KR100951537B1 - High viscosity modified plant-derived biodegradable resin for high magnification foam and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고배율 발포용에 맞는 고 용융점도를 갖는 개질 식물유래 생분해성 수지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 식물유래 생분해성 수지인 상업화된 폴리락틱에시드 수지에 이중결합 및 에폭시 등의 관능기를 갖는 단량체를 첨가시킨 후 전자선을 0.1kGy-300kGy까지 조사하여 용융점도는 최고 200배 저장탄성률은 약 10000배까지 향상시킨 높은 용융점도의 수지를 제공하는 데 있다. 특히 본 발명은 기존의 방법인 가교(겔)를 전제로 하여 용융점도 및 저장탄성률을 증가 가시키기는 방법과는 달리 가교결합을 최소(겔화도 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만)로 하고 고분자 사슬의 가지화와 선형을 유지하면서 분자량이 증가시키는 방법으로 기존의 가교방법에서 개질한 수지와는 달리 연속발포시트로의 가공이 매우 용이한 발명이며 여기에 생분해성이 우수하여 폐기 후 미생물 등에 의해 물과 이산화탄소로 완전 분해되고, 생산된 이산화탄소는 식물의 광합성작용에 의해 다시 재사용가능한 원료로 생산되는 이산화탄소의 축적이 없는 이산화탄소 순환 사이클에 적합한 개질 식물유래 생분해성 수지이다.The present invention relates to a modified plant-derived biodegradable resin having a high melt viscosity suitable for high magnification foaming, and a method for preparing the same, and a monomer having a functional group such as a double bond and an epoxy in a commercialized polylactic acid resin, which is a plant-derived biodegradable resin. After the addition, the electron beam was irradiated to 0.1kGy-300kGy to provide a high melt viscosity resin with a melt viscosity of up to 200 times and a storage modulus of about 10000 times. In particular, the present invention, unlike the method of increasing the melt viscosity and storage modulus under the premise of crosslinking (gel), which is a conventional method, the crosslinking is to be minimum (less than 5% gelling, preferably less than 3%) It is a method of increasing the molecular weight while maintaining the branching and linearity of the polymer chain. Unlike the resin modified by the conventional crosslinking method, the invention is very easy to process into a continuous foam sheet. Completely decomposed into water and carbon dioxide by the production, the produced carbon dioxide is a modified plant-derived biodegradable resin suitable for the carbon dioxide circulation cycle without the accumulation of carbon dioxide produced as a reusable raw material by plant photosynthesis.

폴리락틱에시드(PLA), GMA, 용융복합점도, 저장탄성률, 이산화탄소, 전자선 Polylactic acid (PLA), GMA, melt compound viscosity, storage modulus, carbon dioxide, electron beam

Description

고배율 발포용 고점도 개질 식물유래 생분해성 수지 및 그 제조 방법{High viscosity modified biobased and biodegradable polymer for the application of low density extrusion foaming and method of preparation thereof}High viscosity modified biobased and biodegradable polymer for the application of low density extrusion foaming and method of preparation Technical

본 발명은 고배율 발포용에 맞는 고 용융점도를 갖는 개질 식물유래 생분해성 수지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기 후 미생물에 의해 이산화탄소로 분해되고 이 이산화탄소가 광합성에 의해 다시 이용되는 자연 순환을 이용하여 대기에 이산화탄소를 축적하지 않아 지구환경부하를 줄이면서, 고배율 발포를 포함하는 다양한 배율의 발포체를 제조할 수 있는 고배율 발포용 고점도 개질 식물유래 생분해성 수지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a modified plant-derived biodegradable resin having a high melt viscosity suitable for high magnification foaming, and to a method for producing the same, more particularly, which is decomposed into carbon dioxide by microorganisms after disposal and the carbon dioxide is used again by photosynthesis. The present invention relates to a high viscosity modified plant-derived biodegradable resin derived from a high magnification foam capable of producing a foam having various magnifications including a high magnification foam while reducing carbon dioxide in the atmosphere using circulation and reducing the global environmental load.

종래부터 중공성형과 발포체의 원료로 사용되어온 비분해성 폴리올레핀계 수지 발포체, 폴리우레탄계 수지 발포체 등은 성형성이 매우 뛰어나 제조가 용이하고 가볍고 단열성 및 완충성 등이 우수하기 때문에 공업적으로 널리 이용되어 왔다.Conventionally, non-degradable polyolefin resin foams and polyurethane resin foams, which have been used as raw materials for blow molding and foams, have been widely used industrially because they have excellent moldability, are easy to manufacture, lightweight, and have excellent thermal insulation and buffering properties. .

그러나 이러한 수지 발포체는 폐기시에 비분해성으로 인하여 지구환경에 큰 부담을 준다. 또한 이들 수지는 석유화학원료로 생산되기 때문에 이산화탄소 감량 도쿄협약에 의해 그 사용이 제한될 수밖에 없다.However, such resin foams put a great burden on the global environment due to their non-degradation upon disposal. In addition, since these resins are produced as petrochemical raw materials, their use is limited by the CO2 reduction Tokyo Convention.

이리하여 최근에는 비분해성과 이산화탄소배출 규정에 대응하는 발포체에 대한 연구 개발이 활발하다.Thus, in recent years, research and development on the foam corresponding to the non-degradable and carbon dioxide emission regulations are active.

그 예로서 지방족 폴리에스테르 단독 중합체 혹은 지방족 폴리에스테르- 방향족폴리에스테르 공중합체를 이용한 무가교 혹은 과산화물을 이용한 가교 발포체와 같이 자연 환경 속에서 미생물 등에 의해 분해되는 생분해성 수지가 연구, 개발되어 성형품, 필름 및 섬유로서 상품화되고 있고, 일부 생분해성 수지의 압출 발포체에 대해서도 개발되어 있으나, 이들 생분해성 수지는 석유화학원료에서 그 원료를 생산하기 때문에 이산화탄소 배출 규제를 받게 된다.For example, biodegradable resins decomposed by microorganisms in a natural environment such as aliphatic polyester homopolymers or crosslinked foams using peroxides or aliphatic polyester-aromatic polyester copolymers are researched and developed to form molded articles and films. And commercialized as fibers and developed for extruded foams of some biodegradable resins, but these biodegradable resins are subject to carbon dioxide emission restrictions because they produce their raw materials from petrochemical raw materials.

그러므로 생분해성과 이산화탄소 배출규제의 적용을 받지 않으면서 고배율 발포가 용이한 수지의 개발이 필요하여 최근에는 옥수수 등의 식물에서 단량체를 생산하여 고분자로 중합한 락톤 수지의 대량생산이 이루어지고 있으나, 이 락톤 수지는 폴리에스테르들이 갖는 낮은 용융점도에 의해 중공성형품이나 발포체로의 성형이 불가능하였다.Therefore, it is necessary to develop a resin that is easy to expand in high magnification without being subject to biodegradability and carbon dioxide emission regulation. Recently, mass production of lactone resin polymerized with polymers by producing monomers from plants such as corn has been performed. The resin could not be molded into a blow molded article or foam due to the low melt viscosity of the polyester.

이러한 단점을 보완하는 발포용 수지 제조에 관한 방법으로, 일본 특허공개 평11-279311호에서는 락톤 수지를 이용한 발포체가 제안되어 있으나, 통상의 상태에서 방사선 조사 처리를 한 것만으로는 가교시에 붕괴도 동시에 진행하기 때문에 발포시에 기포를 충분히 유지하기 위한 용융 점도를 얻기 어려워 표면 형태가 양호한 발포체를 얻기는 곤란하였다. 즉, 실온 부근에서의 조사는 200kGy라는 큰 방사선량을 필요로 하고, 이것을 해결하기 위해서 락톤 수지를 융점 이상으로 융해한 후 결정화에 이르지 않은 상태에서 행하는 것이 바람직하다고 기재되어 있고, 적은 방사선량으로는 용이하게 가교도(겔 분률)가 높은 발포체를 얻을 수 없었다. 또한, 겔화도가 높기 때문에 개질된 수지를 연속발포에 적용하기가 곤란하고, 가교도가 높으면 발포 셀의 안정화가 극히 어렵다.As a method for manufacturing a resin for foaming to compensate for this disadvantage, Japanese Patent Laid-Open No. 11-279311 proposes a foam using a lactone resin, but the degree of disintegration at the time of crosslinking only by irradiation treatment in a normal state Since it progresses simultaneously, it is difficult to obtain the melt viscosity for fully maintaining a bubble at the time of foaming, and it is difficult to obtain foam with a favorable surface form. That is, irradiation in the vicinity of room temperature requires a large radiation dose of 200 kGy, and in order to solve this problem, it is described that it is preferable to melt the lactone resin above the melting point and then perform crystallization without reaching crystallization. Easily a foam having a high degree of crosslinking (gel fraction) could not be obtained. In addition, since the degree of gelation is high, it is difficult to apply modified resin to continuous foaming, and when the degree of crosslinking is high, stabilization of the foaming cell is extremely difficult.

