KR100939729B1 - 폴리락타이드 발포체 및 그를 이용한 발포성형품의 용도 - Google Patents
폴리락타이드 발포체 및 그를 이용한 발포성형품의 용도 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 폴리락타이드 발포체 및 그를 이용한 발포성형품의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 폴리락타이드 발포체는 폴리락타이드 함유 기본 수지 100 중량부에 대하여, 유기과산화물계 가교제 0.05 내지 4 중량부, 가소제 0.001 내지 1 중량부 및 탈크 0.1 내지 5 중량부로 이루어진 조성물이 압출 발포 성형된 것으로서, 폴리락타이드계 수지의 발포성형성이 향상되며, 폴리락타이드계 수지의 분자량을 높여 적절한 용융점도가 확보되고, 결정성을 높이고, 발포셀이 균일한 폴리락타이드 발포체를 제공하고, 나아가, 상기 폴리락타이드 발포체를 성형가공함으로써, 트레이, 컵, 컵라면 용기, 도시락 그릇 등의 식품포장용기 및 산업용 포장재로 유용하게 활용할 수 있다.
폴리락타이드, 탈크, 유기과산화물계 가교제, 발포셀
Description
본 발명은 폴리락타이드 발포체 및 그를 이용한 발포성형품의 용도에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리락타이드 함유 기본 수지의 물성을 최적화시키고, 상기 폴리락타이드 함유 기본 수지에 가교제, 가소제 및 탈크를 최적조건으로 혼합하여 압출 발포 성형하여, 평탄성과 발포체 셀의 균일성이 확보된 폴리락타이드 발포체 및 상기 폴리락타이드 발포체를 성형가공한 식품포장용기 및 산업용 포장재에 관한 것이다.
최근 지구 환경에 대한 의식이 높아지면서, 사용 후에 토양 중에 매설하면 가수분해나 미생물에 의해 분해되는 생분해성 수지가 주목을 모으고 있다. 현재까지 다양한 생분해성 수지가 개발되어 이를 이용한 섬유, 필름 및 그 밖의 성형 재료의 개발로 확대되고 있다.
대부분의 생분해성 수지는 아직까지 그 원료 성분을 화석 원료에 의존하고 있지만, 옥수수나 고구마 등으로부터 폴리락트산의 원료인 락트산이 발견되면서, 폴리락타이드(polylactide, polylactic acid: PLA)는 생분해성 수지 소재로 각광받고 있다. 이러한 폴리락타이드 생분해성 수지는 폐기시 물과 이산화탄소로 완전분해되는 친환경 소재이다.
이러한 생분해성 수지의 적용범위는 날로 확대되고 있으며, 대표적으로는 식품의 포장용기, 테이크아웃 용기, 쓰레기 봉투에 적용하여, 기존의 화석원료로 만들어진 비닐 봉지를 대체하고자 하는 움직임이 활발하다.
그러나, 폴리락타이드는 내열성이 낮아, 폴리락타이드계 수지제 시트 및 그 성형체를 저장이나 수송하는 경우, 저장고나 수송 중의 트럭, 또 배의 내부는 여름철 등이 되면 고온에 도달하는 경우도 적지 않기 때문에, 변형이나 융착 등의 문제가 발생하는 경우가 있다. 이와 같이, 폴리락타이드계 중합체는 열안정성에 취약하여, 원래 제조된 중합체를 그대로 사용하기 어렵다. 또한, 결정화 속도가 빠르고, 용융지수가 높기 때문에 성형 조건에 제약이 커서, 특히 발포성형시에 생산성이 떨어지는 문제가 있다.
따라서, 결정성이 높은 폴리락타이드 수지를 발포시트로 성형할 때 압출기의 노즐부위에서 결정화가 일어나면 더 이상 발포되지 않으므로, 발포배율을 증가시키기 위한 특수 성형기 및 성형기술이 필요하다. 더구나, 성형에 필요한 에너지의 공급량도 적지 않으며, 발포 시트를 성형가공할 때에 고온을 사용한다는 점에서, 얻어진 발포 성형기공체에 불균일한 수축이 일어나 그 표면에 요철이 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 종래 기술로는, 내열성이나 생산성을 향상시키기 위해, 생분해성 폴리에스터계 수지에 (메타)아크릴산 에스테르 화합물이나 다가 이소시아네이트 화합물을 첨가하여 가교하는 방법[일본국 특허공개 제2003-128901호] 또는 생분해성 폴리에스테르와 층상 규산염을 병용하는 방법[일본국 특허공개 제2003-147182호]이 제안된 바 있다.
