KR20230060664A - 자외선 투과율이 우수한 uv살균용 아크릴계 공중합체의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선 투과율이 우수한 UV살균용 아크릴계 공중합체의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 UV살균용 아크릴계 공중합체는 입체규칙성을 조절함에 따라, 우수한 투명성 및 기계적 물성뿐만이 아니라 향상된 280nm 파장대의 자와선 투과율을 나타냄으로써, 종래에 미흡한 자외선 투과율을 갖는 아크릴계 공중합체를 대체할 수 있고, 이를 생활용품 및 의료용 UV살균 장치에 적용할 수 있다.
Description
본 발명은 자외선 투과율이 우수한 UV살균용 아크릴계 공중합체의 제조방법에 관한 것이다.
최근 위생에 대한 관심이 높아지면서 유해물질 차단이나 살균 기능을 갖춘 가전 및 가구의 수요가 증가하고 있다. 예를 들면, 식기살균 건조기, 칫솔살균기 및 침구 살균기 등과 같은 생활용품을 살균해주는 가전부터 정수기용 수조살균램프까지 다양한 분야에서 살균제품들이 사용되고 있다.
일반적으로 살균은 세균 즉, 미생물의 DNA 구조를 파괴시키는 250 내지 280㎚ 범위의 UV-C 파장대의 광원을 이용하여 수행된다. 또한 UV살균장치는 UV LED와 상기 LED 램프를 장착시켜주는 하우징으로 구성되어 있다. 이때, 상기 하우징은 재료 자체의 투명성 및 상술한 파장대의 광원에 대한 투과율이 우수하고, 실생활에서 사용되어야 하기 때문에 내스크래치성 등과 같은 기계적 물성이 우수해야 한다.
한편, 메틸메타크릴레이트 등과 같은 아크릴계 공중합체는 우수한 투명성 및 내후성을 가지며 내스크래치성 등과 같은 기계적 물성이 뛰어나, 자동차 후미등 커버, 인조 대리석 및 핸드폰 커버 윈도우 등 산업 전반에 걸쳐 투명 소재로 폭넓게 이용되고 있다. 하지만, 일반적인 아크릴계 공중합체는 석영 및 실리콘 등의 타 소재에 대비하여 자외선 투과율, 특히 280nm 이하 파장대에서 투과율이 미흡하여, 자외선 등의 짧은 파장을 이용한 살균이 요구되는 장치 및 산업 분야에 사용이 제한적이라는 치명적인 문제가 있다.
따라서, 종래의 아크릴계 공중합체의 우수한 투명성 및 기계적 물성은 유지하되, 250 내지 280㎚ 영역의 UV-C 파장대에서 투과율이 우수한 아크릴계 공중합체에 대한 연구가 절실히 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 280±1nm 파장대의 자외선 투과율이 80% 이상인 UV살균용 아크릴계 공중합체 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상술한 아크릴계 공중합체를 포함하는 UV살균용 성형품을 제조하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자는 자외선 투과율이 우수한 아크릴계 공중합체의 제조를 위해 끊임없이 연구한 결과, 아크릴계 공중합체의 입체규칙성을 조절함으로써, 280±1nm 파장대의 투과율이 80% 이상으로 탁월한 자외선 투과율을 나타낸다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다. 입체규칙성을 조절하는 방법은 본 발명에서 목적으로 하는 물성을 만족시키는 한에서는 제한되지 않지만, 일 예로 반응온도를 고온에서 저온으로 단계적으로 조절하여 반응하는 등의 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 180±1℃에서 1시간 및 170±1℃에서 나머지 반응시간 동안 단계적으로 반응시키는 등의 방법을 사용할 수 있다.
본 발명은 메틸메타크릴레이트, (메타)아크릴산, 중합개시제 및 사슬이동제를 포함하는 중합성 조성물로부터 제조되는 UV살균용 아크릴계 공중합체를 제공하며, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 1±0.1㎜ 두께에서 측정된 280±1㎚ 파장대의 자외선 투과율이 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 NMR에 의해 측정된 아이소택틱 비율이 40% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 신디오택틱(Syndiotactic) 비율 및 아이소택틱(Isotactic) 비율의 차이가 10 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 중합성 조성물은 메틸메타크릴레이트 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴산을 1 내지 20 중량부, 중합개시제를 0.0001 내지 0.5 중량부 및 사슬이동제를 0.01 내지 0.7 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 중합성 조성물은 메틸메타크릴레이트 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴산을 1 내지 5 중량부, 중합개시제를 0.005 내지 0.3 중량부 및 사슬이동제를 0.05 내지 0.5 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 중량평균분자량(Mw)이 80 내지 120 kg/mol일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 유리전이온도(Tg)가 90 내지 120℃일 수 있다.
