KR20060108210A - 폴리염화비닐 수지용 트리에틸렌글리콜 에스테르 가소제조성물 - Google Patents

폴리염화비닐 수지용 트리에틸렌글리콜 에스테르 가소제조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신규한 트리에틸렌글리콜계 화합물 및 이를 포함하는 폴리염화비닐 수지용 가소제 조성물에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 상기 신규한 화합물 및 2-(2-(2-(2-에틸헥사노일옥시)에톡시)에톡시)에틸 2-에틸헥사노에이트, 2-(2-(2-페닐카르보닐옥시에톡시)에톡시)에틸 벤조에이트를 적절히 포함하는 폴리염화비닐 수지용 가소제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가소제 조성물을 이용하여 폴리염화비닐 수지를 제조하면, 가열감량, 점착성 및 가소화 효율의 측면에서 우수한 제품을 얻을 수 있으며, 그 외에도 신율, 인장강도, 투명도 등의 물성이 향상되는 효과가 있다.
가소제, 트리에틸렌글리콜, 폴리염화비닐, 에스테르 반응, 벤조산, 2-에틸헥사노익산, 식품 포장재, 랩 필름

Description

폴리염화비닐 수지용 트리에틸렌글리콜 에스테르 가소제 조성물 {Triethylene glycol ester based plasticizer composition for polyvinyl chloride resin}
본 발명은 신규한 트리에틸렌글리콜계 화합물 및 이를 포함하는 폴리염화비닐 수지용 가소제 조성물에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 가열감량, 점착성 및 가소화 효율의 측면에서 우수할 뿐만 아니라 신율, 인장강도, 투명도 등의 물성이 향상된 폴리염화비닐 수지를 제조할 수 있는 트리에틸렌글리콜 에스테르 가소제 조성물에 관한 것이다.
폴리염화비닐 수지는 염화비닐의 단독 중합체 또는 50% 이상의 염화비닐을 포함하는 혼성 중합체로서, 압출성형, 사출성형, 캘린더링 등의 가공법에 의해 사용될 수 있는 범용 수지이며, 이 같은 가공을 통하여 파이프, 전선, 전기기계제품, 장난감, 필름, 시트, 인조가죽, 타포린, 테이프, 식품 포장재, 의료용품에 이르기까지 다양한 제품들의 소재로 광범위하게 사용된다. 이러한 폴리염화비닐 수지는 가소제(Plasticizer), 안정제(Stabilizer), 충전제(Filler), 안료(Pigment) 등 여러 가지 첨가제를 적절하게 첨가하여 다양한 가공 물성을 부여할 수 있다.
상기 첨가제 중 가소제는 폴리염화비닐 수지에 첨가되어 가공성, 유연성, 전기절연성, 점착성 등 여러 가지 물성 및 기능을 부여하는 필수 첨가제이다. 이러한 가소제의 대표적인 종류는 프탈레이트계(phthalates), 아디페이트계(adipates), 트리멜리테이트계(trimellitates) 등을 들 수 있다. 이 중에서 특히 프탈레이트계 가소제인 디에틸헥실프탈레이트(di-ethylhexyl phthalate: DEHP), 디부틸프탈레이트(di-butyl phthalate: DBP), 디이소데실프탈레이트(di-isodecyl phthalate: DIDP), 부틸벤질프탈레이트(butyl benzyl phthalate: BBP), 디이소노닐 프탈레이트(di-isononyl phthalate: DINP)와 아디페이트계 가소제인 디-2-에틸헥실아디페이트(di-2-ethylhexyl adipate: DEHA) 등이 가장 널리 사용된다.
가정에서 널리 사용되는 투명 랩 필름(wrap film)에 있어서 신율과 점착성, 투명도, 가열 감량과 같은 물성이 매우 중요하다. 즉 상기 랩 필름은 식품 포장재로 사용되기 때문에 식품을 그대로 육안 관찰할 수 있는 투명도와 포장 제품을 잘 감쌀 수 있는 신율 및 포장 후 떨어지지 않도록 점착성이 요구된다. 또한, 가공중 발생하는 가스의 양을 줄이고, 가공수율을 높이기 위해서는 가열감량이 낮아야 한다.
다성분이 아닌 단일성분의 트리에틸렌글리콜 에스테르, 예를 들면 트리에틸렌글리콜에 지방산인 2-에틸헥사노익산 혹은 벤조산 만을 합성한 에스테르의 경우, 랩 필름 가공에서는 폴리염화비닐 수지와의 상용성(相溶性)이 떨어져 가소제로서 사용하기는 어려워 주로 윤활유 및 기타 용도의 가소제로서 사용된다. 단일성분의 다른 예로 네오펜틸글리콜에 지방산인 2-에틸헥사노익산을 합성한 에스테르의 경우 경도가 높고, 투명도나 신율이 낮은 문제점을 가지고 있다. 또한, 트리에틸렌글리콜에 2-에틸헥사노익산을 합성한 단일성분의 에스테르는 작업성은 우수하지만, 신율, 점착성, 투명도 등의 물성이 미흡하다. 또, 다성분의 에스테르계 가소제 조성물이라 하더라도, 제조에 사용된 카르복시산과 알코올의 종류 및 조성에 따라 다른 물성을 지닌다.
상기와 같은 단일 성분, 혹은 다성분의 에스테르계 가소제 조성물의 폴리염화비닐 수지로는 가열감량, 점착성 및 가소화 효율의 측면에서 수요자가 일반적으로 희망하는 수준의 품질을 갖추는 데 한계가 있으며, 개선의 여지가 있다. 즉, 폴리염화비닐 수지와의 상용성, 신율, 점착성, 투명도, 인장강도 등의 물성을 최적화하기 위해서는 적절한 조성의 다성분 에스테르계 가소제 조성물을 수득하는 것이 중요하다.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는, 신규한 트리에틸글리콜계 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는, 상기 신규한 트리에틸글리콜계 화합물을 포함하는 가소제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 세 번째 기술적 과제는, 상기 가소제 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 네 번째 기술적 과제는, 상기 가소제 조성물을 포함하는 폴리염화비닐 수지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다섯 번째 기술적 과제는, 상기 가소제 조성물을 포함하는 식품 포장용 랩 필름을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 하기 화학식 1과 같이 표현되는 트리에틸렌글리콜계 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
R1OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR2
(여기서, R1은 탄소수 3 내지 12의 알킬기이고, R2는 탄소수 6 내지 10의 아릴기임)
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 가소제 조성물을 제공한다.
상기 가소제 조성물은 하기 화학식 2의 화합물 및 하기 화학식 3의 화합물을 더 포함하는 것이 바람직하다.
[화학식 2]
R3OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR4
[화학식 3]
R5OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR6
(여기서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 12의 알킬기이고, R5 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 10의 아릴기임)
본 발명은 상기 세 번째 기술적 과제를 이루기 위해,
(i) 트리에틸렌글리콜 10 내지 40 중량%,
(ii) 탄소수 3 내지 12의 지방산 1 내지 80 중량%,
(iii) 탄소수 6 내지 10의 방향족산 1 내지 60 중량%, 및
(iv) 촉매 0.001 내지 3 중량%를 혼합하여 반응시키는 단계를 포함하는 가소제 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 상기 네 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 상기 가소제 조성물을 포함하는 폴리염화비닐 수지를 제공한다.
본 발명은 상기 네 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 상기 가소제 조성물을 포함하는 식품 포장용 랩 필름을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 트리에틸렌글리콜계 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
R1OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR2
(여기서, R1은 탄소수 3 내지 12의 알킬기이고, R2는 탄소수 6 내지 10의 아릴기임)
상기 화학식 1로 표시되는 트리에틸렌글리콜계 화합물은 다음과 같이 제조할 수 있다. 즉,
(i) 트리에틸렌글리콜 10 내지 40 중량%,
(ii) 탄소수 3 내지 12의 지방산 1 내지 80 중량%,
(iii) 탄소수 6 내지 10의 방향족산 1 내지 60 중량%, 및
(iv) 촉매 0.001 내지 3 중량%를 혼합하여 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 방법에 의해 반응시킨다. 상기 반응에 사용되는 반응기는 회분식 반응기일 수도 있고, 혼합흐름 반응기, 또는 관형 반응기일 수도 있으며 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 반응은 에스테르화 반응으로서 100 내지 300℃에서 4 내지 10시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 상기 반응 온도를 100 ℃ 내지 300 ℃ 사이로 하면 생성물을 열분해되지 않고 높은 반응속도로 얻을 수 있어서 바람직하다. 또한, 상기 반응시간을 4 시간 내지 10 시간으로 하면 전화율 및 수율이 높고 얻고자 하는 생성물을 경제적으로 얻을 수 있다.
