이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유산발효과정에서 반응의 pH에 영향을 받지 않고, 온도조정의 범위가 넓어 공정시간 및 비용면에서 효율적인 폴리유산의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is not affected by the pH of the reaction in the lactic acid effect tablet, the temperature range is wide, the process time and cost of the efficient polylactic acid It is to provide a manufacturing method.
또한, 본 발명의 목적은 유산의 전기투석공정에서 발효액에서 유산염을 분리하는 공정과 유산과 수산화나트륨을 분리하는 공정을 하나의 공정 및 장치로 수행할 수 있으며, 사전처리 등이 필요 없어 보다 효율적인 폴리유산의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention can be carried out in one process and apparatus to separate the lactate from the fermentation broth and the process of separating the lactic acid and sodium hydroxide in the electrodialysis process of lactic acid, and does not require pretreatment, such as more efficient poly It is to provide a method for producing a lactic acid.
또한, 본 발명의 목적은 원하는 고분자량의 폴리유산을 간편하게 생산할 수 있는 폴리유산의 제조방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method for producing a polylactic acid which can easily produce a polylactic acid of a desired high molecular weight.
본 발명의 또 다른 목적은 폴리유산을 전자부품에 이용할 수 있도록 온도, 압력 및 중량비 등의 최적의 조건을 적용하여 고전도성을 확보하는 것은 물론 제조원가도 줄일 수 있는 고전도성 폴리유산 중합체의 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing a highly conductive polylactic acid polymer which can reduce the manufacturing cost as well as ensure high conductivity by applying optimal conditions such as temperature, pressure, and weight ratio so that polylactic acid can be used in electronic parts. To provide.
또한, 본 발명의 목적은 원하는 고전도성의 폴리유산 중합체를 간편하고 효율적으로 제조할 수 있는 고전도성 폴리유산 중합체의 제조방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method for producing a highly conductive polylactic acid polymer which can easily and efficiently produce a desired highly conductive polylactic acid polymer.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 단일 장치를 이용하여 치환반응과 중합반응을 수행할 수 있는 고전도성 폴리유산 중합체의 제조장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for producing a highly conductive polylactic acid polymer capable of carrying out a substitution reaction and a polymerization reaction using a single device.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법은 식물성 전분을 물과 혼합한 후 가열하여 호화시키는 호화공정; 상기 호화된 전분에 유산을 첨가하고 가열하여 액화시키는 액화공정; 상기 액화된 전분을 당화효소를 이용하여 단당액으로 분해하는 당화공정; 상기 단당액을 유산발효시켜 발효액을 생성하는 발효공정; 상기 발효액에서 유산염을 분리 및 농축하고, 상기 유산염에서 유산을 분리시키는 전기투석공정; 상기 분리된 유산을 가열하여 수분 및 불순물을 제거하는 유산정제공정; 상기 정제된 유산을 금속산화물과 혼합시켜 락티드를 생성하는 락티드 생성공정; 상기 락티드를 중합반응시켜 폴리유산을 생성하는 중합공정; 및 상기 폴리유산을 가열하여 중합반응하지 않은 미반응물질을 증산시키는 불순물 증산공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for producing a polylactic acid according to the present invention in order to achieve the above object is a gelatinization process of mixing the vegetable starch with water and then heated to gelatinize; A liquefaction step of adding lactic acid to the gelatinized starch and liquefying it by heating; A saccharification step of decomposing the liquefied starch into a monosaccharide liquid using a saccharifying enzyme; A fermentation step of lactically fermenting the monosaccharide solution to produce a fermentation broth; Electrodialysis step of separating and concentrating the lactate from the fermentation broth and separating the lactic acid from the lactate; Lactic acid purification process of heating the separated lactic acid to remove moisture and impurities; A lactide producing step of mixing the purified lactic acid with a metal oxide to produce lactide; A polymerization step of polymerizing the lactide to generate polylactic acid; And an impurity evaporation step of evaporating the unreacted material that is not polymerized by heating the polylactic acid.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 상기 호화공정은 상기 전분 20~30 중량부에 대하여 물 70~80 중량부를 혼합하여 70~100 RPM으로 교반하면서 90~105℃로 가열한 후, 15~120분간 교반하는 것을 특징으로 한다.In addition, the gelatinization process in the method for producing a polylactic acid according to the present invention is mixed with 70 to 80 parts by weight of water with respect to 20 to 30 parts by weight of the starch and heated to 90 to 105 ℃ while stirring at 70 to 100 RPM, 15 It is characterized by stirring for ~ 120 minutes.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 상기 액화공정은 상기 호화된 전분의 중량에 대하여 상기 유산 0.1~1.0중량%를 첨가하여 4~10 시간동안 교반하면서 110~130℃로 가열하는 것을 특징으로 한다.In addition, the liquefaction process in the method of producing a polylactic acid according to the present invention is characterized by heating to 110 ~ 130 ℃ while stirring for 4-10 hours by adding 0.1 ~ 1.0% by weight of the lactic acid to the weight of the gelatinized starch. It is done.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 상기 당화효소는 상기 전분의 중량에 대하여 0.1~1.0%의 아밀라아제이고, 상기 액화된 전분의 온도는 50~65℃, pH는 6.0~6.5로 조정하는 것이며, 상기 pH는 암모니아 수용액을 이용하여 조정하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for producing a polylactic acid according to the present invention, the glycosylase is 0.1 to 1.0% amylase with respect to the weight of the starch, the temperature of the liquefied starch is 50 to 65 ℃, pH is adjusted to 6.0 to 6.5 The pH is characterized by using an aqueous ammonia solution.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 상기 발효공정은 당도가 20~30인 상기 단당액의 중량에 대하여 식염 0.01~0.1%, 황산망간 0.01~0.5%, 인산암모니움 0.01~0.1%, 탈지분유 0.1~1.0%, 두유 0.1~1.0%, 폐당밀 0.1~1.0%, 계면활성제 0.01~0.05%, 유산균 배양액 2~5%를 상기 단당액에 혼합하고, 70~100RPM으로 20~35 시간동안 교반하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of producing a polylactic acid according to the present invention, the fermentation process is based on the weight of the monosaccharide solution having a sugar content of 20 to 30, 0.01 to 0.1% of salt, 0.01 to 0.5% of manganese sulfate, 0.01 to 0.1% of ammonium phosphate, 0.1 to 1.0% skim milk powder, 0.1 to 1.0% soy milk, 0.1 to 1.0% waste molasses, 0.01 to 0.05% surfactant, 2 to 5% of the lactic acid bacteria culture medium is mixed with the above monosaccharide solution for 20 to 35 hours at 70 to 100 RPM It is characterized by stirring.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 상기 발효공정은 상기 발효에 의하여 생성된 유산을 농축시키는 기구가 장착되는 발효장치를 이용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the fermentation process in the method of producing a polylactic acid according to the present invention is characterized in that it uses a fermentation apparatus equipped with a mechanism for concentrating the lactic acid produced by the fermentation.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 상기 전기투석공정은 전해실, 격막에 의한 칸막이, 용액순환수단, 전극을 포함하는 전기투석장치를 이용하여 이루어지는 것이고, 상기 전해실은 양극액실, 발효액실, 유산염/유산 생성실, 수산화 나트륨 생성실, 음극액실을 포함하며, 각각의 전해실은 음이온 투과막 및/또는 양이온 투과막으로 구획되고, 상기 전극은 양극, 음극, 보조양극, 보조음극을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the polylactic acid production method according to the present invention, the electrodialysis process is performed using an electrodialysis apparatus including an electrolytic chamber, a partition by a diaphragm, a solution circulation means, and an electrode, and the electrolytic chamber is an anolyte chamber and a fermentation broth. And a lactate / lactic acid generating chamber, a sodium hydroxide generating chamber, and a catholyte chamber, each electrolytic chamber being partitioned into an anionic permeable membrane and / or a cationic permeable membrane, wherein the electrode comprises an anode, a cathode, an auxiliary anode, and an auxiliary cathode. It is characterized by.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 상기 유산정제공정은 상기 유산을 내압용기에서 70~100RPM으로 교반을 하면서 120~130℃로 가열하여 탈수시킨 후 150~160℃에서 1~2시간 교반을 계속하여 저분자 폴리유산을 생성하는 단계; 및 상기 저분자 폴리유산이 생성되면, 교반을 정지시킨 후 상온까지 냉각시켜 결정화 한 뒤, 150~160℃로 가열하고, 상기 내압용기 내의 압력을 감압하여 1~2시간 70~100RPM으로 교반하여 불순물을 증산시켜 정제된 유산을 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the lactic acid refining process in the method for producing a polylactic acid according to the present invention is dehydrated by heating to 120 ~ 130 ℃ while stirring the lactic acid at 70 ~ 100RPM in a pressure-resistant vessel and stirred for 1 to 2 hours at 150 ~ 160 ℃ Continuing to produce low molecular weight polylactic acid; And when the low molecular weight polylactic acid is produced, the stirring is stopped, the mixture is cooled to room temperature, crystallized, heated to 150 to 160 ° C, and the pressure in the pressure vessel is reduced to 70 to 100 RPM for 1 to 2 hours to reduce impurities. Transpiration to obtain a purified lactic acid; characterized in that it comprises a.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 상기 락티드 생성공정은 내압용기 내에 바나듐, 니켈, 철, 알루미늄, 티탄, 셀륨, 실리콘, 지르콘, 루테늄, 망간, 크롬, 코발트, 백금, 토륨, 팔라듐, 주석 중에서 어느 하나 이상의 금속 산화물을 0.5~1% 혼합하는 단계; 상기 유산을 170~190℃에서 3~5시간 가열, 교반하는 단계; 및 상기 유산을 서서히 냉각 및 결정화시켜 락티드를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the polylactic acid production method according to the present invention, the lactide production process is carried out in a vanadium, nickel, iron, aluminum, titanium, selium, silicon, zircon, ruthenium, manganese, chromium, cobalt, platinum, thorium, palladium in a pressure resistant container. Mixing 0.5-1% of at least one metal oxide in tin; Heating and stirring the lactic acid at 170 to 190 ° C. for 3 to 5 hours; And slowly cooling and crystallizing the lactic acid to produce lactide.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 상기 중합공정은 상기 락티드를 융해온도까지 가열하면서 70~100RPM의 속도로 교반하고, 상기 락티드의 중량에 대하여 유기주석화합물 0.1~1%, 도데실알콜 0.1~1%를 첨가하여 대기압에서 3~5시간 혼합하는 단계; 내압용기 내에 불활성 가스를 주입하면서 감압하고, 상기 락티드를 160~170℃에서 가열, 교반하는 단계; 및 중합촉진장치를 이용하여 중합을 촉진하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for producing a polylactic acid according to the present invention, the polymerization process is stirred at a rate of 70 to 100 RPM while heating the lactide to a melting temperature, and the organic tin compound is 0.1 to 1% based on the weight of the lactide, Adding 0.1 to 1% of silalcohol and mixing for 3 to 5 hours at atmospheric pressure; Reducing the pressure while injecting an inert gas into the pressure resistant vessel, and heating and stirring the lactide at 160 to 170 ° C; And promoting the polymerization by using the polymerization promoter.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 상기 불순물은 저분자 폴리유산 또는 락티드이고, 상기 증산공정은 내압용기 내를 감압하고 상기 폴리유산의 온도를 180~190℃로 가열하면서 70~100RPM으로 1~2시간 교반하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for producing a polylactic acid according to the present invention, the impurity is a low molecular polylactic acid or lactide, and the transpiration process may be performed at 70 to 100 RPM while reducing the pressure inside the pressure vessel and heating the temperature of the polylactic acid to 180 to 190 ° C. It is characterized by stirring for 1 to 2 hours.