KR20170059175A - 목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 복합재 - Google Patents

목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 복합재 Download PDF

Info

Publication number
KR20170059175A
KR20170059175A KR1020150163164A KR20150163164A KR20170059175A KR 20170059175 A KR20170059175 A KR 20170059175A KR 1020150163164 A KR1020150163164 A KR 1020150163164A KR 20150163164 A KR20150163164 A KR 20150163164A KR 20170059175 A KR20170059175 A KR 20170059175A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wood powder
drying
wood
bio
maleic anhydride
Prior art date
Application number
KR1020150163164A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101755892B1 (ko
Inventor
전성완
윤나경
홍채환
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020150163164A priority Critical patent/KR101755892B1/ko
Publication of KR20170059175A publication Critical patent/KR20170059175A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101755892B1 publication Critical patent/KR101755892B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L51/00—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L51/06—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to homopolymers or copolymers of aliphatic hydrocarbons containing only one carbon-to-carbon double bond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24—Acids; Salts thereof
    • C08K3/26—Carbonates; Bicarbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/26—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment
    • C08L23/30—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment by oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
    • C08L2555/30—Environmental or health characteristics, e.g. energy consumption, recycling or safety issues

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

본 발명은 목분과 합성수지를 혼합한 바이오플라스틱 복합재 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 목재를 건조시키고 분쇄하여 목분을 얻는 건조분쇄단계, 상기 목분을 화학 용제와 교반한 후 여과하고, 여과된 목분을 건조시켜 목분의 고체상 성분을 회수하는 전처리단계, 상기 회수된 목분에 액상의 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 함침하는 함침단계, 상기 함침된 목분을 건조하는 건조단계 및 상기 건조단계를 마친 목분에 폴리프로필렌 수지 및 첨가제를 혼합한 후 압출성형하여 바이오플라스틱 복합재를 제조하는 방법을 제공하며, 이러한 본 발명의 기술은 목분을 화학적으로 전처리하고 함침함으로써 바이오플라스틱 제조 시 물성의 균일성 및 제조 공정의 안정성을 확보할 수 있는 효과로 인해 최종제품의 외관이 균일성을 갖는 바이오플라스틱을 제공하는 효과가 있다.

