KR102610666B1 - 폴리에틸렌 수지 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 친환경 폴리에틸렌 수지 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리에틸렌 수지에 제올라이트, 염화나트륨, 과산화수소 및 용매인 양이온 전기분해수를 포함하는 조성물을 투입하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 숙성하는 단계; 및 숙성된 혼합물을 가온하여 폴리에틸렌 수지를 제올라이트에 함침하는 단계;를 포함하며, 상기 폴리에틸렌 수지 중량을 100중량부로 하였을 때, 제올라이트는 30~50중량부, 염화나트륨은 0.1~3중량부, 과산화수소는 3~7중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지를 제조하는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 수지에 유해물질 흡수용 첨가제를 첨가하여 폴리에틸렌 원료에 포함되는 유해물질이 제거될 수 있는 폴리에틸렌 수지 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
식품용기, 비닐장갑, 비닐포장재, 비닐팩 등 제품을 제조하기 위한 원료로 폴리에틸렌 수지가 이용되고 있으나, 해당 제품에서는 유해성 화학물질이 검출되며, 이러한 유해성 화학물질은 이들 제품을 사용하는 과정에서 이들 제품과 접촉하는 대상들에 전달되어 유해한 작용을 하게 된다. 특히 음식물과 폴리에틸렌 수지를 원료로 제조된 제품들이 접촉하는 경우에는 음식물에 유해물질이 용출되며, 이로 인해 인체내에 유해물질이 흡수되어 건강에 대한 위해요소로 작용할 수 있는 바, 이에 대한 개선이 필요한 실정이다.
특히, 폴리에틸렌을 원료로 하는 각종 제품들이 식품용으로 사용되는 경우에는 비식품용과 허가기준이 다르며, 더욱 엄격한 기준을 충족하여야 한다. 폴리에틸렌 수지를 원료로 하는 제품들을 식품용 허가기준에 의하여 검사를 하게 되면, 카드뮴, 납, 수은, 6가크롬, 톨루엔, 과망간산칼륨, 벤조 페논 등이 검출되며, 이들 성분들은 비식품용인 경우 허용기준 내에 있으나, 식품용으로 사용되는 경우에는 이러한 허용기준을 그대로 전용할 수는 없다. 가사 이러한 유해성분들이 허용기준내에 있다고 하여도 해당 제품이 식품용으로 사용되면 인체에 무해하다고 할 수 없다.
한편, 제올라이트를 폴리에틸렌에 혼합하여 제품을 제조하는 기술은 공지기술로서, 항균성 식품 포장재, 레토르트용 포장재 등으로 사용되며, 공지기술이라고 할 수 있다. 또한, 여기에 다양한 기능성 첨가제를 첨가하여 제조하는 경우가 많다. 그러나, 제올라이트와 폴리에틸렌을 단순 혼합하고, 필요에 따라서 기능성 첨가제를 첨가하는 경우, 최종 제품에서 제올라이트와 폴리에틸렌의 가교상태가 불량한 경우가 많고, 아울러 포장재 내에 불필요한 기포가 생성되거나 백화현상이 발생되거나 제올라이트 자체가 시계열적으로 변색되는 경우가 많아 이에 대한 개선이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폴리에틸렌 수지에 제올라이트, 염화나트륨, 과산화수소 및 용매를 포함하는 조성물을 투입하고 일정 시간 동안 숙성한 후, 교반 및 가열하여서 식품용기, 비닐장갑, 비닐포장재, 비닐팩 등 일상 생활에서 자주 활용되는 비닐류 제품을 제조하며, 이로써 위 비닐류 제품을 사용하는 과정에서는 물론 폐기 후에도 유해물질의 배출 없이 안전성을 확보할 수 있도록 하는 친환경 폴리에틸렌 수지 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 에탄올을 더 첨가함으로써, 제올라이트와 폴리에틸렌 수지를 혼합하여 제품을 제조하였을 때, 제품 내 불필요한 기포가 발생되지 않고 상태가 양호한 제품의 생산을 가능하게 하는 친환경 폴리에틸렌 수지 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
과산화수소를 첨가함으로써, 유해물질 자체를 산화분해하는 친환경 폴리에틸렌 수지 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 혼합물을 제조한 후 충분히 숙성시킴으로써, 제올라이트의 저장성을 높이고 변색을 방지할 수 있도록 하는 친환경 폴리에틸렌 수지 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 폴리에틸렌 수지에 제올라이트, 염화나트륨, 과산화수소 및 용매인 양이온 전기분해수를 포함하는 조성물을 투입하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 38~42℃의 온도로 가온하여 10 ~ 18시간 유지하는 과정인 혼합물 숙성 단계; 숙성된 혼합물을 58~63℃의 온도범위로 가열하면서 폴리에틸렌 수지를 제올라이트에 함침하는 단계;를 포함하며, 상기 폴리에틸렌 수지 중량을 100중량부로 하였을 때, 제올라이트는 30~50중량부, 염화나트륨은 0.1~3중량부, 과산화수소는 3~7중량부가 포함되는 원료가 첨가되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물의 제조 방법을 제공한다.
