KR20000068911A

KR20000068911A - 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20000068911A
Application number: KR1019997003983A
Authority: KR
Inventors: 모리히로유끼; 요시다마꼬또; 마쓰이미찌까게; 나까니시모또야스
Original assignee: 야스이 쇼사꾸; 데이진 가부시키가이샤; 스즈끼 쓰요시; 스즈끼 소교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2000-11-25
Also published as: EP0940243A4; US6221924B1; DE69813175T2; WO1999012723A1; EP0940243B1; DE69813175D1; EP0940243A1

Abstract

본 발명은 발포 셀 직경이 0.001 ∼ 0.8 ㎜ 이며 겉보기 밀도가 0.01 ∼ 0.27 g/㎤ 인 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체, 및 아실화도가 45 ∼ 60 % 이고 아세트산 악취를 갖지 않으며 상기 발포체를 약 알칼리 용액으로 처리함으로써 수득되는 또다른 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체에 관한 것이다.

Description

셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체 및 그의 제조 방법 {BIODEGRADABLE CELLULOSE ACETATE FOAMS AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

종래, 합성 수지로부터 각종 다양한 발포체가 제조되었으며, 이들은 단열재, 완충재, 식품 포장재 등을 비롯한 광범위한 분야에 사용되었다. 최근에, 이들 합성 수지 발포체의 수요는 해마다 증가하는 경향이 있으며, 이에 따라 폐기물의 양도 해마다 증가하여, 환경 문제 및 공해 문제가 많은 관심의 촛점이 되었다. 그러나, 폐기된 합성 수지 발포체를 회사적 규모로 재생, 이용하기 위한 많은 노력이 있어왔으나, 소각 처분에 의한 유독 가스의 발생의 방지, 및 고열 발생에 의한 열 소각로의 열화의 방지를 비롯한 다수의 산적한 문제로 인해, 폐기, 처분이 용이한 발포체의 개발이 강력히 요망되고 있다.

이러한 요구를 충족시키기 위해, 이들 합성 수지 (예 : 폴리스티렌) 를 생분해성 수지로 대체한 각종 발포체가 제안되었다. 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제 6-136168 호, 일본 특허 공고 공보 제 5-65536 호, 일본 특허 공개 공보 제 6-335919 호, 일본 특허 공개 공보 제 8-151469 호, 일본 특허 공개 공보 제 8-59892 호 등에는 주 원료로서 전분을 포함하는 생분해성 발포 성형품의 수득 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 공보 제 6-15753 호에는 주 원료로서 펄프를 포함하는 발포 비이드를 주형에 충전하고 함께 융착시켜 성형품을 수득하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 공보 제 5-320405 호에는 비-용액계 화학 개질 목재에 발포제를 첨가하여 제조한 발포성 목질 수지 입자를 사용하여, 주로 주형내 성형에 의해 성형품을 수득하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 공보 제 6-32928 호에는 용기-형상의 성형품을 제조하기 위해, 비-용액계 화학 개질 목재에 발포제를 함침시켜 제조한 발포성 목질 수지로부터 발포 시이트를 수득하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 공보 제 8-3357 호에는 아세테이트 또는 이것을 함유하는 화합물을 포함하는 생분해성 수지와 실질적인 수분을 적어도 원료로서 투입하고, 가열 및 가압한 후, 압력을 급격히 완화시켜 발포시키고, 이어서 주형에 의해 소정의 형상으로 성형하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이들 방법으로 수득된 발포 성형품은 기계적 특성 (인장 강도, 파괴 강도, 압축 강도 등) 이 불안정하며, 따라서 단열재 또는 완충재로서 항상 적합한 것은 아니다.

본 발명은 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 단열재, 완충재, 식품 포장재 등을 비롯한 각종 용도에 적합한 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체, 및 상기 발포체를 안정하게 수득할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 발포체의 실시 태양인 발포 시이트의 확대 부분도로서, 종 단면의 모식도이다.

도 2 는 본 발명의 발포체의 제조 방법을 나타내는 개략 흐름도이다.

발명의 실시 형태

본 발명의 발포체는 생분해성 물질로서 셀룰로오스 아세테이트를 사용한다. 셀룰로오스 아세테이트의 생분해성은 각종 연구 보고서 (C.M. Buchanan 등, J. Appl. Polym. Sci., 47, 1709(1993) ; ibid., 50, 1739(1993) ; Ji-Dong Gu 등, J. Environ. Polym. Degradation, 1 (2), 143(1993)) 에 의해 입증되었다. 본 발명의 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체는 이의 형상에 관계없이, 0.001 ∼ 0.8 ㎜ 의 발포 셀 크기 및 0.01 ∼ 0.27 g/㎤ 의 겉보기 밀도로 정의된 발포체 특성을 가져야 한다. 이들 발포 셀 크기 및 겉보기 밀도는 후술하는 방식으로 측정하였다.

