KR20140095925A

KR20140095925A - 셀룰로오스 및 폴리락틱산을 포함하는 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 생분해성 필름

Info

Publication number: KR20140095925A
Application number: KR1020130008927A
Authority: KR
Inventors: 서관호
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-08-04
Also published as: KR101461777B1

Abstract

본 발명은 셀룰로오스 및 폴리락틱산을 포함하는 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 생분해성 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스, 폴리락틱산, 과산화제, 및 산화방지제를 일정 혼합비율로 포함하여 기계적 물성이 우수하고 생분해성을 가지는 환경친화적인 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 생분해성 필름에 관한 것이다.

Description

셀룰로오스 및 폴리락틱산을 포함하는 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 생분해성 필름{A biodegradable polymer composition comprising cellulose and polylactic acid, and a biodegradable film prepared by using the same}

본 발명은 셀룰로오스 및 폴리락틱산을 포함하는 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 생분해성 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계적 특성이 향상되고 경제성이 우수한 친환경 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 생분해성 필름에 관한 것이다.

폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 및 폴리염화비닐과 같은 합성수지는 산업 전반의 다양한 분야에서 쓰레기봉투, 롤백, 쇼핑백, 식품포장, 건축자재 및 가전제품 등에서 폭넓게 사용되어 왔으며, 일상생활에서 없어서는 안 될 정도의 위치를 차지하고 있다. 이러한 합성수지들은 내구성이 매우 우수하지만, 자연상태에서의 분해성이 약해 사용 후 폐기 시 생태계에 악영향을 끼치고 환경파괴를 야기하는 문제점이 있다. 이러한 가운데 상기 수지들이 일회용 제품에 대해 비중이 높아지고 있어 사회적으로 큰 문제가 되고 있고 경제적 비용 상승도 초래하고 있다.

상기와 같은 문제점에 대한 방안으로 제시된 것이 생분해성 수지를 이용하는 것이다. 생분해성 수지로는 셀룰로오스계 수지, 전분계 수지, 생분해성 폴리에스터계 수지 등을 들 수 있다. 이러한 수지는 환경적으로 존재하는 미생물이 생산하는 효소들의 작용으로 인해 생분해되어 저분자 물질로 분해되고 최종적으로 물과 이산화탄소로 분해될 수 있다.

셀룰로오스는 지구상에 존재하는 가장 풍부한 천연고분자 물질로 주로 목재나 목화의 주성분을 이루고 있으며 재생성과 생분해성이 우수하기 때문에 섬유, 종이, 식품가공, 건축자재, 의학 등의 여러 분야에서 이용되고 있다. 셀룰로오스 분자 내 -OH 기를 아세틸화 또는 에테르화 반응을 통해 치환시키면 다양한 유도체를 얻을 수 있다. 이와 같이 -OH 기를 개질하면 분자 간 수소결합을 억제할 수 있으므로 용해도의 증가를 기대할 수 있다. 이와 같은 방법으로 제조된 셀룰로오스 유도체에는 셀룰로오스 나이트레이트(CN), 셀룰로오스 아세테이트(CA), 셀룰로오스 디아세테이트(CDA), 셀룰로오스 프로피오네이트(CAP), 메틸 셀룰로오스(MC), 에틸 셀룰로오스(EC)가 있다.

한편, 생분해성 폴리에스터계 수지에는 폴리글리콜산, 폴리히드록시부틸산, 폴리락틱산 등이 있다. 바이오합성으로 얻어지는 폴리글리콜산과 폴리히드록시부틸산은 제조비용이 높은 반면 폴리락틱산은 종래 폴리올레핀계 수지와 비슷한 가격이 형성되어 경제성을 확보할 수 있다. 또한, 폴리락틱산은 선형 지방족 열가소성 폴리에스터의 일종으로 용융방사 및 성형이 가능하고 고인장강도, 열가소성, 가공성 등과 같이 좋은 물리적 특성을 나타내며, 천연산물로 분해되기에 아주 적합한 구조를 가지고 있다. 그러나, 폴리락틱산은 유연성 및 인열 특성이 매우 부족하여 필름으로 제조할 경우 쉽게 찢어지게 되고 블로우 몰딩 가공에 어려움이 있다.

