KR100895493B1 - 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물에 관한 것으로서, 이 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물은 (A) (a1) 폴리카보네이트(PC)계 수지 10 내지 80 중량%, 및 (a2) 폴리유산(PLA) 수지 20 내지 90 중량%를 포함하는 기초수지; 상기 기초수지(A) 100 중량부에 대하여 (B) 천연섬유 5 내지 50 중량부; 및 (C) 커플링제 0.01 내지 10 중량부를 포함한다.
본 발명에 따른 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물은 생분해성 수지인 폴리유산 수지에 천연섬유를 첨가하여 뛰어난 기계적 강도를 가지며, 폴리카보네이트 수지를 이용하여 내열성이 우수한 장점이 있다.
폴리유산, 폴리카보네이트, 생분해성 수지, 천연섬유, 커플링제, 내열성

Description

천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물{NATURAL FIBER-REINFORCED POLYACTIC ACID COMPOSITION}
본 발명은 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뛰어난 기계적 강도를 가지며, 내열성이 우수한 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물에 관한 것이다.
최근까지 고분자 재료의 연구 방향은 강인한 특수용 고분자 재료의 개발 및 고분자 물질의 안전성에 관한 것이 주를 이루었다. 그러나 범세계적으로 폐 고분자에 의한 환경오염 문제가 사회문제로 대두됨에 따라 최근에는 환경 친화성 고분자 재료의 필요성이 요구되고 있다.
이러한 환경 친화성 고분자는 크게 광분해성과 생분해성 고분자로 분류할 수 있는데, 이중 생분해성 고분자는 주쇄구조에 미생물에 의한 분해가 가능한 작용기를 갖고 있는 것이다.
이러한 고분자 중 지방족 폴리에스테르 고분자는 가공성이 우수하고 분해 특성의 조절이 용이하여 생분해성 고분자로서 가장 많이 연구되고 있는데, 특히 폴리유산(polylactic acid: PLA)의 경우 전세계에 15 만톤 규모의 시장을 형성하고 있 고, 식품 포장재 및 용기, 전자제품 케이스 등의 일반 플라스틱이 사용되었던 분야까지 그 적용 범위가 확대되고 있다. 현재까지 폴리유산 수지의 주된 용도는 폴리유산의 생분해성 특성을 이용한 일회용 제품, 예를 들면 식품 용기, 랩, 필름 등에 이용되는 것이다. 이러한 폴리유산은 현재 미국의 Natureworks사, 일본의 Toyota 등에서 생산 중에 있다.
그러나 기존 폴리유산 수지는 성형성, 기계적 강도, 내열성이 부족하여 박막제품의 경우 쉽게 파손되고, 온도에 대한 저항성이 낮아, 외부온도가 60 이상 상승하게 되면 성형 제품의 형태에 변형이 일어나는 문제가 있었다.
일본특허 공개번호 제2005-220177호, 제2005-200517호 및 제2005-336220호에서는 내열성과 기계적 강도를 동시에 향상시키기 위해 유리섬유를 혼합시키는 기술을 개시하고 있으나, 유리섬유는 폐기 후 생분해가 되지 않는 단점이 있다.