Description

목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 복합재{METHOD FOR MANUFACTURING BIOPLASTIC COMPOSITE USING WOOD FLOUR AND BIOPLASTIC COMPOSITE PRODUCED BY USING THE SAME}
본 발명은 목분을 활용하는 바이오플라스틱 복합재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 목분을 화학적으로 전처리하고 함침함으로써 바이오플라스틱 제조 시 물성의 균일성 및 제조 공정의 안정성을 확보하게 되며, 최종 바이오플라스틱 부품성형 시에도 제품 외관이 균일성을 부여하는 목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 복합재에 관한 것이다.
산업과 경제가 발전함에 따라 일회용플라스틱 용기, 합성수지 필름 등 플라스틱으로 만든 다양한 제품의 이용이 계속 증가하고 있다. 그러나 기존 플라스틱은 쉽게 산화되거나 분해되지 않는 합성수지로서 내구성이 우월한 점을 가지고 있으나 분해성이 전혀 없어 환경문제를 유발시키는 단점이 있다.
플라스틱 제품을 매립하게 되면 성형된 플라스틱 제품 특성상 땅이 굳어져서 토양오염을 일으키고, 소각하게 되면 여러 가지 유해가스가 발생하며 대기 중을 떠돌며 환경오염 및 인체에 치명적인 영향을 끼친다.
또한, 플라스틱원료의 주요공급원인 석유는 현재 시간이 경과될수록 점차 고갈되고 있는 상황이다.
이를 해결하는 방법으로 식물자원을 활용한 바이오 화학산업이 대두되고 친환경 및 생분해성의 바이오플라스틱이 현재 활발하게 연구되고 있다. 이러한 바이오플라스틱은 사용하는 원료에 따라 천연계 고분자, 화학 합성분자, 미생물생산고분자, 천연계 고분자와 화학 합성고분자의 혼합형 등 크게 4가지로 형태로 분류 할 수 있다.
천연계 고분자는 곡물에서 추출되는 전분, 곡물의 잎이나 갈대 등에서 유래되는 셀룰로오스(cellulose), 게 새우 등의 껍질에서 유래되는 프로테인(protein) 등을 활용하여 제조한 플라스틱으로, 가격이 상대적으로 저렴하나 그 고유 특성으로 인해 플라스틱 가공성이 떨어지는 단점이 있다.
화학 합성고분자는 발효기술에 제조된 아미노산등의 원료를 중합공정을 통하여 제조한 플라스틱으로 폴리유산이 대표적으로 상대적으로 단가가 비싸다는 단점이 있다.
마지막으로 천연계 고분자와 화학 합성고분자의 혼합형은 전분 같은 천연물과 올레핀등의 기존수지를 혼련하여 생산하는 형태로 공정도 비교적 간단하고 원가가 기존대비 경쟁력이 있어서 많이 선호되고 있다.
대한민국등록특허 제 10-0574547 호에서는 펄프섬유 파우더, 전분 등 천연고분자계 생분해성 소재로 된 용기 내부면에 천연고분자계 생분해성소재, 아크릴 레이트 공중합체, 용매로 구성된 코팅제를 코팅하는 방법이, 대한민국등록특허 제 10-1062012호에서는 왕겨 및 쌀겨를 함유한 생분해성, 광분해성 바이오필름 및 이의 제조방법이 제안되어 왔다. 그러나 상기 기술은 수분차단과 부패방지기술에 주력하였고, 왕겨나 쌀겨라는 특정천연물 이외에는 적용할 수 없는 소재의 한계가 있었다.
목재는 이방성을 가지고 있어, 팽윤, 수축, 휨 등의 변형을 일으키게 되는데, 이를 목분화 함으로써 균질성이 향상되고, 복합재 형태에서 흡습에 의한 치수 안정성도 개선되기에 고분자 복합재의 필러로써 유용한 재료이다.
일본공개특허공보 특개 2004-009299 호에서는 목분, 열가소성 수지 및 무수말레산 변성 폴리머를 상용화제로 사용한 복합재가 제안되었다. 그러나 상기 기술은 고분자를 유기용매에 용해한 용액을 목분과 혼합한 후, 혼합물로부터 유기용매를 제거하는 방법을 채택하여, 인체에 이롭지 않은 유기용매를 사용하여야 하고, 이를 건조하는 공정이 추가되며, 유기용매에 녹지 않는 고분자의 사용에는 제한된다.
대한민국등록특허 제 10-0574547 호 대한민국등록특허 제 10-1062012 호 일본공개특허공보 특개 2004-009299 호
상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 목재를 목분화하고, 상기 목분을 화학 용제로 전처리하고 목분 내부에 액상의 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 함침함으로써 바이오플라스틱 제조 시 물성의 균일성 및 제조 공정의 안정성을 확보할 수 있는 목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 복합재의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바이오플라스틱 복합재의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 목재를 건조한 후 분쇄하여 목분을 얻는 건조분쇄단계(S110), 상기 목분을 화학 용제와 교반한 후 여과하고, 여과된 목분을 건조하는 과정을 순차적으로 수행하여 목분의 고체상 성분을 갖는 목분을 회수하는 전처리단계(S120), 상기 회수된 목분에 액상의 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 함침하는 함침단계(S130), 상기 함침된 목분을 건조하는 건조단계(S140) 및 상기 건조단계를 마친 목분에 폴리프로필렌 수지 및 첨가제를 혼합한 후 압출성형하여 바이오플라스틱 복합재를 제조하는 바이오플라스틱 복합재 제조단계(S150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 건조분쇄단계(S110)에서는 상기 목재를 50 내지 90 ℃의 온도에서, 진공 감압의 조건으로 4 내지 5시간 동안 수분함량이 3 내지 5%가 되도록 건조하며, 여기서 상기, 목재로는 폐목재, 톱밥 및 기타 목질계 식물성 폐기물 등 다양한 목재를 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
