KR20230078010A - 곡물이 함유된 생분해성 조성물 및 이를 이용한 가공품 제조방법 - Google Patents

곡물이 함유된 생분해성 조성물 및 이를 이용한 가공품 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일라이트 및 쌀 분말을 포함하는 생분해성 조성물 및 이를 이용한 가공품 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 생분해성 조성물은, 일라이트 100 중량부, 그리고 쌀 분말 30 ~ 70 중량부, 그리고 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 열가소성 전분(TPS), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 알리파틱 폴리에스테르(AP), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리에틸렌숙시네이트(PES), 폴리에틸렉숙시네이트(PES), 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리카프로락톤(PCL) 중 적어도 하나를 더 포함하는 생분해성 수지를 포함하는 주제 90 내지 250 중량부를 포함할 수 있다.

Description

곡물이 함유된 생분해성 조성물 및 이를 이용한 가공품 제조방법{BIODEGRADABLE COMPOSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING PRODUCT USING THE SAME}
본 발명은 일라이트 및 쌀 분말을 포함하는 생분해성 조성물 및 이를 이용한 가공품 제조방법에 관한 것이다.
일라이트(illite)란 일종의 점토광물(Clay minerals)로서 지표에 있는 규산염(Silicate) 광물의 화학풍화 산물이다. 주성분은 이산화규소와 산화알루미늄이다.
이러한 일라이트는 미국 일리노이주에서 1937년 Grim 교수가 처음으로 발견하여 ILLITE라 명명하였으며, 펜실베니아주, 캐나다 퀘백주, 호주, 이리노이주에 소량 분포하며, 대한민국 충북 영동에 세계 최대 매장량이 있는 것으로 학계에 알려져 있다.
한편, 일반적으로 식품 등이 수용되는 포장용기 등의 가공품 들은 폴리프로필렌(pp) 또는 폴리에틸렌(PE)과 같은 수지 재료 들을 사출 성형 등으로 가공하여 제조된다(종래기술 참조 한국 특허공보 제10-1994-0011298호).
그러나 상기한 종래기술은 곰팡이, 박테리아 등의 증식을 효과적으로 억제할 수 없다고, 종래기술과 같이 수지(플라스틱) 재료 들을 사용할 경우 매립하여 폐기 시 수백 년이 소요되어 환경 친화적이지 않다는 문제점 등이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 곰팡이 및 박테리아 등의 증식을 효과적으로 억제할 수 있도록 하는 일라이트를 포함하는 생분해성 조성물 및 이를 이용한 가공품 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 쌀을 이용하여 간단한 공정으로 우수한 물성 및 안정성을 확보하고, 나아가 합성 플라이스틱이 갖는 환경적인 문제를 해소할 수 있는 환경 친화적인 생분해성 조성물 및 가공품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명에 따른 생분해성 조성물은, 일라이트 100 중량부, 그리고 쌀 분말 30 ~ 70 중량부, 그리고 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 열가소성 전분(TPS), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 알리파틱 폴리에스테르(AP), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리에틸렌숙시네이트(PES), 폴리에틸렉숙시네이트(PES), 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리카프로락톤(PCL) 중 적어도 하나를 더 포함하는 생분해성 수지를 포함하는 주제 90 내지 250 중량부를 포함할 수 있다.
또한 상기 생분해성 수지는, 이소소르비드를 포함하는 천연 가소제, 및 나노키틴 또는 나노셀룰로오스를 포함하는 천연 보강제를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 일라이트는, 이산화규소 100 중량부, 상기 이산화규소 100 중량부 대비 산화 알루미늄 60 내지 75 중량부, 산화철 5 내지 8 중량부, 이산화 타이타늄 0.4 내지 0.7 중량부, 산화 마그네슘 0.7 내지 12 중량부, 산화나트륨 0.5 내지 1.0 중량부, 산화칼륨 18 내지 21 중량부, 및 산화칼슘 0.04 내지 0.08 중량부를 포함할 수 있다.
