KR102350740B1 - Acetylated lactide oligomer-based plasticizer and the method of manufacturing the same, pla resin composition comprising acetylated lactide oligomer-based plasticizer - Google Patents

Acetylated lactide oligomer-based plasticizer and the method of manufacturing the same, pla resin composition comprising acetylated lactide oligomer-based plasticizer Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 열 안정성이 향상되고 가소 성능이 우수하며, 수지와의 상용성이 우수한 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 (a) 개시제와 락타이드의 고리-개환 중합반응(ring-opening polymerization, ROP)으로 락타이드 올리고머를 합성하는 단계; (b) 상기 락타이드 올리고머에 아세트산 무수물을 넣어 아세틸화 반응을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 생성된 아세트산 및 미반응 아세트산 무수물을 제거하는 단계;를 포함하는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 제조방법을 제공한다.
It is an object of the present invention to provide an acetylated lactide oligomer-based plasticizer having improved thermal stability, excellent plasticization performance, and excellent compatibility with a resin, and a method for preparing the same.
The present invention provides the steps of: (a) synthesizing a lactide oligomer by ring-opening polymerization (ROP) of an initiator and lactide; (b) performing an acetylation reaction by adding acetic anhydride to the lactide oligomer; and (c) removing acetic acid and unreacted acetic anhydride produced in step (b).

Description

아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 및 이의 제조방법, 및 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제를 포함하는 PLA 수지 조성물{ACETYLATED LACTIDE OLIGOMER-BASED PLASTICIZER AND THE METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, PLA RESIN COMPOSITION COMPRISING ACETYLATED LACTIDE OLIGOMER-BASED PLASTICIZER}An acetylated lactide oligomer-based plasticizer, a manufacturing method thereof, and a PLA resin composition comprising an acetylated lactide oligomer-based plasticizer PLASTICIZER}

본 발명은 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 및 이의 제조방법, 및 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제를 포함하는 PLA 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열에 안정하고, 가소 성능이 우수한 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 및 이의 제조방법, 및 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제를 포함하는 PLA 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an acetylated lactide oligomer-based plasticizer, a method for preparing the same, and a PLA resin composition comprising the acetylated lactide oligomer-based plasticizer, and more particularly, to an acetylated lactide oligomer that is stable to heat and has excellent plasticizing performance. It relates to a PLA resin composition comprising a plasticizer, a method for manufacturing the same, and an acetylated lactide oligomer-based plasticizer.

고분자 분야에서는 자연환경 하에서 분해되는 생분해성 수지가 환경 보호 측면에서 상용성 및 생분해성에 대한 물성 요구와 함께 주목되고 있다. 이에 폴리유산, 유산과 다른 지방족 히드록시 카르복시산과의 코폴리머, 지방족 다가 알코올과 지방족 다가 카르복시산으로부터 유도되는 폴리에스테르 등의 연구가 활발하게 진행되고 있다.In the field of polymers, biodegradable resins that decompose under natural environments are attracting attention along with the requirements for compatibility and biodegradability in terms of environmental protection. Accordingly, studies on polylactic acid, copolymers of lactic acid and other aliphatic hydroxycarboxylic acids, and polyesters derived from aliphatic polyhydric alcohols and aliphatic polyhydric carboxylic acids are being actively conducted.

특히, 폴리유산(Polylactic Acid, PLA)은 자원 고갈의 문제가 없는 농산물을 원료로 한 친환경적인 수지로서 D,L-락타이드의 발효법을 이용하여 저비용으로 대량 생산된다. PLA는 유리전이온도가 60 ℃로 기존의 플라스틱과 유사한 물성을 나타내는 물질이다. PLA는 생분해성과 생체적합성이 있기 때문에 FDA(Food and Drug Administration)의 승인을 받아 포장, 의학, 농업, 약학 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.In particular, polylactic acid (PLA) is an eco-friendly resin made from agricultural products that do not have a problem of resource depletion, and is mass-produced at low cost using the fermentation method of D,L-lactide. PLA has a glass transition temperature of 60 °C and is a material that exhibits properties similar to conventional plastics. PLA has been approved by the Food and Drug Administration (FDA) because of its biodegradability and biocompatibility, and is used in various fields such as packaging, medicine, agriculture, and pharmaceuticals.

그러나, 이러한 PLA는 결정성이 높고 분자 구조가 강직하기 때문에 단단하고 깨지기 쉬우며 유연성이 떨어지고, 가공성이 좋지 않다는 단점이 있다. 그 때문에, 그 자체로는 필름이나 포장재 등의 유연성을 필요로 하는 용도로는 적합하지 않다.However, such PLA has high crystallinity and rigid molecular structure, so it is hard and brittle, has poor flexibility, and has disadvantages in poor processability. Therefore, by itself, it is not suitable for the use which requires flexibility, such as a film and a packaging material.

PLA를 연질화하기 위한 방법으로는 가소제의 첨가, 연질 폴리머의 블렌드, 코폴리머화 등의 방법이 고려될 수 있다. 그러나, 연질 폴리머를 블렌드하는 방법은 생분해성의 관점에서 폴리부틸렌 숙시네이트 등의 생분해성 수지의 블렌드에 한정된다는 한계가 있다. 또한 PLA에 충분한 유연성을 부여하기 위해서는 다량 첨가가 요구되고 그 결과 PLA의 특성이 충분히 발현되지 못하고 손상되는 경우가 있다는 문제점이 있다. 코폴리머화의 경우에는 결정성 및 유리 전이점의 저하에 따라 융점, 내열성 등의 물성이 변화되는 문제점이 있다.As a method for softening PLA, methods such as addition of a plasticizer, blending of a soft polymer, copolymerization, and the like may be considered. However, the method of blending the soft polymer has a limitation in that it is limited to the blend of a biodegradable resin such as polybutylene succinate from the viewpoint of biodegradability. In addition, in order to give sufficient flexibility to PLA, a large amount of addition is required, and as a result, there is a problem that the properties of PLA are not sufficiently expressed and may be damaged. In the case of copolymerization, there is a problem in that physical properties such as melting point and heat resistance are changed according to a decrease in crystallinity and glass transition point.

가소제를 첨가하는 경우는 가소제가 수지 내부에서 분자 간 접촉을 감소시킴에 따라 수지의 가공성, 유연성, 내구성을 향상시키고 경우에 따라서 제품의 비용을 감소시키도 한다. 이상적인 친환경 가소제는 재생 가능한 원료를 통해 생산되어야 하고, 생분해성이 있어야 한다. 또한 기존의 가소제와 마찬가지로 수지와의 상용성이 높아야 하며 가공시 화학적으로 안정해야 하고 우수한 내용출성이 확보되어야 한다.When a plasticizer is added, as the plasticizer reduces intermolecular contact inside the resin, the processability, flexibility, and durability of the resin are improved, and in some cases, the cost of the product is reduced. An ideal eco-friendly plasticizer should be produced from renewable raw materials and be biodegradable. In addition, like the existing plasticizer, compatibility with the resin must be high, and it must be chemically stable during processing, and excellent dissolution resistance must be secured.

현재까지 친환경 가소제로는 식물유 기반 친환경 가소제, 숙신산 기반의 친환경 가소제, 아이소솔바이드 가소제 등이 연구되어 왔다. 그러나 이러한 친환경 가소제들은 기존의 프탈레이트 가소제와 비교하였을 때 물성이 제한적이라는 한계가 있었다. So far, as eco-friendly plasticizers, vegetable oil-based eco-friendly plasticizers, succinic acid-based eco-friendly plasticizers, and isosorbide plasticizers have been studied. However, these eco-friendly plasticizers have a limitation in that their physical properties are limited when compared to the existing phthalate plasticizers.

이와 같이, 환경 친화성의 우수한 생분해성 수지의 물성을 보완 향상시키기 위하여 첨가되는 가소제가 개발되고 있으나, 가공성이 떨어지고 기계적 물성에 한계가 있는 여러 가지 결점이 있어, 이러한 결점을 보완하면서도 생분해성이 뛰어나고, 기계적 물성 및 상용성이 우수한 가소제의 개발이 필요하다. 또한, 친환경적인 생분해성 수지가 이러한 가소제의 적용으로 산업분야의 다양한 범위에 응용 가능하도록 개선의 여지가 필요하다.As described above, although plasticizers added to supplement and improve the physical properties of biodegradable resins with excellent environmental compatibility have been developed, there are various drawbacks such as poor processability and limitations in mechanical properties. It is necessary to develop a plasticizer with excellent mechanical properties and compatibility. In addition, there is a need for improvement so that eco-friendly biodegradable resins can be applied to a variety of industrial fields by application of these plasticizers.

대한민국 등록특허공보 제10-1875130호(2018.08.02. 공고)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1875130 (2018.08.02. Announcement)

본 발명은 열에 안정하고, 가소 성능이 향상된 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제를 제공함에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an acetylated lactide oligomer-based plasticizer that is stable to heat and has improved plasticizing performance.

또한, 본 발명은 PLA 수지와의 상용성이 뛰어나고 환경친화적인 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제를 제공함에 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an acetylated lactide oligomer-based plasticizer that has excellent compatibility with PLA resin and is environmentally friendly.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 개시제와 락타이드의 고리-개환 중합반응(ring-opening polymerization, ROP)으로 락타이드 올리고머를 합성하는 단계; (b) 상기 락타이드 올리고머에 아세트산 무수물을 첨가하여 아세틸화 반응을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 생성된 아세트산 및 미반응 아세트산 무수물을 제거하는 단계;를 포함하는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method comprising: (a) synthesizing a lactide oligomer by ring-opening polymerization (ROP) of an initiator and lactide; (b) performing an acetylation reaction by adding acetic anhydride to the lactide oligomer; and (c) removing acetic acid and unreacted acetic anhydride produced in step (b).

