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문제 정의
- 본 연구는 궁극적으로 도시생활 폐플라스틱을 자원화한다는 목적으로 이혼합폐플라스틱을 기계적으로 재가공하여 건설 토목용 재료로 사용하고자 하였다. 이에, 혼합폐플라스틱에 가볍고, 구하기 쉽고, 저렴하고, 또한 생분해성을 갖는 섬유소 폐기물인 폐신문지를 보강 섬유 또는 충전재로서 사용하고, 종이의 주성분인 셀룰로오스와 친화성이 있고 열가소성을 갖는 산화합물을 상용화제로 사용하여 복합체를 제조하여 그물성을 조사하였다.
제안 방법
- 제조된 충격시 편은 충격강도시험기(Tinus Olsen Willow)를 사용하여 시편의 중간에 새김눈(notch)을 준 Izod 충격시험법으로 53 kg . cm의 힘으로 충격하여 각시편에 대하여 충격 강도를 일곱 번 측정하여 평균값을 구하여 물성값으로 취하였다.
- 복합체 내부 조직을 관찰하기 위하여, 인장실험이 끝난 시편의 파단면을 SEM0EOL)을 사용하여 조 사하였다.
- 본 연구는 궁극적으로 도시생활 폐플라스틱을 자원화한다는 목적으로 이혼합폐플라스틱을 기계적으로 재가공하여 건설 토목용 재료로 사용하고자 하였다. 이에, 혼합폐플라스틱에 가볍고, 구하기 쉽고, 저렴하고, 또한 생분해성을 갖는 섬유소 폐기물인 폐신문지를 보강 섬유 또는 충전재로서 사용하고, 종이의 주성분인 셀룰로오스와 친화성이 있고 열가소성을 갖는 산화합물을 상용화제로 사용하여 복합체를 제조하여 그물성을 조사하였다.
- 점차 증대되고 있는 플라스틱 폐기물을 자원화하기 위하여 기계적인 방법을 동원하여 가정한 혼합폐플라스틱에 폐신문지를 혼입하고 아비틱산을 상용화제로 첨가하여 복합체를 형성하고 이의 기계적 성질을 알아보았다. 본 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다.
- 혼합폐플라스틱과 폐섬유소 및 아비틱산으로 구성된 복합체를 압출하고, 다시 이에서 시험 시편을 제조하여 인장 강도, 파단 신장률 및 압축 강도를 측정하고 그 결과를 고찰하였다. 실험 결과를 Table 2에 나타내었다.
대상 데이터
- 따라서 용융압출 과정 에서의 섞임(mixing) 효과는 필수적이다. 이를 위하여 이축스크류(twin screw, counter-rotating) 압출기(스크류 폭 50 mm, 길이 955 mm)를 제작하였다.
- 폐신문지는 가택에서 수거한 것을 분쇄(직경 1-2 mm)하여 사용하였으며, 상용화제로서 abietic acid는 Aldrich에서 구입하여 사용하였다.
- 폐플라스틱은 한국자원 재생공사 시화공장에서 선별되고 파쇄된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 및 장난감 등에 많이 쓰이는 ABS류를 구입하고 이들을 좀 더 작은 크기로 분쇄(직경 1-2 mm)하였다. 이들을 재생공사에서 제시하는 혼합폐플라스틱의 원래 비율(수거될 때의 예상혼합비율)대로 무게비 6:2:1:1 되게 섞었다.
데이터처리
- 제조된 인장시편은 만능시험기(LLOYD)를 사용하여 인장 속도 50 mm/min으로 인장하여 각시편에 대하여 인장 강도와 파단 신장률을 일곱 번 측정하여 평균값을 구하여 물성값으로 취하였다.
이론/모형
- 얻어진 판상의 압출물은 목재의 모양을 갖추었다. 이를 톱으로 썰어 박편(flakes)을 만들고 다시 이를 mini-max molder(BAUTECHp에 넣고 열(175℃) 을 주어 ASTM D638 방법에 따라 인장시편과 충격시편을 제조하였다.
