WO2020180092A1 - 친환경 발포체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

친환경 발포체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2020180092A1
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foaming
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resin
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김성호
현종능
김기현
김병규
최인석
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Definitions

  • the present invention relates to an eco-friendly foam and a method of manufacturing the same.
  • biological decomposition using microorganisms refers to a step of decomposing organic substances, etc. mainly contained in household wastewater through catabolic action.
  • microorganisms may be supported on a carrier so that the fluidized wastewater flows and contacts the microorganisms.
  • a carrier for supporting microorganisms, but specifically ceramic, soil, or polymer resin may be used.
  • a method of foaming the polymer may be used to increase the contact area with microorganisms.
  • JP3436947B2 discloses a filtering device including a filter medium having a particle diameter of 0.5 to 1 mm by pulverizing a porous plastic.
  • Another object of the present invention is to provide a foam having excellent microbial adhesion and affinity with respect to the pore area in the foam and greatly improved a microbial carrying environment, and a method for producing the same.
  • Another object of the present invention is to provide a foam that can secure sufficient water treatment efficiency after supporting microorganisms due to its large surface area and a method of manufacturing the same.
  • the manufacturing method of an eco-friendly foam according to the present invention includes the steps of s1) kneading and extruding a resin composition containing a base resin and a natural material to prepare an extrudate, and s2) pressing the extrudate to foam to produce a foam. Include.
  • the natural material in the step s1), may be a plant stem, root, leaf, fruit, shell, or a mixture thereof.
  • the natural material in step s1) may be wheat bark, corn starch, or a mixture thereof.
  • the natural material in the step s1), may have a moisture content of 10% by weight or less.
  • a step of drying the natural material may be further included.
  • the resin composition in step s1), may include 0.1 to 10 parts by weight of a natural material based on 100 parts by weight of the base resin.
  • the base resin is any selected from the group consisting of a polyolefin resin, a polyvinyl chloride resin, a polystyrene resin, a polyester resin, and a copolymer thereof. It may contain one or more than one.
  • the manufacturing method prior to the step s1), it may further include a step of treating the fiber surface of a natural material.
  • pressurized foaming may be performed by introducing the extrudate, a blowing agent, and a dispersion medium into a reactor, and controlling the pressure in the reactor.
  • the foaming temperature during pressurized foaming may be 100 to 250°C, and the foaming pressure may be 0.5 to 10 Mpa.
  • the blowing agent may be any one selected from the group consisting of carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen, argon, helium, butane and pentane.
  • the foam may be for supporting microorganisms.
  • the present invention includes a foam produced by the above-described manufacturing method.
  • the foam according to an embodiment of the present invention may include pores and may be a foam for biological water treatment in which microorganisms are supported in the pores.
  • the present invention includes a foam produced by the above-described manufacturing method, or a method for purifying wastewater using the above-described foam.
  • the method for purifying wastewater according to the present invention includes the step of purifying by contacting the wastewater with the foam.
  • a wastewater treatment method using a foam according to an embodiment of the present invention includes a pretreatment step in which contaminants contained in wastewater are precipitated and removed using natural sedimentation, and the treated water passed through the pretreatment step is a filling tube filled with the foam carrying microorganisms. It may include a purification step passing through.
  • the wastewater treatment method using a foam according to an embodiment of the present invention may include a purification step in which wastewater containing microorganisms passes through a filling pipe filled with the foam.
  • the foam according to the present invention is eco-friendly and has excellent mechanical properties such as void characteristics and structural stability compared to conventional foamed plastics.
  • the foam according to the present invention has excellent microbial adhesion and affinity to the pore area in the foam, and has the effect of greatly improving the microbial carrying environment.
  • the foam according to the present invention has a large surface area, there is an effect of securing sufficient water treatment efficiency after supporting microorganisms.
  • Example 1 is a scanning electron microscope photograph of the foam prepared in Example 1.
  • Example 2 is an optical picture of the foam prepared in Example 1.
  • Example 3 is a scanning electron micrograph of observing the foam prepared in Example 6.
  • Conventional foams have a problem in that the adhesion of microorganisms is remarkably deteriorated as a hydrophobic polymer is used as a base resin and is not suitable for a culture environment of microorganisms. Accordingly, the present inventors intend to provide a foam and a method of manufacturing the same, in which the adhesion of microorganisms to the pore area in the foam and the carrying environment are greatly improved.
  • the method for producing a foam according to the present invention includes the steps of s1) kneading and extruding a resin composition containing a base resin and a natural material to prepare an extrudate, and s2) pressing the extrudate to produce a foam. do.
  • the foam according to the present invention is manufactured by including natural materials, the microbial adhesion and affinity to the pore area in the foam are excellent, and the effect of greatly improving the microbial carrying environment is realized.
  • the above effect is realized by performing pressurized foaming (physical foaming) after the resin composition including the base resin and the natural material is extruded.
  • step s1 when extrusion and foaming proceed at the same time, or if pressure foaming does not proceed after extrusion, a pore area of a sufficient size by natural materials cannot be expected, and microbial adhesion and affinity of the foam cannot be expected.
  • Structural stability obtained in step s1) when a process in which extrusion and foaming including step s2) are divided secondarily after step s1) in which a resin containing natural materials is first extruded is performed And, as the high-density extrudate is obtained, the extrudate is effectively physically foamed in step s2), thereby improving the effect of activating internal pores and modifying hydrophilicity by the natural material.
  • the natural material may be a compound, a substance, or a mixture thereof produced by an organism existing in nature.
  • the natural material may be a plant-based natural material, and more specifically, the natural material may be a cellulose-based natural material derived from a plant. Examples of the cellulose-based natural material include, but are not limited to, stems, roots, leaves, fruits, skins, or mixtures thereof of plants.
  • the vegetable natural material may be wheat bark, corn starch, or a mixture thereof.
  • Wheat bran means wheat bran. Specifically, wheat pea is the remainder obtained by separating flour and embryos from the milled mill and forms a powder form. Most of the ingredients of wheat blood are the outer skin of seeds and have a small amount of endosperm and embryo. More specifically, wheat bark consists of wheat seed coat, periphery layer, algae layer, etc., and consists of moisture, fat, protein, ash, and carbohydrates.
  • Corn starch is a starch extracted from the endosperm of corn, and it is the whitest and finest among several starches. Corn starch is a polymeric carbohydrate in which a large number of glucose units are linked by glycoside bonds.
  • corn starch which is a raw material for corn starch
  • corn starch may be varieties such as dent, flint, sweet corn, popcorn, and soft, and when the amount of amylose is based, general corn (amylose Content about 27%), waxy corn, high amylose corn (amylose content 60% or more), etc., but is not limited thereto.
  • Wheat bark, corn starch, or a mixture thereof is mixed in a hydrophobic base resin, and is foamed under pressure after extrusion, so that the surface of the foam to which microorganisms can adhere is hydrophilized, thereby remarkably improving microbial adhesion and affinity. Can be obtained. Specifically, through a two-step process of mixing a natural material and a base resin, extruding the mixture, and then foaming, the hydrophilicity of the foam can be greatly improved than that of the extruded body.
  • the foam when using wheat bark, corn starch, or a mixture thereof as a natural material, drop water droplets (deionized water, 2 ml) from a height of 1 cm on the macroscopically flat surface of the foam to reduce the water contact angle in equilibrium.
  • the water contact angle is 10° or less, specifically 5° or less, more specifically 1° or less, and substantially 0°, so that the foam can exhibit excellent hydrophilicity.
  • the natural material is wheat pea or corn starch, it has a water contact angle of substantially 0°, and the time required for the water droplets to reach equilibrium is extremely short within 3 seconds, which is higher than any other natural material. Can represent.
  • wheat bark, corn starch, or a mixture thereof acts as an essential nutrient required for assimilation of microorganisms attached in the foam, thereby increasing the concentration of microorganisms attached to the pores.
  • the natural material may preferably have a moisture content of 10% by weight or less, specifically 0.1 to 10% by weight, more specifically 0.1 to 5% by weight, and even more specifically, 0.1 to 3% by weight.
  • the moisture content of the natural material is higher than the upper limit value, extrusion and foaming may occur simultaneously as moisture is evaporated by a high temperature in the extrusion process of step s1). Accordingly, the probability of producing a foam of an unspecified random shape increases, reproducibility is low, and the rate of formation of internal pores by physical pressure is significantly lowered, and durability may also be relatively reduced.
  • natural materials have a moisture content of about 12% by weight or more, which exceeds 10% by weight, and thus, when a conventional natural material is used as it is without controlling the moisture content, the above-described problems may occur. Specifically, if the moisture content of the natural material exceeds 10% by weight, unwanted foaming may occur in the extrusion step, and, if foaming has already occurred even partially in the extrusion step, the foaming rate during physical foaming in step s2) Not only this drop, but also durability may be reduced by non-uniform foaming.