상기 (a) 단계의 상기 개시제는 1,1,1-트리스(하이드록시메틸)프로판, 디에틸렌 글리콜, 및 에틸 알코올로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The initiator of step (a) may be any one selected from the group consisting of 1,1,1-tris(hydroxymethyl)propane, diethylene glycol, and ethyl alcohol.

상기 (a) 단계는 100~120 ℃에서 2 시간 내지 6 시간 동안 수행될 수 있다.Step (a) may be performed at 100 to 120 °C for 2 to 6 hours.

상기 (a) 단계의 상기 고리-개환 중합반응의 촉매로 주석 2-에틸 헥사노에이트(tin(Ⅱ) 2-ethylhexanoate)를 사용할 수 있다.Tin 2-ethyl hexanoate (tin(II) 2-ethylhexanoate) may be used as a catalyst for the ring-opening polymerization in step (a).

상기 (b) 단계는 80~120 ℃에서 40 시간 내지 60 시간 동안 수행될 수 있다.Step (b) may be performed at 80 to 120 °C for 40 to 60 hours.

본 발명은 또한, 개시제와 락타이드의 고리-개환 중합반응(ring-opening polymerization, ROP)으로 합성된 락타이드 올리고머를 아세틸화 반응시켜 제조되는 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제를 제공한다.The present invention also provides an acetylated lactide represented by any one of the following Chemical Formulas 1 to 3, which is prepared by acetylation reaction of a lactide oligomer synthesized by ring-opening polymerization (ROP) of an initiator and lactide. An oligomeric plasticizer is provided.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020015997210-pat00001
Figure 112020015997210-pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020015997210-pat00002
Figure 112020015997210-pat00002

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020015997210-pat00003
Figure 112020015997210-pat00003

상기 개시제는 1,1,1-트리스(하이드록시메틸)프로판, 디에틸렌 글리콜, 및 에틸 알코올로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The initiator may be any one selected from the group consisting of 1,1,1-tris(hydroxymethyl)propane, diethylene glycol, and ethyl alcohol.

상기 고리-개환 중합반응의 촉매로 주석 2-에틸 헥사노에이트(tin(Ⅱ) 2-ethylhexanoate)를 사용할 수 있다.As a catalyst for the ring-opening polymerization, tin 2-ethyl hexanoate (tin(II) 2-ethylhexanoate) may be used.

상기 고리-개환 중합반응은 100~120 ℃에서 2 시간 내지 6 시간 동안 수행될 수 있다.The ring-opening polymerization may be carried out at 100 to 120° C. for 2 to 6 hours.

상기 아세틸화 반응은 80~120 ℃에서 40 시간 내지 60 시간 동안 수행될 수 있다.The acetylation reaction may be performed at 80 to 120 °C for 40 to 60 hours.

본 발명은 또한, PLA(Poly Lactic Acid) 수지 및 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 중 선택되는 어느 하나의 가소제를 포함하는 PLA 수지 조성물을 제공한다.The present invention also provides a PLA resin composition comprising a polylactic acid (PLA) resin and any one plasticizer selected from acetylated lactide oligomer-based plasticizers represented by the following Chemical Formulas 1 to 3.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020015997210-pat00004
Figure 112020015997210-pat00004

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020015997210-pat00005
Figure 112020015997210-pat00005

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020015997210-pat00006
Figure 112020015997210-pat00006

상기 가소제는 상기 PLA 수지 조성물에 대하여 25 내지 70 phr의 범위로 포함될 수 있다.The plasticizer may be included in the range of 25 to 70 phr with respect to the PLA resin composition.

본 발명에 따른 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 제조방법에 의하면 아세틸화 반응에 의해 가소제의 하이드록시기의 말단이 아세틸기로 치환되므로 가소제의 열 안정성이 향상되는 유리한 효과가 있다.According to the method for producing an acetylated lactide oligomer-based plasticizer according to the present invention, since the terminal of the hydroxy group of the plasticizer is replaced with an acetyl group by the acetylation reaction, there is an advantageous effect of improving the thermal stability of the plasticizer.

또한, 본 발명에 따라 제조된 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제는 상용 가소제에 비해 가소 성능이 우수하며 PLA 수지와의 상용성이 뛰어난 장점이 있다.In addition, the acetylated lactide oligomer-based plasticizer prepared according to the present invention has superior plasticizing performance compared to commercial plasticizers and has excellent compatibility with PLA resin.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 제조방법의 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 1H-NMR을 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 1H-NMR을 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 1H-NMR을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 MALDI-TOF-MS를 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 MALDI-TOF-MS를 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 MALDI-TOF-MS를 비교한 그래프이다.
도 8은 열중량분석(TGA)을 통해 측정한 실시예 1 내지 3의 가소제와 DOA, ATBC 가소제의 분석결과를 비교한 그래프이다.
도 9는 시차주사 열량측정법(DSC)을 통해 측정한 실시예 1 내지 3의 가소제와 DOA, ATBC 가소제의 열특성 평가 결과를 비교한 그래프이다.
도 10은 가소제를 10 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 응력-변형률 선도(Stress-strain curves)를 비교한 그래프이다.
도 11은 가소제를 25 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 응력-변형률 선도(Stress-strain curves)를 비교한 그래프이다.
도 12는 가소제를 65 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 응력-변형률 선도(Stress-strain curves)를 비교한 그래프이다.
도 13은 가소제를 10 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 저장탄성률(G′)을 비교한 그래프이다.
도 14는 가소제를 25 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 저장탄성률(G′)을 비교한 그래프이다.
도 15는 가소제를 65 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 저장탄성률(G′)을 비교한 그래프이다.
도 16은 가소제를 10 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 tan δ를 비교한 그래프이다.
도 17은 가소제를 25 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 tan δ를 비교한 그래프이다.
도 18은 가소제를 65 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 tan δ를 비교한 그래프이다.
도 19는 가소제를 10 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 시차주사 열량측정법(DSC) 분석결과를 비교한 그래프이다.
도 20은 가소제를 25 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 시차주사 열량측정법(DSC) 분석결과를 비교한 그래프이다.
도 21은 가소제를 65 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 시차주사 열량측정법(DSC) 분석결과를 비교한 그래프이다.
1 is a process flow diagram of a method for manufacturing an acetylated lactide oligomer-based plasticizer according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph comparing 1 H-NMR before and after acetylation of the hydroxyl group terminal of the lactide oligomer according to Example 1 of the present invention.
3 is a graph comparing 1 H-NMR before and after acetylation of the hydroxyl group terminal of the lactide oligomer according to Example 2 of the present invention.
4 is a graph comparing 1 H-NMR before and after acetylation of the hydroxyl group terminal of the lactide oligomer according to Example 3 of the present invention.
5 is a graph comparing MALDI-TOF-MS before and after acetylation of the hydroxyl terminal of the lactide oligomer according to Example 1 of the present invention.
6 is a graph comparing MALDI-TOF-MS before and after acetylation of the hydroxyl terminal of the lactide oligomer according to Example 2 of the present invention.
7 is a graph comparing MALDI-TOF-MS before and after acetylation of the hydroxyl terminal of the lactide oligomer according to Example 3 of the present invention.
8 is a graph comparing the analysis results of the plasticizers of Examples 1 to 3 and the DOA and ATBC plasticizers measured through thermogravimetric analysis (TGA).
9 is a graph comparing the evaluation results of thermal properties of the plasticizers of Examples 1 to 3 and the DOA and ATBC plasticizers measured through differential scanning calorimetry (DSC).
10 is a graph comparing the stress-strain curves of the PLA specimens of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when 10 phr of a plasticizer is added.
11 is a graph comparing the stress-strain curves of the PLA specimens of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 25 phr.
12 is a graph comparing the stress-strain curves of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 65 phr.
13 is a graph comparing the storage modulus (G′) of the PLA specimens of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when 10 phr of a plasticizer is added.
14 is a graph comparing the storage modulus (G′) of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when 25 phr of a plasticizer is added.
15 is a graph comparing the storage modulus (G′) of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer is added at 65 phr.
16 is a graph comparing the tan δ of the PLA specimens of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 10 phr.
17 is a graph comparing the tan δ of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 25 phr.
18 is a graph comparing the tan δ of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 65 phr.
19 is a graph comparing the results of differential scanning calorimetry (DSC) analysis of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when 10 phr of a plasticizer was added.
20 is a graph comparing the results of differential scanning calorimetry (DSC) analysis of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 25 phr.
21 is a graph comparing the results of differential scanning calorimetry (DSC) analysis of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 65 phr.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving the same, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, the present invention is not limited by the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and are common in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those with the knowledge of the scope of the invention. Moreover, the invention is only defined by the scope of the claims.

나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Furthermore, in the description of the present invention, when it is determined that related known techniques may obscure the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 제조방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for producing an acetylated lactide oligomer-based plasticizer according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 제조방법의 공정순서도이다.1 is a process flow diagram of a method for manufacturing an acetylated lactide oligomer-based plasticizer according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제는 (a) 개시제와 락타이드의 고리-개환 중합반응(ring-opening polymerization, ROP)으로 락타이드 올리고머를 합성하는 단계; (b) 상기 락타이드 올리고머에 아세트산 무수물을 첨가하여 아세틸화 반응을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 생성된 아세트산 및 미반응 아세트산 무수물을 제거하는 단계에 의해 제조된다.Referring to FIG. 1 , an acetylated lactide oligomer-based plasticizer according to an embodiment of the present invention comprises (a) synthesizing a lactide oligomer by ring-opening polymerization (ROP) of an initiator and lactide. step; (b) performing an acetylation reaction by adding acetic anhydride to the lactide oligomer; and (c) removing the acetic acid and unreacted acetic anhydride produced in step (b).

우선, 개시제와 락타이드를 고리-개환 중합반응 시킨다(S10).First, the initiator and lactide are subjected to a ring-opening polymerization reaction (S10).

