초록

○ 연구결과
전분박을 주조성으로 하여 키토산, 대두단백, 카라기난 등을 가교물질로 사용하여 컴프레셔 몰딩 방식을 이용하여 생분해 가능한 플라스틱 조성을 개발하였다 또한 생활에서 사용 가능한 접시 및 용기를 상업적 방식을 통하여 제조하였다. 전분박의 주조성물인 셀룰로오즈의 분해능이 우수한 균주를 동정하고 이를 통하여 생분해 플라스틱의 생분해 정도를 과학적 접근방식을 통하여 관찰하였다.

Abstract ▼

Most widely used petroleum based polymeric materials developed in the past 50-60 years are durable and inert in the presence of microbes thus leading to a long term performance. However, in view of the current emphasis on environmental pollution problems and in conjunction with the land shortage pro

Most widely used petroleum based polymeric materials developed in the past 50-60 years are durable and inert in the presence of microbes thus leading to a long term performance. However, in view of the current emphasis on environmental pollution problems and in conjunction with the land shortage problems for solid waste management and pending legislation, the need for environmentally degradable polymers has arisen.
Biodegradable plastics have been developed mainly on the basis of starch, bacteria-produced materials, and natural polymers such as cellulose, soy-protein, and zein. Bacteria-produced polyhydroxybutyrate (PHB) and PHB hydroxyvalerate (HV) copolymers exhibit mechanical properties that equal or even exceed those of traditional thermoplastics. However, the current high price of such materials limits their use to a few exclusive applications such as in the field of biomedicine and chiral synthesis.
Sweet potato pulp (SPP) is byproduct of sweet potato starch (SPS) extraction processing and is economically feasible. SPS is the major source in preparing Tangmyun (starch noodle) which is a popular food in Korea, China, and Japan. Solid waste from SPS plant has caused serious environmental problems and needs high treatment cost in Korea, China, and Japan. One method reported to reduce greatly the load of solid waste on landfills is the development of biodegradable plastics. SPP is mainly consisted of cellulose (95%) and minor components, such as ash (3%), protein (0.4%), and fat (0.6%).
Blending is an important method in polymer manufacture and has received increasing attention because of the strong economic incentives arising from the use of polymer blends. These blends may combine the advantages of both components and may have better properties than either component. Therefore, blending SPP with other polymer may have practical advantages in reducing the cost and improving the mechanical properties. However, the properties of polymer blends depend greatly on their morphology and interactions between components. Therefore, selection of the blending components or reagents is important. Moreover, a third component, plasticizer, usually is added to an immiscible blend to increase the compatibility and modify the interfacial adhesion of the blend. As a result, the mechanical properties are improved. In this study, SPP was blended into several kinds of other biopolymers (Cationic starch, Chitosan, Soy protein isolate et. al) with or without plasticizer and gum (Glycerol, Carrageenan et. al). The mechanical properties such as flexural, rockwell hardness, and izod strength of SPP-based biodegradable plastics was investigated.
On the other hand, Biodegradation properties of SPP based plastics are evaluated in the composting medium with or without cellulase producing bacteria.
