KR101987086B1

KR101987086B1 - 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물, 복합수지 제조방법 및 그로부터 제조되는 시트제조방법

Info

Publication number: KR101987086B1
Application number: KR1020180112135A
Authority: KR
Inventors: 김흥도; 윤홍섭
Original assignee: 윤홍섭
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2019-09-30

Abstract

본 발명은 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물, 복합수지 제조방법 및 그로부터 제조되는 시트제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PLA(Poly lactic acid), PCL(폴리 카프로 락톤), PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트), PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트), PVAC(폴리 비닐 아세테이트), 크로스링킹제, 상용화제를 혼합한 복합수지 조성물을 분말가공하는 단계(S10), 혼합하는 단계(S20), 용융 압출하는 단계(S30), 냉각, 건조하는 단계(S40) 및 포장하는 단계(S50)를 거쳐 복합수지를 제조하며, 여기에 냉각, 건조된 스트랜스를 시트 제조용 T-die 압출기를 이용하여 용융압출하는 단계(S500), 상기 T-die 압출기를 통해 용융 압출한 복합수지를 압연하여 두께 조절 및 1차 냉각하여 시트를 제조하는 단계(S600), 상기 두께가 조절된 상태로 1차 냉각된 시트를 2차 냉각하는 단계(S700) 및 상기 2차 냉각된 시트를 규격에 맞게 커팅하여 포장하는 단계(S800)을 거쳐 시트 제조방법을 구현 함으로써, 저온상태에서 제품의 후가공이 용이하며, 생체접촉에 무해하고, 식품 접촉 규격에 맞는 시트를 제조함은 물론, 생분해조건을 충족하여 자원 순환 사용이 가능하도록 하는 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물, 복합수지 제조방법 및 그로부터 제조되는 시트제조방법에 관한 것이다.

Description

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물, 복합수지 제조방법 및 그로부터 제조되는 시트제조방법{A biodegradable composite resin composition having improved low-temperature processability, a method for producing a composite resin, and a sheet manufacturing method therefor}

본 발명은 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물, 복합수지 제조방법 및 그로부터 제조되는 시트제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주요 성분 및 제조방법의 개선을 통해 시트를 제작하고, 상기 시트를 이용하여 제작된 제품(부목(Splint))이 60 ~ 70℃의 저온상태에서 후 가공이 용이하여 사용 편의성이 향상됨은 물론, 생체접촉에 무해하고, 식품 접촉 규격에 맞는 시트를 제조하며, 생분해성 조건을 충족하여 자원 순환 사용이 가능한 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지 및 이를 이용한 시트 제조방법을 제공한다.

일반적으로 합성플라스틱은 뛰어난 물성과 함께 가격이 저렴하고, 가벼운 특성으로 인해 현대인의 생활에 꼭 필요한 소재로 전세계에서 다양한 용도로 사용되고 있다.

상기 합성플라스틱은 이러한 물성, 편리성, 제품 생산성 및 가격 등의 장점으로 인해 일 회 내지 수회 사용 후 버려지는 일회용품의 주원료로 사용되고 있다.

그러나 합성플라스틱은 그 장점이자 단점인 분해가 잘 되지 않는 문제가 있으며, 이로 인하여 환경오염 문제가 날로 심각해지고 있다. 이에 최근에는 일회용품의 사용을 줄이거나, 사용한 일회용 플라스틱을 재활용하는 등의 운동이나 시도가 진행되어 왔다.

국내외에 실질적으로 일회용 플라스틱 사용의 부분 규제도 실행되고 있는데, 우리나라에서도 '자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률'(2002. 법령 제6653호)을 통하여 폐기물을 증가시키는 이들 합성플라스틱 재질의 일회용품에 대한 규제 및 단속을 시행하고 있다.

또한, 합성플라스틱의 가장 보편적인 처리방법으로 매립, 소각 및 재생 방법을 주로 활용해 왔으나, 이들 방법으로는 환경오염 문제를 근본적으로 해결할 수 없었다.

