KR20240055557A - 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물, 및 이를 이용하여 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포 - Google Patents
생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물, 및 이를 이용하여 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물, 및 이를 이용하여 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트(Pha) 수지를 포함하고, ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 30 g/10min 이상을 만족함으로써, 생분해성 및 생체 적합성이 우수하여 친환경적이면서 여과성, 통기성, 유연성 등과 같은 특성과 함께 멜트블로운 공정과 같은 고온 고압 조건에서도 제조되는 섬유의 직경 등의 균일성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포에 관한 것이다.
최근 환경 문제에 대한 우려가 증가함에 따라 다양한 생활 용품 폐기물의 처리 및 이의 재활용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 구체적으로, 저렴하면서 가공성 등의 특성이 우수한 고분자 재료가 종이, 필름, 섬유, 포장재, 병, 용기 등과 같은 다양한 제품들을 제조하는데 널리 이용되고 있으나, 이러한 제품의 수명이 다하였을 때 소각 처리시에는 유해한 물질이 배출될 수 있고, 자연적으로 완전히 분해되기 위해서는 종류에 따라 수백 년이 걸리는 단점을 가지고 있다.
이에, 빠른 시간 내에 분해됨으로써 친환경성을 향상시킬 수 있으면서, 유연성 및 강도와 같은 기계적 특성, 생산성, 가공성 등을 향상시켜 제품 자체의 수명을 증가시켜 폐기물의 양을 줄이거나 재활용성을 향상시킬 수 있는 생분해성 고분자에 대한 연구가 계속되고 있다.
폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoates, PHA)는 수많은 미생물에 의해 생성되고, 세포내 저장 물질로 사용되는 여러 종류의 하이드록시 카르복실산으로 구성되는 생분해성 고분자이다. 폴리하이드록시알카노에이트는 기존의 석유로부터 유래된 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(polybutylene adipate terephthalate, PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트(polybutylene succinate, PBS), 폴리부틸렌 숙시네이트 테레프탈레이트(polybutylene succinate terephthalate, PBST), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트(polybutylene succinate adipate, PBSA) 등과 같은 합성 고분자와 유사한 물성을 가지면서, 완전한 생분해성을 보이며, 생체 적합성 또한 우수하다.
한편, 부직포는 산업용 섬유 소재로서 공기 중의 미세 입자나 가스 등과 같은 부유 물질 등을 제어하거나, 식품 가공 등과 같은 산업 현장에서 사용되는 용수의 순도를 제어하기 위한 여과 공정의 핵심 소재로 사용되는 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 특히, 2000년대 이후 황사, 미세먼지, 초미세먼지 등으로 인한 인체 유해성에 대한 관심이 높아졌으며, 2019년 신종 코로나 바이러스로 인해 여과 소재로써 사용되는 부직포에 대한 관심이 증가함에 따라 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래에는 석유화학 기반의 고분자 재료가 부직포의 소재로 사용되었다. 그러나 석유화학 기반의 고분자 재료를 이용한 제품들은 사용이 완료된 후 수거나 재활용이 어렵고, 토양이나 해양 등에 방치되어 환경을 크게 오염시키는 문제가 있다. 이에, 생분해성을 향상시킬 수 있는 생분해성 고분자가 적용되고 있긴 하지만, 원료가 고가이거나 부직포에 필요한 여과성, 통기성, 유연성 등을 향상시키는데 한계가 있다.
또한, 부직포는 멜트블로운 공정 또는 스펀본드 공정에 의해 주로 제조되고 있는데, 멜트블로운 부직포는 스펀본드 부직포에 비해서 극세 섬유를 이용하여 제조될 수 있기 때문에 유연성이 우수하고, 다른 부직포 등과 적층이 용이한 반면, 고온 및 고압 조건에서 고분자를 용융방사하기 때문에 제조되는 섬유의 직경 등의 균일성이 낮다. 따라서, 생분해성 및 생체 적합성이 우수하여 친환경적이면서, 여과성, 통기성, 유연성 등과 같은 특성과 함께 멜트블로운 공정과 같은 고온 고압 조건에서도 제조되는 섬유의 직경 등의 균일성 또한 우수한 생분해성 부직포의 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 생분해성 및 생체 적합성이 우수하여 친환경적이면서 여과성, 통기성, 유연성 등과 같은 특성과 함께 멜트블로운 공정과 같은 고온 고압 조건에서도 제조되는 섬유의 직경 등의 균일성 또한 우수한 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물, 및 이를 이용하여 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트 수지(PHA)를 포함하고, ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 30 g/10min 이상이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA 수지가 상기 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 0.1 중량% 내지 60 중량%로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA 수지가 제 1 PHA 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 PHA 수지가 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 15 중량% 내지 60 중량%로 포함할 수 있고, ASTM D1238에 따라 165℃ 및 5 kg 하에서 측정한 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 0.1 g/10min 내지 20 g/10min일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA 수지가 제 2 PHA 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 PHA 수지가 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 0.1 중량% 이상 내지 30 중량%로 포함할 수 있고, ASTM D1238에 따라 165℃ 및 5 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 0.1 g/10min 내지 15 g/10min일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌아디페이트(PBA), 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트(PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트-테레프탈레이트(PBST), 폴리히드록시부틸레이트-발레레이트(PHBV), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트 테레프탈레이트(PBSAT) 및 열가소성 전분(TPS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 생분해성 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA 수지 및 상기 생분해성 수지의 중량비가 1 : 99 내지 99 : 1일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA 수지 및 상기 폴리락트산(PLA) 수지의 중량비가 20 : 80 내지 70 : 30일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 안료, 색소흡수제, 광흡수제, 산화방지제, 상용화제, 중량제, 기핵제, 용융강도제, 슬립제 및 유동화제로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA 수지가 3-하이드록시부티레이트(3-HB), 3-하이드록시프로피오네이트(3-HP), 3-하이드록시헥사노에이트(3-HH), 3-하이드록시발레레이트(3-HV), 4-하이드록시발레레이트(4-HV), 5-하이드록시발레레이트(5-HV) 및 6-하이드록시헥사노에이트(6-HH)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반복단위를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은, ASTM D1238에 따라 190℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 10 g/10min 내지 30 g/10min일 수 있고, 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 30 g/10min 이상일 수 있으며, 중량평균분자량이 500,000 g/mol 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포는 생분해성 섬유를 포함하고, 상기 생분해성 섬유는 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 수지를 포함하고, 상기 생분해성 섬유의 평균 직경이 10 ㎛ 이하이고, 상기 평균 직경에 대한 표준 편차는 1.3 이하이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포는, KS K ISO 9073-152007에 따른 0.3 ㎛의 필터 효율이 8% 이상일 수 있고, 0.5 ㎛에서의 필터 효율이 10% 이상일 수 있으며, 총 두께가 0.05 mm 내지 20 mm일 수 있으며, 평량이 10 gsm 내지 500 gsm일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 평량 30 gsm을 기준으로, K ISO 9073-3:1989에 따른 경사 강도가 3N 이상일 수 있고, 경사 신도가 6% 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 섬유는 이형단면 복합섬유 이거나 이성분계 이상 또는 삼성분계 이상의 복합섬유일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 부직포의 적어도 일면에 기능성 코팅층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포의 제조 방법은 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 또는 이를 이용하여 제조된 펠렛을 용융압출한 후, 방사하는 단계를 포함하고, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 수지를 포함하고, ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 30 g/10min 이상이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 용융압출 온도가 150℃ 내지 230℃일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 방사하는 단계가 상기 제조되는 생분해성 부직포의 평량을 10 gsm 내지 500 gsm으로 조절하여 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 방사하는 단계는 시스-코어 복합 방사 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 코어부 및 상기 시스부로 투입되는 원료의 중량비가 5 : 95 내지 95 : 5일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 코어부로 투입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트 수지를 포함하고, ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 30 g/10min 이상을 만족함으로써, 생분해성 및 생체 적합성이 우수하여 친환경적이면서 여과성, 통기성, 유연성 등과 같은 특성과 함께 멜트블로운 공정과 같은 고온 고압 조건에서도 제조되는 섬유의 직경 등의 균일성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물로부터 바로 생분해성 부직포를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물로부터 제조된 생분해성 펠렛을 이용하여 생분해성 멜트블로운 부직포를 제조할 수도 있으므로, 필요에 따라 공정을 선택하여 적용하기 용이하다.
또한, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 및 이로부터 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포는 토양 및 해양 모두에서 생분해가 가능하면서 열적 특성 및 기계적 특성 또한 우수하므로, 보다 다양한 분야에 용이하게 적용되어 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
도 1은 실시예 14의 생분해성 멜트블로운 부직포의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM, 100 배율) 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 14의 생분해성 멜트블로운 부직포의 주사전자현미경(SEM, 1,000 배율) 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 14의 생분해성 멜트블로운 부직포의 주사전자현미경(SEM, 1,000 배율) 이미지를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 1차, 2차 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하기 위해 사용되는 것이고, 상기 구성요소들은 상기 용어에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로만 사용된다.
생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물
본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트 수지를 포함하고, ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 30 g/10min 이상이다.
부직포는 방적, 제직, 편조에 의하지 않고 섬유 집합체 또는 필름을 물리적 또는 화학적 수단 등을 이용하여 섬유 상호 간을 결합시킨 것으로, 섬유 자체의 융착력이나 섬유들의 엉킴을 이용하여 직접 직물과 같은 형태로 제조된 것을 의미한다. 종래에는 폴리프로필렌(PP)과 같은 석유화학 기반 재료를 이용하여 부직포를 제조하였으나, 생분해성이 낮았다. 이에, 폴리락트산(PLA)을 부직포의 재료로 사용하는 방법이 제안되었으나, 생분해성의 향상 정도가 크지 않으며, 유연성이 낮아 촉감이 거칠고 뻑뻑하여 사용감이나 착용감이 좋지 않아 다양한 분야에 적용이 어려웠다.