Total nineteen strains were isolated from soil composting mediums containing high cellulase because SPP consists mainly of cellulose (95 %), using CMC (carboxymethly-cellulose) media and DNS (3,5-dinitrosalicylic acid) method.
Finally one strain among of three strains primarily selected. For optimization, total count and enzyme activities of selected strain were determined in various soil conditions (inoculation, water, and aeration) and different soil types (general soil, leaf mold, and leaf mold+general soil (1:1, w/w)), The rate of weight loss of plastics in various conditions about 55% to 70% after 12 days incubation in soil.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약문 ... 2
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 8
• 목차 ... 10
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 13
• 가. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 13
• 1) 기술적 측면 ... 13
• 2) 경제·산업적 측면 ... 14
• 3) 사회·문화적 측면 ... 15
• 나. 연구 개발의 내용 및 범위 ... 16
• 1) 연차별 연구 개발 내용 및 범위 ... 16
• 2) 연구개발 추진 체계 ... 17
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 18
• 가. 국내 기술개발의 현황 및 문제점 ... 18
• 나. 국외 기술개발의 현황 및 문제점 ... 18
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 21
• 제1절 고구마박의 플라스틱 제조 기술 개발 ... 21
• 1. 고구마박의 효율적 수분제거기술 개발 ... 21
• 가. 고구마박의 기본 성분 분석 ... 21
• 나. 회전 스크류 타입의 탈수기에 의한 1차 탈수 ... 22
• 다. 열풍건조기에 의한 건조 ... 22
• 2. 혼합 Master Batch 개발 ... 22
• 가. 생분해 혼합 플라스틱 소재의 재료 ... 22
• 1) 주원료 물질 (고구마 전분박) ... 22
• 2) 부원료 물질 ... 22
• 나. 각 소재별 플라스틱 제조 방법 ... 25
• 1) 고구마박/양성전분 혼합 플라스틱 제조 ... 25
• 2) 고구마박/키토산 혼합 플라스틱 제조 ... 26
• 3) 고구마박/대두단백 혼합 플라스틱 제조 ... 27
• 다. 플라스틱의 물성 측정에 대한 용어설명 ... 28
• 1) Flexural strength (ISO 180:2000) ... 28
• 2) Izod impact (ISO 178:2001) ... 29
• 3) Rockwell hardness (KSM3037) ... 30
• 라. 각 조성별 결과 ... 31
• 1) 고구마박 90 : 양성전분 10 (치환도 ＝ 0.08) ... 31
• 2) 고구마박 95 : 키토산 (150cp) 2.5 : K-carrageenan 2.5 ... 32
• 3) 고구마박 : 대두단백 (10-50%) 블랜딩 플라스틱 ... 33
• 제2절. 고구마박 플라스틱의 분해우수 균주의 선발 및 동정 ... 39
• 1. cellulase 와 hemicellulase 활성 미생물의 탐색 및 분리 ... 39
• 가. 실험개요 ... 39
• 나. 실험 결과 ... 39
• 2. 고구마 전분박 분해활성 우수 균주 선발 및 동정 ... 42
• 가. 실험개요 ... 42
• 나. 실험결과 ... 42
• 3. 선발균주의 토양 적응성 및 호·혐기 특성 검토 ... 45
• 가. 실험개요 ... 45
• 나. 실험결과 ... 45
• 제3절 상업적 혼합 플라스틱의 생산 ... 46
• 1. 실용화 제품 개발을 위한 저장 안정성 평가 ... 46
• 가. 저장 안정성 평가용 생분해플라스틱 시료 제조 ... 46
• 나. 수분흡수/무게소실 정도 측정 ... 47
• 1) 수분 흡수 정도 ... 47
• 2) 무게 소실 정도 ... 48
• 다. 수분 저항 능력 측정 ... 49
• 2. 고구마 전분박과 다른 생고분자의 혼합에 다른 composite 플라스틱의 물성측정 ... 51
• 가. 시제품 제작 ... 51
• 1) Compression molding 기기 조건 ... 51
• 2) 첨가물 ... 51
• 3) 실험방법 ... 52
• 나. 접시의 Puncture Load 결과 ... 53
• 1) 시료별 성분 비교 ... 53
• 2) 접시의 Puncture Load ... 53
• 3) 제작된 접시 ... 54
• 다. 컵 및 용기의 Puncture Load 결과 ... 55
• 1) 시료별 성분 비교 ... 55
• 2) 컵, 용기의 Puncture Load ... 55
• 3) 제작된 컵과 용기 ... 56
• 제4절 미생물에 의한 플라스틱의 분해도 측정 및 최적화 모델확립 ... 57
• 2. 미생물의 plastic 표면 접종에 의한 분해 및 표면 형상 변화 ... 58
• 3. 토양 매립조건에서의 생분해도 측정 ... 62
• 가. 실험 조건 ... 62
• 나. 실험 결과 ... 63
• 1) 토양의 수분 함량 ... 63
• 2) 토양의 매립 기간별 생분해 플라스틱의 표면형상 변화 및 SEM 촬영 결과 ... 64
• 3) 토양매립에 의한 생분해 플라스틱의 매립기간별 무게변화 ... 68
• 4) 생분해 플라스틱 매립에 사용된 토양의 미생물의 균수 변화 ... 69
• 5) 생분해 플라스틱 매립에 사용된 토양의 미생물의 균수 변화 ... 70
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 71
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 72
• 가. 기술적 측면 ... 72
• 나. 경제·산업적 측면 ... 72
• 다. 활용방안 ... 73
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 74
• 1. 생분해 가능한 생물고분자의 분류 ... 74
• 2. 생분해 생물고분자의 이용 현황 ... 74
• 제7장 참고문헌 ... 76
• 끝페이지 ... 83