즉, 합성 플라스틱은 폐기 처리시, 심각한 환경오염을 일으키는 문제가 있다. 또한, 화석연료의 고갈로 인하여, 최근 선진국을 중심으로 국제적인 규제를 통해 그 사용량을 점차 줄이거나 제한하고 있는 추세에 있다. 특히, 염화비닐수지(PVC)는 소각 시 다량의 다이옥신을 방출하는 문제점이 지적되고 있다. 다이옥신은 세계보건기구에 의해 유전 가능한 1급 발암물질로 규정됐고, 사람이나 동물에게 치명적인 악영향을 끼치는 것으로 보고되고 있다.

이에 자연 상태에서 분해되는 생분해성 수지로 대체하는 기술이 시도되고 있다. 생분해성 수지는 토양 속의 미생물에 의해 자연 분해되는 것으로, 이는 예를 들어 폴리락트산(poly lactic acid, PLA), 폴리글리콜산(poly glycolic acid, PGA), 폴리카프로락톤(poly caprolactone, PCL), 지방족 폴리에스테르 수지, 폴리히드록시 부틸산(poly hydroxy butyric acid, PHBA) 및 D-3-히드록시 부틸산(D-3-hydroxy butyric acid, HBA) 등을 들 수 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0856627호 및 대한민국 등록특허 제10-0909776호 등에는 위와 같은 생분해성 수지를 이용하여 시트를 제조하는 기술이 제시되어 있다.

그러나 생해분성 수지, 즉 상기한 바와 같은 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리카프로락톤(PCL), 지방족 폴리에스테르 수지, 폴리히드록시 부틸산(PHBA) 및 D-3-히드록시 부틸산(HBA) 등과 같은 생분해성 수지는 치수 안정성, 인장 강도 및 경도 등의 기계적 물성이 낮다. 이러한 물성을 보강하기 위해, 생분해성 수지시트에 별도의 보강 시트를 합지하거나, 시트의 압출 성형 시 생분해성 수지에 다른 일반 수지나 무기 필러(filler) 등을 첨가하여 제조하는 방법이 시도되고 있다.

예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2009-0087681호에는 종이 소재를 압착(합지)하여 제조하는 기술이 제시되어 있다.

그리고 대한민국 공개특허 제10-2011-0068267호에는 생분해성 수지에 지방족 폴리에스테르 등의 일반 수지와 산화티탄을 첨가하여 생분해성 수지시트를 제조하고, 이후 생분해성 수지시트의 일측면에 한지 시트를 적층 결합시켜 제조하는 기술이 제시되어 있다.

그러나 상기 대한민국 공개특허 제10-2009-0087681호에서와 같이 별도의 보강 시트(종이)를 합지하는 경우, 생분해성 수지시트와 보강시트(종이) 간의 접착성이 부족하여 합지가 어렵다. 그리고 상기 대한민국 공개특허 제10-2011-0068267호에서와 같이 지방족 폴리에스테르 등의 일반 수지를 첨가하는 경우, 이는 상기 지방족 폴리에스테르 등의 일반 수지에 의해 친환경적이라 할 수 없다.

또한, 종래 생분해성 수지를 이용한 시트는 원하는 모양으로 성형하기 위해서는 고온에서 가공해야 했기 때문에 가공성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 생분해성 수지를 이용한 시트는 생체 접촉 및 식품 접촉 규격을 충족하지 못하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0856627호 대한민국 등록특허 제10-0909776호 대한민국 공개특허 제10-2009-0087681호 대한민국 공개특허 제10-2011-0068267호

