KR20200055174A

KR20200055174A - 신선도 유지 기능을 갖는 복합분해성 시트 또는 진공성형품

Info

Publication number: KR20200055174A
Application number: KR1020180137854A
Authority: KR
Inventors: 예원수
Original assignee: 예원수
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-21
Anticipated expiration: 2038-11-12
Also published as: KR102163944B1

Abstract

본 발명은, 전체 복합분해 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여, 코코넛피 10 내지 15 중량부; 폐지분체 5 내지 10 중량부;왁스 0.05 내지 0.5 중량부; 가소제 1.0 내지 2.0 중량부; 산화개시제 0.5 내지 2.0 중량부; 금속이온염 1.0 내지 5.0 중량부; 과산화물 0.01 내지 1.0 중량부; 유기산 0.5 내지 2.0중량부; 열분해 개시제 0.5 내지 2.0 중량부; 아교 5.0 내지 10.0 중량부; 신선도 유지제 1.0 내지 5.0 중량부 및 잔량으로 분자량 3,000 내지 5,000 Da의 바인더수지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신선도 유지 기능을 갖는 복합분해 첨가제 조성물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 신선도 유지제는 다공성 물질 65 내지 75 wt%; 기능성 광물질 15 내지 25wt% 및 천연항균제 10 내지 15wt%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신선도 유지 기능을 갖는 복합분해 첨가제 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 신선도 유지 기능을 갖는 복합 분해 첨가제 조성물과 고분자 수지 및 분해보조 촉진제를 압출 또는 진공 성형하여 신선도 유지기능이 있는 시트 또는 식품보관용기를 제조할 수 있다.

Description

신선도 유지 기능을 갖는 복합분해성 시트 또는 진공성형품{Complex decomposable sheet or vacuum formed product capable of maintaining freshness}

본 발명은 코코넛피, 폐지분체와 같은 바이오매스와 신선도 유지첨가제를 함유하는 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 조성물을 이용하여 제조되는 신선도 유지 기능을 가지는 시트 또는 진공 성형품 관한 것으로, 신선도 유지첨가제로 다공성 물질, 기능성 광물질 및 천연항균제를 포함하는 것에 의하여 우수한 생분해성과 신선도 유지기능을 가지는 복합분해 첨가제 조성물을 이용하여 제조되는 시트 또는 진공 성형품에 관한 것이다.

UAE, 파키스탄, 프랑스, 이탈리아, 미국 뉴욕 주 등에서는 포장재 또는 제품에 분해성 플라스틱을 사용한 제품을 유통하는 법안을 통과시키거나 추진 중에 있다. UAE는 2014년 1월 1일부로 UAE권내의 모든 포장재를 분해성 플라스틱의 한 종류인 산화생분해 플라스틱으로 대체하였고, 이를 위반 시 약 850만원의 벌금을 부과하고 있다. UAE의 산화생분해 플라스틱은 ASTM D 6954에 기반을 둔 UAE S 5009이며, 최종 분해기간을 36개월로 정하고 있다. 미국 뉴욕 주의 경우 분해성 플라스틱의 사용을 권장하기 위해 2015년 1월 1일 법안을 제정하였고, 6개월의 유예기간을 두었다. 뉴욕 주의 경우 분해성 플라스틱의 분해기간을 2년 이내로 정하여, UAE보다 분해기간이 12개월 단축된 분해성 플라스틱을 사용하기를 권고하고 있다.

일반적으로 분해성 플라스틱은 분해기간에 따라 생분해, 산화생분해, 광분해 또는 광붕괴로 나눌 수 있다. 이중 생분해 플라스틱은 산업적인 퇴비화 조건에서 6개월 이내에 표준물질인 셀룰로오스 대비 90 %이상이 분해가 되어야 하며, 산화생분해 플라스틱은 36개월 이내에 90 %이상 분해가 되어야 한다. 광분해와 광붕괴 플라스틱의 경우 제품의 형태가 없어질 뿐 물과 이산화탄소로 완전 분해되는데 약 50년 이상이 필요하기 때문에 분해성 플라스틱의 범주에서 제외하기도 한다. 따라서 해외 각국의 규격기준 또는 제품판매 기준에 맞추기 위해서는 생분해 플라스틱이나 산화생분해 플라스틱을 사용해야 한다.

생분해 플라스틱의 경우 일반 플라스틱에 비해 가격이 비싸고, 사용범위가 제한적이며, 상대적으로 저렴한 생분해 플라스틱은 물성에서 문제가 있다. 산화생분해 플라스틱의 경우 일반 고분자에 소량의 산화생분해 첨가제를 투입하여 제작하기 때문에 저렴하면서 물성이 일반 고분자와 차이가 없는 장점이 있다. 또한 산화생분해 플라스틱은 투입하는 첨가제 비율, 농축정도, 산화방지제의 투입량에 따라 분해기간을 조절할 수 있는 장점이 있다.

하지만 기존의 산화생분해 플라스틱을 2년 이내에 생분해시키기에는 투입되는 첨가제의 양이 늘어날 수밖에 없고 첨가제의 투입량이 늘어나면 물성이 저하되거나 투명도가 떨어지고 제품의 단가가 상승하는 문제가 발생할 수 있다.

