WO2023211078A1 - 고도로 분지화된 폴리락타이드 수지, 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to polylactide resin compositions, highly branched polylactide resins prepared therefrom, and methods for producing the same.
- plastic foam is widely used as a packaging cushioning material.
- EPS Expanded polystyrene
- Polylactide (or polylactic acid; PLA) resin a promising alternative to petroleum-based plastic materials, is manufactured based on bio-based materials, emits less carbon dioxide, a global warming gas, during the manufacturing process, and also requires specific temperatures and composting facilities. It is an eco-friendly material that has the characteristic of being decomposed by .
- polylactide resin has the advantage of being cheaper than other biodegradable polymers and having high tensile strength and modulus characteristics.
- polylactide resin has low thermal stability and impact resistance, has a slow crystallization rate, and has a particularly low melt strength, making it difficult to use for foam purposes. Accordingly, various methods for improving the melt strength of polylactide resin are known. For example, a method of branching polylactide resin by increasing its long chain branch (LCB) is known.
- LCB long chain branch
- branching agents that can be applied to polylactide resin have been known in the past, but there were limitations in branching polylactide resin to a high degree. Accordingly, in the present invention, as will be described later, by using a specific branching agent and anhydride-based compound in polylactide resin, it was confirmed that high branching of polylactide resin, which had not been achieved in the past, was achieved, and the present invention was completed.
- the present invention is to provide a polylactide resin composition for producing highly branched polylactide resin.
- the present invention relates to a highly branched polylactide resin prepared from the above polylactide resin composition, and a method for producing the same.
- the present invention provides the following polylactide resin composition:
- R is am.
- polylactide resin used in the present invention is defined to encompass a homopolymer or copolymer containing the following repeating units.
- the polylactide resin may be manufactured by including the step of forming the repeating unit by ring-opening polymerization of a lactide monomer, and the polymer after the ring-opening polymerization and the forming process of the repeating unit are completed is called the “polylactide resin.” It can be referred to as ".
- lactide monomer can be defined as follows. Typically, lactide can be divided into L-lactide made of L-lactic acid, D-lactide made of D-lactic acid, and mesolactide made of one L-form and one D-form. Additionally, a 50:50 mix of L-lactide and D-lactide is called D,L-lactide or rac-lactide. Among these lactides, it is known that if polymerization is performed using only L-lactide or D-lactide with high optical purity, L- or D-polylactide (PLLA or PDLA) with very high stereoregularity can be obtained.
- PLLA or PDLA L- or D-polylactide
- Lactide is known to have a faster crystallization rate and higher crystallization rate than polylactide, which has low optical purity.
- lactide monomer is defined to include all forms of lactide, regardless of differences in the characteristics of each form of lactide and the characteristics of the polylactide resin formed therefrom.
- the polylactide resin according to the present invention has, for example, a weight average molecular weight of 70,000 to 400,000.
- organic acid anhydride used in the present invention refers to a compound in which water molecules have escaped from an organic acid.
- the organic acid anhydride reacts with the terminal hydroxy group (-OH) of the polylactide resin to produce poly. It serves to ensure that the end of the lactide resin has a carboxyl group (-COOH). Accordingly, the reaction between the terminal carboxyl group of the polylactide resin and the epoxy group present in the branching agent becomes easier, leading to a high degree of branching of the polylactide resin.
- the organic acid anhydride is not particularly limited as long as it is a substance that reacts with the terminal hydroxyl group (-OH) of the polylactide resin to cause the terminal of the polylactide resin to have a carboxyl group (-COOH).
- succinic acid examples include succinic anhydride, maleic anhydride, phthalic anhydride, or pyromellitic dianhydride.
- the organic acid anhydride is contained in an amount of 0.06 parts by weight or more, 0.07 parts by weight, 0.08 parts by weight, 0.09 parts by weight, or 0.10 parts by weight or more, based on 100 parts by weight of the polylactide resin; It includes 0.9 parts by weight or less, 0.8 parts by weight or less, 0.7 parts by weight or less, 0.6 parts by weight or less, 0.5 parts by weight or less, 0.4 parts by weight or less, 0.3 parts by weight or less, or 0.2 parts by weight or less.
