KR102644468B1 - 열가소성 수지 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
열가소성 수지 조성물 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 열가소성 수지 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성을 가지면서 성형 가공성이 우수하고, 인장강도는 물론 신율 등의 기계적 물성이 향상되어 다양한 분야에서 친환경 소재로 적용할 수 있는 친환경 열가소성 수지 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 열가소성 수지 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성을 가지는 친환경 열가소성 수지 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
열가소성 수지는 열경화성 수지와 달리 사슬 간의 결합이 없어(가교가 안되어 있어) 성형 및 가공이 유리하다. 이러한 열가소성 수지를 가장 손쉽게 성형 및 가공하는 방법은 열가소성 고분자의 열적 성질을 이용하는 것이다. 열가소성 고분자는 융점 이상의 온도에서 고체상에서 액상으로 변하며 원하는 형태로의 성형이 쉬워진다. 산업현장에서 이러한 고분자의 성형에는 흔히 사출기 등이 이용된다. 구체적으로, 고체상태의 열가소성 플라스틱 수지를 펠렛이나 파우더 형태로 고온의 사출기에 주입하여 용융시킨 후 사출 및 다이(die)를 통해 섬유형태로 방사를 하는 등 여러 플라스틱 성형에서 중요한 역할을 하고 있다.
이러한 열가소성 수지로서 흔히 PET(polyethyleneterephthalate), PE(polyethylene), PP(polypropylene) 등과 같은 소재가 주로 사용되어 왔으나, 요즘 환경문제와 더불어 친환경적 소재이자 생분해성 소재인 PLA(polylactic acid), PGA(polyglycolic acid), PLGA(polylactic-co-glycolic acid), PCL(polycaprolactone), PBAT(polybutylene adipate terephthalate), PA(polyamide) 등의 사용이 산업적 응용이 큰 이슈가 되고 있다.
상기 PLA 등의 생분해성 열가소성 수지는 기존의 석유 기반 플라스틱에 비해 매우 딱딱하고 부서지기 쉬운 문제를 가지며, 이는 다양한 산업 분야에서의 응용을 제한한다. 이에 보다 소프트하고 유연한 고분자를 블렌딩하여 소재의 물성에 변화를 주는 방법 또는 열가소성 플라스틱 수지 내에 나노복합체를 넣어 주어 연성을 부여하는 방법이 주로 사용되고 있다. 다만, 전자의 경우, 연성이 우수한 PEG, PEO, PU 등의 고분자를 혼합 및 사출 성형하는 방법으로 연성을 크게 부여할 수 있으나, 사출 시 성질이 다른 고분자와 사슬연장제를 혼합하는데, 이때 고분자 간의 상용성 및 열적 특성을 고려해야 하는 등 공정상의 어려움이 있으며, 함께 혼합된 고분자의 물성에 의해 원래의 열가소성 고분자가 갖는 생분해성, 생체친화성 등이 낮아질 수 있다.
한편, 후자의 경우에는 사출성형 시 가소제(plasticizer) 등의 첨가제를 혼합하여 열가소성 수지의 연성 및/또는 물성에 변화를 주는 방법으로, 소량의 첨가제로 물성 변화를 유발할 수 있고, 표적 물질인 열가소성 수지를 기반으로 한다는 장점이 있으나, 대부분의 첨가제들은 상용이 어려워 부수적인 공정을 필요로 하며, 과량의 첨가제로 인해 고온 방사 중 사절 발생이 많아 방사 공정성이 좋지 않고, 열가소성 수지의 물성 저하로 인한 후 가공성 역시 떨어지는 문제점이 있었다.
이에, 한국등록특허 제1992492호에서는 열가소성 수지의 가공성을 향상시키기 위해 셀룰로오스 에스테르, 가소제 및 가수분해 방지제를 포함하는 열가소성 셀룰로스 유도체 조성물을 개시한 바 있고, 한국등록특허 제01837493호에서는 기계적 물성이 향상된 열가소성 셀룰로오스 수지를 제공하기 위해 아황산수소나트륨 가소제를 이용하여 가소화된 셀룰로오스 조성물을 포함하는 산화 생분해첨가제 조성물을 개시한 바 있다.
그러나, 이들의 열가소성 수지 역시 유연성이 부족하여 성형 가공시 표면이 거칠게 되거나 외부충격에 의해 쉽게 파손되는 문제가 있었으며, 기존 분해성 플라스틱 원료에 혼합하여 성형물을 제조할 경우에도 화학적 분해가 일어나거나, 응집물이 발생하고, 딱딱한 외관으로 가공되어 혼입율을 증가시키는데 한계가 있었다.
