KR20060132998A - 고-통기성 생분해성 필름백 - Google Patents

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트레디치 잔프란코 델
로베르토 폰티
마우리치오 토신
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노바몬트 에스.피.에이.
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Abstract

두께가 10 내지 40 ㎛ 이고, 물에 대한 투과성이 950 g 30 ㎛/m224h 을 초과하는 통기성 생분해성 균질 필름으로 이루어진 백에 있어서, 상기 생분해성 필름이 녹말 및, 가능하게는 수불용성이면서 용융점이 6O ℃ 내지 150 ℃ 인 열가소성 중합체를 함유하는 백.

Description

고-통기성 생분해성 필름백{HIGHLY-BREATHABLE BIODEGRADABLE FILM BAG}
본 발명은, 공업적 퇴비화 (composting) 의 목적에 특히 적합한, 높은 수준의 통기성을 특징으로 하는 생분해성 균질 필름으로 이루어진 백에 관한 것이다.
퇴비화란, 자연이 유기 물질을 라이프 사이클 (life cycle) 로 되돌려보내는 작용을 모방하는 공업적 공정을 의미하는 것으로, 이들을 제어되고 가속화된 형태로 재생산해낸다. 자연에서, 생성된 후 더 이상 생명에 대하여 "유용한" 것이 아니게 된 유기 물질 (건조한 잎, 가지, 동물의 시체 등) 은 토양에 존재하는 미생물에 의해 분해되어, 자연 사이클로 돌려보내진다. 잔존하는, 분해성이 부족한 성분들은 부식토 (humus) 를 구성하며, 따라서, 영양 성분 (질소, 인, 칼륨 등) 을 서서히, 그러나 지속적으로 방출할 능력이 주어져, 식물에 대하여 중요한 양분 공급을 나타내며, 땅의 지속적인 비옥성을 확보해준다. 그러므로, 공업적 퇴비화란, 일종의 부식토, 즉 퇴비를 수득하기 위해 필요한 시간을 감소시키고, 자연적으로 수득되는 생성물과 비교하여 최종 생성물의 품질을 향상시키려는 목적과 함께, 자연에서 자발적으로 발생되는 미생물학적 활동의 합리적 관리를 위한 체계를 제공하는 공정이다. 공업적 퇴비화는 많은 연구의 주제가 되어왔고, 많은 퇴비화 설비에는 매우 복잡한 공정 및 장비가 채택되어 왔다. 그러나, 변형시킬 유기 물질의 중량에 따라, 퇴비화에 높은 비용이 요구되어, 유기 폐기물의 공업적 퇴비화의 보급에 주요 경제적 장애 중 하나가 되고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 고-통기성 생분해성 균질 필름으로 이루어진 백 (bag) 은, 이의 균질성 및 높은 통기성에 기인하여, 유기 폐기물의 분리 수거의 개발을 용이하게 하고, 처리될 유기 부분이 여전히 백에 있는 동안 상당한 중량 감량이 이루어진다.
이는 또한, 2006 년 말까지 덤프 폐기물에서 유기물의 함량이 5 % 를 초과하면 안되는 것을 의무화시킬 유럽 규제의 결과로서, 유기 폐기물의 분리 수거가 더욱 더 필요하게 된 사실을 고려할 때 한층 더 중요하다.
상기 규제에 비추어, 이탈리아에서만의 도시 폐기물의 총량이 대략 24 Ml 톤의 정도이고, 부폐하기 쉬운 물질의 양은 11.4 Ml 톤의 정도로 추산되는 것을 고려하면, 신속한 퇴비화 또는 바이오-안정화를 통해 폐기물을 안정화시키고, 이를 증강시키는 것의 중요성은 명백하다.
상기 유형의 폐기물이 무책임하게 내버려지는 현재의 시나리오에서 조차, 본 발명에 따른 생분해성 백의 장점은 주목할만한 것이다. 부폐하기 쉬운 폐기물은 그의 함량 중 물이 60 % 를 초과하도록 이루어져 있어서, 중량에서 단 10 % 만의 감량만으로도, 전체 국가의 순준에서는, 수십만 톤의 물의 감량을 야기한다. 경제적으로 직접적인 소모의 방지와 별도로, 이는, 그 중에서도 특히, 쓰레기 무더기에서의 수천 톤 적은 물, 악취의 문제를 감소시키는 더욱 안정된 폐기물 및 수천의 오가는 화물자동차 여행에서의 쓰레기 더미의 감소를 의미한다. 이러한 특징을 갖는 백을 수퍼마켓에서 쇼핑백 (shopper) 의 형태로 판매하는 경우, 또한 지 방자치제에서 폐기물 처리 비용을 상당히 감소시킬 것이고, 동시에 부폐하기 쉬운 폐기물의 분리 수거의 관리를 매우 간단하게 할 것이다.
