KR20230088291A - 수지 조성물 및 이를 포함하는 생분해성 수지 성형품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수지 조성물 및 이를 포함하는 생분해성 수지 성형품에 관한 것이다. 본 발명의 수지 조성물은 생분해성 폴리에스터를 사용하여, 생분해성이 우수하면서도, 핫 실링 시 낮은 온도에서도 높은 실링 강도를 구현할 수 있는 핫 실링 필름, 핫 실링 백(bag) 등의 수지 제품을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 수지 조성물 및 이를 포함하는 생분해성 수지 성형품에 관한 것이다.
열가소성 고분자 수지는 기계적 특성 및 화학적 특성이 우수하여 음용수 용기, 의료용, 식품 포장지, 식품 용기, 자동차 성형품, 농업용 비닐 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
열가소성 고분자 수지는, 그 중에서도 폴리에틸렌 필름 등은 기계적 물성이 우수하고, 인체에 무해하면서도, 열을 가하면 지속적으로 변형이 가능하기 때문에, 식품 포장용 핫 실링 백이나, 농업용 멀칭 필름 등으로 많이 이용된다.
식품 포장용 핫 실링 백은, 식품 등을 진공 포장하는 데 많이 이용되는데, 낮은 실링 온도에서도 우수한 접합 강도를 달성할 수 있는, 폴리에틸렌 필름 등이 많이 사용되고 있다.
위 농업용 필름은 멀칭 농법에 많이 사용된다. 멀칭이란 농작물을 재배할 때 토양의 표면을 덮어주는 자재를 말한다. 다양한 종류의 자재로 토양의 상면을 피복하면, 잡초의 생육을 차단할 수 있고, 병충해를 예방할 수 있으며, 이에 따라 농약 사용을 절감할 수 있다. 또한, 토양의 온도를 쉽게 조절할 수 있고, 토양 내 유익한 박테리아를 증식시킬 수도 있으며, 토양 침식을 방지하고 토양 수분을 유지할 수 있다.
이러한 멀칭 자재로는 자재로는 예컨대, 볏짚, 목초 등 작물의 잎이나, 폴리올레핀 계열 필름 등을 들 수 있으며, 일반적으로는 폴리에틸렌 필름 등의 합성 수지가 많이 사용된다.
그러나 상기와 같이 식품 포장용 핫 실링 백이나 멀칭 재료로 많이 사용되는 폴리에틸렌 필름은 자연 환경에서 분해되지 않고, 재활용에도 한계가 있다. 특히 최근에는 버려진 폴리에틸렌 필름 등의 플라스틱 등이 바다로 유입되고, 바다에서 환류 및 태양 빛에 의해 크기가 아주 작은 미세 플라스틱으로 파쇄되는 현상이 알려져 있다.
현재 이러한 미세 플라스틱은, 수십억~수백억 이상의 셀 수 없는 양이 바다에 부유하고 있는 것으로 알려져 있으며, 이는 바다 생물의 체내에 유입되고, 생태계 내에서 축적되어, 먹이 사슬 전체에 영향을 미치게 된다.
따라서 기존에 사용되던 열가소성 플라스틱의 대체재에 대한 연구가 필요하다.
이를 해결하기 위해, 최근 광분해성 또는 생분해성 고분자로 이루어진 멀칭 필름의 개발이 활발히 시도되고 있으나, 아직 생분해도가 충분치 않고, 기계적 물성이 기존의 폴리에틸렌 필름에 미치지 못하는 문제점이 있다.
본 명세서는, 핫 실링 시 낮은 온도에서도 높은 실링 강도를 구현할 수 있는 수지 제품을 위한 생분해성 수지 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서는, 상기 수지 조성물을 포함하는, 생분해성 수지 성형품을 제공하고자 한다.
본 명세서는, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 100중량부에 대하여, 폴리락트 산 0.5 내지 60중량부, 및 에폭시화 카다놀 0.1 내지 15중량부를 포함하는, 수지 조성물을 제공한다.