- the branching agent of Formula 1 is a compound of polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) in which a glycidyl group is substituted for each silicon (Si) atom, and the epoxy group and carboxyl group of the glycidyl Polylactide resin having a (-COOH) terminal reacts to allow branching of polylactide resin.
- PES polyhedral oligomeric silsesquioxane
- the branching agent of Formula 1 is used in an amount of 0.2 parts by weight or more, 0.3 parts by weight, 0.4 parts by weight, 0.5 parts by weight, 0.6 parts by weight or more, 0.7 parts by weight or more, based on 100 parts by weight of the polylactide resin. Contained in an amount of 0.8 parts by weight or more, 0.9 parts by weight or more, or 1.0 parts by weight or more; It is included in an amount of 4.0 parts by weight or less, 3.0 parts by weight or less, or 2.0 parts by weight or less.
- the phosphorus-based compound acts as a nucleophile and induces ring opening of the epoxy group of the branching agent of Formula 1, causing chain extension. If the phosphorus compound is not added, the reaction between the polylactide resin and the branching agent of Formula 1 does not occur under general mixing conditions.
- the phosphorus-based compound is a compound represented by the following formula (2):
- R 1 , R 2 and R 3 are each independently C 1-20 alkyl; C 3-20 cycloalkyl; phenyl unsubstituted or substituted with one or more C 1-20 alkyl, or C 1-20 alkoxy; Or benzyl.
- the phosphorus-based compound is triphenylphosphine, tri-m-tolylphosphine, diphenyl (para-tolyl) phosphine, tris (2,6-dimethoxyphenyl) phosphine, tris (4-meth Toxyphenylphosphine, trimethylphosphine, tris-3,5-xylylphosphine, tricyclohexylphosphine, tribenzylphosphine, benzyldiphenylphosphine, or diphenyl-normal-propylphosphine, More preferably, it is triphenylphosphine.
- the phosphorus compound is contained in an amount of 0.06 parts by weight or more, 0.07 parts by weight, 0.08 parts by weight, 0.09 parts by weight, or 0.10 parts by weight or more, based on 100 parts by weight of the polylactide resin; It includes 0.9 parts by weight or less, 0.8 parts by weight or less, 0.7 parts by weight or less, 0.6 parts by weight or less, 0.5 parts by weight or less, 0.4 parts by weight or less, 0.3 parts by weight or less, or 0.2 parts by weight or less.
- the present invention provides a branched polylactide resin prepared by heat treating the above-described polaractide resin composition.
- branching of the polylactide resin is possible by reacting the branching agent contained in the polaractide resin composition with the polylactide resin having a carboxyl group (-COOH) terminal, and a predetermined heat treatment is performed for the reaction. do.
- a specific method for producing the branched polylactide resin will be described later.
- the molecular weight of the branched polylactide resin becomes higher than that of the polylactide resin contained in the polylactide resin composition.
- the branched polylactide resin has a weight average molecular weight of 200,000 to 800,000.
- the weight average molecular weight of the branched polylactide resin increases by 1.5 to 5.0 times compared to the polylactide resin included in the polylactide resin composition.
- the weight average molecular weight of the branched polylactide resin is 250,000 or more, 300,000 or more, or 350,000 or more, and 750,000 or less, 700,000 or less, 650,000 or less, 600,000 or less, or 550,000 or less.
- the molecular weight distribution (Mw/Mn) of the branched polylactide resin is 1.5 to 3.0. More preferably, the molecular weight distribution (Mw/Mn) of the branched polylactide resin is 1.8 or more, or 1.9 or more, and 2.9 or less, 2.8 or less, 2.7 or less, 2.6 or less, or 2.5 or less.
- the branched polylactide resin has a Z average molecular weight of 1,000,000 to 2,000,000.
- the present invention provides a method for producing the above-described branched polylactide resin, comprising the following steps:
- step 1 mixing polylactide resin and organic acid anhydride at 170°C to 200°C (step 1); and
- Step 2 Mixing the branching agent of Formula 1 and the phosphorus-based compound with the product of Step 1 (Step 2).
