KR102116694B1 - 재생가능 수지 조성물 및 이로부터 제조된 물품 - Google Patents

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Abstract

카사바 전분 100 중량부에 대하여, 폴리부틸렌 숙시네이트(poly butylene succinate; PBS) 100 내지 200 중량부, 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트(poly butylene adipate-co-terephthalate; PBAT) 20 내지 120 중량부, 및 가소제 10 내지 40 중량부를 포함하는 재생가능 수지 조성물 및 이로부터 제조된 물품이 제시된다.

Description

재생가능 수지 조성물 및 이로부터 제조된 물품{Renewable resin composition and product prepared from the same}
본 발명은 재생가능 수지 조성물 및 이로부터 제조된 물품에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 생분해 가능하면서도 동시에 재가공하여 재생가능성이 탁월한 재생가능 수지 조성물 및 이로부터 제조된 물품에 관한 것이다.
1868년 미국의 존 하이엇이 상아 당구공의 대용품으로 처음 개발한 이후 '신의 선물'이었던 플라스틱은 150년만에 지구를 위협하는 폭탄이 되고 말았다. 플라스틱 병 하나가 분해되는데 걸리는 시간은 약 450년이고, 전체 재활용률은 9%에 그치고 있다.
이러한 플라스틱에 의한 지구 환경 오염이 표면화하고 있는 현재, 환경 오염 문제를 해소하기 위한 처리, 혹은 그러한 처리가 가능한 신소재의 연구 개발이 요구되고 있다.
종래의 폐플라스틱에 의한 환경 오염 문제를 감소시킨 처리 방법은 예를 들면 열분해나 화학 분해에 의해 저분자화한 것을 소각하거나 매립하는 방법이었다. 그러나 소각 처리는 이산화탄소의 배출을 수반하기 때문에 지구 온난화의 원인이 될 수 있고, 플라스틱 중에 할로겐이나 황, 질소 원소가 포함되어 있는 경우에는 유해 기체에 의한 대기오염의 원인이 될 수도 있다. 플라스틱을 매립했을 경우, 현재 실용화되어 있는 대부분의 수지는 장기간 잔존한 채로 상태가 된다. 이 기간에 첨가물 등이 유출되어 토양오염의 원인 하나가 되고 있다.
이러한 문제에 대해서 최종 처분되었을 때 지구 환경 등에 악영향을 주지 않는 고분자 화합물로서 생분해성 고분자의 개발이 활발하게 수행되고 있다.
생분해성 고분자로는 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트(poly butylene adipate-co-terephthalate, PBAT), 폴리하이드록시알카노에이트(poly(hydroxyalkanoates, PHA) 등의 고가 재료들이 주를 이루고 있으며, 특히 PBAT 계열의 경우 유통안정성이 부족하고, 가격이 고가인 관계로 상업적으로 사용하는데 기능적이고 경제적인 문제점을 가지고 있다. 또한, 가격 경쟁력을 확보하기 위해서는 생분해성 수지 중에서 가장 저렴한 폴리락트산(polylactic acid, PLA) 계열을 사용하는 것이 대안이 될 수 있으나, 필름 등의 성형품으로 적용하는 경우에, 폴리락트산 고유의 취성(brittleness)으로 인해 필름이 잘 찢어지는 등 기계적 물성에서 한계가 있다.
최근 들어, 단순히 사용 후에 분해되는 성질을 갖는 생분해성 고분자로는 분해하는데 여전히 상당한 시간이 요구되고 있고, 제한된 자원의 재사용 및 재생이 화두가 되고 있는 바, 생분해성 고분자의 단점을 극복한 바이오 플라스틱으로 그 패러다임이 바뀌고 있다.
이러한 바이오 플라스틱에서는 인체 무해성, 물성, 강도, 생산성, 가격 경쟁력, 재사용, 재생가능성 등이 얼마나 빨리 분해되어 자연으로 선순환되느냐 하는 문제보다 그 중요성이 더욱 강조되고 있다.
