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KR-20260061888-A - A RESIN COMPOSITION AND A BIODEGRADABLE RESIN PRODUCT COMPRISING THE SAME

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Abstract

본 발명은 수지 조성물 및 이를 포함하는 생분해성 수지 성형품에 관한 것이다. 본 발명의 수지 조성물은 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 생분해성을 유지하면서, 우수한 기계적 물성을 구현할 수 있다.

Inventors

  • 정동욱
  • 정병준
  • 서영록

Assignees

  • 주식회사 엘지화학

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (18)

  1. 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT); 폴리락트 산(PLA); 열가소성 전분(TPS); 및 상용화제를 포함하고, 상기 상용화제는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머를 포함하는, 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트, 폴리락트 산, 및 열가소성 전분 총 100 중량부에 대하여, 폴리락트 산을 0.1 내지 20 중량부로 포함하는, 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트, 폴리락트 산, 및 열가소성 전분 총 100 중량부에 대하여, 열가소성 전분을 20 내지 50 중량부로 포함하는, 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀 엘라스토머는 폴리프로필렌 엘라스토머, 폴리에틸렌 엘라스토머, 폴리에틸렌프로필렌 엘라스토머, 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체 엘라스토머, 폴리에틸렌-1-펜텐 엘라스토머, 폴리에틸렌-1-헥센 엘라스토머, 폴리에틸렌-1-헵텐 엘라스토머, 및 폴리에틸렌-1-옥텐 엘라스토머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머의 그래프트율은 0.1 내지 2.0 중량%인, 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트, 폴리락트 산, 및 열가소성 전분 총 100 중량부에 대하여, 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머를 0.01 내지 1 중량부로 포함하는, 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트, 폴리락트 산 및 열가소성 전분 총 100 중량부에 대해, 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트 40 내지 79 중량부, 폴리락트 산 0.1 내지 20 중량부, 열가소성 전분 20 내지 50 중량부, 무수말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 0.01 내지 1 중량부 및 슬립제 0.1 내지 0.5 중량부로 이루어지는, 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 상용화제는 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 더 포함하는, 수지 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 점도는 500 Pa.s 내지 5,000 Pa.s인, 수지 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트는 말레산을 1.0 중량% 내지 10.0 중량%로 포함하는, 수지 조성물.
  11. 제8항에 있어서, 상기 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 중량평균분자량은 100,000 g/mol 내지 150,000 g/mol인, 수지 조성물.
  12. 제8항에 있어서, 상기 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트, 폴리락트 산, 열가소성 전분 및 제 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트의 총 중량 기준, 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 0.1 내지 10 중량% 포함하는, 수지 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 수지 조성물을 포함하는, 수지 성형품.
  14. 제13항에 있어서, ISO 527 기준에 따라 측정한 인장 강도 값이 200 kgf/cm 2 내지 500 kgf/cm 2 인, 수지 성형품.
  15. 제13항에 있어서, ISO 527 기준에 따라 측정한 신율 값이 350% 내지 1000%인, 수지 성형품.
  16. 제13항에 있어서, ASTM D1709 기준에 따라 측정한 Dart impact가 400 g 이상 및 2.5 J 이상인, 수지 성형품.
  17. 제13항에 있어서, ASTM D5748 기준에 따라 측정한 Puncture resistance 값이 15.0 N 이상, 70.0% 이상 및 0.70 J 이상인, 수지 성형품.
  18. 제13항에 있어서, 생분해성 멀칭 필름, 또는 식품 포장용 필름인, 수지 성형품.

