KR102260166B1 - Method for preparing biodegradable composite material and the biodegradable composite material manufactured therefrom - Google Patents

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Abstract

본 발명은 a) 지방족 디카르복실산; 지방족 디올; 및 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유;를 혼합 및 분산하여 분산물을 제조하는 단계 및 b) 상기 분산물에 폴리부틸렌테레프탈레이트를 투입하여 혼합 및 분산하여 중합하는 단계를 포함하는 생분해성 복합소재의 제조방법 및 이로부터 제조된 생분해성 복합소재에 관한 것이다.The present invention relates to: a) an aliphatic dicarboxylic acid; aliphatic diols; and at least one natural polymer nanofiber selected from nanochitin fibers and nanocellulose fibers; mixing and dispersing to prepare a dispersion; and b) adding polybutylene terephthalate to the dispersion, mixing and dispersing to polymerize It relates to a method for manufacturing a biodegradable composite material comprising the step of, and to a biodegradable composite material prepared therefrom.

Description

생분해성 복합소재의 제조방법 및 이로부터 제조된 생분해성 복합소재{ METHOD FOR PREPARING BIODEGRADABLE COMPOSITE MATERIAL AND THE BIODEGRADABLE COMPOSITE MATERIAL MANUFACTURED THEREFROM}Method for manufacturing biodegradable composite material and biodegradable composite material manufactured therefrom { METHOD FOR PREPARING BIODEGRADABLE COMPOSITE MATERIAL AND THE BIODEGRADABLE COMPOSITE MATERIAL MANUFACTURED THEREFROM}

본 발명은 생분해성 복합소재의 제조방법 및 이로부터 제조된 생분해성 복합소재에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a biodegradable composite material and a biodegradable composite material prepared therefrom.

최근 플라스틱 쓰레기 이슈가 커져가면서 생분해성을 갖는 소재개발이 주목받고 있다. 이 중, 생분해성 고분자가 기존 석유기반 고분자를 대체할 수 있는 새로운 친환경 소재가 부각되며 다양한 연구개발이 이루어져 시장에서 응용되고 있다. Recently, as the issue of plastic waste grows, the development of biodegradable materials is attracting attention. Among them, a new eco-friendly material that can replace existing petroleum-based polymers with biodegradable polymers is highlighted, and various R&Ds have been made and applied in the market.

상기 생분해성 고분자의 대표적인 예로 폴리부틸숙신산(PBS, polybutylene succinate)이 많이 사용되고 있다. 그러나 상기 폴리부틸숙신산은 그 자체만으로는 기계적 물성이 충분치 않아, 많은 연구자들이 복합체를 만들어 생분해성을 가지면서, 기계적 물성이 증대된 소재를 만드는 연구개발을 활발히 진행 중이다. As a representative example of the biodegradable polymer, polybutylene succinate (PBS) is widely used. However, the polybutylsuccinic acid by itself does not have sufficient mechanical properties, so many researchers are actively conducting research and development to make a composite and make a material with improved mechanical properties while having biodegradability.

기존에는 상기 복합체로 생분해성 고분자와 탄소계, 세라믹계 등 무기계 소재를 혼합하여 제공하였으나, 상기 무기계 소재는 입자 자체가 생분해성을 갖지 않아 비분해 산물이 발생되고, 소각 시 미세먼지를 발생시키는 문제점이 있었다.In the past, the composite was provided by mixing a biodegradable polymer and inorganic materials such as carbon-based and ceramic-based materials, but the inorganic materials do not have biodegradable particles themselves, so non-degradable products are generated and fine dust is generated during incineration. there was

이와 같은 문제점으로 인하여 무기계 소재가 아닌 생분해가 가능한 유기계 소재를 생분해성 고분자와 혼합하여 복합체를 제공하는 연구개발을 시도하고 있다.Due to such problems, research and development is being attempted to provide a composite by mixing a biodegradable organic material rather than an inorganic material with a biodegradable polymer.

상기와 같은 유기계 소재는 생분해성 고분자 내에 응집이 발생하고, 균일한 분산에 어려움이 있어, 이들의 혼화성을 증대시키는 방법이 반드시 필요하다. 이에 기존에는 혼화성을 증대시키는 방법으로 유기계 소재의 표면을 개질화하는 방법, 생분해성 고분자와 용융상태로 혼합하는 방법 및 유기 용매를 사용하여 용액화하여 혼합하는 방법이 시도되어 왔다. The organic materials as described above cause aggregation in the biodegradable polymer and have difficulty in uniform dispersion, so a method for increasing their miscibility is absolutely necessary. Therefore, conventionally, as a method of increasing the miscibility, a method of modifying the surface of an organic material, a method of mixing a biodegradable polymer in a molten state, and a method of mixing with a solution using an organic solvent have been tried.

그러나 상기와 같이 표면을 개질하는 방법은 산업적 관점에서 비용이 과도하게 발생되고, 생산시간이 지연되는 문제점과 동시에 유기계 소재의 기계적 보강효과를 현저히 저감시키는 문제점이 발생한다.However, the method of modifying the surface as described above causes excessive cost from an industrial point of view, a problem in that production time is delayed, and a problem in that the mechanical reinforcement effect of the organic material is significantly reduced.

또한, 생분해성 고분자와 용융상태로 혼합하는 방법은 생분해성 고분자가 용융상태에서는 높은 점도로 유기계 소재와의 낮은 혼화성을 갖고, 이로써 오랜시간 높은 온도에 노출하게 되어 유기계 소재의 열분해를 유발한다.In addition, in the method of mixing the biodegradable polymer and the molten state, the biodegradable polymer has a high viscosity in the molten state and low miscibility with the organic material, thereby exposing it to a high temperature for a long time, causing thermal decomposition of the organic material.

또한, 생분해성 고분자와 유기 용매에 용액화하여 혼합하는 방법은 유기계 소재의 분산성이 감소함과 더불어 환경오염을 유발하는 문제점이 있다.In addition, the method of mixing the biodegradable polymer and the organic solvent in solution has a problem in that the dispersibility of the organic material is reduced and environmental pollution is caused.

이에 생분해성 고분자 내에 유기계 소재를 균일하게 분산시킬 수 있으면서 기계적 물성을 현저히 증대시킬 수 있는 생분해성 복합소재의 제조방법이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for a method for manufacturing a biodegradable composite material capable of uniformly dispersing an organic material in a biodegradable polymer and remarkably increasing mechanical properties.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 표면 소수화 등의 전처리 공정 없이 생분해성 고분자에 천연고분자 나노섬유의 균일한 분산을 유도하는 생분해성 복합소재의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for producing a biodegradable composite material that induces uniform dispersion of natural polymer nanofibers in a biodegradable polymer without a pretreatment process such as surface hydrophobization.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 천연고분자 나노섬유를 포함하지 않는 생분해성 소재 대비, 현저한 기계적 물성의 증가율을 구현하는 생분해성 복합소재의 제조방법 및 이로부터 제조된 생분해성 복합소재를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for producing a biodegradable composite material that realizes a significant increase in mechanical properties compared to a biodegradable material that does not contain natural polymer nanofibers, and a biodegradable composite material prepared therefrom. .

상기 목적을 달성하기 위하여 연구한 결과, 본 발명에 따른 생분해성 복합소재의 제조방법은 a) 지방족 디카르복실산; 지방족 디올; 및 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유;를 혼합 및 분산하여 분산물을 제조하는 단계 및 b) 상기 분산물에 폴리부틸렌테레프탈레이트를 투입하여 혼합 및 분산하여 중합하는 단계를 포함한다.As a result of research to achieve the above object, the method for preparing a biodegradable composite material according to the present invention is a) an aliphatic dicarboxylic acid; aliphatic diols; and at least one natural polymer nanofiber selected from nanochitin fibers and nanocellulose fibers; mixing and dispersing to prepare a dispersion; and b) adding polybutylene terephthalate to the dispersion, mixing and dispersing to polymerize including the steps of

본 발명의 일 양태에 따른 상기 생분해성 복합소재는 천연고분자 나노섬유가 폴리부틸렌테레프탈레이트, 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올로부터 유도된 중합체의 가교 링커로 형성되는 것일 수 있다.The biodegradable composite material according to an aspect of the present invention may be one in which natural polymer nanofibers are formed as a crosslinker of a polymer derived from polybutylene terephthalate, aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic diol.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 지방족 디카르복실산 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 내 테레프탈레이트의 몰비가 10:90 내지 90:10일 수 있다.The molar ratio of terephthalate in the aliphatic dicarboxylic acid and polybutylene terephthalate according to an embodiment of the present invention may be 10:90 to 90:10.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 천연고분자 나노섬유는 상기 생분해성 복합소재 총 중량에 대하여, 0.001 내지 3중량% 포함할 수 있다.The natural polymer nanofibers according to an aspect of the present invention may include 0.001 to 3% by weight based on the total weight of the biodegradable composite material.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 천연고분자 나노섬유는 평균직경이 2 내지 200㎚이고, 최장길이가 100㎚ 내지 10㎛일 수 있다.The natural polymer nanofibers according to an aspect of the present invention may have an average diameter of 2 to 200 nm, and a longest length of 100 nm to 10 μm.