따라서 높은 수준의 강도 및 신율을 요구하지 않는 분야에 사용될 수 있는, 복합분해성, 신선도 유지 기능을 가지는 첨가제 펠릿을 제조함으로써 이를 이용한 시트 또는 진공성형품을 제조함으로써 다양한 제품의 포장자재, 보관용기로 적용하고자 한다.

선행기술 1: 특허등록번호 제10-1732987호(권기준, 2017년05월08일 공고) 피톤치드를 함유한 친환경 고분자 플라스틱 제조방법

본 발명은 탄소저감기능, 우수한 생분해성 및 인장강도와 신장률 등의 기계적 물성을 조화롭게 구현할 수 있는 코코넛피, 폐지 분체 바이오매스를 함유하고, 신선도 유지제를 포함하는 복합분해 첨가제 조성물, 복합분해 첨가제 펠릿 및 고분자 수지를 이용하여 압출 또는 진공성형을 통해 신선도 유지 기능을 가지는 시트 또는 진공성형품을 제조하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하고자, 본 발명은 전체 복합분해 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여, 코코넛피 10 내지 15 중량부; 폐지분체 5 내지 10 중량부;왁스 0.05 내지 0.5 중량부; 가소제 1.0 내지 2.0 중량부; 산화개시제 0.5 내지 2.0 중량부; 금속이온염 1.0 내지 5.0 중량부; 과산화물 0.01 내지 1.0 중량부; 유기산 0.5 내지 2.0중량부; 열분해 개시제 0.5 내지 2.0 중량부; 신선도 유지제 1.0 내지 5.0 중량부; 아교 5.0 내지 10.0 중량부 및 잔량으로 분자량 3,000 내지 5,000 Da의 바인더수지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신선도 유지 기능을 갖는 복합분해 첨가제 조성물을 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 신선도 유지제는 다공성 물질 65 내지 75 wt%; 기능성 광물질 15 내지 25wt% 및 천연항균제 10 내지 15wt%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신선도 유지 기능을 갖는 복합분해 첨가제 조성물을 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 신선도 유지제는 천연항균제가 다공성 물질에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 신선도 유지 기능을 갖는 복합분해 첨가제 조성물을 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 펠릿은 상기 복합분해 첨가제 조성물로부터 제조된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 복합분해 첨가제 펠릿; 고분자 수지; 분해 보조 촉진제를 혼합하여 압출 또는 진공성형된 신선도 유지 기능을 가지는 시트 또는 진공성형품을 제공한다.

본 발명에 따른 첨가제 조성물에 코코넛피와 폐지 분체를 포함함으로써, 탄소 저감 효과를 갖고, 수지의 분해를 촉진시킴으로써 환경적인 부담을 줄일 수 있는 것과 동시에, 국제 환경규제에 대응할 수 있는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 첨가제 조성물에 포함된 신선도 유지제는 포장지 또는 식품 용기로 사용되는 시트 또는 진공성형품에 적용되어 식품의 보관기관을 연장시킬 수 있다.

본 발명에 따른 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 펠릿으로부터 제조된 진공성형용 조성물은 사용 후 폐기되는 경우에도 일정기간이 경과하면 분해되므로 친환경적이다.

도 1은 본 발명에 따는 신선도 유지제가 포함된 식품보관용기와 기존의 식품보관용기에서 계란의 신선도 유지 성능을 비교한 사진이다.

본 발명에 따른 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 조성물은 복합분해 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여, 코코넛피 10 내지 15 중량부; 폐지분체 5 내지 10 중량부;왁스 0.05 내지 0.5 중량부; 가소제 1.0 내지 2.0 중량부; 산화개시제 0.5 내지 2.0 중량부; 금속이온염 1.0 내지 5.0 중량부; 과산화물 0.01 내지 1.0 중량부; 유기산 0.5 내지 2.0중량부; 열분해 개시제 0.5 내지 2.0 중량부; 신선도 유지제 1.0 내지 5.0 중량부; 아교 5.0 내지 10.0 중량부 및 잔량으로 분자량 3,000 내지 5,000 Da의 바인더수지를 포함하여 구성된다.