건조 후, 분쇄기를 이용하여 상기 목재의 입자크기를 120 내지 300 메쉬(Mesh)의 크기로 분쇄한다. 예를 들어, 목분의 입도가 120 메쉬 미만의 크기일 경우, 그 입도가 커서 바이오플라스틱 복합재 최종 제품의 표면이 거칠고 신장률과 인장강도가 저하됨으로써, 이때 목분의 함량을 최대치로 혼합할 경우 최종제품의 품질이 저하된다. 다른 한편으로, 목분의 입도가 300 메쉬를 초과하면 그 입도가 작아, 목분의 섬유질 성분의 물성 파괴가 초래된다. 따라서 목분의 분쇄 입도는 120 내지 300 메쉬로 하는 것이 가장 바람직하다.
전처리단계(S120)는 상기 목분과 화학 용제를 섞고 20 내지 30 ℃의 온도에서 4 내지 5시간 동안 교반하고 여과하여 추출물로 목분의 복합 매트릭스(matrix)인 리그닌(lignin) 등을 제거된 고체상의 성분만을 포함하는 목분을 회수하여 건조한다. 이러한 본 발명의 전처리단계는 상기 처리 시간과 온도는 상기 제시된 범위가 적절하며, 만약 상기 범위를 벗어나는 경우 경제성 및 화학 용제의 효율성이 저하된다.
그리고 상기 화학 용제로는 아세트산, 에틸 아세테이트 및 물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
함침단계(S130)는 상기 회수된 목분에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액을 함침 시킨다. 이와 같은 함침단계는 이후 복합재 제조과정에서 합성수지인 폴리프로필렌 수지와의 계면 접착력을 향상시키기 위한 처리 작업이다.
상기 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액은 물 용매상에서 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 28.0 내지 31.0 중량%로 함유된 것을 특징으로 한다.
상기 회수된 목분과 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액의 혼합 비율은 1:4 내지 1:8의 비율로 목분에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 함침한 후, 건조단계(S140)로 70 내지 90 ℃의 건조온도에서 감압 건조시키는 것이 적절하다. 여기서, 상기 혼합 비율을 벗어나는 경우에는 균일하지 않은 함침으로 인하여 최종 제조된 바이오플라스틱 복합재의 물성 편차가 발생하는 단점이 있다.
이후, 바이오플라스틱 제조단계는 바이오플라스틱 복합재 총량에 대해서 상기 건조단계(S140)를 마친 목분 5 내지 15 중량%에 폴리프로필렌 수지 80 내지 90중량% 및 첨가제 0.01 내지 5 중량%를 용융 혼련 방법으로 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 압출가공 한다. 여기서 상기 범위의 조성에서 압출 가공 작업의 안정성 및 균일한 물성 수준으로 바이오플라스틱 복합재의 제조가 가능하다.
또한, 상기 첨가제로는 무기물인 탄산칼슘이나 이산화티탄, 분산제 및 왁스 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질이며, 상기 첨가제 중 둘이 상의 물질을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 상기 첨가제는 재료의 분산증대를 위해 분배 균일화하는 목적으로 사용된다.
상기 제시된 첨가제 중 둘 이상의 물질을 혼합하여 사용할 경우, 바이오플라스틱 복합재 총량에 대해서 0.01 내지 5 중량% 내에서 물질의 비율을 적절하게 조절하여 첨가할 수 있다.
예를 들면, 이산화티탄 2 내지 3 중량%, 분산제 1 내지 2 중량% 및 왁스 1 내지 2 중량%가 첨가될 수 있다.
구체적으로, 무기물로서 탄산칼슘이나 이산화티탄은 그 함량이 기준치 미만이면 무기물의 부족으로 인해 폴리프로필렌 수지 또는 그 혼합물과 목분과의 혼합성이 촉진되지 못하게 되고, 또한 그 함량이 기준치를 초과되면 혼련성과 생산성이 떨어지므로 탄산칼슘이나 이산화티탄은 위에 설명한 함량에 미달되거나 기준치를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 여기서 상기 탄산칼슘 대신에 탈크, 실리카, 마이카 등의 무기물로 대체 사용할 수 있다.
상기 분산제는 목분과 폴리프로필렌 수지의 원활한 혼합과 분산을 돕는 목적으로 사용하며, 바람직하게 상기 분산제로는 마그네슘, 칼슘스테아린, 아연스테아린을 사용할 수 있으며, 그 함량이 기준치 이하이면 분산역할이 부족하고, 기준치 이상이면 환경오염과 인체유해성 기준치를 초과할 수 있다.