본 발명의 또 다른 양태는 폴리부틸렌테레프탈레이트; 지방족 디카르복실산; 지방족 디올; 및 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유;를 포함하는 분산물을 중합하여 유도된 생분해성 복합소재이다.Another aspect of the present invention is polybutylene terephthalate; aliphatic dicarboxylic acids; aliphatic diols; It is a biodegradable composite material derived by polymerizing a dispersion comprising; and a natural polymer nanofiber at least one selected from nanochitin fibers and nanocellulose fibers.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트는 중량평균분자량이 10,000 내지 100,000g/mol일 수 있다.The polybutylene terephthalate according to an aspect of the present invention may have a weight average molecular weight of 10,000 to 100,000 g/mol.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 천연고분자 나노섬유는 폴리부틸렌테레프탈레이트, 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올로부터 유도된 중합체의 가교 링커로 형성되는 것일 수 있다.The natural polymer nanofiber according to an aspect of the present invention may be formed of a crosslinker of a polymer derived from polybutylene terephthalate, aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic diol.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 생분해성 복합소재는 하기 식 1을 만족하는 인장강도를 가질 수 있다.The biodegradable composite material according to an aspect of the present invention may have a tensile strength satisfying Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112019076335446-pat00001
Figure 112019076335446-pat00001

상기 식 1에 있어서,In the above formula 1,

상기 TS0는 천연고분자 나노섬유를 포함하지 않는 생분해성 소재의 인장강도(MPa)이고, 상기 TS1은 생분해성 복합소재의 인장강도(MPa)이다.TS 0 is the tensile strength (MPa) of the biodegradable material that does not contain natural polymer nanofibers, and TS 1 is the tensile strength (MPa) of the biodegradable composite material.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 생분해성 복합소재는 하기 식 2를 만족하는 인열강도를 가질 수 있다.The biodegradable composite material according to an aspect of the present invention may have a tear strength satisfying the following formula (2).

[식 2][Equation 2]

Figure 112019076335446-pat00002
Figure 112019076335446-pat00002

상기 식 2에 있어서,In Equation 2,

상기 TR0는 천연고분자 나노섬유를 포함하지 않는 생분해성 소재의 인열강도(kgf/㎝)이고, 상기 TR1은 생분해성 복합소재의 인열강도(kgf/㎝)이다.The TR 0 is the tearing strength (kgf/cm) of the biodegradable material that does not contain natural polymer nanofibers, and the TR 1 is the tearing strength (kgf/cm) of the biodegradable composite material.

본 발명에 따른 생분해성 복합소재의 제조방법은 비용 상승 및 생산성 저하를 초래하는 전처리 공정없이도 생분해성 고분자 및 천연고분자 나노섬유의 균일한 복합화로 우수한 기계적 물성의 상승효과를 갖는다는 장점이 있다.The method of manufacturing a biodegradable composite material according to the present invention has the advantage of having a synergistic effect of excellent mechanical properties through uniform complexation of biodegradable polymers and natural polymer nanofibers without a pretreatment process that causes cost increase and productivity decrease.

또한, 본 발명에 따른 생분해성 복합소재는 천연고분자 나노섬유를 포함하지 않는 생분해성 소재 대비, 우수한 인장강도를 가질 뿐만 아니라 현저히 높은 인장신율 및 인열강도의 증가율을 갖는다는 장점이 있다.In addition, the biodegradable composite material according to the present invention has an advantage in that it not only has excellent tensile strength, but also has a significantly higher tensile elongation and an increase in tear strength compared to a biodegradable material that does not contain natural polymer nanofibers.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 아디프산 및 1,4부탄디올 용액 상에서의 나노셀룰로오스 섬유(좌) 및 나노키틴 섬유(우)의 분산성을 확인한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 비교실시예에서 디메틸테레프탈레이트, 아디프산 및 1,4부탄디올 용액 상에서의 나노셀룰로오스 섬유(좌) 및 나노키틴 섬유(우)의 분산성을 확인한 것이다.
1 shows the dispersibility of nanocellulose fibers (left) and nanochitin fibers (right) in adipic acid and 1,4-butanediol solutions in an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the dispersibility of nanocellulose fibers (left) and nanochitin fibers (right) in dimethyl terephthalate, adipic acid and 1,4-butanediol solutions in a comparative example of the present invention.

이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 생분해성 복합소재의 제조방법 및 이로부터 제조된 생분해성 복합소재에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현 될 수 있다.Hereinafter, the method for producing a biodegradable composite material according to the present invention and the biodegradable composite material prepared therefrom will be described in more detail through Examples. However, the following examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is for the purpose of effectively describing particular embodiments only, and is not intended to limit the invention.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 생분해성 복합소재의 제조방법 및 이로부터 제조된 생분해성 복합소재에 관한 것이다.The present invention for achieving the above object relates to a method for producing a biodegradable composite material and a biodegradable composite material prepared therefrom.

기존의 방법으로는 생분해성 고분자에 천연고분자 나노섬유 등과 같은 유기계 소재를 균질하게 분산시키기에 어려움이 있었다. 더욱이, 상기 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유는 표면에 수산화기(-OH)를 가진 친수성 성분으로, 소수성인 폴리부틸렌테레프탈레이트에 균질하게 분산시키기 어려운 낮은 혼화성을 가져 복합소재로 제조하기 용이하지 않았다. 이에 본 발명자는 기존 생분해성 복합소재 대비 높은 수준의 기계적 물성의 상승효과를 구현할 수 있는 복합소재의 제조방법을 발견하여 본 발명을 완성하였다.In the conventional method, it was difficult to homogeneously disperse organic materials such as natural polymer nanofibers in biodegradable polymers. Moreover, any one or more natural polymer nanofibers selected from the nanochitin fibers and nanocellulose fibers are hydrophilic components having a hydroxyl group (-OH) on the surface, and have low miscibility that is difficult to uniformly disperse in hydrophobic polybutylene terephthalate. Therefore, it was not easy to manufacture as a composite material. Accordingly, the present inventors have completed the present invention by discovering a method for manufacturing a composite material that can implement a synergistic effect of a higher level of mechanical properties compared to the existing biodegradable composite material.

본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 생분해성 복합소재의 제조방법은 a) 지방족 디카르복실산; 지방족 디올; 및 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유;를 혼합 및 분산하여 분산물을 제조하는 단계 및 b) 상기 분산물에 폴리부틸렌테레프탈레이트를 투입하여 혼합 및 분산하여 중합하는 단계를 포함한다.The method for producing a biodegradable composite material according to the present invention comprises: a) an aliphatic dicarboxylic acid; aliphatic diols; and at least one natural polymer nanofiber selected from nanochitin fibers and nanocellulose fibers; mixing and dispersing to prepare a dispersion; and b) adding polybutylene terephthalate to the dispersion, mixing and dispersing to polymerize including the steps of

본 발명에 따른 생분해성 복합소재의 제조방법은 지방족 디카르복실산; 지방족 디올; 및 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유;를 혼합 및 분산하여 분산물을 제조한 후, 폴리부틸렌테레프탈레이트를 투입하여 중합함으로써, 기존의 생분해성 소재 대비 우수한 분산성 및 혼화성을 구현하면서, 인장강도, 인장신율 및 인열강도를 현저히 향상시킬 수 있다.The method for producing a biodegradable composite material according to the present invention comprises: an aliphatic dicarboxylic acid; aliphatic diols; And nanochitin fibers and at least one natural polymer nanofibers selected from nanocellulose fibers; After mixing and dispersing to prepare a dispersion, polybutylene terephthalate is added and polymerized, so that it is superior to existing biodegradable materials It is possible to significantly improve tensile strength, tensile elongation and tear strength while implementing acidity and miscibility.

이와 달리, 폴리부틸렌테레프탈레이트 단량체인 지방족 디카르복실산, 지방족 디올 및 방향족 디카르복실산과 천연고분자 나노섬유와 함께 선분산한 후, 중합할 경우, 분산물 내에서 방향족 디카르복실산이 부반응을 유도하고, 천연고분자 나노섬유의 침전을 유발하며, 이에 따른 분산성이 저하되어 기계적 물성 향상이 미미하다.On the other hand, when polybutylene terephthalate monomers, aliphatic dicarboxylic acid, aliphatic diol and aromatic dicarboxylic acid, and natural polymer nanofibers are linearly dispersed and then polymerized, aromatic dicarboxylic acid causes side reactions in the dispersion. induced, and causes precipitation of natural polymer nanofibers, and thus the dispersibility is lowered, so that the improvement of mechanical properties is minimal.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 생분해성 복합소재는 상술한 바와 같이 제조됨으로써, 천연고분자 나노섬유가 폴리부틸렌테레프탈레이트, 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올로부터 유도된 중합체의 가교 링커(linker)로 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 천연고분자 나노섬유 내에 존재하는 수산화기(-OH) 및 이들의 염 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 기능기가 단량체 역할을 할 수 있다. 이에 중합체 내에 천연고분자 나노섬유가 산재되어 분산상으로 존재할 뿐만 아니라 중합체의 잔여기와 반응이 유도되어 다양한 형상의 가교 구조를 형성할 수 있어 천연고분자 나노섬유가 중합체의 가교 링커(linker)로 형성되어 가교 구조체를 형성할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the biodegradable composite material is prepared as described above, whereby the natural polymer nanofiber is a crosslinker of a polymer derived from polybutylene terephthalate, aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic diol. may be formed with For example, any one or two or more functional groups selected from hydroxyl groups (-OH) and salts thereof present in the natural polymer nanofiber may serve as a monomer. Accordingly, natural polymer nanofibers are dispersed in the polymer and exist in a dispersed phase, and a reaction with the residual groups of the polymer is induced to form a cross-linked structure of various shapes. can form.

