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KR0179079B1 - 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법 - Google Patents

전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스터 배치의 제조방법에 관한 것으로 전분과 범용수지와의 상용성을 높이기 위한 기존의 개선방법중 에틸렌에 아크릴산을 공중합시켜 전분에 적용하는 방법과는 달리, 전분 및 범용수지 모두에 상용성이 좋은 아크릴계 모노머를 상온-70℃의 온도에서 전분 고유의 입형이 붕괴됨이 없이 전분과 그라프트시킨 전분-아크릴계 저온 공중합체를 제조하여, 이를 단독 또는 전분과 혼합한 형태로서 범용 수지와의 상용성이 뛰어난 생분해성 충전제로 사용하며 이러한 생분해성 충전제 5-80중량부, 각각의 범용수지 또는 그 혼합물 20-90중량부, 자동산화제 0.1-15중량부 및 내부 윤활제 0.5-20중량부를 혼합하여 마스터 배치의 조성물로 사용함으로서 가격 부담이 적음은 몰론, 분해성 플라스틱의 물성 및 전분 충전량의 현저한 향상 효과를 얻을 수 있는 유용한 전분 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법이라 하겠다.

Description

전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법
본 발명은 범용 플라스틱에 적용할 수 있고, 토양 매립시 미생물에 의해 분해가 가능한 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법에 관한 것이다. 플라스틱은 가공성, 내구성, 내약품성 등의 뛰어난 기능으로 일상생활에 다양하게 사용되어 왔으며 그 사용량 또한 꾸준한 증가 추세를 보이고 있으나, 플라스틱 폐기물로 인한 환경오염의 심각성은 날도 더해가고 있다. 따라서, 이러한 대책의 일환으로 국내의 학계 및 산업계에서는 플라스틱에 분해성을 부여하거나 분해가 가능한 플라스틱 대체물질 개발을 위한 연구 및 상품화가 활발히 진행되고 있다.
현재까지의 분해성 플라스틱에 대한 기술은 다음과 같이 크게 세가지로 분류할 수 있다. 즉, 빛에 의해 플라스틱의 분해를 유발하는 광분해성과 발효 또는 화학적 합성에 의해 토양속에서 완전 분해가 가능한 생분해성, 그리고 전분등과 같이 미생물에 의해 생분해성을 갖는 천연 고분자를 범용 플라스틱에 충전하여 플라스틱에 분해능을 부여하는 엄밀한 의미의 생붕괴성으로 대별할 수 있으며, 더러는 이들중의 혼합 형태를 취하기도 한다. 그러나, 이들 분해성 플라스틱중 현 폐기물 처리형태, 가격적인 면, 가공성 및 적용성등을 고려하여 볼때 현실적으로 적용 효과를 가장 빨리 볼 수 있다는 매력적인 측면에서 풍부하고 저렴한 전분을 이용한 생붕괴성 플라스틱의 제품화가 활발히 이루어지고 있다.
그러나, 일반적으로 전분을 범용 플라스틱에 적용하는 데에는 친수성인 전분과 소수성인 범용 플라스틱과의 비상용성, 전분 고유의 함유 수분, 필름에 적용시 전분 입자의 크기등이 문제가 되어 제품의 물성 저하 및 전분 적용의 한계등을 나타내고 있다.
위와같은 문제점 개선을 위한 기존의 연구 사례로는 전분의 미세화 및 건조등의 일반적 방법외에 전분중에서도 직쇄구조를 갖는 아밀로스 전분을 이용하는 방법(U.S.Pat 3891620, E. Pat. 0375831A1), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등에 아크릴산 또는 알킬아크릴레이트등의 아크릴계 모노머를 공중합시키고, 그 공중합체를 전분과 혼합하여 제조하는 방법(U.S. Pat. 4133784, 5087650), 전분에 실리콘 처리를 통한 소수성을 부여하여 범용 플라스틱과의 상용성을 높이는 방법(U.S. Pat. 4125495, G. Pat. 1487050)등이 있으나 이러한 방법들은 제조비용이 높거나 또는 플라스틱 물성에 대한 극히 제한적인 개선이 될뿐, 현저한 물성 개선이나 전분 충전량의 증가를 일으킬만한 개선법은 되지 못하고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 기존의 방법보다 분해성 플라스틱의 물성 및 전분 충전량을 향상시킬수 있는 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
즉, 본 발명은 범용수지와 상용성이 좋은 아크릴계 모노머를 전분과 저온에서 반응시켜 전분이 팽윤되지 않고 고유의 입자 형태를 유지하는 전분-아크릴계의 공중합체를 제조한후 이를 열가소성 범용수지, 자동산화제 및 윤활제 등과 함께 혼합한 조성물을 이용하여 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치를 재조하는 방법으로 물성 및 전분 충전량의 현저한 향상 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의한 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법을 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 전분-아크릴계 저온 공중합체의 제조방법으로서 아크릴아미드, 아크릴산, 아크롤레인, 알킬아크릴레이트 등의 아크릴계 모노머들 중 하나를 택하여 전분에 대해 10-150%(W/W)로 조절한 다음 전분과 함께 물에 용해하고 과황산암모늄, 과망간산칼륨 및 퍼옥사이드등의 라디칼 개시제를 반응촉매로 전분에 대해 0.5-5%로 혼입하고, 상온-70℃범위에서 전분과 아크릴계 모노머의 그라프트 반응이 진행되도록 한다. 이때 라디칼 개시 보조제로 전분에 대해 0.5-3%범위의 아디핀산을 첨가하는 것도 바람직하며, 반응속도가 65℃ 이상을 상회할 때는 염화나트륨 또는 황산염을 첨가하여 전분이 팽윤되는 것을 억제시킬 필요가 있다. 분해성 마스타배치의 전체 조성물을 100중량부로 가정할때 이러한 방법에 의해 얻어진 생성물 5-80중량부와 범용수지 20-90중량부, 자동산화제 0.1-15중량부 및 내부 윤활제 0.5-20중량부를 적용 비율로 융용, 혼합한 다음 압출기 및 펠렛타이저(Pelletizer)를 이용하여 펠렛 형태의 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치를 제조하였다. 또한, 전분-아크릴께 공중합체를 조성물로 이용함에 있어 일반 전분과의 혼합사용도 가능하며 이때의 가장 바람직한 혼합비율은 전분-아크릴계 공중합체: 일반전분이 10:2-10:10(W/W) 범위로서 필름의 경우 일반전분의 혼합비율이 적을수록 물성이 양호한 결과를 얻었다.
