KR102159494B1 - Method for prepareing copolymer of 4-hydroxyalkanoate-2-hydroxyalkanoate - Google Patents

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Abstract

본 발명의 4HA-2HA 공중합체를 제조하는 방법은 종래 미생물을 이용한 생합성 방법에 의한 공중합체 제조의 단점을 극복하고, 고분자량의 공중합체의 합성 및 대량합성을 가능하게 하여 공중합체의 합성 효율을 높일 수 있다는 점에서 종래의 바이오폴리머를 이용한 바이오플라스틱의 산업적 사용 범위를 확장 시킬 수 있다는 점에서 우수하다. The method of preparing the 4HA-2HA copolymer of the present invention overcomes the disadvantages of preparing a copolymer by a biosynthetic method using a conventional microorganism, and enables the synthesis and mass synthesis of a high molecular weight copolymer, thereby improving the synthesis efficiency of the copolymer. It is excellent in that it can expand the industrial use range of bioplastics using conventional biopolymers in that it can be increased.

Description

4-하이드록시알카노에이트-2-하이드록시알카노에이트 공중합체의 제조방법{METHOD FOR PREPAREING COPOLYMER OF 4-HYDROXYALKANOATE-2-HYDROXYALKANOATE}Preparation method of 4-hydroxyalkanoate-2-hydroxyalkanoate copolymer {METHOD FOR PREPAREING COPOLYMER OF 4-HYDROXYALKANOATE-2-HYDROXYALKANOATE}

본 발명은 4-하이드록시알카노에이트와 2-하이드록시알카노에이트를 모노머로 포함하는 공중합체를 제조하는 방법 및 상기 제조방법에 의하여 제조된 4-하이드록시알카노에이트-2-하이드록시알카노에이트 공중합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a copolymer comprising 4-hydroxyalkanoate and 2-hydroxyalkanoate as monomers, and 4-hydroxyalkanoate-2-hydroxyal prepared by the above preparation method. It relates to a canoate copolymer.

석유화학 및 폴리머 화학의 발전에 따라 기존의 나무, 철강 등의 천연소재의 대용품으로 합성플라스틱이 개발되어, 저렴한 가격 낮은 비중 및 뛰어난 성형성 등으로 다양하게 활용되고 있다. 그러나 이러한 플라스틱 자연 상태에서 분해되는데 짧게는 수백년이 소요되고, 일반적으로는 거의 분해되지 않고, 소각 시에도 유해한 환경 호르몬 등의 방출로 환경오염의 주요 원인으로 인식되고 있다. 따라서, 자연 상태에서도 쉽게 분해가 되어 환경 오염 문제를 일으키지 않는 생분해성의 바이오 폴리머가 이를 대체할 수 있는 소재로 각광받고 있다. With the development of petrochemical and polymer chemistry, synthetic plastics have been developed as substitutes for natural materials such as wood and steel, and are being used in various ways due to low cost, low specific gravity and excellent formability. However, it takes several hundred years to decompose in the natural state of such plastics, and generally hardly decomposes, and is recognized as a major cause of environmental pollution due to the release of harmful environmental hormones, etc. Therefore, biodegradable biopolymers that are easily decomposed even in natural conditions and do not cause environmental pollution problems are in the spotlight as materials that can replace them.

바이오폴리머란 바이오매스를 원료로 사용하여 제조한 고분자 플라스틱으로, 식물이나 미생물로부터 만들어진 플라스틱이 주성분으로, 쉽게 분해되어 생물체가 흡수할 수 있는 형태로 바뀔 수 있는 환경 친화적인 물질이다. Biopolymer is a polymer plastic manufactured using biomass as a raw material, and is an environmentally friendly material that can be easily decomposed and transformed into a form that can be absorbed by living things.

대표적인 바이오폴리머의 일종인 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)는 과도한 탄소원이 존재하면서 인, 질소, 마그네슘, 산소 등의 다른 영양분이 부족할 때, 미생물이 에너지나 탄소원 저장물질로 그 내부에 축적하는 폴리에스터(polyester) 물질 이다. PHA는 기존의 석유로부터 유래된 합성폴리머와 비슷한 물성을 가지면서 완전한 생분해성을 보이기 때문에 기존의 합성 플라스틱을 대체할 물질로 인식되고 있다. Polyhydroxyalkanoate (PHA), one of the representative biopolymers, is a polyhydroxyalkanoate (PHA) that microbes accumulate as energy or carbon source storage materials when there is an excessive carbon source and lacks other nutrients such as phosphorus, nitrogen, magnesium, and oxygen. It is a polyester material. PHA is recognized as a material to replace existing synthetic plastics because it exhibits complete biodegradability while having properties similar to synthetic polymers derived from petroleum.

그러나, 대표적인 PHA의 인장강도와 같은 기계적 물성이 불량하여, 여전히 범용 폴리머로서 활용되는데 한계를 가지고 있다. However, the mechanical properties such as tensile strength of a typical PHA are poor, so there is still a limit to being used as a general purpose polymer.

PHA 바이오폴리머는 미생물의 대사산물을 PHA 모노머로 전환해 주는 효소와 PHA 모노머를 이용해 PHA 고분자를 합성하는 PHA 합성효소(synthase)를 갖도록 유전자 조작된 미생물 등을 이용하여 바이오폴리머를 생합성하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 생합성 방법의 경우 바이오폴리머의 용도에 따라 물성 및 분자량을 조절하여 바이오폴리머를 합성하는데 어려움이 있고, 생합성 방법에 따라 생산된 바이오폴리머는 고분자의 분자량이 작아 물성이 분량한 단점이 있다. 구체적인 예로, 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 계열의 바이오폴리머는 PHA 합성 효소를 가지는 미생물 또는 이의 변이체를 이용하여 생합성되는 방법으로만 생산이 가능한데, 특히 2HA 모노머를 기질로 이용하는 미생물이 극히 제한적이므로, 산업적으로 활용 수준으로 바이오폴리머를 대량생산하는데 어려움이 있다. 또한, 미생물에 의해 생산되는 바이오폴리머는 중량평균 분자량이 5만 미만으로 저분자량의 폴리머만 생산이 가능하여 분자량을 조절하거나 고분자량의 공중합체를 생산하는 것이 불가능 하다.PHA biopolymer is a known method of biopolymer biosynthesis using microorganisms that have been genetically engineered to have an enzyme that converts microbial metabolites into PHA monomers and a PHA synthase that synthesizes PHA polymers using PHA monomers. have. However, in the case of such a biosynthetic method, it is difficult to synthesize a biopolymer by controlling the physical properties and molecular weight according to the use of the biopolymer, and the biopolymer produced according to the biosynthesis method has a disadvantage in that the molecular weight of the polymer is small and the physical properties are large. As a specific example, polyhydroxyalkanoate (PHA)-based biopolymers can be produced only by biosynthesis using microorganisms having a PHA synthase or a variant thereof.In particular, microorganisms using 2HA monomers as substrates are extremely limited. In addition, it is difficult to mass-produce biopolymers at the level of industrial use. In addition, since biopolymers produced by microorganisms have a weight average molecular weight of less than 50,000 and only low molecular weight polymers can be produced, it is impossible to control molecular weight or to produce high molecular weight copolymers.

