KR20160023987A - Compatibilizer comprising itaconic acid-grafted polyproylene copolymer and PP/EVOH blend using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to: a compatibilizer comprising a polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid; a polypropylene/ethylene vinyl alcohol blend using the same; and a food packaging material produced by the blend or a film. Interfacial binding strength of the polypropylene and the ethylene vinyl alcohol blend can be improved by using the polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid as the compatibilizer according to the present invention.

Description

이타콘산이 그래프트된 폴리프로필렌 공중합체를 함유한 상용화제 및 이를 사용하는 PP/EVOH 블렌드{Compatibilizer comprising itaconic acid-grafted polyproylene copolymer and PP/EVOH blend using the same}[0001] The present invention relates to a compatibilizer containing a polypropylene copolymer grafted with itaconic acid and a PP / EVOH blend using the same, and more particularly, to a blend of a compatibilizer comprising an itaconic acid-grafted polypropylene copolymer and a PP /

본 발명은 이타콘산이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체를 함유한 상용화제; 이를 사용하는 폴리프로필렌/에틸렌비닐알코올 블렌드; 및 상기 브렌드로 제조된 식품포장재 또는 필름에 관한 것이다.
The present invention relates to a compatibilizer containing a polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid; A polypropylene / ethylene vinyl alcohol blend using the same; And a food packaging material or film made of the above-mentioned blend.

식품 포장분야에서는 식품의 안정성, 보호성, 장기 보존성 등의 연구가 활발히 이뤄짐에 따라 식품 산업의 발전을 가능하게 하고 있다. 식품포장용 소재는 제품의 안정된 유통기한을 확보하기 위하여 기체와 수분에 대한 차단성이 요구되며, 저가이면서 기계적 강도가 충족될 수 있어야 한다.In the field of food packaging, research on food stability, protection, and long-term preservation has been actively carried out, thus making it possible to develop the food industry. Food packaging materials require barrier properties against gas and moisture to ensure stable shelf life of the product, and must be low in cost and capable of meeting mechanical strength.

현재 식품 포장에서 널리 사용되고 있는 대표적인 포장 소재로는 PP(polypropylene)와 EVOH가 있으며, PP는 저가이면서 수분에 대한 차단성이 우수하고, EVOH(Ethylene vinyl alcohol)는 내화학성과 기체 차단성이 우수한 것으로 알려져 있다. EVOH는 OH기에 의한 수분 취약성이 단점이기 때문에 PP를 배리어 층으로 사용하여 PP/EVOH/PP의 다층구조 형태로 제조되기도 한다. 이 경우, 기체와 수분에 대한 차단성이 동시에 높아져 식품의 보존성을 증가시키는 장점이 있으나, 별도의 장비나 공정이 필요하기 때문에 비용이 상승하게 되고, 최종 제품은 재활용이 불가하다는 단점이 있다. J.H Yeo 등은 PP와 EVOH를 블렌딩 한 후, 이축 연신 공정을 도입하여 저가이면서 PP보다 향상된 차단성을 나타내는 필름을 제조하였으며, PP에 maleic anhydride가 그래프트된 상용화제(PP-g-MAH)를 적정량 적용하여 양호한 분산상태 및 산소 차단성이 증가하는 효과를 확인하였다. 상용화제는 PP와 EVOH 블렌드와 같이 분자구조의 차이에 따라 상분리가 나타날 수 있는 소재간의 결합력을 향상시키기 위하여 필수적으로 첨가해야 하며, 이와 관련한 연구는 다수 보고된 바 있다. Ares A. 등은 PP/EVOH 블렌딩에 ionomer를 상용화제로 적용하여 유변학적 특성변화와 모폴로지를 관찰하였으며, Fisher I. 등은 mica, glass beads, PP-g-MAH를 상용화제로 첨가하여 PP/EVOH 블렌드의 물성을 비교하였다. Yousefi A.A.는 PP/EVOH 블렌딩 필름을 제조하기 위하여 PP-g-MAH와 diethyl maleate가 그래프트된 PP-g-DEM을 상용화제로 첨가하였으며, 연신공정을 거쳐 기계적 물성과 모폴로지, 기체차단성 등을 비교하였다. 뿐만 아니라, Y.J. Chun과 T.K. Ahn은 PP/EVOH/PP 다층구조의 필름 제조시 발생하는 스크랩과 PP를 블렌딩하기 위하여 다양한 상용화제를 비교 적용하였는데, 이와 같이 상용화제는 PP/EVOH 블렌드의 물성을 결정짓는 매우 중요한 요소 중의 하나라 할 수 있다.
Currently, PP (polypropylene) and EVOH are widely used in food packaging. PP is low in price and excellent in water barrier property. EVOH (Ethylene vinyl alcohol) is excellent in chemical resistance and gas barrier property It is known. Since EVOH is a drawback of moisture vulnerability due to OH groups, PP is used as a barrier layer and is also produced in the form of PP / EVOH / PP multilayer structure. In this case, although the barrier property against gas and moisture increases simultaneously, it is advantageous to increase the preservability of the food, but it is disadvantageous in that the cost is increased due to a separate equipment or process, and the final product can not be recycled. JH Yeo et al. Prepared biaxially stretched film by blending PP and EVOH, and produced a film which shows lower barrier property than PP and showed better barrier properties. PP was coated with maleic anhydride grafted compatibilizer (PP-g-MAH) To confirm the effect of increasing the good dispersion state and oxygen barrier property. The compatibilizing agent should be added to improve the bonding strength between the materials, which may exhibit phase separation depending on the difference in molecular structure, such as PP and EVOH blends, and many studies have been reported. Ares A. et al. Observed the change of rheological properties and morphology by applying an ionomer as a compatibilizer to PP / EVOH blending. Fisher I. et al. Added PP / EVOH blend with mica, glass beads and PP- Were compared. Yousefi AA added PP-g-DEM grafted with PP-g-MAH and diethyl maleate as a compatibilizer to prepare a PP / EVOH blending film and compared the mechanical properties, morphology and gas barrier properties after stretching process . In addition, YJ Chun and TK Ahn have compared various commercial compatibilizers to blend PP and EVOH / PP multi-layered film scrap and PP. The compatibilizer thus determines the properties of the PP / EVOH blend It is one of the most important factors to do.