본 발명은 상술한 UV살균용 아크릴계 공중합체를 포함하는 UV살균용 고분자 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 고분자 조성물로부터 제조된 UV살균용 성형품을 제공할 수 있다.
본 발명은 메틸메타크릴레이트, (메타)아크릴산, 중합개시제 및 사슬이동제를 포함하는 중합성 조성물을 180±1℃ 및 170±1℃에서 단계적으로 괴상(Bulk)중합하는 단계를 포함하는 UV살균용 아크릴계 공중합체의 제조방법을 제공하며, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 1±0.1㎜ 두께에서 측정된 280±1㎚ 파장대의 자외선 투과율이 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 NMR에 의해 측정된 아이소택틱 비율이 40% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 중합성 조성물은 메틸메타크릴레이트 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴산을 1 내지 5 중량부, 중합개시제를 0.005 내지 0.3 중량부 및 사슬이동제를 0.05 내지 0.5 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 UV살균용 아크릴계 공중합체는 입체규칙성을 조절함에 따라 우수한 투명성 및 기계적 물성뿐만이 아니라 탁월한 280±1nm 파장대의 자와선 투과율을 나타냄으로써, 종래에 미흡한 자외선 투과율을 갖는 아크릴계 공중합체를 대체할 수 있고, 이를 생활용품 UV살균 및 의료용 UV살균 장치에 적용할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 아크릴계 공중합체의 1H-NMR 분석 결과이다.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미하고, 중량%는 달리 정의되지 않는 한 전체 조성물 중 어느 하나의 성분이 조성물 내에서 차지하는 중량%를 의미한다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.
본 명세서에서 공중합체라 함은, 본 발명에서 단량체로 언급된 요소가 중합되어 공중합체 수지 내에서 반복 단위로서 포함되는 것을 의미하며, 본 발명에서 상기 공중합체는 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 일 양태에 따른 UV살균용 아크릴계 공중합체에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 UV살균용 아크릴계 공중합체는 입체규칙성, 구체적으로 아이소택틱 비율을 조절함에 따라, 280±1nm 파장대의 자외선 투과율이 80% 이상으로 탁월한 자외선 투과율을 나타내는 것을 특징으로 한다. 이러한 목적을 구현하기 위하여 상기 입체규칙성을 조절하기 위한 방법은, 본 발명에서 목적으로 하는 280±1nm 파장대의 자외선 투과율을 만족시키는 한에서 크게 제한되지 않지만, 일 예로 반응온도를 고온에서 저온으로 단계적으로 조절하여 반응하는 등의 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 180±1℃ 및 170±1℃에서 단계적으로 반응시키거나 190±1℃, 180±1℃ 및 170±1℃에서 단계적으로 반응시키는 등의 방법을 사용할 수 있다.
본 발명은 메틸메타크릴레이트, (메타)아크릴산, 중합개시제 및 사슬이동제를 포함하는 중합성 조성물로부터 제조되는 UV살균용 아크릴계 공중합체를 제공한다. 상기 아크릴계 공중합체는 250 내지 280㎚ 파장대의 자외선 투과율이 80% 이상을 나타내어 탁월한 자외선 투과율을 가진다는 장점이 있다.
바람직하게 상기 중합성 조성물은 괴상중합을 통해 제조될 수 있고, 괴상중합을 통해 제조된 아크릴계 공중합체는 유화제 및 분산안정제 등의 계면활성제; 및 용매; 등의 이물질을 실질적으로 포함하지 않아 고순도의 아크릴계 공중합체를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 (메타)아크릴산은 메타크릴산, 아크릴산 또는 이들이 조합일 수 있지만, 구체적으로 메타크릴산일 수 있다. 또한, 중합성 조성물은 메틸메타크릴레이트 및 (메타)아크릴산 이외에 추가의 단량체, 구체적으로 아크릴레이트 단량체 또는 메타크릴레이트 단량체를 더 포함할 수 있다. 상기 아크릴레이트 단량체의 비제한적인 예로, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 등이 있고, 메타크릴레이트 단량체의 비제한적인 예로 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트 및 2-에틸헥실메타크릴레이트 등이 있다.
