KR100222483B1 - 생분해성 지방족 폴리에스테르수지의 제조방법 - Google Patents

생분해성 지방족 폴리에스테르수지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 결정화 속도가 빠른 생분해성 지방족 폴리에스테르수지의 제조방법에 관한 것으로, 용융유동지수가 5~50인 폴리부틸렌숙시네이트(PBS) 또는 이들의 공중합체에 결정화 핵제로서 스터릭산나트륨을 0.2~1.0중량% 첨가함으로써 결정화 온도와 결정화 속도의 상승에 따른 사출성형 주기 감소효과와 성형온도를 저하시켜 우수한 생분해성 지방족 폴리에스테르수지를 얻음을 특징으로 하는 생분해성 지방족 폴리에스테르 수지의 제조방법에 관한 것이다.

Description

생분해성 지방족 폴리에스테르수지의 제조방법
본 발명은 결정화 속도가 빠른 생분해성 지방족 폴리에스테르수지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성 지방족 폴리에스테르 및 그 공중합체에 결정화핵제를 첨가함으로써 상대적으로 높은 결정화 온도와 결정화 속도를 가지며, 분자량 저하가 없는 생분해성 지방족 폴리에스테르수지의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 지방족 폴리에스테르는 생분해성이 우수하기 때문에 여러가지 용도로 이용되지만 회수가 곤란한 농작물 재배용 필름이나 식품포장용필름 또는 생활쓰레기 처리봉지 등에 사용하면 자연환경중에서 분해되어 환경오염을 방지할 수 있는 유용한 생분해성 고분자 수지이다. 그러나 다른 고분자 재료에 비하여 성형시 결정화 속도가 상대적으로 느리기 때문에 단독 사용시 성형성이 떨어지고 성형물의 물성이 저하되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 기존의 섬유나 필름용으로 널리 사용되고 있는 방향족 폴리에스테르의 경우, 소량의 핵제를 첨가하여 용융물의 결정화 속도를 향상시키는 방법이 공지되어 왔다.
예를 들면 미국특허 제4401792호 및 제4486561호에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 및 이들의 블렌드물에 에폭시화 가소제의 핵제를 첨가함으로써 후성형 수축율의 감소, 성형주기의 감소 및 성형온도의 저하등 성형성을 향상시켰으며 굴곡탄성률, 굴곡강도, 하중하에서의 변형온도, 인장강도 및 내용제성 등의 성형물의 물리적 성질을 향상시켰다.
또한 미국특허 제4401792호에서는 PET와 PET를 함유하는 폴리에스테르 블렌드물에 핵제로서 소량의 이오노머를 첨가하여 성형가공시 결정화 속도 뿐만 아니라 최종 결정화도를 향상시키는 기술이 소개되고 있다. 또한 정기간행물인 "플라스틱 엔지니어링(Plastic Engineering), 1987, Vol. 43"에 기재된 바에 의하면 PET의 느린 결정화 속도에 따른 성형공정상의 문제점이 소량의 폴리올레핀을 첨가함으로써 극복될 수 있으며, 특히 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지는 PET의 결정화 속도를 증가시킬 뿐만 아니라 이형성을 향상시키고 용융점도를 저하시키는 것으로 보고되고 있다.
상기한 바와 같이 PET등의 방향족 폴리에스테르의 경우 소량의 핵제를 첨가하여 결정화 속도를 향상시키는 방법이 알려져 있으나, 최근에 와서 생분해성 고분자로서 연구대상이 되고 있는 지방족 폴리에스테르의 경우에는 결정화 속도 향상에 관한 방법이 공지되어 있지 않다.
본 발명은 방향족 및 지방족 카르복시산나트륨염이 방향족폴리에스테르의 결정화 핵제로서 매우 효과적임에 착안하여 이들 화합물중에서 가격이 저렴하고 효과가 우수한 스터릭산나트륨염을 생분해성 지방족 폴리에스테르 및 그 공중합체에 결정화 핵제로 첨가함으로써 미첨가시에 비하여 상대적으로 높은 결정화 온도와 결정화 속도를 보이면서 분자량 저하가 없는 사출성형물을 제조할 수 있는 생분해성 지방족 폴리에스테르 수지를 제조하는 방법을 제공하는데 있다. 이때 스터릭산나트륨염은 폴리에스테르의 말단기와 반응하여 나트륨 말단을 형성하며 이러한 나트륨 말단이 결정화를 촉진하는 핵종으로 작용하게 된다.
이하 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
용융유동지수가 5~50인 지방족 폴리에스테르 또는 이들의 공중합체의 압출시 결정화 핵제로 사카린 나트륨염을 0.2~1.0중량% 첨가하여 사출 성형함으로써 성형성과 성형물의 역학적 성질이 향상된 지방족 폴리에스테르 수지를 제조할 수 있었다.
본 발명에서 결정화 핵제로 사용한 스터릭산나트륨염은 0.2~1.0중량% 첨가하는 것이 바람직하며, 더욱 좋게는 0.4~0.7중량%가 바람직하다. 만일 첨가량이 0.2중량% 미만일 경우에는 핵제로서의 작용이 미미하여 결정화 온도의 상승이나 결정화 속도의 향상을 기대하지 못하며, 첨가량이 1.0중량%를 초과할 경우에는 핵제에 의한 분자량 저하가 심하여 성형물의 역학적 성질이 저하되는 문제점이 발생하였다.
본 발명의 실시예 및 비교실시예에 따른 지방족 폴리에스테르의 특성평가는 하기와 같은 방법으로 실시하였다.
1. 용융유동지수(MFR)
용융유동지수측정기를 사용하여 190
Figure KPO00001
에서 2.16kg 하중하에서 10분간 압출되는 수지의 양으로부터 용융유동지수를 측정하였다.
2. DSC 발열개시온도 및 DSC 발열피크온도
시차주사열량계(DSC)를 사용하여 10
Figure KPO00002
/분의 속도로 150
Figure KPO00003
까지 승온한 후 10
Figure KPO00004
/분의 속도로 강온하는 과정에서 나타나는 발열피크의 발열개시온도와 발열피크온도를 측정하였다. 여기서 발열개시온도와 발열피크온도는 고분자 용융물을 냉각시킬 때 발생하는 결정화 온도 및 속도와 관련된 것으로 발열개시온도와 발열피크온도가 높을수록 높은 온도에서 빠른 속도로 결정화가 진행된다.