  • a means for controlling the moisture content is not limited, and an example may be a drying means. That is, the method of manufacturing the foam according to the present invention may further include drying the natural material before step s1) in order to control the moisture content of the natural material. Drying temperature and drying time may be sufficient as long as natural materials can satisfy the required moisture content.
  • the method for producing a foam according to an embodiment of the present invention may further include a step of treating the surface of a fiber of a natural material before the step s1), more preferably, before the step of drying.
  • the fiber surface treatment may be a hydrophilic surface treatment of the fiber.
  • the surface of the natural material is roughened, resulting in physical modification in which the specific surface area increases, and at the same time, chemical modification due to the introduction of acid groups on the surface may be accompanied.
  • the melt-kneading process and the pressurized foaming process may be affected, thereby improving the adhesion of microorganisms to the pore area in the foam and the supporting environment.
  • hydrophilic surface treatment means examples include acid treatment, and specifically, a means for drying after immersing a natural material in an aqueous solution containing an inorganic acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, or a mixed acid thereof for a predetermined time.
  • the immersion temperature and the immersion time are not largely limited, but may be preferably in the low temperature range of 2 to 14° C. and 6 to 18 hours.
  • the acid concentration of the aqueous solution is not very limited, and may be, for example, 20 to 95% by weight.
  • ethanol may be additionally included in the aqueous solution, and in this case, more effective hydrophilization of natural materials may be induced.
  • the weight ratio of the base resin and the natural material is not largely limited, for example, the resin composition preferably contains 0.1 to 10 parts by weight of the natural material, specifically 0.5 to 7 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base resin. can do.
  • the foam produced by satisfying this may be good because it can secure sufficient structural stability while having a high specific surface area.
  • the base resin is not limited as long as it is a polymer capable of forming a foam, and for example, any one selected from polyolefin resins, polyvinyl chloride resins, polystyrene resins, ester resins, and copolymers of the resins, or the like It can contain more than one.
  • the polyolefin-based resin may be polyethylene, polypropylene, and the like, and the copolymer may be in a random form, an alternating form, or a block form.
  • the base resin as described above is chemically hydrophobic, the foam finally produced by the aforementioned means has high hydrophilicity.
  • a poly(propylene-ethylene) random copolymer may be selected as the base resin.
  • a poly(propylene-ethylene) random copolymer is selected as the base resin and wheat skin
  • corn starch or a mixture thereof is selected as a natural material
  • wheat skin and poly(propylene-ethylene) random copolymer While the viscoelastic properties of the coalescence are very high compared to wheat pea or corn starch, the poly(propylene-ethylene) random copolymer and wheat pea or corn starch, especially wheat pea, have excellent adhesion properties to each other.
  • the high viscoelasticity of the poly(propylene-ethylene) random copolymer can generate pores at a very high rate, and wheat pea or corn starch with low viscoelastic properties is high in the foaming process. It is mainly located on the inner wall of the pore due to its adhesion, and is effective for attaching and culturing microorganisms.
  • the weight ratio of wheat skin located on the outer surface of the foam and the inner pore surface of the foam among the total weight of the wheat skin, corn starch or mixtures thereof contained in the foam may be 60% by weight or more, preferably 70% by weight, and is not limited to It may be up to 95% by weight.
  • the melting index (Melt flow rate, MFR) of the base resin is not limited, for example, it may be 2 to 20 g/10 min at 230°C, and the melting point (MP) may be 120 to 180°C.
  • the weight average molecular weight of the base resin is not limited, and may be, for example, 5,000 to 1,000,000 g/mol. However, this has been described as a specific example, and the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the extrusion temperature may be higher than the temperature at which the resin composition can be melted, and may include a melting range of a thermoplastic resin such as 130 to 250°C.
  • the shape and size of the obtained extrudate may be appropriately adjusted to suit the required shape and size of the finally produced foam.
  • the shape may include various things such as a spherical shape, a rod shape, a cylinder shape, a cylinder shape, a cross shape, and an n-sided body (n is 4 or more).
  • An example of the size may be 0.1 to 5 cm, but it is not limited because it can be appropriately adjusted according to the use scale.
  • the pressurized foaming may be performed by introducing the extrudate, the blowing agent, and the dispersion medium into the reactor, and controlling the pressure in the reactor.
  • pressurized foaming is one of the important constituents for implementing the effect.
  • Such physical foaming is performed by pressure, and due to an instantaneous change in pressure, the extrudate containing natural materials is converted into a foam having a very low density with internal pores (including open pores).
  • the amount of the extrudate, the blowing agent, and the dispersion medium may be appropriately adjusted, and for example, 0.5 to 30 parts by weight of the blowing agent and 50 to 500 parts by weight of the dispersion medium may be used, but the present invention is not limited thereto. Of course.
  • the foaming temperature and foaming pressure during pressurized foaming may be such that the extrudate can be expanded and foamed, for example, 100 to 250° C. and 0.5 to 10 MPa, respectively.
  • this has been described as a preferred example, and the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the foaming temperature and the foaming pressure may be maintained for a predetermined period of time to maintain the high-temperature peak heat quantity.
  • the holding time is not greatly limited, but may be, for example, 3 to 30 minutes. However, this has been described as a preferred example, and the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the foaming agent may be a physical foaming agent that allows the extrudate to expand and foam due to a change in pressure.
  • a physical foaming agent that allows the extrudate to expand and foam due to a change in pressure.
  • any one or two or more selected from organic physical blowing agents and inorganic physical blowing agents such as aliphatic hydrocarbons or halogenated hydrocarbons may be used in combination.
  • the aliphatic hydrocarbons may mean C3 to C6 aliphatic hydrocarbons such as n-butane, i-butane or n-pentane, and the halogenated hydrocarbon is ethyl chloride, 2,3,3,3-tetrafluoro-1- It may mean a halogen-substituted aliphatic hydrocarbon such as propene or trans-1,3,3,3-tetrafluoro-1-propene.
  • the inorganic physical blowing agent may include one or two or more selected from carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen, argon, helium, air, and the like. However, this has been described as a preferred example, and the present invention is not necessarily limited thereto.
  • any one or two or more additives selected from a dispersing agent, a hydrophilic powder and a foaming activator, etc., together with a foaming agent and a dispersion medium may be added and introduced into the reactor.
  • the dispersion medium may be any medium capable of dispersing the extrudate.
  • water, an organic solvent, etc. may be exemplified.
  • the dispersant include surfactants, EBS (Ethylene bis stearamide), Montane, and polyethylene And wax and metal stearate.
  • the hydrophilic powder is calcium carbonate, activated clay, aluminum hydroxide, slaked lime, zeolite, bentonite, diatomaceous earth, montmorillonite, illite, steel bite, kaolinite, pyrophyllite, andalusite, kinite, miranit, grobenite, Aimzite, cordierite, feldspar, elephane metakaolin, hectorite, saponite, fluoride hectorite, beadelite, nontronite, stephensite, vermiculite, volconscoite, soconite, magadite, kenyalite It may include any one or two or more selected from smectite, attapulgite, sepiolite, haloysite, and permutite.
  • the foaming activator may include any one or two or more selected from aluminum sulfate, potassium aluminum sulfate, ammonium aluminum sulfate, ferric sulfate, ferric polysulfate, sulfuric acid, sulfamic acid, sodium hydroxide and potassium hydroxide.
  • the content of the additive is not limited, and may be used in an amount of 0.001 to 5 parts by weight or 0.1 to 10 parts by weight, depending on the type of additive, based on 100 parts by weight of the extrudate.
  • the foam according to the present invention may have an apparent density of 10 to 180 g/l, specifically 10 to 100 g/l.
  • the foam according to the present invention may include pores, and the volume ratio of pores to the total volume of the foam may be 60% or more, specifically 70% or more, 80% or more, or 90% or more, and 99% or less.
  • the average diameter of the pores may be 20 to 300 ⁇ m, specifically 50 to 250 ⁇ m, more specifically 80 to 250 ⁇ m.
  • the foam according to the present invention may be used for supporting microorganisms, and more specifically, may be used for biochemical water treatment.
  • the foam can be used for biochemical water treatment, the treatment efficiency of the fluidized bed wastewater treatment system is high, the volume of the treatment tank is reduced, and the outflow of sludge due to the fluctuation of the inflow wastewater flow rate is prevented. have.
  • it has high stability against fluctuations in wastewater quality and quantity, so it can be used as a practically excellent carrier for biochemical water treatment purposes.
  • the foam according to the present invention can be applied without limitation, as long as it can be used as a material in which voids are formed, that is, in the field of foamed plastics, and can be used for various purposes such as insulation, fillers, buoyancy materials, interior/exterior materials, etc. Yes, of course.
  • the wastewater treatment method using the foam according to the present invention includes the step of contacting and purifying the foam.