코코넛피는 바이오매스 원료 물질로 사용된다. 본 발명에서의 코코넛피는 코코넛 열매에서 과육을 직접적으로 둘러싸고 있는 내껍질(shell)과 내껍질을 덮고 있는 외껍질(husk)의 혼합물을 의미할 수 있고, 코코넛피의 수집 과정에서 부득이하게 혼입된 미량의 부산물이 포함된 것을 의미할 수 있다. 코코넛피의 외껍질은 열매 전체 중량에 대하여 33 %의 높은 비중을 차지하고, 특히 내껍질은 경질목재와 같이 목질계 고분자인 리그닌과 섬유소가 고밀도로 균일하게 구성됨으로써, 본 발명에 따른 첨가제 조성물로부터 제조되는 제품에 강성 등의 물성을 부여하기에 유리한 조건을 가진다. 아울러, 코코넛피에 포함된 팜유는 펠릿 생산 시 스크류를 보호하는 역할을 하고, 코코넛피가 보유한 이중결합은 산화환원을 통한 라디칼 반응을 용이하게 함으로써 생분해성의 향상에 유리한 조건을 가진다. 한편, 바이오매스에 있어서 함수율은 가공 과정에서 탄화를 초래하거나 다른 원료와의 배합 과정에서 결합력의 약화를 초래할 수 있으므로, 낮은 함수율을 갖는 바이오매스가 사용되는 것이 유리하다. 이에, 코코넛피는 10 내지 60 %의 함수율을 갖는 사탕수수, 목재, 커피껍질 및 볏짚과 같은 바이오매스에 비하여 약 8 % 낮은 함수율을 가짐으로써, 본 발명에 따른 바이오매스의 원료 물질로서 유리하게 사용될 수 있다. 허나, 이와 같은 코코넛피는 보관 환경 등과 같은 외부적 요인에 의하여 함수율이 증가될 수 있고, 바람직한 함수율의 조절을 위하여 부가적으로 건조 공정이 수행될 수 있다. 건조 공정은 바람직하게 80 내지 100 ℃의 온도 조건이 구비된 장치에서 3 내지 5 시간 동안 예를 들면, 열풍 건조와 같은 건조 방식으로 이루어질 수 있고, 건조 공정에 사용되는 장치로는 회전식 건조기, 컨베이어 벨트가 설치된 밀폐 챔버 또는 배합장치가 사용될 수 있지만 이에 제한되지 않고, 이 분야에 공지된 다양한 건조 장치가 사용될 수 있다. 건조 공정은 일회에 그칠 수 있지만, 필요에 따라 수회에 거쳐 진행될 수 있으며, 이와 같은 건조 공정에 의하여 코코넛피는 10 % 이하의 함수율을 가질 수 있게 된다. 10 % 이하의 함수율로 건조된 코코넛피는 다른 원료들과 균질하게 배합될 수 있도록 이 분야에 공지된 임의의 분쇄기에 의하여 100 내지 400 메쉬 크기로 분쇄될 수 있고, 본 발명에서 100 내지 400 메쉬 크기로 분쇄된 코코넛피를 코코넛피 분체로 명명한다. 코코넛피 분체는 본 발명에 따른 첨가제 조성물로부터 제조되는 펠릿을 포함한 다양한 제품의 생분해성을 위하여, 전체 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 10 중량부 이상이 사용될 수 있으며, 15 중량부를 초과하여 사용되는 경우 물성의 저하를 야기할 수 있으므로, 바람직하게 10 내지 15 중량부가 사용될 수 있다.

폐지 분체은 폐지를 미분체로 분쇄한 것을 말하고, 폐지는 일반적인 종이로서, 신문 등 석유 유래 자원을 의미한다. 폐지는 제조하려는 플라스틱 제품에 따라 미분체의 크기를 조절하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 100~400 메쉬의 크기로 미분체를 형성할 수 있다. 본 발명은 종래의 플라스틱 제품처럼 합성수지만을 사용하는 것이 아니라 폐지를 분쇄하여 사용함으로써 분해성을 향상시킬 수 있다. 한편, 최근에 바이오매스를 이용하여 개발된 플라스틱 제품도 종래의 합성수지로 제조된 플라스틱 제품에 비해 분해성은 향상되었다는 장점은 있으나, 제조공정 중 리그닌에 의한 탄화현상이 일어나 이취(異臭) 문제가 발생하여 제품의 상품성이 떨어진다는 단점이 있다. 하지만, 본 발명은 바이오매스를 폐지 분말로 대체하여 이러한 이취 문제를 최소화 할 수 있는 효과도 가진다. 폐지 분말은 고분자 수지 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 폐지 분말의 함량이 5 중량부 미만인 경우, 고분자 수지에 비해 함량이 부족하여 제조되는 플라스틱 제품의 분해성이 떨어질 수 있다는 단점이 있고, 10 중량부를 초과하는 경우, 고분자 수지에 비해 함량이 과도하여 오히려 기계적 물성이 약화될 수 있다는 단점이 있다.

왁스는 상기 건조된 코코넛피 분체의 수분재흡수를 방지하기 위하여 코코넛피의 표면에 코팅 처리되는 방식으로 사용될 수 있으며, 바람직하게 파라핀 왁스, 유동 파라핀 왁스, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스, 칸데릴라 왁스, 폴리에틸렌 왁스 및 폴리프로필렌 왁스가 사용될 수 있다. 또한, 왁스는 활제의 보조제 역할을 할 수 있음은 물론, 저분자 구조로 인한 생분해가 용이한 장점을 가짐으로써 본 발명에서 유리하게 사용될 수 있다. 왁스는 코팅 기능 및 활제 보조제로서의 역할을 위하여, 전체 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 0.05 중량부 이상이 사용될 수 있고, 0.5 중량부를 초과하여 사용되는 경우 다이스에 찌꺼기를 발생시킬 수 있으므로, 바람직하게 0.05 내지 0.5 중량부가 사용될 수 있다.