한편, 일본특허 공개번호 제2005-105245호 및 제2005-60556호에서는 환경친화성을 높이기 위해 폴리유산 수지에 천연섬유를 혼합시키는 방법을 제안하고 있으나, 내열성 향상 및 기계적 강도 개선에 한계가 있으며, 특히, 성형 중에 리그닌(lignin)이 열분해 되어 성형제품이 변색되는 문제가 있으며, 내열성 향상을 위하여 100 의 항온실에서 4시간 동안 열처리 공정을 거쳐야 하는 제조공정 상의 한계가 있었다. 또한, 폴리유산 수지만을 사용하여 가수분해가 쉽게 된다는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 기계적 강도 및 내열성을 향상시킨 폴리카보네이트를 포함하는 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 평균적 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 구현예는 (A) (a1) 폴리카보네이트(PC)계 수지 10 내지 80 중량%, 및 (a2) 폴리유산(PLA) 수지 20 내지 90 중량%를 포함하는 기초수지; 상기 기초수지(A) 100 중량부에 대하여 (B) 천연섬유 5 내지 50 중량부; 및 (C) 커플링제 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물을 제공하는 것이다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물은 자동차, 기계 부품, 전기전자 부품, 사무기기 및 잡화와 같은 성형품으로 이용 가능한 수준 이상의 기계적 강도를 가지면서도 우수한 내열도 및 내가수분해성을 갖는다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물은 (A) (a1) 폴리카보네이트(PC)계 수지 10 내지 80 중량%, 및 (a2) 폴리유산(PLA) 수지 20 내지 90 중량%를 포함하는 기초수지; 상기 기초수지(A) 100 중량부에 대하여 (B) 천연섬유 5 내지 50 중량부; 및 (C) 커플링제 0.01 내지 10 중량부를 포함한다.
이하 본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물에 포함되는 각 성분에 대하여 구체적으로 살펴본다.
(A) 기초수지
상기 기초수지는 (a1) 폴리카보네이트(PC)계 수지 및 (a2) 폴리유산(PLA) 수지폴리카보네이트(polycarbonate; PC)계 수지로 이루어진다.
이하 기초수지의 구성성분에 대하여 구체적으로 살펴본다.
(a1) 폴리카보네이트(PC)계 수지
상기 폴리카보네이트계 수지는 디페놀류를 포스겐, 할로겐 포르메이트, 탄산 디에스테르, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물과 반응시켜 제조될 수 있다.
상기 디페놀류의 구체예로서는 히드로퀴논, 레조시놀, 4,4'-디히드록시디페닐, 2,2-비스-(4-히드록시페닐)-프로판, 2,4-비스-(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 1,1-비스-(4-히드록시페닐)-시클로헥산, 2,2-비스-(3-클로로-4-히드록시페닐)-프로판, 또는 2,2-비스-(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)-프로판 등을 들 수 있다.
상기 디페놀류 중에서, 2,2-비스-(4-히드록시페닐)-프로판, 2,2-비스-(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)-프로판, 또는 1,1-비스-(4-히드록시페닐)-시클로헥산을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 비스페놀-A 라고도 불리는 2,2-비스-(4-히드록시페닐)-프로판을 더욱 바람직하게 사용할 수 있다. 이러한 폴리카보네이트계 수지는 상업적으로 구입이 용이하다.
본 발명의 폴리유산 수지 조성물에서 상기 폴리카보네이트계 수지의 함량은 10 내지 80 중량%, 바람직하게는 20 내지 60 중량%이다. 상기 폴리카보네이트계 수지의 함량이 10 중량% 미만일 경우 내열도와 충격강도가 저하되어 바람직하지 않고, 80 중량%를 초과할 경우 친환경 효과를 기대하기 힘들다.
상기 폴리카보네이트계 수지는 중량평균분자량이 10,000 내지 35,000g/mol의 중량평균분자량을 가지는 것이 바람직하다. 분자량이 10,000 미만일 경우 충격강도와 같은 물성을 기대하기 힘들고, 분자량이 35,000를 초과할 경우 유동성이 떨어져 가공이 어려운 문제점이 있다.
(a2) 폴리유산(polyactic acid: PLA) 수지
일반적으로 폴리유산은 옥수수 전분을 분해하여 얻은 유산(lactic acid)을 모노머로 하여 에스테르 반응에 의해 제조되는 폴리에스테르계 수지로서 상업적 구입이 용이하다.