- Step 1 is a step of reacting the terminal hydroxyl group (-OH) of the polylactide resin with an organic acid anhydride so that the terminal of the polylactide resin has a carboxyl group (-COOH), where the polylactide resin and the branching agent react. This is the step performed before.
- step 2 the polylactide resin having a carboxyl group (-COOH) at the terminal as in step 1 is reacted with the epoxy group of the branching agent of Formula 1, and the phosphorus-based compound is added together to open the epoxy group, thereby producing the present invention.
- step 2 the step of manufacturing branched polylactide resin according to.
- the mixing time in step 1 is 30 seconds to 3 minutes.
- the mixing time in step 2 is 3 to 15 minutes.
- the branched polylactide resin according to the present invention described above is highly branched and has the feature that it can be applied to processes that were difficult to apply to conventional polylactide resins, such as expanded foam.
- branched polylactide resins were prepared in the same manner as Example 1, except that the type of anhydride-based material, branching agent content, and/or TPP content were changed.
- Polylactide resins were prepared in the same manner as in Example 1, but with different types or amounts of anhydride compound, TPP (triphenylphosphine), and branching agent, as shown in Table 1 below.
- TPP triphenylphosphine
- branching agent as shown in Table 1 below.
- Example 1 Succinic anhydride 0.2 POSS 1.0 0.2 481.6k 1663.0k 2.28 0.26
- Example 2 Succinic anhydride 0.1 POSS 1.0 0.2 426.3k 1381.5k 2.24 0.28
- Example 3 Succinic anhydride 0.2 POSS 1.5 0.2 550.8k 1870.2k 2.39 0.23
- Example 4 Succinic anhydride 0.2 POSS 1.0 0.1 473.2k 1592.1k 2.25 0.25
- Example 5 Phthalic anhydride 0.2 POSS 1.0 0.2 368.9k 1141.0k 2.04 0.50
- Example 6 Phthalic anhydride 0.1 POSS 1.0 0.2 341.8k 1060.1k 2.03 0.31
- Example 7 Phthalic anhydride 0.2 POSS 1.5 0.2 413.5k 1312.5k 2.12 0.27
- Example 8 Maleic anhydride 0.2 POSS 1.0 0.2 513.2k 1882.1k 2.41 0.23
- Example 2 Maleic anhydride 0.2 POSS 1.0 0.2 513.2k 1882.1k
- the examples according to the present invention had a higher molecular weight distribution compared to the comparative examples, and the Mark-Houwink slop value was low, confirming that branching was well achieved.
- branching of POSS did not occur when TPP was not used, and there was almost no difference between the cases where TPP was used at 0.1 wt% and 0.2 wt%.
- an anhydride-based compound was used to replace the terminal -OH group of polylactide resin with -COOH group, it reacted more easily with the epoxy group of POSS, and it was confirmed that branching progressed better than when only POSS was added.
- maleic anhydride the highest molecular weight was obtained, but it was visually confirmed that a lot of gel was also produced.
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Abstract
본 발명은 폴리락타이드 수지에 특정 분지화제와 인계 화합물 및 anhydride계 화합물을 사용함으로써, 종래 달성되지 못하였던 폴리락타이드 수지의 높은 분지화가 가능하여, 발포 폼 등 종래 폴리락타이드 수지에 적용하기 어려웠던 공정에도 적용할 수 있다는 특징이 있다.
Description
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 4월 26일자 한국 특허 출원 제10-2022-0051459호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원들의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 폴리락타이드 수지 조성물, 및 이로부터 제조되는 고도로 분지화된 폴리락타이드 수지, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 석유기반 플라스틱 소재는 자연적으로 분해가 되지 않아 심각한 환경 오염을 초래하고 있어, 이를 대체하기 위한 소재를 찾는 것이 근래의 최우선 연구 과제이다. 특히, 플라스틱 foam은 포장 완충재로서 널리 사용되고 있는데, 가장 많이 사용되는 EPS(Expanded polystyrene)의 경우 분해되지 않을 뿐 아니라 연소시 유독 가스를 발생하는 등 환경 오염을 초래한다.
