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WO2023033562A1 - 투명성과 충격강도가 우수한 생분해성 폴리에스테르 중합체 및 이를 포함하는 생분해성 고분자 조성물 - Google Patents

투명성과 충격강도가 우수한 생분해성 폴리에스테르 중합체 및 이를 포함하는 생분해성 고분자 조성물 Download PDF

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Publication number
WO2023033562A1
WO2023033562A1 PCT/KR2022/013099 KR2022013099W WO2023033562A1 WO 2023033562 A1 WO2023033562 A1 WO 2023033562A1 KR 2022013099 W KR2022013099 W KR 2022013099W WO 2023033562 A1 WO2023033562 A1 WO 2023033562A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
acid
polyester polymer
biodegradable polyester
biodegradable
oligomer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2022/013099
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김효열
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bioplastics Innovations Ltd
Original Assignee
Bioplastics Innovations Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bioplastics Innovations Ltd filed Critical Bioplastics Innovations Ltd
Priority to CN202280059037.4A priority Critical patent/CN117980372A/zh
Priority to EP22865064.4A priority patent/EP4397689B1/en
Priority to US18/688,111 priority patent/US20240392065A1/en
Publication of WO2023033562A1 publication Critical patent/WO2023033562A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/12—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/16—Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • C08G63/18—Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds the acids or hydroxy compounds containing carbocyclic rings
    • C08G63/181—Acids containing aromatic rings
    • C08G63/183—Terephthalic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics

Definitions

  • the present invention relates to a biodegradable polyester polymer having excellent transparency and impact strength and a biodegradable polymer composition comprising the same.
  • polyester-based polymers include polybutylene adipate (PBA), polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polybutylene succinate (PBS), polycaprolactone (PCL), and polylactic acid (PLA). .
  • PBA polybutylene adipate
  • PBAT polybutylene adipate terephthalate
  • PBS polybutylene succinate
  • PCL polycaprolactone
  • PLA polylactic acid
  • PLA is a hard polymer, the cheapest among biodegradable polyester polymers, and has good transparency, hardness, and mechanical strength, but is brittle, weak against impact, and has poor tear properties, making it difficult to apply it alone to products.
  • PBAT is a soft polymer and has good flexibility and excellent impact strength, but has a disadvantage of insufficient hardness, mechanical strength and transparency. For this reason, domestic and foreign researchers are conducting research to supplement the insufficient physical properties by blending PLA and PBAT.
  • Korean Patent Registration KR 10-0428687 B1 aromatic-aliphatic polyester, aliphatic-polyester, and PLA were extruded with a twin-screw extruder to prepare a film having improved tear strength, tensile strength, and elongation.
  • transparency of the film itself was not secured, and when an excessive amount of PLA was added, impact strength and elongation rapidly decreased.
  • an object of the present invention is to provide a novel biodegradable polyester polymer having improved transparency and impact strength and a method for preparing the same.
  • Another object of the present invention is to provide a biodegradable polymer composition comprising the biodegradable polyester polymer and a molded article using the same.
  • aromatic dicarboxylic acids or aromatic dialkyl carboxylates dicarboxylic compounds including aliphatic dicarboxylic acids, aliphatic glycol compounds and polypropylene seba
  • dicarboxylic compounds including aliphatic dicarboxylic acids, aliphatic glycol compounds and polypropylene seba
  • a biodegradable polyester polymer prepared from a polymerizable composition containing a gate oligomer it was found that significantly improved transparency and impact strength can be implemented, thereby completing the present invention.
  • the present invention provides (a) an aromatic dicarboxylic acid or an aromatic dialkyl carboxylate, and a dicarboxylic compound including an aliphatic dicarboxylic acid, (b) an aliphatic glycol compound, and (c) a polypropylene sebagate oligomer. It provides a biodegradable polyester polymer prepared from a polymerizable composition comprising.
  • the polypropylene sebagate oligomer may have a weight average molecular weight (Mw) of 2,000 to 6,000 g/mol.
  • the aliphatic dicarboxylic acid is oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, sebacic acid, azelaic acid, 1,9-nonanedicarboxylic acid, It may be one or a combination of two or more selected from the group consisting of 1,10-decanedicarboxylic acid and its anhydride derivatives.
  • the aromatic dicarboxylic acid may be one or a combination of two or more selected from the group consisting of phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, etc.
  • the aromatic dialkyl carboxylate may be dimethyl phthalate, It may be one or a combination of two or more selected from the group consisting of ethyl phthalate, dimethyl isophthalate, diethyl isophthalate, dimethyl terephthalate, and diethyl terephthalate.
  • the aliphatic glycol compound is ethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentadiol, 1,6-hexanediol, 1,2-octane It may be one or a combination of two or more selected from the group consisting of diol, 1,6-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,2-decanediol, and 1,10-decanediol.
  • the polypropylene sebagate oligomer may be included in an amount of 0.01 to 1 wt% based on the total weight of the polymerizable composition.
  • the aromatic dicarboxylic acid or aromatic dialkyl carboxylate may be included in an amount of 45 to 55 wt% based on the total weight of the dicarboxylic compound.
  • the molar ratio of the dicarboxylic compound and the aliphatic glycol compound may be 1: 1.1 to 1.7.
  • the biodegradable polyester polymer may have a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 to 200,000 g/mol.
  • the biodegradable polyester polymer may have a haze value of 50% or less in a film having a thickness of 50 ⁇ 2 ⁇ m prepared using the same, and the haze value is based on ASTM D1003 it is measured
  • the present invention can provide a biodegradable polymer composition comprising the biodegradable polyester polymer described above.
  • the biodegradable polymer composition is one or two or more selected from the group consisting of polybutylene adipate terephthalate, polybutylene succinate, polycaprolactone, polylactic acid and polyglycolic acid. It may further contain polyester.
  • the present invention can provide a molded article manufactured through extrusion or injection processing using the above-described biodegradable polymer composition.
  • the molded article may be a packaging container, a disposable bag, a disposable daily product, or a packaging cushioning material.
  • the present invention comprises the steps of (A) preparing a polypropylene sebagate oligomer by condensation polymerization after esterification of sebacic acid and an excess of 1,3-propanediol; and
  • (B) preparing a polyester polymer by reacting a dicarboxylic compound, an aliphatic glycol compound, and the polypropylene sebagate oligomer; provides a method for producing a biodegradable polyester polymer comprising the.
  • the molar ratio of sebacic acid and 1,3-propanediol may be 1:1.1 to 1.5.
  • the biodegradable polyester polymer according to the present invention effectively improves the opacity and low mechanical strength of PBAT, which has been a problem in the past, and the polymer also exhibits improved transparency and impact strength.
  • the biodegradable polyester polymer when blending the biodegradable polyester polymer with a biodegradable polymer such as PLA, the polypropylene sebagate oligomer portion of the biodegradable polyester polymer improves compatibility, and is prepared by processing such a biodegradable polymer composition
  • the molded article may have further improved mechanical properties, and may be applied to various uses such as packaging containers, disposable bags, disposable household items, and packaging buffers using this.
  • oligomer refers to a low molecular weight polymer made by polymerization of monomers, specifically, a polymer having a weight average molecular weight of 100 to 10,000 g/mol.
  • the present invention provides (a) an aromatic dicarboxylic acid or an aromatic dialkyl carboxylate, and a dicarboxylic compound including an aliphatic dicarboxylic acid, (b) an aliphatic glycol compound, and (c) a polypropylene sebagate oligomer. It provides a biodegradable polyester polymer prepared from a polymerizable composition comprising.
  • the aromatic dicarboxylic acid preferably has 6 to 50 or 6 to 30 carbon atoms, and non-limiting examples thereof may be one or a combination of two or more selected from the group consisting of phthalic acid, isophthalic acid, and terephthalic acid.
  • the aromatic dialkyl carboxylate preferably has 6 to 50 or 6 to 30 carbon atoms, and non-limiting examples include dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dimethyl isophthalate, diethyl isophthalate, dimethyl terephthalate, and diethyl terephthalate. It may be one or a combination of two or more selected from the group consisting of. Preferably, dimethyl terephthalate may be used.
  • the aromatic dicarboxylic acid or aromatic dialkylcarboxylate may be included in an amount of 35 to 65 wt% or 45 to 55 wt% based on the total weight of the dicarboxylic compound, and when the above range is satisfied, excellent heat resistance And molded articles having improved biodegradability can be produced.
  • the aliphatic dicarboxylic acid preferably has 2 to 30 or 2 to 20 carbon atoms, and non-limiting examples include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, sebacic acid, azelaic acid, 1,9 - It may be one or a combination of two or more selected from the group consisting of nonanedicarboxylic acid, 1,10-decanedicarboxylic acid, and anhydride derivatives thereof.
  • adipic acid can be used.
  • the content of the aliphatic dicarboxylic acid may be included in 35 to 65 wt% or 45 to 55 wt% based on the total weight of the dicarboxylic acid compound.
  • aromatic dicarboxylic acid or aromatic dialkyl carboxylate and the dicarboxylic compound including the aliphatic dicarboxylic acid are 40 to 80 wt%, or 40 to 70 wt% of the total weight of the polymerizable composition. can be included as
  • the aliphatic glycol compound preferably has 2 to 30 or 2 to 20 carbon atoms, and non-limiting examples include ethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentadiol, 1,6-hexane diol, 1,2-octanediol, 1,6-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,2-decanediol and 1,10-decanediol, and the like, or a combination of two or more selected from the group consisting of there is.
  • ethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, or a combination thereof may be used.
  • the aliphatic glycol compound may be included in 20 to 60 wt%, or 30 to 60 wt% of the total weight of the polymerizable composition.