본 발명에서는 PP 매트릭스에 이타콘산이 그래프트된 PP-g-IA가 상용화제로PP/EVOH 블렌드에 적용가능하다는 것을 발견하였으며, 상용화제 첨가량에 따른 모폴로지와 열적·기계적 특성 분석을 통한 상용화제의 적정 첨가량을 확인하여 본 발명을 완성하였다. 본 발명은 이에 기초한 것이다.
In the present invention, it has been found that PP-g-IA grafted with itaconic acid in a PP matrix is applicable to a PP / EVOH blend as a compatibilizing agent. It is also found that the addition amount of a compatibilizer through morphology and thermal / To complete the present invention. The present invention is based on this.

본 발명의 제1양태는 이타콘산(IA)이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체를 함유한 상용화제를 제공한다.A first aspect of the present invention provides a compatibilizer containing a polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid (IA).

본 발명의 제2양태는 폴리프로필렌 및 에틸렌비닐알코올(EVOH)을 함유하되 제1양태에 따라 이타콘산(IA)이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체가 상용화제로 포함된 블렌드를 제공한다.A second aspect of the present invention provides a blend comprising a polypropylene (PP) copolymer containing polypropylene and ethylene vinyl alcohol (EVOH) and according to the first aspect grafted itaconic acid (IA) as compatibilizer.

본 발명의 제3양태는 제2양태에 따른 블렌드로 제조된 식품포장재 또는 필름을 제공한다.
A third aspect of the present invention provides a food packaging material or film made with the blend according to the second aspect.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 폴리프로필렌/에틸렌비닐알코올 블렌드에 이타콘산이 그래프트된 폴리프로필렌 공중합체(PP-g-IA)를 상용화제로 사용하는 것이 특징이다.The present invention is characterized by using a polypropylene copolymer (PP-g-IA) grafted with itaconic acid in a polypropylene / ethylene vinyl alcohol blend as a compatibilizer.

'상용화제'는 블렌드에서 2종의 중합체 성질 차이를 완화시켜 마이크로상 분리구조를 형성 및 안정화시키는 능력을 가진 물질일 수 있다.
A ' compatibilizer ' may be a material that has the ability to relax two polymeric properties differences in the blend to form and stabilize the microphase separation structure.

일반적으로, 폴리프로필렌은 폴리에틸렌과 같이 석유에서 얻어진 프로필렌을 지글러－나타 촉매로 중합시킨 것으로, 폴리에틸렌분자 사슬의 탄소에 하나씩 걸러 메틸기(CH3)가 붙은 것이며, 규칙적으로 짧은 가지가 달린 형태를 하고 있다. 폴리프로필렌 필름은 폴리에틸렌 필름보다 투명도가 높고 경질이다. 비중은 0.92로서 현재 있는 플라스틱 중에 가장 가벼우며, 용해 온도도 135 ~ 160℃로 높다.Generally, polypropylene is a polymer obtained by polymerizing propylene obtained from petroleum as a Ziegler-Natta catalyst, such as polyethylene, with a methyl group (CH 3 ) attached to the carbon of the polyethylene molecular chain one by one and regularly having short branches . The polypropylene film has higher transparency and rigidity than the polyethylene film. It has a specific gravity of 0.92, which is the lightest among plastics currently available, and has a high melting temperature of 135 to 160 ° C.

한편, 이타콘산은 프로필렌디카르복시산이라고도 하며, 녹는점은 162 ~ 164℃(분해되면서 녹음)이며 밀도는 1.63g/㎤이며, 분자량은 130.10으로, 메사콘산·시트라콘산의 이성질체이다.
On the other hand, itaconic acid is also referred to as propylene dicarboxylic acid, and its melting point is 162 to 164 ° C (recorded as decomposition), density is 1.63 g / cm 3, molecular weight is 130.10, and isomer of mesaconic acid and citraconic acid.

본 발명에서, 상용화제로 사용되는, 이타콘산(IA)이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체는 개시제를 첨가하여 그래프트 중합에 의해 제조될 수 있다.In the present invention, itaconic acid (IA) grafted polypropylene (PP) copolymer, which is used as a compatibilizer, can be prepared by graft polymerization by adding an initiator.

'개시제'는 단위체와 반응하여 중간체를 만드는 화학물질일 수 있다. 이 중간체는 계속해서 다른 많은 단위체들과 결합하여 중합체를 만든다. 자유 라디칼(홀수 개의 전자를 가지고 있는 반응성이 큰 원자나 원자단)을 만들어내는 개시제가 가장 널리 쓰인다. An " initiator " may be a chemical that reacts with a monomer to form an intermediate. These intermediates continue to combine with many other monomer units to form polymers. Initiators that produce free radicals (large reactive atoms or atoms with an odd number of electrons) are most commonly used.

