KR0121996B1 - 생분해성을 갖는 지방족 폴리에스테르 수지조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

생분해성을 갖는 지방족 폴리에스테르 수지조성물 및 그 제조방법

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KR0121996B1
KR0121996B1 KR1019930029543A KR930029543A KR0121996B1 KR 0121996 B1 KR0121996 B1 KR 0121996B1 KR 1019930029543 A KR1019930029543 A KR 1019930029543A KR 930029543 A KR930029543 A KR 930029543A KR 0121996 B1 KR0121996 B1 KR 0121996B1
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Abstract

본 발명은 생분해성을 갖는 지방족 폴리에스테르 수지조성물 및 제조방법에 관한 것으로, 이관능성 글리콜과 이관능성 카르복실산으로 제조되는 지방족 폴리에스테르 수지 60~99중량%에 에스테르화 및 에스테르교환반응이 끝난 후 분자량이 30,000~50,000인 폴리카프로락탐을 1~40중량%첨가하여 중축합반응 시킴으로써 융점이 90~120℃, 분자량이 30,000~50,000, 인장강도가 300~500㎏/㎠, 신도가 200~600%인 생분해성을 갖는 지방족 폴리에스테르 수지조성물이 형성된다.

Description

생분해성을 갖는 지방족 폴리에스테르 수지조성물 및 그 제조방법
본 발명은 생분해성 수지조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 물성이 우수하여 범용플라스틱으로 적용할 수 있는 생분해성 지방족 폴리에스테르수지조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경오염이 심각한 사회 문제로 대두되고 특히 생태계 내에서 쉽게 분해되지 않는 수지류 및 초장재 등이 생태계내에 다량 축적됨에 따른 여러 가지 문제점이 심각하게 대두되고 있는 바, 이러한 문제점이 없는 대체물질의 개발에 대한 요구가 급증하고 있다.
이러한 요구에 부응하기 위하여, 최근에는 폴리에틸렌 수지에 전분 등을 혼합하는 방법 또는 지방족 폴리에스테르를 이용하는 방법 등이 연구되고 있으며, 이 중에서도 특히 주목을 받고 있는 것이 생분해성 지방족 폴리에스테르이다.
일반적으로 지방족 폴리에스테르는 생분해성이 있는 것으로 알려져 있으나, 융점이 낮고 내열성 및 기계적 강도 등의 물성이 불량하여 그 이용분야가 극히 제한되어 있다. 따라서 최근에는 범용 플라스틱으로 사용 가능한 생분해성 지방족 폴리에스테르 수지를 제공하기 위해 다양한 연구가 이루어지고 있다.
그 대표적인 예가 방향족 폴리에스테르와 지방족 폴리에스테르 수지와의 결합에 의한 방법, 이소시아네이트 등의 별도의 연결기를 도입하여 분자량을 높이는 방법(일본 특허공개 평4-189822, 4-189823호)등이다.
그러나 전자의 방법은 분자량을 높일 수는 있지만 도입된 방향족 폴리에스테르가 완전 생분해되지 않아 여전히 환경을 오염시킨다는 문제가 있고, 이와 유사하게 이소시아네이트기를 도입하는 방법도 2차적인 환경오염을 유발할 수 있다는 등의 문제가 있어 여전히 개선의 여지로 남아 있었다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 개선하여 분자량 및 물성을 향상시키고 완전하게 생분해가 될 수 있는 지방족 폴리에스테르 수지조성물을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기한 과제를 해결한 본 발명에 의하면 지방족 디카르복실산과 지방족 디올의 반응에 의해 얻어지는 지방족 폴리에스테르 60~99중량%와 수평균 분자량이 20,000~50,000인 폴리카프로락톤(이하,'PCL'이라 약칭함) 1~40중량%를 함유하며, 융점이 90~120℃, 분자량이 30,000~50,000, 인장강도가 300~500㎏/㎠, 신도가 200~600%인 것을 특징으로 하는 생분해성 지방족 폴리에스테르 수지조성물이 제공된다.
본 조성물에 있어서, 지방족 폴리에스테르는 지방족 디올과 지방족 디카르복실산의 중합생성물, 보다 바람직하게 숙신산, 디메킬숙시네이트 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 디카르복실산과 에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 지방족 디올의 중합 생성물이다. 이러한 지방족 폴리에스테르는 대한민국 특허출원 제92-23688호 등에 제시되는 방법으로 제조될 수 있다.
PCL은 상기한 지방족 폴리에스테르보다 비교적 융점이 낮고 분자량이 큰 것으로서, 수평균 분자량이 20,000~50,000정도 보다 바람직하게 40,000~50,000정도인 것이 물성 측면에서 바람직하다. 이러한 PCL은 조성물의 원가절감 및 필름성형시의 슬립(slip)성 개선에 효과가 있다.