가소제는 왁스로 코팅된 코코넛피 분체의 가소화를 위하여 사용될 수 있고, 추가적으로 코코넛피의 리그닌을 치환하여 분해성을 높이면서, 리그닌에 의한 어두운 색상을 마스킹하기 위하여 소듐계 가소제가 사용될 수 있다. 소듐계 가소제는 아황산수소나트륨(sodium hydrogensulfite, NaHSO₃), 과탄산소다(sodium percarbonate, 2Na₂CO₃·3H₂O₂), 중탄산소다(sodium bicarbonate, NaHCO₃), 염화나트륨(sodium chloride, NaCl), 메타규산소다(Na₂SiO₃), 붕산나트륨 10 수화물(sodium borate decahydrate, Na₂B₄O₇·10H₂O) 및 소다회(soda ash, Na₂CO₃)로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상이 될 수 있고, 바람직하게 메타규산소다(Na₂SiO₃), 붕산나트륨 10 수화물(sodium borate decahydrate, Na₂B₄O₇·10H₂O) 또는 이들의 혼합물(예컨대, 3:7 내지 7:3의 중량비, 더욱 상세하게는 5:5의 중량비로 혼합된 것)이 사용될 수 있다. 소듐계 가소제는 왁스로 코팅된 코코넛피 분체의 가소화 및 고분자의 산화 효과를 위하여 전체 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 1.0 중량부 이상이 사용될 수 있고, 2.0 중량부를 초과하여 사용하는 경우 가공 과정에서 코코넛피가 탄화되거나 물성이 저하되는 문제점이 따를 수 있으므로, 1.0 내지 2.0 중량부가 사용되는 것이 바람직하다.

산화개시제는 수지의 분해반응을 촉진시키기 위하여 사용될 수 있고, 바람직하게 활성 메틸렌기를 갖는 천연의 다불포화지방산이 사용될 수 있다. 다불포화지방산에 형성된 활성 메틸렌기는 빛, 열 등의 촉매작용에 의하여 자동 산화된 후, 지질의 열화를 야기함으로써 수지의 산화분해를 촉진할 수 있다. 이와 같은 유기 산화개시제는 분해성의 향상을 위하여 저분자 구조를 갖는 것이 유리할 수 있고, 바람직하게 C18계의 알파리놀렌산(α-Linolenic acid, ALA), 감마리놀렌산(γ-Linolenic acid, GLA) 및 이들의 혼합물(예컨대, 4:6 내지 6:4의 중량비, 더욱 상세하게는 5:5의 중량비로 혼합된 것)이 사용될 수 있다. 유기 산화개시제는 전체 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만으로 사용될 경우 분해성 효과가 미비하게 되고, 2 중량부를 초과하여 사용되는 경우 불필요한 제조비용의 상승과 더불어, 지나친 산화의 급속화를 야기할 수 있으므로, 바람직하게 0.5 내지 2 중량부로 사용될 수 있다.

금속이온염은 후술할 과산화물과의 반복적인 산화환원반응에 의하여 생성되는 에너지를 라디칼 반응을 개시하는데 사용할 수 있다. 이 반응에 의하여 고분자 탄소사슬이 절단되고 산화분해 작용이 일어나서 고분자가 저분자화 될 수 있게 된다. 이렇게 저분자화 된 산화저분자화물은 최종적으로 자연환경의 미생물에 의해 소화 흡수되어 물, 이산화탄소로 변환되어 분해가 완료될 수 있다. 본 발명에 따른 금속이온염은 바람직하게 Nickelous acetate, Nickel(Ⅱ) acetate, Nickel(Ⅱ) oxalate, Manganous acetate, Manganic acetate, Manganous oxalate, Cobaltous acetate, Cobaltic acetate Cobaltous oxalate, Ferric(Ⅲ) formate 및 Ferric(Ⅱ) lactate로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상이 될 수 있다. 이와 같은 금속이온염은 전체 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만으로 사용될 경우 수지의 산화분해 효과가 미비하게 되고, 5 중량부를 초과하여 사용될 경우 제조비용의 상승을 불러올 수 있으므로, 바람직하게 1 내지 5 중량부로 사용될 수 있다.

과산화물은 상기 금속이온염과의 산화환원반응에 의하여 생성된 에너지를 라디칼 반응을 활성화시키기 위하여 사용될 수 있고, 추가적으로 가소화된 코코넛피 분체와 후술할 바인더 고분자의 그라프트 결합의 형성을 위하여 사용될 수 있다. 과산화물은 t-부틸 (2-에틸헥실)모노페록시카보네이트, t-부틸 이소프로필 모노페록시카보네이트, t-아밀(2-에틸헥실)모노페록시카보네이트, 1,1-다이(t-부틸페록시)사이클록헥산, 1,1-다이(t-부틸페록시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산 및 1,1-다이(t-아밀페록시)사이클로헥산으로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상이 될 수 있다. 과산화물은 전체 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부가 사용될 수 있으며, 0.01 중량부 미만으로 사용될 경우 수지 고분자 말단기 생성이 적어 고분자와의 그라프트 결합 효과를 기대하기 어렵게 되거나, 수지의 자연분해 및 산화 효과가 감소하여 최종 자연분해 기간이 길어지는 문제가 생길 수 있고, 1 중량부 초과하여 사용될 경우 너무 이르게 분해될 수 있으므로, 바람직하게 0.01 내지 1 중량부가 사용될 수 있다.

