KR20110108693A - Manufacturing method of bio elastomer using vegetable oil - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오 탄성체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 부타디엔 모노머에 개시제로 n-부틸리튬을 첨가하고 중합시켜 폴리부타디엔을 형성하는 단계; 및 상기 폴리부타디엔에 식물성 오일을 첨가하고 합성하는 단계를 포함하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제조방법은 고분자의 말단을 화학적으로 개질시켜 식물성 오일과의 합성을 용이하게 할 수 있으며, 분자량을 쉽게 조절할 수 있고 고분자의 미세 구조까지 제어할 수 있는 리빙(living) 음이온 중합을 이용하여 고분자과 식물성 오일을 효율적으로 합성시킬 수 있어 기존의 석유 유래 고분자 재료를 대체할 수 있어 미래 산업에 적합한 환경 친화적인 고분자 소재를 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method for producing a bioelastomer, and more specifically, n-butyllithium as an initiator is added to a butadiene monomer and polymerized to form a polybutadiene; And it relates to a method for producing a bio-elastomer using a vegetable oil comprising the step of adding and synthesizing the vegetable oil to the polybutadiene. The production method according to the present invention can chemically modify the ends of the polymer to facilitate the synthesis with vegetable oil, using a living anion polymerization that can easily control the molecular weight and control the microstructure of the polymer. By efficiently synthesizing polymer and vegetable oil, it is possible to replace existing petroleum-derived polymer material, thereby providing an environment-friendly polymer material suitable for future industries.
Description
본 발명은 고분자의 말단기를 화학적으로 개질하여 유기자원인 식물성 오일과 결합시켜 자원 순환형 천연물 기반 탄성체를 제조하고, 물성을 향상시킬 수 있는 바이오 탄성체의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a bioelastomer that can chemically modify the end group of the polymer to be combined with a vegetable oil as an organic resource to produce a resource-circulating natural product-based elastomer, and improve physical properties.
21세기의 세계적인 동향은 글로벌화의 가속화와 함께 국제적인 공동 환경규제, 석유자원 고갈 및 수요의 증가에 따른 원유가 급등, 기후변화 협약 등은 기존 에너지 및 화학 산업의 경쟁력을 점차 약화시키고 있다. 특히, 이산화탄소 같은 온실 가스의 발생을 억제함으로써 지구환경을 보전하고자 하는 범세계적인 노력의 일환인 교토의정서(Kyoto Protocol), 유럽의 리치(REACH), 최근의 발리 로드맵(Balley Roadmap) 등은 석유자원을 중심으로 하는 기존의 에너지/화학산업에 대한 근본적인 해결책을 요구하고 있다. 천연가스나 석탄은 가격 측면에서는 석유대체자원으로 생각할 수 있으나 석유와 마찬가지로 유한 자원이며 온실가스와 같은 환경 문제 논란에서 벗어나기 어렵다.Global trends in the 21st century are accelerating globalization, and international joint environmental regulations, oil resource depletion and rising demand, and climate change agreements are weakening the competitiveness of existing energy and chemical industries. In particular, the Kyoto Protocol, Europe's REACH, and the recent Bali Roadmap, which are part of a global effort to conserve the global environment by curbing greenhouse gas emissions such as carbon dioxide, It demands a fundamental solution to the existing energy / chemical industry which is centered. Natural gas or coal can be thought of as a substitute for petroleum in terms of price, but like oil, it is a finite resource and difficult to escape from environmental issues such as greenhouse gases.
이에 반해 옥수수, 사탕수수, 목질계 식물자원, 팜, 해조류 등과 같이 자연계에서 지속적으로 생산되는 식물자원으로 바이오매스(자연계에 존재하는 생물이 가진 유기 물질을 총칭)는 재생 가능할 뿐만 아니라 환경 친화적이기 때문에 석유자원을 대체할 수 있는 중요한 자원으로 부각되고 있다. 이와 같은 바이오매스를 원료로 생물 공학적 기술(효소, 효모 등 생촉매 이용)과 화학기술을 접목하여‘바이오 기반 화학제품’또는‘바이오 연료’등의 물질을 생산하는 기술을 산업 바이오 화학기술(Industrial Biotechnology)이라는 새로운 산업의 영역으로 미국 및 유럽을 중심으로 활발하게 연구를 진행하고 있다.On the other hand, as the plant resources are continuously produced in nature such as corn, sugar cane, woody plant resources, palm, and seaweed, biomass (generally referred to as organic matter of living organisms) is not only renewable but also environmentally friendly. It is emerging as an important resource to replace oil resources. Using biomass as a raw material, it combines biotechnological technology (using biocatalysts such as enzymes and yeast) with chemical technology to produce materials such as bio-based chemicals or biofuels. Biotechnology) is an area of a new industry, actively researching in the US and Europe.
산업바이오 화학기술은 기존의 화학산업이 화석원료인 석유자원에 의존하던 것과는 달리, 자연계에서 빛에너지가 식물의 광합성을 통해 반복적으로 생산되는 생물자원(Biomass)을 원료로 하는 새로운 형태의 바이오-화학 융합형 기술이라 할 수 있다.Industrial biochemistry is a new type of bio-chemistry that uses biomass, which is produced by light energy repeatedly through plant photosynthesis, in contrast to the conventional chemical industry, which relies on petroleum resources, fossil raw materials. It can be called a convergence technology.
현재 고분자를 비롯한 화학소재 산업은 가격과 환경보호라는 두 가지 점에서 바이오매스를 원료로 사용하여 제조되는 바이오-기반 플라스틱(바이오 플라스틱)의 개발 및 생산으로 흘러가고 있다. 개발초기에는 바이오플라스틱이 제조 기술의 미흡함 때문에 가격이 높고 물성이 좋지 않아 외면되어 왔으나, 최근에는 기술의 발달과 함께 제조가가 감소하고 품질 개선이 진척되어 시장에서의 요구가 급증하고 있다.The chemical materials industry, including polymers, is now moving towards the development and production of bio-based plastics (bioplastics) that are manufactured using biomass as a raw material, in two respects: price and environmental protection. In the early stage of development, bioplastics have been neglected due to their lack of manufacturing technology due to their high price and poor physical properties, but recently, with the development of technology, manufacturing prices have decreased and quality improvement has progressed, so the market demand is rapidly increasing.
식물성 오일, 목질계 식물자원, 전분 등의 바이오매스와 같은 식물자원(재생가능 자원)을 이용하여 제조된 바이오기반 고분자가 전형적인 바이오 플라스틱이라 할 수 있으며, 이러한 소재를 바이오 플라스틱(그린플라스틱)이라고 부르기도 한다.Bio-based polymers made from plant resources (renewable resources) such as biomass such as vegetable oils, woody plant resources, and starch are typical bioplastics, and these materials are called bioplastics (green plastics). Also do.
