KR100912698B1 - Biodegradable thermoplastic composition comprising cellulose derivatives and basic inorganic fillers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러를 포함하는 생분해성 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러의 복합체를 용융가공함으로써 생분해성 수지에 요구되는 생분해성, 가공성 및 물성을 모두 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조단가를 낮추고, 염기성 무기 필러가 용융가공 단계에서 발생하는 아세트산 등을 효과적으로 흡수하여 환경오염 예방 및 상업성을 높일 수 있는 생분해성 수지 조성물, 이를 이용한 생분해성 성형물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biodegradable resin composition comprising a cellulose derivative and a basic inorganic filler, and more particularly, by melting and processing a complex of a cellulose derivative and a basic inorganic filler, all of the biodegradability, processability and physical properties required for the biodegradable resin. Biodegradable resin composition, biodegradable moldings using the same, and a method of manufacturing the same, which can lower the manufacturing cost and effectively absorb acetic acid generated in the melt processing step, thereby preventing environmental pollution and increasing commerciality. It is about.
셀룰로오스 유도체, 염기성 무기 필러, 생분해성, 수지, 용융가공 Cellulose derivative, basic inorganic filler, biodegradable, resin, melt processing
Description
본 발명은 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러를 포함하는 생분해성 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러의 복합체를 용융가공함으로써 생분해성 수지에 요구되는 생분해성, 가공성 및 물성을 모두 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조단가를 낮추고, 염기성 무기 필러가 용융가공 단계에서 발생하는 아세트산 등을 효과적으로 제거하여 환경오염 예방 및 상업성을 높일 수 있는 생분해성 수지 조성물, 이를 이용한 생분해성 성형물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biodegradable resin composition comprising a cellulose derivative and a basic inorganic filler, and more particularly, by melting and processing a complex of a cellulose derivative and a basic inorganic filler, all of the biodegradability, processability and physical properties required for the biodegradable resin. Biodegradable resin composition, biodegradable moldings using the same, and a method of manufacturing the same, which can lower the manufacturing cost and effectively remove acetic acid generated in the melt processing step of the basic inorganic filler, thereby improving the commercial environment. It is about.
최근에 비분해성 합성 고분자의 사용으로 인한 백색오염(white pollution)이 증가하면서 전 세계적으로 재생 가능한 자원으로 만들어진 생분해성 포장필름과 플라스틱에 대한 관심이 증가하고 있다. 폐 플라스틱에 의한 환경오염 문제와 석유고갈문제를 해결하기 위해서, 재생 가능한 자원으로 만들어진 생분해성 플라스틱이 각광받고 있지만 주변 환경에 따른 불완전한 분해성과 기존의 여러 합성 고분자들 에 비해 월등히 비싼 가격 등은 해결해야 할 문제점으로 대두되고 있다. 생분해성 플라스틱의 비싼 가격을 낮추기 위해 생분해성 고분자와 비교적 값싸고 풍부한 전분과 같은 천연 고분자들이나 무기충진제(inorganic fillers)의 블렌드에 의한 복합체 제조에 관한 연구가 활발히 이루어져 왔다. In recent years, as white pollution increased due to the use of non-degradable synthetic polymers, interest in biodegradable packaging films and plastics made from renewable resources worldwide has increased. In order to solve the environmental pollution and petroleum depletion problems caused by waste plastics, biodegradable plastics made of renewable resources are in the spotlight, but incomplete degradability according to the surrounding environment and the price that is much higher than existing synthetic polymers must be solved. It is a problem to do. In order to reduce the high price of biodegradable plastics, studies have been actively conducted on the preparation of composites by blending biodegradable polymers with natural polymers such as relatively cheap and rich starch or inorganic fillers.
생분해성 고분자로 폴리락틱산(PLA) 및 폴리하이드록시알카노에이트 (PHA)와 같은 합성 고분자를 이용하여 생분해성 수지를 제조하는 방법에 대한 연구가 이루어져 왔다. 그러나 이들 고분자는 기존의 범용고분자에 비하여 내열성 등이 취약하고 고가인 단점이 있다. 이에 비하여 셀룰로오스는 지구상에 존재하는 가장 풍부한 천연고분자 물질로 주로 목재나 목화의 주성분을 이루고 있다. 셀룰로오스는 약 70%의 결정부분을 함유하고 있어 매우 우수한 기계적 성질을 가지고 있다. 그러나 셀룰로오스 곁사슬의 수산기 사이의 수소결합으로 분자 간 강한 결합력과 결정화도가 높아 가공하는 데에 문제점이 따른다. 셀룰로오스 유도체는 셀룰로오스 반복 단위에 존재하는 수산기를 니트로화, 아세틸화 또는 에테르화 반응에 의해 치환하여 수소결합을 현저하게 감소시킨 셀룰로오스 나이트레이트(CN), 셀룰로오스 아세테이트(CA), 메틸 셀룰로오스 (MC), 에텔 셀룰로오스(EC) 등이 있다. As biodegradable polymers, studies have been made on methods of preparing biodegradable resins using synthetic polymers such as polylactic acid (PLA) and polyhydroxyalkanoate (PHA). However, these polymers have disadvantages such as weak heat resistance and expensive compared to conventional general-purpose polymers. Cellulose, on the other hand, is the most abundant natural polymer present on earth, and is mainly composed of wood or cotton. Cellulose contains about 70% of crystal parts and has very good mechanical properties. However, the hydrogen bonding between the hydroxyl groups of the cellulose side chain has a high binding strength between the molecules and a high degree of crystallinity, which leads to problems in processing. Cellulose derivatives include cellulose nitrate (CN), cellulose acetate (CA), methyl cellulose (MC), which significantly reduce hydrogen bonding by substituting hydroxyl groups in cellulose repeat units by nitration, acetylation or etherification reactions. Ether cellulose (EC) and the like.
상기 셀룰로오스 유도체 중 셀룰로오스 아세테이트는 셀룰로오스를 아세트산 에스테르로 전환한 것으로, 본질적으로는 생분해가 가능하다고 알려져 있으나, 실제로는 생분해성이 양호하지 않다는 문제점이 있다. 즉, 셀룰로오스 아세테이트로 이루어진 성형품은 토양에 매설되었다 하더라도 1∼2년 후까지는 성형품의 원형을 유지하고 있으며, 성형품이 완전히 생분해될 때까지는 상당한 장시간이 요구된다. 또한, 상기 성형품은 폐기물로 매립에 제공되는 일도 있고, 폐기물로서 회수되지 않고 자연환경 중에 방치되는 일도 있다.Among the cellulose derivatives, cellulose acetate is converted from cellulose to acetic acid esters, and is known to be biodegradable in nature, but there is a problem in that biodegradability is not good. That is, molded articles made of cellulose acetate maintain the original shape of the molded article for one to two years after being embedded in the soil, and a considerable time is required until the molded article is completely biodegraded. In addition, the molded article may be provided in landfill as waste, or may be left in a natural environment without being recovered as waste.
