KR101540108B1 - 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리유산; 및 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체를 포함하는 내열성이 향상되고 발포 가공성이 개선된 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

발포체 제조용 생분해성 수지 조성물{A composition of a biodegradable resin for preparation of foam}
본 발명은 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내열성이 향상되고 발포 가공성이 개선된 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물에 관한 것이다.
발포 플라스틱은 완충성, 방수성, 위생성, 열차단성, 경량성, 성형성 등 포장의 기능성이 우수하여 건축 단열재, 가전 완충 포장재, 농축수산물 상자, 수산물 양식용 부자, 식품과 의약품의 포장용기, 택배용 포장재, 헬멧 및 서핑보드 내장재, 기타 산업용 포장재 등으로 널리 사용되고 있다.
삶의 질 향상과 쾌적한 생활환경에 대한 사회적 관심이 높아지면서, 편리하게 사용하고 버리는 것으로 인식되어 왔던 발포 플라스틱에 대해서도 지속 가능한 순환형 시스템을 구축하여야 할 필요성이 대두되고 있다.
생분해성 플라스틱은 자연계에 거의 무한적으로 존재하는 생물유기자원(Biomass)을 이용하여 생산이 이루어지고, 사용 후에는 물과 이산화탄소로 분해되어 다시 생물유기자원의 원료로 이용됨으로써 자연계 내에서 미생물에 의하여 물과 이산화탄소로 완전히 분해되는 청정성을 지니고 있다.
폴리유산(poly(lactic acid), PLA)은 바이오 기반 고분자로, 옥수수 전분을 발효하여 생성된 유산(lactic acid)의 중합체이다. 폴리유산은 비교적 저렴하게 제조될 수 있으며, 퇴비화 조건에서 분해속도가 빠른 생분해성 플라스틱이다. 또한, 폴리유산은 곰팡이에 대한 저항성, 식품에 대한 내착취성 등의 우수한 특성을 보유하여 그 이용 분야의 범위가 확대되고 있다. 그러나, 이러한 장점에도 불구하고 폴리유산은 취약한 내충격성과 내열성, 오랜 성형시간 등의 단점이 있어 다양한 응용에 일부 제한이 있다.
일반적으로 플라스틱 발포체를 제조하기 위하여는 적절한 발포환경 하에서 발포체 기포(cell)가 성장 및 안정화할 수 있도록 고분자 물질이 적정한 용융점도를 유지해야만 한다. 그러나, 지방족 폴리에스터인 폴리유산은 선형성의 구조적 특징과 결정화 특성, 낮은 용융점도와 약한 용융강도로 인하여 용융시 발포제에 의하여 팽창되는 버블을 효과적으로 유지시키지 못하고 쉽게 터지거나 무너지는 결과를 초래하여 압출 발포 공정이 용이하지 않다.
종래 폴리유산과 같은 생분해성 폴리에스테르 수지를 이용한 발포체의 제조방법으로는 일본 특허공개 평10-324766호에 2염기산과 글리콜로부터 합성된 생분해성 폴리에스테르 수지를, 유기 과산화물과 불포화 결합을 하는 화합물과 조합시켜 가교시킴으로써 발포 가능한 생분해성 폴리에스테르 수지를 얻을 수 있음이 개시되어 있으나, 상기와 같이 얻어진 생분해성 폴리에스테르 수지의 내열성이 낮아 적용이 제한적인 단점이 있다. 또한, 국제특허공개 WO2005/085346호에는 폴리유산계 지방족 폴리에스테르 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴산 에스테르 및/또는 글리시딜 에스테르를 0.01 내지 5 중량부 함유하는 발포 가능한 열가소성 중합체가 개시되어 있으나, 상기 (메타)아크릴산 에스테르 및 글리시딜 에스테르가 폴리유산계 지방족 폴리에스테르의 가교제로서의 역할만 하는 것으로 유연성 있는 조성물을 얻을 수 없고 내열성이 낮아 적용이 제한적인 단점이 있다.
이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 폴리유산; 및 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체를 포함하는 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 용융 혼련하여 폴리유산을 개질시킨 후 상기 개질된 폴리유산 수지 조성물을 발포시킴으로써 안정된 셀을 형성하고 내열성이 향상된 생분해성 폴리유산 발포체를 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 내열성이 향상되고 발포 가공성이 개선된 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 이용하여 생분해성 발포체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 생분해성 발포체를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기를 포함하는 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 제공한다.