따라서, 기존의 생합성 방법으로는 원하는 물성을 갖는 바이오폴리머 및 이의 대량생산에 많은 한계점을 갖는바, 대량생산이 가능하고, 분자량 조절이 가능하며, 기계적 물성이 우수한 바이오폴리머를 제조하기 위한 새로운 방법의 개발이 요구되고 있다.Therefore, the existing biosynthetic method has many limitations in mass production of biopolymers having desired physical properties, and mass production is possible, molecular weight control is possible, and a new method for producing biopolymers having excellent mechanical properties. Development is in demand.

본 발명은 종래의 생합성 방법의 한계를 극복하기 위해서, 대량생산이 가능하고, 합성과정에서 바이오폴리머의 분자량을 용이하게 조절할 수 있으면서도, 기계적 물성이 우수한 바이오폴리머를 생산하기 위해서, PHA 모노머를 화학적으로 합성하는 방법, 특히 구체적인 조건을 개발하였고, 본 발명의 방법에 의하여 합성된 바이오폴리머는 고분자량이면서, 기계적 물성이 우수한 특성을 가져, 바이오폴리머를 이용한 플라스틱의 성형성 및 물성(강도, 내구성 등)을 개선시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.In order to overcome the limitations of conventional biosynthetic methods, mass production is possible, and in order to produce a biopolymer having excellent mechanical properties while being able to easily control the molecular weight of the biopolymer during the synthesis process, the PHA monomer is chemically A method of synthesis, particularly specific conditions, was developed, and the biopolymer synthesized by the method of the present invention has high molecular weight and excellent mechanical properties, and the moldability and physical properties (strength, durability, etc.) of plastics using biopolymers It was confirmed that it can be improved to complete the present invention.

상기한 측면에서, 본 발명은 산업적으로 활용이 미흡했던 바이오폴리머의 범용적인 사용을 위하여 고분자량이면서, 기계적 물성이 우수한 특성을 가지며, 바이오폴리머를 이용한 플라스틱의 물성이 우수한 바이오폴리머를 합성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In the above aspect, the present invention provides a method for synthesizing a biopolymer having high molecular weight, excellent mechanical properties, and excellent physical properties of plastics using biopolymers for general use of biopolymers that have been poorly utilized industrially. It aims to provide.

구체적으로 본 발명은 4-하이드록시알카노에이트(4HA) 및 2-하이드록시알카노에이트(2HA)를 모노머로 포함하는 공중합체를 제조하는 방법을 제공한다. Specifically, the present invention provides a method for preparing a copolymer comprising 4-hydroxyalkanoate (4HA) and 2-hydroxyalkanoate (2HA) as monomers.

또한, 본 발명은 10만 이상의 중량 평균 분자량(Mw)을 갖는 4HA-2HA 공중합체를 제공한다.Further, the present invention provides a 4HA-2HA copolymer having a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 or more.

본 발명에 따른 4-하이드록시알카노에이트(4HA)와 2-하이드록시알카노에이트(2HA)를 모노머로 포함하는 공중합체의 제조방법은 화학적인 방법을 이용하므로, 미생물에 의한 생합성 방법과 비교해서 더욱 효율적으로 공중합체를 대량생산할 수 있다. 특히, 산업적으로 바이오 플라스틱의 종류에 따라 요구되는 기계적 물성을 맞추어 공중합체 내의 모노머의 비율을 조절하거나, 고분자량의 공중합체를 제조하는 것이 가능하므로 바이오폴리머의 산업적 활용도를 더 넓힐 수 있다.The method for preparing a copolymer containing 4-hydroxyalkanoate (4HA) and 2-hydroxyalkanoate (2HA) as monomers according to the present invention uses a chemical method, so it is compared with the biosynthesis method by microorganisms. Thus, the copolymer can be mass-produced more efficiently. In particular, industrially, since it is possible to adjust the ratio of monomers in the copolymer according to the mechanical properties required according to the type of bioplastic, or to manufacture a high molecular weight copolymer, it is possible to further expand the industrial application of the biopolymer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중합 방법에 따라 제조된 p(4HB-2HB) 공중합체를 GC로 분석한 결과를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중합 방법에 따라 제조된 p(4HB-2HB) 공중합체의 분자량 분포를 확인한 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 2HB 모노머의 H-NMR 분석결과를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중합 방법에 따라 제조된 p(4HB-2HB) 공중합체의 H-NMR 분석결과를 나타낸다.
1 shows the results of GC analysis of the p(4HB-2HB) copolymer prepared according to the polymerization method according to an embodiment of the present invention.
2 shows the results of confirming the molecular weight distribution of the p(4HB-2HB) copolymer prepared according to the polymerization method according to an embodiment of the present invention.
3 shows the results of H-NMR analysis of a 2HB monomer prepared according to an embodiment of the present invention.
4 shows the results of H-NMR analysis of the p(4HB-2HB) copolymer prepared according to the polymerization method according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중합촉매의 존재 하에서 4-하이드록시알카노에이트(4HA) 모노머와 2-하이드록시알카노에이트(2HA) 모노머를 중합하는 것;을 4-하이드록시알카노에이트-2-하이드록시알카노에이트(4HA-2HA) 공중합체의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the object of the present invention, the present invention is to polymerize a 4-hydroxyalkanoate (4HA) monomer and a 2-hydroxyalkanoate (2HA) monomer in the presence of a polymerization catalyst; It provides a method for preparing a hydroxyalkanoate-2-hydroxyalkanoate (4HA-2HA) copolymer.

본 발명에서 4-하이드록시알카노에이트-2-하이드록시알카노에이트(4HA-2HA) 공중합체는 4-하이드록시알카노에이트(4HA) 모노머와 2-하이드록시알카노에이트(2HA) 모노머를 반복단위로 포함하는 공중합체를 모두 포함하는 의미이다. 상기 공중합체 내의 4-하이드록시알카노에이트 모노머와 2-하이드록시알카노에이트 모노머의 함량은 중합하는 방법 또는 조건에 의하여 상이하게 조절될 수 있고, 공중합체 내의 4-하이드록시알카노에이트 모노머와 2-하이드록시알카노에이트 모노머의 반복단위의 수에 한정되지 않는다. 또한, 본 명세서에서 4-하이드록시알카노에이트-2-하이드록시알카노에이트(4HA-2HA) 공중합체 또는 2-하이드록시알카노에이트-4-하이드록시알카노에이트(2HA-4HA) 공중합체로 표현될 수 있다.In the present invention, the 4-hydroxyalkanoate-2-hydroxyalkanoate (4HA-2HA) copolymer comprises a 4-hydroxyalkanoate (4HA) monomer and a 2-hydroxyalkanoate (2HA) monomer. It means including all the copolymers included as repeating units. The content of the 4-hydroxyalkanoate monomer and the 2-hydroxyalkanoate monomer in the copolymer may be differently controlled by the method or conditions of polymerization, and the 4-hydroxyalkanoate monomer in the copolymer and It is not limited to the number of repeating units of the 2-hydroxyalkanoate monomer. In addition, in the present specification, 4-hydroxyalkanoate-2-hydroxyalkanoate (4HA-2HA) copolymer or 2-hydroxyalkanoate-4-hydroxyalkanoate (2HA-4HA) copolymer It can be expressed as