또한, 부직포는 멜트블로운 공정 또는 스펀본드 공정에 의해 주로 제조되고 있는데, 멜트블로운 부직포는 스펀본드 부직포에 비해서 극세 섬유를 이용하여 제조될 수 있기 때문에 유연성이 우수하고, 다른 부직포 등과 적층이 용이한 반면, 고온 및 고압 조건에서 고분자를 용융방사하기 때문에 제조되는 섬유의 직경 등의 균일성이 낮다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트 수지를 포함하고, ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 30 g/10min 이상으로 제어됨으로써, 생분해성 및 생체 적합성이 우수하여 친환경적이면서 여과성, 통기성, 유연성 등과 같은 특성과 함께 멜트블로운 공정과 같은 고온 고압 조건에서도 제조되는 섬유의 직경 등의 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트 수지를 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 공중합 폴리하이드록시알카노에이트 수지인 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 수지, 더욱 구체적으로 4-HB 반복단위를 갖는 특정 제 1 PHA 수지 및/또는 제 2 PHA 수지를 포함함으로써, 생분해성 및 생체 적합성이 우수하여 친환경적이면서 이를 이용하여 우수한 특성을 갖는 생분해성 멜트블로운 부직포를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 및 이로부터 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포는 토양 및 해양 모두에서 생분해가 가능하면서 열적 특성 및 기계적 특성 또한 우수하므로, 보다 다양한 분야에 용이하게 적용되어 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
상기 PHA는 미생물 세포 내에 축적되는 열가소성의 천연 폴리에스테르 고분자로서, 생분해성 소재이므로 퇴비화가 가능하고, 유독성 폐기물 발생도 없으면서 최종적으로 이산화탄소, 물 및 유기 폐기물로 분해될 수 있다. 특히, 상기 PHA는 토양 및 해양에서도 생분해될 수 있으므로, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 및 이를 이용한 생분해성 멜트블로운 부직포가 PHA 수지를 포함하는 경우, 환경 친화적인 특성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 및 이를 이용한 생분해성 멜트블로운 부직포는 생분해성이 우수하고 친환경적이므로 다양한 분야에 활용될 수 있다는 것에 큰 이점이 있다.
구체적으로, 상기 PHA는 미생물 세포 내에 축적되는 열가소성의 천연 폴리에스테르 고분자로서, 특정 박테리아가 영양성분(질소원, 인 등)이 불균형적으로 공급될 때, 탄소원과 에너지를 저장하기 위해 세포 내 PHA를 축적함으로써 형성된다.
또한, 상기 PHA는 기존의 석유로부터 유래된 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌 숙시네이트 테레프탈레이트(PBST), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트(PBSA)등과 같은 합성 고분자와 유사한 물성을 가지면서, 완전한 생분해성을 보이며, 생체 적합성 또한 우수하다.
특히, 상기 PHA는 다른 친환경 플라스틱 소재인 PBS, PLA, PTT등과 달리, 150 종류 이상의 단량체로 합성이 가능하기 때문에, 단량체의 종류에 따라 수백 종의 PHA가 제조될 수 있고, 단량체의 종류에 따라 상이한 수백 종의 PHA는 각각 그 구조와 물성이 전혀 상이하다.
상기 PHA 수지는 살아있는 세포 내에 있는 단일 단량체 반복단위로 이루어질 수 있고, 하나 이상의 단량체 반복단위를 중합함으로써 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA 수지는 단일 폴리하이드록시알카노에이트 수지(이하, HOMO PHA 수지로 표기함)일 수 있고, 공중합 폴리하이드록시알카노에이트 수지(이하, 공중합 PHA 수지로 표기함), 즉 중합체 사슬에 상이한 반복단위들이 불규칙하게(randomly) 분포되어 있는 공중합체일 수 있다.
상기 PHA 수지에 포함될 수 있는 반복단위의 예로는, 2-하이드록시부티레이트, 젖산, 글리콜산, 3-하이드록시부티레이트(이하, 3-HB로 표기함), 3-하이드록시프로피오네이트(이하, 3-HP로 표기함), 3-하이드록시발레레이트(이하, 3-HV로 표기함), 3-하이드록시헥사노에이트(이하, 3-HH로 표기함), 3-하이드록시헵타노에이트(이하, 3-HHep로 표기함), 3-하이드록시옥타노에이트(이하, 3-HO로 표기함), 3-하이드록시노나노에이트(이하, 3-HN으로 표기함), 3-하이드록시데카노에이트(이하, 3-HD로 표기함), 3-하이드록시도데카노에이트(이하, 3-HDd로 표기함), 4-하이드록시부티레이트(이하, 4-HB로 표기함), 4-하이드록시발레레이트(이하, 4-HV로 표기함), 5-하이드록시발레레이트(이하, 5-HV로 표기함) 및 6-하이드록시헥사노에이트(이하, 6-HH로 표기함)가 있을 수 있으며, 상기 PHA 수지는 이들로부터 선택된 1종 이상의 반복단위를 함유할 수 있다.
구체적으로, 상기 PHA 수지는 3-HB, 4-HB, 3-HP, 3-HH. 3-HV, 4-HV, 5-HV 및 6-HH로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반복단위를 포함할 수 있다.
즉, 상기 PHA 수지는 4-HB 반복단위로만 구성된 HOMO PHA 수지일 수 있으며, 4-HB 반복단위를 포함하는 공중합 PHA 수지일 수 있다.
또한, 상기 PHA 수지는 4-HB 반복단위를 포함하면서, 상기 4-HB와 상이한 1개의 반복단위를 추가로 포함하거나, 서로 상이한 2개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 이상의 반복단위를 추가로 포함하는 공중합 PHA 수지일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA 수지는 폴리 3-하이드록시부티레이트-co-4-하이드록시부티레이트(이하, 3HB-co-4HB로 표기함)일 수 있다.
또한, 상기 PHA 수지는 이성질체를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 PHA 수지는 구조 이성질체, 거울상 이성질체 또는 기하 이성질체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA 수지는 구조 이성질체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 PHA 수지는 결정성이 조절된 공중합 PHA 수지일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA 수지는 상기 4-HB 반복단위를 적어도 하나 이상 포함할 수 있고, 상기 4-HB 반복단위의 함량을 제어함으로써 상기 PHA 수지의 결정성을 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 PHA 수지는 3-하이드록시부티레이트(3-HB), 4-하이드록시부티레이트(4-HB), 3-하이드록시프로피오네이트(3-HP), 3-하이드록시헥사노에이트(3-HH), 3-하이드록시발레레이트(3-HV), 4-하이드록시발레레이트(4-HV), 5-하이드록시발레레이트(5-HV) 및 6-하이드록시헥사노에이트(6-HH)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반복단위를 포함하는 공중합 PHA 수지일 수 있다.
구체적으로, 상기 공중합 PHA 수지는 4-HB 반복단위를 포함하면서, 3-HB 반복단위, 3-HP 반복단위, 3-HH 반복단위, 3-HV 반복단위, 4-HV 반복단위, 5-HV 반복단위 및 6-HH 반복단위로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반복 단위를 추가로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 공중합 PHA 수지는 4-HB 반복단위 및 3-HB 반복단위를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 PHA 수지는 상기 4-HB 반복단위를 0.1 중량% 내지 60 중량%로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA 수지는 상기 4-HB 반복단위 및 3-HB 반복단위를 포함하는 공중합 PHA 수지이고, 상기 4-HB 반복단위를 0.1 중량% 내지 60 중량%로 포함할 수 있다.
상기 PHA 수지는 상기 4-HB 반복단위를 0.5 중량% 내지 50 중량%, 1 중량% 내지 45 중량%, 5 중량% 내지 45 중량%, 8 중량% 내지 40 중량%, 10 중량% 내지 38 중량%, 15 중량% 내지 35 중량% 또는 20 중량% 내지 30 중량%로 포함할 수 있다.
또한, 상기 PHA 수지는 4-HB 반복단위 및 3-HB 반복단위를 포함하는 공중합 PHA 수지로서, 상기 3-HB 반복단위를 20 중량% 이상으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA 수지는 상기 3-HB 반복단위를 35 중량% 이상, 40 중량% 이상 또는 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상 또는 75 중량% 이상으로 포함할 수 있으며, 99 중량% 이하, 98 중량% 이하, 97 중량% 이하, 96 중량% 이하, 95 중량% 이하, 93 중량% 이하, 91 중량% 이하, 90 중량% 이하, 80 중량% 이하, 70 중량% 이하, 60 중량% 이하 또는 55 중량% 이하로 포함할 수 있다.
상기 결정성이 조절된 PHA 수지는 분자구조상 비규칙성을 증가시킴으로써 결정성과 비정질성이 조절된 것일 수 있으며, 구체적으로는 단량체의 종류 또는 비율이나 이성질체의 종류 또는 함량을 조절한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA 수지는 결정성이 서로 다른 2종 이상의 PHA 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA 수지는 결정성이 서로 다른 2종 이상의 PHA 수지를 혼합하여 상기 특정 범위의 4-HB 반복단위의 함량을 갖도록 조절한 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 PHA 수지는 결정성이 조절된 비정형 PHA 수지인 제 1 PHA 수지를 포함할 수 있다.