(A) 폴리유산 50 내지 95 중량부; 및
(B) 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체 5 내지 50 중량부.
본 발명에서 사용하는 용어 "폴리유산(poly(lactic acid), PLA)"은 유산(lactic acid) 단위를 포함하는 중합체를 의미한다. 구체적으로, 상기 유산은 L-유산, D-유산, 또는 이의 조합일 수 있다. 본 발명에서, 폴리유산은 유산 단위를 50몰% 이상, 바람직하기로 50 내지 80몰% 포함하는 것일 수 있다. 상기 폴리유산은 유산 단위 이외에 α-하이드록시산(즉, 글리콜산), 3-하이드록시부틸산, 3-하이드록시 발레릭산, 3-하이드록시 카프로산 등을 함유할 수 있으며, 이들의 혼합비율은 제한되지 않는다.
폴리유산은 선형성의 구조적 특징과 결정화 특성, 낮은 용융점도와 약한 용융강도로 인하여 용융시 발포제에 의하여 팽창되는 버블을 효과적으로 유지시키지 못하고 쉽게 터지거나 무너지는 결과를 초래하여 압출 발포 공정이 용이하지 않다. 또한, 폴리유산은 내열성이 낮아서 내열을 필요로 하는 제품의 응용에는 한계가 있다. 이에 따라 안정된 셀을 가지는 폴리유산 발포체를 제조하기 위하여 발포체 셀이 안정적이고 지속적으로 성장할 수 있도록 적정한 용융점도를 유지할 수 있고, 내열성을 향상시킬 수 있도록 폴리유산을 개질할 필요가 있다.
본 발명은 (A) 폴리유산 50 내지 95 중량부; 및 (B) 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체 5 내지 50 중량부를 포함하는 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 제공함으로써 안정된 셀을 형성하고 내열성이 향상된 폴리유산 발포체를 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물 중의 폴리유산은 용융 혼련 하에 단량체로 개질되어 개선된 특성을 나타내게 된다.
특히, 본 발명에서는 아크릴산을 포함하는 단량체를 사용함으로써 폴리유산 발포체의 내열성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 폴리유산에 아크릴산을 포함하는 단량체를 사용한 경우, 사용하지 않은 경우에 비해 결정화 속도가 최대가 되는 결정화 온도(Tc)가 높아져 내열성이 향상될 수 있음을 확인하였다(실험예 1, 표 3).
또한, 본 발명에서는 단량체로서 글리시딜 메타크릴레이트를 사용함으로써 수지 조성물의 용융지수(melt index, MI)를 낮추어 발포 가공성을 높일 수 있다. 또한, 상기 글리시딜 메타크릴레이트는 특성 관능기인 에폭시기로 인한 개시제 역할도 하여 과산화물 개시제의 추가적인 첨가 없이도 개질이 가능하게 한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 글리시딜 메타크릴레이트를 사용한 경우, 사용하지 않은 경우에 비해 수지 조성물의 용융지수를 현저하게 낮출 수 있음을 확인하였다(실험예 2, 표 4).
본 발명에서, 상기 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트의 중량비는 1~10:1~6:1:0.1~1일 수 있다. 즉, 아크릴산 1 중량부를 기준으로, 2-에틸헥실 아크릴레이트는 1~10 중량부, 2-히드록시에틸 아크릴레이트는 1~6 중량부, 글리시딜 메타크릴레이트는 0.1~1 중량부일 수 있다.
본 발명에서는 폴리유산의 개질을 보다 용이하게 수행하기 위하여 (C) 과산화물 개시제를 추가로 사용할 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 글리시딜 메타크릴레이트가 개시제 역할도 하므로, 과산화물 개시제의 추가적인 첨가 없이도 개질은 가능하다. 상기 과산화물 개시제로는 디-t-부틸퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 디-t-아밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥신-3, t-부틸퍼옥시벤조에이트 등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 과산화물 개시제의 함량은 폴리유산과 단량체의 전체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부일 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 생분해성 발포체의 제조방법을 제공한다.
1) (A) 폴리유산 50 내지 95 중량부; 및 (B) 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체 5 내지 50 중량부를 포함하는 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 용융 혼련시키는 단계(단계 1); 및
2) 상기 혼련물을 발포시키는 단계(단계 2).
