it is biodegradable, easy to dispose, and does not have a problem of fine plastic, and is eco-friendly and non-toxic.
  • Moldable eco-friendly polymer composition for solving the above problems, 10 to 90% by weight of polylactic acid (poly lactic acid) matrix resin; And a residual amount of algae extract plasticizer.
  • the algae extract plasticizer may be obtained by drying and powdering green algae, diatoms, algae, red algae, blue algae, yellow green algae, yellow flagellates, brown flagellum, coccygeal algae, or yellow beetle.
  • the green algae includes one or two or more selected from the group consisting of Cheongtae, Hakham, Blue, Hearing, Bead Hearing, Jade Vine, and Rosary
  • the brown algae are seaweed, kelp, buckthorn, and folk It includes one or two or more selected from the group consisting of plaque, Gorimae, seaweed, persimmon, gompi, rhubarb, cowtail history, hat hat, hoe hat, hatworm, and ⁇
  • the red algae is woodfish, seaweed 1, or 2 selected from the group consisting of: Cotoni, dog gambling, round spines, crested radish, cockle, sesame lobster, twine, Jindubal, sesame gammon, spiny radish
  • the moldable eco-friendly polymer composition may further include 5 to 30% by weight of a reinforcement powder of the total weight of the eco-friendly polymer composition.
  • the reinforcing agent powder may include at least one of waste coffee powder and diatomaceous earth powder.
  • the porous waste coffee powder may include a carbonized body of waste coffee particles.
  • the reinforcement powder may have an average diameter in the range of 2 ⁇ m to 2 mm.
  • beverage straws that are non-toxic, eco-friendly products molded and manufactured using the above-mentioned environmentally friendly polymer composition. Spoon. Vessel. toy. And school supplies.
  • an environmentally friendly polymer composition that can be molded using a polylactic acid matrix resin as a matrix resin constituting the body of the molded body and an algae extracting plasticizer as a plasticizer, it is non-toxic and eco-friendly, and disposed of after use It can be naturally decomposed to provide a molded body free from microplastic problems.
  • eco-friendly polymer composition may be applied to products that require disposable or reused products after use or recycling, and that require non-toxic, non-toxic surface hardness, such as beverage straws, cutlery, containers, toys or school supplies.
  • non-toxic, non-toxic surface hardness such as beverage straws, cutlery, containers, toys or school supplies.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a straw according to embodiments of the present invention.
  • the environmentally friendly polymer composition according to the present invention is an algae extracting plasticizer that softens the polylactic acid as poly lactic acid and a plasticizer as a material constituting the matrix of the final resin-based molded product, preferably powdered algae. It may contain extracted fiber.
  • the eco-friendly polymer composition according to an embodiment may include a plasticizer including 10% to 90% by weight of a poly lactic acid (PLA) matrix resin and a residual amount of algae extracting plasticizer. It can be solidified in powder or pellet form, and may have other suitable properties.
  • the algae extract plasticizer may be obtained through a drying and powdering process for green algae, diatoms, brown algae, red algae, blue green algae, yellow green algae, yellow flagellum, brown flagellum, brown flagellum, or greenworms.
  • the green algae may include one or two or more selected from the group consisting of chungtae, hakamam, green, auditory, bead hearing, jade and beads.
  • the brown algae is one species selected from the group consisting of seaweed, kelp, barley horse, minji horse, plaque, gorimae, seaweed, persimmon, gompi, rhubarb, horsetail history cousin, hat stalk, hoeseng hat stalk, jichungyi and ⁇ Or it may include two or more, and the red algae is squirrel, seaweed, cornoni, dog gambling, round dolmen, gaemu, bird's feet, sesame starfish, skewer, Jindubal, chamgam, spiny beet, silk, stalk, stone It may include one or two or more selected from the group consisting of kasari, stone, and genie.
  • the algae extract plasticizer may include alginic acid extracted from seaweed.
  • the alginic acid has moisture affinity, which facilitates the selection and molding process of the solvent that makes the resin.
  • the mixing ratio with the algae extract plasticizer can be adjusted according to the surface hardness required for the applied product.
  • the surface hardness may be set within a range of 70 R to 90 R to secure stability with a feeling of softness. You can.