상기 중합개시제는 상기 메틸메타크릴레이트에 용해되고, 자유라디칼 중합에서 통상적으로 사용하는 개시제 또는, 괴상중합(괴상중합)에 통상적으로 사용되거나 공지된 것이라면 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로 과산화물 개시제와 아조계열의 개시제 등을 사용할 수 있으며, 일 예로 벤조일퍼옥사이드 또는 2,2`-아조비스이소부틸로니트릴 (2-Azobis(2-methylpropionitrile))를 사용할 수 있다. 또한, 상기 중합 개시제의 함량은 본 발명에서 서술하는 물성을 저해하지 않는 한 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 사슬이동제는 당해 기술분야에 자명하게 공지된 화합물이면 제한되지 않으며, 구체적인 예를 들어, C1-C12 알킬기, 티올 관능기를 가지는 알킬 머캅탄 또는 둘 이상의 티올관능기를 가지는 폴리티올 머캅단에서 선택될 수 있다. 상기 알킬 머캅탄은 이소프로필 머캅탄, t-부틸 머캅탄, n-부틸 머캅탄, n-아밀 머캅탄, n-옥틸 머캅탄(NOM), n-도데실 머캅탄 및 t-도데실 머캅탄 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 측쇄(side chain)의 입체규칙성이 조절되었으며, 구체적으로 1H-NMR에 의해 측정된 아이소택틱 비율이 30 내지 60%, 구체적으로 38% 이상, 더욱 구체적으로 40% 이상일 수 있다. 상기 범위를 만족할 경우, 더욱 우수한 자외선(특히, 250 내지 280㎚ 파장대) 투과율을 나타내며, 이를 이용하여 살균효과가 우수한 UV살균용 성형품을 제조할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 1H-NMR에 의해 측정된 신디오택틱(Syndiotactic) 비율 및 아이소택틱(Isotactic) 비율의 차이가 13 이하, 구체적으로 10 이하, 더욱 구체적으로 5 이하일 수 있다. 상기 신디오택틱(Syndiotactic) 비율 및 아이소택틱(Isotactic) 비율은 상기 아크릴계 공중합체의 사슬모양이나 결정(crystalline)부분 및 무정형(amorphous)부분에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이에 신디오택틱(Syndiotactic) 비율 및 아이소택틱(Isotactic) 비율의 차이가 상기 범위를 만족하는 경우, 더욱 우수한 자외선 투과율을 나타낼 수 있어 더욱 좋다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 중합성 조성물은 메틸메타크릴레이트 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴산을 1 내지 20 중량부, 중합개시제를 0.0001 내지 0.5 중량부 및 사슬이동제를 0.01 내지 0.7 중량부로 포함될 수 있다. 구체적으로 메틸메타크릴레이트 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴산을 1 내지 5 중량부, 중합개시제를 0.005 내지 0.3 중량부 및 사슬이동제를 0.05 내지 0.5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 적절한 분자량 및 유리전이온도를 갖는 아크릴계 공중합체를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 중량평균분자량(Mw)이 50 내지 300 kg/mol, 구체적으로 80 내지 120 kg/mol, 더욱 구체적으로 85 내지 110 kg/mol일 수 있다. 상기 중량평균분자량은 목적으로 하는 물성에 따라 조절될 수 있으며, 통상적으로 사용하거나 공지된 방법을 이용하여, 구체적으로 사슬이동제을 투입하거나 함량을 조절하여 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 유리전이온도(Tg)가 90 내지 140℃, 구체적으로 90 내지 120℃, 더욱 구체적으로 100 내지 120℃일 수 있다. 상기 유리전이온도는 목적으로 하는 물성에 따라 조절될 수 있으며, 통상적으로 사용하거나 공지된 방법을 이용하여, 구체적으로 단량체의 투입비를 조절하여 조절할 수 있다.