상기 단계에서는 락타이드에 촉매를 투입하고 고리-개환 중합반응을 통해 락타이드 올리고머를 합성한다.In the above step, a catalyst is added to lactide and a lactide oligomer is synthesized through a ring-ring-opening polymerization reaction.

상기 고리-개환 중합반응에는 개시제로서 에탄올, 디에틸렌 글리콜, 및 1,1,1-트리스(하이드록시메틸)프로판 등을 사용할 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In the ring-opening polymerization reaction, ethanol, diethylene glycol, and 1,1,1-tris(hydroxymethyl)propane may be used as initiators, but the present invention is not limited thereto.

상기 고리-개환 중합반응은 상기 락타이드와 상기 개시제를 반응기 내에 투입하고 촉매를 투입한 다음 가열 교반함으로써 수행될 수 있다.The ring-opening polymerization may be performed by adding the lactide and the initiator into a reactor, adding a catalyst, and then heating and stirring.

상기 촉매는 주석 2-에틸 헥사노에이트(tin(Ⅱ) 2-ethylhexanoate, Sn(Oct)2), 디옥틸틴 디라우레이트(dioctyltin dilaurate)일 수 있으며, 바람직하게는 주석 2-에틸 헥사노에이트(Sn(Oct)2))일 수 있다.The catalyst may be tin 2-ethyl hexanoate (tin(II) 2-ethylhexanoate, Sn(Oct) 2 ), dioctyltin dilaurate, preferably tin 2-ethyl hexanoate ( Sn(Oct) 2 )).

상기 촉매는 용매에 용해된 용액 형태로 투입될 수 있으며, 용매에 용해된 용액 형태로 촉매가 투입될 경우 상기 락타이드 및 상기 개시제와의 반응 전 용매를 우선적으로 제거하는 과정을 거칠 수 있다.The catalyst may be introduced in the form of a solution dissolved in a solvent, and when the catalyst is added in the form of a solution dissolved in a solvent, a process of preferentially removing the solvent before the reaction with the lactide and the initiator may be performed.

상기 용매는 톨루엔, 벤젠, 자일렌 등의 방향족 용매, 메틸렌클로라이드, 클로로포름 등의 할로겐화알킬 용매, 헥산 등의 지방족 용매, 테트라하이드로퓨란, 아세톤, 다이옥산 등의 유기 용매 등일 수 있고, 바람직하게는 톨루엔, 벤젠, 아세톤 또는 테트라하이드로퓨란일 수 있다.The solvent may be an aromatic solvent such as toluene, benzene, or xylene, a halogenated alkyl solvent such as methylene chloride or chloroform, an aliphatic solvent such as hexane, an organic solvent such as tetrahydrofuran, acetone, or dioxane, preferably toluene, benzene, acetone or tetrahydrofuran.

상기 단계는 100~120 ℃에서 2 시간 내지 6 시간 동안 수행될 수 있다. 이와 같은 조건일 경우 상대적으로 적은 양의 촉매를 사용할 수 있다. 상기 조건에서 상기 촉매의 첨가량은 상기 개시제 1 몰에 대하여 0.002 내지 0.003 몰일 수 있고, 바람직하게는 0.0025 몰일 수 있다.This step may be performed at 100 ~ 120 ℃ for 2 hours to 6 hours. Under such conditions, a relatively small amount of catalyst can be used. Under the above conditions, the amount of the catalyst added may be 0.002 to 0.003 moles, preferably 0.0025 moles, based on 1 mole of the initiator.

다음으로, 생성된 락타이드 올리고머에 아세트산 무수물을 넣어 아세틸화 반응을 수행한다(S20).Next, an acetylation reaction is performed by adding acetic anhydride to the resulting lactide oligomer (S20).

상기 단계에서는 락타이드 올리고머 말단의 하이드록시기(-OH)를 아세틸화 반응을 통해 아세틸기(-COCH3)로 치환시킨다.In the above step, the hydroxyl group (-OH) at the end of the lactide oligomer is substituted with an acetyl group (-COCH 3 ) through an acetylation reaction.

상기 아세틸화 단계는 용액 중축합법(solution condensation polymerization) 또는 괴상 중축합법(bulk condensation polymerization)에 의해 수행될 수 있다.The acetylation step may be performed by solution polycondensation polymerization or bulk polycondensation polymerization.

상기 중축합 반응시 반응 촉진을 위해 금속 촉매가 사용될 수 있다. 이러한 금속 촉매의 예는 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속, 또는 이러한 알칼리 금속의 산화물, 수산화물, 염화물 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 촉매는 초산마그네슘, 초산칼륨, 초산칼슘, 초산아연, 초산망간, 초산납, 초산안티몬, 초산코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다.A metal catalyst may be used to promote the reaction during the polycondensation reaction. Examples of such metal catalysts may include alkali metals such as lithium, sodium, potassium, or the like, or oxides, hydroxides, chlorides, and the like of these alkali metals. For example, the metal catalyst may include at least one selected from the group consisting of magnesium acetate, potassium acetate, calcium acetate, zinc acetate, manganese acetate, lead acetate, antimony acetate, and cobalt acetate.

상기 단계에서 사용되는 산 무수물은 아세트산 무수물(acetic anhydride), 디페닐 카보네이트 및 벤질 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있으며, 이 중 아세트산 무수물을 사용하는 것이 바람직하다.The acid anhydride used in the above step may include at least one compound selected from the group consisting of acetic anhydride, diphenyl carbonate, and benzyl acetate, of which acetic anhydride is preferably used.

상기 산 무수물의 사용량은 상기 락타이드 올리고머에 포함된 하이드록시기의 총 함량 1 몰에 대하여 1~4 몰일 수 있다. 상기 아세틸화 반응에서 상기 산 무수물의 사용량이 상기 범위 이내이면 사용된 락타이드 올리고머의 아세틸화가 충분히 이루어지며, 사용된 산 무수물 중 미반응되는 양이 적어 이의 제거가 용이해진다.The amount of the acid anhydride used may be 1 to 4 moles based on 1 mole of the total amount of hydroxyl groups included in the lactide oligomer. When the amount of the acid anhydride used in the acetylation reaction is within the above range, the lactide oligomer used is sufficiently acetylated, and the unreacted amount of the acid anhydride used is small, so that its removal is facilitated.

상기 아세틸화 반응은 80~120 ℃에서 수행될 수 있으며, 100 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 반응 온도가 80 ℃ 이상이어야 상기 락타이드 올리고머 말단의 하이드록시기가 아세틸기로 충분히 전환될 수 있으며, 반응 온도가 120 ℃를 초과하는 경우 부생성물의 생성량이 증가하는 문제가 발생한다.The acetylation reaction may be carried out at 80 ~ 120 ℃, preferably carried out at 100 ℃. When the reaction temperature is 80 °C or higher, the hydroxyl group at the end of the lactide oligomer can be sufficiently converted to an acetyl group.

또한, 상기 반응은 40 시간 내지 60 시간 동안 수행될 수 있으며 42 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 여기서 반응시간이 40 시간 미만인 경우 반응이 용이하게 유도되지 못하는 문제가 발생하고, 60 시간을 초과하는 경우 부생성물의 생성량이 증가하는 문제가 있다.In addition, the reaction may be carried out for 40 to 60 hours, and is preferably carried out for 42 hours. Here, when the reaction time is less than 40 hours, there is a problem that the reaction is not easily induced, and when it exceeds 60 hours, there is a problem in that the amount of by-products is increased.

마지막으로 아세틸화 반응에서 생성된 아세트산과 미반응 아세트산 무수물을 제거하고, 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제를 수득한다(S30).Finally, acetic acid and unreacted acetic anhydride generated in the acetylation reaction are removed to obtain an acetylated lactide oligomer-based plasticizer (S30).

본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제는 하기 화학식 1 내지 3으로 표시될 수 있다.The acetylated lactide oligomer-based plasticizer prepared according to an embodiment of the present invention may be represented by Chemical Formulas 1 to 3 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020015997210-pat00007
Figure 112020015997210-pat00007

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020015997210-pat00008
Figure 112020015997210-pat00008

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020015997210-pat00009
Figure 112020015997210-pat00009

본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 개시제와 락타이드의 고리-개환 중합반응(ring-opening polymerization, ROP)으로 합성된 락타이드 올리고머를 아세틸화 반응시켜 제조되는 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제를 제공한다.According to another aspect of the present invention, according to another aspect of the present invention, one of the following Chemical Formulas 1 to 3 is prepared by acetylation reaction of a lactide oligomer synthesized by ring-opening polymerization (ROP) of an initiator and lactide. The indicated acetylated lactide oligomer-based plasticizer is provided.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020015997210-pat00010
Figure 112020015997210-pat00010

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020015997210-pat00011
Figure 112020015997210-pat00011

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020015997210-pat00012
Figure 112020015997210-pat00012

상기 개시제는 1,1,1-트리스(하이드록시메틸)프로판, 디에틸렌 글리콜, 및 에틸 알코올로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The initiator may be any one selected from the group consisting of 1,1,1-tris(hydroxymethyl)propane, diethylene glycol, and ethyl alcohol.

상기 고리-개환 중합반응의 촉매로 주석 2-에틸 헥사노에이트(tin(Ⅱ) 2-ethylhexanoate)를 사용할 수 있다.As a catalyst for the ring-opening polymerization, tin 2-ethyl hexanoate (tin(II) 2-ethylhexanoate) may be used.

상기 고리-개환 중합반응은 100~120 ℃에서 2 시간 내지 6 시간 동안 수행될 수 있다. 이와 같은 조건일 경우 상대적으로 적은 양의 촉매를 사용할 수 있다. 상기 조건에서 상기 촉매의 첨가량은 상기 개시제 1 몰에 대하여 0.002 내지 0.003 몰일 수 있고, 바람직하게는 0.0025 몰일 수 있다.The ring-opening polymerization may be carried out at 100 to 120° C. for 2 to 6 hours. Under such conditions, a relatively small amount of catalyst can be used. Under the above conditions, the amount of the catalyst added may be 0.002 to 0.003 moles, preferably 0.0025 moles, based on 1 mole of the initiator.

