KR102124323B1 - Polypropylene resin composition for luggage board in car and luggage board in car comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에에 따른 러기지 보드용 수지 조성물은, 러기지 보드용 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 폴리프로필렌 수지 85 내지 94 중량%; 및 충전제 4 내지 15 중량%;를 포함하는 러기지 보드용 수지 조성물로서, 상기 충전제는 판상형의 무기 충전제 및 섬유형의 유기 충전제를 포함하고, 상기 판상형의 무기 충전제 및 상기 섬유형의 유기 충전제는 각각 암모늄 이온으로 개질되고, 상기 무기 충전제 및 유기 충전제를 1 : 1 내지 1 : 5 의 중량비로 포함할 수 있다.Resin composition for a luggage board according to various embodiments of the present invention, based on the total weight of the resin composition for a luggage board, polypropylene resin 85 to 94% by weight; And 4 to 15% by weight of a filler; wherein the filler comprises a plate-shaped inorganic filler and a fibrous organic filler, each of the plate-shaped inorganic filler and the fibrous organic filler, respectively. It is modified with ammonium ions, and may include the inorganic filler and the organic filler in a weight ratio of 1:1 to 1:5.

Description

차량용 러기지 보드용 폴리프로필렌 복합재료 조성물 및 이 조성물로 제조된 러기지 보드{POLYPROPYLENE RESIN COMPOSITION FOR LUGGAGE BOARD IN CAR AND LUGGAGE BOARD IN CAR COMPRISING THE SAME}POLYPROPYLENE RESIN COMPOSITION FOR LUGGAGE BOARD IN CAR AND LUGGAGE BOARD IN CAR COMPRISING THE SAME}

본 발명은 블로우 또는 사출 성형을 이용하는 러기지 보드용 폴리프로필렌 복합재료의 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량화 러기지 보드를 제조할 수 있는 종횡비가 큰 유기물 및 무기물 충전제를 포함하는 폴리프로필렌 복합재료 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition of a polypropylene composite material for a luggage board using blow or injection molding, and more particularly, a polypropylene composite material comprising an organic and inorganic filler with a high aspect ratio capable of manufacturing a lightweight luggage board. It relates to a composition.

왜건형 차량, 스포츠 유틸리티 차량(SUV) 및 멀티 유틸리티 차량(MUV)의 후방 시트 뒤는 수화물이나 스페어 타이어를 적재하는 트렁크 룸이 있다. Behind the rear seats of a wagon-type vehicle, a sport utility vehicle (SUV) and a multi-utility vehicle (MUV) is a luggage compartment with luggage or spare tires.

러기지 보드는 이러한 트렁크 룸 내에서 스페어 타이어 적재 공간을 경계 지으면서 다양한 승객의 수화물을 수납 및 적재하기 위해 설치되는 부품이다. The luggage board is a part that is installed to store and load various passenger luggage while demarcating the spare tire loading space in the trunk room.

최근 활발한 가족간의 여행 및 여가활동으로 인해 수화물의 수와 양이 늘어나면서 러기지 보드의 요구 강도가 증대되고 있다. Recently, as the number and amount of luggage increased due to active family travel and leisure activities, the demand strength of luggage boards has increased.

이러한 요구 강도의 증대에 따라 고강도 러기지 보드를 제조하기 위하여 열경화성 수지를 이용한 다층 구조용복합재료가 많이 사용되고 있다. In order to manufacture a high-strength luggage board according to the increase in the required strength, a multi-layered composite material using a thermosetting resin has been used.

그러나 이러한 다층 구조용복합재료를 이용한 러기지보드는 열가소성 수지를 이용한 블로우 성형법에 비해 다양한 종류의 재료를 다층구조로 결합하기 때문에 많은 공정수에 따른 높은 제조원가, 높은 재료비로 인한 높은 가격, 높은 중량 및 열경화성 수지 사용에 따른 자원 재활용의 한계 등의 문제가 있다.However, luggage boards using composite materials for multi-layer structures combine various types of materials in a multi-layer structure compared to blow molding methods using thermoplastic resins, resulting in high manufacturing costs due to a large number of processes, high prices due to high material costs, high weight, and thermosetting properties. There are problems such as the limitation of resource recycling due to the use of resin.

따라서 다층 구조용복합재료에 버금가는 기계적 강성을 가지면서 다층 구조용복합재료 대비 경량화, 자원 재활용 및 원가절감을 위한 새로운 러기지 보드의 재료 및 제조기술의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a new luggage board material and manufacturing technology for light weight, resource recycling and cost reduction compared to the multi-layer structural composite material while having mechanical rigidity comparable to that of the multi-layer structural composite material.

본 발명의 다양한 실시예에서는, 러기지 보드의 기계적 강성 향상, 경량화, 자원 재활용 및 원가절감을 위한 열가소성 수지 복합재료의 조성물을 제공할 수 있다.In various embodiments of the present invention, it is possible to provide a composition of a thermoplastic resin composite material for improving mechanical rigidity of a luggage board, reducing weight, recycling resources, and reducing costs.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 러기지 보드용 수지 조성물은, 러기지 보드용 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 폴리프로필렌 수지 85 내지 94 중량%; 및 충전제 4 내지 15 중량%;를 포함하는 러기지 보드용 수지 조성물로서, 상기 충전제는 판상형의 무기 충전제 및 섬유형의 유기 충전제를 포함하고, 상기 판상형의 무기 충전제 및 상기 섬유형의 유기 충전제는 각각 암모늄 이온으로 개질되고, 상기 무기 충전제 및 유기 충전제를 1 : 1 내지 1 : 5 의 중량비로 포함할 수 있다.Resin composition for a luggage board according to various embodiments of the present invention, based on the total weight of the resin composition for a luggage board, polypropylene resin 85 to 94% by weight; And 4 to 15% by weight of a filler; wherein the filler comprises a plate-shaped inorganic filler and a fibrous organic filler, each of the plate-shaped inorganic filler and the fibrous organic filler, respectively. It is modified with ammonium ions, and may include the inorganic filler and the organic filler in a weight ratio of 1:1 to 1:5.

본 발명은 충전제 사이의 응집 현상을 방지하여 충전제의 분산성이 우수한 수지 조성물을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 수지 조성물은 종래의 폴리프로필렌보다 인장강도, 인장탄성율, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 충격강도, 크리프성 등의 기계적 강도가 향상될 수 있다. 본 발명에 따른 수지 조성물을 이용하여 제작한 차량용 러기지 보드는 열경화성 수지를 이용한 다층 구조용복합재료를 이용한 러기지 보드 대비 경량화, 높은 기계적 물성, 원가절감의 장점을 가지고 있다.The present invention can provide a resin composition excellent in dispersibility of the filler by preventing agglomeration between fillers. The resin composition according to the present invention may have improved mechanical strength, such as tensile strength, tensile modulus, flexural strength, flexural modulus, impact strength, and creep properties, than conventional polypropylene. The luggage board for a vehicle manufactured by using the resin composition according to the present invention has advantages of weight reduction, high mechanical properties, and cost savings compared to luggage boards using a multilayer structural composite material using a thermosetting resin.

이하, 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the examples and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, and it should be understood that the examples include various modifications, equivalents, and/or substitutes.

이하, 본 발명의 다양한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail.

본 발명은 차량용 러기지 보드용 폴리프로필렌 복합재료 조성물 및 이 조성물로 제조된 러기지 보드에 관한 것이다.The present invention relates to a polypropylene composite material composition for a vehicle luggage board and a luggage board made of the composition.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 러기지 보드용 수지 조성물은 폴리프로필렌 수지 및 충전제를 포함하고, 러기지 보드용 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 폴리프로필렌 수지 85 내지 94 중량% 및 충전제 4 내지 15 중량%를 포함할 수 있다. 폴리프로필렌 수지가 상기 범위를 벗어나면 러기지 보드의 원하는 기계적 물성을 확보하기 어려울 수 있다. 충전제가 4 중량 % 미만으로 포함되면, 러기지 보드의 원하는 기계적 물성을 확보하기 어려울 수 있고, 충전제가 15 중량 % 초과하면 충전제의 분산에 어려움이 있어 기계적 물성이 저하될 수 있다. Resin composition for luggage boards according to various embodiments of the present invention includes a polypropylene resin and a filler, based on the total weight of the resin composition for luggage boards, 85 to 94% by weight of polypropylene resin and 4 to 15 fillers % By weight. If the polypropylene resin is out of the above range, it may be difficult to secure the desired mechanical properties of the luggage board. If the filler is contained in less than 4% by weight, it may be difficult to secure the desired mechanical properties of the luggage board, and if the filler exceeds 15% by weight, mechanical properties may be deteriorated due to difficulty in dispersing the filler.

폴리프로필렌 수지의 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)는 0.1 내지 2.0 g/10 min(230℃, 2.16kg)일 수 있다. 용융지수가 상기 범위를 벗어날 경우 미성형의 문제를 야기할 수 있다. The melt index of the polypropylene resin (ASTM D-1238, 230°C) may be 0.1 to 2.0 g/10 min (230°C, 2.16 kg). If the melt index is outside the above range, it may cause a problem of unmolding.

이때, 폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 단독 중합체, 프로필렌-에틸렌 코폴리머, 프로필렌 1 부텐 코폴리며, 프로필렌 1 펜텐 코폴리며, 프로필렌 1 헥센 코폴리머, 프로필렌 4 메틸 1 펜텐 코폴리머, 및 랜덤 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다. 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량이 10,000 내지 1,000,000 범위이며, 바람직하게는 50,000 내지 900,000이며, 보다 더 바람직하게는 100,000 내지 800,000 범위일 수 있다.At this time, the polypropylene resin is a polypropylene homopolymer, propylene-ethylene copolymer, propylene 1 butene copoly, propylene 1 pentene copoly, propylene 1 hexene copolymer, propylene 4 methyl 1 pentene copolymer, and random copolymer It may include one or more selected from the group consisting of. The weight average molecular weight of the polypropylene resin is in the range of 10,000 to 1,000,000, preferably in the range of 50,000 to 900,000, and even more preferably in the range of 100,000 to 800,000.

