KR101059340B1 - 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그제조방법 - Google Patents

내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중량평균 분자량이 160,000 내지 350,000인 폴리락트산, 중량평균 분자량이 70,000 내지 120,000인 ABS 수지 및 중량평균 분자량이 100,000 내지 220,000인 SAN 수지로 이루어지며, 상기 폴리락트산의 함량은 10 내지 60 중량%이고, ABS 수지의 함량과 SAN 수지의 함량의 합은 90 내지 40 중량%이며, 상기 ABS 수지와 SAN 수지의 중량비가 1 : 9 내지 9 : 1인 것을 특징으로 하는 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 내열도가 우수하고 가공성이 뛰어나며 폐기시에는 분해가 잘 일어나 환경오염을 줄일 수 있는, 자동차 내장제, 핸드폰 케이스 및 노트북 등에 적용 가능한, 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
폴리락트산, 생분해성, ABS, SAN, 중량평균 분자량, 내열도

Description

내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그 제조방법{Biodegradable Polylactic Acid Resin Composition Having High Thermal Stability And Preparation Method Thereof}
본 발명은 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내열도가 우수하고 가공성이 뛰어나며 폐기시에는 분해가 잘 일어나 환경오염을 줄일 수 있는, 자동차 내장제, 핸드폰 케이스 및 노트북 등에 적용 가능한, 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
플라스틱으로 성형된 제품은 뛰어난 물성과 저렴한 가격으로 전기전자 및 자동차 등의 많은 산업분야에서 사용되지만, 짧게는 일이년 정도 사용되다 폐기되는 경우가 많고 폐기되는 플라스틱 제품은 매립 또는 소각시 환경오염의 주요한 원인이 되었다.
최근 지구 온난화, 석유자원의 고갈 및 폐기물에 의한 환경오염 문제 등이 전세계적으로 부각되면서 환경오염 등의 주요한 원인이 되고 있는 기존의 플라스틱을 대체할 수 있는 바이오매스 플라스틱에 대한 관심이 급증하였다.
초기 바이오매스 플라스틱에 관한 연구는 일회용품, 쓰레기 봉투, 포장용기 등과 같이 사용기간이 짧은 제품에 적용될 수 있는 생분해성 플라스틱 개발에 집중되어, 어떻게 하면 더 빠른 분해특성을 갖게 할 수 있는가에 초점이 맞춰져 있었다.
그러나 교토 의정서에 도입된 온실가스 감축 협정에 의한 온실가스의 총량 규제로 핸드폰, 자동차 내장제, 노트북 등의 분야에서도 석유화학으로 제조되는 플라스틱을 대신할 수 있는 바이오매스 플라스틱에 관한 관심 및 연구개발이 가속화되었다.
상기 바이오매스 플라스틱으로는 폴리글리콜산, 폴리락트산, 폴리카프로락톤, 지방족 폴리에스테르 등이 알려져 있는데, 이중 폴리락트산은 옥수수 전분의 발효로 얻어진 포도당을 거쳐 생성된 락트산을 탈수중합하여 제조하였다. 상기 락트산의 광학이성질체의 함량에 따라 결정성 혹은 비결정성의 폴리락트산이 제조된다.
상기 폴리락트산은 기존의 다른 바이오매스 플라스틱에 비하여 저렴한 가격과 우수한 물성으로 전체 바이오플라스틱의 20 %를 차지하고 있으나 기존 범용수지와 비교할 때 낮은 성능과 높은 가격으로 식품용기 포장재, 필름, 농업자재 등 큰 물성이 요구되지 않는 곳에만 주로 사용되고 있다. 예를 들어, 특허 공개번호 10-2007-0059091 의 경우 PLA와 범용수지인 폴리올레핀을 얼로이하여 충격을 향상시켰 다고 하나 내열도 저하로 인하여 자동차 내장제 및 노트북 등에 적용하기에 어려움이 있다.