본 발명의 폴리유산 수지 조성물에서 상기 폴리유산 수지의 함량은 20 내지 90 중량%이고, 바람직하게는 40 내지 80 중량%이다. 상기 폴리유산 수지의 함량이 20 중량% 미만일 경우 친환경 효과를 기대하기 힘들고, 90 중량%를 초과할 경우 내열도와 충격강도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서 사용되는 폴리유산은 L-이성질체, D-이성질체로, 또는 L,D-이성질체로 구성되는데, 이들 폴리유산 수지는 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 폴리유산 수지로는 내열성 및 성형성의 발란스면에서 L-이성질체가 95중량%이상 포함되는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 내가수분해성을 고려할때 L-이성질체 95 내지 100 중량%, 및 D-이성질체 0 내지 5 중량%로 이루어진 폴리유산 수지를 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 D-이성질체는 0 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01 내지 2 중량%이다. 상기 D-이성질체의 함량이 5 중량%을 초과할 경우, 내가수분해성이 저하되어 바람직하지 않다.
또한 상기 폴리유산 수지는 성형 가공이 가능하면 분자량이나 분자량 분포에 특별한 제한이 없으나, 중량평균 분자량이 80,000 이상인 것을 사용하는 것이 성형체의 기계적 강도 및 내열성의 발란스(balance) 면에서 바람직하다. 본 발명의 일 구현예에서는 중량평균 분자량이 80,000 내지 300,000인 폴리유산 수지를 사용할 수 있다.
상기 폴리유산 수지는 폴리유산 중합체, 폴리유산 공중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 폴리유산 중합체는 상기 L-이성질체, D-이성질체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 유산을 개환 중합하여 제조되는 중합체인 것이 바람직하다.
상기 폴리유산 공중합체는 상기 폴리유산 중합체와 공중합 가능한 성분과의 랜덤 또는 블록 공중합체이다. 상기 폴리유산 중합체와 공중합 가능한 다른 성분으로는 분자 내에 ２개 이상의 에스테르 결합 가능한 관능기를 가지는 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 분자 내에 2개 이상의 에스테르 결합 가능한 관능기를 가지는 화합물로는 (a) 디카르복실산, (b) 다가 알코올류, (c) 유산 이외의 하이드록시 카르본산, (d) 락톤(lactone), 및 (e) 상기 화합물로부터 제조되는 각종 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트(polycarbonate) 등을 들 수 있다.
상기 (a) 디카르복실산으로는, 탄소수 4 내지 50의 직쇄상 또는 분지상의 포화 또는 불포화 지방족 디카르복실산, 탄소수 8 내지 20의 방향족 디카르복실산, 및 폴리에테르 디카르복실산을 들 수 있다.
상기 지방족 디카르복실산으로는 숙신산, 아디핀산, 세바신산, 데칸디카르복실산 등이 바람직하다. 상기 방향족 디카르복실산으로는 프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산 등이 바람직하다. 상기 폴리에테르 디카르복실산으로는, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 폴리프로필렌 글리콜 등의 폴리알킬렌 에테르의 양 말단에 카르복시 메틸기를 가지는 디카르복실산이 바 람직하다.
상기 (ｂ) 다가 알코올로는, 지방족 폴리올류, 방향족 다가 알코올류, 및 폴리알킬렌 에테르류가 바람직하다.
상기 지방족 폴리올류로는 부탄 디올, 헥산 디올, 옥탄 디올, 데칸 디올, １,４-시클로헥산디메타놀, 글리세린, 소르비탄, 트리메틸올프로판, 네오펜틸 글리콜 등의 수산기 ２ 내지 ４개를 가지는 탄소수 ２ 내지 50의 지방족 폴리올류가 바람직하게 사용된다.
상기 방향족 다가 알코올류로는 비스-히드록시 메틸 벤젠, 하이드로퀴논 등의 탄소수 6 내지 20의 방향족 디올류, 비스페놀 Ａ나 비스페놀 Ｆ 등의 비스페놀류에 탄소수 ２ 내지 ４의 알킬렌 옥사이드, 특히 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드를 부가 반응시킨 방향족 디올류가 바람직하게 사용된다.