본 발명에서 사용되는 전분으로는 감자전분, 옥수수전분, 고구마전분, 밀전분, 찰옥수수전분, 타피오카전분, 이들의 변성전분 즉 산화전분, 산처리전분, 에스테르전분, 에테르전분, 가교전분, 하이드록시알킬전분 및 이들의 a화전분 또는 그 혼합물을 사용할수 있다.
본 발명에서 사용되는 자동산화제는 토양속의 전이금속과 반응하여 라디칼을 생성하고 이 생성된 라디칼이 분해되고 남은 수지 잔유뮬과 접촉하여 탄소간 결합을 끊어주므로서 미분해 수지 잔유물의 분해기간을 단축시켜주는 불포화 지방산 함유물질 또는 단일 불포화지방산 및 그 에스테르염으로 채종유, 옥수수유, 올레인산, 올레인산클로라이드, 올레닌산, 리놀레닌산 및, 올레인산나트륨, 알킬올레이트 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 또한 본 발명에서 분해성 플라스틱 제품의 물성 개선 및 작업상의 향상을 위하여 내부 윤활제를 유동파라핀(Liquid Paraffin), 염화파라핀, 노르말파라핀 및 파라핀왁스 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
한편, 범용수지라 함을 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌 등으로 본 발명에 의한 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치는 이러한 범용수지와 상용성이 좋아서 용도에 따라 매트릭스 수지의 종류 및 조합 조건을 조절하므로써 미생물이 존재하는 여건하에서 분해되는 각종 필름류, 1회용 포장재 및 플라스틱 성형제품등의 제조에 양호한 물성으로 다양하게 사용될 수 있다.
상술한 바와같이 본 발명은 전분과 범용수지에 모두 상용성이 좋은 아크릴계 모노머를 이용함에 있어, 기존방법(U. S. Pat. 4133784, 5087650)은 에틸렌에 아크릴산을 공중합시켜 이용하였으나 본 발명은 전분에 아크릴계 모노머를 전분의 입형이 붕괴됨이 없이 저온에서 반응시켜 전분-아크릴계 공중합체와 범용수지간의 상용성을 도모한 것으로 고가이고 범용성이 아닌 에틸렌-아크릴산 공중합체에 비해 제조가 용이하고 가격이 저렴하면서도 양호한 물성개선 효과에 따른 전분 충전량의 한계를 넓힐 수 있는 점이 특이하다 하겠다.
이하, 본 발명을 분해성 필름에 대한 실시예를 통하여 상세히 설명하지만 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
[전분-아크롤레인 저온 공중합체의 제조]
수분 12.7%의 전분 1kg을 3L의 물에 가하고 교반하여 전분 현탁액을 만든 다음 아크롤레인 600g 및 황산나트륨 50g을 가하여 교반한다. 이어서 과황산암모늄 4g 및 아디핀산 10g을 추가 첨가한후 68℃내외의 반응온도에서 반응을 진행하여 수세, 건조후 목적하는 전분 고유의 입형을 유지하는 전분-아크롤레인 저온 공중합체를 제조하였다.
[전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조]
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조한 건조된 전분-아크롤레인 저온 공중합체 70중량부와 저밀도 폴리에틸렌 15중량부, 선상 저밀도 폴리에틸렌 10중량부, 체종유 3중량부 및 유동 파라핀 2중량부를 140℃에서 20분간 용융, 혼합한후 압출기 및 펠렛타이저를 이용하여 마스타배치를 제조하였다.
[실시예 3]
전분-아크롤레인 저온 공중합체 35중량부 및 일반전분 35중량부를 혼합한 혼합 전분 70중량부를 사용하여 실시예 2와 동일한 방법으로 마스타배치를 제조하였다.
[전분 충전 생분해성 필름의 제조 및 평가]
[실시예 4]
선상 저밀도 폴리에틸렌에 전분 함량 10%가 되도록 실시예 2에서 제조한 마스타배치를 혼합한 후 온도 160℃-180℃ 범위의 블로운 필름 압출기를 사용하여 전분 충전 생분해성 필름을 제조하고 물성 및 분해성을 평가하였다. 필름의 물성 측정은 KSM3509의 규격에 의해 측정하였으며 분해성 평가는 ASTM G21-70의 방법에 의거 생분해성을 시험하였다.
[실시예 5]
선상 저밀도 폴리에틸렌에 전분 함량 10%가 되도록 실시예 3에서 제조한 마스타배치를 혼합한 후 이하 실시예 4와 동일한 방법으로 전분 충전 생분해성 필름을 제조하고 물성 및 분해성을 평가하였다.
[실시예 6]
선상 저밀도 폴리에틸렌에 전분함량 15%가 되도록 실시예 2에서 제조한 마스타배치를 혼합한 후 이하 실시예 4와 동일한 방법으로 전분 충전 분해성 필름을 제조하고 물성 및 분해성을 평가하였다.
실시예 4,5,6에서 제조된 필름의 물성 및 분해성을 순수 일반전분 사용 필름(전분함량 10%)과 비교한 결과는 표 1과 같다.
이상 실시예와 같이 본 발명에 의해 제조된 마스타배치를 이용한 전분 충전생분해성 필름은 순수 일반전분을 이용한 대조구에 비해 인장강도, 인열강도, 신장율에서 전반적으로 고르게 양호한 결과를 얻었으며, 동일 물성 수준을 유지하는 반면에 전분 충전 양을 늘릴수도 있어 보다 생분해능을 향상시키는 개선된 방법이라 하겠다.