상기 왁스는 에틸렌 비스스테아르아미드(ethylene bisstearamide, EBS), 폴리프로필렌(polypropylene, PP)또는 폴리에틸렌(polyethylene, PE)계열의 왁스(p-wax)를 사용할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바이오플라스틱은 앞서 설명한 바와 같은 바이오플라스틱 복합재 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재의 제조방법에 따라 바이오플라스틱 분산재를 제조할 수 있으므로, 폐목재, 목재 생산의 폐기물로 톱밥 등 버려지는 자원을 재활용하여 자원 절약에 기여하는 바이오플라스틱을 제공하는 효과가 있다.
또한, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 목분을 이용한 바이오플라스틱 및 그 제조방법에 의하면, 그 동안 여러 연구자들이 해결하고자 했던 복합재 압출 제조 과정의 안정성 및 균일성을 제공하게 되어 산업적으로 활용도가 매우 높은 기술을 제공하게 됨으로써 많은 분야에서 쓰일 수 있는 부가적인 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법을 나타낸 순서도이다.
이하 본 발명을 바람직한 실시예 및 비교예에 의해 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 하기 실시예와 비교예에서 사용되는 구성성분으로 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액은 (주)롯데케미칼 사의 GWD1901을 사용하고, 폴리프로필렌 수지는 (주)한국 한화토탈 사의 BJ750를 사용하였다. 또한, 첨가제는 이산화티탄, 분산제 및 왁스가 혼합된 것을 사용하였다.
실시예 1은 목재를 건조 후 분쇄기를 통해 분쇄된 120 메시의 목분을 화학 용액에 침지하는 전처리 단계를 거쳐 회수된 목분을 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액과 1:4 비율로 혼합하여 함침하고 건조한다. 이후, 폴리프로필렌 수지 80 중량%, 상기 함침된 목분 15 중량%, 첨가제 5%를 포함한 혼합물을 반죽기(kneader)에서 1차 혼합한 후, 압출기에서 2차 용융 혼합을 통하여 최종적으로 바이오플라스틱 복합재를 제조한다.
구체적으로 본 발명의 바이오플라스틱 복합재의 제조단계는 목분과 폴리프로필렌 수지와 혼합하고 압출하어 펠렛 형태의 바이오플라스틱 복합재를 제조하는 단계로, 반죽기(kneader)에서 가열 환류를 통해 휘발분 가스를 제거하고, 180℃온도로 가열하여, 가소화 용융시켜 재료간 분산 및 혼련을 보다 정밀하게 한다. 이후, 이축압출기를 통해 150 내지 200℃의 온도로 직경 약 5mm, 두께 약 2 내지 3 mm 정도 크기의 바이오플라스틱 복합재 펠렛을 만든다.
실시예 2는 240 메시의 목분을 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 목분과 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액을 1:6의 비율로 혼합하여 함침 및 건조시켰다. 이후 폴리프로필렌 수지 85 중량%, 상기 함침된 목분 10 중량%, 첨가제 5%로 하여 최종 바이오플라스틱 복합재를 제조한다.
실시예 3은 240 메시의 목분을 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 목분과 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액을 1:8의 비율로 혼합하여 함침 및 건조시켰다. 이후 폴리프로필렌 수지 85 중량%, 상기 함침된 목분 10 중량%, 첨가제 5%로 하여 최종 바이오플라스틱 복합재를 제조한다.
비교예 1은 120 메시의 목분을 리그닌(lignin) 등을 제거하는 전처리단계와 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액의 함침단계를 거치지 않고 건조시켰다. 이후 폴리프로필렌 수지 80 중량%, 목분 15 중량%, 첨가제 5%를 반죽기(kneader)에서 1차 혼합한 후, 압출기에서 2차 용융 혼합을 통하여 최종적으로 바이오플라스틱 복합재를 제조한다.
비교예 2는 120 메시의 목분을 리그닌(lignin) 등을 제거하는 전처리단계를 거치지 않고, 목분을 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액과 1:4 비율로 혼합하여 함침하고 건조한다. 이후 폴리프로필렌 수지 80 중량%, 상기 함침된 목분 15 중량%, 첨가제 5%를 반죽기(kneader)에서 1차 혼합한 후, 압출기에서 2차 용융 혼합을 통하여 최종적으로 바이오플라스틱 복합재를 제조한다.
비교예 3은 120 메시의 목분을 리그닌(lignin) 등을 제거하는 전처리단계를 거치지 않고, 목분을 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액과 1:4 비율로 혼합하여 함침하고 건조한다. 이후 폴리프로필렌 수지 80 중량%, 상기 함침된 목분 15 중량%, 첨가제 5%를 반죽기(Kneader)에서 1차 혼합한 후, 압출기에서 2차 용융 혼합을 통하여 최종적으로 바이오플라스틱 복합재를 제조한다.