아울러 상기 생분해성 조성물을 이용한 가공품 제조 방법은, 교반기를 통해 상기 일라이트, 쌀 분말 및 주제를 교반하는 교반단계(S10), 그리고 압출기와 다이를 통해 상기 생분해성 조성물을 압출 성형하여 성형품으로 제조하는 성형단계(S20), 그라고 냉각기를 이용하여 상기 성형품을 냉각하는 단계(S31) 및 절단기를 통해 상기 성형품을 절단하여 가공품으로 제조하는 단계(S32)를 포함하는 가공단계(S30), 그리고 진동선별기를 이용하여 상기 가공품을 크기 별로 분류하는 단계(S41), 건조기를 이용하여 상기 가공품을 건조하는 단계(S42), 상기 가공품을 포장하는 단계(S43) 중 적어도 하나를 포함하는 후처리단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 일라이트를 포함함으로써, 곰팡이 및 박테리아 등의 증식을 효과적으로 억제할 수 있다는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 쌀 분말 및 생분해성 수지를 이용하여 간단한 공정으로 우수한 물성 및 안정성을 확보하고, 나아가 합성 플라이스틱이 갖는 환경적인 문제를 해소할 수 있는 환경 친화적인 제품을 제공할 수 있다는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 조성물을 통해 제조된 본 용기와 일반적인 종래 용기에 과일이 수용된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 용기에 수용되어 5일 동안 보관된 과일의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 종래 용기에 수용되어 5일 동안 보관된 과일의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 조성물을 이용한 가공품 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 5는 가공장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결" 되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 조성물은 사출 성형, 브로우 성형, 진공 성형 등을 통해 가공되어 용기, 필름 등의 가공품으로 제조되는 조성물에 관한 것으로, 이하에서는 설명의 편의상 '본 조성물'이라 칭하기로 한다.
본 조성물(본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 조성물)은 일라이트, 쌀 분말 및 주제를 포함한다.
본 조성물은 일라이트 100 중량부, 쌀 분말 30 ~ 70 중량부, 주제 90 내지 250 중량부를 포함한다.
상기 주제는 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 열가소성 전분(TPS), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 알리파틱 폴리에스테르(AP), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리에틸렌숙시네이트(PES), 폴리에틸렉숙시네이트(PES), 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리카프로락톤(PCL) 중 적어도 하나를 포함하는 생분해성 수지를 포함한다.
폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 열가소성 전분(TPS), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 알리파틱 폴리에스테르(AP), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리에틸렌숙시네이트(PES), 폴리에틸렉숙시네이트(PES), 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리카프로락톤(PCL) 중 적어도 하나를 포함하는 상기 생분해성 수지는 폐기 시에 소각처리 하지 않고 단순히 매립하는 것만으로 수개월 내지 수년이내에 물, 이산화탄소, 메탄가스, 바이오매스 등으로 완전 분해되는 플라스틱(생분해성 바이오플라스틱)을 말한다.
생분해성 수지에 포함될 수 있는 각각의 성분을 설명하면, 폴리락트산(폴리 젓산, PLA)(천연물계)은 옥수수나 사탕수수와 같은 자연물에 함유되어 있는 젖산의 발효 과정에서 얻어지는 생물중합체이다. 자연물에서 생산되는 물질이므로 친환경성, 무독성, 생분해성, 생물호환성 등이 우수하다.
상기 PBAT(Polybutylene Adipate-co-Terephthalate)(화학합성계, 석유계)는 화석연료 기반의 생분해성 플라스틱으로 1,4-부탄디올, 아디프산, 테레프탈산 등으로 이루어진 공중합 폴리에스테르(지방족-방향족)이다.
PBAT는 우수한 인장 및 내열강도, 일정기간 동안의 내구성과 시간에 따른 적절한 생분해도, 뛰어난 가공성을 두루 갖추고 있으며, 현재 용기(예시적으로 식품 용기), 필름, 사출품, 멀칭필름, 쇼핑백, 봉투, 롤백, 일회용 제품(포크, 숟가락, 그릇, 위생장갑, 식탁보, 장례용품 등)에 적용되고 있다.
생분해성 수지에서 PLA 및 PBAT가 함께 사용될 경우에는 1 : 0.8∼1.2의 중량비, 바람직하게는 1: 0.9∼1.1 중량비로 사용될 수 있다.
PLA가 상기 범위 미만으로 사용될 경우에 원하는 물성을 얻기 어려우며, 상기 범위를 초과할 경우에 복합 수지의 가공성이 저하된다.