상기 혼합물을 제조하는 단계;에서, 상기 폴리에틸렌 수지 중량을 100중량부로 하였을 때, 에탄올 0.3~2중량부가 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 폴리에틸렌 수지에 제올라이트, 염화나트륨, 과산화수소 및 용매인 양이온 전기분해수를 포함하는 조성물이며, 상기 조성물은 폴리에틸렌 수지 중량을 100중량부로 하였을 때, 제올라이트는 30~50중량부, 염화나트륨은 0.1~3중량부, 과산화수소는 3~7중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물을 제공한다.
상기 혼합물을 제조하는 단계;에서, 상기 폴리에틸렌 수지 중량을 100중량부로 하였을 때, 에탄올 0.3~2중량부가 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 폴리에틸렌 수지에 제올라이트, 염화나트륨, 과산화수소 및 용매인 양이온 전기분해수를 포함하는 조성물이며, 상기 조성물은 폴리에틸렌 수지 중량을 100중량부로 하였을 때, 제올라이트는 30~50중량부, 염화나트륨은 0.1~3중량부, 과산화수소는 3~7중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물을 제공한다.
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이상과 같은 본 발명에 따르면, 폴리에틸렌 수지에 제올라이트, 염화나트륨, 과산화수소 및 용매를 포함하는 조성물을 투입하고 일정 시간 동안 숙성한 후, 교반 및 가열하여서 식품용기, 비닐장갑, 비닐포장재, 비닐팩 등 일상 생활에서 자주 활용되는 비닐류 제품을 제조하며, 이로써 위 비닐류 제품을 사용하는 과정에서는 물론 폐기 후에도 유해물질의 배출 없이 안전성을 확보하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 과산화수소를 첨가함으로써, 유해물질 자체를 산화분해하는 효과를 기대할 수 있다.
아울러, 염화나트륨과 에탄올을 더 첨가함으로써, 제올라이트와 폴리에틸렌 수지를 혼합하여 제품을 제조하였을 때, 제품 내 불필요한 기포가 발생되지 않고 상태가 양호한 제품의 생산을 가능하게 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 혼합물을 제조한 후 충분히 숙성시킴으로써, 제올라이트의 저장성을 높이고 변색을 방지할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제올라이트가 잘 혼합된 친환경 폴리에틸렌 수지 조성물을 제조하기 위한 공정도이다.
도 2 내지 4는 장갑을 제조하기 위한 공지의 장치이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 조성물을 원료로 제조된 폴리에틸렌 장갑의 식품용 기구 및 용기포장 공전에 의한 유해물질 검출 시험성적서이다.
도 2 내지 4는 장갑을 제조하기 위한 공지의 장치이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 조성물을 원료로 제조된 폴리에틸렌 장갑의 식품용 기구 및 용기포장 공전에 의한 유해물질 검출 시험성적서이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제올라이트가 혼합된 친환경 폴리에틸렌 수지 조성물을 제조하기 위한 공정도이다. 도 2 내지 4는 장갑을 제조하기 위한 공지의 장치이다. 즉, 본 발명의 조성물을 제조하게 되면, 장갑, 포장재 등 다양한 생활 응용제품을 제조할 수 있으며, 제올라이트의 흡착효과로 인하여 유해물이 발생되지 않는 식품용 비닐장갑 등을 제조할 수 있다. 이러한 장갑 등은 공지의 장치에 의하여 제조하는데, 본 발명에서는 일예로 장갑 제조장치를 개시하였다.