따라서, 종래 생분해성 고분자의 생분해성을 가지면서, 동시에 재생가능성이 탁월한 바이오 플라스틱 소재의 개발이 여전히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 생분해 가능하면서도 동시에 재가공하여 재생가능성이 탁월한 재생가능 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 상기 조성물로부터 제조된 물품을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예가 제공된다.
제1 구현예에 따르면,
카사바 전분 100 중량부에 대하여, 폴리부틸렌 숙시네이트(poly butylene succinate; PBS) 100 내지 200 중량부, 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트(poly butylene adipate-co-terephthalate; PBAT) 20 내지 120 중량부, 및 가소제 10 내지 40 중량부를 포함하는 재생가능 수지 조성물이 제공된다.
제2 구현예에 따르면, 제1 구현예에 있어서,
상기 재생가능 수지 조성물이 카사바 전분 100 중량부에 대하여, 폴리부틸렌 숙시네이트 120 내지 180 중량부, 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트 40 내지 100 중량부, 및 가소제 15 내지 35 중량부를 포함할 수 있다.
제3 구현예에 따르면, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 가소제는 다가 알코올, 당 알코올, 당 알코올의 무수물, 우레아계 화합물, 단백질, 산 에스테르, 지방족산 고분자, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
제4 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예 있어서,
상기 재생가능 수지 조성물이 충격보강재를 더 포함할 수 있다.
제5 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예 있어서,
상기 상기 재생가능 수지 조성물이 ASTM D6866의 규정에 의해 35 내지 70%의 바이오함량을 가질 수 있다.
제6 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제5 구현예 중 어느 한 구현예 있어서,
상기 재생가능 수지 조성물이 카사바 전분 100 중량부에 대하여, 폴리부틸렌 숙시네이트 120 내지 180 중량부, 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트 40 내지 100 중량부, 및 글리세린 오일 15 내지 35 중량부를 포함하고, ASTM D6866의 규정에 의해 35 내지 70%의 바이오함량을 가지며, 상기 카사바 전분이 감자 전분 또는 옥수수 전분을 대체하여 사용됨으로써 가격 경쟁력을 가지면서, 대량 생산이 가능하고, 용이하고 퇴비화가 가능하며, 낮은 이산화탄소 배출량을 가질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예의 물품이 제공된다.
제7 구현예에 따르면,
제1 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예의 재생가능 수지 조성물로부터 제조된 물품이 제공된다.
제8 구현예에 따르면, 제7 구현예에 있어서,
상기 물품이 필름, 봉투, 빨대, 용기, 또는 트레이일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 바이오함량이 큰 카사바 전분을 주재료로 사용하면서 종래 생분해성 고분자로 주로 사용된 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트의 함량을 적게 사용함으로써 생분해 가능하면서도 동시에 재가공하여 재생가능성이 탁월한 재생가능 수지 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예 따른 재생가능 수지 조성물은, 종래에 사용된 고가의 감자 전분 또는 옥수수 전분을 대체하여 카사바 전분을 사용함으로써 가격 경쟁력을 가지면서, 대량 생산이 가능하고, 생분해성과 퇴비화가 가능하며, 낮은 이산화탄소 배출량을 가진다는 점에서 유리하다.
본 발명의 일 구현예 따른 재생가능 수지 조성물은 비교적 부드럽고, 점도가 높기 때문에 높은 탄력과 점성을 가지며, 호화 온도가 낮아서 끊이는 시간의 단축 효과가 있다. 본 발명의 일 구현예 따른 재생가능 수지 조성물은 종래의 찰옥수수 전분보다 팽윤력이 높기 때문에 흡수력이 높고, 조성물의 투명성이 높고, 노화되는 성질이 적다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
종래, 환경문제를 일으키는 일반적인 플라스틱 재료의 문제를 해소하기 위하여 제시된, “생분해성(biodegradable) 수지”라 함은 고분자 또는 플라스틱 등의 수지가 이용 후에 토양 등의 환경에서 화학적 분해가 가능하여 이산화탄소, 질소, 물, 바이오매스, 무기염류 등의 천연 부산물을 내놓는 고분자를 의미한다. 이러한 생분해성 수지의 다수가 석유와 같은 화석 연료로부터 얻어지고 있으며, 이러한 화석 연료는 재생이 가능하지 않은 자원이고 또한 공정 중에 발생하는 탄소량도 크므로 환경 친화성에 한계가 있다.