충전제는, 판상형의 무기 충전제 및 섬유형의 유기 충전제를 포함할 수 있다. 이때, 충전제는, 0.1 내지 5 ㎛의 입자 크기를 갖고, 종횡비가 10 내지 100일 수 있다. 상기 입자 크기는, 판상형의 무기 충전제의 경우 평균 두께를 의미하고, 섬유형의 유기 충전제의 경우 평균 지름을 의미한다. 충전제의 입자 크기가 5 ㎛를 초과하면, 비표면적을 충분히 크게 할 수가 없고 조성물의 경도 및 내충격성이 저하될 수 있다. 또한, 이러한 특정 입자 크기 및 특정 종횡비를 갖는 충전제를 통해, 종래의 폴리프로필렌보다 인장강도, 인장탄성율, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 충격강도, 크리프성 등의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.The filler may include a plate-shaped inorganic filler and a fibrous organic filler. In this case, the filler has a particle size of 0.1 to 5 μm, and an aspect ratio may be 10 to 100. The particle size means an average thickness in the case of a plate-shaped inorganic filler and an average diameter in the case of a fibrous organic filler. When the particle size of the filler exceeds 5 µm, the specific surface area cannot be sufficiently increased, and the hardness and impact resistance of the composition may deteriorate. In addition, through the filler having a specific particle size and a specific aspect ratio, it is possible to improve mechanical strengths such as tensile strength, tensile modulus, flexural strength, flexural modulus, impact strength, and creep property, compared to conventional polypropylene.

. 본 발명의 수지 조성물은 무기 충전제 및 유기 충전제를 1 : 1 내지 5의 중량비로 포함할 수 있다. 무기 충전제 및 유기 충전제의 중량비가 상기 범위를 벗어나는 경우, 무기 충전제와 무기 충전제간 또는 유기 충전제와 유기 충전제간의 응집현상으로 러기지 보드의 원하는 기계적 물성을 확보하기 어려울 수 있다.. The resin composition of the present invention may include an inorganic filler and an organic filler in a weight ratio of 1:1 to 5. When the weight ratio of the inorganic filler and the organic filler is out of the above range, it may be difficult to secure desired mechanical properties of the luggage board due to aggregation between the inorganic filler and the inorganic filler or between the organic filler and the organic filler.

판상형의 무기 충전제는 클레이, 탈크 및 탄산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는, 판상형의 무기 충전제는 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온으로 표면 개질된 나노클레이일 수 있다.The plate-shaped inorganic filler may be at least one selected from the group consisting of clay, talc, and calcium carbonate. Preferably, the plate-shaped inorganic filler may be a nanoclay surface-modified with ammonium ions having a weight average molecular weight of 300 to 10,000.

섬유형의 유기 충전제는 미소화된 셀룰로오스, 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 케나프(kenaf), 아바카(abaca), 대나무(bamboo) 으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는, 미소화된 셀룰로오스는 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온으로 표면 개질된 비산화 미소섬유상 셀룰로오스 및 중량평균분자량이 200 내지 1,000인 지방산으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스로 이루어진 선택되는 1종 이상일 수 있다. The fibrous organic filler is one selected from the group consisting of micronized cellulose, flax, hemp, jute, kenaf, abaca, and bamboo. It may be abnormal. Preferably, the micronized cellulose is selected from non-oxidized microfibrous cellulose surface-modified with ammonium ions having a weight average molecular weight of 300 to 10,000 and microfibrous cellulose surface-modified with fatty acids having a weight average molecular weight of 200 to 1,000 1 It may be more than a species.

구체적으로, 암모늄 이온으로 표면 개질된 나노클레이 또는 암모늄 이온으로 표면 개질된 비산화 미소섬유상 셀룰로오스는, 클레이 또는 셀룰로오스를 극성 용매에 침지시켜 팽윤시키고, 팽윤된 클레이 또는 셀룰로오스와 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온을 극성 용매 내에서 혼합시킨 후, 혼합물을 전단 장치를 이용하여 셀룰로오스는 피브릴화하고, 클레이는 박리화할 수 있다. 박리된 나노클레이 또는 피브릴화된 미소섬유상 셀룰로오스 표면의 -OH기와 암모늄 이온이 결합되어 표면이 개질될 수 있다. Specifically, nanoclays surface-modified with ammonium ions or non-oxidized microfibrous celluloses surface-modified with ammonium ions are swelled by immersing clay or cellulose in a polar solvent, and the swelling clay or cellulose and the weight average molecular weight are 300 to 10,000. After the phosphorus ammonium ion is mixed in a polar solvent, the mixture can be fibrillated by using a shearing device, and the clay can be exfoliated. The -OH group and the ammonium ion on the surface of the peeled nanoclay or fibrillated microfibrous cellulose may be combined to modify the surface.

상기 암모늄 이온은 하기 화학식 1로 표시된다.The ammonium ion is represented by Formula 1 below.

<화학식 1><Formula 1>

Figure 112018043553092-pat00001
Figure 112018043553092-pat00001

상기 화학식 1 중,In Formula 1,

R1 내지 R4는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기이다.R1 to R4 are each independently hydrogen, deuterium, C1-C60 alkyl group, C2-C60 alkenyl group, C2-C60 alkynyl group, C3-C60 cycloalkyl group, C3-C60 cycloalkenyl group or C6-C60 aryl group.

상기 R1 내지 R4가 서로 독립적으로, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기인 경우, 서로 독립적으로 C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 치환기로 치환되거나 비치환되고, 복수 개의 치환기로 치환된 경우 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.When R1 to R4 are independently of each other, C1-C60 alkyl group, C2-C60 alkenyl group, C2-C60 alkynyl group, C3-C60 cycloalkyl group, C3-C60 cycloalkenyl group or C6-C60 aryl group, C1 independently of each other -C60 alkyl group, C2-C60 alkenyl group, C2-C60 alkynyl group, C3-C60 cycloalkyl group, C3-C60 cycloalkenyl group or C6-C60 aryl group is substituted or unsubstituted with one or more substituents selected from the group consisting of, plural When substituted with 4 substituents, they may be the same or different from each other.

상기 "알킬기"는 탄소수 1 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 그 예로서, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The "alkyl group" means a monovalent substituent derived from a linear or branched saturated hydrocarbon having 1 to 60 carbon atoms. Examples include, but are not limited to, methyl group, ethyl group, propyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, and the like.

상기 "알케닐(alkenyl)기"는 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 2 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 비닐(vinyl), 알릴(allyl), 이소프로펜일(isopropenyl), 2-부텐일(2-butenyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The "alkenyl (alkenyl) group" means a monovalent substituent derived from a linear or branched unsaturated hydrocarbon having 2 to 60 carbon atoms having at least one carbon-carbon double bond. Examples of this include, but are not limited to, vinyl, allyl, isopropenyl, 2-butenyl, and the like.

상기 "알키닐(alkynyl)기"는 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 2 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 에티닐(ethynyl), 2-프로피닐(2-propynyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The "alkynyl (alkynyl) group" means a monovalent substituent derived from a linear or branched unsaturated hydrocarbon having 2 to 60 carbon atoms having at least one carbon-carbon triple bond. Examples of this include, but are not limited to, ethynyl, 2-propynyl, and the like.

상기 "시클로알킬기"는 탄소수 3 내지 60 개의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이러한 사이클로알킬의 예로는 사이클로프로필, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 노르보닐(norbornyl), 아다만틴(adamantine) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The "cycloalkyl group" means a monovalent substituent derived from a monocyclic or polycyclic non-aromatic hydrocarbon having 3 to 60 carbon atoms. Examples of such cycloalkyl include, but are not limited to, cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, norbornyl, adamantine, and the like.

상기 "시클로알케닐기"는 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 3 내지 60 개의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다.The "cycloalkenyl group" means a monovalent substituent derived from a monocyclic or polycyclic non-aromatic hydrocarbon having 3 to 60 carbon atoms having one or more carbon-carbon double bonds.

상기 "아릴기"는 단독 고리 또는 2 이상의 고리가 조합된 탄소수 6 내지 60개의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 아릴의 예로는 페닐, 나프틸, 페난트릴, 안트릴 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The "aryl group" means a monovalent substituent derived from an aromatic hydrocarbon having 6 to 60 carbon atoms in which a single ring or two or more rings are combined. Also, two or more rings may be simply attached to each other or condensed. Examples of such aryl include, but are not limited to, phenyl, naphthyl, phenanthryl, and anthryl.

상기 암모늄 이온의 중량평균분자량은 300 내지 10,000이다. 구체적으로, 상기 암모늄 이온의 중량평균분자량은 450 내지 7,500이다. 더욱 구체적으로, 상기 암모늄 이온의 중량평균분자량은 500 내지 5,000일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The weight average molecular weight of the ammonium ion is 300 to 10,000. Specifically, the weight average molecular weight of the ammonium ion is 450 to 7,500. More specifically, the weight average molecular weight of the ammonium ion may be 500 to 5,000, but is not limited thereto.

상기 암모늄 이온의 중량평균분자량이 상기 범위일 때, 상기 나노클레이 및 미소섬유상 셀룰로오스가 소수성의 특성을 갖는 소재에 분산되기에 용이하다. When the weight average molecular weight of the ammonium ion is within the above range, the nanoclay and microfibrous cellulose are easily dispersed in a material having hydrophobic properties.

상기 암모늄 이온은 2차 암모늄 이온, 3차 암모늄 이온 및 4차 암모늄 이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이다.The ammonium ion is at least one selected from the group consisting of secondary ammonium ions, tertiary ammonium ions and quaternary ammonium ions.