본 발명은 일 실시예에서 폴리에틸렌 수지에 제올라이트, 염화나트륨, 과산화수소 및 용매인 양이온 전기분해수를 포함하는 조성물을 투입하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 38~42℃의 온도로 가온하여 10 ~ 18시간 유지하는 과정인 혼합물 숙성 단계; 숙성된 혼합물을 58~63℃의 온도범위로 가열하면서 폴리에틸렌 수지를 제올라이트에 함침하는 단계;를 포함하며, 상기 폴리에틸렌 수지 중량을 100중량부로 하였을 때, 제올라이트는 30~50중량부, 염화나트륨은 0.1~3중량부, 과산화수소는 3~7중량부가 포함되는 원료가 첨가되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물을 제조하는 방법을 제공한다.
즉, 본 발명에서는 혼합의 균일성, 혼합된 상태의 장단기적 안정성이 중요하며, 이를 위하여 조성물 내 제올라이트의 분산이 잘 이루어져야 하는데, 이를 위하여 염화나트륨과 에탄올을 더 첨가하였다. 특히 염화나트륨과 에탄올은 보존제로 사용되기도 하나, 본 발명에서는 용도를 달리하였으며, 특히 제올라이트가 폴리에틸렌으로부터 탈락되지 않고, 따라서 폴리에틸렌 장갑 등 폴리에틸렌을 원료로 하는 제품의 제조시 제품에 오류가 거의 발생되지 않았다.
제올라이트의 기공에는 폴리에틸렌이 일부 함침되어야 제올라이트가 폴리에틸렌 수지에 잘 결합되어 있으며, 이러한 상태를 유지하여야 최종 제품에서도 제올라이트가 탈락되지 않고 그 기능을 수행하게 된다.
먼저, 본 발명은 제올라이트와 폴리에틸렌 수지가 잘 혼합되는 것이 중요하다. 특히, 제올라이트의 기공 내에 폴리에틸렌 수지의 함침이 잘 이루어지는 것이 중요하며, 최종 제품 내에 불필요한 기공 등이 존재하지 않도록 조절된 결과를 도출해내야 한다.
이를 위하여 염화나트륨과 에탄올을 사용하였으며, 염화나트륨과 에탄올을 사용한 결과, 조성물의 분산 및 혼합이 잘 이루어졌으며, 최종 제품내에 기공이 발생되지 않았음을 실험적으로 확인하였다. 그러므로, 본 발명에서 염화나트륨과 에탄올을 더 첨가하는 것은 폴리에틸렌과 제올라이트의 혼합에 있어서 큰 의미가 있다.
여기서, 폴리에틸렌 수지의 양을 100중량부로 하였을 때, 염화나트륨, 에탄올의 첨가량은 각각 0.1~3중량부, 0.3~2중량부로 하였는데, 위 범위들의 하한을 벗어나는 경우에는 제올라이트의 폴리에틸렌 수지내 분산상태가 좋지 못하였으며, 위 범위의 상한을 벗어나는 경우에는 폴리에틸렌의 신축성이 저하되고 품질이 좋지 않게 되는 문제점이 존재하였으므로 위 첨가물들의 함량은 위 범위에서 임계적 의의가 있다.
한편, 과산화수소는 유해물질의 산화분해작용을 일부 수행하는 것으로 판단되는데, 3~7중량부 첨가되며, 만일 위 범위의 하한을 벗어나는 경우, 유해물질에 대한 산화분해작용을 수행할 수 없고, 위 범위를 초과하여 첨가되는 경우에는 폴리에틸렌 수지의 변성을 가져오기 때문에 폴리에틸렌 최종 제품의 물성이 좋지 못하다는 문제점이 존재한다. 그러므로, 과산화수소는 위 중량범위에서 그 임계적 의의를 갖는다.
한편, 본 발명에서는 숙성과정을 거쳤는데, 폴리에틸렌 수지에 염화나트륨과 에탄올 등을 투입하여 혼합물을 제조하고 이를 10시간 내지 18시간 동안 숙성하였다. 위 시간동안 숙성하지 않은 조성물과 비교시 제올라이트의 변성의 차이가 있음을 알아내었다.