기존의 석유기반 화학소재는 사용 후 폐기 시 다량의 CO2를 발생시켜 인체와 환경에 악영향을 미치는 문제점이 있었으며, 이러한 문제점을 지닌 석유기반 화학소재를 바이오 기반 화학소재로 전환하려는 움직임이 진행되고 있다. 이러한 상황 속에서 바이오 플라스틱은 산업적으로 매우 중요한 소재가 되어가고 있다.Existing petroleum-based chemical materials have a problem that generates a large amount of CO 2 when discarded after use, adversely affecting the human body and the environment, and there is a movement to convert petroleum-based chemical materials with these problems into bio-based chemical materials. . Under these circumstances, bioplastics are becoming an important industrial material.
바이오기반 고분자는 원재료로 대표적 바이오매스인 식물자원을 사용함으로써, 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 발생량을 최소화할 수 있는 화학소재이다. 따라서 바이오기반 고분자는 2013년부터 발효되는 교또 의정서에 의한 탄소세 제도를 효과적으로 대응할 수 있어, 제품의 경쟁력을 가지게 되어 산업적으로 중요한 화학 소재가 될 수 있다. 바이오매스를 활용한 바이오기반 고분자들 중 대표적인 것으로, 천연고분자인 셀룰로오스와 전분은 이미 기술이 성숙된 단계에 도달하였으며, 현재 많은 양이 사용되고 있다. Bio-based polymers are chemical materials that can minimize the generation of carbon dioxide, the main culprit of global warming, by using plant resources, which are representative biomass, as raw materials. Therefore, bio-based polymers can effectively cope with the carbon tax system under the Kyoto Protocol, which will enter into force in 2013, and thus become competitively priced chemicals. Representative of bio-based polymers using biomass, cellulose and starch, which are natural polymers, have already reached the stage of mature technology, and a large amount is used.
한편, 식물자원 기반 합성 고분자의 경우는 기술이 성숙단계에 미치지 못했으며, 최근 대표적 생분해성 고분자로 평가되는 폴리락티드(PLA)만이 현재 상업화되어 대량 생산의 단계에 진입한 상태이다. 따라서 현재 PLA를 이용하여 부품소재산업에 필요한 여러 가지의 제품들을 생산하기 위한 연구개발이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있는 실정이다. PLA 외에 현재 상업화 단계에 진입 중에 있는 고분자로 여러 가지를 들 수 있으며 대부분의 생분해성 폴리에스터들이 여기에 속하며, 대표적인 것에는 PHB와 PHA, PTT 등을 들 수 있다. 식물자원 유래 단량체를 이용한 폴리우레탄의 생산도 매우 많은 연구를 거쳐 상용화 단계에 있다. 이외에도 나일론과 PBS, PBT 등에 대해 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다.
On the other hand, in the case of plant resource-based synthetic polymers, the technology has not reached the maturity stage, and only polylactide (PLA), which is recently evaluated as a representative biodegradable polymer, has been commercialized and entered the stage of mass production. Therefore, the current research and development to produce a variety of products required for the parts and materials industry using PLA is actively progressing around the world. In addition to PLA, there are various polymers that are currently entering the commercialization stage, and most biodegradable polyesters belong to them, and typical ones include PHB, PHA, and PTT. Polyurethane production using monomers derived from plant resources is also in the commercialization stage after much research. In addition, much research is being conducted on nylon, PBS, and PBT.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여, 고분자의 말단기를 관능기로 개질시킨 후, 식물성 오일과 결합시킴으로써 자원 순환형 천연물 기반 탄성체를 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problems, the present inventors have confirmed that the resource-based natural product-based elastomer can be prepared by modifying the end group of the polymer with a functional group and then combining with a vegetable oil. .
따라서, 본 발명의 목적은 고분자의 말단을 관능기로 개질시켜 식물성 오일과의 합성이 용이하게 하여 자원 순환형의 바이오 탄성체를 제조함으로써 물성 향상을 구현하고, 임계성능을 극복할 수 있으며 환경 친화적인 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법을 제공하는데 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to modify the end of the polymer into a functional group to facilitate the synthesis with vegetable oil to produce a resource-recycling bio-elastomer, to improve the physical properties, to overcome the critical performance and environmentally friendly vegetable The present invention provides a method for producing a bioelastomer using oil.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 부타디엔 모노머에 개시제로 n-부틸리튬을 첨가하고 중합시켜 폴리부타디엔을 형성하는 단계; 및 상기 폴리부타디엔에 식물성 오일을 첨가하고 합성하는 단계를 포함하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of adding n-butyllithium as an initiator to the butadiene monomer and polymerizing to form a polybutadiene; And it provides a method of producing a bio-elastomer using a vegetable oil comprising the step of adding a vegetable oil to the polybutadiene and synthesized.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리부타디엔을 형성하는 단계 이후에, 폴리부타디엔의 말단을 카르복실기 또는 아미노기로 개질하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, after the step of forming the polybutadiene, may further comprise the step of modifying the end of the polybutadiene carboxyl group or an amino group.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 개질은 30 ~ 40℃의 온도에서 1 ~ 2 시간동안 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the modification may be performed for 1 to 2 hours at a temperature of 30 ~ 40 ℃.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 카르복실기로 개질하는 경우, 상기 폴리부타디엔에 이산화탄소를 첨가하여 리빙 음이온 중합법으로 개질시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the carboxyl group is modified, carbon dioxide may be added to the polybutadiene to be modified by living anion polymerization.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 아미노기로 개질하는 경우, 디비닐벤젠(divinylbenzene)과 리튬-비스(트리메틸실일아미드)를 합성한 후 첨가하여 리빙 음이온 중합법으로 개질시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, when modifying the amino group, it can be modified by the living anion polymerization method by adding after synthesizing divinylbenzene and lithium-bis (trimethylsilylamide).
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 식물성 오일은 에폭시화 대두유(ESO), 에폭시화 야자유, 에폭시화 유채유(rapeseed oil) 및 에폭시화 해바라기씨유 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the vegetable oil may be any one selected from epoxidized soybean oil (ESO), epoxidized palm oil, epoxidized rapeseed oil and epoxidized sunflower seed oil.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 부타디엔 모노머는 1,2-부타디엔, 1,3-부타디엔, 2-메틸-1,3-부타디엔 및 2,3-디메틸-1,3-부타디엔으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the butadiene monomer is in the group consisting of 1,2-butadiene, 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene and 2,3-dimethyl-1,3-butadiene It may be any one selected.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리부타디엔과 식물성 오일은 1 : 0.2 ~ 1 중량비의 비율로 혼합될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polybutadiene and vegetable oil is 1: 0.2 ~ 1 It can be mixed in proportion by weight.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 합성하는 단계는 30 ~ 40℃의 온도에서 1 ~ 2 시간 동안 수행될 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the synthesizing step may be performed for 1 to 2 hours at a temperature of 30 ~ 40 ℃.
본 발명에 따른 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법은 고분자의 말단을 화학적으로 개질시켜 식물성 오일과의 합성을 용이하게 할 수 있으며, 분자량을 쉽게 조절할 수 있고 고분자의 미세 구조까지 제어할 수 있는 리빙(living) 음이온 중합을 이용하여 고분자과 식물성 오일을 효율적으로 합성시킬 수 있는 효과가 있다.The bioelastomer manufacturing method using the vegetable oil according to the present invention can chemically modify the ends of the polymer to facilitate the synthesis with the vegetable oil, the molecular weight can be easily adjusted and the living can control the microstructure of the polymer (living) Anion polymerization has an effect of efficiently synthesizing polymers and vegetable oils.