예를 들어, 상기 암모늄 이온은 C18-C60알킬기가 2개 치환된 2차 암모늄 이온일 수 있다. 또는 상기 암모늄 이온은 C18-C60알킬기가 1개, C18-C60아릴기가 1개 치환된 2차 암모늄 이온일 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 암모늄 이온은 C18-C60알킬기가 2개, C6-C60아릴기가 1개 치환된 3차 암모늄 이온일 수 있다. 또는 상기 암모늄 이온은 C6-C60알킬기가 4개 치환된 4차 암모늄이온일 수 있다.For example, the ammonium ion may be a secondary ammonium ion in which two C18-C60 alkyl groups are substituted. Alternatively, the ammonium ion may be a secondary ammonium ion in which one C18-C60 alkyl group and one C18-C60 aryl group are substituted. As another example, the ammonium ion may be a tertiary ammonium ion in which two C18-C60 alkyl groups and one C6-C60 aryl group are substituted. Alternatively, the ammonium ion may be a quaternary ammonium ion with four C6-C60 alkyl groups substituted.

상기 암모늄 이온이 2차 암모늄 이온, 3차 암모늄 이온 및 4차 암모늄 이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이고, 상기 암모늄 이온이 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 결합되어 있는 경우, 암모늄 이온에 결합된 화학 관능기에 의한 입체장애 효과로 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 잔존하는 하이드록실기(hydroxyl group)로 인한 수소결합으로 나노클레이간 또는 셀룰로오스간에 재응집이 되는 문제를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 소수성의 특성을 갖는 소재에도 용이하게 분산이 가능하다.When the ammonium ion is at least one selected from the group consisting of secondary ammonium ions, tertiary ammonium ions, and quaternary ammonium ions, and when the ammonium ion is bound to the surface of nanoclay or microfibrous cellulose, it is bound to the ammonium ion Due to the steric hindrance effect by the chemical functional group, it is possible to prevent the problem of reaggregation between nanoclays or celluloses due to hydrogen bonding due to hydroxyl groups remaining on the surface of nanoclays or microfibrous celluloses. , It can be easily dispersed even in materials having hydrophobic properties.

상기 암모늄 이온은 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스의 -OH기에 정전기적 인력에 의해 결합된다.The ammonium ion is bonded by electrostatic attraction to the -OH group of nanoclay or microfibrous cellulose.

상기 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스에는 -OH기(하이드록실기, hydroxyl group)가 존재하고 -OH기와 H 사이에 강한 수소결합이 존재한다. 그러나, 상기 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스의 -OH기에 상기 암모늄 이온이 정전기적 인력에 의해 결합됨으로써 수소결합을 약화시킬 수 있다.The nanoclay or microfibrous cellulose has a -OH group (hydroxyl group, hydroxyl group) and a strong hydrogen bond between -OH group and H. However, the ammonium ion is bonded to the -OH group of the nanoclay or microfibrous cellulose by electrostatic attraction, thereby weakening the hydrogen bond.

구체적으로, 상기 -OH기에서 산소의 전기음성도가 크기 때문에 산소는 부분적으로 음전하를 띄고, 암모늄 이온에서 N는 양전하를 띄므로, 암모늄 이온의 N과 -OH기의 O 사이에 정전기적 인력이 작용한다. Specifically, since the electronegativity of oxygen is large in the -OH group, oxygen partially exhibits a negative charge, and N in the ammonium ion has a positive charge, so that an electrostatic attraction is generated between N of the ammonium ion and O of the -OH group. Works.

상기 암모늄 이온이 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스의 -OH기에 정전기적 인력에 의해 결합됨으로써 피브릴화된 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스가 재응집되는 문제를 방지할 수 있다.It is possible to prevent the problem of reaggregation of the fibrillated nanoclay or microfibrous cellulose by bonding the ammonium ion to the -OH group of the nanoclay or microfibrous cellulose by electrostatic attraction.

상기 미소섬유상 셀룰로오스는 마이크로피브릴화 셀룰로오스(microfibrillated cellulose) 또는 나노피브릴화 셀룰로오스(nanofibrillated cellulose)이다.The microfibrous cellulose is microfibrillated cellulose or nanofibrillated cellulose.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경은 0.1 내지 5 ㎛이다. The microfibrous cellulose has a diameter of 0.1 to 5 μm.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 길이는 100 nm 내지 500 ㎛이다. 구체적으로, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 길이는 100 nm 내지 100 ㎛, 더욱 구체적으로는 100 nm 내지 10 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다. The length of the microfibrous cellulose is 100 nm to 500 μm. Specifically, the length of the microfibrous cellulose may be 100 nm to 100 μm, more specifically 100 nm to 10 μm, but is not limited thereto.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경 및 길이는 미소섬유상 셀룰로오스 분산액을 기판상에 얇게 캐스트하고 건조한 후, 원자간힘현미경(AFM, Atomic Force Microscope)을 이용해 관찰하여, 측정한 복수의 섬유 길이 및 직경의 평균값을 의미한다.The diameter and length of the microfiber cellulose refers to an average value of a plurality of fiber lengths and diameters measured by casting a microfiber cellulose dispersion thinly on a substrate and drying it, followed by observation using an atomic force microscope (AFM). do.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경 및 길이가 상기 범위인 경우, 고품질의 미소섬유상 셀룰로오스를 제조할 수 있고, 재응집을 예방할 수 있으며, 특히 고분자 복합재료의 첨가제로 사용시 분산시키기 유리하다.When the diameter and length of the microfibrous cellulose are within the above range, high-quality microfibrous cellulose can be produced, reaggregation can be prevented, and it is particularly advantageous to disperse when used as an additive of a polymer composite material.

한편, 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스 중 암모늄 이온의 함유량은 상기 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 5 중량%이다. 구체적으로, 상기 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스 중 암모늄 이온의 함유량은 0.1 내지 3 중량%이다. 더욱 구체적으로, 상기 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스 중 암모늄 이온의 함유량은 0.1 내지 1 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.On the other hand, the content of ammonium ions in the nanoclay or microfibrous cellulose is 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the nanoclay or microfibrous cellulose. Specifically, the content of ammonium ions in the nanoclay or microfibrous cellulose is 0.1 to 3% by weight. More specifically, the content of the ammonium ion in the nanoclay or microfibrous cellulose may be 0.1 to 1% by weight, but is not limited thereto.

상기 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스 중 암모늄 이온의 함유량이 상기 범위인 경우, 재응집을 예방할 수 있고 소수성의 특성을 갖는 고분자 복합재료에 분산시키기 용이하며, 비용적인 면에서도 경제적이다.When the content of ammonium ions in the nanoclay or microfibrous cellulose is within the above range, reaggregation can be prevented and easy to disperse in a polymer composite material having hydrophobic properties, and it is also economical in terms of cost.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 결정화도는 50 내지 100%이다. 구체적으로, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 결정화도는 70 내지 100%, 더욱 구체적으로는 80 내지 100%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The microfibrous cellulose has a crystallinity of 50 to 100%. Specifically, the crystallinity of the microfibrous cellulose may be 70 to 100%, more specifically 80 to 100%, but is not limited thereto.

상기 결정화도는 미소섬유상 셀룰로오스의 총 중량 중 결정성 부분의 중량이 차지하는 비율이다.The crystallinity is the proportion of the weight of the crystalline portion of the total weight of the fibrous cellulose.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 결정화도가 상기 범위인 경우, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 기계적 강도를 높이는데 유리하다. When the crystallinity of the fibrous cellulose is within the above range, it is advantageous to increase the mechanical strength of the fibrous cellulose.

상기 암모늄 이온으로 표면 개질된 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스는 친수성 특성을 갖는 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스와 소수성 특성을 갖는 상기 암모늄 이온이 결합됨으로써, 상기 표면 개질된 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스는 이종소재와의 복합화 과정에서 친수성 뿐만 아니라 소수성 소재로도 분산이 용이하다.The nanoclay or microfibrous cellulose surface-modified with the ammonium ion is combined with nanoclay or microfibrous cellulose having hydrophilic properties and the ammonium ion having hydrophobic properties, so that the surface-modified nanoclay or microfibrous cellulose has a heterogeneous material. It is easy to disperse with hydrophilic as well as hydrophobic materials in the complexation process of.

상술한 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스를 제조하는 방법은 다음과 같다.The method of manufacturing the above-described nanoclay or microfibrous cellulose is as follows.

(a) 클레이 또는 셀룰로오스를 극성 용매에 침지시켜 팽윤시키는 단계;(a) swelling the clay or cellulose by immersing it in a polar solvent;

(b) 상기 팽윤된 클레이 또는 셀룰로오스와 하기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온을 상기 극성 용매 내에서 혼합시키는 단계; 및(b) mixing the swollen clay or cellulose with an ammonium ion represented by Formula 1 below and having a weight average molecular weight of 300 to 10,000 in the polar solvent; And

(c) 상기 팽윤된 클레이 또는 셀룰로오스와 상기 암모늄 이온의 혼합물을 전단 장치를 이용하여 피브릴화하여 상기 암모늄 이온으로 표면 개질된 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스를 얻는 단계;를 포함한다.(c) fibrillating the mixture of the swollen clay or cellulose with the ammonium ion using a shearing device to obtain nanoclay or microfibrous cellulose surface-modified with the ammonium ion.

<화학식 1><Formula 1>

Figure 112018043553092-pat00002
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먼저, 클레이 또는 셀룰로오스를 극성 용매에 침지시켜 팽윤시킨다.First, clay or cellulose is swelled by dipping in a polar solvent.

상기 셀룰로오스는 특별히 한정되지 않으며, 셀룰로오스 함유 재료로부터 유래한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 펄프(Pulp), 화학펄프, 기계식 펄프, 재생펄프, 셀룰로오스 분말 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 셀룰로오스 함유 재료의 예로써, 천연섬유인 식물이나 박테리아가 제조하는 셀룰로오스 섬유나 아세트산 셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체, 멍게류, 새우나 게 등의 갑각류에 함유되는 키틴이나 키토산 등의 키틴 유도체, 비단, 거미줄 등의 단백질 섬유 또는 천연 고무 섬유를 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 식물을 원료로 하는 셀룰로오스 섬유 함유 재료는 침엽수 또는 활엽수 등의 목재, 코튼, 삼, 또는 양마 등이 있을 수 있다. 침엽수나 활엽수 등의 목재에서 얻어진 셀룰로오스 섬유는 매우 미세하게 구성되어 강도가 높고, 지구상에서 가장 많이 분포하고 있는 생물 자원으로서 생산성 측면에서 실용성이 높아 활용하기에 좋을 수 있다.The cellulose is not particularly limited, and one derived from a cellulose-containing material can be used. For example, pulp, chemical pulp, mechanical pulp, recycled pulp, cellulose powder or mixtures thereof can be used. Examples of the cellulose-containing material, cellulose fibers such as cellulose fibers produced by plants or bacteria, which are natural fibers, cellulose derivatives such as cellulose acetate, chitin derivatives such as chitin and chitosan contained in crustaceans such as shellfish, shrimp and crab, silk, spider web Protein fibers such as natural rubber fibers or the like, but is not limited thereto. In addition, the cellulosic fiber-containing material as a plant material may include wood, cotton, hemp, or hemp, such as coniferous or broad-leaved trees. Cellulose fibers obtained from wood, such as conifers and broad-leaved trees, are very finely structured and have high strength, and are the most widely distributed biological resources on the planet.