본 발명의 생분해성 백은 또한, 이의 유용한 수명의 마지막에, 음식 찌꺼기의 수거용 백으로서의 재사용을 위해 디자인된 쇼핑백의 형태일 수 있다. 이는 또한 버려진 쇼핑백이 환경에 남을 가능성을 감소시킬 것이다.
본 발명은 통기성 생분해성 균질 필름으로 이루어진 백에 관한 것으로, 상기 필름은 두께가 10 내지 40 ㎛ 이고, ASTM E96-90 에 따라 측정된, 물에 대한 투과성이 950 g 30㎛/m224h 을 초과한다.
본 명세서에서, 균질 필름이란 현미경으로 보이는 수준 및 육안으로 보이는 수준에서 모두 실질적인 결함이 없는 필름을 의미한다.
통기성 생분해성 균질 필름은 생분해성 물질로 이루어진다. 바람직한 물질은 생분해성 폴리에스테르 및 생분해성 녹말 기재의 블랜드이다. 2산-디올 (diacid-diol) 유형의 지방족-방향족 폴리에스테르가 폴리에스테르 중 특히 바람직하다. 녹말 및 지방족-방향족 폴리에스테르의 블랜드가 녹말 기재 블랜드 중 특히 바람직하다.
2산-디올 유형 생분해성 폴리에스테르에 관하여, 디카르복실산의 예에는 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세박산, 운데칸2산, 도데칸2산 및 브라실산이 포함된다.
다관능성 방향족 화합물의 예에는 프탈산, 특히 테레프탈산, 비스페놀 A, 히드로퀴논 등이 포함된다.
디올의 예에는 1,2-에탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올 1,11-운데칸디올, 1,12-도데칸디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 네오펜틸글리콜, 2-메틸-l,3-프로판디올, 디안히드로소르비톨, 디안히드로만니톨, 디안히드로이디톨, 시클로헥산디올, 시클로헥산메탄디올이 포함된다.
디카르복실산 및 디올에 더하여, 생분해성 폴리에스테르는 또한 유리하게는, 출발 단량체로서, 천연 또는 합성 기원 중 하나의 불포화 공단량체를 함유할 수 있다. 불포화 공단량체의 양은, 디카르복실산/디올의 합의 0.5 내지 45 % 의 범위 내이다.
합성 기원의 불포화 산의 예에는 말론산, 푸마르산, 비닐 아세테이트, 아크릴산 및 메타크릴산, 히드록시알킬아크릴레이트 및 히드록시알킬메타크릴레이트가 포함된다.
천연 기원의 불포화 공단량체의 예는 이타콘산, 단일불포화 히드록시산, 예컨대 리시놀레산 및 레스쿠에롤산 (lesquerolic acid) 및 단일- 또는 다중불포화 모노카르복실산, 예컨대 올레산, 에루스산 (erucic acid), 리놀레산, 리놀렌산이다.
지방족-방향족 폴리에스테르는 또한, 기본 단량체에 더하여, 하나 이상의 히드록시산을, 지방족 디카르복실산의 몰수를 기준으로 0 내지 30 % 범위의 양으로 함유할 수 있다. 적합한 히드록시산의 예에는 글리콜산, 히드록시부티르산, 히드록시카프로산, 히드록시발레르산, 7-히드록시헵탄산, 8-히드록시카프로산, 9-히드록시노난산 및 락트산이 포함된다.
녹말 기재 블랜드에 관하여, 녹말이란 용어는 임의 종류의 천연 녹말, 예컨대 옥수수, 감자, 밀, 타피오카, 완두콩 녹말 등을 의미한다. 녹말이란 용어는 또한 화학적으로 또는 물리적으로 개질된 녹말을 포함하고, 예를 들어, 치환도가 0.2 내지 2.5 의 범위 내에 있는 녹말 에스테르, 히드록시프로필화 녹말, 및 지방 사슬로 개질된 녹말을 언급하는 것이 가능하다. 녹말은 또한 구조파괴성 또는 겔화 형태 중 하나로 사용될 수 있다.
특히 바람직한 녹말 기재 블랜드 필름에서, 녹말은 중합체계 매트릭스에서 상호-연속상 (co-continuous phase) 으로서 또는 분산상으로서 존재한다. 후자의 경우, 녹말은 치수가 1 ㎛ 미만, 바람직하게는 O.6 ㎛ 미만인 입자로 분산된다.
현재 폐기물 분리 수거는, 많은 경우에, 특히 녹말-기재 필름으로 생성되는 경우, 물질의 친수성 본질로 인하여 물을 감량할 수 있는 생분해성 백을 사용하여 수행한다.