한편, 일본국 특허공개 제2001-261797호에는, 폴리락트산의 카르복실 말단을 특정의 카르보디이미드(carbodiimide) 화합물로 봉쇄함으로써, 내열성과 가수분해 내성을 향상시키는 기술을 제시하고 있다. 그러나, 폴리락타이드 수지의 내열성이나 성형성은 가교와 층상 규산염의 첨가에 의하여 향상되지만, 장기 보존이나 가혹한 습열 하에서의 사용을 행할 때에는 수지의 가수 분해에 의하여 물성이 유지되지 않으므로, 이러한 조건하에서의 실용성이 저하된다. 따라서, 단순히 폴리락타이드 수지의 말단을 카르보디이미드 화합물로 봉쇄하는 것만으로는, 사출, 압출, 발포, 블로우 등의 성형체로는 바람직하지 않다.
또한, 일본국 특허공개 제(평)8-73628호에는 폴리락타이드계 시트를 2축으로 연신하고, 소정의 배향(orientation)을 행함으로써, 투명성, 내충격성, 내열성이 우수한 블리스터용 시트 및 성형품을 보고한 바 있다. 상기 발명에서 소정의 배향을 행하기 위해서는, 폴리락타이드 수지의 결정화가 필요하기 때문에, D체 또는 L체의 한쪽이 대부분을 차지하는 조성이 아니면, 결정성을 나타내지 않는 것은 당업자에게는 잘 알려진 사실로, 이때, D/L비가 4∼5/96∼95인 폴리락타이드를 사용하고 있다.
그러나, 상기 발명에 개시된 폴리락타이드를 사용하여 열성형체를 제조하는 경우, 충분한 내충격성이나 내열성을 발휘시키기 위해서는, 성형체의 두께를 두껍게 할 필요가 발생하는데, 충분한 두께를 갖는 상기 폴리락타이드로 되는 시트를 사용하 여 열성형을 행하는 경우, 내충격성이나 내열성은 유지되지만, 열성형에 있어서의 가압 압력이 보다 커져, 성형가공성에 문제가 발생한다.
이에, 본 발명자는 종래 폴리락타이드의 물성을 개선하고 그 활용도를 높이고자 노력한 결과, 폴리락타이드를 함유하는 기본수지의 물성을 최적화시키고, 상기 기본수지에 평탄성과 발포체 셀의 균일성을 확보하기 위하여, 특정의 가교제, 가소제 및 탈크를 최적조건으로 혼합하여 폴리락타이드계 수지의 발포성형성을 향상시키고, 폴리락타이드계 수지의 분자량을 높여 적절한 용융점도를 확보하고, 결정성을 높이고, 발포셀이 균일한 폴리락타이드 발포체를 제공함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 폴리락타이드의 물성이 개선된 폴리락타이드 발포체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 폴리락타이드 발포체를 이용하여 제조된 친환경적인 식품포장용기 및 산업용 포장재를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리락타이드 함유 기본 수지 100 중량부에 대하여, 유기과산화물계 가교제 0.05 내지 4 중량부, 가소제 0.001 내지 1 중량부 및 탈크 0.1 내지 5 중량부로 이루어진 조성물이 압출 발포 성형된 폴리락타이드 발포체를 제공한다.
본 발명의 폴리락타이드 함유 기본 수지는 결정성 폴리락타이드 단독; 결정성 폴리락타이드 60 내지 90중량% 및 비결정성 폴리락타이드 10 내지 40중량%로 이루어진 수지; 결정성 폴리락타이드 100 중량부에 대하여, 폴리카프로락톤 0.5 내지 5 중량부를 더 함유하는 수지; 및 결정성 폴리락타이드 60 내지 90중량% 및 비결정성 폴리락타이드 10 내지 40중량%로 이루어진 기본 수지 100 중량부에 대하여, 폴리카프로락톤 0.5 내지 5 중량부를 더 함유하는 수지;로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것이다.