상기 수지 조성물은, 상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 100중량부에 대하여, 상기 폴리락트 산 약 1 내지 약 45중량부를 포함할 수 있다.
상기 수지 조성물은, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT):폴리락트 산의 중량 비율이 약 6.5:3.5 이상일 수 있다.
상기 수지 조성물은, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT):폴리락트 산의 중량 비율이 약 9.5:0.5 이하일 수 있다.
상기 수지 조성물은, 상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 100중량부에 대하여, 상기 에폭시화 카다놀 0.2 내지 5중량부를 포함할 수 있다.
상기 에폭시화 카다놀은 분자 내 하기 화학식 1로 표시되는 그룹을 하나 이상 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, EA는 탄소 수 2 내지 5의 에폭시화 알콕시이고, *은 상기 화학식 1의 그룹이 벤젠 고리의 탄소 원자에서 연결된 1가 라디칼임을 의미한다.
상기 에폭시화 카다놀은 분자 내 하기 화학식 1로 표시되는 그룹을 두 개 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, EA는 탄소 수 2 내지 5의 에폭시화 알콕시이고, *은 상기 화학식 1의 그룹이 벤젠 고리의 탄소 원자에서 연결된 1가 라디칼임을 의미한다.
상기 에폭시화 카다놀은, 다음 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, EA는 탄소 수 2 내지 5의 에폭시화 알콕시이고, n은 0 내지 10의 정수이고, m은 0 내지 10의 정수이고, R은 수소 또는 메틸기이다.
상기 수지 조성물은 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락트 산 총 100중량부에 대하여, 상기 에폭시화 카다놀 0.01 내지 10중량부를 포함할 수 있다.
상기 수지 조성물은, 상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락트 산 총 100중량부에 대하여, 무기 충진재 약 1 내지 약 50중량부를 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서는 전술한 수지 조성물을 포함하는 생분해성 수지 성형품을 제공한다.
상기 생분해성 수지 성형품은, ISO 527 기준에 따라 측정한 인장 강도 값이 약 250 내지 약 500kgf/cm2 또는 약 250kg/cm2내지 약 400kg/cm2일 수 있다.
발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 수지 성형품은 ISO 527 기준에 따라 측정한 신율 값이 약 300% 이상일 수 있다.
그리고, 상기 생분해성 수지 성형품은, 생분해성 필름일 수 있다.
그리고, 상기 생분해성 수지 성형품은 핫 실링 필름일 수 있다.
상기 생분해성 수지 성형품은 ASTM F1921 기준에 따라 2N 조건에서 측정한 핫 실링 개시 온도 값이 약 80℃ 내지 약 120℃, 또는 약 100℃ 내지 약 120℃, 또는 약 105℃ 내지 약 116℃, 또는 약 105℃ 내지 약 115℃일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합을 설명하기 위한 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 이들의 조합 또는 부가 가능성을 배제하는 것은 아니다.
또한 본 명세서에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에” 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 발명자들은, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락트 산(PLA)을 블렌딩한 블렌딩 수지에서, 에폭시화 카다놀을 함께 사용하는 경우, 신율, 인장 강도 등의 기계적 물성이 매우 우수하고, 핫 실링 시에 낮은 온도에서도 높은 접합 강도를 구현할 수 있다는 점을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 일 측면에 따른 수지 조성물은, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 100중량부에 대하여, 폴리락트 산 0.5 내지 60중량부, 및 에폭시화 카다놀 0.1 내지 15중량부를 포함한다.
상기 수지 조성물은, 상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 100중량부에 대하여, 상기 폴리락트 산 약 1 내지 약 45중량부를 포함할 수 있고, 약 1 중량부 이상, 또는 약 5 중량부 이상, 또는 약 10 중량부 이상, 또는 약 45 중량부 이하, 또는 약 43 중량부 이하를 포함할 수 있다.
상기 수지 조성물 내에서 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT):폴리락트 산의 중량 비율이 약 6.5:3.5 이상, 또는 약 6.9:3.1 이상, 또는 약 7.5:2.5 이상일 수 있다.