본 발명은 상술한 종래 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 복합수지를 이루는 주요 성분 및 제조방법이 친환경적으로 개선됨은 물론, 상기 복합수지를 이용하여 제작된 제품(부목(Splint))이 60 ~ 70℃의 저온상태에서 후 가공이 용이하여 제품 사용성을 향상시킬 수 있도록 한 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물, 복합수지 제조방법 및 그로부터 제조되는 시트제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 생체접촉에 무해하고 식품 접촉 규격에 적합한 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물, 복합수지 제조방법 및 그로부터 제조되는 시트제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명에 제조방법에 의해 제조된 복합수지는 생분해성 조건을 충족하여 자원 순환 사용이 가능하도록 한 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지 및 복합수지 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid), PCL(폴리 카프로 락톤), PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트), PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트), PVAC(폴리 비닐 아세테이트), 크로스링킹제, 상용화제를 혼합하여 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은,

PLA(Poly lactic acid) 28 ~ 72 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 ~ 20 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 ~ 10 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 5~15 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 10 ~ 20 중량%, 크로스링킹제 2 ~ 4 중량%, 상용화제 1 ~ 3 중량%를 압출기를 통해 용융 압출할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 PLA는 PLLA와 이성체인 PLDA를 스테레오 컴플렉스될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 PLA는 폴리-L-락타이드, 폴리-D-락타이드 및 폴리-DL-락타이드 단독중합체 또는 PLA는 폴리-L-락타이드, 폴리-D-락타이드 및 폴리-DL-락타이드를 포함하는 공중합체일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 폴리-L-락타이드, 폴리-D-락타이드 및 폴리-DL-락타이드를 포함하는 공중합체인 경우 상기 폴리-D-락타이드는 5 ~ 10 중량%가 스테레오 컴플렉스될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 PVAC(폴리 비닐 아세테이트)는,

가교 결합제로 접목된 PVOH(폴리 비닐알콜) 및 이들의 유도체 또는 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트)는,

PBSA(폴리 부틸렌 숙시네이트 아디페이트)로 대체될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 상용화제는 MAH(무수말레인산)일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 생분해성 복합수지 제조방법은,

PLA(Poly lactic acid) 28 ~ 72 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 ~ 20 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 ~ 10 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 5~15 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 10 ~ 20 중량%, 크로스링킹제 2 ~ 4 중량%, 상용화제 1 ~ 3 중량%를 분말가공하는 단계(S10);

상기 분말상태로 가공한 원료를 더블 블레이드 리본 믹서기로 혼합하는 단계(S20);

상기 혼합된 원료를 원료 공급장치가 구비된 twin 압출기를 이용하여 용융 압출하는 단계(S30);

상기 용융 압출된 원료를 다이(Die)에 투입한 후 다이(Die)를 통해 나온 스트랜드를 냉각, 건조하는 단계(S40)

냉각된 스트랜드를 컷팅기를 거쳐 펠렛타이징 후 포장하는 단계(S50)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 있어서, 상기 스트랜드의 규격은,

밀도 1.25 ±0.05(g/㎠), 인장강도 50(Mpa), 인장활성율 3.5~6(Gpa), 연화온도 60~70℃, 수축률 0.5% 미만 및 수분함량 200ppm 이하이다.

본 발명에 있어서, 상기 용융 압출된 스트랜드를 냉각, 건조하는 단계(S40)에서, 가공된 스트랜드는 공냉시스템으로 냉각할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지를 이용한 시트 제조방법은,

PLA(Poly lactic acid) 28 ~ 72 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 ~ 20 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 ~ 10 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 5~15 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 10 ~ 20 중량%, 크로스링킹제 2 ~ 4 중량%, 상용화제 1 ~ 3 중량%를 분말가공하는 단계(S100);

상기 분말상태로 가공한 원료를 더블블레이드 리본 믹서기로 혼합하는 단계(S200);

상기 혼합된 원료를 원료 공급장치가 구비된 twin 압출기를 이용하여 용융 압출하는 단계(S300);

상기 용융 압출된 원료를 다이(Die)에 투입한 후 다이(Die)를 통해 나온 스트랜드를 냉각, 건조하는 단계(S400);

상기 냉각, 건조된 스트랜스를 시트 제조용 T-die 압출기를 이용하여 용융압출하는 단계(S500);

상기 T-die 압출기를 통해 용융 압출한 복합수지를 압연하여 두께 조절 및 1차 냉각하여 시트를 제조하는 단계(S600);

상기 두께가 조절된 상태로 1차 냉각된 시트를 2차 냉각하는 단계(S700) 및

상기 2차 냉각된 시트를 규격에 맞게 커팅하여 포장하는 단계(S800)을 포함하여 구성된다.