태양광 자외선은 파장 320 내지 400 nm 영역의 자외선(UV-A), 파장 280 내지 320 nm 영역의 자외선(UV-B) 및 파장 280 nm 이하의 자외선(UV-C)으로 구분되는데, 상기 250 내지 280㎚ 범위의 UV-C 파장대의 자외선의 경우, 짧은 파장으로 에너지가 높기 때문에 미생물의 DNA 구조를 파괴시켜주어 살균에 적용되고 있다. 종래의 아크릴계 수지는 상기 280㎚ 이하의 파장대에서 투과율이 미흡하여 상기 UV살균용 장치에 적용하지 못하였다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크릴계 공중합체는 입체규칙성을 조절하여 280㎚ 이하의 파장대에서 우수한 자외선 투과율을 가질 수 있으며, 상기 아크릴계 공중합체를 UV살균용 장치의 하우징 등에 적용할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 280㎚ 이하의 파장대의 자외선은 250 내지 280㎚ 파장대의 자외선을 의미하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 1±0.1㎜ 두께에서 측정된 280±1㎚ 파장대의 자외선 투과율이 75% 이상, 바람직하게 80% 이상일 수 있다. 상기 자외선 투과율을 만족하는 UV살균용 아크릴계 공중합체는 종래의 아크릴계 공중합체의 문제점을 극복함으로써, 우수한 투명성 및 내스크래치성 뿐만이 아니라 탁월한 250 내지 280㎚ 파장대의 자외선 투과율을 가진다는 장점이 있다.
본 발명은 상술한 UV살균용 아크릴계 공중합체를 포함하는 UV살균용 고분자 조성물을 제공할 수 있다. 상기 UV살균용 고분자 조성물은 기계적 물성, 내열성 및 가공성 등을 조절하기 위하여 다른 종류의 고분자 및 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상기 고분자는 통상적으로 고분자 성형품을 제조하기 위하여 투입되거나 공지된 고분자라면 크게 제한없이 사용할 수 있으며, 시중에서 판매되는 제품을 제한없이 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 상기 UV살균용 고분자 조성물에 0.1 내지 99.9 중량%로 포함될 수 있지만, 이에 제한되지 않고, 목적으로 하는 물성에 따라 상기 함량을 조절할 수 있다. 또한, 상기 UV살균용 고분자 조성물은 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함하는 것일 수 있으며, 예로 가소제, 염료, 안료, 충진제, 보강제, 착색제, 활제, 소포제, 습윤제, 증점제, 안정제, 산화방지제 및 내열제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있지만, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 첨가제는 통상적으로 사용되는 함량만큼 투입될 수 있다.
본 발명은 상술한 고분자 조성물로부터 제조된 UV살균용 성형품을 제공할 수 있다. 상기 성형품은 통상적이거나 공지된 고분자 성형방법에 따라 가공되어 UV살균용 성형품을 제조할 수 있으며, 구체적으로 UV살균장치의 280㎚ 이하 영역의 파장대의 자외선을 투과하는 투명한 하우징 제품일 수 있다. 또한 상기 UV살균용 성형품은 250 내지 280㎚ 영역의 파장대의 자외선을 이용하여 살균하는 장치라면 크게 제한되지 않으며, 비제한적인 예로 식기살균 건조기, 칫솔살균기 및 침구 살균기 등과 같은 생활용품을 살균해주는 가전부터 정수기용 수조살균램프까지 다양한 분야의 용도로 제조될 수 있다.
