KR20230105171A - 생분해성 수지 조성물, 이를 포함하는 압출 성형물 및 이의 제조방법 - Google Patents

생분해성 수지 조성물, 이를 포함하는 압출 성형물 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20230105171A KR1020220000397A KR20220000397A KR20230105171A KR 20230105171 A KR20230105171 A KR 20230105171A KR 1020220000397 A KR1020220000397 A KR 1020220000397A KR 20220000397 A KR20220000397 A KR 20220000397A KR 20230105171 A KR20230105171 A KR 20230105171A
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박예진
문희웅
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 생분해성 수지 조성물, 이를 포함하는 압출 성형물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 수지 조성물은 폴리락티드 90 내지 97 중량부; 폴리우레탄 3 내지 10 중량부; 및 촉매 Zn(acac)2 0.01 내지 0.1 중량부;를 포함할 수 있고, 이는 충격강도가 우수할 수 있다.

Description

생분해성 수지 조성물, 이를 포함하는 압출 성형물 및 이의 제조방법{Biodegradable resin composition, extruded product comprising the same, and manufacturing method thereof}
본 발명은 생분해성 수지 조성물, 이를 포함하는 압출 성형물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 충격강도가 우수한 생분해성 수지 조성물, 이를 포함하는 압출 성형물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 나일론(Nylon), 폴리올레핀(Polyolefin) 또는 연질 폴리염화비닐(PVC) 등의 원유기반 수지는 현재까지도 다양한 용도의 소재로서 널리 사용되고 있다.
그러나 이러한 원유기반 수지는 생분해성을 가지지 않아 폐기시 지구 온난화 가스인 이산화탄소 등을 다량 배출하는 등 환경오염을 유발하는 문제가 있다. 또한, 점차 석유 자원이 고갈되어감에 따라, 최근에는 바이오 매스(Biomass) 기반의 수지의 사용이 검토되고 있다.
바이오 매스(Biomass) 기반의 수지 중 폴리락티드(polylactide, PLA)는 가장 널리 대중화되고 있는 생분해성 고분자로 비교적 가격이 저렴하여 다양한 용도에 활용될 수 있다. 그러나, 폴리락티드 수지는 원유기반 수지에 비하여 내열성 및 내습성이나 인성(toughness) 등 기계적 물성 등이 약하여 적용할 수 있는 분야 또는 용도에 한계가 있었다.
이에 따라 폴리락티드의 열적 및 기계적 성질을 개선하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다.
PLA의 물성 개선을 위하여 다양한 필러들과 혼합물을 형성하는 방법이 있는데, 이는 어느 정도 한계를 가지고 있다[Li, Hongbo, and Michel A. Huneault. "Effect of nucleation and plasticization on the crystallization of poly (lactic acid)." Polymer 48.23 (2007): 6855-6866].
또한, 올레핀계 고무 혹은 폴리우렌탄 고무 등과 혼합하여 인성(toughness)를 향상시키는 방법이 있다([Zhao, Liang-liang, et al. "Optimizing the balance between stiffness and flexibility by tuning the compatibility of a poly (lactic acid)/ethylene copolymer." RSC advances 7.37 (2017): 23065-23072; In situ formed crosslinked polyurethane toughened polylactide; Gurunathan, Thangavel, Jin Suk Chung, and Sanjay K. Nayak. "Reactive compatibilization of biobased polyurethane prepolymer toughening polylactide prepared by melt blending." Journal of Polymers and the Environment 24.4 (2016): 287-297; Gurunathan, Thangavel, Jin Suk Chung, and Sanjay K. Nayak. "Reactive compatibilization of biobased polyurethane prepolymer toughening polylactide prepared by melt blending." Journal of Polymers and the Environment 24.4 (2016): 287-297]). 그러나 특정 기능기를 가지고 있는 고무를 사용하는 것이 효과적이며 이러한 기능성 고무들은 화학반응을 통해 개질 후 사용하게 되어 비용적인 측면에서 불리하다.