상기 제 1 PHA 수지는 결정성이 조절된 비정형 PHA 수지(이하, aPHA 수지로 표기함)로서, 4-HB 반복단위를 15 중량% 내지 60 중량%, 15 중량% 내지 55 중량%, 20 중량% 내지 55 중량%, 25 중량% 내지 55 중량%, 30 중량% 내지 55 중량%, 35 중량% 내지 55 중량%, 20 중량% 내지 50 중량%, 25 중량% 내지 50 중량%, 30 중량% 내지 50 중량%, 35 중량% 내지 50 중량% 또는 20 중량% 내지 40 중량%로 포함할 수 있다.
상기 제 1 PHA 수지의 유리 전이 온도(Tg)는 -45℃ 내지 -10℃, -35℃ 내지 -15℃, -35℃ 내지 -20℃ 또는 -30℃ 내지 -20℃일 수 있다. 또한, 상기 제 1 PHA 수지의 결정화 온도(Tc)는 측정되지 않거나, 60℃ 내지 120℃, 60℃ 내지 110℃, 70℃ 내지 120℃ 또는 75℃ 내지 115℃일 수 있다. 상기 제 1 PHA 수지의 용융 온도(Tm)는 측정되지 않거나, 100℃ 내지 170℃, 100℃ 내지 160℃, 110℃ 내지 160℃ 또는 120℃ 내지 150℃일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 유리 전이 온도(Tg), 결정화 온도(Tc) 및 용융 온도(Tm)는 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 측정될 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 전이 온도(Tg), 결정화 온도(Tc) 및 용융 온도(Tm)는 시차주사열량계(DSC) 모드로 1차 스캔(1st scan) 또는 2차 스캔(2nd scan)하여 측정될 수 있으며, 스캔하여 얻은 열류(heat flow) 곡선으로부터 확인할 수 있다. 더욱 구체적으로, 10℃/min의 속도로 40℃에서 180℃까지 승온한 후, 10℃/min의 속도로 -50℃까지 냉각시키면서 얻은 열류 곡선으로부터 유리 전이 온도(Tg), 결정화 온도(Tc) 및 용융 온도(Tm)를 확인할 수 있다.
상기 제 1 PHA 수지는 ASTM D1238에 따라 165℃ 및 5 kg 하에서 측정한 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 0.1 g/10min 내지 20 g/10min일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 PHA 수지는 ASTM D1238에 따라 165℃ 및 5 kg 하에서 측정한 용융흐름지수가 0.1 g/10min 내지 15 g/10min, 0.1 g/10min 내지 12 g/10min, 0.1 g/10min 내지 10 g/10min, 0.1 g/10min 내지 8 g/10min, 0.1 g/10min 내지 6 g/10min, 0.1 g/10min 내지 5.5 g/10min, 0.5 g/10min 내지 10 g/10min, 1 g/10min 내지 10 g/10min, 2 g/10min 내지 8 g/10min, 3 g/10min 내지 6 g/10min 또는 3 g/10min 내지 5.5 g/10min일 수 있다.
상기 제 1 PHA 수지의 중량평균분자량은 10,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 10,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 50,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 250,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 900,000 g/mol, 500,000 g/mol 내지 900,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 800,000 g/mol 또는 200,000 g/mol 내지 500,000 g/mol일 수 있다.
또한, 상기 PHA 수지는 반결정형 PHA 수지인 제 2 PHA 수지를 포함할 수 있다.
상기 제 2 PHA 수지는 결정성이 조절된 반결정형 PHA 수지(이하, scPHA 수지로 표기함)로서, 4-HB 반복단위를 0.1 중량% 내지 30 중량%로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 PHA 수지는 4-HB 반복단위를 0.1 중량% 내지 30 중량%, 0.5 중량% 내지 30 중량%, 1 중량% 내지 29 중량%, 3 중량% 내지 29 중량%, 1 중량% 내지 28 중량%, 1.5 중량% 내지 25 중량%, 2 중량% 내지 20 중량%, 2.5 중량% 내지 15 중량%, 3 중량% 내지 25 중량%, 5 중량% 내지 21 중량%, 6 중량% 내지 18 중량%, 10 중량% 내지 30 중량%, 10 중량% 내지 20 중량%, 13 중량% 내지 23 중량% 또는 15 중량% 내지 20 중량%로 포함할 수 있다.
상기 제 2 PHA 수지의 유리 전이 온도(Tg)는 -30℃ 내지 80℃, -30℃ 내지 10℃, -25℃ 내지 5℃, -25℃ 내지 0℃, -20℃ 내지 0℃ 또는 -15℃ 내지 0℃일 수 있다. 상기 제 2 PHA 수지의 결정화 온도(Tc)는 70℃ 내지 120℃, 75℃ 내지 120℃ 또는 75℃ 내지 115℃일 수 있으며, 상기 제 2 PHA 수지의 용융 온도(Tm)는 105℃ 내지 165℃, 110℃ 내지 160℃, 115℃ 내지 155℃ 또는 120℃ 내지 150℃일 수 있다.
또한, 상기 제 2 PHA 수지는 ASTM D1238에 따라 165℃ 및 5 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 0.1 g/10min 내지 15 g/10min일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 PHA 수지는 ASTM D1238에 따라 165℃ 및 5 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 0.1 g/10min 내지 10 g/10min, 0.2 g/10min 내지 7 g/10min, 0.5 g/10min 내지 5.5 g/10min, 0.6 g/10min 내지 5 g/10min, 0.8 g/10min 내지 5 g/10min, 1 g/10min 내지 5 g/10min, 0.1 g/10min 내지 5 g/10min, 1 g/10min 내지 6.5 g/10min, 1.5 g/10min 내지 15 g/10min, 3 g/10min 내지 10 g/10min, 3.5 g/10min 내지 12 g/10min 또는 4.5 g/10min 내지 10 g/10min일 수 있다.
상기 제 2 PHA 수지의 중량평균분자량은 10,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 50,000 g/mol 내지 1,100,000 g/mol, 50,000 g/mol 내지 350,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 900,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 800,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 600,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 500,000 g/mol 또는 500,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol일 수 있다.
상기 제 1 PHA 수지 및 상기 제 2 PHA 수지는 4-HB 반복단위의 함량에 따라 구별될 수 있으며, 상기 유리 전이 온도(Tg), 결정화 온도(Tc), 용융 온도(Tm) 및 용융흐름지수로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 특성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 PHA 수지 및 상기 제 2 PHA 수지는 4-HB 반복단위의 함량, 유리 전이 온도(Tg), 결정화 온도(Tg), 용융 온도(Tm), 용융흐름지수 등에 따라 구별될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 PHA 수지의 4-HB 반복단위의 함량 및 상기 제 2 PHA 수지의 4-HB 반복단위의 함량이 서로 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA 수지는 상기 제 1 PHA 수지 또는 제 2 PHA 수지를 포함하거나, 상기 제 1 PHA 수지 및 상기 제 2 PHA 수지를 모두 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 PHA 수지가 비정형 PHA 수지인 제 1 PHA 수지를 포함하거나, 비정형 PHA 수지인 제 1 PHA 수지 및 반결정형 PHA 수지인 제 2 PHA 수지를 모두 포함함으로써, 더욱 구체적으로 상기 제 1 PHA 수지 및 상기 제 2 PHA 수지의 함량을 조절함으로써, 목적하는 물성을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PHA 수지는 상기 제 1 PHA 수지 또는 상기 제 2 PHA 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA 수지는 상기 제 1 PHA 수지만으로 구성되거나, 상기 제 2 PHA만으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 PHA 수지는 상기 제 1 PHA 수지 및 상기 제 2 PHA 수지를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 PHA 수지 및 상기 제 2 PHA 수지의 중량비는 1 : 0.5 내지 5일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 PHA 수지 및 상기 제 2 PHA 수지의 중량비는 1 : 0.5 내지 4.5, 1 : 0.6 내지 4.2 또는 1 : 0.7 내지 3.5일 수 있다. 제 1 PHA 수지 및 제 2 PHA 수지의 중량비가 상기 범위를 만족함으로써, 목적하는 물성을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 PHA 수지의 유리 전이 온도(Tg)는 -45℃ 내지 80℃, -35℃ 내지 80℃, -30℃ 내지 80℃, -25℃ 내지 75℃, -20℃ 내지 70℃, -35℃ 내지 5℃, -25℃ 내지 5℃, -35℃ 내지 0℃, -25℃ 내지 0℃, -30℃ 내지 -10℃, -35℃ 내지 -15℃, -35℃ 내지 -20℃, -20℃ 내지 0℃, -15℃ 내지 0℃ 또는 -15℃ 내지 -5℃일 수 있다.
상기 PHA 수지의 결정화 온도(Tc)는 측정되지 않거나, 60℃ 내지 120℃, 60℃ 내지 110℃, 70℃ 내지 120℃, 75℃ 내지 120℃, 75℃ 내지 115℃, 75℃ 내지 110℃ 또는 90℃ 내지 110℃일 수 있다.
또한, 상기 PHA 수지의 용융 온도(Tm)는 측정되지 않거나, 100℃ 내지 170℃, 105℃ 내지 170℃, 105℃ 내지 165℃, 110℃ 내지 160℃, 115℃ 내지 155℃, 110℃ 내지 150℃, 120℃ 내지 150℃ 또는 120℃ 내지 140℃일 수 있다.
상기 PHA 수지는 열중량분석기(TGA)로 측정된 분해 온도(Td, 5%의 중량 감소) 220℃ 내지 280℃, 245℃ 내지 275℃, 255℃ 내지 270℃ 또는 260℃ 내지 270℃일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 분해 온도(Td)는 열중량분석기(TGA)를 이용하여 측정될 수 있다. 구체적으로, 상기 분해 온도(Td)는 열중량분석기(TGA)를 이용하여 10℃/min의 속도로 상온에서 600℃까지 승온하면서 얻은 중량 변화 곡선으로부터 상기 PHA 수지의 5%의 중량이 감소했을 때의 온도를 분해 온도(Td)로 확인할 수 있다.
또한, 상기 PHA 수지의 중량평균분자량은 10,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA의 중량평균분자량은 50,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 250,000 g/mol 내지 1,150,000 g/mol, 300,000 g/mol 내지 1,100,000 g/mol, 350,000 g/mol 내지 950,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 900,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 800,000 g/mol, 250,000 g/mol 내지 650,000 g/mol, 200,000 g/mol 내지 400,000 g/mol, 300,000 g/mol 내지 600,000 g/mol, 500,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol, 500,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol 550,000 g/mol 내지 1,050,000 g/mol, 550,000 g/mol 내지 900,000 g/mol, 600,000 g/mol 내지 900,000 g/mol 또는 500,000 g/mol 내지 900,000 g/mol일 수 있다.
시차 주사 열용량 분석법(DSC, Differential Scanning Calorimeter)에 의해 측정된 상기 PHA 수지의 결정화도는 90% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA 수지의 결정화도는 시차 주사 열용량 분석법에 의해 측정된 것일 수 있고, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하 또는 70% 이하일 수 있다.
또한, 상기 PHA 수지의 평균 입자 크기는 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA 수지의 평균 입자 크기는 0.7 ㎛ 내지 4.6 ㎛, 1.1 ㎛ 내지 4.5 ㎛, 1.5 ㎛ 내지 4.3 ㎛, 2.2 ㎛ 내지 4.2 ㎛, 2.6 ㎛ 내지 4.0 ㎛, 2.8 ㎛ 내지 3.9 ㎛ 또는 3.1 ㎛ 내지 3.8 ㎛일 수 있다.
상기 PHA 수지의 평균 입자 크기는 나노입도분석기(ex. Zetasizer Nano ZS)로 측정될 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA에 대하여, Zetasizer Nano ZS(제조사: Marven)를 이용하여 25℃의 온도 및 175°의 측정앵글각도에서 동적 광산란(DLS)의 원리를 통해 평균 입자 크기를 측정하였다. 이때, 0.5의 신뢰구간에서의 다분산지수(polydispersity index, PDI)를 통해 도출된 피크(peak)의 값을 입자 크기로 측정하였다.
상기 PHA 수지의 다분산지수(polydispersity index, PDI)가 2.5 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA 수지의 다분산지수는 2.4 이하, 2.3 이하, 2.1 이하 또는 2.0 이하일 수 있다.
또한, 상기 PHA 수지는 비기계적인 방법 또는 화학적인 방법을 이용한 세포 파쇄(cell disruption)에 의해 수득된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 PHA 수지는 미생물 세포 내에 축적되는 열가소성의 천연 폴리에스터 고분자로서 평균 입자 크기가 비교적 큰 편이므로, 목적하는 물질의 수율이나 물성을 더욱 효과적으로 제어하고 공정 효율을 향상시키기 위해서 파쇄하는 공정을 통해 수득된 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌아디페이트(PBA), 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트(PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트-테레프탈레이트(PBST), 폴리히드록시부틸레이트-발레레이트(PHBV), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트 테레프탈레이트(PBSAT) 및 열가소성 전분(TPS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 생분해성 수지를 포함할 수 있다.
상기 PHA 수지와 함께 상기 생분해성 수지를 포함함으로써, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 분산성이 우수하며, 부직포에 요구되는 여과성, 통기성, 유연성과 함께 필터 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 상기 PHA 수지를 15 중량% 이상으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA 수지의 함량은 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 20 중량% 이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 50 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 85 중량% 이상 또는 90 중량% 이상으로 포함하거나, 100 중량%일 수 있다.
또한, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 상기 생분해성 수지를 90 중량% 미만으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 수지의 함량은 85 중량% 이하, 80 중량% 이하, 70 중량% 이하, 60 중량% 이하, 45 중량% 이하 또는 35 중량% 이하로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 생분해성 수지의 함량은 35 중량% 내지 80 중량%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 PHA 및 상기 생분해성 수지의 중량비는 1 : 99 내지 99 : 1일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA 수지 및 상기 생분해성 수지의 중량비는 5 : 95 내지 99 : 5, 10 : 90 내지 90 : 10, 15 : 90 내지 60 : 40, 5 : 95 내지 45 : 55, 10 : 90 내지 40 : 60, 15 : 85 내지 35 : 65 또는 20 : 80 내지 30 : 70일 수 있다. PHA 및 생분해성 수지의 중량비가 상기 범위를 만족함으로써, 생분해성 및 가공성이 저하되지 않으면서 여과성, 통기성, 유연성 등과 같은 특성과 함께 멜트블로운 공정과 같은 고온 고압 조건에서도 제조되는 섬유의 직경 등의 균일성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 생분해성 수지는 폴리락트산(PLA)일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 PHA 수지 및 상기 PLA 수지의 중량비는 10 : 90 내지 30 : 70일 수 있다. 예를 들어, 상기 PHA 수지 및 상기 PLA 수지의 중량비는 10 : 90 내지 45 : 55, 15 : 85 내지 40 : 60, 15 : 85 내지 35 : 65 또는 20 : 80 내지 30 : 70일 수 있다. PHA 수지 및 PLA 수지의 중량비가 상기 범위를 만족함으로써, 생분해성 및 가공성이 저하되지 않으면서 여과성, 통기성, 유연성 등과 같은 특성과 함께 멜트블로운 공정과 같은 고온 고압 조건에서도 제조되는 섬유의 직경 등의 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 안료, 색소흡수제, 광흡수제, 산화방지제, 상용화제, 중량제, 기핵제, 용융강도제, 슬립제 및 유동화제로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 안료는 무기 입자, 카본블랙, 및 코발트그린으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 무기 입자는 Cu 등과 같은 금속, 금속 산화물, 준금속 산화물, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 안료는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.01 중량% 내지 15 중량%, 0.01 중량% 내지 12 중량%, 0.01 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 8 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.2 중량% 내지 4.5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 추가로 포함될 수 있다.
상기 산화방지제는 오존이나 산소에 분해되는 것을 방지하거나 보관 시 산화를 방지하고, 물성 저하를 방지하기 위한 첨가제로서, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 통상적으로 사용되는 산화방지제를 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 산화 방지제는 힌더드 페놀계 산화 방지제 및 포스파이트계(인계) 산화 방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 힌더드 페놀계 산화 방지제는, 예를 들어 4,4'-메틸렌-비스(2,6-디-t-부틸페놀), 옥타데실-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 펜타에리트리톨 테트라키스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트), 3,9-비스[2-[3-(3-tert-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시]-1,1-디메틸에틸]-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]운데칸으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 포스파이트계(인계) 산화 방지제는, 예를 들어 트리스-(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 비스-(2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리트리톨-디포스파이트, 비스-(2,6-디-t-부틸-4-메틸페닐)펜타에리트리톨-디포스파이트, 디스테아릴-펜타에리트리톨-디포스파이트, [비스(2,4-디-t-부틸-5-메틸페녹시)포스피노]비페닐, 및 N,N-비스[2-[[2,4,8,10-테트라키스(1,1-디메틸에틸)디벤조[d,f][1,3,2]디옥시포스페핀-6-일]옥시]-에틸]에탄아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.01 중량% 내지 15 중량%, 0.01 중량% 내지 12 중량%, 0.01 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 8 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.2 중량% 내지 4.5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 추가로 포함될 수 있다. 상기 산화방지제가 상기 함량 범위를 만족함으로써, 부직포의 물성을 향상시킬 수 있고, 본 발명에서 목적하는 효과를 달성하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
상기 상용화제(compatibilizer)는 상기 생분해성 수지 및/또는 상기 PHA 수지의 이형성을 제거하여 상용성을 부여하기 위한 첨가제로서, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 통상적으로 사용되는 상용화제를 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 상용화제는 폴리비닐아세테이트(PVAc)계, 이소시아네이트계, 폴리프로필렌카보네이트계, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌비닐알콜, 폴리비닐알코올(PVA), 에틸렌비닐아세테이트, 무수말레인산, 및 글리세린 스테아레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 상용화제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.01 중량% 내지 15 중량%, 0.01 중량% 내지 12 중량%, 0.01 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 8 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.2 중량% 내지 4.5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 추가로 포함될 수 있다. 상기 상용화제가 상기 함량 범위를 만족함으로써, 사용되는 수지 간의 상용성을 증가시켜 물성을 향상시킬 수 있고, 본 발명에서 목적하는 효과를 달성하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
상기 중량제는 무기물로서, 성형 과정에서 결정화 속도를 빠르게 하여 성형성을 증가시키고, 합성수지에 비해 높은 생분해성 특성을 갖는 수지들의 사용으로 인한 원가 상승의 문제를 줄이기 위해 첨가되는 첨가제로서, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 통상적으로 사용되는 무기물을 사용할 수 있다.
상기 중량제는 아연, 칼슘 등과 같은 무기물, 스테아르산, 경질 또는 중질 탄산칼슘, 실리카, 탈크, 카올린, 황산바륨, 클레이, 산화칼슘, 수산화마그네슘, 산화티탄, 카본블랙 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 중량제의 평균 입도는 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 중량제의 평균 입도는 0.5 ㎛ 내지 4.8 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 4.5 ㎛ 또는 0.7 ㎛ 내지 4 ㎛일 수 있다. 상기 중량제의 평균 입도가 0.5 ㎛ 미만이면 입자의 분산이 곤란해지며, 5 ㎛를 초과하면 입자의 크기가 지나치게 커져, 본 발명의 효과를 저해할 수 있다.
