KR20220143226A - 직물 유사 외관을 구현할 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 - Google Patents

직물 유사 외관을 구현할 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 Download PDF

Info

Publication number
KR20220143226A
KR20220143226A KR1020210049366A KR20210049366A KR20220143226A KR 20220143226 A KR20220143226 A KR 20220143226A KR 1020210049366 A KR1020210049366 A KR 1020210049366A KR 20210049366 A KR20210049366 A KR 20210049366A KR 20220143226 A KR20220143226 A KR 20220143226A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermoplastic resin
biodegradable thermoplastic
resin composition
weight
parts
Prior art date
Application number
KR1020210049366A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102584414B1 (ko
Inventor
임종성
노태호
박상현
조정환
진선철
Original Assignee
주식회사 삼양사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 삼양사 filed Critical 주식회사 삼양사
Priority to KR1020210049366A priority Critical patent/KR102584414B1/ko
Publication of KR20220143226A publication Critical patent/KR20220143226A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102584414B1 publication Critical patent/KR102584414B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C08L101/16—Compositions of unspecified macromolecular compounds the macromolecular compounds being biodegradable
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/04—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids, e.g. lactones

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

본 발명은 직물 유사 외관을 구현할 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 특정 수준 이상의 중량평균분자량을 갖는 생분해성 열가소성 수지와 함께, 단면이 특정 범위의 평균 지름을 갖는 셀룰로오스 섬유를 특정 함량비로 포함함으로써, 우수한 직물 유사 외관을 구현할 수 있으며, 동시에 우수한 3차원(3D) 프린팅 출력성, 수축 방지성 및 거미줄 생성 방지 특성을 나타내어, FDM 형식의 3D 프린팅 필라멘트용으로 특히 적합한 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.