본 발명은 메틸메타크릴레이트, (메타)아크릴산, 중합개시제 및 사슬이동제를 포함하는 중합성 조성물을 180±1℃ 및 170±1℃에서 단계적으로 괴상(Bulk)중합하는 단계를 포함하는 UV살균용 아크릴계 공중합체의 제조방법을 제공하며, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 1±0.1㎜ 두께에서 측정된 280±1㎚ 파장대의 자외선 투과율이 80% 이상인 것을 특징으로 한다. 상기 메틸메타크릴레이트, (메타)아크릴산, 중합개시제, 사슬이동제 및 중합성 조성물에 대한 구체적인 설명, 화합물 예시 및 함량은 상술한 바와 동일하므로 생략한다. 또한, 상기 제조된 아크릴계 공중합체는 상술한 UV살균용 아크릴계 공중합체와 동일하므로 이에 대한 설명 또한 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 괴상중합을 통해 제조됨에 따라 유화제 및 분산안정제 등의 계면활성제; 및 용매; 등의 이물질을 실질적으로 포함하지 않아 고순도의 아크릴계 공중합체를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 UV살균용 아크릴계 공중합체는 입체규칙성을 조절함으로써 280±1㎚ 파장대의 자외선 투과율이 현저하게 향상되며, 상기 입체규칙성을 조절하는 방법으로는 반응온도를 고온에서 저온으로 단계적으로 조절하여 반응하는 등의 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 180±1℃ 및 170±1℃에서 단계적으로 반응시키거나, 190±1℃, 180±1℃ 및 170±1℃에서 단계적으로 반응시키는 등의 방법을 사용할 수 있지만, 본 발명에서 목적으로 하는 물성을 구현하는 한에서 크게 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 공중합체의 입체규칙성을 조절하는 방법으로 180±1℃에서 1±0.1시간 및 170±1℃에서 나머지 반응시간, 구체적으로 0.1 내지 2 시간 동안 반응시키는 방법을 사용할 수 있으며, 상기 온도변화를 위해 가열(승온) 및 냉각하는 속도는 1 내지 10℃/min., 구체적으로 3 내지 6℃/min. 일 수 있다. 상기 범위의 온도조건을 만족할 경우, 제조되는 아크릴계 공중합체의 입체규칙성이 조절될 수 있고, 구체적으로 아이소택틱 비율이 40% 이상인 아크릴계 공중합체를 제조할 수 있다. 상기 아크릴계 공중합체는 1±0.1㎜ 두께일 경우, 250 내지 280㎚ 파장대의 자외선 투과율이 80% 이상을 나타내어 탁월한 자외선 투과율을 가진다는 장점이 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따라, 상기 입체규칙성을 조절하는 방법으로 190±1℃에서 1±0.1시간, 180±1℃에서 1±0.1시간 및 170±1℃에서 나머지 반응시간, 구체적으로 0.1 내지 2 시간 동안 단계적으로 반응시키는 방법을 사용할 수 있으며, 상기 온도변화를 위해 가열(승온) 및 냉각하는 속도는 1 내지 10℃/min., 구체적으로 3 내지 6℃/min. 일 수 있다. 이를 통해 아크릴계 공중합체의 입체규칙성이 조절될 수 있고, 구체적으로 아이소택틱 비율이 40%이상인 아크릴계 공중합체를 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
[물성측정방법]
1. 중량평균분자량(Mw, kg/mol)
제조예 및 비교예에서 제조된 아크릴계 공중합체 0.03g을 테트라하이드로퓨란(THF) 0.8ml에 녹인 후 GPC(Gel Permeation Chromatography, Waters) 장비에 주입하였으며, PMMA 표준물질을 사용하였고, 중량평균분자량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
2. 유리전이온도(Tg, ℃)
제조예 및 비교예에서 제조된 아크릴계 공중합체를 DSC(Differential scanning calorimeter, Perkin사)기기를 이용하여 10 ℃/min.의 속도로 25 내지 250 ℃의 구간에서 분석하였으며, 3 Cycle 측정 후 3 번째 Cycle의 변곡점을 하프 Cp 법으로 유리전이온도를 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.
3. 자외선 투과율(Ut, %)
제조예 및 비교예에서 제조된 아크릴계 공중합체를 사출하여 제조한 두께 1±0.1㎜의 시편을 중수소램프(2J1-1500, Hitachi) 및 할로겐 램프(JC12V50W20H)가 장치되어 있는 자외가시분광 광도계(UV-Visible/NIR Spectrophotometer UH4150)를 이용하여 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 상기 중수소램프로 200 내지 340㎚ 파장대의 투과율을, 할로겐 램프로는 340 ㎚ 이상의 파장대의 투과율을 측정하였다. 측정된 흡수 스펙트럼에서 280㎚ 파장에서의 투과율을 하기 표 1에 나타내었다.