본 조성물 중 지방족 폴리에스테르의 함량은 60~99중량%가 적당하고, PCL은 1~40중량%가 적당하다. 만일 본 조성물 중 PCL이 1중량% 미만이면 본 발명이 원하는 효과를 나타낼 수 없으며, 40중량%를 초과하여 첨가되면 융점이 낮아서 사용하는데 제한이 있다.
본 발명의 조성물은 우선 숙신산, 디메틸숙시네이트 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 지방족 카르복실산과 에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 지방족 디올을 촉매의 존재하에 에스테르화 반응 또는 에스테르교환반응을 시킨 후에, 결과의 반응 생성물에 PCL과 촉매, 안정제 등을 투입하여 축중합을 진행시키는 것에 의헤 제조될 수 있다. 축중합시의 온도는 200~300℃, 바람직하게는 230~270℃가 적당하며, 반응시간은 2~5시간 정도가 적당하다.
본 제조방법에 있어서, 촉매로는 테트라부틸티타네이트, 디부틸옥사이드 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 그 투입량은 조성물 100중량부 기준으로 0.3~1중량부가 적당하다. 촉매의 투입량이 0.3중량부 미만일 경우에는 촉매로서 반응성이 떨어지며, 1중량부를 초과하는 경우에는 반응성은 좋으나 색상이 불량하게 된다.
안정제로는 크리메틸포스페이트, 트리페닐포스페이트 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 투입량은 조성물 100중량부 기준으로 0.1~0.8중량부가 바람직하다. 만일 안정제의 투입량이 0.1중량부 미만일 때는 안정제의 투입효과가 불충분하며, 0,8중량부를 초과하는 경우에는 반응성이 불량하게 된다.
이와 같이 지방족 폴리에스테르 구성 단량체의 에스테르화 반응 또는 에스테르교환반응 이후에 폴리카프로락톤을 첨가하여 축중합하는 것에 의해 제조되며 지방족 폴리에스테르의 함량이 60~99중량%이고 PCL의 함량이 1~40중량%인 본 조성물은 융점 90~120℃, 분자량 30,000~50,000, 인장강도 300~500㎏/㎠ 및 신도 200~600%를 갖게 되어 범용 플라스틱을 사용할 수 있게 되며, 특히 완전히 생분해가 이루어지기 때문에 종래의 수지들에 비해 여러 측면에서 개선된 효과를 나타낸다.
상기한 바와 같이 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기 실시예로 한정되지는 않는다.
하기 실시예 및 비교예에서 생분해성은 ASTM D-4300의 방법을 따라 측정한 분자량 감소율로 평가하였다. 즉, pH7.0인 100㎛ole이 인산 완충용액에 수지를 40㎛의 필름상태로 성형하여 넣은 후 아스퍼지리우스 나이거 균을 0.2㎎을 첨가하여 총 반응액 부피를 1ℓ가 되게 하고, 이 반응액을 37℃에서 60일간 하고 150rpm으로 교반하고 분자량 변화를 측정하여, 분자량 감소율을 다음 식으로 계산하였다.
《실시예1》
숙신산 118.9g, 1,4-부탄디올 118g에 에스테르화 반응 촉매로 테트라부틸티타네이트 0,03g을 투입하여 반응온도 200℃에서 교반하에 90분간 반응시킨 후, 이론양의 물이 석출되면 여기에 촉매로 디부틸틴옥사이드 0.4g과, 안정제로 트리메틸포스페이트 0.25g 첨가하고 여기에 수평균 분자량 40,000인 PCL 10g을 투입하여 축중합반응을 시켰다. 축중합시 조건은 온도 245℃, 반응시간 5시간, 진공 0.03mmHg이었다.
이와 같이 하여 얻은 수지조성물의 물성 및 생분해성을 측정하여 표1에 나타내었다.
《비교예1》
일반적인 폴리부틸렌테레프탈레이트 1,500g과 PCL 500g 및 무수초산 아연촉매 0.3g을 투입하고 250℃ 교반하에 90분간 반응시킨 후, 200℃로 감온하면서 1시간 더 반응을 시켜 수지조성물을 제조하였다.
이와 같이 하여 얻은 수지조성물의 물성 및 생분해성을 측정하여 표1에 나타내었다.
《실시예2》
디메틸숙시네이트 146g, 1,4-부탄디올 166.5g, 에틸렌글리콜 3.1g에 에스테르 교환촉매로 테트라부틸타네이트 0.04g을 투입하여 반응온도 200℃에서 교반하에 90분간 반응시킨 후, 이론양의 메탄올이 석출되면 여기에 촉매로 디부틸틴옥사이드 0.45g과 안정제로 트리메틸포스페이트를 0.25g 첨가하고 여기에 수평균 분자량 40,000인 PCL 50g을 투입하여 축중합반응을 시켰다. 축중합시 조건은 온도 245℃, 반응시간 5시간, 진공 0.03mmHg이었다.
이와 같이 하여 얻은 수지조성물의 물성 및 생분해성을 측정하여 표1에 나타내었다.
《비교예2》
PCL분자량이 18,000인 것을 제외하고는 실시예2와 동일한 절차를 반복하여 얻은 수지조성물을 제조하였다. 제조된 수지 조성물의 물성 및 생분해성을 측정하여 표1에 나타내었다.