유기산은 가소화된 코코넛피 분체와 바인더 고분자와의 가교결합을 유도하고, 금속이온과 반응하여 고분자의 분해를 촉진시키기 위하여 사용될 수 있으며, 본 발명에 따른 유기산은 바람직하게 프로피온산, 파라니트벤조익산, 구연산, 사과산 및 말레산으로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상이 될 수 있다. 유기산은 전체 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만으로 사용될 경우 수지의 산화 분해 기능이 저조할 수 있고, 2 중량부를 초과하여 사용될 경우 불필요한 제조비용의 상승을 불러올 수 있으므로, 바람직하게 0.5 내지 2 중량부로 사용될 수 있다.

열분해 개시제로는 바람직하게 아조 화합물이 사용될 수 있다. 아조 화합물은 가열에 의하여 아조기(-N=N-)의 양쪽의 결합이 동시에 분해됨으로써 두 개의 라디칼을 형성하여 라디칼 개시반응을 한다. 열분해 개시제는 아조벤젠, 메틸레드, 2,2'-아조비스이소부티로나이트릴, 비스마르크 브라운, 4,4′-아조비스(4-시아노발레르산), 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판)디하이드로클로라이드, 1,1'-아조비스(사이클로헥세인카보나이트릴), 1,1′-아조비스(N,N-디메틸폼아마이드) 및 2,2'-아조비스(4-메톡시-2,4-디메틸발레로나이트릴)로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있고, 바람직하게 전체 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부로 사용될 수 있다.

아교는 동물의 가죽, 창자, 뼈 등을 고아 그 액체를 고형화한 물질로서, 고분자 수지와 폐지 분말을 결합하는 바인더 역할을 한다. 종래에는 바인더로 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 합성수지를 사용하였는데, 이들은 혼합된 조성물이 잘 엉겨 붙게 하지만, 합성수지이기 때문에 최종 생산물인 플라스틱 제품의 분해성은 저하시켰다. 반면에 아교의 경우 고분자 수지 및 폐지 분말간에 잘 엉겨 붙게 하면서도 최종 생산물인 플라스틱 제품의 분해성을 향상시킴으로써 친환경적인 특성을 강화할 수 있다. 아교는 전체 복합분해 첨가제 조성물 100 중량부에 대해서 5 내지 10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 아교의 함량이 5 중량부 미만인 경우, 고분자 수지와 폐지 분말을 적절하게 엉겨 붙게 하지 못해 제조되는 플라스틱 제품의 형태가 잘 성형되지 않는다는 단점이 있고, 10 중량부를 초과하는 경우, 고분자 수지의 함량이 상대적으로 줄어들어 최종 완제품인 플라스틱 제품의 기계적 물성이 저하되는 단점이 있다.

신선도 유지제는 다공성 물질 65 내지 75 wt%, 기능성 광물질 15 내지 25wt% 및 천연 항균제 10 내지 15 wt%로 이루어지는 것으로 천연 항균제가 다공성 물질에 담지된 것이 바람직하다.

다공성 물질은 본 발명에서 항균 또는 신선도 유지 작용을 하는 기능성 물질의 담지체이다. 다공성 물질로서 뮬라이트(mullite), 비정질 알루미노실리케이트, 제올라이트, 메조기공 실리카 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 사용되는 것이 바람직하다.

기능성 광물질은 젠노타임(Xenotime), 가돌리나이트(Gadolinite), 육세나이트(Euxenite)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 사용되는 것이 바람직하다. 기능성 광물질은 유익 진동파(6~12㎛)를 방출하게 되는데 이러한 진동파에 의하여 미생물, 곰팡이 및 바이러스를 사멸시킬 수 있으며, 미생물, 곰팡이 및 바이러스의 세포벽을 파괴하여 천연 항균제의 작용을 용이하게 함으로써 천연항균제와 함께 신선도 유지 기능을 향상 시키는 상승작용을 수행하게 된다.

천연 항균제는 산쇼올, 프로폴리스, 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 사용되는 것이 바람직하다. 상기 천연 항균제는 다공성 물질에 포집되었을 때 상승적 항균 작용을 발휘할 수 있다.

천연 항균제를 다공성 물질에 담지시키는 방법은 습식법이 적용될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 다공성 입자와 천연항균제를 혼합하여 믹싱(Mixing) 함으로써 항균 물질이 침투되도록 하는 것이다. 다만 이러한 방법으로 다공성 물질에 담지되는 천연항균제의 양은 10 중량% 수준에 불과하여 충분한 신선도 유지 기능을 발휘하는데 한계가 있다. 다공성 물질에 담지되는 천연항균제를 담지하기 위한 방법으로 초음파 처리를 병행하여 다공성 물질에 담지되는 천연항균제의 양을 15 내지 20 중량%까지 증가시킬 수 있으며, 이에 의하여 성형물로 제조되었을 때 식품 포장재는 충분한 신선도 유지 기능을 발휘할 수 있게 된다.

바인더수지는 폴리에틸렌(PE), 선형저도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리프로필렌(PP), 폴리유산(PLA) 및 폴리하이드록시부티레이트(PHB)로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상이 될 수 있고, 바인더수지는 전체 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여 상기 성분의 잔량 범위에서 사용될 수 있다.