따라서, 셀룰로오스 아세테이트의 생분해성을 향상시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 계속되고 있다. 일본공개특허공보 평6-199901호는 아세트산보다 산 해리 정수가 큰 산 화합물을 셀룰로오스 아세테이트에 첨가하여 셀룰로오스 아세테이트의 생분해성을 조절하는 방법에 대하여 개시하고 있으나, 상기 방법은 산 화합물을 셀룰로오스 아세테이트에 첨가한 시점에서 그 산 화합물의 영향에 의해 셀룰로오스 아세테이트가 화학적으로 가수분해반응을 일으키며, 이 반응으로 아세트산을 생성시키고, 셀룰로오스 아세테이트 제품에 강한 아세트산 냄새를 준다는 문제점이 있다.Therefore, research on the method which can improve the biodegradability of cellulose acetate is continued. Japanese Patent Laid-Open No. 6-199901 discloses a method for controlling the biodegradability of cellulose acetate by adding an acid compound having a higher acid dissociation constant than acetic acid to cellulose acetate, but the method adds an acid compound to cellulose acetate. At one point, the cellulose acetate chemically hydrolyzes under the influence of the acid compound, which produces acetic acid and gives a strong acetic acid odor to the cellulose acetate product.
또한, 가격이 저렴하고 상업적으로 매우 중요한 셀룰로오스 유도체로 셀룰로오스 디아세테이트(CDA)가 있다. 이는 분자 내의 수산기 2개가 아세틸기(-OC(O)CH3)로 치환된 유기 에스테르계 천연재료로서 일반적으로 아세테이트 섬유의 원재료로 알려져 있다. 일반적으로 CDA는 아세톤 등을 용매로 하여 주로 용액가공법에 의해 제조되었다. 그러나 용액가공법을 이용하려면 용매의 재회수 등의 어려움과 추가 공정에 따른 제품의 단가가 비싸지게 된다. 따라서 이를 용융가공법으로 전환하여 압출, 사출이 가능하게 되면 기존의 석유계 범용 플라스틱을 대체할 수 있는 가능성이 있다. 그러나, CDA 는 범용플라스틱에 비교하여 높은 유리전이온도(Tg)와 가 공성이 제한적이기 때문에 유리전이온도를 감소시켜 가공성을 향상시켜야 한다. 따라서, CDA의 유리전이온도 감소와 용융온도가 중요하기 때문에 CDA에 효과적인 가소화를 위한 물질이 필요하다. 또한 고온의 용융가공을 통하여 CDA 등을 가공하는 경우 곁사슬의 아세틸기가 분해되어 아세트산이 형성되므로 작업성이 떨어지고, 환경오염을 일으킬 우려가 있으며, 최종 제품에 잔존하는 아세트산 냄새는 상품의 가치를 크게 떨어뜨릴 우려가 있다.In addition, cellulose diacetate (CDA) is an inexpensive and commercially important cellulose derivative. It is an organic ester-based natural material in which two hydroxyl groups in a molecule are substituted with an acetyl group (-OC (O) CH 3 ), and is generally known as a raw material of acetate fiber. In general, CDA was mainly prepared by a solution processing method using acetone and the like. However, using the solution processing method, such as the re-recovery of the solvent and the cost of the product according to the additional process becomes expensive. Therefore, if it can be extruded and injected by converting it into a melt processing method, there is a possibility to replace the existing petroleum general purpose plastic. However, since CDA has higher glass transition temperature (Tg) and processability compared to general-purpose plastics, it is necessary to reduce the glass transition temperature to improve processability. Therefore, the reduction of the glass transition temperature and the melting temperature of the CDA is important, so a material for effective plasticization of the CDA is required. In addition, when processing CDA through high-temperature melt processing, acetyl groups in the side chain are decomposed to form acetic acid, resulting in poor workability and environmental pollution. The acetic acid odor remaining in the final product greatly reduces the value of the product. There is a risk of falling.
한편, 무기충진제의 사용은 플라스틱 산업에서 열가소성 플라스틱의 열변형온도(heat distortion temperature), 경도(hardness), 인성(toughness), 강성(stiffness), 몰드수축(mould shrinkage)과 같은 기계적 특성을 향상시키기 위한 일반적인 방법이다. 무기충진제 중에 탄산칼슘(CaCO3)은 상업적으로 사용할 수 있는 가장 저렴한 무기입자 중 하나이며, paint, inks, papers, plasticizers, 등과 같이 많은 산업제품에서 광범위하게 사용되고 있다.The use of inorganic fillers, on the other hand, improves the mechanical properties of thermoplastics such as heat distortion temperature, hardness, toughness, stiffness and mold shrinkage. It's a common way. Among inorganic fillers, calcium carbonate (CaCO 3 ) is one of the cheapest inorganic particles commercially available and is widely used in many industrial products such as paints, inks, papers, plasticizers, and the like.
따라서, 제조단가를 낮출 수 있고, 생분해성, 물성 등이 우수한 셀룰로오스 유도체와 물성을 향상시킬 수 있는 무기충진제를 이용한 생분해성 플라스틱에 대한 더욱 지속적인 연구가 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for further research on biodegradable plastics using cellulose derivatives having excellent biodegradability and physical properties and inorganic fillers capable of improving physical properties.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 용융가공을 통해 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러 복합체를 제조함으로써 생분해성 수지에 요구되는 생분해성, 가공성 및 물성을 모두 만족시키는 생분해성 수지 조성물, 이를 이용한 생분해성 성형물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to produce all of the biodegradability, processability and physical properties required for the biodegradable resin by producing a cellulose derivative and a basic inorganic filler composite through melt processing It is to provide a biodegradable resin composition, a biodegradable molded article using the same and a method for producing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention
하기 화학식 1로 표현되는 반복단위를 포함하는 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러를 포함하는 생분해성 수지 조성물을 제공한다.It provides a biodegradable resin composition comprising a cellulose derivative and a basic inorganic filler comprising a repeating unit represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R이 각각 독립적으로 H 또는 -C(O)-X를 나타내고,Each R independently represents H or -C (O) -X,
여기서 X는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며, 단 R이 모두 수소인 것을 제외한다.X represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, except that R is all hydrogen.
본 발명은 또한 상기 우수한 생분해성, 가공성 및 물성을 갖는 수지 조성물을 포함하는 생분해성 성형물을 제공한다.The present invention also provides a biodegradable molding comprising the resin composition having the above excellent biodegradability, processability and physical properties.
본 발명은 또한The invention also
i) 하기 화학식 1로 표현되는 반복단위를 포함하는 셀룰로오스 유도체를 제공하는 단계; 및i) providing a cellulose derivative comprising a repeating unit represented by Formula 1 below; And
ii) 상기 셀룰로오스 유도체에 염기성 무기 필러를 첨가하여 혼련하고, 용융가공하는 단계를 포함하는 생분해성 성형물의 제조방법을 제공한다.ii) adding a basic inorganic filler to the cellulose derivative to knead it, and providing a method for producing a biodegradable molding comprising melt processing.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R이 각각 독립적으로 H 또는 -C(O)-X를 나타내고,Each R independently represents H or -C (O) -X,
여기서 X는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며, 단 R이 모두 수소인 것을 제외한다.X represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, except that R is all hydrogen.