이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 셀룰로오스를 반응성 개질제로 개질시킨 다음, 상기 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스를 폴리락틱산, 과산화제, 및 산화방지제와 일정 혼합비율로 혼합함으로써 셀룰로오스와 폴리락틱산과의 상용성을 증가시켜 주어 인장강도, 충격강도 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있고 생분해성을 유지할 수 있는 환경친화적인 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용한 필름을 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 기계적 특성이 향상되고 경제성이 우수한 친환경 생분해성 수지 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 생분해성 수지 조성물을 이용하여 제조된 생분해성 필름을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스 10 내지 90 중량부, 폴리락틱산 10 내지 90 중량부, 과산화제 0.06 내지 0.6 중량부, 및 산화방지제 0.3 내지 0.8 중량부를 포함하는 생분해성 수지 조성물을 제공한다.

본 발명은 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스, 폴리락틱산, 과산화제, 및 산화방지제를 포함하고, 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스와 폴리락틱산의 혼합비율을 일정 범위로 조절하여 기계적 물성이 우수하고 생분해성을 가지는 환경친화적인 생분해성 수지 조성물을 제공하는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명은 셀룰로오스를 반응성 개질제로 개질하여 사용함으로써 폴리락틱산과의 상용성을 증가시켜 주어 인장강도, 충격강도 등의 기계적 물성을 향상시키면서 생분해 특성은 유지할 수 있다.

본 발명에서, 상기 셀룰로오스는 셀룰로오스 나이트레이트(cellulose nitrate, CN), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate, CA), 셀룰로오스 디아세테이트(cellulose diacetate, CDA), 셀룰로오스 프로피오네이트(cellulose propionate, CP), 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose, MC) 및 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose, EC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명에서, 상기 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스는, 셀룰로오스 100 중량부에 반응성 개질제 0.5 내지 2.5 중량부, 과산화제 0.06 내지 0.6 중량부 및 산화방지제 0.3 내지 0.8 중량부를 첨가하여 용융 혼련하여 얻을 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용어 "반응성 개질제"는 분자 구조상 극성(polar)을 띠는 산(acid)류 혹은 그의 무수물 중에서 분자량 1000 이하의 저분자량을 갖는 화합물을 의미하며, 셀룰로오스와 공중합되어 상용성을 증가시켜 주며 폴리락틱산과의 혼합시 인장강도, 충격강도 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서, 상기 반응성 개질제의 함량은 셀룰로오스 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2.5 중량부인 것을 특징으로 한다. 만일 함량이 0.5 중량부 미만이면 기계적 물성이 향상되는 효과를 기대하기 어렵고, 2.5 중량부 초과이면 비용의 증가, 원료의 변색, 부 반응의 증가를 유발시켜, 제품의 품질을 감소시키고, 나아가 생분해성도 저하될 수 있다.

본 발명에서, 상기 반응성 개질제로는 비닐 실란(vinyl silane), 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate), 스티렌 아크릴로니트릴(styrene acrylonitrile), 아크릴산(acrylic acid), 푸마르산(fumaric acid), 시트라콘 안하이드라이드(citraconic anhydride), 말레익 안하이드라이드(maleic anhydride), 이소옥타데세닐숙시닉 안하이드라이드(isooctadecenylsuccinic anhydride) 및 N-헥사데세닐숙시닉 안하이드라이드(N-hexadecenylsuccinic anhydride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서, 상기 셀룰로오스의 개질시 상기 과산화제의 함량은 셀룰로오스 100 중량부에 대하여 0.06 내지 0.6 중량부인 것을 특징으로 한다. 상기 함량이 0.06 중량부 미만이면 반응성 개질제에 의한 개질 효과가 적어서 본 발명이 이루고자 하는 목적을 달성하기 어려우며, 0.6 중량부 초과이면 지나친 반응으로 인해 주 사슬간의 네트워킹(Networking)에 의한 겔화가 과다하게 일어나서 필름 성형시 외관의 손상 및 심각하게는 성형과정에서의 필름의 손상으로 인한 성형 불가의 결과까지도 초래할 수 있다.