그리고, 대한민국 공개특허 10-2004-0066148호에는 분자 내에 적어도 2개의 불포화 결합을 갖는 다관능성 단량체를 함유하는 생분해성 수지를 시트로 생산하고 난 후 전자선을 이용하여 수지를 가교시키는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법은 다관능기의 영향으로 가교 결합률을 비교하는 겔화도가 최하 5% 이상인 시트로 사용 후 재활용이 불가능하고, 기존의 연속발포 기기를 사용할 수가 없다. 또한, 피조사물의 두께가 1mm를 초과하면 방사선이 내부까지 닿지 않기 때문에 발포시에 내부의 기포가 불균일해진다는 결점이 있고, 이것을 해결하는 방법으로 2-4회 전자선을 조사할 경우 수지의 사슬절단에 의한 분자량 감소로 점도가 현저히 줄어 기포가 매우 불안정해 지므로 신뢰성이 있는 균일한 발포시트를 생산하기가 어려운 문제점이 있었다.In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2004-0066148 proposes a method of crosslinking a resin using an electron beam after producing a biodegradable resin containing a polyfunctional monomer having at least two unsaturated bonds in a molecule into a sheet. . However, this method is impossible to recycle after use with a sheet having a gelation degree of at least 5% that compares the crosslinking rate under the influence of multifunctional groups, and cannot use a conventional continuous foaming machine. In addition, if the thickness of the irradiated object exceeds 1mm, the radiation does not reach the inside, so that the bubbles inside are uneven at the time of foaming. Due to the decrease in molecular weight by the viscosity is significantly reduced bubbles very unstable, there was a problem that it is difficult to produce a reliable uniform foam sheet.

다른 기술로 과산화물 개시제로 가교 개질하여 높은 점도의 수지를 제조하는 방법이 제시되었으나, 이 또한 겔화도가 높아 개질 후 가공이 용이하지 못하여 실제로는 이보다 점도가 낮은 수지로 발포를 하였으며, 이렇게 점도가 낮으면 고점도를 얻기 위하여 발포온도를 크게 낮추어야하는데, 가공온도가 낮으면 고배율의 연속발포가 거의 불가능한 문제점이 있었다.(D. Carlson, P. Dubois, and R. Narayan, Polym . Eng ., & Sci ., 38(2), 311-321 (1998).)In another technique, a method of preparing a resin having high viscosity by cross-linking and reforming with a peroxide initiator has been proposed, but since the gelation degree is not easy to process after modification, it is actually foamed with a resin having a lower viscosity. If the foaming temperature is to be significantly lowered in order to obtain high viscosity, there is a problem that continuous expansion of high magnification is almost impossible at low processing temperature (D. Carlson, P. Dubois, and R. Narayan, Polym . Eng ., & Sci . , 38 (2), 311-321 (1998).)

그리고, 여기에 분자사슬의 선형성을 유지하면서 분자량을 높이는 방법으로 사슬 연장제를 이용하는 방법이 소개되었지만, 반응시간이 길거나, 사슬연장제의 독성으로 최종제품으로 응용에 큰 제한을 받는다.(S. S. Ray and M. Okamoto, Macromol. Rapid . Commun ., 24, 815, (2003))In addition, the method of using a chain extender as a method of increasing the molecular weight while maintaining the linearity of the molecular chain was introduced, but the reaction time is long, or the toxicity of the chain extender is limited to the application as a final product. (SS Ray and M. Okamoto, Macromol. Rapid. Commun., 24, 815, (2003))

또한, 최근 나노 복합체를 제조하여 점도를 높이는 방법이 발표되었으나, 이 경우 이물질인 나노무기물이 너무 많아 발포셀이 일찍 파괴되는 현상을 보여 고발포용으로는 부적합하였다.(Y. Di, S. Iannace, E. D. Maio, and L. Nicolais, J. Polym. Sci .: Part B, 43, 689 (2005))In addition, recently, a method of increasing the viscosity by preparing a nanocomposite has been announced, but in this case, a large amount of nano-inorganic material, which is a foreign material, is so destroyed that the foaming cell is destroyed early, which is not suitable for high foaming. (Y. Di, S. Iannace, ED Maio, and L. Nicolais, J. Polym. Sci .: Part B, 43 , 689 (2005))

한편, 생분해성이면서 이산화탄소배출규제를 받지 않는 수지로서 알려진 것으로는 글리콜리드 또는 락티드의 개환중합(ring-opening polymerization)에 의해 생산되는 수지 들이다.On the other hand, those that are known to be biodegradable and not subject to carbon dioxide emission control are those produced by ring-opening polymerization of glycolide or lactide.

이중에서 현재 대량생산이 가능한 폴리락틱에시드(PLA)는 필름, 시트, 사출성형품, 섬유 등으로 다양하게 응용되어지고 있으며, 이러한 폴리락틱에시드 개질에 대한 연구로서는 사슬 연장제를 이용하는 방법이 소개되었지만, 반응시간이 길거나, 사슬연장제의 독성으로 최종제품으로 응용에 큰 제한을 받았다.(S. S. Ray and M. Okamoto, Macromol . Rapid . Commun ., 24, 815, (2003))Among these, polylactic acid (PLA), which can be mass-produced, has been widely applied to films, sheets, injection molded articles, fibers, and the like. As a study on modifying polylactic acid, a method of using a chain extender has been introduced. Long reaction times and the toxicity of chain extenders have severely limited their application to the final product (SS Ray and M. Okamoto, Macromol . Rapid . Commun ., 24 , 815, (2003)).

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 가교결합을 최소(겔화도 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만)로 하고 기능성 단량체를 첨가하여 고분자 사슬을 가지화로 개질하가나 선형을 유지하면서 분자량을 증가시키는 방법으로 기존의 가교 방법에서 개질한 수지와는 달리 압출 혹은 사출 연속발포시트로의 가공이 매우 용이하고, 식물유래 생분해성뿐만 아니라 생산성이 우수한 수지를 제공하며, 폐기 후 미생물 등에 의해 물과 이산화탄소로 완전분해되고, 생산된 이산화탄소는 식물의 광합성작용에 의해 다시 재사용가능한 원료로 생산되는 이산화탄소의 축적이 없는 이산화탄소 순환 사이클에 적합한 고배율 발포용 고점도 개질 식물유래 생분해성 수지를 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the problems as described above, the present invention is to minimize crosslinking (less than 5% gelation, preferably less than 3%) and to modify the polymer chain by branching the functional chain by adding functional monomers while maintaining linearity. Unlike the resin modified by the conventional crosslinking method, it is very easy to process into extrusion or injection continuous foam sheet, and it is possible to provide resin with excellent productivity as well as biodegradability of plant origin. The purpose is to provide a high-viscosity modified high viscosity modified plant-derived biodegradable resin suitable for the carbon dioxide circulation cycle without the accumulation of carbon dioxide, which is completely decomposed into water and carbon dioxide and produced as a reusable raw material by plant photosynthesis. There is this.

본 발명에서는 식물유래 생분해성 수지인 상업화된 폴리락틱에시드 수지에 이중결합 및 에폭시 등의 관능기를 갖는 단량체를 첨가시킨 후 전자선을 1kGy-300kGy까지 조사하여 용융점도는 최고 200배, 저장탄성률은 약 10000배까지 향상시킨 고배율 발포용 고점도 개질 식물유래 생분해성 수지 및 그 제조방법에 특징이 있다.In the present invention, a monomer having a functional group such as double bond and epoxy is added to a commercialized polylactic acid resin, which is a plant-derived biodegradable resin, and then irradiated with an electron beam up to 1kGy-300kGy, the melt viscosity is up to 200 times, and the storage modulus is about 10000. It is characterized by a high viscosity modified plant-derived biodegradable resin for high magnification foaming and a method for producing the same.

본 발명은 식물유래 생분해성 수지인 상업화된 폴리락틱에시드의 수지에 이중결합 및 에폭시의 관능기를 갖는 단량체를 첨가시켜 겔화도 5% 미만을 갖는 높은 용융점도 및 저장 탄성률의 수지 및 그 제조방법을 제공함으로써, 분자의 사슬이 가교 결합이 아닌 선형 혹은 가지형이기 때문에 열가소성이 요구되는 어떠한 배율의 압출 혹은 사출발포도 가능한 효과가 있다. 즉, 본 발명에 따른 수지는 겔화도가 5% 미만으로 열가소성 성질을 그대로 유지하고 있어 현재 사용되고 있는 올레핀 수지 압출 발포기기를 그대로 사용하여 다양한 배율의 연속 발포 시트를 얻을 수 있는 효과가 있다.The present invention provides a resin having a high melt viscosity and storage modulus having a gelation degree of less than 5% by adding a monomer having a double bond and an epoxy functional group to a resin of a commercialized polylactic acid which is a plant-derived biodegradable resin, and a method for producing the same. As a result, since the chains of molecules are linear or branched rather than crosslinked, extrusion or injection foaming at any magnification in which thermoplasticity is required is possible. That is, the resin according to the present invention has a gelation degree of less than 5%, maintaining the thermoplastic properties as it is, there is an effect that can be used to obtain a continuous foam sheet of various magnification by using the olefin resin extrusion foaming machine currently used as it is.

이하 본 발명의 실시예를 살펴본다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.

본 발명에 따른 고배율 발포용 고점도 개질 식물유래 생분해성 수지는 폴리락틱에시드를 주재로 하여, 기능성 단량체로서 1개의 라디칼 반응을 하는 이중결합, 빠른 축중합이 가능한 1개의 에폭시기 혹은 말레익 안하이드라이드기 혹은 이소시아네이트기를 갖는 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate : GMA)를 첨가한 것이다.The high-viscosity modified high viscosity modified plant-derived biodegradable resin according to the present invention is based on polylactic acid, and is a double bond, one epoxy group or a maleic anhydride group capable of rapid radical polymerization as a functional monomer. Or glycidyl methacrylate (GMA) which has an isocyanate group was added.