상기 아세틸화 반응은 80~120 ℃에서 수행될 수 있으며, 100 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 반응 온도가 80 ℃ 이상이어야 상기 락타이드 올리고머 말단의 하이드록시기가 아세틸기로 충분히 전환될 수 있으며, 반응 온도가 120 ℃를 초과하는 경우 부생성물의 생성량이 증가하는 문제가 발생한다.The acetylation reaction may be carried out at 80 ~ 120 ℃, preferably carried out at 100 ℃. When the reaction temperature is 80 °C or higher, the hydroxyl group at the end of the lactide oligomer can be sufficiently converted to an acetyl group.

또한, 상기 반응은 40 시간 내지 60 시간 동안 수행될 수 있으며 42 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 여기서 반응시간이 40 시간 미만인 경우 반응이 용이하게 유도되지 못하는 문제가 발생하고, 60 시간을 초과하는 경우 부생성물의 생성량이 증가하는 문제가 있다.In addition, the reaction may be carried out for 40 to 60 hours, and is preferably carried out for 42 hours. Here, when the reaction time is less than 40 hours, there is a problem that the reaction is not easily induced, and when it exceeds 60 hours, there is a problem in that the amount of by-products is increased.

본 발명의 일 실시예에 따른 가소제는 PLA 수지와의 상용성이 우수하며, 가소제 말단의 하이드록시기가 아세틸기로 치환되는 아세틸화 반응을 통해 열 안정성이 우수한 장점이 있다. 또한, 아세틸화 반응을 통해 신율과 인장강도가 상용 가소제보다 우수하도록 하여 기계적 물성이 향상된다.The plasticizer according to an embodiment of the present invention has excellent compatibility with PLA resin, and excellent thermal stability through an acetylation reaction in which a hydroxy group at the end of the plasticizer is substituted with an acetyl group. In addition, mechanical properties are improved by making the elongation and tensile strength superior to those of commercial plasticizers through the acetylation reaction.

또한, 상기 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제는 상용 가소제에 비해 탄성저장률이 감소하지 않아 가소 성능이 우수한 장점이 있다.In addition, the acetylated lactide oligomer-based plasticizer has an advantage in that the elastic storage rate does not decrease compared to commercial plasticizers, so that the plasticizing performance is excellent.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 PLA(Poly Lactic Acid) 수지 및 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 중 선택되는 어느 하나의 가소제를 포함하는 PLA 수지 조성물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a PLA resin composition comprising a polylactic acid (PLA) resin and any one plasticizer selected from acetylated lactide oligomer-based plasticizers represented by the following Chemical Formulas 1 to 3 do.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020015997210-pat00013
Figure 112020015997210-pat00013

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020015997210-pat00014
Figure 112020015997210-pat00014

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020015997210-pat00015
Figure 112020015997210-pat00015

상기 PLA 수지는 생분해성이 뛰어나 순환형 자원 소재로 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 수지와 폴리아미드(polyamide, PA) 수지의 중간 성질을 가지고 있는 것으로, 락틱산(lactic acid)을 직접 축중합하거나, 락타이드(lactide)를 고리-개환 중합(ring opening polymerization; ROP)하여 제조될 수 있다.The PLA resin has excellent biodegradability and is a circulating resource material that has intermediate properties between a polyethylene terephthalate (PET) resin and a polyamide (PA) resin, and is a direct polycondensation of lactic acid. Or, it can be prepared by ring-opening polymerization (ROP) of lactide (lactide).

상기 락틱산(Lactic acid) 및 락타이드(lactide)는 L-, D- 및 meso 형의 이성질체를 갖는데 조성에 따라 결정화도, 융점, 기계적 물성 등이 달라지는 특성이 있다. 특히, L-lactide 중합체는 무정형인 D-form의 중합체에 비해 결정체이며 결정성 때문에 기계적 성질이 우수한 특징이 있다.The lactic acid and lactide have L-, D-, and meso-type isomers, and the crystallinity, melting point, mechanical properties, etc. vary depending on the composition. In particular, the L-lactide polymer is crystalline compared to the amorphous D-form polymer and has excellent mechanical properties due to its crystallinity.

상기 PLA 수지는 환경 친화적 수지 소재로서 다양한 분야에 적용되고 있으나, 고온에서 장시간 가열 시 분해되기 쉬운 단점을 가지고 있어 가공성이 떨어지고, 가공 후에도 유연성이 약해 쉽게 부서지며 내충격성이 약하여 이를 극복하는 것이 요구된다. 따라서 가소제를 통해 수지 내부에서 분자 간 접촉을 감소시켜 가공성, 유연성, 내구성을 향상시킬 것이 요구된다.The PLA resin is applied in various fields as an environmentally friendly resin material, but it has the disadvantage of being easy to decompose when heated at high temperature for a long time. . Therefore, it is required to improve processability, flexibility, and durability by reducing intermolecular contact inside the resin through a plasticizer.

이상적인 친환경 가소제는 재생 가능한 원료를 통해 생산되어야 하며, 생분해성이 있어야 한다. 또한, 기존의 가소제와 마찬가지로 수지와의 상용성이 높아야 하고 가공시 화학적 안정성 및 우수한 내용출성이 확보되어야 한다.An ideal green plasticizer should be produced from renewable raw materials and should be biodegradable. In addition, like the existing plasticizer, compatibility with the resin must be high, and chemical stability and excellent dissolution resistance must be secured during processing.

현재까지의 식물유 기반 친환경 가소제, 숙신산 기반의 친환경 가소제, 아이소솔바이드 가소제 등의 친환경 가소제가 연구되었지만 기존 프탈레이트계 가소제와 비교하면 물성이 제한적이라는 한계가 있었다. Eco-friendly plasticizers such as vegetable oil-based eco-friendly plasticizers, succinic acid-based eco-friendly plasticizers, and isosorbide plasticizers have been studied so far, but compared to existing phthalate-based plasticizers, their physical properties are limited.

이에 D,L-락타이드의 고리-개환 중합반응을 통해 가소제를 제조함으로써 가소제와 PLA 수지와의 상용성이 우수하도록 하며, 가소제 말단의 하이드록시기를 아세틸기로 치환시키는 아세틸화 반응을 통해 열분해 온도를 향상시켰다. 또한, 아세틸화 반응을 통해 신율과 인장강도가 상용 가소제보다 우수하도록 하여 기계적 물성을 향상시켰다.Accordingly, by producing a plasticizer through the ring-opening polymerization of D,L-lactide, compatibility between the plasticizer and PLA resin is excellent, and the thermal decomposition temperature is lowered through an acetylation reaction in which the hydroxyl group at the end of the plasticizer is replaced with an acetyl group. improved In addition, the mechanical properties were improved by making the elongation and tensile strength superior to those of commercial plasticizers through the acetylation reaction.

본 발명의 일 실시예에 따른 가소제를 포함하는 PLA 수지 조성물은 당업계에 잘 알려진 방법으로 제조될 수 있으며, 그 예로는 가교 또는 경화를 통해 분자량이 충분히 높아진 수지에 첨가되거나 올리고머 형태의 전구체에 첨가된 후 경화를 진행하는 것 등을 들 수 있다.PLA resin composition comprising a plasticizer according to an embodiment of the present invention can be prepared by a method well known in the art, for example, added to a resin having a sufficiently high molecular weight through crosslinking or curing, or added to an oligomeric precursor After curing, the curing process may be performed.

본 발명의 일 실시예에 따른 PLA 수지 조성물은 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 중 선택되는 어느 하나의 가소제를 PLA 수지 조성물에 대하여 25 내지 70 phr의 범위로 포함시킬 수 있다. 본 발명에 따른 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제는 수지 조성물의 용도에 따라 적절히 증감할 수 있으나, 상술한 25 phr 미만으로 첨가되는 경우에는 가소제에 의하여 발현될 수 있는 유연성이나 가공성을 달성할 수 없으며, 70 phr을 초과하여 첨가하는 경우에는 필요한 기계적 물성의 확보가 어렵고 용출될 가능성도 있으므로 상기한 범위가 바람직하다.The PLA resin composition according to an embodiment of the present invention may contain any one plasticizer selected from among the acetylated lactide oligomer-based plasticizers represented by Chemical Formulas 1 to 3 in the range of 25 to 70 phr with respect to the PLA resin composition. have. The acetylated lactide oligomer-based plasticizer according to the present invention can be appropriately increased or decreased depending on the use of the resin composition, but when added at less than 25 phr as described above, the flexibility or processability expressed by the plasticizer cannot be achieved. When added in excess of 70 phr, it is difficult to secure the necessary mechanical properties and there is a possibility of eluting, so the above range is preferable.

본 발명에 따른 PLA 수지 조성물은 종래 상용 가소제를 첨가한 수지 조성물에 비하여 열안정성이 우수하며 인장강도, 신율, 탄성계수, 유리전이온도의 물리적 특성이 우수하다.The PLA resin composition according to the present invention has excellent thermal stability and excellent physical properties of tensile strength, elongation, elastic modulus, and glass transition temperature compared to the conventional resin composition to which a commercial plasticizer is added.

이에 본 발명에 따른 가소제를 포함하는 PLA 수지 조성물을 이용하여 플라스틱을 제조하는 경우, 인장강도가 우수하고 유리전이온도가 낮아 필름으로의 성형이 용이할 뿐 아니라 저온에서도 유연성을 유지하여 필름이나 인조가죽 시트와 같은 유연한 제품으로의 가공이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 가소제를 포함하는 경우 PLA 수지와의 상용성이 우수하여 블리딩이 일어나지 않으며, 열 안정성이 우수하므로 상기 PLA 수지를 이용하여 제조한 필름, 시트 등은 제품의 수명이 연장될 수 있다. Accordingly, in the case of manufacturing plastic using the PLA resin composition containing the plasticizer according to the present invention, it has excellent tensile strength and low glass transition temperature, so it is easy to form into a film and maintains flexibility even at low temperature to make a film or artificial leather. It can be processed into flexible products such as sheets. In addition, when the plasticizer according to the present invention is included, bleeding does not occur due to excellent compatibility with PLA resin, and since it has excellent thermal stability, the life of the film, sheet, etc. manufactured using the PLA resin can be extended. have.