한편 바인더수지의 분자량은 3,000 내지 5,000 Da 범위의 것을 사용한다. 기존의 생분해성 수지는 바인더수지로서 분자량 10,000 Da 이상의 고분자를 사용하는 대신에, 진공 성형물 조성물을 제조할 때 생분해성 수지를 상당량 추가하여 제조함으로써 생분해성을 발휘하도록 제조하였다. 본 발명에 의한 신선도 유지 기능을 가지는 복합 분해 첨가제 조성물은 바인더 수지를 분자량 3,000 내지 5,000 Da 범위의 것을 사용함으로써 진공 성형용 조성물 제조 공정에서 별도로 생분해성 수지를 추가하지 않더라도 충분한 생분해성을 발휘하면서 식품 포장재 또는 식품용기로서 충분히 사용이 가능한 기계적 물성을 발휘하는 신선도 유지 기능을 가지는 시트 또는 진공 성형용 조성물을 제조하는데 그 특징이 있다.

바인더 수지의 분자량이 3,000 Da 미만인 경우에는 식품 포장재 또는 보관용기로 제조될 때 충분한 기계적 물성을 가지기가 어렵고, 분자량이 5,000 Da를 초과하는 경우에는 사용후에 폐기되는 과정에서 생분해도가 낮아지게 된다.

이 외 가공성, 제품 안정성, 제품의 성능 등의 향상을 위하여 이 분야에 공지된 플라스틱 제조를 위한 첨가제가 사용될 수 있고, 바람직하게 상용화제, 활제 및 무기물 등이 부가적으로 첨가될 수 있다.

상기 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 조성물은 이 분야에 공지된 펠릿화 방법에 의하여 복합분해 첨가제 펠릿으로 제조될 수 있다.

복합분해 첨가제 펠릿을 제조하기 위하여, 상기 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 조성물은 반바리 믹서, 일축 압출기 또는 이축 압축기를 포함하는 니더 또는 수평 교반기와 같은 이 분야에 공지된 용융 혼련 장치에 의하여 용융 혼련될 수 있고, 코코넛피, 폐지 분체의 가소화 및 가소화된 코코넛피, 폐지 분체와 바인더 고분자와의 그라프트 결합을 위하여 바람직하게 이축 압출기가 사용될 수 있다. 익스트루더의 반응온도가 100 ℃ 미만일 경우 첨가한 원료들이 충분히 용융되지 않음에 따른 배합에 어려움이 따를 수 있고, 300 ℃를 초과할 경우 탄화가 발생되거나, 고온에 의한 수지의 점성이 지나칠 정도로 낮아져 펠릿 형상으로 성형이 불가능해질 수 있으므로, 익스트루더의 반응온도는 바람직하게 100 내지 300 ℃의 온도범위로 유지될 수 있다. 또한, 생산성의 저하를 방지하고 원료 간 배합의 용이성을 위하여 스크류의 회전속도는 300 rpm 이상이 될 수 있고, 800 rpm을 초과할 경우 스크류 내부 압력이 상승함에 따른 온도의 상승으로 인한 코코넛피의 탄화가 발생될 수 있으므로, 스크류의 회전속도는 바람직하게 300 내지 800 rpm의 회전속도 범위를 가질 수 있다. 상기 방법에 의하여 용융 혼련된 복합분해 첨가제 조성물는 압출기를 통과하여 냉각된 후 일정 크기로 절단됨으로써 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 펠릿으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 성형용 조성물은 상기 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 펠릿과, 고분자 수지, 분해 보조 촉진제를 혼합하여 제조될 수 있다.

신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 펠릿은 전체 성형용 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부가 첨가될 수 있다. 복합분해 첨가제 펠릿이 1 중량부 미만으로 사용될 경우 성형용 조성물에 첨가되는 바이오매스에 따른 탄소 저감 효과 및 생분해성 효과가 미비하게 되고, 20 중량부를 초과하여 사용될 경우 성형용 조성물로부터 제조되는 시트의 인장강도와 같은 물성이 저하되는 문제점이 따르게 되므로, 바람직하게 1 내지 20 중량부가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 중량부가 사용될 수 있다.

고분자 수지는 이 분야에 공지된 열가소성 수지가 될 수 있고, 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리유산(PLA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 선형저도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리하이드록시부티레이트(PHB)으로 구성된 군에서 선택된 1 종 이상이 될 수 있다. 본 발명에 따른 고분자 수지는 원료 간 결합력의 향상을 위하여 복합분해 첨가제 펠릿에 사용된 바인더 수지와 동일한 수지가 이용될 수 있고, 바람직하게 고밀도폴리에틸렌(HDPE)과 폴리프로필렌(PP)의 혼합물(예컨대, 1:1 내지 1:10의 중량비로 혼합된 것)이 사용될 수 있다. 고분자 수지는 성형용 조성물로부터 제조되는 생분해성 시트의 물성 향상을 위하여 전체 성형용 조성물 100 중량부에 대하여 45 내지 90 중량부가 사용될 수 있다. 또한 고분자 수지는 생분해성의 향상을 위하여 분자량 3,000 내지 5,000 Da 범위의 공지된 고분자수지를 사용한다.