상기 수지 조성물 내에서, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT):폴리락트 산의 중량 비율이 약 9.5:0.5 이하, 또는 약 9.1:0.9 이하일 수 있다.
폴리락트 산이 지나치게 적게 포함되는 경우, PBAT의 기계적 물성을 향상시키기 위한 효과가 나타나지 않을 수 있으며, 폴리락트 산이 지나치게 많이 포함되는 경우, 경성이 높아져, 수지 조성물의 신율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 특히, 상기 수지 조성물을 생분해성 필름 등으로 가공하는 경우에 가공성 등이 저하될 수 있고, 멀칭 필름, 핫 실링 필름 등의 용도로 사용할 때 요구되는 물성을 구현하기 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
폴리에스터계 수지는 기계적 특성 및 화학적 특성이 우수하여 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 그 중에서도, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene Adipate Terephthalate, PBAT)는 연질의 폴리에스터로 생분해가 가능하기 때문에, 포장재, 농업용 필름에 주로 사용되는 폴리올레핀(polyolefin)계 고분자 대체제로 각광받고 있다.
그러나, 해당 용도로 연질의 PBAT를 단독으로 사용하기에는 PBAT의 기계적 물성이 다소 부족하기 때문에, 주로 경질의 폴리락트 산(Polylactic acid, PLA)과 블렌딩(blending)하여 사용하거나; PBAT를 단독으로 사용하되 카본 블랙(carbon black)과 같은 유기 충진재(filler)를 컴파운딩하여 사용하고 있다.
다만, PBAT와 PLA은 상용성이 매우 낮기 때문에, 블렌딩 시 상용화제를 반드시 사용해야 한다.
이에 본 발명의 일 측면에 따른 수지 조성물은 상용화제 성분으로, 에폭시화 카다놀을 포함한다.
에폭시화 카다놀은 화합물은, 그 분자 구조적 특징으로 인하여, 고분자 사슬의 유연성을 증가시킬 수 있고, PBAT와 PLA의 상용성을 높여줄 수 있으며, 이러한 조성물을 이용하여 필름을 제조하였을 때 필름 계면 간의 사슬 확산 및 엉킴을 증가시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 측면에 따른 수지 조성물은 매우 높은 신율 및 인장 강도 등을 달성할 수 있는 동시에, 핫 실링 시에 낮은 온도에서도 높은 접합 강도를 구현할 수 있다.
상기 수지 조성물은, 상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 100중량부에 대하여, 상기 에폭시화 카다놀 약 0.1 내지 약 15중량부, 또는 약 0.1중량부 이상, 또는 약 0.2중량부 이상, 또는 약 0.3중량부 이상, 또는 약 0.4중량부 이상, 또는 약 15중량부 이하, 또는 약 10중량부 이하, 또는 약 5중량부 이하, 또는 약 4.5중량부 이하로 포함할 수 있다.
상기 에폭시화 카다놀은 분자 내 하기 화학식 1로 표시되는 그룹을 하나 이상 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, EA는 탄소 수 2 내지 5의 에폭시화 알콕시이고, *은 상기 화학식 1의 그룹이 벤젠 고리의 탄소 원자에서 연결된 1가 라디칼임을 의미한다.
상기 화학식 1로 표시되는 그룹을 하나 이상 포함하는 에폭시화 카다놀은, 에폭시 그룹 및 벤젠 고리를 포함하는 그 분자 구조적 특징으로 인하여, 고분자 사슬의 유연성을 증가시킬 수 있고, PBAT와 PLA의 상용성을 높여줄 수 있으며, 이러한 조성물을 이용하여 필름을 제조하였을 때 필름 계면 간의 사슬 확산 및 엉킴을 증가시킬 수 있다.
상기 에폭시화 카다놀은 분자 내 하기 화학식 1로 표시되는 그룹을 두 개 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, EA는 탄소 수 2 내지 5의 에폭시화 알콕시이고, *은 상기 화학식 1의 그룹이 벤젠 고리의 탄소 원자에서 연결된 1가 라디칼임을 의미한다.