또한, 본 발명에 따른 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법은 고분자와 식물성 오일을 결합시켜 자원 순환형의 바이오 탄성체를 제조함으로써 물성 향상을 구현하고, 임계성능을 극복할 수 있으며, 식물성 오일을 사용하여 이산화탄소 배출을 저감시킬 수 있고, 이를 통해 기존의 석유 유래 고분자 재료를 대체할 수 있어 미래 산업에 적합한 환경 친화적인 고분자 소재를 제공할 수 있는 효과가 있다.
In addition, the manufacturing method of the bioelastomer using the vegetable oil according to the present invention, by combining the polymer and the vegetable oil to produce a resource-circulating bioelastomer, the physical properties can be improved, the critical performance can be overcome, and the vegetable oil is used. By reducing the carbon dioxide emissions, it is possible to replace the existing petroleum-derived polymer material through this has the effect of providing an environmentally friendly polymer material suitable for future industries.
도 1은 본 발명에 따른 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에서 사용한 에폭시화 대두유(ESO)의 IR 스펙트럼을 나타낸 것이다(C=O : 1820 ~ 1660cm-1, 에폭사이드(-COC-) : 832.78 cm-1).
도 3은 본 발명에서 사용한 에폭시화 대두유의 GPC 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)c는 본 발명에 따른 카르복실기로 개질된 폴리부타디엔의 GPC 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 4(a)에서 면적비는 (a)알콜 15%, 케톤 14%, 카르복실기 71%, 도 4(b)에서 면적비는 (a)알콜 8.7%, 케톤 9.3%, 카르복실기 82%, 도 4(c)에서 면적비는 (a)알콜 4%, 케톤 6%, 카르복실기 90%로 나타났다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 바이오 탄성체의 GPC 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 순수한 폴리부타디엔과 본 발명에 따른 바이오 탄성체의 IR 스펙트럼을 나타낸 것이다. 여기서, 파란색 피크는 순수한 폴리부타디엔을, 빨간색 피크는 바이오 탄성체를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 바이오 탄성체의 NMR 분석 결과를 나타낸 것이고, 도 9는 ESO의 NMR 분석 결과를 나타낸 것이다.1 is a schematic diagram showing a method for producing a bioelastomer using a vegetable oil according to the present invention.
Figure 2 shows the IR spectrum of the epoxidized soybean oil (ESO) used in the present invention (C = O: 1820 ~ 1660cm -1 , epoxide (-COC-): 832.78 cm -1 ).
Figure 3 shows the results of GPC analysis of epoxidized soybean oil used in the present invention.
4 (a) to 4 (c) c show the results of GPC analysis of a polybutadiene modified with a carboxyl group according to the present invention. In FIG. 4 (a), the area ratio is (a)
5 and 6 show the results of GPC analysis of the bioelastomer according to the present invention.
Figure 7 shows the IR spectrum of the pure polybutadiene and the bioelastomer according to the present invention. Here, the blue peak represents pure polybutadiene and the red peak represents bioelastomer.
8 shows the results of NMR analysis of the bioelastomer according to the present invention, and FIG. 9 shows the results of NMR analysis of ESO.
본 발명은 향후 자원 탄성소재의 합성 시스템 재활용을 통한 CO2 배출 저감을 위한 것으로, 기존 석유 유래의 고분자 재료를 대체하기 위한 식물성오일 기반 개발에 관한 것이다. The present invention is to reduce the CO 2 emissions through recycling the synthetic system of resource elastic materials in the future, and relates to the development of vegetable oil based to replace the polymer material derived from the existing petroleum.
이에 따라, 본 발명자들은 재생 가능한 유기자원인 바이오매스 중 폐식물성 오일을 원료로 자원 순환형 바이오 탄성체 제조 기술을 확보하고 임계성능 극복기술을 통해 미래산업에 적합한 환경 저부하 고분자 소재 제조기술을 개발하였다.Accordingly, the present inventors have secured a technology for manufacturing a resource-cycling bioelastomer using waste vegetable oil as a raw material of biomass, which is a renewable organic resource, and developed a technology for manufacturing an environmentally light polymer material suitable for future industries through a technology for overcoming critical performance. .
따라서, 본 발명은 식물성 오일을 원료로 하여 자원 순환형의 바이오 탄성체를 제조하는 것을 특징으로 하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method for producing a bioelastomer using a vegetable oil, characterized in that for producing a resource-recycling bioelastomer using a vegetable oil as a raw material.
본 발명에서‘바이오 탄성체’란 재생 가능한 유기자원인 바이오매스 즉, 식물성 오일을 이용하여 제조한 고분자를 의미하는 것으로, ‘식물성 오일을 이용하여 제조한 고분자’란 카놀라(canola), 옥수수, 목화씨, 아마씨(linseed), 올리브, 평지씨(rapeseed), 대두(soybean) 등과 같은 식물로부터 얻어지는 트리글리세리드(triglyceride)와 같은 식물성 오일을 원재료로 이용하고, 이들이 포함하고 있는 이중결합이나 기타 기능성 기를 효소반응 및 화학적 반응 등을 통하여 고분자화 하는데 적합한 상태로 전환하고, 다시 이들을 개환중합반응, 축합중합반응, 라디칼중합 반응 등을 이용하여 고분자화하여 제조한 고분자를 의미한다.In the present invention, 'bio elastomer' refers to a polymer produced using biomass, that is, a renewable organic resource, that is a vegetable oil, and a 'polymer manufactured using a vegetable oil' refers to canola, corn, cotton seed, Vegetable oils such as triglycerides obtained from plants such as linseed, olive, rapeseed, soybean, etc. are used as raw materials, and double bonds or other functional groups containing them are enzymatically and chemically A polymer prepared by converting the polymer into a state suitable for polymerization through a reaction, and polymerizing them using a ring-opening polymerization reaction, a condensation polymerization reaction, and a radical polymerization reaction.
이하, 본 발명에 따른 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method for producing a bioelastomer using the vegetable oil according to the present invention will be described in more detail.
본 발명은 고분자의 말단에 관능기를 도입하여 개질함으로써 식물성 오일과 효율적으로 접목시킬 수 있는 방법을 제공하며, 또한, 분자량을 쉽게 조절할 수 있고 고분자의 미세 구조까지 제어할 수 있는 리빙(living) 음이온 중합을 이용하여 폴리부타디엔(polybutadiene)과 식물성 오일을 합성하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method that can be effectively combined with vegetable oil by introducing and modifying the functional group at the end of the polymer, and also living anion polymerization that can easily control the molecular weight and control the microstructure of the polymer It provides a method for synthesizing polybutadiene (polybutadiene) and vegetable oil.
보다 구체적으로 본 발명의 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법은 부타디엔 모노머에 개시제로 n-부틸리튬을 첨가하고 중합시켜 폴리부타디엔을 형성하는 단계; 및 상기 폴리부타디엔에 식물성 오일을 첨가하고 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.More specifically, the method of preparing a bioelastomer using the vegetable oil of the present invention includes the steps of adding n-butyllithium as an initiator to the butadiene monomer and polymerizing to form a polybutadiene; And adding vegetable oil to the polybutadiene and synthesizing it.