본 발명에 있어서, 압연하여 두께 조절 및 1차 냉각 단계(S70)에서는 냉각롤을 포함한 3축 롤러가 적용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물, 복합수지 제조방법 및 그로부터 제조되는 시트제조방법은 소정의 형상으로 제작된 제품을 60 ~ 70℃의 저온 상태에서 후 가공이 용이하여 사용 편의성이 향상됨은 물론, 생체접촉에 무해하고, 식품 접촉 규격에 맞는 시트를 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 이러한 방법을 통해 제조된 시트는 생분해성 조건을 충족하여 자원 순환 사용이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지를 이용한 시트 제조방법을 나타낸 순서도.
저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지를 이용한 시트 제조방법

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해설되어서는 아니 되며, 고안자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물, 복합수지 제조방법 및 그로부터 제조되는 시트제조방법을 제공한다.

본 발명은 PLA(Poly lactic acid), PCL(폴리 카프로 락톤), PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트), PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트), PVAC(폴리 비닐 아세테이트), 크로스링킹제, 상용화제를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물을 제공한다.

이러한 복합수지조성물에 있어서, PLA(Poly lactic acid) 28 ~ 72 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 ~ 20 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 ~ 10 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 5~15 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 10 ~ 20 중량%, 크로스링킹제 2 ~ 4 중량%, 상용화제 1 ~ 3 중량%를 압출기를 통해 용융 압출한다.

상기 생분해성 복합수지는 넓은 의미에서 분해성 복합수지에 포함되며, 상기 분해성 복합수지는 미국 ASTM (American Society for Testing And Materials)에 의해 특정 환경 조건에서 일정시간 동안에 화학적 구조가 상당히 변화되어 그 성질 변화를 표준 시험 방법으로 측정할 수 있는 플라스틱으로 규정하였으며, 상기 분해성 복합수지는 생분해성, 생광분해성(복합분해성), 광분해성 플라스틱으로 구분하고 있다.

또한 국제표준기구인 ISO(International Standard Organization)에서는 최종 생분해(Ultimate biodegradation)를 미생물의 작용으로 유기물의 붕괴가 일어나고, 최종적으로 이산화탄소, 물과 무기염/생체물질을 생성하는 과정을 생분해로 규정하고 있다. ISO 472의 분해성 플라스틱에 대한 정의를 보면 분해성 플라스틱을 생분해성 플라스틱과 분해성 플라스틱으로 분류하였다.

이러한 생분해성 플라스틱은 성형품, 포장재, 위생용품, 농업용품 등으로 사용한 플라스틱을 폐기시에 소각처리 하지 않고 단순히 매립하는 것만으로 수개월 내지 수년이내에 물, 이산화탄소, 메탄가스, 바이오매스 등으로 완전 분해되는 플라스틱을 말한다.

이러한 복합수지조성물에 있어서, 상기 PLA(Poly lactic acid)는 28 중량% 미만일 경우 사용자가 원하는 물성을 얻기 어려우며, 72 중량%를 초과할 경우 복합수지의 가공성이 저하된다.

본 복합수지조성물에 있어서 상기 PLA(Poly lactic acid)는 28 중량% ~ 72 중량%인 것이 적합하다.

또한, PCL(폴리 카프로 락톤)는 5 중량% 미만일 경우 인장강도 및 항복강도가 사용자가 원하는 수준에 미치지 못하며, 20 중량%를 초과할 경우 기계적인 물성이 저하된다.