  • the content of 1,4-butanediol may be 70 mol% or more, 80 mol% to 100 mol% of the total weight of the aliphatic glycol compound, but is not significantly limited as long as the desired physical properties in the present invention are not impaired.
  • the molar ratio of the dicarboxylic compound and the aliphatic glycol compound may be 1: 1.0 to 2.5, preferably 1.1 to 2.0, more preferably 1.1 to 1.7.
  • the above range is satisfied, it is possible to achieve the desired physical properties of the present invention, and to prepare a polymer having stable reactivity and economically advantageous.
  • the polypropylene sebagate oligomer may be conventionally used or prepared by a known method, and a commercially available product may be purchased and used, but preferably one embodiment of the present invention It can be prepared through the method for producing polypropylene sebagate oligomer according to the example.
  • the polypropylene sebagate oligomer has a weight average molecular weight (Mw) of 1,000 to 10,000 g/mol, preferably 2,000 to 8,000 g/mol, more preferably 2,000 to 6,000 g/mol can
  • the polydispersity index may be 1 to 5, preferably 1 to 3, but is not limited thereto.
  • the polypropylene sebagate oligomer may be included in 0.001 to 2 wt%, preferably 0.01 to 1 wt%, and more preferably 0.05 to 0.5 wt% of the total weight of the polymerizable composition.
  • the reactivity may be stabilized during the preparation of the biodegradable polyester polymer, and the prepared polymer may simultaneously implement improved impact strength and excellent transparency.
  • the polypropylene sebagate oligomer may be present in the form of a block copolymer in the polymer backbone of the biodegradable polyester polymer, which is a separate segment that exhibits mechanical properties such as transparency and impact strength or tensile strength of the polymer itself.
  • excellent compatibility between the biodegradable polyester polymer and other biodegradable polymers can be obtained to secure more remarkable tensile strength, impact strength, elongation and transparency. there is very good
  • the biodegradable polyester polymer may have a number average molecular weight (Mn) of 30,000 to 200,000 g/mol, preferably 40,000 to 150,000 g/mol or 50,000 to 100,000 g/mol.
  • Mn number average molecular weight
  • the weight average molecular weight (Mw) may be 50,000 to 500,000 g / mol or 80,000 to 300,000 g / mol, or 100,000 to 200,000 g / mol
  • Tm melting temperature 80 to 150 ° C. or 90 to 140 ° C.
  • the biodegradable polyester polymer may have an acid value of 2.0 mg KOH/g or less, specifically 1.5 mg KOH/g or less, more specifically 1.2 mg KOH/g or less or 1.0 mg KOH/g or less, , the lower limit is not particularly limited, but may be greater than 0 mg KOH/g or greater than 0.1 mg KOH/g. When the acid value range is satisfied, tensile strength and tear strength of the biodegradable polyester polymer may be further improved.
  • the biodegradable polyester polymer has a haze value (Haze) of a film having a thickness of 50 ⁇ 2 ⁇ m prepared using the same, preferably 50% or less, more preferably 45% or less. % or less, and the lower limit is not particularly limited, but may be 1% or more.
  • the haze value is measured according to ASTM D1003.
  • the biodegradable polymer composition may further include another type of biodegradable polymer to supplement the physical properties of the biodegradable polyester polymer, specifically polybutylene adipate terephthalate (One selected from the group consisting of PBAT), polybutylene succinate (hereinafter, PBS), polycaprolactone (hereinafter, PCL), polylactic acid (hereinafter, PLA), and polyglycolic acid (hereinafter, PGA). or two or more polyesters may be further included.
  • PBS polybutylene adipate terephthalate
  • PCL polycaprolactone
  • PLA polylactic acid
  • PGA polyglycolic acid
  • the polyester may be included in 1 to 150 parts by weight, preferably 1 to 100 parts by weight, more preferably 5 to 70 parts by weight or 10 to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the biodegradable polyester polymer.
  • the content of the biodegradable polymer composition may be adjusted in order to implement physical properties suitable for, and is not limited to the above range.
  • PLA has excellent transparency, hardness and mechanical strength and is generally used in blending with PBAT, but the compatibility between PLA and PBAT is poor.
  • a molded article manufactured from such a polymer composition exhibits insufficient tensile strength, impact strength, and tear strength, and cannot realize all the advantages of PLA and PBAT, and has a disadvantage in that transparency decreases as the content of PBAT increases.
  • the biodegradable polymer composition according to a preferred embodiment of the present invention shows significantly improved compatibility by including the above-mentioned polyester polymer and PLA together, and the molded article prepared from the composition has further improved tensile strength, impact strength and Not only can implement mechanical properties such as tear strength and excellent elongation, but also has the advantage of effectively improving transparency.
  • the PLA may use commercially available products without limitation, and may have a weight average molecular weight of 50,000 to 500,000 g/mol or 80,000 to 300,000 g/mol, and a melting temperature (Tm) of 140 to 200 °C or 150 to 190 It may be °C, but it is not limited thereto as long as it does not impair the desired physical properties in the present invention.
  • the PLA may be included in an amount of 0.1 to 200 parts by weight, preferably 1 to 150 parts by weight, and more preferably 1 to 120 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyester polymer. The content of may be adjusted, and is not limited to the above range.
  • PBS is a biodegradable polymer having excellent biodegradability and crystallinity and a relatively low melting temperature.
  • processability may be improved and biodegradability of the manufactured molded article may be improved.
  • the biodegradable polymer composition includes the aforementioned biodegradable polyester polymer and PBS together, the compatibility of the composition can be improved, and the molded article prepared from the composition has improved biodegradability and mechanical properties such as tensile strength. can be implemented
  • the heat distortion temperature (HDT) of PBS is superior to that of other biodegradable polymers, it can help to improve the thermal stability of manufactured molded articles.
  • the PBS may use commercially available products without limitation, and may have a weight average molecular weight of 100,000 to 500,000 g/mol or 120,000 to 300,000 g/mol, and a melting temperature (Tm) of 80 to 140 °C or 90 to 130 °C. may be °C.
  • Tm melting temperature
  • the PBS may be included in an amount of 0.1 to 80 parts by weight, preferably 1 to 50 parts by weight, and more preferably 1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the biodegradable polyester polymer. The content of may be adjusted, and is not limited to the above range.
  • the biodegradable polymer composition may further include additives that are typically added, and include, but are not limited to, antioxidants, ultraviolet absorbers, sunscreens, ultraviolet stabilizers, starches, inorganic substances, and the like. It may further include one or two or more additives selected from. In the present invention, the content of the additive is not particularly limited as long as it does not impair the desired physical properties.
  • antioxidants phenol-based antioxidants, aromatic amine-based antioxidants, phosphorus-based antioxidants, and sulfur-based antioxidants may be used, and any commonly used or known antioxidant may be used without significant limitation, and commercially available products may be used.
  • the content of the antioxidant may be included in 0.001 to 5 wt%, or 0.01 to 2 wt% based on the total weight of the biodegradable polymer composition, but is not limited thereto.
  • UV absorber As long as the UV absorber is commonly used or known, it may be used without any particular limitation, and for example, a benzotriazole-based UV absorber may be used.
  • the benzotriazole-based UV absorber include 2-(2'-hydroxyphenyl)benzotriazole, 2-(2'-hydroxy-5'-methylphenyl)benzotriazole, 2-(3',5 '-di-tert-butyl-2'-hydroxyphenyl) benzotriazole, 2- (5'-tert-butyl-2'-hydroxyphenyl) benzotriazole, 2- (2'-hydroxy-5 '-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl)benzotriazole, 2-(3',5'-di-tert-butyl-2'-hydroxyphenyl)-5-chlorobenzotriazole , 2-(3'-tert-butyl-2'-hydroxy-5'-methylphenyl-5-chlorobenzotriazole and
  • the sunscreen agent may also act as a pigment, and non-limiting examples include barium sulfate, bentonite, calcium sulfate, iron (III) oxide, ferric hydroxide, kaolin, carbon black, copper oxide, magnesium oxide, silver, silicon dioxide, and silicon dioxide.
  • Lloyd, hydrophobic alkylated silicon dioxide, talc, titanium dioxide (TiO 2 ), bismuth oxychloride, zinc oxide, zinc stearate and melanin may be one or more selected from, but not limited to, limited to commercially available products can be used without
  • the amount of the sunscreen may be included in 0.1 to 10 wt% or 0.5 to 5 wt% based on the total weight of the biodegradable polymer composition, but is not limited thereto.
  • HALS-based UV stabilizer may be used.
  • HALS-based UV stabilizer include 1,1-bis (2, 2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)succinate, bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacate, bis(1,2,2,6, 6-pentamethyl-4-piperidyl)sebacate, bis(1-octyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacate, bis(1,2,2,6 ,6-pentamethyl-4-piperidyl)-N-butyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzylmalonate, tris(2,2,6,6-tetramethyl-4- One selected from the group consisting of piperidyl) nitrilotriacetate and tetrakis(2,2,6,6-t
  • the starch may be used to improve biodegradability, and may be specifically thermoplastic starch.
  • thermoplastic starch include rice starch, wheat starch, corn starch, sweet potato starch, potato starch, tapioca starch, cassava starch, and modified starches thereof.
  • the modified starch may mean ⁇ -starch, acid-treated starch, oxidized starch, cationic starch, ester starch, and ether starch prepared by physically or chemically treating starch.
  • the content of the starch may be included in 0.1 to 20 wt%, or 0.5 to 10 wt% based on the total weight of the biodegradable polymer composition, but is not limited thereto.
  • the inorganic material may be used to improve mechanical and thermal properties or workability, and non-limiting examples include calcium carbonate, talc, carbon black, bentonite, silica, mica, silica, wood flour, chalk, woolas-tonite (Woolas -tonite) and diatomaceous earth can be used.
