KR20230170586A - Biodegradable compositiom and biodegradable film - Google Patents
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
- C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
- C08L2205/025—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure
Abstract
본 발명에서는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT) 및 말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 포함하는 생분해성 조성물과, 생분해성 필름이 제공된다.In the present invention, a biodegradable composition comprising polybutylene adipate terephthalate (PBAT) and polybutylene adipate terephthalate (PBAT) in which maleic acid is ester bonded to the hydroxy group (-OH) at the terminal, and biodegradable composition. Sex films are provided.
Description
본 발명은 생분해성 조성물 및 생분해성 필름에 관한 것이다.The present invention relates to biodegradable compositions and biodegradable films.
최근 환경 보호와 친환경에 관한 관심이 급증함에 따라 친환경 농산물을 재배하는 방법의 필요성이 증대하고 있다. 이러한 친환경 농법의 하나로 멀칭 농법이 알려져 있는데, 농작물을 재배할 때 토양의 표면을 멀칭 필름 등으로 덮어주어 잡초의 생육을 방지하고 병충해를 예방하며, 토양의 수분을 유지 또는 지온을 조절하고, 우천 시 빗물에 의해 토양이 침식되는 것을 방지하고, 농약 사용을 줄이는 방법이다. Recently, as interest in environmental protection and eco-friendliness has rapidly increased, the need for methods of growing eco-friendly agricultural products is increasing. Mulching is known as one of these eco-friendly farming methods. When growing crops, the surface of the soil is covered with a mulching film to prevent the growth of weeds, prevent pests and diseases, maintain soil moisture or regulate ground temperature, and in case of rain. This is a method to prevent soil erosion by rainwater and reduce pesticide use.
이러한 멀칭 농법에 사용되는 멀칭 필름은 농산물의 생산성에 크게 기여를 하지만 사용 후 수거 및 재활용에 따른 어려움이 있다. 통상 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 합성수지를 사용하고 생분해성 성분을 첨가제로 첨가하여 생분해성을 부여하기는 하지만 합성수지 자체의 생분해는 불가능한 실정이다. 또한 생분해되지 않고 남겨진 합성수지는 토양을 오염시키는 문제가 있다.The mulching film used in this mulching farming method greatly contributes to the productivity of agricultural products, but there are difficulties in collecting and recycling after use. Usually, synthetic resins such as polypropylene and polyethylene are used and biodegradable ingredients are added as additives to provide biodegradability, but biodegradation of the synthetic resin itself is impossible. Additionally, synthetic resins left behind without being biodegraded have the problem of contaminating the soil.
이에 생분해성 플라스틱인 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 사용하여 멀칭 필름을 제조하려는 시도가 있으나, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)의 신율이 높은 반면, 영률 등의 기계적 물성이 기존 폴리에틸렌 등의 필름 대비 낮은 문제점이 있다. 또한, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)는 100% 석유 기반 소재이기에 바이오 원료 함량이 낮다.Accordingly, there have been attempts to manufacture mulching films using polybutylene adipate terephthalate (PBAT), a biodegradable plastic. However, while polybutylene adipate terephthalate (PBAT) has high elongation, mechanical properties such as Young's modulus have been There are fewer problems compared to films such as polyethylene. In addition, polybutylene adipate terephthalate (PBAT) is a 100% petroleum-based material, so it has a low bio-material content.
이에, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)에 다양한 생분해성 소재들을 컴파운딩하여 물성을 향상시키고 바이오 원료 함량을 증가시키려는 시도가 이루어졌으나, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 다른 생분해성 소재들 사이에 상용성이 적어 인장 특성이 낮게 나오는 문제점이 있다.Accordingly, attempts have been made to improve the physical properties and increase the content of bio-based materials by compounding various biodegradable materials with polybutylene adipate terephthalate (PBAT), but there is a difference between polybutylene adipate terephthalate and other biodegradable materials. There is a problem with low tensile properties due to low compatibility.
본 발명은 인열 강도, 최대 인장강도, 파단 신율 및 영률 등의 인장 특성이 우수하고, 바이오 원료의 함량이 증가된 생분해성 조성물 및 생분해성 필름을 제공하기 위한 것이다. The present invention is intended to provide a biodegradable composition and a biodegradable film with excellent tensile properties such as tear strength, maximum tensile strength, elongation at break, and Young's modulus, and with an increased content of bio raw materials.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT); 및 말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 포함하는 생분해성 조성물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, polybutylene adipate terephthalate (PBAT); and polybutylene adipate terephthalate (PBAT), in which maleic acid is ester bonded to a terminal hydroxy group (-OH).
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT); 및 말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 포함하는 생분해성 필름이 제공된다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, polybutylene adipate terephthalate (PBAT); and polybutylene adipate terephthalate (PBAT), in which maleic acid is ester bonded to a terminal hydroxy group (-OH).
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 생분해성 조성물 및 생분해성 필름에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the biodegradable composition and biodegradable film according to specific embodiments of the invention will be described in more detail.
본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 "포함" 또는 "함유"라 함은 어떤 구성 요소(또는 구성 성분)를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소(또는 구성 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석될 수 없다. Throughout this specification, unless otherwise specified, “include” or “contains” refers to the inclusion of a certain component (or component) without particular limitation, excluding the addition of other components (or components). cannot be interpreted as
본 명세서 전체에서 "폴리락트산 프리폴리머"는 락트산을 올리고머화시킨 중량평균 분자량 1,000 내지 50,000 g/mol의 폴리락트산을 의미한다.Throughout this specification, “polylactic acid prepolymer” refers to polylactic acid with a weight average molecular weight of 1,000 to 50,000 g/mol, which is obtained by oligomerizing lactic acid.
본 명세서 전체에서 "폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머"는 3-하이드록시프로피오네이트를 올리고머화시킨 중량평균 분자량 1,000 내지 50,000 g/mol의 폴리(3-하이드록시프로피오네이트)를 의미한다.Throughout this specification, “poly(3-hydroxypropionate) prepolymer” refers to poly(3-hydroxypropionate) with a weight average molecular weight of 1,000 to 50,000 g/mol obtained by oligomerizing 3-hydroxypropionate. it means.
또, 본 명세서에서 별도의 언급이 없는 한, 폴리락트산 프리폴리머, 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머, 및 공중합체의 중량평균 분자량은 겔 투과 크로마토그래피(GPC)를 이용하여 측정할 수 있다. 구체적으로는 상기 프리폴리머 또는 공중합체를 2mg/ml의 농도가 되도록 클로로폼에 용해시킨 후 GPC에 20㎕를 주입하고, 40℃에서 GPC 분석을 수행한다. 이때 GPC의 이동상은 클로로폼을 사용하고, 1.0mL/분의 유속으로 유입하며, 컬럼은 Agilent Mixed-B 2개를 직렬로 연결하여 사용하며, 검출기로는 RI Detector를 사용한다. 폴리스티렌 표준 시편을 이용하여 형성된 검정 곡선을 이용하여 Mw 값을 유도한다. 폴리스티렌 표준 시편의 중량평균 분자량은 2,000 g/mol, 10,000 g/mol, 30,000 g/mol, 70,000 g/mol, 200,000 g/mol, 700,000 g/mol, 2,000,000 g/mol, 4,000,000 g/mol, 및 10,000,000 g/mol의 9종을 사용하였다.In addition, unless otherwise stated herein, the weight average molecular weight of polylactic acid prepolymer, poly(3-hydroxypropionate) prepolymer, and copolymer can be measured using gel permeation chromatography (GPC). . Specifically, the prepolymer or copolymer is dissolved in chloroform to a concentration of 2 mg/ml, then 20 μl is injected into GPC, and GPC analysis is performed at 40°C. At this time, the mobile phase of GPC uses chloroform and flows at a flow rate of 1.0 mL/min, the column uses two Agilent Mixed-Bs connected in series, and the detector uses an RI Detector. The Mw value is derived using a calibration curve formed using a polystyrene standard specimen. The weight average molecular weights of the polystyrene standard specimens were 2,000 g/mol, 10,000 g/mol, 30,000 g/mol, 70,000 g/mol, 200,000 g/mol, 700,000 g/mol, 2,000,000 g/mol, 4,000,000 g/mol, and 10,000,000. Nine types of g/mol were used.
또한, 본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미노기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 사이클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 아릴아민기; 아릴포스핀기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.Additionally, in this specification, the term “substituted or unsubstituted” refers to deuterium; halogen group; Nitrile group; nitro group; hydroxyl group; carbonyl group; ester group; imide group; amino group; Phosphine oxide group; Alkoxy group; Aryloxy group; Alkylthioxy group; Arylthioxy group; Alkyl sulphoxy group; Aryl sulfoxy group; silyl group; boron group; Alkyl group; Cycloalkyl group; alkenyl group; Aryl group; Aralkyl group; Aralkenyl group; Alkylaryl group; Alkylamine group; Aralkylamine group; heteroarylamine group; Arylamine group; Arylphosphine group; or substituted or unsubstituted with one or more substituents selected from the group consisting of heterocyclic groups containing one or more of N, O and S atoms, or substituted or unsubstituted with two or more of the above-exemplified substituents linked. . For example, “a substituent group in which two or more substituents are connected” may be a biphenyl group. That is, the biphenyl group may be an aryl group, or it may be interpreted as a substituent in which two phenyl groups are connected.
생분해성 필름 제조용 조성물을 제조하기 위해 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트에 다른 생분해성 소재, 예를 들어 열가소성 전분을 컴파운딩할 수 있으나, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트는 소수성(hydrophobic)인 반면 열가소성 전분은 친수성(hydrophilic)이어서, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 열가소성 전분이 잘 섞이지 않아 상용성이 저하되는 문제점이 있다.Polybutylene adipate terephthalate can be compounded with other biodegradable materials, such as thermoplastic starch, to prepare a composition for making biodegradable films; polybutylene adipate terephthalate is hydrophobic, whereas thermoplastic starch is hydrophobic. Since polybutylene adipate terephthalate and thermoplastic starch do not mix well, there is a problem in that compatibility is reduced because it is hydrophilic.