따라서 핸드폰, 자동차 내장제, 노트북 등에 적용 가능한 내열도가 개선된 폴리락트산 수지 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 내열도가 우수하고 가공성이 뛰어나며 폐기시에는 분해가 잘 일어나 환경오염을 줄일 수 있는 자동차 내장제, 핸드폰 케이스 및 노트북 등에 적용 가능한, 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중량평균 분자량이 160,000 내지 350,000인 폴리락트산, 중량평균 분자량이 70,000 내지 120,000인 ABS 수지 및 중량평균 분자량이 100,000 내지 220,000인 SAN 수지로 이루어지며, 상기 폴리락트산의 함량은 10 내지 60 중량%이고, ABS 수지의 함량과 SAN 수지의 함량의 합은 90 내지 40 중량%이며, 상기 ABS 수지와 SAN 수지의 중량비가 1 : 9 내지 9 : 1인 것을 특징으로 하는 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 폴리락트산에 이와 상용성이 우수한 ABS, SAN 수지를 혼합하여 압출함으로써, 양산이 용이하고 내열도 및 가공성이 뛰어나며 폐기시에는 분해가 잘 일어나 환경오염을 줄일 수 있는, 자동차 내장제, 핸드폰 케이스 및 노트북 등에 적용 가능한, 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물은, 중량평균 분자량이 160,000 내지 350,000인 폴리락트산, 중량평균 분자량이 70,000 내지 120,000인 ABS 수지 및 중량평균 분자량이 100,000 내지 220,000인 SAN 수지로 이루어지며, 상기 폴리락트산의 함량은 10 내지 60 중량%이고, ABS 수지의 함량과 SAN 수지의 함량의 합은 90 내지 40 중량%이며, 상기 ABS 수지와 SAN 수지의 중량비가 1 : 9 내지 9 : 1인 것을 특징으로 한다.
상기 폴리락트산은 폴리 L-락트산, 폴리 D-락트산 및 폴리 L, D-락트산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 폴리락트산은 중량평균 분자량이 160,000 이상인 것이면 특별히 제한되지 않는데, 중량평균 분자량이 160,000 미만인 경우에는 생분해성 폴리락트산 수지 조성물이 충분한 내열도를 가질 수 없다.
상기 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지는 부타디엔형 고무류, 이소프렌형 고무류, 부타디엔과 스티렌의 공중합체류 및 알킬아크릴레이트 고무류로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상과 스티렌계 단량체 및 아크릴로니트릴계 단량체가 공중합된 것이 바람직하다.
상기 ABS 수지는 상기 고무류 또는 공중합체류 10 내지 70 중량% 및 상기 스티렌계 단량체와 아크릴로니트릴계 단량체의 합 90 내지 30 중량%로부터 제조되는 것이 바람직한데, 이 범위를 벗어나는 경우 최종적으로 제조되는 생분해성 폴리락트산 수지 조성물의 가공성 또는 내열도와 기계적 강도가 급격히 저하될 수 있다.
상기 ABS 수지는 중량평균 분자량이 70,000 내지 120,000인 것이 바람직한데, 중량평균 분자량이 70,000 미만인 경우에는 생분해성 폴리락트산 수지 조성물이 충분한 내열도를 가질 수 없고, 120,000을 초과하는 경우에는 가공성이 떨어진다.
상기 SAN(styrene-acrylonitrile copolymer) 수지는 중량평균 분자량이 100,000 내지 220,000인 것이 바람직하고, 아크릴로니트릴 함량이 15 내지 40 중량%인 것이 바람직한데, 이 함량 범위를 벗어나는 경우 최종적으로 제조되는 생분해성 폴리락트산 수지 조성물이 가공성이 저하되고 잘 부셔지게 된다.
상기 SAN 수지는 분자량, 아크릴로니트릴 함량 또는 유리전이온도(Tg) 등이 다른, 둘 이상의 SAN 수지가 혼합된 것일 수 있다.
상기 ABS 수지와 SAN 수지의 중량비가 1 : 9 내지 9 : 1인 것이 바람직한데, 이 중량비 범위내에서 상기 생분해성 폴리락트산 수지 조성물은 충분한 내열도를 가질 수 있다.
상기 폴리락트산 수지 조성물은 첨가제로 산화방지제, 광안정제, 이형제, 가 소제, 항균제, 핵형성제, 안료 및 가교제 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물의 제조방법은, 중량평균 분자량이 160,000 내지 350,000인 폴리락트산, 중량평균 분자량이 70,000 내지 120,000인 ABS 수지 및 중량평균 분자량이 100,000 내지 220,000인 SAN 수지를 압출기에 투입하고, 배럴온도 170 내지 240 ℃에서 혼합 및 압출하는 단계를 포함하되, 상기 폴리락트산의 함량은 10 내지 60 중량%이고, ABS 수지의 함량과 SAN 수지의 함량의 합은 90 내지 40 중량%이며, 상기 ABS 수지와 SAN 수지의 중량비가 1 : 9 내지 9 : 1인 것을 특징으로 한다.