즉, 소정의 시간동안 숙성한 경우, 제올라이트의 저장성이 좋아져 제올라이트와 폴리에틸렌 혼합물을 제조한 이후 수일이 지난후에 제품을 제조하더라도 폴리에틸렌 고유의 광택과 투명성이 유지되나, 만일 숙성하지 않는 경우에는 혼합물 제조 후 수일이 지난후에 제품 제조시 황색 계열의 색택이 발생되었으며, 투명성도 저하되어 품질로서의 가치가 크게 저하되었다. 그러므로, 위 시간동안의 숙성과정은 매우 중요하다. 아울러, 이러한 색택의 유지와 투명성 확보는 38~42℃의 가온도 영향이 존재한다. 즉, 가온과정을 거쳐야만 숙성의 효과가 증진되며, 제올라이트의 장기간 저장성이 우수해진다. 이는 실험적으로 확인된 것이다.
이후, 제올라이트가 폴리에틸렌에 함침된 조성물을 58~63℃의 온도범위로 가열하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직한데, 이러한 가열공정의 의미는 제올라이트 내 폴리에틸렌의 함침과 연관이 있다. 이와 같이 가열과정을 거치는 경우에는 제올라이트 내에 폴리에틸렌의 함침이 보다 더 잘 이루어지게 되며, 가열이 종료된 이후, 폴리에틸렌 수지가 제올라이트의 표면 기공에 함침되어 제올라이트와 우수한 결합상태를 이루게 된다. 따라서 폴리에틸렌 수지로부터 제올라이트가 탈락되는 탈락률을 크게 줄일 수 있다.
본 발명은 제올라이트가 포함된 폴리에틸렌 제품 제조에 있어서 제조 공정상의 우수성, 품질의 우수성을 구현하기 위한 각종 공정 변수 및 첨가제 종류를 확보한 것으로서 이러한 관점에서 그 특징이 인정될 수 있다.
특히, 도 5와 도 6에 의한 시험성적서를 통해서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 폴리에틸렌 장갑(일회용 위생장갑)은 납, 1-헥센 4% 초산, 1-헥센 물, 1-헥센 n-헵탄, 1-옥텐 4% 초산, 1-옥텐 물, 1-옥텐 n-헵탄 등이 불검출되었으며, 과망간산칼륨, 4%초산, m-헵탄 등도 기준치 이하 검출되어, 식품 조리용으로 폴리에틸렌 장갑을 활용하는 경우에도 유해물질의 염려 없이 안심하고 사용할 수 있다. 아울러, 제올라이트의 작용으로 곰팡이의 서식을 막아 주고, 뛰어난 탈취 기능으로 냄새 제거를 수행할 수 있다.
이상과 같이 제조된 친환경 폴리에틸렌 수지는 식품용 용기, 비닐장갑, 비닐팩, 비닐포장재 등에 안전하고 유용하게 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 폴리에틸렌 수지를 이용하여 제조할 수 있는 제품의 일 예는 폴리에틸렌 재질의 일회용 위생장갑인데, 이를 제조하기 위한 장치로서 공지의 장치를 예시로 들 수 있다.
도 2는 공지의 일회용 위생장갑 제조 장치의 구성을 나타낸 측면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일회용 위생장갑 제조 장치(100)는 비닐롤로부터 풀려 나오는 두 겹으로 적층된 비닐(10)을 제1 방향으로 공급하는 비닐 공급부(110), 비닐 공급부(110)로부터 공급되는 비닐(10)의 일단을 일정 길이로 절단하는 비닐 절단부(120), 비닐 절단부(120)의 비닐 절단과 동시에 비닐(10)을 융착하는 비닐 융착부(130) 및 절단 및 융착된 비닐을 제1 방향에 수직인 제2 방향(이하 동일)으로 이송하는 비닐 이송부(140)를 포함한다.
또한, 비닐 이송부(140)와 제2 테이블(30) 사이에 배치되고 일정 속도로 회전하여 비닐 프레스 부재에 의해 눌러진 비닐(10)을 비닐 이송부(140)와 제2 테이블(30) 사이로 내려주는 회전 내림부(150)를 더 포함한다.