  • the content of the inorganic material may be included in 0.1 to 25 wt% or 1 to 20 wt% based on the total weight of the biodegradable polymer composition, but is not limited thereto.
  • the present invention comprises the steps of (A) preparing a polypropylene sebagate oligomer by condensation polymerization after esterification of sebacic acid and an excess of 1,3-propanediol; (B) preparing a polyester polymer by reacting a dicarboxylic compound, an aliphatic glycol compound, and the polypropylene sebagate oligomer; provides a method for producing a biodegradable polyester polymer comprising the.
  • Step (A) includes (A-1) esterification of sebacic acid and excess 1,3-propanediol to prepare a precursor, and (A-2) condensation polymerization of the precursor to prepare a polypropylene sebagate oligomer
  • the step of doing; may include.
  • the molar ratio of sebacic acid and 1,3-propanediol is 1: 1.0 to 3.0, preferably 1: 1.1 to 2.0, more preferably 1: 1.1 to 1.5
  • the reaction temperature is carried out under conditions of 200 to 250 ° C, preferably 200 to 220 ° C, and the esterification reaction may be performed using a titanium-based catalyst.
  • a precursor of polypropylene sebagate oligomer may be prepared through the esterification reaction.
  • Non-limiting examples of the titanium-based catalyst include tetraethyl titanate, tetra-n-propyl titanate, tetra-isopropyl titanate, tetrabutyl titanate, tetra-isobutyl titanate, and butyl-isopropyl titanate. Examples include, but are not limited to.
  • the content of the titanium-based catalyst may be 0.00001 to 1 part by weight, or 0.0001 to 0.15 part by weight based on 100 parts by weight, which is the total of the sebacic acid and 1,3-propanediol, but the physical properties intended in the present invention are not impaired. If not, it is not limited thereto.
  • the step (A-1) may be performed at a reaction temperature of 200 to 260 ° C, preferably 220 to 240 ° C and a vacuum condition of 0.5 to 1 Torr, and polypropylene sebagate oligomer may be prepared by condensation polymerization of the precursor.
  • the polycondensation time may be 1 to 30 minutes, preferably 3 to 15 minutes, and when the above range is satisfied, a polypropylene sebagate oligomer satisfying the above molecular weight range can be prepared, and the biodegradable Polyester polymers can secure improved impact strength and transparency.
  • a stabilizer may be further added in addition to the catalyst in the esterification reaction and polycondensation step, and phosphorous acid and triphenyl phosphate may be used as non-limiting examples, but are not limited thereto.
  • the content of the stabilizer may be 0.000001 to 1 part by weight, or 0.000005 to 0.1 part by weight based on 100 parts by weight, which is the total of the sebacic acid and 1,3-propanediol. Not limited to this.
  • the terminal of the polypropylene sebagate oligomer may have a hydroxyl group.
  • the prepared polypropylene sebagate oligomer is preferable because it can satisfy the above-described molecular weight range.
  • (B) preparing a polyester polymer by reacting the dicarboxylic compound, the aliphatic glycol compound and the polypropylene sebagate oligomer; (B-1) the dicarboxylic compound, the aliphatic glycol compound and the polypropylene It may include preparing a precursor by reacting sebagate oligomer, and (B-2) preparing a polyester polymer by condensation polymerization of the precursor.
  • an esterification reaction and a transesterification reaction may proceed, and the order may be changed depending on the input raw material.
  • an aromatic dicarboxylic acid or aromatic dialkyl carboxylate, an aliphatic glycol compound, and a catalyst among dicarboxylic compounds are first introduced to carry out an esterification reaction or a transesterification reaction at a temperature of 180 to 220 ° C.
  • a first reaction may be performed, and then an esterification reaction may be performed as a second reaction at a temperature of 180 to 230° C. by introducing an aliphatic carboxylic acid and a catalyst.
  • the catalyst may be a titanium-based catalyst, and examples of specific compounds are the same as those described above.
  • the content of the catalyst may be 0.00001 to 1 part by weight, or 0.0001 to 0.15 part by weight based on 100 parts by weight of the total of the dicarboxylic compound and the aliphatic glycol compound, but if the physical properties desired in the present invention are not impaired, Not limited to this.
  • an aliphatic carboxylic acid, an aliphatic glycol compound, and a catalyst are first introduced to perform a primary esterification reaction at a temperature of 180 to 220 ° C., and an aromatic dicarboxylic acid or dicarboxylic acid among dicarboxylic compounds
  • An aromatic dialkyl carboxylate and a catalyst may be added next to perform an esterification reaction or a transesterification reaction as a secondary reaction at a temperature of 180 to 230 °C.
  • the catalyst may be a titanium-based catalyst, and examples and contents of specific compounds are the same as those described above.
  • Copolymerization is performed by introducing the polypropylene sebagate oligomer together with the compounds during the first or second reaction of step (B-1).
  • the content of the polypropylene sebagate oligomer is 0.001 to 5 parts by weight, preferably 0.001 to 1 part by weight, more preferably 0.01 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total of the dicarboxylic compound and the aliphatic glycol compound. there is.
  • the (B-2) step of condensation polymerization of the precursor to prepare a polyester polymer may be performed under a reaction temperature condition of 200 to 260 ° C, preferably 220 to 250 ° C under an antimony oxide, tin oxide or zinc oxide catalyst.
  • the content of the catalyst may be 0.00001 to 1 part by weight, or 0.0001 to 0.5 part by weight based on 100 parts by weight of the total of the dicarboxylic compound and the aliphatic glycol compound, but if the physical properties desired in the present invention are not impaired, Not limited to this.
  • the polypropylene sebagate oligomer may be introduced in step (B-2) instead of step (B-1).
  • a stabilizer may be further added in addition to the catalyst, and phosphorous acid and triphenylphosphate may be used as non-limiting examples, but the present invention is not limited thereto.
  • the content of the stabilizer may be 0.000001 to 1 part by weight, or 0.000005 to 0.1 part by weight based on 100 parts by weight of the total of the dicarboxylic compound and the aliphatic glycol compound. Not limited to this.
  • the present invention can provide a molded article manufactured through extrusion or injection processing using the above-described biodegradable polymer composition.
  • the molded article may be a packaging container, a disposable bag, a disposable household item, or a packaging buffer material.
  • the processing method of the molded article if it is a conventionally used or known method, it can be used without great limitation. For example, methods such as casting, extrusion, injection, and blow molding may be used, and preferably, extrusion or injection processing may be used.
  • the molded article can implement physical properties suitable for the purpose to be applied by appropriately adjusting the content of the components of the above-described biodegradable polymer composition.
  • the molded article may have excellent mechanical strength and elongation such as tensile strength, impact strength and tear strength, and improved transparency.
  • Mn, Mw Molecular weight (Mn, Mw): A sample sample having an oligomer or resin concentration of 1 wt% in THF was prepared, and weight average molecular weight and number average were determined using gel permeation chromatography (GPC, Waters2690 model HPLC/RI Detector) Molecular weight was measured. PS (polystyrene) was used as a standard sample, the flow rate was measured at 1.0 mL/min, and the column temperature was set at 40.0 °C.
  • GPC gel permeation chromatography
  • Preparation Example 1 Except for the addition of 76.1g (1 mol) of 1,3-propanediol in Preparation Example 1, the same procedure as in Preparation Example 1 was performed, but the reaction was stopped when an appropriate high viscosity was obtained to obtain a polypropylene sebagate polymer. .
  • the weight average molecular weight of the polymer was 54,200 g/mol.
  • Example 2 The same procedure as in Example 2 was performed except that the polypropane sebagate oligomer of Preparation Example 1 was not added in Example 2.
  • Example 6 The same procedure as in Example 6 was performed except that the polypropane sebagate oligomer of Preparation Example 1 was not added in Example 6.
  • Example 2 The same procedure as in Example 2 was performed except that the polypropanesebagate polymer of Preparation Example 2 was added instead of the polypropanesebagate oligomer of Preparation Example 1 in Example 2. Comparative Example 3 had poor reactivity, and the obtained polymer had haze of 87% and impact strength of 22000 mN.
  • compositions of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below.
  • UV absorber SONGSORB-3600
  • Table 2 After adding 200 g of UV absorber (SONGSORB-3600) in addition to the biodegradable polymer composition composed according to Table 2 in a super mixer with a total capacity of 200 Kg, mixing with a super mixer for 5 minutes, pellets with a twin screw extruder at a cylinder temperature of 160 ° C. was manufactured. After drying the pellets in a dehumidifying dryer for 8 hours, a 50 ⁇ m film was prepared using a single sheet extruder. The physical properties of the prepared film were measured and shown in Table 2 below.
  • Example 8 Example 9
  • Example 10 Example 11 Comparative Example 4 Comparative Example 5
  • Example 2 50
  • Example 7 50
  • Comparative Example 1 50
  • Example 7 50
  • Comparative Example 1 50
  • PBAT 50 PLA
  • 40 50
  • PBS 10 10 Hzae [%] 31 34 25 27 60
  • impact strength [mN] 54800 55200 85200 86700 30900 41600
  • the films according to Examples 8 to 11 exhibited excellent transparency (less than 40% haze) and impact strength (more than 50000 mN), and as a result of the biodegradability test, all of them showed a biodegradability of 60% after 45 days. It was confirmed that it was abnormal.

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Abstract

본 발명은 투명성과 충격강도가 우수한 생분해성 폴리에스테르 중합체 및 이를 포함하는 생분해성 고분자 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체는 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트, 및 지방족 디카르복실산을 포함하는 디카르복실계 화합물, 지방족 글리콜 화합물 및 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 포함하는 중합성 조성물로부터 제조되어 향상된 투명성 및 충격강도를 구현할 수 있다.