앞서 설명된 ABS 수지, SAN 수지 및 첨가제 등에 관한 내용은 생분해성 폴리락트산 수지 조성물의 제조방법에서도 동일하게 적용된다.
상기 압출기는 특별히 제한되지 않으나, 이축압출기를 사용할 수 있는데, 배럴온도 170 내지 240 ℃에서 양산이 용이하고, 외관이 우수한 생분해성 폴리락트산 수지 조성물을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[ 실시예 ]
실시예 1
중량평균 분자량이 약 230,000인 폴리락트산(2002D, Nature works사) 10 중량%, 중량평균 분자량이 약 80,000인 ABS 수지(D271, LG화학) 25 중량% 및 유리전이온도(Tg)가 105 ℃이고 중량평균 분자량이 200,000인 SAN 수지(91HR, LG화학) 65 중량%를 압출기를 이용하여 배럴온도 220 ℃의 조건에서 폴리락트산 수지 조성물을 펠릿 형태로 제조하였다. 제조된 펠릿을 충분히 제습건조한 다음 사출기를 이용하여 물성 측정을 위한 시편을 얻었다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 폴리락트산 25 중량%, ABS 수지 20 중량% 및 SAN 수지 55 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 폴리락트산 40 중량%, ABS 수지 20 중량% 및 SAN 수지 40 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 폴리락트산 60 중량%, ABS 수지 10 중량% 및 SAN 30 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서 폴리락트산 40 중량%, ABS 수지 20 중량%, 유리전이온 도(Tg)가 105 ℃이고 중량평균 분자량이 200,000인 SAN 수지(91HR, LG화학) 20 중량% 및 유리전이온도(Tg)가 120 ℃이고 중량평균 분자량 100,000인 SAN 수지(98UHM, LG화학) 20 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 폴리락트산 40 중량% 및 SAN 수지 60 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 폴리락트산 40 중량% 및 ABS 수지 60 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 폴리락트산 100 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예 4
상기 실시예 1에서 ABS 수지 30 중량%, SAN 수지 70 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예 5
상기 실시예 3에서 분자량이 150,000인 PLA를 40 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하였다.
[ 시험예 ]
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 폴리락트산 수지 조성물 시편의 내열도, 기계적 강도 및 분해도를 하기의 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
(1) 내열도( HDT )
ASTM D648 방법에 의거하여 측정하였다.
(2) 기계적 강도
* 굴곡강도 - ASTM D790 방법에 의거하여 측정하였다.
* 굴곡탄성율 - ASTM D790 방법에 의거하여 측정하였다.
* 인장강도 - ASTM D638 방법에 의거하여 측정하였다.
(3) 분해도( KS M-3100-1)
입자 크기가 20 ㎛ 이하인 TLC 등급의 셀룰로오스를 표준시료로 하여 동일조건에서 시험물질을 퇴비화하여 45 일간 방출되는 이산화탄소의 누적량 Dt(아래 계산식 이용)로부터 시험물질의 생분해도를 계산하여 표준시료의 생분해도를 100으로 할때 이에 대비된 시험물질의 분해도를 %로 산출하여 80% 이상: ◎, 30%~79%: ○, 30% 이하: ×로 표시하였다.
