KR102174995B1 - A bio-based polymer additive, a process for preparing the bio-based polymer additive and a biodegradable polymer composition comprising said bio-based polymer additive - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오계 폴리머 첨가제, 이의 제조 방법 및 생분해성 플라스틱의 제조에 사용하기 위한 상기 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물을 개시한다. 상기 첨가제는 미세조류, 효모 또는 다른 미생물과 같은 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조된다. 특히, 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 폴리머의 유동 특성 및/또는 생분해성을 향상시킨다. 특히, 상기 첨가제는 안료로서 사용된다.The present invention discloses a bio-based polymer additive, a method for preparing the same, and a biodegradable polymer composition comprising the bio-based polymer additive for use in the production of biodegradable plastics. The additives are prepared from biomass of pulverized microbial cells such as microalgae, yeast or other microorganisms. In particular, the bio-based polymer additive improves the flow properties and/or biodegradability of the polymer. In particular, the additive is used as a pigment.

Description

바이오계 폴리머 첨가제, 상기 바이오계 폴리머 제조 방법 및 상기 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물{A bio-based polymer additive, a process for preparing the bio-based polymer additive and a biodegradable polymer composition comprising said bio-based polymer additive}A bio-based polymer additive, a process for preparing the bio-based polymer additive and a biodegradable polymer composition comprising the bio-based polymer additive, and the bio-based polymer additive -based polymer additive}

본 발명은 바이오계 폴리머 첨가제, 상기 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법 및 상기 바이오계 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물에 관한 것이다. 특정 일 측면에 따르면, 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 안료로서 사용된다.The present invention relates to a bio-based polymer additive, a method for preparing the bio-based polymer additive, and a biodegradable polymer composition comprising the bio-based additive. According to a specific aspect, the bio-based polymer additive is used as a pigment.

빠르게 성장하는 생명공학 산업은 미생물 바이오매스로부터 유래된 고체 잔여물로 인한 새로운 종류의 오염 문제를 발생시키고 있다. 미생물은 단일 세포 공장으로 사용되고 있는데, 예를 들어, 맥주 효모는 발효 공정을 통해 자동차 산업에서의 대체 에너지로서 사용되는 에탄올을 생성하고, 에탄올의 정제 이후 효모가 부산물 또는 폐기물로 남는다.The fast-growing biotech industry is creating a new kind of contamination problem with solid residues derived from microbial biomass. Microorganisms are used as single cell factories, for example, brewer's yeast produces ethanol, which is used as an alternative energy in the automobile industry through a fermentation process, and the yeast remains as a by-product or waste after ethanol purification.

유사하게는, 식품 생산 및 식품 첨가제 산업에서 종래에 사용된 미세조류(microalgae)가 최근 몇 년간 바이오연료 산업의 주목을 받고 있는데, 이는 몇몇 종들이 오일 및 지질을 생성할 수 있기 때문이다. 미세조류는 다른 에너지 작물 에 비하여 높은 광합성 효율, 바이오매스 생산 및 더 빠른 성장과 같은 이점들의 조합으로 인해, 연료 생산에 우수한 후보이다. 미세조류는 바이오 연료의 산업적 규모 생산을 위한 대규모 광 생물반응기(photobioreactor)에서 성장되며, 이에 따라, 오일 추출 공정 이후에 많은 양의 미세조류가 남게 된다. 생산 공정 종료 이후에, 버려진 미생물은 다량의 고체 폐기물로서 남게 되어 전술한 바와 같은 새로운 종류의 오염 문제를 야기한다. 이러한 오염 문제를 해결하기 위해, 미생물 폐기물의 처리 또는 경제적 가치의 부가를 위한 더 나은 방법을 찾기 위한 요구가 있다.Similarly, microalgae, conventionally used in the food production and food additive industries, have attracted the attention of the biofuel industry in recent years because some species can produce oils and lipids. Microalgae are good candidates for fuel production due to the combination of advantages such as high photosynthetic efficiency, biomass production and faster growth compared to other energy crops. Microalgae are grown in large-scale photobioreactors for industrial scale production of biofuels, and accordingly, a large amount of microalgae remains after the oil extraction process. After the end of the production process, the discarded microorganisms remain as a large amount of solid waste, causing a new kind of pollution problem as described above. In order to solve this pollution problem, there is a need to find a better way for the treatment of microbial waste or the addition of economic value.

생명공학 산업에 의해 미생물 고체 폐기물을 처리하는 일반적인 방법 중 하나는 이러한 수톤의 폐기물을 매립 쓰레기(landfill)로 처리하는 것이다. 다른 몇 가지 해결책들이 또한 제안되었다. 예를 들어, Shiho et . al.,(2011)은 미세조류 보트리오코커스(Botryococcus) 바이오매스의 폐기물이 발열기로서 사용될 수 있음을 제안하였는데, 여기서 고체 성분의 연소열이 실험적으로 측정되었고, 3% 수분 함량에서 31 내지 34 MJ/kg임이 발견되었다. 그러나, 이렇게 매우 낮은 수분 함량을 얻기 이전의 건조 공정은 고비용이고 비효율적이다. 다른 예에서, 바이오-에탄올 산업으로부터의 효모 고체 폐기물이 사료 보충제로서 사용되었다. 그러나, 효모 고체 폐기물의 품질 제어의 곤란성 때문에 이러한 소비는 매우 제한적이다. 따라서, 제안된 응용은 다량의 효모 바이오매스를 제거하기 위한 지속적인 해결책이 될 수 없다.One of the common methods of treating microbial solid waste by the biotech industry is to treat these tons of waste as landfill. Several other solutions have also been proposed. For example, Shiho et . al ., (2011) suggested that waste from microalgae Botryococcus biomass could be used as a heating element, where the heat of combustion of the solid component was experimentally measured, and 31 to 34 MJ/at 3% moisture content. was found to be kg. However, the drying process prior to obtaining this very low moisture content is expensive and inefficient. In another example, yeast solid waste from the bio-ethanol industry was used as a feed supplement. However, this consumption is very limited due to the difficulty of controlling the quality of the yeast solid waste. Therefore, the proposed application cannot be a sustainable solution for removing large amounts of yeast biomass.

이 문제를 위해 제안된 다른 해결책은 플라스틱에 바이오매스를 혼입하는 것이다. 미국 특허 번호 제5346929호는 합성 생분해성 폴리머 및 아스페르길루스(Aspergillus)균으로부터의 전분의 혼합물로부터 제조된 수지의 제조 방법을 개시하였으나, 그 이점을 포함하는 수지 생산 방법/공정은 명확하지 않았다. 미국 특허 번호 제8026301호는 폴리머의 생분해성을 증가시키기 위해, 석유계 수지(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 및 폴리비닐 클로라이드)와 셀룰로오스, 화학적 기반 질소원, 남조류(blue-green algae) 또는 효모로부터의 천연 영양분의 복합체를 포함하는 폴리머 조성물을 교시한다. Another suggested solution to this problem is to incorporate biomass into the plastic. U.S. Patent No. 5346929 discloses a method for preparing a resin prepared from a mixture of a synthetic biodegradable polymer and starch from Aspergillus bacteria, but the method/process for producing a resin including the advantage is not clear. . U.S. Patent No.8026301 describes petroleum resins (e.g., polyethylene, polypropylene, polystyrene and polyvinyl chloride) and cellulose, chemically based nitrogen sources, blue-green algae, or A polymer composition comprising a complex of natural nutrients from yeast is taught.

그러나, 플라스틱으로의 바이오매스의 혼입은 추가적으로 첨가제, 예를 들어, 폴리머 특성 및 이들의 상용성을 유지하기 위한 상용화제의 보충을 요구하며, 그렇지 않은 경우, 플라스틱에 첨가되는 바이오매스의 양이 매우 제한될 것이다. 뿐만 아니라, 어떠한 공지된 방법도 생분해성 폴리머의 생분해성을 향상시킬 뿐만 아니라, 생분해성 플라스틱의 생산에 매우 중요한 생분해성 폴리머 조성물의 점도 또는 상용성과 같은 특성을 강화하기 위해 바이오매스의 사용을 증가시키는 가치있는 기술을 교시 또는 암시하지 않는다.However, the incorporation of biomass into plastics additionally requires supplementation of additives, e.g., compatibilizers to maintain polymer properties and their compatibility, otherwise the amount of biomass added to the plastic is very Will be limited. In addition, any known method not only improves the biodegradability of biodegradable polymers, but also increases the use of biomass to enhance properties such as viscosity or compatibility of biodegradable polymer compositions, which are very important for the production of biodegradable plastics. It does not teach or imply valuable skills.

생분해성 플라스틱은 환경 친화적인 것으로 여겨진다. 이들은 식물 및 이들의 유도체 또는 다른 몇몇 재생가능한 자원으로부터 생성된다. 생분해성 플라스틱은 자연적 또는 인공적 조건에서 미생물에 의해 공격되는 경우 열화될 수 있으며, 이에 의해, 열화된 생분해성 플라스틱의 몰질량이 감소됨에 따라 미생물로 전달될 수 있고, 적절한 대사 경로에 공급될 수 있는 플라스틱이다. 결과적으로, 이러한 대사 과정의 최종 생성물은 새롭게 생성된 바이오매스와 함께 물 및 이산화탄소(CO2)를 포함한다. 생분해성 플라스틱의 좋은 예는 폴리락타이드 또는 폴리락트산(PLA)이다. PLA는 박테리아 발효된 락트산의 중합에 의해 생성될 수 있으며, 이는 재생불가능한 자원을 사용하지 않고, 환경 문제를 해결하는 것으로 여겨진다. 따라서, PLA는 석유 루트로 제조되는 기존의 플라스틱 또는 섬유들에 대한 재료적 대안으로서 관심이 집중되고 있다. 생분해성 플라스틱의 다른 예는 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)이다.Biodegradable plastics are considered environmentally friendly. They are produced from plants and their derivatives or from some other renewable resource. Biodegradable plastics can be degraded when attacked by microorganisms in natural or artificial conditions, whereby, as the molar mass of the degraded biodegradable plastics decreases, it can be transferred to microorganisms and can be supplied to appropriate metabolic pathways. It is plastic. As a result, the end products of this metabolic process include water and carbon dioxide (CO 2 ) along with newly produced biomass. A good example of a biodegradable plastic is polylactide or polylactic acid (PLA). PLA can be produced by polymerization of bacterial fermented lactic acid, which is believed to solve environmental problems without using non-renewable resources. Therefore, PLA is attracting attention as a material alternative to existing plastics or fibers manufactured through petroleum routes. Another example of a biodegradable plastic is poly(butylene succinate) (PBS).

실제로, 현재 이용가능한 생분해성 수지는 이들이 응용되기 위한 색 농축제 또는 안료와 같은 폴리머 첨가제의 첨가를 요구한다. 표준 장비에서 색 농축을 진행하고, 플라스틱 산업에서 공지된 기술을 사용하기 위한 시도들이 있었다. 예를 들어, 미국 특허번호 제8,133,558호는 PLA 블로운 필름의 특별한 색상을 발현시키기 위하여, 1 내지 20%의 티타늄 옥사이드(TiO2)로 이루어진 PLA 블로운 필름의 제조 방법을 개시한다. 미국 특허번호 제7,273,896호는 플루오레세인(Fluorescein)의 사용에 의한 다당류로부터 의학적 생체 재료의 시각화 방법을 개시한다. 미국 특허 제7,687,568호는 카본 블랙 안료, 모노아조(Monoazo) 안료, 디스아조(Disazo) 안료, 프탈로시아닌 안료, 안트라퀴논 안료 또는 퀴나크리돈 안료의 사용에 의한 폴리에스테르 착색 농축제의 제조 방법을 개시한다.Indeed, currently available biodegradable resins require the addition of polymer additives such as color thickeners or pigments for their application. There have been attempts to perform color concentration on standard equipment and to use techniques known in the plastics industry. For example, US Patent No. 8,133,558 discloses a method of manufacturing a PLA blown film consisting of 1 to 20% titanium oxide (TiO 2 ) in order to express a special color of the PLA blown film. U.S. Patent No. 7,273,896 discloses a method for visualization of medical biomaterials from polysaccharides by the use of Fluorescein. U.S. Patent No. 7,687,568 discloses a method of preparing a polyester coloring thickener by the use of a carbon black pigment, a monoazo pigment, a disazo pigment, a phthalocyanine pigment, an anthraquinone pigment or a quinacridone pigment. .

전술한 특허들 중 어느 것도 완전히 바이오계 재료로 이루어진 생분해성 생성물의 제조 방법을 교시 또는 암시하지 않는다. 이들 특허에서 설명된 모든 착색 첨가제 재료는 재생불가능한 자원으로부터 유래되어 훨씬 많은 심각한 환경 문제를 야기하는데, 그 이유는 수지의 생분해 과정이 일어날 때 주변으로 분산되는 분자들, 예를 들어, 플루오레세인이 인체에 유독성이기 때문이다. None of the aforementioned patents teach or imply a method of making a biodegradable product composed entirely of bio-based materials. All of the coloring additive materials described in these patents are derived from non-renewable resources, causing much more serious environmental problems, because molecules that disperse around when the biodegradation process of the resin occurs, such as fluorescein, Because it is toxic to the human body.

반면에, 주성분 또는 재료가 천연 생성물 및/또는 이들의 부산물로부터 유래된 천연 착색제들은 지구상의 오염을 제거하거나 또는 감소시키기 위한 효과적인 해결책을 제공한다. 예를 들어, 미국 특허 제5205863호는 착색 첨가제로서 베리류 과일로부터의 적색 천연 안료 1%를 사용하는 전분 아세테이트(전분 아세테이트 폴리머)로부터의 바이오 플라스틱의 제조 방법을 개시한다. 그러나, 이 방법은 적어도 두 가지의 새로운 문제를 야기한다. 첫째로, 상기한 생산은 원재료의 품질, 특히 과일의 색을 제어하는 어려움에 직면하는데, 그 이유는 과일의 색이 기후 및 물리적 파라미터, 예를 들어, 빛의 세기, 물의 공급, 토양의 영양분 등에 따라 달라지기 때문이다. 둘째로, 원재료의 확보가 문제되는데, 그 이유는 이러한 과일들이 많은 양으로 요구되고, 이는 인류의 식품 공급에 직접적으로 영향을 줄 수 있기 때문이다. 따라서, 이 방법에 따른 상업적 생산은 거의 불가능하다.On the other hand, natural colorants in which the main component or material is derived from natural products and/or by-products thereof provide an effective solution for removing or reducing pollution on the planet. For example, U.S. Patent No. 5205863 discloses a method of making bioplastics from starch acetate (starch acetate polymer) using 1% of a red natural pigment from berries fruits as a coloring additive. However, this method raises at least two new problems. First, the above-described production faces the difficulty of controlling the quality of raw materials, especially the color of the fruit, because the color of the fruit is affected by climate and physical parameters such as light intensity, water supply, nutrients in the soil, etc. Because it depends. Second, securing raw materials is a problem, because these fruits are required in large quantities, and this can directly affect human food supply. Therefore, commercial production according to this method is almost impossible.

본 발명자들은 선행기술의 문제점을 주장하였고, 상기 문제들에 대한 지속가능한 해결책 및 미생물 바이오매스의 폐기물의 더 나은 이용 및 처리로서, 천연 자원, 생물반응기 또는 발효조 또는 미생물 바이오매스로부터의 폐기물로부터 수집된 바이오매스를 포함하는 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조되는 바이오계 폴리머 첨가제를 제공한다. 또한, 상기 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조된 상기 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물이 제공된다.The inventors have claimed the problems of the prior art, and as a sustainable solution to these problems and better use and treatment of waste of microbial biomass, collected from natural resources, bioreactors or fermenters or wastes from microbial biomass. It provides a bio-based polymer additive prepared from biomass of microbial cells including biomass. In addition, there is provided a biodegradable polymer composition comprising the bio-based polymer additive prepared from the biomass of the microbial cells.

따라서, 생분해성 폴리머의 제조에 사용되는 바이오계 폴리머 첨가제가 제공한다. 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조된다. 또한, 생분해성 폴리머 및 본 발명에 따른 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물이 제공된다. 특히, 본 발명의 임의의 측면에 따른 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스를 분말화하거나 또는 바이오매스 용액을 농축시킴으로써 얻어진 분말 형태이다.Accordingly, a bio-based polymer additive used in the production of a biodegradable polymer is provided. The bio-based polymer additive is prepared from biomass of pulverized microbial cells. In addition, there is provided a biodegradable polymer composition comprising a biodegradable polymer and a bio-based polymer additive prepared from the biomass of pulverized microbial cells according to the present invention. In particular, the bio-based polymer additive according to any aspect of the present invention is in the form of a powder obtained by pulverizing biomass of pulverized microbial cells or concentrating a biomass solution.