4. 입체배열(Tacticity) 비율(%)
제조예 및 비교예에서 제조된 아크릴계 공중합체 0.03 g을 클로로포름 (Chloroform-D) 0.6 ㎖에 녹인 후 1H-NMR(Nuclear Magnetic Resonance, Bruker사)분석 장치를 이용하여 고분자 측쇄의 입체배열 배율(Syndiotactic, Isotactic 및 Atactic)을 분석하였다. 1H-NMR 분석 스펙트럼에서, 하기 영역대의 ppm위치에서 나타난 메틸메타크릴레이트의 측쇄(-COOCH3)의 수소원자의 적분비율을 토대로 상기 아크릴계 공중합체의 입체배열 비율을 구하여 하기 표 1에 나타내었다.
-신디오택틱(Syndiotacticity) : 0.3 내지 0.9 ppm
-아이소택틱(isotacticity) : 0.9 내지 1.1 ppm
-아택틱(atactictity) : 1.1 내지 1.35 ppm
[실시예 1]
반응기에 메틸메타크릴에이트(MMA) 14.62 kg, 메틸아크릴레이트(MA) 0.38 kg, n-옥틸 머캅탄(NOM) 24 g 및 2-Azobis(2-methylpropionitrile) 4.5 g을 혼합한 중합성 조성물을 준비하였다. 반응 진행과정에서 점도에 따라 반응기 내부의 조성물이 균일하게 혼합될 수 있도록 교반속도를 적절하게 조절해주었다.
먼저 반응기 내부온도가 180 ℃가 될 때까지 4℃/min.의 속도로 승온시켜주며 반응을 개시하였다. 180 ℃에 도달했을 때, 180℃를 유지하며 1 시간 동안 교반하여 반응시켜주고, 이어서 4℃/min.의 속도로 170℃로 냉각시켜준 뒤, 170℃를 유지하며 1시간 동안 반응을 진행하였다. 이때, 상기 반응시간은 상기 중합성 조성물을 3 kg/hr의 유량으로 이축압출기 방향으로 이송함으로써, 반응기 내에서 상기 중합성 조성물의 체류시간을 통해 조절하였다.
상기 중합단계를 통해 상기 중합성 조성물이 중합반응되어 제조된 아크릴계 공중합체의 용융액을 이축압출기로 이송하여, 고진공 상태에서 잔류 휘발분을 제거한 다음, 최종적으로 아크릴계 공중합체 펠릿(Pellet)을 수득하였다.
상기 수득한 아크릴계 공중합체를 1H-NMR, DSC 및 GPC을 통해 분석하였으며, 결과는 도 1 및 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 아크릴계 공중합체 펠릿을 사출기를 통해 1±0.1㎜ 두께의 사출 시편을 제작하여 자외선 투과율을 측정하였다.
[비교예 1]
5리터 반응기에 증류수 2,000 g, 메틸메타크릴에이트(MMA) 1462.5 g, 메틸아크릴레이트(MA) 37.5 g, 5% 폴리비닐알코올(PVA)용액 5 g(Kuraray사의 POVAL PVA217), 인산수소이나트륨 0.1 g, 노말옥틸머캡탄(NOM) 2.0 g 및 2,2'-아조비스 이소부티로니트릴 1.5 g 투입한 뒤 500 rpm으로 교반하면서 수상에 분산시켰다. 반응기 내부온도를 83℃로 승온하여 반응을 140분 동안 진행하였으며, 반응이 완료된 후에 30 ℃이하로 냉각하였다. 중합하여 얻어진 비드는 세척, 탈수 및 건조하여 물성을 평가하였다. 또한, 수득한 비드는 이축압출기로 압출한 뒤 1㎜ 두께의 사출 시편을 제작한 후 자외선 투과율을 측정하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 상기 중합성 조성물을 반응온도 140℃에서 2시간 30분 동안 반응하여 아크릴계 공중합체 펠릿(Pellet)을 수득하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
| Mw [kg/mol] | Tg [℃] | Ut [%] | 입체배열 비율[%] | |||
| 신디오택틱 | 아이소택틱 | 아택틱 | ||||
| 실시예 1 | 95 | 112.5 | 83.1 | 46 | 43 | 11 |
| 비교예 1 | 130 | 115.7 | 72.5 | 55 | 35 | 11 |
| 비교예 2 | 115 | 113.4 | 69.9 | 50 | 37 | 13 |