Dt = [(CO2)T - (CO2)B/ThCO2]×100
((CO2)T: 시험 물질이 담긴 용기에서 발생한 이산화탄소 누적량, (CO2)B: 퇴 비 물질이 담긴 용기에서 발생한 이산화탄소 누적량, ThCO2: 이론적 이산화탄소 발생량 계산, ThCO2 = MTOT×CTOT×(44/12), MTOT: 분석 시작 단계에서 첨가된 시험물질 중 총 건조 고형분의 량(g), CTOT: 시험물질의 총 건조 고형분에 포함된 유기탄소의 비율(g/g), 44: 이산화탄소의 분자량, 12: 탄소의 원자량)
구분 조 성 물 성
PLA 1 PLA 2 ABS SAN1 SAN2 HDT
(℃)		 인장강도
(㎏/㎠)		 굴곡강도
(㎏/㎠)		 굴곡탄성율
(㎏/㎠)		 분해도
실시예 1 10 - 25 65 - 110 500 850 29,000 ○
실시예 2 25 - 20 55 - 105 500 850 29,000 ○
실시예 3 40 - 20 40 - 100 530 850 29,000 ○
실시예 4 60 - 10 30 - 70 530 950 29,000 ◎
실시예 5 40 - 20 20 20 105 510 830 27,000 ○
비교예 1 40 - - 60 62 500 850 29,000 ○
비교예 2 40 - 60 - 55 500 850 29,000 ○
비교예 3 100 - - - 50 550 1,000 29,000 ◎
비교예 4 - - 30 70 109 475 820 26,000 ×
비교예 5 40 20 40 65 510 830 28,500 ○
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 생분해성 폴리락트산 수지 조성물(실시예 1 내지 5)은 폐기시 분해가 잘 일어나 환경오염을 줄일 수 있을 정도의 충분한 분해도를 가지면서도 내열도(HDT)가 뛰어남을 확인할 수 있었으나, ABS 수지를 포함하지 않은 경우(비교예 1), SAN 수지를 포함하지 않은 경우(비교예 2), ABS 수지와 SAN 수지 모두를 포함하지 않은 경우(비교예 3) 및 분자량이 본 발명의 범위를 벗어난 폴리락트산(PLA)을 사용한 경우(비교예 5)에는 내열도가 현저히 떨어지고, 폴리락트산(PLA)을 포함하지 않은 경우(비교예 4)에는 분해도가 매우 낮음을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 제조방법을 따르는 경우(실시예 1 내지 5) 수지간 상용성이 우수하고 열분해가 적어, 양산이 용이할 뿐만 아니라, 외관이 우수한 폴리락트산 수지 조성물을 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (12)

  1. 중량평균 분자량이 160,000 내지 350,000인 폴리락트산, 중량평균 분자량이 70,000 내지 120,000인 ABS 수지 및 중량평균 분자량이 100,000 내지 220,000인 SAN 수지로 이루어지며,
    상기 폴리락트산의 함량은 10 내지 60 중량%이고, ABS 수지의 함량과 SAN 수지의 함량의 합은 90 내지 40 중량%이며,
    상기 ABS 수지와 SAN 수지의 중량비가 1 : 9 내지 9 : 1인 것을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리락트산은, 폴리 L-락트산, 폴리 D-락트산 및 폴리 L, D-락트산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 ABS 수지는, 부타디엔형 고무류, 이소프렌형 고무류, 부타디엔과 스티 렌의 공중합체류 및 알킬아크릴레이트 고무류로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상과 스티렌계 단량체 및 아크릴로니트릴계 단량체가 공중합된 것을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 ABS 수지는, 상기 고무류 또는 공중합체류 10 내지 70 중량% 및 상기 스티렌계 단량체와 아크릴로니트릴계 단량체의 합 90 내지 30 중량%로부터 제조됨을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 SAN 수지는, 아크릴로니트릴 함량이 15 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 SAN 수지는, 분자량, 아크릴로니트릴 함량 또는 유리전이온도가 다른 2 이상의 SAN 수지가 혼합된 것임을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리락트산 수지 조성물은, 산화방지제, 광안정제, 이형제, 가소제, 항균제, 핵형성제, 안료 및 가교제로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물.
  8. 중량평균 분자량이 160,000 내지 350,000인 폴리락트산, 중량평균 분자량이 70,000 내지 120,000인 ABS 수지 및 중량평균 분자량이 100,000 내지 220,000인 SAN 수지를 압출기에 투입하고, 배럴온도 170 내지 240 ℃에서 혼합 및 압출하는 단계를 포함하되,
    상기 폴리락트산의 함량은 10 내지 60 중량%이고, ABS 수지의 함량과 SAN 수지의 함량의 합은 90 내지 40 중량%이며,
    상기 ABS 수지와 SAN 수지의 중량비가 1 : 9 내지 9 : 1인 것을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 ABS 수지는, 부타디엔형 고무류, 이소프렌형 고무류, 부타디엔과 스티렌의 공중합체류 및 알킬아크릴레이트 고무류로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상과 스티렌 단량체 및 아크릴로니트릴 단량체가 공중합된 것을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 ABS 수지는, 상기 고무류 또는 공중합체류 10 내지 70 중량% 및 상기 스티렌계 단량체와 아크릴로니트릴계 단량체의 합 90 내지 30 중량%로부터 제조됨을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물의 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 SAN 수지는, 아크릴로니트릴 함량이 15 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물의 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 SAN 수지는, 분자량, 아크릴로니트릴 함량 및 유리전이온도로이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상이 다른 두 가지 이상의 SAN 수지가 혼합된 것임을 특징으로 하는
    내열도가 개선된 생분해성 폴리락트산 수지 조성물의 제조방법.
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