상기 열가소성 전분(thermoplastic starch, TPS)(천연물계)은 천연 전분을 의미하거나, 물리적 또는 효소적으로 변성되어 전분 과립 내에 곡류용식물 또는 콩과 식물의 종자, 덩이줄기, 뿌리, 구근, 줄기 및 과실 내에 천연적으로 존재하는 전분 알갱이에서 보이는 것과 유사한 반결정질 구조가 유지되어 있는 전분이다. 전분 분말을 적절한 가소제를 이용하여 열가소성을 갖도록 한 것이다.
폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoate, PHA)(천연물계)는 미생물 세포 내에 축적되는 열가소성의 천연 폴리에스터 고분자로써, 생분해성 소재로 퇴비화가 가능하고, 유독성 폐기물 발생이 없는 것이다.
알리파틱 폴리에스테르(Aliphatic polyester, AP)(천연물계)는 생분해성 이식성 고분자의 일종으로 조직공학, 약물 운반체, 의료기기 등에 스캐폴드(scaffold)로서의 가능성을 보여주고 있는 것이다.
폴리부틸렌 숙시네이트(Polybuthylene Succinate, PBS)(화학합성계, 석유계)는 생분해성 지방족 Polyester로서 압출, 시트, 사출, 코팅 등에 사용 가능한 원료이다. PBS는 석유 유래 원료 중합합성을 통해 만들어지는 석유계 플라스틱으로 생분해가 되는 제품이다. 미생물에 의한 생분해가 우수하고 탄소저감 효과가 뛰어나 일회용품이나 산업용 사출 성형 제품 등으로 사용되고 있다.
폴리에틸렌숙시네이트(polyethylene succinate, PES) 103??106 ㅀC의 융점을 갖는 지방족 합성 폴리에스터로, 에틸렌 옥사이드와 숙신산 무수물의 개환 중합 또는 숙신산과 에틸렌 글리콜의 중축합에 의해 생성된다.
폴리비닐 알콜(Poly(vinyl alcohol), PVA)(화학합성계, 석유계)은 비닐 알코올의 중합체로서 섬유산업의 사이징제, 제지산업의 코팅제, 접착제, 중합촉진제, 플라스틱 산업의 주형 합성제, 의류나 산업용 섬유, 편광 및 포장용 필름, 분리용 필터 및 의료용 재료에 이르기까지 여러 방면에 널리 이용되고 있는 고분자물질이다
폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL)은 약 60 ℃의 낮은 융점 및 약 -60 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 생분해 성 폴리에스테르이다. 폴리카프로락톤의 가장 일반적인 용도는 특수 폴리 우레탄 생산에 있다. 생체적합성이 우수한 것으로 알려져 있어 의료용품 소재로도 널리 사용되고 있다.
이와 같이, 본 조성물은 사출 성형 또는 압출 성형 또는 진공 성형 등의 방법으로 가공되어 용기 등의 가공품으로 제조될 수 있다.
상기한 본 가공품은 예시적으로 용기(식품 용기), 필름, 멀칭필름, 사출품, 쇼핑백, 봉투, 롤백, 일회용 제품(포크, 숟가락, 그릇, 위생장갑, 식탁보, 장례용품 등) 등일 수 있다.
일반적으로 종래기술과 같이 PP 또는 PE 등을 사용하여 상기한 가공품으로 제조할 경우, 매립 시에 분해까지 수백년이 걸리는 등의 문제점이 있다. 그러나 본 조성물은 상술한 바와 같이 생분해성 복합 수지를 포함하므로, 폐기 시에 자연 분해되어 환경 친화적이라는 이점이 있다.
또한 주제는 이소소르비드를 포함하는 천연 가소제를 포함할 수 있다. 천연 가소제는 생분해성 수지의 유연성을 높이기 위해 첨가되는 것이다. 생분해성 수지에서 이소소르비드는 생분해성 수지 100중량부에 대하여 15 내지 24 중량부가 포함될 수 있다.
또한 생분해성 수지는 나노키틴 또는 나노셀룰로오스를 포함하는 천연 보강제를 포함할 수 있다.