본 발명의 가교제는 유기과산화물계 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 유기과산화물계 화합물 및 에폭시계 화합물의 혼합형태를 사용하는 것이다. 상기 유기과산화물계 가교제로서 바람직하게는 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 디헥실퍼옥사이드, 부틸큐밀퍼옥사이드, 디부틸퍼옥사이드, p-메탄하이드로퍼옥사이드, 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드, 테트라메틸부틸퍼옥사이드, 큐멘하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디부틸퍼옥시헥신-3, 2,3-디메틸-2,3-디페닐부탄, 1,1-디(t-헥실퍼옥시)사이클로헥산, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)사이클로헥산, 2,2-디(4,4-디-(t-부틸퍼옥시)사이클로헥실)프로판, 디(2-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디부틸퍼옥시헥산, 헥실퍼옥시이소프로필카보네이트, 부틸퍼옥시 2-에틸헥실카보네이트, 디이소프로필퍼옥시디카보네이트, 부틸퍼옥시이소프로필카보네이트, 부틸퍼옥시말레인산, 부틸퍼옥시-3,5,5-트리메틸헥사노에이트, 부틸퍼옥시라우레이트, 부틸퍼옥시벤조에이트, 헥실퍼옥시벤조에이트, 부틸퍼옥시아세테이트, n-부틸 4,4-디-부틸퍼옥시발레레이트, 2,2-디-부틸퍼옥시부탄 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이다.
본 발명에서 사용하는 가소제는 유기금속산 또는 알코올계 화합물 금속 화합물 또는 구연산계 화합물을 사용하는 것이다.
또한 본 발명에서 사용하는 탈크의 입자크기는 0.5 내지 7㎛이 바람직하다.
본 발명은 상기 폴리락타이드 발포체가 성형가공하여 제조된 식품포장용기 및 산업용 포장재를 제공한다.
본 발명은 폴리락타이드 함유 기본 수지의 물성을 최적화시키고, 상기에 폴리락타이드 수지의 결정성을 높이고, 적절한 용융점도를 확보하고, 발포시, 균일한 발포셀 구조를 가지도록 최적화된 조성물을 제공하고, 이를 압출 발포된 폴리락타이드 발포체를 제공하며, 상기 물성이 개선된 폴리락타이드 발포체를 이용하여 트레이, 컵, 컵라면 용기, 도시락 그릇 등의 친환경적인 식품포장용기 및 산업용 포장재를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 폴리락타이드 함유 기본 수지 100 중량부에 대하여, 유기과산화물계 가교제 0.05 내지 4 중량부, 가소제 0.001 내지 1 중량부 및 탈크 0.1 내지 5 중량부로 이루어진 조성물이 압출 발포 성형된 폴리락타이드 발포체를 제공한다.
본원발명의 폴리락타이드 발포체가 평탄성 및 발포체 셀의 균일성을 확보하기 위한 요건을 충족하기 위하여 폴리락타이드 함유 기본 수지를 최적화시킨다.
즉, 폴리락타이드 발포체가 우수한 평탄성, 특히 발포셀의 균일성을 가지는 우수한 품위를 갖기 위하여, 폴리락타이드 함유 기본 수지는 결정성 폴리락타이드 단독으로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
폴리락타이드의 원료인 락트산(lactic acid)은 광학 활성을 나타내는 탄소 원자배열을 분자 중에 가지고 있으므로, L-락트산, D-락트산의 광학이성체를 가진다. 나아가, 폴리 L-락트산(이하, "PLLA"라 한다)과 폴리 D-락트산(이하, "PDLA"라 한다)으로 존재한다.
이에, 본 발명에서 결정성 폴리락타이드라 함은 폴리락타이드 중에서 PLLA 중의 L-락트산, PDLA 중의 D-락트산의 비율이 높은 것 즉, 광학순도가 높은 경우로서, 결정성이 높고, 내열성이나 역학 특성이 우수하다. 한편, 비결정성 폴리락타이드이라 함은 PDLA 중의 L-락트산 비율이나 PLLA 중의 D-락트산의 비율이 비교적 높은 공중합체로서, 결정성 및 열 안정성이 낮고, 역학특성이 낮은 특성을 갖는다.