상기와 같은 구조를 형성함으로써, 생분해성 복합소재에 천연고분자 나노섬유가 우수한 분산성으로 존재하고, 현저히 우수한 기계적 물성을 달성할 수 있으면서 급격한 물성저하를 방지할 수 있다. 이는 지방족 디카르복실산; 지방족 디올; 및 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유;를 혼합 및 분산하여 분산물을 제조한 후, 폴리부틸렌테레프탈레이트를 투입하여 중합함으로써, 달성할 수 있는 것이다.By forming the structure as described above, natural polymer nanofibers are present in the biodegradable composite material with excellent dispersibility, and remarkably excellent mechanical properties can be achieved while preventing rapid deterioration of properties. These include aliphatic dicarboxylic acids; aliphatic diols; And nano-chitin fibers and at least one natural polymer nanofibers selected from nanocellulose fibers; after mixing and dispersing to prepare a dispersion, polybutylene terephthalate is added and polymerized, which can be achieved.

즉, 본 발명의 생분해성 복합소재의 상술한 효과는 폴리부틸렌테레프탈레이트와 천연고분자 나노섬유를 단순히 물리적으로 혼합시키는 것으로는 달성할 수 없는 것이다. 이 경우, 후술하는 비교예에서 확인할 수 있듯이, 기계적 물성의 향상이 매우 미약하거나, 오히려 저하될 수 있는 문제가 발생한다.That is, the above-described effect of the biodegradable composite material of the present invention cannot be achieved by simply physically mixing polybutylene terephthalate and natural polymer nanofibers. In this case, as can be seen in Comparative Examples to be described later, there is a problem in that the improvement of mechanical properties is very weak or may be lowered on the contrary.

본 발명에 따른 생분해성 복합소재의 제조방법은 먼저, a)지방족 디카르복실산; 지방족 디올; 및 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유;를 혼합 및 분산하여 분산물을 제조하는 단계를 수행하는 것이다. The method for producing a biodegradable composite material according to the present invention comprises: a) an aliphatic dicarboxylic acid; aliphatic diols; And to perform the step of preparing a dispersion by mixing and dispersing; and at least one natural polymer nanofiber selected from nanochitin fibers and nanocellulose fibers.

상기와 같이 방향족 디카르복실산 및 이의 유도체, 구체적으로 테레프탈산 및 이의 유도체 미존재하에 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올과 함께 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유를 혼합 및 분산하여 분산물을 제조한다. 이와 같은 단계를 수행함으로써, 폴리부틸렌테레프탈레이트와의 혼화성을 더욱 향상시킬 수 있다.As described above, in the absence of aromatic dicarboxylic acid and its derivatives, specifically terephthalic acid and its derivatives, one or more natural polymer nanofibers selected from nanochitin fibers and nanocellulose fibers are mixed with aliphatic dicarboxylic acids and aliphatic diols. and dispersing to prepare a dispersion. By performing such a step, miscibility with polybutylene terephthalate can be further improved.

이 후, 상기 분산물에 고분자 상태인 폴리부틸렌테레프탈레이트를 투입하였을 때, 부반응이 실질적으로 발생하지 않고, 균질하게 천연고분자 나노섬유를 분산시킬 수 있는 것이다.Thereafter, when polybutylene terephthalate in a polymer state is added to the dispersion, side reactions do not occur substantially and the natural polymer nanofibers can be homogeneously dispersed.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 천연고분자 나노섬유는 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상이고, 바람직하게는 나노키틴 섬유 또는 나노셀룰로오스 섬유를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the natural polymer nanofibers are at least one selected from nanochitin fibers and nanocellulose fibers, and may preferably include nanochitin fibers or nanocellulose fibers.

상기 천연고분자 나노섬유는 자연계에 존재하는 천연고분자 물질인 키틴 또는 셀룰로오스로부터 제조되는 것일 수 있다. 구체적으로, 셀룰로오스 또는 키틴 사슬이 다발을 이루며 결합한 나노미터 크기의 막대형태 입자 또는 섬유형태를 의미한다. 또한, 이는 당 기술분야에서 이미 공지되어 있는 물리적, 화학적 방법에 의해 키틴이나 셀룰로오스를 나노섬유화함으로써 제조된 것일 수 있다.The natural polymer nanofibers may be prepared from chitin or cellulose, which are natural polymer materials present in nature. Specifically, it refers to nanometer-sized rod-shaped particles or fibers in which cellulose or chitin chains are bundled together. In addition, it may be prepared by nanofiberizing chitin or cellulose by physical and chemical methods already known in the art.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 천연고분자 나노섬유는 평균직경이 2 내지 200㎚이고, 최장길이가 100㎚ 내지 10㎛일 수 있다. 바람직하게는 평균직경이 2 내지 100㎚이고, 최장길이가 100㎚ 내지 5㎛일 수 있고, 더 바람직하게는 평균직경이 2 내지 100㎚이고, 최장길이가 100 내지 900㎚일 수 있다. 상기와 같은 천연고분자 나노섬유를 포함할 경우, 기계적 물성, 특히 인장강도, 인장신율 및 인열강도의 상승효과가 월등하다.According to an aspect of the present invention, the natural polymer nanofibers may have an average diameter of 2 to 200 nm, and a longest length of 100 nm to 10 μm. Preferably, the average diameter may be 2 to 100 nm, the longest length may be 100 nm to 5 μm, more preferably, the average diameter may be 2 to 100 nm, and the longest length may be 100 to 900 nm. When the natural polymer nanofibers as described above are included, the synergistic effect of mechanical properties, in particular, tensile strength, tensile elongation and tearing strength is superior.

이와 달리, 상기 천연고분자 나노섬유의 평균직경이 상기 범위를 초과하는 일 예로, 마이크로미터 단위를 가질 경우, 본 발명에 따른 동일한 제조방법으로 생분해성 복합소재를 제조하더라도, 동일한 효과를 달성할 수 없다. 오히려, 분산성 향상이 미미하고, 침전이 발생되어 균일한 물성 구현이 어려워, 기계적 물성이 저하가 발생할 수 있다.On the other hand, if the average diameter of the natural polymer nanofibers exceeds the above range, for example, if it has a micrometer unit, even if the biodegradable composite material is manufactured by the same manufacturing method according to the present invention, the same effect cannot be achieved. . Rather, the improvement in dispersibility is insignificant, and it is difficult to achieve uniform physical properties due to the occurrence of precipitation, which may cause deterioration of mechanical properties.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 천연고분자 나노섬유는 상기 생분해성 복합소재 총 중량에 대하여, 0.001 내지 3중량% 포함할 수 있다. 바람직하게는 0.01 내지 2중량% 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 0.01 내지 1중량% 포함할 수 있다. 상기와 같은 범위로 포함할 경우, 생분해성 복합소재 내에 천연고분자 나노섬유가 소량으로 들어감에도 불구하고, 우수한 인장강도를 가지면서, 인장신율 및 인열강도도 동시에 현저하게 향상시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, the natural polymer nanofibers may include 0.001 to 3% by weight based on the total weight of the biodegradable composite material. Preferably it may contain 0.01 to 2% by weight, more preferably 0.01 to 1% by weight. When included in the above range, despite the small amount of natural polymer nanofibers contained in the biodegradable composite material, it has excellent tensile strength, and it is possible to significantly improve tensile elongation and tear strength at the same time.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 지방족 디카르복실산은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 구체적으로는 지방족 디카르복실산 및 이들의 유도체에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 서버산, 아젤라산 및 세박산 등에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the aliphatic dicarboxylic acid is not particularly limited, and specifically, it may be any one or more selected from aliphatic dicarboxylic acids and derivatives thereof. For example, it may be any one or more selected from oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, server acid, azelaic acid, and sebacic acid.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 지방족 디올은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 구체적으로는 지방족 디올 및 이들의 유도체에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 에탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 2,4-디메틸-2-에틸-1,3-헥산디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2-에틸-2-부틸-1,3-프로판디올, 2-에틸-2-이소부틸-1,3-프로판디올 및 2,2,4-트리메틸-1,6-헥산디올 등에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the aliphatic diol is not particularly limited, and specifically, it may be any one or more selected from aliphatic diols and derivatives thereof. For example, ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 2,4 -Dimethyl-2-ethyl-1,3-hexanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-2-butyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-2-isobutyl It may be any one or more selected from -1,3-propanediol and 2,2,4-trimethyl-1,6-hexanediol.