발포 셀 크기

수득한 발포체를 면도날로 절단하고, 그 절단면을 현미경으로 확대하여 촬영한 후, 무작위로 10 점의 셀 크기를 측정하여, 그의 평균치를 산출하였다.

겉보기 밀도

스트랜드 상으로 수득한 발포체를 길이 1 ㎝ 의 원주상으로 절단하고, 그 직경을 측정하여 부피를 결정한 후, 이것을 중량으로 나누어 밀도를 측정하였다.

오직 0.001 ∼ 0.8 ㎜ 의 발포 셀 크기 및 0.01 ∼ 0.27 g/㎤, 바람직하게는 0.014 ∼ 0.064 g/㎤ 의 겉보기 밀도의 조건을 만족시킴으로써만이, 수득되는 발포체가 발포체로서 우수한 역학적 특성 (인장 강도, 파괴 강도, 압축 강도 등), 및 완충재, 단열재, 포장재 등에 적합한 경도 및 강성을 나타내는 것이 가능하다.

본 발명의 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체는 때로는 발포체중에 여전히 존재하는 셀룰로오스 아세테이트로부터 유리된 아세트산을 가지며, 이 경우, 발포체는 항균 효과를 나타낸다.

유리된 아세트산의 양은 다음과 같은 방식으로 측정할 수 있다.

유리된 아세트산의 측정

용량 500 cc 의 밀폐 용기중에 발포체 시료 10 g 을 봉입하고, 20 ℃ 온도 및 65 % 상대 습도에서 24 시간 동안 방치한 후, 용기내의 공기중의 아세트산의 양을 검지관으로 측정하였다.

셀룰로오스 아세테이트로부터 유리 및 발포체중에 잔류하는 아세트산의 양은 바람직하게는 항균 효과를 수득하기 위해서, 전술한 측정 방법으로 3 ppm 이상이다.

아세트산은 발포체중에서 발생하지만, 발포체의 셀들이 연결 기공이기 때문에, 이들의 내부에 유지되지 않고 외부로 방출된다. 또한, 발포 셀 크기는 전술한 바와 같이 0.001 ∼ 0.8 ㎜ 로 작기 때문에, 아세트산은 다 한꺼번에 존재하지 않으며, 장기간 지속적인 항균 효과를 위해 적당한 양으로 서서히 방출된다.

본 발명의 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체는 전술한 특성을 갖는 한, 모든 형태일 수 있으나, 입자 형태, 시이트 형태, 또는 이로부터 제조된 성형품 형태가 바람직하다. 입자형 발포체의 경우, 발포체 입자의 직경은 3 ∼ 200 ㎜ 이며, 전체 표면적과, 발포 셀 크기가 0.1 ㎜ 이상인 발포 셀이 발포 입자의 표면에 노출된 부분의 표면적의 비 (노출율) 는 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다 :

발포 셀 노출부 표면적/전체 표면적 ≤ 1/(2+4×(장축/단축))

노출율은 다음과 같은 방식으로 측정하였다.

노출율

절단 장치로 절단한 발포체 입자에 대해서, 현미경으로 직경 0.1 ㎜ 이상의 발포 셀이 노출된 부분의 면적을 측정하고, 이것을 발포체 입자의 전체 표면적으로 나누었다.

입자상 발포체의 입자 직경이 3 ㎜ 이하인 경우에는, 발포체로부터 성형품을 형성시키는데 보다 많은 노동 및 비용이 요구되며, 또한 수득된 성형품은 완충성이 불량하게 된다. 입자 직경이 200 ㎜ 이상인 경우에는, 취급이 어렵다.

노출율이 상기 식에서 정의한 값 보다 큰 경우에는, 발포 셀의 보다 많은 부분이 절단 부위를 형성하며, 이로써 미세 분말이 떨어져나가게 되는데, 이는 종종 이것으로 포장된 제품에 악영향을 미친다. 발포체 입자는 자체가 단독으로, 또는 완충재, 단열재 또는 포장재로서 사용될 수 있다. 발포체 입자는 성형을 위해 임의의 형태의 주형에 충전되어, 성형품으로서 사용될 수 있다. 주형에의 충전 및 성형 방법에는 특별한 제한이 없으며, 모든 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 발포체 입자는 열 융착에 의해 성형될 수 있으며, 또는 성형을 위한 발포체 입자들 간의 접착을 위해 결합제가 사용될 수 있다. 결합제를 사용하는 경우에는, 이것을 물, 알코올 또는 기타 적절한 용매에 용해시켜 제조한 용액을, 발포체 입자의 내부에 침투하지 않을 정도로 상기 입자의 표면에 부착하고, 이어서 용매를 증발시킴으로써, 발포체 입자들을 서로 접착시킬 수 있다. 대안적으로는, 열 융착성 수지를 부착시켜, 성형 동안에 열 처리에 의해 접착시킬 수 있다. 용매를 사용하는 경우에는, 환경 배려면에서 물이 가장 바람직하다.