본 발명에서 그래프트 중합시 사용가능한 개시제의 비제한적인 예로는 2,5-비스(tert-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산, 벤조일퍼옥사이드, 아세틸퍼옥사이드, 디라우릴퍼옥사이드, 디-tert-부틸퍼옥사이드, 디쿠밀하이드로퍼옥사이드, 과산화수소, 과황화칼륨, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥사이드)-헥산, 2,2-디(tert-부틸퍼옥사이드)-5,5,6-트리메틸비사이클로[2.2.1]헵탄, 2,2-디(3-메틸-1-부틴-3-일퍼옥사이드)-5,5,6-트리메틸비사이클로[2.2.1]헵탄, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥사이드)-헥신-3-디(tert-부틸퍼옥사이드-이소프로필)-벤젠, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸)발레로니트릴, 2,2-아조비스이소부티로니트릴, 디메틸-2,2'-아조비스(이소부티레이트)-2-2'-아조비스-(4-메톡시-2,4-디메틸 발레로니트릴) 등이 있다.
Non-limiting examples of initiators that can be used in the graft polymerization in the present invention include 2,5-bis (tert-butylperoxy) -2,5-dimethylhexane, benzoyl peroxide, acetyl peroxide, dilauryl peroxide, tert-butyl peroxide, dicumyl hydroperoxide, hydrogen peroxide, potassium persulfate, 2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxide) -hexane, 2,2- ) -5,5,6-trimethylbicyclo [2.2.1] heptane, 2,2-di (3-methyl-1-butyne-3-ylperoxide) -5,5,6-trimethylbicyclo [2.2. 1] heptane, 2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxide) -hexine-3-di (tert- butylperoxide-isopropyl) -benzene, 2,2'-azobis , 4-dimethyl) valeronitrile, 2,2-azobisisobutyronitrile, dimethyl 2,2'-azobis (isobutyrate) -2-2'-azobis- (4-methoxy- 4-dimethylvaleronitrile) and the like.

바람직하게는, 본 발명에 따른 상용화제는 폴리프로필렌 g당 그래프트된 이타콘산을 0.5 중량% 내지 1.2 중량%를 포함할 수 있다.Preferably, the compatibilizer according to the present invention may comprise from 0.5% to 1.2% by weight of grafted itaconic acid per g of polypropylene.

PP-g-IA 상용화제는 PP base에 IA의 투입량을 1wt%, 2wt%, 5wt%, 10wt% 로 설정하여 제조하였으며, FT-IR과 1H-NMR 분석을 통하여 성공적으로 PP와 IA의 그래프트 형성을 확인하였다(표 1). FT-IR 측정 결과, PP-g-IA 에서는 PP에서 나타나지 않는 1710 cm- 1부근의 itaconic acid의 carbonyl group 의 피크가 관찰되었다. 1H-NMR 분석결과에서는 2.1 ppm 에서 itaconic acid의 methylene 그룹 proton에 의한 피크가 singlet 형태로 나타나는 것이 나타나 PP에 IA가 성공적으로 graft 되었음을 확인할 수 있었다. 또한 투입한 IA의 양이 증가할수록 graft 되는 IA의 비율이 높아지는 것을 확인하였으나, 일정량 이상의 IA가 투입되면 오히려 graft ratio가 감소하는 것이 확인되었다.The PP-g-IA compatibilizer was prepared by setting the amount of IA to 1 wt%, 2 wt%, 5 wt% and 10 wt% in the PP base. Successful PP and IA graft formation by FT-IR and 1 H- (Table 1). As a result of FT-IR measurement, a peak of carbonyl group of itaconic acid near 1710 cm - 1 which is not observed in PP was observed in PP-g-IA. 1 H-NMR analysis showed that the methylene group proton peak of itaconic acid appeared as a singlet at 2.1 ppm, indicating that IA was successfully grafted to PP. It was also confirmed that as the amount of injected IA increased, the ratio of grafted IA increased. However, it was confirmed that the graft ratio decreased when a certain amount of IA was injected.

제조된 상용화제의 그래프트율은 FT-IR spectrum을 이용하여 PP에 해당하는 1167 cm-1 피크와 IA에 해당하는 1710 cm-1의 transmittance 비를 측정하여 calibration curve를 유도한 뒤, PP-g-IA에서 나타난 transmittance 값을 역추산하여 계산하였다.
The graft ratio of the prepared compatibilizer was measured by measuring the transmittance ratio of 1,177 cm -1 corresponding to the peak of 1167 cm -1 corresponding to PP and the transmittance ratio of 1710 cm -1 using the FT-IR spectrum. The transmittance values shown in IA were inversely estimated.

본 발명에서, 이타콘산(IA)이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체는 150℃ 내지 250℃에서 그래프트 중합시킬 수 있다. 만일 150℃ 미만의 온도에서 중합 반응을 수행할 경우, 분자량이 낮은 공중합체가 생성되는 단점이 있고, 250℃ 초과의 온도에서 중합 반응을 수행할 경우, 개시제의 개시속도가 높아져서 그래프트 반응이 제대로 이뤄지지 않을 수 있으며, 또한 다른 부반응이 일어날 수 있거나 이타콘산이 분해될 수 있는 단점이 있다.
In the present invention, polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid (IA) can be subjected to graft polymerization at 150 ° C to 250 ° C. If the polymerization reaction is carried out at a temperature lower than 150 ° C., a copolymer having a low molecular weight is produced. If the polymerization reaction is carried out at a temperature higher than 250 ° C., the initiation rate of the initiator increases, There is a disadvantage that other side reactions may occur or the itaconic acid may be decomposed.

상기 중합 반응은 30분 미만의 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 일반적으로 중합 공정상 반응시간을 최소화하여야 하며, 30분 미만의 중합시간내에 충분한 반응이 이뤄질 수 있다. 만일 30분을 초과하여 길게 중합 반응을 수행할 경우, 부반응이 발생할 수 있는 단점이 있다.
Preferably, the polymerization is carried out for a time period of less than 30 minutes. In general, the reaction time should be minimized in the polymerization process, and sufficient reaction can be achieved in a polymerization time of less than 30 minutes. If the polymerization reaction is carried out for longer than 30 minutes, side reaction may occur.