비교예 4는 120 메시의 목분을 화학 용액에 침지하는 전처리 단계 및 목분회수단계를 거쳐 회수된 목분을 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액과 1:4 비율로 혼합하여 함침하고 건조한다. 이후 폴리프로필렌 수지 60 중량%, 상기 함침된 목분 35 중량%, 첨가제 5%를 반죽기(kneader)에서 1차 혼합한 후, 압출기에서 2차 용융 혼합을 통하여 최종적으로 바이오플라스틱 복합재를 제조한다.
하기 표 1은 상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 4에서의 제조방법에 의해 제조되는 바이오플라스틱 복합재의 조성을 간략하게 나타낸 것으로, 표 1에서 (A)은 본 발명의 전처리단계(S120)로 화학 용제의 침지 처리 유무를 나타낸 것이고, (B)는 함침단계(S140)에서 목분과 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 용액의 혼합 비율을 나타낸 것이다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4
(A) 처리 유 처리 유 처리 유 처리 무 처리 무 처리 유 처리 유
(B) 1 : 4 1 : 6 1 : 8 - 1 : 4 - 1 : 4
폴리프로필렌
(중량%)		 80 85 90 80 80 80 60
목분(중량%) 15 10 7 15 15 15 35
첨가제
(중량%)		 5 5 3 5 5 5 5
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 4 에서 제조한 바이오플라스틱 복합재 각각을 인장물성, 충격강도 측정법에서 제시한 시편으로 사출 성형한 후, 하기 측정방법에서 제시하는 방법으로 물성을 측정한다.
인장강도 측정방법은 ASTM D 638(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 덤벨형 모양의 측정 시편을 만들어 만능강도시험기를 이용하여 인장방향으로 시편이 파단될 때까지 하중(N)을 가하여 인장강도(Tensile Strength)를 측정한다. 이를 통해 최대하중(N) 값을 초기 시편의 단면적(m2)으로 나누어 측정 시편의 인장강도(MPa)를 계산하고, 파단점까지 늘어난 시편의 길이를 초기 시편의 길이로 나누어 신율(%)을 계산한다.
충격강도 측정방법은 ASTM D 256(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 노치(notch)가 형성된 모양의 측정용 시편을 만들어 아이조드 충격기(Izod impactor)를 사용하여 충격강도(Impact Strength) 값을 측정하였다.
굴곡강도 및 국곡탄성율의 측정방법은 ASTM D 790(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 굴곡강도(Flexural strength)와 굴곡탄성율(Flexural modulus) 값을 측정하였다.
이와 같이 측정 방법 측정한 물성의 결과 값을 하기 표 2에 나타내었다.
구분 압출
작업성		 인장강도
(MPa)		 굴곡강도
(MPa)		 굴곡탄성율
(MPa)		 충격강도
(J/m)
실시예 1 양호 28 35 3002 67
실시예 2 양호 26 34 2997 65
실시예 3 양호 25 31 2994 65
비교예 1 불량 12 22 2214 32
비교예 2 불량 16 24 2402 37
비교예 3 불량 14 23 2306 34
비교예 4 양호 18 26 2500 41
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 화학 용액 처리 후 무수말레익산이그라프트된 폴리프로필렌 물질과 혼합하여 함침하는 함침단계를 거친 복합재를 폴레프로필렌 수지 및 첨가자와의 특정 배합비율로 혼합하여 제조한 본 발명의 실시예 1 내지 3의 경우, 특정 배합비율을 벗어난 비교예 4 및 목분에 화학 용제를 통한 리그닌 등의 제거하는 전처리단계, 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 함침하는 함침단계 중 어느 한 가지라도 빠진 비교예 1 내지 3에서와 비교하였을 때 인장강도, 충격강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 압출 작업성에서 우수한 값을 나타냄을 확인할 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 나타나는 우수한 인장강도, 충격강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 압출 작업 성능은 목분을 화학적으로 전처리하여 리그닌(lignin) 등의 제거와 목분과 합성수지간의 혼합의 적정비율을 통해 바이오플라스틱 복합재의 제조 시 균일성 및 제조공정의 안정성을 확보할 수 있게 하며, 또한 이는 바이오플라스틱의 균일성도 나타내는 물성치로서 바이오플라스틱 분산재 제조 과정뿐만 아니라 최종 바이오플라스틱 제품에서의 균일성을 확보할 수 있음을 나타낸다.