천연 보강제는 생분해성 바이오플라스틱(생분해성 수지)의 떨어지는 물성을 보강할 수 있는 생분해성 보강제로, 기존의 무기물질로 된 보강제의 문제점을 해결해줄 수 있는 것이다.
나노셀룰로오스와 나노 키틴은 유기 입자로서 고분자 소재와의 계면 에너지가 상대적으로 낮을 뿐 아니라, 셀룰로오스 및 키틴 사슬에 있는 에테르 (ether) 및 히드록시 그룹은 바이오플라스틱과 유사한 구조를 공유한다.
따라서, 나노셀룰로오스와 나노키틴은 바이오플라스틱과 혼화성이 상대적으로 높다. 이러한 나노복합체의 혼화성은 기계적 보강 효과와 직결된다. 그 이유는 나노입자의 분산성이 높을 때 적은 양 으로도 높은 보강 효과를 나타내기 때문이다.
다음으로, 나노셀룰로오스와 나노키틴은 생분해 및 열 분해될 수 있다. 소각 시 바이오플라스틱 기질과 함께 분해된다. 특히, polylactic acid(PLA), polybutylene succinate(PBS), polyhydroxyalkanoates(PHA)와 같은 생분해 바이오플라스틱과 복합화 되었을 때 장점이 크다. 이들을 포함하는 복합체는 매립 시 기질과 함께 미생물에 의해 분해된다.
본 발명에 있어서, 용어 "나노셀룰로오스" 및 "나노키틴"은 미세 셀룰로오스 또는 키틴이 나노미터(nm) 또는 마이크로미터(㎛) 크기의 막대형태 입자 혹은 섬유형태를 이루는, "나노-구조화된 셀룰로오스" 또는 "나노-구조화 된 키틴"을 의미한다.
생분해성 수지(생분해성 복합 수지)에서 천연 보강제는 생분해성 수지 100중량부에 대하여 9 내지 15 중량부가 포함될 수 있다.
본 조성물에 100 중량부가 포함되는 일라이트는 광물학적 구조가 점토질 구조로 되어 있고, 비중 2.6∼2.9, 알루미늄이 풍부한 이질 또는 응회암질 퇴적암 중에 산출되며, 열수성 광상모암의 변질광물로서 산출된다. 또한, 일라이트는 구조상 미세한 다공질로서 강력한 흡착기능과 이온교환기능을 가지고 있고, 자연 상태에서 음이온 및 원적외선을 방사하는 것으로 알려져 있다.
일라이트는 이산화규소, 산화 알루미늄, 산화철, 이산화 타이타늄, 산화 마그네슘, 산화나트륨, 산화칼륨, 및 산화칼슘을 포함된 것일 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 일라이트는 이산화규소 100 중량부 대비, 산화 알루미늄 60 내지 75 중량부, 산화철 5 내지 8 중량부, 이산화 타이타늄 0.4 내지 0.7 중량부, 산화 마그네슘 0.7 내지 12 중량부, 산화나트륨 0.5 내지 1.0 중량부, 산화칼륨 18 내지 21 중량부, 및 산화칼슘 0.04 내지 0.08 중량부를 포함할 수 있다.
이산화규소는 내열성이 우수하고 낮은 열팽창계수를 가지는 것으로, 본 조성물의 우수한 내열성과 열 변형을 억제하도록 한다.
산화 알루미늄은 본 조성물에 강도와 경도, 내부식성, 내마모성을 부가하기 위해 채용되었고, 60 중량부 미만이 사용될 경우 상기한 효과를 기대할 수 없으며 75 중량부를 초과하여 사용할 경우 상기한 효과들의 향상을 기대할 수 없으면서 본 조성물에 가격 경쟁력을 저하시키는 문제점이 있다.
산화철은 산화제이철일 수 있으며, 산화제이철은 본 조성물로 제조되는 본 가공품이 적색을 내도록 하고(후술하는 도 2 참조), 수분, 햇빛, 열 등에 본 가공품이 안정성을 갖도록 하기 위해 사용되었다. 산화제이철이 5 중량부 미만이 사용될 경우 상기한 효과를 기대할 수 없고 8 중량부를 초과하여 사용될 경우 본 가공품의 무게를 지나치게 높인다는 문제점이 있다.