본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물은 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러 복합체를 용융가공함으로써 제조단가를 현저히 낮추고, 염기성 무기 필러를 첨가하여 용융가공 단계에서 발생하는 아세트산, 프로피온산, 을 흡수하여 아세트 산 냄새를 효과적으로 제거하고, 용융점이 낮아 낮은 온도에서 성형물로의 제조가 용이하며, 동시에 종래 전분을 이용한 생분해성 성형물과 비교하여 현저히 개선된 물성을 가질 수 있는 효과가 있다.The biodegradable resin composition according to the present invention significantly lowers the manufacturing cost by melt processing the cellulose derivative and the basic inorganic filler composite, and absorbs acetic acid, propionic acid generated in the melt processing step by adding the basic inorganic filler to effectively absorb the acetic acid odor. Removal, low melting point, easy to manufacture into a molding at low temperatures, and at the same time has the effect of having a significantly improved physical properties compared to conventional biodegradable moldings using starch.
이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated concretely.
본 발명은 하기 화학식 1로 표현되는 반복단위를 포함하는 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러를 포함하는 생분해성 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a biodegradable resin composition comprising a cellulose derivative and a basic inorganic filler comprising a repeating unit represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R이 각각 독립적으로 H 또는 -C(O)-X를 나타내고,Each R independently represents H or -C (O) -X,
여기서 X는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며, 단 R이 모두 수소인 것을 제외한다.X represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, except that R is all hydrogen.
상기 생분해성 수지 조성물은 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러 복합체를 포함하여, 상기 염기성 무기 필러가 용융가공 단계에서 발생하는 아세트산을 흡수하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 염기성 무기 필러는 탄성률과 유리전이온도를 증가시키는 특징이 있어, 상기 생분해성 수지 조성물은 유리전이온도가 106 내지 114℃인 것을 특징으로 한다. The biodegradable resin composition includes a cellulose derivative and a basic inorganic filler composite, wherein the basic inorganic filler absorbs acetic acid generated in the melt processing step. In addition, the basic inorganic filler is characterized by increasing the elastic modulus and glass transition temperature, the biodegradable resin composition is characterized in that the glass transition temperature is 106 to 114 ℃.
본 발명에 따른 셀룰로오스 유도체는 하기 화학식 1로 표현되는 반복단위를 포함하는 것이다.The cellulose derivative according to the present invention includes a repeating unit represented by the following Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R이 각각 독립적으로 H 또는 -C(O)-X를 나타내고,Each R independently represents H or -C (O) -X,
여기서 X는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며, 단 R이 모두 수소인 것을 제외한다.X represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, except that R is all hydrogen.
상기 셀룰로오스 유도체로는 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 디아세테이트, 또는 셀룰로오스 트리아세테이트 등의 셀룰로오스 아세테이트 유도체; 셀룰로오스 프로피오네이트, 셀룰로오스디 프로피오네이트, 또는 셀룰로오스 트리프로피오네이트 등의 셀룰로오스 프로피오네이트 유도체; 셀룰로오스 부틸레이트, 셀룰로오스 디부틸레이트, 또는 셀룰로오스 트리부틸레이트 등의 셀룰로오스 부틸레이트 유도체; 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 유도체; 또는 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다. 특히 바람직하게는 셀룰 로오스 아세테이트, 셀룰로오스 디아세테이트, 및 셀룰로오스 트리아세테이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 것을 사용할 수 있다.Examples of the cellulose derivatives include cellulose acetate derivatives such as cellulose acetate, cellulose diacetate, or cellulose triacetate; Cellulose propionate derivatives such as cellulose propionate, cellulose dipropionate, or cellulose tripropionate; Cellulose butyrate derivatives such as cellulose butyrate, cellulose dibutylate, or cellulose tributylate; Cellulose acetate propionate derivatives; Or cellulose acetate butyrate etc. can be used individually or 2 types or more. Particularly preferably, one or more selected from the group consisting of cellulose acetate, cellulose diacetate, and cellulose triacetate can be used.
상기 셀룰로오스 유도체는 환경오염의 유발인자인 폐 담배필터로부터 얻을 수도 있으며, 상기 폐 담배필터의 셀룰로오스 유도체를 재생시켜 생분해성 수지 조성물을 제조함으로써 생분해성 수지 조성물의 단가를 현저히 낮추고, 환경오염을 미연에 방지할 수 있다.The cellulose derivative may be obtained from a waste tobacco filter which is a factor inducing environmental pollution. The cellulose derivative of the waste tobacco filter may be recycled to prepare a biodegradable resin composition, thereby significantly lowering the unit cost of the biodegradable resin composition and preventing environmental pollution. You can prevent it.
상기 셀룰로오스 유도체는 생분해성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 50 내지 90 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 상기 범위 내일 경우에는 생분해성 수지 조성물의 가공성 및 성형물의 물성을 모두 만족시킬 수 있다.The cellulose derivative is preferably included in 50 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the biodegradable resin composition. When the content is within the above range, both the processability of the biodegradable resin composition and the physical properties of the molded product can be satisfied.
또한, 상기 셀룰로오스 유도체는 가소제를 이용하여 가소화시킨 것을 사용할 수 있다.In addition, the said cellulose derivative can use what was plasticized using the plasticizer.
상기 가소제(plasticizer)는 셀룰로오스 유도체의 유리전이온도(Tg), 인장강도(tensile strength), 또는 영계수(Young's modulus) 등을 향상시키는 작용을 한다.The plasticizer improves the glass transition temperature (Tg), tensile strength, or Young's modulus of the cellulose derivative.
상기 가소제로 트리아세틴(TA), 트리에틸 시트레이트(TEC), 또는 글리세린 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다. 보다 바람직한 가소제는 트리아세틴이다.As the plasticizer, triacetin (TA), triethyl citrate (TEC), glycerin, or the like may be used alone or in combination of two or more thereof. More preferred plasticizer is triacetin.
상기 가소제는 본 발명의 생분해성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위 내일 경우에는 성 형물 제조 시 성형 및 사출의 용이성에 있어 더욱 좋다.The plasticizer is preferably included in an amount of 10 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the biodegradable resin composition of the present invention, and if the content is in the above range, it is more preferable in the ease of molding and injection when forming the molding.
또한, 상기 셀룰로오스 유도체의 가소화 과정에서 윤활제(또는 2차 가소제)를 추가로 사용하여 셀룰로오스 유도체의 가공성을 향상시킬 수 있다.In addition, during the plasticization of the cellulose derivative, a lubricant (or a secondary plasticizer) may be additionally used to improve the processability of the cellulose derivative.
상기 윤활제로 에폭시화된 콩기름(epoxidized soybean oil; ESO)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 에폭시화된 콩기름의 개환중합을 일으키기 위하여 잠재 열 촉매(latent heat catalyst)를 사용할 수 있다.Preference is given to using epoxidized soybean oil (ESO) as the lubricant. In addition, latent heat catalysts can be used to cause ring-opening polymerization of epoxidized soybean oil.
상기 에폭시화된 콩기름은 본 발명의 생분해성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위 내일 경우에는 셀룰로오스 유도체의 가공성을 향상시킴에 있어 더욱 좋다.The epoxidized soybean oil is preferably included 1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the biodegradable resin composition of the present invention, when the content is in the above range is better in improving the processability of the cellulose derivative.