이에 대해 본 발명자들은, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트를 포함하는 생분해성 조성물에 상용화제로 ‘말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트’를 사용하는 경우, 상용성이 향상되어 이러한 조성물로 제조되는 생분해성 필름의 인장 강도 등의 기계적 특성이 향상된다는 점을 알아내어 본 발명을 완성하였다.In response to this, the present inventors found that when 'polybutylene adipate terephthalate with maleic acid ester bonded to the terminal hydroxy group' was used as a compatibilizer in a biodegradable composition containing polybutylene adipate terephthalate, compatibility was improved. The present invention was completed by finding that the mechanical properties, such as tensile strength, of biodegradable films manufactured with this composition were improved.
또한, 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트를 포함하는 생분해성 조성물에 열가소성 전분의 함량이 많아질수록 가격이 저렴하여 경제적이고, 생분해성이 향상되고, 바이오 기반 탄소의 함량이 증가되는 장점이 있는데, 상기 생분해성 조성물에 ‘말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트’를 상용화제로 사용함에 따라, 상기 열가소성 전분을 다량 포함하여 상술한 효과를 나타낼 수 있다.In addition, as the content of thermoplastic starch increases in the biodegradable composition containing polybutylene adipate terephthalate, it has the advantage of being economical due to lower price, improving biodegradability, and increasing the content of bio-based carbon. As the biodegradable composition uses 'polybutylene adipate terephthalate in which maleic acid is ester bonded to a terminal hydroxy group' as a compatibilizer, the above-described effect can be achieved by including a large amount of the thermoplastic starch.
발명의 일 구현예에 따르면, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT); 및 말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 포함하는 생분해성 조성물이 제공된다.According to one embodiment of the invention, polybutylene adipate terephthalate (PBAT); and polybutylene adipate terephthalate (PBAT), in which maleic acid is ester bonded to a terminal hydroxy group (-OH).
상기 ‘말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트’는 생분해성 조성물의 상용성을 향상시키는 상용화제로서 사용될 수 있다. 또한, ‘말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트’는 사슬연장제로 작용하여 분자량을 증가시킬 수 있고, 용융점도를 높이며 연신성 등의 성형성도 향상시킬 수 있다.The ‘polybutylene adipate terephthalate in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group’ can be used as a compatibilizer to improve the compatibility of biodegradable compositions. In addition, ‘polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded to the hydroxy group at the end,’ acts as a chain extender and can increase molecular weight, increase melt viscosity, and improve formability such as stretchability.
상기 ‘말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트’는 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 말단의 히드록시기에 말레산 및/또는 무수말레산이 에스테르 반응하여 제조될 수 있다. 이때, 상기 무수말레산은 상기 말레산에 비해 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트과의 에스테르 반응의 반응성이 높을 수 있다.The ‘polybutylene adipate terephthalate in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group’ can be produced by esterifying maleic acid and/or maleic anhydride to the terminal hydroxy group of polybutylene adipate terephthalate. At this time, the maleic anhydride may have a higher ester reaction reactivity with polybutylene adipate terephthalate than the maleic acid.
예를 들어, 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트는 하기 화학식 1 또는 2로 표시될 수 있다.For example, polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group, may be represented by the following formula (1) or (2).
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2] [Formula 2]
상기 화학식 1 및 2에서,In Formulas 1 and 2,
a 내지 d는 각각 독립적으로 1 내지 500, 5 내지 450, 10 내지 400 또는 20 내지 300의 정수일 수 있다.a to d may each independently be an integer of 1 to 500, 5 to 450, 10 to 400, or 20 to 300.
상기 화학식 1로 표시되는 ‘말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트’는 말레산에 포함된 1개의 카르복실기가 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트 말단의 히드록시기와 에스테르 반응하여 에스테르 결합된 것일 수 있다. 또한, 상기 화학식 2로 표시되는 ‘말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트’는 말레산에 포함된 2개의 카르복실기 각각이 다른 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트 말단의 히드록시기와 에스테르 반응하여 에스테르 결합된 것일 수 있다.'Polybutylene adipate terephthalate in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group' represented by Formula 1 is an ester bond formed by ester reaction of one carboxyl group contained in maleic acid with the terminal hydroxy group of polybutylene adipate terephthalate. It may have happened. In addition, 'polybutylene adipate terephthalate in which maleic acid is ester bonded to the hydroxyl group at the terminal' represented by the formula 2 is a polybutylene adipate terephthalate in which the two carboxyl groups contained in maleic acid are different from the hydroxyl group at the terminal of the polybutylene adipate terephthalate and the ester. It may be ester bonded through reaction.
상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트는, 상술한 바와 같이 말레산 및/도는 무수말레산과 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 에스테르 반응시켜 제조될 수 있는데, 말레산 및/또는 무수말레산의 함량, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 함량, 반응 온도, 반응 시간, 첨가제의 종류 및 함량 등을 조절하여, 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 제조할 수 있고, 이러한 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 중량평균 분자량, 구조, 점도 등을 제어할 수 있다.Polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group, can be prepared by esterifying maleic acid and/or maleic anhydride with polybutylene adipate terephthalate, as described above. Maleic acid and /or by adjusting the content of maleic anhydride, the content of polybutylene adipate terephthalate, reaction temperature, reaction time, type and content of additives, etc., to produce polybutylene adipate terephthalate in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group. Phthalate can be manufactured, and the weight average molecular weight, structure, viscosity, etc. of polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group, can be controlled.
한편, 종래에는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트에 무수 말레산이 그라프트 결합된 상용화제를 사용하는 경우가 있었는데, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트 체인 중간에 라디칼이 생기 어렵거나 입체 장애(steric hinderance)에 의해 그라프팅 반응 효율이 낮은데 반해, 상기 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트는 반응효율이 현저히 높다는 장점이 있습니다. 이에 따라, 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 상용화제로서 생분해성 조성물 및 필름에 포함하는 경우, 종래의 무수 말레인산이 그라프트 결합된 상용화제를 사용하는 경우에 비해 인열 강도, 최대 인장강도, 파단 신율 및 영률 등의 인장 특성이 우수할 수 있다.Meanwhile, in the past, there was a case of using a compatibilizer in which maleic anhydride was grafted to polybutylene adipate terephthalate, but it was difficult for radicals to form in the middle of the polybutylene adipate terephthalate chain or due to steric hinderance. While the grafting reaction efficiency is low, polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded, has the advantage of significantly higher reaction efficiency. Accordingly, when polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester-bonded to the terminal hydroxy group, is included as a compatibilizer in biodegradable compositions and films, when a conventional compatibilizer in which maleic anhydride is graft-bonded is used. Compared to this, tensile properties such as tear strength, ultimate tensile strength, elongation at break, and Young's modulus may be superior.
상기 일 구현예에 따른 생분해성 조성물에서, 상기 생분해성 조성물 고형분 총 100 중량%에 대해 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 0.5 중량% 이상 10.0 중량% 이하로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 조성물 고형분 총 100 중량%에 대해 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 0.7 중량% 이상, 0.9 중량% 이상, 1.0 중량% 이상, 2.0 중량% 이상 포함할 수 있고, 9.0 중량% 이하, 7.0 중량% 이하, 6.0 중량% 이하, 5.0 중량% 이하로 포함할 수 있다. 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 지나치게 적게 포함되는 경우 상용성 향상 효과가 나타나지 않아 조성물로 제조된 필름의 인장 강도 등의 기계적 물성이 저하될 수 있고, 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 지나치게 많이 포함되는 경우 용융점도가 과도하게 높아져서 성형성이 저하될 수 있다.In the biodegradable composition according to the above embodiment, the polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group, is included in an amount of 0.5% by weight or more and 10.0% by weight or less based on a total of 100% by weight of solid content of the biodegradable composition. can do. For example, with respect to the total solid content of the biodegradable composition of 100% by weight, polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group, is added in an amount of 0.7% by weight or more, 0.9% by weight or more, 1.0% by weight or more, or 2.0% by weight. % or more, and may include 9.0 wt% or less, 7.0 wt% or less, 6.0 wt% or less, and 5.0 wt% or less. If too little polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded to the hydroxyl group at the terminal, is included, the effect of improving compatibility may not be achieved, and the mechanical properties such as tensile strength of the film made from the composition may be reduced, and the terminal If too much polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded to the hydroxy group, is included, the melt viscosity may increase excessively and the moldability may deteriorate.
또한, 상기 일 구현예에 따른 생분해성 조성물은, 폴리하이드록시알카노에이트를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리하이드록시알카노에이트는 이로써 한정하는 것은 아니나, 폴리(3-하이드록시부티레이트), 폴리(4-하이드록시부티레이트), 폴리(2-하이드록시프로피온네이트), 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 폴리(3-하이드록시발레이트), 폴리(4-하이드록시발레이트) 또는 폴리(5-하이드록시발레이트)일 수 있으나, 상기 생분해성 조성물을 이용한 필름의 인장 특성 향상을 위해서 상기 폴리하이드록시알카노에이트는 폴리(3-하이드록시프로피오네이트)인 것이 바람직하다.In addition, the biodegradable composition according to the above embodiment may further include polyhydroxyalkanoate. The polyhydroxyalkanoate is not limited thereto, but includes poly(3-hydroxybutyrate), poly(4-hydroxybutyrate), poly(2-hydroxypropionate), and poly(3-hydroxypropionate). nate) may be poly(3-hydroxyvalate), poly(4-hydroxyvalate) or poly(5-hydroxyvalate), but in order to improve the tensile properties of the film using the biodegradable composition, the poly The hydroxyalkanoate is preferably poly(3-hydroxypropionate).