실시예Example

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in detail. However, the embodiment according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiment described in detail below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

<실시예 1> 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-1Ac)의 제조<Example 1> Preparation of acetylated lactide oligomer-based plasticizer (LO-1Ac)

Pressure vessel에 D,L-Lactide 100 g(0.69 mol)과 개시제로서 에탄올 20.2 mL(0.35 mol)을 투입하였다. 촉매로는 Sn(Oct)2를 0.09 mmol 투입하고 별도의 용매의 사용 없이 110 ℃에서 4 시간 동안 락타이드의 개환 중합 반응을 수행하여 락타이드 올리고머(LO-1)를 합성하였다. 100 g (0.69 mol) of D,L-Lactide and 20.2 mL (0.35 mol) of ethanol as an initiator were added to the pressure vessel. As a catalyst, 0.09 mmol of Sn(Oct) 2 was added, and ring-opening polymerization of lactide was performed at 110° C. for 4 hours without the use of a separate solvent to synthesize lactide oligomer (LO-1).

합성된 락타이드 올리고머(LO-1)에 아세트산 무수물을 넣고 100 ℃에서 42 시간 동안 아세틸화 반응시켜 NMR로 하이드록시기가 사라짐을 관찰하고 반응을 종결시켰다. 반응이 종결되면 실온으로 내린 후 진공 상태에서 아세트산 및 미반응 아세트산 무수물을 제거하고 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-1Ac)를 수득하였다.Acetic anhydride was added to the synthesized lactide oligomer (LO-1) and acetylated at 100° C. for 42 hours. The disappearance of the hydroxyl group was observed by NMR and the reaction was terminated. Upon completion of the reaction, the temperature was lowered to room temperature, and acetic acid and unreacted acetic anhydride were removed in a vacuum to obtain an acetylated lactide oligomer-based plasticizer (LO-1Ac).

<실시예 2> 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-2Ac)의 제조<Example 2> Preparation of acetylated lactide oligomer-based plasticizer (LO-2Ac)

개시제로 디에틸렌 글리콜(DEG) 32.9 mL(0.35 mol)을 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 락타이드의 고리-개환 중합 반응을 수행하여 락타이드 올리고머(LO-2)를 합성하였다.Lactide oligomer (LO-2) was synthesized by ring-opening polymerization of lactide in the same manner as in Example 1 using 32.9 mL (0.35 mol) of diethylene glycol (DEG) as an initiator.

합성된 락타이드 올리고머(LO-2)를 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 아세틸화 반응시켜 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-2Ac)를 수득하였다.The synthesized lactide oligomer (LO-2) was acetylated in the same manner as in Example 1 to obtain an acetylated lactide oligomer-based plasticizer (LO-2Ac).

<실시예 3> 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-3Ac)의 제조<Example 3> Preparation of acetylated lactide oligomer-based plasticizer (LO-3Ac)

개시제로 1,1,1-트리스(하이드록시메틸)프로판(TMP) 46 g(0.35 mol)을 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 락타이드의 고리-개환 중합 반응을 수행하여 락타이드 올리고머(LO-3)를 합성하였다.A lactide oligomer ( LO-3) was synthesized.

합성된 락타이드 올리고머(LO-3)를 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 아세틸화 반응시켜 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-3Ac)를 수득하였다.The synthesized lactide oligomer (LO-3) was acetylated in the same manner as in Example 1 to obtain an acetylated lactide oligomer-based plasticizer (LO-3Ac).

<실험예 1> 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 구조 분석<Experimental Example 1> Structural analysis of acetylated lactide oligomer-based plasticizer

실시예 1 내지 3에 의해 제조된 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-1Ac, LO-2Ac, LO-3Ac)와 아세틸화되기 전의 락타이드 올리고머 가소제(LO-1, LO-2, LO-3)의 구조를 비교 분석하였다. Acetylated lactide oligomer plasticizers (LO-1Ac, LO-2Ac, LO-3Ac) prepared in Examples 1 to 3 and lactide oligomer plasticizers before acetylation (LO-1, LO-2, LO-3) ) was compared and analyzed.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 1H-NMR을 비교한 그래프이고, 도 3은 본 발명의 실시예 2에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 1H-NMR을 비교한 그래프이며, 도 4는 본 발명의 실시예 3에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 1H-NMR을 비교한 그래프이다. 2 is a graph comparing 1 H-NMR before and after acetylation of the hydroxyl group terminal of the lactide oligomer according to Example 1 of the present invention, and FIG. 3 is a graph comparing the lactide oligomer according to Example 2 of the present invention. It is a graph comparing 1 H-NMR before and after acetylation of the hydroxy group terminal , and FIG. 4 is 1 H-NMR before and after acetylation of the hydroxy group terminal of the lactide oligomer according to Example 3 of the present invention. This is a comparison graph.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 1H-NMR 분석 결과 분자량 계산을 통해 하나의 개시제 당 2 개의 락타이드 단량체가 올리고머 형태(LO)로 고리-개환 중합되었음을 확인할 수 있었다. 이후, 아세틸화 반응을 거치면서 올리고머 말단과 하이드록시기의 수소 피크가 사라지고 말단 아세틸기의 메틸 수소 피크가 생성됨을 확인할 수 있었다. 모든 가소제는 실제 분자량과 유사한 분자량을 나타내었고 높은 전환율로 합성되었다.2 to 4 , as a result of 1 H-NMR analysis, it was confirmed that two lactide monomers per initiator were ring-opening polymerization in the form of an oligomer (LO) through molecular weight calculation. Thereafter, it was confirmed that, during the acetylation reaction, the hydrogen peaks of the oligomer terminal and the hydroxyl group disappeared, and the methyl hydrogen peak of the terminal acetyl group was generated. All plasticizers exhibited molecular weights similar to the actual molecular weights and were synthesized with high conversion rates.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 MALDI-TOF-MS를 비교한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시예 2에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 MALDI-TOF-MS를 비교한 그래프이며, 도 7은 본 발명의 실시예 3에 따라 락타이드 올리고머의 하이드록시기 말단을 아세틸화 하기 전후의 MALDI-TOF-MS를 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing MALDI-TOF-MS before and after acetylation of the hydroxyl group terminal of the lactide oligomer according to Example 1 of the present invention, and FIG. 6 is a lactide oligomer according to Example 2 of the present invention. A graph comparing MALDI-TOF-MS before and after acetylation of the hydroxyl terminal of - This is a graph comparing MS.

도 5 내지 도 7을 참조하면, MALDI-TOF-MS의 측정 결과에서 락타이드 단위에 상응하는 몰 질량에 대해 봉우리 주요 피크에서 144 Da 간격을 확인하였고, 이는 락타이드 단량체의 분자량과 일치함을 확인할 수 있었다. 또한, 락타이드가 고리-개환 중합이 일어나면서 두 개의 72 Da 반복단위로 나타나기 때문에 그래프 상에서 72 Da 만큼의 간격이 나타났다. 이를 통해, 아세틸화 반응을 거치면서 말단의 변화만큼 분자량이 증가함을 확인할 수 있었다.5 to 7 , in the measurement result of MALDI-TOF-MS, a 144 Da interval was confirmed from the main peak of the peak for the molar mass corresponding to the lactide unit, which is consistent with the molecular weight of the lactide monomer. could In addition, since lactide appeared as two 72 Da repeating units during ring-opening polymerization, an interval of 72 Da appeared on the graph. Through this, it was confirmed that the molecular weight increased as much as the change in the terminal through the acetylation reaction.

또한, 가소제 분자량을 계산하기 위해 (개시제의 분자량) + (단량체의 분자량) × (중합된 단량체의 개수) + (분석 시 사용된 Matrix 내 이온의 분자량)과 같은 식을 사용하였다. 이를 통해 3~7 개 정도의 단량체가 중합된 올리고머의 분포를 확인하였다.In addition, in order to calculate the molecular weight of the plasticizer, an equation such as (molecular weight of initiator) + (molecular weight of monomer) × (number of polymerized monomers) + (molecular weight of ions in the matrix used in the analysis) was used. Through this, the distribution of oligomers in which about 3 to 7 monomers were polymerized was confirmed.

<실험예 2> 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 열적 특성<Experimental Example 2> Thermal properties of an acetylated lactide oligomer-based plasticizer

일반적으로 수지의 가공은 높은 온도에서 수행되기 때문에, 가소제는 열 안정성이 중요하다. 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-1Ac, LO-2Ac, LO-3Ac)와 시중의 비스-2(에틸헥실) 아디페이트(Bis(2-ethylhexyl) adipate, DOA), 아세틸 트라이부틸 시트르산(Acetyl tributyl citrate, ATBC) 가소제의 열 안정성을 평가하였다.In general, since processing of the resin is performed at a high temperature, thermal stability of the plasticizer is important. Acetylated lactide oligomer-based plasticizers (LO-1Ac, LO-2Ac, LO-3Ac) prepared in Examples 1 to 3 and commercially available bis-2 (ethylhexyl) adipate (Bis (2-ethylhexyl) adipate; DOA) and acetyl tributyl citrate (ATBC) plasticizers were evaluated for thermal stability.

