KR0128994B1 - 생분해성 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생분해성을 갖는 고강도 수지 조성물을 제공한다. 이 수지 조성물은 생분해성 폴리하이드록시 알카노에이트 50~90중량%와 고강도 폴리스티렌 10~50중량%를 용융 혼합법에 의해 블렌딩하여 제조되며, 폴리하드록시 알카노에이트는 폴리하이드록시 부틸산, 또는 폴리하이드록시 부틸산과 폴리하이드록시 발레릭산의 공중합체(폴리하이드록시 발레릭산의 함량은 30몰%)가 사용된다.

본 발명의 생분해성 수지 조성물은 일회용 제품(면도기, 칫솔 등)과 일회용 포장재, 식품용기 등의 분해성 재료로 사용될 수 있다.

Description

생분해성 수지 조성물

제1도는 폴리하이드록시 알카노에이트와 고강도 폴리스티렌의 혼합 비율에 따른 생분해도를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 생분해성을 갖는 수지 조성물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 미생물 유래의 생분해성 폴리에스터인 폴리하이드록시 알카노에이트(이하 “PHA”라 칭힌다)와 석유화학계 합성 수지의 일종으로 일회용품을 비롯한 다양한 플라스틱제품에 가장 널리 상용되고 있는 고충격 폴리스티렌(이하 “HIPS”라 칭한다)을 블렌딩(Polymer Blending)하여 수득되는 새로운 생분해성 플라스틱에 관한 것이다.

PHA는 많은 미생물들이 세포내에 과립형태로 축적하는 탄소원 및 에너지 저장물질로서(Dawes and Senior 1973), 1926년 레모이근에 의하여 바실러스 메가테움(Bacillus megatorum)에서 최초로 발견되고, 아조토박터 크루우코쿰(Azotobacter chroococum)으로부터 처음으로 PHA과립이 분리되어져 그 구조가 아래와 같은 반복단위를 가지는 생물열화성의 고분자임이 밝혀져 있으며, 그 중 결정화도가 최고 80%정도되는 결정성 고분자인 폴리하이드록시 부틸산(이하 “PHB”라 한다)과 비정질 상태의 고분자인 폴리하이드록시 발레릭산(이하, “PHV”라 한다)을 일정 함량(1~30㏖%) 함유되는 공중합체(이하 PHB-co-PHV)가 주류를 이루고 있다.

PHV는 포도당이나 과당, 메탄올, 에탄올, 수소와 탄산가스 등을 미생물의 기질로 이용하여 생산할 수 있는데, 세포내에 축적된 PHA는 유기용매나, 효소 등을 이용 추출, 건조하여 백색의 분말도 얻을 수 있고, 고형의 PHA는 생분해성이 우수한 플라스틱 제품의 제조에 이용될 수 있으며(P.A. Holmee 1985), 합성 폴리에스터와 폴리프로필렌의 중간적 물성을 지니고 있어 난분해성 플라스틱의 남용으로 인한 환경오염 문제의 해결뿐 아니라 다양한 분야에 대한 산업적 응용 가능성이 점차 확대되어 가고 있다.(Chemical week, 28 Augutst 1985, p. 55, Manufacturing, Chemist, October 1985, p. 64)

HIPS는 석유화학계 합성수지인 폴리스티렌이 깨지기 쉬운 결점을 갖고 있기 때문에 충격강도를 증가시키기 위하여 폴리부타디엔(polybutadiene)과 같은 고무(rubber)를 섞어 상용성을 부여한 개량된 수지로서 구조식은 아래와 같다.

폴리스티렌의 주용도는 스티로폴과 같은 다양한 용도의 제품으로 응용되고 있으며, 특히 일회용 면도기를 비롯한 일회용품 등의 기본원료로 널리 이용되고 있다. 그러나, 기존의 석유화학계 수지들과 마찬가지로 폴리스티렌 역시 난분해성이어서 세계 각국에서는 일회용품과 포장재 등의 소재로 사용되는 것을 법적으로 규제하기 시작함에 따라 이들 수지를 대체할 수 있는 새로운 분해성 수지의 개발이 절실히 요구되고 있다.

이러한 상황하에서 본 발명자들은 생분해성을 갖는 수지 조성물을 제공하고자 예의 연구한 결과, 탁월한 제반 물성 이외에 생분해성까지 소유하고 있으나 생산단가가 높아 실용화가 늦어지고 있는 PHA와 물성은 우수하거나 난분해성으로 인하여 일회용품 등을 비롯한 플라스틱 제품의 소재로서 규제의 대상이 되어 가고 있는 HIPS를 블렌딩함으로써 PHA와 HIPS의 특성을 공유한 새로운 형태의 생분해성 플라스틱 제품 소재를 얻을 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

먼저 PHA와 HIPS의 기본적인 물성을 다음 표 1에서와 같이 비교하였다.