상기 중량제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.01 중량% 내지 15 중량%, 0.01 중량% 내지 12 중량%, 0.01 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 8 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.2 중량% 내지 4.5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 추가로 포함될 수 있다. 상기 중량제가 상기 함량 범위를 만족함으로써, 본 발명에서 목적하는 효과를 달성하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
상기 기핵제는 중합체의 용융물이 냉각될 때 중합체의 결정화 형태를 보조하거나 변화시키고 결정화(고화) 속도를 향상시키기 위한 첨가제이다. 특히, 본 발명에서 사용되는 PHA 수지는 결정화 속도가 낮기 때문에, 공정 중에 충분한 결정화가 이루어지지 않아 공정이 용이하지 않을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 기핵제를 사용하는 경우 결정화 속도를 향상시켜 가공, 성형성 및 생산성을 더욱 향상시킬 수 있고, 본 발명에서 목적하는 물성을 효율적으로 달성할 수 있다.
상기 기핵제는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 통상적으로 사용되는 기핵제를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 기핵제는, 예를 들어 홑원소 물질(순물질)이나 복합 산화물을 포함하는 금속 화합물, 금속 카복실레이트기를 가진 저분자 유기 화합물, 금속 카복실레이트기를 가진 중합체 유기화합물, 중합체 유기화합물, 인산 또는 아인산이나 이의 금속염, 소르비톨 유도체, 무수 티오글리콜산, 및 p-톨루엔술폰산이나 이의 금속염 등을 포함할 수 있다. 상기 기핵제는 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
상기 홑원소 물질(순물질)이나 복합 산화물을 포함하는 금속 화합물은, 예를 들어 카본블랙, 탄산칼슘, 합성규산 및 이의 염, 실리카, 아연 화이트(zinc white), 점토, 고령토, 염기성 탄산마그네슘, 미카, 탈크, 석영분말, 규조암(diatomite), 백운석(dolomite) 분말, 산화티타늄, 산화아연, 산화안티몬, 황산바륨, 황산칼슘, 알루미나, 규산칼슘, 및 유기인의 금속염 및 질화붕소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 금속 카복실레이트기를 가진 저분자 유기 화합물은, 예를 들어 옥틸산, 톨루엔산, 헵탄산, 펠라르곤산(pelargonic acid), 라우르산, 미리스트산(myristic acid), 팔미틴산(palmitic acid), 스테아린산, 베헨산(behenic acid), 세로트산(cerotic acid), 몬타닌산(montanic acid), 멜리스산(melissic acid), 벤젠산, p-tert-부틸벤젠산, 테레프탈산, 테레프탈산 모노메틸 에스테르, 이소프탈산, 및 이소프탈산 모노메틸 에스테르 각각의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 금속 카복실레이트기를 가진 중합체 유기화합물은, 예를 들어 폴리에틸렌의 산화반응에 의해 수득되는 카복실기-함유 폴리에틸렌, 폴리프로필렌의 산화반응에 의해 수득되는 카복실기-함유 폴리프로필렌, 아크릴산 또는 메타크릴산과 올레핀(예컨대, 에틸렌, 프로필렌 및 부텐-1)의 공중합체, 아크릴산 또는 메타크릴산과 스티렌의 공중합체, 올레핀과 말레산 무수물의 공중합체, 및 스티렌과 말레산 무수물의 공중합체 각각의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 중합체 유기화합물은, 예를 들어 제 3 위치 탄소원자에 분기결합되며 5개 이상의 탄소원자를 갖는 알파-올레핀(예컨대, 3,3 디메틸부텐-1,3-메틸부텐-1,3-메틸펜텐-1,3-메틸헥센-1 및 3,5,5-트리메틸헥센-1), 비닐사이클로알칸의 중합체(예컨대, 비닐사이클로펜탄, 비닐사이클로헥산 및 비닐노르보난), 폴리알킬렌 글리콜(예컨대, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜), 폴리(글리콜산), 셀룰로오스, 셀룰로오스에스테르, 및 셀룰로오스 에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 인산 또는 아인산 및 그의 금속염은, 예를 들어 디페닐 포스페이트, 디페닐 포스파이트(diphenyl phosphite), 비스(4-tert-부틸페닐)포스페이트의 금속염, 및 메틸렌 비스-(2,4-tert-부틸페닐)포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 소르비톨 유도체는, 예를 들어 비스(p-메틸벤질리덴) 소르비톨 및 비스(p-에틸벤질리덴) 소르비톨일 수 있다.
상기 기핵제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.01 중량% 내지 15 중량%, 0.01 중량% 내지 12 중량%, 0.01 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 8 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.2 중량% 내지 4.5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 추가로 포함될 수 있다. 상기 기핵제가 상기 함량 범위를 만족함으로써, 결정화 속도를 향상시켜 성형성을 향상시킬 수 있으며, 제조 공정에 있어서, 예를 들어 펠렛 제조를 위한 커팅 공정시 결정화 속도를 향상시켜 생산성 및 가공성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 용융강도 증강제는 반응성의 용융 강도를 향상시키기 위한 첨가제로서, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 통상적으로 사용되는 용융강도 증강제를 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 용융강도 증강제는 폴리에스테르, 스티렌계 폴리머 (예컨대, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 및 폴리스티렌), 폴리실록산, 유기변성 실록산 폴리머, 폴리에스테르, 및 말레산 무수물 그라프팅된 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 (MAH-g-EPDM)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 용융강도 증강제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.01 중량% 내지 15 중량%, 0.01 중량% 내지 12 중량%, 0.01 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 8 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.2 내지 4.5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 추가로 포함될 수 있다. 상기 용융강도 증강제가 상기 함량 범위를 만족함으로써, 본 발명에서 목적하는 효과를 달성하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
상기 슬립제는 압출 시 슬립성(미끄러움성)을 향상시키고, 섬유 표면끼리 달라붙는 현상을 방지하기 위한 첨가제이다. 구체적으로, 상기 슬립제는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 통상적으로 사용되는 슬립제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 슬립제는 에루카미드(Erucamide), 올리아미드(Oliamide) 및 스테아라미드(Stearamide)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 슬립제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.01 중량% 내지 15 중량%, 0.01 중량% 내지 12 중량%, 0.01 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 8 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.2 중량% 내지 4.5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 추가로 포함될 수 있다. 상기 슬립제가 상기 함량 범위를 만족함으로써, 가공성, 생산성 및 성형성을 더욱 향상시킬 수 있고, 본 발명에서 목적하는 효과를 달성하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
그밖에 첨가제로서, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 가교제 및/또는 안정화제도 포함할 수 있다.
상기 가교제는 PHA 수지의 특성을 개질하고, 수지의 분자량을 증가시키기 위한 첨가제로서, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 통상적으로 사용되는 가교제를 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 가교제는 지방산 에스테르, 에폭시기를 함유한(에폭시화) 천연유래 오일, 디알릴프탈레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 및 비스(2-메트아크릴옥시에틸)포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 가교제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.01 중량% 내지 15 중량%, 0.01 중량% 내지 12 중량%, 0.01 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 8 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.2 중량% 내지 4.5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 추가로 포함될 수 있다.
상기 안정화제는 트리메틸포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리메틸포스핀, 인산 및 아인산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 안정화제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.01 중량% 내지 15 중량%, 0.01 중량% 내지 12 중량%, 0.01 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 8 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.2 중량% 내지 4.5 중량%, 0.2 중량% 내지 4 중량% 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 추가로 포함될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 첨가제들은 단량체, 중합체 또는 공중합체의 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 바이오매스(biomass)를 더 포함할 수 있다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 바이오매스를 포함함으로써, 생분해성 향상은 물론, 토양 개량 역할도 가능하다. 즉, 상기 바이오매스는 생분해성이 우수하고, 미분해 시 파쇄가 용이하며, 비료를 개선하고, 토양의 지력을 높이는 등 토양 개량 효과가 있다.
상기 바이오매스는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로, 5 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 바이오매스의 함량은 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 48 중량%, 15 중량% 내지 48 중량%, 20 중량% 내지 45 중량%, 20 중량% 내지 43 중량% 또는 20 중량% 내지 40 중량%일 수 있다. 상기 바이오매스의 함량이 상기 범위를 만족함으로써, 생분해성이 더욱 향상되고 토양 개량 효과가 있으며, 상기 PHA 수지와의 가교 결합력이 좋아져 본 발명에서 목적하는 효과를 효율적으로 달성할 수 있다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 ASTM D1238에 따라 190℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 10 g/10min 내지 30 g/10min일 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 ASTM D1238에 따라 190℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 10 g/10min 내지 25 g/10min, 11 g/10min 내지 20 g/10min 또는 12 g/10min 내지 18 g/10min일 수 있다.
또한, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 30 g/10min 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 45 g/10min 이상, 50 g/10min 이상, 53 g/10min 이상, 55 g/10min 이상, 59 g/10min 이상, 65 g/10min 이상, 80 g/10min 이상, 90 g/10min 이상 또는 100 g/10min 이상일 수 있다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물에 대하여 ASTM D1238에 따라 측정된 용융흐름지수는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 이용하여 제조된 펠렛에 대하여 ASTM D1238에 따라 측정한 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 용융흐름지수는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 이축 스크류 압출기에 투입하고 혼합 및 용융압출하여 제조된 생분해성 펠렛에 대하여 ASTM D1238에 따라 측정된 것일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 생분해성 펠렛은 이축 스크류 압출기의 스크류 회전 속도를 200 rpm으로 설정하고, 내부 온도를 50℃에서 170℃까지 승온하면서 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 혼합한 후, 12 bar의 압력 및 177℃의 온도에서 용융압출하고, 수중 절단기 시스템(Under-water Cutter system)을 이용하여 제조된 것일 수 있다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물의 중량평균분자량은 500,000 g/mol 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물의 중량평균분자량은 450,000 g/mol 이하, 400,000 g/mol 이하 또는 350,000 g/mol 이하일 수 있다.
생분해성 부직포
본 발명의 다른 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포는 생분해성 섬유를 포함하고, 상기 생분해성 섬유는 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 수지를 포함하고, 상기 생분해성 섬유의 평균 직경이 10 ㎛ 이하이고, 상기 평균 직경에 대한 표준 편차는 1.3 이하이다.
상기 생분해성 부직포는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 이용하여 제조될 수 있으며, 상기 PHA 수지에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포는, KS K ISO 9073-152007에 따른 0.3 ㎛에서의 필터 효율이 8% 이상일 수 있고, 0.5 ㎛에서의 필터 효율이 10% 이상일 수 있다.
예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포는, KS K ISO 9073-152007에 따른 0.3 ㎛에서의 필터 효율이 8% 이상, 9% 이상, 10% 이상, 12% 이상, 14% 이상, 18% 이상, 20% 이상, 24% 이상, 30% 이상, 36% 이상, 45% 이상, 50% 이상 또는 57% 이상일 수 있다.
또한, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포는, KS K ISO 9073-152007에 따른 0.5 ㎛에서의 필터 효율이 10% 이상, 11% 이상, 20% 이상, 26% 이상, 30% 이상, 32% 이상, 36% 이상, 38% 이상, 41% 이상, 44% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상 또는 70% 이상일 수 있다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 총 두께는 0.05 mm 내지 20 mm일 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 총 두께는 0.06 mm 내지 20 mm, 0.08 mm 내지 15 mm, 0.1 mm 내지 10 mm 또는 0.1 mm 내지 8 mm일 수 있다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 평량은 10 gsm 내지 500 gsm일 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 평량은 12 gsm 내지 450 gsm, 15 gsm 내지 400 gsm, 20 gsm 내지 350 gsm, 20 gsm 내지 250 gsm 또는 25 gsm 내지 200 gsm일 수 있다.
또한, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 평량 120 gsm을 기준으로, K ISO 9073-3:1989에 따른 경사 강도가 30 N 이상일 수 있고, 경사 신도가 10% 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 중량 85 gsm(두께: 0.28 mm)을 기준으로, K ISO 9073-3:1989에 따른 경사 강도는 33 N 이상, 35 N 이상 또는 36 N 이상일 수 있고, 경사 신도가 11% 이상, 13% 이상, 15% 이상, 18% 이상 또는 20% 이상일 수 있다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 평량 60 gsm을 기준으로, K ISO 9073-3:1989에 따른 경사 강도가 20 N 이상일 수 있고, 경사 신도가 4% 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 중량 75 gsm(두께: 0.24 mm)을 기준으로, K ISO 9073-3:1989에 따른 경사 강도는 21 N 이상, 23 N 이상 또는 25 N 이상일 수 있고, 경사 신도가 4.5% 이상, 6% 이상, 7% 이상 또는 8% 이상일 수 있다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 평량 30 gsm을 기준으로, K ISO 9073-3:1989에 따른 경사 강도가 3 N 이상일 수 있고, 경사 신도가 6% 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 중량 30 gsm(두께: 0.12 mm)을 기준으로, K ISO 9073-3:1989에 따른 경사 강도는 3.5 N 이상, 5 N 이상, 6 N 이상, 7 N 이상, 8 N 이상 또는 9 N 이상일 수 있고, 경사 신도가 6.5% 이상, 7% 이상, 8% 이상 또는 9% 이상일 수 있다.
또한, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포는 생분해성 섬유의 집합체일 수 있다.
구체적으로, 상기 생분해성 섬유의 평균 직경은 10 ㎛ 이하일 수 있고, 상기 평균 직경에 대한 표준 편차는 1.3 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 섬유의 평균 직경은 8 ㎛ 이하, 6 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이하, 4.5 ㎛ 이하, 4 ㎛ 이하, 3.5 ㎛ 이하, 2.5 ㎛ 이하, 2.3 ㎛ 이하, 2.2 ㎛ 이하, 2 ㎛ 이하, 1.9 ㎛ 이하 또는 1.7 ㎛ 이하일 수 있고, 상기 평균 직경에 대한 표준 편차는 1.2 이하, 1.1 이하, 1 이하, 0.85 이하 또는 0.6 이하일 수 있다.
또한, 상기 생분해성 섬유는 신도가 500% 이하, 350% 이하, 200% 이하, 130% 이하, 100% 이하, 90% 이하, 80% 이하 또는 75% 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 섬유는 이형단면 복합섬유 이거나 이성분계 이상 또는 삼성분계 이상의 복합섬유일 수 있다.
상기 이형단면 복합섬유는 단면의 형상이 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 생분해성 섬유는 코어부 및 시스부를 포함하는 시스-코어형(sheath-core type), 사이드 바이 사이드형(side by side type), 해도형(sea-islands type) 또는 분할형(segmented-pie type)일 수 있다.
상기 시스-코어형은 코어부와 시스부의 단면이 서로 상이한 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 코어부의 단면은 원형일 수 있고, 상기 시스부의 단면은 도넛 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 생분해성 섬유는 상기 시스부와 상기 코어부에 각각 서로 다른 단일 성분의 수지를 포함하는 이성분계 복합섬유일 수 있고, 상기 시스부에 단일 성분의 수지를 포함하고, 상기 코어부에 이성분 이상의 수지를 포함하는 삼성분계 이상의 복합섬유이거나 상기 코어부에 단일 성분의 수지를 포함하고, 상기 시스부에 이성분 이상의 수지를 포함하는 삼성분계 이상의 복합섬유일 수 있다. 또한, 상기 생분해성 섬유는 상기 시스부와 상기 코어부에 각각 이성분 이상의 수지를 포함하는 복함섬유일 수 있다.
예를 들어, 상기 코어부는 상기 PHA 수지를 포함할 수 있고, 상기 시스부는 생분해성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 생분해성 수지는 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌아디페이트(PBA), 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트(PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트-테레프탈레이트(PBST), 폴리히드록시부틸레이트-발레레이트(PHBV), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트 테레프탈레이트(PBSAT), 폴리부틸렌에틸렌 아디페이트 숙시네이트(PBEAS), 폴리부틸렌에틸렌 숙시네이트(PBES) 및 열가소성 전분(TPS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 코어부 및 상기 시스부의 중량비는 5 : 95 내지 95 : 5일 수 있다. 예를 들어, 상기 코어부 및 상기 시스부의 중량비는 5 : 95 내지 85 : 15, 7 : 93 내지 80 : 20, 10 : 90 내지 75 : 25 또는 10 : 90 내지 70 : 30일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 부직포는 정전처리된 것일 수 있다.
정전처리는 부직포에 정전을 부여하여 포집 능력을 향상시킬 수 있는 방법으로서, 상기 부직포가 정전처리된 경우, 이를 구성하는 섬유는 내부에 강제적으로 전하를 가지게 되고 이에 따라 분극된 전하를 갖는 섬유로 이루어진 부직포는 전하를 띠는 미세 입자를 용이하게 포집할 수 있다.
상기 정전 처리 공정은 코로나 방전, 플라즈마 대전, 마찰 대전, 고압의 물방울을 통하 수 대전 방식을 이용하여 수행될수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 정전 효과를 극대화시키기 위해서 대전제를 더 포함할 수 있으며, 상기 대전제는 힌더드 아민계 대전제일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 적어도 일면에 기능성 코팅층을 추가로 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 기능성 코팅층은 하드코팅층 또는 항균코팅층일 수 있고, 상기 기능성 코팅층과 상기 생분해성 멜트블로운 부직포 사이에 접착층이 있을 수 있다.
또한, 상기 생분해성 부 멜트블로운 직포는 적어도 일면이 이온 또는 전기를 이용하여 표면 처리된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 표면 처리는 이온 코팅, 이온 콜렉팅, 전기 코팅 또는 전압 코팅으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 적어도 일면에 생분해성 스펀본드 부직포를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포는 소취제, 항균제, 무기 필러 및 윤활제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 소취제는, 예를 들어 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 지르코늄디옥사이드(ZrO) 및 스트론튬티탄산염(SrTiO3)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 산화물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 소취제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 소취제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.05 중량% 내지 15 중량% 또는 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기 항균제는 은나노, 나노구리, 나노아연 및 제올라이트계 항균제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 항균제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 항균제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.05 중량% 내지 15 중량% 또는 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기 무기 필러는 탈크, 산화바륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산아연, 산화아연, 산화마그네슘, 알루미나 및 실리카로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 무기 필러의 평균 입경은 0.01 ㎛ 내지 2.0 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 필러의 평균 입경은 0.01 ㎛ 내지 2.0 ㎛, 0.05 ㎛ 내지 2.0 ㎛ 또는 0.05 ㎛ 내지 1.5 ㎛일 수 있다.
상기 무기 필러는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 필러는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.05 중량% 내지 15 중량% 또는 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기 윤활제는 지방산 에스테르, 특정적으로 글리세린 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르, 피리독신 지방산 에스테르 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 윤활제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 윤활제는 상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.05 중량% 내지 15 중량% 또는 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
생분해성 부직포의 제조 방법
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포의 제조 방법은 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 또는 이를 이용하여 제조된 펠렛을 용융압출한 후, 방사하는 단계를 포함하고, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 수지를 포함하고, ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 30 g/10min 이상이다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물에 관한 설명은 전술한 바와 같다.
구체적으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생분해성 멜트블로운 부직포의 제조 방법은 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 직접 기기에 투입하여 용융압출한 후 방사하거나, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 용융압출하여 제조된 펠렛을 기기에 투입하고 방사하여 생분해성 부직포를 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 150℃ 내지 230℃에서 용융압출 및 용융방사하여 생분해성 멜트블로운 부직포를 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 용융압출 및 용융방사 온도는 160℃ 내지 225℃, 180℃ 내지 220℃ 또는 195℃ 내지 215℃일 수 있다.
이때, 통상적인 멜트블로운 용융방사 장치라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 일축 압출기를 기반으로 한 멜트블로운 용융방사 장치를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 멜트블로운 용융방사 장치는 용융 구간, 필터를 포함하고 있는 노즐 구간, 노즐 홀과 권취 롤러 사이의 드래프트 구간 및 권취 구간을 포함할 수 있다. 상기 멜트블로운 용융방사 장치의 용융 온도, 노즐 홀의 직경, 노즐 홀의 길이, 노즐 홀의 길이와 직경의 비, 노즐의 내부 필터의 크기, 노즐을 통해 토출되는 토출량, 드래프트 구간의 길이, 방사 속도, 냉각 온도, 권취 속도 등을 조절함으로써 원하는 물성을 갖는 생분해성 멜트블로운 부직포를 제조할 수 있다.
이때, 통상적인 멜트블로운 용융방사 장치라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 일축 압출기를 기반으로 한 멜트블로운 용융방사 장치를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 멜트블로운 용융방사 장치는 용융 구간, 필터를 포함하고 있는 노즐 구간, 노즐 홀과 권취 롤러 사이의 드래프트 구간 및 권취 구간을 포함할 수 있다. 상기 멜트블로운 용융방사 장치의 용융 온도, 노즐 홀의 직경, 노즐 홀의 길이, 노즐 홀의 길이와 직경의 비, 노즐의 내부 필터의 크기, 노즐을 통해 토출되는 토출량, 드래프트 구간의 길이, 방사 속도, 냉각 온도, 권취 속도 등을 조절함으로써 원하는 물성을 갖는 생분해성 멜트블로운 부직포를 제조할 수 있다.
또한, 상기 방사하는 단계는 상기 제조되는 생분해성 멜트블로운 부직포의 평량을 10 gsm 내지 500 gsm으로 조절하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 방사 또는 용융방사하는 단계는 상기 제조되는 생분해성 멜트블로운 부직포의 평량을 12 gsm 내지 450 gsm, 15 gsm 내지 400 gsm, 20 gsm 내지 350 gsm, 20 gsm 내지 250 gsm, 25 gsm 내지 200 gsm, 25 gsm 내지 150 gsm, 25 gsm 내지 100 gsm 또는 25 gsm 내지 50 gsm으로 조절하여 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 6 bar 내지 30 bar의 압력 및 150℃ 내지 200℃의 온도에서 용융압출하여 제조된 펠렛을 150℃ 내지 230℃에서 용융방사하여 생분해성 멜트블로운 부직포를 제조할 수 있다.
예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 이용하여 7 bar 내지 28 bar 또는 8 bar 내지 26 bar의 압력 및 155℃ 내지 190℃ 또는 165℃ 내지 185℃에서 용융압출하고, 15 ℃ 이하, 10℃ 이하 또는 6℃ 이하로 냉각시킨 후, 이를 커팅하여 펠렛을 제조한 후, 상기 펠렛을 160℃ 내지 225℃, 180℃ 내지 220℃ 또는 195℃ 내지 215℃에서 용융방사하여 생분해성 멜트블로운 부직포를 제조할 수 있다.
또한, 상기 펠렛을 용융방사 하는 단계 이전에, 상기 펠렛을 40℃ 내지 58℃ 또는 42℃ 내지 60℃에서 11시간 이상 또는 12시간 이상 동안 건조하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
상기 건조 단계는 상기 펠렛의 수지 함수율이 2,000 ppm 이하, 1,500 ppm 이하, 1,100 ppm 이하, 500 ppm 이하, 300 ppm 이하, 150 ppm 이하, 100 ppm 이하, 60 ppm 이하 또는 50 ppm 이하가 될 때까지 수행될 수 있으며, 열풍 건조 또는 제습 건조로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 방사하는 단계가 복합 방사 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 복합 방사 장치는 시스-코어 복합 방사 장치일 수 있다.
구체적으로, 상기 시스-코어 복합 방사 장치의 코어부 또는 시스부에 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 직접 투입하여 생분해성 멜트블로운 부직포를 제조할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은 코어부 또는 시스부로 투입될 수 있고, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌아디페이트(PBA), 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트(PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트-테레프탈레이트(PBST), 폴리히드록시부틸레이트-발레레이트(PHBV), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트 테레프탈레이트(PBSAT), 폴리부틸렌에틸렌 아디페이트 숙시네이트(PBEAS), 폴리부틸렌에틸렌 숙시네이트(PBES) 및 열가소성 전분(TPS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 생분해성 수지가 코어부 또는 시스부로 투입될 수 있다.
예를 들어, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 코어부로 투입될 수 있고, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌아디페이트(PBA), 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트(PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트-테레프탈레이트(PBST), 폴리히드록시부틸레이트-발레레이트(PHBV), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트 테레프탈레이트(PBSAT), 폴리부틸렌에틸렌 아디페이트 숙시네이트(PBEAS), 폴리부틸렌에틸렌 숙시네이트(PBES) 및 열가소성 전분(TPS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 생분해성 수지가 시스부로 투입될 수 있다.
또한, 상기 코어부 및 상기 시스부에 투입되는 원료의 중량비는 5 : 95 내지 95 : 5, 5 : 95 내지 85 : 15, 7 : 93 내지 80 : 20, 10 : 90 내지 75 : 25 또는 10 : 90 내지 70 : 30일 수 있다.
상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
생분해성 멜트블로운 부직포의 제조
실시예 1
제 1 PHA 수지(aPHA, 4-하이드록시부티레이트(4-HB)의 함량: 33 중량%, 중량평균분자량 (Mw): 600,000 g/mol, ASTM D1238에 따른 165℃ 및 5 kg에서의 용융흐름지수: 5.5 g/10min)로 구성된 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 수지(3-HB-co-4-HB, 제조사: CJ) 30 중량% 및 폴리락트산(PLA) 수지 70 중량%를 혼합하고, 폴리비닐 아세테이트(PVAc, 제조사: Wacker) 1 phr을 첨가한 후, 컴파운딩하여 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 얻었다.
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 용융압출한 후, 노즐을 통해 압출방사하여 생분해성 멜트블로운 부직포(평량: 30 gsm)를 제조한 후, 정전처리하였다. 이때, 구체적인 공정 조건은 하기와 같았다.
- 용융 및 방사 온도: 210℃
- 노즐: Ψ0.25-21hole-5mm(홀 간격)
- 토출량: 6 ml/min
- 공청기체 풍량: 1,000 L/min
- 공정기체온도: 260℃
- DCD(노즐-콜렉터 거리): 250 mm
- 벨트 이송 속도(권취 속도): 2.3 m/min
실시예 2 내지 15, 및 비교예 1 및 2
각각의 성분 및 공정 조건을 하기 표 1과 같이 달리한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 생분해성 멜트블로운 부직포를 제조하였다. 이때, 실시예 6, 7 및 12는 제 2 PHA 수지(scPHA, 4-하이드록시부티레이트(4-HB)의 함량: 6 중량%, 중량평균분자량(Mw): 410,000 g/mol, ASTM D1238에 따른 165℃ 및 5 kg에서의 용융흐름지수: 2.88 g/10min)로 구성된 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 수지(3-HB-co-4-HB, 제조사: CJ)를 사용하였다.
| 구분 | PHA(중량%) | PLA (중량%) |
PVAc (phr) |
글리세린 스테아레이트 (phr) |
Cu 무기입자 (phr) |
정전 처리 여부 | 부직포의 평량(gsm) |
|
| aPHA | scPHA | |||||||
| 실시예 1 | 30 | - | 70 | 1 | - | - | ○ | 30 |
| 실시예 2 | 30 | - | 70 | 1 | - | - | × | 30 |
| 실시예 3 | 20 | - | 80 | 1 | - | - | ○ | 30 |
| 실시예 4 | 20 | - | 80 | 1 | - | - | ○ | 40 |
| 실시예 5 | 20 | - | 80 | 1 | - | - | ○ | 50 |
| 실시예 6 | - | 30 | 70 | 1 | - | - | ○ | 30 |
| 실시예 7 | - | 30 | 70 | 1 | - | - | × | 30 |
| 실시예 8 | 30 | - | 70 | 1 | - | 3 | ○ | 30 |
| 실시예 9 | 30 | - | 70 | 1 | - | 3 | × | 30 |
| 실시예 10 | 30 | - | 70 | 1 | - | - | × | 30 |
| 실시예 11 | 40 | - | 60 | 1 | - | - | × | 30 |
| 실시예 12 | 35 | 30 | 35 | 1 | - | - | × | 30 |
| 실시예 13 | 30 | - | 70 | 1 | 2 | - | × | 120 |
| 실시예 14 | 30 | - | 70 | 1 | 2 | - | × | 60 |
| 실시예 15 | 30 | - | 70 | 1 | 2 | - | × | 30 |
| 비교예 1 | - | - | 100 | - | - | - | ○ | 30 |
| 비교예 2 | - | - | 100 | - | - | - | × | 30 |
[실험예]
실험예 1: 용융흐름지수
상기 실시예 8, 10 내지 12 및 14에서 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물에 대하여, ASTM D1238에 따라 190℃ 및 2.16 kg 또는 210℃ 및 2.16 kg 하에서의 용융흐름지수(g/10min)를 측정하였다.
구체적으로, 상기 용융흐름지수는 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 이축 스크류 압출기에 투입하고 혼합 및 용융압출하여 제조된 생분해성 펠릿에 대하여 ASTM D1238에 따라 측정하였다.
실험예 2: Tg 및 Tm
상기 실시예 8, 10 내지 12 및 14에서 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물에 대하여, 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 유리 전이 온도(Tg) 및 용융 온도(Tm)를 측정하였다.
구체적으로, 상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 5 mg 내지 20 mg을 알루미늄 팬(Pan)에 넣고, 시차주사열량계를 이용하여 10℃/min의 속도로 40℃에서 180℃까지 승온한 후, 10℃/min의 속도로 -50℃까지 냉각시키면서 얻은 열류(heat flow) 곡선으로부터 유리 전이 온도(Tg) 및 용융 온도(Tm)를 측정하였다.
실험예 3: Td
상기 실시예 8, 10 내지 12 및 14에서 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물에 대하여, 열중량분석기(TGA)를 이용하여 분해 온도(Td)를 측정하였다.
구체적으로, 열중량분석기(TGA)를 이용하여 10℃/min의 속도로 상온에서 600℃까지 승온하면서 얻은 중량 변화 곡선으로부터 상기 생분해성 섬유용 조성물의 5%의 중량이 감소했을 때의 온도를 분해 온도(Td)로 측정하였다.
| 구분 | 용융흐름지수 (g/10min, 190℃, 2.16 kg) |
용융흐름지수 (g/10min, 210℃, 2.16 kg) |
Tg(℃) | Tm(℃) | Td(℃) |
| 실시예 8 | 16 | 66 | -14 | 173 | 276 |
| 실시예 10 | 16 | 67 | -19 | 173 | 264 |
| 실시예 11 | 13 | 59 | -18 | 172 | 292 |
| 실시예 12 | 12 | 105 | -13 | 172 | 293 |
| 실시예 14 | 32 | 110 | -18 | 170 | 273 |
실험예 4: 생분해성 섬유의 직경 및 표준 편차
상기 실시예 1 내지 15, 및 비교예 1 및 2에서 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포에 대하여, 전자주사현미경(Scanning electron microscopy, SEM)을 이용하여 상기 생분해성 멜트블로운 부직포를 구성하고 있는 섬유의 직경을 측정하고, 이의 표준 편차를 계산하였다.
실험예 5: 생분해성 멜트블로운 부직포의 필터 효율
상기 실시예 1 내지 15, 및 비교예 1 및 2에서 제조된 생분해성 멜트블로운 부직포에 대하여, KS K ISO 9073-152007에 따라 면적 38 cm2 및 압력 200 Pa 조건에서 0.3 ㎛ 및 0.5 ㎛ 필터 효율을 측정하였다. 구체적으로, 평균 입경이 0.3 ㎛ 및 0.5 ㎛인 입자를 부직포에 분사하여 필터 효율을 측정하였다.
| 구분 | 생분해성 섬유 | 부직포 | ||
| 직경의 평균값(㎛) | 직경의 표준 편차 |
0.3 ㎛ 필터 효율(%) |
0.5 ㎛ 필터 효율(%) |
|
| 실시예 1 | 1.7 | 0.81 | 29.0 | 45.0 |
| 실시예 2 | 21.0 | 32.0 | ||
| 실시예 3 | 2.3 | 1.2 | 30.0 | 41.0 |
| 실시예 4 | 46.6 | 62.9 | ||
| 실시예 5 | 57.7 | 73.4 | ||
| 실시예 6 | 1.9 | 0.59 | 32.0 | 44.0 |
| 실시예 7 | 24.2 | 36.5 | ||
| 실시예 8 | 2.2 | 0.99 | 29.0 | 45.0 |
| 실시예 9 | 24.0 | 38.0 | ||
| 실시예 10 | 3.9 | 0.43 | 9.6 | 11.7 |
| 실시예 11 | 3.3 | 0.48 | 14.0 | 20.1 |
| 실시예 12 | 18.0 | 0.52 | 8.8 | 11.0 |
| 실시예 13 | 2.2 | 0.44 | 39.6 | 60.7 |
| 실시예 14 | 1.9 | 0.80 | 57.2 | 77.1 |
| 실시예 15 | 1.8 | 0.63 | 19.7 | 29.2 |
| 비교예 1 | 2.3 | 1.0 | 82.0 | 90.0 |
| 비교예 2 | 19.0 | 27.0 | ||
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 9의 생분해성 부직포는 이를 구성하는 섬유의 평균 직경 및 이의 표준편차가 모두 바람직한 범위를 만족하면서, 부직포의 필터 효율 역시 우수하였다.
도 1은 실시예 14의 생분해성 멜트블로운 부직포의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM, 100 배율) 이미지를 나타낸 것이고, 도 2는 실시예 14의 생분해성 멜트블로운 부직포의 주사전자현미경(SEM, 1,000 배율) 이미지를 나타낸 것이다.
도 1 및 2에서 보는 바와 같이, 실시예 14의 생분해성 멜트블로운 부직포는 이를 구성하는 섬유의 직경의 균일성이 우수하였다.
Claims (21)
- 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 수지를 포함하고,
ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 30 g/10min 이상인, 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 PHA 수지가 상기 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 0.1 중량% 내지 60 중량%로 포함하는, 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 PHA 수지가 제 1 PHA 수지를 포함하고,
상기 제 1 PHA 수지가 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 15 중량% 내지 60 중량%로 포함하고, ASTM D1238에 따라 165℃ 및 5 kg 하에서 측정한 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 0.1 g/10min 내지 20 g/10min인, 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 PHA 수지가 제 2 PHA 수지를 포함하고,
상기 제 2 PHA 수지가 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 0.1 중량% 이상 내지 30 중량%로 포함하고, ASTM D1238에 따라 165℃ 및 5 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 0.1 g/10min 내지 15 g/10min인, 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리부틸렌아디페이트(PBA), 폴리부틸렌숙시네이트-아디페이트(PBSA), 폴리부틸렌숙시네이트-테레프탈레이트(PBST), 폴리히드록시부틸레이트-발레레이트(PHBV), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트 테레프탈레이트(PBSAT) 및 열가소성 전분(TPS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 생분해성 수지를 포함하는, 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물. - 제 5 항에 있어서,
상기 PHA 수지 및 상기 생분해성 수지의 중량비가 1 : 99 내지 99 : 1인, 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물. - 제 5 항에 있어서,
상기 PHA 수지 및 상기 폴리락트산(PLA) 수지의 중량비가 20 : 80 내지 70 : 30인, 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 안료, 색소흡수제, 광흡수제, 산화방지제, 상용화제, 중량제, 기핵제, 용융강도제, 슬립제 및 유동화제로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함하는, 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 PHA 수지가 3-하이드록시부티레이트(3-HB), 3-하이드록시프로피오네이트(3-HP), 3-하이드록시헥사노에이트(3-HH), 3-하이드록시발레레이트(3-HV), 4-하이드록시발레레이트(4-HV), 5-하이드록시발레레이트(5-HV) 및 6-하이드록시헥사노에이트(6-HH)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반복단위를 더 포함하는, 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물은,
ASTM D1238에 따라 190℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 10 g/10min 내지 30 g/10min이고, 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수가 30 g/10min 이상이며,
중량평균분자량이 500,000 g/mol 이하인, 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물. - 생분해성 섬유를 포함하는 생분해성 멜트블로운 부직포로서,
상기 생분해성 섬유는 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 수지를 포함하고,
상기 생분해성 섬유의 평균 직경이 10 ㎛ 이하이고, 상기 직경에 대한 표준 편차는 1.3 이하인, 생분해성 멜트블로운 부직포. - 제 11 항에 있어서,
상기 생분해성 멜트블로운 부직포는,
KS K ISO 9073-152007에 따른 0.3 ㎛에서의 필터 효율이 8% 이상이고, 0.5 ㎛에서의 필터 효율이 10% 이상이고,
총 두께가 0.05 mm 내지 20 mm이고, 평량이 10 gsm 내지 500 gsm인, 생분해성 멜트블로운 부직포. - 제 11 항에 있어서,
상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 평량 30 gsm을 기준으로,
K ISO 9073-3:1989에 따른 경사 강도가 3 N 이상이고, 경사 신도가 6% 이상인, 생분해성 멜트블로운 부직포. - 제 11 항에 있어서,
상기 생분해성 섬유는 이형단면 복합섬유 이거나 이성분계 이상 또는 삼성분계 이상의 복합섬유인, 생분해성 멜트블로운 부직포. - 제 11 항에 있어서,
상기 생분해성 멜트블로운 부직포의 적어도 일면에 기능성 코팅층을 추가로 포함하는, 생분해성 멜트블로운 부직포. - 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물 또는 이를 이용하여 제조된 펠렛을 용융압출한 후, 방사하는 단계를 포함하고,
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 4-하이드록시부티레이트(4-HB) 반복단위를 포함하는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 수지를 포함하고, ASTM D1238에 따라 210℃ 및 2.16 kg 하에서 측정된 용융흐름지수(MFI, Melt Flow Index)가 30 g/10min 이상인, 생분해성 멜트블로운 부직포의 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 용융압출 온도가 150℃ 내지 230℃인, 생분해성 멜트블로운 부직포의 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 방사하는 단계가 상기 제조되는 생분해성 멜트블로운 부직포의 평량을 10 gsm 내지 500 gsm으로 조절하여 수행되는, 생분해성 멜트블로운 부직포의 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물을 방사하는 단계가 시스-코어 복합 방사 장치를 이용하여 수행되는, 생분해성 멜트블로운 부직포의 제조 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 코어부 및 상기 시스부로 투입되는 원료의 중량비가 5 : 95 내지 95 : 5인, 생분해성 멜트블로운 부직포의 제조 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 생분해성 멜트블로운 부직포용 조성물이 코어부로 투입되는, 생분해성 멜트블로운 부직포의 제조 방법.
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