또한, 상기 폴리하이드록시알카노에이트는 겔 투과 크로마토그래피(GPC: gel permeation chromatography)를 이용하여 측정한 중량평균 분자량(Mw)이 50,000 내지 300,000 g/mol이며, 보다 구체적으로는 50,000 g/mol 이상, 70,000 g/mol 이상, 또는 100,000 g/mol 이상이고, 300,000 g/mol 이하, 또는 200,000 g/mol 이하 또는 150,000g/mol 이하의 중량평균 분자량을 갖는다. 상기 폴리하이드록시알카노에이트의 중량평균 분자량이 지나치게 작으면 전반적인 기계적 물성이 현격히 저하될 수 있고, 중량평균 분자량이 지나치게 크면 공정 과정이 어렵고 가공성 및 신율이 낮아질 수 있다.In addition, the polyhydroxyalkanoate has a weight average molecular weight (Mw) measured using gel permeation chromatography (GPC) of 50,000 to 300,000 g/mol, and more specifically, 50,000 g/mol or more. , 70,000 g/mol or more, or 100,000 g/mol or more, and has a weight average molecular weight of 300,000 g/mol or less, or 200,000 g/mol or less, or 150,000 g/mol or less. If the weight average molecular weight of the polyhydroxyalkanoate is too small, the overall mechanical properties may be significantly reduced, and if the weight average molecular weight is too large, the process may be difficult and processability and elongation may be low.
또한, 상기 생분해성 조성물은, 생분해성 조성물의 고형분 총 100 중량% 대비 상기 폴리하이드록시알카노에이트를 3 내지 40 중량%로 포함될 수 있고, 보다 구체적으로는 3 중량% 이상, 5 중량% 이상, 7 중량% 이상이거나, 40 중량% 이하, 35 중량% 이하, 30 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 폴리하이드록시알카노에이트가 생분해성 조성물에 지나치게 적게 포함되는 경우 이로 제조된 필름의 영률 및 항복 인장강도 등의 인장특성이 저하될 수 있고, 상기 폴리하이드록시알카노에이트가 생분해성 조성물에 지나치게 많이 포함되는 경우 이로 제조된 필름의 신율이 낮아질 수 있다.In addition, the biodegradable composition may contain 3 to 40% by weight of the polyhydroxyalkanoate based on the total solid content of 100% by weight of the biodegradable composition, more specifically, 3% by weight or more, 5% by weight or more, It may be included in an amount of 7% by weight or more, 40% by weight or less, 35% by weight or less, and 30% by weight or less. If the polyhydroxyalkanoate is included in an excessively small amount in the biodegradable composition, the tensile properties such as Young's modulus and yield tensile strength of the film produced may be reduced, and if the polyhydroxyalkanoate is excessively contained in the biodegradable composition, If it is included in large quantities, the elongation of the film produced may be lowered.
또한, 상기 일 구현예에 따른 생분해성 조성물은, 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체를 더 포함할 수 있다.Additionally, the biodegradable composition according to the above embodiment may further include a hydroxyalkanoate-lactide copolymer.
상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체는 1개 이상의 폴리하이드록시알카노에이트(PHA; polyhydrxyalkanoate) 블록 및 1개 이상의 폴리락트산 블록을 포함하는 블록 공중합체일 수 있다. 상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체가 상술한 블록들을 포함함에 따라, 폴리하이드록시알카노에이트 및 폴리락트산이 갖는 친환경성 및 생분해성을 나타낼 수 있다. The hydroxyalkanoate-lactide copolymer may be a block copolymer including one or more polyhydroxyalkanoate (PHA) blocks and one or more polylactic acid blocks. As the hydroxyalkanoate-lactide copolymer contains the above-mentioned blocks, it can exhibit the environmental friendliness and biodegradability of polyhydroxyalkanoate and polylactic acid.
상기 하이드록시알카노에이트는 3-하이드록시부티레이트, 4-하이드록시부티레이트, 2-하이드록시프로피온네이트, 3-하이드록시프로피오네이트, 탄소수가 6 내지 14 개인 중간사슬 길이의 (D)-3-하이드록시카르복실레이트, 3-하이드록시발레이트, 4-하이드록시발레이트 또는 5-하이드록시발레이트일 수 있다. 따라서, 상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체는 3-하이드록시부티레이트-락타이드 공중합체, 4-하이드록시부티레이트-락타이드 공중합체, 2-하이드록시프로피온네이트-락타이드 공중합체, 3-하이드록시프로피오네이트-락타이드 공중합체, 4-하이드록시발레이트-락타이드 공중합체 또는 5-하이드록시발레이트-락타이드 공중합체일 수 있으며, 예를 들어 상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체는 유연성 및 기계적 물성 등을 개선하기 위해 3-하이드록시프로피오네이트-락타이드 공중합체일 수 있다. The hydroxyalkanoates include 3-hydroxybutyrate, 4-hydroxybutyrate, 2-hydroxypropionate, 3-hydroxypropionate, and (D)-3- having a medium chain length of 6 to 14 carbon atoms. It may be hydroxycarboxylate, 3-hydroxyvalate, 4-hydroxyvalate or 5-hydroxyvalate. Therefore, the hydroxyalkanoate-lactide copolymer is 3-hydroxybutyrate-lactide copolymer, 4-hydroxybutyrate-lactide copolymer, 2-hydroxypropionate-lactide copolymer, 3- It may be a hydroxypropionate-lactide copolymer, a 4-hydroxyvalate-lactide copolymer, or a 5-hydroxyvalate-lactide copolymer, for example, the hydroxyalkanoate-lactide. The copolymer may be a 3-hydroxypropionate-lactide copolymer to improve flexibility and mechanical properties.
상기 3-하이드록시프로피오네이트-락타이드 공중합체는 폴리락트산 프리폴리머 및 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머가 중합된 블록 공중합체일 수 있다.The 3-hydroxypropionate-lactide copolymer may be a block copolymer obtained by polymerizing polylactic acid prepolymer and poly(3-hydroxypropionate) prepolymer.
상기 3-하이드록시프로피오네이트-락타이드 공중합체는 상기 폴리락트산 프리폴리머가 가진 인장강도 및 탄성률이 우수한 특징을 나타내면서도, 상기 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머가 유리 전이 온도(Tg)를 낮추어 유연성을 증가시키고, 충격 강도 등의 기계적 물성을 개선함으로써, 폴리락트산이 갖는 신율이 나빠 쉽게 깨지는 특성(Brittleness)을 방지할 수 있다.The 3-hydroxypropionate-lactide copolymer exhibits the excellent tensile strength and elastic modulus characteristics of the polylactic acid prepolymer, while the poly(3-hydroxypropionate) prepolymer has a glass transition temperature (Tg). By increasing flexibility by lowering and improving mechanical properties such as impact strength, it is possible to prevent the brittleness of polylactic acid due to its poor elongation.
상기 폴리락트산 프리폴리머는 락트산을 발효 또는 축중합(Polycondensation)하여 제조된 것일 수 있다.The polylactic acid prepolymer may be manufactured by fermentation or polycondensation of lactic acid.
상기 폴리락트산 프리폴리머는 중량평균 분자량이 1,000 g/mol 이상 또는 5,000 g/mol 이상, 또는 6,000 g/mol 이상, 또는 8,000 g/mol 이상이고, 50,000 g/mol 이하, 또는 30,000 g/mol 이하일 수 있으며, 최종 제조되는 블록 공중합체 내 폴리락트산 프리폴리머 유래 반복단위를 포함하는 블록의 결정성을 높이고자 할 경우, 상기 폴리락트산 프리폴리머가 20,000 g/mol 초과, 또는 22,000g/mol 이상, 또는 23,000g/mol 이상, 또는 25,000 g/mol 이상이고, 50,000 g/mol 이하, 또는 30,000 g/mol 이하, 또는 28,000 g/mol 이하, 또는 26,000g/mol 이하의 높은 중량평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다.The polylactic acid prepolymer may have a weight average molecular weight of 1,000 g/mol or more, or 5,000 g/mol or more, or 6,000 g/mol or more, or 8,000 g/mol or more, and 50,000 g/mol or less, or 30,000 g/mol or less, When it is desired to increase the crystallinity of the block containing repeating units derived from polylactic acid prepolymer in the final manufactured block copolymer, the polylactic acid prepolymer must be greater than 20,000 g/mol, or 22,000 g/mol or more, or 23,000 g/mol. It is preferable to have a high weight average molecular weight of more than or equal to 25,000 g/mol, and less than or equal to 50,000 g/mol, or less than or equal to 30,000 g/mol, or less than or equal to 28,000 g/mol, or less than or equal to 26,000 g/mol.
폴리락트산 프리폴리머의 중량평균 분자량이 20,000 g/mol 이하이면 고분자의 결정이 작아 최종 제조된 블록 공중합체에서 고분자의 결정성을 유지하기 어렵고, 폴리락트산 프리폴리머의 중량평균 분자량이 50,000 g/mol을 초과하면 중합 시 폴리락트산 프리폴리머 사이의 반응속도보다 프리폴리머 사슬 내부에서 일어나는 부반응 속도가 빨라지게 된다.If the weight average molecular weight of the polylactic acid prepolymer is less than 20,000 g/mol, the polymer crystals are small and it is difficult to maintain the crystallinity of the polymer in the final manufactured block copolymer. If the weight average molecular weight of the polylactic acid prepolymer exceeds 50,000 g/mol, it is difficult to maintain the crystallinity of the polymer. During polymerization, the side reaction rate occurring within the prepolymer chain becomes faster than the reaction rate between polylactic acid prepolymers.
한편, 본 발명에서 사용하는 '락트산'은 L-락트산, D-락트산, 또는 이의 혼합물을 지칭한다.Meanwhile, 'lactic acid' used in the present invention refers to L-lactic acid, D-lactic acid, or a mixture thereof.
상기 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머는 3-하이드록시프로피오네이트를 발효 또는 축중합하여 제조된 것일 수 있다. The poly(3-hydroxypropionate) prepolymer may be manufactured by fermenting or condensation polymerization of 3-hydroxypropionate.