  • the surface hardness is 90 R to 110 R because it is necessary to undergo a change in temperature or withstand a predetermined load depending on the type of food.
  • a strong surface strength such as a toothpick or a toy is required, it is preferably within the range of 100 R to 120 R.
  • the component ratio of the algae extracting plasticizer to the total amount of the polylactic acid matrix resin and the algae extracting plasticizer it is possible to control the surface hardness of the molded body and the use thereof.
  • the surface hardness of the plastic resin molded product using the eco-friendly polymer composition is within the range of 65 R or less, the component ratio of the plasticizer to the total weight of the polylactic acid matrix resin and the plasticizer is 85% by weight to 95% by weight.
  • the component ratio of the plasticizer to the total amount of the polylactic acid matrix resin and the total plasticizer within the range of 70 R to 90 R in the surface hardness of the resin molded product is in the range of 60% by weight to 85% by weight, and the thermoplastic
  • the component ratio of the plasticizer to the total amount of the polylactic acid matrix resin and the plasticizer may be in the range of 35% to less than 45% by weight.
  • the component ratio of the plasticizer to the total amount of the polylactic acid matrix resin and the plasticizer is within a range of 10% by weight to less than 35% by weight. You can.
  • the eco-friendly polymer composition is a plastic resin molded product (hereinafter referred to as a molded body) by adding an organic solvent such as water or alcohol to the mixture of the eco-friendly polymer composition and the plasticizer and molding it using, as a non-limiting example, firing, injection, or a mold. ) Can be obtained.
  • the molding process may further include a drying process or a sterilization process as necessary.
  • the eco-friendly polymer composition may further include a biocompatible binder together with the solvent.
  • the biocompatible binder preferably, may be a biodegradable material.
  • the biodegradable material is chitosan, collagen, gelatin, hyaluronic acid (HA), pectin, carrageenan, chondroitin (sulfate), dextran (sulfate), polylysine , Carboxymethyl titin, fibrin, agarose, pullulan, cellulose, gum arabic, alginate, cyclodextrin, dextrin, glucose, fructose, starch, trehalose, glucose, maltose, lactose, lactulose, fructose, turanose, It may include at least one of melitose, melezitose, dextran, sorbitol, xylitol, palatinite, polyglycolic acid, and polyethylene oxide.
  • the biocompatible binder may be a vegetable fiber or a known natural biopolymer extracted from any one or more of plants including wood, cotton, linen, corn foil, corn stalk, and soybean meal. These materials are exemplary only, and the present invention is not limited thereto, and non-toxic natural biosaccharides or polymers may also be used as the biocompatible material of the present invention.
  • the eco-friendly polymer composition may further include a dye or pigment for coloring.
  • the eco-friendly polymer composition may have a transparent or translucent color, and may be colored green, blue, or red as a non-limiting example through coloring for commercialization.
  • the mixture of the waste coffee powder and the biocompatible binder may be prepared in the form of a slurry with a solvent.
  • the solvent may be water or alcohol.
  • the solvent may be a non-toxic organic solvent that can be suitably selected according to the aforementioned binder, and the present invention is not limited to these examples.
  • the slurry may be subjected to a predetermined sterilization process, and molded and dried in a manner of firing, injection, or molding with a suitable heat source to produce a resin-based molded product.
  • a porous waste coffee powder may be further provided in the eco-friendly polymer composition.
  • the porous waste coffee powder may improve the surface hardness and strength of the entire molded body, such as cement gravel, when molding the entire eco-friendly polymer composition.
  • the porous waste coffee powder provides a reaction site having a large surface area of pores of the porous waste coffee powder to facilitate the high molecular weight reaction of the liquid polylactic acid matrix resin and the plasticizer, and for aggregation of the formed resin crystals. By acting as a nucleus, it is possible to improve the surface hardness and strength of the molded body.
  • the diatomaceous earth powder may be further contained in the eco-friendly polymer composition.
  • the diatomaceous earth powder can improve the surface hardness and strength of the entire molded body like the porous waste coffee powder. However, since the diatomaceous earth powder does not have pores compared to the porous waste coffee powder, the effect of improving the surface and strength is lower than that of the porous waste coffee powder.