본 발명에서 4-하이드록시알카노에이트는 4번 위치의 탄소가 하이드록실화된 하이드록시알카노에이트를 의미하는 것으로, 4- 하이드록시알카노에이트는 일부의 수소가 탄소수 1 내지 5개의 알킬기로 치환된 것을 포함한다. 예를 들어 4-하이드록시부틸산 (4-hydroxybutyric acid, 4HB), 4-하이드록시발레르산(4-hydroxyvaleric acid, 4HV), 4-하이드록시헥산산(4-hydroxyhexanoic acid), 4-하이드록시헵탄산(4-hydroxyheptanoic acid), 4-하이드록시옥탄산(4-hydroxyoctanoic acid) 및 4-하이드록시데칸산(4-hydroxydecanoic acid)로 이루어진 군에서 선택된 것 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 4-하이드록시부틸산 (4-hydroxybutyric acid, 4HB) 일 수 있다. In the present invention, 4-hydroxyalkanoate refers to hydroxyalkanoate in which the carbon at position 4 is hydroxylated, and in 4-hydroxyalkanoate, some hydrogens are alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms. Includes substituted ones. For example, 4-hydroxybutyric acid (4HB), 4-hydroxyvaleric acid (4HV), 4-hydroxyhexanoic acid, 4-hydroxy Heptanoic acid (4-hydroxyheptanoic acid), 4-hydroxyoctanoic acid (4-hydroxyoctanoic acid) and may be selected from the group consisting of 4-hydroxydecanoic acid (4-hydroxydecanoic acid), but is not limited thereto, preferably For example, it may be 4-hydroxybutyric acid (4HB).

본 발명에서 2-하이드록시알카노에이트는 2번 위치의 탄소가 하이드록실화된 하이드록시알카노에이트를 의미하는 것으로, 2- 하이드록시알카노에이트는 일부의 수소가 탄소수 1 내지 5개의 알킬기로 치환된 것을 포함한다. 예를 들어 2-하이드록시부틸산(2-hydroxybutyric acid, 2HB), 2-하이드록시발레르산(2-hydroxyvaleric acid), 2-하이드록시헥산산(2-hydroxyhexanoic acid), 2-하이드록시헵탄산(2-hydroxyheptanoic acid), 2-하이드록시옥탄산(2-hydroxyoctanoic acid) 및 2-하이드록시데칸산(2-hydroxydecanoic acid)로 이루어진 군에서 선택된 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 2-하이드록시부틸산(2-hydroxybutyric acid, 2HB) 일 수 있다. 4-하이드록시알카노에이트-2-하이드록시알카노에이트 공중합체의 구체적인 예로 4-하이드록시부틸산-2-하이드록시부틸산 공중합체; 4-하이드록시부틸산-2-하이드록시발레르산 공중합체; 4-하이드록시부틸산-2-하이드록시헥산산 공중합체; 4-하이드록시부틸산-2-하이드록시헵탄산 공중합체; 4-하이드록시부틸산-2-하이드록시옥탄산 공중합체; 4-하이드록시부틸산-2-하이드록시데칸산 공중합체; 4-하이드록시발레르산-2-하이드록시부틸산 공중합체; 4-하이드록시헥산산-2-하이드록시부틸산 공중합체; 4-하이드록시헵탄산-2-하이드록시부틸산 공중합체; 4-하이드록시옥탄산-2-하이드록시부틸산 공중합체; 또는 4-하이드록시데칸산-2-하이드록시부틸산 공중합체 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, 2-hydroxyalkanoate refers to a hydroxyalkanoate in which the carbon at the position 2 is hydroxylated, and in 2-hydroxyalkanoate, some hydrogens are alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms. Includes substituted ones. For example, 2-hydroxybutyric acid (2HB), 2-hydroxyvaleric acid, 2-hydroxyhexanoic acid, 2-hydroxyheptanoic acid (2-hydroxyheptanoic acid), 2-hydroxyoctanoic acid (2-hydroxyoctanoic acid), and may be selected from the group consisting of 2-hydroxydecanoic acid (2-hydroxydecanoic acid), but is not limited thereto, preferably May be 2-hydroxybutyric acid (2HB). Specific examples of 4-hydroxyalkanoate-2-hydroxyalkanoate copolymer 4-hydroxybutylic acid-2-hydroxybutyric acid copolymer; 4-hydroxybutyric acid-2-hydroxyvaleric acid copolymer; 4-hydroxybutyl acid-2-hydroxyhexanoic acid copolymer; 4-hydroxybutyl acid-2-hydroxyheptanoic acid copolymer; 4-hydroxybutyl acid-2-hydroxyoctanoic acid copolymer; 4-hydroxybutyl acid-2-hydroxydecanoic acid copolymer; 4-hydroxyvaleric acid-2-hydroxybutyric acid copolymer; 4-hydroxyhexanoic acid-2-hydroxybutyric acid copolymer; 4-hydroxyheptanoic acid-2-hydroxybutylic acid copolymer; 4-hydroxyoctanoic acid-2-hydroxybutyric acid copolymer; Or it may be a 4-hydroxydecanoic acid-2-hydroxybutyric acid copolymer, but is not limited thereto.

이러한 측면에서, 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 공중합체는 다양한 분자량(Mw)을 가질 수 있으나, 바람직하게 5 만(Da)을 초과하는 중량 평균 분자량(Mw)을 갖는 공중합체, 더욱 바람직하게는 10만(Da) 이상의 중량 평균 분자량을 갖는 공중합체를 제조할 수 있다. 종래 미생물을 이용해서 합성하는 방법은 중량 평균 분자량이 5만 이하인 저분자량의 공중합체만 생산이 가능하였으나, 본 발명의 제조방법에 의하는 경우 미생물을 이용하여 생합성하는 방법에 의하여 생산된 공중합체 보다 고분자량의 공중합체를 제조할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 10만(Da) 이상의 고분자량을 갖는 4HA-2HA 공중합체는 바이오 플라스틱으로 가공하는 경우 기계적 물성이 우수하여 플라스틱의 원료로 이용하는데 더욱 적합하다. In this aspect, the copolymer prepared by the production method of the present invention may have various molecular weights (Mw), but preferably a copolymer having a weight average molecular weight (Mw) exceeding 50,000 (Da), more preferably Can prepare a copolymer having a weight average molecular weight of 100,000 (Da) or more. In the conventional method of synthesis using microorganisms, only low molecular weight copolymers with a weight average molecular weight of 50,000 or less could be produced, but in the case of the manufacturing method of the present invention, compared to a copolymer produced by a method of biosynthesis using microorganisms. There is an advantage of being able to prepare a high molecular weight copolymer. In particular, the 4HA-2HA copolymer having a high molecular weight of 100,000 (Da) or more is more suitable for use as a raw material for plastics because it has excellent mechanical properties when processed into bioplastics.

본 발명의 일 실시예에서, 4-하이드록시부틸산 및 2-하이드록시부틸산을 모노머로 포함하는 공중합체를 주석계 촉매를 이용하여 화학적인 방법으로 합성할 수 있음을 실험적으로 확인하였고, 특히 본 발명의 합성방법에 따라 제조된 공중합체는 중량 평균 분자량이 20만(Da) 이상을 나타내어, 플라스틱으로 이용하는데 적합한 물성을 갖는 공중합체의 제조가 가능함을 확인하였다.In one embodiment of the present invention, it was experimentally confirmed that a copolymer containing 4-hydroxybutyric acid and 2-hydroxybutyric acid as monomers can be synthesized by a chemical method using a tin catalyst. The copolymer prepared according to the synthesis method of the present invention exhibited a weight average molecular weight of 200,000 (Da) or more, and it was confirmed that the copolymer having physical properties suitable for use as a plastic could be prepared.