본 발명에서, 상기 셀룰로오스의 개질시 상기 과산화제는 디큐밀퍼옥사이드, 디벤조일퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시이소프로필카르보네이트, t-부틸퍼옥시라우릴레이트, t-부틸퍼옥시아세테이트, 디-t-부틸디퍼옥시프탈레이트, t-디브틸퍼옥시말레인산, t-부틸큐밀퍼옥사이드, t-부틸하이드로퍼옥사이드, 1,3-비스(t-부틸퍼옥시이소프로필) 벤젠, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 디-(2,4-디클로로벤조일)퍼옥사이드, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 디-t-부틸퍼옥사이드, 및 n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발러레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명에서, 상기 셀룰로오스의 개질시 상기 산화방지제의 함량은 셀룰로오스 100 중량부에 대하여 0.3 내지 0.8 중량부인 것을 특징으로 한다. 이때 상기 함량이 0.3 중량부 미만이면 가공 중 발생되는 열이력으로부터의 셀룰로오스의 구조 보호를 달성하기 어려우며, 0.8 중량부 초과이면 지나친 사용으로 인해 필름을 사용하는 과정에서의 이행 현상을 초래할 수도 있고 기계적 물성의 저하도 초래할 수 있다.

본 발명에서, 상기 셀룰로오스의 개질시 상기 산화방지제는 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트)(pentaerythritol tetrakis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)) 및 트리스 2,4-디-t-부틸페닐포스파이트(tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphite)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명에서, 상기 셀룰로오스의 개질시 용융 혼련은 압출기 내에서 수행할 수 있다.

본 발명에서 사용될 수 있는 압출기로는 단축압출기, 동방향 회전 이축 압출기, 이방향 회전 이축 압출기 등의 공지의 혼합성이 양호한 것이라면 어느 것이라도 바람직하나, 가장 바람직하게는 동방향 회전 이축 압출기를 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 사용되는 용어 "폴리락틱산(poly(lactic acid), PLA)"은 락틱산(lactic acid) 단위를 포함하는 중합체를 의미한다. 구체적으로, 상기 락틱산은 L-락틱산, D-락틱산, 또는 이의 조합일 수 있다.

본 발명에서, 상기 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스와 폴리락틱산의 혼합은 기계적 물성을 향상시키면서 생분해도를 유지할 수 있도록 하기 위한 것으로, 혼합 중량비는 10 내지 90 중량부:10 내지 90 중량부인 것을 특징으로 한다. 만일 상기 범위를 벗어나면, 혼합에 의해 기대되는 경제성의 증가, 기계적 물성의 상호 보완을 기대하기 어렵다.

본 발명에서, 상기 생분해성 수지 조성물 중에 포함되는 과산화제 및 산화방지제는 상기 셀룰로오스의 개질시 사용되는 것과 동일한 종류를 사용할 수 있다.

바람직하기로, 본 발명의 생분해성 수지 조성물은 성형 과정에서 결정화 속도를 빠르게 하여 성형성을 증가시키기 위해 무기충진제를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에서, 상기 무기충진제는 바람직하기로 0.5 내지 5 ㎛의 평균입도를 갖는 것일 수 있다. 상기 무기충진제의 평균입도가 0.5 ㎛ 미만이면 입자의 분산이 곤란해지며, 5 ㎛ 초과이면 입자의 크기가 지나치게 커져, 발명에서 의도하는 바를 달성하기가 어렵다.

본 발명에서, 상기 무기충진제로는 경질 또는 중질 탄산칼슘, 실리카, 탈크, 황산바륨, 클레이 및 산화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서, 상기 무기충진제의 함량은 바람직하기로 전체 조성물 중 2 내지 13 중량%일 수 있다. 상기 무기충진제의 함량이 전체조성물의 2 중량% 미만일 경우 결정화 속도에 기여하는 효과가 적고, 13 중량%를 초과하면 무기 충진제의 분산이 어렵고, 기계적 물성 저하 등으로 인하여 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있다.

본 발명에서, 상기 생분해성 수지 조성물의 용융지수(ASTM D 1238, 2.16kg/㎠, 190℃)는 바람직하기로 3 내지 30 g/10min, 더욱 바람직하기로 5 내지 20 g/10min일 수 있다. 상기 범위의 용융지수의 조절을 통하여 조성물의 가공성을 높이며, 인장강도, 신율 등의 기계적 물성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 상기 범위의 용융지수의 조절을 통하여 공정을 단순화하여 생산비를 절감할 수 있다. 이에 따라 상기 조성물로 우수한 가공성 및 기계적 물성을 발현할 수 있다.

본 발명의 생분해성 수지 조성물은 필요에 따라 안정제, 윤활제, 난연제, 대전방지제, 항균제, 생분해촉진제, 열안정제, 광안정제, 내후안정제, 자외선흡수제, 블로킹 방지제 등의 각종 첨가제들을 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 배합할 수 있다.