석유기반 플라스틱 소재의 유망한 대체재인 폴리락타이드(또는 폴리락트산; PLA) 수지는, 바이오 원료를 기반으로 하여 제조되는 것으로, 제조 과정에서 지구 온난화 가스인 이산화탄소를 적게 배출하고, 또한 특정 온도와 퇴비화 설비에 의해 분해되는 특징을 가지는 친환경 소재이다. 또한, 폴리락타이드 수지는 다른 생분해성 고분자에 비하여 가격이 저렴하고, 높은 인장강도와 모듈러스의 특성을 가지고 있다는 장점이 있다.
그러나, 폴리락타이드 수지는 열적 안정성과 내충격성이 낮고 느린 결정화 속도를 가지며, 특히 용융 강도가 낮아 foam 용도로 사용이 어려운 단점이 있다. 이에 폴리락타이드 수지의 용융 강도를 개선하는 다양한 방법이 알려져 있는데, 일례로 폴리락타이드 수지의 LCB(long chain branch)를 늘려 분지화하는 방법이 알려져 있다.
종래에도 폴리락타이드 수지에 적용할 수 있는 다양한 분지화제가 알려져 있었으나, 폴리락타이드 수지를 고도로 분지화 하는데 한계가 있었다. 이에 본 발명에서는 후술할 바와 같이, 폴리락타이드 수지에 특정 분지화제 및 anhydride계 화합물을 사용함으로써, 종래 달성되지 못하였던 폴리락타이드 수지의 높은 분지화가 달성됨을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 고도로 분지화된 폴리락타이드 수지를 제조하기 위한 폴리락타이드 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 폴리락타이드 수지 조성물로부터 제조되는 고도로 분지화된 폴리락타이드 수지, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 하기의 폴리락타이드 수지 조성물을 제공한다:
폴리락타이드 수지 100 중량부,
인계 화합물 0.05 내지 1.0 중량부, 및
유기산 무수물 0.05 내지 1.0 중량부, 및
하기 화학식 1의 분지화제 0.1 내지 5.0 중량부를 포함하는,
폴라락타이드 수지 조성물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R은 
이다.
본 발명에서 사용하는 용어 "폴리락타이드 수지"란 하기의 반복 단위를 포함하는 단일 중합체 또는 공중합체를 포괄하여 지칭하는 것으로 정의된다.
상기 폴리락타이드 수지는 락타이드 단량체의 개환 중합에 의해 상기 반복 단위를 형성하는 단계를 포함하여 제조될 수 있으며, 이러한 개환 중합 및 상기 반복 단위의 형성 공정이 완료된 후의 중합체를 상기 "폴리락타이드 수지"로 지칭할 수 있다.
이때, "락타이드 단량체"는 다음과 같이 정의될 수 있다. 통상 락타이드는 L-락트산으로 이루어진 L-락타이드, D-락트산으로 이루어진 D-락타이드, L-형태와 D-형태가 각각 하나씩으로 이루어진 meso락타이드로 구분될 수 있다. 또한, L-락타이드 와 D-락타이드가 50:50으로 섞여있는 것을 D,L- 락타이드 또는 rac-락타이드라고 한다. 이들 락타이드 중 광학적 순도가 높은 L- 락타이드 또는 D-락타이드만을 이용해 중합을 진행하면 입체 규칙성이 매우 높은 L- 또는 D-폴리락타이드(PLLA 또는 PDLA)가 얻어지는 것으로 알려져 있고, 이러한 폴리락타이드는 광학적 순도가 낮은 폴리락타이드 대비 결정화 속도가 빠르고 결정화도 또한 높은 것으로 알려져 있다. 다만, 본 명세서에서 "락타이드 단량체"라 함은 각 형태에 따른 락타이드의 특성 차이 및 이로부터 형성된 폴리락타이드 수지의 특성 차이에 관계없이 모든 형태의 락타이드를 포함하는 것으로 정의된다.