또한, 상기 폴리부타디엔을 형성하는 단계 이후에, 폴리부타디엔의 말단을 카르복실기 또는 아미노기로 개질하는 단계를 더 포함한다.In addition, after the step of forming the polybutadiene, further comprising the step of modifying the end of the polybutadiene carboxyl group or an amino group.
본 발명에서‘부타디엔(butadiene)’은 탄소 원자 4개와 수소 원자 6개로 이루어진 불포화탄화수소(화학식 C4H6)로 탄소 원자 4개로 이루어지는 곧은 사슬 모양의 구조에 이중결합을 2개 가지고 있으며, 1,2-부타디엔과 1,3-부타디엔의 두 가지 이성질체가 있다. 1,2-부타디엔은 메틸알렌이라고도 하며, 일반적으로 부타디엔이라고 할 때는 1,3-부타디엔을 가리킨다. 천연으로는 존재하지 않고, 1863년에 처음으로 퓨젤유의 열분해에 의하여 생기는 기체 속에서 확인되었다. 무색 무취의 가연성 기체로서 압력을 가하면 쉽게 액화하고, 또 인화하기 쉽다.In the present invention, 'butadiene' is an unsaturated hydrocarbon (C 4 H 6 ) consisting of four carbon atoms and six hydrogen atoms, and has two double bonds in a straight chain structure composed of four carbon atoms. There are two isomers of 2-butadiene and 1,3-butadiene. 1,2-butadiene is also called methylalene, and generally, butadiene refers to 1,3-butadiene. It did not exist in nature and was first identified in 1863 in a gas produced by pyrolysis of fusel oil. When pressure is applied as a colorless and odorless flammable gas, it liquefies easily and is easy to ignite.
공업적으로는 노말부테인을 탈수소하는 방법이 이용되는데, 노말부테인을 1단계로 탈수소하는 방법, 2단계로 탈수소하는 방법(필립스법) 등이 있다. 이 밖에 석유 유분(溜分)을 열분해하여 에틸렌을 제조할 때 생기는 가스에서 분리시키는 방법, 부틸렌을 탈수소하는 방법(셸법, 다우법), 알데하이드와 에탄올에서 얻는 방법 등도 공업화되었다. 구조적으로 보면 가장 간단한 짝이중결합을 가지고 있으므로, 두 이중결합의 π전자가 단일결합을 통하여 서로 작용한다. 따라서 단일결합은 이중결합을, 이중결합은 단일결합을 약간 가진 것으로 되어, 공명이론으로부터 유도되는 구조와 일치한다. 말레산무수물과 다이엔합성을 하며, 열중합에 의하여 벤젠유도체가 생긴다. 합성고무의 원료로서 중요한 물질이며, 스티렌-부타디엔고무(SBR), 부타디엔아크릴로니트릴고무(NBR), 폴리부타디엔 등의 원료가 되며, 또 클로로프렌, 아디포나이트릴, 말레산무수물 등의 원료로도 사용된다.Industrially, a method of dehydrogenating normal butane is used, and there are a method of dehydrogenating normal butane in one step and a method of dehydrogenating in two steps (Philips method). In addition, the method of separating petroleum oil from the gas produced when ethylene is produced by pyrolysis, the method of dehydrogenating butylene (shell method and Dow method), and the method obtained from aldehyde and ethanol have been industrialized. Structurally, since they have the simplest paired double bond, π electrons of two double bonds interact with each other through a single bond. Thus, a single bond has a double bond and a double bond has a single bond, which is consistent with a structure derived from resonance theory. Diene synthesis is performed with maleic anhydride, and benzene derivatives are formed by thermal polymerization. It is an important material as a raw material of synthetic rubber, and it is a raw material of styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene acrylonitrile rubber (NBR), polybutadiene, etc., and also as a raw material such as chloroprene, adiponitryl, maleic anhydride, etc. Used.
부타디엔 고분자는 고분자 사슬의 반복단위에 있는 -C=C- 이중 결합의 위치 및 입체화학적 성질을 나타내는 미세구조와 가지화, 분자량 및 분자량 분포 등을 지시하는 거대구조에 따라 크게 달라진다. 입체규칙적 구조에 따라 부타디엔 고분자의 Tg는 시스, 트랜스 함량보다 주로 1,2(vinyl) 함량에 크게 의존한다. 고무 물질로 사용되기 위해서는 낮은 Tg 값을 갖는 것이 좋은데 높은 cis-1,4- 함량을 가지는 것이나 결정성이 없도록 cis/trans가 혼합된 폴리부타디엔이 적당하다. 부타디엔 고분자는 분자구조 면에서 여러 가지 미세구조와 공중합체형이 존재하므로 다양한 물성을 가지는 탄성체를 만들 수 있으며 이에 따른 사용용도의 범위도 넓다.Butadiene polymers are highly dependent on the microstructure showing the position and stereochemical properties of -C = C- double bonds in the repeating units of the polymer chain, and the macrostructure indicating branching, molecular weight and molecular weight distribution. According to the stereoregular structure, the Tg of the butadiene polymer depends mainly on the 1,2 (vinyl) content rather than the cis and trans content. In order to be used as a rubber material, it is preferable to have a low Tg value, but to have a high cis-1,4- content, but is preferably polybutadiene mixed with cis / trans so as not to be crystalline. Butadiene polymer has a variety of microstructures and copolymer types in terms of molecular structure, it is possible to make an elastic body having a variety of physical properties and accordingly wide range of use.
예를 들어, 현재 많이 사용되고 있는 카르복실 말단 폴리부타디엔(Carboxyl Terminated Poly Butadiene; CTPB) 은 로케트 추진체 바인더, 코팅산업 등에 많이 이용되며, 하이드록실 말단 폴리부타디엔(Hydroxyl Terminated Poly Butadiene; HTPB)은 고체추진제의 바인더를 비롯하여 접착제, 전선피복 등에 사용된다. 그러나 현재까지 카르복시기(CTPB), 하이드록시기(HTPB), 아미노기(NTPB) 말단을 갖는 폴리부타디엔을 기반으로 한 폐식물성 오일을 이용하여 탄성체(elastomer)를 제조한 기술이 상용화 되어 있는 것은 없다.For example, Carboxyl Terminated Poly Butadiene (CTPB), which is widely used at present, is widely used in rocket propellant binders, coating industries, etc., and Hydroxyl Terminated Poly Butadiene (HTPB) is used as a solid propellant. Used for binders, adhesives, wire coating, etc. However, to date, there is no commercially available technology for preparing elastomers using waste vegetable oils based on polybutadiene having carboxyl group (CTPB), hydroxyl group (HTPB) and amino group (NTPB) terminal.