본 복합수지조성물에 있어서 상기 PCL(폴리 카프로 락톤)는 5 중량% ~ 20 중량%인 것이 적합하다.

또한, 복합수지조성물에 있어서, 상기 PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트)는 5 중량% 미만일 경우 얻어지는 수지의 가공성이 현저하게 떨어지게 되며, 10 중량%를 초과할 경우 기존의 수지와 차이점을 나타내지 못한다.

한편, 상기 PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트)는 PBSA(폴리 부틸렌 숙시네이트 아디페이트)로 대체될 수 있다.

이때, 상기 PLA(Poly lactic acid)는 PLLA와 이성체인 PLDA를 스테레오 컴플렉스된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 상기 PLA(Poly lactic acid)는 폴리-L-락타이드, 폴리-D-락타이드 및 폴리-DL-락타이드 단독중합체 이거나, 또는 PLA는 폴리-L-락타이드, 폴리-D-락타이드 및 폴리-DL-락타이드를 포함하는 공중합체일 수도 있다.

이때, 상기 폴리-L-락타이드, 폴리-D-락타이드 및 폴리-DL-락타이드을 포함하는 궁중합체일 경우 상기 폴리-D-락타이드는 5 ~ 10 중량%가 스테레오 컴플렉스될 수 있다.

또한, 상기 PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트)는 5중량% 미만일 경우 기계적 강도 및 유연성이 저하되며, 15 중량%를 초과할 경우 기계적 방향(MD)으로 찢어짐이 발생하게 된다. 상기 PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트)가 적정 비로 혼합되면 우수한 생분해성과 기계적 강도를 갖으면서도 향상된 유연성을 갖게 된다.

본 복합수지조성물에 있어서 상기 PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트)는 5 중량% ~ 15 중량%인 것이 적합하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 상기 PVAC(폴리 비닐 아세테이트)는 가교 결합제로 접목된 PVOH(폴리 비닐알콜) 및 이들의 유도체 또는 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.

상기 PVAC(폴리 비닐 아세테이트)는 10 ~ 20 중량%인 것이 적합하다.

한편, 상기 상용화제는, 복합계내의 구성 성분 간의 계면에 존재하면서 혼화성 또는 상용성을 도와서 강한 계면 접착을 일으키기 위한 물질로 본 발명에서는 PEG(Poly ethylene glycol), MA(Maleic anhydrate), GAM(Glycidil Maleic anhydrade) 가 적용된다.

상기 상용화제는 MAH(무수말레인산)이 적용될 수 있다.

이하, 본 발명은 하기 실시예 및 비교예에 의하여 더욱 구체적으로 설명된다. 그러나 본 실시예는 이해를 돕기 위해 예시적으로 기재하는 것일 뿐, 본 발명을 한정하려는 것은 아니다.

실시예 1

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid) 50 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 10 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 15 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 15 중량%, 크로스링킹제 3 중량%, 상용화제 2 중량%를 첨가하여 트윈 스크류 압출기로 용융 압출하여 펠렛화 하였다.

다음으로 얻어진 펠렛을 ASTM D256에 따라 23℃에서 3.2mm의 바(bar)를 성형한 후 각 바의 노치드 아이조드 충격강도를 ASTM D256에 따라 측정한 다음하기 표2에 나타내었다.

실시예 2

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid) 50 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 15 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 15 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 10 중량%, 크로스링킹제 4 중량%, 상용화제 1 중량%를 첨가하여 트윈 스크류 압출기로 용융 압출하여 펠렛화 하였다.

실시예 3

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid) 50 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 20 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 10 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 10 중량%, 크로스링킹제 2 중량%, 상용화제 3 중량%를 첨가하여 트윈 스크류 압출기로 용융 압출하여 펠렛화 하였다.

실시예 4

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid) 50 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 15 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 5 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 20 중량%, 크로스링킹제 4 중량%, 상용화제 1 중량%를 첨가하여 트윈 스크류 압출기로 용융 압출하여 펠렛화 하였다.