이산화 타이타늄은 독성이 없으며, 특히 산화력이 커서 항균 작용이 커 살균 작용을 하고 악취제거를 하는 효능이 있는 것이다. 따라서 본 조성물로 제조되는 본 가공품으로 하여금 박테리아 등의 증식을 억제하도록 하여 본 가공품(예시적으로 용기)에 인접한 내용물의 신선도를 효과적으로 유지할 수 있도록 한다는 이점이 있다.
이산화 타이타늄은 0.4 미만이 사용될 경우 상기한 효과를 기대할 수 없으며 1.0 중량부를 초과하여 사용될 경우, 상기한 효과의 향상은 없으면서 본 조성물의 가격 경쟁력을 저하시키는 문제점이 있다.
상기와 같이, 이산화규소, 산화 알루미늄, 산화철, 이산화 타이타늄, 산화 마그네슘, 산화나트륨, 산화칼륨, 및 산화칼슘을 포함하는 일라이트는 (20ㅁ3)℃ 온도와 (40ㅁ3)%R.h. 습도 조건 하에서 방사선량을 측정한 결과, 표면선량은 0.11ㅁ0.015μSv/h 이 측정되었고 계측실선량(background)은 0.10ㅁ0.015μSv/h 이 측정되어 한국의 환경방사선량 기준 범위(0.05 ~ 0.30μSv/h) 이내에 있어 기준치를 만족하는 것으로 나타났다. 즉, 본 조성물의 상기 일라이트는 식품 등이 수용되는 용기로서 사용될 수 있음을 알 수 있다.
상술하였듯이 일라이트는 원적외선을 방사한다고 하였는데, 상기한 원적외선은 곰팡이나 박테리아의 증식을 억제한다. 따라서 일라이트를 포함하는 본 조성물이 가공되어 제조된 상기 본 가공품은, 인접 배치되는 내용물의 곰팡이나 박테리아 등의 증식을 억제하여 상기 내용물의 신선도를 보다 효과적으로 유지할 수 있다는 이점이 있다.
상기 본 가공품은 상술하였듯이 용기 등일 수 있다고 하였는데, 상기 용기에 과일 등의 내용물이 수용되어 보관되는 경우 내용물의 신선도를 보다 효과적으로 유지할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 조성물을 통해 제조된 본 용기와 일반적인 종래 용기에 과일이 수용된 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 용기에 수용되어 5일 동안 보관된 과일의 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 종래 용기에 수용되어 5일 동안 보관된 과일의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2와 같이, 적갈색 용기가 본 조성물에 의해 제조된 본 용기(본 가공품)이며, 도 1 및 도 3과 같이 백색 반투명한 용기가 본 용기와 비교되는 종래의 일반적인 용기(종래 용기)이다. 상술한 바와 같이, 일라이트에 포함되는 산화제이철에 의해 본 용기의 색상은 적갈색을 띈다.
도 1과 같이, 상기 본 용기와 종래 용기 각각에 과일과 같은 내용물을 수용시키고, 약 5일 동안 상온에 보관 하였다.
약 5일 후에 본 용기와 종래 용기 각각에 수용된 내용물을 파악한 결과, 도 2와 같이, 본 용기에 수용된 내용물에는 곰팡이의 생성이 억제된 것을 확인할 수 있으나, 도 3과 같이 종래 용기에 수용되어 보관된 내용물은 곰팡이가 생성되어 증식된 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 조성물은 곰팡이 또는 박테리아 등의 증식을 효과적으로 억제할 수 있음을 확인할 수 있다.
다음으로, 본 조성물은 일라이트 100 중량부 대비 쌀 분말을 30~70 중량부를 포함할 수 있는데, 여기에서 쌀 분말은 생쌀을 소정 크기의 입자로 분쇄한 분말로서 첨가되는 것이 바람직한데, 반드시 이에 한정될 필요는 없고, 증숙 및 건조 후 파쇄된 형태, 스팀 증류를 이용하여 추출한 라이스 오일(rice oil)의 부산물, 기타 쌀 추출물의 부산물 또는 쌀 추출물 등으로 구성될 수도 있다.