또한, 염기성 무기 필러는 상기 셀룰로오스 유도체의 용융가공 과정에서 발생하는 아세트산을 흡수하고, 생분해성 수지의 물성을 개선하는 특징이 있다.In addition, the basic inorganic filler absorbs acetic acid generated during the melt processing of the cellulose derivative, and is characterized by improving physical properties of the biodegradable resin.
상기 염기성 무기 필러로는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산나트륨 등의 알칼리금속류의 탄산염, 알칼리 토금속류의 탄산염, 인산삼칼슘, 또는 염기성 제올라이트 등을 단독으로 또는 2종 이상 사용할 수 있다.As the basic inorganic filler, carbonates of alkali metals such as calcium carbonate, magnesium carbonate and sodium carbonate, carbonates of alkaline earth metals, tricalcium phosphate, basic zeolite and the like can be used alone or in combination of two or more.
상기 염기성 무기 필러는 본 발명의 생분해성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 그 함량이 상기 범위내일 경우에는 농도의존적으로 탄성률과 유리전이온도를 증가시키므로 성형물 제조 시 성형 및 사출의 용이성에 있어 더욱 좋다. 아울러, 셀룰로오스 유도체 가공 시 발생 하는 아세트산을 흡수하여 아세트산의 냄새를 제거하는데 더욱 좋다.It is preferable that the said basic inorganic filler adds 10-50 weight part with respect to 100 weight part of biodegradable resin compositions of this invention. When the content is in the above range, the elastic modulus and glass transition temperature are increased in a concentration-dependent manner, which is better in the ease of molding and injection during molding. In addition, it is better to absorb the acetic acid generated during processing of the cellulose derivative to remove the smell of acetic acid.
또한, 상기 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러는 5:5 내지 9:1의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 그 함량이 상기 범위 내일 경우에는 생분해성 수지 조성물의 가공성 및 성형물의 물성을 모두 만족시킬 수 있고, 염기성 무기 필러가 용융가공 시 발생하는 아세트산을 흡수하여 냄새를 완전히 제거하는데 좋다.In addition, the cellulose derivative and the basic inorganic filler are preferably mixed in a weight ratio of 5: 5 to 9: 1. When the content is within the above range, both the processability of the biodegradable resin composition and the physical properties of the molded product may be satisfied, and the basic inorganic filler may absorb acetic acid generated during melt processing to completely remove the odor.
상기와 같은 성분을 포함하는 본 발명의 생분해성 수지 조성물은 필요에 따라 몬모릴로나이트(montmorillonite), 벤토나이트(bentonite) 등의 점토광물, 분해촉진제 또는 가공조제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 그 함량은 0.1 내지 10 중량부인 것이 좋다.The biodegradable resin composition of the present invention containing the above components may further include additives such as clay minerals such as montmorillonite and bentonite, decomposition accelerators or processing aids, if necessary, and the content thereof. Silver is preferably 0.1 to 10 parts by weight.
상기 점토광물은 층상구조로 우수한 흡습성을 가지며, 이에 따라 본 발명의 생분해성 수지 조성물로 제조된 성형물이 물속에서도 우수하게 분해될 수 있도록 하는 작용을 한다. 특히, 상기 점토광물은 몬모릴로나이트를 사용하는 것이 좋다.The clay mineral has an excellent hygroscopicity in a layered structure, and thus functions to make the molded product made of the biodegradable resin composition of the present invention excellently decomposed in water. In particular, the clay mineral is preferably montmorillonite.
또한 상기 점토광물이 본 발명의 생분해성 수지 조성물에 사용될 경우 점토광물을 가소제와 먼저 혼합하고 초음파기를 이용하여 분산시킨 후, 생분해성 수지 조성물에 첨가하는 것이 바람직하다.In addition, when the clay mineral is used in the biodegradable resin composition of the present invention, it is preferable that the clay mineral is first mixed with a plasticizer and dispersed using an ultrasonic wave, and then added to the biodegradable resin composition.
본 발명은 또한 상기 우수한 생분해성, 가공성 및 물성을 갖는 본 발명에 따른 상기 수지 조성물을 포함하는 생분해성 성형물에 관한 것이다.The present invention also relates to a biodegradable molding comprising the resin composition according to the present invention having the above excellent biodegradability, processability and physical properties.
상기와 같이 제조된 본 발명의 생분해성 성형물은 반도체 패키징 용 필름, 각종 용기, 컵, 스푼, 포크, 나이프, 칫솔, 빨대 등의 일회용품, 종이컵, 종이접시 제조용 종이코팅 등의 멜티코팅, 멀칭필름, 모종용 포트(플랜트포트), 클립 등의 농업용 및 원예용자재, 쓰레기봉투, 콤포스트백, 수축필름, 포장필름 등의 필름/포장용, 동물용 주사기, 내시경용 마우스피스 등의 의료기구, 경질 생분해성 플라스틱의 개질제, 골프티, 어망, 낚싯줄, 병류(bottles), 각종 문구류 등의 용도에 사용할 수 있다.The biodegradable molding of the present invention prepared as described above is a film for semiconductor packaging, various containers, cups, spoons, forks, knives, toothbrushes, disposables such as straws, paper cups, paper coatings for manufacturing paper coatings, such as melt coating, mulching film, Agricultural and horticultural materials, such as seedling pots (plant pots), clips, medical devices, such as films / packaging for garbage bags, comfort bags, shrink films, packaging films, animal syringes, endoscope mouthpieces, hard biodegradation It can be used for modifiers of plastics, golf tees, fishing nets, fishing lines, bottles, stationery, and the like.
본 발명은 또한The invention also
i) 하기 화학식 1로 표현되는 반복단위를 포함하는 셀룰로오스 유도체를 제공하는 단계; 및i) providing a cellulose derivative comprising a repeating unit represented by Formula 1 below; And
ii) 상기 셀룰로오스 유도체에 염기성 무기 필러를 첨가하여 혼련하고 용융가공하는 단계를 포함하는 생분해성 성형물의 제조방법에 관한 것이다.ii) to a method for producing a biodegradable molding comprising the step of kneading and melt processing by adding a basic inorganic filler to the cellulose derivative.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서,Where
R이 각각 독립적으로 H 또는 -C(O)-X 를 나타내고, Each R is independently H or -C (O) -X Indicates,
여기서 X는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며, 단 R이 모두 수소인 것을 제외한다.X represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, except that R is all hydrogen.
상기 i) 단계는 셀룰로오스 유도체를 제공하는 단계로서, 공지된 다양한 방법에 의해 상기 유도체를 합성하거나 천연재료로부터 얻을 수 있다.The step i) is to provide a cellulose derivative, which can be synthesized or obtained from natural materials by various known methods.
상기 i) 단계는 셀룰로오스 유도체에 가소제 또는 윤활제를 첨가하여 셀룰로오스 유도체를 가소화시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. Step i) preferably comprises the step of plasticizing the cellulose derivative by adding a plasticizer or a lubricant to the cellulose derivative.
이때, 각 성분의 바람직한 함량은 셀룰로오스 유도체 50 내지 90 중량부, 가소제 10 내지 50 중량부 및 윤활제 1 내지 5 중량부를 첨가하는 것이다. At this time, the preferred content of each component is to add 50 to 90 parts by weight of cellulose derivative, 10 to 50 parts by weight of plasticizer and 1 to 5 parts by weight of lubricant.