실시예 5

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid) 50 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 10 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 15 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 15 중량%, 크로스링킹제 4 중량%, 상용화제 1 중량%를 첨가하여 트윈 스크류 압출기로 용융 압출하여 펠렛화 하였다.

비교예 1

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid) 100 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 0 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 0 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 0 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 0 중량%, 크로스링킹제 0 중량%, 상용화제 0 중량%를 첨가하여 트윈 스크류 압출기로 용융 압출하여 펠렛화 하였다.

비교예 2

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid) 85 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 0 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 5 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 5 중량%, 크로스링킹제 0 중량%, 상용화제 0 중량%를 첨가하여 트윈 스크류 압출기로 용융 압출하여 펠렛화 하였다.

비교예 3

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid) 75 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 5 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 5 중량%, 크로스링킹제 4 중량%, 상용화제 1 중량%를 첨가하여 트윈 스크류 압출기로 용융 압출하여 펠렛화 하였다.

비교예 4

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid) 65 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 10 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 12 중량%, 크로스링킹제 2 중량%, 상용화제 1 중량%를 첨가하여 트윈 스크류 압출기로 용융 압출하여 펠렛화 하였다.

비교예 5

저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물은, PLA(Poly lactic acid) 55 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 10 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 10 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 15 중량%, 크로스링킹제 2 중량%, 상용화제 3 중량%를 첨가하여 트윈 스크류 압출기로 용융 압출하여 펠렛화 하였다.

	PLA (중량%)	PCL (중량%)	PBS (중량%)	PBAT (중량%)	PVAC (중량%)	크로스링킹제 (중량%)	상용화제 (중량%)
실시예 1	50	10	5	15	15	3	2
실시예 2	50	15	5	15	10	4	1
실시예 3	50	20	5	10	10	2	3
실시예 4	50	15	5	5	20	4	1
실시예 5	50	5	10	15	15	4	1
비교예 1	100	0	0	0	0	0	0
비교예 2	85	0	5	5	5	0	0
비교예 3	75	5	5	5	5	4	1
비교예 4	65	5	5	10	12	2	1
비교예 5	55	5	10	10	15	2	3

실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 5에서 제조된 펠릿형태의 생분해성 복합수지로 가공된 바의 충격강도를 측정한 후 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

또한, 생분해성 복합수지를 일축 압출기(L/D : 40, 직경 35mm)로 170 ~ 190℃로 용융 혼련하여 3mm 두께의 시트를 가공한 후 부목(splint) 규격에 맞게 레이저 컷팅기로 재단한 후 자동 온도조절기가 부착된 수조를 이용하여 온도를 70℃로 맞추고 재단된 시트를 60초 동안 담구어 목업에 대고 성형한 후 그 성형성을 시간으로 측정하여 다음과 같이 4등급으로 구분하여 저온 성형성을 평가하였다.

	충격강도(J/m)	성형성 평가
실시예 1	463	매우좋음
실시예 2	423	매우좋음
실시예 3	342	좋음
실시예 4	368	좋음
실시예 5	512	양호
비교예 1	63	보통
비교예 2	93	보통
비교예 3	118	양호
비교예 4	152	양호
비교예 5	321	좋음

상기 표 2에서 실시예 1 ~ 5로 제조된 생분해성 복합수지는 비교예 1 ~ 5로 제조된 생분해성 복합수지에 비해 충격 강도가 우수한 것으로 나타났으며, 성형성 평가에서도 실시예 1 ~ 5로 제조된 생분해성 복합수지가 성형성 평가가 우수한 것으로 나타났다.

또한, 시트를 가공한 후 부목(splint)의 성형등급은

성형시간이 30 ~ 60초 : 매우좋음

성형시간이 60 ~ 100초 : 좋음

성형시간이 100 ~ 200초 : 양호

성형시간이 200초 이상 : 보통

인 것으로 나타났다.