Description

직물 유사 외관을 구현할 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품{Biodegradable thermoplastic resin composition capable of achieving a fabric-like appearance and a molded article comprising the same}
본 발명은 직물 유사 외관을 구현할 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 특정 수준 이상의 중량평균분자량을 갖는 생분해성 열가소성 수지와 함께, 단면이 특정 범위의 평균 지름을 갖는 셀룰로오스 섬유를 특정 함량비로 포함함으로써, 우수한 직물 유사 외관을 구현할 수 있으며, 동시에 우수한 3차원(3D) 프린팅 출력성, 수축 방지성 및 거미줄 생성 방지 특성을 나타내어, FDM 형식의 3D 프린팅 필라멘트용으로 특히 적합한 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.
3D 프린팅 출력 방식은 그 용도에 따라 다양하나, 장비 가격, 재료의 수급 및 출력 난이도 등을 고려하였을 때, 산업 및 가정에 가장 많이 보급되어 있는 출력 방식은 재료 압출 방식(Fused Deposition Modeling, FDM)이다. 재료 압출 방식은 필라멘트 형태로 제공되는 소재를 노즐에서 녹여 적층하는 방식으로, 이러한 방식에 사용되는 3D 프린팅 필라멘트용 수지로는 폴리락트산(PLA), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리이미드(PI) 등이 있다. 이들 중에서 일반용으로 가장 많이 쓰이는 3D 프린팅 필라멘트용 수지는 폴리락트산 수지이다. 폴리락트산 수지는 출력시 냄새가 나지 않고, 상대적으로 낮은 온도에서도 출력이 가능하기 때문에 고가의 출력 장비를 필요로 하지 않는다. 폴리락트산 수지는 자체의 기계적 물성이 열악하기 때문에 우수한 기계적 특성이 요구되는 산업 영역에서의 적용이 어렵지만 친환경성과 생분해성 등과 같은 장점으로 인해 교육용 및 가정용으로 보급된 3D 프린팅 장비에 적용하기에 가장 적합하다고 볼 수 있다. 특히, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 소재의 필라멘트는 출력시 인체에 유해한 휘발성 유기화합물을 발생시키기 때문에, 최근에는 친환경 3D 프린팅용 소재가 각광받고 있다.
한편, 최근 인간중심 기술의 시대가 도래함에 따라, 소비자의 감성에 대한 만족은 소비자 니즈의 변화를 불러 일으키고 있으며, 산업 패러다임의 변화를 요구하고 있다. 즉, 과거 기술중심(Technology push)의 산업 패러다임이 인간중심(Demand pull)으로 변화되고 있으며, 이에 따라, 1980년대에는 “생산”, 1990년대에는 “기능”을 중심으로 하던 패러다임에서, 이제는 기술과 감성이 결합하는 패러다임으로 전환되고 있으며, 그 결과, 최근에는 기술의 중요성이 유지되면서 인간의 감성이 구매의 중요 결정요소로 작용하고 있다. 이에 기업들은 디자인, 촉감 및 UI(User Interface) 등 구매자의 감성에 영향을 미치는 “감성 파워”를 구축하기 시작하였다.
소비자의 감성을 자극하는 데 있어 시각이 차지하는 비중은 매우 크다. 소비자의 시각적 측면에서 중요한 것은 자연 본연 소재와 유사한 외관의 느낌을 구현함에 있다. 섬유, 대리석, 나무 등과 같은 자연 본연 소재의 컬러 및 외관 특성을 부가적인 도색 공정 없이 구현할 수 있는 패브릭 소재 기술은 매우 희귀하다고 할 수 있으며, 이런 패브릭 소재는 다양한 분야에 활용될 수 있다.
자연친화적인 소재에 대한 고객 니즈 증가에 따라, 생분해성 수지 기반의 열가소성 필라멘트 소재에 자연 질감의 패브릭 소재를 접목하는 것에 더 큰 필요성이 대두되고 있다. 따라서 이와 같은 소비자의 친환경, 감성 측면의 필요성을 만족시키기 위한 우수한 3D 프린팅 필라멘트용 열가소성 수지 조성물에 대한 개발이 필요하다. 하지만 패브릭 소재의 접목에 따라 우수한 3D 프린팅 출력성과 수축방지성 및 거미줄 생성 방지 특성을 가진 필라멘트 소재에 대한 개발이 미흡한 실정이다.
본 발명의 목적은, 우수한 직물 유사 외관을 구현할 수 있으며, 동시에 우수한 3D 프린팅 출력성, 수축 방지성 및 거미줄 생성 방지 특성을 나타내어 3D 프린팅 필라멘트용으로 특히 적합하게 사용될 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 생분해성 열가소성 수지 조성물로서, (A) 생분해성 열가소성 수지 및 (B) 셀룰로오스 섬유를 포함하며, 상기 생분해성 열가소성 수지의 중량평균분자량(Mw)이 106,000 g/mol 이상이고, 상기 셀룰로오스 섬유의 단면이 5.5 내지 14.5 ㎛의 평균 지름을 가지며, 조성물 총 100 중량부 내의 상기 셀룰로오스 섬유의 함량이 39 중량부 이하인, 생분해성 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