본 발명의 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체가 시이트형 발포체인 경우, 이것은 두께 t 가 1 ∼ 50 ㎜ 인 물결 모양의 발포 시이트로서, 바람직하게는 상기 물결의 높이 h 및 폭 w 가 각각 2 ∼ 10 ㎜ 이다. 도 1 은 물결 모양의 발포 시이트의 확대 부분도로서 종단면의 모식도이다. 도 1 에서, t, h 및 w 는 각각 시이트의 두께, 물결의 높이 및 폭이다.

시이트의 두께가 1 ㎜ 이하인 경우에는, 이러한 발포체로부터 성형품을 형성하는데 보다 많은 노동 및 비용이 요구되며, 또한 수득된 성형품은 완충성이 불량하게 된다. 시이트의 두께가 50 ㎜ 이상인 경우에는, 취급이 어렵다.

물결의 높이 h 가 2 ㎜ 이하인 경우에는, 신장이 충분치 못하여, 성형중에 균열이 발생할 수 있다. 반면, 10 ㎜ 이상인 경우에는, 갭(gap)이 너무 커서, 진공 성형시에 흡수되지 않으며, 또한 다중 물결들이 일정하게 신장되지 않고 특정 부위로만 신장되기 때문에, 압착 성형시에도 균열이 발생하는 경향이 있다.

물결의 폭 w 가 2 ㎜ 이하인 경우에는, 구부러진 부분이 약해져, 성형시 균열을 유발하는 경향이 있다. 반면, 10 ㎜ 이상인 경우에는, 신장에 기여하는 물결의 수가 작아져, 또한 균열을 유발하는 경향이 있다.

물결의 형상은 원료에의 수 첨가량, 다이로부터의 수지 토출량, 및 다이의 토출구 개구폭을 적절히 설정함으로써 조정할 수 있으며, 이때, 발포제로서 물을 사용하는 것이 중요하다. 구체적으로, 다이로부터 토출되는 발포 시이트의 빠른 냉각 및 고화를 유발하는 물의 잠재 증발열은 발포에 의해 발생하는 시이트의 폭 방향으로의 확장을 억제하며, 이로써 물결을 형성시킬 수 있다. 형성되는 물결은 시이트의 형성에 매우 유용하다. 즉, 압출 발포에 의해 수득되는 시이트는 자체로는 딥 연신 컵 형상으로 형성하기 위한 유연성이 충분치 못하나, 물결을 형성시킴으로써, 성형시 물결의 신장으로 인해, 필요한 유연성이 부여되어, 딥 연신 컵 형상의 성형품을 수득할 수 있게 된다.

또한, 이러한 유형의 물결 모양 발포 시이트는 향상된 외관, 치수 안정성 및 인장 강도를 갖는 셀룰로오스 아세테이트 발포 시이트를 수득하기 위해, 고온 로울러로 처리하는 것이 바람직하다. 시이트는 두께가 0.5 ∼ 25 ㎜ 이고, 종 방향 및 횡 방향 인장 강도가 각각 110 ∼ 900 g/㎝ 및 30 ∼ 220 g/㎝ 인 것이 바람직하다. 이들 바람직한 특성은 물결 모양의 발포 시이트를 5 ∼ 40 ㎏f/㎠ 의 베어링하에 100 ∼ 150 ℃ 의 온도에서 열 처리함으로써 수득할 수 있다.

상기 물결 모양 시이트 또는 비-물결 모양 시이트의 형성 방법은 진공 성형, 공기 가압 성형, 압착 성형 등과 같은 통상적인 시이트 형성 방법일 수 있으나, 물결 모양을 갖는 시이트는, 공기 누출 경향이 있다는 점, 그리고 공기의 시이트 투과가 용이하는 점에서, 압착 성형으로 형성하는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명의 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 발명의 발포체의 개략적인 제조 흐름도를 도 2 에 도시하였다.

본 발명의 발포체를 구성하는 셀룰로오스 아세테이트에서의 아세트산의 에스테르화도는 셀룰로오스에 결합된 아세트산의 중량비로 표시되는 아세틸화도로, 바람직하게는 45 % 이상, 특히 바람직하게는 아세틸화도가 47 ∼ 60 % (셀룰로오스 1 단위당 결합된 아세틸기 1.9 ∼ 2.8) 이다. 아세틸화도가 45 % 이하인 경우에는, 용융 온도가 지나치게 높아져, 발포체 입자의 용융 성형을 안정하게 수행하기 어렵다.