  • the porous waste coffee powder and diatomaceous earth powder will be collectively referred to as reinforcement powder.
  • the reinforcement powder may have an average diameter in the range of 2 ⁇ m to 2 mm.
  • the average diameter of the reinforcing agent powder is less than 2 ⁇ m, an increase in manufacturing cost by a separate grinding process or a classification process is caused and it is too fine to improve surface hardness and strength.
  • the average diameter of the reinforcing agent powder exceeds 2 mm, particularly in the case of porous waste coffee powder, the particle itself has a large diameter, so it is difficult to exhibit agglomeration nucleus effects due to pores, and the surface roughness of the molded body is increased to improve product quality. It is difficult to secure.
  • the porous waste coffee powder may be a carbonized body of waste coffee particles.
  • the waste coffee particles themselves may contain a predetermined oil, and when the waste coffee particles are simply dried and used as a part of the eco-friendly polymer composition, polylactic acid matrix resin and algae extracting plasticizer and unnecessary oxidation by the oil are used. The reaction may result in deterioration in quality, such as the strength or surface hardness of the molded body manufactured, or the molding itself may not be performed well.
  • a carbonized body obtained by heating and carbonizing the waste coffee particles residual oil of the waste coffee particles can be removed, and further, the porosity is increased with the removal of the oil, and the specific gravity is small and lightweight. While achieving the function as the above-described aggregation nuclei, it is possible to improve the strength and / or surface hardness of the molded body.
  • the reinforcing agent powder preferably waste coffee powder
  • the molded body is a thermoplastic molded body and can secure process suitability and strength and hardness of the product.
  • Table 1 below shows measured performance values of various molded products manufactured using an eco-friendly polymer composition having various component ratios according to an embodiment of the present invention.
  • Example Molded body Polylactic acid (% by weight) Algae extract plasticizer (% by weight) Waste coffee powder (% by weight) Surface hardness (R scale) Density (g / m 3 ) Melt Index (10 min / g) Sample 1 Soft film 10 15 15 63 0.9 7 Sample 2 straw 30 55 15 88 0.9 3.1 Sample 3 Disposable cups 50 35 15 96 0.9 0.6 Sample 4 toy 70 15 15 108 0.9 0.4
  • FIG. 1 is a perspective view showing a straw that is a molded body using a porous waste coffee powder according to an embodiment of the present invention.
  • the porous waste coffee powder has an advantage that can give a coffee color to the molded body produced.
  • An environmentally friendly and non-toxic molded article can be produced by not adding a separate pigment to develop such a coffee color.
  • the straw as the above-described molded body is exemplary and the present invention is not limited thereto.
  • the eco-friendly polymer composition according to the embodiment of the present invention is a disposable product, and should be biodegradable in nature, and is non-toxic, and can be widely applied to a conventional plastic industry field in which production of microplastics should be suppressed.
  • the eco-friendly polymer composition can be applied to cutlery, containers, toys or school supplies.
  • the molded body is not limited to a three-dimensional shape, and may be in the form of a film, sheet, or surface coating layer in order to be applied as a packaging paper or an envelope.

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Abstract

본 발명은 성형이 용이하고, 폐기에 따른 환경 부담이 최소화된 친환경 고분자 조성물 및 이를 이용한 성형체에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고분자 조성물은, 10 중량% 내지 90 중량%의 폴리락탄산(poly lactic acid) 매트릭스 수지; 및 잔량의 조류 추출 가소제를 포함할 수 있다.

Description

친환경 고분자 조성물 및 이를 이용한 성형체
본 발명은 폐기가 용이한 일회용 소재 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 성형이 용이하고, 폐기에 따른 환경 부담이 최소화된 친환경 고분자 조성물 및 이를 이용한 성형체에 관한 것이다.
합성 중합체는 필름, 섬유 또는 펠릿의 형태로 원료화되고, 이를 이용하여 다양한 경량의 수지계 제품, 예를 들면, 에틸렌, 프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리염화비닐을 이용한 병, 봉투, 스푼과 같은 다양한 제품이 제조되어 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 합성 중합체 기반의 상기 수지계 제품은 사용 후 쉽게 폐기되는 일회용 제품에 광범위하게 적용되고 있다.