그리고, 본 발명의 수지 제조 방법은 상기한 고배율 발포용 고점도 개질 식물유래 생분해성 수지 조성물에 전자선을 조사하여 폴리락틱에시드의 사슬을 가지형 혹은 고분자의 선형사슬을 제조하여 가소성을 유지하면서 고용융점도를 갖는 개질 폴리락틱에시드를 제조하는 것이다.In addition, the resin production method of the present invention by irradiating the electron beam to the high-viscosity modified plant-derived biodegradable resin composition for high magnification foaming to prepare a branched chain or a polymer linear chain of polylactic acid to maintain plasticity while maintaining plasticity To prepare a modified polylactic acid having a.

상기한 기능성 단량체 구성에서 단량체가 3개 이상의 관능기를 가지면 가교 결합이 진행되어 기존의 방식과 같이 개질 후 가공이 어렵기 때문에 본 발명에서는 2개의 관능기를 갖는 기능성 단량체를 이용한다.In the functional monomer composition described above, when the monomer has three or more functional groups, crosslinking proceeds, and thus processing is difficult after modification as in the conventional method, and thus the functional monomer having two functional groups is used in the present invention.

상기한 단량체의 다른 예로는 1,2-EPOXY-9-DECENE, 1,2-EPOXY-5-HEXENE, 4-VINYL-1-CYCLOHEXENE-1,2-EPOXIDE, LIMONENE-1,2-EPOXIDE, ALLYL GLYCIDYL ETHER가 있다.Other examples of such monomers include 1,2-EPOXY-9-DECENE, 1,2-EPOXY-5-HEXENE, 4-VINYL-1-CYCLOHEXENE-1,2-EPOXIDE, LIMONENE-1,2-EPOXIDE, ALLYL There is GLYCIDYL ETHER.

한편, 상기한 구성에서 단량체는 폴리락틱에시드 100중량부 기준 0.1-10 중량부를 첨가한다.On the other hand, in the above configuration, the monomer is added 0.1-10 parts by weight based on 100 parts by weight of polylactic acid.

시약reagent

폴리락틱에시드(Nature Work® PLA Polymer)는 Cargill Dow LLC로부터 구입하여 50℃에서 24시간 건조하여 사용하고, 글리시딜메타크릴레이트(glycidyl methacrylate: GMA)는 Aldrich사로부터 구입하여 정제 없이 사용하였으며, 비교예에서 반응개시제로 2,5-bis((tert-butyl peroxy)-2,5-dimethyl hexane(Luperox)는 Aldrich사로부터 구입하여 정제 없이 사용하였다.Poly Lactic Acid (Nature Work ® PLA Polymer) was purchased from Cargill Dow LLC and dried at 50 ° C. for 24 hours, and glycidyl methacrylate (GMA) was purchased from Aldrich and used without purification. In Comparative Example, 2,5-bis ((tert-butyl peroxy) -2,5-dimethyl hexane (Luperox) as a reaction initiator was purchased from Aldrich and used without purification.

가. 단량체 및 전자선 조사에 따른 실험시료 준비end. Preparation of Experimental Sample by Irradiation of Monomer and Electron Beam

표 1 및 표 2와 같은 조성비 및 전자선 조사량으로 비교예와 실시예의 개질 폴리락틱에시드를 제조하였으며, 표 1은 비교예를 나타내고 표 2는 실시예를 나타내며, 표 1 및 2에서 중량부는 폴리락틱에시드(PLA) 100g당 GMA와 개시제의 양(g)을 나타낸다. Modified polylactic acid of Comparative Examples and Examples was prepared with the composition ratio and the electron beam irradiation amount as in Table 1 and Table 2, Table 1 shows a comparative example and Table 2 shows an example, and the weight parts in Tables 1 and 2 are polylactic acid (PLA) The amount of GMA and initiator (g) per 100 g.

Figure 112007071207659-pat00001
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먼저 폴리락틱에시드와 GMA를 표 1과 2의 조성으로 하여 플라스틱 봉지에 넣고 미리 혼합한 다음, 이축압출기(SM PLATEK Co. Ltd., TEK 30, Korea)를 이용하여 용융 혼합하였다. 이축 압출기는 동시 회전하는 방식이며, 스크루 지름은 30mm이고 길이/지름(L/D) 비는 36이다. 스크루 회전수는 분당 150회, 배럴의 온도는 130-190℃, 다이의 온도는 185℃로 유지하고, 압출 속도는 12kg/hr로 조절하였다. 제조된 시료는 칩 상태로 잘라서 50℃에서 24시간 말린 후 사용하였다.First, polylactic acid and GMA were mixed in a plastic bag using the compositions of Tables 1 and 2, and mixed in advance, and then melt mixed using a twin screw extruder (SM PLATEK Co. Ltd., TEK 30, Korea). The twin screw extruder is a co-rotating type with a screw diameter of 30 mm and a length / diameter (L / D) ratio of 36. The screw rotation speed was 150 times per minute, the barrel temperature was maintained at 130-190 ° C, the die temperature at 185 ° C, and the extrusion speed was adjusted to 12 kg / hr. The prepared sample was cut into chips and dried at 50 ° C. for 24 hours.

전자선 조사는 전자선가속기(ELV-0.5, BINP, Russia)를 이용하여 질소분위기에서 상온/상압으로 표 1 및 2에 기재된 조사량으로 시료에 조사하였다. 전자선이 조사된 시료는 잔류 라디칼 제거와 건조를 하기 위하여 50℃에서 12시간 이상 오븐에 방치한 후 밀봉보관 하였다.The electron beam irradiation was conducted to the sample at the irradiation amount shown in Tables 1 and 2 at room temperature / atmospheric pressure in a nitrogen atmosphere using an electron beam accelerator (ELV-0.5, BINP, Russia). Samples irradiated with electron beams were kept in an oven at 50 ° C. for at least 12 hours to remove residual radicals and to be dried.

나. 분석I. analysis

분자의 가교화 및 가지화 정도의 정성적 척도가 되는 겔화도(Gel fraction)는 다음과 같이 측정하였다. The gel fraction, which is a qualitative measure of the degree of crosslinking and branching of molecules, was measured as follows.

먼저 추출(soxhlet) 장치를 이용 클로로포름 용매로 24시간 운전하여 개질된 폴리카프로락톤으로부터 겔을 분리한다. 분리된 겔은 건조하여 무게를 측정하였다. 겔화도는 처음 시료에 대한 겔의 무게 백분율을 의미한다.First, the gel is separated from the modified polycaprolactone by operating in a chloroform solvent for 24 hours using a soxhlet apparatus. The separated gel was dried and weighed. Gelation refers to the weight percentage of gel relative to the initial sample.

열적 특성은 시차열량분석기(DSC; Perkin-Elmer Pyris 6)를 이용하여 유리전이온도(Tg)와 용융온도(Tm)를 측정하였다. 열이력을 같게 하기 위하여 시료를 우선 승온 속도 20℃/min로 200℃까지 가열하여 5분간 정지한 후 0℃까지 급랭하였다. 이후 다시 승온 속도 10℃/min로 200℃까지 승온하여 열적 특성을 조사하였다.The thermal properties were measured by glass differential temperature (T g ) and melting temperature (T m ) using a differential calorimetry (DSC; Perkin-Elmer Pyris 6). In order to make the thermal history the same, the sample was first heated to 200 ° C at a heating rate of 20 ° C / min, stopped for 5 minutes, and then quenched to 0 ° C. Thereafter, the temperature was raised to 200 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min, and thermal properties were examined.

결정화온도는 2차 승온 후 다시 10℃/min로 냉각할 때 나타나는 발열 곡선의 정점 값을 취하였다.The crystallization temperature was the peak value of the exothermic curve that appears when the second temperature is cooled again to 10 ℃ / min.

주파수에 따른 시료들의 복합점도, 저장탄성률(G')과 손실탄성률(G") 변화는 Advanced rheometric expansion system(ARES; Rheometric Scientific Co. Ltd.)을 이용하여 측정하였다. 이를 위해 ARES 측정용 시료는 지름 25mm 두께 2mm 규격의 원판을 압축성형법으로 제조하였다. 측정 온도는 190℃에서 변형률은 선형구간인 5%로 고정하였고, 주파수는 0.1에서 100rad/s까지 변화시키면서 용융점 탄성 특성을 조사하였다.The change in composite viscosity, storage modulus (G ') and loss modulus (G ") of samples with frequency was measured using Advanced rheometric expansion system (ARES; Rheometric Scientific Co. Ltd.). A disc with a diameter of 25 mm and a thickness of 2 mm was prepared by compression molding method, and the melting point elasticity was investigated while the measurement temperature was fixed at 190 ° C. and the strain was fixed at 5%, a linear section, and the frequency was changed from 0.1 to 100 rad / s.