  • a wastewater treatment method using a foam includes a pretreatment step in which contaminants contained in wastewater are precipitated and removed using natural sedimentation, and the treated water that has undergone the pretreatment step is filled with the foam containing microorganisms. It may include a purification step passing through.
  • the pretreatment step may refer to a step of primarily removing solid contaminants contained in wastewater using a method such as filtration. By passing through such a pretreatment step, it is possible to prevent a problem in which the purification efficiency is rapidly reduced as solid contaminants are filtered through the foam during subsequent purification using microorganisms.
  • the means for supporting the microorganisms on the foam is usually any method of supporting the microorganisms on the carrier, and specifically, as known in Korean Patent No. 10-0945309, Korean Patent No. 10-1002696 or Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0092091 A method may be used, and more specifically, a method of immersing the foam in a solution containing a microorganism culture solution may be used.
  • a wastewater treatment method using a foam according to another aspect of the present invention may include a purification step in which wastewater containing microorganisms passes through a filling pipe.
  • the foam can be used in a state in which microorganisms are supported on the foam, but it can be used even in a state in which the initial microorganism is not supported.
  • the biochemical reaction of the microorganisms by the foam for example, BOD reduction rate can be significantly increased.
  • a wastewater treatment method using a foam includes the steps of performing biochemical treatment by introducing microorganisms and wastewater into an aerobic reactor, and wastewater containing the microorganisms subjected to the biochemical treatment, wherein the foam is It may include a purification step passing through the filling tube.
  • the wastewater treatment method according to an embodiment of the present invention may further include a washing step of washing the foam after the purification step. Through such washing, it is possible to remove substances such as suspended matter existing in the foam and to secure high wastewater treatment efficiency in the long term. Further, the foam that has undergone the washing step may be subjected to a purification step again, and of course, the washing step and the purification step may be alternately performed.
  • the porosity which is the ratio of the empty space to the total volume of the filling tube filled with the foam, may be 30 to 60%.
  • the microorganism may be any one capable of biochemical treatment in the field of wastewater treatment.
  • the microorganisms are Bacillus sp. , Leuconostoc sp. , Lactobacillus sp. , and Lactobacillus sp. Lactococcus sp. ), Streptococcus sp. , Aspergillus sp. , Saccharomyces sp. , Pseudomonas sp. , and Candida sp. It may include any one or two or more selected from the like. However, this has been described as a specific example, and the present invention is not necessarily limited thereto.
  • wheat bark was dried at 50°C to prepare wheat bark having a moisture content of 3% by weight or less.
  • the raw material supply part of the extruder is filled with the molten composition, and the discharge amount of the raw material resin by the same screw rotation speed is equal to or less in the full operation condition with respect to the discharge amount of the raw material resin in the extruder in the normal full operation condition. It was supplied and extruded while adjusting the supply of the feeder with a capacity type feeder. Here, the discharge amount during gear driving relative to the full driving operation was adjusted to 70%.
  • the discharged resin particles are manufactured in the form of a cross-shaped mini-pellet through the shape of the discharge part.
  • Example 1 In a sealed container equipped with a stirrer, 3 kg of the resin particles were dispersed in 3 kg of water, and 10 g of kaolin, 2 g of sodium alkylbenzenesulfonate and 1 g of aluminum sulfate were additionally supplied during dispersion. In addition, 80 g of carbon dioxide was supplied into the sealed container and the temperature was increased to 130°C to adjust the pressure in the sealed container to 6.0 Mpa, and then maintained for 15 minutes. Subsequently, the sealed container was opened and released under atmospheric pressure to prepare a foam having an apparent density of 45 g/L. 1 is a scanning electron micrograph of observing the foam (cross-shaped mini pellets) prepared in Example 1.
  • FIG. 2 is an optical picture of the foam prepared in Example 1.
  • Example 1 a foam was prepared in the same manner as in Example 1, except that 970 g of a propylene-ethylene random copolymer and 30 g of wheat skin were used in the kneading and extrusion process.
  • Example 1 a foam was prepared in the same manner as in Example 1, except that 950 g of a propylene-ethylene random copolymer and 50 g of wheat skin were used in the kneading and extrusion process.
  • Example 1 a foam was prepared in the same manner as in Example 1, except that wheat skin acid-treated through the following acid treatment process was used in the kneading and extrusion process.
  • Natural materials were immersed in a mixture containing 20 ml of ethanol and 15 ml of 0.5 M sulfuric acid aqueous solution, and then subjected to ultrasonic irradiation at 25°C for 1 hour, and dried at 50°C to obtain an acid-treated natural material having a moisture content of 3% or less. .
  • Example 1 a foam was prepared in the same manner as in Example 1, except that wheat skin having a moisture content of 12.15% was used instead of wheat skin having a moisture content of 3% or less in the kneading and extrusion process.
  • the corn starch and a propylene-ethylene random copolymer having a melt flow rate (MFR, at 230°C) of 7 g/10 min and a melting point (MP) of 140°C are sufficiently kneaded to obtain 900 g of a copolymer
  • a master batch was prepared in which 100 g of corn starch was mixed.
  • the discharged resin particles are manufactured in the form of a cross-shaped mini-pellet through the shape of the discharge part.
  • Example 1 the same as in Example 1, except that wheat skin having a moisture content of 12.15% was used instead of wheat skin having a moisture content of 3% or less in the kneading and extrusion process, and the pressure foaming process was not performed.
  • the foam was prepared by the method. At this time, as wheat skin having a moisture content of 10% by weight or more is used, it is possible to foam the resin particles by the moisture of wheat skin even by extrusion in an atmospheric atmosphere.
  • Example 1 a foam was prepared in the same manner as in Example 1, except that wheat blood was not used.
  • the foams of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were filled in an aerobic reactor having a capacity of 100 l at 25% by volume, and wastewater having a biochemical oxygen demand (BOD) of 300 ppm was added at 20°C. Initial operation started. By controlling the inflow flow rate and the outflow flow rate, the BOD reduction rate was measured when the hydraulic retention time (HRT) of the reaction tank was 3 hours, and the results are shown in Table 1 below. The BOD measurement was measured based on what is specified in the enforcement regulations of the Environmental Conservation Act.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Comparative Example 1 BOD reduction rate (%) 91.3 92.9 94.1 98.2 84.1 60.8
  • Example 1 it can be seen that from Examples 1 to 3, the BOD reduction rate increases as the content of wheat blood increases. In addition, it can be seen from Example 4 that when acid-treated wheat skin is used instead of the conventional wheat skin, the BOD reduction rate is significantly increased. This result is considered to be due to the hydrophilic modification of the surface of the foam to which microorganisms, such as the outer surface of the foam and the inner surface of the pores of the foam, can be attached to the foam by mixing wheat blood into the hydrophobic base resin. .
  • Example 5 compared to the case of Examples 1 to 4 showed a lower BOD reduction rate. This is believed to be due to the fact that, as wheat skin having a high moisture content is mixed in the base resin in the kneading and extrusion process, foaming proceeds in the extrusion process, resulting in deterioration of structural stability and durability of the resin particles. Specifically, in Examples 1 to 4, foaming did not occur at all during the extrusion process, but in the case of Example 5, it was confirmed that constant foaming already occurred during extrusion. In the extrusion process, the foaming due to the high moisture content of wheat bark significantly infers the effect of increasing internal pores and specific surface area compared to the case of pressurized foaming.
  • the foamed resin particles are significantly inferior in structural stability and durability compared to non-foamed resin particles in which wheatskin having a low moisture content is used. Therefore, if the resin particles foamed by the high content of moisture in wheat skin are subsequently foamed under pressure during the extrusion process, the probability of producing an unspecified random form of foam increases, reproducibility is low, and internal pores are formed by physical pressure. Not only the rate is significantly lowered, but also the durability is relatively reduced. From these results, it can be seen that the smaller the moisture content of the wheat bark, specifically 10% by weight or less, 5% by weight or less, preferably 3% by weight or less.
  • Comparative Example 1 showed a significantly lower BOD reduction rate compared to the Examples. This is believed to be due to the fact that the microbial bearing area of the foam itself was not significantly improved as the pressurized foaming was not performed. From these results, it can be seen that only when physical foaming is performed in the base resin of wheat skin, it can have a great effect on improving the adhesion of microorganisms to the pore area in the foam and the carrying environment. In the case of Example 6, it was a result of manufacturing an eco-friendly foam using corn starch, and as a result of measuring the BOD reduction rate, a reduction rate similar to Examples 1 to 3 using wheat skin was confirmed.
  • the foams prepared in Examples 1 to 5 and 6 it was confirmed that the foams were completely wetted in water with a water contact angle of 0°. Looking at the stabilization time, in the case of the foams prepared in Examples 1 to 3, the stabilization time was at the level of 2.4 to 2.8 seconds, and the stabilization time became shorter as the content of wheat skin increased. In the case of the foam prepared in Example 4, it was confirmed that it had the highest hydrophilic surface properties with a stabilization time of 1.2 seconds. In the case of the foam prepared in Example 5, the water contact angle was 0°, but it was confirmed that the stabilization time remained largely different (2 to 5 seconds) depending on the location where the droplets fell compared to the foam prepared in other examples.