따라서, 본 발명은 5만 Da 초과 또는 10만 Da 이상의 중량평균 분자량을 갖는 4-하이드록시부티레이트(4HB)-2-하이드록시부티레이트(2HB) 공중합체를 제조하는 방법 일 수 있다. Accordingly, the present invention may be a method of preparing a 4-hydroxybutyrate (4HB)-2-hydroxybutyrate (2HB) copolymer having a weight average molecular weight of more than 50,000 Da or 100,000 Da or more.

본 발명의 제조방법에서, 중합촉매로 유기 주석(Sn) 화합물(Tin 촉매)을 사용할 수 있다. 상기 유기 주석 화합물은 탄화수소 치환기를 가지는 주석 화합물을 의미한다. 특히, 본 발명의 공중합체 제조에 사용되는 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 유기 주석 화합물 일 수 있다.In the production method of the present invention, an organic tin (Sn) compound (Tin catalyst) may be used as a polymerization catalyst. The organotin compound means a tin compound having a hydrocarbon substituent. In particular, the catalyst used to prepare the copolymer of the present invention may be an organotin compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(CxH(2x-1)O2)2-Sn(C x H (2x-1) O 2 ) 2- Sn

상기 화학식 1에서 x는 4 내지 16의 정수이다.In Formula 1, x is an integer of 4 to 16.

상기 유기 주석 화합물은 바람직하게 주석(II) 화합물(Tin(II) compound) 촉매일 수 있고, 바람직하게는 틴(II) 2-에틸헥사노에이트(Tin(II) 2-ethylhexanoate) 일 수 있다. 상기 촉매는 본 기술분야에서 통상의 기술자에게 공지된 방법으로 제조된 것 일 수 있고, 상업적으로 판매되는 물질을 구입하여 사용할 수 있다. The organic tin compound may preferably be a tin (II) compound catalyst, and preferably tin (II) 2-ethylhexanoate (Tin (II) 2-ethylhexanoate). The catalyst may be prepared by a method known to a person skilled in the art, and may be used by purchasing a commercially available material.

본 발명의 일 실시예에서, 4HB-2HB 공중합체를 화학적인 방법으로 합성하기 위해서는 화학식 1의 주석계열 화합물을 촉매로 사용하는 것이 매우 중요한 조건임을 확인하였다. 특히, 틴(II) 2-에틸헥사노에이트를 이용하여 4HB-2HB 공중합체의 제조할 수 있음을 확인하였다. 그러나, 유기 주석 화합물이 아닌 다른 촉매효소를 사용하는 경우, 동일한 모노머를 이용하여 중축합 반응을 진행하였음에도 불구하고, 중합반응이 일어나지 않아, 본 발명의 공중합체 제조에 있어서 유기 주석 화합물을 중합촉매로 사용하는 것은 매우 중요한 조건임을 알 수 있다. 상기 촉매는 중합반응에 포함되는 전체 모노머의 총량을 100중량부로 했을 때, 이에 대하여 0.05 내지 20 중량부, 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. In an embodiment of the present invention, it was confirmed that in order to synthesize a 4HB-2HB copolymer by a chemical method, it is a very important condition to use a tin-based compound of Formula 1 as a catalyst. In particular, it was confirmed that the 4HB-2HB copolymer could be prepared using tin (II) 2-ethylhexanoate. However, in the case of using a catalytic enzyme other than the organotin compound, the polymerization reaction does not occur even though the polycondensation reaction was performed using the same monomer, and the organotin compound was used as a polymerization catalyst in the preparation of the copolymer of the present invention. It can be seen that it is a very important condition to use. When the total amount of the total monomer included in the polymerization reaction is 100 parts by weight, the catalyst may be included in an amount of 0.05 to 20 parts by weight, 0.1 to 10 parts by weight, and preferably 0.5 to 5 parts by weight.

상기 중합단계는 120 ℃ 초과 내지 200 ℃, 바람직하게는 150 ℃ 내지 190 ℃ 에서 수행될 수 있다. 120 ℃ 미만의 온도에서 중합반응을 진행하는 경우, 모노머가 반응에 참가하는 효율이 현저히 떨어지고, 2HA-4HA 공중합체가 생성되지 않음을 실험적으로 확인하였고, 200 ℃를 초과하는 온도에서 중합이 이루어지는 경우 2HA 모노머가 제거되거나 분해되는 문제가 발생할 수 있다.The polymerization step may be carried out at more than 120 ℃ to 200 ℃, preferably at 150 ℃ to 190 ℃. When the polymerization reaction proceeds at a temperature of less than 120 ℃, it was experimentally confirmed that the efficiency of the monomer participating in the reaction was significantly lowered and the 2HA-4HA copolymer was not produced, and the polymerization was performed at a temperature exceeding 200 ℃ Problems can arise that the 2HA monomer is removed or decomposed.

상기 중합반응은 3시간 내지 6시간 동안 진행할 수 있다. The polymerization reaction may proceed for 3 to 6 hours.

상기 공중합체의 제조방법은 상기 중합단계를 거친 중합 반응물을 0.01 토르(Torr, mmHg) 내지 760 토르(Torr, mmHg)의 압력조건에서, 1 내지 48시간 동안 더 반응시키는 것을 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 0.01 토르(Torr, mmHg) 내지 200 토르(Torr, mmHg)의 압력조건에서, 1 시간 내지 6시간 동안 반응을 유지할 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.01 토르(Torr, mmHg) 내지 50 토르(Torr, mmHg)의 압력조건에서, 1 시간 내지 6시간 동안 반응을 유지 시킬 수 있다. 상기와 같이 반응 이후 반응물에 저압 조건을 처리하여 물을 제거하는 경우 모노머의 분해를 막아 중합효율을 높일 수 있고, 더 높은 분자량을 갖는 중합체를 제조할 수 있다. The method for preparing the copolymer may further include reacting the polymerization reaction product through the polymerization step for 1 to 48 hours under a pressure condition of 0.01 Torr (Torr, mmHg) to 760 Torr (Torr, mmHg). Preferably, in a pressure condition of 0.01 Torr (Torr, mmHg) to 200 Torr (Torr, mmHg), the reaction can be maintained for 1 hour to 6 hours, more preferably 0.01 Torr (Torr, mmHg) to 50 Torr ( Torr, mmHg) under pressure conditions, it is possible to maintain the reaction for 1 to 6 hours. When water is removed by treating the reactant under low pressure conditions after the reaction as described above, polymerization efficiency can be increased by preventing decomposition of the monomer, and a polymer having a higher molecular weight can be prepared.

상기 공중합체의 제조방법은 또한, 중합반응의 종료 후에, 소수성 용매를 첨가하여 생성물을 녹이는 것;을 더 포함할 수 있다. 상기 소수성 용매는 감압 조건에서 중합 반응을 유지하는 것을 진행 한 후에 첨가할 수 있다. The method for preparing the copolymer may further include dissolving the product by adding a hydrophobic solvent after completion of the polymerization reaction. The hydrophobic solvent may be added after maintaining the polymerization reaction under reduced pressure conditions.