상기 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머의 중량평균 분자량은 1,000 g/mol 이상 또는 5,000 g/mol 이상, 또는 8,000 g/mol 이상, 또는 8,500 g/mol 이상이고, 50,000 g/mol 이하, 또는 30,000 g/mol 이하일 수 있고, 최종 제조되는 블록 공중합체 내 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머 유래 반복단위의 결정성을 높이고자 할 경우, 상기 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머가 20,000 g/mol 초과, 또는 22,000g/mol 이상, 또는 25,000 g/mol 이상이고, 50,000 g/mol 이하, 또는 30,000 g/mol 이하, 또는 28,000 g/mol 이하의 높은 중량평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다.The weight average molecular weight of the poly(3-hydroxypropionate) prepolymer is 1,000 g/mol or more, or 5,000 g/mol or more, or 8,000 g/mol or more, or 8,500 g/mol or more, and 50,000 g/mol or less, Alternatively, it may be 30,000 g/mol or less, and when it is desired to increase the crystallinity of the repeating unit derived from the poly(3-hydroxypropionate) prepolymer in the final manufactured block copolymer, the poly(3-hydroxypropionate) The prepolymer has a high weight average molecular weight of more than 20,000 g/mol, or more than 22,000 g/mol, or more than 25,000 g/mol, and less than or equal to 50,000 g/mol, or less than or equal to 30,000 g/mol, or less than or equal to 28,000 g/mol. desirable.
상기 폴리락트산 프리폴리머에서 설명한 바와 같이, 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머의 중량평균 분자량이 20,000 g/mol 이하이면 고분자의 결정이 작아 최종 제조된 블록 공중합체에서 고분자의 결정성을 유지하기 어렵고, 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머의 중량평균 분자량이 50,000 g/mol을 초과하면 중합 시 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머 사이의 반응속도보다 프리폴리머 사슬 내부에서 일어나는 부반응 속도가 빨라지게 된다.As explained in the polylactic acid prepolymer, if the weight average molecular weight of the poly(3-hydroxypropionate) prepolymer is 20,000 g/mol or less, the polymer crystals are small, making it difficult to maintain the crystallinity of the polymer in the final manufactured block copolymer. It is difficult, and if the weight average molecular weight of the poly(3-hydroxypropionate) prepolymer exceeds 50,000 g/mol, the side reaction rate occurring inside the prepolymer chain is higher than the reaction rate between poly(3-hydroxypropionate) prepolymers during polymerization. becomes faster.
즉, 상기 폴리락트산 프리폴리머 및 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머 중 적어도 하나는 중량평균 분자량이 20,000 g/mol 초과 50,000 g/mol 이하일 수 있다.That is, at least one of the polylactic acid prepolymer and the poly(3-hydroxypropionate) prepolymer may have a weight average molecular weight of more than 20,000 g/mol and less than or equal to 50,000 g/mol.
한편, 상기 락트산 및 3-하이드록시프로피오네이트는 미생물 발효에 의해 재생가능한 공급원으로부터 제조되는 가소성 및 생분해성 화합물일 수 있으며, 이를 중합하여 형성된 폴리락트산 프리폴리머 및 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머를 포함하는 상기 블록 공중합체 또한 친환경성 및 생분해성을 나타낼 수 있다. 이로 인해 상기 블록 공중합체를 포함하는 생분해성 조성물 및 생분해성 필름은 친환경성 및 생분해성을 나타내면서도 다량의 바이오 원료를 포함할 수 있다.Meanwhile, the lactic acid and 3-hydroxypropionate may be plastic and biodegradable compounds produced from renewable sources by microbial fermentation, and polylactic acid prepolymer and poly(3-hydroxypropionate) formed by polymerizing them The block copolymer containing the prepolymer may also exhibit environmental friendliness and biodegradability. For this reason, the biodegradable composition and biodegradable film containing the block copolymer may contain a large amount of bio raw materials while exhibiting environmental friendliness and biodegradability.
상기 3-하이드록시프로피오네이트-락타이드 공중합체는 폴리락트산 프리폴리머 및 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머가 중합된 블록 공중합체이며, 상기 블록 공중합체에서 상기 폴리락트산 프리폴리머와 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머의 중량비는 95:5 내지 50:50, 90:10 내지 55:45, 90:10 내지 60:40, 90:10 내지 70:30 또는 90:10 내지 80:20일 수 있다. 상기 폴리락트산 프리폴리머에 대해 상기 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머가 지나치게 적게 포함되면 깨지는 특성(Brittleness)이 커질 수 있고, 상기 폴리락트산 프리폴리머에 대해 상기 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머가 지나치게 많이 포함되면 분자량이 낮아져서 가공성 및 내열 안정성이 저하될 수 있다.The 3-hydroxypropionate-lactide copolymer is a block copolymer in which polylactic acid prepolymer and poly(3-hydroxypropionate) prepolymer are polymerized, and in the block copolymer, the polylactic acid prepolymer and poly(3 -Hydroxypropionate) The weight ratio of the prepolymer is 95:5 to 50:50, 90:10 to 55:45, 90:10 to 60:40, 90:10 to 70:30, or 90:10 to 80:20. It can be. If too little of the poly(3-hydroxypropionate) prepolymer is included in the polylactic acid prepolymer, brittleness may increase, and the poly(3-hydroxypropionate) prepolymer may increase brittleness. If too much prepolymer is included, the molecular weight may be lowered and processability and heat stability may be reduced.
상기 3-하이드록시프로피오네이트-락타이드 공중합체는 상술한 바와 같이, 1개 이상의 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 블록과, 1개 이상의 폴리락트산 블록을 포함하며, 높은 결정성을 나타낼 수 있다.As described above, the 3-hydroxypropionate-lactide copolymer includes one or more poly(3-hydroxypropionate) blocks and one or more polylactic acid blocks, and exhibits high crystallinity. You can.
예를 들어, 상기 3-하이드록시프로피오네이트-락타이드 공중합체는 시차 주사 열량 분석을 통해 측정한 결정화 온도 및 용융 온도를 이용하여 하기 수학식 1 및 2에 따라 산출한, 상기 공중합체 내 폴리락트산 블록의 결정화도(Xc_PLA)가 0 초과 50 이하이거나, 또는 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 블록의 결정화도(Xc_P(3HP))가 0 내지 50, 또는 0 초과 50 이하일 수 있다.For example, the 3-hydroxypropionate-lactide copolymer has a poly in the copolymer calculated according to the following equations 1 and 2 using the crystallization temperature and melting temperature measured through differential scanning calorimetry. The crystallinity of the lactic acid block ( Xc_PLA ) may be greater than 0 and 50 or less, or the crystallinity of the poly(3-hydroxypropionate) block ( Xc_P(3HP) ) may be 0 to 50, or greater than 0 and 50 or less.
또한, 상기 공중합체 내 폴리락트산 블록의 결정화도와 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 블록의 결정화도의 총 합이, 20 내지 100, 보다 구체적으로는 20 이상, 또는 30 이상, 또는 32 이상이고, 100 이하, 또는 70 이하, 또는 50 이하, 또는 48 이하일 수 있다.In addition, the total sum of the crystallinity degree of the polylactic acid block and the crystallinity degree of the poly(3-hydroxypropionate) block in the copolymer is 20 to 100, more specifically, 20 or more, or 30 or more, or 32 or more, It may be 100 or less, or 70 or less, or 50 or less, or 48 or less.
상기 공중합체는 상술한 결정화도를 만족함에 따라 유연성과 기계적 물성이 발란스 좋게 개선될 수 있고, 폴리락트산의 우수한 강도 특성과 폴리(3-하이드록시프로피오네이트)의 우수한 신율 특성을 동시에 나타낼 수 있다.As the copolymer satisfies the above-mentioned degree of crystallinity, flexibility and mechanical properties can be well balanced and improved, and it can simultaneously exhibit the excellent strength characteristics of polylactic acid and the excellent elongation characteristics of poly(3-hydroxypropionate).
한편, 상기 결정화도의 총 합이 지나치게 높으면 생분해성 및 가공성이 저하될 수 있고, 상기 결정화도의 총 합이 지나치게 낮으면 강도가 저하될 수 있다.On the other hand, if the total crystallinity degree is too high, biodegradability and processability may be reduced, and if the total crystallinity degree is too low, the strength may be reduced.
[수학식 1][Equation 1]
폴리락트산 블록의 결정화도(Xc_PLA)= [(PLA Tm 면적)-(PLA Tcc 면적)]/93.7Crystallinity of polylactic acid block ( Xc_PLA )= [(PLA Tm area)-(PLA Tcc area)]/93.7
상기 수학식 1에서, PLA Tm 면적은, 시차 주사 열량 분석을 통해 측정한 블록 공중합체 내 폴리락트산(PLA) 블록의 융융 온도(Tm)에서의 피크에 대한 적분값이고, PLA Tcc 면적은 시차 주사 열량 분석을 통해 측정한 블록 공중합체 내 폴리락트산 블록의 결정화 온도(Tcc)에서의 피크에 대한 적분값일 수 있다.In Equation 1, the PLA Tm area is the integral value of the peak at the melting temperature (Tm) of the polylactic acid (PLA) block in the block copolymer measured through differential scanning calorimetry, and the PLA Tcc area is the differential scanning area. It may be the integral value of the peak at the crystallization temperature (Tcc) of the polylactic acid block in the block copolymer measured through calorimetric analysis.
[수학식 2][Equation 2]
폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 블록의 결정화도(Xc_P(3HP))= [(P(3HP) Tm 면적)-(P(3HP) Tcc 면적)]/64Crystallinity of poly(3-hydroxypropionate) block (Xc_ P(3HP) )= [(P(3HP) Tm area)-(P(3HP) Tcc area)]/64
상기 수학식 2에서, P(3HP) Tm 면적은, 시차 주사 열량 분석을 통해 측정한 블록 공중합체 내 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) (P(3HP)) 블록의 융융 온도(Tm)에서의 피크에 대한 적분값이고, P(3HP) Tcc 면적은 시차 주사 열량 분석을 통해 측정한 블록 공중합체 내 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 블록의 결정화 온도(Tcc)에서의 피크에 대한 적분값일 수 있다.In Equation 2, the P(3HP) Tm area is the melting temperature (Tm) of the poly(3-hydroxypropionate) (P(3HP)) block in the block copolymer measured through differential scanning calorimetry. is the integral value for the peak, and the P(3HP) Tcc area is the integral for the peak at the crystallization temperature (Tcc) of the poly(3-hydroxypropionate) block in the block copolymer measured through differential scanning calorimetry. It can be a value.