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법은 식물성 전분을 물과 혼합한 후 가열하여 호화시키는 호화공정; 상기 호화된 전분의 중량에 대하여 유산 0.2~1.0%를 첨가하고 110~130℃로 가열하여 액화시키는 액화공정; 상기 액화된 전분을 당화효소를 이용하여 단당액으로 분해하는 당화공정; 상기 단당액의 중량에 대하여 식염을 0.01~0.1%, 황산망간 0.01~0.5%, 인산암모니움 0.01~0.1%, 탈지분유 0.1~1.0중량%, 두유 0.1~1.0%, 폐당밀 0.1~1.0%, 계면활성제 0.01~0.05%, 유산균 배양액 2~5%를 상기 단당액에 혼합하여 유산발효시켜 발효액을 생성하는 발효공정; 상기 발효액의 유산을 수산화나트륨으로 중화시켜 유산염을 만든 뒤에 상기 유산염에서 유산과 수산화나트륨으로 분해시키는 전기투석공정; 상기 분리된 유산을 120~130℃로 가열하여 탈수시킨 후, 150~160℃로 가열하여 저분자 폴리유산을 생성하는 유산정제공정; 상기 정제된 유산을 바나듐, 니켈, 철, 알루미늄, 티탄, 셀륨, 실리콘, 지르콘, 루테늄, 망간, 크롬, 코발트, 백금, 토륨, 팔라듐, 주석 중에서 어느 하나 이상의 금속 산화물 0.5~1%와 혼합하여 락티드를 생성하는 락티드 생성공정; 상기 락티드의 중량에 대하여 유기주석화합물 0.1~1%, 도데실알콜 0.1~1%를 첨가하여 교반, 혼합하여 개환축중합반응시켜 폴리유산을 형성하는 중합공정; 및 상기 폴리유산의 온도를 180~190℃로 가열하여 중합반응하지 않은 미반응물질을 증산시키는 불순물 증산공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method for producing a polylactic acid according to the present invention is a gelatinization step of mixing the vegetable starch with water and then heating it to gelatinize; A liquefaction step of adding 0.2-1.0% of lactic acid to the weight of the gelatinized starch and liquefying by heating to 110-130 ° C .; A saccharification step of decomposing the liquefied starch into a monosaccharide liquid using a saccharifying enzyme; 0.01 to 0.1% of sodium salt, 0.01 to 0.5% of manganese sulfate, 0.01 to 0.1% of ammonium phosphate, 0.1 to 1.0% of skimmed milk powder, 0.1 to 1.0% of soy milk, 0.1 to 1.0% of waste molasses, Fermentation step of producing a fermentation broth by lactic acid fermentation by mixing 0.01 ~ 0.05% surfactant, 2 ~ 5% lactic acid bacteria culture medium to the monosaccharide solution; Electrodialysis step of neutralizing the lactic acid of the fermentation broth with sodium hydroxide to make lactate and decomposing the lactic acid and the sodium hydroxide from the lactate; Lactic acid refining process of heating the separated lactic acid to 120 ~ 130 ℃, and then heated to 150 ~ 160 ℃ to produce a low molecular polylactic acid; The purified lactic acid is mixed with 0.5-1% of any one or more metal oxides of vanadium, nickel, iron, aluminum, titanium, selium, silicon, zircon, ruthenium, manganese, chromium, cobalt, platinum, thorium, palladium, and tin. A lactide generation step of generating a tide; A polymerization process of adding polylactic acid by ring-opening condensation polymerization by adding 0.1-1% of organotin compound and 0.1-1% of dodecyl alcohol to the weight of the lactide; And an impurity evaporation step of evaporating the unreacted material which is not polymerized by heating the temperature of the polylactic acid to 180 to 190 ° C.
본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조방법은 반응용기에 폴리유산 100중량부, 락티드 10~20중량부 및 폴리글리콜산 5~10중량부를 첨가한 후, 교반하는 S1단계, 상기 반응용기에 세린 5~10중량부 및 도데실 알코올 0.1~1중량부를 넣은 후, 불활성 가스를 투입하고 전자파를 조사하는 S2단계 및 반응용기에 아세트산 세륨 0.1~1중량부를 첨가한 후, 교반하는 S3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for producing a highly conductive polylactic acid according to the present invention is added to 100 parts by weight of polylactic acid, 10 to 20 parts by weight of lactide and 5 to 10 parts by weight of polyglycolic acid in the reaction vessel, step S1, the reaction vessel 5 to 10 parts by weight of serine and 0.1 to 1 part by weight of dodecyl alcohol, followed by S2 step of adding an inert gas and irradiating electromagnetic waves and adding 0.1 to 1 part by weight of cerium acetate to the reaction vessel, and then stirring S3 step. Characterized in that.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조방법에서 S1단계 내지 S3단계는 160~190℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for producing a highly conductive polylactic acid according to the present invention, step S1 to step S3 is characterized in that it is made at a temperature of 160 ~ 190 ℃.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조방법에서 S1단계는 0.1~0.5기압으로 감압한 상태에서 이루어지며, 상기 S2단계 및 S3단계는 불활성 가스인 질소를 투입하여 1~5기압으로 가압한 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for producing a highly conductive polylactic acid according to the present invention, the step S1 is performed under reduced pressure at 0.1 to 0.5 atm, and the steps S2 and S3 are pressurized at 1 to 5 atm by adding nitrogen as an inert gas. Characterized in that the state is made.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조방법에서 폴리유산은 분자량이 5,000~10,000인 것을 특징으로 한다.In addition, the polylactic acid in the method for producing a highly conductive polylactic acid according to the present invention is characterized in that the molecular weight of 5,000 ~ 10,000.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조방법에서 S1단계는 반응용기에 촉매인 바나진산 암모늄 0.1~10중량부 및 산화바나듐 0.1~10중량부를 더 더 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the step S1 in the method for producing a highly conductive polylactic acid according to the present invention is characterized by further adding 0.1-10 parts by weight of ammonium vanadate as a catalyst and 0.1-10 parts by weight of vanadium oxide.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조방법에서 S3단계의 교반을 중지한 상태에서, 160~190℃의 온도를 유지하고 0.1~0.5기압으로 감압하는 S4단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the manufacturing method of the highly conductive polylactic acid according to the present invention, in the state in which the agitation of the step S3 is stopped, maintaining the temperature of 160 ~ 190 ℃ and characterized in that it further comprises S4 step of reducing the pressure to 0.1 to 0.5 atm. .
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조방법에서 S4단계가 종료된 후, 불활성 가스를 투입하여 2~3기압으로 가압하여 반응기 내의 반응물을 배출시키는 S5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the step S4 is finished in the method for producing a highly conductive polylactic acid according to the present invention, the step of adding an inert gas to pressurized to 2 to 3 atm, characterized in that it further comprises a step S5 to discharge the reactants in the reactor.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조방법에서 S1단계 내지 S3단계의 온도를 유지하는 방식은 히터에 의해 열매체가 가열되고, 가열된 열매체를 통해 반응용기에 열이 전달되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of maintaining the temperature of the steps S1 to S3 in the method for producing a highly conductive polylactic acid according to the present invention is characterized in that the heat medium is heated by a heater, heat is transferred to the reaction vessel through the heated heat medium. do.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조장치는 상부에는 원료 유입구, 질소/전자파 유입구 및 질소 배출구가 구비되고, 하부에는 반응물 배출구가 구비되는 반응용기, 반응용기 내의 반응물을 교반시키는 교반기, 반응용기를 가열시키는 열공급부, 질소/전자파 유입구와 연결되어 반응용기 내의 반응물에 전자파 및 질소가스를 공급하는 질소/전자파 공급부 및 질소 배출구와 연결되어 반응용기 내를 감압시키는 감압펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the apparatus for producing a highly conductive polylactic acid according to the present invention, the upper portion is provided with a raw material inlet, nitrogen / electromagnetic inlet and nitrogen outlet, the lower portion is equipped with a reaction vessel, a stirrer for stirring the reactants in the reaction vessel, reaction A heat supply unit for heating the vessel, a nitrogen / electromagnetic wave inlet connected to a nitrogen / electromagnetic inlet for supplying electromagnetic waves and nitrogen gas to a reactant in the reaction vessel, and a decompression pump for reducing the inside of the reaction vessel in connection with a nitrogen outlet; do.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조장치에서 열공급부는 상기 반응용기의 측면과 하면을 감싸고 내부에는 열매체가 내장된 열전달 자켓, 상기 열전달 자켓에 열을 공급하는 히터를 포함하고, 열매체는 실리콘 오일인 것을 특징으로 한다.In addition, in the apparatus for producing a highly conductive polylactic acid according to the present invention, the heat supply part surrounds the side and bottom surfaces of the reaction vessel and includes a heat transfer jacket having a heat medium embedded therein, and a heater for supplying heat to the heat transfer jacket. It is characterized in that the oil.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조장치에서 질소/전자파 공급부는 상기 질소/전자파 유입구를 통해 반응용기 내에 위치하여 반응물에 질소 및 전자파를 공급하는 혼 안테나, 상기 혼 안테나와 연결되고 질소 유입구가 구비되는 도파관 및 상기 도판관과 연결되고 전자파를 발생시키는 마그네트론발진기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the manufacturing apparatus of the highly conductive polylactic acid according to the present invention, the nitrogen / electromagnetic wave supply part is located in the reaction vessel through the nitrogen / electromagnetic inlet and supplies a nitrogen and electromagnetic wave to the reactant, and is connected to the horn antenna and the nitrogen inlet It characterized in that it comprises a waveguide and a magnetron oscillator is connected to the waveguide and generates an electromagnetic wave.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산의 제조장치에서 질소/전자파 유입구는 반응용기의 중심에서 반응용기 직경(D)의 3/8 만큼 떨어진 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the nitrogen / electromagnetic inlet in the manufacturing apparatus of the highly conductive polylactic acid according to the present invention is characterized in that installed at a position separated by 3/8 of the diameter of the reaction vessel (D) in the center of the reaction vessel.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에 의하면 고분자량의 폴리유산을 보다 간편하게 제조할 수 있다는 효과가 있다.According to the method for producing a polylactic acid according to the present invention having the above configuration, there is an effect that the polylactic acid having a high molecular weight can be more easily produced.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에 의하면 폴리유산의 제조에 필요한 설비를 줄일 수 있으며, 그에 따라 생산수율의 상승과 비용을 절감되는 효과가 있다.In addition, according to the production method of the polylactic acid according to the present invention can reduce the equipment required for the production of polylactic acid, thereby increasing the production yield and the effect of reducing the cost.
또한, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에 의하면 합성공정에서 전자파의 주파수와 출력을 최적화하여 원하는 분자량의 폴리유산을 단시간에 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, the polylactic acid production method according to the present invention has the effect of optimizing the frequency and output of the electromagnetic wave in the synthesis step to produce a polylactic acid having a desired molecular weight in a short time.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체의 제조방법 및 그 제조장치는 폴리유산을 전자부품에 상용화할 수 있는 온도, 압력 및 중량비의 최적의 조건을 적용하여 고전도성을 확보할 수 있고, 효율이 우수하여 제조원가를 줄이는 효과가 있다.In addition, the manufacturing method and apparatus for manufacturing a highly conductive polylactic acid polymer according to the present invention can ensure high conductivity by applying the optimum conditions of temperature, pressure and weight ratio that can be commercialized polylactic acid in electronic components, efficiency This is excellent in effect of reducing the manufacturing cost.