다. 결과All. result

(1) (One) 비교예의Comparative Example 결과 result

비교예의 개질 폴리락틱에시드들의 겔화도와 열적특성변화는 개시제의 함량에 따라 표 1에 나타내고, 주파수에 따른 이들의 유변학적 특성은 도 1 내지 도 9에 나타낸다.The gelation degree and thermal characteristic change of the modified polylactic acid of the comparative example is shown in Table 1 according to the content of the initiator, and their rheological properties according to the frequency is shown in Figs.

순수 PLA와 비교예 1-7까지의 겔화도는 0.2-1.5% 사이로 순수한 폴리락틱에시드는 전자선 조사에 의해 가교결합이 거의 일어나지 않은 다는 것을 알 수 있다. 그러나 개시제만으로 개질된 비교예 8-10을 보면 개시제의 함량이 낮을 때는 가교결합의 가능성이 낮으나 개시제의 함량이 0.5 중량부에서는 겔화도 3.1%로 상승하는데 이는 개시제의 양이 많아지면 가교화 반응도 많이 진행됨을 말한다. 그리고 전자선 조사 없이 GMA만 첨가된 비교예 11-16은 겔화도가 0.5-1.1%사이로 역시 가교결합 반응이 일어나지 않음을 알 수 있다.The gelation degree between pure PLA and Comparative Examples 1-7 is between 0.2-1.5%, indicating that pure polylactic acid hardly crosslinks by electron beam irradiation. However, in Comparative Example 8-10 modified with only the initiator, when the content of the initiator is low, the possibility of crosslinking is low, but the gelation degree is increased to 3.1% at 0.5 parts by weight of the initiator. Say progress. And in Comparative Example 11-16 in which only GMA is added without electron beam irradiation, it can be seen that the crosslinking reaction does not occur with gelation degree of 0.5-1.1%.

유리전이 온도와 결정의 용융온도를 살펴보면 비교예 1-14까지는 큰 변화를 보이지 않으나 비교예15,16에서는 두 전이온도가 감소하고 결정화도가 높아졌으며, 이로부터 GMA가 폴리락틱에시드와 혼화성이 있고 가소제의 역할을 하였음을 알 수 있다.The glass transition temperature and the melting temperature of the crystals did not show a significant change until Comparative Examples 1-14, but in Comparative Examples 15 and 16, the two transition temperatures decreased and the crystallinity increased, from which GMA was miscible with polylactic acid. It can be seen that it acted as a plasticizer.

도 1을 보면, 비교예 1-6까지 순수 폴리락틱에시드에 전자선만 조사하면 범용성 고분자와는 아주 다르게 복합점도가 크게 감소하고 도 2처럼 저장탄성률도 계속 감소한다. 도 3을 보면 가교 반응 혹은 가지 반응은 거의 일어나지 않고 폴리락틱에시드의 사슬이 전자선 조사에 의해 계속 절단되어 분자량이 감소하기만 하였다. 이는 기존의 폴리올레핀 개질 결과(폴리프로필렌이나 폴리에틸렌)에서 보인 특성들과는 아주 다르다. 그러므로 전자선에 의한 폴리락틱에시드의 개질에는 전자선 이외에 다른 첨가물이 있어야 함을 알 수 있다. Referring to FIG. 1, when only pure polylactic acid is irradiated with electron beams up to Comparative Examples 1-6, the composite viscosity is significantly reduced and the storage modulus is continuously decreased as shown in FIG. 2. 3, the crosslinking reaction or the branching reaction hardly occurred, and the chain of the polylactic acid was continuously cut by electron beam irradiation, so that the molecular weight decreased. This is very different from the properties seen in the existing polyolefin modification results (polypropylene or polyethylene). Therefore, it can be seen that the modification of the polylactic acid by the electron beam requires other additives in addition to the electron beam.

이에 기존에 사용하던 개시제에 의한 방법인 비교예 8-10의 특성을 나타낸 도 4-6을 보면, 어느 정도 복합점도 상승 효과가 있음을 알 수 있다. 즉, 개시제의 함량이 0.1과 0.3 중량부일 경우는 복합점도 및 저장 탄성률이 개질되지 않은 순수 폴리락틱에시드의 값보다 각각 2.5배 및 1.8배 높지만, 개시제 0.5중량부가 첨가되면 오히려 복합점도는 약간 감소하고 저장탄성률은 주파수 10rad/s 부근에서 순수 폴리락틱에시드의 값과 역전하는 현상을 보인다. 4-6, which shows the characteristics of Comparative Example 8-10, which is a method using the conventionally used initiator, it can be seen that the compound viscosity has a synergistic effect to some extent. In other words, when the content of the initiator is 0.1 and 0.3 parts by weight, the compound viscosity and storage modulus are 2.5 and 1.8 times higher than those of the unmodified pure polylactic acid, respectively, but when 0.5 parts by weight of the initiator is added, the composite viscosity is slightly decreased. The storage modulus is inverted with the value of pure polylactic acid near the frequency of 10 rad / s.

이들 복합점도와 저장탄성률은 용융가공성을 나타내는 용융강도와 직접적인 연관이 있음으로 단순 화학적 개질에 의해서도 폴리락틱에시드 용융 강도의 향상을 기대할 수 있으나, 고배율 연속발포용이나, 중공성형제품으로의 응용에는 크게 부족한 형편이다. These composite viscosities and storage modulus are directly related to the melt strength, which shows melt processability, so it is expected that the polylactic acid melt strength can be improved by simple chemical modification, but it is greatly used for high magnification continuous foaming or application to blow molding products. It's not enough.

도 5의 저장탄성률도 비슷한 결과를 보이고, 도 6을 보면 개시제의 첨가로 사슬의 가지화와 가교화도 일어나지만, 동시에 사슬의 절단 반응도 일어남을 알 수 있다. The storage modulus of FIG. 5 shows a similar result. Referring to FIG. 6, branching and crosslinking of the chain occur with addition of an initiator, but at the same time, a chain cleavage reaction occurs.

전자선조사 없이 GMA만 첨가된 경우, 도 7과 도 8에서 보듯이 GMA 양에 따라 복합점도 및 저장 탄성률이 감소함을 보여줌으로 GMA가 가소제 역할을 하고 있음을 알 수 있다. When only GMA is added without electron beam irradiation, as shown in FIGS. 7 and 8, the composite viscosity and storage modulus decrease according to the amount of GMA, indicating that GMA plays a role as a plasticizer.

그리고, 도 9의 저장탄성률 대 손실탄성률 로그-로그 곡선을 보면 전자선 조사 없이 기능성 단량체만 첨가하면 가지나 가교 결합은 거의 일어나지 않음을 보여준다. In addition, the storage modulus vs. loss modulus log-log curve of FIG. 9 shows that the addition of functional monomers without electron beam irradiation causes little cross-linking.

(2) (2) 실시예Example 1-46의 기능성 단량체가 포함된 With 1-46 functional monomers 폴리락틱에시드의Of polylactic acid 전자선조사 개질 결과 Electron beam reforming result

실시예 1-40의 겔화도 및 열적 특성 결과는 표 2에 그리고 모든 실시예들의 용융점 탄성 결과를 도 10 내지 도 30에 나타낸다.The gelation and thermal properties results of Examples 1-40 are shown in Table 2 and the melt point elastic results of all the examples in FIGS. 10-30.

먼저 실시예 1-6의 GMA 0.1 중량부가 첨가된 폴리락틱에시드에 다양한 조사량으로 개질한 폴리락틱에시드의 열적 특성은 표 2 에 나타내고, 용융복합점도, 저장탄성률 및 저장탄성률 대 손실탄성률 로그-로그 곡선 결과를 도 10 내지 12에 나타낸다.First, thermal properties of polylactic acid modified at various dosages to polylactic acid added with 0.1 parts by weight of GMA of Example 1-6 are shown in Table 2, and the melt-complex viscosity, storage modulus and storage modulus versus loss modulus log-log curve The results are shown in FIGS. 10-12.

개질 폴리락틱에시드들의 유리전이온도와 용융온도는 순수 폴리락틱에시드의 개질 결과(비교예1-6)와 거의 동일한 값을 가지나, 결정화도는 GMA 첨가 없이 개질된 순수 폴리락틱에시드보다 조금 큰 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 GMA의 양이 작을 경우 유리전이온도에는 큰 영향을 주지 못하지만 가소제로서 결정화속도에는 영향을 미친 것으로 판단된다. The glass transition and melting temperatures of the modified polylactic acids have almost the same values as those of pure polylactic acid (Comparative Example 1-6), but the crystallinity is slightly higher than that of pure polylactic acid modified without GMA addition. You can see that. These results do not have a significant effect on the glass transition temperature when the amount of GMA is small, but it seems to have an effect on the crystallization rate as a plasticizer.

용융점 탄성 특성들을 보면, 전자선 조사량이 증가함에 따라 개질 폴리락틱에시드의 복합점도와 저장 탄성률은 계속 감소하는 사실을 알 수 있었다. 기타 겔화도, 도 11의 저장 탄성률 및 도 12의 저장탄성률 대 손실탄성률 로그-로그 곡선 역시 GMA가 첨가되지 않은 개질 폴리락틱에시드와 비슷한 경향을 보였다. 즉, 소량의 GMA 첨가는 가소제로서 결정화 속도에 미치는 영향을 제외하곤 본 발명의 목적에 큰 영향을 주지 못함을 알 수 있다.From the melting point elastic properties, it was found that the composite viscosity and storage modulus of the modified polylactic acid decreased with increasing electron beam irradiation. Other gelling degrees, storage modulus of FIG. 11 and storage modulus versus loss modulus log-log curves of FIG. 12 also showed similar trends with modified polylactic acid without GMA. That is, it can be seen that addition of a small amount of GMA does not significantly affect the object of the present invention except for the effect on the crystallization rate as a plasticizer.