본 발명에 따른 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체를 제조하기 위하여, 우선, 고압반응기에서 부타디엔 모노머에 개시제를 첨가하고 중합시켜 폴리부타디엔을 형성한다. 이때, 본 발명에서 사용하는 부타디엔 모노머로는 1,2-부타디엔, 1,3-부타디엔, 2-메틸-1,3-부타디엔, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔 중에서 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, 스티렌, 아크릴로니트릴 또는 다른 단량체 등과의 공중합체를 사용할 수도 있다.In order to prepare a bioelastomer using the vegetable oil according to the present invention, first, an initiator is added to a butadiene monomer in a high pressure reactor and polymerized to form a polybutadiene. In this case, the butadiene monomer used in the present invention is selected from 1,2-butadiene, 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene And copolymers with styrene, acrylonitrile or other monomers.
또한, 중합반응의 개시제로는 2 관능성 개시제인 n-부틸리튬을 사용할 수 있으며, 폴리부타디엔의 분자량을 조절할 수 있다.In addition, n-butyllithium which is a bifunctional initiator can be used as an initiator of a polymerization reaction, and the molecular weight of polybutadiene can be adjusted.
다음으로, 본 발명에서는 폴리부타디엔의 말단을 화학적으로 개질시키는 것을 특징으로 하는데, 이를 통해 추후 폴리부타디엔과 에폭시화 식물성 오일을 합성시킬 때 폴리부타디엔 말단에 식물성 오일이 잘 결합되도록 할 수 있다. 구체적으로 폴리부타디엔의 말단은 카르복실기(-COOH), 아미노기(-NH2, -NR2), 하이드록시기(-OH) 중 어느 하나로 개질시킬 수 있으며, 자유 라디칼, 리빙 음이온 중합법 등에 의하여 제조할 수 있다. 본 발명에서 폴리부타디엔의 말단을 개질할 때는 30 ~ 40℃의 온도로 1 ~ 2 시간동안 반응시켜 개질하는 것이 바람직하다.Next, the present invention is characterized by chemically modifying the ends of the polybutadiene, through which the vegetable oil may be well bonded to the polybutadiene ends when the polybutadiene and the epoxidized vegetable oil are synthesized later. Specifically, the terminal of the polybutadiene may be modified with any one of a carboxyl group (-COOH), an amino group (-NH 2 , -NR 2 ), and a hydroxyl group (-OH), and can be prepared by free radical, living anion polymerization, or the like. Can be. In the present invention, when modifying the end of the polybutadiene, it is preferable to modify by reacting for 1 to 2 hours at a temperature of 30 ~ 40 ℃.
예를 들어, 폴리부타디엔의 말단을 카르복실기로 개질하는 경우, 중합된 폴리부타디엔에 이산화탄소를 첨가하여 음이온 중합법(하기 반응식 1 참조)을 이용하거나, 기능성 개시제를 이용한 자유 라디칼 중합법(하기 반응식 2 참조)을 이용하여 개질할 수 있다.
For example, when modifying the terminal of the polybutadiene to a carboxyl group, carbon dioxide is added to the polymerized polybutadiene to use an anionic polymerization method (see
<반응식 1><
<반응식 2><
또한, 폴리부타디엔의 말단을 아미노기로 개질하는 경우, 디비닐벤젠(divinylbenzene)과 리튬-비스(트리메틸실일아미드)를 합성한 후 첨가하여 리빙 음이온 중합법으로 개질할 수 있다(하기 반응식 3 참조).
In addition, when the terminal of the polybutadiene is modified with an amino group, divinylbenzene and lithium-bis (trimethylsilylamide) may be synthesized and added to be modified by living anion polymerization (see
<반응식 3><
다음으로, 말단이 개질된 폴리부타디엔에 식물성 오일을 첨가하고 리빙 음이온 중합법을 이용하여 합성한다. 이때, 30 ~ 40℃의 온도에서 1 ~ 2시간동안 반응시킨다. Next, a vegetable oil is added to the polybutadiene modified at the end, and synthesized using a living anion polymerization method. At this time, the reaction is carried out for 1 to 2 hours at a temperature of 30 ~ 40 ℃.
본 발명에서 폴리부타디엔과 식물성 오일은 1 : 0.2 ~ 1의 비율로 혼합될 수 있는데, 상기 범위를 벗어나서 혼합되는 경우 원하는 물성의 바이오 탄성체를 얻을 수 없다.In the present invention, polybutadiene and vegetable oil may be mixed at a ratio of 1: 0.2 to 1, but when mixed outside the above range, a bioelastomer of desired physical properties may not be obtained.
본 발명에서 식물성 오일은 카놀라(canola), 옥수수, 목화씨, 아마씨(linseed), 올리브, 평지씨(rapeseed), 대두(soybean) 등과 같은 식물에서 추출한 천연 오일을 사용할 수 있으며, 사용되고 폐기되는 폐식물성 오일을 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 환경친화적 효과 및 폐기물 처리비용의 절감효과를 위해 폐식물성 오일을 사용하였으나, 통상의 식물성 오일을 사용하여도 동일한 효과를 볼 수 있음은 자명할 것이므로, 본 발명에서는 용어‘식물성 오일’과 ‘폐식물성 오일’을 혼용하여 사용한다. In the present invention, the vegetable oil may be a natural oil extracted from a plant such as canola, corn, cotton seed, linseed, olive, rapeseed, soybean, and the like, and is a waste vegetable oil that is used and disposed of. You can also use In the present invention, waste vegetable oil is used for environmentally-friendly effects and reduction of waste disposal costs. However, it will be apparent that the same effect can be obtained even when using ordinary vegetable oil. In the present invention, the term 'vegetable oil' and Use a combination of 'vegetable oil'.
식물성 오일은 에폭시화 식물성 오일을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로 에폭시화 대두유(epoxy soybean oil, ESO), 에폭시화 야자유(palm oil), 에폭시화 유채유(rapeseed oil), 에폭시화 해바라기유 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.The vegetable oil is preferably an epoxidized vegetable oil, and more specifically selected from epoxidized soybean oil (ESO), epoxidized palm oil, rapeseed oil, and epoxidized sunflower oil. Either one can be used.
상기와 같은 일련의 반응들은 모두 고압반응기에서 진행하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 방법을 통하여 폴리부타디엔의 말단과 에폭시화 식물성 오일의 에폭시 그룹이 반응하여 높은 분자량의 바이오 탄성체를 얻을 수 있다. It is preferable that all of the above series of reactions proceed in a high pressure reactor. Through the above method, the terminal of the polybutadiene and the epoxy group of the epoxidized vegetable oil may react to obtain a high molecular weight bioelastomer.
한편, 상기와 같은 본 발명에 따른 제조방법은 고분자의 말단을 화학적으로 개질시켜 식물성 오일과의 합성을 용이하게 할 수 있으며, 분자량을 쉽게 조절할 수 있고 고분자의 미세 구조까지 제어할 수 있는 리빙(living) 음이온 중합을 이용하여 고분자과 식물성 오일을 효율적으로 합성시킬 수 있다. 이에 따라, 고분자와 식물성 오일을 결합시켜 자원 순환형의 바이오 탄성체를 제조함으로써 물성 향상을 구현하고, 임계성능을 극복할 수 있으며, 식물성 오일을 사용하여 이산화탄소 배출을 저감시킬 수 있고, 이를 통해 기존의 석유 유래 고분자 재료를 대체할 수 있어 미래 산업에 적합한 환경 친화적인 고분자 소재를 제공할 수 있도록 한다.On the other hand, the manufacturing method according to the present invention as described above can be easily modified by chemically modifying the end of the polymer compound with vegetable oil, the molecular weight can be easily adjusted and can control the microstructure of the polymer (living Anionic polymerization can be used to efficiently synthesize polymers and vegetable oils. Accordingly, by combining the polymer and the vegetable oil to produce a bio-elastic material of the resource recycling type, it is possible to realize the improvement of physical properties, to overcome the critical performance, and to reduce the carbon dioxide emissions by using the vegetable oil, thereby It can replace petroleum-derived polymer materials to provide environmentally friendly polymer materials suitable for future industries.