또한 다양한 공중합을 통해 폴리락티드(PLA)의 구조를 변경하고, 이를 통한 물성 개선도 시도되고 있으나, 이는 다단계 가공 공정을 필요로 하여 제조비용이 높아 상용화에 문제가 있다([Wang, Yang, et al. "Core-shell starch nanoparticles and their toughening of polylactide." Industrial & Engineering Chemistry Research 57.39 (2018): 13048-13054; Wu, Meng, et al. "Simultaneous the thermodynamics favorable compatibility and morphology to achieve excellent comprehensive mechanics in PLA/OBC blend." Polymer 55.24 (2014): 6409-6417; Zhao, Liang-liang, et al. "Optimizing the balance between stiffness and flexibility by tuning the compatibility of a poly (lactic acid)/ethylene copolymer." RSC advances 7.37 (2017): 23065-23072]).
한국공개특허 제10-2016-0066962호는 말단이 대칭적으로 개질되어 있는 폴리락티드를 개시하고, 이는 높은 열안정성을 가지며, 특히 용융 상태에서 열 분해에 대한 저항성이 높다고 서술하고 있다.
한국등록특허 제10-2257140호는 폴리락티드(PLA); 폴리하이드록시알카노에이트(PHA); 폴리부틸렌 석시네이트(PBS); 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT); 몬모릴로나이트 및 월라스토나이트를 모두 포함하는 무기 필러; 및 첨가제;를 포함하는 생분해성 수지 조성물을 개시한다.
한국공개특허 제10-2016-0066962호 한국등록특허 제10-2257140호
본 발명의 일 실시형태는 충격강도가 우수한 생분해성 수지 조성물, 이를 포함하는 압출 성형물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 기술한 과제로 제한되지 않으며, 기술되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 폴리락티드 90 내지 97 중량부; 폴리우레탄 3 내지 10 중량부; 및 촉매 Zn(acac)2 0.01 내지 0.1 중량부;를 포함하는 생분해성 수지 조성물을 제공한다.
상기 폴리락티드는 PLLA(poly-L-lactide) 및 PDLA(poly-D-lactide)를 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄은 열가소성 폴리우레탄일 수 있다.
상기 폴리우레탄은 에스터 기반의 폴리우레탄일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 폴리우레탄은 폴리에스터 기반의 폴리우레탄이고, 에스터 교환 반응에 의해 상기 폴리우레탄 및 폴리락티드의 공중합체가 형성될 수 있다.
상기 생분해성 수지 조성물은 상기 폴리락티드 90 내지 97 중량부; 폴리우레탄 3 내지 10 중량부; 및 촉매 Zn(acac)2 0.01 내지 0.1 중량부;를 트윈 스크류로 용융 혼합하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 폴리락티드 90 내지 97 중량부; 폴리우레탄 3 내지 10 중량부; 및 Zn(acac)2 촉매 0.01 내지 0.1 중량부;를 포함하는 원료를 마련하는 단계; 상기 원료를 용융 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 압출하는 단계; 및 상기 압출물을 냉각하는 단계;를 포함하는 압출 성형물의 제조방법을 제공한다.
상기 용융 혼합은 트윈스크류 압출기에서 수행될 수 있다.
상기 용융 혼합은 20 내지 100초 동안 수행되고, 상기 압출 온도는 170 내지 190℃일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 상기 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조방법으로 제조되는 압출 성형물을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 폴리락티드와 폴리우레탄을 한 단계의 트윈스크류 압출 조건에서 소량의 촉매를 활용하여 에스터 교환(transesterification) 반응이 일어나도록 하였다. 이에 따라 폴리락티드와 폴리우레탄의 공중합체가 생성될 수 있다. 이러한 폴리락티드와 폴리우레탄의 압출 성형물은 기계적 물성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 폴리락티드의 기계적 물성을 개선하기 위해 화학 반응을 이용하면서도 별도의 중합공정이나 가공의 다단계 제조공정이 필요하지 않다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 수지 조성물은 충격 강도가 우수하여 식품 포장재 및 용기, 전자제품 케이스 등의 일반 플라스틱이 사용되었던 분야에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 수지 조성물은 압출 성형물 형태로 제조될 수 있고, 이는 통상의 플라스틱 가공법에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 혼합물의 FTIR 측정결과이다.