3. DSC 용융온도
KSM 3050에 의거하여 시차주사열량계(DSC)를 사용하여 10
Figure KPO00005
/분의 속도로 승온할 때 나타나는 흡열피크로 용융온도를 측정하였다.
4. 인장강도 및 절단신도
ASTM D638의 방법을 이용하였다.
5. 나치드 아이조드 충격
ASTM D256에 의거하여 1/8인치 두께의 나치드 시편을 아이조드 충격시험기로 측정하였다.
6. 생분해도
ASTM G 21-70방법에 의거하여 최소 21일간 배양하여 필름에 곰팡이가 뒤덮인 정도가 0%인 경우는 0으로, 10% 미만인 경우는 1로, 10~30%인 경우를 2로, 30~60%인 경우는 3으로 하고, 60~100%인 경우 4로 구분하여 측정하였다.
이와같이 결정화 핵제로서 사카린나트륨염을 첨가하여 제조된 생분해성 지방족 폴리에스테르 및 이들의 공중합체 수지는 결정화 속도 및 온도가 증가하여 사출성형시 성형주기가 감소하고 성형온도가 저하함에 따라 성형성이 향상되고 역학적 성질이 우수한 생분해성 수지 성형물을 제조할 수 있다.
다음의 실시예 및 비교실시예는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하는 것이지만 그렇다고 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니며, "%"는 특별한 언급이 없는 한 "중량%"를 의미한다.
[실시예 1]
용융유동지수(MFR)가 10.0인 폴리부틸렌숙시네이트(PBS)에 스터릭산나트륨염을 0.5중량% 첨가하고 다이나믹 믹서가 부착되어 있는 압출기에서 150
Figure KPO00006
의 온도에서 충분히 혼합하여 마스터 뱃치를 제조하였다. 제조된 마스터 뱃치칩을 70
Figure KPO00007
의 진공건조기에서 4시간이상 건조시킨 후 사출성형기에서 아래와 같은 조건으로 1/2"
Figure KPO00008
5"
Figure KPO00009
1/2"캐버티(ASTM 표준플렉스바)로 사출성형하였다.
● 온도조건 - 1구역 : 120
Figure KPO00010
, 2구역 : 125
Figure KPO00011
, 3구역 : 120
4구역 : 115
Figure KPO00013
, 성형부 : 40
Figure KPO00014
● 사출압력 - 150psi
● 유지압력 - 50psi
● 성형주기(자동주기 : 초) - 지연사출 : 3.2, 사출 : 4.0, 유지 : 2.0
냉각 : 20.0, 다이개방 : 2.0
상기 실시예에 따른 마스터 뱃치의 결정화 특성 및 사출성형물의 역학적 성질을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
용융유동지수(MFR)가 20.0인 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트 공중합체(PBS-co-BA)에 스터릭산나트륨염을 0.4중량% 첨가하고 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 사출성형하였다. 마스터 뱃치의 결정화 특성 및 사출성형물의 역학적 성질을 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[비교실시예 1~3]
스터릭산나트륨염의 첨가량을 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교실시예 4~6]
스터릭산나트륨염의 첨가량을 표 2에 나타낸 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
표 1과 표 2에서 볼 수 있듯이 결정화 핵제로 작용하는 스터릭산나트륨염을 적당량 첨가한 경우에 실시예 1 및 실시예 2처럼 DSC 발열개시온도 및 발열피크온도가 상승하여 고분자 용융물이 냉각되면서 더 높은 온도에서 더욱 빠른 속도로 결정화 하며, 이렇게 형성된 사출성형물의 역학적 성질이 우수해진다. 따라서 지방족 폴리에스테르 또는 이들의 공중합체에 적당량의 스터릭산나트륨염을 첨가함으로써 본 발명의 목적인 결정화 속도가 빠르고 사출성형물의 물성이 우수한 생분해성 수지의 제조가 가능하였다.
Figure KPO00015
Figure KPO00016
상기 발명의 상세한 설명과 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명은 생분해성 고분자인 지방족 폴리에스테르에 결정화 핵제인 스터릭산나트륨염을 첨가함으로써 사출성형시 성형성과 성형물의 역학적 성질을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다. 이러한 효과를 이용하여 사용후 회수가 곤란한 농작물 재배용 필름이나 식품포장용 필름 또는 생활쓰레기 봉지 등을 제조하면 물성면에서 우수한 생분해성 필름을 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 용융유동지수가 5~50인 지방족 폴리에스테르 또는 이들의 공중합체 용융물에 결정화 핵제로 스터릭산나트륨염을 0.2~1.0중량% 첨가하는 것을 특징으로 하는 생분해성 지방족 폴리에스테르수지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 지방족 폴리에스테르로서 폴리부틸렌숙시네이트(PBS)를 사용하는 것을 특징으로 하는 생분해성 지방족 폴리에스테르수지의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 지방족 폴리에스테르 공중합체로 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트(PBS-co-BA)를 사용하는 것을 특징으로 하는 생분해성 지방족 폴리에스테르수지의 제조방법.
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