상기 폴리알킬렌 에테르류로는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 등의 에테르 글리콜류를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 (ｃ) 유산 이외의 하이드록시 카르본산으로는 글리콜산, 하이드록시 부틸 카르본산, 6-하이드록시 카프로산 등의 탄소수 3 내지 10의 하이드록시 카르본산을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 (ｄ) 락톤으로는 글리콜라이드(glycolide), ε-카프로락톤 글리콜라이드, ε-카프로락톤, β-프로피오락톤, δ-부티로락톤, β-부티로락톤, γ-부티로락톤, δ-발레로락톤(valerolactone) 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 (ｅ) 각종 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트로는 유산 코폴리머 제조에 종래부터 사용되고 있는 것이면, 제한없이 사용될 수 있다. 다만, 상기 폴리에스테르를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 폴리에스테르로는, 지방족 디카르복실산과 지방족 디올로부터 제조되는 지방족 폴리에스테르를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 지방족 디카르복실산으로는 숙신산, 아디핀산, 세바신산, 데칸디카르복실산 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 지방족 디올로는 에틸렌 글리콜, 프로판 디올, 부탄 디올, 헥산 디올, 옥탄 디올 등의 탄소수 2 내지 20의 지방족 디올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜 등의 폴리알킬렌 에테르(단독 중합체 또는 공중합체), 및 폴리알킬렌 카보네이트를 바람직하게 사용할 수 있다.
(B) 천연섬유
상기 천연섬유는 보강제로서, 내열도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 천연섬유는 식물줄기의 목질부와 인피부 중에서 유연성이 있는 인피부로부터 제조된 인피섬유를 포함한다.
상기 인피섬유로는 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 양마(kenaf), 모시풀(ramie) 등을 들 수 있다.
일반적으로 섬유세포의 세포막은 셀룰로오스(cellulose), 리그닌(lignin), 세미셀룰로오스(semicellulose)로 주로 구성되어 있는데, 리그닌과 세미셀룰로오스 가 정제된 천연섬유을 사용하면, 복합재료의 내열성과 기계적 강도를 더욱 향상 시킬 수 있다.
본 발명에서는 내열성과 기계적 강도를 향상시키기 위하여 통상의 방법을 통하여 정제된 천연섬유로서 리그닌과 세미셀룰로오스를 사용한다.
본 발명에 따른 천연섬유의 평균길이는 기계적 강도 및 외관을 고려하여 1 내지 100mm이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 60mm이다. 상기 천연섬유의 평균길이 범위에서 강도에 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 상기 천연섬유의 평균직경이 0.1 내지 100㎛인 경우, 성형품 표면의 광택이 향상되는 효과가 있다.
본 발명에서는 천연섬유와 폴리유산 수지와의 상용성(wetting)을 향상시키기 위하여 천연섬유에 실란(silane) 커플링제 처리, 플라스마(plasma) 처리, 알카리(alkali) 처리 방법 등과 같은 표면 처리를 하여 사용할 수 있다.
본 발명의 폴리유산 수지 조성물에서 상기 천연섬유의 함량은 기초수지 100중량부에 대하여 5 내지 50 중량부이며, 바람직하게는 10 내지 30 중량부이다. 상기 범위 내에서 기계적 강도와 내열성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 상기 천연섬유의 함량이 5 중량부 미만일 경우 내열도가 저하될 수 있으며, 50 중량부를 초과할 경우 가공시 어려움이 있다.
(C) 커플링제(coupling agent)
상기 커플링제는 폴리유산 수지의 하이드록시 또는 카르복실 말단기와 천연섬유의 하이드록시기와 모두 반응할 수 있는 관능기가 있어 천염섬유의 상용성을 향상시킬 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 관능기로는 에폭시 관능기를 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 커플링제는 에폭시계 커플링제를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 에폭시계 커플링제로는 주쇄가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 실록산(siloxane), 방향족 비닐 단량체, 시안화 비닐 단량체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 공중합체인 것이 바람직하다.
상기 커플링제는 상기 주쇄에 에폭시 관능기를 0.1 내지 40몰%, 더욱 바람직하게는 10 내지 20몰%로 포함하여 결합되는 공중합체이다.