상기 ii) 단계는 i) 단계에서 제공된 셀룰로오스 유도체 또는 가소화된 조성물에 염기성 무기 필러를 혼련하고, 용융가공, 예를 들어, 압출 또는 사출하는 단계이다. 이때 셀룰로오스 유도체와 염기성 무기 필러는 5:5 내지 9:1의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다.Step ii) is a step of kneading the basic inorganic filler with the cellulose derivative or the plasticized composition provided in step i), followed by melt processing, for example, extrusion or injection. At this time, the cellulose derivative and the basic inorganic filler are preferably mixed in a weight ratio of 5: 5 to 9: 1.
상기 혼련과 용융가공, 예를 들어, 압출 또는 사출은 생분해성 수지 조성물을 혼련하고 압출, 사출하는 통상의 방법들이 적용될 수 있음은 물론이며, 일 예로 혼련은 배치믹스기 등을 사용하여 수행될 수 있고, 압출은 일축 또는 이축 압출기 등을 제한 없이 사용할 수 있다.The kneading and melt processing, for example, extrusion or injection may be applied to conventional methods of kneading, extruding and injecting the biodegradable resin composition, as an example, kneading may be performed using a batch mixer or the like. Extrusion may be used without limitation, such as a single screw or twin screw extruder.
바람직하게는 상기 혼련시 온도는 셀룰로오스 디아세테이트의 용융점이 낮기 때문에 25∼120℃인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 25∼100℃인 것이다.Preferably, the kneading temperature is preferably 25 to 120 ° C, more preferably 25 to 100 ° C, because the melting point of cellulose diacetate is low.
또한 상기와 같은 온도에서 혼련한 후, 통상의 압출 또는 사출기를 이용하여 바람직하게는 130∼210 ℃의 온도에서 성형물로 성형할 수 있다.In addition, after kneading at the above temperature, it can be molded into a molded article at a temperature of preferably 130 ~ 210 ℃ using a conventional extrusion or injection machine.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
<실시예 1> 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러(탄산칼슘) 복합체의 제조Example 1 Preparation of Cellulose Derivative and Basic Inorganic Filler (Calcium Carbonate) Composite
셀룰로오스 유도체로 셀룰로오스 디아세테이트[Mw. ca. 265.66 gㆍmol-1, 55.9 wt% 아세틸 함량, 치환도(degree of substitution) 2.46, Celanese사 제품]를 사용하고, 염기성 무기 필러로 탄산칼슘(DongHo Calciuml사의 particle size 3㎛를 사용함)을 사용하여 복합체를 제조하였다. 가소제로 사용한 트리아세틴(Triacetine, TA)은 대신합성공업사의 제품을 사용하였고, 윤활제로 쓰인 에폭시화된 콩기름(Epoxidized Soybean Oil, ESO, Mw. 1000)은 신동방사로부터 구입하여 사용하였다.Cellulose derivatives such as cellulose diacetate [Mw. ca. 265.66 g · mol -1 , 55.9 wt% acetyl content, degree of substitution 2.46, manufactured by Celanese], and calcium carbonate (using a particle size of 3 μm of DongHo Calciuml) as a basic inorganic filler The complex was prepared. Triacetine (TA) was used as a plasticizer instead of synthetic synthetic products, and epoxidized soybean oil (ESO, Mw. 1000) used as a lubricant was purchased from Shindongsa.
CDA/TA/ESO(조성1) 와 CDA/CaCO3/TA/ESO(조성2) 의 복합체를 제조하기 전에 CDA와 CaCO3은 각각 대류식 건조기를 이용하여 70℃에서 24시간 동안 건조시켰다. Before preparing the composite of CDA / TA / ESO (composition 1) and CDA / CaCO 3 / TA / ESO (composition 2), CDA and CaCO 3 were each dried at 70 ° C. for 24 hours using a convection dryer.
CDA(70 중량부)/TA(30 중량부)/ESO(3 중량부)의 비율로 슈퍼믹서에서 1분 동안 믹싱하여 혼합물을 제조한 후, 혼합물의 충분한 가소화와 수분흡수를 방지하기 위하여 70℃ 대류식 건조기에서 24시간 동안 재건조 시켰다. After mixing for 1 minute in a supermixer at the ratio of CDA (70 parts by weight) / TA (30 parts by weight) / ESO (3 parts by weight) to prepare a mixture, 70 to prevent sufficient plasticization and water absorption of the mixture It was re-dried for 24 hours in a convection dryer.
가소화된 CDA(CDA(70 중량부)/TA(30 중량부)/ESO(3 중량부) 혼합물)에 CaCO3을 각각 10:0(조성1), 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5 중량부의 비율로 혼합 후, 이축 압출기에 투입하였다. 실험에 사용된 이축 압출기는 BAU-TECH사의 BT-19로 스크류 직경은 19mm이며 L/D 40의 동방향 치합형(intermeshing corotating)인 모듈라(modular) 형 이축 압출기이다. 사용된 스크류의 조합은 도 1과 같다. 총 다섯 곳의 혼합 구간이 있으며, 한 곳의 역방향 스크류가 있다. 각 구간에서는 CDA와 CaCO3이 용융되면서 혼합이 이루어진다. 본 실험에 적용한 온도 구배는 호퍼부분에서부터 다이 부분까지 각각 130℃, 150℃, 170℃, 180℃, 180℃, 180℃, 190℃, 210℃로 유지하였으며, 스크류 속도는 150rpm 으로 일정하게 하였다. 다이를 통해 나온 압출물은 냉각 수조를 거쳐 펠렛타이저(pelletizer)에서 펠렛으로 성형한 후 80℃ 대류식 오븐에서 24시간 이상 건조시켰다. CaCO 3 in plasticized CDA (CDA (70 parts by weight) / TA (30 parts by weight) / ESO (3 parts by weight) mixture)) 10: 0 (composition 1), 9: 1, 8: 2, 7: After mixing at the ratio of 3, 6: 4, 5: 5 weight part, it injected | thrown-in to the twin screw extruder. The twin screw extruder used in this experiment was a BAU-TECH BT-19, a screw type 19mm and a modular twin screw extruder, which is an intermeshing corotating L /
(시편의 제조)(Production of specimen)
대류식 오븐에서 건조된 펠렛으로 기계적 물성을 측정하기 위해 BAU-TECH사의 미니 사출기를 이용하여 ASTM D 1708에 의거한 인장 시편을 만들었다. 시편 제작 시 사출압력은 900psi이며 실린더의 온도는 190℃이고 순환 가공시간은 3분으로 하였다. 시편의 수는 최소 7개로 하였다. Tensile specimens according to ASTM D 1708 were made using a BAU-TECH mini-injector to measure the mechanical properties of pellets dried in a convection oven. The injection pressure was 900 psi, the cylinder temperature was 190 ° C and the circulation processing time was 3 minutes. The number of specimens was at least seven.
혼합물의 동력학적 특성을 확인하기 위하여 CARVER사의 유압식 프레스를 사용하여 가공 온도는 180℃이며 압력은 1000 psi이고 순환 가공시간 5분으로 하여 조성별로 DMA 분석 필름 (0.5×40×0.3mm)을 제작하였다. In order to confirm the kinetics of the mixture, a DMA analysis film (0.5 × 40 × 0.3mm) was produced for each composition by using CARVER's hydraulic press at a processing temperature of 180 ° C., a pressure of 1000 psi, and a circulation processing time of 5 minutes. .
또한, DMA 분석 필름과 동일 조건하에서 만들어진 필름으로 CaCO3의 아세트산 흡수효과(absorption effects)를 측정하였다. CaCO3의 분산성을 확인하기 위해 SEM을 사용하였는데, DMA 분석 필름과 동일 조건하에서 필름을 제작한 후 액체질소에 5초간 동결시킨 후 파단시켰다. In addition, the acetic acid absorption effects of CaCO 3 were measured with a film made under the same conditions as the DMA analysis film. SEM was used to confirm the dispersibility of CaCO 3 , and the film was prepared under the same conditions as the DMA analysis film, and then frozen in liquid nitrogen for 5 seconds and then broken.
(물성 분석)(Physical analysis)
혼합물의 유리전이온도와 탄성률을 확인하기 위하여 동역학적 점탄성 특성 분석으로 DMA(Dynamic Mechanical Analyzer, Seiko Exstar 6000, DMA /SS6100)를 이용하였다. 승온속도 10℃/min으로 25℃∼250℃까지 수행하였으며 N2 분위기 하에서 주파수 1Hz를 사용하였다. 200mN의 힘으로 Tension/Sinusoidal 모드를 사용하였다.Dynamic mechanical analyzer, DMA (Seiko Exstar 6000, DMA / SS6100) was used to analyze the glass transition temperature and elastic modulus of the mixture. The temperature increase rate was carried out from 25 ℃ to 250 ℃ at 10 ℃ / min and a frequency of 1Hz was used under N 2 atmosphere. Tension / Sinusoidal mode was used with a force of 200mN.
(인장 시험)(Tension test)
인장 시험을 측정하기 위해 UTM(Universal Tensile Machine, LLOYD, Inc., LR 30K)을 이용하여 하중은 1KN이며 cross-head speed 10mm/min의 속도로 하여 기계적 물성을 측정하였다. To measure the tensile test, UTM (Universal Tensile Machine, LLOYD, Inc., LR 30K) was used to measure the mechanical properties at a load of 1 KN and a cross-head speed of 10 mm / min.
CaCO3에 의한 아세트산의 흡수효과를 확인하기 위해 CDA/CaCO3 복합체필름을 끓는 탈이온수(D.I water)에 담그고, pH 미터를 사용하여 pH 값을 측정하였다.CDA / CaCO 3 in order to determine the absorption effect of acetic acid by CaCO 3 The composite film was immersed in boiling DI water and the pH value was measured using a pH meter.
또한 SEM(Scanning Electron Microscopy, JEOL /JSM 7000F)을 이용하여 CDA 안에서 CaCO3의 표면 형상학적인 구조를 관찰하였다.SEM (Scanning Electron Microscopy, JEOL / JSM 7000F) was also used to observe the surface morphology of CaCO 3 in CDA.
CDA에 가소제 TA와 윤활제로 ESO를 첨가하여 복합체를 제조하고 여기에 CaCO3을 일정 비율로 혼합하여 생분해성 복합체를 성공적으로 제조하였다. CaCO3의 함량에 따른 이 복합체들의 특성을 아래와 같이 비교하였다.The composite was prepared by adding ESO as a plasticizer TA and a lubricant to the CDA, and CaCO 3 was mixed therein to prepare a biodegradable complex successfully. The properties of these complexes according to the CaCO 3 content were compared as follows.
<실험예 1> 동력학적 특성 분석Experimental Example 1 Dynamic Characteristics Analysis
CDA/TA/ESO 7:3:0.3 비율의 복합체에 CaCO3을 각각 10, 30, 50 중량부 첨가하여 제조된 복합 필름의 저장탄성률과 tan δ 곡선을 나타내었다. The storage modulus and tan δ curve of the composite film prepared by adding 10, 30, and 50 parts by weight of CaCO 3 to the composite of CDA / TA / ESO 7: 3: 0.3 ratio, respectively.
도 2에 나타난 바와 같이, 이들 복합필름은 상온에서 일정한 값을 갖는 유리상 저장탄성률을 보이지 않는 것으로 보아 유리전이 과정에 있다고 판단된다. 손실탄성률과 tan δ에서는 첨가된 CaCO3에 의하여 유리전이온도가 상승하고 유리전이온도 범위가 넓어지는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 2, these composite films do not show a glassy storage modulus having a constant value at room temperature, and thus are determined to be in the glass transition process. In loss modulus and tan δ, the glass transition temperature is increased and the glass transition temperature range is widened by CaCO 3 added.
상온에서 저장탄성률을 비교해 보면 CaCO3의 함량이 증가할수록 높은 값을 나타내었으며, 이는 일반적으로 무기물에 의하여 강화된 복합재료에서 관찰되는 것으로 열 변형온도 또는 상온 탄성률 등이 CaCO3에 의하여 상승된다는 것을 확인할 수 있다.Comparing the storage modulus at room temperature, the higher the content of CaCO 3 , the higher the value. This is generally observed in composites reinforced with inorganic materials. It is confirmed that the thermal strain temperature or room temperature modulus is increased by CaCO 3 Can be.
도 3에서는 tan δ 곡선으로부터 복합 필름의 유리전이온도를 관찰하였다. 일반적으로 온도에 따른 tan δ 곡선은 고분자 사슬의 작은 그룹의 움직임과 이종 물질의 계면 특성 등이 관찰될 수 있다. 따라서 복합체의 시스템 내에서 CaCO3의 함량에 따라 tan δ 곡선 피크의 변화가 일어날 수 있고 가소제의 영향에 의하여 변화하는 미세한 전이현상을 관찰할 수도 있다. 순수한 CDA 필름의 경우가 대략 195℃의 Tg점을 갖는데 가소화된 CDA 필름의 경우 106 ℃에서 Tg가 관찰된다. 이는 순수한 CDA의 Tg보다 89 ℃가 더 낮아진 것인데, 이로써 TA가 CDA에 효과적인 가소제로 작용하였음을 알 수 있다. In FIG. 3, the glass transition temperature of the composite film was observed from the tan δ curve. In general, the tan δ curve with temperature can be observed in the movement of small groups of polymer chains and the interfacial properties of heterogeneous materials. Therefore, the tan δ curve peak may change depending on the CaCO 3 content in the system of the composite, and the transition may be observed by the plasticizer. The pure CDA film has a Tg point of approximately 195 ° C. while the plasticized CDA film has a Tg at 106 ° C. This is 89 ℃ lower than the Tg of pure CDA, it can be seen that TA acted as an effective plasticizer for CDA.
도 3에 나타난 바와 같이, CaCO3의 함량이 증가할수록 Tg가 106℃에서 114℃까지 증가하는 경향을 확인할 수 있는데, 이는 복합체내의 전이과정에서 CaCO3이 충진제로서 분자운동에 대한 방해 결과로 볼 수 있다.As shown in FIG. 3, as the CaCO 3 content increases, the Tg increases from 106 ° C to 114 ° C, which can be seen as a result of interference with molecular motion as a CaCO 3 filler during the transition process in the complex. have.
<실험예 2> 기계적 물성 분석Experimental Example 2 Mechanical Property Analysis
UTM을 이용하여, CDA/TA/ESO 7:3:0.3 비율의 복합체에 CaCO3을 각각 10, 30, 50 중량부 첨가하여 제조된 복합 필름의 기계적 물성을 측정하였다. 표 1은 TA/ESO로 가소화된 CDA의 기계적 물성과 CaCO3의 함량에 따른 기계적 강도를 비교하였다. Using the UTM, 10, 30, 50 parts by weight of CaCO 3 was added to the composite of the ratio of CDA / TA / ESO 7: 3: 0.3 to measure the mechanical properties of the composite film. Table 1 compares the mechanical properties of the CDA plasticized with TA / ESO and the mechanical strength according to the CaCO 3 content.
표 1에 나타난 바와 같이, TA/ESO로 가소화된 CDA(시료 1)는 62MPa의 인장강도와 1,734MPa의 탄성률 그리고 7.2%의 신율을 보였다. CaCO3의 함량이 증가함에 따 라 인장강도는 감소하고 탄성률은 증가하는 경향을 보였다. CaCO3의 함량이 50 중량부로 증가하면서 인장강도는 62에서 51MPa로 17.7% 감소하였고 탄성율은 1734에서 3191MPa로 45.7% 증가하였다. As shown in Table 1, TA / ESO plasticized CDA (Sample 1) showed a tensile strength of 62 MPa, an elastic modulus of 1,734 MPa, and an elongation of 7.2%. As CaCO 3 content increased, tensile strength decreased and modulus of elasticity increased. As CaCO 3 content increased to 50 parts by weight, the tensile strength decreased by 17.7% from 62 to 51MPa and the modulus of elasticity increased by 45.7% from 1734 to 3191MPa.
Lazzeri는 CaCO3/폴리프로필렌 복합체에 관한 연구에서 CaCO3의 함량이 증가할수록 CaCO3의 딱딱한 성질에 의해 복합체의 탄성은 증가하고, CaCO3입자가 응집하여 분산이 이루어지지 않아 인장강도는 감소한다고 보고하고 있다(J. Appl . Polym . Sci., 91, 925, 2004). Lazzeri is CaCO 3 / poly more propylene composite study the amount of CaCO 3 increased from about the reported to increase resiliency of the composite material by the rigid nature of CaCO 3 and, CaCO 3 particles are aggregated to the tensile strength is reduced not to be made is distributed ( J. Appl . Polym . Sci. , 91, 925, 2004).
또한 chen의 연구에 의하면 폴리비닐클로라이드/CaCO3복합체에서 CaCO3의 함량이 증가할수록 복합체의 인장강도가 감소하는 걸 확인하였고, microscale CaCO3의 함량이 10phr일때, 신율이 가장 높고, CaCO3의 함량이 증가할수록 감소한다고 보고하고 있다(J. Polym . Sci ., 44, 451, 2006). Further, according to chen studies were confirmation that the polyvinyl content of CaCO 3 increase in chloride / CaCO 3 composite has a tensile strength of the composite decreased, the amount of the microscale CaCO 3 10phr when, elongation is the highest, and the content of CaCO 3 Is reported to decrease with increasing ( J. Polym . Sci . , 44, 451, 2006).
본 발명에서는 CaCO3의 함량이 10 중량부일 때 신율은 10.2%로 가소화된 CDA의 신율 7.2%와 비교하여 29.4% 증가하였고, CaCO3의 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 가공 중에 CaCO3의 함량이 증가할수록 가소화된 CDA 안에서 CaCO3 입자가 분산되지 않고 응집되는 것으로 판단되며, SEM 이미지 결과에서도 CaCO3의 함량이 증가할수록 CDA/CaCO3복합체에서 CaCO3입자가 응집되는 것이 관찰되었다. In the present invention, when the content of CaCO 3 is 10 parts by weight, the elongation was increased by 29.4% compared with 7.2% elongation of the plasticized CDA to 10.2%, and showed a tendency to decrease as the content of CaCO 3 increases. This is more the content of CaCO 3 CaCO 3 increases during processing in plasticized CDA And determines that the particles are aggregated without being dispersed, as the SEM image results in increasing the amount of CaCO 3 was observed that the CaCO 3 particle aggregation in CDA / CaCO 3 complex.
*: TA 30 중량부 및 ESO 3 중량부를 첨가한 셀룰로오스 디아세테이트의 함량을 나타낸다.*: The content of cellulose diacetate added with 30 parts by weight of TA and 3 parts by weight of ESO is shown.
<실험예 3> 파단면 형상학적 분석Experimental Example 3 Fracture Surface Analysis
일반적으로 복합체의 기계적 인장강도는 복합체 미세 구조의 형상에 영향을 받는다. 도4는 CTE(도 4a)와 CaCO3이 다양하게 함유된 CDA/CaCO3복합체(도 4b∼d) 복합체들의 SEM 이미지이다. 각 시료들은 핫 프레셔(hot presser)를 이용하여 얇은 필름으로 제작한 다음 액체질소에 담근 후 파단하여 그 단면을 측정하였다. In general, the mechanical tensile strength of a composite is influenced by the shape of the composite microstructure. FIG. 4 is an SEM image of CDA / CaCO 3 complexes (FIGS. 4B-D) complexes containing various CTEs (FIG. 4A) and CaCO 3 . Each sample was made into a thin film using a hot presser, and then immersed in liquid nitrogen and broken to measure its cross section.
CaCO3이 함유되지 않은 CTE733을 보면 파단면이 일정한 방향으로 배열되어 있음을 볼 수 있다(도 4a). 이는 트리아세틴이 CDA 분자내로 효과적으로 침투하여 분자간의 인력을 감소시키고, 흐름성을 좋게 하여 필름을 만드는 과정에서 CDA 분자들이 일정한 방향으로 배열되어 나타난 현상으로 판단되며, 트리아세틴이 CDA에 가소제로서 효과적임을 보여주는 것이다. Looking at CTE733 containing no CaCO 3 , it can be seen that the fracture surfaces are arranged in a constant direction (FIG. 4A). This is judged to be a phenomenon in which CDA molecules are arranged in a certain direction in the process of triacetin penetrating into the CDA molecule effectively, reducing the attraction between molecules and improving the flowability to make a film, and that triacetin is effective as a plasticizer for CDA. To show.