바람직하기로, 상기 단계 1)과 단계 2) 사이에 상기 혼련물을 냉각시키는 단계(단계 1-1)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 단계 1은, (A) 폴리유산 50 내지 95 중량부; 및 (B) 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체 5 내지 50 중량부를 포함하는 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 용융 혼련시키는 단계로서, 폴리유산 및 단량체를 포함하는 수지 조성물을 용융 혼련시킴으로써 폴리유산을 단량체로 개질시키는 단계이다.
바람직하기로, 상기 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물은 (C) 과산화물 개시제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 폴리유산; 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체; 및 과산화물 개시제의 종류 및 중량비 등은 상기 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물에서 설명한 바와 동일하다.
본 발명에서, 상기 용융 혼련은 압출기를 사용하여 수행할 수 있다. 상기 압출기로는 이축 스크류 압출기(twin screw extruder), 단축 스크류 압출기(single screw extruder) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 이축 스크류 압출기를 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 용융 혼련은 진공 펌프를 이축 스크류 압출기의 바렐에 연결하여 -1 kgf/cm2 이하의 진공상태에서 용융 혼련을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 이축 스크류는 계량부, 압축부 및 혼합부를 혼합 배열하여 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 제 1 계량부, 압축부, 혼합부, 제 2 계량부, 압축부, 혼합부, 압축부, 혼합부, 및 압축부의 배열로 사용할 수 있다.
본 발명에서, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체는 제 2 계량부를 통하여 주입하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 단량체의 주입은 액상 주입 펌프를 이용할 수가 있으며, 바람직하기는 최대 10 bar까지 주입이 가능한 고압 정량 펌프를 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 용융 혼련은 바람직하기로 160 내지 230℃에서 수행할 수 있다.
상기 단계 1-1은, 상기 혼련물을 냉각시키는 단계로서, 개질된 폴리유산 수지 조성물을 이후 공정에 사용하기 위하여 냉각시키는 단계이다.
상기 단계 2는, 상기 혼련물을 발포시키는 단계로서, 혼련되어 개질된 폴리유산 수지 조성물을 발포시켜 발포체를 제조하는 단계이다.
본 발명에서, 상기 발포는 발포제로서 아조디카본아미드 등의 아조화합물; N,N-디니트로소펜타메틸렌테트라민, N,N-디니트로소-N,N-디메틸테레프탈레이트 등의 니트로소화합물; 하이드라진 하이드레이트 등의 하이드라진화합물; 탄산수소나트륨 등의 무기계 발포제; 질소, 이산화탄소, 물 등의 무기 화합물; 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등의 탄화수소; 염화불화탄소(CFC) 등의 프레온화합물; 에탄올, 메탄올 등의 각종 알콜류로 대표되는 유기 용매 등을 1종 이상을 사용하여 수행할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서는 폴리유산 95 중량부; 및 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 3:2:1:0.6의 중량비로 포함하는 단량체 5 중량부를 혼합하여 압출기에서 용융 혼련시킨 후 발포시킴으로써 안정된 셀이 형성된 발포체를 제조할 수 있음을 확인하였다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 생분해성 발포체를 제공한다.
본 발명의 생분해성 발포체는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트로 개질된 폴리유산을 사용함으로써 우수한 내열성, 안정적인 발포 특성 및 생분해성을 갖는다.
또한, 본 발명의 생분해성 발포체는 상기 제조방법에 따라 특정 단량체로 개질시킨 폴리유산을 사용함으로써 발포체 내 미반응 단량체가 없어 독성이 없고, 식품공전 제7. 기구 및 용기 포장의 기준 및 규격에 적합한 장점을 갖는다.
상기한 바와 같은 특성 및 장점에 따라, 본 발명의 생분해성 발포체는 식품 포장재, 전자제품 포장재, 식품 트레이, 냉장고 트레이, 수산물 양식용 부자, 헬멧 내장재, 서핑보드 내장재 및 건축 단열재로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 재료로서 사용될 수 있어 다양한 응용이 가능하다.
본 발명은 폴리유산; 및 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체를 포함하는 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 용융 혼련하여 폴리유산을 개질시킨 후 상기 개질된 폴리유산 수지 조성물을 발포시킴으로써 안정된 셀을 형성하고 내열성이 향상된 생분해성 폴리유산 발포체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 시트 형태의 발포체의 형상학적 관찰을 위하여 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 발포체의 표면 및 단면의 형태를 관찰한 결과이다. 이때, (a)는 Tilt 0°, x 1k인 경우 표면 모습이고, (b)는 Tilt 15°, x 30인 경우 단면 모습, (c)는 Tilt 0°, x 50인 경우 단면 모습, (d)는 Tilt 15°, x 50인 경우 단면 모습이다.