셀룰로오스 아세테이트는 본 발명의 목적을 방해하지 않는 한, 기타 다른 물질을 함유할 수 있으며, 이러한 물질은 가소제, 열 안정화제, 발포 핵제, 발포 조제 등일 수 있다. 가소제로는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리메틸렌 글리콜 및 글리세린과 같은 다가 알코올 ; 디메틸 프탈레이트, 디에틸 프탈레이트, 디프로필 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 디아민 프탈레이트 및 디메톡시에틸 프탈레이트와 같은 프탈산 에스테르 ; 트리부틸 포스페이트, 트리페닐 포스페이트 및 트리크레실 포스페이트와 같은 인산 에스테르 ; 디에틸 세바케이트, 디부틸 세바케이트 및 디옥틸 세바케이트와 같은 세바산 에스테르 ; 디옥틸 아디페이트, 부틸옥틸 아디페이트 및 부틸벤질 아디페이트와 같은 아디프산 에스테르 ; 트리부틸 시트레이트, 2-에틸헥실 시트레이트, 아세틸트리부틸 시트레이트 및 아세틸트리옥틸 시트레이트와 같은 시트르산 에스테르 ; 디이소부틸 타르트레이트, 부틸 스테아레이트, 부틸 올레이트, 대두유, 피마자유, 장뇌유 등이 언급될 수 있으며, 분자량 20,000 이하의 폴리알킬렌 글리콜이 특히 바람직하게 사용된다. 분자량 20,000 이상의 폴리알킬렌 글리콜을 사용하는 경우에는, 때때로 적합한 가소화를 수득할 수 없다. 이들 가소제는 단독으로, 또는 폴리알킬렌 글리콜과 글리세린의 혼합물과 같이 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

이들 가소제를 사용하는 경우, 이들은 셀룰로오스 아세테이트의 중량에 대하여 바람직하게는 80 중량부 이하, 및 더욱 바람직하게는 50 중량부 이하의 양으로 첨가된다. 상기 양이 80 중량부 이상인 경우에는, 압출 발포후의 수축이 크며, 이로써 소정의 밀도로 발포를 억제할 수 있다.

발포 핵제로는 탈크, 산화규소, 산화티타늄, 산화마그네슘, 산화알루미늄 및 규산칼슘과 같은 무기 미세 입자, 또는 셀룰로오스 분말, 키틴, 키토산, 목분(wood flour) 및 스테아르산 금속염과 같은 유기 미세 입자가 첨가될 수 있다. 탈크는 특히 셀룰로오스 아세테이트에 바람직한 발포성을 부여하며, 이로써 균일하며 고도로 발포한 발포체 입자를 용이하게 제조할 수 있다. 발포 핵제는 단독으로, 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

셀룰로오스 아세테이트에 사용되는 발포 핵제 또는 발포 조제의 양은 셀룰로오스 아세테이트의 중량에 대하여 적절하게는 2 ∼ 50 중량부, 바람직하게는 5 ∼ 30 중량부 범위일 수 있다. 상기 양이 2 중량부 이하인 경우에는, 이의 첨가 효과를 나타낼 수 없으며, 예를 들어 소량의 발포 핵제는 거칠고 불균일한 발포 셀을 형성하는 경향이 있다 ; 반면, 50 중량부 이상인 경우에는, 첨가제의 2 차 응집이 일어남으로써, 또한 거칠고 불균일한 발포 셀을 형성하는 경향이 있으며, 셀룰로오스 아세테이트의 낮은 비율로 인해 발포성이 감소하는 경향이 있다.

원료는 셀룰로오스 아세테이트와 각종 첨가제 및 발포제인 물과의 혼합물 형태, 또는 원료 칩으로 사용하기 위해, 셀룰로오스 아세테이트와 각종 첨가제의 혼합물을 용융 압출시켜 제조한 칩 형태로 사용될 수 있다. 원료 혼합물의 경우, 셀룰로오스 아세테이트는 얇은 조각 또는 분말 형태일 수 있으며, 얇은 조각의 경우에는, 압출기 스크류우에 Dulmage 헤드를 설치하거나 또는 2 축 압출기를 사용하여 혼련성을 향상시키는 것이 바람직하다.

상기 방식으로 제조한 원료로부터 발포체를 제조하기 위해서는, 원료를 압출기의 노즐 또는 다이를 통해 압출할 수 있다. 이때, 발포제로서 사용되는 물은 셀룰로오스 아세테이트 또는 셀룰로오스 아세테이트/첨가제 혼합물 100 중량부당 바람직하게는 2 ∼ 100 중량부, 및 구체적으로는 5 ∼ 50 중량부로 첨가된다.

이의 첨가 방법으로는, 원료에 함침시키는 방법, 및 압출기의 원료 공급구와 토출구 사이의 통풍부를 통해 펌프로 주입하는 방법이 언급될 수 있다.

본 발명에 의하면, 물을 원료에 대하여 2 중량부 이하로 첨가하면, 발포 배율이 충분히 증가하지 않아, 발포체의 특성을 적절히 발휘할 수 없게 된다. 물을 100 중량부 이상으로 첨가하는 경우에는, 원료에 함침되는 동안에 덩어리가 발생하거나, 또는 압출기의 호퍼구를 통해 공급하는 동안에 브리지가 생성됨으로써, 투입이 어렵게된다. 또한, 통풍부를 통해 공급하여도, 발포 배율의 커다란 향상 효과가 없으며, 대신, 불안정한 토출과 같은 불편을 겪게되는 경향이 있다.