또한, 본 발명은 이타콘산(IA)이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체가 상용화제로 포함된 폴리프로필렌 및 에틸렌비닐알코올(EVOH)을 함유하는 블렌드를 제공한다.The present invention also provides a blend containing polypropylene and ethylene vinyl alcohol (EVOH) wherein a polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid (IA) is included as a compatibilizer.

폴리프로필렌 (PP)과 에틸렌 비닐알코올 공중합체 (EVOH)의 블렌드에 있어 발생하는 상분리 현상은, PP와 IA의 그래프트 중합을 통해 제조한 PP-g-IA 를 첨가한 결과 상용화 효과에 의해 방지되는 것을 확인하였다. 한편, PP/EVOH 블렌드의 물성을 보완하기 위하여, PP-g-IA 상용화제를 PP/EVOH 블렌드시, 상용화제 투입량에 따른 모폴로지와 열적·기계적 특성 분석을 통하여 상용화제의 적정 투입량을 설정할 수 있다.
The phase separation phenomenon occurring in the blend of polypropylene (PP) and ethylene vinyl alcohol copolymer (EVOH) is prevented by the effect of the commercialization as a result of addition of PP-g-IA prepared through graft polymerization of PP and IA Respectively. On the other hand, in order to compensate the physical properties of the PP / EVOH blend, when the PP / EVOH blend is blended with PP-g-IA compatibilizer, the amount of compatibilizing agent can be set appropriately through morphology and thermal / .

본 발명에서, 상기 블렌드는 0.1 내지 25 중량% 범위의 상용화제를 포함할 수 있다. In the present invention, the blend may contain from 0.1 to 25% by weight of a compatibilizing agent.

일 실시예에서는, 가장 높은 그래프트율을 나타낸 PP-g-IA 상용화제를 PP/EVOH 블렌드에 적용하고, 상용화제의 투입량을 2.5 phr, 5 phr, 10 phr, 20 phr로 설정하고, PP-g-IA 상용화제가 적용된 PP/EVOH 블렌드의 모폴로지를 관찰하고, DSC와 UTM를 이용하여 열적·기계적 특성을 분석한 결과, PP-g-IA 상용화제는 PP/EVOH 블렌드의 계면결합력을 향상시키는 것으로 나타나 상용화제로써의 유효성을 확인하였으며, PP-g-IA 투입량이 증가할수록 PP와 EVOH의 계면접착성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 상용화제에 존재하는 IA의 carbonyl기와 EVOH에 존재하는 hydroxyl기 사이에 수소결합이 발생하여, PP와 EVOH와의 계면 접착력이 향상된 것으로 유추된다.In one embodiment, a PP-g-IA compatibilizer exhibiting the highest grafting rate was applied to the PP / EVOH blend and the amount of compatibilizer added was set at 2.5 phr, 5 phr, 10 phr, 20 phr, and PP-g PP-EVOH blend, PP-EVOH blend, PP-EVOH blend, PP-EVOH blend, PP-EVOH blend, PP-EVOH blend, The effectiveness of PP as a compatibilizer was confirmed. As the amount of PP-g-IA increased, the interfacial adhesion between PP and EVOH was improved. This suggests that hydrogen bonds are formed between the carbonyl group of IA present in the compatibilizing agent and the hydroxyl group present in the EVOH, thereby improving the interfacial adhesion between PP and EVOH.

DSC 측정 결과에서는 PP-g-IA의 함량이 높아질수록 EVOH 해당하는 Tm의 피크가 PP 쪽으로 미묘하게 이동하는 것을 확인하였으며, 기계적 강도에서는 PP/EVOH블렌드가 PP의 인장강도보다 낮은 23~28 MPa 의 범위에서 나타났고, 상용화제의 함량이 증가에 따라 파단신율 값은 소폭 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 기계적 물성의 저하를 방지하기 위해서는 적정한 투입량이 필요한 것을 확인하였다.
In the DSC measurement results, it was confirmed that the peak of Tm corresponding to EVOH slightly shifted toward the PP as the content of PP-g-IA was increased. In the mechanical strength, the PP / EVOH blend had a tensile strength of 23 to 28 MPa And the elongation at break increased slightly as the content of compatibilizer increased. In addition, it was confirmed that a proper amount of the charge is required to prevent deterioration of mechanical properties.

상용화제를 포함하는 블렌드는 150℃ 내지 250℃에서 제조할 수 있다. 만일 상기 범위 이외의 온도에서 블렌딩하는 경우, 다른 부반응이 일어날 수 있고, 구성소재 중 일부가 분해될 수 있는 단점이 있다.
The blend comprising the compatibilizer may be prepared at 150 ° C to 250 ° C. If blending is carried out at a temperature outside the above range, other side reactions may occur and some of the components may be decomposed.

본 발명에서, 상기 블렌드는 파단신율이 10 내지 20 %인 필름을 형성할 수 있다.In the present invention, the blend can form a film having a elongation at break of 10 to 20%.

상기 파단신율은 재료 인장시험시 재료가 늘어나는 비율을 말한다.The elongation at break refers to the rate at which the material stretches during the material tensile test.

또한, 본 발명에서 언급된 인장강도는 시험재료가 외력에 의해 파단될때 생긴 응력을 MPa 단위로 나타낸 것을 의미한다.
In addition, the tensile strength referred to in the present invention means a stress in MPa unit when the test material is broken by an external force.

본 발명에 따른 블렌드는 식품포장재에 사용가능하다.The blend according to the invention is usable in food packaging materials.