도 2는 본 발명의 시트 형태의 발포체의 생분해성을 조사한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 5
폴리유산(수평균분자량 264,000 g/mol, 무게평균분자량 442,000 g/mol, NatureWorks LLC) 95 중량부, 및 하기 표 1에 기재된 배합비의 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체와 함께 디큐밀퍼옥사이드 0.3 중량부를 이축 스크류 압출기(32mm, L/D 36)에서 압출베드 온도 200℃, 다이출구 온도 190℃로 압출해 펠렛상으로 절단 가공하여 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 얻었다. 상기 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 단축 스크류 발포 압출기(65 mm, L/D 48, 모델 WKY-E65, 원기연, 대한민국)에 투입하고 발포제로서 질소 가스를 주입하여 발포시켜 시트 형태의 발포체를 얻었다.
구분 단량체(중량부)
2-에틸헥실 아크릴레이트(EHA) 2-히드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 아크릴산(AA) 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)
실시예 1 3 2 1 0.6
실시예 2 3 2 1 1.2
실시예 3 3 2 1 1.8
실시예 4 3 2 1 2.4
실시예 5 3 2 1 3.0
비교예 1 내지 11
단량체의 배합비를 하기 표 2의 조성으로 각각 달리하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 얻은 다음, 동일한 방법으로 이를 발포시켜 시트 형태의 발포체를 얻었다.
구분 단량체(중량부)
2-에틸헥실 아크릴레이트(EHA) 2-히드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 아크릴산(AA) 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)
비교예 1 1 1 1 0.6
비교예 2 2 3 1 0.6
비교예 3 5 4 1 0.6
비교예 4 2 3 1 1.2
비교예 5 5 4 1 1.2
비교예 6 2 3 1 1.8
비교예 7 5 4 1 1.8
비교예 8 2 3 1 2.4
비교예 9 5 4 1 2.4
비교예 10 2 3 1 3.0
비교예 11 5 4 1 3.0
비교예 12
단량체로서 2-에틸헥실 아크릴레이트(EHA)를 단독으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 얻고 이를 이용하여 시트 형태의 발포체를 얻었다.
비교예 13
단량체로서 2-에틸헥실 아크릴레이트(EHA)와 2-히드록시에틸 아크릴레이트(HEA)를 1:1로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 얻고 이를 이용하여 시트 형태의 발포체를 얻었다.
비교예 14
단량체로서 2-에틸헥실 아크릴레이트(EHA)와 아크릴산(AA)을 1:1로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 얻고 이를 이용하여 시트 형태의 발포체를 얻었다.
실험예 1: 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물의 열분석
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1 내지 14에서 얻은 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물의 열분석을 실시하여 유리전이온도(Tg), 결정화온도(Tc) 및 용융온도(Tm)를 측정하였다. 비교를 위하여, 폴리유산(PLA)의 열분석도 함께 실시하였다.
그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 유리전이온도(Tg, ℃) 결정화온도(Tc, ℃) 용융온도(Tm, ℃)
폴리유산(PLA) 65 - 152
실시예 1 58 105 147/157
실시예 2 58 105 149/158
실시예 3 59 106 150/158
실시예 4 59 106 151/160
실시예 5 60 107 151/160
비교예 1 59 105 148/157
비교예 2 59 105 149/157
비교예 3 59 105 158/156
비교예 4 60 105 149/159
비교예 5 59 106 159/158
비교예 6 58 105 150/158
비교예 7 59 105 149/159
비교예 8 60 106 150/159
비교예 9 60 106 151/160
비교예 10 60 106 150/160
비교예 11 60 104 151/161
비교예 12 58 90 141/152
비교예 13 59 89 140/152
비교예 14 61 112 141/150
상기 표 3의 결과를 통해, 단량체로서 아크릴산을 사용한 경우가 사용하지 않은 경우에 비해 결정화 속도가 최대가 되는 결정화 온도(Tc)가 높아져 내열성이 향상될 수 있음을 알 수 있었다.
실험예 2: 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물의 용융지수 조사
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1 내지 14에서 얻은 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물의 용융지수를 측정하였다. 비교를 위하여, 폴리유산(PLA)의 용융지수도 함께 측정하였다.
