KR20100066195A

KR20100066195A - 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물

Info

Publication number: KR20100066195A
Application number: KR1020080124878A
Authority: KR
Inventors: 권영철; 정창도; 이형탁; 장영규
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-06-17
Also published as: DE102009047740A1; KR101225950B1; US20100144932A1

Abstract

본 발명은 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A) (A-1) 폴리유산 수지 50　내지 90　중량% 및 (A-2) 천연섬유 10 내지 50 중량%를 포함하는 기초 수지 100 중량부; (B) 커플링제　0.01 내지 5 중량부; 및 (C) 탄소 나노튜브 0.05 내지 10 중량부를 포함하는 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물에 관한 것이다.

상기 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물은 기계적 강도, 내열성, 전기 전도성, 및 가공성이 모두 우수한 물성 밸런스를 가질 뿐만 아니라, 표면 광택 및 색상을 개선시킬 수 있으며, 이에 따라 휴대용 이동통신 기기, 정밀 전기전자 부품, 사무기기, 자동차 정밀 부품, 잡화 등과 같은 성형품에 적용될 수 있다. 　

폴리유산, 천연섬유, 커플링제, 탄소 나노튜브, 내열성, 전기 전도성　

Description

천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물{NATURAL FIBER REINFORCED POLYLACTIC ACID RESIN COMPOSITION}

본 발명은 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기계적 강도, 내열성, 전기 전도성, 및 가공성이 모두 우수한 물성 밸런스를 가지는 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물에 관한 것이다.

최근 친환경 고분자 재료의 개발에 대한 관심이 폭증하고 있다. 　수년 전까지는 주로 생분해성 고분자, 퇴비화 가능한 고분자, 복합분해형 고분자 등의 고분자 재료의 생/광분해에 의한 친환경 폐기물 처리문제에 관심이 집중되어 왔고 많은 진보가 있어 왔다.

그러나 이런 류의 친환경 고분자는 그 기본 물성이 취약하고 가공성이 좋지 않아 기존의 가공 기계에서 가공이 불편하며 가격이 경쟁제품인 범용성 고분자 재료에 비해 수배에 달하는 단점으로 인해 그 시장의 확대가 용이하지 않았다.

그러나 최근 폴리유산이 양산되어 공급이 되면서 가격적인 부담이 줄었고 뛰 어난 가공성과 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에 버금가는 물성 수준으로 인해 그 사용용도를 넓힐 수 있게 되어 점차 시장이 확대되고 있다.

이 폴리유산은 낮은 가격을 가지며 퇴비화가 가능하다는 장점, 가공성이 우수하다는 장점으로 인해 식품 포장용기와 같은 일회용 용도로의 시장을 넓혀가고 있으며, 이를 이용하여 일회용품 이외에도 전자제품 케이스나 자동차 내외장재 등의 다양한 용도로의 응용연구가 활발히 전개되고 있다. 　특히 일본의 Toyota 나 NEC 등은 폴리유산을 이용하여 엔지니어링 플라스틱의 분야로 응용을 하려고 있는 대표적인 업체라 할 수 있다.

그러나　기존　폴리유산　수지는　성형성,　기계적　강도,　내열성이　부족하여　박막제품의　경우　쉽게　파손되고,　온도에　대한　저항성이　낮아,　외부온도가　섭씨　60℃　이상　상승하면　성형　제품의　형태에　변형이　일어나는　문제가　있다.　　또한 전자제품 케이스 등으로 이용하려면 재료가 대전방지 능력을 갖추어야 하나 기존의 카본 블랙 등을 투입할 경우 폴리유산에 대한 분산성이 좋지 않아 기계적 강도의 급격한 저하와 제품 외관의 불량을 불러올 수 있다.

일본공개특허　제2005-220177호,　제2005-200517호,　및　제2005-336220호에서는　내열성과　기계적　강도를　동시에　향상시키기　위해　유리섬유를　혼합시키는　기술을　개시하고　있으나,　유리섬유는　폐기후　생분해가　되지　않는　단점이　있다.

한편,　일본공개특허　제2005-105245호　및　제2005-60556호에서는　환경친화성을　높이기　위해　천연섬유를　혼합시키는　방법을　제안하고　있으나,　내열성과　기계적　강도　개선에　한계가　있으며,　특히　성형　중에　리그닌(Lignin)이　열분해되어　성형제품 이　변색되는　문제가　있다.

본 발명의 일 구현예는 기계적 강도, 내열성, 전기 전도성, 및 가공성이 모두 우수한 물성 밸런스를 가지는 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공하기 위한 것이다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.　　　

본 발명의 일 구현예는　(A) (A-1) 폴리유산 수지 50　내지 90　중량% 및 (A-2) 천연섬유 10 내지 50 중량%를 포함하는 기초 수지 100 중량부; (B) 커플링제　0.01 내지 5 중량부; 및 (C) 탄소 나노튜브 0.05 내지 10 중량부를 포함하는 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물을 제공한다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공한다.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 등의 기계적 강도, 내열성, 전기 전도성, 및 가공성이 모두 우수한 물성 밸런스를 가질 뿐만 아니라, 표면 광택 및 색상이 개선되는 환경친화적인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물을 제공하는 것이 가능하며, 이에 따라 휴대용 이동통신 기기, 정밀 전기전자 부품, 사무기기, 자동차 정밀 부품, 잡화 등과 같은 성형품에 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물은 (A) (A-1) 폴리유산 수지 50　내지 90　중량% 및 (A-2) 천연섬유 10 내지 50 중량%를 포함하는 기초 수지 100 중량부; (B) 커플링제　0.01 내지 5 중량부; 및 (C) 탄소 나노튜브 0.05 내지 10 중량부를 포함한다.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물을 이루는 각 성분에 대하여 구체적으로 살펴본다.

(A) 기초 수지

(A-1) 폴리유산 수지

일반적으로 폴리유산은 옥수수 전분을 분해하여 얻은 유산(lactic acid)을 모노머로 하여 에스테르 반응에 의해 제조되는 폴리에스테르계 수지로서, 상업적 구입이 용이하다.　　

본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산은 L-이성질체,　D-이성질체, L,D-이성질체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 폴리유산을 들 수 있는데, 이들 폴리유산 수지는 단독으로 또는 조합하여　사용될 수 있다. 　

상기 폴리유산은 내열성 및 성형성의 밸런스 면에서 L-이성질체가　95 중량% 이상　포함되는 것이　좋으며, 더 좋게는 L-이성질체　95 내지 100　중량%　및　D-이성질체　0 내지 5　중량%로　이루어진 폴리유산 수지를 사용할 수 있으며, 가장 좋게는 L-이성질체 98 내지 99.99 중량% 및 D-이성질체 0.01 내지 2 중량%로 이루어지는 폴리유산 수지를 사용할 수 있다. 　상기 폴리유산 수지가 상기와 같은 함량으로 이루어지는 경우 내열성 및 성형성의 밸런스 뿐만 아니라 우수한 내가수분해성도 얻을 수 있다.

또한 상기　폴리유산 수지는　성형　가공이　가능하면　분자량이나　분자량　분포에　특별한　제한이　없으나,　중량평균 분자량이　80,000　g/mol 이상인　것을 사용하는 것이 좋으며, 더 좋게는 80,000　내지 300,000 g/mol 인 것을 사용하는 것이 좋다. 　폴리유산 수지의 중량평균 분자량이 상기의 범위를 가지는 경우　성형체의 기계적 강도 및 내열성의 밸런스 면에서 우수하다. 　

본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산 수지는 폴리유산 중합체, 폴리유산 공 중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 사용될 수 있다.

상기 폴리유산 중합체는 상기 L-이성질체, D-이성질체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 유산을 개환 중합하여 제조되는 중합체인 것이 좋다.

상기 폴리유산 공중합체는 상기 폴리유산 중합체와 공중합 가능한 성분과의 랜덤 또는 블록 공중합체이다. 　상기 폴리유산 중합체와 공중합 가능한 다른 성분으로는 분자 내에 ２개 이상의 에스테르 결합 가능한 관능기를 가지는 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다. 　

상기 분자 내에 2개 이상의 에스테르 결합 가능한 관능기를 가지는 화합물로는 (a) 디카르복실산, (b) 다가 알코올류, (c) 유산 이외의 하이드록시 카르본산, (d) 락톤(lactone), (e) 상기 화합물로부터 제조되는 각종 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트 등을 들 수 있다.

상기 (a) 디카르복실산으로는 탄소수 4 내지 50의 직쇄상 또는 분지상의 포화 또는 불포화 지방족 디카르복실산, 탄소수 8 내지 20의 방향족 디카르복실산, 폴리에테르 디카르복실산 등을 들 수 있다.

이때 상기 지방족 디카르복실산으로는 숙신산, 아디핀산, 세바신산, 데칸디카르복실산 등이 좋으며, 상기 방향족 디카르복실산으로는 프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산 등이 좋으며, 상기 폴리에테르 디카르복실산으로는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 폴리프로필렌 글리콜 등의 폴리알킬렌 에테르의 양 말단에 카르복시 메틸기를 가지는 디카르복실산이 좋다.

상기 (ｂ) 다가 알코올로는 지방족 폴리올류, 방향족 다가 알코올류, 폴리알 킬렌 에테르류 등을 들 수 있다.

이때 상기 지방족 폴리올류로는 부탄 디올, 헥산 디올, 옥탄 디올, 데칸 디올, １,４-시클로헥산디메타놀, 글리세린, 소르비탄, 트리메틸올프로판, 네오펜틸 글리콜 등의 수산기 ２ 내지 ４개를 가지는 탄소수 ２ 내지 50의 지방족 폴리올류가 바람직하게 사용된다.

또한 상기 방향족 다가 알코올류로는 비스-히드록시 메틸 벤젠, 하이드로퀴논 등의 탄소수 6 내지 20의 방향족 디올류, 또는 비스페놀 Ａ나 비스페놀 Ｆ 등의 비스페놀류에 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드 등과 같은 탄소수 ２ 내지 4의 알킬렌 옥사이드를 부가 반응시킨 방향족 디올류가 바람직하게 사용된다.

또한 상기 폴리알킬렌 에테르류로는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 등의 에테르 글리콜류를 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 (ｃ) 유산 이외의 하이드록시 카르본산으로는 글리콜산, 하이드록시 부틸 카르본산, 6-하이드록시 카프로산 등의 탄소수 3 내지 10의 하이드록시 카르본산을 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 (ｄ) 락톤으로는 글리콜라이드(glycolide), ε-카프로락톤 글리콜라이드, ε-카프로락톤, β-프로피오락톤, δ-부티로락톤, β-부티로락톤, γ-부티로락톤, δ-발레로락톤(valerolactone) 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 (ｅ) 각종 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트로는 유산 코폴리 머 제조에 종래부터 사용되고 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으나, 이들 중 폴리에스테르를 사용하는 것이 보다 좋다.

상기 폴리에스테르로는 지방족 디카르복실산과 지방족 디올로부터 제조되는 지방족 폴리에스테르를 바람직하게 사용할 수 있다.

이때 상기 지방족 디카르복실산으로는 숙신산, 아디핀산, 세바신산, 데칸디카르복실산 등을 바람직하게 사용할 수 있으며, 상기 지방족 디올로는 에틸렌 글리콜, 프로판 디올, 부탄 디올, 헥산 디올, 옥탄 디올 등의 탄소수 2 내지 20의 지방족 디올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜 등의 폴리알킬렌 에테르(단독 중합체 또는 공중합체), 폴리알킬렌 카보네이트 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산　수지는 폴리유산 수지와 천연섬유로 이루어진 기초 수지에 대하여 50　내지 95　중량%로 포함되며, 좋게는 60　내지 90　중량%로 포함될 수 있다.　　폴리유산 수지가 상기 범위로 포함되는 경우　내열성 및 기계적 강도가 우수하며, 친환경 효과도 기대할 수 있다.

(A-2) 천연섬유

본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유는 폴리유산 수지에 보강제로 포함되는 것으로서, 식물줄기의 목질부와 인피부 중에서 유연성이 있는 인피부로부터 제조된 인피섬유를 사용한다.

상기 인피섬유는 폴리머 복합 재료로 유용한데, 이는 아마(flax), 대 마(hemp), 황마(jute), 양마(kenaf), 모시풀(ramie), 쿠라우아(curaua) 등을 포함한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유는 셀룰로오스가 95 중량% 이상 포함된 것이 좋다. 　일반적으로　섬유세포의　세포막은　주로 셀룰로오스(cellulose),　리그닌(lignin),　및 세미셀룰로오스(semicellulose)로　구성되는 데, 상기 리그닌 및　세미셀룰로오스를　충분히　제거하여 셀룰로오스가 95 중량% 이상 포함되는 경우 내열성 및 기계적 강도가 개선되며, 특히 성형 중 리그닌이 열분해되어 성형제품이 변색되는 문제가 개선될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유는 평균길이가 1 내지 100 mm인 것이 좋으며, 더 좋게는 2　내지 50　mm인 것이 좋다.　　천연섬유가 상기 범위의 평균길이를 가질 경우 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 등의 기계적 강도의 향상과 우수한 가공성 및 외관 특성이 나타난다.

또한 상기 천연섬유는 평균직경이 0.1 내지 100 ㎛인 것이 좋으며, 더 좋게는 0.5 내지 50 ㎛인 것이 좋다. 　천연섬유가 상기 범위의 평균직경을 가질 경우 가공성이 우수하며, 표면 광택이 우수하다.

본 발명의 일 구현예에서는 폴리유산 수지와 천연섬유와의 밀착성(wetting)을 향상시키기 위하여, 천연섬유를 플라즈마 표면처리 또는 알카리 표면처리 등의 방법으로 표면을 처리할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유는 폴리유산 수지와 천연섬유로 이루어진 기초 수지에 대하여 5 내지 50 중량%로 포함되며, 좋게는 10　내지 40　중량%로 포함될 수 있다. 　천연섬유가 상기 범위로 포함되는 경우　기계적 강도 및 가공성이 우수하다.

본 발명의 일 구현예에서는 기초 수지로서 폴리유산 수지에 천연섬유를 혼합하여 사용함으로써 폴리유산이 가지는 기계적 강도와 내열성의 한계가 보완될 수 있으며, 아울러 표면 광택 및 색상이 개선되는 효과를 가진다.

(B) 커플링제

본　발명의 일 구현예에 따른　커플링제로는　반응성　커플링제(Coupling　Agent)를　사용할　수　있다.　　상기 반응성 커플링제는 실란계 커플링제, 티타늄계 커플링제, 지르코늄계 커플링제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있으며,　이 중 실란계 커플링제가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더 바람직하게는 말단에 에폭시기가 붙어 있는 실란계 커플링제가 사용될 수 있다.

상기　실란계 커플링제의 구체적인 예로는 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy　silane), 3-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane), 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시 실란(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxy silane), 3-메타크릴록시프로필트리메톡시 실란(3-methacryloxypropyltrimethoxy　silane), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 　

본 발명의 일 구현예에서는 폴리유산 수지 및 천연섬유와 함께 상기와 같은 커플링제를 혼합하여 가공함으로써, 폴리유산 수지와 천연섬유 간의 상용성을 향상 시켜 기존 폴리유산 수지의 한계였던 기계적 강도를 향상시킨 것이다. 　

본 발명의 일 구현예에 따른 커플링제는 폴리유산 수지와 천연섬유로 이루어진 기초 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부로 포함되며,　좋게는 0.1　내지 5　중량부로 포함될 수 있다.　　커플링제가 상기 범위로 포함되는 경우 기계적　강도가 향상되며, 점도가 적절히 유지되어 혼합 성형성이 우수하다.

(C) 탄소 나노튜브

본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 나노튜브는 우수한 기계적 강도와 높은 영률(Young's modulus) 및 높은 종횡비(aspect ratio, L/D) 등의 기계적 특성을 가지는 물질이며, 또한 우수한 전기 전도성 및 열안정성을 가지는 물질이다.

상기와 같은 탄소 나노튜브를 고분자 복합체에 응용하면 기계적, 열적, 및 전기적 특성이 향상된 고분자 복합체를 제조할 수 있다.　

상기 탄소 나노튜브를 합성하는 방법은 최초로 나노튜브를 합성하는　데 사용되었던 전기 방전법(arc-discharge), 열분해법(pyrolysis), 레이저 증착법(laser vaporization), 플라즈마 화학기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor　deposition), 열화학 기상증착법(thermal chemical vapor deposition), 전기분해법, 또는 플레임(flame) 합성법 등을　사용할 수 있다.

상기 탄소 나노튜브는 단일벽 탄소 나노튜브(single wall carbon nanotube), 이중벽 탄소 나노튜브(double wall carbon nanotube), 또는 다중벽 탄소 나노튜브(multi wall carbon nanotube)를 사용할 수 있으며, 그 중 다중벽 탄소 나노튜브 를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 나노튜브는 직경이 1 내지 100 nm인 것이 좋으며, 더 좋게는 　2 내지 50　nm가 좋다. 　

또한 상기 탄소 나노튜브는 길이가 0.1 내지 25 ㎛인 것이 좋으며, 더 좋게는 0.5 내지 20 ㎛가 좋다. 　탄소 나노튜브가 상기 범위의 길이를 가지는 경우 탄소 나노튜브의 연결 효과가 커서 우수한 전기 전도성을 나타낼 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 나노튜브는 상기와 같은 직경 및 길이로 인하여 종횡비(L/D)가 100 이상인 것이 좋으며, 더 좋게는 500 내지 10,000일 수 있다. 　탄소 나노튜브의 종횡비가 상기 범위인 경우　소량만 첨가하여도 우수한 전기 전도성을 나타낼 수 있다.　　

본 발명의 일 구현예에 따른 탄소 나노튜브는 폴리유산 수지와 천연섬유로 이루어진 기초 수지 100 중량부에 대하여 0.05 내지 10 중량부로 포함되며, 좋게는 0.1　내지 5　중량부로 포함될 수 있다. 　탄소 나노튜브가 상기 범위로 포함되는 경우 우수한 전기 전도성를 나타낼 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다.　　　

상기 첨가제는 항균제, 이형제, 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 상용화제, 염료, 무기물 첨가제, 계면활성제, 커플링제, 충전제, 가소제, 충격보강제, 혼화제, 착색제, 안정제, 활제, 정전기 방지제, 안료, 방염제, 내후제, 자외선 차단제, 핵 형성제, 접착 조제, 점착제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.　　　　

상기 산화방지제로는 페놀형, 포스파이드형, 티오에테르형, 또는 아민형 산화방지제를 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 내후제로는 벤조페논형, 또는 아민형 내후제를 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 이형제로는 불소 함유 중합체, 실리콘 오일, 스테아릴산의 금속염, 몬탄산의 금속염, 몬탄산 에스테르 왁스, 또는 폴리에틸렌 왁스를 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 착색제로는 염료 또는 안료를 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 자외선 차단제로는 산화티탄 또는 카본블랙을 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 충전제로는 유리섬유, 탄소섬유, 실리카, 마이카, 알루미나, 점토, 탄산칼슘, 황산칼슘, 또는 유리 비드를 바람직하게 사용할 수 있으며, 상기와 같은 충전제를 첨가할 경우 기계적 강도 및 내열성 등의 물성을 향상시킬 수 있다. 　

상기 핵 형성제로는 탈크 또는 클레이를 바람직하게 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물을 성형하여 제조한 성형품을 제공한다.　　

상기 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물은　기계적 강도 및 내열성이 중요시하게 요구되는 분야의 성형제품, 예를 들면, 자동차 부품, 기계부품, 전기전자 부품, 컴퓨터 등의 사무기기, 잡화 등의 용도로 사용될 수 있으며, 특히 텔레비전, 컴퓨터, 프린터, 세탁기, 카셋트 플레이어, 오디오, 휴대폰 등과 같은 전기전자 제품의 하우징에 유용하게 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다.　　다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예] 　

본 발명의 일 구현예에 따른 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물의 제조에 사용되는 각 구성 성분은 다음과 같다. 　

(A) 기초 수지

(A-1) 폴리유산 수지　

미국　NatureWorks　LLC 에서　제조된　4032D를　사용하였다.

(A-2) 천연섬유

대마(hemp)로부터 제조되었으며, 하기와 같은 셀룰로오스 평균함량, 평균길이, 평균직경, 및 표면처리 조건에 따른 천연섬유를 사용하였다.

　　　(A-2-1) 셀룰로오스 평균함량이 98 중량%이고, 평균길이가 5 mm이고, 평균직경이 10 ㎛이고, 표면처리되지 않은　천연섬유

　　　(A-2-2) 셀룰로오스 평균함량이 98 중량%이고, 평균길이가 5 mm이고, 평균직경이 10 ㎛이고, 알카리 표면처리된 천연섬유

(B) 커플링제

3-글리시독시프로필트리메톡시　실란(Kenrich　petrochemicals사　제조)을 사용하였다.

(C) 탄소 나노튜브

벨기에 Nanocyl사의 NC 7000　제품으로서, 직경이 10 내지 15 nm이고 길이가 1 내지 25 ㎛인 다중벽 탄소 나노튜브를 사용하였다.

(D) 비교예로 카본블랙인 아세틸렌 블랙을 사용하였다.

실시예 1 내지 5　및 비교예 1 내지 3

상기에서 언급된 구성성분들을 이용하여 하기 표 1에 나타낸 조성으로 각 실시예 1 내지 5　및 비교예 1 내지 3에 따른 수지 조성물을 제조하였다.　　　

이때, (A) (A-1) 폴리유산 수지(중량%) 및 (A-2) 천연섬유(중량%)로 이루어지는 기초 수지 100 중량부에 대하여, (B) 커플링제, (C) 탄소 나노튜브, 및 (D) 카본블랙을 각각 중량부의 함량으로 포함하였다.

상기 수지 조성물의 제조 방법으로는, 하기 표 1에 나타낸 조성으로 각 성분을 통상의 혼합기에서 혼합한 다음, L/D=36 및 ￠=45㎜인 이축 압출기에서 180 내지 200℃의 온도 범위로 압출한 후, 상기 압출물을 펠렛 형태로 제조하였다.

[시험예]

상기 실시예 1 내지 5　및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 펠렛을 80℃에서 4 시간 건조 후, 6 Oz의 사출능력이 있는 사출성형기를 사용하여, 실린더 온도 190℃, 금형온도 80℃, 성형사이클을 120초로 설정한 조건으로 사출하여 물성 시편을 제조하였다. 　상기 제조된 물성 시편은 하기의 방법으로 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 　

(1) 인장강도: ASTM D638에 준하여 측정하였다.

(2) 굴곡강도: ASTM D790에 준하여 측정하였다.

(3) 굴곡탄성율: ASTM D790에 준하여 측정하였다.

(4) 열변형온도(HDT): ASTM　D648에　준하여　측정하였다.

(5) 표면저항: Ohmmeter를 사용하여 측정하였다.

(6) 압출가공성: 압출기를　이용하여　용융혼합　가공　가능성　여부를　판단하였다.

　　(○:　압출　용융혼합　가공　가능,　×:　압출　용융혼합　가공　불가능)

　[표 1]

상기　표 1을 통하여, 본 발명에 따라 폴리유산 수지, 천연섬유, 커플링제, 및 탄소 나노튜브를 포함하여 사용한 실시예 1 내지 5는 기계적 강도, 내열성, 전기 전도성, 및 가공성이 우수한 물성 밸런스를 가짐을 확인할 수 있다.

반면, 천연섬유를 포함하지 않은 비교예 1은 기계적 강도, 내열성, 및 전기 전도성이 모두 현저히 저하됨을 확인할 수 있다. 　또한 탄소 나노튜브를 포함하지 않은 비교예 2는 전기 전도성 특성이 나타나지 않음을 확인할 수 있다. 　또한 탄소 나노튜브 대신 카본블랙을 사용한 비교예 3은 기계적 강도 및 내열성이 저하됨을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　　그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

(A) (A-1) 폴리유산 수지 50　내지 95　중량% 및 (A-2) 천연섬유 5 내지 50 중량%를 포함하는 기초 수지 100 중량부;

(B) 커플링제　0.01 내지 10 중량부; 및

(C) 탄소 나노튜브 0.05 내지 10 중량부를 포함하는 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (A-1) 폴리유산 수지는 L-이성질체, D-이성질체, L,D-이성질체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (A-1) 폴리유산 수지는 L-이성질체 95 내지 100 중량% 및 D-이성질체 0 내지 5 중량%로 이루어지는 것인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (A-1) 폴리유산 수지의 중량평균 분자량이 80,000 내지 300,000 g/mol 인 것인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (A-2) 천연섬유는 인피섬유인 것인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (A-2) 천연섬유는 셀룰로오스가 95 중량% 이상 포함된 것인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (A-2) 천연섬유의 평균길이는 1 내지 100 mm인 것인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (A-2) 천연섬유의 평균직경은 0.1 내지 100 ㎛인 것인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (B) 커플링제는 실란계 커플링제, 티타늄계 커플링제, 지르코늄계 커플링제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인　천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (B) 커플링제는 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시 실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시 실란, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (C) 탄소 나노튜브는 직경이 1 내지 100 nm인 것인 천연섬유 강화 폴리 유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (C) 탄소 나노튜브는 길이가 0.1 내지 25 ㎛인 것인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항에 있어서,

상기 (C) 탄소 나노튜브는 종횡비(L/D)가 500 내지 10,000인 것인 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물.

　
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물로부터 제조된 성형품.