Description

투명성과 충격강도가 우수한 생분해성 폴리에스테르 중합체 및 이를 포함하는 생분해성 고분자 조성물
본 발명은 투명성과 충격강도가 우수한 생분해성 폴리에스테르 중합체 및 이를 포함하는 생분해성 고분자 조성물에 관한 것이다.
플라스틱 사용으로 인한 환경오염에 대하여, 대체 소재인 종이를 사용하거나, 특정 조건에서 분해되는 생분해성 고분자를 사용하는 방법이 해결책으로 제시되고 있으며, 이에 대한 연구개발도 활발히 진행되고 있다.
상기 생분해성 고분자 중 전분계 고분자는 경제성은 우수하지만 기계적 물성이 매우 취약하여 잘 사용하지 않으며, 대신 폴리에스터계 고분자를 주로 사용한다. 폴리에스터계 고분자로는 폴리부틸렌아디페이트 (PBA), 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT), 폴리부틸렌석시네이트(PBS) 폴리카프로락톤(PCL), 및 폴리락트산(PLA)등이 있다.
이중 PLA는 경질의 고분자로 생분해성 폴리에스터계 고분자 중에서 가장 저렴하며, 투명성, 경도 및 기계적 강도가 좋지만, 취성이 있어 충격에 약하고 인열 특성이 미흡하여 단독으로 제품에 적용하는데 어려움이 있다. 반면, PBAT는 연질의 고분자로 유연성이 좋아 충격강도가 우수하지만, 경도나 기계적 강도 및 투명성이 미흡하다는 단점이 있다. 때문에 국내/외 연구진들은 PLA와 PBAT를 블랜딩하여 미흡한 물성을 상호보완하려는 연구를 진행하고 있다.
대한민국 등록특허 KR 10-0428687 B1에서는 방향족-지방족 폴리에스테르, 지방족-폴리에스테르 및 PLA를 이축압출기로 압출하여 인열강도, 인장강도 및 신율이 향상된 필름을 제조하였다. 하지만, 상기 특허에서는 필름 자체의 투명성을 확보하지 못하였고, PLA를 과량 투입할 경우 충격강도 및 신율이 급격히 저하되는 문제가 발생하였다.
또한, 일반적으로 PLA와 PBAT의 상용성이 좋지 않기 때문에 이들을 블랜딩할 경우 기계적 물성이나 열적 특성이 저하되며, 이러한 문제를 해결하기 위해 상용성을 향상시킬 수 있는 첨가제를 추가적으로 투입한다. 하지만, 이는 성형품에 저분자량의 화합물이 포함됨에 따라, 포장용기 등과 같은 용도로 사용하기 어려우며 물성 향상에도 한계가 있다.
따라서 우수한 충격강도 등과 같은 기계적 물성 및 투명성을 동시에 만족하는 생분해성 고분자에 대한 연구개발이 절실히 요구되고 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 투명성과 충격강도가 향상된 신규한 생분해성 폴리에스테르 중합체 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체를 포함하는 생분해성 고분자 조성물 및 이를 이용한 성형품을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 끊임없이 연구한 결과, 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트, 및 지방족 디카르복실산을 포함하는 디카르복실계 화합물, 지방족 글리콜 화합물 및 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 포함하는 중합성 조성물로부터 제조되는 생분해성 폴리에스테르 중합체의 경우, 현저히 향상된 투명성 및 충격강도를 구현할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 (a) 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트, 및 지방족 디카르복실산을 포함하는 디카르복실계 화합물, (b) 지방족 글리콜 화합물 및 (c) 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 포함하는 중합성 조성물로부터 제조되는 생분해성 폴리에스테르 중합체를 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 2,000 내지 6,000 g/mol일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 지방족 디카르복실산은 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 세바식산, 아젤라인산, 1,9-노난디카르복실산, 1,10-데칸디카르복실산 및 이의 무수물 유도체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 방향족 디카르복실산은 프탈산, 이소프탈산 및 테레프탈산 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있고, 상기 방향족 디알킬카르복실레이트는 디메틸프탈레이트, 디에틸프탈레이트, 디메틸이소프탈레이트, 디에틸이소프탈레이트, 디메틸테레프탈레이트 및 디에틸테레프탈레이트 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 지방족 글리콜 화합물은 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,4-부탄디올, 1,5-펜타디올, 1,6-헥산디올, 1,2-옥탄디올, 1,6-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,2-데칸디올 및 1,10-데칸디올 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 상기 중합성 조성물 전체 중량에서 0.01 내지 1 wt%로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트는 상기 디카르복실계 화합물 전체 중량에서 45 내지 55 wt%로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 디카르복실계 화합물 및 상기 지방족 글리콜 화합물의 몰비는 1 : 1.1 내지 1. 7일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체는 중량평균분자량(Mw)이 100,000 내지 200,000 g/mol일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체는 이를 이용하여 제조된 50±2㎛ 두께의 필름이 50% 이하의 헤이즈 값을 가질 수 있고, 상기 헤이즈 값은 ASTM D1003에 의거하여 측정된 것이다.
본 발명은 상술한 생분해성 폴리에스테르 중합체를 포함하는 생분해성 고분자 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 생분해성 고분자 조성물은 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트, 폴리부틸렌석시네이트, 폴리카프로락톤, 폴리락트산 및 폴리글라이콜산으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 폴리에스테르를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 생분해성 고분자 조성물을 이용하여 압출 또는 사출가공을 통해 제조된 성형품을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 성형품은 포장용기, 일회용 봉투, 일회용 생활용품, 또는 포장완충재일 수 있다.
본 발명은 (A) 세바식산 및 과량의 1,3-프로판디올을 에스테르화 반응 후 축중합하여 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 제조하는 단계; 및
(B) 디카르복실계 화합물, 지방족 글리콜 화합물 및 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 반응시켜 폴리에스테르 중합체를 제조하는 단계;를 포함하는 생분해성 폴리에스테르 중합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 (A)단계에서, 상기 세바식산 및 1,3-프로판디올의 몰비는 1 : 1.1 내지 1.5일 수 있다.
본 발명에 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체는 종래에 문제가 되어왔던 PBAT의 불투명함 및 낮은 기계적 강도를 효과적으로 개선한 것이며, 상기 중합체는 향상된 투명성 및 충격강도 나타낸다. 또한, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체를 PLA 등의 생분해성 고분자와 블랜딩할 경우 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체의 폴리프로필렌세바게이트 올리고머 부분이 상용성을 개선시켜 주며, 이러한 생분해성 고분자 조성물을 가공하여 제조되는 성형품은 더욱 향상된 기계적 물성을 가질 수 있으며, 이를 이용하여 포장용기, 일회용 봉투, 일회용 생활용품, 및 포장완충재 등의 다양한 용도에 적용할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 용어 "올리고머"는 단량체들의 중합에 의해 만들어지는 저분자량의 중합체로, 구체적으로 중량평균분자량이 100 내지 10,000 g/mol인 중합체를 의미한다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 관하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 (a) 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트, 및 지방족 디카르복실산을 포함하는 디카르복실계 화합물, (b) 지방족 글리콜 화합물 및 (c) 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 포함하는 중합성 조성물로부터 제조되는 생분해성 폴리에스테르 중합체를 제공한다.
상기 방향족 디카르복실산은 탄소수 6 내지 50 또는 6 내지 30인 것이 좋고, 비제한적인 예로는 프탈산, 이소프탈산 및 테레프탈산 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다. 상기 방향족 디알킬카르복실레이트는 탄소수 6 내지 50 또는 6 내지 30인 것이 좋고, 비제한적인 예로는 디메틸프탈레이트, 디에틸프탈레이트, 디메틸이소프탈레이트, 디에틸이소프탈레이트, 디메틸테레프탈레이트 및 디에틸테레프탈레이트 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다. 바람직하게는 디메틸테레프탈레이트를 사용할 수 있다. 이때, 상기 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트는 상기 디카르복실계 화합물 전체 중량에서 35 내지 65 wt% 또는 45 내지 55 wt%로 포함될 수 있으며, 상기 범위를 만족하는 경우, 우수한 내열성 및 향상된 생분해성을 갖는 성형품을 제조할 수 있다.
상기 지방족 디카르복실산은 탄소수 2 내지 30 또는 2 내지 20인 것이 좋고, 비제한적인 예로는 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 세바식산, 아젤라인산, 1,9-노난디카르복실산, 1,10-데칸디카르복실산 및 이의 무수물 유도체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다. 바람직하게는 아디프산을 사용할 수 있다. 상기 지방족 디카르복실산의 함량은 상기 디카르복실계 화합물 전체 중량에서 35 내지 65 wt% 또는 45 내지 55 wt%로 포함될 수 있다.
상술한 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트, 및 지방족 디카르복실산을 포함하는 상기 디카르복실계 화합물은 상기 중합성 조성물 전체 중량의 40 내지 80 wt%, 또는 40 내지 70 wt%로 포함될 수 있다.
상기 지방족 글리콜 화합물은 탄소수 2 내지 30 또는 2내지 20인 것이 좋고, 비제한적인 예로는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,4-부탄디올, 1,5-펜타디올, 1,6-헥산디올, 1,2-옥탄디올, 1,6-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,2-데칸디올 및 1,10-데칸디올 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다. 바람직하게는 에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 상기 지방족 글리콜 화합물은 중합성 조성물 전체 중량의 20 내지 60 wt%, 또는 30 내지 60 wt%로 포함될 수 있다.