상기 화학식 1로 표시되는 그룹을 두 개 포함하는 에폭시화 카다놀은, 에폭시 그룹의 반응성으로 인해, 두 개의 에폭시 그룹과 PBAT 혹은 PLA의 반응이 진행될 수 있고, 이에 따라, 사슬 확산 및 엉킴을 더 크게 증가시킬 수 있다.
상기 에폭시화 카다놀은, 다음 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, EA는 탄소 수 2 내지 5의 에폭시화 알콕시이고, n은 0 내지 10의 정수, 또는 1 이상, 또는 3 이상, 또는 10 이하, 또는 8 이하의 정수이고, m은 0 내지 10의 정수, 또는 1 이상, 또는 3 이상, 또는 10 이하, 또는 8 이하의 정수이고, R은 수소 또는 메틸기이다.
상기와 같은 화학식 2로 표시되는 화합물은, 2 개의 에폭시 그룹을 포함하고, 분자 내에 알킬 그룹과 벤젠 고리를 모두 포함하여, 고분자 사슬의 유연성과 강성을 적절히 증가시켜줄 수 있으며, PBAT와 PLA의 상용성을 높여줄 수 있다.
상기 수지 조성물은 상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락트 산 총 100중량부에 대하여, 상기 에폭시화 카다놀 약 0.01중량부 내지 약 10중량부, 또는 약 0.1중량부 내지 약 5중량부, 또는 약 0.1 내지 약 1중량부를 포함할 수 있다.
폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락트 산 대비 에폭시화 카다놀이 지나치게 적게 포함되는 경우, PBAT와 PLA의 상용성이 저하되어, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락트 산 간에 블렌딩이 잘 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있으며, 지나치게 많이 포함되는 경우, 오히려 기계적 물성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
그리고, 상기 수지 조성물은 상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 100중량부에 대하여, 상기 에폭시화 카다놀로 표시되는 화합물 약 0.01중량부 내지 약 10중량부, 또는 약 0.1중량부 내지 5중량부를 포함할 수 있다.
폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 대비 에폭시화 카다놀이 지나치게 적게 포함되는 경우, PBAT와 PLA의 상용성이 저하되어, 블렌딩이 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있으며, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 대비 에폭시화 카다놀이 지나치게 많이 포함되는 경우, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 주 사슬의 평균적인 길이가 너무 길어지게 될 가능성이 높아져, 수지 조성물의 가공성이 악화되어 블로운 필름 성형이 어려워질 수 있고, 신율 등 수지 조성물의 기계적 물성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 대비 에폭시화 카다놀이 상기 범위 내로 포함되는 경우, 적절한 분자량 증가 효과와 함께 PBAT와 PLA의 상용성이 증가하게 되어, 가공성 및 기계적 물성이 우수할 수 있으며, 특히 무기 첨가제 등을 첨가하였을 때에도, 우수한 가공성 및 높은 신율 값 등의 특성을 유지할 수 있게 된다.
그 외, 발명의 일 실시예에 따른 수지 조성물은 기타 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 첨가제는, 본 발명이 속하는 기술 분야에서, 즉, 열가소성 고분자 분야에서 수지 조성물의 성형 시에 사용하는 일반적인 첨가제를 별다른 제한 없이 사용할 수 있다.
첨가제는, 열 안정제, UV 안정제 등을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 첨가제는, 상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락트 산 총 100중량부에 대하여, 약 1 내지 약 30중량부로 포함될 수 있다.
그리고, 상기 수지 조성물은, 상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락트 산 총 100중량부에 대하여, 무기 충진재 약 1 내지 약 50중량부, 또는 약 10 내지 약 30 중량부, 또는 약 15 내지 약 25 중량부를 포함할 수 있다.
무기 충진재는 수지 조성물의 기계적 물성 및 가공성을 향상시킬 수 있다. 무기 충진재가 지나치게 적게 포함되는 경우, 상술한 유리한 효과가 나타나지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 무기 충진재가 지나치게 많이 포함되는 경우, 수지 조성물의 기계적 물성과 가공성이 오히려 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 본 명세서는 위 명세서 전체에서 설명한 수지 조성물 중 어느 하나 이상을 포함하는 생분해성 수지 성형품을 제공한다.