이에 GMA의 양을 0.3중량부로 증가시킨 후 전자선 조사로 개질 된 폴리락틱에시드(실시예 7-12)의 실험결과를 표 2와 도 13 내지 도 15에 나타낸다. Accordingly, the experimental results of polylactic acid (Example 7-12) modified by electron beam irradiation after increasing the amount of GMA to 0.3 parts by weight are shown in Table 2 and FIGS. 13 to 15.

개질 폴리락틱에시드의 유리전이온도와 용융온도는 별 변화가 없고, 겔화도는 0.2~1.6%로 GMA 0.1 중량부 첨가 개질 폴리락틱에시드와는 비슷한 값과 조사량에 따른 감소 혹은 증가 경향도 같았다. 즉, GMA 양의 증가에 따른 변화가 가의 없었다. The glass transition temperature and melting temperature of the modified polylactic acid did not change much, and the degree of gelation was 0.2-1.6%, which was similar to that of 0.1 parts by weight of GMA, and the same tendency to decrease or increase with irradiation dose. That is, there was no change with the increase of GMA amount.

그러나 도 13 내지 도 15에 나타내는 용융점 탄성 특성을 살펴보면, 약간의 변화를 보이기 시작한다. 특히 도 14의 저장탄성률대 손실탄성률 로그-로그 곡선과 도 15의 저장탄성률 대 손실탄성률 로그-로그 곡선에서 변화를 보였다. 즉, GMA가 0.1 중량부 첨가된 개질 폴리락틱에시드의 저장 탄성률은 조사량 증가에 따라 순차적으로 감소하는 경향을 보이나, GMA 0.3 중량부 첨가 개질 폴리락틱에시드는 낮은 주파수 범위에서 약간의 변화를 보여 주었다. 특히 10 kGy의 조사량으로 개질된 폴리락틱에시드의 저장탄성률 값은 순수 폴리락틱에시드의 값보다 높았다. 이는 GMA양의 증가로 분자 사슬반응의 변화를 보일 수 있음을 말 해준다. 즉, 반응에 의한 사슬 구조의 변화나 분자량 분포의 변화가 있었음을 의미한다.However, when the melting point elastic properties shown in Figs. 13 to 15 are examined, a slight change begins. In particular, the storage modulus vs. loss modulus log-log curve of FIG. 14 and the storage modulus vs. loss modulus log-log curve of FIG. That is, the storage modulus of the modified polylactic acid with 0.1 parts by weight of GMA tended to decrease sequentially with increasing dose, but the 0.3 parts by weight of modified polylactic acid with GMA showed a slight change in the low frequency range. In particular, the storage modulus value of the polylactic acid modified at a dose of 10 kGy was higher than that of the pure polylactic acid. This suggests that the change in molecular chain reaction may be due to an increase in the amount of GMA. That is, it means that there existed a change of the chain structure and the molecular weight distribution by reaction.

실시예 13-18은 GMA의 양을 0.5 중량부로 증가시켜 개질한 폴리락틱에시드이고, 이들의 열적 특성과 겔화도를 표2에 나타내었고, 용융점 탄성 특성은 도 16-18에 나타내었다.   Example 13-18 is a polylactic acid modified by increasing the amount of GMA to 0.5 parts by weight, their thermal properties and gelation degree are shown in Table 2, the melting point elastic properties are shown in Figure 16-18.

개질 폴리락틱에시드들의 겔화도, 유리전이온도 및 용융온도는 같은 조사량 조건에서 GMA 함량이 적은 개질 폴리락틱에시드와 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 도 16 내지 도 18의 용융점 탄성 특성을 보면, 본 발명의 목적인 용융복합점도와 저장탄성률이 증가하는 전자선 조사량이 있다는 것을 알 수 있다.The gelation degree, glass transition temperature and melting temperature of the modified polylactic acid were not significantly different from the modified polylactic acid with low GMA content under the same irradiation conditions. However, from the melting point elasticity characteristics of FIGS. 16 to 18, it can be seen that there is an electron beam irradiation amount in which the melt compound viscosity and the storage modulus which are objects of the present invention are increased.

도 16의 복합점도 곡선을 보면 0 kGy(비교예)과 1 kGy 조사량(실시예 13)으로 개질된 폴리락틱에시드의 복합점도는 순수 폴리락틱에시드보다 낮게 나타났다. 이것은 GMA가 가소제로 작용하였기 때문이며, 조사량 1 kGy는 라디칼 반응을 충분하게 일으키게 하기엔 낮은 에너지임을 말해준다. In the composite viscosity curve of FIG. 16, the composite viscosity of the modified polylactic acid with 0 kGy (comparative example) and 1 kGy dose (Example 13) was lower than that of pure polylactic acid. This is because GMA acts as a plasticizer and the dose of 1 kGy is low enough to cause a sufficient radical reaction.

또한 5, 10, 20(실시예 14,15,16) kGy 조사량으로 개질된 폴리락틱에시드들의 복합점도는 이전 결과와 다르게 뉴턴 흐름거동에서 강한 전단응력 의존성 흐름으로 변했고, 낮은 주파수 영역에서 순수 폴리락틱에시드의 복합점도 값보다 큰 값을 갖고 있었다. In addition, the complex viscosity of polylactic acid modified with 5, 10, 20 (Example 14, 15, 16) kGy dosage changed from Newton's flow behavior to strong shear stress dependent flow, and was pure polylactic in the low frequency region. The complex viscosity of acid had a value larger than that of acid.

폴리락틱에시드를 포함한 고분자는 선형고분자보다 가지 혹은 가교화 고분자가 훨씬 큰 용융점도를 가지며, 5, 10, 20 kGy의 조사량으로 개질된 폴리락틱에시드의 경우 전단 의존성이 큰 흐름 거동을 나타냈으며, 이들의 복합점도는 낮은 주파수에서 순수 폴리락틱에시드의 복합 점도보다 큰 값을 보였다. Polymers containing polylactic acid had a much higher melt viscosity than those of linear polymers or crosslinked polymers. The polylactic acid modified at a dose of 5, 10, or 20 kGy exhibited a shear-dependent flow behavior. The composite viscosity of was higher than that of pure polylactic acid at low frequency.

5 kGy의 조사량으로 개질된 폴리락틱에시드(실시예14)의 복합점도는 주파수 0.1 rad/s에서 7440 Pa-s로 순수 폴리락틱에시드 2430 Pa-s보다 약 3배 향상된 값을 보였다. The composite viscosity of the modified polylactic acid (Example 14) at a dose of 5 kGy was about 3 times higher than the pure polylactic acid 2430 Pa-s at 7440 Pa-s at a frequency of 0.1 rad / s.

도17의 저장 탄성률을 보면 저주파 영역에서 복합점도보다 더 큰 변화를 보여준다. The storage modulus of FIG. 17 shows a larger change than the composite viscosity in the low frequency region.

5 kGy의 조사량으로 개질된 폴리락틱에시드의 저장탄성률은 약 10배 정도 증가된 값을 보이고 있다. 이는 적당한 조사량 범위에서 GMA를 첨가하여 전자선을 조사하면 폴리락틱에시드 사슬구조가 변했음을 의미한다. 기존의 연구에서 많이 관찰된 가교화는 개질 폴리락틱에시드의 겔화도 결과를 볼 때 그 양이 매우 적은 것으로 판단된다. 그러므로 GMA를 첨가하여 전자선을 조사하면 가교화 반응보단 가지화 반응이 우세하게 일어남을 알 수 있다. The storage modulus of polylactic acid modified with a dose of 5 kGy is increased by about 10 times. This means that the polylactic acid chain structure was changed when the GMA was added to irradiate the electron beam in the appropriate dosage range. The amount of crosslinking observed in previous studies is very small in view of the degree of gelation of modified polylactic acid. Therefore, it can be seen that the branching reaction predominates rather than the crosslinking reaction when the electron beam is irradiated with GMA.

큰 조사량으로( 50, 100 kGy) 개질된 폴리락틱에시드는 복합점도와 전단의존성이 적은 뉴턴 유체와 비슷한 특성을 보이는 것으로 보아 조사량이 클 경우 분자의 절단이 큼을 알 수 있다. The modified polylactic acid at high doses (50, 100 kGy) showed similar properties to Newtonian fluids with less complex viscosity and shear dependence.

도 18을 보면, 조사량 5, 10, 20 kGy로 개질된 폴리락틱에시드의 기울기는 1.25~1.27 범위로 GMA함량이 낮은 개질 폴리락틱에시드들의 값보다 작았다. 이러한 결과 역시 폴리락틱에시드 사슬 구조가 변하였다는 것을 말해준다.Referring to FIG. 18, the slope of the modified polylactic acid with irradiation doses of 5, 10, and 20 kGy was less than that of the modified polylactic acid having a low GMA content in the range of 1.25 to 1.27. These results also indicate that the polylactic acid chain structure has changed.