좋게는 상기 1,4-부탄디올의 함량이 상기 지방족 글리콜 화합물 전체 중량의 70 mol% 이상, 80 mol% 내지 100 mol%일 수 있지만, 본 발명에서 목적으로 하는 물성을 저해하지 않는다면 크게 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 디카르복실계 화합물 및 상기 지방족 글리콜 화합물의 몰비는 1 : 1.0 내지 2.5, 좋게는 1.1 내지 2.0, 더 좋게는 1.1 내지 1. 7일 수 있다. 상기 범위를 만족할 경우, 본 발명이 목적으로 하는 물성을 달성할 수 있으며 반응성이 안정적이고 경제적으로 유리한 중합체를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 통상적으로 사용되거나 공지된 방법에 의해 제조된 것일 수 있고, 시중에서 판매되는 제품을 구매하여 사용할 수 있지만, 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리프로필렌세바게이트 올리고머의 제조방법을 통해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 1,000 내지 10,000 g/mol, 바람직하게 2,000 내지 8,000 g/mol, 더욱 바람직하게 2,000 내지 6,000 g/mol 일 수 있다. 또한 다분산 지수는 1 내지 5, 좋게는 1 내지 3일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 범위를 만족하는 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 포함하여 생분해성 폴리에스테르 중합체를 제조할 경우, 투명성과 충격강도가 효과적으로 향상될 수 있고, 이를 포함하는 생분해성 고분자 조성물은 상용성이 더욱 향상되어 우수한 투명성 및 기계적 강도를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 중합성 조성물 전체 중량의 0.001 내지 2 wt%, 좋게는 0.01 내지 1 wt%, 더 좋게는 0.05 내지 0.5 wt%로 포함될 수 있다. 상기 범위를 만족할 경우, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체 제조시 반응성이 안정될 수 있고, 제조된 중합체는 향상된 충격강도 및 우수한 투명성을 동시에 구현할 수 있다.
나아가, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체의 고분자 주쇄(backbone)에 폴리프로필렌세바게이트 올리고머가 블락코폴리머의 형태로 존재할 수 있고, 이는 별도의 segment로서 중합체 자체의 투명성 및 충격강도나 인장강도 등과 같은 기계적 물성을 향상시켜줄 뿐 만이 아니라, 다른 생분해성 고분자와 블랜딩될 경우, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체와 다른 생분해성 고분자 사이에 우수한 상용성을 부여하여 보다 현저한 인장강도, 충격강도, 신율 및 투명성을 확보할 수 있어 매우 좋다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체는 수평균분자량(Mn)이 30,000 내지 200,000 g/mol, 좋게는 40,000 내지 150,000 g/mol 또는 50,000 내지 100,000 g/mol일 수 있다. 또한, 중량평균분자량(Mw)은 50,000 내지 500,000 g/mol 또는 80,000 내지 300,000 g/mol, 또는 100,000 내지 200,000 g/mol 일 수 있고, 용융온도(Tm)는 80 내지 150℃ 또는 90 내지 140℃일 수 있다.
또한, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체는 산가(Acid Value)는 2.0 mg KOH/g 이하, 구체적으로 1.5 mg KOH/g 이하, 더욱 구체적으로 1.2 mg KOH/g 이하 또는 1.0 mg KOH/g 이하 일 수 있고, 하한은 특별히 제한되지 않지만, 0 mg KOH/g 초과 또는 0.1 mg KOH/g 이상 일 수 있다. 상기 산가범위를 만족할 경우, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체의 인장강도 및 인열강도가 더욱 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체는 이를 이용하여 제조된 50±2㎛ 두께의 필름의 헤이즈 값(Haze)은 60% 이하, 좋게는 50% 이하, 더 좋게는 45% 이하일 수 있고, 하한은 특별히 제한되지 않지만, 1% 이상일 수 있다. 상기 헤이즈 값은 ASTM D1003에 의거하여 측정된 것이다. 상기 범위를 만족할 경우, 투명성이 향상된 생분해성 폴리에스테르 중합체를 확보할 수 있으며, 이를 이용하여 성형품을 제조할 경우 투명도가 요구되는 제품에도 적용할 수 있어 시장성이 확대될 수 있어 좋다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 생분해성 고분자 조성물은 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체의 물성을 보완하기 위하여 다른 종류의 생분해성 고분자를 더 포함할 수 있고, 구체적으로 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(이하, PBAT), 폴리부틸렌석시네이트(이하, PBS), 폴리카프로락톤(이하, PCL), 폴리락트산(이하, PLA) 및 폴리글라이콜산(이하, PGA) 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 폴리에스테르를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 폴리에스테르는 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체 100 중량부에 대하여 1 내지 150 중량부, 좋게는 1 내지 100 중량부, 더 좋게는 5 내지 70 중량부 또는 10 내지 50 중량부로 포함될 수 있지만, 용도에 적합한 물성을 구현하기 위해 상기 생분해성 고분자 조성물의 함량은 조절될 수 있으며, 상기 범위에 제한되지 않는다.
상기 폴리에스테르중 PLA는 투명성이 우수하고, 경도(Hardness) 및 기계적 강도가 우수하여 일반적으로 PBAT와 블랜딩되어 사용되기도 하지만 PLA와 PBAT의 상용성이 좋지 않다. 이러한 고분자 조성물로부터 제조된 성형품은 미흡한 인장강도, 충격강도 및 인열강도를 나타내 PLA와 PBAT의 장점을 모두 구현할 수 없으며, PBAT의 함량이 증가할수록 투명성이 저하되는 단점이 있다. 하지만 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 생분해성 고분자 조성물은 상술한 폴리에스테르 중합체와 PLA를 함께 포함함에 따라 현저히 개선된 상용성을 나타내며, 상기 조성물로부터 제조된 성형품은 더욱 향상된 인장강도, 충격강도 및 인열강도 등의 기계적 물성 및 우수한 신율을 구현할 수 있을 뿐만이 아니라, 투명성을 효과적으로 개선할 수 있다는 장점이 있다. 상기 PLA는 시중에서 판매되는 제품을 제한없이 사용할 수 있으며, 중량평균분자량이 50,000 내지 500,000 g/mol 또는 80,000 내지 300,000 g/mol일 수 있고, 용융온도(Tm)는 140 내지 200℃또는 150 내지 190℃일 수 있지만, 본 발명에서 목적으로 하는 물성을 저해하지 않는다면 이에 제한되지 않는다. 상기 PLA는 상기 폴리에스테르 중합체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 200 중량부, 좋게는 1 내지 150 중량부, 더 좋게는 1 내지 120 중량부중량부로 포함될 수 있지만, 용도에 적합한 물성을 구현하기 위해 상기 PLA의 함량은 조절될 수 있으며, 상기 범위에 제한되지 않는다.
또한, 상기 폴리에스테르중 PBS는 생분해성 및 결정성이 우수하며, 비교적 낮은 용융온도를 가지는 생분해성 고분자이다. 상기 PBS를 포함하는 생분해성 고분자 조성물의 경우, 가공성이 개선될 수 있고, 제조된 성형품의 생분해성이 향상될 수 있다. 바람직하게, 상기 생분해성 고분자 조성물은 상술한 생분해성 폴리에스테르 중합체와 PBS를 함께 포함함에 따라 조성물의 상용성이 좋아질 수 있고, 상기 조성물로부터 제조된 성형품은 향상된 생분해성 및 인장강도 등의 기계적 물성을 구현할 수 있다. 또한, PBS의 열변형온도(HDT)가 다른 생분해성 고분자보다 우수하기 때문에 제조된 성형품의 열안정성을 향상시키는데 도움이 될 수 있다. 상기 PBS는 시중에서 판매되는 제품을 제한없이 사용할 수 있으며, 중량평균분자량이 100,000 내지 500,000 g/mol 또는 120,000 내지 300,000 g/mol일 수 있고, 용융온도(Tm)는 80 내지 140℃또는 90 내지 130℃일 수 있다. 상기 PBS는 상기 생분해성 폴리에스테르 중합체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 80 중량부, 좋게는 1 내지 50 중량부, 더 좋게는 1 내지 30 중량부로 포함될 수 있지만, 용도에 적합한 물성을 구현하기 위해 상기 PBS의 함량은 조절될 수 있으며, 상기 범위에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 생분해성 고분자 조성물은 통상적으로 첨가되는 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 비제한적인 예로 산화방지제, 자외선 흡수제, 자외선 차단제, 자외선 안정제, 전분 및 무기물 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 목적으로 하는 물성을 저해하지 않는다면 첨가제의 함량은 특별히 제한되지 않는다.