상기 수지계 제품은 재사용을 위해 다른 폐기물로부터 분리되어 가열 또는 재중합과 같은 다양한 처리 단계를 거쳐 재생된다. 이러한 재생 과정이 필요한 이유는 매립이나 해양 투기시 미생물에 의해 분해되지 않아 자연계에 수십년 이상 그대로 존재할 수 있고, 이로 인하여, 쓰레기에 따른 환경적 영향이 발생할 수 있다. 이러한 쓰레기는 자연에 노출시 생태계의 먹이사슬과 연계되어 이를 섭취한 생물들에 차례로 누적될 수 있으며, 최종적으로는 인간에게 심각한 질병을 초래하기도 한다.
또한, 상기 합성 중합체가 자체에 독성이 없는 물질로 이루어지더라도 첨가물로서 성형을 위한 가소제나 착색을 위한 안료나 염료 성분과 같은 유해한 부산물이 추가적으로 발생할 수 있고, 연소를 통해 이를 제거하는 경우 유독 가스를 발생시키거나 완전 연소가 되지 않는 이차적인 문제를 초래한다.
최근 가열, 재중합 또는 연소와 같은 처리 과정이 필요없이 생분해되어 소멸되는 새로운 고분자 소재에 관한 연구와 실제 제품으로의 응용이 활발히 이루어지고 있다. 예를 들면, PBAT(butylene adipate-co-terephthalate)와 같은 고분자 소재는 종래의 폴리에틸렌을 대체하는 생분해성 고분자 소재로서 다양한 제품에 적용되고 있다. 상기 PBAT는 구성 탄소가 미생물 호흡에 따라 단순히 이산화탄소로 변화하는 것에 그치지 않고, 폴리머 표면 미생물의 바이오매스와 결합하는 것이 보고되기도 하였다. 또한, 상기 PBAT는 다른 생분해성 소재와 함께 적용될 때, 가소성 중합체 특유의 딱딱함을 제거하는 용도로도 광범위하게 응용되고 있다.
상기 PBAT가 미생물에 의해 생분해가 가능하고 플라스틱 제품의 사용감을 향상시키기 위한 성분으로 사용되지만, 여전히 합성 폴리머인 점에서 문제를 갖는다. 최근에는 미세 플라스틱 문제가 인류에게 심각한 위협을 미칠 수 있는 환경 문제로 인식되고 있으며, 상기 PBAT도 합성 폴리머이기 때문에, 분해되는 동안 미세 플라스틱이란 오염원으로 작용하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 생분해가 가능하여 그 폐기가 용이하면서도 미세 플라스틱의 문제가 없어 친환경적이면서 무독성이어서 종래의 합성 고분자 소재를 대체할 수 있는 친환경 고분자 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 상기 이점을 갖는 고분자 조성물의 장점을 극대화하여 제품화된 성형체를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 가능한 친환경 고분자 조성물은, 10 중량% 내지 90 중량%의 폴리락탄산(poly lactic acid) 매트릭스 수지; 및 잔량의 조류 추출 가소제를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조류 추출 가소제는, 녹조류, 규조류, 조류, 홍조류, 남조류, 황녹색조류, 황색편모조류, 갈색편모조류, 와편모조류, 또는 연두벌레의 건조 및 분말화로 얻어지는 것일 수 있다. 또한, 상기 녹조류는 청태, 해캄, 파래, 청각, 구슬청각, 옥덩굴 및 염주말로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 상기 갈조류는 미역, 다시마, 헛가지말, 민가지말, 패, 고리매, 미역쇠, 감태, 곰피, 대황, 쇠미역사촌, 모자반, 괭생이 모자반, 지충이 및 톳으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하며, 상기 홍조류는 우뭇가사리, 김, 코토니, 개도박, 둥근돌김, 개우무, 새발, 참풀가사리, 꼬시래기, 진두발, 참도박, 가시우무, 비단풀, 단박, 돌가사리, 석목 및 지누아리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 성형 가능한 친환경 고분자 조성물은, 상기 친환경 고분자 조성물 전체 중량의 5 중량% 내지 30 중량%의 강화제 분말을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 강화제 분말은 폐커피 분말 및 규조토 분말 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다공성 폐커피 분말은 폐커피 입자들의 탄화체를 포함할 수 있다. 상기 강화제 분말은 2 ㎛ 내지 2 mm의 범위 내의 평균 직경을 가질 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면 전술한 친환경 고분자 조성물을 이용하여 성형 제조한 무독성의 친환경 제품인 음료용 빨대. 수저. 용기. 장난감. 및 학용품이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 성형체의 바디를 구성하는 매트릭스 수지로서 폴리락탄산 매트릭스 수지와 가소제로서 조류 추출 가소제를 이용하여 성형 가능한 친환경 고분자 조성물을 제공함으로써, 무독소이고 친환경적이며, 사용 후 폐기시 자연 분해되어 미세 플라스틱 문제가 없는 성형체를 제공할 수 있다.