그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 용융지수(g/10min, 2.16kg/200℃)
폴리유산(PLA) 5
실시예 1 5
실시예 2 5
실시예 3 4
실시예 4 4
실시예 5 3
비교예 1 6
비교예 2 5
비교예 3 5
비교예 4 5
비교예 5 5
비교예 6 5
비교예 7 5
비교예 8 4
비교예 9 4
비교예 10 4
비교예 11 4
비교예 12 15
비교예 13 15
비교예 14 16
상기 표 4의 결과를 통해, 폴리유산이 단량체로 개질됨에 따라 전반적으로 용융지수가 현저하게 높아지지만, 단량체로서 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)를 사용한 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1 내지 11의 경우, 용융지수(melt index, MI)가 낮아져 적정한 용융 점도를 유지시킴으로써 발포체 기포(cell)가 성장 및 안정화 될 수 있도록 하여 폴리유산의 발포 가공성을 개선할 수 있음을 알 수 있었다.
실험예 3: 본 발명의 발포체의 발포 특성 조사
상기 실시예 1에서 제조한 시트 형태의 발포체의 발포 특성을 조사하였다. 구체적으로, 발포 시트의 밀도, 두께 및 발포율을 측정하였다. 이때 발포율은 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물의 밀도를 발포체의 밀도로 나눈 값이다. 비교를 위하여, 폴리유산(PLA)의 밀도도 함께 측정하였다.
그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
구분 값
폴리유산(PLA)의 밀도 1.24 g/㎤
발포체 제조용 생분해성 수지 조성물의 밀도 1.22 g/㎤
발포 시트의 밀도 0.17 g/㎤
발포 시트의 두께 2.0±0.4 mm
발포율 7배
실험예 4: 본 발명의 발포체의 형상학적 분석
상기 실시예 1에서 제조한 시트 형태의 발포체의 형상학적 관찰을 위하여 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 발포체의 표면 및 단면의 형태를 관찰하였다.
그 결과를 도 1에 나타내었다. 이때, (a)는 Tilt 0°, x 1k인 경우 표면 모습이고, (b)는 Tilt 15°, x 30인 경우 단면 모습, (c)는 Tilt 0°, x 50인 경우 단면 모습, (d)는 Tilt 15°, x 50인 경우 단면 모습이다.
도 1을 통해, 본 발명의 발포체가 전체적으로 균질한 셀(foam cell)을 형성하고 있으며, 내면에는 개방형 셀(opened cell) 형성에 비하여 폐쇄형 셀이 충분히 형성되어 있고, 외면에는 셀 형성 없이 외피가 형성되어 셀 홀(cell hole)이 없는 것이 관찰되었다. 따라서, 이러한 구조를 통해 인장강도, 압축강도 및 충격강도 등 기계적 강도가 우수할 것으로 기대되었다.
실험예 5: 본 발명의 발포체의 기계적 특성 조사
상기 실시예 1에서 제조한 시트 형태의 발포체의 기계적 특성을 조사하였다.
먼저, 발포체의 인장강도와 신장율을 측정하기 위하여, Cross-Head 속도를 10 mm/min으로 하여 실온에서 KS M 3054의 시험방법으로 측정하였으며, 발포 전후의 특성 변화를 조사하기 위하여 발포 전의 수지 조성물의 인장강도와 연신율도 함께 조사하였다. 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
구분 인장강도(MPa) 연신율(%)
수지 54 12
발포체 2.8 8.7
상기 표 6의 결과를 통해, 발포체의 인장강도는 수지 대비 약 1/20으로 감소하였고 연신율은 약 1/4로 감소하였는데 이는 발포(7배 발포)로 인한 것으로 보이며, 발포 배율이 높아짐에 따라서 연신율도 현저히 감소할 것으로 보였다. 상기의 결과는 일반적인 발포체의 인장강도를 기준(0.3 MPa)으로 보았을 때 비교적 높은 값을 나타내는 것으로 나타났다.
한편, 발포체의 압축강도를 측정하기 위하여 Cross-Head 속도를 10 mm/min으로 하여 실온에서 KS M 844의 시험방법으로 측정하였다. 그 결과, 압축강도는 7.2±0.9 kgf/㎠으로 나타났다.
또한, 발포체의 충격강도를 측정하기 위하여, 아이조드 충격 강도기를 이용하고 JIS K 7110의 시험방법에 따라 발포 시트의 충격강도를 측정하였다. 그 결과, 충격강도는 2.7 kgf·cm/cm으로 나타났다. 상기 결과는 발포 시트가 전체적으로 균질한 셀을 형성하고 있고 내면에는 개방형 셀의 형성에 비하여 폐쇄형 셀이 충분히 형성되어 있고, 외면에는 셀 형성 없이 외피의 형성으로 충격에 대하여 구조적으로 충분한 내성을 나타내기 때문인 것으로 보였다.