상기 방향족 비닐 단량체로는 스티렌, α-메틸스티렌과 같은 탄소수 1 내지 4의 알킬기로 치환된 스티렌, 할로겐으로 치환된 스티렌 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 시안화 비닐 단량체로는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 방향족 비닐 단량체로는 스티렌을 사용하는 것이 더욱 바람직하고, 시안화 비닐 단량체로는 아크릴로니트릴을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 폴리유산 수지 조성물에서 상기 커플링제의 함량은 기초수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부이고 바람직하게는 0.3 내지 5 중량부이다. 상기 커플링제의 함량이 0.01 내지 10 중량부인 경우 기계적 강도 및 내열도가 향상되고, 혼합성형이 이루어지는 수준으로 용융 압출기 점도가 저하되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 폴리유산 수지 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 난연제, 항균제, 이형제, 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 상용화제, 염료, 무기물 첨가제, 계면활성제, 커플링제, 충전제, 가소제, 충격보강제, 혼화제, 착색제, 안정제, 활제, 정전기방지제, 안료, 방염제, 내후제, 자외선 차단제, 핵 형성제, 접착 조제, 점착제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 첨가제는 기초수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부로 사용할 수 있다. 상기 첨가제의 함량이 0.1중량부 미만일 경우 첨가제 본연의 효과가 나타나지 않을 수 있으며, 30 중량부를 초과할 경우 기계적 물성 저하 및 표면 불량 등을 일으킬 수 있다.
상기 산화 방지제로는 페놀형, 포스파이드형, 티오에테르형, 또는 아민형 산화방지제를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 내후제로는 벤조페논형, 또는 아민형 내후제를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 이형제로는 불소 함유 중합체, 실리콘 오일, 스테아릴산의 금속염, 몬탄산의 금속염, 몬탄산 에스테르 왁스, 또는 폴리에틸렌 왁스를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 착색제로는 염료 또는 안료를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 자외선 차단제로는 산화티탄 또는 카본블랙을 바람직하게 사용할 수 있 다.
상기 충전제로는 실리카, 점토, 탄산칼슘, 황산칼슘, 또는 유리 비드를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 핵 형성제로는 탈크, 또는 클레이를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 폴리유산 수지 조성물의 잔부로 포함될 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은 폴리유산 수지 및 천연섬유와 함께 혼입하고 가공하여 마스터 배치를 제조한 후, 폴리카보네이트계 수지 및 폴리유산 수지를 더 혼합하는 것이다.
상기 마스터 배치는 배치 타입(batch type) 믹서, 압출기 타입 믹서 또는 장섬유 충전 등을 사용하여 준비할 수 있다.
본 발명에서는 폴리카보네이트계 수지, 폴리유산 수지, 커플링제 및 천연섬유의 조성물을 동시에 혼합하여 사용하거나; 또는 커플링제, 폴리유산 수지 및 천연섬유를 혼합하여 마스터 배치를 제조하는 것이 가능하다.
상기 마스터 배치 방법을 사용할 경우 압출 시 피딩(feeding)이 용이하고, 폴리유산과 천연섬유의 상용성을 향상시키면서 혼합물의 점도를 상승시킬 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 본 발명의 폴리유산 수지 조성물을 이용하여 공지의 방법으로 펠렛을 제조할 수 있다. 예를 들면, 상술한 본 발명의 구성 과 첨가제를 혼합한 후에, 압출기 내에서 용융 압출하고 펠렛을 제조할 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 폴리유산 수지 조성물을 성형하여 제조한 성형품을 제공한다. 상기 폴리유산 수지 조성물은 내구성, 내열성과 투명성이 요구되는 분야의 성형제품, 예를 들면 자동차, 기계부품, 전기전자 부품, 컴퓨터 등의 사무기기, 또는 잡화 등의 용도로 사용될 수 있다. 특히 텔레비전, 컴퓨터, 프린터, 세탁기, 카셋트 플레이어, 오디오, 휴대폰 게임기 등과 같은 전기전자 제품의 하우징에 바람직하게 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
하기의 실시예 및 비교예에서 사용된 (A) 기초수지인 (a1) 폴리카보네이트(PC)계 수지 및 (a2) 폴리유산(PLA) 수지, (B) 천연섬유 및 (C) 커플링제의 사양은 다음과 같다.