  • Example 6 Although it has a hydrophilic surface, it can be seen that the surface properties are uneven and the degree of hydrophilicity is also relatively low.
  • the stabilization time is at the level of 2.7 seconds, and when considering the relative content of corn starch to resin, it can be seen that wheat bark exhibits more excellent hydrophilic surface properties.
  • the contact angle was at the level of 10 to 15 °.

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Abstract

본 발명에 따른 미생물 담지용 발포체는 발포체 내 기공 면적에 대한 미생물 부착성 및 친화력이 우수하며 미생물 담지 환경이 크게 개선되며, 표면적이 넓어 미생물 담지 후 충분한 수처리 효율을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

친환경 발포체 및 이의 제조 방법
본 발명은 친환경 발포체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반 가정에서 사용되고 버려지는 생활용수 또는 산업현장에서 발생하는 산업폐수는 다양한 처리공정을 거치게 된다. 구체적으로, 여과 등을 통한 물리적 처리, 화학약품을 이용한 화학적 처리 및 미생물을 이용한 생물학적 분해 공정을 거칠 수 있으며, 일반적으로 이러한 화학적 처리, 물리적 처리 및 생물학적 처리를 모두 이용하여 폐수를 처리한다. 구체적으로 미생물을 이용한 생물학적 분해는, 주로 생활폐수 등에 포함된 유기물 등을 이화작용을 통해 분해하는 단계를 의미한다.
이러한 생물학적 처리는 다양한 방법을 이용할 수 있으나, 다량의 폐수를 처리하면서도 폐수를 연속적으로 처리하기 위하여 미생물을 담체에 담지시켜 유동상의 폐수가 흐르면서 미생물과 접촉하도록 할 수 있다. 미생물의 담지를 위한 이러한 담체는 다양한 종류가 있으나, 구체적으로 세라믹, 토양 또는 고분자 수지를 이용할 수 있다. 고분자 수지를 이용하는 경우, 미생물과의 접촉면적을 넓히기 위하여 고분자를 발포시키는 방법을 이용하기도 한다.
한편, 미생물이 여과된 담지체의 경우, 실제 수처리 설비에 응용 시 폐수와 닿는 면적의 최대화 및 충분한 통과 유량을 확보하여 단위 시간당 처리유량을 확보할 수 있도록 설계되어야 하며, 이에 대한 많은 연구가 이루어졌다. 예를 들어, JP3436947B2에는 다공성 플라스틱을 분쇄하여 입자 지름이 0.5 내지 1 ㎜인 여과재를 포함한 여과장치를 개시하고 있다.
그러나 발포체의 구조, 형태 등을 변화시키는 방법으로는 미생물 담지 효과에 있어 많은 발전이 진행되어 한계에 다다랐음에 따라, 다른 방법의 기술 향상을 모색하여야 한다.
(선행기술문헌)
JP3436947B2 (1994.10.04)
본 발명의 목적은 친환경적이면서도, 종래 발포 플라스틱과 견주어 공극 특성, 구조 안정성 등의 기계적 물성이 우수한 발포체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발포체 내 기공 면적에 대한 미생물 부착성 및 친화력이 우수하며 미생물 담지 환경이 크게 개선된 발포체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 표면적이 넓어 미생물 담지 후 충분한 수처리 효율을 확보할 수 있는 발포체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 친환경 발포체의 제조 방법은, s1) 베이스 수지 및 천연소재를 포함하는 수지 조성물을 혼련 및 압출하여 압출물을 제조하는 단계 및 s2) 상기 압출물을 가압 발포하여 발포체를 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 s1) 단계에서, 천연소재는 식물의 줄기, 뿌리, 잎, 열매, 껍질 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 s1) 단계에서 천연소재는 소맥피, 옥수수전분 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 s1) 단계에서, 천연소재는 수분 함유량이 10 중량% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 s1) 단계 이전에, 천연소재를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 s1) 단계에서, 수지 조성물은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 천연소재 0.1 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 s1) 단계에서, 베이스 수지는 폴리올레핀계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리에스테르 수지 및 이의 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 s1) 단계 이전에, 천연소재의 섬유 표면 처리 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 s2) 단계에서, 가압 발포는 상기 압출물, 발포제 및 분산매를 반응기 내에 투입하고, 반응기 내의 압력을 제어하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 s2) 단계에서, 가압 발포 시 발포 온도는 100 내지 250℃이며, 발포 압력은 0.5 내지 10 Mpa일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 s2) 단계에서, 발포제는 이산화탄소, 일산화탄소, 질소, 아르곤, 헬륨, 부탄 및 펜탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 발포체는 미생물 담지용일 수 있다.
본 발명은 상술한 제조방법으로 제조되는 발포체를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발포체는 기공을 포함하며, 기공 내에 미생물이 담지된, 생물학적 수처리용 발포체일 수 있다.
본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 발포체, 또는 상술한 발포체를 이용한 페수의 정화 방법을 포함한다.
본 발명에 따른 페수의 정화 방법은 발포체에 폐수를 접촉시켜 정화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발포체를 이용한 폐수 처리 방법은, 자연침강을 이용해 폐수에 포함된 오염물을 침전시켜 제거하는 전처리 단계 및 전처리단계를 거친 처리수가 미생물이 담지된 상기 발포체가 충진된 충진관을 통과하는 정화 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발포체를 이용한 폐수 처리 방법은, 미생물을 포함하는 폐수가 상기 발포체가 충진된 충진관을 통과하는 정화 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발포체는 친환경적이면서도, 종래 발포 플라스틱과 견주어 공극 특성, 구조 안정성 등의 기계적 물성이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 발포체는 발포체 내 기공 면적에 대한 미생물 부착성 및 친화력이 우수하며 미생물 담지 환경이 크게 개선되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 발포체는 표면적이 넓어 미생물 담지 후 충분한 수처리 효율을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 발포체를 관찰한 주사 전자 현미경 사진이다.
도 2은 실시예 1에서 제조된 발포체의 광학 사진이다.
도 3은 실시예 6에서 제조된 발포체를 관찰한 주사 전자 현미경 사진이다.
이하 본 발명에 따른 친환경 발포체 및 이의 제조 방법을 상세히 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 s1, s2, s3, ...; a1, a2, a3, ...; b1, b2, b3, ...; a, b, c, ...; 등의 각 단계를 지칭하는 용어 자체는 어떠한 단계, 수단 등을 지칭하기 위해 사용되는 것일 뿐, 그 용어들이 지칭하는 각 대상들의 순서 관계를 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.
종래의 발포체는 베이스 수지로 통상 소수성의 고분자가 사용됨에 따라 미생물의 부착성이 현저히 떨어지고, 미생물의 배양 환경에도 적합하지 않는 문제가 있었다. 이에, 본 발명자들은 발포체 내 기공 면적에 대한 미생물의 부착성 및 담지 환경이 크게 개선된 발포체 및 이의 제조 방법에 대하여 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 발포체의 제조 방법은, s1) 베이스 수지 및 천연소재를 포함하는 수지 조성물을 혼련 및 압출하여 압출물을 제조하는 단계 및 s2) 상기 압출물을 가압 발포하여 발포체를 제조하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 발포체는 천연소재를 포함하여 제조됨에 따라, 발포체 내 기공 면적에 대한 미생물 부착성 및 친화력이 우수하며 미생물 담지 환경이 크게 개선되는 효과가 구현된다. 특히 본 발명에서는 베이스 수지 및 천연소재를 포함하는 수지 조성물이 압출된 이후에 가압 발포(물리 발포)가 진행됨으로써, 상기 효과가 구현된다. 상세하게, 압출과 발포가 동시에 진행되거나, 압출 후 가압 발포가 진행되지 않을 경우, 천연소재에 의한 충분한 크기의 기공 면적을 기대할 수 없고, 발포체의 미생물 부착성 및 친화력을 기대할 수 없다. 1차적으로 천연소재를 포함하는 수지가 압출되는 s1) 단계 이후에 2차적으로 가압 발포가 수행되는 s2) 단계를 포함하는 압출과 발포가 구분된 공정이 수행될 경우, s1) 단계에서 얻어진 구조 안정성 및 밀도가 높은 압출물이 얻어짐에 따라, 이후 s2) 단계에서 상기 압출물이 효과적으로 물리 발포되어 천연소재에 의한 내부기공 활성화 및 친수화 개질 효과가 향상된다.
