KR20000033445A - Process for preparing aliphatic polyester-grafted polysaccharides and biodegradable polymer containing the same - Google Patents

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KR20000033445A
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polysaccharide
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박정기
최의준
김창현
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윤덕용
한국과학기술원
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Abstract

PURPOSE: A process for producing aliphatic polyester-grafted polysaccharides and biodegradable polymer containing the same are provided which manufacture in high yield and economically. CONSTITUTION: A preparation method of aliphatic polyester-grafted polysaccharides comprises the steps of mixing 1-95% by weight of a mixture of a polymerizable cyclic ester monomer containing 4-24 carbons and a polysaccharide plasticizer in a weight ratio of 1: 50 to 10: 1 at 50-120°C, reacting the mixture solution with 0.001-4 % by weight of a catalyst at 70-150°C and separating only aliphatic polyester-grafted polysaccharides form the obtained reactant. A biodegradable polymer containing aliphatic polyester-grafted polysaccharides, aliphatic polyester and polysaccharides is excellent in tensile strength, tensile modulus and elongation at break.

Description

지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류의 제조방법 및 전기 다당류를 포함하는 생분해성 고분자Method for preparing aliphatic polyester-grafted polysaccharides and biodegradable polymers including electric polysaccharides

본 발명은 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류의 제조방법 및 전기 다당류를 포함하는 생분해성 고분자에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 다당류에 탄소수 4 내지 24의 중합 가능한 환형 에스테르 단량체와 다당류 가소제의 혼합물을 일정비율로 첨가하고, 촉매를 가하여 특정 온도에서 반응시킴으로써, 높은 수율로 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류를 제조하는 방법, 및 전기에서 제조된 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류, 지방족 폴리에스테르와 다당류를 포함하는 생분해성 고분자에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing aliphatic polyester-grafted polysaccharides and to biodegradable polymers comprising the above polysaccharides. More specifically, the present invention provides aliphatic polyester-grafts in high yield by adding a mixture of a polymerizable cyclic ester monomer having 4 to 24 carbon atoms and a polysaccharide plasticizer to the polysaccharide at a predetermined ratio and adding a catalyst to react at a specific temperature. A method for preparing polysaccharides, and a biodegradable polymer comprising aliphatic polyester-grafted polysaccharides, aliphatic polyesters and polysaccharides prepared in the past.

문명의 발달은 천연 재료를 대체하는 새로운 합성재료의 개발을 촉진하였으며, 이에 따라 근세기에 접어들어 유기고분자가 등장하게 되었다. 유기고분자는 독특한 물리적 특성과 저렴한 가격, 제조 및 가공의 용이성, 반영구적 수명 등으로 인하여 그 수요가 급증하였으며, 현대 산업기술의 발달에 기여한 바가 크다.The development of civilization has spurred the development of new synthetic materials that replace natural materials. As a result, in recent years, organic polymers have emerged. Organic polymers have rapidly increased in demand due to their unique physical properties, low price, ease of manufacture and processing, and semi-permanent lifespan, and contributed to the development of modern industrial technology.

그러나, 산업 및 소비문화의 발달로 인해 날로 증가하는 플라스틱 폐기물에 의한 환경오염 문제가 심각히 대두됨에 따라, 플라스틱 폐기물의 처리가 큰 사회적인 문제로 등장하고 있다. 따라서, 전 세계적으로 사용 후, 붕괴 혹은 분해되어 자연의 순환계로 돌아감으로써 환경오염을 배제하거나, 극소화시킬 수 있는 분해성 고분자에 대한 사회적 요구가 급속히 높아지고 있으며, 이미 미국, 이탈리아, 독일을 비롯한 세계 각국에서는 분해되지 않는 플라스틱에 대한 사용규제의 움직임을 보이고 있다.However, due to the development of industrial and consumer cultures, environmental pollution caused by plastic wastes is increasing, and the disposal of plastic wastes has emerged as a big social problem. Therefore, the global demand for degradable polymers that can eliminate or minimize environmental pollution by collapsing or decomposing and returning to the natural circulation after use all over the world is rapidly increasing. Shows the movement of regulations on plastics that do not decompose.

