Article
  • Effect of Acrylate Oligomer on the Migration of PVC Phthalate Plasticizer

  • Young-Woon Kim, Do-Hyun Kim, and Jin-Young Bae†

  • Department of Poymer Science and Engineering, Sungkyunkwan University, 300 Chunchun-dong, Jangan-gu, Suwon, Gyeonggi-do 16419, Korea

  • 아크릴레이트 올리고머가 PVC 프탈레이트 가소제의 이행성에 미치는 영향

  • 김영운 · 김도현 · 배진영†

  • 성균관대학교 고분자공학과

Abstract

In this study, we investigated the effect of acrylate oligomers on the migration properties of phthalate of plasticized poly(vinyl chloride) (PVC). We synthesized various molecular weight acrylate oligomers and characterized the corresponding PVC compounds containing both acrylate oligomer and phthalate plasticizer. First, butyl acrylate monomer was polymerized by both group transfer polymerization and radical polymerization techniques to give the corresponding three oligomers in the molecular weight range of 1000~2500 Daltons. By solution casting method, flexible PVC films containing both phthalate and butyl acrylate oligomers (pBA1000, pBA1800, pBA2500) were fabricated. The corresponding PVC films were fully characterized by studying the film transmittance, shore A hardness, elongation, thermal stability, Tg and the degree of migration properties of phthalate plasticizer.


본 연구는 프탈레이트 가소제가 도입된 연질 폴리(염화 비닐)(PVC)의 가소제 이행성을 저감시킬 수 있는 아크릴레이트계 올리고머의 분자량별 합성 및 그 특성에 대해 살펴보았다. 부틸 아크릴레이트 단량체를 group transfer polymerization 및 라디칼 중합을 이용하여 1000~2500 Da 구간대 분자량별 3종을 중합하였다. 합성된 3종의 분자량별 부틸 아크릴레이트 올리고머가 도입된 연질 PVC 필름을 solution casting으로 제조하였다. 아크릴레이트 올리고머가 첨가된 프탈레이트 가소화 PVC 필름과 첨가되지 않은 프탈레이트 가소화 PVC 필름의 투과도, shore A 경도, 연신율, 열안정성, Tg, 그리고 내이행성을 비교하여 아크릴레이트 올리고머의 도입이 프탈레이트 가소화 PVC의 물성에 미치는 영향에 대해 고찰하였다.


Keywords: phthalate plasticizer, poly(vinyl chloride), acrylate oligomer, migration

서 론

가소제(plasticizer)는 주로 poly(vinyl chloride)(PVC) 등 수지의 기계적·열적 물성에 영향을 주고 연질성을 부여하는 물질이다. 특히 PVC의 유리전이온도를 낮추고 강인화도와 연신율을 증가시키며, 외부의 힘에 의해 변형할 수 있는 온도를 낮추는 특성을 갖고 있다.1 그 중 프탈레이트 가소제는 PVC 적용 가소제 중 90% 이상을 차지하고 있고 PVC에 약50 phr 이상의 양이 첨가되어 사용되고 있다. 하지만, 프탈레이트 가소제는 주변 환경과 화학적·물리적 접촉 시 외부로 이행이 되어 연질화된 PVC의 기계적 물성과 연질성을 떨어뜨리고 외부에 이행 시 내분비계 장애를 일으키는 환경호르몬으로 작용이 되어 인체 유해물질로 지정이 되어있어 각종 규제가 심해지고 있는 실정이다.2
현재 프탈레이트계 가소제를 대체하기 위하여 많은 연구들이 다양한 방법으로 진행되고 있다.3 첫번째로 기존의 프탈레이트계 가소제와 비슷한 구조인 에스테르기, 알킬기를 도입하고 벤젠링 대신 시클로헥산기가 도입된 저분자형 가소제(독일 바스프사 DINCH)가 시판되고 있다. 이러한 시클로헥산계 가소제의 경우 이행시에 내분비계 교란물질로 규제를 받지 않고 프탈레이트 가소제만큼의 가격경쟁력과 물성을 갖는 것이 주 목적이지만 저분자형 가소제 자체의 문제인 이행성은 극복하지 못하고 있는 현실이다. 두번째로 가소화 성능은 저분자형 가소제에 비해 다소 떨어지지만 더 높은 분자량의 고분자형 가소제를 개발하여 이행 자체를 억제하는 방법도 많은 연구가 이뤄지고 있다.4 하지만, 고분자형 가소제의 경우 이행성은 혁신적으로 줄일 수 있으나 높은 사용량 및 가격 그리고 기존의 프탈레이트계 가소제만큼 PVC 사슬에 침투하기 힘들어 PVC 사슬의 자유부피를 충분히 갖지 못해 높은 가소화 성능을 내기는 어려운 현실이다. 그 외에 PVC에 표면처리를 하거나 프탈레이트 가소제와 PVC 사슬을 공중합시키는 방법들이 개발되어 있으나 역시 공정이 복잡하고 가격이 비싼 단점이 있어 제한적으로만 사용되고 있다.5
본 연구에서는 앞서 소개한 방법과는 달리 Figure 1에서 나타내듯이 프탈레이트 가소제와 극성 결합 등의 상호작용을6 할 수 있는 아크릴레이트계 올리고머를 합성, PVC에 적용하여 프탈레이트의 내이행성 향상을 연구하였다. 아크릴레이트계 올리고머형 가소제 합성을 위한 단량체의 선정은 PVC와 상용성이 좋고 프탈레이트 가소제와 상호작용할 수 있는 작용기인 에스테르 작용기를 갖고 group transfer polymerization(GTP) 리빙중합을 통해 분자량 조절이 용이한 부틸 아크릴레이트 단량체를 선정하였다. 부틸 아크릴레이트 올리고머의 분자량 조절을 위해 GTP 및 라디칼 중합을 이용하였으며 평균 분자량 1000-2500 사이의 분자량별 부틸 아크릴레이트 올리고머를 3종 합성하였다. 그리고 solution blending을 통하여 PVC, 프탈레이트 가소제 및 부틸 아크릴레이트 올리고머를 균질 혼합 후, solution casting 공정을 이용하여 연질 PVC 필림을 제조하여 투과도, shore A 경도, 연신율, 열안정성, Tg 그리고 내이행성을 측정·비교하여 부틸 아크릴레이트 올리고 머가 프탈레이트 함유 연질 PVC의 기본 물성에는 악영향을 미치지 않으면서 프탈레이트의 이행을 억제할 수 있는지를 고찰하였다.

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    Abbr. Polym. Korea
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This Article

  • 2018; 42(4): 654-661

    Published online Jul 25, 2018

  • 10.7317/pk.2018.42.4.654
  • Received on Jan 25, 2018
  • Revised on Feb 12, 2018
  • Accepted on Feb 20, 2018

Correspondence to

  • Jin-Young Bae

  • Department of Poymer Science and Engineering, Sungkyunkwan University, 300 Chunchun-dong, Jangan-gu, Suwon, Gyeonggi-do 16419, Korea

  • E-mail: b521@skku.edu
  • ORCID:
    0000-0002-9269-0322