이와 달리, 본 발명의 일 측면에 따른 “재생가능(renewable) 수지”라 함은 사용되었거나 사용되지 아니하고 버려진 후 수거된 물건과 부산물의 전부 또는 일부를 원료물질로 다시 사용할 수 있는 수지를 의미한다. 이때, 사용되거나 버려진 수지 기준으로 원료물질로 다시 사용할 수 있는 정도가 클수록 재생가능성이 높다고 말할 수 있다.
이러한 재생가능성은 "바이오함량(biocontent)"으로 평가할 수 있으며, 상기 바이오 함량은 적어도 일부가 생물학적 기반의 분자 단위로부터 유도된 중합체를 함유하는 중합체 또는 조성물을 의미할 수 있다. 이때, "바이오함량(biocontent)"은 ASTM D6866(방사성 탄소를 사용하여 고형, 액상 및 기체형 샘플의 생물 기반 소재를 측정하기 위한 표준 시험 방법)에 의해 결정될 수 있으며, 재료 내의 총 유기 탄소 대비 재생가능한 자원으로부터의 탄소의 양(생물 탄소의 양)의 질량 퍼센트로서 지칭할 수 있다.
구체적으로, 상기 바이오함량은 ASTM D6866의 규정에 따르면 재료의 질량수 14의 탄소(C14)의 함유량, 및 질량수 12(C12)와 질량수 13(C13)의 탄소의 함유량을 측정하여 질량수 14의 탄소(C14)의 함유비율을 구함으로써 판별할 수 있다.
재료의 전체 탄소 함유량 중에서 질량수 14인 탄소(C14)의 함유비율이 증가할 수록, 카본 뉴트럴(Carbon neutral) 개념에 따라, 재료를 태웠을 경우 이산화탄소 배출량을 감소시킬 수 있다는 의미이다. 만약, 석유유래 원료만으로 재료가 이루어진 경우에는 질량수 14의 탄소가 관측되지 않는다. 이산화탄소 배출량을 감소시키는 효과를 얻기 위해서는 C14의 농도값이 클수록 바람직할 수 있다.
이때, 바이오함량(%)는 하기 식으로 계산될 수 있다.
바이오함량(%) = [재료내 생물(유기) 탄소의 함량 (C14의 함유량)]/[재료내 총 (유기) 탄소의 함량(C12 + C13 + C14의 총량)]*100%
생물학적 기반 단위는 생물학적으로 유도된 단량체일 수 있다. 생물학적 기반 단량체는 예를 들어, 식물로부터 유도될 수 있다. 식물은 어떠한 식물도 될 수 있으며, 예를 들어, 전분계 식물, 피마자, 팜 오일, 식물성 오일, 사탕 수수, 옥수수, 쌀, 스위치 그래스(switch grass) 등일 수 있다.
이러한 재생가능 수지는 모두 생분해되는 성질을 가지지 않을 수 있다. 한편, “재생가능 수지”는 사용된 물품 등을 그대로 또는 고쳐서 다시 쓰거나 생산활동에 다시 사용하는 재사용(reusable)과는 차별화된 개념이다.
본 발명의 일 측면에 따른 재생가능 수지 조성물은, 카사바 전분 100 중량부에 대하여, 폴리부틸렌 숙시네이트(poly butylene succinate; PBS) 50 내지 100 중량부, 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트(poly butylene adipate-co-terephthalate; PBAT) 75 내지 95 중량부, 및 가소제 1 내지 20 중량부를 포함한다.