<2-1> 열중량분석(TGA) 측정 결과<2-1> Thermogravimetric analysis (TGA) measurement result

가소제의 열분해 온도를 측정하기 위해 열중량분석(TGA)은 TA사의 Q-5000을 사용하였다. 10~30 mg의 시료를 질소 분위기 하에서 25~600 ℃까지 10 ℃/min의 속도로 승온하여 측정하였다.In order to measure the thermal decomposition temperature of the plasticizer, thermogravimetric analysis (TGA) was performed using TA's Q-5000. A sample of 10 to 30 mg was measured by raising the temperature to 25 to 600 °C in a nitrogen atmosphere at a rate of 10 °C/min.

도 8은 열중량분석(TGA)을 통해 측정한 실시예 1 내지 3의 가소제와 DOA, ATBC 가소제의 분석결과를 비교한 그래프이다.8 is a graph comparing the analysis results of the plasticizers of Examples 1 to 3 and the DOA and ATBC plasticizers measured through thermogravimetric analysis (TGA).

도 8을 참조하면, TGA의 열 분해 곡선 결과를 통해 모든 가소제의 열 분해가 단일 매커니즘으로 일어나는 것을 확인할 수 있었다. DOA와 ATBC의 경우 200 ℃ 부근에서 모두 분해되었으며, LO-Ac 가소제의 경우에는 200 ℃ 이상에서도 분해가 일어났다. 또한 LO-Ac 가소제의 경우에는 LO-1Ac, LO-2Ac, LO-3Ac로 가면서 가지의 개수가 많아질수록 열분해가 일어나는 온도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 8 , it was confirmed that thermal decomposition of all plasticizers occurred by a single mechanism through the thermal decomposition curve of TGA. Both DOA and ATBC were decomposed at around 200 °C, and in the case of LO-Ac plasticizer, decomposition occurred even at 200 °C or higher. Also, in the case of the LO-Ac plasticizer, it was confirmed that the temperature at which thermal decomposition occurs increased as the number of branches increased in the course of LO-1Ac, LO-2Ac, and LO-3Ac.

<2-2> 유리전이온도(Tg) 측정<2-2> Glass transition temperature (Tg) measurement

실시예 1 내지 3의 가소제와 DOA, ATBC 가소제를 TA사의 Q-20를 이용하여 10~30 mg의 시료를 질소 분위기 하에서 -80 내지 200 ℃까지 10 ℃/min의 속도로 승온하여 측정하였다.The plasticizers of Examples 1 to 3, DOA, and ATBC plasticizers were measured by increasing the temperature to -80 to 200 °C in a nitrogen atmosphere at a rate of 10 °C/min using TA's Q-20.

도 9는 시차주사 열량측정법(DSC)을 통해 측정한 실시예 1 내지 3의 가소제와 DOA, ATBC 가소제의 열특성 평가 결과를 비교한 그래프이다.9 is a graph comparing the evaluation results of thermal properties of the plasticizers of Examples 1 to 3 and the DOA and ATBC plasticizers measured through differential scanning calorimetry (DSC).

도 9를 참조하면, 아세틸화 반응에 따른 올리고머의 유리전이온도 변화는 개시제의 구조와 연관이 없었지만 낮은 유리전이온도를 통해 가소제가 낮은 점도의 액체 상태임을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 9 , although the change in the glass transition temperature of the oligomer according to the acetylation reaction was not related to the structure of the initiator, it was confirmed that the plasticizer was in a liquid state of low viscosity through the low glass transition temperature.

<2-3> 5 % 중량손실 온도(Decomposition Temperature; Td,5 %) 측정<2-3> Measurement of 5 % Decomposition Temperature (T d,5 % )

실시예 1 내지 3, 비교예 1 및 비교예 2의 가소제를 TA사의 Q-20를 이용하여 10~30 mg의 시료를 질소 분위기 하에서 25~600 ℃까지 10 ℃/min의 속도로 승온하여 측정하였다.Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 and 2 were measured by increasing the temperature of a sample of 10 to 30 mg using Q-20 of TA Corporation at a rate of 10 °C/min to 25 to 600 °C in a nitrogen atmosphere. .

Figure 112020015997210-pat00016
Figure 112020015997210-pat00016

표 1은 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-1Ac, LO-2Ac, LO-3Ac)와 아세틸화되기 전의 락타이드 올리고머 가소제(LO-1, LO-2, LO-3), DOA와 ATBC의 5 % 중량손실 온도 및 유리전이온도를 정리한 표이다.Table 1 shows acetylated lactide oligomer plasticizers (LO-1Ac, LO-2Ac, LO-3Ac) and lactide oligomer plasticizers before acetylation (LO-1, LO-2, LO-3), DOA and ATBC This table summarizes the 5% weight loss temperature and glass transition temperature.

표 1을 참조하면, 5 % 중량손실 온도(Td,5 %)는 LO-1Ac < DOA <ATBC< LO-2AC < LO-3AC 순서로 증가하였다. 구체적으로 LO-2Ac와 LO-3Ac의 5 % 중량손실 온도가 DOA의 205 ℃, ATBC의 217 ℃와 비교하여 유사하거나 더 높다는 것을 알 수 있었다. Referring to Table 1, the 5% weight loss temperature (T d,5 % ) increased in the order of LO-1Ac < DOA <ATBC < LO-2AC < LO-3AC. Specifically, it was found that the 5% weight loss temperature of LO-2Ac and LO-3Ac was similar or higher than that of DOA at 205 °C and ATBC at 217 °C.

이 결과 LO-Ac 가소제는 기존 가소제보다 더 높은 온도에서 가공이 가능하다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과가 나타나는 이유는 LO-Ac 가소제 말단의 하이드록시기가 아세틸 그룹에 의해 보호되어 락타이드 올리고머의 Back-bitting reaction으로 인한 에스터교환(Transesterification)이 일어나지 않았기 때문이다.As a result, it can be seen that the LO-Ac plasticizer can be processed at a higher temperature than the conventional plasticizer. The reason for this result is that the hydroxy group at the end of the LO-Ac plasticizer was protected by an acetyl group, so that transesterification did not occur due to the back-bitting reaction of the lactide oligomer.

<실시예 4> 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-1Ac)를 포함하는 PLA 시편의 제조<Example 4> Preparation of PLA specimen containing acetylated lactide oligomer-based plasticizer (LO-1Ac)

먼저, PLA 수지에 실시예 1의 LO-1Ac 가소제를 그 함량이 10, 25, 65 phr(part per hundred resin)이 되도록 각각 첨가하고 클로로포름으로 10 %(w/v) 용액이 되도록 제조하였다. 상기 용액이 완전히 녹을 때까지 하루 이상 교반한 다음 PFA(PerFluoroAlkoxy) 시계 접시에 부어 Solvent-casting법을 이용하여 상온에서 72 h, 진공오븐에서 70 ℃로 24 h 동안 건조시켰다. 그 후 이를 잘게 잘라 마이크로 컴파운더를 이용하여 200 ℃에서 3 분 동안 혼합 후 사출하여 PLA 시편을 제조하였다.First, the LO-1Ac plasticizer of Example 1 was added to PLA resin so that the content thereof was 10, 25, and 65 phr (part per hundred resin), respectively, and a 10% (w/v) solution was prepared with chloroform. The solution was stirred for at least one day until completely dissolved, then poured into a PFA (PerFluoroAlkoxy) watch glass and dried at room temperature for 72 h using a solvent-casting method at 70 °C in a vacuum oven for 24 h. After that, it was cut into small pieces, mixed using a micro compounder at 200 °C for 3 minutes, and then injected to prepare a PLA specimen.

<실시예 5> 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-2Ac)를 포함하는 PLA 시편의 제조<Example 5> Preparation of PLA specimen containing acetylated lactide oligomer-based plasticizer (LO-2Ac)

PLA 수지에 실시예 2의 LO-2Ac 가소제를 그 함량이 10, 25, 65 phr이 되도록 각각 첨가한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법에 의해 PLA 시편을 제조하였다.A PLA specimen was prepared in the same manner as in Example 4, except that the LO-2Ac plasticizer of Example 2 was added to the PLA resin so that the content thereof was 10, 25, and 65 phr, respectively.

<실시예 6> 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제(LO-3Ac)를 포함하는 PLA 시편의 제조<Example 6> Preparation of PLA specimen containing acetylated lactide oligomer-based plasticizer (LO-3Ac)

PLA 수지에 실시예 3의 LO-3Ac 가소제를 그 함량이 10, 25, 65 phr이 되도록 각각 첨가한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법에 의해 PLA 시편을 제조하였다.A PLA specimen was prepared in the same manner as in Example 4, except that the LO-3Ac plasticizer of Example 3 was added to the PLA resin so that the content thereof was 10, 25, and 65 phr, respectively.

<비교예 1> 아디페이트계 가소제(DOA)를 포함하는 PLA 시편의 제조<Comparative Example 1> Preparation of PLA specimen containing adipate-based plasticizer (DOA)

PLA 수지에 석유 기반 아디페이트계 가소제인 비스-2(에틸헥실) 아디페이트(Bis(2-ethylhexyl) adipate, DOA) 가소제를 그 함량이 10, 25, 65 phr이 되도록 각각 첨가한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법에 의해 PLA 시편을 제조하였다.Except for adding a petroleum-based adipate-based plasticizer, Bis(2-ethylhexyl) adipate (DOA) plasticizer to PLA resin so that the content is 10, 25, and 65 phr, respectively A PLA specimen was prepared in the same manner as in Example 4.

<비교예 2> 시트릭산계 가소제(ATBC)를 포함하는 PLA 시편의 제조<Comparative Example 2> Preparation of PLA specimen containing citric acid-based plasticizer (ATBC)

PLA 수지에 시트릭산계 가소제인 아세틸 트라이부틸 시트르산(Acetyl tributyl citrate, ATBC) 가소제를 그 함량이 10, 25, 65 phr이 되도록 각각 첨가한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법에 의해 PLA 시편을 제조하였다.A PLA specimen was prepared in the same manner as in Example 4, except that acetyl tributyl citrate (ATBC) plasticizer, a citric acid-based plasticizer, was added to the PLA resin so that the content thereof was 10, 25, and 65 phr, respectively. prepared.

<실험예 3> 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 가소 성능 평가<Experimental Example 3> Evaluation of the plasticizing performance of an acetylated lactide oligomer-based plasticizer

<3-1> 인장강도(MPa), 신율(elongation)(%) 측정<3-1> Measurement of tensile strength (MPa) and elongation (%)

micro-tensile bars(ASTM D1708) 형태로 PLA 시편을 제조하여 만능시험기(UTM, Instron 5567)을 사용하여 상온에서 1000 N load cell을 사용하여 10 mm/min의 속도로 실험하여 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 비교예 2의 PLA 필름 시편의 인장강도(σ , Stress at break), 신율(ε, Strain at break)을 측정하였다.Examples 4 to 6, by manufacturing a PLA specimen in the form of micro-tensile bars (ASTM D1708) and using a universal testing machine (UTM, Instron 5567) at room temperature using a 1000 N load cell at a speed of 10 mm/min. Tensile strength (σ , Stress at break), and elongation ( ε , Strain at break) of the PLA film specimens of Comparative Examples 1 and 2 were measured.

도 10은 가소제를 10 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 응력-변형률 선도(Stress-strain curves)를 비교한 그래프이고, 도 11은 가소제를 25 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 응력-변형률 선도(Stress-strain curves)를 비교한 그래프이며, 도 12는 가소제를 65 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 응력-변형률 선도(Stress-strain curves)를 비교한 그래프이다.10 is a graph comparing the stress-strain curves of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when a plasticizer is added at 10 phr; 11 is a graph comparing the stress-strain curves of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 25 phr; 12 is a graph comparing the stress-strain curves of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 65 phr.

일반적으로 물질의 인장강도를 통해 고분자 사슬간의 상호작용으로 인한 물질의 기계적 강도를 판단할 수 있다. 항복점은 응력-변형 선도에서 응력의 증가 없이 많은 연신율이 생기는 점의 응력 도는 그 때의 최대하중을 원 단면적으로 나눈 값으로 더 이상 원래의 상태로 복원되지 못하는 지점을 의미한다. In general, the mechanical strength of a material due to the interaction between polymer chains can be determined through the tensile strength of the material. The yield point is the stress at the point where a large elongation occurs without an increase in stress in the stress-strain diagram, or the value obtained by dividing the maximum load at that time by the original cross-sectional area.

또한, 탄성이 있는 물체에 가해진 변형력을 인장강도(σ)라고 하고, 길이 방향의 변형률(strain)을 ε이라고 할 때, 영률 EE=σ/ε이며, 영률이 크면 단단하고 압축이 잘 안되는 물질이고 복원력이 큰 물질임을 의미한다.In addition, when the deformation force applied to an elastic object is called tensile strength ( σ ) and strain in the longitudinal direction is called ε , Young's modulus E is E=σ/ε . It means that it is a material and has great resilience.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 가소제를 함유하지 않은 PLA 시편의 경우 높은 인장강도(71.6 MPa)를 나타내고 항복점이 관찰되지 않았다. 이는 고분자 사슬의 응집력에 의해 고분자가 쉽게 깨지기 때문이다. 그러나 가소제를 첨가한 PLA 시편의 경우는 연성이 증가함에 따라 항복점이 나타났다. 이는 가소제와 PLA 시편과의 블렌딩을 통해 PLA 내 고분자 사슬 간 상호작용이 약화되어 인장강도가 감소하고, 인장 신율이 증가하며 고분자 사슬의 유연성과 이동성을 향상시키기 때문이다.Referring to FIGS. 10 to 12 , the PLA specimen containing no plasticizer exhibited high tensile strength (71.6 MPa) and no yield point was observed. This is because the polymer is easily broken by the cohesive force of the polymer chain. However, in the case of PLA specimens with added plasticizer, the yield point appeared as the ductility increased. This is because the interaction between the polymer chains in PLA is weakened through blending with the plasticizer and the PLA specimen, which reduces the tensile strength, increases the tensile elongation, and improves the flexibility and mobility of the polymer chains.

실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 비교예 2에서 가소제를 10 phr의 농도로 첨가한 경우는 그 양이 충분하지 않아 고분자 사슬 간의 유동성이 증가하지 않았다. 비교예 1의 DOA 가소제를 첨가한 경우는 PLA와의 상용성이 낮아 공동현상(cavitation)과 crazing 현상이 발생하였다.In Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2, when the plasticizer was added at a concentration of 10 phr, the amount was not sufficient and the fluidity between the polymer chains did not increase. When the DOA plasticizer of Comparative Example 1 was added, the compatibility with PLA was low, and cavitation and crazing occurred.

그러나 가소제를 25 phr 농도로 첨가하였을 때, 실시예 4 내지 6의 LO-Ac 가소제를 혼합한 시편의 인장 신율이 가장 크게 증가하고 영률이 가장 많이 감소하며 비교예 1의 가소제에 비해 우수한 성능을 나타내었다.However, when the plasticizer was added at a concentration of 25 phr, the tensile elongation of the specimens mixed with the LO-Ac plasticizer of Examples 4 to 6 increased the most and the Young's modulus decreased the most, and the plasticizer of Comparative Example 1 showed superior performance. it was

<3-2> 저장탄성율(G′), Tan delta(Tan δ) 측정<3-2> Storage modulus (G′), Tan delta (Tan δ) measurement

연질화된 PLA 시편의 동적·기계적 특성을 측정하기 위해 TA사의 Q-800 dynamic mechanical analyzer를 사용하였다. 직사각형 모양의 시편(20 mm × 5.3 mm × 1 mm)을 -100 ℃에서 100 ℃까지 3 ℃/min의 속도로 온도를 올리며 저장탄성률(storage moduli, G′) 및 Tan delta(Tan δ)를 온도의 함수로 얻었다.TA's Q-800 dynamic mechanical analyzer was used to measure the dynamic and mechanical properties of the softened PLA specimen. A rectangular-shaped specimen (20 mm × 5.3 mm × 1 mm) was heated from -100°C to 100°C at a rate of 3°C/min, and the storage moduli (G′) and tan delta (Tan δ) were measured obtained as a function of

Tanδ(tangent delta)는 저장되는 탄성 계수에 대한 손실되는 탄성 계수의 비를 의미하는 것으로, 중합체의 점탄성 특성을 측정하기 위해 사용한다. 일반적으로 가소제의 함유량이 증가할수록 저장탄성률이 낮아지고 Tanδ의 피크 온도가 감소하는 것으로 알려져 있다.Tanδ (tangent delta) refers to the ratio of the lost elastic modulus to the stored elastic modulus, and is used to measure the viscoelastic properties of polymers. In general, it is known that as the content of the plasticizer increases, the storage modulus decreases and the peak temperature of Tanδ decreases.

DMA 분석을 통해 시편의 동적, 기계적 물성과 유리전이온도 값을 측정하였다. Through DMA analysis, the dynamic and mechanical properties and glass transition temperature values of the specimens were measured.

도 13은 가소제를 10 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 저장탄성률(G′)을 비교한 그래프이고, 도 14는 가소제를 25 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 저장탄성률(G′)을 비교한 그래프이며, 도 15는 가소제를 65 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 저장탄성률(G′)을 비교한 그래프이다.13 is a graph comparing the storage modulus (G ') of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when 10 phr of a plasticizer is added, and FIG. 14 is a plasticizer is a graph comparing the storage modulus (G ') of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when 25 phr is added, Figure 15 is a plasticizer at 65 phr It is a graph comparing the storage modulus (G') of the PLA specimens of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when added.

도 16은 가소제를 10 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 tan δ를 비교한 그래프이고, 도 17은 가소제를 25 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 tan δ를 비교한 그래프이며, 도 18은 가소제를 65 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 tan δ를 비교한 그래프이다.16 is a graph comparing the tan δ of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when 10 phr of a plasticizer is added, and FIG. 17 is a plasticizer at 25 phr. When added, it is a graph comparing the tan δ of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer, Figure 18 is Examples 4 to 6 when the plasticizer is added at 65 phr , It is a graph comparing the tan δ of the PLA specimens of Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer.

또한, 도 19는 가소제를 10 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 시차주사 열량측정법(DSC) 분석결과를 비교한 그래프이고, 도 20은 가소제를 25 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 시차주사 열량측정법(DSC) 분석결과를 비교한 그래프이며, 도 21은 가소제를 65 phr로 첨가한 경우 실시예 4 내지 6, 비교예 1 및 2의 PLA 시편과 가소제를 첨가하지 않은 PLA 시편의 시차주사 열량측정법(DSC) 분석결과를 비교한 그래프이다.In addition, Figure 19 is a graph comparing the results of differential scanning calorimetry (DSC) analysis of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when 10 phr of a plasticizer is added. , Figure 20 is a graph comparing the results of differential scanning calorimetry (DSC) analysis of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 25 phr, 21 is a graph comparing the results of differential scanning calorimetry (DSC) analysis of the PLA specimens of Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 and 2 and the PLA specimen without the addition of a plasticizer when the plasticizer was added at 65 phr.