Claims (12)

  1. 목재를 건조시킨 후 분쇄하여 목분을 얻는 건조분쇄단계;
    상기 목분을 화학 용제와 교반한 후 여과하고, 여과된 목분을 건조하는 과정을 순차적으로 수행하여 목분의 고체상 성분을 회수하는 전처리단계;
    상기 회수된 목분에 액상의 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 함침하는 함침단계;
    상기 함침된 목분을 건조하는 건조단계; 및
    상기 건조단계를 마친 목분에 폴리프로필렌 수지 및 첨가제를 혼합한 후 압출성형하는 바이오플라스틱 복합재 제조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오플라스틱 복합재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학 용제는 아세트산, 에틸 아세테이트 및 물 중에서 선택되는 어느 하나이상인 것을 특징으로 하는 바이오플라스틱 복합재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 함침단계는 목분과 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 1:4 내지 1:8의 비율로 목분에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 함침시키는 것을 특징으로 하는 바이오플라스틱 복합재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 건조분쇄단계는 상기 목재를 진공감압의 조건으로 50 내지 90 ℃의 온도로 가열하여 수분함량이 3 내지 5%가 되도록 건조하는 시키는 것을 특징으로 하는 바이오플라스틱 복합재의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 건조분쇄단계는 4 내지 5시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 바이오플라스틱 복합재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전처리단계는 상기 목분과 상기 화학 용제를 20 내지 30 ℃의 온도로 4 내지 5시간 동안 교반하는 것을 특징으로 하는 바이오플라스틱 복합재의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 건조단계는 70 내지 90 ℃의 건조온도에서 감압 건조시키는 것을 특징으로 하는 바이오플라스틱 복합재의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바이오플라스틱 복합재 제조단계는 상기 바이오플라스틱 총량에 대해서 상기 건조단계를 마친 목분 5 내지 15 중량%, 상기 폴리프로필렌 수지 80 내지 90중량% 및 첨가제 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오플라스틱 복합재의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 탄산칼슘, 이산화티탄, 분산제 및 왁스를 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오플라스틱 복합재의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분산제는 마그네슘, 칼슘스테아린 및 아연스테아린 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 바이오플라스틱 복합재의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 왁스는 에틸렌 비스스테아르아미드(ethylene bisstearamide, EBS), 폴리프로필렌(polypropylene, PP)계열 및 폴리에틸렌(polyethylene, PE)계열 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 바이오 플라스틱 복합재의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 바이오플라스틱 복합재.
KR1020150163164A 2015-11-20 2015-11-20 목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 복합재 KR101755892B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150163164A KR101755892B1 (ko) 2015-11-20 2015-11-20 목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 복합재