분해 보조 촉진제로 무기물이 사용될 수 있고, 이와 같은 무기물은 본 발명에 따른 생분해성 시트의 내구성 향상에 기여할 수 있다. 본 발명에 따른 분해 보조 촉진제로, 바람직하게 탄산칼슘과 탈크의 혼합물(예컨대, 1:6 내지 6:1의 중량비로 혼합된 것)이 사용될 수 있다. 전체 성형용 조성물 100 중량부에 대하여 분해 보조 촉진제가 5 중량부 미만으로 사용될 경우 생분해성 시트의 내구성이 저하될 수 있고, 40 중량부를 초과하여 사용될 경우 첨가되는 다른 원료의 배합비가 감소하게 되므로, 바람직하게 5 내지 40 중량부가 사용될 수 있다.

성형용 조성물은 이 분야에 공지된 성형 방법에 의하여 시트 형상으로 제조될 수 있고, 진공 성형에 의하여 포장재, 식품 포장용기, 컵, 식기, 일회용기 등의 일회용품 분야에 적용될 수 있다.

[실시예]

(1) 신선도 유지제 제조

기능성 광물질로서 5:5의 비율로 혼합된 젠노타임(Xenotime):가돌리나이트(Gadolinite)의 혼합물 20 중량부; 다공성 광물질로 제올라이트 65 중량부; 및 천연항균제로서 5:5 중량비로 혼합한 키토산:프로폴리스의 혼합물 15 중량부를 혼합하여 제조하였다. 먼저 다공성 물질인 제올라이트 65 중량부와 키토산:프로폴리스의 혼합물 15 중량부를 교반기에서 혼합하면서, 10 kHz의 초음파를 10분간 조사하였다. 이렇게 제조되는 천연항균제가 제올라이트의 천연항균제 담지율은 15 내지 18 wt% 수준으로, 미처리시 담지율인 10wt%보다 5 내지 8wt% 이상 높은 천연항균제를 담지하게 된다. 이렇게 제조되는 천연항균제를 담지한 제올라이트와 기능성 광물질을 혼합하여 신선도 유지제를 제조한다.

(2) 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 조성물의 제조

전체 복합분해 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여, 코코넛피 15 중량부; 폐지분체 10 중량부; 폴리에틸렌 왁스 0.25 중량부; 5:5의 중량비로 혼합된 메타규산소다와 붕산나트륨 10 수화물의 혼합물 1.2 중량부; 5:5의 중량비로 혼합된 알파리놀렌산과 감마리놀렌산의 혼합물 1 중량부; 5:5의 중량비로 혼합된 페릭(Ⅲ) 포메이트와 페릭(Ⅱ) 락테이트 2.5 중량부; 1,3-비스(티-부틸퍼옥시-이소프로필)벤젠 0.05 중량부; t-부틸 이소프로필 모노페록시카보네이트 1 중량부; 2,2'-아조비스이소부티로나이트릴 1.5 중량부; 아교 10 중량부; 신선도 유지제 3 중량부 및 잔량으로 분자량 5,000 Da의 폴리에틸렌 54.5 중량부를 슈퍼 믹서에 투입한 후 130 내지 160℃의 온도에서 12분간 믹싱하여 복합분해 첨가제 조성물을 제조하였다.

(3) 복합분해 첨가제 펠릿의 제조

상기 제조된 복합분해 첨가제 조성물을 이축압출기를 이용하여 용융 혼련한 후, 반응온도가 100 내지 300 ℃이고, 스크류의 회전속도가 300 내지 800 RPM인 이축 압출기를 통과시켜 냉각한 후 일정 크기로 절단하여 복합분해 첨가제 펠릿을 제조하였다.

(4) 성형용 조성물 및 생분해성 시트의 제조

전체 성형용 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 제조된 복합분해 첨가제 펠릿 5 중량부; 분자량 5,000 Da의 폴리에틸렌(PE) 75 중량부; 탄산칼슘 20 중량부; 탈크 10 중량부를 혼합하여 성형용 조성물을 제조한 다음, 이 분야에 공지된 시트 제조 설비를 이용하여 생분해성 시트를 제조하였다. 또한 이 시트를 이용하여 진공성형하여 식품보관용기를 제조하였다.

[비교예]

비교예 1

분자량 15,000 Da 폴리에틸렌 45 중량부 및 폴리유산(PLA) 30 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 복합분해 첨가제 조성물에 따른 성형용 조성물 및 생분해성 시트를 제조하였다.

이 시트를 이용하여 진공성형 방법으로 식품보관용기를 제조하였다.

비교예 2

실시예 1에서 신선도 유지제를 3 중량부를 사용하지 않고, 바인더 수지를 그만큼 더 추가하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합분해 첨가제 조성물에 따른 생분해서 시트를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 실시예와 비교예에 따른 시트 샘플에 대하여, 인장강도와 신장률의 물성 평가, 분자량 감소 평가, 그리고 신선도 유지 성능 평가를 진행하였다.

[실험예]

(1) 인장강도와 신장률 평가

ASTM D 3826-98에 의거하여 ASTM D 3826 방법에 따라서 25 X 102 ㎜로 재단된 상기 실시예1, 비교예1의 시트 샘플의 인장강도 및 신장률을 측정하였다. 시트 당 샘플의 수는 시트 별 오차를 감소시키기 위해 각 측정 항목 당 10 회씩 측정하여 최대값과 최소값을 제외한 평균값을 취하였다. Load cell은 50 ㎏을 사용하였고, UTM(Universal Testing Machine, Daekyung Tech, Korea)기계를 사용하였으며, 기계의 인장 속도는 50 ㎜/min으로 설정하여 실험을 진행하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

실험 결과, 실시예 1은 19.0 MPa의 인장강도와 295.40 %의 신장률을 보였다. 반면, 비교예 1은 실시예 1과 비교하여 더 높은 인장강도와 낮은 신장률 신장률을 나타내었다. 이는 바인더수지의 분자량에 기인한 기계적 물성의 차이로 판단되며, 고가의 폴리유산(PLA)을 사용하지 않았음에도 식품 포장용기로 사용하기에 실시예1은 적절한 기계적 물성으로 판단된다.