실시예 19-24의 GMA 1중량부를 첨가하여 다양한 조사량으로 조사된 개질 폴리락틱에시드의 경우를 살펴보면, 개질 폴리락틱에시드들의 유리전이온도들은 순수 폴리락틱에시드와 유사했지만, 표 2에서 보는 바와 같이, 결정화도는 가지화 반응의 영향으로 10 kGy 조사량에서 최소값까지 감소하고 10 kGy 보다 더 많은 조사량에 의해 조사된 개질 폴리락틱에시드들의 결정화도는 분자량감소로 조사량의 증가와 함께 증가되었다. 이 경우 가교화 반응영향도 배제할 수 없으나 겔화도 값들이 매우 작기 때문에 가교된 분자들의 비율이 매우 낮다는 것을 확인할 수 있다. 그러므로 이러한 변화는 사슬의 가교화 때문이 아니고 가지화나 사슬전단 반응 때문임을 알 수 있다.In the case of modified polylactic acid irradiated at various doses by adding GMA 1 parts by weight of Examples 19-24, the glass transition temperatures of the modified polylactic acids were similar to pure polylactic acid, but as shown in Table 2, The degree of crystallinity decreased from the 10 kGy dose to the minimum value due to the branching reaction and the crystallinity of the modified polylactic acid irradiated by more than 10 kGy dose increased with the decrease of the molecular weight. In this case, the effect of the crosslinking reaction could not be excluded, but the gelation values were very small, indicating that the ratio of crosslinked molecules was very low. Therefore, it can be seen that this change is not due to the crosslinking of the chain but due to branching or chain shear reaction.

이들의 점탄성 특징을 도 19 내지 도 21에 나타낸다.These viscoelastic characteristics are shown in FIGS. 19-21.

도 19에서 보는 것과 같이, 0과 1 kGy 조사량(비교예14, 실시예 19)으로 조사된 폴리락틱에시드의 복합 점도는 순수 폴리락틱에시드의 것보다 낮다. 이것은 GMA가 가소제로 역할하기 때문이나 흐름거동은 뉴톤흐름에서 비뉴톤흐름 거동으로 변화하는 것을 시작하기 때문이다. As shown in FIG. 19, the composite viscosity of the polylactic acid irradiated with 0 and 1 kGy doses (Comparative Example 14, Example 19) is lower than that of pure polylactic acid. This is because GMA acts as a plasticizer, but the flow behavior begins to change from Newtonian flow to non-Newtonian flow.

복합 점도도 조사량의 영향을 크게 받았다. Composite viscosity was also greatly influenced by the dosage.

복합점도는 10 kGy에서 조사된 폴리락틱에시드(실시예21)가 최대값의 증가를 보여주었다. 하지만, 50 kGy(실시예23)와 100 kGy(실시예 24) 조사된 개질 폴리락틱에시드는 분해반응 때문에 순수 폴리락틱에시드와 GMA 함유한 조사되지 않은 폴리락틱에시드보다 낮은 복합 점도와 저장 탄성률을 보여주고 있지만 여전히 전단의존성인 흐름곡선을 보인다. 이러한 결과는 높은 조사량에서 가지의 경쟁 반응을 의미한다, 즉 기능성 단량체의 존재로 조사량에 따라 가지화 반응과 동시에 사슬 절단 반응도 일어나는 것을 의미한다. The composite viscosity showed an increase in the maximum value of polylactic acid (Example 21) irradiated at 10 kGy. However, 50 kGy (Example 23) and 100 kGy (Example 24) irradiated modified polylactic acid showed lower composite viscosity and storage modulus than unirradiated polylactic acid containing pure polylactic acid and GMA due to decomposition reaction. But still shows shear curves that are shear dependent. These results indicate a competitive reaction of the eggplant at high doses, ie, the presence of functional monomers, leading to branching reactions and chain cleavage reactions depending on the dose.

도 20의 저장탄성률의 변화도 복합점도와 비슷하였다.The change in storage modulus of FIG. 20 was also similar to the composite viscosity.

도 21을 보면 곡선 기울기 범위는 1.32~1.69이며, 조사량의 증가와 함께 가지화와 분자량 분포의 증가 때문으로 기울기가 감소하였다. Referring to FIG. 21, the curve slope ranges from 1.32 to 1.69, and the slope decreases due to the increase in the dose and the branching and the molecular weight distribution.

본 발명의 목적인 복합점도는 실시예 21에서 순수 폴리락틱에시드보다 4.5배 증가하였고, 저장탄성률은 약 20배 증가하였다.Composite viscosity, which is the object of the present invention, was increased by 4.5 times than that of pure polylactic acid in Example 21, and the storage modulus was increased by about 20 times.

실시예 25-30은 GMA 3중량부를 포함한 조사된 폴리락틱에시드의 경우이다. 이들의 열적, 유변학적 특성을 표 2와 도 25-27에 나타낸다. Examples 25-30 are for irradiated polylactic acid comprising 3 parts by weight of GMA. Their thermal and rheological properties are shown in Table 2 and Figures 25-27.

흥미로운 점은, GMA가 증가되고 조사량에 따라 여전히 겔화도는 낮다는 것이다. 이것은 조사량 100 kGy이하에서 가교반응은 거의 일어나지 않는다는 특이한 결과를 보인 것이다. 이는 본 발명의 목적 중에 하나인 개질 후 열가소성 성질을 잃지 않고 높은 점도와 저장탄성률을 유지할 수 있다는 것을 나타낸다. Interestingly, the GMA is increased and the degree of gelation is still low depending on the dosage. This shows a peculiar result that almost no crosslinking reaction occurs under the dose of 100 kGy. This indicates that after modification, which is one of the objects of the present invention, high viscosity and storage modulus can be maintained without losing thermoplastic properties.

개질 폴리락틱에시드들의 용융온도는 사슬의 가지화 영향으로 서서히 감소하였고, 결정화도는 20 kGy(실시예 28)를 조사하였을 때 최소점이 관찰 되었다. GMA 1중량부를 함유하고 있는 폴리락틱에시드와 비교하였을 때 조사량에 따라서 융해열의 최소값이 증가하는 것을 볼 수 있다. GMA의 함유로 인한 조사량의 영향으로 가지화와 사슬 절단 반응이 나타나고 있다. 그리고 흐름 거동에서는 GMA 1중량부를 함유한 폴리락틱에시드보다 더 강한 전단 의존성을 보여 주고 있다. 0.1rad/s의 주파수에서의 20 kGy 조사량의 폴리락틱에시드의(실시예28) 복합점도와 저장 탄성률은 순수 폴리락틱에시드의 복합점도와 저장 탄성률보다 각각 10배 200 이상 증가하였다. 이는 이전에 발표되었던 발포 공정을 위한 반응성 변형 폴리에스테르와 유기점토와 나노합성물인 폴리락틱에시드와 비길 만한 결과이다. 그러나 연속 저밀도 발포에는 용융복합점도가 부족한 형편이다. 겔화도와 도 24로 보아 가교화 반응은 일어나지 않고 가지화 반응 혹은 사슬 연장 반응이 일어나 후가공이 가능한 가소성 개질 폴리락틱에시드를 제조할 수 있음을 알 수 있다.The melting temperature of the modified polylactic acid gradually decreased due to the branching effect of the chain, and the crystallinity was observed at the minimum when the 20 kGy (Example 28) was investigated. Compared with the polylactic acid containing 1 part by weight of GMA, it can be seen that the minimum value of the heat of fusion increases with the dose. Branching and chain cleavage reactions are exhibited by the effect of irradiation due to the inclusion of GMA. And the flow behavior shows stronger shear dependence than polylactic acid containing 1 part by weight of GMA. The composite viscosity and storage modulus of 20 kGy dose of polylactic acid (Example 28) at a frequency of 0.1 rad / s increased 10 times or more than the composite viscosity and storage modulus of pure polylactic acid, respectively. This is comparable to the previously described reactive modified polyesters and organoclays and nanocomposites polylactic acid for the foaming process. However, continuous low-density foams lack the melt compound viscosity. It can be seen from the degree of gelation and FIG. 24 that a crosslinking reaction does not occur and a branching reaction or a chain extension reaction occurs to prepare a plastically modified polylactic acid capable of post-processing.

본 발명에서 가장 큰 변화는 실시예 31-40의 개질 폴리락틱에시드들에서 보였고, 이러한 변화는 현재까지 개발된 개질 폴리락틱에시드보다 매우 큰 값의 복합점도와 저장탄성률 증가를 보임과 동시에 가교결합이 거의 없어 열가소성 성질을 그대로 유지한다는 것이다. The largest change in the present invention was seen in the modified polylactic acid of Examples 31-40, and this change showed a much higher value of composite viscosity and storage modulus than the modified polylactic acid developed to date and at the same time crosslinking It is almost free of thermoplastic properties.

표 2에 겔화도와 열적 특성, 도 25-27에는 이들의 유변학적 특성을 나타내었다.Table 2 shows the gelability and thermal properties, and Fig. 25-27 shows their rheological properties.