본 발명에 따른 생분해성 열가소성 수지 조성물은, 기존의 열가소성 조성물과 대비하여 보다 우수한 직물 유사 외관을 소재에 구현할 수 있으며, 동시에 우수한 3D 프린팅 출력성, 수축 방지성 및 거미줄 생성 방지 특성을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물은 3D 프린팅용 필라멘트에 매우 적합하게 사용될 수 있으며, 나아가 이를 기반으로 한 3D 프린팅 성형품은 다양한 형태의 내외관에 적용될 수 있다.
도 1은 3D 프린팅용 필라멘트의 거미줄 생성 방지 특성 평가 기준을 예시한 도면으로, 3D 프린팅 시 거미줄이 생기지 않을수록 높은 점수(최고 5점)에 해당한다.
도 2는 3D 프린팅용 필라멘트의 수축 방지성 평가 기준을 예시한 도면으로, 3D 프린팅으로 네모 상자를 출력시 모서리 부분이 휘어지지 않을수록 높은 점수(최고 5점)에 해당한다.
도 3은 3D 프린팅용 필라멘트의 서포트 부착성 평가 기준을 예시한 도면으로, 3D 프린팅 시 출력물이 서포트에 잘 부착될수록 높은 점수(최고 5점)에 해당한다.
(노즐 온도: 400℃, 챔버 온도: 160℃, 노즐 속도: 40 mm/s, 노즐 직경: 0.4 mm)
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물은 (A) 생분해성 열가소성 수지 및 (B) 셀룰로오스 섬유를 포함한다.
(A) 생분해성 열가소성 수지
본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물은 생분해성 열가소성 수지에 후술하는 셀룰로오스 섬유가 분산된 형태일 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 생분해성 열가소성 수지의 종류에는 특별한 제한이 없으며, 3D 프린팅용 필라멘트에 적합한 생분해성 열가소성 수지가 사용될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 생분해성 열가소성 수지는 폴리락트산(PLA) 수지, 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 수지, 폴리부틸렌-아디페이트-테레프탈레이트(PBAT) 수지, 폴리하이드록시 알카노에이트(PHA)계 바이오폴리에스터(예컨대, 폴리하이드록시부티레이트(PHB) 수지), 폴리카프로락톤(PCL) 수지 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 생분해성 열가소성 수지의 중량평균분자량(Mw)은 106,000 g/mol 이상이다. 생분해성 열가소성 수지의 중량평균분자량이 106,000 g/mol 미만이면 수지의 점도가 매우 낮아져 필라멘트 가공에 문제가 될 수 있고, 3D 프린팅 출력물이 수축되기 쉬워지며, 3D 프린팅시 거미줄 생성이 증가할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 생분해성 열가소성 수지의 중량평균분자량은 250,000 g/mol 이하일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다만, 생분해성 열가소성 수지의 중량평균분자량이 상기 수준보다 지나치게 클 경우, 수지의 점도가 높아져 3D 프린팅시 출력성을 저하시킬 수 있다.
일 구체예에서, 상기 생분해성 열가소성 수지의 중량평균분자량은 106,000 g/mol 이상, 110,000 g/mol 이상, 115,000 g/mol 이상, 120,000 g/mol 이상, 125,000 g/mol 이상 또는 130,000 g/mol 이상일 수 있고, 또한 250,000 g/mol 이하, 240,000 g/mol 이하, 230,000 g/mol 이하, 220,000 g/mol 이하, 210,000 g/mol 이하, 200,000 g/mol 이하, 190,000 g/mol 이하, 180,000 g/mol 이하, 170,000 g/mol 이하 또는 160,000 g/mol 이하일 수 있다.
예를 들어, 상기 생분해성 열가소성 수지의 중량평균분자량은 110,000 g/mol 내지 250,000 g/mol, 120,000 g/mol 내지 200,000 g/mol 또는 130,000 g/mol 내지 180,000 g/mol일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일 구체예에서, 본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내에는 상기 생분해성 열가소성 수지가 61 중량부 내지 99.9 중량부의 양으로 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다만, 조성물 내의 생분해성 열가소성 수지 함량이 상기 수준보다 지나치게 낮으면 3D 프린팅시 출력성에 문제가 있을 수 있고, 반대로 상기 수준보다 지나치게 높으면 3D 프린팅 출력물이 수축되기 쉬워지고, 3D 프린팅시 거미줄 생성이 증가할 수 있으며, 상대적으로 셀룰로오스 섬유 함량이 줄어들어 직물 유사 외관 특성이 저하될 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내의 생분해성 열가소성 수지 함량은 61 중량부 