본 발명에 따라 이타콘산이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체를 상용화제로 사용하면, 폴리프로필렌 및 EVOH 블렌드의 계면결합력을 향상시킬 수 있다.
When polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid according to the present invention is used as a compatibilizer, the interfacial bonding force of polypropylene and EVOH blend can be improved.

도 1은 IA 함량에 따른 PP-g-IA의 그래프트 비율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 (a) PP, (b) PP-g-IA0 .75, (c) PP-g-IA0 .90, (d) PP-g-IA1 .00 및 (e) PP-g-IA0.89의 IR 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 3은 (a) PP-g-IA0 .75, (b) PP-g-IA0 .90, (c) PP-g-IA1 .00 및 (d) PP-g-IA0 .89의 1H-NMR의 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 상용화제를 다양한 함량으로 포함하는 PP 및 PP/EVOH 블렌드의 SEM 이미지이다.
도 5는 PP/EVOH/PP-g-IA내에 거대분자의 수소결합을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 6은 (a)PP, (b)PP/EVOH/PP-g-IA1 .00(20), (c)PP/EVOH/PP-g-IA1 .00(10), (d)PP/EVOH/PP-g-IA1.00(5), (e)PP/EVOH/PP-g-IA1 .00(2.5), (f)PP/EVOH 및 (g)EVOH의 DSC를 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the change in the graft ratio of PP-g-IA with respect to the IA content.
Figure 2 is (a) PP, (b) PP-g-IA 0 .75, (c) PP-g-IA 0 .90, (d) PP-g-IA 1 .00 and (e) PP-g -IA < / RTI > 0.89 .
Figure 3 (a) PP-g-IA 0 .75, (b) PP-g-IA 0 .90, (c) PP-g-IA 1 .00 and (d) PP-g-IA 0 .89 ≪ 1 > H-NMR spectrum of Fig.
Figure 4 is an SEM image of a PP and PP / EVOH blend comprising various amounts of a compatibilizer according to the present invention.
Figure 5 schematically shows hydrogen bonding of macromolecules within PP / EVOH / PP-g-IA.
Figure 6 (a) PP, (b) PP / EVOH / PP-g-IA 1 .00 (20), (c) PP / EVOH / PP-g-IA 1 .00 (10), (d) PP / EVOH / PP-g-IA 1.00 (5), (e) PP / EVOH / PP-g-IA 1 .00 (2.5), (f) PP / EVOH , and (g) is a graph showing a DSC of EVOH.

이하 본 발명을 하기 실시예를 참조하여 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

제조예Manufacturing example 1 :  One : 이타콘산이Itacon acid 그래프트된Grafted 폴리프로필렌 공중합체 Polypropylene copolymer

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00001

Figure pat00001

이타콘산이 그래프트된 폴리프로필렌 공중합체(PP-g-IA)를 제조하기 위해, 주쇄로 폴리프로필렌(Grade: HP 552N, MFI: 14, 제조사: 폴리미래(주), PP), 개시제로 2,5-비스(tert-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산(알드리치 90%)를 사용하였다. 이때, 그래프트 단량체인 이타콘산(알드리치 99%)는 사용전 수분제거를 위해 8시간 이상 진공건조하였다. 정제를 위해 xylene(삼천 99%), 아세톤(삼천 98%) 및 메탄올(삼천 98%)을 사용하였다.Polypropylene (Grade: HP 552N, MFI: 14, manufactured by Polyfilm Corporation, PP) as a main chain, 2 parts by weight of an initiator, 5-Bis (tert-butylperoxy) -2,5-dimethylhexane (Aldrich 90%) was used. At this time, itaconic acid (Aldrich 99%), which is a graft monomer, was vacuum dried for 8 hours or longer to remove moisture before use. For the purification, xylene (99%), acetone (98%) and methanol (98%) were used.

PP-g-IA 제조공정은 다음과 같다.The production process of PP-g-IA is as follows.

브라벤더 믹서(Brabender　 GmbH & Co, PLASTI-CORDER 680135 type)를 이용하여 190℃, 70rpm 조건에서 PP를 투입하여 용융된 상태로 만든 후, 개시제와 IA를 차례대로 투입한 뒤 6분 동안 반응을 진행하였다. 제조과정에서 투입된 PP, IA 및 개시제의 양을 표 1에 정리되어 있다. 이후 정제과정으로 생성된 물질을 뜨거운 자일렌에 용해시킨 뒤 아세톤에 의해 재결정시켜 미반응 단량체를 제거시켰다. 이후 24시간 동안 메탄올을 용매로 한 soxhlet 장치를 이용하여 불순물인 개시제, 미반응 단량체, 동종중합체 등을 제거하였다.
Using a Brabender GmbH & Co. (PLASTI-CORDER 680135 type), the PP was melted at 190 ° C and 70 rpm. The initiator and IA were added in sequence and the reaction was continued for 6 minutes Respectively. The amounts of PP, IA, and initiator added during the manufacturing process are summarized in Table 1. Subsequently, the resulting material was dissolved in hot xylene and recrystallized with acetone to remove unreacted monomers. Then, impurities such as an initiator, an unreacted monomer and a homopolymer were removed by using a soxhlet apparatus in which methanol was used as a solvent for 24 hours.

한편, 도 1은 개시제의 함량이 일정할 때, IA의 투입량에 따른 graft ratio의 변화를 나타낸 그래프이다. IA 함량이 1 wt. % 에서 5 wt. %까지 증가함에 따라 graft ratio가 증가하는 것을 확인하였으나, 10 wt. %에서는 오히려 감소되는 것이 확인되었다. 이는 개시제 대비 IA 투입량이 높아져 IA의 homopolymerization이 발생한 것으로 판단된다.
Meanwhile, FIG. 1 is a graph showing the change of the graft ratio according to the amount of IA when the content of the initiator is constant. IA content is 1 wt. % To 5 wt. %, And the graft ratio was increased. %. This indicates that homopolymerization of IA has occurred due to the high input of IA compared to the initiator.