(a1) 폴리카보네이트(PC)계 수지
일본 TEIJIN CHEMICALS LTD.에서 제조된 PANLITE L 1225WX을 사용하였다.
(a2) 폴리유산 수지
미국 NatureWorks LLC 사에서 제조된 4032D를 사용하였다.
(B) 천연섬유
천연섬유로서 표면처리하지 않은 대마를 사용하였다. 상기 천연섬유인 대마의 평균길이는 5mm이고, 셀룰로오스 평균함량은 98 중량%이며, 평균직경은 50㎛이다.
(C) 커플링제
일본 Kaneka사에서 제조된 MP-20을 커플링제로 사용하였다.
(실시예 1)
폴리 유산(PLA) 수지 10 중량%, 천연섬유 10 중량부 및 커플링제 0.5 중량부를 혼입하고 가공하여 마스터 배치를 제조한 후, 폴리카보네이트계 수지 65 중량% 및 폴리유산 수지 25 중량%를 더 첨가하여 통상의 이축 압출기에서 180 내지 240 의 온도범위로 압출한 후, 압출물을 펠렛 형태로 제조하였다.
상기 제조된 펠렛을 80 에서 4시간 동안 건조 후, 6 Oz의 사출능력이 있는 사출성형기를 사용하여, 실린더 온도 210 내지 230 , 금형온도 100 및 성형 사이클의 시간을 30초로 설정하고, ASTM 덤벨(dumbbell) 시험편을 사출성형하여 물성시편을 제조하였다. 상기 제조된 물성시편은 하기의 방법으로 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1) 열변형 온도(HDT) : ASTM D648에 준하여 측정하였다.
(2) 굴곡 강도 : ASTM D790에 준하여 측정하였다.
(3) 굴곡 탄성율 : ASTM D790에 준하여 측정하였다.
(4) 인장강도 : ASTM D638에 준하여 측정하였다.
(실시예 2)
폴리 유산(PLA) 수지 10 중량%, 천연섬유 10 중량부 및 커플링제 0.5 중량부를 혼입하고 가공하여 마스터 배치를 제조한 후, 폴리카보네이트계 수지 50중량% 및 폴리유산 수지 40 중량%를 더 첨가하여 폴리카보네이트계 수지와 폴리유산 수지의 함량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
(실시예 3)
폴리 유산(PLA) 수지 20 중량%, 천연섬유 20 중량부 및 커플링제 0.5 중량부를 혼입하고 가공하여 마스터 배치를 제조한 후, 폴리카보네이트계 수지 50중량% 및 폴리유산 수지 30 중량%를 더 첨가하여 폴리카보네이트계 수지와 폴리유산 수지 및 천연섬유의 함량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
(비교예 1)
폴리 유산(PLA) 수지 10 중량% 및 커플링제 0.5 중량부를 혼입하고 가공하여 마스터 배치를 제조한 후, 폴리카보네이트계 수지 50 중량% 및 폴리유산 수지 40 중량%를 더 첨가하여, 폴리카보네이트계 수지 및 폴리유산 수지의 함량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(비교예 2)
폴리 유산(PLA) 수지 10 중량% 및 천연섬유 10 중량부를 혼입하고 가공하여 마스터 배치를 제조한 후, 폴리카보네이트계 수지 50 중량% 및 폴리유산 수지 40 중량%를 더 첨가하여, 폴리카보네이트계 수지 및 폴리유산 수지의 함량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(비교예 3)
폴리 유산(PLA) 수지 10 중량%, 천연섬유 10 중량부 및 커플링제 0.5 중량부를 혼입하고 가공하여 마스터 배치를 제조한 후, 폴리유산 수지 90 중량%를 더 첨가하여, 폴리유산 수지 및 천연섬유의 함량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(비교예 4)
폴리 유산(PLA) 수지 3 중량%, 천연섬유 3 중량부 및 커플링제 0.3 중량부를 혼입하고 가공하여 마스터 배치를 제조한 후, 폴리카보네이트계 수지 50 중량% 및 폴리유산 수지 47 중량%를 더 첨가하여, 폴리카보네이트계 수지 및 폴리유산 수지의 함량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