쌀은 다른 곡물류보다 폴리펩티드로 이루어진 단백질과 섬유질을 적게 함유하고 있기 때문에 상용성이 좋아 우수한 물성의 제품을 제조할 수 있으며, 변색성, 흡수성 등이 적어서 화학적 안정성이 보장된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 조성물을 이용한 가공품 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이고, 도 5는 가공장치를 설명하기 위한 도면이다.
한편, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 조성물을 이용한 가공품 제조방법('본 방법'이라 함)에 대해 설명한다. 다만, 본 방법은 상술한 본 조성물을 이용한 가공품 제조방법으로서, 본 조성물과 동일하거나 상응하는 기술적 특징을 포함하므로, 앞서 살핀 구성과 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 방법은 교반단계(S10), 성형단계(S20), 가공단계(S30) 및 후처리단계(S40)를 포함한다.
본 방법은 본 조성물을 가공품으로 제조하는 가공장치(D)에 의해 수행되는데, 상기 가공장치(D)는 교반기(1), 코니칼(2), 압출기(3), 다이(4), 냉각기(5), 절단기(6), 진동선별기(7), 건조기(8) 등을 포함한다.
상기한 교반기(1), 코니칼(2), 압출기(3), 다이(4), 냉각기(5), 절단기(6), 진동선별기(7), 건조기(8) 등은 가공장치(D)의 프레임 구조물에 구비될 수 있다.
교반단계(S10)는 교반기(1)를 통해 주제 및 일라이트를 교반하여 상기한 본 조성물로 제조하는 단계이다.
상기한 주제 및 일라이트는 각각 원료통(0)에 수용되어 운반되어 상기 교반기(1)로 투입될 수 있다.
교반기(1)는 혼합기, 슈퍼믹서, 및 리더기(반죽기) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 교반기(1)에서 주제는 일라이트 100 중량부 대비 90 내지 250 중량부가 혼합되어 상술한 본 조성물로 제조된다.
성형단계(S20)는 압출기(3)와 다이(4)를 통해 상기 생분해성 조성물을 압출 성형하여 성형품으로 제조하는 단계이다.
교반단계(S10)에서 제조된 본 조성물은 상기 교반기(1)에서 배출되어 코니칼(2)(예시적으로 호퍼)을 통과하여 상기한 압출기(3) 측으로 이동할 수 있다.
상기 압출기(3)는 예시적으로 TWIN EXTRUDER 일 수 있고, 압출기(3)는 상기 본 조성물을 다이(4)측으로 가압하는 기능을 수행한다. 다이(4) 예시적으로 압출기(3) 후단에 구비되어 다수의 통공이 형성된 것일 수 있고, 압출기(3)에 의해 후단 측으로 가압되는 본 조성물은 다이(4)의 통공을 통과하며 특정 형성으로 성형될 수 있다.
여기에서 선단 및 후단은 본 방법을 수행하는 가공장치(D)에서 본 조성물, 성형품, 후술하는 가공품의 이동 방향을 기준으로 한 것으로, 상기한 본 조성물 등은 가공장치(D)에서 선단에서 후단으로 이동할 수 있다. 상기한 압출기(3)는 교반기(1)의 후단에 구비되고, 다이(4)는 압출기(3) 후단에 구비될 수 있다.
예시적으로 가공장치(D)는 다이(4)와 압출기(3) 사이에 구비되는 스크린 체인저(SCREEN CHANGER)를 포함할 수 있다.
가공단계(S30)는 냉각기(5)를 이용하여 상기 성형품을 냉각하는 단계(S31) 및 절단기(6)를 통해 상기 성형품을 절단하여 가공품으로 제조하는 단계(S32)를 포함한다.
상기 냉각기(5)는 상기 다이(4) 후단에 구비되어, 다이(4)를 통과하여 본 조성물이 성형된 성형품을 냉각하는 것이다. 예시적으로 냉각기(5)는 상기 성형품에 공기를 공급하는 에어공급부를 포함할 수 있다. 즉 냉각기(5)는 BELT TYPE 공냉 장치일 수 있다.
다이(4)를 통과하여 냉각된 성형품은 선단에서 후단 방향의 길이를 가지는 선형일 수 있으며, 상기 (S32) 단계는 선형상의 성형품을 소정 길이를 갖도록 절단하여 가공품으로 제조하는 단계이다.