상기 산화방지제는 페놀계 산화방지제, 방향족 아민계 산화방지제, 인계 산화방지제 및 유황계 산화방지제 등을 사용할 수 있고, 통상적으로 사용되거나 공지된 것이라면 크게 제한없이 사용할 수 있으며, 시중에서 판매되는 제품을 사용할 수 있다. 상기 산화방지제의 함량은 상기 생분해성 고분자 조성물 총 중량에 대해 0.001 내지 5 wt%, 또는 0.01 내지 2 wt%로 포함될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
상기 자외선 흡수제는 통상적으로 사용되거나 공지된 것이라면 크게 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 벤조트리아졸계 자외선 흡수제 등을 사용할 수 있다. 상기 벤조트리아졸계 자외선 흡수제의 비제한적인 예로 2-(2'-하이드록시페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-하이드록시-5'-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(3',5'-디-tert-부틸-2'-하이드록시페닐)벤조트리아졸, 2-(5'-tert-부틸-2'-하이드록시페닐)벤조트리아졸, 2-(2'-하이드록시-5'-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐)벤조트리아졸, 2-(3',5'-디-tert-부틸-2'-하이드록시페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(3'-tert-부틸-2'-하이드록시-5'-메틸페닐-5-클로로벤조트리아졸 및 비스[2-하이드록시-5-t-옥틸-3-(벤조트리아졸-2-일)페닐]메탄 등을 들 수 있지만, 이에 제한되지 않으며, 시중에서 판매되는 제품을 제한없이 사용할 수 있다. 상기 자외선 흡수제의 함량은 상기 생분해성 고분자 조성물 총 중량에 대해 0.001 내지 5 wt%, 또는 0.01 내지 3 wt%로 포함될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
상기 자외선 차단제는 안료의 역할도 동시에 할 수 있으며, 비제한적인 예로 황산바륨, 벤토나이트, 황산칼슘, 산화철(III), 수산화제이철, 카올린, 카본 블랙, 산화구리, 산화마그네슘, 은, 이산화규소, 실로이드, 소수성 알킬화 이산화규소, 탈크, 이산화티타늄(TiO2), 옥시염화비스무트, 산화아연, 아연 스테아레이트 및 멜라닌 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있지만, 이에 제한되지 않으며, 시중에서 판매되는 제품을 제한없이 사용할 수 있다. 상기 자외선 차단제의 함량은 상기 생분해성 고분자 조성물 총 중량에 대해 0.1 내지 10 wt%, 또는 0.5 내지 5 wt%로 포함될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
상기 자외선 안정제는 통상적으로 사용되거나 공지된 것이라면 크게 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 HALS계 자외선 안정제 등을 사용할 수 있고, 상기 HALS계 자외선 안정제의 비제한적인 예로, 1,1-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)숙시네이트, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트, 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트, 비스(1-옥틸옥시-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트, 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)-N-부틸-3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시벤질말로네이트, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)니트릴로트리아세테이트 및 테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)-1,2,3,4-부탄 테트라카복실레이트 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있지만, 이에 제한되지 않으며, 시중에서 판매되는 제품을 사용할 수 있다. 상기 자외선 안정제의 함량은 상기 생분해성 고분자 조성물 총 중량에 대해 0.001 내지 5 wt%, 또는 0.01 내지 3 wt%로 포함될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
상기 전분은 생분해성를 향상시키기 위해 사용될 수 있으며, 구체적으로 열가소성 전분일 수 있다. 상기 열가소성 전분의 비제한적인 예로, 쌀전분, 밀전분, 옥수수전분, 고구마전분, 감자전분, 타피오카전분, 카사바전분 및 이들의 변성 전분 등을 사용할 수 있다. 상기 변성 전분이라 함은 전분에 물리적 또는 화학적 처리를 하여 제조된 α-전분, 산처리전분, 산화전분, 양성전분, 에스테르전분 및 에테르전분 등을 의미할 수 있다. 상기 전분의 함량은 상기 생분해성 고분자 조성물 총 중량에 대해 0.1 내지 20 wt%, 또는 0.5 내지 10 wt%로 포함될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
상기 무기물은 기계적, 열적 특성이나 혹은 작업성을 개선하기 위해 사용될 수 있으며, 비제한적인 예로 탄산칼슘, 탈크, 카본블랙, 벤토나이트, 실리카, 마이카, 규석, 목분, 쵸크, 울라스-토나이트(Woolas-tonite) 및 규조토 등을 사용할 수 있다. 상기 무기물의 함량은 상기 생분해성 고분자 조성물 총 중량에 대해 0.1 내지 25 wt%, 또는 1 내지 20 wt%로 포함될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체의 제조방법에 관하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 (A) 세바식산 및 과량의 1,3-프로판디올을 에스테르화 반응 후 축중합하여 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 제조하는 단계; (B) 디카르복실계 화합물, 지방족 글리콜 화합물 및 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 반응시켜 폴리에스테르 중합체를 제조하는 단계;를 포함하는 생분해성 폴리에스테르 중합체의 제조방법을 제공한다.
상기 (A)단계는 (A-1) 세바식산 및 과량의 1,3-프로판디올을 에스테르화 반응하여 전구체를 제조하는 단계 및 (A-2) 상기 전구체를 축중합하여 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 (A-1)단계에서 상기 세바식산 및 1,3-프로판디올을 몰비의 1 : 1.0 내지 3.0, 좋게는 1 : 1.1 내지 2.0, 더 좋게는 1 : 1.1 내지 1.5를 만족하도록 하고, 반응온도는 200 내지 250℃, 좋게는 200 내지 220℃의 조건에서 진행하며, 촉매는 티탄계 촉매를 사용하여 에스테르화 반응을 진행할 수 있다. 상기 에스테르화 반응을 통해 폴리프로필렌세바게이트 올리고머의 전구체를 제조할 수 있다. 상기 티탄계 촉매의 비제한적인 예로는 테트라에틸티타네이트, 테트라-n-프로필 티타네이트, 테트라-이소프로필티타네이트, 테트라부틸티타네이트, 테트라-이소부틸티타네이트 및 부틸-이소프로필티타네이트 등을 들 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 티탄계 촉매의 함량은 상기 세바식산 및 1,3-프로판디올의 총합인 100 중량부에 대하여 0.00001 내지 1 중량부, 또는 0.0001 내지 0.15 중량부일 수 있지만, 본 발명에서 목적으로 하는 물성을 저해하지 않는다면, 이에 제한되지 않는다.
또한, 상기 (A-1)단계는 200 내지 260℃, 좋게는 220 내지 240℃의 반응온도 및 0.5 내지 1 Torr 진공 조건에서 진행할 수 있고, 상기 전구체를 축중합하여 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 제조할 수 있다. 상기 축중합 시간은 1 내지 30분, 좋게는 3 내지 15분 일 수 있으며, 상기 범위를 만족할 경우, 상술한 분자량범위를 만족하는 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 제조할 수 있으며 이를 포함하여 제조된 생분해성 폴리에스테르 중합체는 향상된 충격강도 및 투명성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 에스테르화 반응 및 축중합 단계에서 촉매 이외에 안정제를 더 첨가할 수 있으며, 비제한적인 예로 아인산 및 트리페닐포스페이트 등을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 안정제의 함량은 상기 세바식산 및 1,3-프로판디올의 총합인 100 중량부에 대하여 0.000001 내지 1 중량부, 또는 0.000005 내지 0.1 중량부일 수 있지만, 본 발명에서 목적으로 하는 물성을 저해하지 않는다면, 이에 제한되지 않는다.
상기 (A)단계에서 상기 1,3-프로판디올이 과량으로 첨가됨에 따라 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머의 말단은 하이드록시기를 가질 수 있으며, 특히, 상기 세바식산 및 1,3-프로판디올이 상기 몰비범위일 경우, 제조되는 폴리프로필렌세바게이트 올리고머가 앞서 상술한 분자량범위를 만족할 수 있어 바람직하다.
상기 (B) 디카르복실계 화합물, 지방족 글리콜 화합물 및 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 반응시켜 폴리에스테르 중합체를 제조하는 단계;는 (B-1) 디카르복실계 화합물, 지방족 글리콜 화합물 및 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 반응시켜 전구체를 제조하는 단계 및 (B-2) 상기 전구체를 축중합하여 폴리에스테르 중합체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (B-1) 단계의 디카르복실계 화합물 및 지방족 글리콜 화합물에 대한 구체적인 설명 및 화합물의 예시는 앞서 설명한 바와 동일하다.
구체적인 일 양태로서, 상기 (B-1)단계는 에스테르화 반응 및 에스테르 교환반응이 진행될 수 있으며, 그 순서는 투입하는 원료에 따라 바뀔 수 있다. 상기 (B-1)단계는 디카르복실계 화합물 중 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트, 지방족 글리콜 화합물 및 촉매를 먼저 투입하여 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응을 180 내지 220℃의 온도에서 1차 반응을 진행하고, 이어서 지방족 카르복실산과 촉매를 투입하여 180 내지 230℃의 온도에서 2차 반응으로서 에스테르화 반응을 진행할 수 있다. 상기 촉매는 티탄계 촉매일 수 있고, 구체적인 화합물의 예시는 상술한 바와 동일하다. 상기 촉매의 함량은 상기 디카르복실계 화합물 및 지방족 글리콜 화합물의 총합인 100 중량부에 대하여 0.00001 내지 1 중량부, 또는 0.0001 내지 0.15 중량부일 수 있지만, 본 발명에서 목적으로 하는 물성을 저해하지 않는다면, 이에 제한되지 않는다.
구체적인 다른 일 양태로서, 지방족 카르복실산, 지방족 글리콜 화합물 및 촉매를 먼저 투입하여 에스테르화 반응을 180 내지 220℃의 온도에서 1차 반응을 진행하고, 디카르복실계 화합물 중 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트와 촉매를 다음으로 투입하여 180 내지 230℃의 온도에서 2차 반응으로서 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응을 진행할 수 있다. 상기 촉매는 티탄계 촉매일 수 있고, 구체적인 화합물의 예시와 함량은 상술한 바와 동일하다.
상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 상기 (B-1) 단계의 1차 또는 2차 반응시 상기 화합물들과 함께 투입하여 공중합이 수행된다. 폴리프로필렌세바게이트 올리고머의 함량은 상기 디카르복실계 화합물 및 지방족 글리콜 화합물의 총합인 100 중량부에 대하여 0.001 내지 5 중량부, 좋게는 0.001 내지 1 중량부, 더 좋게는 0.01 내지 0.5 중량부로 포함될 수 있다.