GMA 첨가에 따라 감소된 유리전이온도는 감소는 조사량 증가에 따라 폴리락틱에시드만큼 다시 회복되었으나 방사선을 조사 이후에도 녹는온도는 순수한 폴리락틱에시드보다 약간 더 낮았다. 여기에 전자선 조사에 의한 결정화도는 급격히 감소하였다. 표 2에서 보듯이 조사량 200 kGy보다 낮은 세기로 개질된 폴리락틱에시드들(실시예31-37)의 겔화도는 아주 낮았지만, 300 kGy 이상(실시예 38-40)일 때는 겔화도가 갑자기 증가하였다. 이 결과에서 200 kGy 이하일 때는 가교결합보다는 가지화반응이 우세하지만, 300 kGy 이상의 매우 높은 세기의 전자선에서는 가교결합도 일어날 수 있음을 보였다. 표 2에서 보듯이 400, 500kGy의 폴리락틱에시드시료는 매우 높은 겔화도를 보이고 있으며 점탄성 시편 제조시 온도 200℃에서 고무 같은 성질을 띠어 시편을 제조할 수가 없었다. 그러므로 400 kGy이상 조사된 개질 폴리락틱에시드는 비록 복합점도와 저장탄성률이 높더라도 가교결합으로 열가소성 성질을 잃어버리기 때문에 후가공이 어려워져서 용융연속 발포나 사출 발포를 할 수가 없다. The glass transition temperature decreased with the addition of GMA recovered as polylactic acid as the dose increased, but the melting temperature was slightly lower than that of pure polylactic acid after irradiation. Here, the degree of crystallization by electron beam irradiation decreased drastically. As shown in Table 2, the degree of gelation of the modified polylactic acids (Examples 31-37) at a lower intensity than 200 kGy was very low, but suddenly increased at 300 kGy or more (Examples 38-40). . The results showed that branching reactions were superior to crosslinking at 200 kGy or less, but crosslinking could occur at very high intensity electron beams above 300 kGy. As shown in Table 2, the polylactic acid samples of 400 and 500 kGy showed very high gelation degree and were unable to prepare the specimens due to the rubbery properties at the temperature of 200 ° C. when the viscoelastic specimens were prepared. Therefore, the modified polylactic acid irradiated more than 400 kGy, even though the composite viscosity and storage modulus is high, the thermoplastic properties are lost due to crosslinking, so post-processing becomes difficult, and thus, continuous melt foaming or injection foaming cannot be performed.

도 25 내지 도 27에서 보듯이, GMA 5 중량부를 첨가 개질 폴리락틱에시드의 유변학적 성질은 GMA 3중량부를 포함하였을 때보다 훨씬 더 영향을 많이 받은 것을 알 수 있다. 25 to 27, it can be seen that the rheological properties of 5 parts by weight of GMA addition-modified polylactic acid were much more affected than when 3 parts by weight of GMA were included.

도 25에서 보듯이, GMA의 가소성효과로 인해 전자선이 조사되지 않고 GMA만 5 중량부 포함하는 폴리락틱에시드(비교예 16)의 복합점도는 순수한 폴리락틱에시드보다 훨씬 더 낮지만, 조사량의 증가에 비례하여 크게 증가하였다. 모든 개질 폴리락틱에시드들은 비록 1 kGy의 작은 세기로 개질될지라도 비뉴턴유체의 흐름특성을 보였다. 또한, 저장 탄성율도 조사량에 큰 영향을 받았다. 이러한 복합점도와 탄성률의 엄청난 증가의 원인은 사슬의 엉킴과 물리적 가교구조의 형성 때문으로 풀이 할 수 있다. As shown in FIG. 25, due to the plasticity effect of GMA, the composite viscosity of polylactic acid (Comparative Example 16) containing only 5 parts by weight of GMA without being irradiated with an electron beam was much lower than that of pure polylactic acid. The proportion increased greatly. All modified polylactic acid showed non-Newtonian flow characteristics, although modified with a small intensity of 1 kGy. In addition, the storage and elastic modulus were also greatly affected by the dose. The cause of this enormous increase in composite viscosity and modulus can be solved due to chain entanglement and the formation of physically crosslinked structures.

200kGy의 조사량을 받은 폴리락틱에시드의 복합점도와 저장 탄성율은 각각 0.1rad/sec의 주파수에서 순수한 폴리락틱에시드보다 각각 약 200배 에서 10000배가량 높았다. 이런 엄청난 증가는 GMA 첨가와 전자선 조사로 생성된 고분자량의 가지화 사슬 및 선형 사슬이 물리적인 그물구조를 하기 때문이다. The composite viscosity and storage modulus of polylactic acid received 200kGy dose were about 200 to 10,000 times higher than pure polylactic acid at the frequency of 0.1rad / sec, respectively. This tremendous increase is due to the fact that the high molecular weight branched and linear chains produced by the addition of GMA and electron beam irradiation have a physical structure.

도 27의 곡선 기울기의 범위는 0.07(300 kGy로 조사된 폴리락틱에시드; 실시예 38)에서 1.65(조사되지 않은 폴리락틱에시드)까지였으며, 조사량증가에 따라 감소하였다. 200 kGy에서 기울기는 0.27, 300 kGy에서는 0.07이었다. 300 kGy에서는 높은 가교화로 화학적 가교가 있는 일반적인 탄성중합체와 비슷한 기울기를 보였다. 이는 300 kGy 이상의 조사량으로 조사된 개질 폴리락틱에시드는 용융가공이 어렵다는 것을 증명해 준다.The range of the curve slope of FIG. 27 ranged from 0.07 (polylactic acid irradiated with 300 kGy; Example 38) to 1.65 (unirradiated polylactic acid) and decreased with increasing dose. The slope was 200 at 200 kGy and 0.07 at 300 kGy. At 300 kGy, the high crosslinking resulted in a slope similar to that of common elastomers with chemical crosslinking. This proves that the modified polylactic acid irradiated at a dosage of 300 kGy or more is difficult to melt.

도 28 내지 도 30은 표 2에는 기재하지 않은 실시예 41-46의 점탄성 곡선으로, GMA가 10 중량부 첨가된 후 전자선 조사량, 0 kGy. 1 kGy(실시예41), 5 kGy(실시예42), 10 kGy(실시예43), 20 kGy(실시예44), 50 kGy(실시예45), 100 kGy(실시예46)로 개질된 폴리락틱에시드의 결과이다. 이들 개질 폴리락틱에시드도 복합점도와 저장탄성률이 증가하기는 하나, GMA 5중량부 포함된 개질 폴리락틱에시드에 비해 그 효과가 크게 감소되었다. 그리고 GMA 양이 과도하여 이축압출기로 혼합하는 공정에도 투입이 어렵고 품질이 불균일한 문제를 야기하였다.28 to 30 are viscoelastic curves of Examples 41-46, which are not described in Table 2, after 10 parts by weight of GMA was added, and the amount of electron beam irradiation, 0 kGy. 1 kGy (Example 41), 5 kGy (Example 42), 10 kGy (Example 43), 20 kGy (Example 44), 50 kGy (Example 45), 100 kGy (Example 46) The result is polylactic acid. Although these modified polylactic acid also increased the composite viscosity and storage modulus, the effect was significantly reduced compared to the modified polylactic acid containing 5 parts by weight of GMA. In addition, the excessive amount of GMA caused a problem in that it was difficult to put into the mixing process by the twin screw extruder and the quality was uneven.

따라서, 본 발명의 실시예에서 GMA의 첨가량은 0.1-10중량부를 첨가하는 것이 바람직하나 가장 이상적으로는 3-5중량부가 바람직하다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the addition amount of GMA is preferably added 0.1-10 parts by weight, but most preferably 3-5 parts by weight.

라. 반응경로la. Reaction Path

화학식 1은 전자선 방사에 의한 순수한 폴리락틱에시드의 사슬절단을 보여주는 반응경로로 비교예 1-7의 결과에 보여준 조사량에 따른 복합점도, 저장탄성률감소의 원인인 사슬 절단 경로와 또한 가능한 경로인 가지화, 가교화도 보여준다. 겔화도의 결과를 볼 때 가교화는 거의 일어나지 않았다.Formula 1 is a reaction pathway showing the chain cleavage of pure polylactic acid by electron beam radiation, the compound viscosity according to the dosage shown in the results of Comparative Example 1-7, the chain cleavage path which causes the decrease of storage modulus, and also the branching which is a possible path , Crosslinking is also shown. From the results of the degree of gelation, crosslinking hardly occurred.

Figure 112007071207659-pat00003
Figure 112007071207659-pat00003

화학식 2는 GMA와 폴리락틱에시드사이의 반응경로로 GMA의 에폭시 작용기는 폴리락틱에시드 말단의 수산화기와 반응하여 에테르화 반응을 카보닐그룹과 반응하는 에스테르화반응을 일으킨다.Formula (2) is a reaction path between GMA and polylactic acid, and the epoxy functional group of GMA reacts with a hydroxyl group at the end of polylactic acid to cause an esterification reaction with carbonyl group.