항목 단위 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4
(A) 기초 수지 (a1) 폴리카보네이트계 수지 중량% 65 50 50 50 50 - 50
(a2) 폴리유산 수지 중량% 35 50 50 50 50 100 50
(B) 천연섬유 중량부 10 10 20 - 10 10 3
(C) 커플링제 중량부 0.5 0.5 0.5 0.5 - 0.5 0.3
열변형 온도(18.5kgf) ℃ 110 108 120 52 63 58 55
굴곡강도 kgf/㎠ 650 840 1000 530 600 1000 550
굴곡 탄성율 kgf/㎠ 30,000 33,000 38,000 22,000 29,000 4,200 25,000
인장강도 kgf/㎠ 600 650 730 530 520 670 530
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2는 천연섬유가 포함되지 않은 비교예 1에 비하여 내열성이 월등히 향상되었고, 또한 인장강도, 굴곡강도 및 굴곡 탄성율과 같은 기계적 강도도 모두 향상되었다.
이로부터 폴리카보네이트계 수지를 포함하는 폴리유산 수지에 천연섬유가 보강효과를 충분히 발휘한다는 것을 알 수 있다.
또한, 커플링제를 사용하지 않은 비교예 2는 천연섬유와 폴리유산 수지와의 상용성(wetting)이 저하되어 이에 따라 물성 및 내열성도 저하되는 것을 알 수 있었고, 비교예 3은 폴리유산 수지에 천연섬유를 10 중량부 첨가하여 기계적 강도가 비교예 1에 비하여 어느 정도 증가하였지만 내열도의 향상은 보이지 않았다.
이에 반하여, 실시예 2 및 실시예 3은 폴리카보네이트계 수지를 사용하여 고하중에서의 내열도를 향상시킬 수 있었다.
천연섬유를 첨가하는 경우 천연섬유가 결정화된 폴리유산 수지의 결정들을 연결시켜 줌으로써 내열도가 향상될 수 있는 것이다. 그러나, 폴리유산 수지의 결정화 속도가 느리기 때문에 폴리유산 수지의 결정화가 충분하게 이루어지지 않아 내열도를 향상시키기 어려운 문제가 있다.
본 발명에서는 내열성이 높은 폴리카보네이트계 수지를 사용하여 이러한 천연섬유를 포함하는 폴리유산 수지의 문제점을 해결할 수가 있다.
결론적으로 본 발명은 폴리유산 수지, 폴리카보네이트계 수지 및 천연섬유를 특정 함량으로 동시에 사용함으로써 기계적 강도를 향상시킬 수 있고, 고하중에서의 내열성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (6)

  1. (A) (a1) 폴리카보네이트(PC)계 수지 10 내지 80 중량%, 및
    (a2) 폴리유산(PLA) 수지 20 내지 90 중량%
    를 포함하는 기초수지;
    상기 기초수지(A) 100 중량부에 대하여
    (B) 평균직경이 0.1 내지 100㎛인 천연섬유 5 내지 50 중량부; 및
    (C) 커플링제 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 폴리유산 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리유산 수지는 L-이성질체 95 내지 100 중량% 및 D-이성질체 0 내지 5 중량%로 이루어지는 것인 폴리유산 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 천연섬유는 인피섬유인 것인 폴리유산 수지 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커플링제는 에폭시계 커플링제인 것인 폴리유산 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 산화방지제; 내후제; 이형제; 착색제; 자외선 차단제; 충전제; 핵 형성제; 가소제; 접착 조제; 점착제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것인 폴리유산 수지 조성물.
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