Description

수지 조성물 및 이를 포함하는 생분해성 수지 성형품{A RESIN COMPOSITION AND A BIODEGRADABLE RESIN PRODUCT COMPRISING THE SAME} 본 발명은 수지 조성물 및 이를 포함하는 생분해성 수지 성형품에 관한 것이다. 최근 환경 보호와 친환경에 관한 관심이 급증함에 따라 친환경 농산물을 재배하는 방법의 필요성이 증대하고 있다. 이러한 친환경 농법의 하나로 멀칭 농법이 알려져 있는데, 농작물을 재배할 때 토양의 표면을 멀칭 필름 등으로 덮어주어 잡초의 생육을 방지하고 병충해를 예방하며, 토양의 수분을 유지 또는 지온을 조절하고, 우천 시 빗물에 의해 토양이 침식되는 것을 방지하고, 농약 사용을 줄이는 방법이다. 이러한 멀칭 농법에 사용되는 멀칭 필름은 농산물의 생산성에 크게 기여를 하지만 사용 후 수거 및 재활용에 따른 어려움이 있다. 통상 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 합성수지를 사용하고 생분해성 성분을 첨가제로 첨가하여 생분해성을 부여하기는 하지만 합성수지 자체의 생분해는 불가능한 실정이다. 또한 생분해되지 않고 남겨진 합성수지는 토양을 오염시키는 문제가 있다. 상기와 같은 농작물 재배를 위한 멀칭 필름 외에도, 기존의 합성 수지의 미세 플라스틱 등의 환경 문제, 환경 호르몬과 같은 인체 안전성 문제 및 플라스틱의 원료가 되는 천연 자원의 고갈 등의 문제 등이 대두되면서, 합성 수지를 생분해성 수지로 대체하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 대표적으로, 식품 포장지를 비롯하여, 음용수 용기, 식품 용기, 자동차 성형품 등 다양한 분야에서 생분해성 수지 적용이 요구되고 있다. 이에 생분해성 플라스틱인 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 사용하여 멀칭 필름을 제조하려는 시도가 있으나, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)의 신율이 높은 반면, 영률 등의 기계적 물성이 기존 폴리에틸렌 등의 필름 대비 낮은 문제점이 있다. 또한, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)는 100% 석유 기반 소재이기에 바이오 원료 함량이 낮다. 이에, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)에 다양한 생분해성 소재들을 컴파운딩하여 물성을 향상시키고 바이오 원료 함량을 증가시키려는 시도가 이루어졌으나, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 다른 생분해성 소재들 사이에 상용성이 적어 기계적 물성이 저조한 문제점이 있다. 이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들이 제시된다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다. <실시예> 제조예: 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT-MA(5.0)) 제조 인터널 믹서(Internal mixer)에 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT, Solpol 1000N, SOLTECH 社) 100 g 및 무수 말레산 5 g을 넣고 160 ℃ 온도 및 50 rpm 조건에서 10 분 동안 믹싱하면서 반응시켜 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(중량평균분자량; 135,000, 150 ℃ 및 0.1 rad/s에서 측정한 점도가 2269.52 Pa.s)를 제조하였다. 이하, 실시예 및 비교예에서 사용한 화합물은 하기와 같다. 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트: LG CHEM SF1000 (밀도: 1.20-1.25, MFI(ASTM D1238, 190 ℃ 2.16 kg): 2.5-4.5 g/10min) 폴리락트 산: Total Corbion 사의 LX-175™ (밀도: 1.24g/cm3, MFI(ISO 1133-11, 190 ℃ 2.16kg): 3.00 g/10min) 열가소성 전분: EcoCyco 사의 HSMTM (밀도: 1.5 g/cm3) 상용화제 A: 말레산 무수물 그래프트 폴리올레핀 엘라스토머(POE-g-MA, DOW사제의 FUSABOND N493™, 밀도: 0.87g/cm3, 녹는 점: 50 ℃, 어는 점: 28 ℃, 용융 지수 (190 ℃ 2.16Kg): 1.6g/10min, 그래프트율: 0.5 wt%) 상용화제 B: 제조예의 PBAT-MA 슬립제: Pentaerythritol tetrastearate (Loxiol P861/3.5, SpecialChem) 실시예 및 비교예 하기 표 1 및 표 2에 기재된 조성으로 믹싱하여 수지 조성물을 제조하였다. 