상기 반응 혼합물은 비말동반 물질(entrainer)을 1 내지 10 중량% 더 포함할 수 있다. 상기 비말동반 물질은 에스테르화 반응에서 생성되는 H2O를 반응계의 외부로 배출해 주는 역할을 하는 보조 물질이다. 상기 제조방법의 에스테르화 반응은 가역반응이므로 생성물인 물을 반응계의 외부로 배출하면 르샤틀리에 원리에 의해 역반응이 적게 일어나서 원하는 생성물을 많이 얻게 된다. 따라서, 상기 비말동반 물질은 원하는 생성물의 수율을 높이는 데 도움이 된다. 이러한 비말동반 물질로서 n-헥산, 톨루엔, 자일렌(xylene)을 포함하는 유기용매 또는 질소와 같은 불활성기체를 사용할 수 있고, 특히 톨루엔, 자일렌, 또는 불활성 기체가 바람직하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 촉매는 에스테르화 반응을 촉진하는 촉매로서, 황산, 염산, 인산, 질산, 파라톨루엔술폰산, 메탄술폰산, 알킬 황산 등의 산촉매, 유산 알루미늄(aluminium lactate), 불화 리튬, 염화칼륨, 염화세슘, 염화칼슘, 염화철, 인산알루미늄 등의 금속염, 헤테로폴리산 등의 금속 산화물, 천연/합성 제올라이트, 양이온 및 음이온 교환수지, 테트라 알킬 티타네이트(tetra alkyl titanate) 및 그 폴리머 등의 유기금속 등이 해당되고, 특히 파라톨루엔술폰산 또는 테트라이소프로필티타네이트가 바람직하지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 에스테르화 반응이 완결된 후의 후처리는 특별히 한정되지 않지만, 과잉의 원료를 감압 증류 등의 방법으로 제거하고, 예를 들면 NaOH 수용액과 같은 염기성 용액으로 중화할 수 있다. 그런 후 물로 세척하고, 선택적으로 감압하여 탈수시킴으로써 건조시키고, 여기에 흡착제를 넣은 후 여과하여 최종적인 가소제 조성물을 얻을 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기에서 얻어지는 반응의 생성물에는 상기 화학식 1의 화합물뿐만 아니라, 하기 화학식 2 및 화학식 3의 화합물이 혼재한다.
[화학식 2]
R3OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR4
[화학식 3]
R5OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR6
(여기서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 12의 알킬기이고, R5 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 10의 아릴기임)
따라서, 상기 화학식 1의 화합물을 단독으로 얻기 위해서는 혼재하는 이들 생성물로부터 화학식 1의 화합물을 분리하여야 한다. 상기 분리 방법은 당 업계에 알려진 방법으로 할 수 있으며, 특히 한정되지는 않는다.
상기 분리 방법의 일구현예로서, 컬럼 크로마토그래피를 사용하는 방법이 있다. 고정상으로 사용되는 흡착제로는 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 챠콜(charcoal), 또는 마그네슘 실리케이트(MgSiO2)등 당 업계에 알려진 물질을 사용할 수 있으며 특히 실리카 겔이 바람직하지만, 여기에 한정되지는 않는다. 이동상으로는 n-헥산, 에틸아세테이트, 클로로포름, 또는 톨루엔과 같은 유기용매 등 당 업계에 알려진 물질을 사용할 수 있으며 특히 n-헥산, 또는 에틸아세테이트가 바람직하지만 여기에 한정되지는 않는다. 일반적으로, 이동상은 분리 대상인 혼합물과 고정상의 극성(polarity)에 따라 달라지지만, 보통은 높은 극성을 갖는 이동상과 낮은 극성을 갖는 이동상을 적당한 비율로 조절하여 적절한 극성을 갖도록 하여 사용한다.
상기 화학식 1의 화합물에서 R1이 1-에틸 펜틸기이고, R2가 페닐기인 것이 바람직하지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 가소제 조성물을 제공한다. 본 발명의 발명자들은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하여 제조되는 가소제 조성물을 사용하여 폴리염화비닐 제품을 제조하였을 때, 종래의 가소제 조성물을 사용하여 제조한 폴리염화비닐 제품에 비하여 가열감량, 점착성 및 가소화 효율의 측면에서 현저하게 물성이 향상되는 것을 발견하였다.
상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 가소제 조성물은 본 기술분야에 관하여 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 방법으로 상기 화학식 1의 화합물을 첨가하여 제조할 수 있다. 다만, 상기 화학식 1의 화합물의 함량은 전체 가소제 조성물의 0.1중량% 내지 99.5중량%인 것이 바람직하고, 5중량% 내지 85중량%인 것이 더욱 바람직하며, 15중량% 내지 70중량%인 것이 더더욱 바람직하며, 30중량% 내지 60중량%인 것이 가장 바람직하다. 만일 화학식 1의 화합물이 가소제 조성물의 0.1 중량%보다 적게 함유되는 경우, 화학식 1의 화합물을 함유함으로써 얻어지는 우수한 가열감량, 점착성 및 가소화 효율과 같은 성질을 갖추지 못하게 되고, 화학식 1의 화합물이 가소제 조성물의 99.5중량%보다 많은 경우에는 열안정성, 내이행성, 점착성이 열등해지는 단점이 있다. 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 가소제 조성물에서 R1이 1-에틸 펜틸기이고, R2가 페닐기인 것이 바람직하지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 트리에틸렌글리콜 에스테르를 더 포함하는 가소제 조성물을 제공한다.
[화학식 2]
R3OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR4
[화학식 3]
R5OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR6
(여기서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 12의 알킬기이고, R5 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 10의 아릴기임)
상기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 트리에틸렌글리콜 에스테르를 포함하는 가소제 조성물을 사용하여 폴리염화비닐 제품을 제조하였을 때, 종래의 가소제 조성물을 사용하여 제조한 폴리염화비닐 제품에 비하여 가열감량, 점착성 및 가소화 효율의 측면에서 현저하게 물성이 향상된다.
상기 화학식 2 및 화학식 3의 화합물은 상기한 화학식 1의 화합물의 제조방법에서 언급한 바와 같이 제조할 수 있다.
상기 화학식 2 및 화학식 3의 화합물을 포함하는 가소제 조성물 또한 본 기술분야에 관하여 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 방법으로 제조할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 상기 화학식 1 내지 화학식 3의 화합물의 함량은 가소제 조성물의 0.1중량% 내지 99.5중량%인 것이 바람직하고, 5중량% 내지 85중량%인 것이 더욱 바람직하며, 15중량% 내지 70중량%인 것이 더더욱 바람직하며, 30중량% 내지 60중량%인 것이 가장 바람직하다. 만일 화학식 1 내지 화학식 3의 화합물이 가 소제 조성물의 0.1 중량%보다 적게 함유되는 경우, 화학식 1 내지 화학식 3의 화합물을 함유함으로써 얻어지는 우수한 점착성, 가소화 효율 및 신율과 같은 성질을 갖추지 못하게 되고, 화학식 1 내지 화학식 3의 화합물이 가소제 조성물의 99.5중량%보다 많은 경우에는 열안정성, 내이행성, 가열감량 등이 열등해지는 단점이 있다.
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서 치환기 R1 R3, 또는 R4가 탄소수 4 내지 10의 알킬기인 것이 바람직하지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 가소제 조성물의 바람직한 일구현예로서,
(a) 상기 화학식 1의 화합물 10 내지 80 중량%;
(b) 상기 화학식 2의 화합물 10 내지 80 중량%;
(c) 상기 화학식 3의 화합물 0 내지 60 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 가소제 조성물을 제공한다.
상기 화학식 1과 같이 나타나는 상기 (a)의 화합물의 함량이 10 중량%보다 적으면 우수한 가열감량, 점착성 및 가소화 효율과 같은 성질을 갖추지 못하게 되고, 80 중량%보다 많으면 열안정성, 내이행성, 점착성이 열등해지는 단점이 있다. 또, 상기 화학식 2와 같이 나타나는 상기 (b)의 화합물의 함량이 10 중량%보다 적으면 점착성, 가소화 효율 및 신율과 같은 성질을 갖추지 못하게 되고, 80 중량%보다 많으면 열안정성, 내이행성, 가열감량 등이 열등해지는 단점이 있다. 또, 상기 화학식 3과 같이 나타나는 상기 (c)의 화합물이 60 중량%보다 많으면 가소화 효율 이 급격히 저하되며, 액상이 결정화되어 굳는 현상이 발생하는 단점이 있다.
상기 구현예에서 상기 화학식 1의 화합물의 함량은 20 내지 65 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 30 내지 55 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 또, 상기 화학식 2의 화합물의 함량은 20 내지 65 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 30 내지 55 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 또, 상기 화학식 3의 화합물의 함량은 1 내지 40 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 5 내지 20 중량%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 구현예의 가소제 조성물은 다음과 같은 방법으로도 제조할 수 있다.
먼저, (i) 트리에틸렌글리콜 10 내지 40 중량%,
(ii) 탄소수 3 내지 12의 지방산 1 내지 80 중량%,
(iii) 탄소수 6 내지 10의 방향족산 1 내지 60 중량%, 및
(iv) 촉매 0.001 내지 3 중량%를 혼합하여 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 방법에 의해 반응시킨다. 상기 반응에 사용되는 반응기는 회분식 반응기일 수도 있고, 혼합흐름 반응기, 또는 관형 반응기일 수도 있으며 여기에 한정되는 것은 아니다.
트리에틸렌글리콜, 지방산 및 방향족산의 함량이 상기 범위를 벗어나면 바람직한 조성의 가소제 조성물이 제조되기 어렵기 때문에 상기 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 촉매의 함량이 0.001 중량%보다 적으면 반응을 촉진하는 효과가 미미하여 첨가하는 의미가 없어지고, 3 중량%보다 많아지면 반응액의 색상이 악화되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 반응은 에스테르화 반응으로서 100 내지 300℃에서 4 내지 10시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 반응 온도가 100℃보다 낮으면 반응속도가 너무 느려 비효율적으로 제조되고, 반응온도가 300℃보다 높으면 생성물이 열분해되고 생성물의 색상이 악화되는 단점이 있다. 반응 시간이 4시간보다 짧으면 반응이 충분히 일어나지 않아 전화율 및 수율이 낮은 제품을 얻게 되고, 반응 시간이 10시간보다 길면 열역학적으로 가능한 전화율에 거의 도달하게 되어 더 이상 반응시키는 것이 무의미하다.
상기 반응 혼합물은 비말동반 물질을 1 내지 10 중량% 더 포함할 수 있다. 이러한 비말동반 물질로서 n-헥산, 톨루엔, 자일렌을 포함하는 유기용매 또는 질소와 같은 불활성기체를 사용할 수 있고, 특히 n-헥산, 톨루엔, 자일렌이 바람직하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 촉매는 에스테르화 반응을 촉진하는 촉매로서, 황산, 염산, 인산, 질산, 파라톨루엔술폰산, 메탄술폰산, 알킬 황산 등의 산촉매, 유산 알루미늄, 불화 리튬, 염화칼륨, 염화세슘, 염화칼슘, 염화철, 인산알루미늄 등의 금속염, 헤테로폴리산 등의 금속 산화물, 천연/합성 제올라이트, 양이온 및 음이온 교환수지, 테트라 알킬 티타네이트(tetra alkyl titanate) 및 그 폴리머 등의 유기금속 등이 해당되고, 특히 파라톨루엔술폰산 또는 테트라이소프로필티타네이트가 바람직하지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 에스테르화 반응이 완결된 후의 후처리는 특별히 한정되지 않지만, 과잉의 원료를 감압 증류 등의 방법으로 제거하고, 예를 들면 NaOH 수용액과 같은 염기성 용액으로 중화할 수 있다. 그런 후 물로 세척하고, 선택적으로 감압하여 탈수 시킴으로써 건조시키고, 여기에 흡착제를 넣은 후 여과하여 최종적인 가소제 조성물을 얻을 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 이상에서 개시한 본 발명의 가소제 조성물을 가소제로 사용하는, 가열감량, 점착성 및 가소화 효율이 향상된 폴리염화비닐 수지를 제공한다. 상기 가소제 조성물을 가소제로 사용하여 폴리염화비닐 수지를 제조하는 방법은 특히 한정되지 않으며 당 업계에 잘 알려진 방법으로 제조될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실시예 및 비교예에서 하기와 같은 방법으로 물성을 평가하였다.
인장강도 및 신율
ASTM D412 방법에 근거하여 UTM을 이용하여 측정하였다. 크로스헤드 스피드(cross head speed)를 200 mm/min으로 당긴 후, 시편이 절단되는 지점을 측정하였고, 인장강도 및 신율을 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의하여 계산하였다.
[수학식 1]
인장강도(kgf/mm2) = 부하(load) (kgf) / {두께(mm)×폭(mm)}
[수학식 2]
신율(%) = {늘인 후의 길이/초기길이} × 100
경도
가소화 효율을 나타내는 지표로서 경도를 측정하였으며, ASTM D2240 방법에 근거하여, 경도 시험기(A 타입)의 침을 시편의 한 곳에 완전히 내려 5초 후의 경도 값을 읽었으며, 각각의 시편에 대해 5곳을 시험한 후 그 평균값을 취하였다. 상기 경도는 시편을 제조한 직후에 1회 측정하였고, 시편을 제조한 후 1일이 경과한 후에 다시 1회 더 측정하였다.
투명도
2가지 방법으로 평가하였다. 첫 번째로, 헤이즈 미터(haze meter)를 이용하여 헤이즈 값을 시편의 제조 직 후에 측정하였으며, 두 번째로, 랩 필름 시편을 제조하고 7일이 경과한 후 시편을 육안으로 관찰하여 표준 가소제인 디-2-에틸헥실아디페이트(DEHA)로 제조한 랩 필름에 비하여 투명도가 우수한 경우, 동등한 경우, 열등한 경우 세 가지로 나누어 평가하였다.
점착성
손으로 직접 접촉하여, DEHA로 제조한 랩 필름과 비교하여 5점 척도로, 점착의 정도가 양호한 경우에는 5점, 비슷하면 3점, 미흡하면 1점을 부여하여 평가하였다.
<실시예 1>
트리에틸렌글리콜 에스테르 가소제 조성물의 제조
교반기와 응축기가 부착된 4구 2 L 둥근 플라스크에 트리에틸렌글리콜 2.5몰, 2-에틸헥사노익산 5.25몰과 벤조산 2.25몰, 비말동반 물질인 자일렌 60g에 촉매로서 테트라이소프로필티타네이트 1.5g을 투입한 후, 220℃까지 승온시켜 6시간 동안 반응을 수행하였다.
반응 후, 미반응된 산은 220℃에서 진공 펌프로 1mmHg까지 감압하여 제거하고, 10 중량% 수산화나트륨 수용액으로 중화시킨 다음, 수세 및 탈수 과정을 진행한 후, 흡착제를 넣고 여과하여 트리에틸렌글리콜 에스테르 혼합물을 얻었다.
수득한 트리에틸렌글리콜 에스테르 혼합물을 분석한 결과 2-(2-(2-(2-에틸헥사노일옥시)에톡시)에톡시)에틸 2-에틸헥사노에이트 45 중량%, 2-(2-(2-페닐카르보닐옥시에톡시)에톡시)에틸 2-에틸헥사노에이트 45 중량%, 및 2-(2-(2-페닐카르보닐옥시에톡시)에톡시)에틸 벤조에이트 9 중량%이었다.
폴리염화비닐 수지의 제조
상기에서 얻은 트리에틸렌글리콜 에스테르 혼합물의 가소제로서의 성능을 평가하기 위하여 ASTM D638에 의거하여 시편을 제조하였다. 즉, 폴리염화비닐 수지((주)LG화학 제조, 제품명 LS100S) 100중량부에 가소제로 상기에서 얻은 트리에틸렌글리콜 에스테르 혼합물 36 중량부, 에폭시 대두유((주)신동방 제조) 14 중량부, 글리콜계 방담제로서, 일본 린켄 비타민(Rinken Vitamin)사 제조의 KA-901 2 중량부, 및 Ca-Zn 유기 복합 안정제로서 한국대협 제조 LTX-630P 1.2 중량부를 배합하고, 롤 밀(roll mill)을 이용하여 175℃에서 3분 동안 작업하여 5 mm 시트를 제작하였다. 그런 후, 프레스 기를 이용하여 185 ℃에서 예열 3분, 가열 3분 및 냉각 3분간 작업하여 1mm 시트를 만들고 C 타입으로 여러 개의 아령형 시편을 제조하였다. 상기와 같이 사용한 방담제는 수증기 등이 랩 필름 표면에 응축되어 뿌옇게 되는 것을 방지하기 위한 첨가제를 의미한다.
상기 시편으로 상기한 바와 같은 테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다. 특히, 가열 감량은 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 즉, 롤 밀(roll mill)을 이용하여 상기의 배합물을 165℃에서 3분 동안 작업하여 0.8 mm 두께의 시트를 제작한 후, 이것을 60g 취하여 역시 롤 밀을 이용하여 185℃에서 10분간 작업하여 0.4 mm의 두께로 시편을 제작하였다. 그런 후, 24시간이 지난 뒤, 시편의 무게를 측정하여 하기 수학식 3에 의하여 가열 감량을 측정하였다.
[수학식 3]
가열 감량(중량%) = {1 - (185℃ 10분 작업 후 무게)/60g} × 100
<실시예 2>
사용하는 원료의 양을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시킨 점을 제외하고는, 상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 트리에틸렌글리콜 에스테르 가소제 조성물을 제조하였다. 제조된 트리에틸렌글리콜 에스테르 혼합물을 분석한 결과 2-(2-(2-(2-에틸헥사노일옥시)에톡시)에톡시)에틸 2-에틸헥사노에이트 30 중량%, 2-(2-(2-페닐카르보닐옥시에톡시)에톡시)에틸 2-에틸헥사노에이트 52 중량%, 및 2-(2-(2-페닐카르보닐옥시에톡시)에톡시)에틸 벤조에이트 18 중량%이었다.
그런 후, 상기 트리에틸렌글리콜 에스테르 가소제 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다. 제조된 시편으로 상기 실시예 1에서 실시한 테스트와 동일한 테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
<실시예 3>
사용하는 원료의 양을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시킨 점을 제외하고는, 상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 트리에틸렌글리콜 에스테르 가소제 조성물을 제조하였다. 제조된 트리에틸렌글리콜 에스테르 혼합물을 분석한 결과 2-(2-(2-(2-에틸헥사노일옥시)에톡시)에톡시)에틸 2-에틸헥사노에이트 82 중량%, 2-(2-(2-페닐카르보닐옥시에톡시)에톡시)에틸 2-에틸헥사노에이트 15 중량%, 및 2-(2-(2-페닐카르보닐옥시에톡시)에톡시)에틸 벤조에이트 1 중량%이었다.
그런 후, 상기 트리에틸렌글리콜 에스테르 가소제 조성물을 이용하여 상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다. 제조된 시편으로 상기 실시예 1에서 실시한 테스트와 동일한 테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
<비교예 1>
랩 필름 제조에 가장 광범위하게 사용되는 디-2-에틸헥실아디페이트((주)LG화학 제조, 상품명 DOA)를 가소제로 사용하여 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다. 제조된 시편으로 상기 실시예 1에서 실시한 테스트와 동일한 테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
<비교예 2>
랩 필름 제조에 널리 사용되는 디이소노닐아디페이트((주)LG화학 제조, 상품명 DINA)를 가소제로 사용하여 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다. 제조된 시편으로 상기 실시예 1에서 실시한 테스트와 동일한 테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
<비교예 3>
식품 포장용으로 사용되는 친환경 가소제인 LGflex EBNW((주)LG화학 제조)를 가소제로 사용하여 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다. 제조된 시편으로 상기 실시예 1에서 실시한 테스트와 동일한 테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
<비교예 4>
랩 필름 제조에 사용될 수 있는 아세틸화모노글리세라이드((주)일신유화 제조, 상품명 SOLFA-AM-GT90)를 가소제로 사용하여 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다. 제조된 시편으로 상기 실시예 1에서 실시한 테스트와 동일한 테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
[표 1]
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3
원 료 트리에틸렌글리콜(몰) 2.50 2.50 2.53
2-에틸헥사노익산(몰) 5.25 3.75 7.00
벤조산(몰) 2.25 2.75 0.50
자일렌(g) 60 60 60
테트라이소프로필티타네이트(g) 1.5 1.5 1.5
[표 2]
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
인장강도(kgf/mm2) 2.13 2.20 2.05 1.87 2.01 2.02 2.10
신 율(%) 414 413 389 387 421 354 413
가열감량(중량%) 1.66 1.30 1.26 2.81 1.58 4.21 4.17
경 도 초기 77.5 77.4 77.4 77.5 79.5 77.3 78.9
1일 후 80.6 80.0 81.0 80.5 82.1 80.4 82.3
투명도 초기 13.7 15.6 15.1 10.7 11.8 22.1 13.5