상기 카사바 전분은 카사바에서 채취한 전분을 의미하고 이 카사바는 남아메리카가 원산지인 식물로 덩이 뿌리가 사방으로 쳐져 고구마와 비슷하게 굵으며 겉껍질은 갈색이고 속은 하얀색인 뿌리채소이다. 카사바는 열대 지방에서 활발히 재배되며, 재배는 매우 간단하고 꺾꽂이로 증가해 반년으로 감자(뿌리와 줄기)를 수확할 수 있으므로, 이모작도 가능하다. 카사바에는 칼슘과 비타민 C가 풍부하게 들어있고, 20~25%의 전분이 함유되어 있다.
카사바 전분은 카사바를 짓이켜 전분을 물로 씻어내어 침전시킨 후 건조시켜서 제조된다.
카사바는 주정, 바이오 에탄올, 사료, 제지, 식용 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 카사바는 남미가 원산지이지만, 아프리카와 동남아에서 주로 생산되고 있으며, 특히 동남아에서 생산이 증대되고 있다.
식품업계에서는 감자 전분, 옥수수 전분, 고구마 전분을 대체하는 수요가 증가하고 있는 추세이다. 기후 변화 및 바이오 에탄올 수요 증가, 국제 곡물 가격 상승으로 인한 사료 가격 상승 등에 대응하여 카사바에 세계 많은 국가들이 관심을 가지고 있다. 현재 옥수수, 밀, 콩 등의 국제가격이 연일 고가를 갱신하고 있는 상황에서 카사바 전분은 종래 사용된 옥수수 전분이나 감자 전분에 비하여 가격 경쟁력이 있으며, 대량 생산이 가능하고, 용이하고 완전한 생분해성과 퇴비화가 가능하며, 낮은 이산화탄소 배출량을 가진다는 점에서 유리하다.
상기 카사바 전분은 전통적인 합성 플라스틱과 비교하여 높은 수용해도 및 약한 기계적 강도의 단점을 갖는다.
이러한 카사바 전분의 물 흡수 특성을 감소시키고, 기계적 특성을 개선시키기 위해서, 본 발명의 재생가능 수지 조성물에서는 카사바 전분과 함께, 폴리부틸렌 숙시네이트와 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트를 함께 블랜딩한다.
상기 폴리부틸렌 숙시네이트는 융점이 비교적 높아 가공성이 우수할 뿐 아니라 생분해성이 뛰어나 비분해성(non-biodegradable) 고분자 합성수지의 대체 소재로 개발되고 있다. 상기 폴리부틸렌 숙시네이트는 폴리에스테르 계열의 열가소성 중합체 수지이고, 폴리프로필렌에 필적하는 특성을 갖는 생분해성 지방족 폴리에스테르이며, 생분해성, 반결정성 열가소성 수지이다. 상기 폴리부틸렌 숙시네이트는 발효를 통해 포도당 및 자당과 같은 재생 가능한 공급 원료 또는 석유 기반 수수료 원료로 생산할 수 있다. 상기 폴리부틸렌 숙시네이트의 기계적 특성은 널리 사용되는 고밀도 폴리에틸렌 및 이소택틱 폴리프로필렌의 특성과 비교할 수 있기 때문에 매우 유망한 바이오 폴리머이다. PLA와 비교할 때 훨씬 유연하여 가소제가 필요하지 않지만 융점이 낮다 (115℃ vs ~ 160℃). 상기 폴리부틸렌 숙시네이트는 최신 바이오 폴리머 중 하나이며 PLA, PBAT 및 PHB와 같은 다른 바이오 폴리머에 대한 비용 효율적인 대안이 될 수 있다. 이의 가능한 응용 분야로는 식품 포장, 멀치 필름, 화분, 위생 용품, 어망 및 낚싯줄이 포함되고, 또한, 매트릭스 폴리머로서 또는 폴리락트산 (PLA)과 같은 다른 생체 중합체와 조합하여 사용될 수 있다.