상기 극성 용매는 극성 양성자성 용매 또는 극성 비양성자성 용매이다.The polar solvent is a polar protic solvent or a polar aprotic solvent.

구체적으로, 상기 극성 용매는 물, 다이메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 헥사메틸포스포아마이드(hexamethylphosphoramide, HAPA), 다이메틸아세트 아마이드(dimethylacetamide, DMAc), 포름아마이드(formamide), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF), 포름산(formic acid), N-메틸모르폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide, NMMO), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 피리딘(pyridine), 수산화나트륨/우레아 수용액, 수산화칼륨/우레아 수용액, 수산화암모늄/우레아 수용액 및 이온성 액체(Ionic liquid)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the polar solvent includes water, dimethyl sulfoxide (DMSO), hexamethylphosphoramide (HAPA), dimethylacetamide (DMAc), formamide, dimethylformamide (Dimethylformamide, DMF), formic acid, N-methylmorpholine-N-oxide, NMMO, ethylene glycol, pyridine, sodium hydroxide/urea aqueous solution , Potassium hydroxide / urea aqueous solution, ammonium hydroxide / urea aqueous solution and may be one or more selected from the group consisting of an ionic liquid (Ionic liquid), but is not limited thereto.

상기 극성 용매의 pH는 5 내지 14 범위에서 선택될 수 있다.The pH of the polar solvent may be selected from 5 to 14.

상기 클레이 또는 셀룰로오스는 상기 극성 용매에 침지시킬 때 상기 극성 용매의 온도는 0 내지 80 ℃의 범위에서 선택될 수 있다.When the clay or cellulose is immersed in the polar solvent, the temperature of the polar solvent may be selected in the range of 0 to 80°C.

또한, 상기 클레이 또는 셀룰로오스를 극성 용매에 0.5 내지 5 시간 동안 침지시킬 수 있다.In addition, the clay or cellulose may be immersed in a polar solvent for 0.5 to 5 hours.

다음으로, 상기 팽윤된 클레이 또는 셀룰로오스와 상기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온을 상기 극성 용매 내에서 혼합시킨다.Next, the swollen clay or cellulose and ammonium ions represented by Chemical Formula 1 and having a weight average molecular weight of 300 to 10,000 are mixed in the polar solvent.

상기 암모늄 이온이 상기 팽윤된 셀룰로오스에 결합될 수 있도록 충분히 혼합시킨다.Mix sufficiently so that the ammonium ion can be bound to the swollen cellulose.

상기 혼합은 호모게나이저, 쿠에트테일러 반응기, 고압 균질기 및 이들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 장치를 이용하여 수행될 수 있다.The mixing can be performed using a device selected from the group consisting of a homogenizer, a Quett Taylor reactor, a high pressure homogenizer, and combinations thereof.

이어서, 상기 팽윤된 클레이 또는 셀룰로오스와 상기 암모늄 이온의 혼합물을 전단 장치를 이용하여 셀룰로오스는 피브릴화하고, 클레이는 박리화할 수 있다. 이를 통해, 상기 암모늄 이온으로 표면 개질된 나노클레이 또는 암모늄 이온으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스를 얻는다.Subsequently, the swelled clay or a mixture of cellulose and the ammonium ion may be fibrillated in cellulose using a shearing device, and the clay may be exfoliated. Through this, the nanoclay surface-modified with the ammonium ion or the microfibrous cellulose surface-modified with the ammonium ion is obtained.

상기 전단 장치는 높은 전단력을 가지는 장비를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 전단 장치는 고압 호모게나이저(High-pressure Homogenizer), 그라인더(Grinder), 극저온 분쇄기(Cryocrushing), 초음파 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 장치일 수 있다.The shearing device may use equipment having high shearing force. Specifically, the shearing device may be a device selected from the group consisting of high-pressure homogenizers, grinders, cryocrushings, ultrasonic waves, and combinations thereof.

상기 고압 호모게나이저는 상기 팽윤된 셀룰로오스가 높은 압력으로 얇은 슬릿(slit)을 빠르게 지나가면서 큰 전단력과 충격력을 받게 되어 미소섬유상 셀룰로오스로 피브릴화되는 원리를 이용하는 장치이다.The high pressure homogenizer is a device using the principle that the swollen cellulose is subjected to a large shear force and impact force while passing through a thin slit at a high pressure and fibrillated with microfibrous cellulose.

또한, 상기 그라인더는 숫돌(grinding stone)에 의해 발생하는 전단력과 마찰력을 이용하여 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스로 피브릴화되는 원리를 이용하는 장치이다.In addition, the grinder is a device using the principle of fibrillation into nanoclay or microfibrous cellulose using shear and friction forces generated by a grinding stone.

또한, 선택적으로 얻어진 표면 개질된 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스의 세척 및 분리 단계를 수행할 수 있다. In addition, washing and separation steps of the surface-modified nanoclay or microfibrous cellulose selectively obtained may be performed.

상기 세척 및 분리는 필터프레스, 원심분리기, 데칸트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 장치를 이용하여 수행될 수 있다.The washing and separation may be performed using a device selected from the group consisting of filter presses, centrifuges, decants, and combinations thereof.

상술한 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법을 통하여, 분산이 용이하고, 재응집이 최소화되며, 나노클레이 또는 셀룰로오스 본연의 높은 기계적 물성, 낮은 열팽창계수, 높은 비표면적 특성, 높은 종횡비, 투명성 및 높은 치수안정성을 가지는 나노클레이 또는 미소섬유상 셀룰로오스를 제조할 수 있다.Through the above-described manufacturing method of nanoclay or microfibrous cellulose, dispersion is easy, reaggregation is minimized, and the high mechanical properties, low coefficient of thermal expansion, high specific surface area properties, high aspect ratio, transparency and high nature of nanoclay or cellulose are minimized. Nanoclay or microfibrous cellulose having dimensional stability may be prepared.

한편, 지방산으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스는, 하기 화학식 2로 표시되고 중량평균분자량이 200 내지 1,000이다:On the other hand, the microfibrous cellulose surface-modified with fatty acids is represented by the following formula (2) and has a weight average molecular weight of 200 to 1,000:

<화학식 2><Formula 2>

Figure 112018043553092-pat00003
Figure 112018043553092-pat00003

상기 화학식 2 중,In Formula 2,

R은 C12-C60알킬기, C12-C60알케닐기, C12-C60알키닐기, C12-C60시클로알킬기, C12-C60시클로알케닐기 또는 C12-C60아릴기이다.R is a C12-C60 alkyl group, C12-C60 alkenyl group, C12-C60 alkynyl group, C12-C60 cycloalkyl group, C12-C60 cycloalkenyl group or C12-C60 aryl group.

상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스는 상기 지방산으로부터 유래된 에스테르를 포함한다.The modified microfibrous cellulose contains esters derived from the fatty acids.

상기 미소섬유상 셀룰로오스에는 -OH기(하이드록실기, hydroxyl group)가 존재하고 -OH기와 H 사이에 강한 수소결합이 존재한다. 그러나, 염기촉매하에 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 -OH기와 상기 지방산 사이의 에스테르화 반응에 의해 에스테르를 형성하면서 미소섬유상 셀룰로오스에 지방산이 공유 결합됨에 따라 수소결합을 약화시킬 수 있다.In the microfibrous cellulose, an -OH group (hydroxyl group, hydroxyl group) exists, and a strong hydrogen bond exists between the -OH group and H. However, while forming an ester by an esterification reaction between the -OH group of the microfibrous cellulose and the fatty acid under a base catalyst, hydrogen bonds may be weakened as the fatty acid is covalently bonded to the microfibrous cellulose.

또한, 상기 지방산이 셀룰로오스의 -OH기에 에스테르화 반응에 의해 결합됨으로써 피브릴화된 미소섬유상 셀룰로오스가 재응집되는 문제를 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent the problem of reaggregation of the fibrillated microfibrous cellulose by the fatty acid is bonded to the -OH group of cellulose by an esterification reaction.

상기 미소섬유상 셀룰로오스는 마이크로피브릴화 셀룰로오스(microfibrillated cellulose) 또는 나노피브릴화 셀룰로오스(nanofibrillated cellulose)이다.The microfibrous cellulose is microfibrillated cellulose or nanofibrillated cellulose.

상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 직경은 5 nm 내지 100 nm이다. 구체적으로, 상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 직경은 5 nm 내지 50 nm, 더욱 구체적으로는 5 nm 내지 10 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The modified microfibrous cellulose has a diameter of 5 nm to 100 nm. Specifically, the diameter of the modified microfibrous cellulose may be 5 nm to 50 nm, more specifically 5 nm to 10 nm, but is not limited thereto.

상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 길이는 100 nm 내지 500 ㎛이다. 구체적으로, 상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 길이는 100 nm 내지 100 ㎛, 더욱 구체적으로는 100 nm 내지 10 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다. The modified microfibrous cellulose has a length of 100 nm to 500 μm. Specifically, the length of the modified microfibrous cellulose may be 100 nm to 100 μm, more specifically 100 nm to 10 μm, but is not limited thereto.