또한, 본 발명은 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스 10 내지 90 중량부, 폴리락틱산 10 내지 90 중량부, 과산화제 0.06 내지 0.6 중량부, 및 산화방지제 0.3 내지 0.8 중량부를 포함하는 생분해성 수지 조성물을 압출시켜 얻은 생분해성 필름을 제공한다.

본 발명은 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스를 폴리락틱산, 과산화제 및 산화방지제와 일정 범위의 혼합비율로 혼합하여 얻은 생분해성 수지 조성물을 압출시켜 기계적 물성이 우수하고 생분해성을 가지는 환경친화적인 생분해성 필름을 제공하는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명은 셀룰로오스를 반응성 개질제로 개질하여 사용함으로써 폴리락틱산과의 상용성을 증가시켜 주어 인장강도, 충격강도 등의 기계적 물성을 향상시키면서 생분해 특성은 유지할 수 있다.

본 발명의 일 실험예에서, 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스와 폴리락틱산을 혼합하여 사용한 경우 개질하지 않은 셀룰로오스와 폴리락틱산을 혼합하여 사용한 경우에 비하여 개질한 셀룰로오스에 의한 계면접착력의 증가로 인해 PLA와의 상용성이 증가되어 기계적 물성들이 더욱 우수해지면서, 생분해도는 유사한 수준으로 유지되거나 또는 그 이상으로 개선되는 것을 확인하였다(실험예 1, 표 1).

본 발명에서, 상기 생분해성 수지 조성물 또는 필름의 압출시 사용될 수 있는 압출기로는 단축압출기, 동방향 회전 이축 압출기, 이방향 회전 이축 압출기 등의 공지의 혼합성이 양호한 것이라면 어느 것이라도 바람직하나, 가장 바람직하게는 동방향 회전 이축 압출기를 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서, 상기 생분해성 수지 조성물 또는 필름의 압출 온도는 130 내지 180℃일 수 있다.

본 발명은 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스, 폴리락틱산, 과산화제, 및 산화방지제를 포함하고, 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스와 폴리락틱산의 혼합비율을 일정 범위로 조절하여 기계적 물성이 우수하고 생분해성을 가지는 환경친화적인 생분해성 수지 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 생분해성 수지 조성물은 용융지수가 가공하기에 적합하여 공정 시간을 단축할 수 있으며 생산비용을 절감할 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 생분해성 수지 조성물은 생분해성 필름으로 가공된 후 생분해도가 저하되지 않으면서 기계적 물성을 보완 및 향상시킬 수 있어 산업분야 전반에 그 용도를 확대 적용할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

제조예 1: 반응성개질제로 개질한 셀룰로오스 제조

80℃에서 12 시간 이상 건조시킨 셀룰로오스 디아세테이트(이하, CDA라고 함) 100 중량부에 대하여 18 ASA(isooctadecenylsuccinic anhydride, Albemarle 사) 1 중량부, 과산화제로 디큐밀퍼옥사이드 0.1 중량부, 산화방지제 0.3 중량부를 예비혼합한 후 동방향 이축 압출기에서 압출하였다. 이때, 산화방지제는 Anox 20(Chemtura Corporation) 0.15 중량부 및 Alkanox 240(Chemtura Corporation) 0.15 중량부를 혼합한 것을 사용하였다.

상기 압출기의 온도 조건은 130/140/150/160/160/170/160/160/170/170℃이고, screw의 rpm은 feeder 70~80rpm, main motor 450rpm으로 압출하였다.

실시예 1: 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용한 필름의 제조

제조예 1의 개질된 CDA 및 폴리락틱산을 건조시킨 후 70:30의 중량비로 혼합한 100 중량부에 대하여, 디큐밀퍼옥사이드 0.1 중량부, 산화방지제로서 Anox 20(Chemtura Corporation) 0.15 중량부 및 Alkanox 240(Chemtura Corporation) 0.15 중량부를 사용하여 이들을 예비혼합하였다. 이때, 예비혼합물의 용융지수(ASTM D1238, 2.16kg/㎠, 190℃)는 6.8g/10min을 나타내었다. 상기 예비혼합물을 압출기에서 압출하였다. 상기 압출기의 온도 조건은 150/160/170/180/160/170/170/180/180/180℃이고, screw의 rpm은 feeder 60rpm, main motor 370rpm으로 압출하였다.