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150163164A KR101755892B1 (ko) 2015-11-20 2015-11-20 목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 복합재

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170059175A true KR20170059175A (ko) 2017-05-30
KR101755892B1 KR101755892B1 (ko) 2017-07-07

Family

ID=59053092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150163164A KR101755892B1 (ko) 2015-11-20 2015-11-20 목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 복합재

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101755892B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113789029A (zh) * 2021-09-29 2021-12-14 杭州师范大学 一种木塑复合材料制备方法
KR102377749B1 (ko) * 2022-01-06 2022-03-23 오형섭 목분을 사용한 생분해성 고분자 복합체 및 그 제조방법
CN114261163A (zh) * 2021-11-02 2022-04-01 江苏福瑞森塑木科技股份有限公司 一种耐腐蚀抗静电塑木复合材料及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102415879B1 (ko) 2022-03-02 2022-07-01 김연수 친환경 생분해성 목분 플라스틱 및 이의 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013076783A1 (ja) 2011-11-25 2013-05-30 前田工繊株式会社 合成木材の製造方法及び合成木材
KR20130112234A (ko) 2012-04-03 2013-10-14 (주)엘지하우시스 합성목재 및 그 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113789029A (zh) * 2021-09-29 2021-12-14 杭州师范大学 一种木塑复合材料制备方法
CN114261163A (zh) * 2021-11-02 2022-04-01 江苏福瑞森塑木科技股份有限公司 一种耐腐蚀抗静电塑木复合材料及其制备方法
CN114261163B (zh) * 2021-11-02 2023-08-11 江苏福瑞森塑木科技股份有限公司 一种耐腐蚀抗静电塑木复合材料及其制备方法
KR102377749B1 (ko) * 2022-01-06 2022-03-23 오형섭 목분을 사용한 생분해성 고분자 복합체 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101755892B1 (ko) 2017-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3019609C (en) Cellulosic composites comprising wood pulp
Gallos et al. Lignocellulosic fibers: a critical review of the extrusion process for enhancement of the properties of natural fiber composites
Georgopoulos et al. Thermoplastic polymers reinforced with fibrous agricultural residues
KR101322598B1 (ko) 천연 분말을 이용한 사출형 복합재료의 제조방법 및 이에 의한 천연 분말을 이용한 사출형 복합재료
EP2953997B1 (de) Mikrostrukturiertes kompositmaterial, verfahren zu dessen herstellung, formkörper hieraus sowie verwendungszwecke
CN104204073B (zh) 由再循环和可再生的成分形成的长纤维热塑性塑料
KR101755892B1 (ko) 목분을 이용한 바이오플라스틱 복합재 제조방법 및 이에 의해 제조된 바이오플라스틱 복합재
Chen et al. Biocomposites based on rice husk flour and recycled polymer blend: effects of interfacial modification and high fibre loading
CA2676961A1 (en) Resin pellet from recycled waste
KR102181876B1 (ko) 이차전지 폐분리막을 이용한 복합수지 조성물의 제조 방법
KR101383621B1 (ko) 인장강도 및 굴곡강도가 향상된 재활용 폴리프로필렌 고분자 복합재료 조성물 및 그 제조방법
Cavus et al. Effect of wood particle size on selected properties of neat and recycled wood polypropylene composites
Barczewski et al. Mechanical properties, microstructure and surface quality of polypropylene green composites as a function of sunflower husk waste filler particle size and content
EP2216365A1 (en) Composite materials made using waste materials and methods of manufacturing such
KR20220036119A (ko) 표면처리된 부산석고를 포함하는 생분해성 필름 조성물 및 이의 제조방법
KR101208107B1 (ko) 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱의 제조방법
Rohit et al. Tensile and impact behaviour of thermoplastic BOPP/milk pouches blends reinforced with sisal fibers
KR101746583B1 (ko) 버개스를 이용한 셀룰로우스 파이버 제조방법
KR101567196B1 (ko) 고강성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물
JP2002225011A (ja) 成形用木質系組成物及びその製造方法
JP2015516895A (ja) バイオマスペレットを用いた自動車内装材用プラスチック成形品及びその製造方法
JP3509751B2 (ja) 熱可塑性複合成形材料、その製造方法及びそれを用いた成形体の製造方法
KR20230083779A (ko) 경기장용 바닥재
Rana Development and characterization of compression molded flax fiber-reinforced biocomposites
KR20150104448A (ko) 셀룰로오스 분말을 포함하는 바이오매스 펠렛을 이용한 자동차 내장재용 플라스틱

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant