KR20110107452A - 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물에 관한 것으로서, (ⅰ) 방향족-지방족 폴리에스테르 100중량부에 대하여 (ⅱ) 폴리락틱산(PLA) 50~100중량부, (ⅲ) 폴리비닐알코올 50~200중량부, (ⅳ) 가소제인 메톡시폴리에틸렌글리콜 1~3중량부 및 (ⅴ) 가교제인 유기 과산화물 1~5중량부가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 생분해성이 우수함과 동시에 인장강도, 인열강도 및 굴곡강도 등의 기계적 물성이 뛰어나 음식물 쓰레기 봉투, 산업 폐기물 쓰레기 봉투, 도시락 용기 또는 포장용 랩 등의 식품포장재, 쇼필 봉투 등으로 유용하다.
본 발명으로 제조된 성형품은 매립시 생분해성이 우수하여 종래 쓰레기 봉투 등의 성형품과 비교시 분리회수나 소각처리가 불필요하여 환경오염이 적고 폐기비용도 절감된다.

Description

생분해성 폴리에스테르 수지 조성물{Biodegradable polyester resin composition}
본 발명은 생분해성과 인장강도 등의 기계적 물성이 동시에 우수하여 환경오염이 적고 폐기비용도 절감되는 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물에 관한 것이다.
플라스틱은 뛰어난 물성과 함께 값이 싸고 가벼운 특성으로 인하여 현대인의 생활에 없어서는 안 될 포장재로 널리 사용되고 있다.
그러나, 세계적으로 무수히 쏟아져 나오는 플라스틱 제품으로 인한 환경오염 문제는 날로 심각해지고 있다. 일반 포장용 플라스틱으로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(이하 PET)등이 널리 사용되고 있으나, 이들 재료는 연소 시의 높은 발열량으로 인하여 소각로를 손상시킬 우려가 있으며, 또한 그런 플라스틱 제품은 매립, 처리하여도 화학적, 생물학적 안정성 때문에 거의 분해하지 않고, 잔류하여 환경을 오염시키고 매립지의 수명을 단축시키는 등의 문제와 폐기비용이 비싼 문제 등을 일으킨다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 연소열량이 낮고, 토양 중에서 분해되며, 매립 시에도 자연 분해함으로써 매립지의 조기 안정화를 이룰 수 있는 생분해성 플라스틱이 개발되어 여러 가지 용도로 응용되고 있다.
분해성 플라스틱과 관련된 기술을 세분하면 생분해 기술, 광분해 기술 그리고 이들 두 기술을 조합 한 생·광분해 기술로 나뉘어진다. 생분해성 플라스틱으로 는 PHB(Poly-β-hydroxybutylate)등과 같은 미생물 생산 고분자, 미생물 생산 바이오케미칼(Biochemical)을 합성원료로 한 고분자, 화학적으로 합성된 지방족 폴리에스테르, 키틴(chitin) 등의 천연고분자 및 전분 등을 첨가한 플라스틱 등 여러 형태가 있으며, 현재 실용화되고 있는 생분해성 재료로는 폴리락트산, 전분 혼합물, 지방족 폴리에스테르 등으로 나타나고 있으며, 이들은 기존 플라스틱과 유사한 물성, 가격 경쟁력을 가지기 위하여 여러가지 방안이 시도 되고 있는 실정이다.
종래의 기술로는 생분해성 지방족 폴리에스테르에 폴리에틸렌수지와 변성전분을 혼합시킨 조성물에 관한 기술, 폴리유산 수지에 변성올레핀을 혼합시킨 기술, 폴리유산 수지에 방향족-지방족 폴리에스테르 수지를 혼합한 조성물 및 이의 필름용도에 관한 기술, 폴리유산 수지에 방향족-지방족 폴리에스테르 수지와 폴리이소시아네이트를 혼합한 조성물에 관한 기술 및 폴리유산 수지에 지방족 폴리에스테르 수지와 방향족-지방족 폴리에스테르 수지를 혼합한 조성물에 관한 기술 등이 있다.
자세히 설명하면 생분해성 지방족 폴리에스테르에 가격이 저렴하고 가공성과 물성이 우수한 폴리에틸렌 수지와 전분을 혼합시킨 조성물과 이를 이용한 성형체에 관한 특허(한국특허등록 0197899), 폴리유산 수지에 변성올레핀을 혼합시켜 기계적 물성을 향상시키고 분해속도 제어가 가능한 조성물 특허(JP09-316310A), 폴리유산 수지에 방향족-지방족 폴리에스테르 수지를 혼합 시킨 특허는 Tg값이 0℃이하인 것을 특징으로 하는 방향족-지방족 폴리에스테르 수지를 사용한 것으로 이 조성물을 이용한 인플레이션 필름이나, 적층필름(JP2002-327107A, JP2002-273845A), 폴리유산 수지에 방향족-지방족 폴리에스테르 수지와 폴리이소시아네이트를 혼합하여 만 든 조성물 수지 및 이를 이용한 발포입자와 발포성형체(JP2002-327037A), 폴리유산 수지에 지방족 폴리에스테르 수지와 방향족-지방족 폴리에스테르 수지를 혼합한 조성물 및 이의 용도에 관한 특허(EP1227129A), 폴리유산 수지에 지방족 폴리에스테르 수지와 방향족-지방족 폴리에스테르 수지를 혼합한 조성물로 인열강도가 향상된 필름(한국특허공개 2003-0022514) 등이 있다.
그러나, 생분해성 지방족 폴리에스테르에 폴리에틸렌수지와 변성전분을 혼합시킨 경우 기존의 합성수지가 가진 우수한 물성이 전분의 함유로 인한 손실, 특히 기계적 강도, 투명성 등의 손실을 감수해야하는 문제가 있다. 폴리유산 수지에 변성올레핀을 혼합시킨 특허의 경우 기계적 물성이 향상되고 분해속도를 제어할 수 있다는 장점이 있으나, 이것은 폴리유산과 일반올레핀이 서로 상용성이 좋지 않은 점을 개선하기 위해 변성올레핀을 사용한 것으로, 현실에 적용하기에는 값싼 일반올레핀과의 가격 경쟁이 어려운 문제가 있다.
또한, 폴리유산 수지에 방향족-지방족 폴리에스테르 수지를 혼합시킨 예의 경우에는 내열성의 저하와 고무상 성질이 있어 실용적인 사용에 어려움이 있다. 폴리유산 수지에 방향족-지방족 폴리에스테르 수지와 폴리이소시아네이트를 혼합하여 만든 조성물 수지 및 이를 이용한 발포입자와 발포성형체에 관한 특허의 경우 폴리이소시아네이트의 가교역할에 의해 발포용도로만 이용이 가능할 뿐이다.
본 발명은 생분해성이 우수하여 환경오염이 적고 분리회수 및 소각처리가 불필요하여 폐기비용이 절감됨과 동시에, 인장강도, 인열강도 및 굴곡강도 등의 기계적 물성이 뛰어나 음식물이나 산업물 쓰레기 봉투, 식품 포장재, 쇼핑 봉투 등의 다양한 용도로 사용이 가능한 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물을 제공하고자 한다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 종래 폴리락틱산(Poly lactic Acid : PLA)과 방향족-지방족 폴리에스테르를 혼합시킨 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물에 생분해성 개선과 기계적 물성을 향상시키기 위해서 폴리비닐알코올이 추가로 혼합된 새로운 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물을 제공한다.
본 발명은 생분해성이 우수함과 동시에 인장강도, 인열강도 및 굴곡강도 등의 기계적 물성이 뛰어나 음식물 쓰레기 봉투, 산업 폐기물 쓰레기 봉투, 도시락 용기 또는 포장용 랩 등의 식품포장재, 쇼필 봉투 등으로 유용하다.
본 발명으로 제조된 성형품은 매립시 생분해성이 우수하여 종래 쓰레기 봉투 등의 성형품과 비교시 분리회수나 소각처리가 불필요하여 환경오염이 적고 폐기비용도 절감된다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물은 (ⅰ) 방향족-지방족 폴리에스테르 100중량부에 대하여 (ⅱ) 폴리락틱산(PLA) 50~100중량부, (ⅲ) 폴리비닐알코올 50~200중량부, (ⅳ) 가소제인 메톡시폴리에틸렌글리콜 1~3중량부 및 (ⅴ) 가교제인 유기 과산화물 1~5중량부가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물을 필름용도로 적용하기 위하여 기타 가소제, 핵체 안티블로킹제, 가교제 등을 첨가할 수도 있다.
상기 폴리락틱산(PLA)은 분자량이 10,000 이상인 것이 바람직하다.
방향족-지방족 폴리에스테르는 방향족 성분으로 ROOC-Ar-COOR'(R, R'은 수소 또는 알킬기)구조의 디카르복실산 또는 그 유도체로 테레프탈산, 프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌 2,6-디카르복실산, 디페닐술폰산디카르복실산, 디페닐메탄디카르복실산, 디페닐에테르디카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 시클로헥산디카르복실산, 또는 이들의 알킬렌에스테르로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상이고 지방족 디카르복실산 또는 그 유도체로는 ROOC(CH2)n COOR'(R, R'은 수소 또는 알킬기, n은 2~14의 정수임)구조를 가지는 숙신산, 글루탈산, 말론산, 옥살산, 아디프산, 세바신산, 아젤라산, 노난디카르복실산과 이들의 알킬 또는 아릴에스테르유도체로 구성되는 군으로 부터 선택된 1종 이상이며, 글리콜류는 HO-(CH2)n -OH(n은 2 이상의 정수임)구조를 가지는 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올 1,6-헥산디올이나 프로필렌글리콜, 1,4-시클로헥산디올, 헥사메틸렌글리콜, 폴리에틸렌5글리콜, 트리에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 테트라메틸렌글리콜로 구성되는 알킬렌글리콜이나 폴리알킬렌글리콜로 이루어지는 군이나 하기 일반식(1)로 표현되는 분자구조를 형성할 수 있는 지방족 2가 알콜인 1,2-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,2-펜탄디올, 1,3-펜탄디올, 1,4-펜탄디올, 1,2-헥산디올, 1,3-헥산디올, 1,4-헥산디올, 1,5-헥산디올, 1,2-옥탄디올, 1,3-옥탄디올, 1,4-옥탄디올, 1,5-옥탄디올, 1,6-옥탄디올 등으로 이루어지는 군이 사용될 수 있다.
Figure pat00001
상기 일반식(1)에서 R1 은 C2~C8의 알킬렌기이며, R2 는 C2~C8의 알킬기이다.
상기 방향족-지방족 폴리에스테르는 방향족 성분이 40~45몰%이고 지방족 성분이 55~60몰%인 것이 바람직하다.
상기의 방향족-지방족 폴리에스테르성분에서 방향족 성분이 40~45몰%로 조절되는 것이 바람직하다. 이는 방향족이 40몰% 이하일 경우 방향족-지방족 폴리에스테르의 성질이 지방족 폴리에스테르와 유사하여 필름을 제조할 경우 결정성으로 인해 인열강도가 저하되는 경향이 있으며, 폴리락틱산과의 융점차이로 인해 2차 가공성이 나빠지는 경향이 있다. 반대로, 방향족이 45몰% 이상일 경우 방향족-지방족 폴리에스테르가 고무상 성질이 강해져 필름 제조시 달라붙는 문제점이 발생한다.
상기 방향족-지방족 폴리에스테르 100중량부에 대하여 폴리락틱산(PLA)의 함량이 50중량부 미만이면 생분해성과 유연성이 저하되고, 100중량부를 초과하면 인장강도 등의 기계적 물성이 저하된다.
또한, 상기 방향족-지방족 폴리에스테르 100중량부에 대하여 폴리비닐알코올 함량이 50중량부 미만이면 생분해성과 기계적 강도가 저하되고, 200중량부를 초과하면 유연성이 부족하게 된다.
또한, 상기 방향족-지방족 폴리에스테르 100중량부에 대하여 가소제인 메톡시폴리에틸렌글리콜과 가교제인 유기 과산화물의 함량이 상기 범위를 벗어나면 성형품 제조시 가공성이 저하된다.
본 발명에 따른 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물은 용도에 따라 자외선 방지제, 항균/항취제, 열안정제, 광안정제, 난연제, 대전방지제, 산화방지제, 안료 등의 첨가물을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물은 상기 구성 성분들을 구성비율로 2축 혼련압출기에 투입한 후, 용융 혼련하여 제조된다.
펠렛형태로 제조된 수지 조성물을 2차 필름 가공시 특별한 조건없이 T-다이 필름이나 인플레이션 필름으로 성형할 수 있다.
다음의 실시예 및 비교예는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것이 아니다. 먼저 본 발명의 설명을 위해 필요한 측정 및 평가 방법은 아래와 같은 조건에서 행하였다.
(1) 기계적 강도 (인장강도 ; ASTM D 882)
인장시험기를 사용하여 온도 20±2℃, 상대습도 65±2%인 상태에서 인장속도 500mm/분으로 측정을 행하였다. 또한, 필름의 길이방향을 MD, 폭방향을 TD로 표시하였다.
(2) 유연성 (신도 ; ASTM D 882)
상기 인장강도와 같은 조건에서 필름이 파단할 때까지의 신율을 구하였다.
(3) 분해도 (KS M-3100-1)
입자 크기가 20㎛ 이하인 TLC 등급의 셀룰로오스를 표준시료로 하여 동일조 건에서 시험물질을 퇴비화하여 45일간 방출되는 이산화탄소의 누적량(아래 계산식 이용)으로부터 시험물질의 생분해도를 계산하여 표준시료의 분해도를 100으로 할 때 이에 대비된 시험물질의 생분해도를 %로 표현하였다.