[표 1] PHA와 HIPS의 기본물성 비교

본 발명에 따라, 상기한 물성을 갖는 PHA와 HIPS를 혼합하는 비율은 PHA 대 HIPS가 중량비로써 5~95 : 95~5이며, 바람직하게는 PHA가 PHB인 경우에는 30~70 : 70~30이고, PHA가 PHV-_CO-PHB(PHV의 함량; 30㏖%)인 경우에는 10~90 : 90~10이다, 그러나, 가장 바람직하게는 두 경우 모두에 있어서, 생분해성을 고려할 때 HIPS의 함량은 50중량%를 넘지 않아야 한다.

한편, PHA는 열전도율이 상대적으로 낮아서 수지의 냉각속도가 늦어짐으로 인하여 생산성이 저하되지만 HIPS와 혼합하면, HIPS가 용융된 PHA의 함유 열량을 자신의 용융열로 이용하기 때문에 냉각속도가 빨라져서 생산성이 향상되는 효과가 얻어진다. PHA와 HIPS는 약 190~230℃에서 트윈 스크류 압출기를 이용하여 압출함으로써 용융 블렌딩법에 의해 혼합할 수 있다.

[실시예 1~5 및 비교예 1~2]

PHA와 HIPS를 각각 PHA : HIPS=100 : 0, 90 : 10, 70 : 30, 50 : 50, 30 : 70, 10 : 90, 0 : 100의 비율로 190~230℃에서 용융블렌딩하기 위하여 트윈 스크류 압출기(twin screw extruder)로 압출하여 상온으로 냉각후에 칩(chip) 형태로 커팅하였다. 이렇게 제조된 칩을 ATM 규격에 의한 시료로 제작하기 위하여 190~210℃의 사출성형 온도로 성형하였다. 이렇게 만들어진 시편들을 이용하여 물성변화 및 생분해도를 시험하고 그 결과를 아래 표 2 및 제1도에 나타내었다.

[표 2] PHA/HIPS 블렌딩에 따른 물성변화

제2도에 나타낸 바와 같이, PHA와 HIPS와의 블렌딩 비율에 따른 생분해도의 실험에 있어서는, 아직까지 세계적으로 생분해성 평가를 위한 공인된 표준방법이 마련되지 못한 관계로 인해 본 발명자들의 실험실에서 토양(25℃)매립법으로 테스트한 결과이며, 각각의 분해도 수치는 0.05mm 두께의 PHA필름이 토양내에서 12주 경과 후, 100% 중량손실이 일어난 것을 100% 완전분해로 하여 그에 대한 상대값으로 표시한 값이다.

상기 표와 첨부된 도면의 결과에서 알 수 있듯이, 고분자 물성의 측면에서 보면 PHA가 PHB인 경우에는 HIPS의 첨가비율이 30~70%, PHA가 PHB-_CO-PHV인 경우에는 HIP의 첨가비율이 10~90%의 범위인 것이 바람직하다. 그러나, 생분해성을 고려할 때 HIPS의 함량이 50중량%를 넘지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 생분해성 플라스틱 수지는 10~50중량%의 HIPS와 50~90중량%의 PHA로 이루어져 있다.

본 발명의 완성으로 인하여 규제의 대상으로만 되고 있던 일회용 제품(면도기, 칫솔 등)과 일회용 포장재, 식품용기 등에 분해성 재료의 사용이 가능하게 되었고, 기존의 분해성 수지인 광붕괴수지, 전분층진된 생붕괴 수지에 비하여 고분자적 물성과 생분해도가 절대적으로 향상된 새로운 생분해성 재료의 실용화가 앞당겨지게 되었다.

Claims (3)

1. 생분해성 폴리하이드록시 알카노에이트와 고강도 폴리스티렌으로 이루어짐을 특징으로 하는 생분해성을 갖는 고강도 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서, 생분해성 폴리하이드록시 알카노에이트 50~90중량%와 고강도 폴리스티렌 10~50중량%로 이루어짐을 특징으로 하는 생분해성을 갖는 고강도 수지 조성물.
3. 제1항에 있어서, 폴리하이드록시 알카노에이트는 폴리하이드록시 부틸산, 또는 폴리하이드록시 부틸산과 폴리하이드록시 말레리산의 공중합체(폴리하이드록시 발레리사느이 함량은 30㏖%)임을 특징으로 하는 고강도 수지 조성물.