상기 폴리부틸렌 숙시네이트는 부분적으로 재생 가능한 바이오소스이고, 균질한 화합물을 만들기 위해 전분과 쉽게 상호 작용할 수 있고, 기존의 가정용 플라스틱 제품을 대체할 수 있는 우수한 기계적 및 물리적 특성을 가진다.
예컨대 1,4-부탄디올을 디카르복실산 또는 그의 산 무수물, 예컨대 숙신산과 중축합 반응시킴으로써 수득될 수 있다. 폴리부틸렌 숙시네이트 중합체는 선형 중합체 또는 장쇄 분지형 중합체일 수 있다. 장쇄 분지형 폴리부틸렌 숙시네이트 중합체는 3작용성 또는 4작용성 폴리올, 옥시카르복실산, 및 다염기 카르복실산으로 구성된 군으로부터 선택된 추가의 다작용성 성분을 이용하여 제조될 수 있다. 폴리부틸렌 숙시네이트 중합체는 관련 기술 분야에 공지되어 있다.
상기 폴리부틸렌 숙시네이트는 카사바 전분 100 중량부 기준으로 100 내지 200 중량부이고, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 120 내지 180 중량부, 또는 130 내지 165 중량부일 수 있다.
상기 폴리부틸렌 숙시네이트의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에, 상기 재생가능 수지 조성물의 바이오함량을 증가시킬 수 있다.
상기 폴리(부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)(PBAT)는 부틸렌 아디페이트 및 테레프탈레이트의 랜덤 공중합체를 포함하는 중합체를 지칭한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 조성물에 적합한 폴리(부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)는 최신 기술에 공지된 임의의 방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어, 폴리(부틸렌 아디페이트-co-테레프탈레이트)는 1,4-부타디엔과 아디프산 및 테레프탈산의 혼합물과의 중축합에 의해 제조될 수 있다.
또한, 상기 폴리(부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)는 생분해서 포장 플라스틱 제품을 생산하기 위해 PLA와 혼합하여 사용될 수 있으며, 우수한 인자물성 특성을 가지고 있다. 상기 상기 폴리(부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)는 반 방향족, 생분해성 열가소성 코폴리 에스테르로 쉽게 성형하고 열성형할 수 있다. 1,4- 부탄디올, 아디프산 및 디메틸 테레프탈레이트 (DMT) 단량체의 랜덤 공중합에 의해 생성된다. 상기 폴리(부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)는 폴리에틸렌과 유사한 많은 유용한 속성을 가지고 있다. 예를 들어, 파단시 상대적으로 높은 연신율 (30-40 %)과 중간 정도의 높은 충격 및 펑크 인성을 가지고, 다소 낮은 인장 강도와 강도를 가질 수 있다. 따라서, 상기 폴리(부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)는 폴리에틸렌과 매우 유사하므로 식품 포장 및 농업용 필름 응용 분야에서 유사한 응용 분야에 사용할 수 있고, 또한 생분해성 (퇴비화 가능)이며 폴리에틸렌에 사용되는 기존의 취입 필름 장비에서 처리할 수 있다. 상기 폴리(부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)는 폴리(락트산)A에 대한 강화제로서 사용될 수 있으며, 부분적으로 재생 가능한 바이오소스이고, 균질한 화합물을 만들기 위해 전분과 쉽게 상호작용할 수 있고, 기존의 가정용 플라스틱 제품을 대체할 수 있는 우수한 기계적 및 물리적 특성을 가진다.
상기 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트는 카사바 전분 100 중량부 기준으로 20 내지 120 중량부이고, 또는 40 내지 100 중량부, 또는 50 내지 80 중량부 일 수 있다.
상기 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에, 상기 재생가능 수지 조성물의 바이오함량을 증가시킬 수 있다.
상기 가소제는 카사바 전분, 폴리부틸렌 숙시네이트, 및 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트의 고분자에 첨가되어 유연성, 탄성, 휨성이 증가하여 가공성, 성형성 등을 개선시킨다. 카사바 전분 등은 분자량이 커서 쉽게 변형이 되지 않지만 거기에 가소성을 부여하면 외력에 의해 쉽게 변형시킬 수 있다.
상기 가소제의 함량은 카사바 전분 100 중량부 기준으로, 가소제 10 내지 40 중량부이고, 또는 15 내지 35 중량부, 또는 20 내지 30 중량부일 수 있다.
상기 가소제의 함량이 카사바 전분 100 중량부 기준으로 1 중량부 미만일 경우 물성 개선의 효과가 미미할 우려가 있고, 상기 함량이 20 중량부를 초과할 경우에는 과량으로 포함된 가소제가 재생가능 수지 조성물로부터 물품 제조 후 표면으로 마이그레이션(migration)될 수 있으며, 이 경우 실링 강도가 점차 약해져 쇼핑백 등과 같은 최종적으로 제조되는 제품의 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 가소제의 예로서는, 다가 알코올 가소제, 예컨대 당(예: 글루코오스, 수크로오스, 프럭토오스, 라피노오스, 말토덱스트로오스, 갈락토오스, 자일로오스, 말토오스, 락토오스, 만노오스, 및 에리스로오스), 당 알코올(예: 에리트리톨, 자일리톨, 말리톨, 만니톨, 및 소르비톨), 폴리올(예: 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 및 헥산트리올) 등. 히드록시기를 갖지 않는 수소 결합 형성 유기 화합물, 예컨대 우레아계 화합물(우레아 및 우레아 유도체); 당 알코올의 무수물, 예컨대 소르비탄; 동물 단백질, 예컨대 젤라틴; 식물성 단백질, 예컨대 해바라기 단백질, 대두 단백질, 목화씨 단백질; 및 이들의 혼합물인 단백질을 들 수 있다. 또한, 상기 가소제로서는 프탈레이트 에스테르, 디메틸 및 디에틸숙시네이트 및 관련 에스테르, 글리세롤 트리아세테이트, 글리세롤 모노 및 디아세테이트, 글리세롤 모노, 디 및 트리프로피오네이트, 부타노에이트, 스테아레이트, 락트산 에스테르, 시트르산 에스테르, 아디프산 에스테르, 스테아르산 에스테르, 올레인산 에스테르, 및 기타 산 에스테르 등의 산 에스테르를 들 수 있다. 지방족 산 고분자를 사용할 수 있으며, 그 예로는 에틸렌과 아크릴산의 공중합체, 말레인산으로 그라프트된 폴리에틸렌, 폴리부타디엔-아크릴산 공중합체, 폴리부타디엔-말레인산 공중합체, 폴리프로필렌-아크릴산 공중합체, 폴리프로필렌-말레인산 공중합체, 및 기타 탄화수소계 산을 들 수 있다. 저분자량, 예컨대 약 20,000 g/몰 미만, 바람직하게는 약 5,000 g/몰 미만, 더욱 바람직하게는 약 1,000 g/몰 미만의 저분자량 가소제가 바람직하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 재생가능 수지 조성물이 카사바 전분 100 중량부에 대하여, 폴리부틸렌 숙시네이트 120 내지 180 중량부, 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트 40 내지 100 중량부, 및 가소제 15 내지 35 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 재생가능 수지 조성물은 충격보강재를 더 포함할 수 있다.
상기 충격보강제의 함량은 상기 카사바 전분, 폴리부틸렌 숙시네이트, 및 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트의 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부, 또는 0.1 내지 3.5 중량부일 수 있다. 상기 충격보강제의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에, 재생가능 물품의 인열강도와 기계적 강도가 개선될 수 있다.
상기 충격보강제는 폴리부타디엔 그라프트된 에틸렌-옥텐 코폴리머, 메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌 (methylmethacrylate-butadine-styrene; MBS) 터폴리머(terpolymer), 아크릴 코폴리머(Acrylic copolymer) 및 에틸렌아크릴레이트 코폴리머(ethylene acrylate copolymer)로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게 부타디엔-스티렌 공중합체가 코어를 형성하고, 메틸메타크릴레이트가 코어의 표면에 그래프팅되어 쉘을 형성한 MBS 터폴리머가 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 코어-쉘 타입의 MBS 터폴리머의 경우, 코어부는 스티렌-부타디엔 가교고무로 이루어져 충격흡수에 효과적이고, 쉘부는 메틸메타크릴레이트로 이루어져 기재와의 혼련성을 향상시킴으로써 충격보강제의 분산성을 높여주는데 효과적이다. 따라서, MBS 터폴리머가 충격보강제로 사용될 경우, 상기 충격보강제가 생분해성 수지 내에 균일하게 분산될 수 있고, 이러한 우수한 분산성은 충격효율 및 표면물성을 개선시킬 수 있어 더욱 바람직하다.
예컨대, 상기 MBS 터폴리머로서는 LG화학의 MB885, MB872 또는 MB802, 그리고 미츠미시 레이온 사(Mitsubishi Rayon Co., Ltd.)의 METABLEN® 시리즈 등이 사용될 수 있다. 상기 아크릴 코폴리머로서는 다우사(Dow Chemical Company)의 Paraloid® 시리즈, 예컨대 Paraloid® BPM-520 등이 사용될 수 있으며, 상기 에틸렌아크릴레이트 코폴리머로서는 듀폰사(DuPont Company)의 BIOMAX® Strong 시리즈, 예컨대 BIOMAX® Strong 120 등이 사용될 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 일 구현예에 따른 재생가능 수지 조성물은 사용 목적에 따라서, 상용화제, 계면활성제, 산화방지제, 커플링제 등의 다양한 첨가제를 단독 또는 2종 이상의 혼합물 형태로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 재생가능 수지 조성물은 35 내지 70%, 또는 38.5 내지 50%의 바이오함량(biocontent)을 가질 수 있다. 이때, 바이오함량은 전술한 바와 같이, ASTM D6866(방사성 탄소를 사용하여 고형, 액상 및 기체형 샘플의 생물 기반 소재를 측정하기 위한 표준 시험 방법)에 의해 결정될 수 있으며, 재료 내의 총 유기 탄소 대비 재생가능한 자원으로부터의 탄소의 양(생물 탄소의 양)의 질량 퍼센트로서 지칭할 수 있다. 이때, 바이오함량(%)는 하기 식으로 계산될 수 있다.
바이오함량(%) = [재료내 생물(유기) 탄소의 함량 (C14의 함유량)]/[재료내 총 (유기) 탄소의 함량(C12 + C13 + C14의 총량)]*100%.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 재생가능 수지 조성물로부터 제조된 물품이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따른 재생가능 수지 조성물은 예를 들면 인플레이션법이나 T다이법을 이용하여 필름화할 수 있다. 또한 종이제품 등의 표면에 코팅할 수도 있다.
또한 사출 성형기, 진공 성형기, 압출기, 블로우 성형기 등으로 가공할 수 있다. 예를 들면 육묘화분(포트), 말뚝, 관, 벽재, 판형 품, 엔프라 제품, 포장재, 농어업용 제품, 일상용 제품, 건축재료 등에 가공할 수 있다.
이들의 물품은 자동차 부품이나 토목용, 의료용, 스포츠용, 녹화용 등의 자재 및 부품 등에 이용할 수 있다.
또한 구체적으로는 예를 들면 본 발명의 재생가능 수지 조성물을 성형 등하여 빨대, 용기(합성세제용 용기, 약 용기, 식품용 트레이, 전자렌지용 식품용기, 방충제 용기, 비누용 트레이, 도시락 용기, 과자/사탕류 용기), 골프 용품, 랩 알루미늄 호일의 커트 날, 봉투(재배용 봉투, 꽃재배용 봉투, 쓰레기봉투 등), 공업용 트레이, 과자용 칸막이 부재, 특수 패키지 등 다양한 플라스틱 상품을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
폴리부틸렌 숙시네이트(PTT MCC Biochem Co., Ltd) 40 중량부, 및 폴리부틸렌아디페이트-코-테레프탈레이트(BASF, 상품명 Ecoflex) 20 중량부를 혼합기에 투입하여 예비 수지 혼합물을 준비하였다.