따라서, 본 발명에 따른 바이오 탄성체는 고분자 소재산업의 메가트렌드가 녹색 성장형 환경 친화적 소재로 이동하고 있는 추세에 따라 시장경쟁력이 우수하며, 이에 따라 의료, 신발소재산업, 자동차 부품, 전기, 전자 부품산업 등 다양한 분야에 적용 및 응용될 수 있다.
Therefore, the bioelastomer according to the present invention has excellent market competitiveness in accordance with the trend of moving the macro trend of the polymer material industry to green growth-type environmentally friendly materials, and thus, the medical, footwear material industry, automobile parts, electrical and electronic parts industries. It can be applied and applied to various fields.
이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
<< 실시예Example 1> 1>
본 발명에서 사용된 식물성 오일의 성분 분석Component Analysis of Vegetable Oils Used in the Present Invention
본 발명자들은 식물성 오일로 야자유(palm oil), 유채유(rapeseed oil), 대두유(soybean oil)를 선택하여 이들의 성분을 분석하였다.The inventors selected palm oil, rapeseed oil, and soybean oil as vegetable oils and analyzed their components.
그 결과, 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이, 식물성 오일에서 팔미트산, 스테아린산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산 등의 지방산이 주요 성분으로 검출되었다.
As a result, as shown in Table 1 below, fatty acids such as palmitic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid and linolenic acid were detected as main components in vegetable oils.
이 중에서, 대두유에 대해 IR 스펙트럼을 측정한 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 4개의 에폭시 그룹(epoxy group)과 6개의 카르복실 그룹으로 구성되는 것을 확인할 수 있었으며, 832.78 cm-1에서 에폭시 그룹을 확인할 수 있었다.Among them, as a result of measuring the IR spectrum of soybean oil, as shown in Figure 2, it was confirmed that it consists of four epoxy groups (epoxy group) and six carboxyl groups, the epoxy group at 832.78 cm -1 I could confirm it.
이에 따라, 본 발명자들은 에폭시 그룹을 가지고 있는 대두유(epoxide soybean oil, ESO)를 선택하여 사용하였는데, 에폭시 그룹은 아미노기와 카르복실기와 잘 반응하는 특성을 가지고 있기 때문이다.Accordingly, the present inventors selected and used soybean oil (ESO) having an epoxy group because the epoxy group has a property of reacting well with an amino group and a carboxyl group.
또한, 에폭시화 대두유(ESO)의 GPC 분석 결과, 분자량은 4300이고, NMR 분석 결과, 에폭시그룹과 카르복실그룹의 비율은 4:6으로 나타났다(도 3 참조).
In addition, GPC analysis of the epoxidized soybean oil (ESO), the molecular weight is 4300, NMR analysis, the ratio of the epoxy group and carboxyl group was 4: 6 (see Fig. 3).
<< 실시예Example 2> 2>
폴리부타디엔Polybutadiene 말단의 개질 Terminal modification
기능성 폴리부타디엔의 연쇄 말단 반응기로는 -OH, -COOH, -NH2, -NR2 등 다양한 관능기를 갖도록 개질할 수 있으며, 자유 라디칼, 리빙 음이온 중합에 의하여 제조될 수 있다.
The chain end reactor of the functional polybutadiene can be modified to have various functional groups such as -OH, -COOH, -NH 2 , -NR 2, and can be prepared by free radical and living anion polymerization.
<2-1> <2-1> 카르복실Carboxyl 말단으로의 개질 Modification to the end
본 실시예에서는 리빙 음이온 중합에 의해 폴리부타디엔 말단을 카르복실기(-COOH)로 개질하였으며, 하기 <반응식 4>에 CO2에 의한 리빙 2 관능성(difunctional) 음이온의 말단 봉쇄 방법을 이용하여 폴리부타디엔의 말단은 카르복실기로 개질하는 과정을 나타내었다. 본 발명에서는 2 관능성 개시제로 n-부틸리튬(2×10-3mol/㎖)을 사용하였으며, 용매로는 THF, CHX/HPT를 사용하였다.
In the present embodiment, the polybutadiene terminal was modified to a carboxyl group (-COOH) by living anion polymerization, and a polybutadiene was prepared by using a terminal blockade method of a living difunctional anion by CO 2 in
<반응식 4><
우선, 극성 용매인 THF에서 부타디엔 모노머에 개시제로 n-부틸리튬을 첨가하여 음이온 중합시켰다. 다음으로, 폴리부타디엔에 이산화탄소(CO2)를 첨가한 후, 고압반응기에서 2.0MPa의 압력 하에 30℃에서 120분간 반응시켜 폴리부타디엔의 말단을 카르복실기로 개질시켰다. 이때, 모든 조건을 동일하게 하고 THF의 양을 하기 표 2에 기재된 바와 같이 25, 50, 100㎖로 변화시켜 각각 카르복실 말단 폴리부타디엔을 제조하였다.
First, n-butyllithium was added as an initiator to the butadiene monomer in THF as a polar solvent and subjected to anionic polymerization. Next, carbon dioxide (CO 2 ) was added to the polybutadiene, and then reacted for 120 minutes at 30 ° C. under a pressure of 2.0 MPa in a high pressure reactor to modify the ends of the polybutadiene group with a carboxyl group. At this time, all conditions were the same, and the amount of THF was changed to 25, 50, and 100 ml as shown in Table 2, to prepare carboxyl terminal polybutadiene, respectively.
이와 같이 제조된 3가지 물질의 분자량을 측정하였다. 저분자량을 갖는 카르복실 말단 폴리부타디엔의 합성 조건에서 다른 조건은 동일한 상태에서 THF의 양을 변화시킴에 따라 면적비가 실시예 1은 COOH 71%(도 4a), 실시예 2는 COOH 82%(도 4b), 실시예 3은 COOH 90%(도 4c)로 카르복실기의 순도에 변화가 있음을 알 수 있었다. The molecular weights of the three materials thus prepared were measured. In the synthesis conditions of the carboxyl terminal polybutadiene having a low molecular weight, as the other conditions change the amount of THF in the same state, the area ratio of Example 1 is COOH 71% (FIG. 4A), and Example 2 is
상기와 같은 결과를 통해, 본 발명에서는 저분자량 고분자의 연쇄 말단에 반응성 관능기가 붙어있는 부타디엔 고분자를 이용하여 탄성체를 제조할 수 있으며, 카르복실기의 순도 변화를 통해 탄성체의 특성을 조절할 수 있는 것으로 사료되었다.Through the above results, in the present invention, it is thought that the elastomer can be prepared using a butadiene polymer having a reactive functional group attached to the chain terminal of the low molecular weight polymer, and the characteristics of the elastomer can be controlled by changing the purity of the carboxyl group. .