그리고, 상기 생분해성 수지 성형품은 생분해성 필름일 수 있으며, 구체적으로는, 블로운 공정에 의해 형성된, 생분해성 블로운 필름일 수 있다.
상기 생분해성 수지 성형품은 ISO 527 기준에 따라 측정한 인장 강도 값이 약 250kg/cm2내지 약 500kg/cm2, 또는 약 250kg/cm2내지 약 400kg/cm2로, 매우 우수한 인장 강도 값을 가질 수 있다.
그리고, 상기 생분해성 수지 성형품은 ISO 527 기준에 따라 측정한 신율 값이 약 300% 이상, 또는 약 350% 이상일 수 있다.
이와 같은 우수한 기계적 물성으로 인해, 농업용 멀칭 필름이나, 포장재 등의 용도로 사용될 수 있다.
그리고, 다른 일 예에 따르면, 상기 생분해성 수지 성형품은, 핫 실링 필름, 더 구체적으로는, 블로운 공정에 의해 형성된, 핫 실링 필름일 수 있다.
발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 수지 성형품은 ASTM F1921 기준에 따라 2N 조건에서 측정한 핫 실링 개시 온도 값이 약 80℃ 내지 약 120℃, 또는 약 100℃ 내지 약 120℃, 또는 약 105℃ 내지 약 115℃일 수 있다.
접합 강도 2N은, 핫 실링을 평가하기 위한 최소 접합 강도 값으로, 접합 강도가 2N 이상인 경우, 핫 실링이 특별한 문제없이 구현된 것으로 볼 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 생분해성 수지 성형품은, 기존에 비해 매우 낮은 온도에서도 핫 실링을 구현할 수 있다.
발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 수지 성형품은 ASTM F1921 기준에 따라 약 112℃ 조건에서 측정한 실링 강도 값이 약 2N 이상, 또는 약 2N 내지 약 4N일 수 있다.
발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 수지 성형품은 ASTM F1921 기준에 따라 약 114℃ 조건에서 측정한 실링 강도 값이 약 2N 이상, 또는 약 2N 내지 약 4N일 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 예에 따른 생분해성 수지 성형품은, 기존에 비해 매우 낮은 온도에서도 높은 실링 강도 값을 구현할 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은, 생분해성이 우수하면서, 기계적 물성이 우수하며, 또한 핫 실링 시 낮은 온도에서도 높은 실링 강도를 구현할 수 있는 핫 실링 필름, 핫 실링 백(bag) 등의 수지 제품을 제공할 수 있다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
<실시예>
사용한 시료의 정보
폴리부틸렌아디페이트-코-테레프탈레이트로는 Tunhe 사의 TH801T 제품을 준비하였다.
녹는점: 119℃, 용융 지수(190 ℃ 2.16Kg): 2.7g/10min
폴리락트 산으로는 ESUN社(AI-1001) 제품을 준비하였다.
밀도: 1.24g/cm3, 용융 지수(190 ℃ 2.16Kg): 3.82g/10min
에폭시화 카다놀로는, Cardolite사의 NC-541S을 사용하였다.
에폭시화 대두유로는, 송원산업의 SONGSTAB E-700을 사용하였다.
무기 첨가제:
무기 첨가제로는 탄산 칼슘을 사용하였다.