상기와 같이 제조된 생분해성 수지 조성물을 원형 다이 성형기를 사용하여 130~170℃ 범위로 압출기 실린더 및 다이 온도를 적절히 조정하여 폭 300mm, 두께 30㎛의 튜브형 필름을 제조하였다.

실시예 2: 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용한 필름의 제조

제조예 1의 개질된 CDA 및 폴리락틱산을 건조시킨 후 30:70의 중량비로 혼합한 100 중량부에 대하여, 디큐밀퍼옥사이드 0.06 중량부, 산화방지제로서 Anox 20(Chemtura Corporation) 0.15 중량부 및 Alkanox 240(Chemtura Corporation) 0.15 중량부를 사용하여 이들을 예비혼합하였다. 이때, 예비혼합물의 용융지수(ASTM D 1238, 2.16kg/㎠, 190℃)는 8.3g/10min을 나타내었다. 상기 예비혼합물을 압출기에서 압출하였다. 상기 압출기의 온도 조건은 150/160/170/180/160/170/170/180/180/180℃이고, screw의 rpm은 feeder 60rpm, main motor 370rpm으로 압출하였다.

상기와 같이 제조된 생분해성 수지 조성물을 원형 다이 성형기를 사용하여 130~170℃ 범위로 압출기 실린더 및 다이 온도를 적절히 조정하여 폭 300mm,두께 30㎛의 튜브형 필름을 제조하였다.

실시예 3: 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용한 필름의 제조

제조예 1의 개질된 CDA 및 폴리락틱산을 건조시킨 후 20:80의 중량비로 혼합한 100 중량부에 대하여, 디큐밀퍼옥사이드 0.06 중량부, 산화방지제로서 Anox 20(Chemtura Corporation) 0.15 중량부 및 Alkanox 240(Chemtura Corporation) 0.15 중량부를 사용하여 이들을 예비혼합하였다. 이때, 예비혼합물의 용융지수(ASTM D1238, 2.16kg/㎠, 190℃)는 5.5g/10min을 나타내었다. 상기 예비혼합물을 압출기에서 압출하였다. 상기 압출기의 온도 조건은 150/160/170/180/160/170/170/180/180/180℃이고, screw의 rpm은 feeder 60rpm, main motor 370rpm으로 압출하였다.

상기와 같이 제조된 생분해성 수지 조성물은 원형 다이 성형기를 사용하여 130~170℃ 범위로 압출기 실린더 및 다이 온도를 적절히 조정하여 두께 폭 300mm, 30㎛의 튜브형 필름을 제조하였다.

비교예 1: 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용한 필름의 제조

개질하지 않은 CDA 및 폴리락틱산을 건조시킨 후 70:30의 중량비로 혼합한 100 중량부에 대하여, 산화방지제로서 Anox 20(Chemtura Corporation) 0.15 중량부 및 Alkanox 240(Chemtura Corporation) 0.15 중량부를 사용하여 이들을 예비혼합한 후, 압출기에서 압출하였다. 상기 압출기의 온도 조건은 150/160/170/180/160/170/170/180/180/180℃이고, screw의 rpm은 feeder 60rpm, main motor 370rpm으로 압출하였다.

상기와 같이 제조된 생분해성 필름 조성물을 원형 다이 성형기를 사용하여 170~190℃ 범위로 압출기 실린더 및 다이 온도를 적절히 조정하여 두께 30㎛의 튜브형 필름을 제조하였다.

비교예 2: 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용한 필름의 제조

개질하지 않은 CDA 및 폴리락틱산을 건조시킨 후 30:70의 중량비로 혼합한 100 중량부에 대하여, 산화방지제로서 Anox 20(Chemtura Corporation) 0.15 중량부 및 Alkanox 240(Chemtura Corporation) 0.15 중량부를 사용하여 이들을 예비혼합한 후, 압출기에서 압출하였다. 상기 압출기의 온도 조건은 150/160/170/180/160/170/170/180/180/180℃이고, screw의 rpm은 feeder 60rpm, main motor 370rpm으로 압출하였다.

상기와 같이 제조된 생분해성 필름 조성물은 원형 다이 성형기를 사용하여 170~190℃ 범위로 압출기 실린더 및 다이 온도를 적절히 조정하여 두께 30㎛의 튜브형 필름을 제조하였다.