도 13 내지 도 21을 참조하면, 10 phr 농도로 가소제를 첨가한 경우는 가소제의 양이 충분하지 않기 때문에 유리상에서 고무상으로 물성의 전이가 일어나는 온도인 유리전이온도가 거의 감소하지 않았다. 25 phr 농도로 첨가한 경우는 비교예 2의 ATBC 가소제를 첨가한 경우 상온 근처에서의 저장탄성률이 감소하기 시작하고 60 ℃ 이상의 온도에서 흐르기 시작하였다. 비교예 1의 DOA 가소제를 사용한 경우에는 40 ℃ 근처에서 유리상으로 전이가 일어나고, 실시예 4 내지 6의 LO-Ac 가소제를 사용한 경우 30 ℃ 근처에서 유리상으로 전이가 일어났으며, 70~80 ℃ 근처에서 흐르기 시작하였다.13 to 21 , when the plasticizer was added at a concentration of 10 phr, the glass transition temperature, which is the temperature at which the physical properties transition from the glass phase to the rubber phase, did not decrease because the amount of the plasticizer was not sufficient. When added at a concentration of 25 phr, when the ATBC plasticizer of Comparative Example 2 was added, the storage modulus near room temperature began to decrease, and flow started at a temperature of 60° C. or higher. When the DOA plasticizer of Comparative Example 1 was used, the transition to the glass phase occurred near 40 ° C., and when the LO-Ac plasticizer of Examples 4 to 6 was used, the transition to the glass phase occurred near 30 ° C., and near 70 to 80 ° C. started to flow from

하지만 65 phr의 농도로 첨가한 시편의 경우에는 가소제의 특징이 뚜렷하게 나타났다. 실시예 4 내지 6의 LO-Ac의 가소제를 사용한 경우에는 PLA의 저장탄성률을 유지하다가 상온 근처에서 유리상 전이가 시작되고 60 ℃ 근처에서 흐르기 시작하였다. 반면 비교예 1의 DOA 가소제를 첨가한 경우와 비교예 2의 ATBC 가소제를 첨가한 경우는 저장탄성률을 유지하지 못하고 감소하는 모습을 보였으며, 특히 비교예 2의 ATBC 가소제의 Tanδ 피크의 형태는 폭이 넓고 낮은 온도 구간에서 또 다른 피크가 나타났다.However, in the case of the specimen added at a concentration of 65 phr, the characteristics of the plasticizer were clearly shown. When the LO-Ac plasticizer of Examples 4 to 6 was used, while maintaining the storage modulus of PLA, the glass phase transition started near room temperature and flow started around 60 °C. On the other hand, when the DOA plasticizer of Comparative Example 1 was added and when the ATBC plasticizer of Comparative Example 2 was added, the storage modulus was not maintained and decreased. In particular, the shape of the Tanδ peak of the ATBC plasticizer of Comparative Example 2 was not wide. Another peak appeared in this wide and low temperature range.

일반적으로 고분자 복합체의 상용성이 뛰어나면 단일 유리전이온도가 나타난다고 알려져 있다. 따라서 ATBC의 경우 섞임성이 제한적이기 때문에 가소제가 많은 영역에서 낮은 유리전이온도(Tg)와 PLA 수지가 많은 영역의 유리전이온도(Tg)가 분리되어 나타난 것으로 판단된다.In general, it is known that a single glass transition temperature appears when the compatibility of a polymer composite is excellent. Therefore, in the case of ATBC, since miscibility is limited, it is judged that the low glass transition temperature (Tg) in the area with a lot of plasticizer and the glass transition temperature (Tg) of the area with a lot of PLA resin are separated.

이를 통해 본 발명에 따른 PLA 수지 조성물은 종래 상용 가소제를 첨가한 수지 조성물에 비하여 열안정성이 우수하며 인장강도, 신율, 탄성계수, 유리전이온도의 물리적 특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.Through this, it was confirmed that the PLA resin composition according to the present invention has excellent thermal stability and excellent physical properties of tensile strength, elongation, modulus, and glass transition temperature compared to the conventional resin composition to which a commercial plasticizer is added.

본 발명에 따른 가소제를 포함하는 PLA 수지 조성물을 이용하여 플라스틱을 제조하는 경우, 인장강도가 우수하고 유리전이온도가 낮아 필름으로의 성형이 용이할 뿐 아니라 저온에서도 유연성을 유지하여 필름이나 인조가죽 시트와 같은 유연한 제품으로의 가공이 가능한 유리한 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 가소제를 포함하는 경우 PLA 수지와의 상용성이 우수하여 블리딩이 일어나지 않으며, 열 안정성이 우수하므로 상기 PLA 수지를 이용하여 제조한 필름, 시트 등은 제품의 수명이 연장될 수 있다.When plastic is manufactured using the PLA resin composition containing the plasticizer according to the present invention, it has excellent tensile strength and low glass transition temperature, so it is easy to form into a film and maintains flexibility even at low temperatures to make a film or artificial leather sheet. There is an advantageous effect that it can be processed into flexible products such as In addition, when the plasticizer according to the present invention is included, bleeding does not occur due to excellent compatibility with PLA resin, and since it has excellent thermal stability, the life of the film, sheet, etc. manufactured using the PLA resin can be extended. have.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 및 이의 제조방법, 및 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제를 포함하는 PLA 수지 조성물에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.Up to now, specific examples of the acetylated lactide oligomer-based plasticizer, the method for preparing the same, and the PLA resin composition including the acetylated lactide oligomer-based plasticizer according to an embodiment of the present invention have been described, but the scope of the present invention It is obvious that various implementation modifications are possible within the limit not departing from the .

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.That is, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims; All changes or modifications derived from the concept of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (12)

(a) 개시제와 락타이드의 고리-개환 중합반응(ring-opening polymerization, ROP)으로 락타이드 올리고머를 합성하는 단계;
(b) 상기 락타이드 올리고머에 아세트산 무수물을 넣어 아세틸화 반응을 수행하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 생성된 아세트산 및 미반응 아세트산 무수물을 제거하는 단계; 를 포함하고,
상기 개시제는 1,1,1-트리스(하이드록시메틸)프로판 또는 디에틸렌 글리콜인 것을 특징으로 하는,
아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 제조방법.
(a) synthesizing a lactide oligomer by ring-opening polymerization (ROP) of an initiator and lactide;
(b) performing an acetylation reaction by adding acetic anhydride to the lactide oligomer; and
(c) removing acetic acid and unreacted acetic anhydride produced in step (b); including,
The initiator is characterized in that 1,1,1-tris (hydroxymethyl) propane or diethylene glycol,
A method for producing an acetylated lactide oligomer-based plasticizer.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는 100~120 ℃에서 2 시간 내지 6 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 제조방법.
According to claim 1,
Step (a) is a method for producing an acetylated lactide oligomer-based plasticizer, characterized in that it is carried out at 100 ~ 120 ℃ for 2 hours to 6 hours.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계의
상기 고리-개환 중합반응의 촉매로 주석 2-에틸 헥사노에이트(tin(Ⅱ) 2-ethylhexanoate)를 사용하는 것을 특징으로 하는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 제조방법.
According to claim 1,
of step (a)
A method for producing an acetylated lactide oligomer-based plasticizer, characterized in that tin 2-ethylhexanoate (tin(II) 2-ethylhexanoate) is used as a catalyst for the ring-opening polymerization.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는 80~120 ℃에서 40 시간 내지 60 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제의 제조방법.
According to claim 1,
Step (b) is a method for producing an acetylated lactide oligomer-based plasticizer, characterized in that it is carried out at 80 to 120 ℃ for 40 to 60 hours.
개시제와 락타이드의 고리-개환 중합반응(ring-opening polymerization, ROP)으로 합성된 락타이드 올리고머를 아세틸화 반응시켜 제조되는 하기 화학식 2 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제:
[화학식 2]
Figure 112021074195856-pat00018

[화학식 3]
Figure 112021074195856-pat00019

An acetylated lactide oligomer-based plasticizer represented by any one of the following Chemical Formulas 2 to 3, which is prepared by acetylation reaction of a lactide oligomer synthesized by ring-opening polymerization (ROP) of an initiator and lactide:
[Formula 2]
Figure 112021074195856-pat00018

[Formula 3]
Figure 112021074195856-pat00019

제6항에 있어서,
상기 개시제는 1,1,1-트리스(하이드록시메틸)프로판 또는 디에틸렌 글리콜인 것을 특징으로 하는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제.
7. The method of claim 6,
The initiator is an acetylated lactide oligomer-based plasticizer, characterized in that 1,1,1-tris(hydroxymethyl)propane or diethylene glycol.
제6항에 있어서,
상기 고리-개환 중합반응의 촉매로 주석 2-에틸 헥사노에이트(tin(Ⅱ) 2-ethylhexanoate)를 사용하는 것을 특징으로 하는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제.
7. The method of claim 6,
Acetylated lactide oligomer-based plasticizer, characterized in that tin 2-ethyl hexanoate (tin(II) 2-ethylhexanoate) is used as a catalyst for the ring-opening polymerization.
제6항에 있어서,
상기 고리-개환 중합반응은 100~120 ℃에서 2 시간 내지 6 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제.
7. The method of claim 6,
The ring-opening polymerization reaction is an acetylated lactide oligomer-based plasticizer, characterized in that it is carried out at 100 ~ 120 ℃ for 2 hours to 6 hours.
제6항에 있어서,
상기 아세틸화 반응은 80~120 ℃에서 40 시간 내지 60 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제.
7. The method of claim 6,
The acetylation reaction is an acetylated lactide oligomer-based plasticizer, characterized in that it is carried out at 80 ~ 120 ℃ for 40 to 60 hours.
PLA(Poly Lactic Acid) 수지 및 하기 화학식 2 내지 3으로 표시되는 아세틸화 락타이드 올리고머계 가소제 중 선택되는 어느 하나의 가소제를 포함하는 PLA 수지 조성물:
[화학식 2]
Figure 112021074195856-pat00021

[화학식 3]
Figure 112021074195856-pat00022

PLA resin composition comprising a polylactic acid (PLA) resin and any one plasticizer selected from acetylated lactide oligomer-based plasticizers represented by the following Chemical Formulas 2 to 3:
[Formula 2]
Figure 112021074195856-pat00021

[Formula 3]
Figure 112021074195856-pat00022

제11항에 있어서,
상기 가소제는 상기 PLA 수지 조성물에 대하여 25 내지 70 phr의 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 PLA 수지 조성물.
12. The method of claim 11,
The plasticizer PLA resin composition, characterized in that included in the range of 25 to 70 phr with respect to the PLA resin composition.
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