본 발명의 폴리락타이드 함유 기본 수지로서, 더욱 바람직하게는, 결정성 폴리락타이드 60 내지 90중량% 및 비결정성 폴리락타이드 10 내지 40중량%로 이루어진 폴리락타이드 함유 기본 수지를 사용하는 것이다. 이때, 결정성 폴리락타이드로부터 내충격성 및 내열성이 보존되고, 비결정성 폴리락타이드계 중합체에 의해 유연성이 부여되어, 폴리락타이드계 수지의 발포성형성이 개선된다. 이 경우, 비결정성 폴리락타이드의 함량은 10 내지 40중량%로 사용되며, 결정성 폴리락타이드에 비해 적 게 혼합됨으로써, 내굴곡성이 향상되고, 열에 의한 성형품의 형태변화를 최소화되므로, 성형안정성이 향상된다.
본 발명의 폴리락타이드 함유 기본 수지가 우수한 평탄성 및 발포셀의 균일성을 가지기 위한 더욱 더 바람직한 형태로는 결정성 폴리락타이드 100 중량부에 대하여, 폴리카프로락톤 0.5 내지 5 중량부를 더 함유하는 것이고, 가장 바람직하게는, 결정성 폴리락타이드 60 내지 90중량% 및 비결정성 폴리락타이드 10 내지 40중량%로 이루어진 폴리락타이드 함유 기본 수지 100 중량부에 대하여, 폴리카프로락톤 0.5 내지 5 중량부를 더 함유하는 것이다.
이때, 폴리카프로락톤은 폴리락타이드 수지와의 혼화성이 우수하고 폴리락타이드 수지의 굴곡강도, 충격강도를 향상시키는 역할을 하며, 0.5 중량부 미만으로 사용되면, 그 향상 효과가 적어 바람직하지 않고, 5 중량부를 초과하면 발포성형제가 유연성이 필요한 이상으로 증가하여 성형가공물의 형태안정성이 불량해지는 문제가 있다. 이에, 본 발명의 실시예는 가장 바람직한 형태의 폴리락타이드 함유 기본 수지를 중심으로 설명한다.
일반적인 폴리락타이드 수지의 분자량(Mw)은 200,000 내지 250,000 정도로서, 압출 발포 성형하여 시트를 제조하기에는 용융점도가 낮다. 따라서, 압출 발포 공정에서 가교제를 첨가함으로써, 압출기 내 수지의 용융온도에서 고분자 사슬을 부분 가교시켜 겉보기 분자량을 300,000 이상으로 만들어 용융점도를 증가시킨다.
본 발명에서 사용되는 가교제는 유기과산화물계 화합물이 바람직하며, 바람직하게는 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 디헥실퍼옥사이드, 부틸큐밀퍼옥사이드, 디부틸퍼옥사이드, p-메탄하이드로퍼옥사이드, 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드, 테트라메틸부틸퍼옥사이드, 큐멘하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디부틸퍼옥시헥신-3, 2,3-디메틸-2,3-디페닐부탄, 1,1-디(t-헥실퍼옥시)사이클로헥산, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)사이클로헥산, 2,2-디(4,4-디-(t-부틸퍼옥시)사이클로헥실)프로판, 디(2-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디부틸퍼옥시헥산, 헥실퍼옥시이소프로필카보네이트, 부틸퍼옥시 2-에틸헥실카보네이트, 디이소프로필퍼옥시디카보네이트, 부틸퍼옥시이소프로필카보네이트, 부틸퍼옥시말레인산, 부틸퍼옥시-3,5,5-트리메틸헥사노에이트, 부틸퍼옥시라우레이트, 부틸퍼옥시벤조에이트, 헥실퍼옥시벤조에이트, 부틸퍼옥시아세테이트, n-부틸 4,4-디-부틸퍼옥시발레레이트, 2,2-디-부틸퍼옥시부탄 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이다.
본 발명의 가교제가 더욱 바람직하게는 종래 가교제로 사용되는 에폭시계 화합물에 유기과산화물계 화합물을 혼합 사용하는 것이다.
종래 사용되는 에폭시계 화합물은 비스페놀A 디글리시딜에테르, 테레프탈산디글리시딜에테르, 트리메틸롤프로판디글리시딜에테르 및 1,6-헥산디올디글리시딜에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것으로, 고가인 단점이 있다. 이에, 본 발명의 혼합형태의 가교제는 종래 고가의 에폭시계 가교제의 함량을 줄이면서도 동등한 효과를 제공할 수 있는 것으로, 고분자 사슬을 부분 가교시켜 용융 점도를 증가시킬 수 있다. 이때, 혼합비율은 종래 에폭시계 화합물이 1 내지 2%로 사용되었다면, 에폭시계 화합물 0.5 내지 1%에 유기과산화물계 화합물 0.1 내지 1%를 혼합하여 가교반응시킨다.