상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 직경 및 길이는 미소섬유상 셀룰로오스 분산액을 기판상에 얇게 캐스트하고 건조한 후, 원자간힘현미경(AFM, Atomic Force Microscope)을 이용해 관찰하여, 측정한 복수의 섬유 길이 및 직경의 평균값을 의미한다.The diameter and length of the modified microfibrous cellulose are thinly cast on a substrate and dried, and then observed using an atomic force microscope (AFM) to measure the average length of the plurality of fiber lengths and diameters. Means

상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 직경 및 길이가 상기 범위인 경우, 고품질의 미소섬유상 셀룰로오스를 제조할 수 있고, 재응집을 예방할 수 있으며, 특히 고분자 복합재료의 첨가제로 사용시 분산시키기 유리하다.When the diameter and length of the modified microfibrous cellulose are within the above range, high-quality microfibrous cellulose can be produced, reaggregation can be prevented, and it is particularly advantageous to disperse when used as an additive of a polymer composite material.

상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스 중 에스테르 결합된 지방산의 함유량은 상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스 총 중량을 기준으로, 10 내지 90 중량%이다. 구체적으로, 상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스 중 에스테르 결합된 지방산의 함유량은 20 내지 85 중량%이다. 더욱 구체적으로, 상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스 중 에스테르 결합된 지방산의 함유량은 30 내지 65 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The content of the ester-linked fatty acid in the modified microfibrous cellulose is 10 to 90% by weight based on the total weight of the modified microfibrous cellulose. Specifically, the content of the ester-linked fatty acid in the modified microfibrous cellulose is 20 to 85% by weight. More specifically, the content of the ester-linked fatty acid in the modified microfibrous cellulose may be 30 to 65% by weight, but is not limited thereto.

상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스 중 에스테르 결합된 지방산의 함유량이 상기 범위인 경우, 재응집을 예방할 수 있고 소수성의 특성을 갖는 고분자 복합재료에 분산시키기 용이하며, 비용적인 면에서도 경제적이다.When the content of the ester-linked fatty acid in the modified microfibrous cellulose is within the above range, it is possible to prevent reaggregation and to be easily dispersed in a polymer composite material having hydrophobic properties, and is economical in terms of cost.

상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 결정화도는 50 내지 100%이다. 구체적으로, 상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 결정화도는 70 내지 100%, 더욱 구체적으로는 80 내지 100%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The crystallinity of the modified microfibrous cellulose is 50 to 100%. Specifically, the crystallinity of the modified microfibrous cellulose may be 70 to 100%, more specifically 80 to 100%, but is not limited thereto.

상기 결정화도는 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 총 중량 중 결정성 부분의 중량이 차지하는 비율이다.The crystallinity is the proportion of the weight of the crystalline portion of the total weight of the modified microfibrous cellulose.

상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 결정화도가 상기 범위인 경우, 상기 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 기계적 강도를 높이는데 유리하다.When the crystallinity of the modified microfibrous cellulose is within the above range, it is advantageous to increase the mechanical strength of the modified microfibrous cellulose.

지방산으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스를 제조하는 방법은,The method for producing the surface-modified microfibrous cellulose with fatty acids,

(a) 셀룰로오스를 물 및 염기촉매를 포함하는 분산액에 침지시켜 팽윤시키는 단계; (A) swelling by immersing the cellulose in a dispersion containing water and a base catalyst;

(b) 상기 팽윤된 셀룰로오스, 하기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 200 내지 1,000인 지방산 및 계면활성제를 상기 분산액 내에서 혼합시키는 단계; 및(b) mixing the swollen cellulose, a fatty acid represented by Formula 1 below, and a weight average molecular weight of 200 to 1,000, and a surfactant in the dispersion; And

(c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 혼합물을 전단 장치를 이용하여 피브릴화하여 상기 지방산으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스를 얻는 단계;를 포함한다.(c) fibrillating the mixture obtained in the step (b) using a shearing device to obtain microfibrous cellulose surface-modified with the fatty acid.

<화학식 2><Formula 2>

Figure 112018043553092-pat00004
Figure 112018043553092-pat00004

상기 화학식 2 중,In Formula 2,

R은 C12-C60알킬기, C12-C60알케닐기, C12-C60알키닐기, C12-C60시클로알킬기, C12-C60시클로알케닐기 또는 C12-C60아릴기이다.R is a C12-C60 alkyl group, C12-C60 alkenyl group, C12-C60 alkynyl group, C12-C60 cycloalkyl group, C12-C60 cycloalkenyl group or C12-C60 aryl group.

상기 R이 C12-C60알킬기, C12-C60알케닐기, C12-C60알키닐기, C12-C60시클로알킬기, C12-C60시클로알케닐기 또는 C12-C60아릴기인 경우, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 치환기로 치환되거나 비치환되고, 복수 개의 치환기로 치환된 경우 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.When R is a C12-C60 alkyl group, C12-C60 alkenyl group, C12-C60 alkynyl group, C12-C60 cycloalkyl group, C12-C60 cycloalkenyl group or C12-C60 aryl group, C1-C60 alkyl group, C2-C60 alkenyl group , C2-C60 alkynyl group, C3-C60 cycloalkyl group, C3-C60 cycloalkenyl group or C6-C60 aryl group is substituted or unsubstituted with one or more substituents selected from the group, and when substituted with a plurality of substituents, they are the same as each other Or it may be different.

상기 "알킬기"는 탄소수 1 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 그 예로서, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, C12-C60알킬기는 탄소수 12 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다.The "alkyl group" means a monovalent substituent derived from a linear or branched saturated hydrocarbon having 1 to 60 carbon atoms. Examples include, but are not limited to, methyl group, ethyl group, propyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, and the like. In addition, the C12-C60 alkyl group means a monovalent substituent derived from a straight or branched saturated hydrocarbon having 12 to 60 carbon atoms.

상기 "알케닐(alkenyl)기"는 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 2 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 비닐(vinyl), 알릴(allyl), 이소프로펜일(isopropenyl), 2-부텐일(2-butenyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, C12-C60알케닐기는 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 12 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다.The "alkenyl (alkenyl) group" means a monovalent substituent derived from a linear or branched unsaturated hydrocarbon having 2 to 60 carbon atoms having at least one carbon-carbon double bond. Examples of this include, but are not limited to, vinyl, allyl, isopropenyl, 2-butenyl, and the like. In addition, the C12-C60 alkenyl group means a monovalent substituent derived from a linear or branched unsaturated hydrocarbon having 12 to 60 carbon atoms having one or more carbon-carbon double bonds.

상기 "알키닐(alkynyl)기"는 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 2 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 에티닐(ethynyl), 2-프로피닐(2-propynyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, C12-C60알키닐기는 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 12 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다.The "alkynyl (alkynyl) group" means a monovalent substituent derived from a linear or branched unsaturated hydrocarbon having 2 to 60 carbon atoms having at least one carbon-carbon triple bond. Examples of this include, but are not limited to, ethynyl, 2-propynyl, and the like. Further, the C12-C60 alkynyl group means a monovalent substituent derived from a linear or branched unsaturated hydrocarbon having 12 to 60 carbon atoms having at least one carbon-carbon triple bond.

상기 "시클로알킬기"는 탄소수 3 내지 60 개의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이러한 사이클로알킬의 예로는 사이클로프로필, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 노르보닐(norbornyl), 아다만틴(adamantine) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, C12-C60시클로알킬기는 탄소수 12 내지 60 개의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다.The "cycloalkyl group" means a monovalent substituent derived from a monocyclic or polycyclic non-aromatic hydrocarbon having 3 to 60 carbon atoms. Examples of such cycloalkyl include, but are not limited to, cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, norbornyl, adamantine, and the like. In addition, C12-C60 cycloalkyl group means a monovalent substituent derived from a monocyclic or polycyclic non-aromatic hydrocarbon having 12 to 60 carbon atoms.

상기 "시클로알케닐기"는 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 3 내지 60 개의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 또한, C12-C60시클로알케닐기는 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 12 내지 60 개의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다.The "cycloalkenyl group" means a monovalent substituent derived from a monocyclic or polycyclic non-aromatic hydrocarbon having 3 to 60 carbon atoms having one or more carbon-carbon double bonds. In addition, C12-C60 cycloalkenyl group means a monovalent substituent derived from a monocyclic or polycyclic non-aromatic hydrocarbon having 12 to 60 carbon atoms having at least one carbon-carbon double bond.

상기 "아릴기"는 단독 고리 또는 2 이상의 고리가 조합된 탄소수 6 내지 60개의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 아릴의 예로는 페닐, 나프틸, 페난트릴, 안트릴 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, C12-C60아릴기는 단독 고리 또는 2 이상의 고리가 조합된 탄소수 12 내지 60개의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다.The "aryl group" means a monovalent substituent derived from an aromatic hydrocarbon having 6 to 60 carbon atoms in which a single ring or two or more rings are combined. Also, two or more rings may be simply attached to each other or condensed. Examples of such aryl include, but are not limited to, phenyl, naphthyl, phenanthryl, and anthryl. Further, the C12-C60 aryl group means a monovalent substituent derived from an aromatic hydrocarbon having 12 to 60 carbon atoms in which a single ring or two or more rings are combined.

개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 제조하기 위하여, 먼저, 셀룰로오스를 물 및 염기촉매를 포함하는 분산액에 침지시켜 팽윤시킨다((a) 단계).In order to prepare the modified fibrous cellulose, first, the cellulose is swelled by immersing it in a dispersion containing water and a base catalyst (step (a)).

상기 셀룰로오스는 특별히 한정되지 않으며, 셀룰로오스 함유 재료로부터 유래한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 펄프(Pulp), 화학펄프, 기계식 펄프, 재생펄프, 셀룰로오스 분말 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 셀룰로오스 함유 재료의 예로써, 천연섬유인 식물이나 박테리아가 제조하는 셀룰로오스 섬유나 아세트산 셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체, 멍게류, 새우나 게 등의 갑각류에 함유되는 키틴이나 키토산 등의 키틴 유도체, 비단, 거미줄 등의 단백질 섬유 또는 천연 고무 섬유를 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 식물을 원료로 하는 셀룰로오스 섬유 함유 재료는 침엽수 또는 활엽수 등의 목재, 코튼, 삼, 또는 양마 등이 있을 수 있다. 침엽수나 활엽수 등의 목재에서 얻어진 셀룰로오스 섬유는 매우 미세하게 구성되어 강도가 높고, 지구상에서 가장 많이 분포하고 있는 생물 자원으로서 생산성 측면에서 실용성이 높아 활용하기에 좋을 수 있다.The cellulose is not particularly limited, and one derived from a cellulose-containing material can be used. For example, pulp, chemical pulp, mechanical pulp, recycled pulp, cellulose powder or mixtures thereof can be used. As an example of the cellulose-containing material, cellulose derivatives such as cellulose fibers or cellulose acetate produced by plants or bacteria that are natural fibers, chitin derivatives such as chitin and chitosan contained in crustaceans such as shellfish, shrimp and crab, silk, spider web Protein fibers such as natural rubber fibers or the like, but is not limited thereto. In addition, the cellulosic fiber-containing material using a plant as a raw material may include wood, cotton, hemp, or hemp, such as coniferous or broad-leaved trees. Cellulose fibers obtained from wood, such as conifers and broad-leaved trees, are very finely structured, have high strength, and are the most widely distributed biological resources on the planet, and may be useful for utilization due to their high practicality in terms of productivity.

이 때 사용하는 셀룰로오스는 결정의 직경이 10 내지 1,000 ㎛이고, 길이가 0.1 내지 100 mm일 수 있다. 구체적으로, 사용하는 셀룰로오스는 결정의 직경이 10 내지 500 ㎛이고, 길이가 0.1 내지 50 mm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The cellulose used at this time may have a crystal diameter of 10 to 1,000 μm and a length of 0.1 to 100 mm. Specifically, the cellulose used has a crystal diameter of 10 to 500 μm and a length of 0.1 to 50 mm, but is not limited thereto.

상기 분산액은 물 및 염기촉매를 포함한다. The dispersion contains water and a base catalyst.

상기 염기촉매는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화암모늄(NH4OH) 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 염기촉매는 수산화나트륨일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The base catalyst may be at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), calcium hydroxide (Ca(OH)2), ammonium hydroxide (NH4OH) and magnesium hydroxide (Mg(OH)2). , But is not limited thereto. Specifically, the base catalyst may be sodium hydroxide, but is not limited thereto.

상기 분산액은 수산화나트륨 수용액일 수 있다. 구체적으로, 상기 분산액은 1 내지 5 중량%의 수산화나트륨 수용액일 수 있다.The dispersion may be an aqueous sodium hydroxide solution. Specifically, the dispersion may be an aqueous sodium hydroxide solution of 1 to 5% by weight.

또한, 상기 분산액은 극성 용매를 더 포함할 수 있다.In addition, the dispersion may further include a polar solvent.

상기 극성 용매는 극성 양성자성 용매 또는 극성 비양성자성 용매이다.The polar solvent is a polar protic solvent or a polar aprotic solvent.

구체적으로, 상기 극성 용매는 물, 다이메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 헥사메틸포스포아마이드(hexamethylphosphoramide, HAPA), 다이메틸아세트 아마이드(dimethylacetamide, DMAc), 포름아마이드(formamide), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF), 포름산(formic acid), N-메틸모르폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide, NMMO), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 피리딘(pyridine), 수산화나트륨/우레아 수용액, 수산화칼륨/우레아 수용액, 수산화암모늄/우레아 수용액 및 이온성 액체(Ionic liquid)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the polar solvent includes water, dimethyl sulfoxide (DMSO), hexamethylphosphoramide (HAPA), dimethylacetamide (DMAc), formamide, dimethylformamide (Dimethylformamide, DMF), formic acid, N-methylmorpholine-N-oxide, NMMO, ethylene glycol, pyridine, sodium hydroxide/urea aqueous solution , Potassium hydroxide / urea aqueous solution, ammonium hydroxide / urea aqueous solution and may be one or more selected from the group consisting of an ionic liquid (Ionic liquid), but is not limited thereto.

상기 분산액의 pH는 5 내지 14 범위에서 선택될 수 있다.The pH of the dispersion may be selected from 5 to 14.

상기 셀룰로오스를 상기 분산액에 침지시킬 때 상기 분산액의 온도는 0 내지 80 ℃의 범위에서 선택될 수 있다.When the cellulose is immersed in the dispersion, the temperature of the dispersion may be selected in the range of 0 to 80°C.

또한, 상기 셀룰로오스를 상기 분산액에 0.5 내지 5 시간 침지시킬 수 있다.In addition, the cellulose may be immersed in the dispersion for 0.5 to 5 hours.

다음으로, 상기 팽윤된 셀룰로오스, 상기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 200 내지 1,000인 지방산 및 계면활성제를 상기 분산액 내에서 혼합시킨다((b) 단계).Next, the swollen cellulose, a fatty acid represented by Formula 1 and a weight average molecular weight of 200 to 1,000 and a surfactant are mixed in the dispersion (step (b)).

상기 지방산은 상기 화학식 2로 표시될 수 있고, 상기 화학식 2에 대한 설명은 상기 기재된 설명을 참조한다.The fatty acid may be represented by the formula (2), for a description of the formula 2, refer to the description described above.

또한, 상기 지방산의 중량평균분자량은 200 내지 1,000이다. 구체적으로, 상기 지방산의 중량평균분자량은 200 내지 800이다. 더욱 구체적으로 상기 지방산의 중량평균분자량은 300 내지 500일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the weight average molecular weight of the fatty acid is 200 to 1,000. Specifically, the weight average molecular weight of the fatty acid is 200 to 800. More specifically, the weight average molecular weight of the fatty acid may be 300 to 500, but is not limited thereto.

상기 지방산의 중량평균분자량이 상기 범위일 때, 미소섬유상 셀룰로오스의 개질이 용이하며, 개질된 미소섬유상 셀룰로오스가 소수성의 특성을 갖는 복합재료에 분산되기에 용이하다.When the weight average molecular weight of the fatty acid is within the above range, the modification of the microfibrous cellulose is easy, and the modified microfibrous cellulose is easy to be dispersed in a composite material having hydrophobic properties.

상기 지방산 중 R이 탄소수 12개 이상인 치환기임에 따라 소수성의 특성을 증대시킬 수 있다. 상기 지방산이 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 결합되어 있는 경우, 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 잔존하는 하이드록실기(hydroxyl group)로 인한 수소결합으로 셀룰로오스에서 미소섬유상 셀룰로오스로 분리한 후에도 재응집이 되는 문제를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 소수성의 특성을 갖는 소재에도 용이하게 분산이 가능하다.Since R is a substituent having 12 or more carbon atoms among the fatty acids, hydrophobic properties may be increased. When the fatty acid is bound to the surface of the fibrous cellulose, it prevents the problem of reaggregation even after separation from the cellulose into the fibrous cellulose by hydrogen bonding due to the hydroxyl group remaining on the surface of the fibrous cellulose Not only can it be made, it can be easily dispersed even in materials having hydrophobic properties.

상기 지방산은 셀룰로오스에 에스테르화 반응에 의해 결합된다. The fatty acid is bound to cellulose by an esterification reaction.

구체적으로, 지방산의 카르복실기와 셀룰로오스의 하이드록실기 사이에 축합 반응이 일어나면서 에스테르기가 생성된다.Specifically, a condensation reaction occurs between the carboxyl group of the fatty acid and the hydroxyl group of cellulose, and an ester group is generated.

상기 에스테르화 반응을 효율적으로 진행하기 위하여 계면활성제 및 염기촉매를 사용한다.In order to efficiently proceed the esterification reaction, a surfactant and a base catalyst are used.

상기 에스테르화 반응은 상기 분산액 내에 포함된 염기촉매에 의해 반응이 촉진될 수 있다.In the esterification reaction, a reaction may be promoted by a base catalyst contained in the dispersion.

이 때, 상기 염기촉매는 반응원료의 총 중량에 대하여 0.01 내지 1.0 중량%만큼 포함된 것이 바람직하다.At this time, the base catalyst is preferably contained by 0.01 to 1.0% by weight relative to the total weight of the reaction raw material.

상기 에스테르화 반응이 일어날 수 있도록 상기 팽윤된 셀룰로오스, 상기 지방산 및 계면활성제를 상기 분산액 내에서 충분히 혼합시킨다.The swollen cellulose, the fatty acid and the surfactant are sufficiently mixed in the dispersion so that the esterification reaction can occur.

상기 혼합은 호모게나이저, 쿠에트테일러 반응기, 고압 균질기 및 이들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 장치를 이용하여 수행될 수 있다.The mixing can be performed using a device selected from the group consisting of a homogenizer, a Quett Taylor reactor, a high pressure homogenizer, and combinations thereof.

구체적으로, 상기 팽윤된 셀룰로오스, 상기 지방산 및 계면활성제를 상기 분산액 내에서 25 내지 100℃에서 30 내지 120 분 동안 혼합시킨다. 더욱 구체적으로, 50 내지 60℃에서 50 내지 120 분 동안 혼합시킬 수 있다.Specifically, the swollen cellulose, the fatty acid and the surfactant are mixed in the dispersion at 25 to 100° C. for 30 to 120 minutes. More specifically, it may be mixed at 50 to 60° C. for 50 to 120 minutes.

상기 계면활성제는 모노메탄올아민, 모노에탄올아민, N-메틸에틸아민, 1-아미노이소프로판올, 디메틸아민, 디에틸렌 트리아민 및 트리에틸렌 테트라아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 디에틸렌 트리아민일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The surfactant is at least one selected from the group consisting of monomethanolamine, monoethanolamine, N-methylethylamine, 1-aminoisopropanol, dimethylamine, diethylene triamine and triethylene tetraamine. Specifically, the surfactant may be diethylene triamine, but is not limited thereto.

상기 계면활성제를 사용함으로써 소수성을 띄는 지방산이 물에 잘 용해될 수 있게 하고, 이러한 지방산과 팽윤된 셀룰로오스와의 에스테르화 반응을 용이하게 한다.By using the surfactant, a hydrophobic fatty acid can be easily dissolved in water, and an esterification reaction between the fatty acid and swollen cellulose is facilitated.