천연소재는 자연계에 존재하는 유기체에 의해 생성된 화합물, 물질 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 구체적으로, 천연소재는 식물성 천연소재일 수 있으며, 보다 구체적으로, 천연소재는 식물에서 유래한 셀룰로오스(Cellulose)기반의 천연물질일 수 있다. 셀룰로오스(Cellulose)기반의 천연물질의 예로, 식물의 줄기, 뿌리, 잎, 열매, 껍질 또는 이들의 혼합물등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유리한 일 예에 있어, 식물성 천연소재는 소맥피, 옥수수전분 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 소맥피는 밀기울(Wheat bran)을 의미한다. 구체적으로, 소맥피는 제분밀로부터 밀가루와 배아를 분리한 나머지 것으로 가루 형태를 이룬다. 소맥피는 대부분 성분이 종자의 겉피로 되어있고, 소량의 배유부와 배아부를 갖고 있다. 보다 구체적으로, 소맥피는 밀의 종피, 주심층, 호분층 등으로 이루어져 있으며, 수분, 지방, 단백질, 회분, 탄수화물로 이루어져 있다. 옥수수 전분은 옥수수의 배유부분에서 추출한 녹말이며, 여러 녹말 중에서 가장 하얗고 입자가 곱다. 옥수수 전분은 많은 수의 포도당 단위체들이 글리코사이드 결합으로 연결된 중합체 탄수화물로서 옥수수 전분의 입자는 매우 단단한 결정형이지만, 물과 섞어 가열하면 수분을 흡수하면서 느슨해진다. 옥수수 전분의 원료인 옥수수는 특별히 한정되지 않는다. 일 예로, 옥수수 전분의 원료인 옥수수는 마치종(dent), 경질(flint), 단옥수수(sweet corn), 팝콘, 연질(soft) 등의 품종일 수 있고, 아밀로오스 함량을 기준하는 경우 일반 옥수수(아밀로오스 함량 약 27%), 찰옥수수, 고아밀로오스 옥수수(아밀로오스 함량 60% 이상)등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
소맥피, 옥수수전분 또는 이들의 혼합물이 소수성인 베이스 수지에 혼입되고, 압출 후 가압발포됨으로써, 미생물이 부착될 수 있는 발포체의 표면이 친수화 개질되어 미생물 부착성 및 친화력이 현저하게 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로, 천연 소재와 베이스 수지를 혼합하고, 혼합물을 압출한 후 발포하는 2단계 공정을 통해, 발포체의 친수성을 압출체보다 크게 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 천연소재로 소맥피, 옥수수 전분 또는 이들의 혼합물을 사용하는 경우, 발포체의 거시적으로 편평한 면에 수 액적(탈이온수, 2ml)를 1cm의 높이에서 떨어뜨려 평형 상태에서의 수 접촉각을 측정할 때, 수접촉각이 10°이하, 구체적으로 5°이하, 보다 구체적으로 1°이하, 실질적으로 0°로, 발포체가 우수한 친수성을 나타낼 수 있다. 나아가, 천연소재가 소맥피나 옥수수 전분인 경우 실질적으로 0°의 수접촉각을 가짐과 동시에, 수 액적이 평형 상태에 도달하기까지 소요되는 시간이 3초 이내로 극히 짧아 다른 어떠한 천연소재보다도 높은 친수성 표면 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 천연소재로 소맥피, 옥수수전분 또는 이들의 혼합물을 사용하는 경우, 발포체 내에 부착된 미생물의 동화에 필요한 필수 영양성분으로 작용하여 기공 안에 부착된 미생물 농도의 증가의 효과가 있다.
상기 s1) 단계에서, 천연소재는 수분 함유량이 10 중량% 이하, 구체적으로 0.1 내지 10 중량%, 보다 구체적으로 0.1 내지 5 중량%, 보다 더 구체적으로, 0.1 내지 3 중량%인 것이 바람직할 수 있다. 천연소재의 수분 함유량이 상기 상한 값보다 높을 경우, s1) 단계의 압출 과정에서 높은 온도에 의해 수분이 기화됨에 따라 압출 및 발포가 동시에 일어날 수 있다. 따라서 불특정한 랜덤한 형태의 발포체가 제조될 확률이 증가하고, 재현성이 낮으며, 물리 가압에 의한 내부 기공 형성율도 현저히 저하될 뿐만 아니라, 내구성 또한 상대적으로 감소될 수 있다. 즉, 일반적으로 천연소재는 수분 함유량이 약 12 중량 이상%로 10 중량%를 초과하므로, 수분 함유량의 제어 없이 통상의 천연소재를 그대로 사용할 경우, 전술한 바와 같은 문제를 야기할 수 있다. 구체적으로, 천연소재의 수분 함유량이 10 중량 %를 초과하는 경우, 압출 단계에서 원치 않는 발포가 이루어질 수 있으며, 또한, 압출 단계에서 이미 부분적으로라도 발포가 발생한 경우, s2) 단계의 물리 발포시 발포율이 떨어질 뿐만 아니라 불균일한 발포에 의해 내구성 또한 저하될 수 있다.
천연소재는 수분 함유량의 제어 수단은 크게 제한되지 않으며, 일 예로 건조 수단을 들 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 발포체의 제조 방법은 천연소재는 수분 함유량을 제어하기 위해 상기 s1) 단계 이전에, 천연소재를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 건조 온도 및 건조 시간은 천연소재를 요구 수분 함유량을 만족할 수 있을 정도라면 무방하다.
본 발명의 일 예에 따른 발포체의 제조 방법은, 상기 s1) 단계 이전에, 보다 바람직하게는, 상기 건조 하는 단계 이전에, 천연소재의 섬유 표면 처리 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 섬유 표면 처리는 섬유의 친수화 표면 처리일 수 있다. 친수화 표면 처리된 천연소재가 사용됨으로써, 이후 s2) 단계에서 물 등의 분산매에 분산이 더 잘 되는 것은 물론, 발포체의 겉 표면 및 발포체의 내부 기공의 표면이 친수화되어 미생물의 부착이 더욱 효과적일 수 있다. 상세하게, 친수화 표면 처리가 선행되어 수행될 경우, 천연소재의 표면이 거칠어져 비표면적이 증가하는 물리적 변성이 수반되고, 동시에 표면의 산기 도입에 따른 화학적 변성이 수반될 수 있다. 상기 물리적 및 화학적 변성에 따라, 용융 혼련 공정 및 가압 발포 공정에 영향을 미쳐 발포체 내 기공 면적에 대한 미생물 부착성 및 담지 환경 개선 효과를 구현할 수 있다.
상기 친수화 표면 처리 수단의 예로 산 처리를 들 수 있으며, 구체적으로, 황산, 염산, 질산 또는 이들의 혼합산 등의 무기산을 포함하는 수용액에 천연소재를 소정 시간 침지한 후 건조하는 수단을 들 수 있다. 침지 온도 및 침지 시간은 크게 제한되지 않으나, 2 내지 14℃의 저온 범위 및 6 내지 18 시간 범위인 것이 바람직할 수 있다. 상기 수용액의 산 농도는 크게 제한되지 않으며, 예컨대 20 내지 95 중량%를 들 수 있다. 또한 상기 수용액에 에탄올이 추가적으로 더 포함될 수 있으며, 이 경우 천연소재에 대한 더 효과적인 친수화를 유도할 수 있다.
상기 s1) 단계에서, 베이스 수지와 천연소재의 중량비는 크게 제한되는 것은 아니며, 예컨대 수지 조성물이 베이스 수지 100 중량부에 대하여 천연소재 0.1 내지 10 중량부, 구체적으로 0.5 내지 7 중량부를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 만족하여 제조되는 발포체는 높은 비표면적을 가지면서 충분한 구조 안정성이 확보될 수 있어 좋을 수 있다.
상기 s1) 단계에서, 베이스 수지는 발포체를 형성할 수 있는 고분자라면 제한되지 않으며, 예컨대 폴리 올레핀계 수지, 폴리 염화비닐 수지, 폴리 스티렌 수지, 에스테르 수지 및 상기 수지의 공중합체 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 폴리 올레핀계 수지로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 들 수 있고, 상기 공중합체로 랜덤(random) 형태, 교호(alternating) 형태, 블록(block) 형태가 모두 가능하다. 상술한 바와 같은 베이스 수지는 화학적으로는 소수성을 가짐에도 불구하고 전술한 수단들에 의해 최종 제조된 발포체는 높은 친수성을 갖는다. 바람직한 일 예로서 베이스 수지로는 폴리(프로필렌-에틸렌) 랜덤 공중합체가 선택될 수 있다.