절단기(6)는 예시적으로 펠렛타이저(PELLETIZER) 일 수 있으며, 상기한 펠렛타이저는 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이기 때문에 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
후처리단계(S40)는 진동선별기(7)를 이용하서 상기 가공품을 크기 별로 분류하는 단계(S41), 건조기(8)를 이용하여 가공품을 건조하는 단계(S42), 및 가공품을 포장하는 단계(S43) 중 적어도 하나를 포함한다.
진동선별기(7)는 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 것으로, 상기 가공품이 안착되어 일부가 통과되는 채와 상기 채를 진동시키는 바이브레이터 등을 포함하는 것이다. 진동선별기(7)는 절단기(6)의 후단에 구비되어 상기 가공품을 입도 별로 분류하도록 한다.
건조기(8)는 예시적으로 제습 드라이어일 수 있고, 상기한 (S42) 단계는 가공품을 건조하여 습기를 제거하는 단계일 수 있다.
(S43) 단계는 상기 가공품을 패킹용기 등에 수용 시켜 포장하는 단계로서, 본 방법에 의해 제조된 가공품은 상기 패킹용기 등에 포장되어 보관 및 출하될 수 있다.
한편, 본 조성물은 교반된 모르타르 상태일 때, 모르타르의 내부에서 친수성 성분이 흡수되거나 반응되는 것을 방지하여 건조를 방지하는 건조방지제를 더 포함할 수 있다.
이러한 건조방지제는 친수성 및 친유성을 함께 포함하는 구성으로서, 건조 방지는 물론 조직 간의 결합력을 강화하며, 바람직하게는 일라이트 100 중량부 대비 1 중량부가 첨가된다.
상기 건조방지제는 건조방지제 전체 중량 대비, 비스페놀A형 페녹시 30중량%, 감광성 액체 에폭시 20중량% 및 기능성 첨가제 50중량%를 포함하고, 상기 건조방지제는 액상의 형태로 본 조성물(모르타르)에 혼합될 수 있다.
상기에서, 비스페놀A형 페녹시와 감광성 액체 에폭시는 모르타르 조직성 향상을 위해 사용된다. 여기서, 비스페놀A형 페녹시는 비스페놀F형 페녹시, 브롬화물 변성 비스페놀A형 페녹시 또는 브롬화물 변성 비스페놀F형 페녹시 등으로 치환되어 사용될 수 있다. 또한 감광성 액체 에폭시는 비스페놀A형 액체 에폭시, 비스페놀F형 액체 에폭시, 3관능성 이상의 다관능성 액체 에폭시, 고무변성 액체 에폭시, 우레탄 변성 액체 에폭시 또는 아크릴 변성 액체 에폭시 등으로 치환되어 사용될 수 있다.
그리고 기능성 첨가제는 대기 중에 존재하는 질소 산화물, 유기 할로겐 화합물, 악취 가스 등을 효과적으로 제거할 수 있도록 하며, 친유기에 의해 친수성 성분이 내부로 흡수되거나 반응되는 것을 방지함으로써 모르타르의 건조를 방지한다.
상기에서, 기능성 첨가제는 아나타제 이산화티타늄 12 중량부, 하이드로전 폴리실록산 4 중량부, 백금킬레이트 촉매 2 중량부, 비닐 폴리실록산 25 중량부, N-비닐 카프로락탐 10 중량부, 디알릴 에스테르 아세탈 4 중량부 및 유기실란 20 중량부를 포함한다.
아나타제 이산화티타늄은, 백금 킬레이트 촉매와 교반되어 고친수성이 유지되는 이산화티타늄을 생성하고, 생성된 이산화티타늄은 자외선 영역뿐만 아니라 가시광선 영역에서도 활성상태를 만들 수 있게 되고, 활성상태에서 전자와 홀이 표면으로 이동해 각각 산소, 수산기와 결합하여 라디칼을 형성시킴으로써 질소 산화물, 유기 할로겐 화합물 등을 제거할 수 있게 된다. 이러한 아나타제 이산화티타늄은 12 중량부가 포함되는데, 12 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 질소 산화물, 유기 할로겐 화합물 등을 효과적으로 제거할 수 없으며, 12 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 좁은 에너지 밴드 간격을 형성하기 힘들다. 특히 본 건조방지제는 상기한 일라이트, 쌀 분말, 생분해성 수지가 혼합 및 교반되어 형성된 모르타르에 첨가되는 것이 바람직한데, 이는 건조방지제가 교반 단계에서 첨가되면 이산화티타늄이 선반응해버리는 문제가 있을 수 있기 때문이다.