도 2은 본 발명의 일 실시형태에 따른 혼합물의 NMR 측정결과이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
본 발명은 생분해성 수지 조성물, 이를 포함하는 압출 성형물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 수지 조성물은 폴리락티드 90 내지 97 중량부; 폴리우레탄 3 내지 10 중량부; 및 촉매 Zn(acac)2 0.01 내지 0.1 중량부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 수지 조성물은 충격 강도가 우수하여 식품 포장재 및 용기, 전자제품 케이스 등의 일반 플라스틱이 사용되었던 분야에 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 수지 조성물의 각 성분에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 수지 조성물은 폴리락티드(polylactide, PLA); 를 포함할 수 있다.
상기 폴리락티드는 PLLA(poly-L-lactide) 및 PDLA(poly-D-lactide)를 포함할 수 있다.
상기 폴리락티드의 제조방법은 특별히 제한되지 않으며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법으로 제조될 수 있다. 이에 제한되지 않으나, 예를 들면 폴리락티드는 전분을 젖산발효하여 얻어지는 젖산을 개환 축합 반응함으로써 얻어질 수 있다. 이 경우, 상기 PLLA와 상기 PDLA가 혼합된 비율은 비제한적인 예일 수 있다. 예를 들면, 폴리락티드 100중량부에 대하여 상기 PDLA는 5 중량부 이하로 포함될 수 있다. 구체적으로 3 중량부 이하로 포함될 수 있고, 보다 구체적으로 0.1 내지 1중량부로 포함될 수 있다. 상기 PDLA의 함량이 5 중량부 미만이면 내열성이 충분하지 않을 우려가 있고, 5중량부를 초과하면 PLA의 녹는점이 증가하여 가공성이 저하될 수 있다.
또한, 폴리락티드는 전분을 젖산 발효하는 방식 이외에, PLA 스테레오 콤플렉스(stereo complex)를 형성하는 방식 등을 사용할 수 있다.
상기 폴리락티드는 생분해성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 90 내지 97 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 수지 조성물은 폴리우레탄을 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄은 열가소성 폴리우레탄일 수 있다.
또한 상기 폴리우레탄은 폴리에스터 기반의 폴리우레탄일 수 있다. 즉, 폴리에스터 계열의 폴리올(다이올)을 사용하여 얻어진 폴리우레탄을 사용할 수 있다.
상기 폴리우레탄이 에스터기를 함유하고 있어 폴리락티드와 혼합시 에스터교환(transesterification) 반응이 일어날 수 있다.
상기 폴리우레탄은 생분해성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 3 내지 10 중량부를 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄의 함량이 3 중량부 미만이면 충분한 강도 향상 효과를 기대할 수 없고, 10 중량부를 초과하면 충격강도는 향상되나, 인장강도 및 굴곡강도가 크게 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 생분해성 수지 조성물 100 중량부는 촉매를 제외한 폴리락티드 및 폴리우레탄 함량의 합일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 수지 조성물은 Bis(2,4-pentanedionato)Zinc2 [Zn(acac)2] 촉매를 포함할 수 있다. 상기 촉매는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 촉매 Zn(acac)2는 폴리락티드의 인장 강도와 굴곡강도의 손실이 거의 없이 생분해성 수지의 충격 강도를 향상시킬 수 있다.
에스터 교환 반응에 Tin(II) 2-ethylhexanoate(Sn(Oct)2), 1,5,7-Triazabicyclodec-5-ene(TBD), 1,8-Diazabicyclo(5.4.0)undec-7-ene (DBU) 등 다양한 촉매를 사용할 수 있으나, Zn(acac)2 이외의 촉매들은 충격강도를 향상시키기 위하여 다량을 사용하여야 하며, 이의 경우 인장강도 및 굴곡강도가 크게 감소하게 된다.