실험예 6: 본 발명의 발포체의 내열성 조사
상기 실시예 1에서 제조한 시트 형태의 발포체의 내열성을 조사하였다.
내열성 시험(Heat Sag Test)은 일본 규격 JIS K-7195에 준하여 일정온도에서 60분 동안 수행하였다. 그 결과, 102±3℃에서 10 mm 이내에서 구부러진 결과를 얻었으며, 이의 결과로부터 발포 시트는 최대 105℃ 이하에서 내열성이 있는 것을 알 수 있었다.
실험예 7: 본 발명의 발포체의 안전성 조사
상기 실시예 1에서 제조한 시트 형태의 발포체의 안전성(safety)을 조사하였다.
안전성 시험은 <식품공전 제7. 기구 및 용기·포장의 기준 및 규격>에 의거하여 수행하였다. 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
시험항목 단위 규격기준 결과
용출시험 납(Pb) mg/L 1.0 이하 불검출(검출한계 0.01)
과망간산칼륨 소비량 10 이하 2
증발 잔류물 4% 초산 30 이하 8
물 30 이하 3
n-헵탄 30 이하 7
20% 에탄올 30 이하 4
시험방법 식품공전 제7. 기구 및 용기·포장의 기준 및 규격
상기 표 7을 통해, 시험항목 모두에서 불검출 또는 기준치 이하의 결과를 보임을 알 수 있으며, 이로써 본 발명의 발포체가 발포체내 미반응 단량체가 없어 독성이 없고, 식품공전 제7. 기구 및 용기 포장의 기준 및 규격에 적합함을 확인할 수 있었다.
실험예 8: 본 발명의 발포체의 생분해성 조사
상기 실시예 1에서 제조한 시트 형태의 발포체의 생분해성을 조사하였다.
발포체의 생분해성을 확인하기 위하여, 퇴비화 조건에서 플라스틱의 생분해도 및 붕괴도의 측정-제1부:적정에 의한 발생 이산화탄소 정량법(KSM 3100-1)에 준하여 생분해도 시험을 수행하였다.
그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2를 통해, 발포체의 45일 경과 후 생분해도는 기준 물질인 셀룰로오스의 생분해도(75.6%) 대비하여 95.1%로 나타남을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 발포체가 우수한 생분해성을 나타냄을 알 수 있었다.

Claims (11)

  1. 하기를 포함하는 내열성이 향상된 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물:
    (A) 폴리유산 50 내지 95 중량부; 및
    (B) 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트를 포함하는 단량체 5 내지 50 중량부.
  2. 제1항에 있어서, 상기 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 아크릴산 및 글리시딜 메타크릴레이트의 중량비는 1~10:1~6:1:0.1~1인 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 과산화물 개시제를 추가로 포함하는 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 과산화물 개시제의 함량은 폴리유산과 단량체의 전체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부인 조성물.
  5. 하기 단계를 포함하는 내열성이 향상된 생분해성 발포체의 제조방법:
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 발포체 제조용 생분해성 수지 조성물을 용융 혼련시키는 단계(단계 1); 및
    상기 혼련물을 발포시키는 단계(단계 2).
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계 1)과 단계 2) 사이에 상기 혼련물을 냉각시키는 단계(단계 1-1)를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 용융 혼련은 압출기를 사용하여 수행하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 용융 혼련은 160 내지 230℃에서 수행하는 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 발포는 발포제로서 아조디카본아미드, N,N-디니트로소펜타메틸렌테트라민, N,N-디니트로소-N,N-디메틸테레프탈레이트, 하이드라진 하이드레이트, 탄산수소나트륨, 질소, 이산화탄소, 물, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 염화불화탄소(CFC), 에탄올 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용하여 수행하는 방법.
  10. 제5항의 제조방법으로 제조된 내열성이 향상된 생분해성 발포체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 발포체는 식품 포장재, 전자제품 포장재, 식품 트레이, 냉장고 트레이, 수산물 양식용 부자, 헬멧 내장재, 서핑보드 내장재 및 건축 단열재로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 재료로서 사용되는 발포체.
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KR20120047431A (ko) * 2010-11-04 2012-05-14 (주)우성케미칼 친환경 생분해성 필름 조성물

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