이상, 65 중량부 이상, 70 중량부 이상, 75 중량부 이상, 80 중량부 이상, 85 중량부 이상 또는 90 중량부 이상일 수 있고, 또한 99.9 중량부 이하, 99 중량부 이하, 98 중량부 이하, 97 중량부 이하 또는 96 중량부 이하일 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 조성물 총 100 중량부 내의 생분해성 열가소성 수지 함량은 65 내지 99 중량부, 70 내지 98 중량부 또는 75 내지 97 중량부일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일 구체예에서, 상기 생분해성 열가소성 수지의 가공온도는 300℃이하일 수 있으며, 예를 들면 250℃이하 또는 180 내지 220℃일 수 있다. 생분해성 열가소성 수지의 가공온도가 상기 수준보다 지나치게 높으면, 그러한 온도에서 조성물을 성형할 때 그 안에 포함된 셀룰로오스 섬유의 일부가 융융 또는 분해될 수 있다.
(B) 셀룰로오스 섬유
본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물에 포함되는 셀룰로오스 섬유는 크게 이염 타입 셀룰로오스 섬유와 반이염 타입 셀룰로오스 섬유로 구분될 수 있다.
이염 타입 셀룰로오스 섬유의 경우 전체 베이스 수지의 컬러를 섬유의 컬러로 이염시키는 효과가 있으며, 반이염 타입의 경우 전체 수지의 기본 컬러를 유지하며 섬유의 경우만 컬러를 나타내므로 투톤 컬러를 가지는 효과를 줄 수 있다.
따라서, 본 발명에서 사용되는 셀룰로오스 섬유는 이염 타입 셀룰로오스 섬유, 반이염 타입 셀룰로오스 섬유 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 예를 들면, 2종 이상의 섬유 혼합물을 사용할 수 있다. 이염 타입과 반이염 타입을 혼합하여 사용하면 전체 컬러의 조색 효과 및 셀룰로오스 고유 색깔의 혼합으로 다양한 색감 효과를 줄 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 셀룰로오스 섬유의 단면은 5.5 내지 14.5 ㎛의 평균 지름을 가진다. 셀룰로오스 섬유 단면의 평균 지름이 5.5 ㎛ 미만이거나 14.5 ㎛를 초과하면, 조성물의 직물 유사 외관 특성이 저하되며, 또한 3D 프린팅시 거미줄 생성이 증가한다.
본 명세서에서, “셀룰로오스 섬유 단면의 평균 지름”이란, 섬유들 단면(길이 방향에 수직한 단면)의 최장축 직경의 평균을 의미한다. 예컨대, 섬유들 단면이 원형인 경우에는 그 원들의 직경의 평균을 의미하고, 섬유들 단면이 타원형인 경우에는 그 타원들의 장축 직경의 평균을 의미한다.
일 구체예에서, 상기 셀룰로오스 섬유 단면의 평균 지름은 5.5 ㎛ 이상, 6 ㎛ 이상, 6.5 ㎛ 이상, 7 ㎛ 이상, 7.5 ㎛ 이상, 8 ㎛ 이상, 8.5 ㎛ 이상 또는 9 ㎛ 이상일 수 있고, 또한 14.5 ㎛ 이하, 14 ㎛ 이하, 13.5 ㎛ 이하, 13 ㎛ 이하, 12.5 ㎛ 이하, 12 ㎛ 이하, 11.5 ㎛ 이하 또는 11 ㎛ 이하일 수 있다.
예를 들어, 상기 셀룰로오스 섬유 단면의 평균 지름은 6 내지 14 ㎛, 8 내지 12 ㎛ 또는 9 내지 11 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 셀룰로오스 섬유의 형태는, 예컨대, 침상형태(Needle-shaped)일 수 있으나, 이에 특별히 한정되지 않는다.
일 구체예에서, 상기 셀룰로오스 섬유의 길이는 0.2 mm 이상, 0.5 mm 이상, 0.8 mm 이상, 1.0 mm 이상 또는 1.2 mm 이상일 수 있고, 또한 2 mm 이하, 1.8 mm 이하, 1.5 mm 이하 또는 1.3 mm 이하일 수 있으며, 예를 들면, 0.2 내지 2 mm, 0.5 내지 1.8 mm 또는 0.5 내지 1.5 mm 일 수 있다. 셀룰로오스 섬유의 길이가 상기 수준보다 지나치게 작으면 섬유가 수지 표면상에 잘 나타나지 않으므로 직물 유사 외관 특성이 부족할 수 있고, 2종 이상의 셀룰로오스 섬유를 조합한 경우 그 효과가 구현되기 어려울 수 있다. 반대로 셀룰로오스 섬유의 길이가 상기 수준보다 지나치게 크면 외관에 부자연스러운 느낌이 들 수 있다.
일 구체예에서, 자연스러운 직물 유사 외관을 구현하기 위하여 상기 셀룰로오스 섬유 단면의 평균 종횡비는 0.1 이상, 0.15 이상, 0.18 이상, 0.2 이상, 0.22 이상 또는 0.25 이상일 수 있고, 1.0 이하, 0.8 이하, 0.6 이하, 0.5 이하, 0.4 이하, 0.35 이하, 0.32 이하, 0.3 이하 또는 0.28 이하일 수 있으며, 예를 들면, 0.15 내지 0.35, 0.18 내지 0.32 또는 0.2 내지 0.3일 수 있다. 여기서, “섬유 단면의 평균 종횡비(aspect ratio)”는 섬유들 단면의 최장축 직경 대 최단축 직경의 비율의 평균이다.
본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내에는 상기 셀룰로오스 섬유가 39 중량부 이하의 양으로 포함된다. 조성물 100 중량부 내의 셀룰로오스 섬유 함량이 39 중량부를 초과하면 3D 프린팅시 부착성이 매우 떨어져 조성물을 3D 프린팅용 필라멘트로 활용하기 어렵다.