<2-2> 아미노 말단으로의 개질<2-2> Modification to amino terminus
본 실시예에서는 폴리부타디엔 말단을 아미노기(-NH2, -NR2 등)로 개질하였으며, 하기 <반응식 5> 및 <반응식 6>에 아미노기로 폴리부타디엔의 말단을 개질하는 과정을 나타내었다. In the present embodiment, the polybutadiene terminal was modified with an amino group (-NH 2 , -NR 2, etc.), and a process of modifying the terminal of the polybutadiene with an amino group was shown in <
우선, 부타디엔 모노머에 n-부틸리튬을 첨가하고 중합시켜 폴리부타디엔을 제조하였다. 다음으로, DVB(divinylbenzene)과 Lithium-bis(trimethylsilylamide)를 합성하여 첨가한 후, 고압반응기에서 2.0MPa의 압력 하에 35℃에서 60분 간 반응시켜 폴리부타디엔의 말단을 카르복실기로 개질시켰다. 이때, HCl/MeOH를 넣어 반응 종결시키고, NaOH로 세척하였다.
First, n-butyllithium was added to the butadiene monomer and polymerized to prepare polybutadiene. Next, after synthesis of DVB (divinylbenzene) and Lithium-bis (trimethylsilylamide) was added, and then reacted for 60 minutes at 35 ℃ under a pressure of 2.0MPa in a high pressure reactor to modify the terminal of the polybutadiene to a carboxyl group. At this time, HCl / MeOH was added to terminate the reaction, washed with NaOH.
<반응식 5>
<반응식 6><Scheme 6>
<< 실시예Example 3> 3>
개질된Modified 폴리부타디엔과Polybutadiene ESOESO 의 합성Synthesis of
본 발명자들은 카르복실기로 개질된 폴리부타디엔과 ESO를 합성하여 바이오 탄성체를 제조하기 위하여, 하기 표 3에 기재된 조성과 같이 n-부틸리튬의 함량과 ESO의 함량을 조절하여 합성하였다.
The present inventors synthesized carboxyl-modified polybutadiene and ESO to prepare a bioelastomer, by adjusting the content of n-butyllithium and the content of ESO as shown in Table 3 below.
15,000
15,000
10,000
10,000
7,500
7,500
5,000
5,000
3,000
3,000
1,500
1,500
하기 <반응식 7>은 폴리부타디엔과 ESO의 합성과정을 나타낸 화학반응식이다.<Scheme 7> is a chemical scheme showing the synthesis process of polybutadiene and ESO.
<반응식 7><Reaction Scheme 7>
<< 실시예Example 4> 4>
분자구조 설계Molecular Structure Design
본 발명자들은 상기 표 3의 조건으로 실험한 물질의 가지사슬(arms)과 중량평균 분자량을 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 4 내지 표 6에 나타내었다.
The present inventors analyzed the arm chains and weight average molecular weights of the materials tested under the conditions of Table 3, and the results are shown in Tables 4 to 6 below.
76
76
10
10
1.1
1.1
18,500
18,500
62
62
16
16
1.2
1.2
11,360
11,360
49
49
13
13
2.1
2.1
9,523.6
9,523.6
52
52
14
14
2.2
2.2
7,000
7,000
52
52
14
14
3.2
3.2
9,523.6
9,523.6
67
67
13
13
3.1
3.1
7,000
7,000
그 결과, 폴리부타디엔의 분자량 범위가 10,000 ~ 15,000일 때(표 4), 대부분의 물질은 1-arm을 갖는 바이오 폴리부타디엔으로 ESO의 함량을 5 ~ 20%로 증가시키면서 안정화시켰다. 그러나 분자량의 범위가 5,000 ~ 10,000일 때(표 5), 물질은 1-arm, 2-arms, 3-arms를 모두 포함하는 폴리머로 2-arms star-branch 폴리머는 60%를 나타내고, 분자량의 범위가 1,000 ~ 5,000일 때(표 6), 대부분의 물질은 3-arms star-branch 폴리머이고, 다른 부분은 4-arms로 구성되어 있다.As a result, when the molecular weight range of the polybutadiene is 10,000 to 15,000 (Table 4), most of the material was stabilized while increasing the content of ESO to 5 to 20% with bio polybutadiene having 1-arm. However, when the molecular weight ranges from 5,000 to 10,000 (Table 5), the substance is a polymer containing all of 1-arm, 2-arms and 3-arms, and the 2-arms star-branch polymer shows 60% and the molecular weight range. Is 1,000 to 5,000 (Table 6), most of the materials are 3-arms star-branch polymers, and the other part consists of 4-arms.
star-branch 폴리머에 의존하는데 폴리부타디엔의 분자량이 낮을 때 가지사슬(arms)이 많아지고, 이에 따라 폴리부타디엔의 분자량이 낮을수록 바이오탄성체의 합성이 용이하다.
Depends on the star-branch polymer, the lower the molecular weight of polybutadiene, the more arm chains. Therefore, the lower the molecular weight of polybutadiene, the easier the synthesis of bioelastomers.
<< 실시예Example 5> 5>
온도와 촉매에 따른 분자량 조절Molecular weight control by temperature and catalyst
본 발명자들은 바이오 탄성체를 제조함에 있어서 합성온도와 촉매의 영향을 살펴보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.The present inventors experimented as follows to examine the effects of synthesis temperature and catalyst in the production of bioelastomers.
합성온도의 영향을 살펴보기 위하여 하기 표 7에서와 같이 같은 조건하에서 온도를 변화시켜 실험을 수행하였으며, 촉매의 영향을 살펴보기 위하여 하기 표 8에서와 같이 온도를 ℃로 고정하여 촉매 양을 변화시켜 실험을 수행하였다.
The experiment was performed by changing the temperature under the same conditions as in Table 7 to see the effect of the synthesis temperature, by changing the amount of catalyst by fixing the temperature to ℃ as shown in Table 8 to see the effect of the catalyst The experiment was performed.
그 결과, 합성온도의 영향은 같은 조건하에서 온도가 증가하는 경우 분자량이 감소하였으며(표 7 참조), 촉매의 영향은 온도를 ℃로 고정하여 촉매 양을 변화시켜 실험을 수행한 결과 촉매의 양이 증가할수록 분자량이 증가하는 것을 확인하였다(표 8 참조).
As a result, the effect of synthesis temperature decreased when the temperature increased under the same conditions (see Table 7), and the effect of the catalyst was to change the amount of catalyst by fixing the temperature at ℃, and the amount of catalyst It was confirmed that the molecular weight increased with increasing (see Table 8).