또, 상기 Tm 및 Tcc에서의 피크에 대한 적분값이란, Tm 및 Tcc를 나타내는 피크의 하부 면적을 각각 적분하여 구한 값을 의미한다.In addition, the integrated value for the peaks at Tm and Tcc means a value obtained by integrating the lower areas of the peaks representing Tm and Tcc, respectively.
이때 상기 각 블록의 Tm 및 Tcc 측정을 위한 시차 주사 열량 분석은 PerkinElmer DSC800 장비를 사용하여 수행할 수 있다. 또한, 분석 대상 시료를 질소 분위기 하에서 25℃에서 250℃까지 분당 10℃의 속도로 승온하고, 다시 250℃에서 -50℃까지 분당 -10℃의 속도로 냉각시키고, 다시 -50℃에서 250℃까지 분당 10℃의 속도로 승온시켜 흡열 커브를 구하여, Tm 및 Tcc을 확인할 수 있다.At this time, differential scanning calorimetry for measuring Tm and Tcc of each block can be performed using PerkinElmer DSC800 equipment. In addition, the sample to be analyzed was heated at a rate of 10°C per minute from 25°C to 250°C under a nitrogen atmosphere, cooled again from 250°C to -50°C at a rate of -10°C per minute, and then again from -50°C to 250°C. By increasing the temperature at a rate of 10°C per minute and obtaining an endothermic curve, Tm and Tcc can be confirmed.
상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체는 겔 투과 크로마토그래피(GPC: gel permeation chromatography)를 이용하여 측정한 중량평균 분자량(Mw)이 50,000 내지 300,000 g/mol이며, 보다 구체적으로는 50,000 g/mol 이상, 70,000 g/mol 이상, 또는 100,000 g/mol 이상이고, 300,000 g/mol 이하, 또는 200,000 g/mol 이하 또는 150,000g/mol 이하의 중량평균 분자량을 갖는다. 상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체의 중량평균 분자량이 지나치게 작으면 전반적인 기계적 물성이 현격히 저하될 수 있고, 중량평균 분자량이 지나치게 크면 공정 과정이 어렵고 가공성 및 신율이 낮아질 수 있다.The hydroxyalkanoate-lactide copolymer has a weight average molecular weight (Mw) measured using gel permeation chromatography (GPC) of 50,000 to 300,000 g/mol, and more specifically, 50,000 g/mol. mol or more, 70,000 g/mol or more, or 100,000 g/mol or more, and has a weight average molecular weight of 300,000 g/mol or less, or 200,000 g/mol or less, or 150,000 g/mol or less. If the weight average molecular weight of the hydroxyalkanoate-lactide copolymer is too small, the overall mechanical properties may be significantly reduced, and if the weight average molecular weight is too large, the process may be difficult and processability and elongation may be low.
상기 일 구현예에 따른 생분해성 조성물은 상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체를 포함하며, 예를 들어 생분해성 조성물의 고형분 총 100 중량% 대비 3 내지 40 중량%로 포함될 수 있고, 보다 구체적으로는 3 중량% 이상, 5 중량% 이상, 7 중량% 이상이거나, 40 중량% 이하, 35 중량% 이하, 30 중량% 이하로 포함될 수 있다.The biodegradable composition according to one embodiment includes the hydroxyalkanoate-lactide copolymer, for example, may be included in 3 to 40% by weight based on the total solid content of 100% by weight of the biodegradable composition, and more specifically It may be included in an amount of 3% by weight or more, 5% by weight or more, or 7% by weight or less, or 40% by weight or less, 35% by weight or less, and 30% by weight or less.
상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체가 생분해성 조성물에 지나치게 적게 포함되는 경우 이로 제조된 필름의 영률 및 항복 인장강도 등의 인장특성이 저하될 수 있고, 상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체가 생분해성 조성물에 지나치게 많이 포함되는 경우 이로 제조된 필름의 신율이 낮아질 수 있다.If the hydroxyalkanoate-lactide copolymer is included in an excessively small amount in the biodegradable composition, the tensile properties such as Young's modulus and yield tensile strength of the film produced therefrom may be reduced, and the hydroxyalkanoate-lactide copolymer may be reduced. If too much copolymer is included in the biodegradable composition, the elongation of the film produced therefrom may be lowered.
상기 일 구현예에 따른 생분해성 조성물은 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)을 포함한다. The biodegradable composition according to the above embodiment includes polybutylene adipate terephthalate (PBAT).
상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)는 생분해성 수지로서 생분해성 조성물 고형분 총 100 중량% 대비 30 내지 80 중량%로 포함될 수 있고, 보다 구체적으로는 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상이거나, 80 중량% 이하, 75 중량% 이하, 70 중량% 이하로 포함될 수 있다.The polybutylene adipate terephthalate (PBAT) is a biodegradable resin and may be included in an amount of 30 to 80% by weight based on 100% by weight of the total solid content of the biodegradable composition, and more specifically, 30% by weight or more, 35% by weight or more, 40% by weight or more. It may be included in weight% or more, 80% by weight or less, 75% by weight or less, and 70% by weight or less.
상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)가 생분해성 조성물에 지나치게 적게 포함되는 경우 이를 이용하여 제조된 필름의 신율이 낮아질 수 있고, 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)가 생분해성 조성물에 지나치게 많이 포함되는 경우 이를 이용하여 제조된 필름의 영률 및 항복 인장강도 등의 인장특성이 저하될 수 있다.If too little polybutylene adipate terephthalate (PBAT) is included in the biodegradable composition, the elongation of the film manufactured using it may be lowered, and the polybutylene adipate terephthalate (PBAT) may be included in the biodegradable composition. If it is included in excessive amounts, the tensile properties, such as Young's modulus and yield tensile strength, of films manufactured using it may be reduced.
상기 일 구현예에 따른 생분해성 조성물에 포함되는 상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체 및 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)의 중량비는 5:95 내지 50:50, 5:95 내지 40:60, 10:90 내지 30:70일 수 있다. The weight ratio of the hydroxyalkanoate-lactide copolymer and polybutylene adipate terephthalate (PBAT) contained in the biodegradable composition according to the embodiment is 5:95 to 50:50, 5:95 to 40. :60, 10:90 to 30:70.
상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체에 비해 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 지나치게 적게 포함하면 신율이 낮아질 수 있고, 상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체에 비해 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 지나치게 많이 포함하면 영률 및 항복 인장강도 등의 인장특성이 저하될 수 있다.If too little polybutylene adipate terephthalate (PBAT) is included compared to the hydroxyalkanoate-lactide copolymer, the elongation may be lowered, and compared to the hydroxyalkanoate-lactide copolymer, the polybutylene adipate terephthalate (PBAT) may be lowered. If too much butylene adipate terephthalate (PBAT) is included, tensile properties such as Young's modulus and yield tensile strength may decrease.
상기 일 구현예에 따른 생분해성 조성물은 열가소성 전분을 포함할 수 있다.The biodegradable composition according to the above embodiment may include thermoplastic starch.
상기 생분해성 조성물은 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트의 가공성을 높이고 생분해 속도를 빠르게 하기 위해 열가소성 전분을 더 포함할 수 있다.The biodegradable composition is used to increase the processability of polybutylene adipate terephthalate and to speed up the biodegradation rate. It may further contain thermoplastic starch.
상기 열가소성 전분은 천연고분자인 전분에 가소제를 첨가하여 기존의 범용 수지인 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 등처럼 일정 온도 이상에서도 탄화되지 않고 형태가 자유자재로 바뀔 수 있는 열가소성을 부여한 전분일 수 있다.The thermoplastic starch may be a starch in which a plasticizer is added to starch, a natural polymer, to give thermoplasticity that allows the shape to be freely changed without being carbonized above a certain temperature, like existing general-purpose resins such as polyethylene, polystyrene, and polypropylene.
상기 열가소성 전분에는 쌀 전분, 밀 전분, 옥수수 전분, 고구마 전분, 감자 전분, 타피오카 전분, 카사바 전분 및 이들의 변성 전분으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. The thermoplastic starch may include one or more selected from the group consisting of rice starch, wheat starch, corn starch, sweet potato starch, potato starch, tapioca starch, cassava starch, and modified starches thereof.
또한, 천연고분자인 전분에 포함되는 상기 가소제는 이소소르비드, 글리세롤, 소르비톨, 프룩토스, 포름아미드, 자일리톨, 옥수수기름 및 식용유로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.Additionally, the plasticizer included in starch, a natural polymer, may be one or more selected from the group consisting of isosorbide, glycerol, sorbitol, fructose, formamide, xylitol, corn oil, and edible oil.
상기 가소제는 상기 열가소성 전분 총 100 중량% 대비 5 중량% 이상 50 중량% 이하, 10 중량% 이상 45 중량% 이하, 또는 15 중량% 이상, 35 중량% 이하로 포함될 수 있다. The plasticizer may be included in an amount of 5% to 50% by weight, 10% to 45% by weight, or 15% to 35% by weight based on the total 100% by weight of the thermoplastic starch.
상기 열가소성 전분은 생분해성 조성물 고형분 총 100 중량% 대비 10 내지 70 중량%로 포함될 수 있고, 보다 구체적으로는 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상이거나, 70 중량% 이하, 60 중량% 이하, 50 중량% 이하로 포함될 수 있다.The thermoplastic starch may be included in an amount of 10 to 70% by weight based on 100% by weight of the total solid content of the biodegradable composition, and more specifically, 10% by weight or more, 15% by weight or more, 20% by weight or more, or 70% by weight or less, 60% by weight. % or less, and may be included in 50% by weight or less.