7일 후 우수 동등 동등 기준 동등 동등 동등
점착성 5 4 2 3 2 3 2
상기 표 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 가소제 조성물인 실시예 1 내지 3은 비교예 1, 3, 4와 비교할 때 가열 감량에 있어 현저히 우수할 뿐만 아니라 다른 물성, 예를 들면, 점착성, 투명도, 신율 등에서 우수함을 알 수 있다. 또한, 비교예 2외 비교하여서는 가열감량 및 점착성에 있어 더 우수함을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
본 발명에 따른 트리에틸렌글리콜 에스테르 가소제 조성물을 가소제로 이용하여 폴리염화비닐 수지를 제조하면 가열감량, 점착성 및 가소화 효율의 측면에서 우수한 제품을 얻을 수 있으며, 그 외에도 신율, 인장강도, 투명도 등의 물성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 하기 화학식 1과 같이 표현되는 트리에틸렌글리콜계 화합물.
    [화학식 1]
    R1OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR2
    (여기서, R1은 탄소수 3 내지 12의 알킬기이고, R2는 탄소수 6 내지 10의 아릴기임)
  2. 제 1 항에 있어서, R1이 1-에틸 펜틸기이고, R2가 페닐기인 것을 특징으로 하는 트리에틸렌글리콜계 화합물.
  3. 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 가소제 조성물.
    [화학식 1]
    R1OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR2
    (여기서, R1은 탄소수 3 내지 12의 알킬기이고, R2는 탄소수 6 내지 10의 아릴기임)
  4. 제 3 항에 있어서, R1이 1-에틸 펜틸기이고, R2가 페닐기인 것을 특징으로 하는 가소제 조성물.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물의 함량이 0.1 내지 99.5 중량%인 것을 특징으로 하는 가소제 조성물.
  6. 제 3 항에 있어서, 하기 화학식 2의 화합물 및 하기 화학식 3의 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가소제 조성물.
    [화학식 2]
    R3OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR4
    [화학식 3]
    R5OCO-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-OCOR6
    (여기서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 12의 알킬기이고, R5 및 R6은 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 10의 아릴기임)
  7. 제 6 항에 있어서, R1, R3 또는 R4의 알킬기의 탄소수가 4 내지 10인 것을 특징으로 하는 가소제 조성물.
  8. 제 3 항에 있어서,
    (a) 화학식 1의 화합물 10 내지 80 중량%;
    (b) 화학식 2의 화합물 10 내지 80 중량%;
    (c) 화학식 3의 화합물 0 내지 60 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 가소제 조성물.
  9. (i) 트리에틸렌글리콜 10 내지 40 중량%,
    (ii) 탄소수 3 내지 12의 지방산 1 내지 80 중량%,
    (iii) 탄소수 6 내지 10의 방향족산 1 내지 60 중량%, 및
    (iv) 촉매 0.001 내지 3 중량%를 혼합하여 반응시키는 단계를 포함하는 가소제 조성물의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 지방산이 2-에틸헥사노익산(2-ethylhexanoic acid)이고, 상기 방향족산이 벤조산(benzoic acid)인 것을 특징으로 하는 가소제 조성물의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 반응을 100 내지 300℃에서 4 내지 10시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 가소제 조성물의 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 비말동반 물질(entrainer)을 1 내지 10 중량% 더 포함시켜 반응시키는 것을 특징으로 하는 가소제 조성물의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 비말동반 물질이 톨루엔, 자일렌(xylene) 또는 불활성 기체인 것을 특징으로 하는 가소제 조성물의 제조방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 촉매가 파라톨루엔 술폰산, 또는 테트라이소프로필티타네이트인 것을 특징으로 하는 가소제 조성물의 제조방법.
  15. 제 3 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 따른 가소제 조성물을 포함하는 폴리염화비닐 수지.
  16. 제 3 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 따른 가소제 조성물을 포함하는 식품 포장용 랩 필름(wrap film).
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