<< 실시예Example 6> 6>
본 발명에 따른 바이오 탄성체의 Of the bioelastomer according to the present invention GPCGPC 분석 analysis
폴리부타디엔의 분자량 10000, ESO의 첨가비율 10%일 때 제조된 바이오 탄성체의 GPC 분석 결과를 도 5에 나타내었고, 폴리부타디엔의 분자량 10000, ESO의 첨가비율 20%일 때 제조된 바이오 탄성체의 GPC 분석 결과를 도 6에 나타내었다.The GPC analysis results of the bioelastomer prepared when the molecular weight of polybutadiene is 10000 and the addition ratio of ESO is 10% are shown in FIG. The results are shown in FIG.
그 결과, 폴리부타디엔과 ESO를 중합시켰을 때 일반 폴리부타디엔(오른쪽 피크)보다 분자량이 증가하였으며, 여러 가지 기가 결합되었음을 확인할 수 있었다.
As a result, when the polybutadiene and ESO were polymerized, the molecular weight was increased than the general polybutadiene (right peak), and it was confirmed that various groups were bonded.
<< 실시예Example 7> 7>
본 발명에 따른 바이오 탄성체의 Of the bioelastomer according to the present invention IRIR 스펙트럼 분석 Spectral analysis
본 발명에 따라 제조된 폴리부타디엔과 ESO를 합성시켜 제조한 바이오 탄성체와 순수한 폴리부타디엔의 IR 스펙트럼을 분석하여 그 결과를 도 7에 나타내었다.The IR spectra of the bioelastomer and pure polybutadiene prepared by synthesizing polybutadiene and ESO prepared according to the present invention are shown in FIG. 7.
그 결과, 도 7을 참조하면, 순수한 폴리부타디엔의 경우 에폭시 그룹은 볼 수 없고, 1169㎝-1에서 -C-OH 기가 나타났다. 반면, ESO는 832.78㎝-1에서 에폭시 그룹을 볼 수 있는데(도 2 참조), 폴리부타디엔과 ESO를 합성시켜 제조한 바이오 탄성체에서도 비슷한 위치에서 에폭시 그룹이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.As a result, referring to Figure 7, in the case of pure polybutadiene, no epoxy group was seen, and -C-OH group appeared at 1169 cm -1 . On the other hand, ESO can see the epoxy group at 832.78 cm -1 (see Fig. 2), it was confirmed that the epoxy group appears in a similar position in the bio-elastomer prepared by synthesizing polybutadiene and ESO.
상기와 같은 결과를 통해, ESO가 폴리부타디엔에 결합되어 바이오 탄성체가 제조되었음을 확인할 수 있었다.
Through the above results, it was confirmed that the ESO is bonded to the polybutadiene to prepare a bio-elastomer.
<< 실시예Example 8> 8>
본 발명에 따른 바이오 탄성체의 Of the bioelastomer according to the present invention NMRNMR 스펙트럼 분석 Spectral analysis
본 발명에 따라 제조된 폴리부타디엔과 ESO를 합성시켜 제조한 바이오 탄성체와 ESO의 NMR 스펙트럼을 분석하였으며, 그 결과는 도 8 및 도 9에 나타내었다.The NMR spectra of bioelastomer and ESO prepared by synthesizing polybutadiene and ESO prepared according to the present invention were analyzed, and the results are shown in FIGS. 8 and 9.
그 결과, 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오 탄성체는 δ2.9 ~ 3.2 ppm에서 보듯이 에폭시 그룹의 이동이 감소하였고, δ4 ~ 6 ppm에서 폴리부타디엔의 알켄(alkene)을 확인할 수 있었다. 또한, ring-opening 반응으로 인해 (a)-OH기가 δ0.93에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
As a result, as shown in Figure 8, the bio-elastomer according to the present invention was reduced in the movement of the epoxy group as shown in δ2.9 ~ 3.2 ppm, it was able to confirm the alkene of polybutadiene at δ4 ~ 6 ppm . In addition, it was confirmed that the (a) -OH group appeared at δ0.93 due to the ring-opening reaction.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.
Claims (9)
상기 폴리부타디엔에 식물성 오일을 첨가하고 합성하는 단계를 포함하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법.Adding n-butyllithium as an initiator to the butadiene monomer and polymerizing to form polybutadiene; And
Method for producing a bio-elastomer using a vegetable oil comprising the step of adding a vegetable oil to the polybutadiene and synthesized.
상기 폴리부타디엔을 형성하는 단계 이후에, 폴리부타디엔의 말단을 카르복실기 또는 아미노기로 개질하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법.The method of claim 1,
After the step of forming the polybutadiene, the method of producing a bio-elastomer using a vegetable oil, characterized in that further comprising the step of modifying the end of the polybutadiene carboxyl group or amino group.
상기 개질은 30 ~ 40℃의 온도에서 1 ~ 2 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법.The method of claim 2,
The modification is a method for producing a bio-elastomer using vegetable oil, characterized in that carried out for 1 to 2 hours at a temperature of 30 ~ 40 ℃.
상기 카르복실기로 개질하는 경우, 상기 폴리부타디엔에 이산화탄소를 첨가하여 리빙 음이온 중합법으로 개질하는 것을 특징으로 하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법.The method of claim 2,
When modifying the carboxyl group, the method of producing a bio-elastomer using vegetable oil, characterized in that by modifying the living anionic polymerization method by adding carbon dioxide to the polybutadiene.
상기 아미노기로 개질하는 경우, 디비닐벤젠(divinylbenzene)과 리튬-비스(트리메틸실일아미드)[Lithium-bis(trimethylsilylamide)]를 합성한 후 첨가하여 리빙 음이온 중합법으로 개질하는 것을 특징으로 하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법.The method of claim 2,
When the amino group is modified, vegetable oil is characterized in that it is added by modifying divinylbenzene and lithium-bis (trimethylsilylamide) [Lithium-bis (trimethylsilylamide)] and then modifying the living anion polymerization method. Method for producing a bioelastomer used.
상기 식물성 오일은 에폭시화 대두유(ESO), 에폭시화 야자유, 에폭시화 유채유(rapeseed oil) 및 에폭시화 해바라기씨유 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법.The method of claim 1,
The vegetable oil is any one selected from epoxidized soybean oil (ESO), epoxidized palm oil, epoxidized rapeseed oil and epoxidized sunflower seed oil.
상기 부타디엔 모노머는 1,2-부타디엔, 1,3-부타디엔, 2-메틸-1,3-부타디엔 및 2,3-디메틸-1,3-부타디엔으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법.The method of claim 1,
The butadiene monomer is a vegetable, characterized in that any one selected from the group consisting of 1,2-butadiene, 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene and 2,3-dimethyl-1,3-butadiene Method for producing a bioelastomer using oil.
상기 폴리부타디엔과 식물성 오일은 1 : 0.2 ~ 1 중량비의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법.The method of claim 1,
The polybutadiene and vegetable oil is 1: 0.2 ~ 1 Method for producing a bio-elastomer using a vegetable oil, characterized in that mixed in the ratio of weight ratio.
상기 합성하는 단계는 30 ~ 40℃의 온도에서 1 ~ 2 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 폐식물성 오일을 이용한 바이오 탄성체의 제조방법.The method of claim 1,
The synthesizing step is a method for producing a bio-elastomer using waste vegetable oil, characterized in that performed for 1 to 2 hours at a temperature of 30 ~ 40 ℃.
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