일 구체예에서, 조성물 총 100 중량부 내의 상기 셀룰로오스 섬유 함량은 0.1 중량부 이상일 수 있다. 조성물 내 셀룰로오스 섬유 함량이 상기 수준보다 적으면 3D 프린팅 출력물이 수축되기 쉬워지고, 3D 프린팅시 거미줄 생성이 증가할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내의 셀룰로오스 섬유 함량은 0.1 중량부 이상, 0.5 중량부 이상, 1 중량부 이상, 1.5 중량부 이상 또는 2 중량부 이상일 수 있고, 또한 39 중량부 이하, 35 중량부 이하, 30 중량부 이하, 25 중량부 이하, 20 중량부 이하, 15 중량부 이하, 10 중량부 이하 또는 5 중량부 이하일 수 있다.
예를 들어, 조성물 총 100 중량부 내의 셀룰로오스 섬유 함량은 0.1 내지 30 중량부, 0.5 내지 25 중량부 또는 1 내지 20 중량부일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일 구체예에서, 상기 셀룰로오스 섬유의 열분해온도는 300℃이하, 290℃이하, 280℃이하, 270℃이하, 260℃이하 또는 250℃이하일 수 있으며, 또한 200℃이상, 210℃이상, 220℃이상, 230℃이상 또는 240℃이상일 수 있고, 예를 들면 200℃내지 300℃일 수 있으며, 바람직하게는 240℃내지 300℃일 수 있다. 셀룰로오스 섬유의 열분해온도가 지나치게 낮으면 압출 3D 프린팅 성형시에 열분해 및 열변색 등의 문제가 발생할 수 있으며, 반대로 지나치게 높으면 가공을 위하여 별도 처리가 필요하거나 직물 유사 외관 특성이 저하될 수 있다.
임의의 첨가제
본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물은, 전술한 성분 (A) 및 (B) 이외에도, 사출 성형 또는 압출 성형용 열가소성 수지 조성물에 통상적으로 첨가되는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물은, 산화방지제, 활제, 자외선 흡수제, 광 안정제, 충격 보강제, 소광제, 난연제 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 산화방지제로는 페놀계 화합물, 포스파이트계 화합물, 티오에스테르계 화합물 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 활제로는 폴리에틸렌계 화합물, 에틸렌-에스테르계 화합물, 에틸렌글리콜-글리세린 에스테르계 화합물, 몬탄계 화합물, 에틸렌글리콜-글리세린 몬탄산 에스테르계 화합물 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 자외선 흡수제는 특별히 한정하지 않으며, 시중에 판매하는 제품을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 광 안정제로는 벤조트리아졸계 화합물, 하이드록시페닐트리아진계 화합물, 피리미딘계 화합물, 시아노아크릴레이트계 화합물 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 충격 보강제로는 코어-쉘 구조의 MBS(Methacrylate Butadiene Stylene)계 충격 보강제, 아크릴계 충격 보강제, 실리콘계 충격 보강제 및 CPE(Chlorinated PolyEthylene)계 충격 보강제 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 소광제로는 무기계 소광제 또는 유기계 소광제를 사용할 수 있다. 상기 무기계 소광제로는 실리카, 산화마그네슘, 지르코니아, 알루미나, 티타니아 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 상기 유기계 소광제로는 가교화된 비닐계 공중합체를 사용할 수 있으며, 상기 비닐계 공중합체의 단량체는 스티렌, 아크릴로니트릴, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트 또는 부틸(메타)아크릴레이트 등에서 선택된 하나 이상의 단량체일 수 있다.
본 발명의 수지 조성물에 있어서, 임의 성분인 상기 첨가제의 함량은 특별히 제한되지 않고, 본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물의 목적하는 물성을 해치지 않는 범위에서 추가의 기능을 부가하기 위해 사용될 수 있는 정도의 양이다.
일 구체예에 따르면, 본 발명의 수지 조성물 100 중량부 내의 상기 첨가제의 함량은 0.1 내지 10 중량부일 수 있고, 보다 구체적으로는 0.5 내지 5 중량부일 수 있다. 조성물 내 첨가제의 함량이 상기 수준보다 지나치게 적으면 첨가제의 사용에 따른 각종 기능의 개선 효과가 미미할 수 있고, 반대로 상기 수준보다 지나치게 많으면 필라멘트 물성이 열악해질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