또한, 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체의 제조방법 및 그 제조장치는 간편하고 효율적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, the method for producing a highly conductive polylactic acid polymer according to the present invention and its manufacturing apparatus have an effect that can be easily and efficiently produced.
또한,본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체의 제조방법 및 그 제조장치는 단일 장치로 치환반응과 중합반응을 수행할 수 있고, 시간ㆍ비용면에서 경제적이다.Moreover, the manufacturing method and apparatus for manufacturing the highly conductive polylactic acid polymer according to the present invention can perform the substitution reaction and the polymerization reaction in a single device, and are economical in terms of time and cost.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 설명에서 동일 또는 유사한 구성요소는 동일 또는 유사한 도면번호를 부여하고, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.In the description of the present invention, the same or similar components are given the same or similar reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법의 일실시예를 도시하는 공정도로서, 도시된 바와 같이 식물성 전분을 물과 혼합한 후 가열하여 호화시키는 호화공정(S10); 상기 호화된 전분에 유산을 첨가하고 가열하여 액화시키는 액화공정(S20); 상기 액화된 전분을 당화효소를 이용하여 단당액으로 분해하는 당화공정(S30); 상기 단당액을 유산발효시켜 발효액을 생성하는 발효공정(S40); 상기 발효액에서 유산염을 분리 및 농축하고, 상기 유산염에서 유산을 분리시키는 전기투석공정(S50); 상기 분리된 유산을 가열하여 수분 및 불순물을 제거하는 유산정제공정(S60); 상기 정제된 유산을 금속산화물과 혼합시켜 락티드를 생성하는 락티드 생성공정(S70); 상기 락티드를 중합반응시켜 폴리유산을 형성하는 중합공정(S80); 및 상기 폴리유산을 가열하여 중합반응하지 않은 미반응물질을 증산시키는 불순물 증산공정(S90);을 포함하는 것이다.Figure 2 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a polylactic acid according to the present invention, the gelatinization step of mixing the vegetable starch with water and then heated to gelatinization as shown (S10); A liquefaction process of adding lactic acid to the gelatinized starch and liquefying by heating; A saccharification step (S30) of decomposing the liquefied starch into a monosaccharide liquid using a saccharifying enzyme; Fermentation process (S40) for producing a fermentation broth by lactic fermentation of the monosaccharide solution; Electrodialysis step (S50) of separating and concentrating the lactate from the fermentation broth and separating the lactic acid from the lactate; Lactic acid refining process (S60) for removing the water and impurities by heating the separated lactic acid; A lactide generating step (S70) of generating the lactide by mixing the purified lactic acid with a metal oxide; A polymerization step of polymerizing the lactide to form a polylactic acid (S80); And an impurity evaporation step (S90) for heating the polylactic acid to evaporate the unreacted material that is not polymerized.
호화공정(S10)은 교반장치에 식물성 전분을 물과 혼합한 후 가열하여 호화(gelatination)시키는 것으로서, 전분(starch)은 쌀 전분, 카사바(cassava), 전분, 고구마 전분, 감자 전분, 밀 전분, 옥수수 전분(콘스타치) 등을 이용할 수 있다.Gelatinization process (S10) is a mixture of vegetable starch with water in a stirring apparatus and gelatinization by heating, starch (starch) is a rice starch, cassava (cassava) starch, sweet potato starch, potato starch, wheat starch, Corn starch (corn starch) or the like can be used.
한편, 호화공정은 전분 20~30 중량부에 대하여 물 70~80 중량부를 혼합하여 70~100 RPM으로 교반하면서 90~105℃, 바람직하게는 95~100℃로 가열하고, 전분의 온도가 90℃에 달했을 때 15~120분간, 바람직하게는 30~60분간 70~100RPM으로 교반, 가열을 지속시켜 호화시키는 것이다.On the other hand, the gelatinization process is heated to 90 ~ 105 ℃, preferably 95 ~ 100 ℃ while stirring at 70 ~ 100 RPM by mixing 70 to 80 parts by weight of water with respect to 20 to 30 parts by weight of starch, the temperature of the starch is 90 ℃ When it reaches 15-120 minutes, Preferably it is made to stir and heat at 70-100 RPM for 30 to 60 minutes, and gelatinizes.
액화공정(S20)은 호화된 전분에 유산을 첨가하고 가열하여 액화시키는 것이다. The liquefaction step (S20) is to liquefy by adding lactic acid to the gelatinized starch, heating.
상기 유산은 분자량 800~1000의 L-유산 50% 용액인 것이 바람직하다.It is preferable that the lactic acid is a 50% solution of L-lactic acid having a molecular weight of 800 to 1000.
또한, 액화공정은 상기 호화된 전분의 중량에 대하여 L-유산(L-Latic Acid) 0.1~1.0중량%를 첨가하여 4~10 시간 동안 교반하면서 110~130℃, 바람직하게는 120~150℃로 가열하고, 1.2~2.0kg/㎠의 가압환경 하에서 5~10시간, 바람직하게는 7~8시간 교반하여 액화시키는 것이다.In addition, the liquefaction process is added to 0.1 ~ 1.0% by weight of L-Lactic acid (L-Latic Acid) to the weight of the gelatinized starch while stirring for 4 to 10 hours to 110 ~ 130 ℃, preferably 120 ~ 150 ℃ It is heated and liquefied by stirring for 5 to 10 hours, preferably 7 to 8 hours in a pressurized environment of 1.2 to 2.0 kg / cm 2.
당화공정(S30)은 액화된 전분을 당화효소를 이용하여 단당액으로 분해하는 것이다.The saccharification step (S30) is to decompose the liquefied starch into monosaccharide liquid using a saccharifying enzyme.
당화효소는 전분의 중량에 대하여 0.1~1.0중량%의 아밀라아제, 바람직하게는 글리코아밀라아제인 것이며, 구체적으로는 아마노제 AF-6을 사용하는 것이 아마노제 T-10S에 비해 반응시간을 10~15시간에서 7~8시간으로 줄일 수 있게 된다.The glycosylase is 0.1 to 1.0% by weight of amylase, preferably glycoamylase, based on the weight of starch. Specifically, the use of Amanose AF-6 results in a reaction time of 10-15 hours compared to Amanose T-10S. This can be reduced to 7-8 hours at.
액화된 전분의 온도는 50~65℃, 바람직하게는 50~65℃로 맞추고, pH는 6.0~6.5로 조정하는 것이며, 상기 pH는 암모니아 수용액을 이용하여 수소이온농도(pH)를 조정하는 것이 바람직하다. The temperature of the liquefied starch is set to 50-65 ° C., preferably 50-65 ° C., and the pH is adjusted to 6.0-6.5, and the pH is preferably adjusted by adjusting the hydrogen ion concentration (pH) using an aqueous ammonia solution. Do.
그리고 당화효소를 투입된 전분량에 대하여 0.1~1.0 중량% 첨가하고 5~12시간, 바람직하게는 6~10시간, 더욱 바람직하게는 7~8시간 동안 교반하여 단당화시키는 것이다. And 0.1 to 1.0% by weight of the glycated enzyme is added to the added starch and stirred for 5 to 12 hours, preferably 6 to 10 hours, more preferably 7 to 8 hours to monosaccharide.
본 발명의 유산에 의한 가수분해법을 이용함으로서 유산발효 내지 전기투석공정에 의해 얻어지는 유산용액 또는 유산정제공정에서 얻어지는 유산용액을 그대로 이용하는 것이 가능하며, 비용 및 반응시간을 단축할 수 있게 된다.By using the hydrolysis method by lactic acid of the present invention, it is possible to use the lactic acid solution obtained by the lactic acid fermentation or electrodialysis step or the lactic acid solution obtained by the lactic acid purification step as it is, and the cost and reaction time can be shortened.
도 3은 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법의 당화장치의 구조를 도시하는 단면도로서, 도시된 바와 같이 당화장치(200)는 크게 용기(210), 내용물을 교반하기 위한 교반날개(232)와 교반장치(230) 및 온도를 조절할 수 있는 전기히터(250) 및 수냉자켓(270)으로 구성되고, 상기 용기의 상부 일측에는 응축기(290)와 응축액저장소(292)가 구비된다.3 is a cross-sectional view showing the structure of the saccharification device of the polylactic acid production method according to the present invention, as shown in the saccharification device 200 is largely a container 210, the stirring blade 232 for stirring the contents and It is composed of a stirring apparatus 230 and an electric heater 250 and a water cooling jacket 270 that can adjust the temperature, the upper side of the vessel is provided with a condenser 290 and a condensate reservoir 292.
상기 당화장치(200)에서는 호화공정, 액화공정 및 당화공정이 연속적으로 수행할 수 있다.In the saccharification apparatus 200, a gelatinization process, a liquefaction process, and a saccharification process may be continuously performed.
아래는 종래의 전분당화방법과의 공정상 차이점을 비교한 것이다.The following is a comparison of process differences with the conventional starch saccharification method.
발효공정(S40)은 단당액을 유산발효시켜 발효액을 생성하는 것이다.Fermentation process (S40) is to produce a fermentation broth by lactic fermentation of a monosaccharide solution.
상기 발효공정은 당도가 20~30인 상기 단당액의 총중량에 대하여 식염 0.01~0.1중량%, 황산망간 0.01~0.5중량%, 인산암모니움 0.01~0.1중량%, 탈지분유 0.1~1.0중량%, 두유 0.1~1.0중량%, 폐당밀 0.1~1.0중량%, 계면활성제 0.01~0.05중량%, 유산균 배양액 2~5중량%를 상기 단당액에 혼합하고, 70~100RPM으로 20~35 시간동안 교반하는 것이 바람직하다.The fermentation step is 0.01 to 0.1% by weight of salt, 0.01 to 0.5% by weight of manganese sulfate, 0.01 to 0.1% by weight of ammonium phosphate, 0.1 to 1.0% by weight of skim milk powder, soy milk, based on the total weight of the monosaccharide solution having a sugar content of 20 to 30. 0.1 to 1.0% by weight, 0.1 to 1.0% by weight of molasses, 0.01 to 0.05% by weight of surfactant, 2 to 5% by weight of lactic acid bacteria culture medium is preferably mixed with the above monosaccharide solution and stirred at 70 to 100 RPM for 20 to 35 hours. Do.
또한, 당도 20~30 Brix의 액당에 유산균과 첨가제를 더해 유산발효시키는 공정에서 발효장치에 단당액과 유산균의 번식에 필요한 영양성분(예를 들어, 망간, 질소분, 폴리페놀류 등) 및 코로니나 침전을 발생되지 않도록 계면활성제 (예를 들어, 자당 지방산 에스테르 등)을 필요량을 첨가하여 1~2시간 교반 시킨 후에 수소이온 농도(pH)를 암모니아수를 이용하여 중성영역(pH 6.5~7.5)로 조정하는 것이 바람직하다.In addition, lactic acid bacteria and additives are added to the liquid sugar of 20 ~ 30 Brix, and the nutrients (for example, manganese, nitrogen, polyphenols, etc.) and corona precipitation required for propagation of monosaccharides and lactic acid bacteria in the fermentation apparatus in the process of lactic acid fermentation. After agitation of the surfactant (eg, sucrose fatty acid ester, etc.) by adding the necessary amount for 1 to 2 hours, the hydrogen ion concentration (pH) is adjusted to a neutral region (pH 6.5 to 7.5) using ammonia It is preferable.