Claims (4)

  1. 숙신산, 디메틸숙시네이트 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 지방족 디카르복실산과 에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 지방족 디올의 반응에 의해 얻어지는 지방족 폴리에스테르 60~99중량%와 수평균 분자량이 20,000~50,000인 폴리카프로락톤 1~40중량%를 함유하여, 융점이 90~120℃, 분자량이 30,000~50,000, 인장강도가 300~500㎏/㎠, 신도가 200~600%인 것을 특징으로 하는 생분해성 지방족 폴리에스테르 수지조성물.
  2. 지방족 폴리에스테르의 함량이 60~99중량%이고 폴리카프로락톤의 함량이 1~40중량%인 생분해성 지방족 폴리에스테르 조성물의 제조에 있어서, 숙신산, 디메틸숙시네이트 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 지방족 디카르복실산과 에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 지방족 디올을 촉매의 존재하에 에스테르화 또는 에스테르교환 반응시킨 후, 여기에 수평균분자량이 20,000~50,000안 폴리카프로락톤을 촉매 및 안정제와 함께 투입하여 축중합시키는 것을 특징으로하는 생분해성 지방족 폴리에스테르 수지조성물의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 촉매가 테트라부틸티타네이트, 디부틸틴옥사이드 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 생분해성 지방족 폴리에스테르 수지조성물의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 안정제가 트리메틸포스페이트, 트리페닐포스페이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 생분해성을 갖는 지방족 폴리에스테르 수지조성물의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220070794A (ko) * 2020-11-23 2022-05-31 주유정 염기성 염료 가염성 부직포용 공중합 폴리에스테르 수지

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