이와 같이, 상기 a)단계에서 분산물 내에 방향족 디카르복실산 및 이들의 유도체는 포함하지 않고, 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올을 포함하기 때문에 이의 존재에 따른 부반응을 억제하여 고분자량을 제공할 수 있고, 휘발성 유기화합물의 발생을 최소화할 수 있다.As such, since the dispersion in step a) does not contain aromatic dicarboxylic acids and derivatives thereof, but contains aliphatic dicarboxylic acids and aliphatic diols, side reactions due to the presence thereof are suppressed to provide high molecular weight. and can minimize the generation of volatile organic compounds.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올은 1:1 내지 1:3몰비로 포함할 수 있다. 바람직하게는 1:1 내지 1:2.5 몰비, 더 바람직하게는 1:1 내지 1:2 몰비로 포함할 수 있다. 상기와 같은 범위로 포함할 경우, 천연고분자 나노섬유와의 복합 시 분산성을 더욱 향상시킬 수 있고, 더욱 우수한 기계적 물성을 달성할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the aliphatic dicarboxylic acid and the aliphatic diol may be included in a molar ratio of 1:1 to 1:3. Preferably 1:1 to 1:2.5 molar ratio, more preferably 1:1 to 1:2 molar ratio may be included. When included in the above range, dispersibility can be further improved when combined with natural polymer nanofibers, and better mechanical properties can be achieved.

다음으로, 본 발명에 따른 생분해성 복합소재의 제조방법은 b) 상기 분산물에 폴리부틸렌테레프탈레이트를 투입하여 혼합 및 분산하여 중합하는 단계를 수행한다. 상기와 같이, 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올을 포함하여 천연고분자 나노섬유를 선분산 후 폴리부틸렌테레프탈레이트를 추가 분산함으로써, 균일한 혼화성을 구현할 수 있고 현격한 기계적 물성 증가율을 구현할 수 있다. Next, in the method for producing a biodegradable composite material according to the present invention, b) polybutylene terephthalate is added to the dispersion, mixed and dispersed to perform polymerization. As described above, by linearly dispersing the natural polymer nanofibers including the aliphatic dicarboxylic acid and the aliphatic diol and then further dispersing polybutylene terephthalate, uniform miscibility can be realized and a remarkable increase rate of mechanical properties can be realized. .

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 지방족 디카르복실산 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 내 테레프탈레이트 단위의 몰비가 10:90 내지 90:10일 수 있다. 바람직하게는 지방족 디카르복실산 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 내 테레프탈레이트의 몰비는 10:90 내지 60:40일 수 있고, 더 바람직하게는 몰비는 20:80 내지 60:40일 수 있다. 상기와 같은 범위로 포함할 경우, 우수한 인장강도, 인장신율 및 인열강도를 현저하게 향상시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, the molar ratio of the terephthalate unit in the aliphatic dicarboxylic acid and polybutylene terephthalate may be 10:90 to 90:10. Preferably, the molar ratio of terephthalate in the aliphatic dicarboxylic acid and polybutylene terephthalate may be 10:90 to 60:40, and more preferably, the molar ratio may be 20:80 to 60:40. When included in the above range, excellent tensile strength, tensile elongation and tear strength can be remarkably improved.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 b)단계는 에스테르 교환반응을 유도할 수 있는 반응조건 및 반응장치라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로, 고분자량을 유도할 수 있는 점에서 일 예로, 150 내지 260℃의 온도에서, 0.001 내지 500Torr의 압력으로 1 내지 20시간 중합을 수행하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 일 예로, 생분해성 복합소재의 착색을 방지하여 우수한 품질의 투명성 제품으로 제공하는 점에서, 200 내지 250℃의 온도에서, 0.001 내지 100Torr의 압력으로 1 내지 15시간 중합을 수행하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an aspect of the present invention, step b) is not particularly limited as long as the reaction conditions and reaction equipment capable of inducing the transesterification reaction are not particularly limited, but specifically, in terms of inducing a high molecular weight, for example, 150 to At a temperature of 260° C., polymerization may be performed for 1 to 20 hours at a pressure of 0.001 to 500 Torr, but is not limited thereto. As another example, in terms of preventing the discoloration of the biodegradable composite material and providing a transparent product of excellent quality, polymerization may be performed for 1 to 15 hours at a temperature of 200 to 250° C. and at a pressure of 0.001 to 100 Torr. , but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 b)단계는 반응장치는 구체적인 예를 들어, 고분자량의 생분해성 복합소재 수득을 위하여 반응조, 컨덴서 및 진공감압장치 등이 연결된 중합장치일 수 있다. 바람직하게는 트윈 스크류 니더식 중합장치일 수 있다. 상기 중합장치를 이용할 경우, 일반 교반기 사용 대비, 중합 시 넓은 표면적을 제공하여 중합시간을 단축시키고, 고분자량의 수득이 가능하며, 부산물 제거효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 인장강도, 인장신율 및 인열강도의 현저한 상승을 구현할 수 있다.According to an aspect of the present invention, in step b), the reaction apparatus may be a polymerization apparatus in which a reaction tank, a condenser, and a vacuum pressure reducing apparatus are connected, for example, in order to obtain a high molecular weight biodegradable composite material. Preferably, it may be a twin screw kneader type polymerization apparatus. When the polymerization apparatus is used, compared to using a general stirrer, it provides a large surface area during polymerization to shorten the polymerization time, obtain a high molecular weight, and improve the removal efficiency of by-products. In addition, it is possible to realize a significant increase in tensile strength, tensile elongation and tear strength.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 생분해성 복합소재는 수분량이 1 내지 1,000 ppm이고, 바람직하게는 1 내지 500 ppm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 수분량을 가질 경우, 고분자량을 구현하면서, 우수한 기계적 물성을 달성할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the biodegradable composite material may have a moisture content of 1 to 1,000 ppm, preferably 1 to 500 ppm, but is not limited thereto. When the moisture content is as described above, excellent mechanical properties can be achieved while realizing a high molecular weight.

본 발명의 또 다른 양태는 폴리부틸렌테레프탈레이트; 지방족 디카르복실산; 지방족 디올; 및 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유;를 포함하는 분산물을 중합하여 유도된 생분해성 복합소재이다.Another aspect of the present invention is polybutylene terephthalate; aliphatic dicarboxylic acids; aliphatic diols; It is a biodegradable composite material derived by polymerizing a dispersion comprising; and a natural polymer nanofiber at least one selected from nanochitin fibers and nanocellulose fibers.

본 발명에 따른 생분해성 복합소재는 상술한 제조방법으로 제조됨으로써, 기존의 생분해성 소재 대비 천연고분자 나노섬유의 우수한 분산성 및 혼화성을 구현하면서, 인장강도, 인장신율 및 인열강도를 현저히 향상시킬 수 있다.The biodegradable composite material according to the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method, thereby remarkably improving the tensile strength, tensile elongation and tear strength while implementing excellent dispersibility and miscibility of natural polymer nanofibers compared to existing biodegradable materials. can do it

본 발명의 일 양태에 따른 상기 천연고분자 나노섬유는 폴리부틸렌테레프탈레이트, 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올로부터 유도된 중합체의 가교 링커로 형성되는 것일 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 천연고분자 나노섬유는 상기 중합체 내에 산재되어 물리적으로 결합하여 분산상으로 존재할 뿐만 아니라 중합체의 잔여기와 반응이 유도되어 다양한 형상의 가교 구조를 형성할 수 있어 천연고분자 나노섬유가 중합체의 가교 링커(linker)로 형성되어 가교 구조체를 형성할 수 있다.The natural polymer nanofiber according to an aspect of the present invention may be formed of a crosslinker of a polymer derived from polybutylene terephthalate, aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic diol. As described above, the natural polymer nanofibers are dispersed in the polymer and physically bonded to exist in a dispersed phase, as well as inducing a reaction with the residual polymer of the polymer to form a cross-linked structure of various shapes. It may be formed as a crosslinking linker to form a crosslinked structure.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트는 중량평균분자량이 10,000 내지 100,000g/mol일 수 있다. 바람직하게는 10,000 내지 80,000g/mol, 더 바람직하게는 10,000 내지 60,000g/mol일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an aspect of the present invention, the polybutylene terephthalate may have a weight average molecular weight of 10,000 to 100,000 g/mol. Preferably, it may be 10,000 to 80,000 g/mol, more preferably 10,000 to 60,000 g/mol, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트는 ASTM D 1238에 의거하여 250℃, 2.16 kg에서 측정된 용융흐름지수가 10 내지 50g/10 min, 더 바람직하게는 20 내지 50g/10 min일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an aspect of the present invention, the polybutylene terephthalate has a melt flow index of 10 to 50 g/10 min, more preferably 20 to 50 g/10 min, measured at 250° C. and 2.16 kg according to ASTM D 1238. may be, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 생분해성 복합소재는 중량평균분자량이 10,000 내지 100,000g/mol일 수 있다. 바람직하게는 20,000 내지 100,000g/mol, 더 바람직하게는 40,000 내지 100,000g/mol일 수 있다. 본 발명에 따른 제조방법으로 제조됨으로써, 분자량 향상이 수월하여 고분자량을 제공하는 데 탁월하다. According to an aspect of the present invention, the biodegradable composite material may have a weight average molecular weight of 10,000 to 100,000 g/mol. Preferably, it may be 20,000 to 100,000 g/mol, more preferably 40,000 to 100,000 g/mol. By being prepared by the manufacturing method according to the present invention, it is excellent in providing a high molecular weight because it is easy to improve the molecular weight.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 생분해성 복합소재는 하기 식 1을 만족하는 인장강도를 가질 수 있다.According to an aspect of the present invention, the biodegradable composite material may have a tensile strength satisfying Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112019076335446-pat00003
Figure 112019076335446-pat00003

상기 식 1에 있어서,In the above formula 1,

상기 TS0는 천연고분자 나노섬유를 포함하지 않는 생분해성 소재의 인장강도(MPa)이고, 상기 TS1은 생분해성 복합소재의 인장강도(MPa)이다.TS 0 is the tensile strength (MPa) of the biodegradable material that does not contain natural polymer nanofibers, and TS 1 is the tensile strength (MPa) of the biodegradable composite material.