보다 바람직한 일 일 예로서, 폴리(프로필렌-에틸렌) 랜덤 공중합체가 베이스 수지로 선택되고 소맥피, 옥수수 전분 또는 이들의 혼합물이 천연 소재로 선택될 경우, 소맥피와 폴리(프로필렌-에틸렌) 랜덤 공중합체의 점탄성 특성이 소맥피나 옥수수 전분에 비해 매우 높은 반면, 폴리(프로필렌-에틸렌) 랜덤 공중합체와 소맥피나 옥수수 전분, 특히 소맥피는 서로 접착성이 우수한 특성을 가진다. 상기 특성으로 인해 수지 조성물의 압출 후 가압 발포시, 폴리(프로필렌-에틸렌) 랜덤 공중합체의 높은 점탄성은 기공을 매우 높은 비율로 생성시킬 수 있으며, 점탄성 특성이 낮은 소맥피나 옥수수 전분은 발포 과정에서 높은 접착력으로 기공의 내벽에 주로 위치하여, 미생물의 부착 및 배양에 효과적이다. 발포체에 함유된 소맥피, 옥수수 전분 또는 이들의 혼합물의 총 중량중 발포체의 겉면 및 발포체의 내부 기공 면에 위치하는 소맥피의 중량비는 60 중량% 이상, 바람직하게 70 중량%일 수 있으며, 비한정적으로 95 중량% 이하일 수 있다.
상기 베이스 수지의 용융지수(Melt flow rate, MFR)는 크게 제한되지 않으며, 예컨대 230℃에서 2 내지 20 g/10 min일 수 있으며, 용융점(Melting point, MP)은 120 내지 180℃일 수 있다. 또한 상기 베이스 수지의 중량평균분자량은 크게 제한되지 않으며, 예컨대 5,000 내지 1,000,000 g/mol일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
상기 s1) 단계에서, 압출 온도는 수지 조성물이 용융될 수 있는 온도 이상이면 무방하며, 예컨대 130 내지 250℃ 등의 열가소성 수지의 용융 범위를 들 수 있다.
상기 s1) 단계에서, 수득되는 압출물의 형태 및 크기는 최종 제조되는 발포체의 요구 형태 및 요구 크기에 맞도록 적절히 조절될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 형태는 구형, 막대형, 원통형, 원기둥형, 십자형, n면체(n은 4 이상) 등 다양한 것을 들 수 있다. 상기 크기의 예로 0.1 내지 5 cm를 들 수 있으나, 이는 사용 규모에 따라 적절히 조절될 수 있으므로 제한되지 않는다.
상기 s2) 단계에서, 가압 발포는 상기 압출물, 발포제 및 분산매를 반응기 내에 투입하고, 반응기 내의 압력을 제어하여 수행되는 것일 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 압출 이후에 가압 발포되는 공정이 수행됨에 따라 전술한 효과가 구현되므로, 가압 발포는 상기 효과를 구현하는 중요 구성요소 중 하나이다. 이러한 물리적 발포는 가압에 의해 이루어지며, 순간적인 압력의 변화로 인해 천연소재를 포함하는 압출물은 내부 기공(열린 기공을 포함함)을 가지는 밀도가 매우 낮은 발포체로 전환된다. 이때 압출물, 발포제 및 분산매의 사용함량은 적절히 조절될 수 있으며, 일 예로 압출물 100 중량부에 대하여 발포제 0.5 내지 30 중량부 및 분산매 50 내지 500 중량부로 사용될 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.
상기 s2) 단계에서, 가압 발포 시 발포 온도 및 발포 압력은 압출물이 팽창하여 발포될 수 있을 정도라면 무방하며, 예컨대 각각 100 내지 250℃ 및 0.5 내지 10 MPa일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
상기 s2) 단계에서, 반응기 내부 밀폐된 후 요구 발포 온도 및/또는 요구 발포 압력에 도달하면, 소정 시간 동안 상기 발포 온도 및 발포 압력을 유지하여 고온 피크 열량을 유지하도록 조정할 수 있다. 이때 유지 시간은 크게 제한되는 것은 아니나, 예컨대 3 내지 30 분을 들 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
상기 s2) 단계에서, 발포제는 압력의 변화로 인해 압출물이 팽창하여 발포될 수 있도록 하는 물리 발포제라면 무방하다. 구체적인 일 예로, 지방족 탄화수소류 또는 할로겐화 탄화수소 등과 같은 유기계 물리 발포제 및 무기계 물리발포제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 이용할 수 있다. 이때 지방족 탄화수소류는 n-부탄, i-부탄 또는 n-펜탄 등과 같은 C3 내지 C6의 지방족 탄화수소를 의미할 수 있으며, 할로겐화 탄화수소는 에틸클로라이드, 2,3,3,3-테트라플루오로-1-프로펜 또는 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로-1-프로펜 등과 같은 할로겐 치환된 지방족 탄화수소를 의미할 수 있다. 상기 무기계 물리발포제는 일예로 이산화탄소, 일산화탄소, 질소, 아르곤, 헬륨, 공기 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 s2) 단계에서, 발포제 및 분산매와 함께 분산제, 친수성 분체 및 발포 활성화제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제가 반응기 내에 함께 추가되어 투입될 수 있다. 구체적인 일 예로, 분산매는 압출물을 분산시킬 수 있는 매질이라면 무방하며 예컨대 물, 유기용매 등을 들 수 있고, 분산제의 예로 계면활성제, EBS(Ethylene bis stearamide)계, 몬탄(Montane)계, 폴리에틸렌계 왁스 및 금속스테아레이트계 등을 들 수 있다. 계면활성제는 공지된 다양한 것들이 사용될 수 있으며, 일 예로 알킬벤젠술폰산나트륨 등의 음이온성 계면활성제를 들 수 있다. 또한 친수성 분체는 탄산칼슘, 활성 백토, 수산화알루미늄, 소석회, 제올라이트, 벤토나이트, 규조토, 몬모릴로나이트, 일라이트, 스틸바이트, 카올리나이트, 파이로필라이트, 안달루사이트, 키아나이트, 미라나이트, 그로베나이트, 에임자이트, 근청석, 장석, 엘러페인 메타카올린, 헥토라이트, 사포나이트, 불화헥토라이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 스티븐사이트, 버미큘라이트, 볼콘스코이트, 소코나이트, 마가다이트, 케냐라이트스멕타이트, 아타풀자이트, 세피오라이트, 할로이사이트 및 퍼뮤티트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 아울러 발포 활성화제는 황산알루미늄, 황산칼륨알루미늄, 황산암모늄알루미늄, 황산제이철, 폴리황산제이철, 황산, 설파민산, 수산화나트륨 및 수산화칼륨 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 사용 함량은 크게 제한되지 않으며, 예컨대 상기 압출물 100 중량부에 대하여 첨가제 종류에 따라 0.001 내지 5 중량부 또는 0.1 내지 10 중량부로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 발포체는 겉보기 밀도가 10 내지 180 g/ℓ, 구체적으로 10 내지 100 g/ℓ일 수 있다.
본 발명에 따른 발포체는 기공을 포함할 수 있으며, 발포체 총 부피중 기공의 부피 비율이 60% 이상, 구체적으로 70% 이상, 80% 이상, 또는 90% 이상일 수 있으며, 99% 이하일 수 있다.
이때, 기공의 평균 직경은 20 내지 300μm, 구체적으로 50 내지 250μm, 보다 구체적으로 80 내지 250μm일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발포체는 미생물 담지용으로 사용될 수 있으며, 더 구체적으로 생화학적 수처리 용도로 사용될 수 있다. 상세하게, 상기 발포체가 생화학적 수처리 용도로 사용될 수 있음에 따라, 유동상식 폐수 처리 장치의 처리 효율이 높고, 처리조 용적이 감소되며, 유입 폐수 유량의 변동에 의한 슬러지의 유출이 방지되는 효과가 있다. 또한 폐수 수질, 수량의 변동에 대한 안정성이 높아 실용적으로 우수한 담체로서 생화학적 수처리 용도로 사용될 수 있다.
미생물 담지용 외에도, 본 발명에 따른 발포체는 공극이 형성된 소재로서 사용될 수 있는 분야, 즉, 발포 플라스틱 분야라면 제한 없이 적용될 수 있으며, 예컨대 단열재, 충진재, 부력재, 내/외장재 등의 다양한 용도로 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 발포체를 이용한 폐수 처리 방법은 상기 발포체에 접촉되어 정화되는 단계를 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 일 예에 따른 발포체를 이용한 폐수 처리 방법은, 자연침강을 이용해 폐수에 포함된 오염물을 침전시켜 제거하는 전처리 단계 및 전처리단계를 거친 처리수가 미생물이 담지된 상기 발포체가 충진관을 통과하는 정화 단계를 포함할 수 있다.
이러한 폐수 처리 방법을 통해 폐수를 처리할 경우, 상기 정화 단계에서 미생물과 폐수의 접촉 면적을 충분히 확보하면서도, 단위 시간당 투과되는 양을 상승시킬 수 있어, 대용량의 폐수를 단기간 안에 처리할 수 있는 장점이 있다.
상기 전처리 단계는 여과 등의 방법을 이용하여, 폐수 속에 포함된 고상의 오염 물질들을 1차적으로 제거하는 단계를 의미할 수 있다. 이러한 전처리 단계를 거침에 따라, 추후 미생물을 이용한 정화 시, 고상의 오염물질들이 발포체를 통해 여과되면서 정화효율이 급격히 감소되는 문제를 방지할 수 있다.