한편, 본 발명에 따른 폴리락타이드 수지는, 일례로 중량평균분자량이 70,000 내지 400,000이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "유기산 무수물"은 유기산에서 물 분자가 빠져나간 형태의 화합물을 의미하며, 특히 본 발명에서는 상기 유기산 무수물은 폴리락타이드 수지의 말단 하이드록시기(-OH)와 반응하여 폴리락타이드 수지의 말단이 카르복시기(-COOH)를 가지게 하는 역할을 한다. 이에 따라 폴리락타이드 수지의 말단 카르복시기와 상기 분지화제에 존재하는 에폭시기와 반응이 더욱 용이하게 되어, 폴리락타이드 수지의 고도의 분지화를 유도한다.
이러한 관점에서, 상기 유기산 무수물은 폴리락타이드 수지의 말단 하이드록시기(-OH)와 반응하여 폴리락타이드 수지의 말단이 카르복시기(-COOH)를 가지게 하는 물질이면 특별히 제한되지 않으며, 일례로 석신산 무수물(succinic anhydride), 말레산 무수물(maleic anhydride), 프탈산 무수물(phthalic anhydride), 또는 피로멜리트산 이무수물(pyromellitic dianhydride)을 들 수 있다.
바람직하게는, 상기 유기산 무수물은 상기 폴리락타이드 수지 100 중량부 대비 0.06 중량부 이상, 0.07 중량부 이상, 0.08 중량부 이상, 0.09 중량부 이상, 또는 0.10 중량부 이상으로 포함되고; 0.9 중량부 이하, 0.8 중량부 이하, 0.7 중량부 이하, 0.6 중량부 이하, 0.5 중량부 이하, 0.4 중량부 이하, 0.3 중량부 이하, 또는 0.2 중량부 이하로 포함된다.
상기 화학식 1의 분지화제는, 폴리헤드럴올리고머형 실세스퀴옥산(POSS, Polyhedral oligomeric silsesquioxane)의 화합물에서 각 실리콘(Si) 원자에 글리시딜기가 치환된 것으로, 상기 글리시딜의 에폭시기와 카르복시기(-COOH) 말단을 가지는 폴리락타이드 수지가 반응하여 폴리락타이드 수지의 분지화가 가능하다.
바람직하게는, 상기 화학식 1의 분지화제는 상기 폴리락타이드 수지 100 중량부 대비 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 0.5 중량부 이상, 0.6 중량부 이상, 0.7 중량부 이상, 0.8 중량부 이상, 0.9 중량부 이상, 1.0 중량부 이상으로 포함되고; 4.0 중량부 이하, 3.0 중량부 이하, 또는 2.0 중량부 이하로 포함된다.
상기 인계 화합물은 친핵체로 작용하여 상기 화학식 1의 분지화제의 에폭시기의 개환을 유도하여 chain extension을 일으킨다. 상기 인계 화합물이 투입되지 않으면 일반적인 mixing 조건에서는 폴리락타이드 수지와 상기 화학식 1의 분지화제의 반응이 일어나지 않는다.
바람직하게는, 상기 인계 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이다:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-20 알킬; C3-20 사이클로알킬; 비치환되거나 또는 하나 이상의 C1-20 알킬, 또는 C1-20 알콕시로 치환된 페닐; 또는 벤질이다.
바람직하게는, 상기 인계 화합물은 트리페닐포스핀, 트리-m-톨릴포스핀, 디페닐(파라-톨릴)포스핀, 트리스(2,6-다이메톡시페닐)포스핀, 트리스(4-메톡시페닐포스핀, 트리메시틸포스핀, 트리스-3,5-크실릴포스핀, 트리시클로헥실포스핀, 트리벤질포스핀, 벤질디페닐포스핀, 또는 디페닐-노말-프로필포스핀이고, 보다 바람직하게는 트리페닐포스핀이다.
바람직하게는, 상기 상기 인계 화합물은 상기 폴리락타이드 수지 100 중량부 대비 0.06 중량부 이상, 0.07 중량부 이상, 0.08 중량부 이상, 0.09 중량부 이상, 또는 0.10 중량부 이상으로 포함되고; 0.9 중량부 이하, 0.8 중량부 이하, 0.7 중량부 이하, 0.6 중량부 이하, 0.5 중량부 이하, 0.4 중량부 이하, 0.3 중량부 이하, 또는 0.2 중량부 이하로 포함된다.