이에, 사용 후 완전 분해되어 자연의 순환계로 돌아감으로써 환경오염을 배제하는 플라스틱 재료의 개발이 긴요하여, 지금까지 여러 연구자들에 의해 연구되어 왔다. 이러한 예로, 천연 고분자인 전분(starch)을 이용하여 생분해성 고분자를 제조하고자 하였으나, 전분은 용융 가공특성이나 기계적인 성질이 다른 합성 고분자들에 비하여 아주 취약하며, 또한 전분을 함유한 고분자 수지 조성물들은 흡수성, 용융 온도보다 낮은 온도에서의 전분 분해, 취약한 기계적 물성 등의 단점들을 가지고 있었다.Therefore, the development of a plastic material that eliminates environmental pollution by completely decomposing after use and returning to the natural circulation, has been studied by various researchers until now. In this example, biodegradable polymers were prepared using starch, which is a natural polymer, but starch is more fragile than synthetic polymers having different melt processing properties or mechanical properties. Also, starch-containing polymer resin compositions Its disadvantages include water absorption, starch decomposition at temperatures lower than the melting temperature, and poor mechanical properties.

따라서, 상기와 같은 문제들을 해결하기 위해서 전분을 물리적 또는 화학적으로 개질하는 연구들이 수행되어 왔다. 우선, 물리적 개질방법으로는 실란(silane) 등의 물질을 이용하여 전분을 코팅(coating) 처리함으로써 친유특성을 부여하는 방법, 또는 가소제를 이용하여 전분을 가소화하여 용융 가공특성을 향상시키는 방법 등이 연구되었으나, 여전히 변성 전분의 수율이 낮고, 그 변성 전분을 함유한 고분자 수지 조성물들의 인장강도 및 신율 등의 기계적 물성이 취약하다는 문제점을 지니고 있어 바람직하지 않다. 또한, 화학적 개질방법으로는 전분의 친수성을 줄여주기 위하여 하이드록시기를 아세틸레이션(acetylation)시키거나, 분해되지 않는 비닐 단량체(예를 들면, 메틸아크릴레이트, 스티렌, 메틸메타아크릴레이트 등)를 그라프트시키는 방법, 또는 지방족 폴리에스테르를 그라프트시키는 방법 등이 보고되었다.Therefore, studies have been conducted to physically or chemically modify starch to solve the above problems. First, as a physical modification method, a method of imparting lipophilic properties by coating starch with a material such as silane, or a method of plasticizing starch using a plasticizer to improve melt processing characteristics, etc. Although this has been studied, it is still not preferable because it has a low yield of modified starch, and mechanical properties such as tensile strength and elongation of polymer resin compositions containing the modified starch are weak. In addition, the chemical modification method is to acetylate the hydroxyl group in order to reduce the hydrophilicity of the starch, or graft vinyl monomers (eg, methyl acrylate, styrene, methyl methacrylate, etc.) that does not decompose Or a method of grafting aliphatic polyester has been reported.

그 중에서도, 미합중국 특허 제 5,540,929호, 제 5,616,671호, 제 5,578,691호에는 전분에 폴리카프로락톤을 그라프트시키는 방법이 개시되어 있다. 즉, 주석 옥토에이트(stannous octoate)와 같은 루이스산(Lewis acid) 촉매를 이용하거나, 또는 알루미늄 이소프로폭사이드(aluminum isopropoxide)와 같은 금속 알콕사이드(metal alkoxide) 촉매를 이용하여, 전분의 하이드록시기에 환형 에스테르(cyclic ester) 구조인 카프로락톤 단량체를 괴상중합방법으로 그라프트시킴으로써, 전분에 폴리카프로락톤이 그라프트된 고분자를 제조하였다. 그러나, 이와 같은 방법으로 그라프트 고분자를 제조할 경우, 부반응을 통하여 폴리카프로락톤 단일중합체(homopolymer)가 전체 생성물의 42 내지 50 중량%를 차지할 정도로 많이 생성되어, 목적으로 하는 그라프트 고분자의 수율이 처음 공급시 조성(전분과 카프로락톤 단량체의 전체 무게 합)의 50 내지 58 중량% 정도로 낮아, 변성전분의 제조단가가 높다는 문제점이 있어 왔다.Among them, US Pat. Nos. 5,540,929, 5,616,671 and 5,578,691 disclose methods for grafting polycaprolactone to starch. Hydroxy group of starch using a Lewis acid catalyst, such as stannous octoate, or a metal alkoxide catalyst, such as aluminum isopropoxide. A polymer obtained by grafting a caprolactone monomer having a cyclic ester structure to a bulk polymerization method was prepared by grafting polycaprolactone into starch. However, when the graft polymer is prepared in this manner, polycaprolactone homopolymers are produced through side reactions so as to account for 42 to 50% by weight of the total product, so that the yield of the target graft polymer is increased. When initially supplied, the composition (the total weight of the starch and the caprolactone monomer) is about 50 to 58% by weight, and there is a problem that the production cost of modified starch is high.

이에, 본 발명자들은 상기에서와 같은 그라프트 고분자의 제조시 낮은 수율로 인한 비경제적인 문제점을 해결하기 위해 예의 연구노력한 결과, 다당류의 하이드록시기에 환형 에스테르 단량체를 다당류 가소제의 존재하에 특정 온도에서 그라프트시킴으로써, 그라프트된 지방족 폴리에스테르의 분자량이 200 내지 600이고 그라프트율이 10 내지 30 몰%인 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류를 고수율로 제조할 수 있으며, 또한 이렇게 제조된 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류, 지방족 폴리에스테르 및 다당류를 포함하는 생분해성 고분자는 인장강도, 인장율 및 신율 등의 물성이 매우 우수함을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made diligent efforts to solve the uneconomical problems caused by low yields in the manufacture of the graft polymers as described above. The aliphatic polyester-grafted polysaccharides having a molecular weight of 200 to 600 and a graft ratio of 10 to 30 mol% by grafting can be produced in high yield, and the aliphatic polyester-grafted thus prepared The biodegradable polymers including polysaccharides, aliphatic polyesters and polysaccharides have been found to have excellent physical properties such as tensile strength, tensile rate and elongation, and have completed the present invention.

결국, 본 발명의 목적은 다당류에 환형 에스테르 단량체와 다당류 가소제의 혼합물을 일정비율로 첨가하고 특정 온도에서 반응시킴으로써, 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류를 고수율로 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.After all, it is an object of the present invention to provide a method for producing aliphatic polyester-grafted polysaccharides in high yield by adding a mixture of a cyclic ester monomer and a polysaccharide plasticizer to a polysaccharide at a predetermined ratio and reacting at a specific temperature.

본 발명의 다른 목적은 전기에서 제조된 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류, 지방족 폴리에스테르 및 다당류가 일정비율로 포함된 생분해성 고분자를 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide a biodegradable polymer containing aliphatic polyester-grafted polysaccharides, aliphatic polyesters and polysaccharides prepared in a proportion.

이하, 본 발명의 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류의 제조방법을 공정별로 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, a method of preparing the aliphatic polyester-grafted polysaccharide of the present invention will be described in more detail by process.

하기의 중량 %는 전체 반응물 함량 또는 전체 생분해성 고분자의 함량을 기준으로 나타낸 것이다.The weight percentages below are based on total reactant content or total biodegradable polymer content.

제 1공정: 원료물질의 혼합공정Step 1: mixing raw materials

반응기에 1 내지 95 중량%의 다당류를 가하고, 탄소수 4 내지 24의 중합 가능한 환형 에스테르 단량체와 다당류 가소제의 혼합물을 5 내지 95 중량% 첨가하여, 50 내지 120℃ 보다 바람직하게는 70 내지 100℃의 질소 분위기에서 0.5 시간 이상 충분히 혼합한다. 이때, 환형 에스테르 단량체와 다당류 가소제의 혼합물은 전기 단량체와 가소제가 각각 1:50 내지 10:1의 중량비로 혼합된 것이다.1 to 95% by weight of polysaccharide is added to the reactor, and 5 to 95% by weight of a mixture of a 4- to 24 polymerizable cyclic ester monomer and a polysaccharide plasticizer is added, more preferably 50 to 120 ° C., more preferably 70 to 100 ° C. nitrogen Mix well for at least 0.5 hours in atmosphere. In this case, the mixture of the cyclic ester monomer and the polysaccharide plasticizer is a mixture of the electrical monomer and the plasticizer in a weight ratio of 1:50 to 10: 1, respectively.

상기에서, 다당류는 α-D-글루코피라노실 단위체(α-D-glucopyranosyl unit)가 선형 또는 가지형으로 연결된 다당류이며, 보다 바람직하게는 아밀로스(amylose), 아밀로펙틴(amylopectin), 전분(starch) 또는 아밀로스 에스테르(amylose ester) 등의 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하고, 가장 바람직하게는 전분을 사용한다. 전분은 쌀, 옥수수, 감자, 타피오카(tapioca), 밀, 귀리 등의 여러 가지 원료로부터 얻어지는 전분으로서, 과립(granular) 형태, 가소화된 형태, 젤라틴화된 형태, 물리적 또는 화학적으로 개질된 형태, 혹은 이들 중 하나 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.In the above, the polysaccharide is a polysaccharide in which the α-D-glucopyranosyl unit is linearly or branched, and more preferably amylose, amylopectin, starch or starch. One or two or more combinations of amylose esters and the like are used, most preferably starch. Starch is a starch obtained from various raw materials such as rice, corn, potatoes, tapioca, wheat, oats, etc., and is in granular form, plasticized form, gelatinized form, physical or chemically modified form, Or mixtures of one or more of these.

환형 에스테르 단량체는 치환되거나 치환되지 않은 락톤(lactone), 예를 들면 ε-카프로락톤(caprolactone), δ-발레로락톤(valerolactone), β-프로피오락톤(propiolactone), β-부티로락톤(butyrolactone) 또는 β-발레로락톤(valerolactone), 치환되거나 치환되지 않은 락티드(lactide), 치환되거나 치환되지 않은 글리콜라이드(glycolide) 또는 치환되거나 치환되지 않은 환형 무수물(cyclic anhydride) 등의 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용한다.The cyclic ester monomers may be substituted or unsubstituted lactones such as ε-caprolactone, δ-valerolactone, β-propiolactone, β-butyrolactone ) Or one or more of β-valerolactone, substituted or unsubstituted lactide, substituted or unsubstituted glycolide, or substituted or unsubstituted cyclic anhydride Use a combination.

또한, 다당류의 가소제는 물, 글리세린, 폴리글리세린, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 솔비톨, 솔비톨아세테이트, 글루코스 또는 분자량이 500 내지 10,000인 전분 등의 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용한다.In addition, the polysaccharide plasticizer uses one or two or more combinations of water, glycerin, polyglycerine, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, sorbitol, sorbitol acetate, glucose or starch having a molecular weight of 500 to 10,000. .

제 2공정: 그라프트 반응공정Second Step: Graft Reaction Process

제 1공정에서 충분히 혼합된 혼합용액에 0.001 내지 4 중량%의 촉매를 첨가하고, 70 내지 150℃의 질소 분위기에서 반응시켜, 지방족 폴리에스테르가 다당류의 하이드록시기에 그라프트되도록 하고 반응물을 수득한다.0.001 to 4% by weight of a catalyst is added to the mixed solution sufficiently mixed in the first step, and reacted in a nitrogen atmosphere at 70 to 150 ° C. so that the aliphatic polyester is grafted to the hydroxyl group of the polysaccharide and a reactant is obtained. .

상기에서, 촉매는 티타늄염, 아연염 또는 주석염 중에서 선택된 루이스산(Lewis acid) 촉매, 가장 바람직하게는 주석 옥토에이트(stannous 2-ethyl hexanoate)를 사용하거나, 혹은 알루미늄 이소프로폭사이드(aluminum isopropoxide), 티타늄 테트라부톡사이드(titanium tetrabutoxide) 또는 알루미늄 트리-(2차 부톡사이드)(aluminum tri-(sec butoxide))등의 금속 알콕사이드(metal alkoxide)를 사용하거나, 혹은 금속 알킬(metal alkyl)을 사용한다.In the above, the catalyst is a Lewis acid catalyst selected from titanium salts, zinc salts or tin salts, most preferably tin octoate (stannous 2-ethyl hexanoate), or aluminum isopropoxide (aluminum isopropoxide). ), Metal alkoxide such as titanium tetrabutoxide or aluminum tri- (sec butoxide), or metal alkyl do.

제 3공정: 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류의 분리공정Third Step: Separation of Aliphatic Polyester-grafted Polysaccharides

제 2공정에서 수득한 반응물로부터 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류만을 분리하여 수득한다. 바람직하게는 반응물에 톨루엔을 첨가함으로써, 톨루엔에 용해되는 지방족 폴리에스테르 단일중합체(homopolymer)와 미반응 단량체, 톨루엔에 용해되지 않는 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류를 각각 분리할 수 있다.Only aliphatic polyester-grafted polysaccharides are obtained from the reaction product obtained in the second step. Preferably, by adding toluene to the reactants, aliphatic polyester homopolymers dissolved in toluene, unreacted monomers, and aliphatic polyester-grafted polysaccharides not dissolved in toluene can be separated.

상술한 본 발명의 방법에 의하면, 그라프트된 지방족 폴리에스테르의 분자량이 200 내지 600이고 그라프트율이 10 내지 30 몰%인 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류를 59 중량% 이상의 고수율로 제조할 수 있다. 이때, 그라프트율은 무수글루코스(anhydride glucose) 100개당 그라프트된 지방족 폴리에스테르의 몰수를 %로 나타낸 것이다.According to the method of the present invention described above, aliphatic polyester-grafted polysaccharides having a molecular weight of 200 to 600 and a graft ratio of 10 to 30 mol% of the grafted aliphatic polyester can be produced in a high yield of 59% by weight or more. In this case, the graft rate represents the mole number of the grafted aliphatic polyester per 100 anhydride glucose in%.

한편, 본 발명은 상기의 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류를 포함하는 생분해성 고분자를 제공한다. 전기 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류 5 내지 40 중량%, 반복단위의 탄소수가 4 내지 24인 지방족 폴리에스테르 20 내지 50 중량%, α-D-글루코피라노실 단위체가 선형 또는 가지형으로 연결된 다당류 10 내지 75 중량%로 구성된 생분해성 고분자는 우수한 인장강도, 인장율 및 신율 등의 기계적 물성을 나타낸다. 이때, 다당류는 과립 형태, 가소화된 형태, 젤라틴화된 형태, 물리적 또는 화학적으로 개질된 형태, 혹은 이들 중 하나 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.On the other hand, the present invention provides a biodegradable polymer comprising the aliphatic polyester-grafted polysaccharide. 5 to 40% by weight of electroaliphatic polyester-grafted polysaccharides, 20 to 50% by weight of aliphatic polyesters having 4 to 24 carbon atoms in repeating units, and 10 to 10 polysaccharides in which α-D-glucopyranosyl units are linearly or branched. Biodegradable polymer composed of 75% by weight has excellent mechanical properties such as excellent tensile strength, tensile and elongation. In this case, the polysaccharide may be used in granular form, plasticized form, gelatinized form, physically or chemically modified form, or a mixture of one or more thereof.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited to these examples according to the gist of the present invention.

실시예 1 ∼ 11: 폴리카프로락톤-그라프트 전분의 제조Examples 1-11: Preparation of Polycaprolactone-grafted Starch

폴리카프로락톤-그라프트 전분을 제조하기 위하여, 먼저, 반응기 안에 하기 표 1에 개시된 함량으로 전분, 카프로락톤 단량체와 물의 혼합물을 첨가하여, 80℃의 질소 분위기에서 1시간 동안 혼합하였다. 그런 다음, 역시 표 1에 개시된 성분 및 함량의 촉매를 첨가하여 100℃ 또는 150℃, 질소 분위기에서 그라프트 반응시켰다. 이렇게 반응시켜 수득한 반응물은 톨루엔을 이용하여, 톨루엔에 용해되는 물질인 폴리카프로락톤 단일중합체와 미반응 단량체, 그리고 용해되지 않는 물질인 폴리카프로락톤-그라프트 전분으로 각각 분리하였다. 폴리카프로락톤-그라프트 전분의 수율은 하기 표 1에 요약하여 나타내었다.In order to prepare polycaprolactone-grafted starch, first, a mixture of starch, caprolactone monomer and water was added to the content shown in Table 1 below, and mixed for 1 hour in a nitrogen atmosphere at 80 ° C. Then, graft reaction was carried out in a nitrogen atmosphere at 100 ° C. or 150 ° C. by addition of the catalyst of the ingredients and contents disclosed in Table 1 as well. The reactants obtained in this manner were separated using toluene into polycaprolactone homopolymers, unreacted monomers, and polycaprolactone-grafted starch, insoluble materials. The yield of polycaprolactone-grafted starch is summarized in Table 1 below.

폴리카프로락톤-그라프트 전분의 제조Preparation of Polycaprolactone-Graft Starch 구 분division 전분/CL*/물(g/g/g)Starch / CL * / water (g / g / g) 촉매catalyst 촉매함량(중량%)Catalyst content (% by weight) 온도(℃)Temperature (℃) PCL**-그라프트 전분(g)PCL ** -graft starch (g) 수율(%)yield(%) 실시예Example 1One 30/30/3030/30/30 Sn(Oct)2 Sn (Oct) 2 0.20.2 100100 36.336.3 60.560.5 22 30/30/7030/30/70 0.20.2 100100 54.954.9 91.591.5 33 30/15/7030/15/70 0.20.2 150150 43.743.7 97.197.1 44 30/30/3030/30/30 0.40.4 100100 40.540.5 67.567.5 55 30/45/7030/45/70 0.40.4 150150 58.558.5 78.078.0 66 30/30/3030/30/30 Al(OiPr)3 Al (OiPr) 3 0.040.04 100100 35.635.6 59.359.3 77 30/30/7030/30/70 0.040.04 100100 40.240.2 67.067.0 88 30/15/7030/15/70 0.20.2 150150 35.635.6 79.179.1 99 30/30/3030/30/30 Ti(OnBu)4 Ti (OnBu) 4 0.60.6 100100 38.838.8 64.764.7 1010 30/30/7030/30/70 0.60.6 100100 42.642.6 71.071.0 1111 30/15/7030/15/70 1.21.2 150150 36.036.0 80.080.0 *: 카프로락톤(caprolactone)**: 폴리카프로락톤(polycaprolactone)*: Caprolactone **: polycaprolactone

상기 표 1에서 보듯이, 실시예 1 내지 11에서 제조된 지방족 폴리카프로락톤-그라프트 전분은 59 % 이상, 최대 97.1 %의 수율로서 제조되었다.As shown in Table 1, the aliphatic polycaprolactone-grafted starch prepared in Examples 1 to 11 was prepared with a yield of at least 59% and a maximum of 97.1%.

실시예 12 ∼ 20: 생분해성 고분자의 제조Examples 12-20: Preparation of Biodegradable Polymers

상기의 실시예에서 제조된 폴리카프로락톤-그라프트 전분을 포함하는 생분해성 고분자를 제조하기 위하여, 우선 전분의 가소제인 물과 함께 하기 표 2에 개시된 바와 같은 함량의 전분을 혼합기(Brabender PL2000 internal mixer, Brabender사, Germany)에 첨가하고, 100℃에서 충분히 젤라틴화시켰다. 여기에, 역시 하기 표 2에 제시된 바와 같이, 폴리카프로락톤-그라프트 전분과 폴리카프로락톤을 첨가한 다음, 전기 혼합기를 이용하여 80 rpm으로 혼합하여 생분해성 고분자를 제조하였다. 그런 다음, 당업계에서 널리 알려진 방법에 따라 이들의 인장강도(tensile strength), 인장율(tensile modulus) 및 신율(elongation at break) 등의 기계적 물성을 측정하고, 그 결과는 하기 표 2에 요약하여 나타내었다. 이때,상기 실시예 1에서 제조된 지방족 폴리카프로락톤-그라프트 전분의 수율이 종래의 괴상중합방법에 의해 제조된 변성전분보다 높다는 것은 그라프트된 지방족 폴리에스테르의 분자량과 그라프트율이 높다는 것을 의미하고, 이는 상용화 효과를 증대시켜 전기 변성전분을 포함한 생분해성 고분자의 기계적 물성을 보다 개선시킴을 용이하게 유추할 수 있습니다. 이에, 하기 표 2에서 보듯이, 본 발명에서 제조된 폴리카프로락톤-그라프트 전분을 포함하는 생분해성 고분자는 우수한 인장강도, 인장율 및 신율을 나타냄을 알 수 있었다.In order to prepare a biodegradable polymer comprising a polycaprolactone-grafted starch prepared in the above embodiment, first, a starch having a content as described in Table 2 together with water, a plasticizer of starch, is mixed (Brabender PL2000 internal mixer). , Brabender, Germany) and sufficiently gelatinized at 100 ° C. Here, as shown in Table 2 below, polycaprolactone-grafted starch and polycaprolactone were added, followed by mixing at 80 rpm using an electric mixer to prepare a biodegradable polymer. Then, mechanical properties such as tensile strength, tensile modulus, and elongation at break are measured according to methods well known in the art, and the results are summarized in Table 2 below. Indicated. At this time, the yield of the aliphatic polycaprolactone-grafted starch prepared in Example 1 is higher than the modified starch prepared by the conventional bulk polymerization means that the molecular weight and graft ratio of the grafted aliphatic polyester is high, This can be easily inferred by increasing the commercialization effect and further improving the mechanical properties of biodegradable polymers including electromodified starch. Thus, as shown in Table 2, it was found that the biodegradable polymer including polycaprolactone-grafted starch prepared in the present invention exhibits excellent tensile strength, tensile modulus and elongation.

생분해성 고분자의 기계적 물성Mechanical Properties of Biodegradable Polymers 구 분division 전분/PCL*/PCL*-그라프트 전분(g/g/g)Starch / PCL * / PCL * -Graft Starch (g / g / g) PCL*-그라프트 전분PCL * -grafted starch 인장율(MPa)Tensile Rate (MPa) 인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 신율(%)% Elongation 실시예Example 1212 60/40/3060/40/30 실시예 1Example 1 540.0540.0 13.713.7 25.025.0 1313 60/40/3060/40/30 실시예 2Example 2 550.0550.0 13.213.2 23.023.0 1414 60/40/3060/40/30 실시예 3Example 3 525.0525.0 14.014.0 57.057.0 1515 50/50/3050/50/30 실시예 6Example 6 570.0570.0 14.314.3 40.540.5 1616 50/50/3050/50/30 실시예 9Example 9 585.0585.0 13.613.6 38.538.5 1717 60/40/2060/40/20 실시예 1Example 1 545.0545.0 12.112.1 20.020.0 1818 50/50/2050/50/20 실시예 7Example 7 575.0575.0 13.813.8 18.518.5 1919 60/40/1060/40/10 실시예 2Example 2 530.0530.0 12.312.3 15.015.0 2020 50/50/1050/50/10 실시예 10Example 10 560.0560.0 14.114.1 13.513.5 * : 폴리카프로락톤(polycaprolactone)*: Polycaprolactone

이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류의 제조방법 및 전기 다당류를 포함하는 생분해성 고분자를 제공한다. 본 발명의 방법에 따르면, 고수율의 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류를경제적으로 제조할 수 있다. 또한, 이렇게 제조된 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류, 지방족 폴리에스테르 및 다당류를 포함하는 생분해성 고분자는 인장강도, 인장율 및 신율 등의 기계적 물성이 매우 우수하다.As described and demonstrated in detail above, the present invention provides a method for preparing aliphatic polyester-grafted polysaccharides and biodegradable polymers comprising the above-mentioned polysaccharides. According to the method of the present invention, a high yield of aliphatic polyester-grafted polysaccharides can be economically produced. In addition, the biodegradable polymer including the aliphatic polyester-grafted polysaccharides, aliphatic polyesters and polysaccharides thus prepared has excellent mechanical properties such as tensile strength, tensile modulus and elongation.

Claims (7)

(ⅰ) 전체 반응물 함량에 대하여 1 내지 95 중량%의 다당류에, 탄소수 4 내 지 24의 중합 가능한 환형 에스테르 단량체와 다당류 가소제가 1:50 내지 10:1의 중량비로 혼합한 혼합물을 5 내지 95 중량% 첨가하여, 50 내지 120℃에서 혼합시키는 공정;(Iii) 5 to 95 weight percent of a mixture of 1 to 95% by weight of polysaccharide with respect to the total reactant content, and a polymerizable cyclic ester monomer having 4 to 24 carbon atoms and a polysaccharide plasticizer in a weight ratio of 1:50 to 10: 1. % Addition and mixing at 50-120 degreeC; (ⅱ) 전기 공정에서 혼합된 용액에 0.001 내지 4 중량%의 촉매를 첨가하고, 70 내지 150℃에서 반응시키는 공정; 및,(Ii) adding 0.001 to 4% by weight of catalyst to the solution mixed in the above step and reacting at 70 to 150 ° C; And, (ⅲ) 전기 공정에서 수득한 반응물에서 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당 류만을 분리하는 공정을 포함하는(Iii) separating only aliphatic polyester-grafted polysaccharides from the reactants obtained in the electrical process. 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류의 제조방법.Method for producing aliphatic polyester-grafted polysaccharides. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 다당류는 α-D-글루코피라노실 단위체(α-D-glucopyranosyl unit)가 선 형 또는 가지형으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는The polysaccharide is characterized in that the α-D-glucopyranosyl unit is connected in a linear or branched form 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류의 제조방법.Method for producing aliphatic polyester-grafted polysaccharides. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 환형 에스테르 단량체는 치환되거나 치환되지 않은 락톤(lactone), 락 티드(lactide), 글리콜라이드(glycolide) 및 환형 무수물(cyclic anhydride)로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물인 것 을 특징으로 하는The cyclic ester monomer is characterized in that at least one compound selected from the group consisting of substituted or unsubstituted lactone, lactide, glycolide and cyclic anhydride 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류의 제조방법.Method for producing aliphatic polyester-grafted polysaccharides. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 다당류의 가소제는 물, 글리세린, 폴리글리세린, 에틸렌글리콜, 프로필 렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 솔비톨, 솔비톨아세 테이트, 글루코스 및 분자량 500 내지 10,000의 전분으로 구성된 그룹 으로부터 선택된 1종 이상의 물질인 것을 특징으로 하는The polysaccharide plasticizer is at least one substance selected from the group consisting of water, glycerin, polyglycerol, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, sorbitol, sorbitol acetate, glucose and starch with a molecular weight of 500 to 10,000. Characterized 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류의 제조방법.Method for producing aliphatic polyester-grafted polysaccharides. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, (ⅲ) 공정은 반응물에 톨루엔을 첨가함으로써, 톨루엔에 용해되는 지방 족 폴리에스테르 단일중합체(homopolymer)와 미반응 단량체, 톨루엔에 용해되지 않는 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류를 각각 분리하는 것을 특징으로 하는(Iii) The process is characterized by separating aliphatic polyester homopolymers, unreacted monomers, and aliphatic polyester-grafted polysaccharides not dissolved in toluene, by adding toluene to the reactants. 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류의 제조방법.Method for producing aliphatic polyester-grafted polysaccharides. 전체 생분해성 고분자 함량 중 제 1항의 방법에 의해 제조된, 그라프트된 지방족 폴리에스테르의 분자량이 200 내지 600이고 그라프트율이 10 내지 30 몰%인 지방족 폴리에스테르-그라프트 다당류 5 내지 40 중량%, 반복단위의 탄소수가 4 내지 24인 지방족 폴리에스테르 20 내지 50 중량%, α-D-글루코피라노실 단위체가 선형 또는 가지형으로 연결된 다당류 10 내지 75 중량%로 이루어진 생분해성 고분자.5 to 40% by weight of aliphatic polyester-grafted polysaccharides having a molecular weight of 200 to 600 and a graft rate of 10 to 30 mol% of the grafted aliphatic polyester prepared by the method of claim 1 in the total biodegradable polymer content, repeat A biodegradable polymer comprising 20 to 50% by weight of aliphatic polyester having 4 to 24 carbon atoms and 10 to 75% by weight of a polysaccharide in which α-D-glucopyranosyl units are linearly or branched. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 다당류는 과립(granular) 형태, 가소화된 형태, 젤라틴화된 형태, 물 리적 또는 화학적으로 개질된 형태, 혹은 이들 중 하나 이상의 혼합 물인 것을 특징으로 하는The polysaccharide is characterized in that it is in granular form, plasticized form, gelatinized form, physically or chemically modified form, or a mixture of one or more thereof. 생분해성 고분자.Biodegradable Polymers.
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