본 발명에 따른 생분해성 열가소성 수지 조성물은, 기존의 열가소성 조성물과 대비하여 보다 우수한 직물 유사 외관을 소재에 구현할 수 있으며, 동시에 우수한 3D 프린팅 출력성, 수축 방지성 및 거미줄 생성 방지 특성을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물은 3D 프린팅용 필라멘트에 매우 적합하게 사용될 수 있으며, 나아가 이를 기반으로 한 3D 프린팅 성형품은 다양한 형태의 내외관에 적용될 수 있다.
상기 성형품의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 수지 조성물의 압출 또는 사출에 사용되는 통상의 장비 및 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 생분해성 열가소성 수지 조성물을 160℃내지 220℃및 200 rpm 내지 250 rpm 조건에서 32파이 2축 압출기(L/D=40, 25mm)를 사용하여 압출을 진행한 후, 동일한 온도 조건에서 1축 압출기를 통해 3D 프린팅용 필라멘트로 제조할 수 있다. 또한 이렇게 제조된 필라멘트를 사용하여 동일한 온도 조건에서 3D 프린팅 출력을 진행하면 3D 프린팅 출력물을 제조할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
이하의 실시예와 비교예에서 사용된 각 성분들은 다음과 같다:
(A) 생분해성 열가소성 수지
A-1: 폴리락트산(PLA) 수지(Mw=105,000 g/mol)(Total-Corbion)
A-2: 폴리락트산(PLA) 수지(Mw=130,000 g/mol)(Total-Corbion)
A-3: 폴리부틸렌숙시네이트(PBS) 수지(Mw=약 150,000 g/mol)(Ankor-bioplastics)
(B) 셀룰로오스 섬유
Figure pat00001
(C) 첨가제
활제: 폴리에틸렌계 활제
산화방지제: 페놀계 산화방지제
실시예 1
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 생분해성 열가소성 수지, 활제, 산화방지제, 셀룰로오스 섬유의 혼합물 100 중량부를 기재된 함량으로 믹서로 잘 혼합하고 균일하게 분산시켜 생분해성 열가소성 수지 조성물을 제조하였다. 이후 180℃내지 220℃및 200 rpm 내지 250 rpm 조건에서 32파이 2축 압출기(L/D=40, 25mm)를 사용하여 상기 제조된 생분해성 열가소성 수지 조성물에 대한 압출을 진행하였으며, 동일한 온도 조건에서 1축 압출기를 이용하여 3D 프린팅용 필라멘트를 제조하였다.
직물 유사 질감 평가를 위한 사출 시편의 경우, 900mm×650mm 크기의 직사각형 다단 시편으로 제조하였다.
실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 5
생분해성 열가소성 수지 종류, 셀룰로오스 섬유의 종류 및 함량을 하기 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 3D 프린팅용 필라멘트를 제조하였다.
[물성 측정 방법]
상기 제조된 조성물들에 대하여, 직물 유사 외관 특성으로서 섬유감(섬유지수) 및 3D 프린팅용 필라멘트로서의 성형 특성들을 하기와 같은 방법으로 평가하였다.
(1) 직물 유사 외관 특성
칸세이 엔지니어링 프로세스를 응용하여 섬유감(섬유지수)을 평가하였다. 섬유감(섬유지수)의 평가 항목은 다음과 같다.
Figure pat00002
평가 집단(총 평가자 10명)은 사용자(고객) 집단과 설계자 집단으로 나누어 진행하였으며, 평가자들은 시각적으로 보았을 때 전체적인 섬유감 점수(섬유지수)를 평가하였으며, 가장 섬유감이 높은 샘플을 100점, 가장 섬유감이 낮은 샘플을 0점으로 평가하였다. 최종 섬유지수는 평가자들의 섬유지수의 합산을 통해 산정하였다. 섬유지수가 우수한 샘플들의 세부 평가 항목을 통해 섬유지수에 가장 중요한 요소들을 유추할 수 있으며, 평가 결과는 세부 설계 스펙을 구성할 때 적용될 수 있다.
(2) 3D 프린팅용 필라멘트로서의 성형 특성
- 거미줄 생성 방지 특성: 3D 프린팅 시 거미줄이 생기지 않을수록 높음(최고 5점)
- 수축 방지성: 네모 상자 출력 시 모서리 부분이 휘어지지 않을수록 높음(최고 5점)
- 서포트 부착성: 3D 프린팅 시 출력물이 서포트에 잘 부착될수록 높음(최고 5점)
상기 항목들의 평가 기준을 각각 도 1 내지 도 3에 예시적으로 나타내었다.
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 표 1의 결과로부터, 실시예 1 내지 4의 조성물들은 모두 우수한 직물 유사 외관을 구현하였으며, 동시에 3D 프린팅용 필라멘트로서 갖춰야 할 물리적 특성들도 우수하였음을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1은 섬유감이 현저히 감소하였고, 수축 방지성이 저하되었으며, 거미줄 방지 특성 또한 하락하였다. 비교예 2는 서포트 부착성이 매우 낮아 3D 프린팅 필라멘트로 활용하기 어려웠으며, 비교예 3 및 4는 직물 유사 느낌 구현 정도가 현저히 낮았고, 비교예 5는 3D 프린팅시 거미줄 생성량이 매우 증가하였고 출력물의 수축이 크게 발생하였다.