상기 Zn(acac)2 촉매는 생분해성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.1 중량부를 포함할 수 있다. 상기 촉매의 함량이 0.01 중량부 미만이면 폴리우레탄에 의한 충분한 강도 향상 효과를 기대할 수 없고, 너무 많으면 잔여 촉매 화합물이 환경에 독성을 줄 수도 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 상기 생분해성 수지 조성물을 포함하는 압출 성형물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 압출 성형물의 제조방법은 폴리락티드 90 내지 97 중량부; 폴리우레탄 3 내지 10 중량부; 및 Zn(acac)2 촉매 0.01 내지 0.1 중량부;를 포함하는 원료를 마련하는 단계; 상기 원료를 용융 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 압출하는 단계; 및 상기 압출물을 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 압출 성형물은 상기의 방법으로 제조된 것일 수 있다. 또한 상술한 생분해성 수지 조성물은 상기 용융 혼합 단계에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 용융 혼합은 트윈스크류 압출기에서 수행될 수 있다. 이때 상기 트윈스크류의 회전속도는 250 내지 300 RPM일 수 있고, 피더는 20 내지 30 RPM일 수 있다.
또한 상기 용융 혼합 단계의 반응시간(압출기 내 체류 시간)은 20 내지 100초일 수 있다. 상기 반응 시간이 20초 미만이면 에스터 교환 반응이 충분하지 않을 수 있고, 100초를 초과하면 지나친 열에너지에 의해 PLA 사슬의 분해가 일어날 우려가 있다.
상기 압출 단계에서 압출 온도는 170 내지 190℃일 수 있다. 상기 압출 온도가 170℃미만이면 에스터 교환 반응이 충분하지 않을 수 있고, 190℃를 초과하면 지나친 열에너지에 의해 PLA 사슬의 분해가 일어날 우려가 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 폴리락티드와 폴리우레탄을 한 단계의 트윈스크류 압출 조건에서 소량의 촉매를 활용하여 에스터 교환(transesterification) 반응이 일어나도록 하였다.
상기 용융 혼합 단계에서 에스터기를 함유하고 있는 폴리우레탄과 폴리락티드 사이에 에스터교환(transesterification) 반응이 일어날 수 있고, 이에 따라 폴리락티드와 폴리우레탄의 공중합체가 생성될 수 있다. 이러한 폴리락티드와 폴리우레탄의 압출 성형물은 기계적 물성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 폴리락티드의 기계적 물성을 개선하기 위해 화학 반응을 이용하면서도 별도의 중합공정이나 가공의 다단계 제조공정이 필요하지 않다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 압출 성형물은 상기 생분해성 수지 조성물이 일정한 형태를 가진 것으로 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 압출 단계 이후 상기 압출물을 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 상기 냉각 단계 후 펠렛 형태로 제조될 수 있다. 상기 펠렛은 다양한 크기 및 형상을 가질 수 있다.
상기 압출 성형물은 통상의 플라스틱 가공법에 적용될 수 있다. 이에 제한되지 않으나, 예를 들면, 시트 성형, 진공 성형, 압진공, 필름 성형, 사출 성형 등을 적용할 수 있다. 상기 압출 성형물으로 제조할 수 있는 최종 제품으로는 포장재/포장 용기에 적용될 수 있는 시트, 필름, 압출기에서 용융 압출된 스트랜드(strand), 식품 포장재/포장 용기, 전자레인지 가열용 식품 용기, 산업용 포장 자재 등 일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하며, 본 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
[제조예 1]
합성예 1 내지 합성예 4
TPU(송원산업, P-3170A) 20중량%, PLA[Luminy L130, Total-Corbion, Gorinchem, Netherlands;
Figure pat00002
99%, L-isomer, density 1.24 g/cm3, melt flow index 10 g/10 min (190 ℃?/2.16 kg, ISO 1133-A)] 80중량%, 촉매 Tin(II) 2-ethylhexanoate(Sn(Oct)2), 1,5,7-Triazabicyclodec-5-ene(TBD), 1,8-Diazabicyclo(5.4.0)undec-7-ene(DBU), 또는 Bis(2,4-pentanedionato)Zinc2 (Zn(acac)2)를 0.05중량% 혼합하여 트윈스크류 압출기에 투입하였다. 반응 시간(체류시간)은 40초, 메인 280 RPM, 피더 30 RPM의 속도로 용융 및 압출하였다. 압출 온도는 170 ~ 190℃ 였고, 부하율은 30 이상이였다. 얻어진 압출물의 물성을 측정하였으며 이의 결과는 하기 표 1과 같다.