내용물의 온도를 유산균의 생육에 적합한 온도인 38~42℃로 조절한 상태에서 유산균(Lactobacillus L Plantarm) 배양액(배양액 1g중의 생균수가 30~50억 Cell)을 2~5중량% 더하여 70~100RPM에서 교반한다. The temperature of the contents was adjusted to 38-42 ° C., which is suitable for the growth of lactic acid bacteria, and 2-5% by weight of Lactobacillus L Plantarm culture medium (3-5 billion cells of viable bacteria in 1 g of culture solution) was added at 70-100 RPM. Stir.
발효의 진행에 따라 발효액 안의 유산에 의해 균의 활생이 저해되기 때문에 발효액의 pH가 3.5이하가 되지 않도록 수산화 나트륨을 이용하여 pH를 조정하는 것이 바람직하다. As the fermentation progresses, the growth of bacteria is inhibited by the lactic acid in the fermentation broth, so it is preferable to adjust the pH using sodium hydroxide so that the pH of the fermentation broth is not lower than 3.5.
도 4는 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 발효액의 pH 및 유산균 수의 변화를 도시하는 그래프로서, 도시된 바와 같이 발효가 마지막에 가까워지면 발효액 중의 전분이 적어지게 되어 유산균의 증식도 완만해지며 유산생성속도도 극단적으로 느려지기 때문에 후술할 유산농축기구를 작동하게 된다. Figure 4 is a graph showing a change in the pH and the number of lactic acid bacteria of fermentation broth in the method of producing a polylactic acid according to the present invention, as shown in the fermentation is close to the end of the starch in the fermentation broth is less proliferation of lactic acid bacteria Since the lactic acid production rate is extremely slow, the lactic acid enrichment apparatus will be described later.
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 유산을 농축시키는 기구가 장착된 발효장치의 구조를 도시하는 단면도로서, 도시된 바와 같이 발효장치에 중심부에 설치 형성된 그물형태의 전극인 음극(328)과 본체(310)를 양극으로 하는 회로에 직류전류를 통하는 것에 의해 음극(328)과 발효실(322)을 사이에 두고 원통형의 격막(324)(양이온 투과막 등)을 통하여 유산염(주로 유산나트륨)이 격막(324)의 내측에 이동한다.Figure 5a and 5b is a cross-sectional view showing the structure of the fermentation apparatus equipped with a mechanism for concentrating the lactic acid in the method for producing a polylactic acid according to the present invention, a negative electrode which is a net-shaped electrode formed in the center of the fermentation apparatus as shown By passing a direct current through a circuit using the anode 328 and the main body 310 as an anode, an acidic salt (mainly through a cylindrical diaphragm 324 (such as a cationic permeable membrane) with the cathode 328 and the fermentation chamber 322 interposed therebetween. Sodium lactate) moves inside the diaphragm 324.
또한, 발효개시시에는 격막(324) 내측에 구비되는 농축실(326)에는 맑은 물을 충진해 놓는다. 이에 따라 발효실(322)에는 유산균의 유해를 포함한 발효 잔사물이나 생균이 남아 격막의 내측인 농축실(326)에는 유산염이 농축된다. 발효실(322)과 농축실(326)과의 용적비를 약 10:1로 하였으나, 1:1~20:1의 용적비로 하여도 충분히 기능을 수행할 수 있으며, 용적비를 크게 하는 쪽이 유산염의 농축비율도 크게 되며 발효의 효율도 좋아 지게 된다. 실용적으로는 30:1정도를 상한으로 하는 것이 바람직하다.In addition, at the start of fermentation, clear water is filled in the concentration chamber 326 provided inside the diaphragm 324. As a result, fermentation residues or live bacteria containing harmful lactic acid bacteria remain in the fermentation chamber 322, and lactate is concentrated in the concentration chamber 326 inside the diaphragm. Although the volume ratio between the fermentation chamber 322 and the concentration chamber 326 is about 10: 1, the volume ratio of 1: 1-20: 1 is sufficient to perform the function. The larger the volume ratio is, the more concentrated the lactate is. The ratio is large and the fermentation efficiency is also improved. In practice, it is preferable to set the upper limit to about 30: 1.
전기투석공정(S50)은 상기 발효액에서 유산염을 분리 및 농축하고, 상기 유산염에서 유산을 분리시키는 것이다.Electrodialysis process (S50) is to separate and concentrate the lactate in the fermentation broth, and to separate the lactic acid from the lactate.
도 6은 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 전기투석장치의 구조를 도시하는 개념도로서, 도시된 바와 같이 상기 전기투석공정은 전해실(410), 음이온투과막(451), 양이온투과막(453), 용액순환수단, 전극을 포함하는 전기투석장치를 이용하여 이루어지는 것이고, 상기 전해실(410)은 양극액실(412), 발효액실(414), 유산염/유산용액실(416), 수산화나트륨용액실(418), 음극액실(419)이 순차적으로 배치되는 것이며, 각각의 전해실은 음이온투과막(451) 및/또는 양이온투과막(453)으로 구획되고, 상기 전극은 양극(431), 음극(433), 보조양극(435), 보조음극(437)을 포함하는 것이 바람직하다.6 is a conceptual diagram showing the structure of the electrodialysis apparatus in the method for producing a polylactic acid according to the present invention, as shown in the electrodialysis process is an electrolytic chamber 410, anion permeable membrane 451, cationic permeable membrane ( 453), an electrodialysis apparatus including a solution circulation means and an electrode, wherein the electrolytic chamber 410 includes an anolyte chamber 412, a fermentation broth 414, a lactate / lactic acid solution chamber 416, and sodium hydroxide. The solution chamber 418 and the catholyte chamber 419 are sequentially arranged, and each electrolytic chamber is partitioned into an anion permeable membrane 451 and / or a cationic permeable membrane 453, and the electrode is an anode 431 and a cathode. 433, the auxiliary anode 435, and the auxiliary cathode 437 are preferable.
양극액실(412) 및 음극액실(419)에 전해액으로서 농도 10~20%의 황산나트륨 용액을 동일 순환회로로서 순환시켜 발효액실(414)에 여과가 끝난 발효액을 순환시킨다. 또한, 유산염/유산용액실(416)에 맑은 물을 순환시키며 수산화나트륨용액실(418)에 0.1N 수산화나트륨용액을 순환시킨다. A sodium sulfate solution having a concentration of 10 to 20% as an electrolyte is circulated in the anolyte chamber 412 and the catholyte chamber 419 in the same circulation circuit to circulate the filtered fermentation broth in the fermentation broth 414. In addition, clear water is circulated in the lactate / lactic acid solution chamber 416 and 0.1N sodium hydroxide solution is circulated in the sodium hydroxide solution chamber 418.
발효액에 포함된 유산염을 분리하는 것에는 보조양극(435) 및 보조음극(437)은 플로우팅(무접속)상태에서 양극(431) 및 음극(433) 간에 직류전류를 통전한다. 이때 발효액실(414) 안의 수산이온(OH-)은 양극액실(412)과 발효액실(414)을 구분하는 음이온 투과막(451)을 투과하여 전극액실(412) 쪽으로 이동한다. In the separation of the lactate contained in the fermentation broth, the auxiliary anode 435 and the auxiliary cathode 437 conduct a DC current between the anode 431 and the cathode 433 in a floating (no connection) state. At this time, the hydroxyl ion (OH − ) in the fermentation broth 414 passes through the anion permeable membrane 451 separating the anolyte chamber 412 and the fermentation broth 414 and moves toward the electrode liquid chamber 412.
한편, 양극액실(412)에서 발효액실(414)로 수소이온(H+)가 이동한다. 발효액 안의 유산염은 발효액실(414)과 유산염/유산용액실(416)을 구분하는 양이온투과막(453)을 투과하여 유산염/유산용액실(416) 쪽으로 이동한다. Meanwhile, hydrogen ions (H + ) are moved from the anolyte chamber 412 to the fermentation broth 414. The lactate in the fermentation broth passes through the cationic permeation membrane 453 separating the fermentation broth 414 and the lactate / lactic acid solution chamber 416 and moves toward the lactate / lactic acid solution chamber 416.
또한 수산화나트륨용액실(418)에는 유산염/유산용액실(416)부터 나트륨이온(Na+)과 수소이온(H+)이 이동하여 음극액실(419)부터 수소이온(OH-)가 이동한다. 그 결과, 유산염/유산용액실(416)에는 유산염이 분리 농축된다. In addition, sodium ions (Na + ) and hydrogen ions (H + ) move from the sodium hydroxide / lactic acid solution chamber 416 to the sodium hydroxide solution chamber 418, and hydrogen ions (OH − ) move from the catholyte chamber 419. As a result, the lactate is separated and concentrated in the lactate / lactic acid solution chamber 416.
한편, 유산염의 분리 농축이 종료되면 보조양극(435)과 보조음극(437)에 직류전류를 흘려 유산염용액에서 나트륨이온을 수산화나트륨용액실(418)로 이동시키는 것에 의해 유산염/유산용액실(416)의 유산염용액은 유산용액이 된다. 수산화나트륨용액실(418)에서 농축된 수산화 나트륨은 발효공정에서 발효액 중화용으로 사용할 수 있다. On the other hand, when the separation and concentration of the lactate is completed, by flowing a direct current through the auxiliary cathode 435 and the auxiliary cathode 437, the sodium ions are transferred from the lactate solution to the sodium hydroxide solution chamber 418, thereby releasing the lactate / lactic acid solution chamber 416. Lactic acid solution of) becomes lactic acid solution. The sodium hydroxide concentrated in the sodium hydroxide solution chamber 418 may be used for neutralizing the fermentation broth in the fermentation process.
이러한 본 발명의 전기투석장치는 발효액에서부터 유산염을 분리하는 기능과 유산염을 유산과 수산화 나트륨으로 분해하는 기능을 동시에 가져 종래 2대의 전기투석장치를 사용하였던 공정을 1대로 끝낼 수 있기 때문에 합리적이며 설비비용을 약 절반으로 할 수 있다.The electrodialysis apparatus of the present invention has the function of separating the lactate from the fermentation broth and the function of decomposing the lactate into lactic acid and sodium hydroxide at the same time, so that the process using two electrodialysis apparatuses in the past can be completed in one unit, which is reasonable and equipment cost. You can make about half.
유산정제공정(S60)은 상기 분리된 유산을 가열하여 수분 및 불순물을 제거하는 것이다. 전기투석공정에 의해 추출 분리된 유산은 각종 유기산을 포함하는 것으로 품질이 나쁜 유산(조유산)이므로 정제할 필요가 있기 때문이다.Lactic acid purification process (S60) is to remove the water and impurities by heating the separated lactic acid. This is because the lactic acid extracted and separated by the electrodialysis process includes various organic acids, and thus it is necessary to purify the lactic acid (crude acid).
도 7은 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 중합장치의 구조를 도시하는 유산을 농축시키는 기구가 장착된 발효장치의 구조를 도시하는 단면도로서, 도시된 바와 같이 중합장치는 내용물을 연속적으로 교반 가능한 교반장치(530) 및 교반날개(532), 내용물을 190℃이상에서 가열가능한 전기히터(550), 불활성가스 주입기구(미도시), 용기 내 감압기구(미도시), 증발물 냉각회수기구(미도시)가 장착된 내압용기(510)를 구비하고, 상기 내압용기(510)에는 중합촉진장치(560)가 연결되는 것이다. 중합장치(500)를 이용하여 유산(lactic acid)정제, 락티드(lactide)생성, 고분자 폴리유산(PLA)중합, 폴리유산정제 등을 연속으로 실행하는 것이 가능하다. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a fermentation apparatus equipped with a mechanism for concentrating a legacy showing the structure of the polymerization apparatus in the method for producing a polylactic acid according to the present invention, wherein the polymerization apparatus continuously stirs the contents as shown. Possible stirring device 530 and stirring blade 532, electric heater 550 capable of heating the contents at 190 ° C or higher, inert gas injection device (not shown), pressure reduction device (not shown) in the vessel, evaporate cooling recovery device (Not shown) is provided with a pressure-resistant container 510, the pressure-resistant container 510 is a polymerization promoter 560 is connected. It is possible to continuously perform lactic acid purification, lactide production, polymer polylactic acid (PLA) polymerization, polylactic acid purification, etc. using the polymerization apparatus 500.