Claims (9)

  1. 생분해성 열가소성 수지 조성물로서,
    (A) 생분해성 열가소성 수지 및 (B) 셀룰로오스 섬유를 포함하며,
    상기 생분해성 열가소성 수지의 중량평균분자량(Mw)이 106,000 g/mol 이상이고,
    상기 셀룰로오스 섬유의 단면이 5.5 내지 14.5 ㎛의 평균 지름을 가지며,
    조성물 총 100 중량부 내의 상기 셀룰로오스 섬유의 함량이 39 중량부 이하인,
    생분해성 열가소성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 생분해성 열가소성 수지가 폴리락트산(PLA) 수지, 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 수지, 폴리부틸렌-아디페이트-테레프탈레이트(PBAT) 수지, 폴리하이드록시 알카노에이트(PHA)계 바이오폴리에스터, 폴리카프로락톤(PCL) 수지 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 생분해성 열가소성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 셀룰로오스 섬유가 이염 타입 셀룰로오스 섬유, 반이염 타입 셀룰로오스 섬유 또는 이들의 혼합물인, 생분해성 열가소성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 생분해성 열가소성 수지의 중량평균분자량(Mw)이 110,000 g/mol 내지 250,000 g/mol인, 생분해성 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 조성물 총 100 중량부 내의 셀룰로오스 섬유의 함량이 0.1 내지 30 중량부인, 생분해성 열가소성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 셀룰로오스 섬유의 열분해온도가 200℃내지 300℃인, 생분해성 열가소성 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 산화방지제, 활제, 자외선 흡수제, 광 안정제, 충격 보강제, 소광제, 난연제 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는, 생분해성 열가소성 수지 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 생분해성 열가소성 수지 조성물을 포함하는 성형품.
  9. 제8항에 있어서, 3D 프린팅용 필라멘트인, 성형품.
KR1020210049366A 2021-04-15 2021-04-15 직물 유사 외관을 구현할 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 KR102584414B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210049366A KR102584414B1 (ko) 2021-04-15 2021-04-15 직물 유사 외관을 구현할 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210049366A KR102584414B1 (ko) 2021-04-15 2021-04-15 직물 유사 외관을 구현할 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220143226A true KR20220143226A (ko) 2022-10-25
KR102584414B1 KR102584414B1 (ko) 2023-10-05