이어서, 상기 (b) 단계에서 얻어진 혼합물을 전단 장치를 이용하여 피브릴화하여 상기 지방산으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스를 얻는다((c) 단계).Subsequently, the mixture obtained in step (b) is fibrillated using a shearing device to obtain microfibrous cellulose surface-modified with the fatty acid (step (c)).

상기 전단 장치는 높은 전단력을 가지는 장비를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 전단 장치는 고압 호모게나이저(High-pressure Homogenizer), 그라인더(Grinder), 극저온 분쇄기(Cryocrushing), 초음파 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 장치일 수 있다.The shearing device may use equipment having high shearing force. Specifically, the shearing device may be a device selected from the group consisting of high-pressure homogenizers, grinders, cryocrushings, ultrasonic waves, and combinations thereof.

상기 고압 호모게나이저는 상기 팽윤된 셀룰로오스가 높은 압력으로 얇은 슬릿(slit)을 빠르게 지나가면서 큰 전단력과 충격력을 받게 되어 미소섬유상 셀룰로오스로 피브릴화되는 원리를 이용하는 장치이다.The high pressure homogenizer is a device using the principle that the swollen cellulose is subjected to a large shear force and impact force while passing through a thin slit at a high pressure and fibrillated with microfibrous cellulose.

또한, 상기 그라인더는 숫돌(grinding stone)에 의해 발생하는 전단력과 마찰력을 이용하여 미소섬유상 셀룰로오스로 피브릴화되는 원리를 이용하는 장치이다.In addition, the grinder is a device using the principle of fibrillation into microfibrous cellulose using shear and frictional forces generated by a grinding stone.

또한, 선택적으로 얻어진 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 세척 및 분리 단계를 수행할 수 있다. In addition, washing and separation steps of the surface-modified microfibrous cellulose selectively obtained may be performed.

상기 세척 및 분리는 필터프레스, 원심분리기, 데칸트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 장치를 이용하여 수행될 수 있다.The washing and separation may be performed using a device selected from the group consisting of filter presses, centrifuges, decants, and combinations thereof.

표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스에 대한 설명은 하기 [개질된 미소섬유상 셀룰로오스]에 기재된 설명을 참조한다.For the description of the surface-modified microfibrous cellulose, see the description in [Modified Microfibrous Cellulose] below.

상술한 미소섬유상 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법을 통하여, 분산이 용이하고, 재응집이 최소화되며, 셀룰로오스 본연의 높은 기계적 물성, 낮은 열팽창계수, 높은 비표면적 특성, 높은 종횡비, 투명성 및 높은 치수안정성을 가지는 미소섬유상 셀룰로오스를 제조할 수 있다.Through the above-described manufacturing method of the microfibrous modified microfibrous cellulose, dispersion is easy, re-aggregation is minimized, the natural mechanical properties of cellulose, low coefficient of thermal expansion, high specific surface area properties, high aspect ratio, transparency and high dimensional stability Microfibrous cellulose having a can be produced.

셀룰로오스를 물, 극성 용매 및 염기촉매를 포함하는 분산액에 침지시켜 팽윤시키고, 팽윤된 셀룰로오스, 중량평균분자량이 200 내지 1,000인 지방산 및 계면활성제를 분산액 내에서 혼합시킨 후, 혼합물을 전단 장치를 이용하여 피브릴화하고, 피브릴화된 셀룰로오스 표면의 -OH기와 상기 지방산이 결합되어 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스일 수 있다. 지방산으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스는 에스테르화 반응에 의해 에스테르 결합된 지방산의 함유량이 30 내지 65 중량%일 수 있다. Cellulose is swelled by immersing it in a dispersion containing water, a polar solvent, and a base catalyst, and after mixing the swollen cellulose, a fatty acid having a weight average molecular weight of 200 to 1,000, and a surfactant in the dispersion, the mixture is used using a shearing device. The fibrillated, fibrilated cellulose surface may be a surface-modified microfibrous cellulose by combining the -OH group with the fatty acid. The fibrous cellulose surface-modified with a fatty acid may have a content of 30 to 65% by weight of an ester-linked fatty acid by an esterification reaction.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 판상형의 무기 충전제 및 섬유형의 유기 충전제가 폴리프로필렌 수지 내에 용이하게 분산될 수 있고, 재응집이 최소화될 수 있다. According to various embodiments of the present invention, the plate-shaped inorganic filler and the fibrous organic filler can be easily dispersed in the polypropylene resin, and re-agglomeration can be minimized.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 러기지 보드용 수지 조성물을 블로우 성형 또는 사출 성형하여 러기지 보드를 제조할 수 있다. A luggage board may be manufactured by blow molding or injection molding a resin composition for a luggage board according to various embodiments of the present disclosure.

다양한 실시예에 따른 수지 조성물을 이용한 러기지 보드는 이하 구체적인 실시예를 통해 제조될 수 있다.The luggage board using the resin composition according to various embodiments may be manufactured through the following specific examples.

제조예Manufacturing example 1: 암모늄이온으로 1: Ammonium ion 개질된Modified 미소섬유상Microfiber 셀룰로오스와 암모늄이온으로 개질된 나노클레이 복합재료 분말의 제조 Preparation of nanoclay composite powder modified with cellulose and ammonium ion

팽윤된 셀룰로오스 및 팽윤된 클레이의 제조Preparation of swollen cellulose and swollen clay

호모게나이저, 온도계 및 항온장치가 연결된 500 L 용량의 자켓 타입 반응기에 5 중량% NaOH 수용액을 pH 10이 되도록 첨가하고, 펄프 분말 5kg, 및 클레이 5kg을 넣고 상온에서 1 시간 동안 3,000 rpm으로 교반한 후, 24 시간 이상 상온 방치하여, 물 분자에 의해 팽윤된 셀룰로오스 및 팽윤된 클레이를 제조하였다.A 5 wt% NaOH aqueous solution was added to a pH of 10 in a 500 L jacketed reactor with a homogenizer, thermometer, and thermostat connected, and 5 kg of pulp powder and 5 kg of clay were added and stirred at 3,000 rpm for 1 hour at room temperature. Thereafter, the mixture was allowed to stand at room temperature for 24 hours or more to prepare cellulose swollen by water molecules and swollen clay.

복합재료 분말의 제조Preparation of composite powder

호모게나이저, 온도계 및 항온장치가 연결된 500 L 용량의 자켓 타입 반응기에 상기 제조된 팽윤된 셀룰로오스 5kg, 상기 제조된 팽윤된 클레이 1kg과 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(Dimethyldioctadecylammonium chloride) 1.0kg과 증류수 300 L를 넣고 상온에서 1 시간 동안 3,000 rpm으로 교반하였다. 이어서, 고압 호모게나이저를 이용하여 고압으로 전단력을 가함으로써 셀룰로오스를 피브릴화하고 클레이를 박리화하였다. 피브릴화된 미소섬유상 셀룰로오스 표면의 -OH기 및 박리된 나노클레이 표면의 -OH기와 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드의 암모늄이온과 반응시켜 디메틸디옥타데실암모늄으로 개질된 피브릴화된 미소섬유상 셀룰로오스와 디메틸디옥타데실암모늄으로 개질된 나노클레이 혼합 분산액을 제조하였다.Homogenizer, a thermometer and a thermostat connected to a jacketed reactor of 500 L capacity, 5 kg of swelled cellulose prepared above, 1 kg of swelled clay prepared above, and Dimethyldioctadecylammonium chloride (Dimethyldioctadecylammonium chloride) 1.0kg and 300 L of distilled water was added and stirred at room temperature for 1 hour at 3,000 rpm. Subsequently, the cellulose was fibrillated and the clay was exfoliated by applying a shearing force at a high pressure using a high pressure homogenizer. Fibroylated microfibrous cellulose modified with dimethyldioctadecylammonium by reacting with -OH group of the fibrillated microfibrous cellulose surface and -OH group of the peeled nanoclay surface with ammonium ion of dimethyldioctadecylammonium chloride, A nanoclay mixed dispersion modified with dimethyldioctadecylammonium was prepared.

상기 분산액을 여과기를 이용하여 여과한 후 80℃의 건조기에서 24시간 동안 건조시켜 분말상태의 암모늄이온으로 개질된 미소섬유상 셀룰로오스와 암모늄이온으로 개질된 나노클레이 복합재료 분말을 제조하였다.The dispersion was filtered using a filter and then dried in a dryer at 80° C. for 24 hours to prepare microfibrous cellulose modified with powdered ammonium ion and nanoclay composite material modified with ammonium ion.

실시예1 내지 4 및 비교예 1 내지 2Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2

제조예 1에서 제조된 암모늄이온으로 개질된 미소섬유상 셀룰로오스와 암모늄이온으로 개질된 나노클레이 복합재료 혼합분말과 폴리프로플렌수지를 표 1에 기재된 양으로 이축 압축기(twin screw extruder)에 주입하여 180~230℃ 온도에서 450rpm의 속도로 용융 압축(melting extrusion)하여 암모늄이온으로 개질된 미소섬유상 셀룰로오스와 암모늄이온으로 개질된 나노클레이 복합재료 혼합분말이 분산된 폴리프로필렌 복합재료를 제조하였다.The microfibrous cellulose modified with ammonium ion prepared in Preparation Example 1 and nanoclay composite material modified with ammonium ion and polypropylene resin were injected into a twin screw extruder in the amounts shown in Table 1, 180~ Melt extrusion at a rate of 450 rpm at a temperature of 230° C. to produce a polypropylene composite material in which a mixed powder of microfiber cellulose modified with ammonium ion and nanoclay composite material modified with ammonium ion is dispersed.