본 발명의 특정 측면에 따르면, 상기 미생물 바이오매스의 미생물 세포는 1종 이상의 유색 분자를 포함한다. 이 측면에 따르면, 본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제는 안료로서 사용된다. 따라서, 본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제는 바이오계 폴리머 첨가제 안료를 포함하거나 또는 바이오계 폴리머 첨가제 안료이다. 따라서, 완전히 천연 착색제로 제조된 본 발명의 바이오계 첨가제를 포함하는 생분해성 플라스틱이 또한 제공되며, 이때 사용되는 성분 또는 재료는 바이오매스와 같은 농업 또는 생명 공학 산업 이전의 산물로부터 유래되며, 이는 대량 생산 및 품질 제어가 용이하기 때문에, 경제적으로 상당히 가치가 있다. 본 측면에 따르면, 본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제는 착색제로서 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 몇몇 생명 공학 산업에서 유색 분자를 함유하는 미생물 바이오매스는 천연 안료로서 사용된다.According to a specific aspect of the present invention, the microbial cells of the microbial biomass contain one or more colored molecules. According to this aspect, the bio-based polymer additive according to the invention is used as a pigment. Accordingly, the bio-based polymer additive according to the present invention includes or is a bio-based polymer additive pigment. Accordingly, there is also provided a biodegradable plastic comprising the bio-based additive of the present invention made entirely of natural colorants, wherein the ingredients or materials used are derived from products prior to the agricultural or biotech industry such as biomass, which Due to its ease of production and quality control, it is of considerable economic value. According to this aspect, the bio-based polymer additive according to the present invention can be used as a colorant. In the present invention, microbial biomass containing colored molecules is used as a natural pigment in some biotech industries.

본 발명의 임의의 측면에 따른 바이오계 폴리머 첨가제에서, 바이오매스의 미생물은 미세조류, 효모 및 박테리아 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 특히, 상기 미생물은 남조식물문(Cyanophyta), 원핵녹조식물문(Prochlorophyta), 홍조식물문(Rhodophyta), 녹조식물문(Chlorophyta), 와편모조식물문(Dinophyta), 황갈조식물문(Chrysophyta), 후각편모조식물문(Prymnesiophyta), 규조식물문(Bacillariophyta), 황조식물문(Xanthophyta), 진안점조식물문(Eustigmatophyta), 침편모조식물문(Rhaphidophyta), 갈조식물문(Phaeophyta), 프로테오박테리아문(Proteobacteria), 시아노박테리아문(Cyanobacteria), 유박테리아문(Eubacteria), 스피로헤타문(Spirochetes), 클라미디아문(Chlamydiae), 접합균문(Zygomycota), 진균문(Eumycota) 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.In the bio-based polymer additive according to any aspect of the present invention, the microorganism of the biomass may be selected from microalgae, yeast and bacteria or mixtures thereof. In particular, the microorganisms include Cyanophyta , Prochlorophyta , Rhodophyta , Chlorophyta , Dinophyta , Chrysophyta , Prymnesiophyta , Bacillariophyta , Xanthophyta , Eustigmatophyta , Rhaphidophyta , Phaeophyta , Proteobacteria (Proteobacteria), cyanobacteria door (cyanobacteria), oil bacteria door (Eubacteria), spirochaete door (Spirochetes), Chlamydia door (Chlamydiae), junction gyunmun (Zygomycota), fungal door (Eumycota) or may be combinations thereof have.

특히, 생분해성 폴리머 및 본 발명에 따른 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제(예를 들어, 안료로서 사용함)를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물 중 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 0.05 내지 10 중량%의 범위이다. 더욱 특히, 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 0.5 내지 5 중량%의 범위이다.In particular, in the biodegradable polymer composition comprising a biodegradable polymer and a bio-based polymer additive (for example, used as a pigment) prepared from the biomass of the pulverized microbial cells according to the present invention, the bio-based polymer additive is 0.05 to 10 It is in the range of weight percent. More particularly, the bio-based polymer additive is in the range of 0.5 to 5% by weight.

상기 생분해성 폴리머는 본 발명의 임의의 측면의 목적에 적합한 모든 생분해성 폴리머일 수 있다. 특히, 상기 생분해성 재료는 생분해성 폴리에스테르, 예를 들어, 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS) 및/또는 락트산(PLA)으로부터 선택될 수 있다.The biodegradable polymer may be any biodegradable polymer suitable for the purpose of any aspect of the present invention. In particular, the biodegradable material may be selected from biodegradable polyesters, for example poly(butylene succinate) (PBS) and/or lactic acid (PLA).

본 발명에 따른 생분해성 폴리머 조성물은 첨가제를 함유하지 않는 생분해성 폴리머 조성물에 비하여 향상된 유동 특성을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 생분해성 폴리머 조성물은 첨가제를 함유하지 않는 생분해성 폴리머 조성물에 비하여 향상된 생분해 특성을 제공한다.The biodegradable polymer composition according to the present invention provides improved flow characteristics compared to the biodegradable polymer composition containing no additives. In addition, the biodegradable polymer composition according to the present invention provides improved biodegradability compared to the biodegradable polymer composition containing no additives.

따라서, 본 발명의 임의의 측면에 따른 바이오계 폴리머 첨가제를 폴리머에 첨가하는 단계를 포함하는 폴리머의 유동 특성 향상 방법이 또한 제공된다. 또한, 본 발명의 임의의 측면에 따른 바이오계 폴리머 첨가제를 생분해성 폴리머에 첨가하는 단계를 포함하는 생분해성 폴리머의 생분해 특성 향상 방법이 제공된다. 뿐만 아니라, 상기 바이오계 폴리머 첨가제가 바이오계 폴리머 첨가제 안료인 경우, 본 발명은 본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제 안료를 폴리머에 첨가하는 단계를 포함하는 폴리머의 착색 방법을 또한 제공한다.Accordingly, there is also provided a method for improving the flow properties of a polymer comprising adding to the polymer a bio-based polymer additive according to any aspect of the present invention. In addition, there is provided a method for improving biodegradable properties of a biodegradable polymer comprising the step of adding a bio-based polymer additive according to any aspect of the present invention to the biodegradable polymer. In addition, when the bio-based polymer additive is a bio-based polymer additive pigment, the present invention also provides a method for coloring a polymer comprising the step of adding the bio-based polymer additive pigment according to the present invention to the polymer.

하기의 단계들을 포함하는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법이 또한 제공된다:Also provided is a method of making a bio-based polymer additive comprising the following steps:

(a) 미생물 바이오매스를 제공하는 단계; 및(a) providing microbial biomass; And

(b) 상기 (a) 단계로부터 얻은 상기 바이오매스의 미생물 세포를 분쇄하는 단계.(b) crushing the microbial cells of the biomass obtained from the step (a).

특히, 상기 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법은 (c) 단계로서, 상기 (b) 단계로부터 얻은 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스를 분말화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 분말화 단계는 열 분말화법 또는 냉 분말화법으로부터 선택될 수 있다. 상기 열 분말화법은 분말 건조, 증발, 회전 건조, 기류 건조(flash drying), 디스크 건조, 캐스케이드 건조, 과열증기 건조로부터 선택될 수 있다. 상기 냉 분말화법은 냉동 건조, 분무응고 또는 분무냉각으로부터 선택될 수 있다. 대안적으로, 상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계로부터 얻어진 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스를 농축하는 단계를 포함할 수 있다.In particular, as step (c), the method for preparing the bio-based polymer additive may further include powdering the biomass of the pulverized microbial cells obtained from step (b). The powdering step may be selected from a thermal powdering method or a cold powdering method. The thermal powdering method may be selected from powder drying, evaporation, rotary drying, flash drying, disk drying, cascade drying, and superheated steam drying. The cold powdering method may be selected from freeze drying, spray coagulation, or spray cooling. Alternatively, step (c) may include the step of concentrating the biomass of the pulverized microbial cells obtained from step (b).

상기 (a) 단계의 미생물 바이오매스는 천연 자원, 생물반응기 또는 발효조로부터 수집함으로써 얻어질 수 있다. 특히, 상기 미생물 바이오매스는 리터당 50 내지 200 그램의 고체 농도로 수용액 중에 첨가될 수 있다. 특히, 상기 방법 중 (b) 단계는 20 내지 80℃의 온도에서 수행되는 기계적 세포 분쇄법일 수 있다. 상기 기계적 세포 분쇄법은 균질화법, 소성법, 동결-해동법, 막자사발과 막자법 또는 초음파법으로부터 선택될 수 있다.The microbial biomass of step (a) can be obtained by collecting from natural resources, bioreactors or fermenters. In particular, the microbial biomass may be added in the aqueous solution at a solid concentration of 50 to 200 grams per liter. In particular, step (b) of the method may be a mechanical cell pulverization method performed at a temperature of 20 to 80°C. The mechanical cell pulverization method may be selected from a homogenization method, a firing method, a freeze-thaw method, a mortar and pestle method, or an ultrasonic method.

본 발명의 임의의 측면에 따른 생분해성 폴리머 조성물로 제조된 물품이 또한 제공된다.Articles made of the biodegradable polymer composition according to any aspect of the invention are also provided.

도 1은 미세조류 바이오매스 분말로부터의 바이오계 폴리머 첨가제 안료가 몇몇 비율로 도입된 생분해성 수지(PBS)의 사진이다.
도 2는 미세조류 분말로부터의 바이오계 폴리머 첨가제 안료가 몇몇 비율로 도입된 생분해성 수지 (PLA)의 사진이다.
도 3은 효모 분말로부터의 바이오계 폴리머 첨가제 안료가 몇몇 비율로 도입된 생분해성 수지(PBS)의 사진이다.
도 4는 효모 분말로부터의 바이오계 첨가제 안료가 몇몇 비율로 도입된 생분해성 수지(PLA)의 사진이다.
도 5는 생분해성 폴리머를 나타내는 광학 현미경 사진으로, 미세조류 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제가 1.0%의 비율로 도입된 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)를 도시한다((A) 500x(좌측) 및 (B) 1000x(우측)).
도 6은 생분해성 폴리머를 나타내는 광학 현미경 사진으로, 미세조류 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제가 5.0%의 비율로 도입된 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)를 도시한다((A) 500x(좌측) 및 (B) 1000x(우측)).
도 7은 생분해성 폴리머를 나타내는 광학 현미경 사진으로, 미세조류 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제가 1.0%의 비율로 도입된 폴리락트산(PLA)을 도시한다((A) 500x(좌측) 및 (B) 1000x(우측)).
도 8은 생분해성 폴리머를 나타내는 광학 현미경 사진으로, 미세조류 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제가 5.0%의 비율로 도입된 폴리락트산(PLA)을 도시한다((A) 500x(좌측) 및 (B) 1000x(우측)).
도 9는 생분해성 폴리머를 나타내는 광학 현미경 사진으로, 효모 바이오매스부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제가 1.0%의 비율로 도입된 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)를 도시한다((A) 500x(좌측) 및 (B) 1000x(우측)).
도 10은 생분해성 폴리머를 나타내는 광학 현미경 사진으로, 효모 바이오매스부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제가 5.0%의 비율로 도입된 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)를 도시한다((A) 500x(좌측) 및 (B) 1000x(우측)).
도 11은 생분해성 폴리머를 나타내는 광학 현미경 사진으로, 효모 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제가 1.0%의 비율로 도입된 폴리락트산(PLA)을 도시한다((A) 500x(좌측) 및 (B) 1000x(우측)).
도 12는 생분해성 폴리머를 나타내는 광학 현미경 사진으로, 효모 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제가 5.0%의 비율로 도입된 폴리락트산(PLA)을 도시한다((A) 500x(좌측) 및 (B) 1000x(우측)).
도 13은 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 미세조류 유래의 첨가제가 도입된 폴리락트산(PLA) 폴리머의 용융 흐름 속도(melt flow rate: MFR) 값을 나타내는 막대 차트를 도시한다.
도 14는 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 효모 유래의 첨가제들이 도입된 폴리락트산(PLA) 폴리머의 용융 흐름 속도(MFR)를 나타내는 막대 차트를 도시한다.
도 15는 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 미세조류 유래의 첨가제가 도입된 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS) 폴리머의 증가된 생분해성의 백분율을 나타내는 막대 차트를 도시한다.
도 16은 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 효모 유래의 첨가제들이 도입된 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS) 폴리머의 백분율을 나타내는 막대 차트를 도시한다.
도 17a는 생분해성 폴리머를 나타내는 사진으로서, 선행 출원에 따라 세포 분쇄 없이 스피룰리나(Spirulina) 세포가 0 중량%, 0.001 중량% 및 0.005 중량%로 도입된 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)를 도시한다. 도 17b는 생분해성 폴리머를 나타내는 사진으로서, 본 발명에서 설명된 바와 같이 분쇄된 스피룰리나 세포가 0 중량%, 0.5 중량%, 1.0 중량%, 3.0 중량% 및 5.0 중량%로 도입된 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)를 도시한다.
1 is a photograph of a biodegradable resin (PBS) in which a bio-based polymer additive pigment from microalgal biomass powder is introduced in several proportions.
2 is a photograph of a biodegradable resin (PLA) in which a bio-based polymer additive pigment from microalgal powder is introduced in several proportions.
3 is a photograph of a biodegradable resin (PBS) in which a bio-based polymer additive pigment from yeast powder is introduced in several proportions.
4 is a photograph of a biodegradable resin (PLA) in which a bio-based additive pigment from yeast powder is introduced in several proportions.
5 is an optical micrograph showing a biodegradable polymer, showing a poly(butylene succinate) (PBS) in which a bio-based polymer additive prepared from microalgal biomass is introduced at a ratio of 1.0% ((A) 500x (Left) and (B) 1000x (Right)).
6 is an optical micrograph showing a biodegradable polymer, showing poly(butylene succinate) (PBS) in which a bio-based polymer additive prepared from microalgal biomass is introduced in a ratio of 5.0% ((A) 500x (Left) and (B) 1000x (Right)).
7 is an optical micrograph showing a biodegradable polymer, showing a polylactic acid (PLA) in which a bio-based polymer additive prepared from microalgal biomass was introduced at a ratio of 1.0% ((A) 500x (left) and ( B) 1000x (right)).
FIG. 8 is an optical micrograph showing a biodegradable polymer, showing polylactic acid (PLA) in which a bio-based polymer additive prepared from microalgal biomass was introduced in a ratio of 5.0% ((A) 500x (left) and ( B) 1000x (right)).
9 is an optical micrograph showing a biodegradable polymer, showing a poly(butylene succinate) (PBS) in which a bio-based polymer additive prepared from yeast biomass is introduced at a ratio of 1.0% ((A) 500x( Left) and (B) 1000x (right)).
FIG. 10 is an optical micrograph showing a biodegradable polymer, and shows poly(butylene succinate) (PBS) in which a bio-based polymer additive prepared from yeast biomass was introduced in a ratio of 5.0% ((A) 500x( Left) and (B) 1000x (right)).
11 is an optical micrograph showing a biodegradable polymer, showing polylactic acid (PLA) in which a bio-based polymer additive prepared from yeast biomass was introduced in a ratio of 1.0% ((A) 500x (left) and (B) ) 1000x (right)).
12 is an optical micrograph showing a biodegradable polymer, showing polylactic acid (PLA) in which a bio-based polymer additive prepared from yeast biomass was introduced in a ratio of 5.0% ((A) 500x (left) and (B) ) 1000x (right)).
13 is a bar chart showing a melt flow rate (MFR) value of a polylactic acid (PLA) polymer into which an additive derived from microalgae is introduced according to exemplary embodiments of the present invention.
14 is a bar chart showing the melt flow rate (MFR) of a polylactic acid (PLA) polymer into which yeast-derived additives are introduced according to exemplary embodiments of the present invention.
15 shows a bar chart showing the percentage of increased biodegradability of a poly(butylene succinate) (PBS) polymer into which an additive derived from microalgae is introduced according to exemplary embodiments of the present invention.
16 shows a bar chart showing the percentage of poly(butylene succinate) (PBS) polymer into which yeast-derived additives are introduced according to exemplary embodiments of the present invention.
17A is a photograph showing a biodegradable polymer, showing poly(butylene succinate) (PBS) in which Spirulina cells were introduced at 0% by weight, 0.001% by weight and 0.005% by weight without cell disruption according to the prior application. do. 17B is a photograph showing a biodegradable polymer, in which spirulina cells pulverized as described in the present invention are introduced at 0% by weight, 0.5% by weight, 1.0% by weight, 3.0% by weight, and 5.0% by weight of poly(butylene succinate). Nate) (PBS) is shown.

본 명세서에서 나타난 모든 측면들은 또한, 다르게 언급하지 않는 한, 본 발명의 임의의 다른 측면들로의 응용을 포함하는 것으로 의도된다.All aspects shown in this specification are also intended to cover application to any other aspects of the invention, unless stated otherwise.

본 명세서에서 사용된 기술적 용어 및 과학적 용어는, 다르게 언급되지 않는 한, 당해 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 것과 같은 정의를 갖는다.Technical terms and scientific terms used herein have the same definitions as understood by one of ordinary skill in the art, unless otherwise stated.

단수 명사 또는 대명사의 사용은, 특허청구범위 및/또는 명세서 중 용어 "~을 포함하는(comprising)"와 함께 사용되는 경우, "하나"를 의미하며, "하나 이상", "적어도 하나" 및 "하나 또는 하나 보다 많은"을 또한 포함한다.The use of singular nouns or pronouns, when used with the term "comprising" in the claims and/or specification, means "one", "one or more," "at least one," and " Also includes "one or more than one".