Family

ID=83804183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210049366A KR102584414B1 (ko) 2021-04-15 2021-04-15 직물 유사 외관을 구현할 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102584414B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160001877A (ko) * 2014-06-27 2016-01-07 제일모직주식회사 외장재용 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품
JP2016060048A (ja) * 2014-09-16 2016-04-25 帝人株式会社 ポリ乳酸ストランド
KR20170093094A (ko) * 2017-08-01 2017-08-14 롯데첨단소재(주) 외장재용 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품
JP2020001257A (ja) * 2018-06-27 2020-01-09 ユニチカ株式会社 樹脂組成物およびフィラメント状成形体
US20210079211A1 (en) * 2017-12-15 2021-03-18 University Of Guelph Biodegradable nanostructured composites

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160001877A (ko) * 2014-06-27 2016-01-07 제일모직주식회사 외장재용 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품
JP2016060048A (ja) * 2014-09-16 2016-04-25 帝人株式会社 ポリ乳酸ストランド
KR20170093094A (ko) * 2017-08-01 2017-08-14 롯데첨단소재(주) 외장재용 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품
US20210079211A1 (en) * 2017-12-15 2021-03-18 University Of Guelph Biodegradable nanostructured composites
JP2020001257A (ja) * 2018-06-27 2020-01-09 ユニチカ株式会社 樹脂組成物およびフィラメント状成形体

Also Published As

Publication number Publication date
KR102584414B1 (ko) 2023-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6246906B2 (ja) 表面粗さを有する複合材料構造体
TWI690410B (zh) 三次元造形物的製造方法及三次元造形物製造用的絲
US20200325323A1 (en) Dimensionally stable acrylic alloy for 3-d printing
CN111073192B (zh) 一种灯罩及其制备方法
CN104497562A (zh) 一种用于3d打印的尼龙基材料及其制备方法
JP2011201961A (ja) 樹脂着色剤および樹脂組成物
CN104672737A (zh) 耐候性asa基复合材料、共挤成型塑料制品和塑料制品
CN106496858A (zh) 一种光扩散型软质彩色pvc组合物及其应用
CN101838444B (zh) 一种免底漆装饰件用聚酯材料及其制备方法
KR102384851B1 (ko) 폐플라스틱을 활용한 재생 플라스틱 제조방법
KR102584414B1 (ko) 직물 유사 외관을 구현할 수 있는 생분해성 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품
AU2011296634B2 (en) Matting and/or frosting additive for polymers or polymer blends
KR20220000876A (ko) 3d 프린팅 필라멘트용으로 적합한 탄소섬유-강화 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품
KR102262931B1 (ko) 구상 금속 입자를 포함하는 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품
KR20210086750A (ko) 직물 유사 외관 및 촉감을 구현할 수 있는 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품
CN104672758A (zh) Abs复合材料及其制备方法
CN105255060B (zh) Pvc-mma复合材料和塑料制品
CN105670125A (zh) 高光洁长玻纤阻燃增韧聚丙烯共混材料及其制备方法
CN109593312B (zh) 一种透明气凝胶/树脂组合物及其制备方法
CN102863749A (zh) 一种低翘曲玻纤增强聚酯复合材料及其制备方法
JP2008143014A (ja) 木粉配合樹脂成形体
CN107304286A (zh) 3d列印材料
JP2020125376A (ja) 樹脂組成物、樹脂成形体、及び樹脂組成物の製造方法
CN104558810A (zh) 一种低光泽度聚丙烯复合材料及其制备方法
KR102209795B1 (ko) 금속 입자를 포함하는 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 성형품

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant