폴리락타이드의 엔탈피 완화거동과 그에 따른 물성 변화 연구 권 미 리 내 Department of Polymer Science and Engineering, Graduate School Kumoh National Institute of Technology 요 약 엔탈피 완화는 주로 무정형재료에서 일어나는 현상으로 ...
폴리락타이드의 엔탈피 완화거동과 그에 따른 물성 변화 연구 권 미 리 내 Department of Polymer Science and Engineering, Graduate School Kumoh National Institute of Technology 요 약 엔탈피 완화는 주로 무정형재료에서 일어나는 현상으로 유리전이온도 이하에서 저장, 또는 제작 과정동안에 재료의 구조가 평형상태를 향해서 이완되는 현상이다. 대부분의 고분자재료는 그들의 미시적인 특성인 밀도, 기계적 강도, 기체투과도 등이 엔탈피 완화과정에서 크게 영향을 받게 된다. 최근 친환경적인 고분자로 각광받고 있는 폴리락타이드는 우수한 열적, 기계적 특성, 투명성, 퇴비화 특성 등을 가지고 있어서 포장재필름, 섬유, 엔지니어링 플라스틱, 의료용 재료로 사용된다. 락틱에시드는 키랄 특성을 가지고 있어 PLA의 형태는 L-락타이드, D-락타이드, DL-락타이드, L-락틱에시드, D-락틱에시드로 구분되고, D-체의 함량에 따라 그들의 열적, 기계적 특성이 크게 변화한다. PLA는 다른 상용적인 선형 고분자들에 비해 유리전이온도가 비교적 낮아 완화거동에 의한 열적, 기계적 특성이 크게 달라진다. L-체와 D-체의 함량이 PLA의 물성에 크게 영향을 주기 때문에 유리전이온도이하에서 PLA의 엔탈피 완화거동 또한 PLA의 D-체의 함량에 영향을 받을 것이라 사료된다. 본 연구에서는 PLA의 분자 유동성과 안정성을 체계적으로 이해하기 위해서 다양한 D-체의 함량 (1∼10 mol%) 에 따른 폴리락타이드 필름을 유리전이온도 이하의 에이징 온도 (30, 35, 40, 45 ℃) 와 시간 (0∼2664 hr) 조건에 따른 엔탈피 완화거동을 시차 주사 열량계를 통하여 얻었다. 에이징 온도와 시간이 증가할수록 유리전이 온도와 엔탈피 완화거동이 증가하였다. D-체의 함량에 따른 유리전이온도와 엔탈피완화거동은 유사한 과냉각도 (degree of subcooling)에서 실험적인 오차범위 안에서 동일한 경향성을 보여주었다. 이 실험값은 실험식으로 엔탈피 완화 현상을 이해하는데 널리 사용되고 있는 Kohlrausch–Williams–Watts (KWW) 모델식과 잘 일치하였다. 또한, 엔탈피 완화 거동에 따른 가스투과특성과 동적 기계적 특성을 산소 기체 투과율 측정기와 동적 기계적 분석기를 이용하여서 분석하였다.
폴리락타이드의 엔탈피 완화거동과 그에 따른 물성 변화 연구 권 미 리 내 Department of Polymer Science and Engineering, Graduate School Kumoh National Institute of Technology 요 약 엔탈피 완화는 주로 무정형재료에서 일어나는 현상으로 유리전이온도 이하에서 저장, 또는 제작 과정동안에 재료의 구조가 평형상태를 향해서 이완되는 현상이다. 대부분의 고분자재료는 그들의 미시적인 특성인 밀도, 기계적 강도, 기체투과도 등이 엔탈피 완화과정에서 크게 영향을 받게 된다. 최근 친환경적인 고분자로 각광받고 있는 폴리락타이드는 우수한 열적, 기계적 특성, 투명성, 퇴비화 특성 등을 가지고 있어서 포장재필름, 섬유, 엔지니어링 플라스틱, 의료용 재료로 사용된다. 락틱에시드는 키랄 특성을 가지고 있어 PLA의 형태는 L-락타이드, D-락타이드, DL-락타이드, L-락틱에시드, D-락틱에시드로 구분되고, D-체의 함량에 따라 그들의 열적, 기계적 특성이 크게 변화한다. PLA는 다른 상용적인 선형 고분자들에 비해 유리전이온도가 비교적 낮아 완화거동에 의한 열적, 기계적 특성이 크게 달라진다. L-체와 D-체의 함량이 PLA의 물성에 크게 영향을 주기 때문에 유리전이온도이하에서 PLA의 엔탈피 완화거동 또한 PLA의 D-체의 함량에 영향을 받을 것이라 사료된다. 본 연구에서는 PLA의 분자 유동성과 안정성을 체계적으로 이해하기 위해서 다양한 D-체의 함량 (1∼10 mol%) 에 따른 폴리락타이드 필름을 유리전이온도 이하의 에이징 온도 (30, 35, 40, 45 ℃) 와 시간 (0∼2664 hr) 조건에 따른 엔탈피 완화거동을 시차 주사 열량계를 통하여 얻었다. 에이징 온도와 시간이 증가할수록 유리전이 온도와 엔탈피 완화거동이 증가하였다. D-체의 함량에 따른 유리전이온도와 엔탈피완화거동은 유사한 과냉각도 (degree of subcooling)에서 실험적인 오차범위 안에서 동일한 경향성을 보여주었다. 이 실험값은 실험식으로 엔탈피 완화 현상을 이해하는데 널리 사용되고 있는 Kohlrausch–Williams–Watts (KWW) 모델식과 잘 일치하였다. 또한, 엔탈피 완화 거동에 따른 가스투과특성과 동적 기계적 특성을 산소 기체 투과율 측정기와 동적 기계적 분석기를 이용하여서 분석하였다.