두께가 10 및 40 ㎛ 이고, 투과성이 950 g 30 ㎛/m224h 초과, 바람직하게는 1,000 g 30 ㎛/m224h 초과, 보다 더욱 바람직하게는 1,100 g 30 ㎛/m224h 초과인 생분해성 균질 필름으로부터 유래되는 본 발명에 따른 백은, 특히, 폐쇄 용기 내에 배치되지 않는 경우, 7 일 내에, 바람직하게는 4 일 내에, 폐기물 자체에서 유기 폐기물을 15 중량% 초과로, 바람직하게는 20 % 초과로 감소시킬 수 있다.
필름의 통기성이 4,000 g 0 ㎛/m224h 을 초과하면, 이는 본 발명에 따른 백의 제조에 사용되기에 더이상 적합하지 못하다는 것을 알아내었다. 바람직하게는 통기성이 3,000 g 30 ㎛/m224h 미만, 보다 더욱 바람직하게는 2,500 g 30 ㎛/m224h 미만이다.
백의 성질을 시험하기 위해, 백에 톱밥을 완전히 채울 수 있고, 여기에 톱밥 자체에 의해 완전히 흡수되는 물을 첨가한 후 (통상적으로는 대략 20 % 의 톱밥 및 80 % 의 물), 충분히 넓은 메쉬를 갖는 그릴 상에 두어, 백의 하부 아래에서 또한 폭기 (aeration) 를 허용한다. 백은, 23 ℃ 및 55 % 의 RH 로 조건화된 환경에 배치할 수 있고, 무게를 달아 중량 감량을 측정할 수 있다.
부피에 대하여 표면적이 넓은 백이 본 목적을 위해 특히 적합하다. 그러므로, 부피가 5 내지 40 ℓ, 바람직하게는 10 내지 30 ℓ 인 백이 본 목적을 위해 특히 적합하다. 통기가능한 성질은 일부 경우에서 분리되지 않은 폐기물 수거를 위한 큰 백으로서 또한 유용할 수 있는데, 이는 특정 양의 물의 손실이 허용되고, 그 결과 폐기물의 열량 동력 (caloric power) 이 증가하기 때문이다.
본 발명은, 필름에서의 투과성 값이 950 g 30㎛/m224h 이상이 되기에 위해 충분히 친수성인 물질로 이루어진 생분해성 백뿐 아니라, 마이크로홀을 형성시킬 수 있는 공정으로서, 무기 또는 유기 충전제를 이용한 연신을 통하거나 레이저를 통한 마이크로 천공 공정에 의해 통기성 수준이 95O g 30 ㎛/m224h 이상에 도달하는 덜 통기성인 필름으로 이루어진 백을 포함한다. 마이크로홀이란, 필름이 수증기에 대해 투과성이 되도록 하지만, 실질적으로 대기압에서는 액체인 물이 투과하지 못하게 만드는 홀을 의미한다. 녹말 기재 필름으로 이루어진 백이 특히 바람직한데, 이는 이들이 실온에서 조차 양호한 생분해 능력을 특징으로 하기 때문이다 (소위 "홈 퇴비성 (home compostability").
본 발명에 따른 녹말-기재 필름은 열가소성 녹말을 총 조성물의 20 % 내지 90 %, 더욱 바람직하게는 25 % 내지 60 % 의 양으로 함유해야 한다. 녹말과의 양호한 혼화성을 조건으로 하고, 용융점이 60 ℃ 내지 150 ℃ 인 수불용성 열가소성 중합체 (물의 흡수가 5 % 미만, 바람직하게는 2 % 미만임) 가 또하나의 필수 성분이다. 동일한 중합체가, 마이크로 천공에 의해 수득되는 백을 위한 기본 원료일 수 있다.
기계적 물성은 적용을 위해 충분한 것이어야 한다. 이는 하기를 의미한다: 23℃ 및 55 % 의 RH 에서, 25 ~ 30 ㎛ 필름 상에서 측정한 인장 성질에서, 최대 인장 강도가 16 MPa 초과이고, 모듈러스가 50 MPa 초과이고, 최대 연신율이 30O % 초과이고, 바람직하게는 최대 인장 강도가 22 MPa 초과이고, 모듈러스가 100 MPa 초과이고, 최대 연신율이 350 % 초과임.
실시예 l
하기를 함유하는 조성물을, 300 rpm 에서 60/140/175/180 × 4 / 155 × 2 의 온도 프로필로 작동되는 이축 압출기 OMC, D = 50 mm, L/D = 36 에 두고, 탈기시켜 최종 물 함량이 1 % 미만이 되게 하였다:
- 36.4 % 의 녹말 Globe 03401 Cerestar
- 50 % 의 Ecoflex
Figure 112006072767267-PCT00001
(BASF)
- 13.6 % 의 글리세린
- 0.2 부의 Erucamide
이와 같이 수득한 과립을, 64 rpm 에서 120/135/145 × 7 의 온도 프로필로 작동되는 Ghioldi 필름화 기기, D = 40 mm, L/D = 30 에 공급하였다. ASTM E 96-90 에 따른 통기성이 1460 g 30 ㎛/m224h 인 필름을 수득하였다.