이어서, 이축 압출기(창성 P&R사 제품, L/D: 48/1, 직경: 1.5 mm)의 1번 메인 공급기(feeder)에 상기 예비 수지 혼합물을 투입하고 2번 공급기로는 카사바 전분 27.3 중량부를 투입하고, 사이드 액체 공급기로는 가소제로 글리세린 오일 7.7 중량부 및 커플링제(실란 커플링제: 비닐트리메톡시실란) 5 중량부를 투입하였다.
상기 공급기들로부터 투입된 수지 조성물 재료를 압출기를 통해 컴파운드되어 압출하고, 이어서 40℃의 수조에서 냉각한 후 드라이기로 건조하였다.
건조된 압출 결과물을 펠렛화 머신(Pelletizing Machine)을 통해 2.4 내지 2.5 mm의 펠렛으로 커팅을 진행하여서, 펠렛 형태로 재생가능수지 조성물을 제조하였다.
실시예 2
카사바 전분을 투입한 후 충격보강재로 엘라스토머 (폴리부타디엔 그라프트된 에틸렌-옥텐 코폴리머, 3 중량부를 더 투입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태로 재생가능수지 조성물을 제조하였다.
비교예 1
카사바 전분을 투입하지 않은 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 형태로 재생가능수지 조성물을 제조하였다.
실험예:
바이오함량 평가
실시예 1 및 2와 비교예 1에서 제조된 재생가능 수지 조성물을 이용하여 ASTM D6866에 따라서 바이오함량을 측정하였다.
이때, 바이오함량(%)는 하기 식으로 계산되었다.
바이오함량(%) = [재료내 생물(유기) 탄소의 함량 (C14의 함유량)]/[재료내 총 (유기) 탄소의 함량(C12 + C13 + C14의 총량)]*100%.
그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
바이오함량(%)
실시예 1 40.0
실시예 2 38.5
비교예 1 17.5
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 실시예 1 및 2의 재생가능 수지 조성물이 비교예 1에 비해서 현저히 높은 바이오함량값을 나타냄을 알 수 있었다.

Claims (8)

  1. 폴리부틸렌 숙시네이트와 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트를 혼합기에 투입하여 예비 수지 혼합물을 준비하는 단계;
    이축 압출기의 제1 공급기에 상기 예비 수지 혼합물을 투입하고 제2 공급기로는 카사바 전분을 투입하고, 제3 공급기로는 가소제를 투입하는 단계; 및
    상기 공급기들로부터 투입된 상기 예비 수지 혼합물, 상기 카사바 전분, 및 상기 가소제를 상기 이축 압출기를 통해 컴파운드하여 압출하고 이어서 냉각한 후 건조하는 단계를 포함하고,
    상기 카사바 전분 100 중량부에 대하여, 상기 폴리부틸렌 숙시네이트(poly butylene succinate; PBS) 130 내지 165 중량부, 상기 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트(poly butylene adipate-co-terephthalate; PBAT) 50 내지 80 중량부, 및 상기 가소제 20 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생가능 수지 조성물을 제조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가소제는 다가 알코올, 당 알코올, 당 알코올의 무수물, 우레아계 화합물, 단백질, 산 에스테르, 지방족산 고분자, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생가능 수지 조성물을 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재생가능 수지 조성물이 충격보강재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재생가능 수지 조성물을 제조하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 재생가능 수지 조성물이 ASTM D6866의 규정에 의해 35 내지 70%의 바이오함량을 가지는 것을 특징으로 하는 재생가능 수지 조성물을 제조하는 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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