이타콘산이 그래프트된 폴리프로필렌 공중합체(PP-g-IA)의 그래프트 비율은 FT-IR을 이용하여 M. Yazdani-Pedram 등이 제시한 방법에 따라 계산하였으며, PP-g-IA(그래프트 비율) 형태로 명명하였다.The graft ratio of polypropylene copolymer grafted with itaconic acid (PP-g-IA) was calculated according to the method proposed by M. Yazdani-Pedram et al. Using FT-IR and PP-g-IA (graft ratio) Respectively.

NameName PP (g)PP (g) IA(g)IA (g) IA (wt. %)IA (wt.%) Initiatora(wt.%)Initiator a (wt.%) Graft ratiob(중량%)Graft ratio b (% by weight) PP-g-IA0 .75 PP-g-IA 0 .75 24.7524.75 0.250.25 1One 1One 0.750.75 PP-g-IA0 .90 PP-g-IA 0 .90 24.5024.50 0.500.50 22 1One 0.900.90 PP-g-IA1 .00 PP-g-IA 1 .00 23.7523.75 1.251.25 55 1One 1.001.00 PP-g-IA0 .89 PP-g-IA 0 .89 22.5022.50 2.502.50 1010 1One 0.890.89

a. 2,5-Bis(tert-butylperoxy)-2,5-dimethylhexanea. 2,5-Bis (tert-butylperoxy) -2,5-dimethylhexane

b. FT-IR로 결정
b. Determined by FT-IR

실시예Example 1:  One: PPPP -g--g- IAIA 를 상용화제로 사용한 As a compatibilizer PPPP /  / EVOHEVOH 블렌드Blend

제조예 1에서 제조된 PP-g-IA를 상용화제로 투입한 PP와 EVOH의 블렌드를 제조하기 위해 브라벤더 믹서를 이용하였다. 제조 조건을 190℃, 50rpm, 10분으로 설정하였고, PP와 EVOH의 투입량은 90/10으로 고정시키고, 상기 제조된 PP-g-IA의 투입량을 변화시켜 실험을 진행하였다. 투입된 PP, EVOH 및 상용화제로서 PP-g-IA의 함량은 표 2에 정리되어 있다. 제조한 블렌드는 PP/EVOH/PP-g-IA graft ratio(투입함량)으로 표기하였고, 투입함량의 단위는 phr(parts per hundred resin)로 나타내었다.A Brabender mixer was used to prepare a blend of PP and EVOH with PP-g-IA prepared in Preparation Example 1 as a compatibilizer. The production conditions were set at 190 ° C., 50 rpm, 10 minutes, the amount of PP and EVOH was fixed at 90/10, and the amount of PP-g-IA was changed. The contents of PP-g-IA as input PP, EVOH and compatibilizer are summarized in Table 2. The blend prepared was PP / EVOH / PP-g-IA graft ratio (input content), and the input content is expressed in phr (parts per hundred resin).

NameName PP(g)PP (g) EVOH(g)EVOH (g) PP-g-IA1 .00(g) PP-g-IA 1 .00 ( g) PP/EVOHPP / EVOH 31.531.5 3.53.5 00 PP/EVOH/PP-g-IA1 .00 (2.5)PP / EVOH / PP-g- IA 1 .00 (2.5) 31.531.5 3.53.5 0.8750.875 PP/EVOH/PP-g-IA1 .00 (5)PP / EVOH / PP-g- IA 1 .00 (5) 31.531.5 3.53.5 1.751.75 PP/EVOH/PP-g-IA1 .00 (10)PP / EVOH / PP-g- IA 1 .00 (10) 31.531.5 3.53.5 3.53.5 PP/EVOH/PP-g-IA1 .00 (20)PP / EVOH / PP-g- IA 1 .00 (20) 31.531.5 3.53.5 77

실험예Experimental Example 1:  One: FTFT -- IRIR 의한  by PPPP -g--g- IAIA 구조 분석 Structure analysis

PP 및 PP-g-IA 의 구조를 확인하기 위해, NEXUS(Thermo Nicolet)에서 제조한 Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR)을 이용하여 분석하였다. PP and PP-g-IA were analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) manufactured by NEXUS (Thermo Nicolet).

FT-IR 측정 결과, 도 2 에 나타난 바와 같이, PP 및 PP-g-IA는 공통적으로 PP의 C-H stretch에 해당하는 피크가 2900 cm-1 부근에서 강하게 나타났지만, PP-g-IA는 PP에서는 나타나지 않는 1710 cm-1 부근에서는 itaconic acid의 carbonyl group 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
As a result of the FT-IR measurement, PP and PP-g-IA showed strong peaks corresponding to CH stretch of PP in the vicinity of 2900 cm -1 , but PP-g- The carbonyl group peak of itaconic acid was observed around 1710 cm -1 , which is not observed.

실험예Experimental Example 2:  2: 1One H-H- NMRNMR 에 의한 On by PPPP -g--g- IAIA 구조 분석 Structure analysis

PP 및 PP-g-IA의 구조를 파악하기 위해 Bruker사의 AVANCE 400, 500 MHz모델인 1H NMR를 사용하여 50℃에서 CDCl3 용매에 용해시켜 분석하였다.PP and PP-g-IA were analyzed by dissolution in CDCl 3 solvent at 50 ° C using 1 H NMR of Bruker's AVANCE 400, 500 MHz model.