발포제로서 물을 사용하는 것은 본 발명에 의한 발포체를 제조하는데 매우 중요하다. 구체적으로, 토출된 발포체의 빠른 냉각 및 고화를 유발하는 물의 잠재 증발열은 발포체의 형상을 수축없이 유지시킬 수 있다.

용융 혼련에 사용되는 압출기는 고온 및 고압하에서 수분-첨가된 셀룰로오스 아세테이트를 열 용융 혼련시킬 수 있는 모든 유형의 압출기일 수 있으나, 대부분의 경우, 1 축 또는 2 축 압출기가 사용된다.

본 발명에 의하면, 셀룰로오스 아세테이트 발포체의 용융 압출 온도는 압축부에서 150 ∼ 250 ℃, 및 바람직하게는 180 ∼ 220 ℃ 이다. 온도가 150 ℃ 이하인 경우에는 셀룰로오스 아세테이트가 용융되지 않으며, 250 ℃ 이상인 경우에는 셀룰로오스 아세테이트가 탄화되는 경향이 있다. 계량부에서, 상기 온도는 120 ∼ 220 ℃, 바람직하게는 140 ∼ 200 ℃ 이다. 온도가 120 ℃ 이하인 경우에는 압출기내의 수지의 점도가 지나치게 높아, 토출이 불안정한 경향이 있으며, 수득된 발포체로부터 아세트산이 충분히 유리되지 않는다. 반면, 220 ℃ 이상인 경우에는, 토출후 수지가 잠재 증발열에 의해 적절히 냉각되지 않아, 최종적으로 수득된 발포체의 발포 배율이 저하되며, 수축이 일어난다.

압출을 위한 세공 노즐의 형상은 삼각형, 정사각형, 직사각형, 성형 (star-shaped), 관형 등일 수 있으며, 시이트 발포체는 필름 또는 시이트 제조용 다이로부터 압출에 의해 수득될 수 있다. 용융 혼련 시간은 단위 시간당 토출량, 용융 혼련 온도 등에 따라 상이하며, 따라서 구체적으로 특정할 수는 없으나, 혼합물을 균일하게 용융 혼련시키는데 충분한 시간이어야 한다. 토출부의 다이 온도는 상기 용융 혼련 온도와 동일할 수 있거나, 또는 토출 가능한 범위내에서 상기 온도보다 낮을 수 있다.

본 발명에 의하면, 발포 셀 크기를 0.001 ∼ 0.8 ㎜ 범위로 하기 위해서는, 토출 전단 속도를 1,000 ∼ 20,000 초^-1로 유지시키는 것이 필요하다. 상기 값이 1,000 초^-1이하인 경우에는 셀 크기가 0.8 ㎜ 를 초과하게 되며, 20,000 초^-1이상인 경우에는 토출부에서 덩어리가 형성되는 경향이 있어, 발포체를 안정하게 수득할 수 없다.

본 발명에 의하면, 세공 노즐을 사용하여, 압출 발포에 의해 수득된 발포체를 입자상으로 하는 경우에는, 세공을 갖는 다이부로부터 압출하는 동안에, 다이 토출면에 그의 선단이 접촉하면서 회전하는 평판상의 칼날군이, 칼날면이 상기 회전하는 평판상의 칼날군의 회전면에 직각이 되도록 하는 방식으로, 방사상으로 배열, 설치된 발포체 절단 장치를 사용하여 절단할 수 있다.

발포 시이트의 제조에 있어서는, 원료를 압출기를 사용하여, 시이트 제조용 다이로부터 압출할 수 있으며, 이때, 토출구 개구 폭은 0.1 ∼ 1 ㎜ 인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 물결 모양의 발포 시이트를 고온 로울러로 처리하는 경우, 조건은 온도가 100 ∼ 150 ℃, 베어링이 5 ∼ 40 ㎏f/㎠ 인 것이 바람직하다. 온도가 100 ℃ 이하이거나 베어링이 5 ㎏f/㎠ 이하인 경우에는 종종 고온 로울러에 의한 처리가 효과적이지 못하며, 온도가 150 ℃ 이상이거나 베어링이 40 ㎏f/㎠ 이상인 경우에는 때때로 처리 동안에 시이트가 로울러에 융착된다.

고온 로울러 처리에 의해서, 다수의 점적 시이트가 처리, 접촉 결합되어, 단일 시이트로서 사용될 수 있으나, 점적될 수 있는 시이트의 최대 수는 10 개이다. 10 개 이상의 시이트가 점적될 경우에는, 처리 동안에 열이 내부로 충분히 전달되지 못하여, 시이트의 접촉 결합이 불가능해진다. 처리 속도는 특별히 제한되지 않으나, 열 처리후의 시이트의 취급 용이성 및 작업성의 관점에서, 1 ∼ 10 m/분, 및 바람직하게는 2 ∼ 5 m/분이어야 한다.