상기 열가소성 전분이 생분해성 조성물에 지나치게 적게 포함되는 경우 생분해 속도가 늦어지고 이를 이용한 필름의 영률 및 항복 인장강도 등의 인장특성이 저하될 수 있고, 상기 열가소성 전분이 생분해성 조성물에 지나치게 많이 포함되는 경우 이를 이용한 필름의 신율이 낮아질 수 있다.If the thermoplastic starch is included in an excessively small amount in the biodegradable composition, the biodegradation rate may be slowed and the tensile properties such as Young's modulus and yield tensile strength of films using the same may be reduced, and if the thermoplastic starch is contained in an excessive amount in the biodegradable composition, The elongation of the film using this may be lowered.
상기 일 구현예에 따른 생분해성 조성물에 포함되는 상기 열가소성 전분 및 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)의 중량비는 5:95 내지 50:50, 5:95 내지 40:60, 10:90 내지 30:70일 수 있다. The weight ratio of the thermoplastic starch and polybutylene adipate terephthalate (PBAT) included in the biodegradable composition according to the embodiment is 5:95 to 50:50, 5:95 to 40:60, and 10:90 to 30. :It could be 70.
상기 열가소성 전분에 비해 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 지나치게 적게 포함하면 신율이 낮아질 수 있고, 상기 열가소성 전분에 비해 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 지나치게 많이 포함하면 생분해 속도가 늦어지고 영률 및 항복 인장강도 등의 인장특성이 저하될 수 있다.If too little polybutylene adipate terephthalate (PBAT) is included compared to the thermoplastic starch, the elongation may be lowered, and if too much polybutylene adipate terephthalate (PBAT) is included compared to the thermoplastic starch, the biodegradation rate may be reduced. may be delayed and tensile properties such as Young's modulus and yield tensile strength may decrease.
상기 일 구현예에 따른 생분해성 조성물에는 소수성(hydrophobic)인 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트 및 친수성(hydrophilic)인 열가소성 전분 등이 포함될 수 있는데, 이들의 상용성이 향상 여부는 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트 매트릭스(matrix) 상에서 열가소성 전분의 분산상이 분산되어 있을 때 상기 열가소성 전분의 분산상이 조밀하고 균일하게 분포할수록 상용성이 향상되어 있다고 볼 수 있다. 또한, 상용성이 향상 여부는 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트와 열가소성 전분 간의 계면에서 접착력이 강해질수록 이들의 상용성이 향상되어 있다고 볼 수 있다. 즉, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트 매트릭스 상에서 열가소성 전분의 분산상이 조밀하고 균일하게 분포할수록 상용성이 향상되어 있고, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트와 열가소성 전분 간의 계면에서 접착력이 강할수록 상용성이 향상되어 있다고 할 수 있다.The biodegradable composition according to the above embodiment may include hydrophobic polybutylene adipate terephthalate and hydrophilic thermoplastic starch, and whether their compatibility is improved is determined by examining polybutylene adipate terephthalate. When the dispersed phase of the thermoplastic starch is dispersed on the phthalate matrix, compatibility can be considered to be improved as the dispersed phase of the thermoplastic starch is distributed more densely and uniformly. In addition, whether compatibility is improved, it can be seen that as the adhesive force at the interface between polybutylene adipate terephthalate and thermoplastic starch becomes stronger, their compatibility improves. In other words, the more dense and uniform the dispersed phase of thermoplastic starch is distributed on the polybutylene adipate terephthalate matrix, the better the compatibility, and the stronger the adhesive force at the interface between polybutylene adipate terephthalate and thermoplastic starch, the better the compatibility. It can be said that it has been done.
또한, 상용성이 향상되어 있는지 여부는 고분자 점탄성 분석기 (DMA; Dynamic Mechanical Analyzer) 장치를 이용한 분석을 통해 수치적으로 확인할 수 있는데, 예를 들어, 열가소성 전분 및 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 유리 전이 온도(Tg)를 고분자 점탄성 분석기 (DMA; Dynamic Mechanical Analyzer) 장치를 이용해 측정하여 상용성 향상 여부를 확인할 수 있다.In addition, whether compatibility is improved can be numerically confirmed through analysis using a polymer viscoelastic analyzer (DMA; Dynamic Mechanical Analyzer) device, for example, the glass transition of thermoplastic starch and polybutylene adipate terephthalate. Temperature (Tg) can be measured using a polymer viscoelastic analyzer (DMA; Dynamic Mechanical Analyzer) to determine whether compatibility is improved.
구체적으로, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트 매트릭스(matrix) 상에서 열가소성 전분의 분산상이 조밀하고 균일하게 분포할수록 열가소성 전분의 유리 전이 온도(Tg)는 낮아지는데, 이러한 열가소성 전분의 유리 전이 온도를 고분자 점탄성 분석기를 통해 분석하여 상용성 향상 여부를 확인할 수 있다. 또한, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트와 열가소성 전분 간의 계면에서 접착력이 강할수록 열가소성 전분의 분산상이 응력을 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트에 효과적으로 전달하여 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 유리 전이 온도(Tg), 특히 소프트 세그먼트(soft segment)인 부틸렌-아디페이트 반복 단위의 유리 전이 온도(Tg)가 증가하는데, 이러한 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 유리 전이 온도를 고분자 점탄성 분석기를 통해 분석하여 상용성 향상 여부를 확인할 수 있다.Specifically, the more densely and uniformly the dispersed phase of the thermoplastic starch is distributed on the polybutylene adipate terephthalate matrix, the lower the glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic starch. The glass transition temperature of the thermoplastic starch is measured using a polymer viscoelasticity analyzer. Through analysis, you can check whether compatibility has improved. In addition, the stronger the adhesion at the interface between polybutylene adipate terephthalate and thermoplastic starch, the more effectively the dispersed phase of thermoplastic starch transfers stress to polybutylene adipate terephthalate, increasing the glass transition temperature (Tg) of polybutylene adipate terephthalate. ), in particular, the glass transition temperature (Tg) of the butylene-adipate repeating unit, which is a soft segment, increases. The glass transition temperature of polybutylene adipate terephthalate is analyzed through a polymer viscoelasticity analyzer to determine compatibility. You can check whether there is improvement.
따라서, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트와 열가소성 전분 간의 상용성이 우수할수록 열가소성 전분의 유리 전이 온도(Tg)는 감소하는데, 예를 들어 열가소성 전분은 유리 전이 온도(Tg)가 10 ℃ 이상 140 ℃ 이하, 15 ℃ 이상 120 ℃ 이하, 20 ℃ 이상 100 ℃ 이하, 25 ℃ 이상 80 ℃ 이하, 25 ℃ 이상 50 ℃ 이하, 또는 25 ℃ 이상 40 ℃ 이하일 수 있다.Therefore, the better the compatibility between polybutylene adipate terephthalate and thermoplastic starch, the lower the glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic starch. For example, the glass transition temperature (Tg) of thermoplastic starch is 10 ℃ or more and 140 ℃ or less. , 15 ℃ or higher and 120 ℃ or lower, 20 ℃ or higher and 100 ℃ or lower, 25 ℃ or higher and 80 ℃ or lower, 25 ℃ or higher and 50 ℃ or lower, or 25 ℃ or higher and 40 ℃ or lower.
또한, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트와 열가소성 전분 간의 상용성이 우수할수록 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 유리 전이 온도(Tg)는 증가하는데, 예를 들어 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 유리 전이 온도(Tg)는 -23.0 ℃ 이상 -10.0 ℃ 이하, 또는 -22.5 ℃ 이상 -15.0 ℃ 이하일 수 있다.In addition, the better the compatibility between polybutylene adipate terephthalate and thermoplastic starch, the higher the glass transition temperature (Tg) of polybutylene adipate terephthalate, for example, the glass transition temperature of polybutylene adipate terephthalate. (Tg) may be -23.0 ℃ or higher and -10.0 ℃ or lower, or -22.5 ℃ or higher and -15.0 ℃ or lower.
또한, 상기 열가소성 전분 및 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트의 유리전이온도(Tg)의 차의 절대값은 20 ℃ 이상 70 ℃ 이하, 25 ℃ 이상 65 ℃ 이하, 30 ℃ 이상 60 ℃ 이하, 또는 35 ℃ 이상 59 ℃ 이하일 수 있다.In addition, the absolute value of the difference in glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic starch and polybutylene adipate terephthalate is 20 ℃ or more and 70 ℃ or less, 25 ℃ or more and 65 ℃ or less, 30 ℃ or more and 60 ℃ or less, or 35 ℃. It may be above 59℃ or below.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT); 및 말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 포함하는 생분해성 필름이 제공한다.According to one embodiment of the present invention, polybutylene adipate terephthalate (PBAT); and polybutylene adipate terephthalate (PBAT), in which maleic acid is ester bonded to a terminal hydroxy group (-OH).
상기 생분해성 필름의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으나, 상기 일 구현예에 따른 생분해성 조성물을 이용하여, 공지된 인플레이션법, 튜블러법, T 다이 캐스팅법 등의 기존의 필름의 제조법에 의해 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물을 펠릿화하고, 펠릿을 60 내지 100 ℃에서 6 시간 이상 건조하여, 수분량을 1,200 ppm 이하, 500 ppm 이하 또는 200 ppm 이하로 제어할 수 있다. 이후, 펠릿화된 복합체를 이형 필름에 도포한 이후, 열압착기에 넣고 압력을 가하여 필름을 제조할 수 있다. 이때, 온도는 130 ℃ 내지 250 ℃, 150 ℃ 내지 220 ℃ 또는 160 ℃ 내지 200 ℃이고, 압력은 5 MPa 내지 20 MPa, 8 MPa 내지 17 MPa 또는 10 MPa 내지 15 MPa일 수 있다.The manufacturing method of the biodegradable film is not particularly limited, but can be obtained by using the biodegradable composition according to the above embodiment, using existing film manufacturing methods such as the known inflation method, tubular method, and T die casting method. there is. For example, the composition may be pelletized and the pellets dried at 60 to 100° C. for 6 hours or more to control the moisture content to 1,200 ppm or less, 500 ppm or less, or 200 ppm or less. Thereafter, the pelletized composite can be applied to a release film, placed in a thermocompressor, and pressure applied to produce a film. At this time, the temperature may be 130°C to 250°C, 150°C to 220°C, or 160°C to 200°C, and the pressure may be 5 MPa to 20 MPa, 8 MPa to 17 MPa, or 10 MPa to 15 MPa.