상기 (B-2) 상기 전구체를 축중합하여 폴리에스테르 중합체를 제조하는 단계는 안티몬옥사이드, 틴옥사이드 또는 징크옥사이드 촉매 하에서 200 내지 260℃, 좋게는 220 내지 250℃의 반응온도 조건에서 진행할 수 있다. 상기 촉매의 함량은 상기 디카르복실계 화합물 및 지방족 글리콜 화합물의 총합인 100 중량부에 대하여 0.00001 내지 1 중량부, 또는 0.0001 내지 0.5 중량부일 수 있지만, 본 발명에서 목적으로 하는 물성을 저해하지 않는다면, 이에 제한되지 않는다.
다른 일 양태로서, 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 상기 (B-1) 단계가 아닌 (B-2) 단계에서 투입될 수도 있다.
상기 축중합 단계에서 촉매 이외에 안정제를 더 첨가할 수 있으며, 비제한적인 예로 아인산 및 트리페닐포스페이트 등을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 안정제의 함량은 상기 디카르복실계 화합물 및 지방족 글리콜 화합물의 총합인 100 중량부에 대하여 0.000001 내지 1 중량부, 또는 0.000005 내지 0.1 중량부일 수 있지만, 본 발명에서 목적으로 하는 물성을 저해하지 않는다면, 이에 제한되지 않는다.
본 발명은 상술한 생분해성 고분자 조성물을 이용하여 압출 또는 사출가공을 통해 제조된 성형품을 제공할 수 있다. 구체적으로 상기 성형품은 포장용기, 일회용 봉투, 일회용 생활용품, 또는 포장완충재일 수 있다. 상기 성형품의 가공방법은 통상적으로 사용되거나 공지된 방법이라면 크게 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 캐스팅, 압출, 사출 및 블로우몰딩 등의 방법을 이용할 수 있고, 바람직하게 압출 또는 사출 가공방법을 이용할 수 있다. 상기 성형품은 상술한 생분해성 고분자 조성물의 구성성분들의 함량을 적절하게 조절함으로써, 적용하고자 하는 용도에 적합한 물성을 구현할 수 있다. 상기 성형품은 우수한 인장강도, 충격강도 및 인열강도 등과 같은 기계적 강도와 신율 및 향상된 투명성을 가질 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[물성측정방법]
1) 분자량(Mn, Mw) : THF중에 올리고머 또는 수지의 농도가 1 wt%인 샘플 시료를 제조하고, 겔 투과 크로마토그래피(GPC, Waters2690 model HPLC/ RI Detector)를 이용하여 중량평균분자량 및 수평균분자량을 측정하였다. 표준 시료는 PS(폴리스티렌)를 사용하였고, 유속은 1.0 mL/min, 컬럼 온도는 40.0 ℃로 설정하여 측정하였다.
2) 인장강도(tensile strength) : 실시예 또는 비교예에 따른 중합체를 압출하여 두께 50±2㎛의 필름으로 제조하여 ISO527 시험법으로 인장강도를 측정하였다. 500㎜/min 속도의 측정조건에서 측정하였다.
3) 충격강도(Spencer Impact strength) : 실시예 또는 비교예에 따른 중합체를 압출하여 두께 50±2㎛의 필름으로 제조하여 ASTM 3420 시험법으로 측정하였다.
4) 투명도(Haze) : 실시예 또는 비교예에 따른 중합체를 압출하여 두께 50±2㎛의 필름으로 제조하여 ASTM D1003 시험법으로 측정하였다.
[제조예 1] 폴리프로필렌세바게이트 올리고머의 제조
500㎖ 둥근바닥 플라스크에 세바식산 202.2 g (1 mol), 1,3-프로판디올 95.1 g (1.25 mol), 테트라부틸티타네이트 0.031 g 및 안정제인 아인산 0.002 g 투입 후 온도를 서서히 200 내지 210℃까지 승온시키면서 에스테르화 반응을 진행하였다. 완전히 물을 유출한 후 진공도 1 torr에서 온도를 서서히 230℃에서 승온시키면서 5분 동안 축중합을 진행하였다. 반응 종료 후에 제조예 1에 따른 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 최종적으로 수득하였다. GPC를 이용해 측정된 상기 올리고머의 중량평균분자량은 4250 g/mol였다.
[제조예 2] 폴리프로필렌세바게이트 고분자의 제조
상기 제조예 1에서 1,3-프로판디올을 76.1g (1 mol) 투입한 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 실시하되, 적절한 고점도가 얻어질 때 반응을 중단하여 폴리프로필렌세바게이트 고분자를 수득하였다. 상기 고분자의 중량평균분자량은 54,200 g/mol였다.
-생분해성 폴리에스테르 중합체의 제조
[실시예 1]
500㎖ 둥근바닥 플라스크에 디메틸테레프탈레이트(DMT) 91.3 g (0.47 mol) 및 1,4-부탄디올 135.2 g (1.5 mol)를 투입하고 온도를 80℃까지 서서히 승온시킨 후, 촉매 테트라부틸티타네이트 0.062 g 및 제조예 1의 폴리프로판세바게이트 올리고머 0.3 g 투입하여 210℃에서 에스테르교환 반응(1차)을 진행하였다. 완전히 메탄올이 유출된 후 숙신산 62.6 g (0.52 mol) 및 촉매 테트라부틸티타네이트 0.062 g를 투입하여 진공도 1 torr, 온도 220℃에서 에스테르화 반응(2차)을 진행하였다. 완전히 물이 유출된 후 안티몬옥사이드 0.03 g 및 트리페닐포스페이트 0.02 g을 투입한 다음 240℃에서 축중합을 진행하였다. 반응 종료 후에 실시예 1에 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체를 최종적으로 수득하였다.
[실시예 2]
500㎖ 둥근바닥 플라스크에 아디프산 65.7 g (0.45 mol) 및 1,4-부탄디올 117.1 g (1.3 mol)를 투입하고 온도를 80℃까지 서서히 승온시킨 후, 촉매 테트라부틸티타네이트 0.062 g를 투입하여 210℃에서 에스테르화 반응(1차)을 진행하였다. 완전히 물이 유출된 후 디메틸테레프탈레이트 106.8 g (0.55 mol), 제조예 1의 폴리프로판세바게이트 올리고머 0.4 g 및 촉매 테트라부틸티타네이트 0.06 g를 투입하여 진공도 1 torr, 온도 200℃에서 에스테르교환 반응(2차)을 진행하였다. 완전히 메탄올이 유출된 후 안티몬옥사이드 0.05 g 및 트리페닐포스페이트 0.02 g을 투입한 다음 245℃에서 축중합을 진행하였다. 반응 종료 후에 실시예 2 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체를 최종적으로 수득하였다.
[실시예 3]
500㎖ 둥근바닥 플라스크에 디메틸테레프탈레이트 92.2 g (0.48 mol), 1,4-부탄디올 112.6 g (1.25 mol), 에틸렌글리콜 3.1 g(0.05mol) 및 1,6-헥산디올 5.9 g (0.05 mol)를 투입하고 온도를 80℃까지 서서히 승온시킨 후, 촉매 테트라부틸티타네이트 0.062 g 투입하여 210℃에서 에스테르교환 반응(1차)을 진행하였다. 완전히 메탄올이 유출된 후 아디프산 76.0 g (0.52 mol), 제조예 1의 폴리프로판세바게이트 올리고머 0.5 g 및 촉매 테트라부틸티타네이트 0.03 g를 투입하여 진공도 1 torr, 온도 210℃에서 에스테르화 반응(2차)을 진행하였다. 완전히 물이 유출된 후 틴옥사이드 0.04 g 및 트리페닐포스페이트 0.02 g을 투입한 다음 240℃에서 축중합을 진행하였다. 반응 종료 후에 실시예 3에 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체를 최종적으로 수득하였다.
[실시예 4]
500㎖ 둥근바닥 플라스크에 디메틸테레프탈레이트 99 g (0.51 mol) 및 1,4-부탄디올 121.6 g (1.35 mol)를 투입하고 온도를 80℃까지 서서히 승온시킨 후, 촉매 테트라부틸티타네이트 0.062 g 투입하여 210℃에서 에스테르교환 반응(1차)을 진행하였다. 완전히 메탄올이 유출된 후 아디프산 71.6 g (0.49 mol) 및 촉매 테트라부틸티타네이트 0.06 g를 투입하여 진공도 1 torr, 온도 210℃에서 에스테르화 반응(2차)을 진행하였다. 완전히 물이 유출된 후 제조예 1의 폴리프로판세바게이트 올리고머 0.7 g, 안티몬옥사이드 0.07 g 및 트리페닐포스페이트 0.02 g을 투입한 다음 235℃에서 축중합을 진행하였다. 반응 종료 후에 실시예 4에 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체를 최종적으로 수득하였다.
[실시예 5]
500㎖ 둥근바닥 플라스크에 아디프산 76.0 g (0.52 mol), 1,6-헥산디올 11.8 g (0.1 mol) 및 1,4-부탄디올 126.1 g (1.4 mol)를 투입하고 온도를 80℃까지 서서히 승온시킨 후, 촉매 테트라부틸티타네이트 0.06 g를 투입하여 210℃에서 에스테르화 반응(1차)을 진행하였다. 완전히 물이 유출된 후 디메틸테레프탈레이트 93.2 g (0.48 mol) 및 촉매 테트라부틸티타네이트 0.06 g를 투입하여 진공도 1 torr, 온도 210℃에서 에스테르교환 반응(2차)을 진행하였다. 완전히 메탄올이 유출된 후 제조예 1의 폴리프로판세바게이트 올리고머 0.9 g, 징크옥사이드 0.05 g 및 트리페닐포스페이트 0.02 g을 투입한 다음 235℃에서 축중합을 진행하였다. 반응 종료 후에 실시예 5에 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체를 최종적으로 수득하였다.