발포체에 미생물을 담지하는 수단은 통상적으로 담체에 미생물을 담지하는 방법이면 무방하며, 구체적으로, 대한민국 등록특허 10-0945309호, 대한민국 등록특허 10-1002696 또는 대한민국 공개특허 10-2008-0092091에 공지된 방법을 이용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 미생물 배양액을 포함하는 용액에 발포체를 침지하는 방법을 이용할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 양태에 따른 발포체를 이용한 폐수 처리 방법은, 미생물을 포함하는 폐수가 상기 발포체가 충진관을 통과하는 정화 단계를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 미생물을 발포체에 담지한 상태에서 발포체를 사용할 수 있지만, 초기 미생물이 담지되지 않은 상태에서도 사용 가능하다. 구체적으로, 호기성 반응조에서 생화학적 처리가 수행된 미생물을 포함하는 폐수가 상기 발포체가 충진관을 통과하는 것으로도 발포체에 의한 미생물의 생화학 반응, 예를 들어 BOD 감소율이 현저히 증가할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 양태에 따른 발포체를 이용한 폐수 처리 방법은, 호기성 반응조에 미생물 및 폐수를 투입하여 생화학적 처리를 수행하는 단계 및 상기 생화학적 처리가 수행된 미생물을 포함하는 폐수가 상기 발포체가 충진관을 통과하는 정화 단계를 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 폐수 처리 방법은 상기 정화 단계 이후 발포체를 세척하는 세척 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 세척을 통해 발포체에 존재하던 부유물 등의 물질을 제거하고, 장기적으로 높은 폐수 처리 효율을 확보할 수 있다. 더 나아가 세척 단계를 거친 발포체는 다시 정화 단계가 수행될 수 있으며, 상기 세척 단계 및 정화 단계를 교번하여 수행할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 발포체가 충진관에 충진된 경우, 발포체가 충진된 충진관 전체 부피에 대한 빈 공간의 비율인 공극률은 30 내지 60%일 수 있다.
상기 미생물은 폐수 처리 분야에서 생화학적 처리가 가능한 것이라면 무방하며, 예컨대 미생물은 바실러스 속( Bacillus sp.), 류코노스톡 속( Leuconostoc sp.), 락토바실러스 속( Lactobacillus sp.), 락토코커스 속( Lactococcus sp.), 스트렙토코커스 속( Streptococcus sp.), 아스퍼질러스 속( Aspergillus sp.), 사카로마이세스 속( Saccharomyces sp.), 슈도모나스 속( Pseudomonas sp.) 및 캔디다 속( Candida sp.) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
<천연소재인 소맥피의 혼련 및 압출 공정>
먼저, 소맥피를 50℃에서 건조하여 수분 함량이 3중량% 이하인 소맥피를 준비하였다.
용융지수(Melt flow rate, MFR, at 230℃)가 7 g/10 min이고 용융점(Melting point, MP)이 140℃인 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체 990 g 및 수분 함량이 3중량% 이하이고 평균입경이 20 ㎛인 소맥피(밀기울) 10 g을 배합하여 170℃에서 용융 혼련하였다. 이 용융 조성물을 내경이 20 mm인 이축 압출기에 공급하고 스트랜드 형상으로 압출하면서 수조에 투입하여 냉각하였다. 상기 냉각된 압출물을 약 2 mg이 되도록 절단하고 건조하여 수지 입자를 수득하였다. 이때 압출 조건으로, 압출기의 원료 공급부를 상기 용융 조성물로 채우고, 통상 충만 운전 조건 시의 압출기 원료 수지의 토출량에 대하여, 동일한 스크류 회전수에 의한 원료 수지의 토출량이 충만 운전 조건 시 이하가 되도록, 수지의 공급을 용량식 피더로 조정하면서 공급하여 압출하였다. 여기서 충만 운전 시에 대한 기어 운전 시의 토출량은 70%로 조절되었다. 이 토출된 수지 입자는 토출부의 형상을 통해 십자 형태의 미니펠렛(Mini-pellet) 형태로 제조 된다.
<가압 발포 공정>
교반기가 구비된 밀폐 용기 내에서 상기 수지 입자 3 kg을 물 3 kg에 분산하였으며, 분산 시 카올린 10 g, 알킬벤젠술폰산나트륨 2 g 및 황산알루미늄 1 g을 추가로 공급하였다. 또한 상기 밀폐 용기 내에 이산화탄소 80 g을 공급하고 130℃로 승온시켜 밀폐 용기 내 압력을 6.0 Mpa로 조절한 후 15 분 동안 유지하였다. 이어서 밀폐 용기를 열어 대기압 하로 방출시켜 겉보기 밀도 45 g/ℓ의 발포체를 제조하였다. 도 1은 실시예 1에서 제조된 발포체(십자 형태의 미니 펠렛)를 관찰한 주사 전자 현미경 사진이다. 도 2은 실시예 1에서 제조된 발포체의 광학 사진이다.
(실시예 2)
실시예 1에서, 혼련 및 압출 공정에서 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체 970 g 소맥피 30 g을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
(실시예 3)
실시예 1에서, 혼련 및 압출 공정에서 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체 950 g 소맥피 50 g을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
(실시예 4)
실시예 1에서, 혼련 및 압출 공정에서 하기 산처리 공정을 통해 산처리된 소맥피가 사용된 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
<산처리 공정>
에탄올 20 ㎖ 및 0.5 M 황산 수용액 15 ㎖을 포함하는 혼합액에 천연소재를 침지하고 25℃에서 1 시간 동안 초음파를 조사한 후, 50℃에서 건조하여 수분 함량이 3% 이하인 산처리된 천연소재를 수득하였다.
(실시예 5)
실시예 1에서, 혼련 및 압출 공정에서 수분 함량이 3% 이하인 소맥피 대신 수분 함량이 12.15%인 소맥피를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
(실시예 6)
<천연소재인 옥수수 전분의 혼련 및 압출 공정>
먼저, 50℃에서 건조하여 수분 함량이 3% 이하인 옥수수 전분을 준비하였다.
상기 옥수수 전분과 용융지수(Melt flow rate, MFR, at 230℃)가 7 g/10 min이고 용융점(Melting point, MP)이 140℃인 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체를 충분히 혼련하여 공중합체 900 g과 옥수수 전분 100 g이 혼합된 마스터배치를 제조 하였다.
이후, 마스터배치 50 g을 170℃에서 용융 혼련하였다. 이 용융 조성물을 내경이 20 mm인 이축 압출기에 공급하고 스트랜드 형상으로 압출하면서 수조에 투입하여 냉각하였다. 상기 냉각된 압출물을 약 2 mg이 되도록 절단하고 건조하여 수지 입자를 수득하였다. 이때 압출 조건으로, 압출기의 원료 공급부를 상기 용융 조성물로 채우고, 통상 충만 운전 조건 시의 압출기 원료 수지의 토출량에 대하여, 동일한 스크류 회전수에 의한 원료 수지의 토출량이 충만 운전 조건 시 이하가 되도록, 수지의 공급을 용량식 피더로 조정하면서 공급하여 압출하였다. 여기서 충만 운전 시에 대한 기어 운전 시의 토출량은 70%로 조절되었다. 이 토출된 수지 입자는 토출부의 형상을 통해 십자 형태의 미니펠렛(Mini-pellet) 형태로 제조 된다.
<가압 발포 공정>
교반기가 구비된 밀폐 용기 내에서 상기 수지 입자 3 kg을 물 3 kg에 분산하였으며, 분산 시 카올린 10 g, 알킬벤젠술폰산나트륨 2 g 및 황산알루미늄 1 g을 추가로 공급하였다. 또한 상기 밀폐 용기 내에 이산화탄소 80 g을 공급하고 130℃로 승온시켜 밀폐 용기 내 압력을 6.0 Mpa로 조절한 후 15 분 동안 유지하였다. 이어서 밀폐 용기를 열어 대기압 하로 방출시켜 겉보기 밀도 45 g/ℓ의 발포체를 제조하였다. 도 3은 실시예 6에서 제조된 발포체(십자 형태의 미니 펠렛)를 관찰한 주사 전자 현미경 사진이다. 도 1과 도3을 비교하면, 옥수수 전분의 경우 펠렛 전체적으로 보다 균일한 기공이 형성된 것을 확인할 수 있다.
[비교예1]
실시예 1에서, 혼련 및 압출 공정에서 수분 함량이 3% 이하인 소맥피 대신 수분 함량이 12.15%인 소맥피를 사용한 것을 제외하고, 그리고 가압 발포 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다. 이때 수분 함량이 10 중량% 이상인 소맥피가 사용됨에 따라, 대기 분위기의 압출에 의해서도 소맥피의 수분에 의한 수지 입자의 발포가 가능하다.