물성 대조군 합성예 1 합성예 2 합성예 3 합성예 4
Neat PLA Sn(Oct)2 TBD DBU Zn(acac)2
충격강도(J/m) 37.3 29.7 43.9 48.2 56.2
인장강도(MPa) 75.0 39.6 54.1 55.0 50.3
굴곡강도(MPa) 126.6 54.0 76.3 78.9 70.9
상기 표 1을 보면, 합성예 1에서 사용된 Sn(Oct)2는 PLA의 강도 향상에 효과가 없었다. 또한 합성예 2 내지 4는 충격강도는 향상되었으나, 인장강도 및 굴곡강도가 저하된 것을 확인할 수 있다.
[제조예 2]
합성예 5 내지 합성예 8
상기 제조예 1과 같은 조건을 사용하되, TPU 3 중량%, PLA 97중량%를 사용하였다. 얻어진 압출물의 물성을 측정하였으며 이의 결과는 하기 표 2와 같다.
물성 대조군 합성예 5 합성예 6 합성예 7 합성예 8
Neat PLA Sn(Oct)2 TBD DBU Zn(acac)2
충격강도(J/m) 37.3 23.8 38.8 37.4 47.9
인장강도(MPa) 75.0 56.1 71.3 66.9 71.6
굴곡강도(MPa) 126.6 83.6 118.1 100.1 115.1
상기 표 2를 보면, 폴리우레탄의 함량이 감소함에 따라 인장강도 및 굴곡강도의 저하률이 감소하였으나, 합성예 5 내지 합성예 7은 충격강도가 크게 감소하였다. 이에 반하여 촉매 Zn(acac)2를 사용한 합성예 8은 인장강도 및 굴곡강도의 저하률이 감소하였을 뿐만 아니라, 충격강도의 감소율이 낮았다. 촉매 DBU를 사용한 합성예 7은 인장강도 및 굴곡강도의 저하률이 감소하고, 충격강도의 감소율이 낮았으나, 합성예 8과 비교하여 인장강도, 굴곡강도 및 충격강도가 낮았다.
[제조예 3]
합성예 8 내지 합성예 11
상기 제조예 1과 같은 조건을 사용하되, TPU의 함량을 1 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 7 중량%로 달리하고, 촉매 DBU 0.05중량%를 사용하였다. 얻어진 압출물의 물성을 측정하였으며 이의 결과는 하기 표 3와 같다.
물성 대조군 합성예 8 합성예 9 합성예 10 합성예 11
Neat PLA TPU(1%) TPU(3%) TPU(5%) TPU(7%)
충격강도(J/m) 37.3 31.0 37.4 39.3 32.8
인장강도(MPa) 75.0 71.2 66.9 68.2 59.3
굴곡강도(MPa) 126.6 99.9 100.1 98.6 94.0
상기 표 3을 보면, 촉매 DBU를 사용하는 경우 인장강도 및 굴곡강도가 조금 저하되었고, 충격강도는 크게 증가되지 않았다.
[제조예 4]
합성예 12 내지 합성예 15
상기 제조예 1과 같은 조건을 사용하되, TPU의 함량을 1 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 7 중량%로 달리하고, 촉매 Zn(acac)2 0.05 중량%를 사용하였다. 얻어진 압출물의 물성을 측정하였으며 이의 결과는 하기 표 4와 같다.
물성 대조군 합성예 12 합성예 13 합성예 14 합성예 15
Neat PLA TPU(1%) TPU(3%) TPU(5%) TPU(7%)
충격강도(J/m) 37.3 36.6 47.9 51.6 48.2
인장강도(MPa) 75.0 74.0 71.6 68.8 65.8
굴곡강도(MPa) 126.6 120.6 115.1 109.0 130.1
상기 표 4를 보면, 촉매 Zn(acac)2를 사용하는 경우 인장강도 또는 굴곡강도가 조금 저하될 수 있으나, 그 저하률이 크지 않으며, 충격강도는 크게 증가한 것을 확인할 수 있다. 즉, 촉매 Zn(acac)2는 TBD, DBU, Sn(Oct)2를 사용하는 경우와 비교하여 인장 강도 및 굴곡 강도의 저하를 방지할 수 있고, 충격 강도를 향상에 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.
[구조 분석]
1) FTIR 측정
Fourier transform infrared spectroscope (FT-IR, Nicolet Summit, Thermo Scientific, USA)을 사용하였다. 혼합물(압출물)은 클로로포름(chloroform)에 0.5 wt%로 녹였다(16 h, 25℃). PLA는 클로로포름(chloroform)에 0.5 wt%(12 h, 25℃) TPU는 다이옥산(dioxane)에 0.5 wt%로 녹였다(12 h, 50℃). 실린지 필터(Mixed cellulose ester, 공경 0.45 um, Hyundai Micro, Republic of Korea) 로 거른 뒤, 용액을 KBr 재질의 round crystal window(Z267635, Aldrich, USA)에 떨어뜨리고, 건조(25℃, RH 60%)하여 필름으로 만든 후 ATR mode로 측정하였다. 400~4000 cm-1 구간을 4 cm-1/s의 속도로 500 times로 측정하였다.
이의 측정 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면 TPU 고유 피크가 혼합물의 피크와 겹쳐져 존재함을 1736 근처에서 확인할 수 있다.
2) NMR 측정
혼합물(압출물)을 클로로포름(chloroform)에 0.5 wt%로 녹였다(16 h, 25℃). 실린지 필터(Mixed cellulose ester, 공경 0.45 um, Hyundai Micro, Republic of Korea)로 거른 뒤, 용액을 후드에서 건조(25℃, RH 60%) 후 CDCl3에 1 wt%로 녹였다(12 h, 25℃). NMR 측정은 Nuclear magnetic resonance(600 MHz NMR, Varian, USA)로 측정하였다. PLA는 CDCl3에 1 wt%로 녹여 측정하였고(12 h, 25℃). TPU의 경우 각각 DMSO-d6에 1 wt%로 녹여 측정하였다(12 h, 50℃).
이의 측정 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2를 참조하면 TPU 고유 피크가 혼합 과정을 통해 공중합되어 2.31 ppm 근처에서 확인할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 폴리락티드 90 내지 97 중량부;
    폴리우레탄 3 내지 10 중량부; 및
    촉매 Zn(acac)2 0.01 내지 0.1 중량부;를 포함하는 생분해성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리락티드는 PLLA(poly-L-lactide) 및 PDLA(poly-D-lactide)를 포함하는 생분해성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄은 열가소성 폴리우레탄인 생분해성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄은 폴리에스터 기반의 폴리우레탄인 생분해성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄은 폴리에스터 기반의 폴리우레탄이고, 에스터 교환 반응에 의해 상기 폴리우레탄 및 폴리락티드의 공중합체가 형성되는 생분해성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 생분해성 수지 조성물은 상기 폴리락티드 90 내지 97 중량부; 폴리우레탄 3 내지 10 중량부; 및 촉매 Zn(acac)2 0.01 내지 0.1 중량부;를 트윈 스크류로 용융 혼합하여 얻어지는 것인 생분해성 수지 조성물.
  7. 폴리락티드 90 내지 97 중량부; 폴리우레탄 3 내지 10 중량부; 및 Zn(acac)2 촉매 0.01 내지 0.1 중량부;를 포함하는 원료를 마련하는 단계;
    상기 원료를 용융 혼합하는 단계;
    상기 혼합물을 압출하는 단계; 및
    상기 압출물을 냉각하는 단계;
    를 포함하는 압출 성형물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 용융 혼합은 트윈스크류 압출기에서 수행되는 것인 압출 성형물의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 용융 혼합은 20 내지 100초 동안 수행되고, 상기 압출 온도는 170 내지 190 ℃인 압출 성형물의 제조방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 압출 성형물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160066962A (ko) 2014-12-03 2016-06-13 한국화학연구원 말단 개질된 폴리락타이드 및 그 제조방법
KR102257140B1 (ko) 2019-12-26 2021-05-27 주식회사 윤바이오테크 생분해성 수지 조성물, 이를 포함하는 성형품, 및 그 성형품의 제조 방법

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