탄산칼슘: 오미야(Omya)제품, Hydrocarb 95T
수지 조성물(펠렛)의 제조
하기 표 1의 조성에 따라 수지 조성물을 제조하였다. 구체적으로, 이축 압출기에(32mm) 상기 PBAT, PLA, 및 에폭시화 카다놀 화합물을 하기 표의 조성에 따라 투입하고, 배럴 온도: 200 ℃, 피드: 30kg/hr, 300 rpm의 조건에서 압출을 진행하여, 수지 조성물을 펠렛 형태로 제조하였다.
| *중량부 | PBAT | PLA | 탄산칼슘 | 상용화제 |
| 비교예 A | 80 | 20 | 20 | 0 |
| 비교예 B | 80 | 20 | 20 | 0.4 |
| 비교예 C | 80 | 20 | 20 | 1.0 |
| 비교예 D | 80 | 20 | 20 | 3.0 |
| 실시예 A | 80 | 20 | 20 | 0.4 |
| 실시예 B | 80 | 20 | 20 | 1.0 |
| 실시예 C | 80 | 20 | 20 | 3.0 |
상기 표 1에서, 상용화제 성분으로, 비교예의 경우, 에폭시화 대두유를 사용하였고, 실시예의 경우, 에폭시화 카다놀을 사용하였다.
블로운 필름 제조
위에서 제조된 펠렛에 대해 단축 압출기(Single Screw Extruder, Blown Film M/C, 19 파이, L/D=25)를 이용하여, 압출 온도 약 160℃ 내지 약 170℃에서 0.05mm의 두께가 되도록 성형하여 블로운 필름을 제조하였다. 팽창비(Blown-Up Ratio)는 약 1.8, 선속은 약 5m/min로 진행하였다.
물성 측정
인장 강도, 탄성 계수 및 신율 측정
만능 시험기 (제조사: GALDABINI, 모델명: QUASUR 50) 를 이용하여, ISO 527 기준에 따라 상기 필름의 인장 강도 값을 측정하였다.
시편은 Bar형태 가로x세로(10mm x 150mm)로 제조하였다.
핫 실링 개시 온도, 실링 강도 측정, 및 평가
상기에서 제조된 블로운 필름에 대하여, 핫 택 시험기 (제조사: Swiss Management, 모델명: Model 4000) 를 이용하여, ASTM F1921 기준에 따라, 실링 온도에 따른 실링 강도 값을 측정하고, 2N이 되는 온도 값을 핫 실링 개시 온도 값으로 결정하였다.
그리고 실링 온도 115℃를 기준으로, 실링 강도 값이 2N 이상을 만족하는 경우, 양호, 만족하지 못하는 경우 불량으로 표기하였다.
위 측정 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
| 인장 강도 (MD, Kg/cm2) |
신율 (MD, %) |
인장 강도 (TD, Kg/cm2) |
신율 (TD, %) |
|
| 비교예 A | 319 | 376 | 269 | 554 |
| 비교예 B | 282 | 384 | 285 | 537 |
| 비교예 C | 290 | 368 | 287 | 583 |
| 비교예 D | 281 | 374 | 255 | 522 |
| 실시예 A | 342 | 392 | 323 | 567 |
| 실시예 B | 332 | 385 | 318 | 559 |
| 실시예 C | 323 | 377 | 294 | 538 |
| *HSIT | 실링 강도 (@115℃) |
팽창비 (배) |
선속 (m/min) |
|
| 비교예 A | 118 | 불량 | 1.8 | 5 |
| 비교예 B | 122 | 불량 | 1.8 | 5 |
| 비교예 C | 120 | 불량 | 1.8 | 5 |
| 비교예 D | 124 | 불량 | 1.8 | 5 |
| 실시예 A | 112 | 양호 | 1.8 | 5 |
| 실시예 B | 112 | 양호 | 1.8 | 5 |
| 실시예 C | 114 | 양호 | 1.8 | 5 |
*핫 실링 개시 온도(Hot Sealing Initiation Temperature)
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 조성물은, 인장 강도 및 신율 등의 물성 값이 비교예보다 대체로 우수하면서도, 실링 특성과 관련하여, 낮은 온도에서도 핫 실링이 가능하다는 점을 명확히 확인할 수 있다.
비교예의 경우, 실시예보다 기계적 물성도 대체적으로 열위에 있으며, 실링 강도 특성과 관련하여서도, 핫 실링 개시 온도가 상대적으로 높아, 실링을 위해 더 많은 에너지가 필요하다는 것을 확인할 수 있었다.