- 제조된 충격시 편은 충격강도시험기(Tinus Olsen Willow)를 사용하여 시편의 중간에 새김눈(notch)을 준 Izod 충격시험법으로 53 kg . cm의 힘으로 충격하여 각시편에 대하여 충격 강도를 일곱 번 측정하여 평균값을 구하여 물성값으로 취하였다.
성능/효과
- 1) 혼합폐플라스틱에 폐섬유소만을 첨가하였을 경우, 섬유소는 복합체의 인장 강도는 증가시켰으나 신장률 및 충격 강도는 저하하였다.
- 2) 혼합폐플라스틱/폐섬유소에 아비틱산을 첨가하였을 경우, 아비틱산은 인장 강도에는 별 영향을 주지 못했지만, 섬유소가 소량 첨가되었을 때 인장강도와 충격 강도를 크게 향상시켰다. 신장률은 섬유소가 10 phr, 아비틱산이 1.
- 3) 아비틱산에 의한 강도 증가는 아비틱산의 한쪽 구조는 친수성이고, 다른 한쪽은 소수성인데에 기인하여 섬유의 분산성을 높이고 복합체에 유연성을 부여한 것으로 여겨진다.
- 15 연구자는 그 이유가 실란에 의한 계면 결합의 감소에 기인한다고 주장하고 있다. Maleic anhydride와 peroxide가 첨가된 땅콩껍질/ 폴리에틸렌 복합체에서 인장 강도는 증가하였으나 충격 강도는 감소하였으며, '& maleic anhy- dride-grafted styrene-ethylene-butylene-styrene triblock copolymer가 상용화제로 사용된 톱밥/ 폴리프로필렌 복합체에서 이상용화제는 인장 강도에는 별 영향을 주지 못했으나 충격 강도는 크게 향상시켰다.17
- 결과적으로, 폐섬유소가 소량( <20phr)이고 아비틱산이 소량(<Iphr)이 첨가되었을 때 인장강도에 는 효과가 없었고 그 대신 신장률과 충격 강도는 크게 상승하였다. 일반적으로, 플라스틱의 경우 인 장강도가 높으면 충격강도가 낮고, 반대로 인장강 도가 낮으면 충격 강도가 높아지는 특성을 갖는다.
- 2) 혼합폐플라스틱/폐섬유소에 아비틱산을 첨가하였을 경우, 아비틱산은 인장 강도에는 별 영향을 주지 못했지만, 섬유소가 소량 첨가되었을 때 인장강도와 충격 강도를 크게 향상시켰다. 신장률은 섬유소가 10 phr, 아비틱산이 1.0 phr 첨가되었을 때 가장 높은 수치(10.8%)를 나타냈고, 충격 강도는 섬유소가 10 phr, 아비틱산이 0.5 phr 포함되었을 때 가장 높은 수치(109.1 J/m)를 나타내었다. 이는 폐플라스틱 활용에서 가장 중요한 물성인자인 내 충격성이 폐플라스틱 자체만으로 비교해 보았을 때 108.
- 일반적으로, 플라스틱의 경우 인 장강도가 높으면 충격강도가 낮고, 반대로 인장강 도가 낮으면 충격 강도가 높아지는 특성을 갖는다.11 폴리스티렌에톱밥(sawdust)을 첨가하고 phthalic anhydride# 상용화제로 사용한 연구?에서, 모든 조성에서 폴리스티 렌 자체보다 인장 강도와 충격 강도 함께 감소하였으며, 재생 폴리에틸렌에 상용화제 없이 aspen 셀룰로오스 섬유를 혼입하였을 때 인장강도와 충격 강도 모두 감소하였다.13 연구자는 사용된 co-rotating twin-screw extruder의 스크류 모양(configuration)이 강도 변화에 영향을 주고, 스크류 각도가 큰 경우에 이송량은 줄어드나 강도의 저하는 가장 적다고 언급하였다.
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