또한, 본 발명은 상술한 폴라락타이드 수지 조성물을 열처리하여 제조된, 분지형 폴리락타이드 수지를 제공한다.
상술한 바와 같이, 폴라락타이드 수지 조성물에 포함된 분지화제와 카르복시기(-COOH) 말단을 가지는 폴리락타이드 수지가 반응하여 폴리락타이드 수지의 분지화가 가능하며, 상기 반응을 위하여 소정의 열처리를 진행한다. 상기 분지형 폴리락타이드 수지를 제조하기 위한 구체적인 방법은 후술하기로 한다.
상기와 같이 폴리락타이드 수지의 분지화가 진행되어, 분지형 폴리락타이드 수지는 상기 폴리락타이드 수지 조성물에 포함되어 있던 폴리락타이드 수지에 비하여 분자량이 높아지게 된다. 바람직하게는, 상기 분지형 폴리락타이드 수지의 중량 평균 분자량이 200,000 내지 800,000이다. 또한, 바람직하게는, 상기 분지형 폴리락타이드 수지의 중량 평균 분자량은, 상기 폴리락타이드 수지 조성물에 포함되어 있던 폴리락타이드 수지 대비 1.5 내지 5.0배 증가한다.
보다 바람직하게는, 상기 분지형 폴리락타이드 수지의 중량 평균 분자량은 250,000 이상, 300,000 이상, 또는 350,000 이상이고, 750,000 이하, 700,000 이하, 650,000 이하, 600,000 이하, 또는 550,000 이하이다.
또한, 상기와 같이 분지화가 진행되어, 바람직하게는 상기 분지형 폴리락타이드 수지의 분자량 분포(Mw/Mn)가 1.5 내지 3.0이다. 보다 바람직하게는, 상기 분지형 폴리락타이드 수지의 분자량 분포(Mw/Mn)가 1.8 이상, 또는 1.9 이상이고, 2.9 이하, 2.8 이하, 2.7 이하, 2.6 이하, 또는 2.5 이하이다.
바람직하게는, 상기 분지형 폴리락타이드 수지의 Z 평균 분자량이 1,000,000 내지 2,000,000이다.
또한, 본 발명은 이하의 단계를 포함하는, 상술한 분지형 폴리락타이드 수지의 제조 방법을 제공한다:
1) 폴리락타이드 수지 및 유기산 무수물을 170℃ 내지 200℃에서 혼합하는 단계(단계 1); 및
2) 상기 단계 1의 생성물에 상기 화학식 1의 분지화제와 상기 인계 화합물을 혼합하는 단계(단계 2).
상기 단계 1은 폴리락타이드 수지의 말단 하이드록시기(-OH)와 유기산 무수물을 반응시켜 폴리락타이드 수지의 말단이 카르복시기(-COOH)를 가지게 하는 단계로서, 폴리락타이드 수지와 분지제가 반응하기 전에 수행하는 단계이다.
상기 단계 2는, 상기 단계 1에 의해 말단에 카르복시기(-COOH)를 가지는 폴리락타이드 수지와 상기 화학식 1의 분지화제의 에폭시기를 반응시키되, 에폭시기의 개환을 위해 상기 인계 화합물을 함께 첨가하여 본 발명에 따른 분지형 폴리락타이드 수지를 제조하는 단계이다.
바람직하게는, 상기 단계 1의 혼합 시간은 30초 내지 3분이다. 바람직하게는, 상기 단계 2의 혼합 시간은 3분 내지 15분이다.
상술한 본 발명에 따른 분지형 폴리락타이드 수지는 고도로 분지화되어 발포 폼 등 종래 폴리락타이드 수지에 적용하기 어려웠던 공정에도 적용할 수 있다는 특징이 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명의 구현예를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
PLA(NatureWorks 社의 4032D; 중량평균분자량 약 210,000) 50 g, 및 Anhydride계 물질로서 succinic anhydride을 상기 PLA 중량 기준 0.2 wt%를 Brabender mixer에 투입하고, 180℃에서 2분 동안 혼합하였다. 잠시 정지한 후, 추가로 분지제(hybrid 社의 Glycidyl POSS cage mixture; 제품번호 EP0409; 이하 ‘POSS’라 함)를 상기 PLA 중량 기준 1 wt%와 TPP 0.2wt%를 투입하여 10분간 혼합하여 분지형 폴리락타이드 수지를 각각 제조하였다.