이하, 상기와 같은 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물을 이용한 복합수지 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면, 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지 제조방법은 분말가공 단계(S10), 혼합하는 단계(S20), 용융 압출하는 단계(S30), 냉각, 건조하는 단계(S40) 및 포장하는 단계(S50)를 포함하여 이루어진다.

분말상태 가공단계

먼저, 복합수지의 제조시 사용되는 원료는 PLA(Poly lactic acid), PCL(폴리 카프로 락톤), PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트), PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트), PVAC(폴리 비닐 아세테이트), 크로스링킹제, 상용화제가 사용된다.

더욱 구체적으로 상기 PLA(Poly lactic acid) 28 ~ 72 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 ~ 20 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 ~ 10 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 5~15 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 10 ~ 20 중량%, 크로스링킹제 2 ~ 4 중량%, 상용화제 1 ~ 3 중량%의 비율로 혼합된다.

이후, 소정 크기의 입자를 갖는 분말을 혼합하는 단계,

이때, 이들의 혼합을 위한 장비로는 더블블레이드 리본 믹서기를 사용한다.

본 발명에서는 상기 1차 가공물과 나머지 원료들의 혼합에 사용하는 장비로 더블블레이드 리본 믹서기로 구체화하였으나, 그 실시예에 따라 다양한 원료를 혼합하는데 사용하는 장비이면 어떠한 장비든 적용 가능하다.

상기 혼합물을 용융 압출하는 단계,

다음으로, 상기 혼합물을 원료 공급장치가 구비된 twin 압출기를 이용하여 용융 압출하여 가공한다.

상기 혼합물을 용융 압출하기 위해 사용하는 twin 압출기는 재료를 용융 압출할 때 사용하는 일반적인 공지 기술로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 용융 압출된 원료를 냉각, 건조하는 단계,

다음으로, 상기 원료 공급장치가 구비된 twin 압출기를 통해 압출된 원료를 다이(Die)에 투입한 후 다이(Die)를 통해 나온 스트랜드를 냉각, 건조한다.

이때, 스트랜드의 냉각, 건조는 일반적으로 수냉식과 공냉식이 적용될 수 있다.

여기서, 상기 수냉식은 PLA 복합수지의 2차 건조가 필요하다.

이에 본 발명에서는 냉각과 건조의 일체형인 공냉식의 냉각 건조방법을 적용한다.

상기 압출기를 통해 가공된 스트랜드는 소정의 온도를 갖게 된다. 이에 냉각, 건조단계에서 스트랜드의 온도를 냉각시킨다.

상기 스트랜드의 냉각, 건조단계에서 공냉시스템을 적용하는 것은 냉각 후 건조단계를 배제하여 동력과 시간을 줄여주어 친환경 제조방법을 구현하기 위함이다.

상기 스트랜드를 냉각시키기 위한 공냉시스템은 대상물을 냉각할 때 사용하는 일반적인 공지 기술로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명에서는 시트 냉각에 적용되는 장비를 공냉시스템으로 구체화하였으나, 그 실시예에 따라 대상물을 냉각하는데 사용하는 장비이면 어떠한 장비든 적용 가능하다. 또한, 수냉식의 경우 건조단계를 거쳐야 하기 때문에 본 발명에서는 공냉식을 적용한다.

포장하는 단계,

냉각된 스트랜드를 펠렛타이징 후 포장한다.

여기서 상기 스트랜드의 규격은,

또한, 상기 용융 압출된 스트랜드를 냉각, 건조하는 단계(S40)에서, 가공된 스트랜드는 공냉시스템으로 냉각할 수 있다.

이에, 본 발명의 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지 및 그 제조방법을 통해 제조된 복합수지는 주요 원료성분 및 이를 이용한 제조방법의 개선을 통해 상기 소재를 이용하여 제품화된 물품을 60 ~ 70℃의 저온 상태에서 용이하게 후가공이 가능하며, 생체접촉에 무해하고, 식품 접촉 규격에 적합한 복합수지로 생분해성 조건을 충족하여 자원 순환 사용이 가능하도록 한다.