구체적으로는 식 1은 110 내지 300%일 수 있고, 바람직하게는 120 내지 300%, 더 바람직하게는 125 내지 300%, 가장 바람직하게는 130 내지 300%일 수 있다. 과량의 보강재없이도 본 발명에 따른 생분해성 복합소재는 생분해성과 동시에 상기와 같이 우수한 인장장도 증가율을 확보할 수 있으며, 이로써 외부 충격에 의한 변형 및 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 장기적인 내구성을 가질 수 있다. Specifically, Formula 1 may be 110 to 300%, preferably 120 to 300%, more preferably 125 to 300%, and most preferably 130 to 300%. Even without an excessive amount of reinforcing material, the biodegradable composite material according to the present invention can secure the excellent tensile strength increase rate as described above at the same time as biodegradability, thereby preventing deformation and damage due to external impact as well as having long-term durability. .

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 생분해성 복합소재는 하기 식 2를 만족하는 인열강도를 가질 수 있다.According to one aspect of the present invention, the biodegradable composite material may have a tear strength satisfying the following formula (2).

[식 2][Equation 2]

Figure 112019076335446-pat00004
Figure 112019076335446-pat00004

상기 식 2에 있어서,In Equation 2,

상기 TR0는 천연고분자 나노섬유를 포함하지 않는 생분해성 소재의 인열강도(kgf/㎝)이고, 상기 TR1은 생분해성 복합소재의 인열강도(kgf/㎝)이다.The TR 0 is the tearing strength (kgf/cm) of the biodegradable material that does not contain natural polymer nanofibers, and the TR 1 is the tearing strength (kgf/cm) of the biodegradable composite material.

구체적으로는 상기 식 는 110 내지 300%일 수 있고, 바람직하게는 115 내지 300%, 더 바람직하게는 120 내지 300%일 수 있다. 상기와 같이 우수한 인열강도를 구현함으로써, 봉투, 쇼핑백 등의 실용화에 대한 어려움을 해소할 수 있고, 인열강도 및 생분해성을 동시에 요구하는 다양한 분야로 확대가 가능하다.Specifically, the formula may be 110 to 300%, preferably 115 to 300%, more preferably 120 to 300%. By implementing the excellent tear strength as described above, it is possible to solve the difficulties of practical use of bags and shopping bags, and it is possible to expand to various fields requiring tear strength and biodegradability at the same time.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 생분해성 복합소재는 하기 식 3을 만족하는 인장신율을 가질 수 있다.According to an aspect of the present invention, the biodegradable composite material may have a tensile elongation that satisfies Equation 3 below.

[식 3][Equation 3]

Figure 112019076335446-pat00005
Figure 112019076335446-pat00005

상기 식 3에 있어서,In Equation 3,

상기 TE0는 나노셀룰로오스를 포함하지 않는 엘라스토머의 인장신율(%)이고, 상기 TE1은 열가소성 엘라스토머-나노셀룰로오스 복합소재의 인장신율(%)이다.The TE 0 is the tensile elongation (%) of the elastomer not containing the nanocellulose, and TE 1 is the tensile elongation (%) of the thermoplastic elastomer-nanocellulose composite material.

구체적으로는 상기 식 3은 110 내지 200%일 수 있다. 바람직하게는 115 내지 200%, 더 바람직하게는 130 내지 200%일 수 있다. 과량의 보강재없이도 본 발명에 따른 생분해성 복합소재는 상기와 같이 우수한 인장신율 증가율을 확보할 수 있으며, 이로써 굴곡 에너지의 증가로 나타나 성형품의 실용충격강도를 증가시킬 수 있으며, 사출 이형성과 연속작업성이 매우 우수하다.Specifically, Equation 3 may be 110 to 200%. Preferably, it may be 115 to 200%, more preferably 130 to 200%. Even without an excessive amount of reinforcing material, the biodegradable composite material according to the present invention can secure the excellent tensile elongation increase rate as described above, thereby increasing the flexural energy, thereby increasing the practical impact strength of the molded article, injection releasability and continuous workability. This is very excellent.

본 발명에 따른 생분해성 복합소재는 우수한 인장강도를 가질 뿐만 아니라 천연고분자 나노섬유를 포함하지 않는 기본 생분해성 소재 대비 인장강도, 인장인성 및 인장신율이 현격하게 증가하여 우수한 기계적 물성을 구현할 수 있다. 이로써, 자동차, 전자, 생물 의학, 생활 용품 및 기타 분야 등의 생분해성과 동시에 우수한 기계적 물성을 요구하는 다양한 응용 분야에 적용가능하다. The biodegradable composite material according to the present invention not only has excellent tensile strength, but also significantly increases tensile strength, tensile toughness and tensile elongation compared to a basic biodegradable material that does not contain natural polymer nanofibers, thereby implementing excellent mechanical properties. Accordingly, it is applicable to various application fields requiring excellent mechanical properties at the same time as biodegradability, such as automobiles, electronics, biomedicine, household goods and other fields.

이하 본 발명을 실시예를 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, these are for describing the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight %.

[물성측정방법][Method of measuring physical properties]

(1) 인장강도 및 인장신율(1) Tensile strength and tensile elongation

Haake™ Minijet (Thermo Scientific) 사출기의 실린더에 실시예 및 비교예를 넣고, 실린더 온도 200℃, 노출시간 5분, 사출압 500 bar, 몰드 온도 150℃로 설정하여 Dog-bone 모양의 시편(길이: 25.5 ㎜, 넓이: 3.11 ㎜, 두께: 3.1 ㎜)을 제작하고, 만능재료시험기 (UTM 5982, INSTRON)를 사용하여 ASTM D 638에 의거하여 인장시험을 하였다. Examples and comparative examples were placed in the cylinder of the Haake™ Minijet (Thermo Scientific) injection machine, and the cylinder temperature was 200°C, the exposure time was 5 minutes, the injection pressure was 500 bar, and the mold temperature was 150°C, and the dog-bone-shaped specimen (length: 25.5 mm, width: 3.11 mm, thickness: 3.1 mm) was manufactured, and a tensile test was performed in accordance with ASTM D 638 using a universal testing machine (UTM 5982, INSTRON).

인장강도 변화율(%)은 하기 계산식 1을 통해 비교예에 해당되는 생분해성 소재의 인장강도 대비 변화율을 계산하였다.Tensile strength change rate (%) was calculated by calculating the change rate compared to the tensile strength of the biodegradable material corresponding to the comparative example through Equation 1 below.

[계산식 1][Formula 1]

인장강도 변화율 = (실시예의 인장강도/비교예의 인장강도) × 100Tensile strength change rate = (tensile strength of Example / tensile strength of comparative example) × 100

인장신율 변화율(%)은 하기 계산식 2를 통해 비교예에 해당되는 생분해성 소재 인장신율 대비 변화율을 계산하였다.The change in tensile elongation (%) was calculated using Equation 2 below compared to the tensile elongation of the biodegradable material corresponding to the comparative example.

[계산식 2][Formula 2]

인장신율 변화율 = (실시예의 인장신율/비교예의 인장신율) × 100Tensile elongation change rate = (Tensile elongation of Example / Tensile elongation of Comparative Example) × 100

(2) 인열강도(2) tear strength

인열강도는 KS M ISO 34-1:2009 시험법에 의거해 측정하였다.Tear strength was measured according to KS M ISO 34-1:2009 test method.

인열강도 변화율(%)은 하기 계산식 3을 통해 비교예에 해당되는 생분해성 소재 인열강도 대비 변화율을 계산하였다.The rate of change in tear strength (%) was calculated by using Equation 3 below to calculate the rate of change compared to the tear strength of the biodegradable material corresponding to the comparative example.

[계산식 3][Formula 3]

인열강도 변화율 = (실시예의 인열강도/비교예의 인열강도) × 100Tear strength change rate = (Tear strength of Example / Tear strength of Comparative Example) × 100

(3) 중량평균분자량(3) weight average molecular weight

중량평균분자량은 용매로서 클로로포름을 사용한 겔투과 크로마토그래피(GPC) 측정에 의한 표준 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량 값이다.The weight average molecular weight is a weight average molecular weight value in terms of standard polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC) using chloroform as a solvent.