다음으로 백금킬레이트는 아나타제 이산화티타늄과 교반되어 이산화티타늄을 생성하고, 유기실란과 함께 교반되어 친수성과 친유성을 함께 가지도록 알콕시 알코올과 폴리에테르기가 결합된 운데실기를 생성할 수 있다. 이러한, 백금킬레이트는 2 중량부가 포함되고, 2 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 이산화티타늄의 에너지 밴드 간격을 효과적으로 줄일 수 없고, 2 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 경제적이지 못한다.
디알릴 에스테르 아세탈은 경화제이고, N-비닐 카프로락탐은 친수성 단량체이고, 비닐 폴리실록산 수지와 함께 교반되어 친수성을 가진다. 이러한 디알릴 에스테르 아세탈은 4 중량부를 포함하고, 4 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 경화속도가 저하되며, 4 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 최적의 경화속도를 유지하지 못하여 경제성 저하 및 물성 저하가 발생할 수 있게 된다.
그리고 N-비닐 카프로락탐은 10 중량부를 포함하고, 10 중량부 미만으로 사용되는 경우나 10 중량부를 초과하여 사용되는 경우는 일정 이상의 친수성을 확보하지 못한다.
유기실란은 백금킬레이트를 촉매로 이용하여 알콕시 알코올과 폴리에테르기가 함께 결합된 운데실기를 포함한다, 이때, 알콕시 알코올과 폴리에테르기가 함께 결합된 운데실기는 친수성기와 친유성기를 함께 포함한다. 여기서, 유기실란은 20 중량부를 포함하고, 20 중량부 미만으로 사용되는 경우에는 알콕시 알코올과 폴리에테르기가 운데실기에 결합을 못하며, 20 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 경제적이지 못하다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 일라이트 100 중량부;
    쌀 분말 30 ~ 70 중량부; 및
    폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 열가소성 전분(TPS), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 알리파틱 폴리에스테르(AP), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리에틸렌숙시네이트(PES), 폴리에틸렉숙시네이트(PES), 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리카프로락톤(PCL) 중 적어도 하나를 더 포함하는 생분해성 수지를 포함하는 주제 90 내지 250 중량부;
    를 포함하는 생분해성 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 생분해성 수지는, 이소소르비드를 포함하는 천연 가소제, 및 나노키틴 또는 나노셀룰로오스를 포함하는 천연 보강제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    건조방지제 1 중량부를 더 포함하되,
    상기 건조방지제는, 상기 건조방지제 전체 중량 대비, 비스페놀A형 페녹시 30중량%, 감광성 액체 에폭시 20중량% 및 기능성 첨가제 50중량%를 포함하고,
    상기 기능성 첨가제는 아나타제 이산화티타늄 12 중량부, 하이드로전 폴리실록산 4 중량부, 백금킬레이트 촉매 2 중량부, 비닐 폴리실록산 25 중량부, N-비닐 카프로락탐 10 중량부, 디알릴 에스테르 아세탈 4 중량부 및 유기실란 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 조성물.
  4. 청구항 1에 기재된 생분해성 조성물을 이용한 가공품 제조방법에 있어서,
    교반기를 통해 상기 일라이트, 쌀 분말 및 주제를 교반하는 교반단계(S10);
    압출기와 다이를 통해 상기 생분해성 조성물을 압출 성형하여 성형품으로 제조하는 성형단계(S20);
    냉각기를 이용하여 상기 성형품을 냉각하는 단계(S31) 및 절단기를 통해 상기 성형품을 절단하여 가공품으로 제조하는 단계(S32)를 포함하는 가공단계(S30); 및
    진동선별기를 이용하여 상기 가공품을 크기 별로 분류하는 단계(S41), 건조기를 이용하여 상기 가공품을 건조하는 단계(S42), 상기 가공품을 포장하는 단계(S43) 중 적어도 하나를 포함하는 후처리단계(S40);
    를 포함하는 가공품 제조방법.
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