Dt=[{(CO2)T-(CO2)B} / ThCO2] × 100
(CO2)T : 시험 물질이 담긴 용기에서 발생한 이산화탄소 누적량
(CO2)B : 퇴비 물질이 담긴 용기에서 발생한 이산화탄소 누적량
ThCO2 : 이론적 이산화탄소 발생량 계산
ThCO2 = MTOT × CTOT × (44/12)
MTOT : 분석 시작 단계에서 첨가된 시험물질 중 총 건조 고형분의 량(g)
CTOT : 시험물질의 총 건조 고형분에 포함된 유기탄소의 비율(g/g)
44,12 : 이산화탄소의 분자량과 탄소의 원자량
(4) 인열강도 (ASTM D 1004법)
인스트론사의 UTM 4520 인장시험기를 사용하여 온도 23℃, 상대습도 50%인 상태에서 인장속도 500mm/분으로 측정을 행하였다. 또한, 필름의 길이방향을 MD, 폭방향을 TD로 표시하였다.
실시예 1
(ⅰ) 디메틸테레프탈산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 에틸렌글리콜 및 1,4-부탄디올로 이루어지며 전체 성분중 방향족 성분이 42몰%를 차지하는 방향족-지방족 폴리에스테르 100kg, (ⅱ) 분자량이 10,000인 폴리락틱산(PLA) 60kg, (ⅲ) 폴리비닐알코올 70kg, (ⅳ) 메톡시폴리에틸렌글리콜(가소제) 2kg 및 (ⅴ) 유기과산화물(가교제) 1kg을 혼합한 후 2축 혼련 압출기에 투입한 후, 용융, 혼련 및 압출하여 펠렛을 제조하였다.
제조된 펠렛을 충분히 제습 건조한 후 블로운 필름 압출기를 사용하여 30㎛ 두께의 인플레이션 필름을 제조하였다. 제조한 필름에서 시편을 제작하여 인장강도, 신도, 인열강도 및 분해도를 측정한 결과는 표 1과 같았다.
실시예 2
(ⅰ) 디메틸테레프탈산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 에틸렌글리콜 및 1,4-부탄디올로 이루어지며 전체 성분중 방향족 성분이 42몰%를 차지하는 방향족-지방족 폴리에스테르 100kg, (ⅱ) 분자량이 10,000인 폴리락틱산(PLA) 80kg, (ⅲ) 폴리비닐알코올 100kg, (ⅳ) 메톡시폴리에틸렌글리콜(가소제) 2kg 및 (ⅴ) 유기과산화물(가교제) 1kg을 혼합한 후 2축 혼련 압출기에 투입한 후, 용융, 혼련 및 압출하여 펠렛을 제조하였다.
제조된 펠렛을 충분히 제습 건조한 후 블로운 필름 압출기를 사용하여 30㎛ 두께의 인플레이션 필름을 제조하였다. 제조한 필름에서 시편을 제작하여 인장강도, 신도, 인열강도 및 분해도를 측정한 결과는 표 1과 같았다.
비교실시예 1
(ⅰ) 디메틸테레프탈산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 에틸렌글리콜 및 1,4-부탄디올로 이루어지며 전체 성분중 방향족 성분이 42몰%를 차지하는 방향족-지방족 폴리에스테르 100kg, (ⅱ) 분자량이 10,000인 폴리락틱산(PLA) 60kg, (ⅲ) 메톡시폴리에틸렌글리콜(가소제) 2kg 및 (ⅳ) 유기과산화물(가교제) 1kg을 혼합한 후 2축 혼련 압출기에 투입한 후, 용융, 혼련 및 압출하여 펠렛을 제조하였다.
제조된 펠렛을 충분히 제습 건조한 후 블로운 필름 압출기를 사용하여 30㎛ 두께의 인플레이션 필름을 제조하였다. 제조한 필름에서 시편을 제작하여 인장강도, 신도, 인열강도 및 분해도를 측정한 결과는 표 1과 같았다.
필름 물성평가결과
구분 실시예 1 실시예 2 비교실시예 1
인장강도
(kg/㎠)		 길이방향 2.8 2.9 1.7
폭방향 2.7 2.7 1.6
신율(%) 길이방향 470 460 350
폭방향 450 445 360
인열강도
(kg/㎝)		 길이방향 600 650 200
폭방향 610 630 210
분해도(%) 88 87 75

Claims (2)

  1. (ⅰ) 방향족-지방족 폴리에스테르 100중량부에 대하여 (ⅱ) 폴리락틱산(PLA) 50~100중량부, (ⅲ) 폴리비닐알코올 50~200중량부, (ⅳ) 가소제인 메톡시폴리에틸렌글리콜 1~3중량부 및 (ⅴ) 가교제인 유기 과산화물 1~5중량부가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방향족-지방족 폴리에스테르는 방향족 성분이 40~45몰%이고 지방족 성분이 55~60몰%인 것을 특징으로 하는 생분해성 폴리에스테르 수지 조성물.
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