따라서, 상기 생분해성 필름은 상기 생분해성 조성물에서 상술한 구성을 동일하게 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 필름은 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트, 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트, 상기 열가소성 전분, 폴리하이드록시프로피오네이트 및 상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트, 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트, 상기 열가소성 전분, 폴리하이드록시프로피오네이트 및 상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체의 분자량, 함량, 구조 등은 상술한 바와 같다. 예를 들어, 상기 생분해성 필름은 상기 생분해성 필름 총 100 중량%에 대해 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 0.5 중량% 이상 10.0 중량% 이하로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 필름 총 100 중량%에 대해 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 0.7 중량% 이상, 0.9 중량% 이상, 1.0 중량% 이상, 2.0 중량% 이상 포함할 수 있고, 9.0 중량% 이하, 7.0 중량% 이하, 6.0 중량% 이하, 5.0 중량% 이하로 포함할 수 있다.Therefore, the biodegradable film may include the same components as described above in the biodegradable composition. For example, the biodegradable film includes the polybutylene adipate terephthalate, polybutylene adipate terephthalate in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group, the thermoplastic starch, polyhydroxypropionate, and the hydroxyl group. It may include alkanoate-lactide copolymer, etc. In addition, the polybutylene adipate terephthalate, the polybutylene adipate terephthalate in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group, the thermoplastic starch, polyhydroxypropionate, and the hydroxyalkanoate-lactide copolymer The molecular weight, content, structure, etc. of the polymer are as described above. For example, the biodegradable film may contain 0.5% by weight or more and 10.0% by weight or less of polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group, based on a total of 100% by weight of the biodegradable film. . For example, based on a total of 100% by weight of the biodegradable film, 0.7% by weight or more, 0.9% by weight, 1.0% by weight, or 2.0% by weight of polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid is ester bonded to the hydroxyl group at the terminal. It may contain more than 9.0% by weight, 7.0% by weight or less, 6.0% by weight or less, and 5.0% by weight or less.
상기 생분해성 필름 100 중량%에 대해 상기 열가소성 전분을 10 중량% 이상 50 중량% 이하로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 필름 총 100 중량%에 대해 상기 열가소성 전분을 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상으로 포함할 수 있고, 45 중량% 이하, 40 중량% 이하, 35 중량% 이하로 포함할 수 있다. The thermoplastic starch may be included in an amount of 10% by weight or more and 50% by weight or less based on 100% by weight of the biodegradable film. For example, the thermoplastic starch may be included in an amount of 10% by weight or more, 15% by weight or more, 20% by weight or more, 25% by weight or more, and 45% by weight or less, 40% by weight, based on a total of 100% by weight of the biodegradable film. % or less, and may contain less than 35% by weight.
상기 일 구현예에 따른 생분해성 필름의 두께는 10 내지 300 ㎛일 수 있고, 보다 구체적으로 10 ㎛ 이상, 13 ㎛ 이상, 15 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 25 ㎛ 이상이거나, 300 ㎛ 이하, 200 ㎛ 이하, 150 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이하, 80 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 필름의 두께가 상술한 범위임으로 인해 탄력이 강해지고, 취급성이 우수하며, 롤의 권취 상태나 권출성이 양호해질 수 있다. 상기 필름 두께가 지나치게 얇은 경우 인장강도, 인열강도 및 신율이 나빠져서 사용시 필름에 구멍이 생기거나 찢어질 수 있으며, 상기 필름 두께가 지나치게 두꺼운 경우 단가 경쟁력이 낮아질 수 있다. 상기 생분해성 필름은 농업용 멀칭 필름, 일회용 장갑, 의료용 개별 포장지, 식품 포장지, 쓰레기 봉투 또는 각종 공업 제품의 포대 등으로 사용할 수 있다.The thickness of the biodegradable film according to the above embodiment may be 10 to 300 ㎛, more specifically 10 ㎛ or more, 13 ㎛ or more, 15 ㎛ or more, 20 ㎛ or more, 20 ㎛ or more, 25 ㎛ or more, or 300 ㎛. Hereinafter, it may be 200 ㎛ or less, 150 ㎛ or less, 100 ㎛ or less, 80 ㎛ or less, and 50 ㎛ or less. When the thickness of the film is within the above-mentioned range, elasticity can be strengthened, handling properties can be excellent, and the winding state and unwinding properties of the roll can be improved. If the film thickness is too thin, the tensile strength, tear strength, and elongation may deteriorate, which may cause holes or tears in the film during use, and if the film thickness is too thick, unit price competitiveness may be reduced. The biodegradable film can be used as agricultural mulching film, disposable gloves, individual medical packaging, food packaging, garbage bags, or bags for various industrial products.
상기 일 구현예에 따른 생분해성 필름은 ASTM D882-07에 따라 측정된 최대 인장강도가 5 MPa 이상, 7 MPa 이상, 8 MPa 이상, 또는 5 MPa 내지 30 MPa일 수 있다.The biodegradable film according to the above embodiment may have a maximum tensile strength measured according to ASTM D882-07 of 5 MPa or more, 7 MPa or more, 8 MPa or more, or 5 MPa to 30 MPa.
상기 일 구현예에 따른 생분해성 필름은 ASTM D882-07에 따라 측정된 파단 신율이 300 % 이상, 350 % 이상, 400 % 이상, 420 % 이상, 430 % 이상, 또는 300 % 내지 700 %일 수 있다.The biodegradable film according to the above embodiment may have an elongation at break of 300% or more, 350% or more, 400% or more, 420% or more, 430% or more, or 300% to 700% as measured according to ASTM D882-07. .
또한, 상기 생분해성 필름은 ASTM D882-07에 따라 측정된 영률(Young's Modulus)이 50 MPa 이상, 70 MPa 이상, 74 MPa 이상, 80 MPa 이상, 50 MPa 내지 800 MPa일 수 있다.In addition, the biodegradable film may have a Young's Modulus measured according to ASTM D882-07 of 50 MPa or more, 70 MPa or more, 74 MPa or more, 80 MPa or more, and 50 MPa to 800 MPa.
상기 생분해성 필름의 최대 인장강도, 파단 신율 및 영률은 MD(Machine Direction) 및 TD(Transverse Direction) 방향에서 측정된 수치가 각각 상술한 수치범위를 만족할 수 있다.The maximum tensile strength, elongation at break, and Young's modulus of the biodegradable film, measured in MD (Machine Direction) and TD (Transverse Direction) directions, may each satisfy the above-mentioned numerical ranges.
본 발명에 따르면, 친환경성 및 생분해성을 유지하면서도, 인열 강도, 최대 인장강도, 파단 신율 및 영률 등의 인장 특성이 우수하고, 바이오 원료를 포함하는 생분해성 조성물 및 생분해성 필름이 제공될 수 있다.According to the present invention, a biodegradable composition and a biodegradable film containing bio raw materials can be provided that have excellent tensile properties such as tear strength, maximum tensile strength, elongation at break, and Young's modulus while maintaining environmental friendliness and biodegradability. .
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. The invention is explained in more detail in the following examples. However, the following examples only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.
제조예 1: 열가소성 전분 제조Preparation Example 1: Preparation of thermoplastic starch
건조 중량 기준으로 옥수수 전분 225 g, 글리세롤 75 g을 혼합기로 믹싱한 이후 압출기에 투입하여 컴파운딩하였다. 압출기의 온도 범위는 80 내지 150 ℃이고, 스크류(screw) 속도는 150 rpm으로 설정하였으며, 압출한 스트랜드(strand)를 펠렛타이저(pelletizer)로 잘라서 열가소성 전분 펠렛을 제조하였다. Based on dry weight, 225 g of corn starch and 75 g of glycerol were mixed in a mixer and then put into an extruder for compounding. The temperature range of the extruder was 80 to 150 °C, the screw speed was set to 150 rpm, and the extruded strand was cut with a pelletizer to prepare thermoplastic starch pellets.
제조예 2: Preparation Example 2: 말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트 제조Manufacture of polybutylene adipate terephthalate in which maleic acid is ester bonded to the hydroxyl group (-OH) at the end.
인터널 믹서(Internal mixer)에 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트 (PBAT, Solpol 1000N, SOLTECH 社) 100 g 및 말레인산 10 g을 넣고, 160 ℃에서 50 rpm으로 30 분 동안 반응시켜 ‘말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트’을 제조하였다.Add 100 g of polybutylene adipate terephthalate (PBAT, Solpol 1000N, SOLTECH) and 10 g of maleic acid to an internal mixer, and react at 160°C at 50 rpm for 30 minutes to form the terminal hydroxy group (- Polybutylene adipate terephthalate', in which maleic acid was ester bonded to OH), was prepared.
<실시예 및 비교예><Examples and Comparative Examples>
실시예 1: 생분해성 필름 제조Example 1: Preparation of biodegradable film
건조 중량 기준으로 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT, Solpol 1000N, SOLTECH 社) 750 g, 상기 제조예 1에서 제조된 열가소성 전분 250 g 및 상기 제조예 2에서 제조된 말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트 50 g을 핸드 믹싱한 이후 압출기에 투입하여 컴파운딩하였다. 압출기의 온도 범위는 120 내지 150 ℃이고, 스크류(screw) 속도는 150 rpm으로 설정하였으며, 압출한 스트랜드(strand)를 펠렛타이저(pelletizer)로 잘라서 복합체 펠렛을 제조하였다. 제조된 복합체 펠릿을 Collin사의 Film blown unit(BL50T)을 이용하여 180℃에서 두께 15 ㎛의 필름을 제조하였다.Based on dry weight, 750 g of polybutylene adipate terephthalate (PBAT, Solpol 1000N, SOLTECH), 250 g of thermoplastic starch prepared in Preparation Example 1, and the terminal hydroxy group (-OH) prepared in Preparation Example 2 50 g of polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid was ester bonded, was mixed by hand and then put into an extruder for compounding. The temperature range of the extruder was 120 to 150 °C, the screw speed was set to 150 rpm, and the extruded strand was cut with a pelletizer to prepare composite pellets. The manufactured composite pellets were manufactured into a film with a thickness of 15 ㎛ at 180°C using Collin's film blown unit (BL50T).