일회용 위생장갑 제조 장치(100)는 비닐이 공급되는 제1 방향으로 비닐 공급부(110), 비닐 절단부(120), 비닐이송부(140), 회전 내림부(150) 및 비닐 융착부(130)가 순차적으로 배치되어 일회용 위생장갑을 제조할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 비닐 융착부(130)는 비닐 절단부(120)의 비닐(10) 절단과 동시에 승강하여 비닐(10)을 융착 및 절단할 수 있다. 비닐 융착부(130)는 손 모양으로 형성되는 성형 부재(131) 및 성형 부재(131)의 외측에서 비닐(10)을 융착 및 절단하는 열 융착 부재(133)를 포함할 수 있다. 성형 부재(131)는 손 모양(즉, 손가락 모양과 손바닥 모양을 포함함)의 판으로 형성되어 비닐 절단부(120)와 동시에 승강함에 따라 비닐(10)을 손 모양으로 눌러줄 수 있다. 성형 부재(131)는 비닐(10)을 손 모양으로 눌러줌으로써 열 융착 부재(133)의 절단 및 융착을 용이하도록 할 수 있다. 예를 들어, 성형 부재(131)는 열에 강한 철재로 구현될 수 있다. 열 융착 부재(133)는 성형 부재(131)의 둘레에 손가락 모양으로 배치되어 비닐(10)을 열 융착할 수 있다. 열 융착 부재(133)는 비닐(10)을 융착함과 동시에 절단하기 위해 일정 온도로 가열될 수 있다. 열 융착 부재(133)는 일정 각도로 경사지도록 형성되고, 내부에 열선이 삽입되거나 또는 적외선 조사기로 형성되어 비닐(10)을 융착과 동시에 절단할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 비닐 이송부(140)는 절단 및 융착된 비닐을 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 이송한다. 특정 개수는 사용자에 의해 결정될 수 있고, 예를 들어, 50개로 설정될 수 있다. 제2 방향은 비닐(10)이 공급되는 제1 방향에 수직인 방향에 해당한다. 비닐 이송부(140)는 제1 테이블(20) 및 제2 테이블(30)과 동일한 높이로 형성되어 비닐 융착부(130)로 공급되는 비닐(10)의 이송을 용이하게 할 수 있다. 비닐 이송부(140)는 비닐(10)을 이송하는 컨베이어 부재(141), 비닐(10)을 고정하는 비닐 고정 핀(143) 및 비닐(10)의 적층 개수를 카운팅하는 카운팅 유닛(145)를 포함할 수 있다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 일회용 위생장갑 제조 장치 110: 비닐 공급부
120: 비닐 절단부 130: 비닐 융착부
140: 비닐 이송부 150: 회전 내림부
10: 비닐 20: 제1 테이블
30: 제2 테이블
120: 비닐 절단부 130: 비닐 융착부
140: 비닐 이송부 150: 회전 내림부
10: 비닐 20: 제1 테이블
30: 제2 테이블
Claims (4)
- 폴리에틸렌 수지에 제올라이트, 염화나트륨, 과산화수소 및 용매인 양이온 전기분해수를 포함하는 조성물을 투입하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물을 38~42℃의 온도로 가온하여 10 ~ 18시간 유지하는 과정인 혼합물 숙성 단계;
숙성된 혼합물을 58~63℃의 온도범위로 가열하면서 폴리에틸렌 수지를 제올라이트에 함침하는 단계;
를 포함하며,
상기 폴리에틸렌 수지 중량을 100중량부로 하였을 때, 제올라이트는 30~50중량부, 염화나트륨은 0.1~3중량부, 과산화수소는 3~7중량부가 포함되는 원료가 첨가되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물의 제조 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 혼합물을 제조하는 단계;에서,
상기 폴리에틸렌 수지 중량을 100중량부로 하였을 때, 에탄올 0.3~2중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물의 제조 방법. - 폴리에틸렌 수지에 제올라이트, 염화나트륨, 과산화수소 및 용매인 양이온 전기분해수를 포함하는 조성물이며,
상기 조성물은 폴리에틸렌 수지 중량을 100중량부로 하였을 때, 제올라이트는 30~50중량부, 염화나트륨은 0.1~3중량부, 과산화수소는 3~7중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 조성물.
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