따라서, 열가소성 수지의 신율이나, 인장강도 등의 기계적 물성을 현저히 향상시키면서 성형 가공성이 우수한 천연고분자 열가소성 플라스틱 원료의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 생분해성을 가지면서도 성형 가공성이 우수하고, 인장강도는 물론 신율 등의 기계적 물성이 향상된 열가소성 수지 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 열가소성 수지 조성물로부터 형성된 친환경 성형품을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는 점도가 4,000 cps ~ 250,000 cps인 하이드록시에틸 셀룰로오스 65 중량% ~ 80 중량%; 및 글리세린 20 중량% ~ 35 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 열가소성 수지 조성물은 산화방지제, 윤활제, 생분해 촉진제 및 강도보강제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 윤활제는 솔비톨, 마그네슘스테아레이트, 칼슘스테아레이트, 에틸렌글리콜, 글리세롤모노스테아레이트 및 레시딘으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 (a) 점도가 4,000 cps ~ 250,000 cps인 하이드록시에틸 셀룰로오스 65 중량% ~ 80 중량%에 글리세린 20 중량% ~ 35 중량%를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 혼련하여 가소화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 (b) 단계의 혼련은 50 ℃ ~ 90 ℃에서 300 rpm 이상으로 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기의 열가소성 수지 조성물로 형성된 성형물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 구현예에서, 상기 성형물은 ASTM D638에 의해 측정된 인장강도가 4.5 MPa ~ 6.5 MPa인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 구현예에서, 상기 성형물은 ASTM D638에 의해 측정된 신율이 20 mm ~ 45 mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 열가소성 수지 조성물은 생분해성을 가지면서도 성형 가공성이 우수하고, 인장강도는 물론 신율 등의 기계적 물성이 향상되어 다양한 분야에서 친환경 소재로 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 실시예 3에서 제조된 성형물을 디지털카메라로 촬영한 사진 이미지이다.
도 2는 실시예 7에서 제조된 성형물을 디지털카메라로 촬영한 사진 이미지이다.
도 3은 실시예 10에서 제조된 성형물을 디지털카메라로 촬영한 사진 이미지이다.
도 4는 비교예 1에서 제조된 성형물을 디지털카메라로 촬영한 사진 이미지이다.
도 5는 비교예 4에서 제조된 성형물을 디지털카메라로 촬영한 사진 이미지이다.
도 2는 실시예 7에서 제조된 성형물을 디지털카메라로 촬영한 사진 이미지이다.
도 3은 실시예 10에서 제조된 성형물을 디지털카메라로 촬영한 사진 이미지이다.
도 4는 비교예 1에서 제조된 성형물을 디지털카메라로 촬영한 사진 이미지이다.
도 5는 비교예 4에서 제조된 성형물을 디지털카메라로 촬영한 사진 이미지이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다', '구성된다' 등이 사용되는 경우 '~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
본 명세서 상에서 언급한 '성형물'은 압출물, 사출물 등 일정한 모양으로 만든 물질을 의미한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관관계로 함께 실시할 수도 있다.
본 발명은 일 관점에서, 점도가 4,000 cps ~ 250,000 cps인 하이드록시에틸 셀룰로오스 65 중량% ~ 80 중량%; 및 글리세린 20 중량% ~ 35 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성을 가지는 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 하이드록시에틸 셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체는 강한 수소 결합으로 이루어져 녹는점 이하에서 열분해가 진행되어 플라스틱으로 성형 가공하기 어려운 고분자 구조를 가지고 있다.
이에, 본 발명에서는 셀룰로오스 유도체 중 특정 점도를 가지는 하이드록시에틸 셀룰로오스에 글리세린을 특정 함량으로 조절하여 첨가시킴으로써, 하이드록시에틸 셀룰로오스 수산기의 강한 수소 결합을 약하게 하고, 사슬 사이의 거리를 넓혀 마이크로브라운 운동이 일어나기 쉬운 환경으로 만들어 하이드록시에틸 셀룰로오스의 유리전이온도를 낮추고, 유연성을 부여할 수 있도록 가소화됨에 따라 성형 가공성이 우수하고, 신율이나, 인장강도 등과 같은 기계적 성질이 현저히 개선된 천연고분자 열가소성 수지를 제공할 수 있다.
상기 각 구성요소에 대한 설명은, 중복을 피하기 위하여 후술되는 열가소성 수지 조성물의 제조방법에서 설명한다.
본 발명은 다른 관점에서, (a) 점도가 4,000 cps ~ 250,000 cps인 하이드록시에틸 셀룰로오스 65 중량% ~ 80 중량%에 글리세린 20 중량% ~ 35 중량%를 혼합하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 혼련하여 가소화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성을 가지는 열가소성 수지 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열가소성 수지 조성물의 제조방법은 먼저 하이드록시에틸 셀룰로오스에 글리세린을 첨가한다[(a) 단계].
상기 하이드록시에틸 셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose, HEC)는 백색 또는 연황백색을 띄는 분말 형태의 수용성 고분자 성분으로, 셀룰로오스 유도체 중에서도 가장 뛰어난 내염성과 pH 안정성을 가지며, 콜로이드성, 보수성, 내온성 등을 가지고 있어 각종 산업에서 다양한 제품의 응용에 사용 가능한 원료로 인정받는 성분이다.
본 발명에 있어서, 상기 하이드록시에틸 셀룰로오스는 베이스 수지로, 점도가 4,000 cps ~ 250,000 cps인 하이드록시에틸 셀룰로오스일 수 있다. 이때, 상기 하이드록시에틸 셀룰로오스의 점도는 하이드록시에틸 셀룰로오스를 물에 용해시킨 수용액(하이드록시에틸 셀룰로오스 : 2 중량%)을 20 ℃에서 브룩필드 점도계를 이용하여 측정할 때의 점도이다.
만일, 상기 하이드록시에틸 셀룰로오스의 점도가 4,000 cps 미만일 경우, 글리세린과의 혼련성이 부족하여 압출 불량 및 갈변의 문제점이 발생될 수 있고, 또한 압출 후 글리세린이 용출되어 끈적임이 발생될 수 있으며, 250,000 cps를 초과할 경우에는 글리세린과의 혼련시 점도가 너무 높아 압출 불량 및 압출 작업이 불안정하고 탄화에 의한 갈변의 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 상기 하이드록시에틸 셀룰로오스는 조성물 총 중량에 대하여, 65 중량% ~ 80 중량%로 혼합할 수 있다. 상기 하이드록시에틸 셀룰로오스의 함량이 65 중량% 미만일 경우에는 글리세린이 과량 함유되어 끈적임 및 펠렛화 공정이 어렵고, 가소화 후 압출기 등의 장치에 투입이 힘든 덩어리 형태로 혼합이 형성될 수 있으며, 80 중량%를 초과할 경우에는 글리세린에 의한 가소화가 충분히 진행되지 못해 열가소성 수지로 제조할 수 없는 문제점이 발생될 수 있다.
이와 같은 상기 하이드록시에틸 셀룰로오스는 상용화된 제품을 사용하거나 또는 제조하여 사용할 수 있으며, 하이드록시에틸 셀룰로오스의 제조방법으로는 당업계에서 공지된 제조방법이면 제한 없이 적용 가능하고, 바람직하게는 셀룰로오스를 알칼리화제와 반응시켜 알칼리화된 셀룰로오스를 수득한 다음, 상기 수득된 알칼리화된 셀룰로오스를 에테르화 반응시켜 제조할 수 있다.
한편, 글리세린은 천연수지에서 비누나 지방산을 제조하는 경우 부생품으로 수득할 수 있는데, 최근에는 프로필렌을 염소로 처리하여 에피클로로 히드린을 만들고, 이것을 가수분해하여 합성하기로 한다. 고무, 치약, 화장품, 화학, 도료, 셀로판, 인쇄잉크, 과자 등 다양한 분야에서 사용된다.
본 발명에 있어서, 상기 글리세린은 하이드록시에틸 셀룰로오스에 혼합되어 하이드록시에틸 셀룰로오스 수산기로 인한 강한 수소결합을 방해하고 셀룰로오스 고분자 사슬 사이의 거리를 넓혀 마이크로브라운 운동이 일어나기 쉬운 환경을 만들어 주는 역할로, 조성물 총 중량에 대하여, 20 중량% ~ 35 중량%로 첨가될 수 있다.
만일, 상기 글리세린 함량이 조성물 총 중량에 대하여, 20 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 하이드록시에틸 셀룰로오스 수산기로 인한 강한 수소 결합을 방해하고 셀룰로오스 고분자 사슬 사이의 거리를 넓혀 마이크로브라운 운동이 일어나기 쉬운 환경을 만들어 주는 효과가 미비하여 유리전이온도를 낮추고 수지에 유연성을 부여할 수 없고, 35 중량%를 초과할 경우에는 과량의 글리세린이 용출되어 끈적거림 발생될 수 있으며, 펠렛화가 어려운 문제점이 발생될 수 있다.
이후, 하이드록시에틸 셀룰로오스에 글리세린이 혼합된 혼합물은 혼련하여 가소화를 수행할 수 있다[(b) 단계].
상기 혼합물의 혼련은 하이드록시에틸 셀룰로오스의 가소화가 용이하게 진행되도록 50 ℃ ~ 90 ℃에서 300 rpm 이상, 바람직하게는 70 ℃ ~ 90 ℃에서 300 rpm ~ 600 rpm으로 수행할 수 있으며, 혼련 시간은 혼합물의 함량이나, 가소화 정도에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 바람직하게는 30분 ~ 60분 동안 수행할 수 있다.
상기 조건으로 혼련을 수행할 경우에는 하이드록시에틸 셀룰로오스의 마이크로브라운 운동이 일어나기 용이하도록 유리전이온도와 용융점을 낮출 수 있어 적은 함량의 글리세린으로도 하이드록시에틸 셀룰로오스의 가소화 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 혼련은 어떠한 방식으로 혼련해도 무방하나, 혼련기를 통해 단독으로 수행하거나 또는 압출기를 통해 후술되는 압출과 함께 수행할 수 있다.
이때, 상기 혼련기는 특별히 제한되지 않고, 당업계에서 통상적으로 사용되고 있는 혼련기이면 제한 없이 사용할 수 있으며, 일 예로 고속교반기나 믹서기, 블렌더 등일 수 있다.
한편, 본 발명의 열가소성 수지 조성물의 제조방법은 상기 혼련(가소화) 단계 전 및/또는 후에 필요에 따라 첨가제를 더 첨가하여 혼합할 수 있다.
상기 첨가제로는 바람직하게는 산화방지제, 윤활제, 생분해 촉진제 및 강도보강제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 성분으로 본 발명은 상기 첨가제의 선택에 특별히 제한을 두지 않는다.
구체적으로 상기 첨가제 중 산화방지제는 하이드록시에틸 셀룰로오스의 열가소화 및 성형시에 열에 의한 분해를 방지하는 역할로, 당 분야에서 사용할 수 있는 통상의 산화방지제일 수 있으며, 일 예로, 테트라키스메틸렌(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시하이드로시나메이트)메테인, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스페이트 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다.
또한, 상기 윤활제는 열가소성 수지의 윤활 특성을 향상시키기 위한 것으로, 당 분야에서 사용할 수 있는 통상의 윤활제이면 제한 없이 사용할 수 있고, 본 발명의 열가소성 수지 조성물과의 혼화성 및 윤활성 측면에서 바람직하게는 솔비톨, 마그네슘스테아레이트, 칼슘스테아레이트, 에틸렌글리콜, 글리세롤모노스테아레이트 및 레시딘으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 생분해 촉진제 및 강도보강제는 열가소성 수지의 생분해를 촉진하거나 수지의 강도를 보강할 수 있는 통상의 생분해 촉진제 및 강도보강제이면 제한 없이 사용할 수 있고, 상기 생분해 촉진제로는 대두유, 피마자유, 아마인유, 해바라기유, 코코너트유의 지방유, 카프로인산, 카프린산, 라우린산, 올레인산, 올레닌산, 리놀레인산의 지방산, 에틸올레이트, 에틸리놀레이트, 이소옥틸레이트와 같은 지방산 에스테르를 단독 또는 2종 이상 혼합일 수 있으며, 강도보강제로는 유리섬유, 탄소섬유 등일 수 있다.
이와 같은 첨가제는 본 발명의 열가소성 수지 조성물의 목적하는 물성을 해치지 않는 범위 내에서, 통상적으로 사용되는 함량으로 제한 없이 선택될 수 있지만, 바람직하게는 본 발명의 열가소성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 각각의 첨가제는 독립적으로 0.01 중량부 내지 10 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 열가소성 수지 조성물의 제조방법은 상기 혼련(가소화)된 조성물을 압출시키고 절단하는 압출 단계 및 절단 단계를 더 포함하여 제품화하기 용이한 형태로 수득할 수 있다.
상기 압출 단계는 압출기를 통해 수행될 수 있으며, 상기 압출기는 특별히 제한되지 않고, 당업계에서 통상적으로 사용되고 있는 압출기이면 제한 없이 사용할 수 있으며, 일 예로 1개의 스크류를 구비한 일축 압출기 또는 복수개의 스크류를 구비한 다축 압출기를 사용할 수 있고, 재료의 균일한 혼련, 가공의 용이성 및 경제성 등을 고려하였을 때 스크류가 2개인 이축 압출기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
이때, 상기 압출기의 온도는 열가소성 수지의 분해 없이 압출이 효율적으로 수행되도록 70 ℃ ~ 200 ℃, 바람직하게는 130 ℃ ~ 180 ℃에서 수행될 수 있으며, 압출기의 스크류 회전수는 20 rpm ~ 300 rpm, 바람직하게는 20 rpm ~ 200 rpm 일 수 있다. 이와 같은 압출 조건은 단위 시간당 처리량이 적절하여 공정 효율이 우수하면서 충분한 압출이 가능할 수 있으며, 수지 성분의 열분해 등의 문제점을 야기하지 않는 이점이 있다.
상기 압출된 압출물은 펠렛타이저 등을 통해 취급이 쉽고, 성형품의 제조가 용이한 형태로 절단시킬 수 있으며, 바람직하게는 펠렛 형상일 수 있다.
또한, 본 발명의 열가소성 수지 조성물의 제조방법은 압출 및 절단 단계 사이에 냉각수조를 통해 냉각시키는 냉각 단계를 더 포함하는 것 또한 효과적이며, 절단 단계 이후에는 50 ℃ ~ 80 ℃에서 4 시간 내지 8 시간 동안 건조시키는 건조 단계를 실시하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된 본 발명에 따른 열가소성 수지 조성물은 생분해성이며, 신율이나, 인장강도가 뛰어나고, 성형 가공성이 우수하여 석유계 열가소성 수지와 혼합 가공이 용이하여 다양한 열가소성 수지에 첨가제로 응용이 가능하다.
본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 열가소성 수지 조성물로 형성된 성형물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 성형물은 전술된 열가소성 수지 조성물로 형성된 것으로, 사출성형, 압출성형, 진공성형, 캐스팅 성형 등의 다양한 성형방법을 통해 다양한 성형품(제품)으로 제조될 수 있다. 이러한 성형방법은 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 잘 알려져 있다.
이와 같은 성형방법으로 형성된 상기 성형물은 일 예로 ASTM D638에 의해 측정된 인장강도가 4.5 MPa ~ 6.5 MPa일 수 있으며, 신율이 20 mm ~ 45 mm로, 기계적 물성과 성형 가공성이 우수하고, 생분해성을 가지므로, 식품, 전기/전자 제품, 자동차 부품, 건자재, 생활용품, 장난감, 농업용 자재, 해양용 자재 등으로 유용하게 사용할 수 있다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물, 이의 제조방법 및 성형품을 설명함에 있어서, 명시적으로 기재하지 않은 다른 조건이나 장비 등은 당업계에서 통상적으로 실시되는 범위 내에서 적절히 선택할 수 있고, 특별히 제한되지 않음을 명시한다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
셀룰로오스 유도체로 점도가 100,000 cps인 하이드록시에틸 셀룰로오스(롯데정밀화학, HEC B100K) 80 중량%에 글리세린 20 중량%를 첨가하고, 300 rpm으로 30 분간 고속믹싱하여 가소화시킨 후, 스크류 속도가 30 rpm인 이축 압출기[메인 모터(main moter)의 속도를 200 rpm ~ 250 rpm]를 사용하여 스트랜드(strand) 형상으로 성형물을 제조하였다.
<실시예 2 내지 10>
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 하기 표 1의 조건으로 변경하여 스트랜드(strand) 형상으로 성형물을 제조하였다.
<비교예 1 내지 10>
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 하기 표 1의 조건으로 변경하여 스트랜드(strand) 형상으로 성형물을 제조하였다.
[표 1]
[실험예]
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 10에서 제조된 시편의 특성을 하기와 같은 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1 내지 5에 나타내었다.
측정방법
(1) 성형성 측정 : 압출물 토출직후 토출시의 흐름성을 육안으로 평가하였다. 압출이 용이하고, 압출물 상태가 양호 경우에는 '양호'로 기재하였으며, 압출되지 않는 경우에는 '불량'으로 표 2에 기재하였다.
(2) 성형물의 상태 측정 : 압출물 토출직후 광학현미경(SOMETECH SV-55)를 사용하여 60 배율로 확대하여 압출물의 색상, 표면 거칠기 및 끈적임을 측정하고, 표 2 및 도 1 내지 5에 나타내었다.
(3) 인장강도 측정 : 열가소성 수지의 인장강도를 측정하기 위해 ASTM D638 기준에 따라 시편을 제조한 후, Unniversal test machine(UTM, Instron Model 4465)를 이용하여 인장강도를 측정하였다. 인장속도는 10 mm/min으로 7회 측정하여 상항 및 하한치를 버리고 5회 평균값을 산출하여 표 2에 기재하였다.
(4) 신율 측정 : 열가소성 수지의 신율을 측정하기 위해 ASTM D638 기준에 따라 시편을 제조한 후, Unniversal test machine(UTM, Instron Model 4465)를 이용하여 신율을 측정하였다. Grip distance와 gauge distance는 40 mm로 고정하였고, 속도는 10 mm/min으로 7회 측정하여 상항 및 하한치를 버리고 5회 평균값을 산출하여 표 2에 기재하였다.
[표 2]
표 2 및 도 1 내지 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 10에서 제조된 성형물의 경우, 성형성이 양호한 동시에 압출된 성형물의 색상 및 표면 상태가 우수하고, 인장강도 및 신율 또한 높은 것으로 측정된 반면, 비교예 1 내지 10에서 제조된 성형물의 경우에는 압출되지 않아 측정이 불가하거나, 또는 압출되더라고 성형물의 외관이 거칠고, 끈적이거나 갈변현상이 발생되었으며, 인장강도 및 신율 또한 낮은 것으로 나타났다.
특히, 비교예 1, 7 내지 9에서 압출된 성형물의 경우에는 용융되지 않아 압출되지 않았으며, 비교예 4에서 압출된 성형물의 경우에는 갈변현상이 상당히 심하며 표면이 거친 성형물이 제조되었다. 또한 비교예 5에서 압출된 성형물의 경우에는 갈변현상이 심하고 인장강도가 나쁜 것으로 나타났으며, 비교예 10에서 압출된 성형물의 경우에는 투명도가 양호하였으나, 신율이 열위한 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명에 따른 열가소성 수지 조성물은 성형 가공성이 우수하고, 인장강도는 물론 신율 등의 기계적 물성이 개선됨을 확인할 수 있고, 셀룰로오스 유도체 및 글리세린을 유효성분으로 함유함으로써, 친환경적으로 사용할 수 있어 다양한 분야에 유용하게 사용될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 이래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
Claims (8)
- 2 중량%로 물에 용해된 수용액을 20 ℃에서 브룩필드 점도계를 이용하여 측정하였을 때의 점도가 4,000 cps ~ 250,000 cps인 하이드록시에틸 셀룰로오스 65 중량% ~ 80 중량%; 및 글리세린 20 중량% ~ 35 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
- 제1항의 열가소성 수지 조성물; 및 산화방지제, 윤활제, 생분해 촉진제 및 강도보강제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제;를 포함하는 열가소성 수지 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 윤활제는 솔비톨, 마그네슘스테아레이트, 칼슘스테아레이트, 에틸렌글리콜, 글리세롤모노스테아레이트 및 레시딘으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
- (a) 2 중량%로 물에 용해된 수용액을 20 ℃에서 브룩필드 점도계를 이용하여 측정하였을 때의 점도가 4,000 cps ~ 250,000 cps인 하이드록시에틸 셀룰로오스 65 중량% ~ 80 중량%에 글리세린 20 중량% ~ 35 중량%를 첨가하는 단계; 및
(b) 상기 혼합물을 혼련하여 가소화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
- 제4항에 있어서,
상기 (b) 단계의 혼련은 50 ℃ ~ 90 ℃에서 300 rpm 이상으로 수행하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 열가소성 수지 조성물로 형성된 성형물.
- 제6항에 있어서,
상기 성형물은 ASTM D638에 의해 측정된 인장강도가 4.5 MPa ~ 6.5 MPa인 것을 특징으로 하는 성형물.
- 제6항에 있어서,
상기 성형물은 ASTM D638에 의해 측정된 신율이 20 mm ~ 45 mm인 것을 특징으로 하는 성형물.
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