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 상기 실시예 1의 아크릴계 공중합체는 아이소택틱 비율이 40% 이상이고, 280㎚ 영역의 UV-C 자외선 파장에서 흡수율이 80% 이상임을 확인하였다. 또한, 상기 실시예 1의 아크릴계 공중합체의 신디오택틱 비율과 아이소택틱 비율의 차이가 5 이하임을 확인하였다.또한, 현탁중합 방법을 사용한 비교예 1의 경우와 상기 실시예 1에서 중합온도를 140℃로 낮추고 다단계 반응조건을 수행하지 않은 비교예 2의 경우, 상기 현저하게 낮은 아이소택틱 비율 및 자외선 투과율을 나타냄을 확인하였으며, 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따라 고온조건에서 다단계 괴상중합을 통해 제조된 아크릴계 공중합체가 280㎚ 영역대에서 탁월한 자외선(UV-C) 흡수율을 나타낸다는 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 UV살균용 아크릴계 공중합체가 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (12)
- 메틸메타크릴레이트, (메타)아크릴산, 중합개시제 및 사슬이동제를 포함하는 중합성 조성물로부터 제조되는 UV살균용 아크릴계 공중합체로서,
상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 1±0.1㎜ 두께에서 측정된 280±1㎚ 파장대의 자외선 투과율이 80% 이상인 UV살균용 아크릴계 공중합체. - 제 1항에 있어서,
상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 NMR에 의해 측정된 아이소택틱 비율이 40% 이상인 UV살균용 아크릴계 공중합체. - 제 1항에 있어서,
상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 신디오택틱(Syndiotactic) 비율 및 아이소택틱(Isotactic) 비율의 차이가 10 이하인 UV살균용 아크릴계 공중합체. - 제 1항에 있어서,
상기 중합성 조성물은 메틸메타크릴레이트 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴산을 1 내지 20 중량부, 중합개시제를 0.0001 내지 0.5 중량부 및 사슬이동제를 0.01 내지 0.7 중량부로 포함하는 UV살균용 아크릴계 공중합체. - 제 1항에 있어서,
상기 중합성 조성물은 메틸메타크릴레이트 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴산을 1 내지 5 중량부, 중합개시제를 0.005 내지 0.3 중량부 및 사슬이동제를 0.05 내지 0.5 중량부로 포함하는 UV살균용 아크릴계 공중합체. - 제 1항에 있어서,
상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 중량평균분자량(Mw)이 80 내지 120 kg/mol인 UV살균용 아크릴계 공중합체. - 제 1항에 있어서,
상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 유리전이온도(Tg)가 90 내지 120℃인 UV살균용 아크릴계 공중합체. - 제 1항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 UV살균용 아크릴계 공중합체를 포함하는 UV살균용 고분자 조성물.
- 제 8항에 따른 고분자 조성물로부터 제조된 UV살균용 성형품.
- 메틸메타크릴레이트, (메타)아크릴산, 중합개시제 및 사슬이동제를 포함하는 중합성 조성물을 180±1℃ 및 170±1℃에서 단계적으로 괴상(Bulk)중합하는 단계를 포함하는 UV살균용 아크릴계 공중합체의 제조방법으로서,
상기 UV살균용 아크릴계 공중합체는 1±0.1㎜ 두께에서 측정된 280±1㎚ 파장대의 자외선 투과율이 80% 이상인 UV살균용 아크릴계 공중합체의 제조방법. - 제 10항에 있어서,
상기 아크릴계 공중합체는 NMR에 의해 측정된 아이소택틱 비율이 40% 이상인 UV살균용 아크릴계 공중합체의 제조방법. - 제 10항에 있어서,
상기 중합성 조성물은 메틸메타크릴레이트 100 중량부에 대하여 (메타)아크릴산을 1 내지 5 중량부, 중합개시제를 0.005 내지 0.3 중량부 및 사슬이동제를 0.05 내지 0.5 중량부로 포함하는 UV살균용 아크릴계 공중합체의 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020210145123A KR20230060664A (ko) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | 자외선 투과율이 우수한 uv살균용 아크릴계 공중합체의 제조방법 |
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2021
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