도 8은 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 유산정제공정을 반응시간과 온도의 변화로 도시하는 그래프로서, 도시된 바와 같이 상기 유산정제공정은 상기 유산을 내압용기에서 70~100RPM으로 교반을 하면서 120~130℃로 가열하여 탈수시킨 후 150~160℃에서 1~2시간 교반을 계속하여 저분자 폴리유산을 생성하는 단계; 및 상기 저분자 폴리유산이 생성되면, 교반을 정지시킨 후 상온까지 냉각시켜 결정화한 후, 다시 150~160℃로 가열하는 것이며 이 때 온도가 160℃보다 높으면 불순물뿐만 아니라 유산의 증발도 많이 이루어지므로 정제된 유산의 수율이 나쁘게 된다.Figure 8 is a graph showing the lactic acid purification process in the production method of the polylactic acid according to the present invention as a change in the reaction time and temperature, as shown in the lactic acid purification process is agitation of the lactic acid at 70 ~ 100 RPM in the pressure vessel Dehydrating by heating to 120 ~ 130 ℃ while continuing stirring for 1 to 2 hours at 150 ~ 160 ℃ to produce a low molecular polylactic acid; And when the low molecular weight polylactic acid is produced, the stirring is stopped, the mixture is cooled to room temperature, crystallized, and then heated again to 150 to 160 ° C. At this time, if the temperature is higher than 160 ° C, not only impurities but also evaporation of the lactic acid are purified. The yield of the inherited heritage becomes bad.
내압용기 내의 압력을 -50~-20mmHg 감압하여 1~2시간 70~100RPM으로 교반하면서 불순물을 증산시켜 정제된 유산을 얻는 단계;를 포함하는 것이 바람직하며, 압력을 -50mmHg 미만으로 더욱 감압하는 경우에도 유산의 수율이 나쁘게 된다.To reduce the pressure in the pressure-resistant vessel by -50 ~ -20mmHg to obtain a purified lactic acid by increasing the impurities while stirring at 70 ~ 100RPM for 1-2 hours, it is preferable to include, when the pressure is further reduced to less than -50mmHg Edo miscarriage yield becomes bad.
도 9는 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 유산이 정제되는 수율을 도시하는 공정도로서, 도시된 바와 같이 유산정제공정에서 조유산을 가열탈수하는 과정에서 10~15wt%의 수분이, 저분자의 폴리유산(PLA)가 생성되는 과정에서 5~6 wt%의 수분이, 재가열하는 과정에서 5~6wt%의 수분이 배출되는 것을 알 수 있다. 정제된 유산은 투입한 조유산의 75~80wt%가 된다.Figure 9 is a process chart showing the yield of the lactic acid is purified in the method for producing a polylactic acid according to the present invention, as shown in the water of 10 ~ 15wt% in the process of heating and dehydrating crude oil in the lactic refining process, In the process of producing polylactic acid (PLA), it can be seen that 5 to 6 wt% of water is discharged during the reheating process. The refined lactic acid is 75-80 wt% of the crude oil added.
락티드 생성공정(S70)은 정제된 유산을 금속산화물과 혼합시켜 락티드를 생성하는 것이다.The lactide generating step (S70) is to mix the purified lactic acid with a metal oxide to produce lactide.
도 10은 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 락티드 생성과 고분자 폴리유산의 중합의 공정을 설명하는 그래프로서, 도 7 또는 도 10에 도시된 바와 같이 상기 락티드(lactide) 생성공정은 내압용기 내에 바나듐, 니켈, 철, 알루미늄, 티탄, 셀륨, 실리콘, 지르콘, 루테늄, 망간, 크롬, 코발트, 백금, 토륨, 팔라듐, 주석 중에서 어느 하나 이상의 금속 산화물을 0.5~1중량% 혼합하여 1~2시간 교반하여 충분히 혼합하는 단계; 내압용기 내에 불활성 가스를 주입압력이 대기압 내지 대기압 + 50mmHg 정도로 하여 내용물을 냉각 결정화시켜 락티드를 생성하는 것이다. FIG. 10 is a graph illustrating a process of lactide generation and polymerization of a polymer polylactic acid in the method for preparing polylactic acid according to the present invention. As shown in FIG. 7 or FIG. 1 to 2 by mixing 0.5-1 wt% of one or more metal oxides of vanadium, nickel, iron, aluminum, titanium, selium, silicon, zircon, ruthenium, manganese, chromium, cobalt, platinum, thorium, palladium and tin in the container Stirring for sufficient time to mix well; The inert gas is injected into the pressure-resistant container at atmospheric pressure to atmospheric pressure + 50 mmHg, and the contents are cooled and crystallized to produce lactide.
또한, 상기 정제된 유산과 상기 금속산화물을 혼합한 후 혼합물의 온도를170~190℃에서 3~5시간 가열, 교반하는 것이 바람직하다.In addition, after mixing the purified lactic acid and the metal oxide, it is preferable to heat and stir the temperature of the mixture for 3 to 5 hours at 170 ~ 190 ℃.
상기 락티드(lactide)는 α-히드록시산의 2분자가 카르복시기와 히드록시기 사이에서 고리화된 에스테르화합물로서, D-, L-, DL-락티드의 3개의 이성질체가 있다.The lactide is an ester compound in which two molecules of α-hydroxy acid are cyclized between a carboxyl group and a hydroxy group, and there are three isomers of D-, L-, and DL-lactide.
도 11은 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 중합장치와 중합촉진장치의 위치관계를 도시하는 단면도이고, 도 12는 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 중합촉진장치의 구조를 도시하는 단면도로서, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 중합공정(S80)은 락티드를 중합반응시켜 폴리유산을 형성하는 것이다.11 is a cross-sectional view showing the positional relationship between a polymerization apparatus and a polymerization accelerator in the method for producing a polylactic acid according to the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of the polymerization accelerator in a method for producing a polylactic acid according to the present invention. As shown in Figure 10 to 12, the polymerization step (S80) is to polymerize the lactide to form a polylactic acid.
또한, 상기 중합공정은 상기 락티드를 융해온도까지 가열하면서 70~100RPM의 속도로 교반하고, 상기 락티드의 중량에 대하여 유기주석화합물 0.1~1중량%, 도데실알콜 0.1~1중량%를 첨가하여 대기압에서 3~5시간 혼합하는 단계; 내압용기 내에 불활성 가스를 주입하면서 -20~-50mmHg 감압하고, 상기 락티드를 160~170℃에서 가열, 교반하는 단계; 및 중합촉진장치(560)를 이용하여 중합을 촉진하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the polymerization process is stirred at a rate of 70 ~ 100 RPM while heating the lactide to the melting temperature, 0.1 to 1% by weight of the organic tin compound, 0.1 to 1% by weight of dodecyl alcohol with respect to the weight of the lactide By mixing at atmospheric pressure for 3 to 5 hours; Decompressing -20 to -50 mmHg while injecting an inert gas into the pressure resistant container, and heating and stirring the lactide at 160 to 170 ° C; And promoting the polymerization by using the polymerization promoter 560.
상기 전자파 조사를 위하여 교반속도를 20~30RPM으로 감속하고, 전자파(예를 들어 2.45GHz를 조사하면서 20~30분간 더 가열하여 고분자 폴리유산(PLA)을 얻는 것이 바람직하다.It is preferable to reduce the stirring speed to 20 ~ 30RPM for the electromagnetic wave irradiation, and further heating for 20-30 minutes while irradiating electromagnetic waves (for example, 2.45GHz) to obtain a polymer polylactic acid (PLA).
또한, 폴리유산(PLA)의 중합에는 전자파의 주파수는 2~3GHz, 바람직하게는 2.4~2.5GHz, 더욱 바람직하게는 2.45GHz이고, 출력은 내용물 1kg당 10~30W인 것이 바람직하다.In addition, in the polymerization of polylactic acid (PLA), the frequency of the electromagnetic wave is 2 to 3 GHz, preferably 2.4 to 2.5 GHz, more preferably 2.45 GHz, and the output is preferably 10 to 30 W per kg of contents.
도 13a, 13b, 13c는 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 중합촉진장치의 전자파강도분포를 중합장치 내부에서 계측프로브를 삽입하여 실측한 데이터를 도시하는 그래프이고, 도 14는 도 13에서 사용한 계측프로브의 구조를 도시하는 단면도로서, 중합촉진장치(560)가 중합용기의 중심에서 떨어진 정도에 따라 전자파의 강도 분포가 달라지는 것을 확인할 수 있다.13A, 13B, and 13C are graphs showing data obtained by measuring the electromagnetic wave intensity distribution of the polymerization accelerator in the polymerization apparatus by inserting a measurement probe inside the polymerization apparatus, and FIG. 14 is used in FIG. 13. As a sectional view showing the structure of the measurement probe, it can be seen that the intensity distribution of the electromagnetic wave varies depending on the degree to which the polymerization accelerator 560 is separated from the center of the polymerization vessel.
중합촉진장치(560)는 중합용기의 중심에서 3/8D(D=직경)떨어진 위치에 설치하는 것이 바람직하고 이 위치에 설치하면 전자파의 조사량이 내용물 표면 전체에 균일하게 분포된다. The polymerization accelerator 560 is preferably installed at a position 3 / 8D (D = diameter) away from the center of the polymerization vessel, and when installed at this position, the irradiation amount of electromagnetic waves is uniformly distributed over the entire surface of the contents.
이를 테면 뿔 형의 안테나(567)에서 방사되는 전자파는 내용물의 표면에 직접 조사되는 것뿐만 아니라 중합용기 내부에서 반사된 반사파도 조사하게 되며, 내용물은 교반장치(530)에서부터 교반되면서 이동하기 때문에 앞서 기술한 위치에 중합촉진장치(560)를 설치하게 되면 내용물이 균일한 조사를 받을 수 있게 된다.For example, the electromagnetic wave emitted from the horn-shaped antenna 567 not only directly irradiates the surface of the contents but also reflects the reflected waves reflected inside the polymerization vessel, and the contents are moved while being stirred from the stirring device 530. When the polymerization accelerator 560 is installed at the position described above, the contents can be uniformly irradiated.
마그네트론 발진기(565)의 출구 근접한 곳에서 전자파의 투과 손실에 적은 부재(예를 들면 마이카판 등)를 설치하여 해당 발진기와 도파관을 물리적으로 차폐하며, 도파관(561)에 질소가스 입구(563)를 설치하는 것이 바람직하다. Near the outlet of the magnetron oscillator 565, a member (e.g., mica plate, etc.) having a low transmission loss of electromagnetic waves is provided to physically shield the oscillator and the waveguide, and the nitrogen gas inlet 563 is provided to the waveguide 561. It is desirable to install.
도파관(561)에 다른 한 쪽 끝은 중합장치(500) 내부에 접속되어 있으며, 질소가스는 도파관(561) 내부를 흘러 뿔형 안테나(567)의 개구부부터 중합장치 내부에 공급한다. 이에 따라 도파관(561) 내부에 내용물의 증기가 침입하는 것을 막는 것과 더불어 전자파의 손실 없이 중합장치 내부에 공급하는 것이 가능하다. The other end of the waveguide 561 is connected to the inside of the polymerization apparatus 500. Nitrogen gas flows into the waveguide 561 and is supplied from the opening of the horn antenna 567 to the inside of the polymerization apparatus. Accordingly, it is possible to prevent vapor from the inside of the waveguide 561 from entering and to supply the inside of the polymerization apparatus without loss of electromagnetic waves.
중합장치에는 도 7 또는 도 11에 도시된 바와 같이 배기응축장치 및 진공펌프가 접속되어 감압 되어 있으며, 질소가스가 흐르고 있기 때문에 도파관 내부에서 내용물의 증기가 침입, 고화되지 않는다.As illustrated in FIG. 7 or 11, the exhaust condenser and the vacuum pump are connected to the polymerization apparatus to reduce the pressure, and since nitrogen gas flows, steam of the contents does not penetrate and solidify inside the waveguide.
이러한 기구를 갖추지 않고 중합장치 측면 혹은 밑부분 혹은 윗부분으로 유리창 등을 통하여 전자파를 공급하는 것도 가능하지만 유리 표면에 내용물의 증기 혹은 내용물 그 자체가 고화되어 전자파의 투과를 방해, 손실이 커지게 되기 때문에 바람직하지 않다.It is possible to supply electromagnetic waves through the glass window to the side, bottom or top of the polymerization apparatus without such a mechanism, but since the vapor or contents themselves solidify on the glass surface, the transmission of the electromagnetic waves will be obstructed and the loss will increase. Not desirable
도 15는 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 중합장치 내의 내용물의 이동상황을 도시하는 개념도로서, 도시된 바와 같이 중심부부터 하강류에 대해서는 외연부에서는 상승류가 되며, 내용물 전체는 중합장치 내를 오른쪽으로 소용돌이 치며 이동하게 되나, 외연부는 중심과 비교할 때 속도가 빠르기 때문에 도 13c에 되시된 전자파 분포라면 내용물이 균일하게 전자파 조사를 받는 것이 가능하다.FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating a moving state of contents in a polymerization apparatus in the method for producing a polylactic acid according to the present invention. As shown in FIG. While swirling to move to the right, the outer edge portion is faster compared to the center, so the electromagnetic wave distribution shown in Figure 13c it is possible that the contents are uniformly irradiated.
<실험예 1>Experimental Example 1
중합용량 120L의 중합장치에 락티드를 80kg투입하여 정격출력 3KW의 마그네트론 발진기로부터 주파수 2.45GHz, 락티드 1kg당 30W가 되도록 전자파를 조사하여 4시간마다 샘플을 추출해 분자량을 계측하였다.80 kg of lactide was injected into a 120 L polymerization apparatus, and electromagnetic waves were irradiated at a frequency of 2.45 GHz and 30 W per kg of lactide from a magnetron oscillator with a rated output of 3 kW, and samples were taken every 4 hours to measure molecular weight.
도 16은 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법에서 중합장치에서 전자파를 조사하여 분자량을 계측한 데이터를 도시하는 그래프로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 중합장치를 이용하여 동일조건에서 PLA중합을 행하였을 때, 실용적인 분자량의 하한선인 65,000dt까지 걸리는 반응시간은 18~20시간인 반면, 전자파를 조사하지 않는 경우에는 28~32시간이 걸리는 것을 알 수 있다.FIG. 16 is a graph showing data obtained by measuring molecular weight by irradiating electromagnetic waves in a polymerization apparatus in the method of preparing polylactic acid according to the present invention. As shown, PLA polymerization was performed under the same conditions using the polymerization apparatus of the present invention. In this case, the reaction time to 65,000dt, which is the lower limit of the practical molecular weight, is 18 to 20 hours, whereas it can be seen that 28 to 32 hours are required when the electromagnetic wave is not irradiated.
또한, 반응시간 32시간째에 도달되는 분자량은 전자파를 조사하지 않은 경우에는 70,000~75,000dt이었으나, 전자파를 조사한 경우는 100,000~110,000dt로서 전자파를 조사한 경우에 중합이 잘 되는 것을 알 수 있다.In addition, the molecular weight reached at the reaction time of 32 hours was 70,000 to 75,000dt when the electromagnetic wave was not irradiated. However, when the electromagnetic wave was irradiated, 100,000 to 110,000dt was found to be well polymerized.
<실험예 2>Experimental Example 2
출력 10KW인 마그네트론 발진기로 2.45GHz의 전자파를 만들고, 가변리액턴스형출력조정기에 의해 전자파 조사출력을 조정하여 락티드 1kg당 출력(W/kg)을 10, 30, 50, 100(W/kg)로 변화시키면서 분자량의 변화를 실험하여, 그 결과를 아래와 같이 나타내었다.Magnetron oscillator with 10KW output generates 2.45GHz electromagnetic wave, and the variable reactance type regulator adjusts the electromagnetic radiation output to output 10, 30, 50, 100 (W / kg) per kilot of lactide. The change of molecular weight was tested while changing, and the result was shown as follows.
실용가능한 PLA의 분자량은 65,000dt이상이며, 상기 표 2를 참고하면 전자파의 출력이 30(W/kg)일 때 적은 반응시간으로 65,000dt의 분자량에 도달하는 것으로 효율이 우수한 것을 알 수 있다.Practical molecular weight of PLA is more than 65,000dt, referring to Table 2 it can be seen that the efficiency is excellent by reaching the molecular weight of 65,000dt with a small reaction time when the output of the electromagnetic wave is 30 (W / kg).
불순물 증산공정(S90)은 폴리유산을 가열하여 중합반응하지 않은 미반응물질을 증산시키는 것이다.Impurity evaporation step (S90) is to heat the polylactic acid to evaporate unreacted material that is not polymerized.
한편, 상기 불순물은 저분자 폴리유산 또는 락티드이고, 상기 증산공정은 내압용기 내를 -50~100mmHg 감압하고 상기 폴리유산의 온도를 180~190℃로 가열하면서 70~100RPM으로 1~2시간 교반하는 것이 바람직하다.On the other hand, the impurity is a low molecular polylactic acid or lactide, the transpiration process is to reduce the pressure inside the pressure vessel -50 ~ 100mmHg and stirred for 1 to 2 hours at 70 ~ 100RPM while heating the temperature of the polylactic acid to 180 ~ 190 ℃ It is preferable.
한편, 본 발명에 따른 폴리유산의 제조방법은 식물성 전분을 물과 혼합한 후 가열하여 호화시키는 호화공정; 상기 호화된 전분의 중량에 대하여 유산 0.2~1.0중량%를 첨가하고 110~130℃로 가열하여 액화시키는 액화공정; 상기 액화된 전분을 당화효소를 이용하여 단당액으로 분해하는 당화공정; 상기 단당액의 중량에 대하여 식염을 0.01~0.1중량%, 황산망간 0.01~0.5중량%, 인산암모니움 0.01~0.1중량%, 탈지분유 0.1~1.0중량%, 두유 0.1~1.0중량%, 폐당밀 0.1~1.0중량%, 계면활성제 0.01~0.05중량%, 유산균 배양액 2~5중량%를 상기 단당액에 혼합하여 유산발효시켜 발효액을 생성하는 발효공정; 상기 발효액의 유산을 수산화나트륨으로 중화시켜 유산염을 만든 뒤에 상기 유산염에서 유산과 수산화나트륨으로 분해시키는 전기투석공정; 상기 분리된 유산을 120~130℃로 가열하여 탈수시킨 후, 150~160℃로 가열하여 저분자 폴리유산을 생성하는 유산정제공정; 상기 정제된 유산을 바나듐, 니켈, 철, 알루미늄, 티탄, 셀륨, 실리콘, 지르콘, 루테늄, 망간, 크롬, 코발트, 백금, 토륨, 팔라듐, 주석 중에서 어느 하나 이상의 금속 산화물 0.5~1중량%와 혼합하여 락티드를 생성하는 락티드 생성공정; 상기 락티드의 중량에 대하여 유기주석화합물 0.1~1중량%, 도데실알콜 0.1~1중량%를 첨가하여 교반, 혼합하여 개환축중합반응시켜 폴리유산을 형성하는 중합공정; 및 상기 폴리유산의 온도를 180~190℃로 가열하여 중합반응하지 않은 미반응물질을 증산시키는 불순물 증산공정;을 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, a method for producing a polylactic acid according to the present invention is a gelatinization process of mixing the vegetable starch with water and then heating it to gelatinize; A liquefaction step of adding 0.2-1.0 wt% of lactic acid to the weight of the gelatinized starch and liquefying by heating to 110-130 ° C .; A saccharification step of decomposing the liquefied starch into a monosaccharide liquid using a saccharifying enzyme; 0.01 to 0.1% by weight of salt, 0.01 to 0.5% by weight of manganese sulfate, 0.01 to 0.1% by weight of ammonium phosphate, skim milk powder 0.1 to 1.0% by weight, soy milk 0.1 to 1.0% by weight, waste molasses 0.1 A fermentation step of producing a fermentation broth by lactic fermentation by mixing 1.0 wt%, 0.01 to 0.05 wt% surfactant, and 2 to 5 wt% of lactic acid bacteria culture medium to the monosaccharide solution; Electrodialysis step of neutralizing the lactic acid of the fermentation broth with sodium hydroxide to make lactate and decomposing the lactic acid and the sodium hydroxide from the lactate; Lactic acid refining process of heating the separated lactic acid to 120 ~ 130 ℃, and then heated to 150 ~ 160 ℃ to produce a low molecular polylactic acid; The purified lactic acid is mixed with 0.5-1 wt% of any one or more metal oxides of vanadium, nickel, iron, aluminum, titanium, selium, silicon, zircon, ruthenium, manganese, chromium, cobalt, platinum, thorium, palladium, and tin. A lactide producing step of generating lactide; A polymerization step of forming a polylactic acid by adding ringing-condensation polymerization by adding 0.1-1% by weight of organotin compound and 0.1-1% by weight of dodecyl alcohol to the weight of the lactide; And an impurity evaporation step of evaporating the unreacted material that is not polymerized by heating the temperature of the polylactic acid to 180 to 190 ° C.
도 17은 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체의 제조방법의 일실시예를 도시하는 공정도로서, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체의 제조방법은 반응용기에 폴리유산 100중량부, 락티드 10~20중량부 및 폴리글리콜산 5~10중량부를 첨가한 후, 교반하는 S1단계; 상기 반응용기에 세린 5~10중량부 및 도데실 알코올 0.1~1중량부를 첨가한 후, 불활성 가스를 투입하고 전자파를 조사하는 S2단계; 및 상기 반응용기에 아세트산 세륨 0.1~1중량부를 첨가한 후, 교반하는 S3단계;를 포함하는 것이다.17 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a highly conductive polylactic acid polymer according to the present invention, as shown in the manufacturing method of the highly conductive polylactic acid polymer according to the present invention is 100 parts by weight of polylactic acid in the reaction vessel S1 step of adding 10 to 20 parts by weight of lactide and 5 to 10 parts by weight of polyglycolic acid, followed by stirring; S2 step of adding 5 to 10 parts by weight of serine and 0.1 to 1 part by weight of dodecyl alcohol in the reaction vessel, inert gas and irradiating electromagnetic waves; And S3 step of adding 0.1-1 part by weight of cerium acetate to the reaction vessel, followed by stirring.
본 발명에 따른 S1단계는 반응용기에 폴리유산 100중량부, 락티드 10~20중량부 및 폴리 글리콜산(glycollic acid) 5~10중량부 등의 원료를 넣은 후, 교반하는 것이다. 그리고 S1단계는 160~190℃의 온도 및 0.1~0.5기압으로 감압한 상태에서 이루어질 수 있다.S1 step according to the present invention is to put a raw material, such as 100 parts by weight of polylactic acid, 10 to 20 parts by weight of lactide and 5 to 10 parts by weight of polyglycolic acid (glycollic acid) in the reaction vessel, and then stirred. And the step S1 can be made in a reduced pressure at a temperature of 160 ~ 190 ℃ and 0.1 ~ 0.5 atm.
또한, 본 발명에 따른 S1단계는 촉매인 바나진산 암모늄(NH4VO3) 0.1~10중량부 및 산화바나듐(vanadium oxide) 0.1~10중량부를 더 첨가하여 이루어질 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 산화바나듐은 일산화바나듐(VO), 이산화바나듐(VO2), 삼산화바나듐(V2O3) 및 오산화바나듐(V2O5) 중에서 어느 하나가 선택되는 것이다.In addition, the step S1 according to the present invention may be made by adding 0.1 to 10 parts by weight of ammonium vanadate (NH 4 VO 3) as a catalyst and 0.1 to 10 parts by weight of vanadium oxide. The vanadium oxide according to the present invention is one selected from vanadium monoxide (VO), vanadium dioxide (VO 2 ), vanadium trioxide (V 2 O 3 ) and vanadium pentoxide (V 2 O 5 ).
본 발명에 따른 락티드(lactide)는 α-히드록시산의 2분자가 카르복시기와 히드록시기 사이에서 고리화된 에스테르화합물로서, D-, L-, DL-락티드의 3개의 이성질체 모두 사용될 수 있다.Lactide according to the present invention is an ester compound in which two molecules of α-hydroxy acid are cyclized between a carboxy group and a hydroxyl group, and all three isomers of D-, L-, and DL-lactide can be used.
그리고 화학식 1은 유산에서 폴리유산으로 변환된 모습을 나타내는 것으로서, 본 발명에 따른 폴리유산(PLA, Poly Lactic Acid)은 락티드(Lactid)가 공존하고, 이 락티드가 환(環)상의 펩티드를 형성할 수 있기 때문에 평균 분자량이 2,000~10,000, 바람직하게는 5,000~10,000인 저분자 폴리유산을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, Formula 1 shows a state in which a lactic acid is converted into a polylactic acid. The polylactic acid (PLA, Poly Lactic Acid) according to the present invention has lactide (Lactid) coexisting, and the lactide forms a ring-shaped peptide. Since it can form, it is preferable to use the low molecular weight polylactic acid whose average molecular weight is 2,000-10,000, Preferably 5,000-10,000.
<화학식 1><Formula 1>
본 발명에 따른 S2단계는 반응용기에 세린(serine) 5~10중량부 및 도데실 알코올(dodecyl alcohol) 0.1~1중량부를 넣은 후, 불활성 가스를 투입하고 전자파를 조사하는 것이다. 본 발명에 따른 반응물에 전자파를 조사함으로써 락티드에서 환상의 펩티드로 변환되는 N-H 치환 반응과 축중합 반응이 촉진된다.In the step S2 according to the present invention, 5-10 parts by weight of serine and 0.1-1 part by weight of dodecyl alcohol are added to the reaction vessel, and an inert gas is added thereto to irradiate electromagnetic waves. Irradiating electromagnetic waves to the reactants according to the present invention promotes N-H substitution reactions and condensation polymerization reactions that are converted from lactide to cyclic peptides.
그리고 S2단계는 불활성 가스인 질소를 투입하여 1~5기압으로 가압한 상태에서 이루어질 수 있다.And step S2 may be made in a state pressurized to 1 to 5 atm by adding nitrogen as an inert gas.
본 발명에 따른 세린(serine)은 a-아미노산으로 화학식은 HOCH2CH(NH2)COOH이며, 물에는 녹지만 알코올 또는 에테르에는 녹지 않는 아미노산의 한 종류이다. 그리고 본 발명에서는 세린 이외에도 펩티드 결합을 하는 친수성 아미노산인 아스파라긴, 시스테인, 글루타민, 글리신, 트레오닌, 티로신, 리신, 아스파르트산, 글루탐산, 아르기닌 및 히스티딘 중에서 어느 하나가 선택되는 아미노산을 사용할 수 있다.Serine (serine) according to the present invention is a-amino acid, the chemical formula is HOCH 2 CH (NH 2 ) COOH, one kind of amino acid that is soluble in water but not soluble in alcohol or ether. In addition to serine, in the present invention, any of hydrophilic amino acids asparagine, cysteine, glutamine, glycine, threonine, tyrosine, lysine, aspartic acid, glutamic acid, arginine, and histidine may be used in addition to serine.
화학식 2는 락티드에서 환상의 펩티드로 변환된 모습을 나타내는 것으로서, 환상의 펩티드는 다수의 측쇄를 가져 후술할 금속원자단의 결합이 용이하다. Formula 2 shows a state in which a lactide is converted into a cyclic peptide, and the cyclic peptide has a plurality of side chains, thereby facilitating the bonding of metal atoms to be described later.
<화학식 2><Formula 2>
상기 화학식 2에서 R은 아미노산이다.In Formula 2, R is an amino acid.
본 발명에 따른 S3단계는 반응용기에 아세트산 세륨(Acetic Acid cerium, Ce) 0.1~1중량부를 첨가한 후, 교반하는 것이다. 본 발명에 따른 세륨은 주기율표 란타넘족에 속하는 희토류 원소의 하나이다. 그리고 본 발명은 아세트산 세륨를 대신하여 질산 세륨, 질산세륨암모늄, 염화세륨 중에서 어느 하나를 선택하여 사용할 수도 있다.S3 step according to the present invention is to add 0.1 to 1 parts by weight of cerium acetate (Acetic Acid cerium, Ce) to the reaction vessel, and then stirred. Cerium according to the present invention is one of the rare earth elements belonging to the lanthanide group of the periodic table. In the present invention, any one of cerium nitrate, cerium ammonium nitrate, and cerium chloride may be selected and used instead of cerium acetate.
또한, 세륨을 포함하는 화합물 이외에도 다른 희토류 원소를 포함하는 화합물을 사용할 수 있다.In addition to the compound containing cerium, a compound containing other rare earth elements can be used.
그리고 S3단계는 불활성 가스인 질소를 투입하여 1~5기압으로 가압한 상태에서 이루어질 수 있다.And step S3 may be made in a state pressurized to 1 to 5 atm by adding nitrogen as an inert gas.
화학식 3은 환상의 폴리펩티드의 측쇄에 금속원자단이 결합된 모습을 나타낸 것으로서, 폴리펩티드의 아미노산(R)에 세륨 등의 금속원자단이 결합되어 고전도성 폴리유산 중합체를 생성할 수 있다. Formula 3 shows a metal atom group bonded to the side chain of the cyclic polypeptide, and a metal atom group such as cerium may be bonded to the amino acid (R) of the polypeptide to generate a highly conductive polylactic acid polymer.
<화학식 3><Formula 3>
상기 화학식 3에서 M은 금속원자단이고, R은 아미노산이다.In Formula 3, M is a metal atom group, and R is an amino acid.
본 발명에 따른 S4단계는 S3단계의 교반을 중지한 상태에서, 160~190℃의 온도를 유지하고 0.1~0.5기압으로 감압하는 것이다.S4 step according to the present invention is to maintain a temperature of 160 ~ 190 ℃ in a state in which the agitation of the step S3 is stopped and reduced to 0.1 to 0.5 atm.
본 발명에 따른 S5단계는 S4단계가 종료된 후, 불활성 가스를 투입하여 2~3기압으로 가압하여 반응기 내의 반응물을 배출시키는 것이다.In step S5 according to the present invention, after the step S4 is completed, an inert gas is added to pressurize to 2 to 3 atmospheres to discharge the reactants in the reactor.
본 발명의 따른 S1단계 내지 S3단계는 160~190℃의 반응온도에서 이루어지고, 160℃ 미만인 경우에는 원활한 반응이 이루어지지 않거나 반응이 느리게 진행될 수 있다. 그리고 S1단계 내지 S3단계가 190℃를 초과하여 이루어지는 경우에는 반응물의 증발이 많이 이루어져 반응이 원활히 진행되지 않는다.Step S1 to S3 of the present invention is made at a reaction temperature of 160 ~ 190 ℃, if less than 160 ℃ may not be a smooth reaction or the reaction proceeds slowly. And when the steps S1 to S3 is more than 190 ° C evaporation of the reactants a lot, the reaction does not proceed smoothly.
이하 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체 제조장치를 도 2 내지 도 5를 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, a highly conductive polylactic acid polymer manufacturing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5.
도 18은 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체 제조장치를 도시하는 개념도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체 제조장치는 상부에는 원료 유입구(112a, 112b), 질소/전자파 유입구(114) 및 질소 배출구(116)가 구비되고, 하부에는 반응물 배출구(118)가 구비되는 반응용기(110); 상기 반응용기(110) 내의 반응물을 교반시키는 교반기(130); 상기 반응용기(110)를 가열시키는 열공급부(150); 상기 질소/전자파 유입구(114)와 연결되어 반응용기(110) 내의 반응물에 전자파 및 질소가스를 공급하는 질소/전자파 공급부(170); 및 상기 질소 배출구(116)와 연결되어 상기 반응용기(110) 내를 감압시키는 감압펌프(190);를 포함한다.18 is a conceptual diagram showing a high conductivity polylactic acid polymer manufacturing apparatus according to the present invention. As shown, the apparatus for producing a highly conductive polylactic acid polymer according to the present invention includes a raw material inlet 112a and 112b, a nitrogen / electromagnetic inlet 114 and a nitrogen outlet 116 in the upper portion, and a reactant outlet 118 in the lower portion. Reaction vessel 110 is provided; An agitator (130) for stirring the reactants in the reaction vessel (110); A heat supply unit 150 for heating the reaction vessel 110; A nitrogen / electromagnetic wave supply unit 170 connected to the nitrogen / electromagnetic wave inlet 114 to supply electromagnetic waves and nitrogen gas to a reactant in the reaction vessel 110; And a decompression pump 190 connected to the nitrogen outlet 116 to depressurize the inside of the reaction vessel 110.
본 발명에 따른 열공급부(150)는 상기 반응용기(110)의 측면과 하면을 감싸고 내부에는 열매체가 내장된 열전달 자켓(152), 상기 열전달 자켓(152)에 열을 공급하는 히터(154)를 포함한다. The heat supply unit 150 according to the present invention surrounds the side and bottom surfaces of the reaction vessel 110 and has a heat transfer jacket 152 having a heat medium therein, and a heater 154 for supplying heat to the heat transfer jacket 152. Include.
그리고 열매체는 반응물보다 비열이 작은 실리콘계 오일을 사용하며, 반응물에 전달되는 열은 열매체를 통해 간접적으로 이루어지게 된다.In addition, the heat medium uses a silicone-based oil having a smaller specific heat than the reactant, and the heat transferred to the reactant is indirectly made through the heat medium.