수지 조성물(펠렛)의 제조
PBAT 및 PLA 조성 비율에 따른 차이점을 확인하기 위하여, 하기 표 3의 조성에 따라 수지 조성물을 제조하였다. 구체적으로, 이축 압출기에(32mm) 상기 PBAT, PLA, 및 에폭시화 카다놀 화합물을 하기 표의 조성에 따라 투입하고, 배럴 온도: 200 ℃, 피드: 30kg/hr, 300 rpm의 조건에서 압출을 진행하여, 수지 조성물을 펠렛 형태로 제조하였다.
| *중량부 | PBAT | PLA | 탄산칼슘 | 에폭시화 카다놀 |
| 비교예 1 | 90 | 10 | 20 | 0 |
| 실시예 1-1 | 90 | 10 | 20 | 0.4 |
| 비교예 2 | 80 | 20 | 20 | 0 |
| 실시예 2-1 | 80 | 20 | 20 | 0.4 |
| 실시예 2-2 | 80 | 20 | 20 | 1 |
| 실시예 2-3 | 80 | 20 | 20 | 3 |
| 비교예 3 | 70 | 30 | 20 | 0 |
| 실시예 3-1 | 70 | 30 | 20 | 0.4 |
| 실시예 3-2 | 70 | 30 | 20 | 1 |
| 실시예 3-3 | 70 | 30 | 20 | 3 |
| 실시예 4-1 | 60 | 40 | 20 | 0.4 |
| 실시예 4-2 | 60 | 40 | 20 | 1 |
| 실시예 4-3 | 60 | 40 | 20 | 3 |
| 비교예 5-1 | 25 | 75 | 20 | 0.4 |
| 비교예 5-2 | 25 | 75 | 20 | 1 |
| 비교예 5-3 | 25 | 75 | 20 | 3 |
물성 측정
인장 강도, 탄성 계수 및 신율 측정
만능 시험기 (제조사: GALDABINI, 모델명: QUASUR 50) 를 이용하여, ISO 527 기준에 따라 상기 필름의 인장 강도 값을 측정하였다.
시편은 Bar형태 가로x세로(10mm x 150mm)로 제조하였다.
블로운 필름 제조
위에서 제조된 펠렛에 대해 단축 압출기(Single Screw Extruder, Blown Film M/C, 19 파이, L/D=25)를 이용하여, 압출 온도 약 160℃ 내지 약 170℃에서 0.05mm의 두께가 되도록 성형하여 블로운 필름을 제조하였다.
블로운 필름으로 제조할 때 가공성을 평가하기 위하여, 선속을 약 10m/min으로 고정하고, 해당 선속에서 최대 팽창비를 평가하였다.
실링 강도 측정 및 평가
상기에서 제조된 블로운 필름에 대하여, 핫 택 시험기 (제조사: Swiss Management, 모델명: Model 4000) 를 이용하여, ASTM F1921 기준에 따라, 실링 온도 115℃를 기준으로, 실링 강도 값이 2N 이상을 만족하는 경우, 양호, 만족하지 못하는 경우 불량으로 표기하였다.
외관 특성 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 블로운 필름을 육안으로 관찰하여, 필름에 울퉁 불퉁한 굴곡이나 늘어짐, 등의 결함이 발생한 경우, 불량, 특별한 결함이 관찰되지 않는 경우, 양호로 평가하였다.
측정 결과를 하기 표 4에 정리하였다.