본 발명의 가교제는 폴리락타이드 함유 기본 수지 100 중량부에 대하여, 0.05 내지 4 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 가교제의 함량이 0.05 중량부 미만이면, 겉보기 분자량 증대효과가 미흡하고, 4 중량부를 초과하면, 가교가 너무 많이 일어나 용융수지의 점도가 급격히 증가하거나, 발포압출기가 막힐 우려가 있으므로 공정상의 문제를 초래한다.
폴리락타이드 발포체가 적절한 용융점도를 얻는다 하더라도, 발포시, 발포비율이 낮으면 성형성이 불량하여 성형성을 높이기 위한 특수 성형기 도입 등의 부가비용이 추가되므로, 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명의 폴리락타이드 발포체는 적절한 저분자량의 가소제를 첨가함으로써, 발포배율을 향상시킨다. 본 발명에서 사용되는 바람직한 가소제로는 기본적으로 수지와 상용성이 있어야 하며, 하기 화합물이 선택 사용되거나 하기 화합물이 혼합 사용될 수 있다. 화합물의 일례로는 스테아린산알미늄, 스테아린산마그네슘, 스테아린산아연, 스테아린산칼슘, 올레인산알미늄, 올레인산마그네슘, 올레인산아연, 올레인산칼슘, 팔미틴산알미늄, 팔미틴산마그네슘, 팔미틴산아연, 팔미틴산칼슘, 구연산아연, 구연산트리부틸, 아세틸구연산트리에틸, 아세틸구연산트리부틸, 이외, 지방족 다가 카본 에스터, 지방족 다가 알코올 에스테르, 지방족 다가 알코 올 에테르 등이 있으며, 예를 들면, 디메틸아디페이트, 2-에틸헥실아디페이트, 디아이소부틸아디페이트, 디부틸아디페이트, 디아이소데실아디페이트, 디부틸세바케이트, 2-에틸헥실세바케이트, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜부틸에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸헥실에테르, 폴리옥시에틸렌디메틸에테르, 폴리옥시프로필렌디메틸에테르, 구연산과 소듐디카보네이트 혼합물, 칼슘글루코네이트 등이 있다.
가소제의 바람직한 사용량은 폴리락타이드 함유 기본 수지 100 중량부에 대하여, 0.001 내지 1 중량부, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 0.5 중량부이다. 이때, 가소제가 0.001 중량부 미만으로 사용되면, 용융수지의 가소성 향상이나 발포성형체의 발포배율 향상 효과가 미흡하다. 반면에, 1 중량부를 초과하면, 발포성형체 및 성형가공물의 너무 유연하게 되어 형태안정성이 불량해지는 단점이 있다.
또한, 발포 압출 성형과정에서 발포체의 셀(cell) 벽 두께가 얇거나, 발포 셀의 크기 및 두께가 고르지 않으면, 인장신도가 낮아지므로 그 벽이 쉽게 깨진다.
따라서, 본 발명의 폴리락타이드 발포체는 0.5 내지 7㎛의 입자크기의 탈크를 폴리락타이드 함유 기본 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 5 중량부를 함유함으로써, 셀 두께를 조절하여 쉽게 깨지지 않는 발포체를 얻을 수 있다.
이때, 탈크가 0.1 중량부 미만으로 사용되면, 원하는 발포비율인 6 내지 10배로 향상시킬 수 있으나, 발포셀 하나의 크기가 0.5mm 정도로 지나치게 크기 때문에 시트제품의 품위가 떨어진다. 반면에, 탈크가 5 중량부를 초과하여 사용되면, 발포 셀 의 크기가 지나치게 작아지거나, 또는 발포셀의 벽이 파괴되어 원하는 발포 배수를 얻을 수 없다.
또한, 본 발명에서 발포성형성 향상 목적으로 사용되는 탈크는 0.5 내지 7㎛의 입자크기를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 입자크기보다 큰 입자를 사용할 경우, 발포셀의 막 자체가 파괴되므로, 상용되는 탈크입자 범위 내에서, 미세 입자일수록 바람직하고, 상기 7㎛의 입자크기를 초과해서는 원하는 발포셀의 크기 및 벽 두께를 조절할 수 없다.
본 발명은 상기 폴리락타이드 발포체를 성형가공하여 제조된 식품포장용기 및 산업용 포장재를 제공한다.
본 발명의 폴리락타이드 발포체는 발포 압출과정에서 폴리락타이드계 수지의 분자량을 높여 적절한 용융점도를 확보하고, 결정성을 높이고, 발포성형성이 향상되고, 균일한 발포셀이 얻어지므로, 이를 성형가공한 발포성형체가 트레이, 컵, 컵라면 용기, 도시락 그릇 등의 식품포장용기 및 산업용 포장재로서 바람직하다.
즉, 종래의 폴리락타이드 발포체는 그 발포셀의 크기 및 두께가 균일하지 않아, 용기로 적용할 경우 용기의 가장자리는 두껍고 바닥은 얇아져 제품의 품위뿐 만 아니라, 기능성을 보장할 수 없으나, 본 발명의 폴리락타이드 발포체는 우수한 발포성형성과 균일한 발포셀로 얻어지므로, 이를 이용한 식품포장용기 및 산업용 포장재는 종래의 문제점을 해소할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
결정성 폴리락타이드 85중량%에 비결정성 폴리락타이드 (네이쳐워크사 제조, 상품명: PLA 6302D) 15중량%를 혼합하여 폴리락타이드 함유 기본 수지를 제조하고, 상기 기본 수지 100 중량부에 대하여, 폴리카프로락톤 2 중량부를 첨가하여 폴리락타이드계 중합체 조성물을 제조하였다.
상기 조성물에 가교제로서 디큐밀퍼옥사이드 2 중량부, 가소제로서 디이소데실아디페이트 0.05 중량부 및 5㎛ 입자크기의 탈크 2 중량부를 텀블링 믹서와 같은 일반 혼합기를 이용하여 잘 혼합한 다음, 내경 90mm의 제 1 압출기와 내경 120mm의 제 2 압출기가 접속된 탠덤 형식의 압출기를 이용하여 다음과 같이 발포시트를 제조하였다. 가열 용융 온도는 수지 온도를 기준으로 170 내지 230℃로 유지한 후, 제 1 압출기와 접속된 제 2 압출기 내에서 상기 용융 혼합 반응물의 온도를 약간 감소시켜 수지 온도를 약 150℃가 되도록 하였다. 이후, 직경 110mm, 슬릿 간격 0.5mm의 원통상 세극을 갖는 환상 다이에서 압출하여 원통상으로 발포시키고, 원통상 발포체를 냉각하면서 인수, 압출 방향으로 토출하여 발포시트를 제조하였다.
<실시예 2∼15>
가교제로서 비스페놀A 디글리시딜에테르 1 중량부 및 유기과산화물계 0.5 중량부의 혼합형태를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하 여, 발포시트를 제조하였다.
<비교예 1>
가교제를 사용하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 발포시트를 제조하였다. 분자량은 GPC를 이용하여 폴리스타이렌 중합물을 기준으로 한 무게평균분자량을 택하였으며, 압출 발포된 시트의 비중을 측정하여 발포배율을 계산하였다.
<
실시예
16∼23>
팔미틴산마그네슘, 올레인산칼슘, 스테아린산아연, 스테아린산칼슘, 스테아린산마그네슘, 디부틸아디페이트, 디에틸렌글리콜에틸헥실에테르 중에서 0.05 중량부 및 구연산계 화합물 0.5 중량부를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 발포시트를 제조하였다.
<비교예 2>
가소제를 사용하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 발포시트를 제조하였다.
<비교예 3>
가소제로서 스테아린산칼슘 0.05 중량부를 사용하되, 탈크를 사용하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 발포시트를 제조하였다.
<비교예 4>
가소제로서 디에틸렌글리콜에틸헥실에테르 0.05 중량부 및 구연산계 화합물 0.5 중량부를 사용하되, 탈크를 사용하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 발포시트를 제조하였다.
실시예 16∼23에서 보는 바와 같이, 유기금속산 또는 알코올계 화합물과 구연산계 화합물을 병행하여 압출 발포할 경우, 발포셀의 크기 분포가 균일해짐을 알 수 있으며, 압출시트의 두께가 증가하는 것으로 보아 발포배율이 증가하는 효과를 확인하였다.