Figure 112007071207659-pat00004
Figure 112007071207659-pat00004

화학식 3은 화학식 2에서 제시한 에테르 및 에스테르 반응을 한 물질이 전자선을 쬐었을 때 가지화 및 커플링화(사슬 연장화) 하는 경로를 보여준다. 실시예 38-40의 특수한 경우를 제외하고 겔화도가 굉장히 낮아서, 심지어 200 kGy 조사량의 GMA 5중량부의 폴리락틱에시드에서도 굉장히 낮은 겔화도를 보였기 때문에 가교화 반응은 거의 일어나지 않는 것으로 판단된다. 흥미로운 점은, 식3에서 보듯이 커플링반응경로를 유추할 수 있으며 이로 인하여 고분자량 선형분자들이 형성될 수 있다는 것이다. 이들 가지 및 고분자량의 선형사슬 분자들은 용융복합점도 및 저장탄성률의 큰 증가를 유도 하였다.Formula 3 shows a route for branching and coupling (chain extension) when the ether and ester reaction materials represented by Formula 2 are exposed to an electron beam. Except for the special case of Examples 38-40, the degree of gelation was very low, and even at 200 kGy dose of GMA 5 parts by weight of polylactic acid, it was judged that the crosslinking reaction hardly occurred because the gelation degree was very low. Interestingly, as shown in Eq. 3, the coupling reaction pathway can be inferred, resulting in the formation of high molecular weight linear molecules. These branched and high molecular weight linear chain molecules induced a significant increase in melt compound viscosity and storage modulus.

Figure 112007071207659-pat00005
Figure 112007071207659-pat00005

도 1은 비교예 1-6의 복합점도 대 주파수 곡선1 is a composite viscosity versus frequency curve of Comparative Examples 1-6

도 2는 비교예 1-6의 저장탄성률 대 주파수 곡선2 shows the storage modulus versus frequency curves of Comparative Examples 1-6.

도 3은 비교예 1-6의 저장탄성률 대 손실탄성률의 로그-로그 곡선3 is a log-log curve of storage modulus vs. loss modulus of Comparative Examples 1-6.

도 4는 비교예 8-10의 복합점도 대 주파수 곡선4 is a composite viscosity versus frequency curve of Comparative Example 8-10

도 5는 비교예 8-10의 저장탄성률 대 주파수 곡선5 is the storage modulus vs. frequency curve of Comparative Example 8-10

도 6은 비교예 8-10의 저장탄성률 대 손실탄성률의 로그-로그 곡선6 is a log-log curve of storage modulus vs. loss modulus of Comparative Example 8-10.

도 7은 비교예 14-16의 복합점도 대 주파수 곡선7 is a composite viscosity versus frequency curve of Comparative Example 14-16

도 8은 비교예 14-16의 저장탄성률 대 주파수 곡선8 shows the storage modulus versus frequency curve of Comparative Example 14-16.

도 9는 비교예 14-16의 저장탄성률 대 손실탄성률의 로그-로그 곡선9 is a log-log curve of storage modulus vs. loss modulus of Comparative Example 14-16.

도 10은 실시예 1-6의 복합점도 대 주파수 곡선10 is a composite viscosity versus frequency curve of Examples 1-6

도 11은 실시예 1-6의 저장탄성률 대 주파수 곡선11 shows the storage modulus versus frequency curves of Examples 1-6.

도 12는 실시예 1-6의 저장탄성률 대 손실탄성률의 로그-로그 곡선12 is a log-log curve of storage modulus vs. loss modulus of Examples 1-6.

도 13은 실시예 7-12의 복합점도 대 주파수 곡선13 is a composite viscosity vs. frequency curve of Examples 7-12

도 14는 실시예 7-12의 저장탄성률 대 주파수 곡선14 shows the storage modulus versus frequency curves of Examples 7-12.

도 15는 실시예 7-12의 저장탄성률 대 손실탄성률의 로그-로그 곡선15 is a log-log curve of storage modulus versus loss modulus of Examples 7-12.

도 16은 실시예 13-18의 복합점도 대 주파수 곡선16 is a composite viscosity versus frequency curve of Examples 13-18

도 17은 실시예 13-18의 저장탄성률 대 주파수 곡선17 shows the storage modulus versus frequency curves of Examples 13-18.

도 18은 실시예 13-18의 저장탄성률 대 손실탄성률의 로그-로그 곡선18 is a log-log curve of storage modulus versus loss modulus of Examples 13-18.

도 19는 실시예 19-24의 복합점도 대 주파수 곡선19 is a composite viscosity versus frequency curve of Examples 19-24

도 20은 실시예 19-24의 저장탄성률 대 주파수 곡선20 is the storage modulus versus frequency curve of Examples 19-24.

도 21은 실시예 19-24의 저장탄성률 대 손실탄성률의 로그-로그 곡선21 is a log-log curve of storage modulus versus loss modulus of Examples 19-24.

도 22는 실시예 25-30의 복합점도 대 주파수 곡선22 is a composite viscosity versus frequency curve of Examples 25-30

도 23은 실시예 25-30의 저장탄성률 대 주파수 곡선23 is a storage modulus versus frequency curve of Examples 25-30.

도 24는 실시예 25-30의 저장탄성률 대 손실탄성률의 로그-로그 곡선24 is a log-log curve of storage modulus versus loss modulus of Examples 25-30.

도 25는 실시예 31-38의 복합점도 대 주파수 곡선FIG. 25 is a composite viscosity versus frequency curve of Examples 31-38

도 26은 실시예 31-38의 저장탄성률 대 주파수 곡선26 is a storage modulus versus frequency curve of Examples 31-38.

도 27은 실시예 31-38의 저장탄성률 대 손실탄성률의 로그-로그 곡선27 is a log-log curve of storage modulus versus loss modulus of Examples 31-38.

도 28은 실시예 41-46의 복합점도 대 주파수 곡선FIG. 28 is a composite viscosity versus frequency curve of Examples 41-46

도 29는 실시예 41-46의 저장탄성률 대 주파수 곡선29 is a storage modulus versus frequency curve of Examples 41-46.

도 30은 실시예 41-46의 저장탄성률 대 손실탄성률의 로그-로그 곡선30 is a log-log curve of storage modulus versus loss modulus of Examples 41-46.

Claims (5)

주재인 폴리락틱에시드,The host is polylactic acid, 기능성 단량체로서 1개의 라디칼 반응을 하는 이중결합, 빠른 축중합이 가능한 1개의 에폭시기 혹은 말레익 안하이드하이드기 혹은 이소시아네이트기를 갖는 단량체를 상기 폴리락틱에시드 100중량부기준 0.1-10 중량부 포함하여 구성되고, 0.1 kGy-300 kGy의 전자선 조사로 개질된 것을 특징으로 하는 고배율 발포용 고점도 개질 식물유래 생분해성 수지.A functional monomer is composed of 0.1-10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polylactic acid a monomer having one double radical reaction, one epoxy group capable of rapid condensation polymerization, or a maleic anhydride group or an isocyanate group as a functional monomer. , 0.1 kGy-300 kGy high viscosity modified high viscosity modified plant-derived biodegradable resin, characterized in that modified by electron beam irradiation. 제 1항에 있어서, 상기한 단량체는 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate:GMA), 1,2-EPOXY-9-DECENE, 1,2-EPOXY-5-HEXENE, 4-VINYL-1-CYCLOHEXENE-1,2-EPOXIDE, LIMONENE-1,2-EPOXIDE, ALLYL GLYCIDYL ETHER 중에서 택일하여 사용하는 것을 특징으로 하는 고배율 발포용 고점도 개질 식물유래 생분해성 수지.The method of claim 1, wherein the monomer is glycidyl methacrylate (GMA), 1,2-EPOXY-9-DECENE, 1,2-EPOXY-5-HEXENE, 4-VINYL-1-CYCLOHEXENE A high viscosity modified plant-derived biodegradable resin for high magnification foam, characterized in that it is used alternatively from -1,2-EPOXIDE, LIMONENE-1,2-EPOXIDE, ALLYL GLYCIDYL ETHER. 주재인 폴리락틱에시드,The host is polylactic acid, 기능성 단량체로서 1개의 라디칼 반응을 하는 이중결합, 빠른 축중합이 가능한 1개의 에폭시기 혹은 말레익 안하이드하이드기 혹은 이소시아네이트기를 갖는 단량체를 상기 폴리락틱에시드 100중량부 기준 0.1-10 중량부 포함하여 구성되는 수지 조성물에 0.1 kGy-300 kGy의 전자선을 조사하는 것을 특징으로 하는 고배율 발포용 고점도 개질 식물유래 생분해성 수지 제조 방법.A functional monomer comprising 0.1-10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polylactic acid a monomer having a double bond, one epoxy group capable of rapid radical polymerization, or a maleic anhydride group or an isocyanate group capable of rapid radical polymerization. A method of producing a high viscosity modified plant-derived biodegradable resin for high magnification foaming, wherein the resin composition is irradiated with an electron beam of 0.1 kGy-300 kGy. 제 3항에 있어서, 상기한 단량체는 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate:GMA), 1,2-EPOXY-9-DECENE, 1,2-EPOXY-5-HEXENE, 4-VINYL-1-CYCLOHEXENE-1,2-EPOXIDE, LIMONENE-1,2-EPOXIDE, ALLYL GLYCIDYL ETHER 중에서 택일하여 사용하는 것을 특징으로 하는 고배율 발포용 고점도 개질 식물유래 생분해성 수지 제조 방법.The method of claim 3, wherein the monomer is glycidyl methacrylate (GMA), 1,2-EPOXY-9-DECENE, 1,2-EPOXY-5-HEXENE, 4-VINYL-1-CYCLOHEXENE -1,2-EPOXIDE, LIMONENE-1,2-EPOXIDE, ALLYL GLYCIDYL ETHER alternatively used for producing a high viscosity modified plant-derived biodegradable resin for high magnification foam. 삭제delete
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