| 인장 강도 (MD, Kg/cm2) |
신율 (MD, %) |
실링 강도 평가 | 최대 팽창비 (배) |
외관 특성 | |
| 비교예 1 | 326 | 578 | 불량 | ~3 | 양호 |
| 실시예 1-1 | 344 | 593 | 양호 | ~3 | 양호 |
| 비교예 2 | 319 | 376 | 불량 | ~3 | 양호 |
| 실시예 2-1 | 342 | 392 | 양호 | ~3 | 양호 |
| 실시예 2-2 | 332 | 385 | 양호 | ~3 | 양호 |
| 실시예 2-3 | 327 | 377 | 양호 | ~3 | 양호 |
| 비교예 3 | 341 | 308 | 불량 | ~3 | 양호 |
| 실시예 3-1 | 338 | 315 | 양호 | ~3 | 양호 |
| 실시예 3-2 | 366 | 326 | 양호 | ~3 | 양호 |
| 실시예 3-3 | 353 | 321 | 양호 | ~3 | 양호 |
| 실시예 4-1 | 397 | 247 | 양호 | ~3 | 양호 |
| 실시예 4-2 | 385 | 253 | 양호 | ~3 | 양호 |
| 실시예 4-3 | 394 | 258 | 양호 | ~3 | 양호 |
| 비교예 5-1 | 440 | 49 | * | 약 1.1 이하 | 불량 |
| 비교예 5-2 | 459 | 42 | ** | 약 1.1 이하 | 불량 |
| 비교예 5-3 | 421 | 89 | *** | 약 1.1 이하 | 불량 |
*, **, ***: 비교예 5-1 내지 5-3의 경우, 블로운 공정에서 최대 팽창 비율이 약 1.1 이하로, 필름이 제대로 만들어지지 않아, 표준 측정 방법에 따라 HSIT를 측정하기 어려웠다.
상기 표를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 조성물은 매우 높은 신율 및 인장 강도 등을 달성할 수 있는 동시에, 핫 실링 시에 상대적으로 낮은 온도에서도 높은 접합 강도를 구현할 수 있다는 점을 명확히 확인할 수 있다.
Claims (15)
- 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 100중량부에 대하여,
폴리락트 산 0.5 내지 60중량부, 및
에폭시화 카다놀 0.1 내지 15중량부를 포함하는, 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 100중량부에 대하여,
상기 폴리락트 산 1 내지 45중량부를 포함하는,
수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT):폴리락트 산의 중량 비율이 6.5:3.5 이상인, 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT):폴리락트 산의 중량 비율이 9.5:0.5 이하인, 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 100중량부에 대하여,
상기 에폭시화 카다놀 0.2 내지 10중량부를 포함하는,
수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 에폭시화 카다놀은 분자 내 하기 화학식 1로 표시되는 그룹을 하나 이상 포함하는, 수지 조성물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, EA는 탄소 수 2 내지 5의 에폭시화 알콕시이고, *은 상기 화학식 1의 그룹이 벤젠 고리의 탄소 원자에서 연결된 1가 라디칼임을 의미한다.
- 제1항에 있어서,
상기 에폭시화 카다놀은 분자 내 하기 화학식 1로 표시되는 그룹을 두 개 포함하는, 수지 조성물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, EA는 탄소 수 2 내지 5의 에폭시화 알콕시이고, *은 상기 화학식 1의 그룹이 벤젠 고리의 탄소 원자에서 연결된 1가 라디칼임을 의미한다.
- 제1항에 있어서,
상기 에폭시화 카다놀은, 다음 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는, 수지 조성물:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, EA는 탄소 수 2 내지 5의 에폭시화 알콕시이고, n은 0 내지 10의 정수이고, m은 0 내지 10의 정수이고, R은 수소 또는 메틸기이다.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락트 산 총 100중량부에 대하여, 상기 에폭시화 카다놀 0.01 내지 10중량부를 포함하는, 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 및 폴리락트 산 총 100중량부에 대하여, 무기 충진재 1 내지 50중량부를 포함하는, 수지 조성물.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 수지 조성물을 포함하는,
생분해성 수지 성형품.
- 제11항에 있어서,
ISO 527 기준에 따라 측정한 인장 강도 값이 250 내지 500kgf/cm2인, 생분해성 수지 성형품.
- 제11항에 있어서,
ISO 527 기준에 따라 측정한 신율 값이 300% 이상인, 생분해성 수지 성형품.
- 제11항에 있어서,
ASTM F1921 기준에 따라 2N 조건에서 측정한 핫 실링 개시 온도 값이 80℃ 내지 120℃인, 생분해성 수지 성형품.
- 제11항에 있어서,
생분해성 필름인, 생분해성 수지 성형품.
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