GPC장비 : Waters사의 ACQUITY APC,GPC equipment: Waters' ACQUITY APC,

컬럼 : Waters사의 ACQUITY APC XTColumn: ACQUITY APC XT from Waters

칼럼 온도: 40 ℃Column temperature: 40 °C

유량: 0.6 ㎖/minFlow rate: 0.6 ml/min

(4) 수분량 측정(4) Moisture content measurement

Metrohm사의 칼-피셔 적정기를 이용하여 분석하였다.Analysis was performed using a Karl-Fischer titrator from Metrohm.

(5) 총휘발성 유기화합물(tVOC) 측정(5) Measurement of total volatile organic compounds (tVOC)

가열증착형 가스크로마토그래피 질량분석기를 이용하였으며, 불활성 가스를 통기시키면서 포집관을 가열하여 흡착제로부터 VOC를 탈리시켜 GC/Mass로 분석하였다.A heat deposition type gas chromatography mass spectrometer was used, and VOCs were desorbed from the adsorbent by heating the collection tube while venting the inert gas, and analyzed by GC/Mass.

[실시예 1][Example 1]

아디프산 및 1,4-부탄디올을 몰비 1:1.6으로 혼합하여 혼합액을 제조하였다. 상기 혼합액에 나노셀룰로오스 섬유(평균직경 20㎚, 평균 길이 300㎚)를 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 0.04중량%가 되도록 혼합한 다음 500 W 및 20 kHz에서 5 분 동안 초음파 처리 (VCX500, Sonics & Materials, USA)하여 균일하게 분산시켜 분산물을 제조하였다.A mixture was prepared by mixing adipic acid and 1,4-butanediol in a molar ratio of 1:1.6. When the polymer weight with respect to 100% of yield is 100% by weight of nanocellulose fibers (average diameter of 20 nm, average length of 300 nm) in the mixture, it is mixed so as to be 0.04% by weight, and then mixed at 500 W and 20 kHz for 5 minutes. A dispersion was prepared by uniformly dispersing by ultrasonic treatment (VCX500, Sonics & Materials, USA).

폴리부틸렌테레프탈레이트(LG화학, LUPOX GP1000S)를 동결건조기에서 24시간 건조하여 외부대기와의 접촉이 없는 상태에서 500ppm 이하의 수분량을 유지하도록 하고, 폴리부틸렌테레프탈레이트에 상기 분산물을 트윈스크류 니더 반응기(시위스 LIST사)를 이용에 투입하였다. 이 때 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 내의 테레프탈산과 아디프산의 몰비가 50:50이 되도록 투입하였다. Polybutylene terephthalate (LG Chem, LUPOX GP1000S) was dried in a freeze dryer for 24 hours to maintain a moisture content of 500 ppm or less without contact with external atmosphere, and the dispersion was added to polybutylene terephthalate with twin screws. A kneader reactor (Siwis LIST) was put into use. At this time, it was added so that the molar ratio of terephthalic acid and adipic acid in the polybutylene terephthalate was 50:50.

이 때, 중합반응기는 질소분위기 하에서 온도 240℃, 500 mTorr의 감압하에서 부산물을 제거하면서 2시간 반응하여 중합체를 수득하였다. At this time, the polymerization reactor was reacted for 2 hours while removing by-products under a nitrogen atmosphere at a temperature of 240° C. and a reduced pressure of 500 mTorr to obtain a polymer.

최종 생분해성 복합소재는 중량평균분자량 91,300 g/mol, 다분산지수 2.06, 색차계지수는 b*=5.2, 총 휘발성 유기화합물량은 28ppm이며, 수분 함량은 1000ppm 미만이었다.The final biodegradable composite material had a weight average molecular weight of 91,300 g/mol, a polydispersity index of 2.06, a color difference index of b*=5.2, a total amount of volatile organic compounds of 28ppm, and a moisture content of less than 1000ppm.

[실시예 2][Example 2]

상기 실시예 1에서 나노셀룰로오스 섬유 함량을 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 0.005중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.When the nanocellulose fiber content in Example 1 was 100% by weight of the polymer with respect to the yield of 100%, it was carried out in the same manner except that it was mixed so as to be 0.005% by weight.

[실시예 3][Example 3]

상기 실시예 1에서 나노셀룰로오스 섬유 함량을 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 0.05중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.When the nanocellulose fiber content in Example 1 was 100% by weight of the polymer with respect to the yield of 100%, it was carried out in the same manner except that it was mixed so as to be 0.05% by weight.

[실시예 4][Example 4]

상기 실시예 1에서 나노셀룰로오스 섬유 함량을 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 0.10중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.When the nanocellulose fiber content in Example 1 was 100% by weight of the polymer with respect to the yield of 100%, it was carried out in the same manner except for mixing so as to be 0.10% by weight.

[실시예 5][Example 5]

상기 실시예 1에서 나노셀룰로오스 섬유 함량을 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 0.20중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.When the nanocellulose fiber content in Example 1 was 100% by weight of the polymer with respect to the yield of 100%, it was carried out in the same manner except that it was mixed so as to be 0.20% by weight.

[실시예 6][Example 6]

상기 실시예 1에서 나노셀룰로오스 섬유 함량을 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 0.50중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.When the nanocellulose fiber content in Example 1 was 100% by weight of the polymer with respect to the yield of 100%, it was carried out in the same manner except for mixing so as to be 0.50% by weight.

[실시예 7][Example 7]

상기 실시예 1에서 나노셀룰로오스 섬유 함량을 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 2.0중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.When the nanocellulose fiber content in Example 1 was 100% by weight of the polymer with respect to the yield of 100%, it was carried out in the same manner except that it was mixed so as to be 2.0% by weight.

[실시예 8][Example 8]

상기 실시예 2에서 나노셀룰로오스 섬유를 대신하여 나노키틴 섬유(평균직경 20㎚, 평균 길이 300㎚) 제외하고는 동일하게 실시하였다. 이 때, 나노키틴 섬유는 키틴을 1M 염산 수용액 100℃에서 5시간 정도 반응하여 합성하였다.In Example 2, in place of the nanocellulose fibers, the same procedure was performed except for the nanochitin fibers (average diameter of 20 nm, average length of 300 nm). At this time, nanochitin fibers were synthesized by reacting chitin with 1M aqueous hydrochloric acid solution at 100° C. for about 5 hours.

[실시예 9][Example 9]

상기 실시예 8에서 나노키틴 섬유 함량을 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 0.10중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.When the nanochitin fiber content in Example 8 was 100% by weight of the polymer with respect to the yield of 100%, it was carried out in the same manner except that it was mixed so as to be 0.10% by weight.

[실시예 10][Example 10]

상기 실시예 8에서 나노키틴 섬유 함량을 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 0.50중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.When the nanochitin fiber content in Example 8 was 100% by weight of the polymer with respect to the yield of 100%, it was carried out in the same manner except that it was mixed so as to be 0.50% by weight.

[실시예 11][Example 11]

상기 실시예 8에서 나노키틴 섬유 함량을 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 2.0중량%가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.In Example 8, when the polymer weight with respect to the yield of 100% for the nanochitin fiber content was 100% by weight, the same procedure was performed except for mixing so as to be 2.0% by weight.

[실시예 12][Example 12]

상기 실시예 1에서 폴리부틸렌테레프탈레이트 내의 테레프탈레이트와 아디프산의 몰비가 30:70이 되도록 투입한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure was carried out in Example 1, except that the molar ratio of terephthalate and adipic acid in polybutylene terephthalate was added to be 30:70.

[실시예 13][Example 13]

상기 실시예 1에서 폴리부틸렌테레프탈레이트 내의 테레프탈레이트와 아디프산의 몰비가 70:30이 되도록 투입한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure was carried out in Example 1, except that the molar ratio of terephthalate and adipic acid in polybutylene terephthalate was added to be 70:30.

[비교예 1][Comparative Example 1]

상기 실시예 1에서 나노셀룰로오스 섬유를 포함하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the nanocellulose fibers were not included.

[비교예 2][Comparative Example 2]

상기 실시예 12에서 나노셀룰로오스 섬유를 포함하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 12, except that the nanocellulose fibers were not included.

[비교예 3][Comparative Example 3]

상기 실시예 13에서 나노셀룰로오스 섬유를 포함하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure was performed except that in Example 13, nanocellulose fibers were not included.