또한, 상기 친환경 고분자 조성물은 일회용 또는 수회 사용 후 폐기되거나 재활용이 요구되는 제품이면서 요구 표면 경도가 혹독하지 않고 무독성이 요구되는 제품에 적용될 수 있어, 음료용 빨대, 수저, 용기, 장난감 또는 학용품과 같은 단수명의 제품에 광범위하게 적용될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 친환경 고분자 조성물에 폐커피 분말을 첨가하여 성형하는 경우 표면 경도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제품에 커피 발색으로 인한 심미감을 부여할 수 있고, 폐커피를 폐기하는 비용의 감축이라는 경제적 이점을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 빨대를 도시하는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.　 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.　 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.　 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 발명에 따른 친환경 고분자 조성물은, 최종 수지계 성형 제품의 매트릭스를 구성하는 재료로서 폴리락탄산(poly lactic acid)과 가소제(plasticizer)로서 상기 폴리락탄산을 연화하는 조류 추출 가소제, 바람직하게는 분말상 조류 추출 섬유소를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 상기 친환경 고분자 조성물은, 10 중량% 내지 90 중량%의 폴리락탄산(poly lactic acid; PLA) 매트릭스 수지 및 잔량의 조류 추출 가소제를 포함하는 가소제를 포함할 수 있다. 이는 분말 또는 팰릿 형태로 고형화될 수 있으며, 다른 적합한 성상을 가질 수도 있다.
상기 조류 추출 가소제는, 녹조류, 규조류, 갈조류, 홍조류, 남조류, 황녹색조류, 황색편모조류, 갈색편모조류, 와편모조류, 또는 연두벌레에 대한 건조 및 분말화프로세스를 통해 얻어질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 녹조류는 청태, 해캄, 파래, 청각, 구슬청각, 옥덩굴 및 염주말로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 갈조류는 미역, 다시마, 헛가지말, 민가지말, 패, 고리매, 미역쇠, 감태, 곰피, 대황, 쇠미역사촌, 모자반, 괭생이 모자반, 지충이 및 톳으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 홍조류는 우뭇가사리, 김, 코토니, 개도박, 둥근돌김, 개우무, 새발, 참풀가사리, 꼬시래기, 진두발, 참도박, 가시우무, 비단풀, 단박, 돌가사리, 석목 및 지누아리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 조류 추출 가소제는 미역으로부터 추출된 알긴산을 포함할 수 있다. 상기 알긴산은 수분 친화성을 가져 수지를 만드는 용매의 선택과 성형 과정이 용이해진다.