상기 필름을 이용해 다양한 부피의 백을 제조하였다.
세 개의 백을, 균일한 배치 (batch) 로부터 무작위로 샘플링한 후, 하기의 시험에 사용하였다.
질량비가 1 대 4 인 톱밥 및 물의 혼합물을 적절한 용기에서 제조하였다. 이 후, 습기찬 톱밥으로 채워진 백을 준비하였다. 표 1 은, 두 전형적인 통상의 백 크기를 갖는, 백의 부피에 따른 충전 부하량을 보여준다. 상이한 부피를 갖는 백에 대하여, 사용되는 톱밥-물 혼합물의 양은 비례적으로 변해야한다.
예를 들어, 백의 부피가 15 리터이면, 톱밥-물 혼합물의 양은 하기와 같아야 한다:
Figure 112006072767267-PCT00002
[표 1]
Figure 112006072767267-PCT00003
충전 후, 백에 제공된 매듭이나 실 조각을 이용하여 백의 개방부로부터 대략 5 cm 지점에서 백을 닫았다. 이 후, 금속 또는 플라스틱 와이어로 이루어진, 측면이 1.5 cm 내지 5 cm 인 셀을 갖는 그릴 상에 상기 백을 두었다. 이 후, 지면으로부터 5 cm 이상에 그릴을 매달았다. 23 ℃ (±2) 및 55 % 의 RH (+2) 로 조건화된 환경에서 시험을 수행하였다. 이 후, 시험의 개시점 및 7 일 후에 상기 백의 무게를 측정하였다.
각각의 백의 초기 중량 To 및 최종 중량 Tf 의 차이를 D = (To -Tf) 로서 결정하였고, 개별적인 차이의 평균 Dm 을 또한 하기와 같이 결정하였다:
Figure 112006072767267-PCT00004
백은 전체 시험 기간 동안 손상되지 않은채로 남았고, Dm 및 D 사이의 변화는 10 % 를 초과하지 않았다.
중량 감량값이 표 2 및 3 에 제공된다.
[표 2]
Figure 112006072767267-PCT00005
[표 3]
Figure 112006072767267-PCT00006
실시예 2 (비교예)
하기의 조성물을 이용하여 실험 1 을 반복하였다:
- 28.0 % 의 녹말 Globe 03401 Cerestar
- 65.7 % 의 Ecoflex
Figure 112006072767267-PCT00007
(BASF)
- 6.0 % 의 글리세린
- 0.3 % 부의 Erucamide
ASPM E96-90 에 따른 통기성이 850 g 30㎛/m224h 인 필름을 수득하였다. 상기 필름을 이용하여 두께 20 ㎛, 부피 10 ℓ인 백을 제조하였다. 실시예 1 의 시험을 반복하였고, 7 일 후 측정된 중량 감량 평균값은 157.3 g 이었고, 이는 약 10.48 % 의 중량 감량% 에 해당하였다.

Claims (10)

  1. 두께가 10 내지 40 ㎛ 이고, 물에 대한 투과성이 950 g 30 ㎛/m224h 을 초과하는 통기성 생분해성 균질 필름으로 이루어진 백 (bag).
  2. 제 1 항에 있어서, 통기성 생분해성 균질 필름의 물에 대한 투과성이 1,000 g 30㎛/m224h 을 초과하는 백.
  3. 제 1 항에 있어서, 통기성 생분해성 균질 필름의 물에 대한 투과성이 1,100 g 30㎛/m224h 을 초과하는 백.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 통기성 생분해성 균질 필름이 녹말을 함유하는 백.
  5. 제 4 항에 있어서, 녹말의 양이 총 조성물의 20 내지 90 중량% 인 백.
  6. 제 5 항에 있어서, 녹말의 양이 총 조성물의 25 내지 60 중량% 인 백.
  7. 제 4 항에 있어서, 녹말이, 6O ℃ 내지 150 ℃ 의 용융점을 갖는 열가소성 중합체와 블랜드되는 백.
  8. 제 4 항에 있어서, 녹말이, 2산-디올 (diacid-diol) 유형의 지방족-방향족 폴리에스테르와 블랜드되는 백.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 통기성 생분해성 균질 필름이 마이크로홀 (microhole) 을 포함하는 백.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 통기성 생분해성 균질 필름의 물에 대한 투과성이4,000 g 30㎛/m224h 미만인 백.
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