실험예 1: 생분해성 수지 조성물을 이용한 필름의 기계적 특성 및 생분해도 조사

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 생분해성 수지 조성물을 이용한 필름의 물성을 평가하기 위하여, 각각의 필름의 기계적 특성과 생분해도를 측정하였다.

먼저, 기계적 특성으로는 인장강도와 신율을 측정하였다. KS M 3503의 7.6 인장강도 및 인장 신율 시험방법에 준해 시료의 파단 시 강도(kg/㎠) 및 신율(%)을 측정하였다. 주행방향(MD), 주행방향에 수직인 폭방향(TD)에 대해 각각 측정한 뒤 가장 낮은 값을 취하였다.

또한, 생분해도는 KS M 3100-1 퇴비화 조건에서의 플라스틱의 호기성 생분해도 측정방법에 의해 표준시료(셀룰로오즈)와 시험시료의 발생된 이산화탄소의 양을 측정해서 하기 식을 이용하여 평가하였다.

생분해도(%) = (발생 이산화탄소의 양/이론적 이산화탄소의 양)*100

상기 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
인장강도	30.21	35.16	32.26	14.54	20.92
모듈러스	1578	1995	1880	1083	1106
생분해도(45일, %)	70	65	64	62	60

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3은 비교예 1 내지 2에 비하여 개질한 셀룰로오스에 의한 계면접착력의 증가로 인해 PLA와의 상용성이 증가되어 기계적 물성들이 더욱 우수해지는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3이 비교예 1 내지 2에 비하여 생분해도가 유사한 수준으로 유지되거나 또는 그 이상으로 개선되는 것을 알 수 있다.

Claims

반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스 10 내지 90 중량부, 폴리락틱산 10 내지 90 중량부, 과산화제 0.06 내지 0.6 중량부, 및 산화방지제 0.3 내지 0.8 중량부를 포함하는 생분해성 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스는 셀룰로오스 나이트레이트, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 디아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 메틸 셀룰로오스 및 에틸 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 생분해성 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 반응성 개질제로 개질한 셀룰로오스는, 셀룰로오스 100 중량부에 반응성 개질제 0.5 내지 2.5 중량부, 과산화제 0.06 내지 0.6 중량부 및 산화방지제 0.3 내지 0.8 중량부를 첨가하여 용융 혼련하여 얻은 것인 생분해성 수지 조성물.
제3항에 있어서, 상기 반응성 개질제는 비닐 실란, 글리시딜 메타크릴레이트, 스티렌 아크릴로니트릴, 아크릴산, 푸마르산, 시트라콘 안하이드라이드, 말레익 안하이드라이드, 이소옥타데세닐숙시닉 안하이드라이드 및 N-헥사데세닐숙시닉 안하이드라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 생분해성 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 과산화제는 디큐밀퍼옥사이드, 디벤조일퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시이소프로필카르보네이트, t-부틸퍼옥시라우릴레이트, t-부틸퍼옥시아세테이트, 디-t-부틸디퍼옥시프탈레이트, t-디브틸퍼옥시말레인산, t-부틸큐밀퍼옥사이드, t-부틸하이드로퍼옥사이드, 1,3-비스(t-부틸퍼옥시이소프로필) 벤젠, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 디-(2,4-디클로로벤조일)퍼옥사이드, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 디-t-부틸퍼옥사이드, 및 n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발러레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 생분해성 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 산화방지제는 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트) 및 트리스 2,4-디-t-부틸페닐포스파이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 생분해성 수지 조성물.
제1항에 있어서, 무기충진제를 추가로 포함하는 생분해성 수지 조성물.
제7항에 있어서, 상기 무기충진제는 0.5 내지 5 ㎛의 평균입도를 갖는 것인 생분해성 수지 조성물.
제7항에 있어서, 상기 무기충진제는 경질 또는 중질 탄산칼슘, 실리카, 탈크, 황산바륨, 클레이 및 산화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 생분해성 수지 조성물.
제7항에 있어서, 상기 무기충진제의 함량은 전체 조성물 중 2 내지 13 중량%인 생분해성 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 조성물의 용융지수(ASTM D 1238, 2.16kg/㎠, 190℃)는 3 내지 30 g/10min인 생분해성 수지 조성물.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 생분해성 수지 조성물을 압출시켜 얻은 생분해성 필름.