상기 소수성 용매는 폴리에스터(Polyester)를 녹일 수 있는 용매라면 그 종류에 상관없이 사용할 수 있고, 구체적으로 클로로포름, 디클로로메탄, 디클로로에탄 및 헥산으로 이루어진 군에서 선택된 것 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The hydrophobic solvent may be used regardless of its type as long as it is a solvent capable of dissolving polyester, and specifically, may be selected from the group consisting of chloroform, dichloromethane, dichloroethane, and hexane, but is not limited thereto.

상기 공중합체의 제조방법은 또한, 상기 생성물이 용해된 용액에 침전제를 첨가하여 목적 공중합체를 침전시키는 것;을 더 포함할 수 있다. 상기 침전제는 침전 생성 반응에 사용되는 시약을 의미하는 것으로, 친수성을 나타내는 침전제라면 그 종류에 상관없이 사용할 수 있다. 구체적으로 탄소수 1 내지 12의 알코올류 일 수 있고, 구체적으로 에탄올, 메탄올, 에틸아세테이트 및 아세톤으로 이루어진 군에서 선택된 것 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The method for preparing the copolymer may further include adding a precipitant to a solution in which the product is dissolved to precipitate the target copolymer. The precipitating agent refers to a reagent used in the precipitation generation reaction, and any precipitating agent exhibiting hydrophilicity can be used regardless of its type. Specifically, it may be alcohols having 1 to 12 carbon atoms, and specifically, may be selected from the group consisting of ethanol, methanol, ethyl acetate, and acetone, but is not limited thereto.

바람직하게, 본 발명의 제조방법은 상기 중합 반응 이후헤, 상기 중합반응물에 클로로포름을 첨가하고, 그 다음 알코올류의 침전제를 첨가하는 것을 수행함으로써, 제조된 공중합체가 분해되는 문제를 해결할 수 있다. Preferably, in the production method of the present invention, after the polymerization reaction, chloroform is added to the polymerization reaction product, and then a precipitant of alcohol is added to solve the problem of decomposition of the prepared copolymer.

또한, 중합 반응 이후에 인산 계열의 첨가제를 첨가하여 촉매 활성을 저하시키는 것을 추가로 수행할 수 있고, 이러한 단계를 수행함으로써 본 발명 공중합체의 합성 수율을 조절할 수 있다. In addition, it is possible to further reduce the catalytic activity by adding a phosphoric acid-based additive after the polymerization reaction, and by performing such a step, the synthesis yield of the copolymer of the present invention can be adjusted.

상기 공중합체의 제조방법은 또한, 상기 중합단계 이전에 모노머를 제조하는 것을 더 포함할 수 있다. 4-하이드록시부티레이트(4HB)를 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 4HB를 제조하는 단계는 출발물질로 부티로락톤, 더욱 바람직하게는 γ-부티로락톤(γ-Butyrolactone)을 출발물질로 하여, 상기 출발물질과 물의 혼합물에 강염기를 첨가하여 반응하고, 다시 강산을 첨가 반응하는 방법으로 수행될 수 있다. 그러나, 상기 모노머는 상업적으로 판매되는 것을 사용할 수 도 있으므로, 본 발명의 공중합체 제조방법의 구성을 제한하지 않는다. The method for preparing the copolymer may further include preparing a monomer prior to the polymerization step. It may further include a step of preparing 4-hydroxybutyrate (4HB). In the step of preparing 4HB, butyrolactone as a starting material, more preferably γ-butyrolactone as a starting material, reacted by adding a strong base to the mixture of the starting material and water, and then again strong acid It can be carried out by a method of addition reaction. However, since the monomer may be used commercially, the composition of the method for preparing the copolymer of the present invention is not limited.

상기 강염기는 강알칼리라고도 하며, 전리도(電離度)가 1에 가깝고 수산화물 이온을 정량적으로 생성하며 염기 이온화 상수가 큰 것은 모두 포함하는 것으로, 일 예로 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 수산화바륨 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The strong base is also called strong alkali, and includes all those having an ionization degree close to 1, generating hydroxide ions quantitatively, and having a large base ionization constant, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, or barium hydroxide, but limited thereto. It does not become.

상기 강산은 수소 이온 지수(pH)가 3 이하인 산. 강한산 또는 센산이라고도 하며, 일 예로 과염소산(HCIO4), 염산(HCI), 질산(HNO3), 황산(H2SO4) 또는 인산(H3PO4) 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The strong acid is an acid having a hydrogen ion index (pH) of 3 or less. Also referred to as strong acid or strong acid, for example, it may be perchloric acid (HCIO4), hydrochloric acid (HCI), nitric acid (HNO3), sulfuric acid (H2SO4), or phosphoric acid (H3PO4), but is not limited thereto.

본 발명의 공중합체 제조방법에서 4-하이드록시알카노에이트(4HA) 모노머 및 2-하이드록시알카노에이트(2HA) 모노머는 용융 중합방법으로 중합되는 것 일 수 있다. 용융 중합에 의한 중축합 반응으로 공중합체를 제조하는 경우 고분자량의 4HA-2HA 공중합체를 제조할 수 있다는 점에서 우수한 특성을 갖는다.In the method for preparing the copolymer of the present invention, the 4-hydroxyalkanoate (4HA) monomer and the 2-hydroxyalkanoate (2HA) monomer may be polymerized by a melt polymerization method. When a copolymer is prepared by a polycondensation reaction by melt polymerization, it has excellent properties in that it can produce a high molecular weight 4HA-2HA copolymer.

이러한 측면에서, 본 발명은 10만 이상의 중량 평균 분자량(Mw)을 갖는 4-하이드록시알카노에이트-2-하이드록시알카노에이트(4HA-2HA) 공중합체를 제공한다.In this aspect, the present invention provides a 4-hydroxyalkanoate-2-hydroxyalkanoate (4HA-2HA) copolymer having a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 or more.

본 발명의 공중합체는 상기한 본 발명의 공중합체 제조방법에 의하여 합성된 것 일 수 있다. 본 발명의 공중합체 제조방법에 의하여 합성된 공중합체는 10만 Da 이상, 바람직하게는 20만 Da 이상의 중량평균 분자량을 갖는 다는 점에서 우수한 특성을 갖는다. 특히 종래 생합성 방법에 의하여 생산된 4HA와 2HA를 모노머로 포함하는 공중합체는 평균적으로 약 5 만 Da 수준의 중량 평균 분자량을 갖지고 있었다. 5만 Da 수준의 평균 분자량을 갖는 공중합체의 경우 플라스틱의 원료로 사용할 때 기계적 물성이 불량해서 산업적으로 활용하는데 어려움이 있었고, 그 물성을 개선하는 것이 지속적인 해결 과제로 제시되어 왔었다. The copolymer of the present invention may be synthesized by the method for preparing the copolymer of the present invention described above. The copolymer synthesized by the method for producing a copolymer of the present invention has excellent properties in that it has a weight average molecular weight of 100,000 Da or more, preferably 200,000 Da or more. In particular, the copolymer comprising 4HA and 2HA produced by conventional biosynthetic methods as monomers had a weight average molecular weight of about 50,000 Da on average. In the case of a copolymer having an average molecular weight of 50,000 Da, when used as a raw material for plastics, it was difficult to use industrially because of poor mechanical properties, and improving its properties has been suggested as a continuous problem.