[실시예 6]
500㎖ 둥근바닥 플라스크에 디메틸테레프탈레이트 97.1 g (0.5 mol), 에틸렌글리콜 3.1 g (0.05 mol) 및 1,4-부탄디올 130.6 g (1.45 mol)를 투입하고 온도를 80℃까지 서서히 승온시킨 후, 촉매 테트라부틸티타네이트 0.021 g 투입하여 210 ℃에서 에스테르교환 반응(1차)을 진행하였다. 완전히 메탄올이 유출된 후 아디프산 73.1 g (0.5 mol) 및 촉매 테트라부틸티타네이트 0.037 g를 투입하여 진공도 1 torr, 온도 210℃에서 에스테르화 반응(2차)을 진행하였다. 완전히 물이 유출된 후 제조예 1의 폴리프로판세바게이트 올리고머 1.0 g, 안티몬옥사이드 0.037 g 및 트리페닐포스페이트 0.017 g을 투입한 다음 240℃에서 축중합을 진행하였다. 반응 종료 후에 실시예 6에 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체를 최종적으로 수득하였다.
[실시예 7]
500㎖ 둥근바닥 플라스크에 아디프산 67.2 g (0.46 mol) 및 1,4-부탄디올 126.1 g (1.4 mol)를 투입하고 온도를 80℃까지 서서히 승온시킨 후, 촉매 테트라부틸티타네이트 0.071 g를 투입하여 210℃에서 에스테르화 반응(1차)을 진행하였다. 완전히 물이 유출된 후 디메틸테레프탈레이트 104.9 g (0.54 mol), 제조예 1의 폴리프로판세바게이트 올리고머 1.2 g 및 촉매 테트라부틸티타네이트 0.047 g를 투입하여 진공도 1 torr, 온도 210℃에서 에스테르교환 반응(2차)을 진행하였다. 완전히 메탄올이 유출된 후 징크옥사이드 0.03 g 및 트리페닐포스페이트 0.017 g을 투입한 다음 240℃에서 축중합을 진행하였다. 반응 종료 후에 실시예 7에 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체를 최종적으로 수득하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 2에서 제조예 1의 폴리프로판세바게이트 올리고머를 투입하지 않았다는 점을 제외하고 실시예 2과 동일하게 수행하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 6에서 제조예 1의 폴리프로판세바게이트 올리고머를 투입하지 않았다는 점을 제외하고 실시예 6과 동일하게 수행하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 2에서 제조예 1의 폴리프로판세바게이트 올리고머 대신 제조예 2의 폴리프로판세바게이트 고분자를 투입했다는 점을 제외하고 실시예 2과 동일하게 수행하였다. 상기 비교예 3은 반응성이 좋지 않았으며, 수득한 중합체의 haze가 87% 및 충격강도가 22000 mN으로 측정되었다.
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 및 2의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
단계 (g) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 비교예 1 비교예 2
1차 DMT 91.3 - 92.2 99.0 - 97.1 - - 97.1
아디프산 - 65.7 - - 76 - 67.2 65.7 -
1,4 부탄디올 135.2 117.1 112.6 121.6 126.1 130.6 126.1 117.1 130.6
에틸렌글리콜 - - 3.1 - - 3.1 - - 3.1
1,6헥산디올 - - 5.9 - 11.8 - - - -
제조예 1 0.3 - - - - - - - -
2차 DMT - 106.8 - - 93.2 - 104.9 106.8 -
아디프산 - - 76 71.6 - 73.1 - - 73.1
숙신산 62.6 - - - - - - - -
제조예 1 - 0.4 0.5 - - - 1.2 - -
축중합 제조예 1 - - - 0.7 0.9 1 - - -
물성 Hzae [%] 48 45 42 39 37 37 32 63 67
Mn [g/mol] 52000 54000 61000 69000 72000 74000 79000 46000 43000
Mw [g/mol] 110000 100900 121000 131000 144000 151000 153000 80100 59000
충격강도[mN] 36743 37400 40100 42000 43200 46700 49800 29700 32000
- DMT : 디메틸테레프탈레이트
상기 표 1에서 보는 바와 같이 제조예 1에 따른 폴리프로판세바게이트 올리고머를 사용하여 생분해성 폴리에스터 중합체를 제조할 경우, Haze가 50% 이하로 투명성이 향상되었으며, 수평균분자량은 50000g/mol이상, 중량평균분자량은 100000g/mol 이상이였으며, 충격강도는 35000 mN이상으로 측정되어 기존 PBAT 또는 폴리프로판세바게이트 올리고머를 포함하지 않고 제조된 중합체보다 더욱 향상된 투명성 및 충격강도를 갖는다는 것을 확인하였다.
[실시예 8 내지 11 및 비교예 4 내지 5] 생분해성 고분자 조성물의 제조
전체 200Kg 용량의 슈퍼믹서에 하기 표 2에 따라 구성된 생분해성 고분자 조성물에 추가로 자외선 흡수제(SONGSORB-3600) 200 g을 첨가한 후 5분 동안 슈퍼믹서로 혼합 후 실린더 온도 160℃에서 이축 압출기로 펠렛을 제조하였다. 상기 펠렛을 제습건조기에서 8시간 건조한 다음 단일 시트 압출기로 50㎛ 필름을 제조하였다. 제조된 필름의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
(kg) 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 비교예 4 비교예 5
실시예 2 50 50
실시예 7 50 50
비교예 1 50
PBAT 50
PLA 50 40 50 40 50 50
PBS 10 10
Hzae [%] 31 34 25 27 60 59
충격강도
[mN]		 54800 55200 85200 86700 30900 41600
- PBAT : 지오솔테크, SOLPOL 1000 (Tm : 120℃)
- PBS : 안코바이오플라스틱, BG5000M (Tm : 115-118℃)
- PLA : Total-Corbion, LX175 (Tm : 155℃)
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 8 내지 11에 따른 필름은 우수한 투명성(Haze 40% 이하) 및 충격강도(50000 mN 이상)를 나타냈으며, 모두 생분해성 테스트 결과 45일 후의 생분해도가 60% 이상임을 확인하였다.
본 발명에 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체를 이용하여 제조한 성형품(필름)의 경우, 다른 생분해성 고분자와 상용성이 더욱 좋으며, 이를 통해 향상된 투명성 및 충격강도와 같은 기계적 물성을 구현할 수 있음을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. (a) 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트, 및 지방족 디카르복실산을 포함하는 디카르복실계 화합물, (b) 지방족 글리콜 화합물 및 (c) 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 포함하는 중합성 조성물로부터 제조되고,
    상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 2,000 내지 8,000 g/mol인 생분해성 폴리에스테르 중합체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 2,000 내지 6,000 g/mol인 생분해성 폴리에스테르 중합체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지방족 디카르복실산은 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 세바식산, 아젤라인산, 1,9-노난디카르복실산, 1,10-데칸디카르복실산 및 이의 무수물 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합인 생분해성 폴리에스테르 중합체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방향족 디카르복실산은 프탈산, 이소프탈산 및 테레프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합이고,
    상기 방향족 디알킬카르복실레이트는 디메틸프탈레이트, 디에틸프탈레이트, 디메틸이소프탈레이트, 디에틸이소프탈레이트, 디메틸테레프탈레이트 및 디에틸테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합인 생분해성 폴리에스테르 중합체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지방족 글리콜 화합물은 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,4-부탄디올, 1,5-펜타디올, 1,6-헥산디올, 1,2-옥탄디올, 1,6-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,2-데칸디올 및 1,10-데칸디올로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 조합인 생분해성 폴리에스테르 중합체.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 상기 중합성 조성물 전체 중량에서 0.01 내지 1 wt%로 포함되는 생분해성 폴리에스테르 중합체.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 방향족 디카르복실산 또는 방향족 디알킬카르복실레이트는 상기 디카르복실계 화합물 전체 중량에서 45 내지 55 wt%로 포함되는 생분해성 폴리에스테르 중합체.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 디카르복실계 화합물 및 상기 지방족 글리콜 화합물의 몰비는 1 : 1.1 내지 1.7인 생분해성 폴리에스테르 중합체.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 생분해성 폴리에스테르 중합체는 중량평균분자량(Mw)이 100,000 내지 200,000 g/mol인 생분해성 폴리에스테르 중합체.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 생분해성 폴리에스테르 중합체는 이를 이용하여 제조된 50±2㎛ 두께의 필름이 50% 이하의 헤이즈 값을 가지며, 상기 헤이즈 값은 ASTM D1003에 의거하여 측정된 것인 생분해성 폴리에스테르 중합체.
  11. 제1항 내지 제10항에서 선택되는 한 항에 따른 생분해성 폴리에스테르 중합체를 포함하는 생분해성 고분자 조성물.
  12. 제 11항에 있어서,
    생분해성 고분자 조성물은 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트, 폴리부틸렌석시네이트, 폴리카프로락톤, 폴리락트산 및 폴리글라이콜산으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 폴리에스테르를 더 포함하는 생분해성 고분자 조성물.
  13. 제 11항에 따른 생분해성 고분자 조성물을 이용하여 압출 또는 사출가공을 통해 제조된 성형품.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 성형품은 포장용기, 일회용 봉투, 일회용 생활용품, 또는 포장완충재인 성형품.
  15. (A) 세바식산 및 과량의 1,3-프로판디올을 에스테르화 반응 후 축중합하여 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 제조하는 단계; 및
    (B) 디카르복실계 화합물, 지방족 글리콜 화합물 및 상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머를 반응시켜 폴리에스테르 중합체를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 폴리프로필렌세바게이트 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 2,000 내지 8,000 g/mol인 생분해성 폴리에스테르 중합체의 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 (A)단계에서, 상기 세바식산 및 1,3-프로판디올의 몰비는 1 : 1.1 내지 1.5인 생분해성 폴리에스테르 중합체의 제조방법.
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