실시예 2 내지 10
하기 표 1과 같이, Anhydride계 물질의 종류와 함럄, 분지제 함량, 및/또는 TPP 함량을 변경하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 분지형 폴리락타이드 수지를 각각 제조하였다.
비교예 1 내지 6
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 하기 표 1과 같이 anhydride 화합물, TPP(트리페닐포스핀) 및 분지제의 종류 또는 사용량을 달리하여 폴리락타이드 수지를 각각 제조하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 수지에 대하여, MALS-GPC를 이용하여 분지화도 측정하였다. MALS-GPC로는 Mw, Mz, PDI, Mark-Houwink 기울기를 측정하였으며 구체적인 측정 조건은 하기와 같다.
컬럼: PLgel mixed-B x 2
용매: Tetrahydrofuran(Stabilized with BHT)
유속: 1.0 ml/min
시료 농도: 3.0 mg PLA / 1.0 mL THF
주입량: 100 μl
컬럼 온도: 40 ℃
Detector: Viscotek TDA 305
Data processing: OmniSEC
Mw, Mz, PDI는 그 값이 높을수록, Mark-Houwink 기울기는 그 값이 낮을수록 분지화가 잘되었음을 나타내며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| Anhydride | 분지제 | TPP | Mw | Mz | PDI | Mark-Houwink slope | |||
| 종류 | 함량 (wt%) |
종류 | 함량 (wt%) |
함량 (wt%) |
|||||
| 실시예 1 | Succinic anhydride | 0.2 | POSS | 1.0 | 0.2 | 481.6k | 1663.0k | 2.28 | 0.26 |
| 실시예 2 | Succinic anhydride | 0.1 | POSS | 1.0 | 0.2 | 426.3k | 1381.5k | 2.24 | 0.28 |
| 실시예 3 | Succinic anhydride | 0.2 | POSS | 1.5 | 0.2 | 550.8k | 1870.2k | 2.39 | 0.23 |
| 실시예 4 | Succinic anhydride | 0.2 | POSS | 1.0 | 0.1 | 473.2k | 1592.1k | 2.25 | 0.25 |
| 실시예 5 | Phthalic anhydride | 0.2 | POSS | 1.0 | 0.2 | 368.9k | 1141.0k | 2.04 | 0.50 |
| 실시예 6 | Phthalic anhydride | 0.1 | POSS | 1.0 | 0.2 | 341.8k | 1060.1k | 2.03 | 0.31 |
| 실시예 7 | Phthalic anhydride | 0.2 | POSS | 1.5 | 0.2 | 413.5k | 1312.5k | 2.12 | 0.27 |
| 실시예 8 | Maleic anhydride | 0.2 | POSS | 1.0 | 0.2 | 513.2k | 1882.1k | 2.41 | 0.23 |
| 실시예 9 | Maleic anhydride | 0.1 | POSS | 1.0 | 0.2 | 471.5k | 1658.3k | 2.29 | 0.24 |
| 실시예 10 | Maleic anhydride | 0.2 | POSS | 1.5 | 0.2 | 612.7k | 1920.4k | 2.46 | 0.21 |
| 비교예 1 | - | - | POSS | 1.0 | 0.2 | 337.5k | 948.7k | 2.23 | 0.31 |
| 비교예 2 | - | - | - | - | 125.2k | 162.3k | 1.27 | 0.71 | |
| 비교예 3 | - | - | POSS | 1.0 | 115.6k | 149.0k | 1.24 | 0.73 | |
| 비교예 4 | - | - | - | - | 0.2 | 118.3k | 150.6k | 1.24 | 0.73 |
| 비교예 5 | Succinic anhydirde | 0.2 | POSS | 1.0 | - | 117.2k | 148.0k | 1.23 | 0.73 |
| 비교예 6 | - | - | HMDI1) | 1.0 | 400.0k | 930.0k | 2.10 | 0.40 | |
| 1) HMDI: Hexamethylene diisocyanate | |||||||||
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 비교예 대비 분자량 분포도가 높았으며, Mark-Houwink slop 값이 낮아 분지화가 잘 된 것을 확인할 수 있다. 특히, TPP를 사용하지 않는 경우에는 POSS의 분지화가 일어나지 않는 것을 확인할 수 있었으며, TPP 사용량이 0.1 wt%인 경우와 0.2 wt%인 경우의 차이는 거의 나지 않았다. 또한, anhydride계 화합물을 사용하여 폴리락타이드 수지의 말단 -OH기를 -COOH기로 치환하는 경우에 POSS의 epoxy group과 더욱 쉽게 반응하였으며, POSS만 넣었을 때보다 분지화가 보다 잘 진행됨을 확인할 수 있었다. Maleic anhydride의 경우 가장 높은 분자량을 얻을 수 있었으나 gel 또한 많이 생성되는 것을 육안으로 확인할 수 있었다.