(2) 분자량 감소 평가

상기 실시예 1, 비교예 1에 따른 시트 샘플의 분자량 변화를 측정하였다. 전 세계적으로 분해성 필름의 인증기준을 보유한 국가는 미국, 스웨덴, 영국, 한국, 싱가폴, UAE 등이 있다. 위의 인증기준을 보유한 국가 중 관능 테스트를 진행하는 영국을 제외한 다른 국가들은 ASTM D 6954의 방법에 따라 분자량 평가, 생분해 평가, 겔잔사 시험, 물성열화, 중금속 시험을 진행한다. 이중 분자량은 스웨덴, 싱가폴 등은 ASTM D 6954 Tier 1의 방법에 따라 분자량 10,000 Da 이하가 평가 기준점이며, 한국, UAE 등은 ASTM D 6954 Tier 1의 방법에 따라 분자량 5,000 Da 이하가 평가 기준점이다. 분자량 평가는 한국의류시험연구원에서 ASTM D 6954 Tier 1의 방식에 따라 방사조도 340nm, 온도 50℃에서 400시간동안 진행하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

실험 결과, 실시예 1에서 300 시간 경과후에 4,023 Da 의 분자량에 진입한 반면 비교예 1에서는 상대적으로 높은 분자량 수준을 나타낸다. 400 시간 후에 실시예 1과 비교예 1은 분자량 범위에서 차이를 보이게 된다. 폴리유산(PLA)을 더 많은 함량으로 포함하는 비교예 1에서의 분자량 감소율이 실시예 1에 비하여 더 우수하게 나타났고, 이는 생분해 고분자인 폴리유산(PLA)이 생분해 결과로 판단된다. 비교예 1이 실시예 1에 비하여 우수한 분자량 감소율을 보였으나, 일정시간이 경과한 후의 분자량은 실시예 1에서 더 낮게 나타나는바 이는 최초 바인더수지의 분자량에 기초한 것으로 판단된다.

한편, 실시예 1은 성형품으로 생산되기에 적합한 물성을 가지면서, 이 분야에 공지된 생분해성 플라스틱에 비해 우수한 생분해성을 가지는 것에 의하여 생분해성 플라스틱으로 사용되기에 적절한 조성임을 알 수 있다.

(3) 신선도 유지 성능 평가

실시예1과 비교예 2에 따른 진공성형용 조성물을 이용하여 통상적인 진공 성형 방법에 따라 식품보관 용기를 제조하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 조성물을 이용하여 제작된 진공성형품을 이용하여 계란의 보관 기간을 비교한 사진으로 본 발명에 따른 신선도 유지제를 사용하여 제조된 용기의 경우 동일한 조건에서 15일이 경과한 후에도 노른자와 흰자가 뚜렷이 구분되는 반면, 기존의 용기의 경우에는 부패가 심하게 이루어짐을 확인할 수 있다.

이는 기능성 광물질과 천연항균제의 상승적 항균 효과에 기인한 것으로 평가되며, 천연 항균제를 다공성 물질에 함침하는 것이 항균 기능성 발휘의 지속성에 더 효과적임을 확인할 수 있었다.

Claims

전체 복합분해 첨가제 조성물 100 중량부에 대하여,
코코넛피 10 내지 15 중량부;
폐지분체 5 내지 10 중량부;
유기과산화물 0.01 내지 1.0 중량부;
아교 5.0 내지 10.0 중량부;
신선도 유지제 1 내지 5 중량부 및
분자량 3,000 내지 5,000 Da의 바인더수지를 포함하는 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 신선도 유지제는 다공성 물질 65 내지 75 wt%; 기능성 광물질 15 내지 25 wt%; 및 천연항균제 10 내지 15 wt%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 조성물.
제2항에 있어서,
상기 신선도 유지제는 천연항균제가 다공성 물질에 담지되어 있는 것으로,
다공성 물질은 뮬라이트(mullite), 비정질 알루미노실리케이트, 제올라이트, 메조기공 실리카 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이며,
기능성 광물질은 젠노타임(Xenotime), 가돌리나이트(Gadolinite), 육세나이트(Euxenite)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고,
천연항균제는 산쇼올, 프로폴리스, 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 사용되는 것을 특징으로 하는 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 조성물.
제1항 내지 제3항 중에서 어느 한항의 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 조성물로부터 제조된 신선도 유지 기능을 가지는 복합분해 첨가제 펠릿.
제4항에 따른 신선도 유지기능을 가지는 복합분해 첨가제 펠릿; 고분자 수지 및 분해 보조 촉진제 혼합하여 제조되는 신선도 유지 기능을 가지는 시트 또는 진공성형품