또한, 다크 홀(dark hole)을 볼 수 있는데, 이는 가공 중에 발생되는 CDA의 아세트산으로 판단된다. CaCO3의 함량이 증가할수록 복합체들의 SEM 이미지를 보면 다크 홀이 CaCO3의 입자들에 의해 채워져 없어지는 것을 볼 수 있다(도 4b∼d). 이는 CaCO3이 가공 중에 발생되는 CDA의 아세트산을 흡수하는 현상으로 판단되며, pH의 변화로 그 효과를 확인하였다(도 5). 복합체 안에서 CaCO3의 함량이 증가할 수록(도 4b∼d) CaCO3의 입자들의 분산이 나빠지고, 응집하는 것을 볼 수 있는데, 특히 CaCO3의 함량이 50 중량부일 때, CDA 매트릭스 전체에 하얀 CaCO3입자가 박혀 뒤덮인 것이 확인된다. 이는 CaCO3 입자가 CDA 분자간의 인력을 감소시키므로 인장강도와 신율이 감소하는 결과로 사료된다. Dark holes can also be seen, which is believed to be the acetic acid of CDA generated during processing. As the content of CaCO 3 increases, the SEM images of the composites show that the dark holes are filled away by the particles of CaCO 3 (FIGS. 4B-D). This is considered to be a phenomenon in which CaCO 3 absorbs acetic acid of CDA generated during processing, and the effect was confirmed by the change of pH (FIG. 5). As the content of CaCO 3 increases in the composite (FIGS. 4b to d), the dispersion of the particles of CaCO 3 worsens and agglomerates. Particularly, when the content of CaCO 3 is 50 parts by weight, white CaCO throughout the CDA matrix is observed. It is confirmed that 3 particles were encrusted and covered. This is CaCO 3 It is believed that the particles decrease the tensile strength and elongation because they reduce the attraction between the CDA molecules.
<실험예 4> 아세트산의 흡수효과Experimental Example 4 Absorption Effect of Acetic Acid
CDA/CaCO3 복합체 제조 시 CDA와 TA 사이에서 아세트산이 발생하게 된다. CDA/CaCO3 복합체내에서 CaCO3의 아세트산 흡수효과에 대해 알아보기 위해 CDA/CaCO3복합체 필름을 탈이온수(D.I water)에 담그고 가열하였을 때, 시간에 따라 탈이온수의 pH 변화를 측정하였다. CDA / CaCO 3 Acetic acid is generated between CDA and TA during the preparation of the complex. CDA / CaCO 3 when the composite body from being heated was immersed in CDA / CaCO 3 complex of deionized water (DI water) film to find out about the effect of the acetic acid absorption CaCO 3, to measure the pH change of the de-ionized water over time.
도 5에서 CaCO3을 첨가하지 않은 가소화된 CDA의 경우(CaCO3 0 중량부) 시간이 지날수록 탈이온수의 pH가 산성으로 변하는 것을 볼 수 있다. 이는 필름에 열을 가하면 CDA가 가지고 있는 아세트산이 배출된다는 것을 의미하며, 아세트산 배출은 제품으로 상용화 시 문제점이 될 수 있다. CaCO3의 함량이 증가할수록 pH의 변화가 줄어들어, CaCO3의 함량이 50 중량부일 때는 거의 변화가 없다. 이는 CaCO3이 아세트산을 흡수한다는 것을 의미하며, SEM 이미지를(도 4) 통해서도 아세트산의 흡수를 확인하였다. In the case of plasticized CDA without CaCO 3 in FIG. 5 (
<실시예 2> 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러(제올라이트) 복합체의 제조Example 2 Preparation of Cellulose Derivative and Basic Inorganic Filler (zeolite) Composite
염기성 무기 필러로 CaCO3 대신 제올라이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 복합체를 제조하였다. 상기 복합체에 대해 실험예 4의 방법에 따라 탈이온수의 pH 변화를 측정하였다. 이때 제올라이트는 CDA 50 중량부에 대해 50 중량부의 함량으로 첨가하였다. CaCO 3 as basic inorganic filler A composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that zeolite was used instead. The pH change of the deionized water was measured according to the method of Experimental Example 4 for the complex. The zeolite was added in an amount of 50 parts by weight based on 50 parts by weight of CDA.
<실시예 3> 셀룰로오스 유도체 및 염기성 무기 필러(인산삼칼슘, Ca3(PO4)2) 복합체의 제조<Example 3> Preparation of cellulose derivative and basic inorganic filler (tricalcium phosphate, Ca 3 (PO 4 ) 2 ) composite
염기성 무기 필러로 CaCO3 대신 인산삼칼슘(Ca3(PO4)2)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 복합체를 제조하였다. 상기 복합체에 대해 실험예 4의 방법에 따라 탈이온수의 pH 변화를 측정하였다. 이때 인산삼칼슘(Ca3(PO4)2)은 CDA 50 중량부에 대해 50 중량부의 함량으로 첨가하였다. CaCO 3 as basic inorganic filler Instead, tricalcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ) except that the composite was prepared in the same manner as in Example 1. The pH change of the deionized water was measured according to the method of Experimental Example 4 for the complex. At this time tricalcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ) was added in an amount of 50 parts by weight based on 50 parts by weight of CDA.
도 5에 나타난 바와 같이, 탈이온수의 pH는 시간이 지나도 산성으로 변하지 않고 오히려 약간 증가하였다. 즉, 제올라이트와 인산삼칼슘(Ca3(PO4)2)은 탄산칼슘보다 아세트산 흡수효과가 더 우수함을 알 수 있었다.As shown in FIG. 5, the pH of the deionized water did not turn acidic but increased slightly over time. In other words, zeolite and tricalcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ) was found to have a better acetic acid absorption effect than calcium carbonate.
<비교예 1> 셀룰로오스 유도체 및 산성 무기 필러, NaHCO3 복합체의 제조Comparative Example 1 Preparation of Cellulose Derivative, Acidic Inorganic Filler, and NaHCO 3 Composite
무기 필러로 NaHCO3을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 복합체를 제조하였다.A composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that NaHCO 3 was used as the inorganic filler.
<비교예 2> 셀룰로오스 유도체 및 산성 무기 필러, KHCO3 복합체의 제조Comparative Example 2 Preparation of Cellulose Derivative, Acidic Inorganic Filler, and KHCO 3 Composite
무기 필러로 KHCO3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 복합체를 제조하였다.A composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that KHCO 3 was used as the inorganic filler.
그러나, 비교예 1 및 2에서 제조된 복합체들은 압출 시 변색이 일어나서 가공할 수 없었다(미도시됨).However, the composites prepared in Comparative Examples 1 and 2 were discolored upon extrusion and could not be processed (not shown).
도 1은 본 발명에 사용된 스크류 구조(Screw configuration)를 나타낸 것이다. 1 shows a screw configuration used in the present invention.
도 2는 탄산칼슘 함량별 셀룰로오스 디아세테이트/탄산칼슘 (CDA/CaCO3) 복합체의 저장 탄성률을 나타낸 것이다. Figure 2 shows the storage modulus of cellulose diacetate / calcium carbonate (CDA / CaCO 3 ) composites by calcium carbonate content.
도 3은 탄산칼슘 함량별 CDA/CaCO3 복합체의 tan δ 곡선(Tg) 변화를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the change in tan δ curve ( Tg ) of the CDA / CaCO 3 complex by calcium carbonate content.
도 4는 탄산칼슘 함량별 CDA/CaCO3 복합체의 파단면을 나타내는 SEM 사진도이다. Figure 4 is a SEM photograph showing the fracture surface of the CDA / CaCO 3 composite by calcium carbonate content.
도 5는 탄산칼슘 함량별 CDA/CaCO3 복합체의 pH 값, 및 CDA/제올라이트 복합체 및 CDA/ 인산삼칼슘(Ca3(PO4)2) 복합체의 pH값을 나타낸 것이다. Figure 5 shows the pH value of the CDA / CaCO 3 complex by calcium carbonate content, and the pH value of the CDA / zeolite complex and CDA / tricalcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ) complex.
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