부수적으로, 이미 상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체는 때때로 상기 분자에서 유리되는 아세틸기를 아세트산으로서 함유한다. 이러한 유리 아세트산은 발포체에 항균성을 부여한다는 측면에서는 바람직하지만, 사용 목적에 따라서, 이의 악취는 소비자에게 유쾌하지 못한 느낌을 줄뿐 아니라, 금속 등으로 밀봉된 용기내에 놓는 경우 녹 발생의 원인이 될 수 있다.

그러므로, 본 발명은 또한 발포체가 45 ∼ 60 % 의 아실화도를 가지며 아세트산 악취를 나타내지 않도록 약 알칼리 용액으로 처리되는 본 발명의 상기 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체인 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체를 제공한다.

즉, 본 발명은 발포체가 45 ∼ 60 % 의 아실화도를 가지며 아세트산 악취를 나타내지 않는 발포체를 산출하도록 약 알칼리 용액으로 처리되는 본 발명의 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체를 제공한다. 이때, 약 알칼리 용액 처리는 수득된 발포체 및 이의 성형품내에 존재하는, 셀룰로오스 아세테이트로부터 유리되는 아세트산을 감소시키는 역할을 한다.

아세트산 악취는 전술한 방법에 의한 아세트산 함량의 정량화로 측정할 수 있다. 상기 측정 방법에서, "악취" 는 셀룰로오스 아세테이트로부터 유리 및 발포체중에 존재하는 아세트산 함량이 3 ppm 이하인 것으로 정의된다.

본 발명에 의한 약 알칼리 처리는 바람직하게는 pH 7.5 ∼ 8.5 에서 수행된다. pH 가 7.5 이하인 경우에는, 유리되는 아세트산이 충분히 중화되지 않아, 종종 악취를 감소시킬 수 없다. pH 가 8.5 이상인 경우에는, 셀룰로오스 아세테이트가 알칼리 처리에 의해 비누화되어, 아세틸화도가 45 % 이하가 됨으로써, 때때로 발포체의 수축 및 고화를 유발한다. 약 알칼리제는 pH 7.5 ∼ 8.5 의 모든 알칼리제일 수 있으며, 예를 들면 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 수산화나트륨 및 수산화칼륨 수용액이 언급될 수 있다.

상기 처리에 사용되는 약 알칼리 용액의 양은 발포체에 대하여 바람직하게는 20 ∼ 100 중량부이다. 상기 처리량이 20 중량부 이하인 경우에는, 유리되는 아세트산이 충분히 중화되지 않아, 종종 악취를 감소시킬 수 없다. 반면, 100 중량부 이상인 경우에는, 셀룰로오스 아세테이트가 알칼리 처리에 의해 비누화되어, 아세틸화도가 45 % 이하가 됨으로써, 때때로 발포체의 수축 및 고화를 유발한다.

본 발명에 의한 약 알칼리 처리 방법은, 예를 들면 약 알칼리 용액을 함유하는 통에 발포체를 놓는 방법, 및 약 알칼리 수용액을 발포체 또는 이의 성형품에 붓거나 분무하는 방법을 비롯한, 통상적인 용액 처리 방법과 동일할 수 있다. 이중, 발포체 제조 공정에서, 압출기로부터 토출 직후에 약 알칼리 용액을 분무하는 방법이 정량성 및 작업 효율성 면에서 효과적이다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고자 완성된 것으로서, 본 발명의 목적은 기계적 특성이 우수하고, 경도와 강성이 안정 및 적합하며, 따라서 단열재, 완충재, 식품 포장재 등의 각종 성형품의 성형이 용이한 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명자들은 셀룰로오스 아세테이트를 생분해성 물질로서 사용하여, 특정한 발포체 특성을 갖는 발포체를 제조함으로써, 상기 목적이 달성될 수 있다는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명에 의하면, 발포 셀 크기가 0.001 ∼ 0.8 ㎜ 이고, 겉보기 밀도가 0.01 ∼ 0.27 g/㎤ 인 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체가 제공된다.

본 발명은 또한 (A) 셀룰로오스 아세테이트, (B) 가소제, 및 (C) 발포 핵제를 중량비 (A) : (B) : (C) = (100) : (0-80) : (2-50) 으로 포함하는 혼합 원료 (D) 를 상기 (D) 에 대해 2 ∼ 100 의 중량비로, 발포제로서 물 (E) 와 혼합한 후, 그 혼합물 (F) 를 150 ∼ 250 ℃ 의 온도에서 용융시키고, 이어서 이것을 120 ∼ 220 ℃ 의 온도에서 분배한 다음, 이것을 1,000 ∼ 20,000 초^-1의 전단 속도로 압출하는 것을 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체의 제조 방법을 제공한다.