[비교예 4][Comparative Example 4]

아디프산, 1,4-부탄디올 및 디메틸테레프탈레이트를 몰비 1:1.6:1로 혼합하여 혼합액을 제조하였다. 상기 혼합액에 나노셀룰로오스 섬유(평균직경 20㎚, 평균 길이 300㎚)를 수득률 100%에 대한 중합체 중량을 100중량%로 하였을 때, 0.04중량%가 되도록 혼합한 다음 500 W 및 20 kHz에서 5 분 동안 초음파 처리 (VCX500, Sonics & Materials, USA)하여 균일하게 분산시켜 분산물을 제조하였다. 이를 질소분위기에서 1시간동안 교반(10 rpm)하였다.Adipic acid, 1,4-butanediol and dimethyl terephthalate were mixed in a molar ratio of 1:1.6:1 to prepare a mixed solution. When the polymer weight with respect to 100% of yield is 100% by weight of nanocellulose fibers (average diameter of 20 nm, average length of 300 nm) in the mixture, it is mixed so as to be 0.04% by weight, and then mixed at 500 W and 20 kHz for 5 minutes. A dispersion was prepared by uniformly dispersing by ultrasonic treatment (VCX500, Sonics & Materials, USA). This was stirred (10 rpm) for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

상기 분산물을 140℃까지 승온하여 완전 용융시킨 후, 촉매로 Ti(OBu)4를 500 ppm 투입하였다. 이를 150 rpm으로 교반하며 180℃까지 10℃/min로 승온하고, 2시간 유지하였다. 이 후 210 ℃까지 온도를 상승시키고, 2시간 더 유지하면서 부산물을 제거하였다. 이 후, 생성물을 진공 배출구 및 오버 헤드 교반기가 장착된 반응기로 옮긴 후, 질소 분위기에서 170℃까지 승온하였다. 생성물이 완전 용융된 후, 50rpm으로 교반하며 240℃까지 10℃/min로 승온하고, 점진적인 감압을 통해 100 mTorr로 맞추었다. 오버헤드 교반기를 통한 토크 측정으로 내부 반응물의 점도가 상승할 때 교반 속도를 30 rpm으로 감소시키고 60분간 유지하였다. 최종 생성물은 반응기로부터 제거하여 물로 급냉시키고 실온 상태의 진공오븐 내에서 48시간 동안 건조하였다. After the dispersion was heated to 140° C. and completely melted, 500 ppm of Ti(OBu) 4 was added as a catalyst. This was stirred at 150 rpm and heated to 180° C. at 10° C./min, and maintained for 2 hours. After that, the temperature was raised to 210 °C, and the by-products were removed while maintaining for 2 hours more. Thereafter, the product was transferred to a reactor equipped with a vacuum outlet and an overhead stirrer, and the temperature was raised to 170° C. in a nitrogen atmosphere. After the product was completely melted, the temperature was raised to 240° C. at 10° C./min while stirring at 50 rpm, and adjusted to 100 mTorr through gradual decompression. When the viscosity of the internal reactant increased by torque measurement through an overhead stirrer, the stirring speed was reduced to 30 rpm and maintained for 60 minutes. The final product was removed from the reactor, quenched with water, and dried in a vacuum oven at room temperature for 48 hours.

최종 생분해성 고분자는 회수량(97g, 97%), 중량평균분자량 75,000g/mol, 분자량분포(PDI) 2.01, 수분량 1000ppm이상이었다.The final biodegradable polymer had a recovery amount (97 g, 97%), a weight average molecular weight of 75,000 g/mol, a molecular weight distribution (PDI) of 2.01, and a water content of 1000 ppm or more.

[비교예 5][Comparative Example 5]

상기 비교예 4에서 상기 나노셀룰로오스 섬유를 대신하여 나노키틴 섬유(평균직경 20㎚, 평균 길이 300㎚)를 사용한 것을 제외하고는 동일하세 실시하였다.In Comparative Example 4, the same procedure was followed except that nanochitin fibers (average diameter 20 nm, average length 300 nm) were used instead of the nanocellulose fibers.

[실험예 1] 분산성 확인.[Experimental Example 1] Confirmation of dispersibility.

도 1에 도시된 바와 같이, 나노셀룰로오스 섬유(좌) 및 나노키틴 섬유(우)를 1,4-부탄디올 및 아디프산(1:1.6몰비) 용액에 0.1 중량%가 되도록 분산 시킨 후 일주일 동안 방치한 후, 나노셀룰로오스 섬유 및 나노키틴 섬유가 침전되는지 확인하였다. 일주일 후에도 나노셀룰로오스섬유 및 나노키틴 섬유가 분산된 혼합액은 모두 투명하게 침전되지 않고 분산된 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 1 , the nanocellulose fibers (left) and nanochitin fibers (right) were dispersed in a 1,4-butanediol and adipic acid (1:1.6 molar ratio) solution to 0.1% by weight and then left for a week. After that, it was confirmed whether the nanocellulose fibers and nanochitin fibers were precipitated. Even after a week, it was confirmed that the mixed solution in which the nanocellulose fibers and nanochitin fibers were dispersed was dispersed without being transparently precipitated.

이와 달리, 도 2에 도시된 바와 같이, 나노셀룰로오스 섬유(좌) 및 나노키틴 섬유(우)를 1,4-부탄디올, 아디프산 및 디메틸테레프탈레이트(1:1.6:1몰비) 용액에 0.1 중량%가 되도록 분산 시킨 후 일주일 동안 방치한 후, 두 나노셀룰로오스 나노셀룰로오스 섬유 및 나노키틴 섬유가 침전되는지 확인하였다. 일주일 후에는 나노셀룰로오스 섬유 및 나노키틴 섬유 모두 침전이 관찰되었다.In contrast, as shown in FIG. 2, nanocellulose fibers (left) and nanochitin fibers (right) were mixed with 1,4-butanediol, adipic acid and dimethyl terephthalate (1:1.6:1 molar ratio) in a solution of 0.1 weight. %, and then left for a week, it was confirmed whether the two nanocellulose nanocellulose fibers and nanochitin fibers were precipitated. After one week, precipitation was observed for both nanocellulose fibers and nanochitin fibers.

이를 통하여, 디메틸테레프탈레이트를 포함하는 용액에서는 나노셀룰로오스 섬유 및 나노키틴 섬유의 침전을 유발하여 균일한 분산성을 구현할 수 없음을 확인할 수 있었다.Through this, it was confirmed that the solution containing dimethyl terephthalate caused the precipitation of the nanocellulose fibers and the nanochitin fibers, so that uniform dispersibility could not be realized.

[실험예 2] 가수분해 가속화 실험.[Experimental Example 2] Hydrolysis acceleration experiment.

본 발명에 따른 실시예 1 내지 11에서 제조된 생분해성 복합소재를 1 M 수산화 나트륨 수용액에 침지시켰다. 이들은 모두 6개월 안에 분해되는 것을 관찰하였다. 이를 통하여 본 발명에 따른 생분해성 복합소재는 생분해성을 가지고 있음 확인할 수 있고, 이와 같은 특성을 요구하는 다양한 분야에 적용가능함을 확인할 수 있었다.The biodegradable composite materials prepared in Examples 1 to 11 according to the present invention were immersed in 1 M aqueous sodium hydroxide solution. All of them were observed to decompose within 6 months. Through this, it can be confirmed that the biodegradable composite material according to the present invention has biodegradability, and it can be confirmed that it is applicable to various fields requiring such properties.

본 발명에 따른 실시예 1 내지 13에서 제조된 생분해성 복합소재 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 생분해성 소재의 인장강도, 인장신율 및 인열강도를 측정하고, 이들의 변화율을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.The tensile strength, tensile elongation and tearing strength of the biodegradable composite material prepared in Examples 1 to 13 and the biodegradable material prepared in Comparative Examples 1 to 5 according to the present invention were measured, and the change rates thereof were calculated to the following table 1 is shown.

인장
강도
(MPa)
Seal
burglar
(MPa)
인장신율 변화율
(%)
Tensile Elongation Rate of Change
(%)
인장
신율
(%)
Seal
elongation
(%)
인장신율 변화율
(%)
Tensile Elongation Rate of Change
(%)
인열
강도
(kgf/cm)
tear
burglar
(kgf/cm)
인열강도 변화율
(%)
Tear strength change rate
(%)
중량평균분자량
(g/mol)
weight average molecular weight
(g/mol)
실시예 1Example 1 4848 117.1117.1 500500 113.6113.6 182182 119.0119.0 90k90k 실시예 2Example 2 4141 100.0100.0 445445 101.1101.1 152152 99.399.3 87k87k 실시예 3Example 3 6363 151.2151.2 540540 122.7122.7 225225 147.1147.1 93k93k 실시예 4Example 4 6969 168.3168.3 570570 129.5129.5 235235 153.6153.6 91k91k 실시예 5Example 5 6565 158.5158.5 533533 121.1121.1 218218 142.5142.5 97k97k 실시예 6Example 6 6868 165.9165.9 518518 117.7117.7 202202 132.0132.0 89k89k 실시예 7Example 7 3838 92.792.7 346346 78.678.6 177177 115.7115.7 94k94k 실시예 8Example 8 4141 100.0100.0 434434 98.698.6 154154 100.7100.7 91k91k 실시예 9Example 9 5252 126.8126.8 515515 117.0117.0 183183 119.6119.6 88k88k 실시예 10Example 10 6969 168.3168.3 522522 118.6118.6 205205 134.0134.0 87k87k 실시예 11Example 11 3838 92.792.7 380380 86.486.4 145145 94.894.8 90k90k 실시예 12Example 12 6969 168.3168.3 540540 122.7122.7 162162 105.9105.9 89k89k 실시예 13Example 13 4848 117.1117.1 500500 113.6113.6 155155 101.3101.3 92k92k 비교예 1Comparative Example 1 4141 -- 440440 -- 153153 -- 91k91k 비교예 2Comparative Example 2 5252 -- 490490 -- 132132 -- 88k88k 비교예 3Comparative Example 3 2828 -- 345345 -- 119119 -- 90k90k 비교예 4Comparative Example 4 5757 -- 475475 -- 166166 -- 75k75k 비교예 5Comparative Example 5 5555 -- 494494 -- 150150 -- 71k71k

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 생분해성 복합소재는 생분해성 고분자만으로 이루어진 비교예 1 내지 3 대비, 나노셀룰로오스 섬유 및 나노키틴 섬유가 침전이 발생하지 않고 균일한 혼화성을 구현할 수 있고, 놀라운 수준의 인장강도, 인장신율 및 인열강도의 증가를 구현하는 것을 확인할 수 있었다. As shown in Table 1, in the biodegradable composite material prepared by the manufacturing method according to the present invention, compared to Comparative Examples 1 to 3 made of only biodegradable polymer, nanocellulose fibers and nanochitin fibers do not precipitate and uniform blend It was possible to realize chemical conversion, and it was confirmed that amazing levels of tensile strength, tensile elongation and tear strength were increased.

