The development of biodegradable packaging films can resolve environmental issues caused by plastic waste, but it still remains a great challenge to develop economically-feasible polymers that simultaneously balance robust mechanical properties, biodegradability and transparency. In this work, we describe the bench-scale synthesis (~1.5 kg) and blown film characterization of new biodegradable aliphatic–aromatic copolymers, poly(1,4-butylene-1,4-cyclohexanedimethylene carbonate-terephthalate)s (PBCCTs) with different molar ratios of two diol monomers, 1,4-cyclohexanedimethanol (CHDM) and 1,4-butandiol (BD), from 0:1 to 5:5 (CHDM:BD) to optimize the mechanical, optical, thermal properties, and biodegradability. The incorporation of CHDM units significantly impacted the thermal properties of the blown films from these copolymers; PBCCT films with 50 mol% CHDM content had a more amorphous and glassy character compared with the films with 0 mol% CHDM. And, PBCCT films with 30-50 % CHDM content exhibited superior mechanical properties (tear strength: 11.5 kgf /mm and tensile strength: 369 kgf/$cm^2$) and comparable transparency (haze: 16%) to those of non-degradable polyethylenes (PEs), the most commonly employed materials for packaging film applications. Taken together, the bench-scale synthesis of biodegradable polymers with suitable thermomechanical, optical, and permeability properties presented here showcases the potential of these materials as sustainable packaging materials.
폐플라스틱이 환경에 미치는 영향으로 미생물에 의해 분해되는 생분해성 고분자의 개발이 진행되고 있으며, 특히 플라스틱이 가장 많이 상용되는 패키징 필름 분야에서의 생분해성 고분자의 개발이 시급하다. 그러나 아직까지 패키징 필름 분야에서 요구되는 인장 강도, 인열 강도, 투명성, 산소투과도 등을 동시에 만족시키지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 벤치 규모의 반응기를 이용하여 생분해성 지방족-방향족 공중합체인 폴리(1,4-부틸렌-1,4-사이클로헥센디메틸렌 카보네이트-테레프탈레이트) (PBCCT)를 합성하고, 실제 패키징 산업에서 가장 많이 사용되는 블론 필름을 제작하여 특성을 평가하였다. PBCCT 내의 1,4-사이클로헥센디메틸렌과 1,4-부틸렌의 비율을 0:1 에서 5:5 로 조절하였으며, 샘플마다 유사한 분자량과 분자량 분포를 얻었다. 고분자의 1,4-사이클로헥센디메틸렌의 함량이 늘어날수록 비결정 특성과 유리 상태 특성으로 변하였다. 1,4-사이클로헥센디메틸렌을 30-50%를 포함하는 PBCCT 필름은 가장 일반적으로 널리 사용되는 폴리에틸렌 필름과 비교하였을 때, 우수한 인장 강도와 인열 강도, 그리고 동등한 수준의 투명성을 보유한 것을 확인하였다. 또한 PE에 비하여 낮은 산소투과도를 나타내어 식품 패키징에도 적합함을 확인하였다. 마지막으로 1,4-사이클로헥센디메틸렌을 30%를 포함하는 PBCCT는 가장 우수한 생분해 특성을 나타내었다. 요약하면, 적절한 열적 특성, 기계적 특성, 투명성, 그리고 산소투과성을 가진 생분해성 고분자가 벤치규모로 합성되었으며, 지속가능한 패키징 소재로의 활용 가능성을 확인하였다.