이하, 상기와 같은 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지를 이용한 시트 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지를 이용한 시트 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면, 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지를 이용한 시트 제조방법은

PLA(Poly lactic acid) 28 ~ 72 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 ~ 20 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 ~ 10 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 5~15 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 10 ~ 20 중량%, 크로스링킹제 2 ~ 4 중량%, 상용화제 1 ~ 3 중량%를 분말가공하는 단계(S100)와

상기 분말상태로 가공한 원료를 더블블레이드 리본 믹서기로 혼합하는 단계(S200)와

상기 혼합된 원료를 원료 공급장치가 구비된 twin 압출기를 이용하여 용융 압출하는 단계(S300)와

상기 용융 압출된 원료를 다이(Die)에 투입한 후 다이(Die)를 통해 나온 스트랜드를 냉각, 건조하는 단계(S400) 및

상기 냉각, 건조된 스트랜스를 시트 제조용 T-die 압출기를 이용하여 용융압출하는 단계(S500)를 진행한다.

상기 (S100) ~ (S400)은 상시ㅌ기 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지 제조방법의 (S10) ~ (S40)과 동일한 방법을 갖는다.

시트를 제조하는 단계

상기 T-die 압출기를 통해 용융 압출한 복합수지를 압연하여 두께 조절 및 1차 냉각하여 시트를 제조한다.(S600)

본 발명의 시트 제조방법에 사용되는 압출기는 일반적인 시트제조용 압출기면 어떠한 압출기든 적용이 가능하다.

상기 압연하여 두께 조절 및 1차 냉각 단계(S70)에서는 냉각롤을 포함한 3축 롤러가 적용될 수 있다.

또한, 시트제조에는 최적의 용융온도 제어가 가능하면 process guide는 일반적이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

여기에서 본 발명에 적합한 시트의 규격은,

밀도 1.25 ±0.05(g/㎠)

인장강도 50(Mpa)

인장활성율 3.5~6(Gpa)

연화온도 60~70℃

수축률 0.5% 미만 및

수분함량 200ppm이하의 범위 안에서 이루어져야 한다.

이후, 2차 냉각하는 단계

상기 두께가 조절된 상태로 1차 냉각된 시트를 2차 냉각한다.(S700)

이후, 포장하는 단계

상기 2차 냉각된 시트를 규격에 맞게 커팅하여 포장한다.(S800)

본 발명은 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지 및 복합수지 제조방법을 통해 제조된 복합수지는 주요 원료성분 및 이를 이용한 제조방법이 친환경적으로 개선됨은 물론, 이렇게 제조된 복합수지를 이용한 제품은 60 ~ 70℃의 저온상태에서 용이한 후가공이 가능하며, 생체접촉에 무해하고 식품 접촉 규격에 적합함은 물론, 생분해성 조건을 충족하여 자원 순환 사용이 가능하도록 한다.

Claims

PLA(Poly lactic acid), PCL(폴리 카프로 락톤), PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트), PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트), PVAC(폴리 비닐 아세테이트), 크로스링킹제, 상용화제를 혼합하여 이루어지되,
PLA(Poly lactic acid) 28 ~ 72 중량%, PCL(폴리 카프로 락톤) 5 ~ 20 중량%, PBS(폴리 부틸렌 숙시네이트) 5 ~ 10 중량%, PBAT(폴리 부틸렌 코-아디페이트 테레프탈레이트) 5~15 중량%, PVAC(폴리 비닐 아세테이트) 10 ~ 20 중량%, 크로스링킹제 2 ~ 4 중량%, 상용화제 1 ~ 3 중량%를 압출기를 통해 용융 압출하며,
상기 PLA는 폴리-L-락타이드, 폴리-D-락타이드 및 폴리-DL-락타이드를 포함하는 공중합체이고,
상기 상용화제는 MAH(무수말레인산)인 것을 특징으로 하는 저온 가공성이 향상된 생분해성 복합수지조성물.
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