상기 폴리락탄산은 성형체의 표면 경도를 증가시키기 때문에, 적용 제품에 요구되는 표면 경도에 따라 조류 추출 가소제와의 혼합비가 조절될 수 있다. 예를 들면, 연성 필름의 경우에는 65 R 이하이고, 빨대의 경우에는 사람의 구강과 접촉하는 것이기 때문에, 부드러움과 같은 사용감과 함께 안정성을 확보하기 위해 표면 경도가 70 R 내지 90 R 범위 내로 설정될 수 있다. 반면에, 일회용 컵이나 용기의 경우에는 음식물의 종류에 따라 온도의 변화를 겪거나 소정의 하중을 견딜 필요가 있으므로 표면 경도가 90 R 내지 110 R인 것이 바람직하다. 또한, 이쑤시개 또는 장난감과 같이 강한 표면 강도가 요구되는 경우에는 100 R 내지 120 R의 범위 내인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 폴리락탄산 매트릭스 수지와 상기 조류 추출 가소제 전체 총량에 대한 상기 조류 추출 가소제의 성분비를 조절함으로써 성형체의 표면 경도와 그에 따른 용도를 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 친환경 고분자 조성물을 이용한 가소성 수지 성형 제품의 표면 경도가 65 R 이하의 범위 내에서, 상기 폴리락탄산 매트릭스 수지와 상기 가소제 전체 중량 총량에 대한 상기 가소제의 성분비는 85 중량% 내지 95 중량%의 범위 내이다. 상기 수지 성형 제품의 표면 경도가 70 R 내지 90 R의 범위 내에서 상기 폴리락탄산 매트릭스 수지와 상기 가소제 전체 총량에 대한 상기 가소제의 성분비는 60 중량% 내지 85 중량% 이하의 범위 내이고, 상기 열가소성 수지 성형 제품의 표면 경도가 90 R 내지 110 R의 범위 내에서는, 상기 폴리락탄산 매트릭스 수지와 상기 가소제 전체 총량에 대한 상기 가소제의 성분비는 35 중량% 내지 45 중량% 미만의 범위 내일 수 있다. 또한, 상기 열가소성 수지 성형 제품의 표면 경도가 100 R 내지 120 R의 범위 내에서는, 상기 폴리락탄산 매트릭스 수지와 상기 가소제 전체 총량에 대한 상기 가소제의 성분비는 10 중량% 내지 35 중량% 미만의 범위 내일 수 있다.
상기 친환경 고분자 조성물은 상기 친환경 고분자 조성물과 상기 가소제의 혼합물에 물 또는 알코올과 같은 유기 용매를 첨가하고 이를 비제한적 예로서 소성, 사출 또는 금형을 이용하여 성형함으로써 가소성 수지 성형 제품(이하, 성형체라 함)이 얻어질 수 있다. 상기 성형 공정은 필요에 따라 건조 과정 또는 살균 공정을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 친환경 고분자 조성물은, 상기 용매와 함께 생체 적합성 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 생체 적합성 바인더는, 바람직하게는, 생분해성 물질일 수 있다. 상기 생분해성 물질은, 키토산(chitosan), 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 히알루론산(hyaluronic acid; HA), 펙틴, 카라기난, 콘드로이틴(설페이트), 덱스트란(설페이트), 폴리라이신(polylysine), 카르복시메틸 티틴, 피브린, 아가로스, 풀루란, 셀룰로오스, 아라비아검, 알기네이트, 시클로덱스트린, 덱스트린, 포도당, 과당, 녹말, 트레할로스, 글루코스, 말토스, 락토스, 락툴로스, 프럭토스, 투라노스, 멜리토스, 멜레지토스, 덱스트란, 소르비톨, 크실리톨, 팔라티니트, 폴리글리콜산(polyglycolic acid), 및 폴리에틸렌옥사이드 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 생체 적합성 바인더는, 목재, 면모, 모시풀, 옥수수박, 옥수수 줄기, 대두박을 포함하는 식물 중 어느 하나 이상으로부터 추출한 식물성 섬유소 또는 공지의 천연 바이오 폴리머일 수 있다. 이들 재료들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 무독성의 천연 바이오 당류 또는 폴리머도 본 발명의 생체 적합성 재료로 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 친환경 고분자 조성물을 착색을 위한 염료나 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 친환경 고분자 조성물은 투명 또는 반투명 색상을 가질 수 있으며, 제품화를 위한 착색을 통해 비제한적 예로서 녹색, 청색 또는 적색으로 착색될 수 있다.
상기 폐커피 분말과 상기 생체 적합성 바인더의 혼합물은 함유하는 용매에 의해 슬러리 형태로 제조될 수 있다. 상기 용매는, 물 또는 알코올일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 용매는 전술한 바인더에 따라 적합하게 선택될 수 있는 무독성 유기 용매일 수 있으며, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 상기 슬러리는 소정의 살균 과정을 거칠 수 있으며, 적합한 열원에 의한 소성, 사출, 또는 몰딩의 방식으로 성형 및 건조되어 수지계 성형 제품이 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 친환경 고분자 조성물에 다공성 폐커피 분말이 더 제공될 수 있다. 상기 다공성 폐커피 분말은 전체 친환경 고분자 조성물의 성형시 시멘트의 자갈과 같이 전체 성형체의 표면 경도 및 강도를 향상시킬 수 있다. 상기 다공성 폐커피 분말은 상기 다공성 폐커피 분말의 기공이 넓은 표면적의 반응 사이트를 제공하여 액상의 폴리락탄산 매트릭스 수지와 가소제가 활발히 반응하여 고분자량화되는 것을 촉진하며, 형성된 수지 결정의 응집을 위한 핵으로서도 역할을 함으로써 성형체의 표면 경도 및 강도를 향상시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 친환경 고분자 조성물에 규조토 분말이 더 함유될 수 있다. 상기 규조토 분말은 상기 다공성 폐커피 분말과 같이 전체 성형체의 표면 경도 및 강도를 향상시킬 수 있다. 다만, 상기 규조토 분말은 다공성 폐커피 분말에 비해 기공을 가지고 있지 않기 때문에 표면 및 강도 향상 효과는 상기 다공성 폐커피 분말에 비하여 낮다. 이하에서는, 다공성 폐커피 분말과 규조토 분말을 강화제 분말이라고 통칭하도록 한다.
일 실시예에서, 상기 강화제 분말은 2 ㎛ 내지 2 mm의 범위 내의 평균 직경을 가질 수 있다. 상기 강화제 분말의 평균 직경이 2 ㎛ 미만인 경우, 별도의 그라인딩 공정이나 분급 공정에 의한 제조 비용의 상승을 초래하고 너무 미세하여 표면 경도 및 강도의 향상 효과가 나타나지 않는다. 마찬가지로, 상기 강화제 분말의 평균 직경이 2 mm를 초과하는 경우에는, 특히 다공성 폐커피 분말의 경우, 입자 자체의 직경이 커 기공에 의한 응집 핵 효과가 나타나기 어렵고 성형체의 표면 거칠기가 증가되어 제품의 품위가 확보되기 어렵다.
일 실시예에서, 상기 다공성 폐커피 분말은 폐커피 입자들의 탄화체일 수 있다. 상기 폐커피 입자 자체는 소정의 유분을 함유할 수 있으며, 상기 폐커피 입자를 단순히 건조하여 상기 친환경 고분자 조성물의 일부로 혼합 사용하는 경우에는 상기 유분에 의해 폴리락탄산 매트릭스 수지 및 조류 추출 가소제와 불필요한 산화 반응이 초래되어 제조된 성형체의 강도 또는 표면 경도와 같은 품질을 열화시키거나 성형 자체가 잘 되지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 폐커피 입자들을 가열 탄화시켜 얻어지는 탄화체를 사용함으로써 폐커피 입자의 잔류 유분이 제거될 수 있고, 나아가 유분의 제거와 함께 기공률이 증가하면서, 비중이 작아 경량화를 달성하면서 전술한 응집 핵으로서 기능하여 성형체의 강도 및/또는 표면 경도를 향상시킬 수 있다.
성형체의 종류에 따라, 상기 강화제 분말, 바람직하게는 폐커피 분말은, 폴리락탄산, 조류 추출 가소제 및 강화제 분말의 총 중량에 대하여 5 중량% 내지 25 중량%의 범위 내로 함유될 수 있다. 이 범위 내에서 성형체는 열가소성 성형체로서 공정 적합성과 제품의 강도 및 경도를 확보할 수 있게 된다.
하기 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 성분비를 갖는 친환경 고분자 조성물을 이용하여 제조된 다양한 성형체 제품의 측정된 성능값이다.
실시예 성형체 폴리락탄산(중량 %) 조류 추출 가소제(중량%) 폐커피 분말(중량%) 표면경도(R scale) 밀도(g/m3) 용융지수(10 min/g)
샘플 1 연성 필름 10 15 15 63 0.9 7
샘플 2 빨대 30 55 15 88 0.9 3.1
샘플 3 일회용 컵 50 35 15 96 0.9 0.6
샘플 4 장난감 70 15 15 108 0.9 0.4
위 표 1을 참조하면, 폴리락탄산, 조류 추출 가소제 및 강화제인 폐커피 분말의 함량을 조절하는 것만으로 사출된 다양한 제품들이 요구 성능인 표면 강도, 밀도 및 용융 지수가 구현됨을 알 수 있다. 시험 환경은 25(오차 ± 2) ℃의 온도 및 65(±2) %R.H.의 상대 습도 조건을 가지며, 경도 시험은 Rockwell R-Scale 시험 방법에 따르고, 용용지수는 ISO E1133 규격을 따라 수행되었다. 이들 제품들은 모두 자연 그대로 폐기되더라도 미세 플라스틱 문제나 환경 오염의 문제가 초래하지 않는 친환경 제품이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 폐커피 분말을 이용한 성형체인 빨대를 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 표 1의 샘플 2에 따른 빨대이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 다공성 폐커피 분말은 제조된 성형체에 커피 컬러를 부여할 수 있는 이점이 있다. 이러한 커피 컬러를 발색시키기 위해 별도의 색소를 첨가하지 않음으로써 친환경적이면서도 무독성의 성형체가 제조될 수 있다.
전술한 성형체로서 빨대는 예시적이며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에 따른 친환경 고분자 조성물은 일회용 제품으로서 자연에서 생분해되어야 하고, 무독성이며 미세 플라스틱의 생성이 억제되어야 하는 종래의 플라스틱 산업 분야에 광범위하게 적용될 수 있을 것이다. 바람직하게는, 상기 친환경 고분자 조성물은 수저, 용기, 장난감 또는 학용품에 적용될 수 있다. 또한, 성형체는 입체적 형상에 한정되는 것은 아니며, 포장지나 봉투로 응용되기 위해 필름, 시트 형태를 가지거나, 표면 코팅층의 형상을 가질 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (12)

10 중량% 내지 90 중량%의 폴리락탄산(poly lactic acid) 매트릭스 수지; 및
잔량의 조류 추출 가소제를 포함하는 성형 가능한 친환경 고분자 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 조류 추출 가소제는, 녹조류, 규조류, 갈조류, 홍조류, 남조류, 황녹색조류, 황색편모조류, 갈색편모조류, 와편모조류, 또는 연두벌레의 건조 및 분말화로 얻어지는 친환경 고분자 조성물.
제 2 항에 있어서,
상기 녹조류는 청태, 해캄, 파래, 청각, 구슬청각, 옥덩굴 및 염주말로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하고,
상기 갈조류는 미역, 다시마, 헛가지말, 민가지말, 패, 고리매, 미역쇠, 감태, 곰피, 대황, 쇠미역사촌, 모자반, 괭생이 모자반, 지충이 및 톳으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하며,
상기 홍조류는 우뭇가사리, 김, 코토니, 개도박, 둥근돌김, 개우무, 새발, 참풀가사리, 꼬시래기, 진두발, 참도박, 가시우무, 비단풀, 단박, 돌가사리, 석목 및 지누아리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 친환경 고분자 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 친환경 고분자 조성물 전체 중량의 5 중량% 내지 30 중량%의 강화제 분말을 더 포함하는 친환경 고분자 조성물.
제 4 항에 있어서,
상기 강화제 분말은 폐커피 분말 및 규조토 분말 중 적어도 어느 하나를 포함하는 친환경 고분자 조성물.
제 5 항에 있어서,
상기 다공성 폐커피 분말은 폐커피 입자들의 탄화체인 친환경 고분자 조성물.
제 4 항에 있어서,
상기 강화제 분말은 2 ㎛ 내지 2 mm의 범위 내의 평균 직경을 갖는 친환경 고분자 조성물.
제 1 항 기재의 친환경 고분자 조성물을 성형 제조한 음료용 빨대.
제 1 항 기재의 친환경 고분자 조성물을 성형 제조한 수저.
제 1 항 기재의 친환경 고분자 조성물을 성형 제조한 용기.
제 1 항 기재의 친환경 고분자 조성물을 성형 제조한 장난감.
제 1 항 기재의 친환경 고분자 조성물을 성형 제조한 학용품.
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