다음에, 실시예에 근거하여 본 발명을 일층 상세히 설명한다. 실시예에서 평가된 특성은 다음과 같은 방법으로 측정하였다.

겉보기 밀도

발포 셀 크기

아세트산 함량

노출율

발포 배율

수득된 시이트를 5 ㎝ 정사각형 조각으로 절단한 후, 그의 두께 및 중량을 측정하여 밀도를 계산하고, 이것을 원료의 밀도로 나누어 발포 배율 값을 수득하였다.

성형성

직경 5 ㎝ 및 깊이 10 ㎝ 의 프레임을 사용하여, 100 ℃ 에서 대기중에서 예열한 발포 시이트를 압착 성형하였다. 상기 시험을 30 회 반복하여, 균열이 20 % 이하인 경우는 "O" 로, 20 % ∼ 50 % 인 경우는 "△" 로, 50 % 이상인 경우는 "X" 로 나타내었다.

실시예 1 ∼ 25 및 비교예 1 ∼ 11

셀룰로오스 아세테이트 (Acetate Flakes, Teijin 제) 를 폴리에틸렌 글리콜 (PEG, Nihon Yushi 제), 탈크 (LMR-200, Fuji Talc Kogyo 제) 및 물과 하기 표 1 에 제시한 비율로 혼합한 후, 2 축 압출기 (BT-30-S2, Plastic Kogaku Kenkyusho 제) 를 사용하여 상기 혼합물을 용융, 혼련시키고, 구경 1.5 ㎜ 의 노즐로부터 압출하였다. 노즐 토출구에 절단 장치를 설치하여, 토출된 발포체를 절단함으로써 입자상 발포체를 수득하였다. 절단 장치는 홀더내에 동일한 피치로 설치된 두께 0.3 ㎜ 의 스프링 강 칼날 36 개를 가지며, 이의 선단은 220 ㎜Φ 의 행로를 그리는 방식으로 1,800 rpm 으로 회전한다. 수득된 결과를 하기 표 1 에 요약하였다.

실시예 26 ∼ 32 및 비교예 12 ∼ 17

실시예 4 의 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에틸렌 글리콜 및 탈크를 물과 하기 표 2 에 제시한 비율로 혼합한 후, 2 축 압출기 (OTE57-11, Osaka Seiki Kosaku 제) 를 사용하여 210 ℃ 에서 용융 및 가소화시키고, 200 ℃ 에서 폭 500 ㎜ 의 다이로부터 압출하여 발포 시이트를 수득하였다. 수득된 발포 시이트 각각의 성형성을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 2 에 요약하였다.

실시예 33 ∼ 46

실시예 28 의 셀룰로오스 아세테이트 발포 시이트를, 120 ㎛ 깊이 40 메쉬 정사각형 도트 패턴을 갖는 150 ㎜Φ 금속 로울러, 및 경도 A75 의 NBR 로울러로 압착하여 고강도 발포 시이트를 수득하였다. 그 결과를 하기 표 3 에 요약하였다.

실시예 47 ∼ 71 및 비교예 18 ∼ 28

셀룰로오스 아세테이트 (Acetate Flex, Teijin 제) 를 폴리에틸렌 글리콜 (PEG, Nihon Yushi 제), 탈크 (LMR-200, Fuji Talc Kogyo 제) 및 물과 하기 표 4 에 제시한 비율로 혼합한 후, 2 축 압출기 (BT-30-S2, Plastic Kogaku Kenkyusho 제) 를 사용하여 상기 혼합물을 용융, 혼련시키고, 구경 1.5 ㎜ 의 노즐로부터 압출하였다. 노즐 토출구에 절단 장치를 설치하여, 토출된 발포체를 절단함으로써 입자상 발포체를 수득하였다. 절단 장치는 홀더내에 동일한 피치로 설치된 두께 0.3 ㎜ 의 스프링 강 칼날 36 개를 가지며, 이의 선단은 220 ㎜Φ 의 행로를 그리는 방식으로 1,800 rpm 으로 회전한다. 중탄산나트륨 수용액 (pH 8.0) 을 상기 수득된 입자상 발포체에 60 PHR 로 첨가하고, 20 ℃ 의 온도에서 아세트산 함량을 측정하였다. 수득된 결과를 하기 표 4 에 요약하였다.

실시예 72 ∼ 78 및 비교예 29 ∼ 34

실시예 50 의 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에틸렌 글리콜 및 탈크를 물과 하기 표 5 에 제시한 비율로 혼합한 후, 2 축 압출기 (OTE57-11, Osaka Seiki Kosaku 제) 를 사용하여 상기 혼합물을 210 ℃ 에서 용융 및 가소화시키고, 200 ℃ 에서 폭 500 ㎜ 의 다이로부터 압출하여 발포 시이트를 수득하였다. 중탄산나트륨 수용액 (pH 8.0) 을 상기 수득된 발포 시이트에 60 PHR 로 첨가하고, 20 ℃ 의 온도에서 아세트산 함량을 측정하였다. 이것을 약 알칼리제로 처리한 후, 시이트 각각의 성형성을 또한 평가하였다. 그 결과를 하기 표 5 에 요약하였다.