더욱이, 상기 생분해성 복합소재 총 중량에 대하여, 나노셀룰로오스 섬유 및 나노키틴 섬유가 0.01 내지 2중량% 포함하였을 때, 더 바람직하게는 0.01 내지 1중량% 포함하였을 때, 인장강도, 인장신율 및 인열강도의 현저한 향상을 동시에 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.Moreover, with respect to the total weight of the biodegradable composite material, when the nanocellulose fibers and nanochitin fibers contain 0.01 to 2% by weight, more preferably 0.01 to 1% by weight, tensile strength, tensile elongation and tearing steel It was confirmed that a significant improvement in the figure could be realized at the same time.

이는 확실하지는 않으나, 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올을 포함하여 천연고분자 나노섬유를 선분산 후 폴리부틸렌테레프탈레이트를 추가 분산함으로써, 생분해성 고분자 내에 천연고분자 나노섬유가 더욱 균일하게 분포된 가교점을 형성하였을 것으로 예상된다.Although this is not certain, by linearly dispersing natural polymer nanofibers including aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic diol, polybutylene terephthalate is further dispersed, and thus natural polymer nanofibers are more uniformly distributed in the biodegradable polymer. was expected to form.

비교예 4 및 5와 같이, 지방족 디카르복실산, 지방족 디올 및 방향족 디카르복실산을 나노셀룰로오스 섬유 및 나노키틴 섬유와 모두 분산한 후, 중합할 경우, 분산물 내에서 방향족 디카르복실산이 부반응을 유도하고, 나노셀룰로오스 섬유 및 나노키틴 섬유의 침전이 발생하여 낮은 분산성을 갖고, 기계적 물성 향상이 미미한 것을 확인할 수 있다.As in Comparative Examples 4 and 5, when aliphatic dicarboxylic acid, aliphatic diol, and aromatic dicarboxylic acid are all dispersed with nanocellulose fibers and nanochitin fibers and then polymerized, aromatic dicarboxylic acids are side-reacted in the dispersion. It can be confirmed that the precipitation of nanocellulose fibers and nanochitin fibers occurs to induce low dispersibility, and the improvement of mechanical properties is insignificant.

따라서, 본 발명에 따른 생분해성 복합소재는 비용 상승을 초래하는 전처리 공정없이도 생분해성 고분자 내에 천연고분자 나노섬유의 우수한 복합화를 구현하고, 우수한 기계적 물성의 상승효과를 갖는다는 점을 확인할 수 있었다. 또한, 우수한 기계적 물성과 더불어 생분해성을 동시에 확보하여 이들을 동시에 요구하는 다양한 응용 분야에 적용가능하다. Therefore, it was confirmed that the biodegradable composite material according to the present invention implements excellent complexation of natural polymer nanofibers in the biodegradable polymer without a pretreatment process that causes an increase in cost, and has a synergistic effect on excellent mechanical properties. In addition, it can be applied to various applications requiring them at the same time by securing both excellent mechanical properties and biodegradability.

이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention described above is merely exemplary, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, it will be well understood that the present invention is not limited to the forms recited in the above detailed description. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (10)

a) 지방족 디카르복실산; 지방족 디올; 및 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유;를 혼합 및 분산하여 분산물을 제조하는 단계 및
b) 상기 분산물에 폴리부틸렌테레프탈레이트를 투입하여 혼합 및 분산하여 중합하는 단계
를 포함하며, 상기 천연고분자 나노섬유가 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올로부터 유도된 중합체와 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트의 가교 링커(linker)로 형성되어 가교 구조체를 형성하는 것인 생분해성 복합소재의 제조방법.
a) aliphatic dicarboxylic acids; aliphatic diols; and a natural polymer nanofiber at least one selected from nanochitin fibers and nanocellulose fibers; mixing and dispersing to prepare a dispersion; and
b) adding polybutylene terephthalate to the dispersion, mixing and dispersing to polymerize
A biodegradable composite material comprising a, wherein the natural polymer nanofiber is formed of a crosslinker of a polymer derived from an aliphatic dicarboxylic acid and an aliphatic diol and the polybutylene terephthalate to form a crosslinked structure manufacturing method.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 지방족 디카르복실산 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 내 테레프탈레이트의 몰비가 10:90 내지 90:10인 생분해성 복합소재의 제조방법.
The method of claim 1,
A method for producing a biodegradable composite material wherein the molar ratio of terephthalate in the aliphatic dicarboxylic acid and polybutylene terephthalate is 10:90 to 90:10.
제 1항에 있어서,
상기 천연고분자 나노섬유는 상기 생분해성 복합소재 총 중량에 대하여, 0.001 내지 3중량% 포함하는 생분해성 복합소재의 제조방법.
The method of claim 1,
The natural polymer nanofiber is based on the total weight of the biodegradable composite material, the method for producing a biodegradable composite material comprising 0.001 to 3% by weight.
제 1항에 있어서,
상기 천연고분자 나노섬유는 평균직경이 2 내지 200㎚이고, 최장길이가 100㎚ 내지 10㎛인 생분해성 복합소재의 제조방법.
The method of claim 1,
The natural polymer nanofibers have an average diameter of 2 to 200 nm, and a longest length of 100 nm to 10 μm, a method of manufacturing a biodegradable composite material.
폴리부틸렌테레프탈레이트; 지방족 디카르복실산; 지방족 디올; 및 나노키틴 섬유 및 나노셀룰로오스 섬유에서 선택되는 어느 하나 이상인 천연고분자 나노섬유;를 포함하는 분산물을 중합하여 유도된 생분해성 복합소재로서,
상기 천연고분자 나노섬유가 지방족 디카르복실산 및 지방족 디올로부터 유도된 중합체와 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트의 가교 링커(linker)로 형성되어 가교 구조체를 형성하는 것인 생분해성 복합소재
polybutylene terephthalate; aliphatic dicarboxylic acids; aliphatic diols; And as a biodegradable composite material induced by polymerizing a dispersion comprising; and at least one natural polymer nanofiber selected from nanochitin fibers and nanocellulose fibers,
The biodegradable composite material in which the natural polymer nanofiber is formed of a crosslinker of a polymer derived from an aliphatic dicarboxylic acid and an aliphatic diol and the polybutylene terephthalate to form a crosslinked structure
제 6항에 있어서,
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트는 중량평균분자량이 10,000 내지 100,000g/mol인 생분해성 복합소재.
7. The method of claim 6,
The polybutylene terephthalate is a biodegradable composite material having a weight average molecular weight of 10,000 to 100,000 g/mol.
삭제delete 제 6항에 있어서,
상기 생분해성 복합소재는 하기 식 1을 만족하는 인장강도를 갖는 생분해성 복합소재.
[식 1]
Figure 112019076335446-pat00006

상기 식 1에 있어서,
상기 TS0는 천연고분자 나노섬유를 포함하지 않는 생분해성 소재의 인장강도(MPa)이고, 상기 TS1은 생분해성 복합소재의 인장강도(MPa)이다.
7. The method of claim 6,
The biodegradable composite material is a biodegradable composite material having a tensile strength satisfying Equation 1 below.
[Equation 1]
Figure 112019076335446-pat00006

In the above formula 1,
TS 0 is the tensile strength (MPa) of the biodegradable material that does not contain natural polymer nanofibers, and TS 1 is the tensile strength (MPa) of the biodegradable composite material.
제 6항에 있어서,
상기 생분해성 복합소재는 하기 식 2를 만족하는 인열강도를 갖는 생분해성 복합소재.
[식 2]
Figure 112019076335446-pat00007

상기 식 2에 있어서,
상기 TR0는 천연고분자 나노섬유를 포함하지 않는 생분해성 소재의 인열강도(kgf/㎝)이고, 상기 TR1은 생분해성 복합소재의 인열강도(kgf/㎝)이다.
7. The method of claim 6,
The biodegradable composite material is a biodegradable composite material having a tear strength that satisfies Equation 2 below.
[Equation 2]
Figure 112019076335446-pat00007

In Equation 2,
The TR 0 is the tearing strength (kgf/cm) of the biodegradable material that does not contain natural polymer nanofibers, and the TR 1 is the tearing strength (kgf/cm) of the biodegradable composite material.
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