본 명세서에서, 용어 "미생물 바이오매스"는 미생물로부터 유래된 바이오매스를 지칭하고, 이는 미생물의 바이오매스를 포함하는 생명공학 산업으로부터 유래된다. 본 발명에 따른 미생물은 미세조류, 효모 및/또는 박테리아일 수 있다. 본 발명에 적합한 다른 미생물이 사용될 수 있다. 미생물 바이오매스는 천연 자원, 생물반응기 또는 발효조, 또는 생명공학 산업으로부터의 고체 폐기물 일부(예를 들어, 발효 공정에서 에탄올의 생성 이후의 맥주 효모, 사카로미세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae))로부터 수집될 수 있다. 본 출원 전체에 걸쳐서, 모든 유형의 미생물은 단세포 형태, 다세포 형태 또는 둘 모두로 지칭될 수 있다. In the present specification, the term "microbial biomass" refers to biomass derived from microorganisms, which is derived from the biotechnology industry including biomass of microorganisms. Microorganisms according to the invention may be microalgae, yeast and/or bacteria. Other microorganisms suitable for the present invention may be used. Microbial biomass is a natural resource, bioreactor or fermenter, or part of solid waste from the biotech industry (e.g., brewer's yeast after the production of ethanol in a fermentation process, Saccharomyces cerevisiae cerevisiae )). Throughout this application, all types of microorganisms may be referred to as unicellular forms, multicellular forms, or both.

본 명세서에서, 용어 "첨가제 안료를 포함하는 미생물 세포" 또는 "유색 안료를 포함하는 미생물 세포"는 천연 유색 안료 분자를 포함하는 미생물 세포, 예를 들어, 미세조류, 효모 및/또는 박테리아를 지칭한다. 예를 들어, 상기 유색 분자는 안토시아닌, 엽록소, 카로티노이드 및 피코빌린 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.As used herein, the term "microbial cell comprising an additive pigment" or "microbial cell comprising a colored pigment" refers to a microbial cell comprising a natural colored pigment molecule, for example, microalgae, yeast and/or bacteria . For example, the colored molecule can be selected from anthocyanins, chlorophyll, carotenoids and picobilins or mixtures thereof.

본 명세서에서, 용어 "바이오계 폴리머 첨가제"는 미생물 바이오매스의 세포를 분쇄함으로써 얻어진 첨가제(들)을 지칭한다.In this specification, the term "bio-based polymer additive" refers to an additive(s) obtained by crushing cells of microbial biomass.

본 명세서에서, 용어 "바이오계 폴리머 첨가제 안료"는 미생물 바이오매스의 세포를 분쇄함으로써 얻어진 첨가제 안료(들)을 지칭하며, 여기서 상기 미생물 세포는 유색 분자를 포함한다.As used herein, the term "bio-based polymer additive pigment" refers to an additive pigment(s) obtained by pulverizing cells of a microbial biomass, wherein the microbial cells contain colored molecules.

본 명세서에서, 용어 "안료"는 불용성 또는 용해성 유색 입자를 지칭한다.In this specification, the term “pigment” refers to insoluble or soluble colored particles.

본 명세서에서, 용어 "생분해성 폴리머 조성물"은 적어도 1종의 생분해성 폴리머 및 적어도 1종의 바이오계 폴리머 첨가제, 예를 들어, 본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제 안료를 포함하는 조성물을 지칭한다.As used herein, the term “biodegradable polymer composition” refers to a composition comprising at least one biodegradable polymer and at least one bio-based polymer additive, eg, a bio-based polymer additive pigment according to the present invention.

본 출원 전체에 걸쳐서, 본 명세서에 보여지거나 또는 나타난 임의의 값을 명시하기 위해 사용되는 용어 "약"은 변경되거나 또는 편차를 가질 수 있다. 이러한 변경 또는 편차는 다양한 값을 측정하기 위해 사용되는 장치 및 방법의 오차에 의해 야기될 수 있다.Throughout this application, the term “about” used to specify any value shown or indicated herein may vary or have variations. Such changes or deviations can be caused by errors in the apparatus and methods used to measure various values.

용어 "~을 포함한다(comprise)", "~을 갖는다(hvae)" 및 "~을 포함한다(include)"는 말단 개방형 연결 동사이다. "포함한다(comprise)", "포함하는(which comprise)", "갖는다(have)", "갖는(which have)", "포함한다(include)" 및 "포함하는(which include)"과 같은 이들 동사의 하나 이상의 형태 또한, 말단 개방형이다. 예를 들어, 하나 이상의 단계를 "포함하는(comprise)", "갖는(have)" 또는 "포함하는(include)" 임의의 방법은, 단지 그 하나 이상의 단계를 소유하는 것에만 제한되지 않고, 모든 명시되지 않은 단계들을 포괄한다.The terms "comprise", "hvae" and "include" are open-ended linking verbs. Such as "comprise", "which comprise", "have", "which have", "include" and "which include" One or more forms of these verbs are also open-ended. For example, any method of "comprise", "have" or "include" one or more steps, is not limited to only owning one or more steps, but all Covers steps not specified.

본 명세서에 언급된 임의의 계기, 장치, 방법 또는 시약은, 다르게 표시되지 않는 한, 당해 기술분야의 통상의 기술자에 의하여 일반적으로 사용되거나 또는 수행되는 계기, 장치, 방법 또는 시약을 의미하는 것으로 의도된다. Any instrument, device, method or reagent referred to herein is intended to mean an instrument, device, method or reagent generally used or performed by one of ordinary skill in the art, unless otherwise indicated. do.

미생물은 생명공학 분야에서 중요한 도구이다. 생물반응기 내에서 미생물 배양에 대한 몇몇 개발들이 오랫동안 일어났다. 예를 들어, 맥주 효모인 사카로미세스 세레비시아는 발효 공정을 통한 에탄올 생산에서 중요한 역할을 하며, 이때 부산물은 맥주 생산에서뿐만 아니라 자동차 산업에서 대체 에너지 공급으로서 또한 중요하다. 발효기(fermentor)에서 에탄올의 정제 이후, 효모 바이오매스는 부산물 또는 폐기물로서 간주된다. 사카로미세스 세레비시아 바이오매스는 적색 분자인 안토시아닌을 함유하고 착색제로서 사용될 수 있음이 알려져 있다. 따라서, 다량의 사카로미세스 세레비시아 효모 바이오매스는 이러한 에탄올 생산 공장에서의 부산물 또는 폐기물로 간주되고, 천연 착색제로서 사용될 수 있다.Microorganisms are an important tool in the field of biotechnology. Several developments for microbial culture in bioreactors have occurred for a long time. For example, the brewer's yeast Saccharomyces cerevisiae plays an important role in the production of ethanol through the fermentation process, with the by-products being important not only in beer production, but also as an alternative energy supply in the automotive industry. After purification of ethanol in the fermentor, the yeast biomass is considered as a by-product or waste. It is known that Saccharomyces cerevisiae biomass contains a red molecule, anthocyanin, and can be used as a colorant. Thus, large amounts of Saccharomyces cerevisiae yeast biomass are considered a by-product or waste in such ethanol production plants and can be used as natural colorants.

식품 및 식품 첨가제 응용 분야에서 조류 생산은 잘 알려져 있다. 최근, 미세조류는 몇몇 종류가 오일 및 지질을 생성하는 것으로 알려져 바이오연료 산업에서 주목을 받고 있다. 바이오매스 분별 이후 메탄올과 에스테르교환반응을 일으키는데, 이는 바이오디젤의 형성을 제공할 것이다. 따라서, 미세조류는 다른 에너지 작물 대비 높은 광합성 효율, 바이오매스 생산 및 더 빠른 성장과 같은 이점들의 조합으로 인해 연료 생산을 위한 우수한 후보로 제안되었다. 뿐만 아니라, 이러한 유기체들은 광독립영양적으로(photoautotrophically) 성장할 수 있기 때문에, 이들의 단순한 성장 요건들은 21세기에서 산업적 규모의 바이오연료의 생산을 위한 대규모 광생물반응기에서 성장하는데 적합하다.Algae production is well known in food and food additive applications. Recently, some types of microalgae are known to produce oils and lipids, and are attracting attention in the biofuel industry. After biomass fractionation, it undergoes transesterification with methanol, which will provide the formation of biodiesel. Therefore, microalgae has been proposed as an excellent candidate for fuel production due to its combination of advantages such as high photosynthetic efficiency, biomass production and faster growth compared to other energy crops. In addition, since these organisms can grow photoautotrophically, their simple growth requirements are suitable for growing in large-scale photobioreactors for the production of biofuels on an industrial scale in the 21st century.

미세조류는 광에너지 수확을 위한 유기 안료를 함유한다. 안료에는 3가지 주요 종들이 있다: 엽록소, 카로티노이드 및 피코빌린. 엽록소(녹색 안료) 및 카로티노이드(황색 또는 오렌지색 안료)는 친유성이고, 엽록소-단백질 복합체와 관련이 있는 반면에, 피코빌린은 친수성이다. 엽록소 분자는 중심에 마그네슘 원자를 함유하는 테트라피롤 고리와 긴사슬 테르페노이드 알코올로 구성된다. 구조적으로, a, b, c 및 d로 지정되는 다양한 유형의 엽록소 분자는 상기 테트라피롤 고리 상의 측면 치환기가 다르다. 모든 엽록소 분자는 2개의 주요 흡수 밴드를 갖는다: 청색 또는 청색-녹색(450-475nm) 및 적색(630-675 nm). Microalgae contain organic pigments for light energy harvesting. There are three main species of pigments: chlorophyll, carotenoids and picobilins. Chlorophyll (green pigment) and carotenoid (yellow or orange pigment) are lipophilic, and are associated with chlorophyll-protein complexes, while picobilin is hydrophilic. The chlorophyll molecule consists of a tetrapyrrole ring containing a magnesium atom in the center and a long-chain terpenoid alcohol. Structurally, the various types of chlorophyll molecules designated as a, b, c and d differ in the lateral substituents on the tetrapyrrole ring. All chlorophyll molecules have two main absorption bands: blue or blue-green (450-475 nm) and red (630-675 nm).

엽록소 a는 코어의 일부 및 반응 중심 안료 단백질 복합체로서 모든 산소성 광독립영양체(photoautotrophs)에 나타나고, 광 수확 안테나(light-harvesting antennae)에서 엽록소 b 또는 엽록소 c가 수반된다.Chlorophyll a appears in all photoautotrophs as part of the core and reactive central pigment protein complex, and is accompanied by chlorophyll b or chlorophyll c in the light-harvesting antennae.

카로티노이드는 400 내지 550 nm의 흡수 범위를 갖는 생물학적 발색단의 큰 그룹을 나타낸다. 카로티노이드의 기본 구조적 요소는 이중 결합 사슬로 컨쥬게이트된 18개의 탄소에 의해 연결된 2개의 헥사카본 고리이다. 이들은 일반적으로 탄화수소(카로틴, 예를 들어, 알파-카로틴, 베타-카로틴) 또는 산소화된 탄화수소(크산토필, 예를 들어, 루테인(lutein), 비올라크산틴(violaxanthin), 제아크산틴(zeaxanthin), 푸코크산틴(fucoxanthin), 페리디닌(peridinin))이다. Carotenoids represent a large group of biological chromophores with an absorption range of 400 to 550 nm. The basic structural elements of carotenoids are two hexacarbonyl rings linked by 18 carbons conjugated with a double bond chain. These are generally hydrocarbons (carotene, e.g. alpha-carotene, beta-carotene) or oxygenated hydrocarbons (xanthophyll, e.g. lutein, violaxanthin, zeaxanthin). , Fucoxanthin, peridinin).

카로티노이드는 광합성 기구에서 몇 가지 역할을 하는데, 즉 (1) 여기(excitation)를 엽록소 a에 전달하는 보조 광 수확 안료, (2) 광 수확 내의 구조적 개체 및 반응 중심 안료-단백질 복합체; 및 (3) 과도한 조사에 대한 보호에 요구되는 분자, 엽록소 트리플렛(chlorophyll triplet) 및 반응성 산소 종으로서 기능한다.Carotenoids play several roles in the photosynthetic machinery, namely (1) auxiliary light harvesting pigments that deliver excitation to chlorophyll a, (2) structural entities in light harvesting and reaction-centered pigment-protein complexes; And (3) a molecule required for protection against excessive irradiation, a chlorophyll triplet and a reactive oxygen species.

스피룰리나 종과 같은 시아노박테리아 및 적색 조류에서, 주요 안테나는 피코빌린, 예를 들어, 피코에리트로빌린(phycoerythrobilin), 피코시아노빌린(phycocyanobilin) 및 피코우로빌린(phycourobilin)을 함유한다. 이들 보조 안료는 청색-녹색, 청색, 녹색, 또는 오렌지색 광(500-650 nm)을 흡수한다. 피코빌린단백질(Phycobiliprotein)은 수용성이고, 상기 안료들은 아포단백질(apoprotein)에 공유결합된다.In cyanobacteria and red algae such as spirulina species, the main antennae contain phycobilins, such as phycoerythrobilin, phycocyanobilin and phycourobilin. These auxiliary pigments absorb blue-green, blue, green, or orange light (500-650 nm). Phycobiliprotein is water-soluble, and the pigments are covalently bound to apoprotein.

본 발명에 있어서, 미세조류는 남조식물문(Cyanophyta) 및 원핵녹조식물문(Prochlorophyta)의 원핵조류(prokaryotic algae); 또는 홍조식물문(Rhodophyta), 녹조식물문(Chlorophyta), 와편모조식물문(Dinophyta), 황갈조식물문(Chrysophyta), 후각편모조식물문(Prymnesiophyta), 규조식물문(Bacillariophyta), 황조식물문(Xanthophyta), 진안점조식물문(Eustigmatophyta), 침편모조식물문(Rhaphidophyta) 및 갈조식물문(Phaeophyta)의 진핵조류(eukaryotic algae)로부터 선택될 수 있다. 원핵조류의 예는 스피룰리나 종으로, 이는 엽록소, 피코시아닌(phycocyanin), 피코에리트린(Phycoerythrin), 베타카로틴(beta - carotene), 베타크립토크산틴(beta - cryptoxanthin) 및 제아크산틴(Zeaxanthin)을 함유하는 남조식물문의 시아노박테리아이다. 진핵조류의 예는 진안점조식물문의 나노클로로피시스 종(nannochloropsis sp.)이다.In the present invention, the microalgae is the prokaryotic algae of the blue- green algae ( Cyanophyta ) and the prokaryotic green algae ( Prochlorophyta ); Or red algae ( Rhodophyta ), green algae ( Chlorophyta ), and flagellum ( Dinophyta ), Chrysophyta , Prymnesiophyta , Bacillariophyta , Xanthophyta , Eustigmatophyta , Rhaphidophyta , and brown algae ( Phaeophyta ) can be selected from eukaryotic algae. Examples of prokaryotic algae are Spirulina species, which are chlorophyll, phycocyanin , phycoerythrin, beta - carotene , and Beta creep torque Santin (beta - cryptoxanthin) and the Southern Dynasties plants containing zeaxanthin (Zeaxanthin) is a no-contact cyano bacteria. An example of a eukaryotic algae is nannochloropsis sp.

본 발명에 있어서, 미생물은 프로테오박테리아문, 시아노박테리아문, 유박테리아문, 스피로헤타문 및 클라미디아문에서 유색 분자를 함유하는 원핵 미생물로부터 선택될 수 있다. In the present invention, the microorganism may be selected from prokaryotic microorganisms containing colored molecules from the proteobacteria, cyanobacteria, eubacteria, spiroheta and chlamydia.

본 발명에 있어서, 미생물은 접합균문, 진균문에서 유색 분자를 함유하는 진핵 미생물, 예를 들어, 안토시아닌의 적색 분자를 함유하는 사카로미세스 세레비시아로부터 선택될 수 있다.In the present invention, the microorganism may be selected from conjugated mycelia, eukaryotic microorganisms containing colored molecules in the fungal colony, for example, Saccharomyces cerevisiae containing red molecules of anthocyanins.