구체적으로, 이축 압출기(다이 직경 = 32 mm)에 상기 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리락트 산(PLA), 열가소성 전분(TPS), 상용화제 A, 상용화제 B 및 슬립제를 하기 표 1 및 표에 기재된 조성으로 투입하였다. 이 후, Barrel Temperature 190 ℃, Feed Rate 50 kg/hr 및 300 rpm의 조건에서 압출하여, 수지 조성물을 펠렛 형태로 제조하였다. PBAT(중량부)PLA(중량부)TPS(중량부)상용화제 A(중량부)상용화제 B(중량%a)슬립제(중량부)비교예 181910--0.2비교예 272820--0.2비교예 363730--0.2비교예 454640--0.2실시예 1-1637300.1-0.2실시예 1-2637300.5-0.2실시예 1-3637301.0-0.2실시예 1-470.54.5250.5-0.2실시예 1-5696250.5-0.2실시예 1-667.57.5250.5-0.2 PBAT(중량부)PLA(중량부)TPS(중량부)상용화제 A(중량부)상용화제 B(중량%a)슬립제(중량부)비교예 556440--0.2실시예 2-1564400.1-0.2실시예 2-2534400.13.00.2실시예 2-3534400.53.00.2 a) 중량%는 PBAT, PLA, TPS 및 상용화제 B의 총 중량을 기준으로 한다. 필름 제조 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 펠렛상 수지 조성물에 대해 단축 압출기(Single Screw Extruder, Blown Film M/C, 19 파이, L/D=25)를 이용하여, 압출 온도 160 ℃에서 0.025 mm의 두께가 되도록 성형하여 블로운 필름을 제조하였다. 물성 측정 - 인장 강도 및 신율 상기에서 제조한 필름에 대해, 만능 시험기를 이용하여, ISO 527 기준에 따라 필름 MD 및 TD 방향의 인장 강도 및 신율 값을 측정하였다. 이때 시편은 Bar 형태(가로 * 세로= 10 mm * 150 mm)로 제조하였다. - Dart impact 상기에서 제조한 필름에 대해, Falling dart method 를 이용하여, ASTM D1709 기준에 따라 필름 충격 강도 값을 측정하였다. - Puncture resistance 상기에서 제조한 필름에 대해, 만능 시험기를 이용하여, ASTM D5748 기준에 따라 Puncture resistance 값을 측정하였다. - Practical test 상기에서 제조한 필름에 대해, 지름 127mm 원형 클램프에 고정하여, 60 / 90g 무게의 분동을 위치시켜 필름이 저항할 수 있는 최대 무게를 측정하였다. 상기 측정 결과를 하기 표 3 내지 표 5에 나타내었다. MD 방향TD 방향인장 강도 (kgf/cm2)신율 (%)인장 강도 (kgf/cm2)신율 (%)비교예 1218392252628비교예 2236378256630비교예 3231380219557비교예 4218358190481실시예 1-1239408258617실시예 1-2246411269632실시예 1-3241427271637실시예 1-4260511316663실시예 1-5243405287650실시예 1-6240386279633 Dart impactPuncture resistanceMass (g)Energy (J)Force (N)Distance (%)Energy (J)비교예 13122.013.665.90.55비교예 23352.213.266.80.57비교예 33922.514.472.50.69비교예 44022.614.672.90.71실시예 1-14372.815.773.70.74실시예 1-24793.117.678.20.90실시예 1-34583.017.077.70.86실시예 1-44182.715.974.70.79실시예 1-54322.817.076.60.84실시예 1-64392.818.771.20.85 Dart impactPuncture resistancePractical testMass(g)Energy(J)Force(N)Distance(%)Energy(J)Weight(kg)비교예 54262.814.392.40.8510.96실시예 2-14573.015.294.40.9011.20실시예 2-24783.116.9102.31.1312.82실시예 2-34913.217.7103.41.1613.84 상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머를 포함하는 수지 조성물은, 상용화제를 포함하지 않는 비교예의 수지 조성물 대비 인장 강도 및 신율이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 표 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 수지 조성물은 충격 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 나아가, 표 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 말단의 히드록시기에 말레산이 에스테르 결합된 폴리부틸렌아디페이트 테레프탈레이트를 더 포함하는 수지 조성물은 충격 강도가 향상되면서, 동시에 Puncture resistance 및 practical test 결과 또한 우수한 것을 확인할 수 있었다.