실시예 79 ∼ 86

실시예 50 의 발포 입자를 하기 표 6 에 제시한 pH 농도 및 처리량의 중탄산나트륨 및 수산화나트륨으로 처리한 후, 상기 처리된 입자의 아세트산 함량을 20 ℃, 40 ℃ 및 60 ℃ 의 온도에서 측정하였다. 이들 발포 입자의 외관을 또한 육안으로 관찰하여, 수축 및 고화를 평가하였다. 그 결과를 하기 표 6 에 요약하였다.

본 발명에 의하면, 생분해성 및 항균성이 우수하고, 또한 소각성도 양호한 셀룰로오스 아세테이트 발포체를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 발포체는 단독으로 뿐만 아니라 성형품 형태로, 단열재, 완충재, 벽재, 흡음제 및 각종 포장재로서 사용될 수 있는 생분해성 발포체를 제공할 수 있음으로써, 공업적 가치가 매우 크다.

또한, 본 발명에 의하면, 우수한 생분해성 및 양호한 소각성을 가지며, 아세트산 악취는 지니지 않는 셀룰로오스 아세테이트 발포체를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 발포체는 단독으로 뿐만 아니라 성형품 형태로, 단열재, 완충재, 벽재, 흡음제 및 각종 포장재로서 사용시 유쾌하지 않은 아세트산 악취를 갖지 않는 생분해성 발포체를 제공할 수 있음으로써, 공업적 가치가 매우 크다.

Claims

발포 셀 크기가 0.001 ∼ 0.8 ㎜ 이고, 겉보기 밀도가 0.01 ∼ 0.27 g/㎤ 인 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체.
제 1 항에 있어서, 직경이 3 ∼ 200 ㎜ 이고, 전체 표면적과, 발포 셀 크기가 0.1 ㎜ 이상인 발포 셀이 발포 입자의 표면에 노출된 부분의 표면적의 비가 하기 식을 만족하는 발포 입자 형태인 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체 :

(발포 셀 노출부 표면적/전체 표면적) ≤ 1/(2+4(장축/단축))
제 1 항에 있어서, 두께 t 가 1 ∼ 50 ㎜ 이고, 물결의 높이 h 및 폭 w 가 각각 2 ∼ 10 ㎜ 인 물결 모양의 발포 시이트 형태인 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체.
제 1 항에 있어서, 표면에 물결 모양이 없으며 두께가 0.5 ∼ 25 ㎜ 이고, 종 방향 및 횡 방향 인장 강도가 각각 110 ∼ 900 g/㎝ 및 30 ∼ 220 g/㎝ 인 시이트 형태인 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체.
제 2 항에 의한 발포 입자를 결합제에 접착시켜 일체로 성형한 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체.
제 3 항 또는 제 4 항에 의한 발포 시이트를 열 성형하여 제조한 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체.
제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포체가 45 ∼ 60 % 의 아세틸화도 가지며 아세트산 악취를 나타내지 않도록, 약 알칼리 용액으로 처리되는 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체.
제 7 항에 있어서, 상기 약 알칼리 용액으로의 처리가 발포체에 대하여, pH 7.5 ∼ 8.5 의 약 알칼리 용액 20 ∼ 100 중량부를 첨가하는 것을 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체.
(A) 셀룰로오스 아세테이트, (B) 가소제, 및 (C) 발포 핵제를 중량비 (A) : (B) : (C) = (100) : (0-80) : (2-50) 으로 포함하는 혼합 원료 (D) 를 상기 (D) 에 대해 2 ∼ 100 의 중량비로, 발포제로서 물 (E) 와 혼합한 후, 그 혼합물 (F) 를 150 ∼ 250 ℃ 의 온도에서 용융시키고, 이어서 이것을 120 ∼ 220 ℃ 의 온도에서 분배한 다음, 이것을 1,000 ∼ 20,000 초^-1의 전단 속도로 압출하는 것을 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 생분해성 발포체의 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 혼합물 (F) 를 용융, 압출한 후, 수득된 발포체를 5 ∼ 40 ㎏f/㎠ 의 베어링하에 100 ∼ 150 ℃ 의 온도에서 열처리하는 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 가소제가 폴리알킬렌 글리콜인 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 폴리알킬렌 글리콜의 분자량이 200 ∼ 20,000 인 방법.
제 9 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포 핵제가 탈크인 방법.
제 9 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물 (F) 가 용융, 융착된 후, pH 7.5 ∼ 8.5 의 약 알칼리 용액을 발포체에 대하여 20 ∼ 100 중량부로 첨가하는 방법.