Claims (7)

  1. 전분-아크릴계 저온 공중합체 단독 또는 전분-아크릴계 저온 공중합체와 전분의 혼합물인 생분해성 충전제 5-80중량부, 범용 수지 20-90중량부, 자동산화제 0.1-15중량부 및 내부 윤활제 0.5-20중량부를 조성물질로 하여 용융, 혼합함을 특징으로 하는 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 전분-아크릴계 저온 공중합체는 전분 대비 10-150%(W/W)의 아크릴계 모노머를 전분과 함께 물에 용해하고 전분 입형의 붕괴없이 상온-70℃범위의 저온에서 과황산암모늄, 과망간산칼륨 및 퍼옥사이드 등의 반응 촉매를 전분 대비 0.5-5%(W/W) 혼합하여 전분과 아크릴계 모노머를 그라프트시킨 전분-아크릴계 저온 공중합체임을 특징으로 하는 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법.
  3. 제1항 및 제2항에 있어서, 전분이 감자전분, 옥수수전분, 고구마전분, 밀전분, 찰옥수수전분, 타피오전분, 이들의 변성전분 즉 산화전분, 산처리전분, 에스테르전분, 에테르전분, 가교전분, 하이드록시알킬전분 및 이들의 a화전분 또는 그 혼합물임을 특징으로 하는 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 범용 수지가 저밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 또는 그 혼합물임을 특징으로 하는 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 자동산화제가 불포화 지방산 함유 물질 또는 단일 불포화 지방산 및 그 에스테르 염으로서 채종유, 옥수수유, 올레인산, 올레인산 클로라이드, 올레닌산, 리놀레닌산, 올레인산나트륨, 알킬올레이트 또는 그 혼합물임을 특징으로 하는 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타배치의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 내부 윤활제가 유동 파라핀(Liquid Paraffin), 염화파라핀, 노르말파라핀, 파라핀왁스 또는 그 혼합물임을 특징으로 하는 전분 충전 분해성 마스타배치의 제조방법.
  7. 제2항에 있어서, 아크릴계 모노머가 아크릴아마이드, 아크릴산, 아크롤레인, 알킬아크릴레이트 또는 그 혼합물임을 특징으로 하는 전분 충전 분해성 플라스틱용 마스타 배치의 제조방법.
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