도 19는 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체 제조장치의 질소/전자파 공급부를 도시하는 개념도로서, 도시된 바와 같이 질소/전자파 공급부(170)는 질소/전자파 유입구(114)를 통해 반응용기(110) 내에 위치하여 반응물에 질소 및 전자파를 공급하는 혼 안테나(172), 상기 혼 안테나(172)와 연결되고 질소 유입구(174)가 구비되는 도파관(176) 및 상기 도판관(176)과 연결되고 전자파를 발생시키는 마그네트론발진기(178)를 포함할 수 있다.19 is a conceptual diagram illustrating a nitrogen / electromagnetic wave supply unit of the highly conductive polylactic acid polymer manufacturing apparatus according to the present invention. As illustrated, the nitrogen / electromagnetic wave supply unit 170 is a reaction vessel 110 through a nitrogen / electromagnetic wave inlet 114. ) And a horn antenna 172 for supplying nitrogen and electromagnetic waves to a reactant, a waveguide 176 connected to the horn antenna 172 and provided with a nitrogen inlet 174, and a waveguide 176 and an electromagnetic wave It may include a magnetron oscillator 178 to generate.
본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체의 제조에 있어서, 반응용기(110) 내의 가압은 불활성 가스인 질소 가스를 주입하여 행하고, 감압은 반응용기(110)와 연결된 감압펌프(190)에 의해 이루어진다. 그리고 반응용기(110)와 감압펌프(190) 사이에는 열교환기(180)가 구비되어 감압펌프(190)로 유입되는 가스의 온도를 조절하게 된다.In the production of the highly conductive polylactic acid polymer according to the present invention, pressurization in the reaction vessel 110 is performed by injecting nitrogen gas which is an inert gas, and decompression is performed by a pressure reduction pump 190 connected with the reaction vessel 110. And a heat exchanger 180 is provided between the reaction vessel 110 and the decompression pump 190 to adjust the temperature of the gas flowing into the decompression pump 190.
*도 20은 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체 제조장치의 질소/전자파 유입구의 위치를 설명하는 개념도로서, 도시된 바와 같이 질소/전자파 유입구(114)는 반응용기(110)의 중심을 기준으로 반응용기의 직경(D)의 3/8 만큼 떨어진 위치에 설치될 수 있고, 이 위치에 설치하면 전자파의 조사량이 반응물 표면 전체에 균일하게 분포된다.* Figure 20 is a conceptual diagram illustrating the position of the nitrogen / electromagnetic inlet of the high conductivity polylactic acid polymer manufacturing apparatus according to the present invention, as shown, the nitrogen / electromagnetic inlet 114 is based on the center of the reaction vessel 110 It can be installed at a position 3/8 of the diameter (D) of the reaction vessel, when installed in this position, the amount of electromagnetic radiation is uniformly distributed over the entire surface of the reactant.
이를 테면 뿔 형의 혼 안테나(172)에서 방사되는 전자파는 반응물의 표면에 직접 조사되는 것뿐만 아니라 반응용기 내부에서 반사된 반사파도 조사하게 되며, 반응물은 교반기(130)로 교반되면서 이동하기 때문에 균일한 조사를 받을 수 있게 된다.For example, electromagnetic waves radiated from the horn-shaped horn antenna 172 not only directly irradiate the surface of the reactant but also reflect the reflected wave reflected from the inside of the reaction vessel, and the reactant is uniformly moved by being stirred by the stirrer 130. A survey will be available.
마그네트론 발진기(178)의 출구와 근접한 곳에서 전자파의 투과 손실에 적은 부재(예를 들면 마이카판 등)를 설치하여 해당 마그네트론 발진기와 도파관(176)을 물리적으로 차폐하며, 도파관(176)에 질소 유입구(174)를 설치하는 것이 바람직하다. Near the outlet of the magnetron oscillator 178, a member (e.g., mica plate, etc.) having a low transmission loss of electromagnetic waves is installed to physically shield the magnetron oscillator and the waveguide 176, and the nitrogen inlet port of the waveguide 176. It is desirable to install 174.
본 발명에 따른 질소 가스는 도파관(176) 내부를 흘러 뿔형 혼 안테나(567)를 통해 반응용기에 공급된다. 질소 가스가 공급됨에 따라 도파관(176) 내부에 반응물의 증기가 침입하는 것을 막을 수 있고, 반응에 필요한 압력 조절을 하며, 환상의 폴리 펩티드를 생성할 수 있다.Nitrogen gas according to the present invention flows into the waveguide 176 and is supplied to the reaction vessel through the horn horn antenna 567. As the nitrogen gas is supplied, the vapor of the reactant may be prevented from infiltrating into the waveguide 176, the pressure control required for the reaction may be performed, and the cyclic polypeptide may be generated.
이러한 기구를 갖추지 않고 장치 측면 혹은 밑부분 혹은 윗부분으로 유리창 등을 통하여 전자파를 공급하는 것도 가능하지만 유리 표면에 반응물의 증기 혹은 반응물 그 자체가 고화되어 전자파의 투과를 방해, 손실이 커지게 되기 때문에 바람직하지 않다.It is also possible to supply electromagnetic waves to the side, bottom, or top of the device without the use of such a mechanism, but it is desirable because the vapor or reactants themselves are solidified on the glass surface, which impedes the transmission of the electromagnetic waves and increases the loss. Not.
도 21은 본 발명에 따른 고전도성 폴리유산 중합체 제조장치의 반응용기 내에서 반응물이 이동하는 모습을 도시하는 개념도로서, 도시된 바와 같이 반응용기의 중심부부터 하강류에 대해서는 외연부에서는 상승류가 되며, 반응물 전체는 중합장치 내를 오른쪽으로 소용돌이 치며 이동하게 되나, 외연부는 중심과 비교할 때 속도가 빠르기 때문에 균일하게 전자파 조사를 받는 것이 가능하다.FIG. 21 is a conceptual diagram illustrating a state in which a reactant moves in a reaction container of the apparatus for preparing a highly conductive polylactic acid polymer according to the present invention. As shown in FIG. However, the entire reactant is swirled to the right in the polymerization apparatus, but the outer edge portion is faster than the center, so it is possible to receive the electromagnetic wave uniformly.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention.
<실시예 1><Example 1>
S1단계에 따라 반응용기에 평균 분자량 5,000~10,000인 폴리유산 100중량부, 폴리글리콜산 5~10중량부 및 락티드 10~20중량부를 넣는다. 그리고, 반응용기에 촉매인 바나진산암모늄 0.1~10중량부 및 산화바나듐 0.1~10중량부를 첨가하고 교반한다. 이 때 히터를 작동시켜 반응용기 내의 온도를 160~190℃로 가열시키고, 반응용기 내의 압력은 감압펌프를 이용하여 0.1~0.5기압으로 조정한다.According to step S1, 100 parts by weight of polylactic acid having an average molecular weight of 5,000 to 10,000, 5 to 10 parts by weight of polyglycolic acid, and 10 to 20 parts by weight of lactide are added. And 0.1-10 weight part of ammonium vanadate which is a catalyst, and 0.1-10 weight part of vanadium oxides which are a catalyst are added and stirred to a reaction container. At this time, by operating a heater to heat the temperature in the reaction vessel to 160 ~ 190 ℃, the pressure in the reaction vessel is adjusted to 0.1 ~ 0.5 atm using a pressure reducing pump.
S2단계에 따라 반응용기에 세린 5~10중량부 및 도데실 알코올 0.1~1중량부를 넣고, 질소/전자파 공급부를 통해 반응물에 질소 및 전자파를 공급한다. 그리고 전자파는 정격출력 3KW의 마그네트론 발진기로부터 주파수 2.45GHz, 반응물 1kg당 30~100W가 되도록 전자파를 조사하고, 전자파 조사시 반응용기 내의 온도는 160~190℃, 압력은 1~5기압으로 유지시킨다.According to step S2, 5-10 parts by weight of serine and 0.1-1 part by weight of dodecyl alcohol are added to the reaction vessel, and nitrogen and electromagnetic waves are supplied to the reactants through a nitrogen / electromagnetic wave supply part. The electromagnetic wave is irradiated with a frequency of 2.45 GHz from a magnetron oscillator with a rated output of 3 kW and 30 to 100 W per kg of reactant, and during irradiation, the temperature in the reaction vessel is maintained at 160 to 190 ° C. and the pressure is 1 to 5 atm.
S3단계에 따라 도데실 알코올 0.1~1중량부 및 아세트산 세륨 0.1~1중량부를 첨가하고 교반한다.According to step S3, 0.1-1 part by weight of dodecyl alcohol and 0.1-1 part by weight of cerium acetate are added and stirred.
S4단계에 따라 전자파, 질소의 공급 및 교반을 중지한 상태에서 160~190℃의 온도는 유지시키고, 압력은 0.1~0.5기압으로 감압한다.In step S4, the temperature of 160-190 ° C. is maintained while the supply and stirring of electromagnetic waves and nitrogen are stopped, and the pressure is reduced to 0.1 to 0.5 atm.
S5단계에 따라 전자파 조사가 종료된 후, 질소를 공급하여 2~3기압으로 가압하여 반응기 내의 반응물을 배출시키고, 실시예 1에 따라 배출된 반응물은 세륨(금속원자단)이 결합된 고전도성 폴리유산을 제조한다.After the completion of the electromagnetic irradiation in accordance with step S5, by supplying nitrogen and pressurized to 2-3 atm to discharge the reactants in the reactor, the reactant discharged according to Example 1 is a highly conductive polylactic acid combined with cerium (metal atom group) To prepare.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention described above is merely illustrative, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, it will be understood that the present invention is not limited to the forms mentioned in the above detailed description. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the present invention includes all modifications, equivalents, and substitutes within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
<부호의 설명> <Description of the code>
110 : 반응용기 112a, 112b : 원료 유입구110: reaction vessel 112a, 112b: raw material inlet
114 : 질소/전자파 유입구 116 : 질소 배출구114: nitrogen / electromagnetic inlet 116: nitrogen outlet
118 : 반응물 배출구 130 : 교반기118: reactant outlet 130: agitator
132 : 교반날개 150 : 열공급부132: stirring blade 150: heat supply
152 : 열전달 자켓 154 : 히터152: heat transfer jacket 154: heater
170 : 질소/전자파 공급부 172 : 혼 안테나170: nitrogen / electromagnetic wave supply unit 172: horn antenna
174 : 질소 유입구 176 : 도파관174: nitrogen inlet 176: waveguide
178 : 마그네트론 발진기 180 : 열교환기178: magnetron oscillator 180: heat exchanger
190 : 감압펌프190: decompression pump
200 : 당화장치 112 : 원료입구200: saccharification device 112: raw material inlet
214 : 내용물 출구 230 : 교반장치214: contents outlet 230: agitator
232 : 교반날개 250 : 전기히터232: stirring blade 250: electric heater
270 : 수냉자켓 272 : 유입자켓270: water cooling jacket 272: inflow jacket
290 : 응축기 292 : 응축액저장소290: condenser 292: condensate storage
310 : 본체 312 : 유산농축액출구310: body 312: lactic acid concentrate outlet
314 : 배출관 316 : 절연성받침대314: discharge pipe 316: insulating base
322 : 발효실 324 : 격막322 fermentation chamber 324 diaphragm
326 : 농축실 328 : 음극326: concentration chamber 328: cathode
330 : 교반장치 332 : 교반날개330: stirring device 332: stirring blade
350 : 보온자켓 400 : 전기투석장치350: thermal insulation jacket 400: electrodialysis apparatus
410 : 전해조 412 : 양극액실410: electrolytic cell 412: anolyte chamber
414 : 발효액실 416 : 유산염/유산용액실414: fermentation broth 416: lactate / lactic acid solution chamber
418 : 수산화나트륨용액실 419 : 음극액실418: sodium hydroxide solution chamber 419: catholyte chamber
431 : 양극 433 : 음극431 anode 433 cathode
435 : 보조양극 437 : 보조음극435: secondary anode 437: secondary cathode