비교예 1: 생분해성 필름 제조Comparative Example 1: Production of biodegradable film
상기 제조예 2에서 제조된 말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트 50 g을 사용하지 않았다는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.A film was prepared in the same manner as in Example 1, except that 50 g of polybutylene adipate terephthalate, in which maleic acid was ester bonded to the terminal hydroxy group (-OH) prepared in Preparation Example 2, was not used. was manufactured.
평가evaluation
1. 인장 특성 평가1. Tensile property evaluation
실시예 및 비교예의 필름에 대해 ASTM D882-07로 인장 특성을 평가하였다. 인장 특성은 MD(Machine Direction) 및 TD(Transverse Direction)에서의 인열강도, 최대 인장강도 및 파단 신율을 포함하고, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.The tensile properties of the films of Examples and Comparative Examples were evaluated according to ASTM D882-07. Tensile properties include tear strength, ultimate tensile strength, and elongation at break in MD (Machine Direction) and TD (Transverse Direction), and the results are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 따르면, 실시예 1은 비교예 1에 비해 인열강도, 최대 인장강도 및 파단 신율이 모두 현저히 우수하다는 점을 확인했다.According to Table 1, it was confirmed that Example 1 was significantly superior to Comparative Example 1 in all tear strength, ultimate tensile strength, and elongation at break.
Claims (20)
말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT);를 포함하는, 생분해성 조성물.
polybutylene adipate terephthalate (PBAT); and
A biodegradable composition comprising polybutylene adipate terephthalate (PBAT), in which maleic acid is ester bonded to a terminal hydroxy group (-OH).
상기 말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)는 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는, 생분해성 조성물:
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2에서,
a 내지 d는 각각 독립적으로 1 내지 500의 정수이다.
According to paragraph 1,
Polybutylene adipate terephthalate (PBAT), in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group (-OH), is a biodegradable composition represented by the following formula 1 or 2:
[Formula 1]
[Formula 2]
In Formulas 1 and 2,
a to d are each independently an integer from 1 to 500.
폴리하이드록시알카노에이트를 더 포함하는, 생분해성 조성물.
According to paragraph 1,
A biodegradable composition further comprising polyhydroxyalkanoate.
상기 폴리하이드록시알카노에이트는 폴리(3-하이드록시프로피오네이트)인, 생분해성 조성물.
According to paragraph 3,
The polyhydroxyalkanoate is poly(3-hydroxypropionate), a biodegradable composition.
하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체를 더 포함하는, 생분해성 조성물.
According to paragraph 1,
A biodegradable composition further comprising a hydroxyalkanoate-lactide copolymer.
상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체는 3-하이드록시프로피오네이트-락타이드 공중합체인, 생분해성 조성물.
According to clause 5,
The biodegradable composition wherein the hydroxyalkanoate-lactide copolymer is 3-hydroxypropionate-lactide copolymer.
상기 3-하이드록시프로피오네이트-락타이드 공중합체는 폴리락트산 프리폴리머 및 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머가 중합된 블록 공중합체인, 생분해성 조성물.
According to clause 6,
The 3-hydroxypropionate-lactide copolymer is a biodegradable composition that is a block copolymer obtained by polymerizing polylactic acid prepolymer and poly(3-hydroxypropionate) prepolymer.
상기 폴리락트산 프리폴리머 및 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머 중 적어도 하나는 중량평균 분자량이 20,000 g/mol 초과 50,000 g/mol 이하인, 생분해성 조성물.
In clause 7,
A biodegradable composition, wherein at least one of the polylactic acid prepolymer and the poly(3-hydroxypropionate) prepolymer has a weight average molecular weight of more than 20,000 g/mol and less than or equal to 50,000 g/mol.
상기 폴리락트산 프리폴리머와 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 프리폴리머의 중량비는 95:5 내지 50:50인, 생분해성 조성물.
In clause 7,
A biodegradable composition, wherein the weight ratio of the polylactic acid prepolymer and poly(3-hydroxypropionate) prepolymer is 95:5 to 50:50.
상기 3-하이드록시프로피오네이트-락타이드 공중합체는 하기 수학식 1 및 2에 따라 산출되는 폴리락트산 블록의 결정화도와 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 블록의 결정화도의 총 합이 20 내지 100인, 생분해성 조성물:
[수학식 1]
폴리락트산 블록의 결정화도(Xc_PLA)= [(PLA Tm 면적)-(PLA Tcc 면적)]/93.7
(상기 수학식 1에서, PLA Tm 면적은, 시차 주사 열량 분석을 통해 측정한 블록 공중합체 내 폴리락트산(PLA) 블록의 융융 온도(Tm)에서의 피크에 대한 적분값이고, PLA Tcc 면적은 시차 주사 열량 분석을 통해 측정한 블록 공중합체 내 폴리락트산 블록의 결정화 온도(Tcc)에서의 피크에 대한 적분값이다)
[수학식 2]
폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 블록의 결정화도(Xc_P(3HP))= [(P(3HP) Tm 면적)-(P(3HP) Tcc 면적)]/64
(상기 수학식 2에서, P(3HP) Tm 면적은, 시차 주사 열량 분석을 통해 측정한 블록 공중합체 내 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) (P(3HP)) 블록의 융융 온도(Tm)에서의 피크에 대한 적분값이고, P(3HP) Tcc 면적은 시차 주사 열량 분석을 통해 측정한 블록 공중합체 내 폴리(3-하이드록시프로피오네이트) 블록의 결정화 온도(Tcc)에서의 피크에 대한 적분값이다)
In clause 7,
The 3-hydroxypropionate-lactide copolymer has a total sum of the crystallinity degree of the polylactic acid block and the crystallinity degree of the poly(3-hydroxypropionate) block, calculated according to Equations 1 and 2 below, of 20 to 100. Phosphorus, biodegradable composition:
[Equation 1]
Crystallinity of polylactic acid block (X c_PLA )= [(PLA Tm area)-(PLA Tcc area)]/93.7
(In Equation 1 above, the PLA Tm area is the integral value of the peak at the melting temperature (Tm) of the polylactic acid (PLA) block in the block copolymer measured through differential scanning calorimetry, and the PLA Tcc area is the differential This is the integrated value of the peak at the crystallization temperature (Tcc) of the polylactic acid block in the block copolymer measured through scanning calorimetry)
[Equation 2]
Crystallinity of poly(3-hydroxypropionate) block (X c_P(3HP) )= [(P(3HP) Tm area)-(P(3HP) Tcc area)]/64
(In Equation 2 above, the P(3HP) Tm area is the melting temperature (Tm) of the poly(3-hydroxypropionate) (P(3HP)) block in the block copolymer measured through differential scanning calorimetry. is the integral value for the peak at, and the P(3HP) Tcc area is for the peak at the crystallization temperature (Tcc) of the poly(3-hydroxypropionate) block in the block copolymer measured through differential scanning calorimetry. (integral value)
상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체는 중량평균분자량이 50,000 내지 300,000인, 생분해성 조성물.
According to clause 5,
The hydroxyalkanoate-lactide copolymer is a biodegradable composition having a weight average molecular weight of 50,000 to 300,000.
열가소성 전분을 더 포함하는, 생분해성 조성물.
According to paragraph 1,
A biodegradable composition further comprising thermoplastic starch.
상기 열가소성 전분은 쌀 전분, 밀 전분, 옥수수 전분, 고구마 전분, 감자 전분, 타피오카 전분, 카사바 전분 및 이들의 변성 전분으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 생분해성 조성물.
According to clause 12,
The thermoplastic starch is a biodegradable composition comprising at least one selected from the group consisting of rice starch, wheat starch, corn starch, sweet potato starch, potato starch, tapioca starch, cassava starch, and modified starches thereof.
상기 하이드록시알카노에이트-락타이드 공중합체 및 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)의 중량비는 5:95 내지 50:50인, 생분해성 조성물.
According to clause 5,
A biodegradable composition wherein the weight ratio of the hydroxyalkanoate-lactide copolymer and polybutylene adipate terephthalate (PBAT) is 5:95 to 50:50.
상기 열가소성 전분 및 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)의 중량비는 5:95 내지 50:50인, 생분해성 조성물.
According to clause 12,
A biodegradable composition, wherein the weight ratio of the thermoplastic starch and polybutylene adipate terephthalate (PBAT) is 5:95 to 50:50.
말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT);를 포함하는, 생분해성 필름.
polybutylene adipate terephthalate (PBAT); and
A biodegradable film comprising polybutylene adipate terephthalate (PBAT), in which maleic acid is ester bonded to a terminal hydroxy group (-OH).
상기 생분해성 필름 100 중량부에 대해 상기 말단의 히드록시기(-OH)에 말레인산(Maleic acid)이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 0.1 내지 10 중량부로 포함하는, 생분해성 필름.
According to clause 16,
A biodegradable film comprising 0.1 to 10 parts by weight of polybutylene adipate terephthalate (PBAT), in which maleic acid is ester bonded to the terminal hydroxy group (-OH), based on 100 parts by weight of the biodegradable film.
상기 생분해성 필름은 ASTM D882-07에 따라 측정된 최대 인장강도가 5 MPa 이상인, 생분해성 필름.
According to clause 16,
The biodegradable film has a maximum tensile strength of 5 MPa or more as measured according to ASTM D882-07.
상기 생분해성 필름은 ASTM D882-07에 따라 측정된 파단 신율이 300 % 이상인, 생분해성 필름.
According to clause 16,
The biodegradable film has an elongation at break of 300% or more as measured according to ASTM D882-07.
상기 생분해성 필름은 ASTM D882-07에 따라 측정된 영률이 50 MPa 이상인, 생분해성 필름.According to clause 16,
The biodegradable film has a Young's modulus of 50 MPa or more as measured according to ASTM D882-07.
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