Enthalpy Relaxation Behavior and Physical Properties of Polylactide Mirinae Kwon Department of Polymer Science and Engineering, Graduate School Kumoh National Institute of Technology Abstract The molecular relaxation in amorphous glassy materials has been a great concern, because amorphous glassy ma...
Enthalpy Relaxation Behavior and Physical Properties of Polylactide Mirinae Kwon Department of Polymer Science and Engineering, Graduate School Kumoh National Institute of Technology Abstract The molecular relaxation in amorphous glassy materials has been a great concern, because amorphous glassy materials are thermodynamically unstable and therefore their structures tend to relax toward the equilibrium state, eventually affecting the physical properties of materials such as density, vapor permeability, mechanical properties and so on. Polylactide (PLA) has recently received much attention from industry and academia as an environmentally-friendly and renewable polymer. PLA has been widely used for packaging films, fibers, engineered thermoplastics and biomedical materials due to its transparency, compostibility, thermal and mechanical properties. Due to the chiral nature of lactic acid, several distinct forms of polylactide, such as L-lactic acid, D-lactic acid, L-lactide, D-lactide, and LD-lactide, exist. The thermal and mechanical properties of PLA are strongly dependent on the ratio of L- to D-isomer. It is expected that the relaxation behavior of PLA below glass transition temperature is also affected by the D-isomer content in PLA because glass transition temperature has relatively lower than commercial linear polymer. Since the ratio of L- to D-isomer is known to affect the physical properties of PLA, the relaxation behavior of PLA below glass transition temperature is also expected to be affected by the D-isomer content in PLA. To gain a deeper understanding of molecular mobility and stability of PLA, in this paper, the enthalpy relaxation behavior of amorphous PLA films with various D-isomer contents of 1∼10 mol% was investigated as functions of aging temperature (Ta) (30, 35, 40, 45 ℃) and aging time (ta) (0∼2664 hr) by using differential scanning calorimetry (DSC). It was found that the enthalpy relaxation (ΔHrelax) and glass transition temperature (Tg) of all PLA samples were increased with increasing aging time and aging temperature. All PLA samples aged at the similar degree of subcooling (∆T=Tg-Ta), the increment of ΔHrelax and Tg was almost identical within the experimental error. This experimental result was analysed with Kohlrausch- Williams-Watts (KWW) model which was widely used due to easy and conventional theory as experimental equation. Moreover, the barrier properties and dynamic mechanical properties of PLA on enthalpy relaxation behavior was investigated by using oxygen gas transmission rate measurement and dynamic mechanical analysis, respectively.
Enthalpy Relaxation Behavior and Physical Properties of Polylactide Mirinae Kwon Department of Polymer Science and Engineering, Graduate School Kumoh National Institute of Technology Abstract The molecular relaxation in amorphous glassy materials has been a great concern, because amorphous glassy materials are thermodynamically unstable and therefore their structures tend to relax toward the equilibrium state, eventually affecting the physical properties of materials such as density, vapor permeability, mechanical properties and so on. Polylactide (PLA) has recently received much attention from industry and academia as an environmentally-friendly and renewable polymer. PLA has been widely used for packaging films, fibers, engineered thermoplastics and biomedical materials due to its transparency, compostibility, thermal and mechanical properties. Due to the chiral nature of lactic acid, several distinct forms of polylactide, such as L-lactic acid, D-lactic acid, L-lactide, D-lactide, and LD-lactide, exist. The thermal and mechanical properties of PLA are strongly dependent on the ratio of L- to D-isomer. It is expected that the relaxation behavior of PLA below glass transition temperature is also affected by the D-isomer content in PLA because glass transition temperature has relatively lower than commercial linear polymer. Since the ratio of L- to D-isomer is known to affect the physical properties of PLA, the relaxation behavior of PLA below glass transition temperature is also expected to be affected by the D-isomer content in PLA. To gain a deeper understanding of molecular mobility and stability of PLA, in this paper, the enthalpy relaxation behavior of amorphous PLA films with various D-isomer contents of 1∼10 mol% was investigated as functions of aging temperature (Ta) (30, 35, 40, 45 ℃) and aging time (ta) (0∼2664 hr) by using differential scanning calorimetry (DSC). It was found that the enthalpy relaxation (ΔHrelax) and glass transition temperature (Tg) of all PLA samples were increased with increasing aging time and aging temperature. All PLA samples aged at the similar degree of subcooling (∆T=Tg-Ta), the increment of ΔHrelax and Tg was almost identical within the experimental error. This experimental result was analysed with Kohlrausch- Williams-Watts (KWW) model which was widely used due to easy and conventional theory as experimental equation. Moreover, the barrier properties and dynamic mechanical properties of PLA on enthalpy relaxation behavior was investigated by using oxygen gas transmission rate measurement and dynamic mechanical analysis, respectively.
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