[비교예 2]
실시예 1에서, 소맥피를 사용하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
[실험예 1]
<발포체의 BOD 감소율 평가>
실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 1의 발포체를 100 ℓ 용량의 호기성 반응조에 25 부피%가 되도록 충진하고 생화학적 산소요구량(Biochemical oxygen demand, BOD)이 300 ppm인 오수를 20℃의 조건에서 초기 운전을 시작하였다. 유입 유량 및 유출 유량을 제어하여 반응조의 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)이 3 시간일 때 BOD 감소율을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 도시되어 있다. BOD 측정은 환경보전법 시행규칙에 규정된 것을 기준으로 측정되었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
BOD 감소율(%) 91.3 92.9 94.1 98.2 84.1 60.8
상기 표 1에서, 실시예 1 내지 실시예 3으로부터 소맥피의 함량이 증가함에 따라 BOD 감소율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이와 함께 실시예 4로부터 통상의 소맥피 대신 산처리된 소맥피가 사용될 경우 BOD 감소율이 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 소수성인 베이스 수지에 소맥피가 혼입됨으로써, 발포체의 겉면 및 발포체의 기공의 내면 등의 미생물이 부착될 수 있는 발포체의 표면이 소맥피에 의해 친수화 개질됨에 따른 것에 기인하는 것으로 판단된다. 나아가 황산 처리된 소맥피가 사용될 경우, 더 우수한 결과가 구현되는 것을 확인할 수 있는데, 이는 황산 처리에 의해 소맥피의 표면이 거칠어져 비표면적이 증가하는 물리적 변성 및 표면의 술폰산기 도입에 따른 화학적 변성이, 이후 용융 혼련 공정 및 가압 발포 공정에 영향을 미쳐 발포체 내 기공 면적에 대한 미생물 부착성 및 담지 환경 개선 효과의 증가를 가져옴에 따른 것으로 판단된다.
실시예 5의 경우, 실시예 1 내지 실시예 4의 경우와 비교하여 낮은 BOD 감소율을 보였다. 이는 혼련 및 압출 공정에서 베이스 수지에 수분 함량이 높은 소맥피가 혼입됨에 따라, 압출 과정에서 발포가 진행되어 수지 입자의 구조 안정성 및 내구성이 저하됨에 따른 것에 기인하는 것으로 판단된다. 구체적으로, 실시예 1 내지 4에서는 압출 과정에서 발포가 전혀 발생하지 않았으나, 실시예 5의 경우 압출 시 이미 일정한 발포가 발생함을 확인하였다. 압출 과정에서 소맥피의 높은 함량의 수분에 의한 발포는 가압 발포의 경우와 비교하여 내부 기공 및 비표면적 증가 효과가 현저히 떨어진다. 또한 이렇게 발포된 수지 입자는 수분 함량이 낮은 소맥피가 사용된 발포되지 않는 수지 입자와 비교하여 구조 안정성 및 내구성이 현저히 떨어진다. 따라서 압출 과정에서 소맥피의 높은 함량의 수분에 의해 발포된 수지 입자를 이후 가압 발포할 경우, 불특정한 랜덤한 형태의 발포체가 제조될 확률이 증가하고, 재현성이 낮으며, 물리 가압에 의한 내부 기공 형성율도 현저히 저하될 뿐만 아니라, 내구성도 상대적으로 감소하게 된다. 이러한 결과로부터, 소맥피의 수분 함량은 적을수록, 구체적으로 10 중량% 이하, 5중량% 이하, 좋게는 3 중량% 이하인 것이 바람직함을 알 수 있다.
반면, 비교예 1의 경우는 실시예들과 비교하여 현저히 낮은 BOD 감소율을 보였다. 이는 가압 발포가 수행되지 않았음에 따라 발포체 자체의 미생물 담지 면적이 크게 개선되지 못함에 따른 것으로 판단된다. 이러한 결과로부터, 소맥피가 베이스 수지 내에서 물리적 발포가 수행되어야만 발포체 내 기공 면적에 대한 미생물 부착성 및 담지 환경 개선에 큰 영향을 줄 수 있음을 알 수 있다. 실시예 6의 경우, 옥수수전분을 이용한 친환경 발포체의 제조 결과이며, BOD 감소율 측정결과 소맥피를 이용한 실시예 1 내지 3와 유사한 감소율을 확인하였다.
[실험예 2]
<발포체의 기계적 물성 평가>
실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1의 발포체의 공극크기, 공극률 및 구조 안정성을 평가하였다. 그 결과, 소맥피가 사용된 실시예 1 내지 실시예 4의 경우는 소맥피가 사용되지 않은 비교예 2와 비교하여 구조 안정성의 유의한 저하가 실질적으로 없었으며, 발포체의 공극크기, 공극률에 있어서도 보다 우수한 것을 확인하였다.
[실험예 3]
<발포체의 수접촉각 평가>
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2의 발포체의 편평한 면 각각에 1cm의 높이에서 2ml의 탈이온수 액적을 떨어뜨린 후, 평형 상태에 이르기까지의 시간 및 평형 상태에서의 수 접촉각을 측정하였다. 수 접촉각 측정시, 발포체의 편평한 면에서 랜덤하게 10곳에 탈이온수 액적을 떨어뜨려 평형상태에 이르는데 소요되는 시간(이하, 안정화 시간)과 수 접촉각을 각각 측정하여 그 평균값을 취하였다.
실시예 1 내지 5 및 실시예 6에서 제조된 발포체의 경우, 모두 수접촉각이 0°로 발포체가 물에 완전히 웨팅(wetting)됨을 확인하였다. 안정화 시간을 살피면, 실시예 1 내지 3에서 제조된 발포체의 경우 안정화 시간이 2.4 ~ 2.8초의 수준이었으며, 소맥피의 함량이 증가할수록 안정화 시간이 좀 더 짧아졌다. 실시예 4에서 제조된 발포체의 경우 안정화 시간이 1.2초 수준으로 가장 높은 친수성 표면 특성을 가짐을 확인하였다. 실시예 5에서 제조된 발포체의 경우 수 접촉각이 0°이나, 다른 실시예에서 제조된 발포체 대비 액적이 떨어지는 위치에 따라 안정화 시간에 크게 차이가 남(2~5초)을 확인하였으며, 이를 통해 비록 친수성 표면을 가지나 표면 특성이 불균일하며 친수성의 정도 또한 상대적으로 떨어짐을 알 수 있다. 실시예 6의 경우 안정화 시간이 2.7초 수준으로, 수지 대비 옥수수 전분의 상대적 함량을 고려할 때, 소맥피가 보다 더 우수한 친수성 표면 특성을 나타냄을 알 수 있다. 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 샘플의 경우, 접촉각이 10~15°수준이었다.

Claims (15)

  1. s1) 베이스 수지 및 천연소재를 포함하는 수지 조성물을 혼련 및 압출하여 압출물을 제조하는 단계 및
    s2) 상기 압출물을 가압 발포하여 발포체를 제조하는 단계를 포함하는 발포체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 s1) 단계에서, 천연소재는 식물의 줄기, 뿌리, 잎, 열매 및 열매의 껍질으로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택되는 발포체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 s1) 단계에서 천연소재는 소맥피, 옥수수전분 또는 이들의 혼합물을 포함하는 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 s1) 단계에서, 천연소재는 수분 함유량이 10 중량% 이하인 발포체의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 s1) 단계 이전에, 천연소재를 건조하는 단계를 더 포함하는 발포체의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 s1) 단계에서, 수지 조성물은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 천연소재 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 발포체의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 s1) 단계에서, 베이스 수지는 폴리올레핀계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리에스테르 수지 및 이의 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 발포체의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 s1) 단계 이전에, 천연소재의 섬유 표면 처리 단계를 더 포함하는 발포체의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 s2) 단계에서, 가압 발포는 상기 압출물, 발포제 및 분산매를 반응기 내에 투입하고, 반응기 내의 압력을 제어하여 수행되는 것인 발포체의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 s2) 단계에서, 가압 발포 시 발포 온도는 100 내지 250℃이며, 발포 압력은 0.5 내지 10 Mpa인 발포체의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 s2) 단계에서, 발포제는 이산화탄소, 일산화탄소, 질소, 아르곤, 헬륨, 부탄 및 펜탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 물리 발포제를 포함하는 발포체의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발포체는 미생물 담지용인 발포체의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항에서 선택되는 어느 한 항의 발포체의 제조 방법으로 제조되는 발포체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 발포체는 기공을 포함하며, 기공 내에 미생물이 담지된, 생물학적 수처리용 발포체.
  15. 제1항 내지 제12항에서 선택되는 어느 한 항의 발포체의 제조 방법으로 제조되는 발포체에 폐수를 접촉시켜 정화하는 것을 특징으로 하는, 발포체를 이용한 폐수의 정화 방법.
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