Claims (15)
- 폴리락타이드 수지 100 중량부,유기산 무수물 0.05 내지 1.0 중량부,인계 화합물 0.05 내지 1.0 중량부, 및하기 화학식 1의 분지화제 0.1 내지 5.0 중량부를 포함하는,폴라락타이드 수지 조성물:[화학식 1]
상기 화학식 1에서,R은이다.
- 제1항에 있어서,상기 유기산 무수물은 석신산 무수물(succinic anhydride), 말레산 무수물(maleic anhydride), 프탈산 무수물(phthalic anhydride), 또는 피로멜리트산 이무수물(pyromellitic dianhydride)인,폴라락타이드 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 유기산 무수물을 0.1 내지 0.2 중량부로 포함하는,폴라락타이드 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 인계 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인,폴라락타이드 수지 조성물:[화학식 2]
상기 화학식 2에서,R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-20 알킬; C3-20 사이클로알킬; 비치환되거나 또는 하나 이상의 C1-20 알킬, 또는 C1-20 알콕시로 치환된 페닐; 또는 벤질이다. - 제1항에 있어서,상기 인계 화합물은 트리페닐포스핀인,폴리락타이드 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 화학식 1의 분지화제를 0.5 내지 2.0 중량부를 포함하는,폴라락타이드 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 폴리락타이드 수지의 중량평균분자량이 70,000 내지 400,000인,폴라락타이드 수지 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 폴라락타이드 수지 조성물을 열처리하여 제조된, 분지형 폴리락타이드 수지.
- 제8항에 있어서,상기 분지형 폴리락타이드 수지의 중량 평균 분자량이 200,000 내지 800,000인,분지형 폴리락타이드 수지.
- 제8항에 있어서,상기 분지형 폴리락타이드 수지의 중량 평균 분자량이 350,000 내지 550,000인,분지형 폴리락타이드 수지.
- 제8항에 있어서,상기 분지형 폴리락타이드 수지의 Z 평균 분자량이 1,000,000 내지 2,000,000인,분지형 폴리락타이드 수지.
- 제8항에 있어서,상기 분지형 폴리락타이드 수지의 분자량 분포(Mw/Mn)가 2.0 내지 3.0인,분지형 폴리락타이드 수지.
- 1) 폴리락타이드 수지 및 유기산 무수물을 170℃ 내지 200℃에서 혼합하는 단계(단계 1); 및2) 상기 단계 1의 생성물에 상기 화학식 1의 분지화제와 상기 인계 화합물을 혼합하는 단계(단계 2)를 포함하는,제8항의 분지형 폴리락타이드 수지의 제조 방법.
- 제13항에 있어서,상기 단계 1의 혼합 시간은 30초 내지 3분인,분지형 폴리락타이드 수지의 제조 방법.
- 제13항에 있어서,상기 단계 2의 혼합 시간은 3분 내지 15분인,분지형 폴리락타이드 수지의 제조 방법.
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