성분
(단위 : kg)
ingredient
(Unit: kg)
실시예Example 비교예Comparative example
1One 22 33 44 1One 22 폴리프로필렌Polypropylene 94.094.0 9191 8888 85.085.0 97.097.0 82.082.0 암모늄이온으로 With ammonium ion 개질된Modified 미소섬유상Microfiber 셀룰로오스 cellulose 5.05.0 7.57.5 10.010.0 12.512.5 2.52.5 15.015.0 암모늄이온으로 With ammonium ion 개질된Modified 나노클레이 Nano Clay 1.01.0 1.51.5 2.02.0 2.52.5 0.50.5 3.03.0

평가예 1-복합재료Evaluation example 1-composite material

상기 실시예 1, 2, 3 및 4, 및 비교예 1 및 2에서 제조한 복합재료를 하기 측정법에서 제시하는 방법으로 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. The composite materials prepared in Examples 1, 2, 3 and 4, and Comparative Examples 1 and 2 were measured for physical properties by the method presented in the following measurement method, and the results are shown in Table 2 below.

1. 복합재료 인장강도 측정1. Composite material tensile strength measurement

ASTM D 638(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 만능시험기를 사용, 인장강도(Tensile Strength)를 측정하였다. Tensile strength was measured using a universal tester by making a test specimen according to ASTM D 638 (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics).

(인장강도 [Pa] = 최대 load [N] / 초기 시료의 단면적 [m2])(Tensile strength [Pa] = maximum load [N] / cross section of initial sample [m 2 ])

2. 복합재료 충격강도 측정2. Composite material impact strength measurement

ASTM D 256(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 아이조드 충격기를 사용, 충격강도(Impact Strength) 값을 측정하였다.A specimen for measurement was made according to ASTM D 256 (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics), and the impact strength value was measured using an Izod impactor.

3. 복합재료 열변형 온도 측정3. Measurement of thermal deformation temperature of composite materials

ASTM D 648(Standard Test Method for Deflection Temperature of Plastics Under Flexural Load in the Edgewise Position)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 열변형 온도(heat distortion temperature)를 측정하였다.Heat distortion temperature was measured by making a test specimen according to ASTM D 648 (Standard Test Method for Deflection Temperature of Plastics Under Flexural Load in the Edgewise Position).

4. 복합재료 굴곡강도 측정4. Measurement of flexural strength of composite materials

ASTM D790 (Standard Test Method for FLEXURAL Properties of Plastics) 에 의거하여 측정용 시편을 일정한 거리만큼 떨어져 있는 두 개의 지점에 올려 놓고 시편의 파괴가 발생할 때까지 일정한 속도로 시편이 놓인 수직방향으로 하중을 가해 눌러서 응력과 왜곡을 측정하였다. According to ASTM D790 (Standard Test Method for FLEXURAL Properties of Plastics), the measuring specimen is placed on two points separated by a certain distance, and the specimen is placed in a vertical direction at a constant speed until the specimen breaks, and then pressed. Stress and distortion were measured.

(굴곡강도 = 3P × L/2b × d2) (Bending strength = 3P × L/2b × d 2 )

(P: 가해진 힘, L: support span 의 길이, b: 시편의 폭, d: 시편의 두께)(P: applied force, L: length of support span, b: width of specimen, d: thickness of specimen)

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 IZOD충격강도
(kgfcm/cm2)
IZOD impact strength
(kgfcm/cm 2 )
2121 2828 3434 4141 1010 99
인장강도
(kgfcm/cm2)
The tensile strength
(kgfcm/cm 2 )
270270 384384 450450 508508 185185 131131
굴곡강도
(kgfcm/cm2)
Flexural strength
(kgfcm/cm 2 )
245245 358358 413413 472472 212212 159159
열변형온도(℃)Heat deflection temperature (℃) 100100 105105 116116 121121 9494 9696

상기 표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 4의 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 및 열변형 온도는 모두 비교에 1 및 2보다 현저하게 높음을 알 수 있다. Referring to Table 2, it can be seen that the tensile strengths, flexural strengths, impact strengths, and thermal deformation temperatures of Examples 1 to 4 are all significantly higher than those of 1 and 2 in comparison.

평가예 2-러기지 보드Evaluation example 2-luggage board

상기 실시예 1, 2, 3 및 4, 및 비교예 1 및 2에서 제조한 복합재료를 이용하여 러기지 보드를 제조하고, 러기지 보드의 하중 지지강성을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. The luggage boards were prepared using the composite materials prepared in Examples 1, 2, 3 and 4, and Comparative Examples 1 and 2, and the load bearing stiffness of the luggage board was measured, and the results are shown in Table 3 below. Did.

러기지 보드의 하중 지지강성은, 상온에서 80kg의 힘을 24시간 가한 후 하중에 수직 방향의 변위량을 측정하였다. The load-bearing stiffness of the luggage board, after applying 80 kg of force at room temperature for 24 hours, measured the displacement in the vertical direction to the load.

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 하중 지지강성(mm)Load bearing stiffness (mm) 99 77 55 22 1515 1717

상기 표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 4의 복합재료로 제조한 러기지 보드의 하중 지지강성은 비교에 1 및 2의 복합재료로 제조한 러기지 보드 보다 현저하게 낮아짐을 확인할 수 있었다.Referring to Table 3, it was confirmed that the load supporting stiffness of the luggage boards made of the composite materials of Examples 1 to 4 was significantly lower than that of the luggage boards made of the composite materials 1 and 2 for comparison.

상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Features, structures, effects, and the like described in the above-described embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, features, structures, effects, and the like exemplified in each embodiment may be combined or modified for other embodiments by a person having ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Therefore, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, although the embodiments have been mainly described above, these are merely examples and do not limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains are exemplified above in a range that does not depart from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be implemented by modification. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.

Claims (11)

러기지 보드용 수지 조성물의 총 중량을 기준으로,
폴리프로필렌 수지 85 중량 % 초과 및 94 중량% 이하; 및
충전제 4 중량% 이상 및 15 중량% 미만;을 포함하는 러기지 보드용 수지 조성물로서,
상기 충전제는 판상형의 무기 충전제 및 섬유형의 유기 충전제를 포함하고,
상기 판상형의 무기 충전제 및 상기 섬유형의 유기 충전제는 각각 암모늄 이온으로 개질되고,
상기 무기 충전제 및 유기 충전제를 1 : 1 내지 1 : 5 의 중량비로 포함하고,
상기 판상형의 무기 충전제 및 상기 섬유형의 유기 충전제는, 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온으로 표면 개질된, 러기지 보드용 수지 조성물.
Based on the total weight of the resin composition for luggage boards,
Greater than 85% by weight of polypropylene resin and up to 94% by weight; And
A resin composition for a luggage board comprising: 4% by weight or more and less than 15% by weight of a filler.
The filler includes a plate-shaped inorganic filler and a fibrous organic filler,
The plate-shaped inorganic filler and the fibrous organic filler are each modified with ammonium ions,
It includes the inorganic filler and the organic filler in a weight ratio of 1:1 to 1:5,
The plate-shaped inorganic filler and the fibrous organic filler are surface-modified with an ammonium ion having a weight average molecular weight of 300 to 10,000, a resin composition for a luggage board.
제1항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 0.1 내지 2.0 g/10 min(230℃, 2.16kg)인, 러기지 보드용 수지 조성물.
According to claim 1,
The polypropylene resin has a melt index (ASTM D-1238, 230°C) of 0.1 to 2.0 g/10 min (230°C, 2.16 kg), a resin composition for luggage boards.
제1항에 있어서,
상기 판상형의 무기 충전제의 평균 두께는 0.1 내지 5 ㎛이고,
상기 섬유형의 유기 충전제의 평균 지름은 0.1 내지 5 ㎛인것을 특징으로 하는 러기지 보드용 수지 조성물.
According to claim 1,
The average thickness of the plate-shaped inorganic filler is 0.1 to 5 μm,
The average diameter of the fibrous organic filler is 0.1 to 5 ㎛ resin composition for luggage board, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 충전제의 종횡비가 10 내지 100인 것을 특징으로 하는 러기지 보드용 수지 조성물.
According to claim 1,
A resin composition for a luggage board, wherein the filler has an aspect ratio of 10 to 100.
제1항에 있어서,
상기 무기 충전제가 클레이, 탈크 및 탄산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 러기지 보드용 수지 조성물.
According to claim 1,
The inorganic filler is at least one kind selected from the group consisting of clay, talc, and calcium carbonate.
제1항에 있어서,
상기 유기 충전제가 미소화된 셀룰로오스, 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 케나프(kenaf), 아바카(abaca), 대나무(bamboo)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 러기지 보드용 수지 조성물.
According to claim 1,
The organic filler is at least one selected from the group consisting of micronized cellulose, flax, hemp, jute, kenaf, abaca, and bamboo, Resin composition for luggage boards.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 판상형의 무기 충전제는 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온으로 표면 개질된 나노클레이이고,
상기 섬유형의 유기 충전제는 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 비산화 미소섬유상 셀룰로오스인 것을 특징으로 하는 러기지 보드용 수지 조성물.
According to claim 1,
The plate-shaped inorganic filler is a nanoclay surface-modified with ammonium ions having a weight average molecular weight of 300 to 10,000,
The fibrous organic filler is a resin composition for a luggage board, characterized in that the non-oxidized microfibrous cellulose having a weight average molecular weight of 300 to 10,000.
제1항에 따른 러기지 보드용 수지 조성물을 블로우 성형하여 제조된 러기지 보드.
A luggage board manufactured by blow molding the resin composition for a luggage board according to claim 1.
제9항에 있어서,
하중 지지강성이 2 mm 내지 9 mm인 것을 특징으로 하는 러기지 보드.
The method of claim 9,
Luggage board, characterized in that the load bearing stiffness is 2 mm to 9 mm.
제1항에 있어서,
상기 판상형의 무기 충전제 또는 섬유형의 유기 충전제 중 암모늄 이온의 함유량은, 상기 판상형의 무기 충전제 또는 섬유형의 유기 충전제 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 5 중량%인 것인, 러기지 보드용 수지 조성물.
According to claim 1,
The content of ammonium ions in the plate-shaped inorganic filler or the fibrous organic filler is 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the plate-shaped inorganic filler or the fibrous organic filler, the resin composition for luggage boards .
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