그러나, 본 발명의 공중합체는 10만 Da 이상, 바람직하게는 20만 Da 이상의 중량 평균 분자량을 갖는바, 바이오 플라스틱으로 활용하는데 바람직한 물성을 제공할 수 있다는 점에서 기술적으로 우수한 특성을 갖는다. 특히, 본 발명에 의하여 제조된 고분자량의 공중합체는 인장강도, 인장탄성률 및 신율 등의 인장특성 및 충격강도가 우수하므로, 플라스틱의 원료로 사용하는데 매우 유리하다. However, since the copolymer of the present invention has a weight average molecular weight of 100,000 Da or more, preferably 200,000 Da or more, it has technically excellent properties in that it can provide desirable physical properties for use as bioplastics. In particular, the high molecular weight copolymer prepared according to the present invention has excellent tensile properties such as tensile strength, tensile modulus and elongation, and impact strength, so it is very advantageous for use as a raw material for plastics.

본 발명의 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)의 경우, 화학적 중합법에 의하여 중합을 하는 경우, 그 조건에 따라, 수율 및 중합의 가부가 전혀 상이해 지는바, 본 발명의 제조방법의 경우 화학적 중합법에 의하여 4HA-2HA 공중합체를 효율적으로 생산할 수 있는 구체적인 조건을 확립, 또한, 고분자량의 공중합체를 생산할 수 있게 하였다는 점에서 의미가 있다. 특히, 종래 폴리하이드록시알카노에이트 계열의 4HA-2HA 공중합체는 미생물을 이용한 생합성 방법에 의존했으므로, 고분자량의 공중합체를 제조하거나, 공중합체 내에 포함되는 모노머의 함량을 조절하여 원하는 물성을 갖는 공중합체를 제조하는데 큰 어려움이 있었다. 그러나, 본 발명의 용융 중합방법을 이용하는 경우 바이오 생합성 방법에 의하여 생산되는 공중합체와 비교해서 고분자량의 공중합체를 생산할 수 있다는 점에서 우수한 특성을 갖는다. 또한, 공중합체 내 모노머의 함량을 용이하게 조절할 수 있고, 대량생산을 할 수 있어, 생분해성을 갖는 폴리하이록시알카노에이트를 이용한 바이오 플라스틱의 활용 범위를 산업적으로 넓힐 수 있다는 점에서 큰 의미를 갖는다. In the case of the polyhydroxyalkanoate (PHA) of the present invention, when polymerization is carried out by chemical polymerization, the yield and the possibility of polymerization are completely different depending on the conditions. It is meaningful in that specific conditions for efficiently producing the 4HA-2HA copolymer were established by the polymerization method, and the copolymer having a high molecular weight could be produced. In particular, since the conventional polyhydroxyalkanoate-based 4HA-2HA copolymer was dependent on a biosynthesis method using microorganisms, a high molecular weight copolymer was prepared or the content of the monomer contained in the copolymer was adjusted to have desired physical properties. There was a great difficulty in preparing the copolymer. However, when the melt polymerization method of the present invention is used, it has excellent properties in that it can produce a high molecular weight copolymer compared to a copolymer produced by a bio-biosynthesis method. In addition, since the content of monomers in the copolymer can be easily controlled and mass-produced, it has great significance in that it can industrially expand the range of bioplastics using biodegradable polyhydroxyalkanoate. .

이하, 실시예를 통해 본 출원을 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예 및 시험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in detail through examples. However, the following Examples and Test Examples are only illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[준비예 1] 모노머의 제조 및 준비 [Preparation Example 1] Preparation and Preparation of Monomer

4-하이드록시부티레이트-2-하이드록시부티레이트 공중합체의 제조를 위한 모노머로 4-하이드록시부레이트(4-Hydroxybutyric acid, 4HB)는 [Ciolino LA et, The chemical interconversion of GHB and GBL: forensic issues and implications. J Fprensic Sci 2001; 46(6):1315-1323]을 참고해서 합성하여 사용하였다. 2-하이드록시부틸산(2-Hydroxybutyric acid, 2HB)은 Na·2HB(Sodium 2-Hydroxybutyrate)를 TCI(일본)에서 구입하여 사용하였다. 에틸 글리콜라이드(Ethyl glycolide)는 알파에이셔(Alfa Aesar)에서 구입하여 사용하였다.4-hydroxybutyrate (4-Hydroxybutyric acid, 4HB) as a monomer for the preparation of the 4-hydroxybutyrate-2-hydroxybutyrate copolymer is [Ciolino LA et, The chemical interconversion of GHB and GBL: forensic issues and implications. J Fprensic Sci 2001; 46(6):1315-1323] was referenced and synthesized. 2-Hydroxybutyric acid (2HB) was used by purchasing Na·2HB (Sodium 2-Hydroxybutyrate) from TCI (Japan). Ethyl glycolide was purchased and used from Alfa Aesar.

구체적으로, γ-부티로락톤(γ-Butyrolactone, JUNSEI)을 물과 혼합하고, 상기 혼합물에 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하여 pH 12로 맞추고, 1 시간 동안 반응한 후, 염산(HCl)을 이용하여 pH 7로 조절하여, 200 g/L 농도의 4HB 스탁용액을 제조하였다.Specifically, γ-butyrolactone (JUNSEI) is mixed with water, sodium hydroxide (NaOH) is added to the mixture to adjust the pH to 12, reacted for 1 hour, and then hydrochloric acid (HCl) is used. Then, the pH was adjusted to 7 to prepare a 4HB stock solution having a concentration of 200 g/L.

[제조예] 용융중합 방법에 의한 공중합체 제조[Production Example] Preparation of copolymer by melt polymerization method

화학적 합성 방법을 이용하여 4-하이드록시부티레이트와 2-하이드록시부티레이트를 모노머로 포함하는 공중합체(p(2HB-co-4HB))를 제조하기 위하여, 2HB와 4HB를 모노머로 포함하여 중합을 실시하였다. In order to prepare a copolymer (p(2HB-co-4HB)) containing 4-hydroxybutyrate and 2-hydroxybutyrate as monomers using a chemical synthesis method, polymerization was performed using 2HB and 4HB as monomers. I did.

실시예 1. 용융중합 방법에 의한 P(2HB-4HB)의 제조Example 1. Preparation of P(2HB-4HB) by melt polymerization method

용융중합을 이용하여 P(2HB-4HB) 공중합체를 제조하기 위해 Na·2HB(Sodium 2-Hydroxybutyrate, TCI)와 상기 준비예 1에서 제조한 4HB를 각각 30 mmol(Na·2HB- 3.78 g; 4HB- 3.12 g) 씩 100 mL 플라스크에 담은 후, 염산(HCl)을 이용하여 pH를 pKa값인 3.6까지 떨어뜨려 Na·2HB가 해리될 수 있도록 하였다. 이후 90 ℃로 가열하여 반응물에 포함된 물을 최대한 제거 하였다. 그리고 상기 혼합물의 반응 온도를 165 ℃로 맞추고, 촉매로써 Tin(II) 2-ethylhexanoate(Sigma Aldrich)를 모노머(2HB 및 4HB) 총량의 1 wt%인 69 mg 첨가한 후 5 시간 동안 반응시켰다. 이후, 30 Torr의 진공도로 감압된 상태에서 1.5 시간 동안 반응을 지속하였다. 반응이 종료된 후 클로로포름(Chloroform)을 첨가하여 생성물을 녹인 후 이를 다시 메탄올(MeOH)에 부어 생성된 고분자가 침전될 수 있도록 하였다. 상기 침전된 고분자는 회수하여(수율 37.5), 건조시킨 후, GC 및 GPC를 이용하여 분석을 실시하였다. 결과는 도 1, 도 2 그리고 수평균 분자량(Mn), 중량평균분자량(Mw), 최대피트(peak) 분자량(Mp) 및 다분자지수(polydispersity index, PDI)를 각각 확인하여 표 1에 나타내었다. To prepare a P(2HB-4HB) copolymer using melt polymerization, 30 mmol (Na·2HB- 3.78 g; 4HB) of Na·2HB (Sodium 2-Hydroxybutyrate, TCI) and 4HB prepared in Preparation Example 1, respectively, were prepared by melt polymerization. -3.12 g) each was put in a 100 mL flask, and the pH was dropped to 3.6, the pKa value, using hydrochloric acid (HCl) so that Na·2HB could be dissociated. After heating to 90 ℃ to remove the water contained in the reaction product as much as possible. Then, the reaction temperature of the mixture was adjusted to 165° C., and 69 mg of Tin(II) 2-ethylhexanoate (Sigma Aldrich) as a catalyst was added, which is 1 wt% of the total amount of monomers (2HB and 4HB), and reacted for 5 hours. Thereafter, the reaction was continued for 1.5 hours under reduced pressure with a vacuum degree of 30 Torr. After the reaction was completed, chloroform was added to dissolve the product, and then it was poured into methanol (MeOH) to allow the resulting polymer to precipitate. The precipitated polymer was recovered (yield 37.5), dried, and analyzed using GC and GPC. The results are shown in FIGS. 1 and 2 by confirming the number average molecular weight (M n ), weight average molecular weight (M w ), maximum pit (peak) molecular weight (M p ), and polydispersity index (PDI), respectively, and Table 1 Shown in.

실시예 1Example 1 Mn(x 105 Da)Mn(x 10 5 Da) Mw(x 105 Da)Mw(x 10 5 Da) Mp(x 105 Da)Mp(x 10 5 Da) PDIPDI (2HB-4HB)(2HB-4HB) 0.560.56 2.392.39 1.991.99 4.304.30

도 1에 나타낸 바와 같이, 2HB-4HB 공중합체가 잘 제조되었음을 확인 하였고, 상기 제조된 공중합체의 분자량 분포는 도 2와 같았다. 특히 표 1에 나타낸 바와 같이 상기 실시예 1의 방법에 의하여 제조된 공중합체의 중량평균 분자량이 20만 Da 이상인바, 종래 생합성 방법에 의하여 생산된 공중합체와 비교해서 고분자량의 공중합체를 제조할 수 있음을 확인 하였다. As shown in FIG. 1, it was confirmed that the 2HB-4HB copolymer was well prepared, and the molecular weight distribution of the prepared copolymer was as shown in FIG. 2. In particular, as shown in Table 1, since the weight average molecular weight of the copolymer prepared by the method of Example 1 is 200,000 Da or more, a high molecular weight copolymer can be prepared compared to the copolymer produced by the conventional biosynthetic method. Confirmed that it can.

실시예 2. 용융중합 방법에 의한 P(2HB-4HB)의 제조Example 2. Preparation of P(2HB-4HB) by melt polymerization method

2-하이드록시부틸산(2-Hydroxybutyric acid, 2HB)은 Na·2HB(Sodium 2-Hydroxybutyrate)를 2N HCl를 이용하여 pH 3까지 떨어뜨린 다음, 1시간 교반 후 90 ℃ 에서 물을 제거 하였다. 이때 부산물로 염화나트륨(NaCl)이 2HB와 같은 당량비로 존재하므로, 부산물인 염화나트륨을 제거하기 위해, H2O/MEK(methyl ethyl ketone) 과추출법을 이용하여 제거하였다. 추출법 후 1H-NMR을 통해 2HB를 확인하였고, MEK가 약 5% 존재함을 확인하였다(도 3). For 2-hydroxybutyric acid (2-Hydroxybutyric acid, 2HB), Na·2HB (Sodium 2-Hydroxybutyrate) was dropped to pH 3 with 2N HCl, and water was removed at 90° C. after stirring for 1 hour. At this time, since sodium chloride (NaCl) as a by-product exists in the same weight ratio as 2HB, in order to remove sodium chloride, a by-product, it was removed using H 2 O/MEK (methyl ethyl ketone) over-extraction method. After the extraction method, 2HB was confirmed through 1 H-NMR, and it was confirmed that about 5% of MEK was present (FIG. 3).

염화나트륨(NaCl)을 제거 한 후 2HB(3g), 4HB(준비예 1 방법으로 수득, 3g)는 온도를 165 ℃로 맞추고, 촉매로써 Tin(II) 2-ethylhexanoate(Sigma Aldrich)를 모노머 총량의 1 wt%인 60 mg 첨가한 후 5 시간 동안 반응시켰다. 이후, 30 Torr의 진공도로 감압된 상태에서 5 시간 동안 반응을 지속하였다. 반응이 종료된 후 클로로포름(Chloroform)을 첨가하여 생성물을 녹인 후 이를 다시 메탄올(MeOH)에 부어 생성된 고분자가 침전될 수 있도록 하였다. 상기 침전된 고분자는 회수하여, 건조시킨 후, 1H-NMR를 이용하여 분석을 실시 하였다(도 4). After removing sodium chloride (NaCl), 2HB (3g) and 4HB (obtained by the preparation example 1 method, 3g) were adjusted to 165°C, and Tin(II) 2-ethylhexanoate (Sigma Aldrich) was used as a catalyst to 1 of the total amount of monomers. After adding 60 mg of wt%, it was reacted for 5 hours. Thereafter, the reaction was continued for 5 hours under reduced pressure with a vacuum degree of 30 Torr. After the reaction was completed, chloroform was added to dissolve the product, and then it was poured into methanol (MeOH) to allow the resulting polymer to precipitate. The precipitated polymer was recovered, dried, and analyzed using 1 H-NMR (FIG. 4).

도 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 조건에서도 2HB-4HB 공중합체가 잘 제조되었음을 확인 하였다.As shown in FIG. 4, it was confirmed that the 2HB-4HB copolymer was well prepared even under the conditions of Example 2.

[비교예][Comparative Example]

본원발명의 공중합체가 다른 조건이나 중합법을 이용하는 경우에도 제조할 수 있는 것인지 확인하기 위하여, 상기 실시예의 제조방법과 다른 조건으로 4HB-2HB 공중합체의 중합을 시도하였다.In order to confirm whether the copolymer of the present invention can be prepared even when using other conditions or polymerization methods, polymerization of the 4HB-2HB copolymer was attempted under conditions different from the preparation method of the above example.

비교예 1. Comparative Example 1.

상기 준비예 1의 Na·2HB와 4HB를 각각 30 mmol(Na·2HB- 3.78 g; 4HB- 3.12 g) 씩 100 mL 플라스크에 담은 후, 디페닐 에테르(Diphenyl Ether) 30ml를 넣어주었다. 그 다음, CalB 효소(Lipase acrylic resin from Candida antarctica, Sigma)는 총 모노머 함량의 10 wt%인 0.69 g 넣어 주고, 80~90℃, 상압에서 5 시간 교반 하였다. 상기 반응물의 온도를 80~90℃로 유지하면서 압력을 0.04 bar로 감압한 후 72시간 동안 반응하였다. 반응이 종료된 후 클로로포름(Chloroform)을 첨가하여 생성물을 녹인 후 이를 다시 메탄올(MeOH)에 부어 생성된 고분자를 침전시켰다. 침전된 고분자는 회수하여 건조시킨 후 GC 및 GPC를 이용하여 분석하였다.Na·2HB and 4HB of Preparation Example 1 were each 30 mmol (Na·2HB- 3.78 g; 4HB- 3.12 g) in a 100 mL flask, and then 30 ml of diphenyl ether was added. Then, CalB enzyme (Lipase acrylic resin from Candida antarctica , Sigma) was added to 0.69 g, which is 10 wt% of the total monomer content, and stirred at 80-90°C and normal pressure for 5 hours. The reaction was reacted for 72 hours after reducing the pressure to 0.04 bar while maintaining the temperature of the reactant at 80 to 90°C. After the reaction was completed, chloroform was added to dissolve the product, and then it was poured into methanol (MeOH) to precipitate the resulting polymer. The precipitated polymer was recovered, dried, and analyzed using GC and GPC.

그러나, 비교예 1의 침전물을 회수하여 분석한 결과, 4-하이드록시부틸산-2-하이드록시부틸산 공중합체는 형성되지 않았음을 확인 하였다. However, as a result of recovering and analyzing the precipitate of Comparative Example 1, it was confirmed that the 4-hydroxybutyl acid-2-hydroxybutyric acid copolymer was not formed.

비교예 2. Comparative Example 2.

실시예 1과 같이 Na·2HB (Sodium 2-Hydroxybutyrate, TCI) 및 제조예 1의 4HB를 각각 30 mmol씩(각각 3.78 g, 3.12 g) 100 mL 플라스크에 담은 후, 염산(HCl)을 이용하여 pH를 pKa 값인 3.6까지 떨어뜨려 Na·2HB가 해리될 수 있도록 하여 반응시켰다. As in Example 1, Na·2HB (Sodium 2-Hydroxybutyrate, TCI) and 4HB of Preparation Example 1 were each 30 mmol (3.78 g, 3.12 g, respectively) in a 100 mL flask, and then pH using hydrochloric acid (HCl). Was dropped to the pKa value of 3.6 to allow Na·2HB to dissociate and reacted.

그 다음 비교예 1과 동일한 조건 및 방법으로 CalB 효소를 넣어 중합반응을 실시하고, 고분자를 침전 시켰다. 침전된 고분자를 회수하여 건조시킨 후 GC 및 GPC를 이용하여 분석하였다.Then, in the same conditions and method as in Comparative Example 1, the polymerization reaction was carried out by adding CalB enzyme, and the polymer was precipitated. The precipitated polymer was recovered and dried, and then analyzed using GC and GPC.

그러나, 비교예 2의 침전물을 회수하여 분석한 결과, 4-하이드록시부틸산-2-하이드록시부틸산 공중합체는 형성되지 않았음을 확인 하였다.However, as a result of recovering and analyzing the precipitate of Comparative Example 2, it was confirmed that the 4-hydroxybutyl acid-2-hydroxybutyric acid copolymer was not formed.

비교예 3. Comparative Example 3.

실시예 1과 같이 Na·2HB(Sodium 2-Hydroxybutyric acid, TCI) 및 제조예 1의 4HB를 각각 30 mmol씩(각각 3.78 g, 3.12 g) 100 mL 플라스크에 담은 후, 염산(HCl)을 이용하여 pH를 pKa 값인 3.6까지 떨어뜨려 Na·2HB가 해리될 수 있도록 하여 반응시켰다. As in Example 1, Na 2HB (Sodium 2-Hydroxybutyric acid, TCI) and 4HB of Preparation Example 1 were each 30 mmol (3.78 g, 3.12 g, respectively) in a 100 mL flask, and then hydrochloric acid (HCl) was used. By dropping the pH to 3.6, the pKa value, Na·2HB was allowed to dissociate and reacted.

그 다음, 반응온도를 120 ℃로 한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 중합 반응 및 진공 감압 후 반응을 진행하고, 고분자를 침전시켰다. 침전된 고분자는 회수하여 건조시킨 후 GC 및 GPC를 이용하여 분석하였다.Then, the polymerization reaction and vacuum decompression were carried out under the same conditions as in Example 1, except that the reaction temperature was set to 120°C, and the polymer was precipitated. The precipitated polymer was recovered, dried, and analyzed using GC and GPC.

비교예 3의 침전물을 회수하여 분석한 결과, 4-하이드록시부틸산-2-하이드록시부틸산 공중합체는 형성되지 않았음을 확인 하였다. 따라서, 이러한 결과를 통해, 본 발명의 4HA-2HA 공중합체의 제조에 있어서 촉매 조건뿐 아니라 중합 온도 조건이 함께 만족되어야 함을 알 수 있다.As a result of recovering and analyzing the precipitate of Comparative Example 3, it was confirmed that a 4-hydroxybutyric acid-2-hydroxybutyric acid copolymer was not formed. Therefore, through these results, it can be seen that in the preparation of the 4HA-2HA copolymer of the present invention, not only the catalyst conditions but also the polymerization temperature conditions must be satisfied.

Claims (11)

중합촉매인 틴(II) 2-에틸헥사노에이트(Tin(II) 2-ethylhexanoate, Sn(Oct)2)의 존재 하에, 4-하이드록시부틸산 (4-hydroxybutyric acid, 4HB) 및 2-하이드록시부틸산(2-hydroxybutyric acid, 2HB)를 150 ℃ 내지 190 ℃의 반응온도에서 3시간 내지 6시간 동안 용융중합으로 중합하는 것; 및
상기 중합 반응물을 0.01 토르(Torr) 내지 760 토르(Torr)의 감압조건에서 1 시간 내지 48시간 동안 반응을 지속시키는 것을 포함하는 10만 이상의 중량평균 분자량(Mw)을 갖는 4-하이드록시부틸산 및 2-하이드록시부틸산(4HB-2HB) 공중합체의 제조방법.
In the presence of the polymerization catalyst tin (II) 2-ethylhexanoate (Tin (II) 2-ethylhexanoate, Sn (Oct) 2 ), 4-hydroxybutyric acid (4HB) and 2-hydroxy Polymerizing hydroxybutyric acid (2HB) by melt polymerization at a reaction temperature of 150° C. to 190° C. for 3 to 6 hours; And
4-hydroxybutyric acid having a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 or more, including sustaining the polymerization reaction product under reduced pressure conditions of 0.01 Torr to 760 Torr for 1 to 48 hours, and Method for producing a 2-hydroxybutyric acid (4HB-2HB) copolymer.
제1항에 있어서,
상기 중합촉매는 전체 모노머 100중량부에 대하여 0.05 내지 20 중량부로 포함되는 것인, 4HB-2HB 공중합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The polymerization catalyst is contained in an amount of 0.05 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the total monomer, the method for producing a 4HB-2HB copolymer.
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WO2008030599A2 (en) * 2006-09-07 2008-03-13 E. I. Du Pont De Nemours And Company Toughened poly (hydroxyalkanoic acid) compositions

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