1H-NMR 분석결과를 도 4에 도시하였다. 2.1 ppm에서 이타콘산의 메틸렌 기의 양성자에 의한 피크가 singlet 형태로 나타나는 것을 확인하였다. 이를 토대로 PP에 IA가 성공적으로 그래프트 되었음을 확인하였다.(도 3)
 The results of 1 H-NMR analysis are shown in Fig. It was confirmed that the peak due to the proton of the methylene group of itaconic acid appeared as singlet at 2.1 ppm. Based on this, it was confirmed that IA was successfully grafted to the PP (FIG. 3).

실험예Experimental Example 3:  3: PPPP // EVOHEVOH // PPPP -g--g- IAIA 블렌드의Blend 모폴로지Morphology 특성 분석 Character analysis

도 4는 PP 및 PP/EVOH의 블렌드를 PP-g-IA의 함량에 따라 제조한 시료를 SEM(scanning electron microscope)을 이용하여 측정한 도이다. PP-g-IA를 첨가하지 않았을 경우, 도 4b와 같이 PP와 EVOH의 상이 뚜렷하게 구분되는 것을 확인하였다. 반면 PP-g-IA의 첨가량이 2.5 Phr에서 20 Phr까지 증가할수록 두 상의 계면 접착성이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 PP-g-IA의 첨가량이 증가할수록 EVOH의 입자크기가 감소하는 것을 육안으로 확인하였다. 이는 도 5과 같이 상용화제인 PP-g-IA가 첨가됨에 따라 IA에 존재하는 카르보닐기와 EVOH에 존재하는 하이드록실기 사이에 수소결합이 발생하여, PP와 EVOH와의 상분리 현상을 억제하고 이에 따라 계면 접착성이 증가된 것이다. 결과적으로 PP/EVOH 블렌드에 있어서 PP-g-IA가 유효한 상용화제로의 역할을 하는 것을 확인하였다.
4 is a SEM (scanning electron microscope) image of a sample prepared by blending PP and PP / EVOH according to the content of PP-g-IA. When PP-g-IA was not added, it was confirmed that the phase of PP and EVOH was clearly distinguished as shown in FIG. 4B. On the other hand, it was confirmed that the interfacial adhesion of the two phases increased as the addition amount of PP-g-IA increased from 2.5 Phr to 20 Phr. Also, it was visually confirmed that the particle size of EVOH decreased as the amount of PP-g-IA added increased. As shown in FIG. 5, PP-g-IA, which is a compatibilizer, is added to form a hydrogen bond between a carbonyl group present in IA and a hydroxyl group present in EVOH to inhibit phase separation between PP and EVOH, The sex has increased. As a result, it was confirmed that PP-g-IA plays a role as an effective compatibilizer in the PP / EVOH blend.

실험예Experimental Example 4:  4: PPPP // EVOHEVOH // PPPP -g--g- IAIA 블렌드의Blend 열적특성Thermal properties 분석 analysis

PERKIN ELMER사의 DSC (TAC7)를 이용하여 Tm을 측정하였으며, -50-200℃의 온도 범위에서 온도를 10℃/분 간격으로 1차 승온시킨 후, 곧바로 2차 냉각을 하고, 다시 3차 승온을 시키며 측정하였으며, 시료의 양은 10 mg으로 한 시편당 두번씩 정밀하게 분석하여 제조된 블렌드 및 상용화제의 열적거동 특성을 확인하였다.The T m was measured using a DSC (TAC 7) manufactured by PERKIN ELMER. The temperature was raised at a rate of 10 ° C / minute in a temperature range of -50 to 200 ° C, followed by second cooling immediately, And the amount of the sample was 10 mg. The thermal behavior of the prepared blend and compatibilizer was confirmed by precise analysis twice per specimen.

도 6은 DSC를 이용하여 측정한 PP, EVOH 및 PP/EVOH의 Tm를 나타낸 그래프이다. EVOH의 Tm의 경우 상용화제의 함량이 증가할수록 감소하는 특성을 나타내었는데 이는 상용화제의 함량이 증가함에 따라 PP와 EVOH 두 상의 계면 접착성이 증가하기 때문에 EVOH 상의 Tm이 Matrix인 PP 쪽으로 이동하였다. 반면 PP의 Tm은 상용화제의 투입으로 인해 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 상용화제 첨가 및 EVOH와의 블렌드에 따른 PP의 결정화도 감소가 주요한 원인으로 판단된다.
6 is a graph showing the T m of PP, EVOH and PP / EVOH measured using DSC. The T m of EVOH decreased as the content of compatibilizer increased. As the content of compatibilizer increased, the interfacial adhesion between PP and EVOH increased, so that the T m of the EVOH was shifted toward PP Respectively. On the other hand, the T m of PP decreased due to the addition of compatibilizer, which is considered to be due to the addition of a compatibilizer and a decrease in the crystallinity of PP due to blending with EVOH.

실험예Experimental Example 5:  5: PPPP // EVOHEVOH // PPPP -g--g- IAIA 블렌드의Blend 기계적 물성 분석  Mechanical Properties Analysis

Tinius Olsen사의 H5K-T모델인 Universal testing machine(UTM) 인장 시험기를 사용하여 파단신율(%) 및 인장강도(MPa)를 구하였으며, 이 때 Crosshead speed 는 50 mm/분으로 설정하였다. 파단신율은 재료 인장시험시 재료가 늘어나는 비율을 말하며, 인장강도는 시험재료가 외력에 의해 파단될 때 생긴 응력을 MPa 단위로 나타낸 것을 의미한다.The elongation at break (%) and the tensile strength (MPa) were determined using a universal testing machine (UTM) tensile tester, T500-T model of Tinius Olsen. The crosshead speed was set at 50 mm / min. The elongation at break refers to the rate at which the material is stretched during the material tensile test and the tensile strength means the stress in MPa when the test material is broken by an external force.

표 3은 PP/EVOH 블렌드의 기계적 물성을 정리한 표이다. 블렌드의 인장강도의 경우 PP의 인장강도보다 낮은 23~28 MPa의 범위에서 나타났다. 상용화제의 함량에 따른 인장강도의 차이의 경향성은 나타나지 않았으며, 파단신율의 경우, 상용화제의 함량이 증가할수록 값이 증가하는 것을 확인하였다.Table 3 summarizes the mechanical properties of the PP / EVOH blend. The tensile strength of the blend ranged from 23 to 28 MPa, which is lower than the tensile strength of PP. The tendency of difference of tensile strength according to the content of compatibilizer was not shown, and it was confirmed that the elongation at break increased as the content of compatibilizer increased.

NameName 인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 모듈러스(MPa)Modulus (MPa) 파단신율(%)Elongation at break (%) PP/EVOHPP / EVOH 25.525.5 243.5243.5 10.110.1 PP/EVOH/PP-g-IA1 .00 (2.5)PP / EVOH / PP-g- IA 1 .00 (2.5) 26.326.3 244244 11.311.3 PP/EVOH/PP-g-IA1 .00 (5)PP / EVOH / PP-g- IA 1 .00 (5) 23.423.4 259259 11.611.6 PP/EVOH/PP-g-IA1 .00 (10)PP / EVOH / PP-g- IA 1 .00 (10) 25.125.1 178178 12.412.4 PP/EVOH/PP-g-IA1 .00 (20)PP / EVOH / PP-g- IA 1 .00 (20) 27.227.2 173173 15.515.5

Claims (10)

이타콘산(IA)이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체를 함유한 상용화제.
A compatibilizer containing a polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid (IA).
제1항에 있어서, 폴리프로필렌 g당 그래프트된 이타콘산은 0.5 중량% 내지 1.2 중량%인 상용화제.
The compatibilizer according to claim 1, wherein the grafted itaconic acid per g of polypropylene is 0.5 wt% to 1.2 wt%.
제1항에 있어서, 이타콘산(IA)이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체는 그래프트 중합용 개시제를 첨가하여 제조된 것인 상용화제.
The compatibilizer according to claim 1, wherein the polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid (IA) is prepared by adding an initiator for graft polymerization.
제3항에 있어서, 상기 개시제는 2,5-비스(tert-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산, 벤조일퍼옥사이드, 아세틸퍼옥사이드, 디라우릴퍼옥사이드, 디-tert-부틸퍼옥사이드, 디쿠밀하이드로퍼옥사이드, 과산화수소, 과황화칼륨, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥사이드)-헥산, 2,2-디(tert-부틸퍼옥사이드)-5,5,6-트리메틸비사이클로[2.2.1]헵탄, 2,2-디(3-메틸-1-부틴-3-일퍼옥사이드)-5,5,6-트리메틸비사이클로[2.2.1]헵탄, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥사이드)-헥신-3-디(tert-부틸퍼옥사이드-이소프로필)-벤젠, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸)발레로니트릴, 2,2-아조비스이소부티로니트릴, 디메틸-2,2'-아조비스(이소부티레이트)-2-2'-아조비스-(4-메톡시-2,4-디메틸 발레로니트릴)로 구성되는 군으로부터 하나이상 선택되는 것인 상용화제.
4. The composition of claim 3 wherein said initiator is selected from the group consisting of 2,5-bis (tert-butylperoxy) -2,5-dimethylhexane, benzoyl peroxide, acetyl peroxide, dilauryl peroxide, Dicumyl peroxide, dicumyl peroxide, hydrogen peroxide, potassium persulfate, 2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxide) -hexane, 2,2- 2,6-trimethylbicyclo [2.2.1] heptane, 2,2-di (3-methyl-1-butyne-3-yl peroxide) Di (tert-butylperoxide-isopropyl) -benzene, 2,2'-azobis (2,4-dimethyl) valerate Azoisobutyronitrile, 2,2-azobisisobutyronitrile, dimethyl 2,2'-azobis (isobutyrate) -2-2'-azobis- (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile ). ≪ / RTI >
제1항에 있어서, 이타콘산(IA)이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체는 150℃ 내지 250℃에서 그래프트 중합시킨 것인 상용화제.
The compatibilizer according to claim 1, wherein the polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid (IA) is graft polymerized at 150 ° C to 250 ° C.
폴리프로필렌 및 에틸렌비닐알코올(EVOH)을 함유하되 제1항 내지 제5항에 기재된, 이타콘산(IA)이 그래프트된 폴리프로필렌(PP) 공중합체가 상용화제로 포함된 블렌드.
A blend comprising a polypropylene (PP) copolymer grafted with itaconic acid (IA), which comprises polypropylene and ethylene vinyl alcohol (EVOH), as described in claims 1 to 5 as a compatibilizer.
제6항에 있어서, 0.1 내지 25 중량% 범위의 상용화제를 포함하는 블렌드.
7. The blend of claim 6 comprising from 0.1 to 25% by weight of a compatibilizer.
제6항에 기재된 블렌드로 제조된 식품포장재.
A food packaging material produced by the blend of claim 6.
제6항에 기재된 블렌드로 제조된 필름.
A film produced by the blend of claim 6.
제9항에 있어서, 파단신율이 10 내지 20 %를 갖는 것이 특징인 필름.The film according to claim 9, characterized in that the elongation at break ranges from 10 to 20%.
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