일 측면에 있어서, 본 발명은 생분해성 폴리머 조성물의 제조에 사용하기 위한 바이오계 폴리머 첨가제를 제공한다. 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조된다.In one aspect, the present invention provides a bio-based polymer additive for use in preparing a biodegradable polymer composition. The bio-based polymer additive is prepared from biomass of pulverized microbial cells.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 바이오계 폴리머 첨가제에서, 미생물의 바이오매스는 미세조류, 효모 및 박테리아 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 특히, 상기 바이오매스는 남조식물문, 원핵녹조식물문, 홍조식물문, 녹조식물문, 와편모조식물문, 황갈조식물문, 후각편모조식물문, 규조식물문, 황조식물문, 진안점조식물문, 침편모조식물문, 갈조식물문, 프로테오박테리아문, 시아노박테리아문, 유박테리아문, 스피로헤타문, 클라미디아문, 접합균문 또는 진균문 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 바이오매스는 미세조류 바이오매스 또는 효모 바이오매스 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.In the bio-based polymer additive according to an aspect of the present invention, the biomass of microorganisms may be selected from microalgae, yeast, and bacteria or mixtures thereof. In particular, the biomass is blue-green algae plant, prokaryotic green algae plant, red algae plant, green algae plant, and flagellum Yellow brown algae plant, olfactory flagellum plant, diatom plant, yellow algae plant, Jinan point plant, acupuncture flagellum, brown algae plant, proteobacteria, cyanobacteria, eubacteria, spiroheta, It may be selected from Chlamydia, conjugated mycelia, or mycelia, or combinations thereof. More specifically, the biomass is selected from microalgal biomass or yeast biomass or a combination thereof.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 본 발명은 생분해성 폴리머 및 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 생분새헝 폴리머 조성물을 제공한다. 더욱 바람직하게는, 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 0.05 내지 10 중량%의 범위이다. 가장 바람직하게는, 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 0.5 내지 5 중량%의 범위이다. 본 발명의 임의의 측면의 목적에 적합한 모든 생분해성 폴리머가 사용될 수 있다. 상기 생분해성 폴리머는 생분해성 폴리에스테르로부터 선택될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 생분해성 폴리에스테르는, 이에 제한되는 것은 아니나, 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS) 또는 폴리락트산(PLA) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In another aspect of the present invention, the present invention provides a biodegradable polymer composition comprising a biodegradable polymer and a bio-based polymer additive prepared from biomass of pulverized microbial cells. More preferably, the bio-based polymer additive is in the range of 0.05 to 10% by weight. Most preferably, the bio-based polymer additive is in the range of 0.5 to 5% by weight. Any biodegradable polymer suitable for the purposes of any aspect of the invention can be used. The biodegradable polymer may be selected from biodegradable polyesters. Thus, for example, the biodegradable polyester may be, but is not limited to, poly(butylene succinate) (PBS) or polylactic acid (PLA), or a mixture thereof.

분쇄된 바이오매스의 미생물 세포는, 미분쇄된 미생물 세포와 비교할 때, 바이오계 첨가제와 더욱 상용성이 있는 생분해성 폴리머를 제공하기 때문에 이로부터 제조된 생분해성 폴리머 조성물의 특성 및 특징(색상 특성을 포함함)을 향상시킴에 주목하는 것은 중요하다. 특히, 생분해성 폴리머 및 본 발명에 따른 분쇄된 미생물 세포의 미생물 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 상기 조성물의 사용하는 경우, 상기 생분해성 폴리머는 혼합 효율을 향상시키기 위한 상용화제(예를 들어, 오일)의 첨가 없이도 상기 첨가제와 효율적으로 혼합될 수 있다. 따라서, 추가적인 첨가제(본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제와 상이함)의 첨가 없이도, 바이오계 폴리머 첨가제로부터 유래된 미생물을 제조하기 위하여 미생물 세포의 분쇄 단계가 중요한 것으로 시사된다.The microbial cells of the pulverized biomass provide a biodegradable polymer that is more compatible with the bio-based additives when compared to the microbial cells of the pulverized biomass. It is important to note that it improves). In particular, when using the composition containing a biodegradable polymer and a bio-based polymer additive prepared from the microbial biomass of the pulverized microbial cells according to the present invention, the biodegradable polymer is a compatibilizer (e.g. For example, it can be efficiently mixed with the additives without the addition of oil). Therefore, it is suggested that the pulverization step of the microbial cells is important to produce microorganisms derived from the bio-based polymer additive, even without the addition of an additional additive (different from the bio-based polymer additive according to the present invention).

선행 기술에서 알려진 방법에서, 미생물은 일반적으로 먼저 건조된 후, 분쇄된다. 대조적으로, 본 발명의 공정에서는, 미생물 세포가 먼저 분쇄된 후, 첨가제의 제조를 위해, 예를 들어, 건조 단계 또는 용액 농축 단계에 의해 처리된다. 특히, 본 발명자들은 건조 또는 농축 단계 이전에 상기 세포들을 분쇄하는 것이 유리함을 발견하였는데, 그 이유는 세포벽 및/또는 세포막이 파괴된 후, 첨가제 분자, 예를 들어, 첨가제 안료 분자가 상기 세포벽 밖으로 노출될 수 있기 때문이다. 반면에, 세포를 분쇄하기 이전의 건조 단계는 세포벽/세포막의 붕괴 없이 세포 내의 물의 탈수를 야기한다. 그 결과로서, 상기 (안료를 포함하는)첨가제 분자는 건조된 세포 내로 포획되어, 건조된 세포로부터의 (안료를 포함하는)첨가제 분자의 방출이 어렵게 된다.In methods known in the prior art, microorganisms are generally first dried and then pulverized. In contrast, in the process of the invention, the microbial cells are first crushed and then treated for the production of additives, for example by a drying step or a solution concentration step. In particular, the inventors have found that it is advantageous to pulverize the cells before the drying or concentration step, because after the cell wall and/or cell membrane is destroyed, additive molecules, for example additive pigment molecules, are exposed outside the cell wall. Because it can be. On the other hand, the drying step prior to crushing the cells causes dehydration of water in the cells without disruption of the cell wall/cell membrane. As a result, the additive molecules (including the pigment) are trapped into the dried cells, making it difficult to release the additive molecules (including the pigment) from the dried cells.

본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 하기의 단계들을 포함하는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법에 관한 것이다:In another aspect of the present invention, the present invention relates to a method for preparing a bio-based polymer additive comprising the following steps:

(a) 미생물 바이오매스를 제공하는 단계; 및(a) providing microbial biomass; And

(b) 상기 (a) 단계로부터 얻은 바이오매스의 미생물 세포를 분쇄하는 단계.(b) crushing the microbial cells of the biomass obtained from the step (a).

상기 (a) 단계는 천연 호수 또는 석호, 개방 연못, 폐쇄형 광생물반응기로부터 미세조류 또는 기타 유색 분자 함유 미생물을 수확하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단계 (a)의 미생물 바이오매스는 이를 천연 자원, 생물반응기 또는 발효조로부터 수집함으로써 얻을 수 있다. 특히, 상기 미생물 바이오매스는 수용액 중에 리터당 50 내지 200 그램의 고체 농도로 첨가될 수 있다. 특히, 상기 방법 중 상기 (b) 단계는 20 내지 80℃의 온도에서 수행되는 기계적 세포 분쇄법일 수 있다. 기계적 세포 분쇄법은 균질화법, 소성법, 동결-해동법, 막자사발과 막자법 또는 초음파법으로부터 선택될 수 있다.The step (a) may include harvesting microalgae or other colored molecule-containing microorganisms from natural lakes or lagoons, open ponds, and closed photobioreactors. The microbial biomass of step (a) can be obtained by collecting it from natural resources, bioreactors or fermenters. In particular, the microbial biomass may be added in an aqueous solution at a solid concentration of 50 to 200 grams per liter. In particular, the step (b) of the method may be a mechanical cell pulverization method performed at a temperature of 20 to 80 °C. The mechanical cell pulverization method can be selected from a homogenization method, a firing method, a freeze-thaw method, a mortar and pestle method, or an ultrasonic method.

특히, 상기 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법은 (c) 단계로서, 상기 단계 (b)로부터 얻어진 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스를 분말화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 분말화 단계는 열 분말화법 또는 냉 분말화법으로부터 선택될 수 있다. 상기 열 분말화법은 분무 건조, 증발, 회전 건조, 기류 건조, 디스크 건조, 캐스케이드 건조, 과열증기 건조로부터 선택될 수 있다. 상기 냉 분말화법은 냉동 건조, 분무 응고 또는 분무 냉각으로부터 선택될 수 있다.In particular, as step (c), the method for preparing the bio-based polymer additive may further include powdering the biomass of the pulverized microbial cells obtained from step (b). The powdering step may be selected from a thermal powdering method or a cold powdering method. The thermal powdering method may be selected from spray drying, evaporation, rotary drying, airflow drying, disk drying, cascade drying, superheated steam drying. The cold powdering method may be selected from freeze drying, spray coagulation or spray cooling.

대안적으로, 상기 (c) 단계에서, 상기 첨가제의 제조는 분말화와 상이한 방법으로 얻어질 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스를 농축함으로써 제조될 수 있다. 더욱 특히, 상기 단계는 분쇄된 미생물의 바이오매스를 농축한 후, 가공될 수지(폴리머)와 상용성이 있는 적절한 액체 캐리어에 분산시키는 것을 포함한다. 더욱 특히, 이러한 대안적인 (c) 단계에 따르면, 상기 첨가제는 물을 포함하는 농축된 안료 분산액과 공비 증류에 의해 분산액 중의 물을 완전히 제거하기에 필요한 양의 방향족 탄화수소를 혼합함으로써 얻어질 수 있다. 이후, 생성된 균질한 슬러리는 감압 하에서 90℃ 이하의 온도에서 가열되어 잔류의 물 및 공비 혼합물로서 첨가된 방향족 탄화수소 및 저급 알코올을 제거할 수 있다.Alternatively, in step (c), the preparation of the additive may be obtained by a method different from powdering. For example, the additive may be prepared by concentrating the biomass of pulverized microbial cells. More particularly, the step includes concentrating the biomass of the pulverized microorganism and then dispersing it in a suitable liquid carrier compatible with the resin (polymer) to be processed. More particularly, according to this alternative step (c), the additive can be obtained by mixing a concentrated pigment dispersion containing water and an aromatic hydrocarbon in an amount necessary to completely remove the water in the dispersion by azeotropic distillation. Thereafter, the resulting homogeneous slurry is heated at a temperature of 90° C. or less under reduced pressure to remove residual water and aromatic hydrocarbons and lower alcohols added as an azeotropic mixture.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 생분해성 폴리머 조성물의 제조 방법에서의 사용을 위한 바이오계 폴리머 첨가제를 제공한다. 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 분해된 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조된다. 상기 바이오매스는 남조식물문, 원핵녹조식물문, 홍조식물문, 녹조식물문, 와편모조식물문, 황갈조식물문, 후각편모조식물문, 규조식물문, 황조식물문, 진안점조식물문, 침편모조식물문, 갈조식물문, 프로테오박테리아문, 시아노박테리아문, 유박테리아문, 스피로헤타문, 클라미디아문, 접합균문 또는 진균문, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 미생물의 고체 바이오매스로부터 얻어지거나 또는 유래된다. 특히, 상기 바이오매스는 미세조류 또는 효모 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 더욱 특히, 상기 미세조류 바이오매스는 스피룰리나로부터 선택되는 반면에, 상기 효모 바이오매스는 사카로미세스로부터 선택된다. 본 발명에 따른 첨가제는 앞서 설명된 바와 같이 제조될 수 있으며, 즉 하기의 단계들을 포함한다:According to one aspect of the present invention, the present invention provides a bio-based polymer additive for use in a method for preparing a biodegradable polymer composition. The bio-based polymer additive is prepared from biomass of degraded microbial cells. The biomass is blue-green algae, prokaryotic green algae, red algae, green algae, and flagellum Yellow brown algae plant, olfactory flagellum plant, diatom plant, yellow algae plant, Jinan point plant, acupuncture flagellum, brown algae plant, proteobacteria, cyanobacteria, eubacteria, spiroheta, It is obtained or derived from a solid biomass of microorganisms selected from Chlamydia, conjugated or fungal species, or combinations thereof. In particular, the biomass is selected from microalgae or yeast or combinations thereof. More particularly, the microalgal biomass is selected from Spirulina, while the yeast biomass is selected from Saccharomyces. The additive according to the invention can be prepared as previously described, i.e. it comprises the following steps:

(a) 미생물 바이오매스를 제공하는 단계; 및(a) providing microbial biomass; And

(b) 상기 (a) 단계로부터 얻어진 상기 바이오매스의 미생물 세포를 분쇄하는 단계.(b) crushing the microbial cells of the biomass obtained from the step (a).

추가적으로, 상기 방법은 (c) 상기 (b) 단계로부터 얻어진 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스를 분말화하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 (c) 단계는 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스를 농축하는 단계를 포함할 수 있다.Additionally, the method may include (c) powdering the biomass of the pulverized microbial cells obtained from the step (b). Alternatively, step (c) may include concentrating the biomass of the pulverized microbial cells.

본 발명의 특정 일 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 미생물 바이오매스로부터의 바이오계 폴리머 첨가제는 하기 단계들을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:According to one specific embodiment of the present invention, the bio-based polymer additive from microbial biomass according to the present invention can be prepared by a method comprising the following steps:

(a) 미생물 바이오매스를 얻는 단계로서, 상기 미생물 바이오매스는 생명 공학 산업으로부터 부산물 폐기물로서 폐기된 미생물의 바이오매스를 수집함으로써 얻어질 수 있고, 이는 일반적으로 고체 폐기물의 형태이다. 또한, 상기 바이오매스는 천연 자원, 예를 들어, 천연 호수, 석호, 개방 연못 또는 배양된 식물/반응기, 생물반응기 또는 발효조로부터 수확되는 것이 가능하다.(a) obtaining microbial biomass, which microbial biomass can be obtained by collecting biomass of microbial discarded as a by-product waste from the biotechnology industry, which is generally in the form of solid waste. It is also possible for the biomass to be harvested from natural resources, for example natural lakes, lagoons, open ponds or cultured plants/reactors, bioreactors or fermenters.

(b) 상기 (a) 단계로부터 얻어진 바이오매스의 미생물 세포를 분쇄하는 단계로서, 예시적인 일 구현예에 있어서, 상기 (a) 단계로부터 얻은 바이오매스는 수용액 중에 희석되어 건조된 바이오매스와 미리결정된 양의 바이오매스의 혼합물을 얻을 수 있다. 예시적인 일 구현예에 있어서, 바이오매스의 양은 고체 농도로 리터당 50 내지 200 그램이다. 이후, 바이오매스의 혼합물은 20 내지 80℃의 온도에서 기계적으로 세포 분쇄된다. 기계적 세포 분쇄법은 균질화법, 소성법, 동결-해동법, 막자사발과 막자법 또는 초음파법으로부터 선택될 수 있다.(b) pulverizing the microbial cells of the biomass obtained from step (a), in an exemplary embodiment, the biomass obtained from the step (a) is diluted in an aqueous solution and dried biomass and a predetermined A mixture of positive biomass can be obtained. In one exemplary embodiment, the amount of biomass is 50 to 200 grams per liter in solids concentration. Thereafter, the mixture of biomass is mechanically pulverized at a temperature of 20 to 80°C. The mechanical cell crushing method may be selected from a homogenization method, a firing method, a freeze-thaw method, a mortar and pestle method, or an ultrasonic method.

(c) 상기 (b) 단계로부터 얻어진 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스를 분말화하는 단계로서, 상기 (b) 단계로부터의 분쇄된 미생물 세포의 혼합물이 수용액 중에 희석된 이후 건조되어 분말화된 바이오계 폴리머 첨가제를 얻는다. 이 단계에서, 분말화 공정은 열 분말화법(예를 들어, 분무 건조, 증발, 회전 건조, 기류 건조, 디스크 건조, 캐스케이드 건조 또는 과열증기 건조) 또는 냉 분말화법(예를 들어, 냉동 건조, 분무 응고 또는 분무 냉각)을 사용함으로써 수행될 수 있다.(c) pulverizing the biomass of the pulverized microbial cells obtained from the step (b), wherein the mixture of the pulverized microbial cells obtained from the step (b) is diluted in an aqueous solution and then dried to powder Polymer additives are obtained. At this stage, the powdering process may be thermal powdering (e.g. spray drying, evaporation, rotary drying, airflow drying, disk drying, cascade drying or superheated steam drying) or cold powdering (e.g. freeze drying, spraying). Coagulation or spray cooling).

본 발명에 따른 생분해성 폴리머 조성물은 첨가제를 함유하지 않은 생분해성 폴리머 조성물에 비하여 향상된 유동 특성을 제공한다. 본 발명에 따른 생분해성 폴리머 조성물은 또한 첨가제를 함유하지 않은 생분해성 폴리머 조성물에 비하여 향상된 생분해 특성을 제공한다. The biodegradable polymer composition according to the present invention provides improved flow characteristics compared to the biodegradable polymer composition containing no additives. The biodegradable polymer composition according to the present invention also provides improved biodegradable properties compared to the biodegradable polymer composition containing no additives.

따라서, 본 발명의 임의의 측면에 따른 바이오계 폴리머 첨가제를 폴리머에 첨가하는 단계를 포함하는 폴리머의 유동 특성 향상 방법이 또한 제공된다. 또한, 본 발명의 임의의 측면에 따른 바이오계 폴리머 첨가제를 생분해성 폴리머에 첨가하는 단계를 포함하는 생분해성 폴리머의 생분해 특성의 향상 방법이 제공된다.Accordingly, there is also provided a method for improving the flow properties of a polymer comprising adding to the polymer a bio-based polymer additive according to any aspect of the present invention. Also provided is a method of improving the biodegradable properties of a biodegradable polymer comprising the step of adding a bio-based polymer additive according to any aspect of the present invention to the biodegradable polymer.