반면에, 비교예 2에서 보는 바와 같이, 탈크만 첨가하면 발포셀의 크기 분포는 어느 정도 균일하나 발포배율이 증가하지 않는다. 또한, 비교예 3 및 4에서 보는 바와 같이, 탈크를 첨가하지 않고 가소제를 첨가하면, 발포배율은 증가하나 발포셀의 크기가 커지고 발포셀의 크기 분포가 넓어짐을 알 수 있다.
<실시예 24>
폴리락타이드 함유 기본 수지로서, 결정성 폴리락타이드 100중량%를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 발포시트를 제조하였다.
<실시예 25>
폴리락타이드 함유 기본 수지로서, 결정성 폴리락타이드 100중량%를 이루어진 폴리락타이드 함유 기본 수지에, 폴리카프로락톤(알드리치사 제조) 3 중량부를 함유한 수지를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 발포시트를 제조하였다.
<실시예 26>
폴리락타이드 함유 기본 수지로서, 결정성 폴리락타이드 85중량%에 비결정성 폴리락타이드 (네이쳐워크사 제조, 상품명: PLA 6302D) 15중량%를 혼합하여 폴리락타이드 함유 기본 수지에, 폴리카프로락톤(알드리치사 제조) 3 중량부를 함유한 수지를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 발포시트를 제조하였다.
실시예 24에서 보는 바와 같이, 폴리카프로락톤을 첨가하지 않아도 발포셀의 크기가 작고 분포가 비교적 균일하며, 이때, 발포시트의 두께는 9mm 정도였다.
실시예 25의 경우, 폴리카프로락톤 3 중량부를 더 첨가하면, 발포셀의 크기 분포가 더 균일해지며, 발포시트의 두께는 10mm로 증가하여 압출 발포에 효과에 있어 더욱 바람직하다. 이는 폴리카프로락톤 고분자 사슬이 일종의 고분자가소제 역할을 하는 폴리머 블렌드의 특성으로 해석된다. 이러한 특성은 결정성 폴리락타이드 85%와 비결정성 폴리락타이드 15%를 혼합한 기본수지에 폴리카프로락톤을 더 함유하여 실시한 실시예 26의 기본 수지의 경우 가장 바람직하다.
<비교예 5>
입자크기가 8㎛인 탈크를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여, 발포셀의 크기는 0.03∼0.3mm이며, 두께 5mm의 발포시트를 제조하였다. 이때, 발포셀의 막이 파괴되어 발포시트의 두께가 많이 감소하며, 또한 발포셀의 크기 또한 감소하였다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 폴리락타이드 함유 기본 수지의 물성을 최적화시키고, 상기 폴리락타이드 함유 기본 수지에 특정의 가교제, 가소제 및 탈크를 최적조건으로 혼합하여, 평탄성과 발포체 셀의 균일성이 확보된 폴리락타이드 발포체를 제공하였다.
또한, 본 발명의 폴리락타이드 발포체가 발포 압출과정에서 폴리락타이드계 수지의 분자량을 높여 적절한 용융점도를 확보하고, 결정성을 높이고, 발포성형성이 향상되고, 균일한 발포셀이 얻어지므로, 이를 성형가공하여, 트레이, 컵, 컵라면 용기, 도시락 그릇 등의 식품포장용기 및 산업용 포장재로서 활용할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (10)
- 폴리락타이드 함유 기본 수지 100 중량부에 대하여,유기과산화물계 가교제 및 에폭시계 가교제의 혼합형태로 이루어진 가교제 0.05 내지 4 중량부,유기금속산 또는 알코올계 화합물에서 선택되는 어느 하나와 구연산계 화합물과의 혼합형태로 이루어진 가소제 0.05 내지 1 중량부 및0.5 내지 7㎛ 입자크기의 탈크 0.1 내지 5 중량부로 이루어지되,상기 폴리락타이드 함유 기본 수지가 결정성 폴리락타이드 60 내지 90중량% 및 비결정성 폴리락타이드 10 내지 40중량%로 이루어진 수지 100 중량부에 폴리카프로락톤 0.5 내지 5 중량부를 더 함유한 것을 특징으로 하는 조성물이 압출 발포 성형된 것을 특징으로 하는 폴리락타이드 발포체.
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- 제1항의 폴리락타이드 발포체가 성형가공된 것을 특징으로 하는 식품포장용기 및 산업용 포장재.
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