본 발명의 특정 일 측면에 따르면, 상기 미생물 바이오매스의 상기 미생물 세포는 적어도 1종의 유색 분자를 포함한다. 이 측면에 따르면, 본 발명에 따른 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 특히 생분해성 폴리머의 착색을 위한 안료로서 사용된다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 따른 바이오계 폴리머 첨가제는 바이오계 폴리머 첨가제 안료를 포함할 수 있거나 또는 바이오계 폴리머 첨가제 안료이다. 따라서, 완전히 천연 착색제로 제조된 바이오계 첨가제(안료)를 포함하는 생분해성 플라스틱이 제공되는데, 이때 사용되는 성분 또는 재료는 미생물 바이오매스와 같은 농업 또는 생명 공학 산업 이전의 산물로부터 유래되며, 이는 대량 생산 및 품질 제어가 용이하기 때문에, 경제적으로 상당히 가치가 있다. 이 측면에 따르면, 본 발명에 따른 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 착색제로서 사용될 수 있다.According to a specific aspect of the present invention, the microbial cells of the microbial biomass contain at least one colored molecule. According to this aspect, the bio-based polymer additive according to the invention is used in particular as a pigment for coloring biodegradable polymers. Thus, the bio-based polymer additive according to this aspect of the present invention may comprise a bio-based polymer additive pigment or is a bio-based polymer additive pigment. Thus, biodegradable plastics comprising bio-based additives (pigments) made entirely of natural colorants are provided, in which the ingredients or materials used are derived from products prior to the agricultural or biotech industries such as microbial biomass, which Due to its ease of production and quality control, it is of considerable economic value. According to this aspect, the bio-based polymer additive according to the present invention can be used as a colorant.

특히, 생분해성 폴리머의 제조시 착색제로 사용되는 바이오계 폴리머 첨가제 안료가 제공되는데, 상기 첨가제 안료는 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스로부터 유래된다.In particular, there is provided a bio-based polymer additive pigment used as a colorant in the production of a biodegradable polymer, wherein the additive pigment is derived from biomass of pulverized microbial cells.

본 발명의 측면에 따라 안료로서 사용되는 상기 바이오계 폴리머 첨가제에서, 바이오매스의 미생물은 미세조류, 효모 및 박테리아 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.In the bio-based polymer additive used as a pigment according to an aspect of the present invention, the microorganism of the biomass can be selected from microalgae, yeast and bacteria or mixtures thereof.

특히, 상기 미생물은 남조식물문, 원핵녹조식물문, 홍조식물문, 녹조식물문, 와편모조식물문, 황갈조식물문, 후각편모조식물문, 규조식물문, 황조식물문, 진안점조식물문, 침편모조식물문, 갈조식물문, 프로테오박테리아문, 시아노박테리아문, 유박테리아문, 스피로헤타문, 클라미디아문, 접합균문 또는 진균문, 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.In particular, the microorganisms include blue-green algae, prokaryotic green algae, red algae, green algae, and flagellum Yellow brown algae plant, olfactory flagellum plant, diatom plant, yellow algae plant, Jinan point plant, acupuncture flagellum, brown algae plant, proteobacteria, cyanobacteria, eubacteria, spiroheta, It may be selected from Chlamydia, conjugated or fungal, or combinations thereof.

상기 유색 분자는 안토시아닌, 엽록소, 카로틴(예를 들어, 알파카로틴, 베타카로틴 또는 산화된 탄화수소 크산토필(예를 들어, 루테인, 비올라크산틴, 제아크산틴, 푸코크산틴, 페리디닌, 베타레인, 포르피린, 피코빌린))을 포함하는 카로티노이드 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.The colored molecules are anthocyanin, chlorophyll, carotene (e.g., alpha-carotene, beta-carotene or oxidized hydrocarbon xanthophyll (e.g., lutein, violaxanthine, zeaxanthin, fucoxanthine, peridinin, beta-lane). , Porphyrin, picobilin)) or carotenoids or mixtures thereof.

생분해성 폴리머 및 안료로서의 사용을 위해 본 발명에 따른 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물이 또한 제공된다. 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 0.05 내지 10 중량%의 범위이다. 더욱 특히, 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 0.5 내지 5 중량%의 범위이다.A biodegradable polymer composition is also provided comprising a biodegradable polymer and a bio-based polymer additive prepared from the biomass of pulverized microbial cells according to the invention for use as a pigment. The bio-based polymer additive is in the range of 0.05 to 10% by weight. More particularly, the bio-based polymer additive is in the range of 0.5 to 5% by weight.

상기 생분해성 폴리머는 본 발명의 임의의 측면의 목적에 적합한 모든 생분해성 폴리머일 수 있다. 특히, 상기 생분해성 재료는 생분해성 폴리에스테르, 예를 들어, 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS) 및/또는 폴리락트산(PLA)으로부터 선택될 수 있다.The biodegradable polymer may be any biodegradable polymer suitable for the purpose of any aspect of the present invention. In particular, the biodegradable material may be selected from biodegradable polyesters, for example poly(butylene succinate) (PBS) and/or polylactic acid (PLA).

상기 바이오계 폴리머 첨가제가 바이오계 폴리머 첨가제 안료인 경우, 상기 바이오계 폴리머 첨가제 및 본 발명에 따른 상기 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물에 대해 이미 설명된 특성 이외에, 본 발명은 본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제 안료를 폴리머에 첨가하는 단계를 포함하는 폴리머의 착색 방법을 또한 제공한다. When the bio-based polymer additive is a bio-based polymer additive pigment, in addition to the characteristics already described for the bio-based polymer additive and the biodegradable polymer composition comprising the bio-based polymer additive according to the present invention, the present invention relates to the present invention. It also provides a method for coloring a polymer comprising the step of adding to the polymer a bio-based polymer additive pigment according to the present invention.

본 발명의 임의의 측면에 따른 생분해성 폴리머 조성물로 제조된 물품이 또한 제공된다.Articles made of the biodegradable polymer composition according to any aspect of the invention are also provided.

전술한 본 발명의 원리에 따른 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법이 이제 실시예와 함께 상세히 논의될 것이다. 본 명세서에서, 본 발명의 상세한 설명은 예로서 보여진다. 이는 본 발명의 다양한 구현예들을 예시하는 것을 의미이며, 본 발명의 원리 또는 개념을 제한하는 것을 의미하지 않는다.
A method of preparing a bio-based polymer additive according to the principles of the present invention described above will now be discussed in detail with examples. In this specification, the detailed description of the invention is shown by way of example. This is meant to illustrate various embodiments of the invention, and is not meant to limit the principles or concepts of the invention.

실시예Example 1: 미세조류 1: microalgae 바이오매스로부터From biomass 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제 안료의 제조 Preparation of additive pigment

하기 실시예는 미세조류 스피룰리나 바이오매스로부터 녹색 바이오계 첨가제 안료를 제조하는 것을 목적으로 한다.The following examples aim to prepare a green bio-based additive pigment from microalgal spirulina biomass.

폐쇄된 생물반응기로부터 수확한 미세조류인 스피룰리나 세포를 얻었다. 이후, 상기 세포를 탈이온수에 첨가하여 리터당 건조된 세포 200 g의 농도를 갖는 혼합물을 제조하였다. 이후, 균질기를 사용하여 30분간 10,000 rpm으로 상기 혼합물 중 스피룰리나 세포를 기계적으로 분쇄하였고, 이때 온도를 약 80℃ 아래로 유지하였다. 스피룰리나 세포의 분쇄로 생성된 혼합물을 탈이온수로 희석하여 리터당 건조된 세포 50g 농도를 갖는 혼합물을 제조하였다. 이후, 상기 혼합물을 약 160℃에서 약 0.3 L/h의 공급 속도로 건조시켜 미세조류 유래의 폴리머 첨가제 안료 분말을 얻었다. 얻어진 미세조류 유래의 폴리머 첨가제 안료 분말의 입자 크기를 입자 크기 분석기-Malvern Instrument (Mastersizer 2000)로 측정하였다. 입자의 평균 분포는 약 6 내지 9 마이크론이었다.
Spirulina cells, which are microalgae harvested from the closed bioreactor, were obtained. Thereafter, the cells were added to deionized water to prepare a mixture having a concentration of 200 g of dried cells per liter. Then, using a homogenizer, the spirulina cells in the mixture were mechanically crushed at 10,000 rpm for 30 minutes, and the temperature was maintained below about 80°C. The mixture obtained by pulverizing Spirulina cells was diluted with deionized water to prepare a mixture having a concentration of 50 g of dried cells per liter. Thereafter, the mixture was dried at about 160° C. at a feed rate of about 0.3 L/h to obtain a polymer additive pigment powder derived from microalgae. The particle size of the resulting microalgae-derived polymer additive pigment powder was measured with a particle size analyzer-Malvern Instrument (Mastersizer 2000). The average distribution of the particles was about 6 to 9 microns.

실시예Example 2: 효모 2: yeast 바이오매스로부터의From biomass 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제 안료의 제조 Preparation of additive pigment

효모 사카로미세스 바이오매스는 세포 내에 적색-오렌지색 유색 입자인 안토시아닌을 함유하는 것으로 알려져 있다. 하기 실시예는 효모 사카로미세스 바이오매스로부터 적색-오렌지색 바이오매스 첨가제 안료를 제조하는 것을 목적으로 한다.The yeast Saccharomyces biomass is known to contain red-orange colored particles, anthocyanins, in cells. The following examples aim to prepare a red-orange biomass additive pigment from yeast Saccharomyces biomass.

발효기로부터 효모 사카로미세스 바이오매스를 얻었다. 이후, 상기 세포를 탈이온수에 첨가하여 리터당 건조된 세포 200gdml 농도를 갖는 혼합물을 제조하였다. 이후, 균질기를 사용하여 30분간 10,000 rpm으로 상기 혼합물 중 사카로미세스 세포를 기계적으로 분쇄하였고, 이때 온도를 약 80℃ 아래로 유지하였다. 사카로미세스 세포의 분쇄로 생성된 혼합물을 탈이온수로 희석하여 리터당 건조된 세포 50g 농도를 갖는 혼합물을 제조하였다. 이후, 상기 혼합물을 약 160℃의 온도에서 약 0.3 L/h의 공급 속도로 건조시켜 효모 유래의 폴리머 첨가제 안료 분말을 얻었다. 상기 효모 유래의 폴리머 첨가제 안료 분말의 입자 크기를 입자 크기 분석기-Malvern Instrument (Mastersizer 2000)로 측정하였다. 입자의 평균 분포는 약 6 내지 9 마이크론이었다.Yeast Saccharomyces biomass was obtained from the fermentor. Thereafter, the cells were added to deionized water to prepare a mixture having a concentration of 200gdml of dried cells per liter. Thereafter, the Saccharomyces cells in the mixture were mechanically pulverized at 10,000 rpm for 30 minutes using a homogenizer, and the temperature was maintained below about 80°C. The mixture produced by crushing Saccharomyces cells was diluted with deionized water to prepare a mixture having a concentration of 50 g of dried cells per liter. Thereafter, the mixture was dried at a temperature of about 160° C. at a feed rate of about 0.3 L/h to obtain a yeast-derived polymer additive pigment powder. The particle size of the yeast-derived polymer additive pigment powder was measured with a particle size analyzer-Malvern Instrument (Mastersizer 2000). The average distribution of the particles was about 6 to 9 microns.

이제 본 발명의 다른 측면으로 넘어가면, 본 발명은 생분해성 폴리머 제조시 사용을 위한 생분해성 폴리머 및 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물을 개시한다. 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 전술한 방법에 따라 제조된다. Turning now to another aspect of the present invention, the present invention discloses a biodegradable polymer composition comprising a biodegradable polymer and a bio-based polymer additive for use in preparing the biodegradable polymer. The bio-based polymer additive is prepared according to the method described above.

본 발명의 예시적인 구현예에 따른 생분해성 폴리머 조성물은, 생분해성 폴리에스테르, 바람직하게는, 폴리락트산(PLA) 또는 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)로부터 선택되는 생분해성 폴리머 및 본 발명에서 설명된 바와 같은 방법에 의해 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함한다.The biodegradable polymer composition according to an exemplary embodiment of the present invention is a biodegradable polymer selected from biodegradable polyester, preferably polylactic acid (PLA) or poly(butylene succinate) (PBS), and in the present invention And a bio-based polymer additive prepared by the method as described.

일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 생분해성 폴리머 조성물은 생분해성 폴리에스테르, 예를 들어, 폴리락트산(PLA) 또는 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)로부터 선택되는 생분해성 폴리머 및 약 0.05 내지 10 중량% 범위의 바이오계 폴리머 첨가제를 포함한다.In one embodiment, the biodegradable polymer composition according to the present invention is a biodegradable polymer selected from a biodegradable polyester, for example polylactic acid (PLA) or poly(butylene succinate) (PBS), and about 0.05 to Bio-based polymer additives in the range of 10% by weight.

일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 생분해성 폴리머 조성물은 생분해성 폴리에스테르, 예를 들어, 폴리락트산(PLA) 또는 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)로부터 선택되는 생분해성 폴리머 및 약 0.5 내지 5 중량%의 범위의 바이오계 폴리머 첨가제를 포함한다.In one embodiment, the biodegradable polymer composition according to the present invention is a biodegradable polymer selected from a biodegradable polyester, for example, polylactic acid (PLA) or poly(butylene succinate) (PBS), and about 0.5 to Bio-based polymer additives in the range of 5% by weight.

일 구현예에 있어서, 상기 생분해성 폴리머 조성물은 PBS 및 스피룰리나로부터 선택된 미세조류 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하고, 상기 첨가제는 약 0.5 내지 5 중량%의 범위이다.In one embodiment, the biodegradable polymer composition comprises a bio-based polymer additive prepared from microalgal biomass selected from PBS and spirulina, and the additive is in the range of about 0.5 to 5% by weight.

일 구현예에 있어서, 상기 생분해성 폴리머 조성물은 PLA 및 스피룰리나로부터 선택된 미세조류 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하고, 상기 첨가제는 약 0.5 내지 5 중량%의 범위이다.In one embodiment, the biodegradable polymer composition comprises a bio-based polymer additive prepared from microalgal biomass selected from PLA and spirulina, and the additive is in the range of about 0.5 to 5% by weight.

일 구현예에 있어서, 상기 생분해성 폴리머 조성물은 PBS 및 사카로미세스로부터 선택된 효모 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하고, 상기 첨가제는 약 0.5 내지 5 중량%의 범위이다.In one embodiment, the biodegradable polymer composition comprises a bio-based polymer additive prepared from yeast biomass selected from PBS and Saccharomyces, and the additive is in the range of about 0.5 to 5% by weight.

일 구현예에 있어서, 상기 생분해성 폴리머 조성물은 PLA 및 사카로미세스로부터 선택된 효모 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하고, 상기 첨가제는 약 0.5 내지 5 중량%의 범위이다.In one embodiment, the biodegradable polymer composition comprises a bio-based polymer additive prepared from yeast biomass selected from PLA and Saccharomyces, and the additive is in the range of about 0.5 to 5% by weight.

본 발명에 따른 생분해성 폴리머 조성물은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적으로 알려진 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:The biodegradable polymer composition according to the present invention can be prepared by a method commonly known to those skilled in the art. The method includes the following steps:

- 생분해성 폴리머와 본 발명에 따라 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 미리정해진 비율로 혼합하는 단계;-Mixing the biodegradable polymer and the bio-based polymer additive prepared according to the present invention in a predetermined ratio;

- 미리 정해진 공급 속도(압출기의 축은 미리 정해진 온도에서 가열되고, 축 속도는 미리 정해진 속도로 설정됨)로 상기 혼합물을 압출기에 공급함으로써 상기 혼합물을 압출하는 단계;-Extruding the mixture by feeding the mixture to an extruder at a predetermined feed rate (the shaft of the extruder is heated at a predetermined temperature, and the screw speed is set at a predetermined speed);

- 압출된 재료를 작은 조각으로 절단하는 단계;-Cutting the extruded material into small pieces;

- 몰드로 사출하여 성형된 시편을 얻는 단계-Injecting into a mold to obtain a molded specimen

본 발명에 따른 생분해성 폴리머 조성물은 하기 실시예들에 따른 방법/공정을 사용하여 생성될 수 있다.
The biodegradable polymer composition according to the present invention can be produced using the method/process according to the following examples.

실시예Example 3: 3: PBSPBS 및 미세조류 And microalgae 바이오매스로부터From biomass 제조된 Manufactured 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제를 포함하는 Containing additives 폴리머Polymer 조성물 Composition

본 실시예에서, 미쓰비시 케미칼 코포레이션(Mitsubishi Chemical Corporation)으로부터의 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS) FZ71PD를 실시예 1에서 유래된 바이오계 폴리머 첨가제 분말과 0.5, 1.0, 3.0 및 5.0 중량%의 비율로 혼합하였다. 상기 혼합물을 분당 약 1.5 g의 공급 속도로 압출기, 구체적으로, 압출기 라인 및 혼합기(Haake Rheometer Os)에 공급하였고, 이때 압출기의 축은 약 170℃까지 가열하였고, 축 속도는 120 RPM으로 설정하였다. 이후, 압출된 폴리머 조성물을 Haake Rheometer OS으로 절단하여 크기를 감소시켰다. 이후, 61 kg/h의 용량을 갖는 인젝터 EC100II2A (Toshiba)를 사용하여 상기 혼합물을 덤벨 형상의 시편으로 만들었다. 200 MPa의 주입 압력 하에서, 165℃의 배럴 온도 및 40℃의 성형 온도에서 사출을 수행하였다. 이후, 완료된 시편(도 1)의 성능을 테스트하였다.
In this example, poly(butylene succinate) (PBS) FZ71PD from Mitsubishi Chemical Corporation was mixed with the bio-based polymer additive powder derived from Example 1 in a ratio of 0.5, 1.0, 3.0 and 5.0% by weight Mixed with. The mixture was fed to an extruder, specifically an extruder line and mixer (Haake Rheometer Os) at a feed rate of about 1.5 g per minute, wherein the shaft of the extruder was heated to about 170° C., and the shaft speed was set to 120 RPM. Then, the extruded polymer composition was cut with Haake Rheometer OS to reduce the size. Then, the mixture was made into a dumbbell-shaped specimen using an injector EC100II2A (Toshiba) having a capacity of 61 kg/h. Under the injection pressure of 200 MPa, injection was performed at a barrel temperature of 165°C and a molding temperature of 40°C. Then, the performance of the finished specimen (Fig. 1) was tested.

실시예Example 4: 4: PLAPLA 및 미세조류 And microalgae 바이오매스로부터From biomass 제조된 Manufactured 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제를 포함하는 Containing additives 폴리머Polymer 조성물 Composition

본 실시예에서, Naturework로부터의 폴리락트산(PLA) 2002D를 실시예 1에 따라 제조된 바이오계 폴리머 첨가제 분말과 약 0.5, 1.0, 3.0 및 5.0 중량%의 비율로 혼합하였다. 상기 혼합물을 분당 약 1.5 g의 공급 속도로 압출기, 구체적으로, 압출기 라인 및 혼합기(Haake Rheometer Os)에 공급하였고, 이때 축은 약 170℃까지 가열하였고, 축 속도는 120 RPM으로 설정하였다. 이후, 압출된 폴리머 조성물을 Haake Rheometer OS으로 절단하여 크기를 감소시켰다. 이후, 61 kg/h의 용량을 갖는 인젝터 EC100II2A (Toshiba)를 사용하여 상기 혼합물을 덤벨 형상의 시편으로 만들었다. 200 MPa의 주입 압력 하에서, 165℃의 배럴 온도 및 40℃의 성형 온도에서 사출을 수행하였다. 이후, 완료된 시편(도 2)의 성능을 테스트하였다.
In this example, polylactic acid (PLA) 2002D from Naturework was mixed with the bio-based polymer additive powder prepared according to Example 1 in a ratio of about 0.5, 1.0, 3.0 and 5.0% by weight. The mixture was fed to an extruder, specifically an extruder line and mixer (Haake Rheometer Os) at a feed rate of about 1.5 g per minute, where the shaft was heated to about 170° C. and the shaft speed was set to 120 RPM. Then, the extruded polymer composition was cut with Haake Rheometer OS to reduce the size. Then, the mixture was made into a dumbbell-shaped specimen using an injector EC100II2A (Toshiba) having a capacity of 61 kg/h. Under the injection pressure of 200 MPa, injection was performed at a barrel temperature of 165°C and a molding temperature of 40°C. Then, the performance of the finished specimen (Fig. 2) was tested.

실시예Example 5: 5: PBSPBS 및 효모 And yeast 바이오매스로부터From biomass 제조된 Manufactured 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제를 포함하는 Containing additives 폴리머Polymer 조성물 Composition

본 실시예에서, 미쓰비시 케미칼 코포레이션(Mitsubishi Chemical Corporation)으로부터의 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS)를 실시예 2의 효모 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제와 0.5, 1.0, 3.0 및 5.0 중량%의 비율로 혼합하였다. 이후, 상기 혼합물을 분당 약 1.5 g의 공급 속도로 압출기, 구체적으로, 압출기 라인 및 혼합기(Haake Rheometer Os)에 공급하였고, 이때 압출기의 축은 약 170℃까지 가열하였고, 축 속도는 120 RPM으로 설정하였다. 이후, 압출된 폴리머 조성물을 Haake Rheometer OS으로 절단하여 크기를 감소시켰다. 이후, 61 kg/h의 용량을 갖는 인젝터 EC100II2A (Toshiba)를 사용하여 상기 혼합물을 덤벨 형상의 시편으로 만들었다. 200 MPa의 주입 압력 하에서, 165℃의 배럴 온도 및 40℃의 성형 온도에서 사출을 수행하였다. 이후, 완료된 시편(도 3)의 성능을 테스트하였다.
In this example, poly(butylene succinate) (PBS) from Mitsubishi Chemical Corporation was added to the bio-based polymer additive prepared from the yeast biomass of Example 2 and 0.5, 1.0, 3.0 and 5.0% by weight. It was mixed in a ratio of. Thereafter, the mixture was supplied to an extruder, specifically, an extruder line and mixer (Haake Rheometer Os) at a feed rate of about 1.5 g per minute, at which time the shaft of the extruder was heated to about 170° C., and the shaft speed was set to 120 RPM. . Then, the extruded polymer composition was cut with Haake Rheometer OS to reduce the size. Then, the mixture was made into a dumbbell-shaped specimen using an injector EC100II2A (Toshiba) having a capacity of 61 kg/h. Under the injection pressure of 200 MPa, injection was performed at a barrel temperature of 165°C and a molding temperature of 40°C. Then, the performance of the finished specimen (Fig. 3) was tested.

실시예Example 6: 6: PLAPLA 및 효모 And yeast 바이오매스로부터From biomass 제조된 Manufactured 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제를 포함하는 Containing additives 폴리머Polymer 조성물 Composition

본 실시예에서, Naturework로부터의 폴리락트산(PLA) 2002D를 실시예 2의 효모 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제와 약 0.5, 1.0, 3.0 및 5.0 중량%의 비율로 혼합하였다. 상기 혼합 재료를 분당 약 1.5 g의 공급 속도로 압출기, 구체적으로, 압출기 라인 및 혼합기(Haake Rheometer Os)에 공급하였고, 이때 축은 약 170℃의 온도까지 가열하였고, 축 속도는 120 RPM으로 설정하였다. 이후, 압출된 폴리머 조성물을 Haake Rheometer OS으로 절단하여 크기를 감소시켰다. 이후, 61 kg/h의 용량을 갖는 인젝터 EC100II2A (Toshiba)를 사용하여 상기 혼합물을 덤벨 형상의 시편으로 만들었다. 200 MPa의 주입 압력 하에서, 165℃의 배럴 온도 및 40℃의 성형 온도에서 사출을 수행하였다. 이후, 완료된 시편(도 4)의 성능을 테스트하였다.In this example, polylactic acid (PLA) 2002D from Naturework was mixed with a bio-based polymer additive prepared from the yeast biomass of Example 2 at a ratio of about 0.5, 1.0, 3.0 and 5.0% by weight. The mixed material was fed to an extruder, specifically an extruder line and mixer (Haake Rheometer Os) at a feed rate of about 1.5 g per minute, wherein the shaft was heated to a temperature of about 170° C., and the shaft speed was set to 120 RPM. Then, the extruded polymer composition was cut with Haake Rheometer OS to reduce the size. Then, the mixture was made into a dumbbell-shaped specimen using an injector EC100II2A (Toshiba) having a capacity of 61 kg/h. Under the injection pressure of 200 MPa, injection was performed at a barrel temperature of 165°C and a molding temperature of 40°C. Then, the performance of the finished specimen (Fig. 4) was tested.

모든 실시예 3-6에서 PBS 또는 PLA 및 본 발명에 따른 분쇄된 미생물 세포의 미세조류 바이오매스 또는 효모 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 조성물을 사용하면, PBS 및 PLA 모두 오일과 같이 혼합 효율을 향상시키기 위한 상용화제의 첨가 없이도, 상기 첨가제와 효율적으로 혼합될 수 있음이 주목된다.In all Examples 3-6, when using a composition comprising PBS or PLA and a bio-based polymer additive prepared from microalgal biomass or yeast biomass of pulverized microbial cells according to the present invention, both PBS and PLA are like oil. It is noted that even without the addition of a compatibilizer to improve mixing efficiency, it can be efficiently mixed with the additive.

추가적으로, 최종 생성물의 요구되는 특성에 따라, 상기 바이오계 폴리머 첨가제 및 생분해성 폴리머 사이의 비율을 달리하는 것이 가능함이 주목되어야 한다. 본 발명 및 실시예에 따르면, 바이오계 폴리머 첨가제와 생분해성 폴리머의 다양한 비율은 생분해성 폴리머 조성물의 기계적 특성을 유지하는 것에 기초하여 결정되었다. 바이오계 폴리머 첨가제의 범위는 0.05 내지 10 중량%, 바람직하게는, 0.5 내지 5 중량%이다. 도 1 내지 17은 본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제를 사용하여 생성된 생분해성 폴리머 조성물로부터 성형된 물품의 다양한 특징 및 특성들을 도시한다. 또한, 상기 바이오계 폴리머 첨가제의 중량%가 0.05 미만인 경우, 상기 바이오계 폴리머 첨가제의 특성이 상당히 감소하고, 이에 따라, 상기 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머로부터 생성된 생분해성 폴리머 조성물이 요구되는 특성을 갖지 않음이 주목된다. 대조적으로, 10% 초과의 상기 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물에서 바람직하지 않은 기계적 특성이 관찰되었다.Additionally, it should be noted that it is possible to vary the ratio between the bio-based polymer additive and the biodegradable polymer, depending on the required properties of the final product. According to the present invention and examples, various ratios of the bio-based polymer additive and the biodegradable polymer were determined based on maintaining the mechanical properties of the biodegradable polymer composition. The range of the bio-based polymer additive is 0.05 to 10% by weight, preferably 0.5 to 5% by weight. 1-17 show various features and properties of articles molded from biodegradable polymer compositions produced using bio-based polymer additives according to the present invention. In addition, when the weight% of the bio-based polymer additive is less than 0.05, the properties of the bio-based polymer additive are significantly reduced, and accordingly, a biodegradable polymer composition produced from a biodegradable polymer containing the additive is required. It is noted that it does not have. In contrast, undesirable mechanical properties were observed in biodegradable polymer compositions comprising more than 10% of the bio-based polymer additive.

따라서, 본 발명에 따른 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 포함하는 생분해성 폴리머로 생성된 생분해성 폴리머 조성물은, 실시예에서와 같이, 더 높은 폴리머 특성뿐만 아니라 생산 효율을 향상시킴을 입증한다. 이러한 이점들은 하기 비교예를 참조하면 더욱 명확해질 것이다.
Therefore, the biodegradable polymer composition produced from the biodegradable polymer containing the bio-based polymer additive prepared from the biomass of the pulverized microbial cells according to the present invention, as in the Examples, has higher polymer properties as well as production efficiency. Demonstrate improvement. These advantages will become more apparent with reference to the following comparative examples.

비교예Comparative example 1 One

본 발명에 따른 미세조류 바이오매스 또는 효모 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 사용하지 않았다는 점을 제외하고, 실시예 3 및 5에서와 동일한 방법으로 PBS 조성물을 제조하였다. 이후, 상기 조성물을 성형품으로 압출 및 성형하였다. 이후, 완료된 시편의 성능을 테스트하였다.
A PBS composition was prepared in the same manner as in Examples 3 and 5, except that a bio-based polymer additive prepared from microalgal biomass or yeast biomass according to the present invention was not used. Then, the composition was extruded and molded into a molded article. Then, the performance of the finished specimen was tested.

비교예Comparative example 2 2

본 발명에 따른 미세조류 바이오매스 또는 효모 바이오매스로부터 제조된 바이오계 폴리머 첨가제를 사용하지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 4 및 6에서와 동일한 방법으로 PLA 조성물을 제조하였다. 이후, 상기 조성물을 성형품으로 압출 및 성형하였다. 이후, 완료된 시편의 성능을 테스트하였다.
A PLA composition was prepared in the same manner as in Examples 4 and 6, except that a bio-based polymer additive prepared from microalgal biomass or yeast biomass according to the present invention was not used. Then, the composition was extruded and molded into a molded article. Then, the performance of the finished specimen was tested.

본 발명에 따라 미세조류 Microalgae according to the invention 바이오매스Biomass 또는 효모 Or yeast 바이오매스로부터From biomass 유래된Derived 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제를 포함하는 생분해성 Biodegradable with additives 폴리머Polymer 조성물의 기계적 특성의 측정 Measurement of the mechanical properties of the composition

아래 설명된 방법을 사용하여 실시예 3 내지 6 및 비교예 1 및 2로부터의 생분해성 폴리머의 기계적 특성을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다. 만능 시험기(브랜드: Zwick/Roell, 모델: Z050 TE)을 사용하여 ASTM D638에 명시된 방법에 따라 인장 강도 및 파단 신율을 테스트하였다. 23℃의 온도 및 50℃의 습도에서 테스트를 수행하였다. 하기 식 (1)에 의해 파단 인장 응력을 측정하였고, 하기 식 (2)에 의해 파단 신율을 측정하였다.The mechanical properties of the biodegradable polymers from Examples 3 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were measured using the method described below. The results are shown in Table 1. Tensile strength and elongation at break were tested according to the method specified in ASTM D638 using a universal testing machine (brand: Zwick/Roell, model: Z050 TE). The test was performed at a temperature of 23°C and a humidity of 50°C. The tensile stress at break was measured by the following equation (1), and the elongation at break was measured by the following equation (2).

인장 강도 (MPa) = 파단 하중 (N)/ 단면적 (mm2) (1)Tensile strength (MPa) = breaking load (N)/ cross-sectional area (mm 2 ) (1)

파단 신율 (%) = [(파단신율 - 주간 거리)/ 주간 거리] x 100 (2) Elongation at break (%) = [(Elongation at break-weekly distance)/ weekly distance] x 100 (2)

표 1은 바이오계 폴리머 첨가제를 함유하는 생분해성 폴리머 조성물의 기계적 특성을 나타낸다.Table 1 shows the mechanical properties of the biodegradable polymer composition containing the bio-based polymer additive.

샘플 이름Sample name E (MPa)E (MPa) 인장 응력Tensile stress 파단 신율(%)Elongation at break (%) 항복시Upon surrender 최대maximum 파단시At break 첨가제가 없는 PLA PLA without additives 3740±863740±86 77.5±0.577.5±0.5 77.5±0.577.5±0.5 65.7±1.265.7±1.2 5.1±0.95.1±0.9 PLA + 미세조류 0.5%PLA + 0.5% microalgae 3800±743800±74 71.9±0.771.9±0.7 71.9±0.771.9±0.7 59.3±1.859.3±1.8 5.4±1.45.4±1.4 PLA + 미세조류 1%PLA + Microalgae 1% 3750±1273750±127 69.1±0.469.1±0.4 68.5±1.068.5±1.0 61.8±5.461.8±5.4 3.5±1.43.5±1.4 PLA + 미세조류 3%PLA + microalgae 3% 3650±1013650±101 64.1±0.964.1±0.9 64.1±0.964.1±0.9 53.6±0.953.6±0.9 4.6±0.84.6±0.8 PLA+ 미세조류 5%PLA+ microalgae 5% 3760±563760±56 62.0±0.262.0±0.2 57.4±6.957.4±6.9 53.6±4.953.6±4.9 2.4±1.02.4±1.0 PLA + 효모 0.5%PLA + Yeast 0.5% 3830±1453830±145 69.3±0.369.3±0.3 69.3±0.369.3±0.3 59.6±3.259.6±3.2 5.7±2.35.7±2.3 PLA + 효모 1%PLA + Yeast 1% 3920±1683920±168 66.7±0.366.7±0.3 66.7±0.366.7±0.3 55.3±1.355.3±1.3 5.9±1.05.9±1.0 PLA + 효모 3%PLA + Yeast 3% 3720±1273720±127 59.2±0.659.2±0.6 59.2±0.659.2±0.6 51.4±4.451.4±4.4 5.9±3.15.9±3.1 PLA + 효모 5%PLA + Yeast 5% 3790±903790±90 56.4±0.356.4±0.3 56.4±0.356.4±0.3 50.2±3.250.2±3.2 3.2±0.83.2±0.8 첨가제가 없는 PBS PBS without additives 786±26786±26 41.4±0.341.4±0.3 41.4±0.341.4±0.3 40.4±0.940.4±0.9 17±1.717±1.7 PBS + 미세조류 0.5%PBS + 0.5% microalgae 815±31815±31 41.1±0.441.1±0.4 40.9±0.540.9±0.5 40.3±1.040.3±1.0 16±2.316±2.3 PBS + 미세조류 1%PBS + 1% microalgae 814±8.5814±8.5 40.0±0.240.0±0.2 40.1±0.240.1±0.2 38.6±1.638.6±1.6 16±1.116±1.1 PBS + 미세조류 3%PBS + 3% microalgae 829±15829±15 36.7±0.236.7±0.2 36.8±0.236.8±0.2 35.9±0.935.9±0.9 13±1.213±1.2 PBS + 미세조류 5%PBS + 5% microalgae 862±28862±28 34.7±0.434.7±0.4 34.6±0.334.6±0.3 34.0±0.434.0±0.4 12±0.812±0.8 PBS + 효모 0.5%PBS + Yeast 0.5% 799±23799±23 40.5±0.540.5±0.5 40.5±0.340.5±0.3 39.8±0.839.8±0.8 16±1.516±1.5 PBS + 효모 1%PBS + yeast 1% 814±34814±34 39.3±0.139.3±0.1 39.2±0.239.2±0.2 38.5±0.938.5±0.9 14±0.814±0.8 PBS + 효모 3%PBS + yeast 3% 828±47828±47 37.0±0.237.0±0.2 37.0±0.337.0±0.3 36.3±0.636.3±0.6 14±0.714±0.7 PBS + 효모 5%PBS + 5% yeast 869±38869±38 34.8±0.234.8±0.2 35.1±0.435.1±0.4 34.4±0.934.4±0.9 14±1.014±1.0

상기 결과는 상기 바이오계 폴리머 첨가제를 함유하는 PLA 및 PBS 수지 모두그 기계적 특성이 첨가제 함량의 증가에 따라 감소하였음을 보여주었다. 이는 바람직하지 않은 기계적 특성이 PLA 및 PBS 수지로 혼입된 첨가제의 백분율을 제한함을 시사한다.The results showed that the mechanical properties of both the PLA and PBS resins containing the bio-based polymer additive decreased with the increase of the additive content. This suggests that the undesirable mechanical properties limit the percentage of additives incorporated into the PLA and PBS resins.

본 발명에 따른 According to the invention 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제를 함유하는 생분해성 Biodegradable with additives 폴리머Polymer 조성물의 열적 특성 측정 Measurement of the thermal properties of the composition

시차 주사 열량계(DSC)(브랜드: NETZSCH, 모델: DSC 204 F1)를 사용하여 ASTM D3418에 명시된 방법에 따라 바이오계 폴리머 첨가제 안료를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물의 열적 특성을 분석하였다. 뿐만 아니라, 열중량 분석기(TGA)(브랜드: NETZSCH, 모델: TG 209 F1)를 사용하여 블렌딩된 수지를 분석하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.Differential Scanning Calorimeter (DSC) (Brand: NETZSCH, Model: DSC 204 F1) was used to analyze the thermal properties of the biodegradable polymer composition comprising the bio-based polymer additive pigment according to the method specified in ASTM D3418. In addition, the blended resin was analyzed using a thermogravimetric analyzer (TGA) (brand: NETZSCH, model: TG 209 F1). The results are shown in Table 2.

표 2는 생분해성 플라스틱으로서, 본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제를 함유하는 PBS 및 PLA의 열적 특성을 나타낸다.Table 2 shows the thermal properties of PBS and PLA containing bio-based polymer additives according to the present invention as biodegradable plastics.

샘플 이름Sample name Tm (℃)Tm (℃) Tg/Tc (℃)Tg/Tc (℃) Td (℃)Td (℃) PLA 2002D PLA 2002D 152.9152.9 57.157.1 358358 PLA 0.5% 조류PLA 0.5% algae 156.1156.1 56.256.2 348348 PLA 1% 조류PLA 1% algae 155.4155.4 54.954.9 328328 PLA 3% 조류PLA 3% algae 152.9152.9 52.152.1 320320 PLA 5% 조류PLA 5% algae 148.5148.5 48.448.4 302302 PLA 0.5% 효모PLA 0.5% yeast 155.0155.0 56.456.4 349349 PLA 1% 효모PLA 1% yeast 155.3155.3 55.855.8 356356 PLA 3% 효모PLA 3% yeast 155.1155.1 53.753.7 341341 PLA 5% 효모 PLA 5% yeast 154.8154.8 5353 337337 PBS FZ71PDPBS FZ71PD 113.6113.6 68.568.5 378378 PBS 0.5% 조류PBS 0.5% algae 113.8113.8 70.870.8 382382 PBS 1% 조류PBS 1% algae 113.7113.7 71.071.0 377377 PBS 3% 조류PBS 3% algae 113.5113.5 69.769.7 376376 PBS 5% 조류PBS 5% algae 113.3113.3 69.369.3 373373 PBS 0.5% 효모 PBS 0.5% yeast 113.7113.7 69.569.5 384384 PBS 1% 효모PBS 1% yeast 113.6113.6 70.970.9 384384 PBS 3% 효모PBS 3% yeast 113.3113.3 70.870.8 383383 PBS 5% 효모 PBS 5% yeast 113.1113.1 70.370.3 381381

Tm = 용융 온도; Tg = 유리 전이 온도; Tc = 결정화 온도, Td = 분해 온도
Tm = melting temperature; Tg = glass transition temperature; Tc = crystallization temperature, Td = decomposition temperature

본 발명에 따른 According to the invention 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제를 포함하는 생분해성 Biodegradable with additives 폴리머Polymer 조성물의 유동성 테스트 Flowability test of the composition

용융 흐름 속도(MFR)로 저전단에서의 유동 특성을 측정하였다. 용융 흐름 지수 시험기(브랜드: Gottfert, 모델: MI-4, 테스트 조건 = PLA: 2.16 kg, 190℃)를 사용하여 MFR을 측정하였다. 도 13에 나타난 바와 같이, 미세조류 바이오매스를 갖는 PLA 폴리머 조성물의 MFR 값은 추가적인 양의 입자들에 따라 급격하게 증가하였다. 게다가, 도 14에 나타난 바와 같이, 효모 바이오매스를 갖는 PLA 폴리머 조성물의 MFR 값도 또한 추가적인 양의 입자들에 따라 증가하였다. 미세조류 및 효모 바이오매스의 첨가는 유동 특성의 증가, 예를 들어, PLA 폴리머의 점도 감소를 야기한다. 감소된 점도는 제품으로 형성하는 동안 유리하다.
The flow properties at low shear were measured by the melt flow rate (MFR). MFR was measured using a melt flow index tester (brand: Gottfert, model: MI-4, test condition = PLA: 2.16 kg, 190° C.). As shown in FIG. 13, the MFR value of the PLA polymer composition having microalgal biomass increased rapidly with an additional amount of particles. In addition, as shown in Fig. 14, the MFR value of the PLA polymer composition with yeast biomass also increased with an additional amount of particles. The addition of microalgal and yeast biomass results in an increase in flow properties, for example a decrease in the viscosity of the PLA polymer. The reduced viscosity is advantageous during formation into the product.

본 발명에 따른 According to the invention 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제를 포함하는 생분해성 Biodegradable with additives 폴리머로부터From polymer 생성된 생분해성 Produced biodegradability 폴리머Polymer 조성물의 생분해성 테스트 Biodegradability test of composition

용어 생분해성 폴리머 조성물은 일반적으로 미생물에 의한 비수용성 폴리머계 재료(플라스틱)의 공격을 지칭한다. 이는 폴리머의 생분해가 보통 불균질한 과정임을 의미한다. 폴리머 분자의 수용성의 결여 및 크기로 인해, 미생물은 가장 많이 생화학 과정이 일어나는 세포로 폴리머 재료를 직접적으로 전달할 수 없다. 오히려, 이들은 먼저 폴리머를 탈중합하는 세포외 효소를 세포 밖으로 분비해야 한다. 결론적으로, 폴리머의 몰질량이 충분히 감소되어 수용성 중간체들을 형성할 수 있다면, 이들은 미생물로 전달되고, 적절한 대사 경로(들)에 공급될 수 있다. 결과적으로, 이들 대사 과정의 최종 생성물은 물, 이산화탄소 및 메탄(혐기성 분해의 경우)과 함께 신규 바이오매스를 포함한다.The term biodegradable polymer composition generally refers to the attack of a water-insoluble polymeric material (plastic) by microorganisms. This means that the biodegradation of polymers is usually a heterogeneous process. Due to the lack of water solubility and size of the polymer molecule, microorganisms cannot directly deliver the polymer material to the cells where the most biochemical processes take place. Rather, they must first secrete extracellular enzymes out of the cell that depolymerize the polymer. In conclusion, if the molar mass of the polymer is sufficiently reduced to form water-soluble intermediates, they can be transferred to microorganisms and supplied to the appropriate metabolic pathway(s). As a result, the end products of these metabolic processes include new biomass along with water, carbon dioxide and methane (in the case of anaerobic decomposition).

정적 배양 적정 측정(Zibilske et al., 1994. Carbon mineralization. Chapter 38. P. 835-863. In Methods of Soil Analysis , Part 2. Microbiological and Biochemical Properties. SSSA Book Series No. 5 Soil Science Society of America, Madison WI.)을 사용하여, 폴리머의 CO2의 발생량(evolution) 측정을 수행하였다. 그라인더 초원심기(Retsch)를 사용하여 실시예 3 및 5 및 비교예 1의 바이오계 폴리머 첨가제를 함유하는 PBS 폴리머를 분말로 제조하였다. 각각의 샘플을 비료와 혼합하였다(샘플 1 중량부 및 비료 99 중량부). 정상 온도(37±2℃)에서 테스트를 수행하였다. 테스트 동안 습도를 60±5℃로 유지하였다. 테스트 기간은 3개월이었다. 국내 토양을 사용하여 공시험(blank test)를 수행하였다. 식 (3)에 의해 생분해성의 증가를 측정하였다.Static culture titration measurement (Zibilske et al., 1994. Carbon mineralization. Chapter 38. P. 835-863. In Methods of Soil Analysis , Part 2. Microbiological and Biochemical Properties. SSSA Book Series No. 5 Soil Science Society of America, Madison WI.) was used to measure the evolution of CO 2 of the polymer. A PBS polymer containing the bio-based polymer additives of Examples 3 and 5 and Comparative Example 1 was prepared as a powder using a grinder ultra-thinning machine (Retsch). Each sample was mixed with fertilizer (1 part by weight of sample and 99 parts by weight of fertilizer). The test was performed at normal temperature (37±2° C.). The humidity was maintained at 60±5°C during the test. The test period was 3 months. A blank test was performed using domestic soil. The increase in biodegradability was measured by equation (3).

생분해성의 증가(%) = [(바이오계 첨가제를 함유하는 폴리머 조성물의 CO2 발생량 - 바이오계 첨가제가 없는 폴리머 조성물의 CO2 발생량)/ 바이오계 첨가제가 없는 폴리머 조성물의 CO2 발생량] x 100 (3) Increase in biodegradability (%) = [(CO 2 of polymer composition containing bio-based additives Generation-CO 2 generation amount of polymer composition without bio-based additives)/ CO 2 generation amount of polymer composition without bio-based additives] x 100 (3)

그 결과를 도 15 및 16에 나타내었다. 본 발명에 따른 미세조류 바이오매스 및 효모 바이오매스로부터 제조된 바이오계 첨가제를 갖는 생분해성 폴리머 조성물은 첨가제가 없는 폴리머와 비교할 때 생분해성이 증가함을 보인다.
The results are shown in FIGS. 15 and 16. The biodegradable polymer composition having a bio-based additive prepared from microalgal biomass and yeast biomass according to the present invention shows an increased biodegradability when compared to a polymer without additives.

본 발명에 따른 According to the invention 바이오계Bio system 폴리머Polymer 첨가제를 함유하는 생분해성 Biodegradable with additives 폴리머Polymer 조성물의 색상 특성 측정 Measuring the color properties of the composition

색 분광 광도계(브랜드: Data Color, 모델: D 650)를 사용하여 ASTM E313에 명시된 방법에 따라 바이오계 폴리머 첨가제 안료를 포함하는 생분해성 폴리머의 색 재현을 관찰하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.The color reproduction of the biodegradable polymer containing the bio-based polymer additive pigment was observed according to the method specified in ASTM E313 using a color spectrophotometer (brand: Data Color, model: D 650). The results are shown in Table 3.

표 3은 생분해성 플라스틱으로서, 본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제를 함유하는 PBS 및 PLA의 색상을 나타낸다.Table 3 shows the colors of PBS and PLA containing bio-based polymer additives according to the present invention as biodegradable plastics.

샘플 이름Sample name DEDE DLDL DaDa DbDb PLA 2002D PLA 2002D 0.110.11 -0.11-0.11 0.010.01 0.020.02 PLA + 1% 조류 안료 분말PLA + 1% algae pigment powder 45.7745.77 -45.65-45.65 3.283.28 0.350.35 PLA + 5% 조류 안료 분말PLA + 5% algae pigment powder 50.9750.97 -50.34-50.34 2.872.87 -7.41-7.41 PLA + 1% 효모 안료 분말PLA + 1% yeast pigment powder 35.4035.40 -27.27-27.27 8.778.77 20.8020.80 PLA + 5% 효모 안료 분말PLA + 5% yeast pigment powder 42.8742.87 -41.57-41.57 10.0810.08 2.882.88 PBS FZ71PDPBS FZ71PD 0.130.13 -0.13-0.13 0.000.00 0.010.01 PBS + 1% 조류 안료 분말PBS + 1% algal pigment powder 39.1939.19 -35.05-35.05 -7.64-7.64 15.8115.81 PBS + 5% 조류 안료 분말PBS + 5% algal pigment powder 50.0050.00 -49.28-49.28 -1.62-1.62 8.308.30 PBS + 1% 효모 안료 분말PBS + 1% yeast pigment powder 22.5322.53 -13.03-13.03 4.494.49 17.8317.83 PBS + 5% 효모 안료 분말PBS + 5% yeast pigment powder 38.2238.22 -27.75-27.75 10.5810.58 24.0624.06

DL = 표준 샘플인 PLA 2002D 또는 PBS FZ71PD에 대한 각각의 샘플의 명도차(완전히 백색인 100에서부터 흑색인 0까지임)DL = difference in brightness of each sample for standard samples PLA 2002D or PBS FZ71PD (from 100 completely white to 0 black)

Da = 표준 샘플인 PLA 2002D 또는 PBS FZ71PD에 대한 각각의 샘플의 적색차 녹색차(양수인 경우 적색이고, 0인 경우 회색이고, 음수인 경우 녹색임)Da = reddish green difference of each sample to the standard sample PLA 2002D or PBS FZ71PD (red for positive, gray for 0, green for negative)

Db = 표준 샘플인 PLA 2002D 또는 PBS FZ71PD에 대한 각각의 샘플의 황색차 청색차(양수인 경우 황색이고, 0인 경우 회색이고, 음수인 경우 청색임)Db = yellowish blue difference of each sample to the standard sample PLA 2002D or PBS FZ71PD (yellow for positive, gray for zero, blue for negative)

DE = (DL2 + Da2 + Db2)1/2
DE = (DL 2 + Da 2 + Db 2 ) 1/2

입자 분포Particle distribution

캐논 현미경으로 PBS 내의 조류 첨가제 안료 분말 및 효모 첨가제 안료 분말의 입자 분포를 관찰하였다. 그 결과를 도 5, 6, 9 및 10에 나타내었다. 캐논 현미경으로 PLA 내의 조류 첨가제 안료 분말 및 효모 첨가제 안료 분말의 입자 분포를 관찰하였다. 그 결과를 도 7, 8, 11 및 12에 나타내었다.The particle distribution of the algal additive pigment powder and the yeast additive pigment powder in PBS was observed with a Canon microscope. The results are shown in Figs. 5, 6, 9 and 10. The particle distribution of the algae additive pigment powder and the yeast additive pigment powder in PLA was observed with a Canon microscope. The results are shown in Figs. 7, 8, 11 and 12.

본 발명에 따른 생분해성 폴리머 조성물은 오일과 같은 상용화제의 추가적인 첨가 없이도 PLA 및 PBS와 같은 종래의 생분해성 폴리머와 우수한 상용성을 나타낸다. 이들은 각 폴리머의 기계적 특성에 심각한 영향을 야기하지 않으며, 따라서, 몇 가지 측면에서 폴리머 첨가제로서의 사용을 만족시킨다.The biodegradable polymer composition according to the present invention exhibits excellent compatibility with conventional biodegradable polymers such as PLA and PBS without additional addition of a compatibilizer such as oil. They do not cause a significant effect on the mechanical properties of each polymer, and thus satisfy their use as polymer additives in several respects.

분쇄된 바이오매스의 미생물 세포는 미분쇄된 미생물 세포에 비하여 생분해성 폴리머와 바이오계 첨가제의 더 나은 상용성을 제공하기 때문에, 이로부터 생성된 생분해성 폴리머 조성물의 특성 및 특징, 예를 들어, 색상 특성을 향상시킴에 주목하는 것은 중요하다. 이는 PBS 폴리머에 매우 낮은 함량(0.005%의 비분쇄 세포)으로 첨가된 미분쇄된 스피룰리나 세포의 큰 응집물을 보여주는 도 17에서 알 수 있다. 반면에, 도 18은 높은 함량(5% 또는 미분쇄된 세포의 첨가보다 1,000배 더 높음)의 본 발명에 따른 스피룰리나 미세조류 바이오매스의 분쇄된 세포로부터 제조된 첨가제가 PBS 폴리머에서 매우 상용성이 있음을 명확하게 도시한다. 따라서, 본 발명은 추가적인 첨가제 없이 미생물 유래의 바이오계 폴리머 첨가제를 제조하기 위하여 미생물의 분쇄 단계가 중요함을 시사한다.Since the microbial cells of the pulverized biomass provide better compatibility of the biodegradable polymer and the bio-based additives compared to the microbial cells of the pulverized biomass, the properties and characteristics of the resulting biodegradable polymer composition, such as color It is important to note that it improves the properties. This can be seen in FIG. 17 showing large aggregates of unground Spirulina cells added to the PBS polymer at a very low content (0.005% unground cells). On the other hand, Figure 18 shows that the additive prepared from the pulverized cells of spirulina microalgal biomass according to the present invention in a high content (5% or 1,000 times higher than the addition of pulverized cells) is very compatible in PBS polymer. Is clearly shown. Therefore, the present invention suggests that the microbial pulverization step is important to prepare a microbial-derived bio-based polymer additive without additional additives.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 바이오계 폴리머 첨가제는 바이오계 재료이기 때문에 완전히 분해가능하다. 따라서, 생분해성 폴리머 조성물의 분해는 토양에 독성 물질을 남기지 않는다. 식품 포장 제품으로서 또는 동물 및 사람의 사용과 관련된 기타 응용 분야에서 사용하기 안전하다.In addition, since the bio-based polymer additive according to the present invention is a bio-based material, it is completely degradable. Therefore, the degradation of the biodegradable polymer composition does not leave toxic substances in the soil. It is safe to use as a food packaging product or in other applications related to animal and human use.

상기 바이오계 폴리머 첨가제의 첨가는 생분해성 폴리머 조성물의 점도를 낮추기 때문에, 생분해성 폴리머 조성물 주입 등급의 실패된 사출이 감소된다. 동시에, 감소된 점도로 인해 이러한 생분해성 폴리머 조성물의 압출은 보통의 생분해성 폴리머 조성물보다 더욱 우수하다. 또한, 상기 바이오계 폴리머 첨가제는 PLS 및 PBS의 생분해를 가속화한다.Since the addition of the bio-based polymer additive lowers the viscosity of the biodegradable polymer composition, failed injections of the biodegradable polymer composition injection grade are reduced. At the same time, extrusion of such biodegradable polymer compositions is better than ordinary biodegradable polymer compositions due to the reduced viscosity. In addition, the bio-based polymer additive accelerates the biodegradation of PLS and PBS.

이상으로부터, 미세조류, 효모 및 박테리아를 포함하는 미생물의 바이오매스로부터 유래된 것과 같은 바이오계 첨가제 안료는 PBS 및 PLA 플라스틱과 잘 작용하는 것으로 나타났다. 추가적으로, 혼합 효율 향상을 위한 오일의 첨가 없이도, 미생물 바이오매스로부터의 바이오계 첨가제 안료 분말을 사용함으로써 PBS 및 PLA 모두가 잘 착색화되는 것으로 또한 나타났다. 다양한 백분율의 첨가제 안료 분말로 유래된 생분해성 플라스틱은 다양한 산업에서 다양한 플라스틱의 응용 분야에 적합한 다양한 특성을 입증한다.From the above, it was found that bio-based additive pigments, such as those derived from the biomass of microorganisms including microalgae, yeast and bacteria, work well with PBS and PLA plastics. Additionally, it has also been shown that both PBS and PLA are well colored by using a bio-based additive pigment powder from microbial biomass, even without the addition of oil to improve mixing efficiency. Biodegradable plastics derived from additive pigment powders in varying percentages demonstrate a variety of properties suitable for applications of a variety of plastics in a variety of industries.

마지막으로, 특히, 미세조류, 효모, 박테리아와 같은 미생물 바이오매스로부터의 바이오계 첨가제, 예를 들어, 바이오계 첨가제 안료의 생분해성 플라스틱을 제공하는 것이 가능하다는 점은 본 발명에 따른 설명 및 데이타로부터 명확하다. 본 발명에 따른 생분해성 플라스틱은 환경 문제들을 감소시키기 위한 더 나은 해결책을 제시하고, 이러한 생산은 실행가능하고, 지속가능하며 경제적이다.Finally, in particular, it is possible to provide biodegradable plastics of bio-based additives, for example bio-based additive pigments, from microbial biomass such as microalgae, yeast, bacteria, from the description and data according to the invention. It is clear. The biodegradable plastic according to the invention presents a better solution to reduce environmental problems, and such production is viable, sustainable and economical.

Claims (34)

생분해성 폴리머 제조에 사용하기 위한 바이오계 폴리머 첨가제로서, 상기 첨가제는 분쇄된 미생물 세포 전체의 바이오매스로부터 유래되고, 상기 미생물은 남조식물문(Cyanophyta), 원핵녹조식물문(Prochlorophyta), 와편모조식물문(Dinophyta), 황갈조식물문(Chrysophyta), 후각편모조식물문(Prymnesiophyta), 규조식물문(Bacillariophyta), 황조식물문(Xanthophyta), 진안점조식물문(Eustigmatophyta), 침편모조식물문(Rhaphidophyta), 갈조식물문(Phaeophyta), 프로테오박테리아문(Proteobacteria), 시아노박테리아문(Cyanobacteria), 유박테리아문(Eubacteria), 스피로헤타문(Spirochetes), 클라미디아문(Chlamydiae), 접합균문(Zygomycota), 진균문(Eumycota) 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 바이오계 폴리머 첨가제.As a bio-based polymer additive for use in the production of biodegradable polymers, the additive is derived from biomass of whole pulverized microbial cells, and the microorganisms are Cyanophyta, Prochlorophyta, and flagellum plants. Dinophyta, Chrysophyta, Prymnesiophyta, Bacillariophyta, Xanthophyta, Eustigmatophyta, Rhaphidophyta ), Phaeophyta, Proteobacteria, Cyanobacteria, Eubacteria, Spirochetes, Chlamydiae, Zygomycota, Bio-based polymer additives selected from Eumycota or combinations thereof. 제1항에 있어서,
상기 미생물은 적어도 1종의 유색 분자를 포함하는 바이오계 폴리머 첨가제.
The method of claim 1,
The microorganism is a bio-based polymer additive containing at least one colored molecule.
제2항에 있어서,
상기 유색 분자는 안토시아닌, 엽록소, 카로티노이드 및 피코빌린, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 바이오계 폴리머 첨가제.
The method of claim 2,
The colored molecules are bio-based polymer additives selected from anthocyanins, chlorophyll, carotenoids and picobilins, or mixtures thereof.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 남조식물문으로부터 유래된 상기 미생물은 스피룰리나(Spirulina)인 바이오계 폴리머 첨가제.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The microorganism derived from the blue-green algae plant is Spirulina (Spirulina) bio-based polymer additive.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진균문으로부터 유래된 상기 미생물은 사카로미세스(Saccharomyces)인 바이오계 폴리머 첨가제.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The microorganisms derived from the fungal phylum are Saccharomyces, a bio-based polymer additive.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 첨가제는 분쇄된 미생물 세포의 바이오매스를 분말화하여 얻어진 분말 형태인 바이오계 폴리머 첨가제.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The additive is a bio-based polymer additive in a powder form obtained by pulverizing biomass of pulverized microbial cells.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 첨가제는 안료로서 사용되는 바이오계 폴리머 첨가제.
The method according to claim 2 or 3,
The additive is a bio-based polymer additive used as a pigment.
제7항에 있어서,
상기 첨가제는 생분해성 폴리머(들)을 착색하는 바이오계 폴리머 첨가제.
The method of claim 7,
The additive is a bio-based polymer additive for coloring the biodegradable polymer(s).
생분해성 폴리머 조성물로서,
0.05 내지 10 중량% 범위의 적어도 1종의 바이오계 폴리머 첨가제; 및
생분해성 폴리머;를 포함하고,
상기 바이오계 폴리머 첨가제는 분쇄된 미생물 세포 전체의 바이오매스로부터 유래되고, 상기 미생물은 남조식물문, 원핵녹조식물문, 와편모조식물문, 황갈조식물문, 후각편모조식물문, 규조식물문, 황조식물문, 진안점조식물문, 침편모조식물문, 갈조식물문, 프로테오박테리아문, 시아노박테리아문, 유박테리아문, 스피로헤타문, 클라미디아문, 접합균문 또는 진균문, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는, 생분해성 폴리머 조성물.
As a biodegradable polymer composition,
At least one bio-based polymer additive in the range of 0.05 to 10% by weight; And
Including a biodegradable polymer;
The bio-based polymer additive is derived from the biomass of the entire pulverized microbial cell, and the microorganisms include blue-green algae, prokaryotic green algae, scutellum algae, yellow brown algae, olfactory flagellum, diatom plants, Select from yellow algae plant, Jinan point plant, acupuncture flagella, brown algae plant, proteobacteria, cyanobacteria, eubacteria, spiroheta, chlamydia, conjugate or fungal, or a combination thereof A biodegradable polymer composition.
제9항에 있어서,
상기 바이오계 폴리머 첨가제는 0.5 내지 5 중량%의 범위인 생분해성 폴리머 조성물.
The method of claim 9,
The bio-based polymer additive is a biodegradable polymer composition in the range of 0.5 to 5% by weight.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 미생물은 적어도 1종의 유색 분자를 포함하는 생분해성 폴리머 조성물.
The method of claim 9 or 10,
The microorganism is a biodegradable polymer composition comprising at least one colored molecule.
제11항에 있어서,
상기 유색 분자는 안토시아닌, 엽록소, 카로티노이드 및 피코빌린, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 생분해성 폴리머 조성물.
The method of claim 11,
The colored molecules are biodegradable polymer compositions selected from anthocyanins, chlorophyll, carotenoids and picobilins, or mixtures thereof.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 남조식물문으로부터 유래된 상기 미생물은 스피룰리나인 생분해성 폴리머 조성물.
The method of claim 9 or 10,
The microorganism derived from the blue-green algae plant is spirulina biodegradable polymer composition.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 진균문으로부터 유래된 상기 미생물은 사카로미세스인 생분해성 폴리머 조성물.
The method of claim 9 or 10,
The microorganism derived from the fungal phylum is Saccharomyces, a biodegradable polymer composition.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 생분해성 폴리머는 생분해성 폴리에스테르로부터 선택되는 생분해성 폴리머 조성물.
The method of claim 9 or 10,
The biodegradable polymer is a biodegradable polymer composition selected from biodegradable polyester.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 생분해성 폴리머는 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS) 또는 폴리락트산(PLA) 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 생분해성 폴리머 조성물.
The method of claim 9 or 10,
The biodegradable polymer is a biodegradable polymer composition selected from poly(butylene succinate) (PBS) or polylactic acid (PLA), or mixtures thereof.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 바이오계 폴리머 첨가제는 첨가제 비함유 생분해성 폴리머 조성물 대비 유동 특성(rheological property)을 향상시키는 생분해성 폴리머 조성물.
The method of claim 9 or 10,
The bio-based polymer additive is a biodegradable polymer composition that improves rheological properties compared to an additive-free biodegradable polymer composition.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 바이오계 폴리머 첨가제는 첨가제 비함유 생분해성 폴리머 조성물 대비 생분해 특성을 향상시키는 생분해성 폴리머 조성물.
The method of claim 9 or 10,
The bio-based polymer additive is a biodegradable polymer composition that improves biodegradability compared to an additive-free biodegradable polymer composition.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 첨가제는 상기 생분해성 폴리머 조성물을 착색하기 위한 안료로서 사용되는 생분해성 폴리머 조성물.
The method of claim 9 or 10,
The additive is a biodegradable polymer composition used as a pigment for coloring the biodegradable polymer composition.
분쇄된 미생물 세포 전체의 바이오매스로부터 유래된 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법으로서,
(a) 미생물 바이오매스를 제공하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 바이오매스의 미생물 세포를 분쇄하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 분쇄된 미생물 세포 전체의 바이오매스를 분말화 하거나 또는 농축하는 단계;를 포함하는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
As a method for producing a bio-based polymer additive derived from biomass of whole pulverized microbial cells,
(a) providing microbial biomass;
(b) crushing the microbial cells of the biomass of step (a); And
(c) powdering or concentrating the biomass of the whole pulverized microbial cells obtained in step (b).
제20항에 있어서,
상기 미생물 바이오매스는 남조식물문, 원핵녹조식물문, 와편모조식물문, 황갈조식물문, 후각편모조식물문, 규조식물문, 황조식물문, 진안점조식물문, 침편모조식물문, 갈조식물문, 프로테오박테리아문, 시아노박테리아문, 유박테리아문, 스피로헤타문, 클라미디아문, 접합균문 또는 진균문, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
The method of claim 20,
The microbial biomass is blue-green algae, prokaryotic green algae, and flagellum, yellow brown algae, olfactory flagellum, diatoms, yellow algae, Jinan-joint plant, acupuncture-flag plant, brown algae A method for producing a bio-based polymer additive selected from phylum, proteobacteria phylum, cyanobacteria phylum, eubacteria phylum, spiroheta phylum, chlamydia phylum, conjugated mycelia or fungal phylum, or combinations thereof
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 미생물은 적어도 1종의 유색 분자를 포함하는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
The method of claim 20 or 21,
The microorganism is a method for producing a bio-based polymer additive containing at least one colored molecule.
제22항에 있어서,
상기 유색 분자는 안토시아닌, 엽록소, 카로티노이드 및 피코빌린, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
The method of claim 22,
The colored molecule is anthocyanin, chlorophyll, carotenoid and picobilin, or a method for producing a bio-based polymer additive selected from a mixture thereof.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 상기 미생물 바이오매스는 천연 자원, 생물 반응기(bioreactor) 또는 발효조(fementer)로부터 수집되고, 수용액 중에 리터당 50 내지 200 그램의 고체 농도로 첨가되는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
The method of claim 20 or 21,
In the step (a), the microbial biomass is collected from natural resources, a bioreactor or a fermenter, and is added in an aqueous solution at a solid concentration of 50 to 200 grams per liter.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 (b) 단계는 20 내지 80℃의 온도에서 수행되는 기계적 세포 분쇄법인 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
The method of claim 20 or 21,
The step (b) is a method for producing a bio-based polymer additive, which is a mechanical cell pulverization method performed at a temperature of 20 to 80°C.
제25항에 있어서,
상기 기계적 세포 분쇄법은 균질화법, 소성법, 동결-해동(freeze-thaw)법, 막자사발과 막자법 또는 초음파법으로부터 선택되는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
The method of claim 25,
The mechanical cell pulverization method is a method for producing a bio-based polymer additive selected from a homogenization method, a firing method, a freeze-thaw method, a mortar and pestle method, or an ultrasonic method.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 (c) 단계는 열 분말화법 또는 냉 분말화법으로부터 선택되는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
The method of claim 20 or 21,
The step (c) is a method of producing a bio-based polymer additive selected from a thermal powdering method or a cold powdering method.
제27항에 있어서,
상기 열 분말화법은 분무 건조, 증발, 회전 건조, 기류 건조(flash drying), 디스크 건조, 캐스케이드 건조, 과열증기 건조로부터 선택되는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
The method of claim 27,
The thermal powdering method is a method for producing a bio-based polymer additive selected from spray drying, evaporation, rotary drying, flash drying, disk drying, cascade drying, and superheated steam drying.
제27항에 있어서,
상기 냉 분말화법은 냉동 건조, 분무응고 또는 분무냉각으로부터 선택되는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
The method of claim 27,
The cold powdering method is a method of producing a bio-based polymer additive selected from freeze drying, spray coagulation, or spray cooling.
제20항에 있어서,
상기 첨가제는 안료로서 사용되는 바이오계 폴리머 첨가제의 제조 방법.
The method of claim 20,
The additive is a method for producing a bio-based polymer additive used as a pigment.
제2항 또는 제3항에 따른 바이오계 폴리머 첨가제를 생분해성 폴리머에 첨가하는 단계를 포함하는 생분해성 폴리머의 착색 방법.A method for coloring a biodegradable polymer comprising the step of adding the bio-based polymer additive according to claim 2 or 3 to the biodegradable polymer. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 바이오계 폴리머 첨가제를 생분해성 폴리머에 첨가하는 단계를 포함하는 생분해성 폴리머의 유동 특성 향상 방법.A method of improving the flow properties of a biodegradable polymer, comprising the step of adding the bio-based polymer additive according to any one of claims 1 to 3 to the biodegradable polymer. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 바이오계 폴리머 첨가제를 생분해성 폴리머에 첨가하는 단계를 포함하는 생분해성 폴리머의 생분해 특성 향상 방법.A method for improving biodegradable properties of a biodegradable polymer comprising the step of adding the bio-based polymer additive according to any one of claims 1 to 3 to the biodegradable polymer. 제9항 또는 제10항에 따른 생분해성 폴리머 조성물로 제조된 물품.An article made of the biodegradable polymer composition according to claim 9 or 10.
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