폴리프로필렌-천연섬유 복합재료의 혼합시 유변학적 및 열적 특성: II. 상용화제의 영향 Rheological Properties During Mixing and Thermal Properties of Polypropylene/Natural Fiber Composites: II. Effects of A Compatibilizer원문보기
두 종류의 천연섬유, 즉 면섬유와 목분을 이용하여 제조한 폴리프로필렌 - 천연섬유 복합재료의 혼합가공시 유변학적 특성과 열적특성에 미치는 상용화제의 영향을 고찰하였다. 상용화제로는 무수말레인산이 그래프팅된 폴리프로필렌 공중합체를 사용하였다. 천연섬유의 종류에 관계없이 상용화제를 첨가할 때, 전반적으로 상용화제의 함량이 증가함에 따라 토오크 값이 상승함이 확인되었다. 또한, 시차 주사 열량계(DSC)와 X선 회절분석(XRD)을 통해 상용화제의 첨가시 복합재료의 결정화도가 약간 상승함이 확인되었다. 섬유의 종류에 따른 영향은 거의 관찰되지 않았으나, 혼합시 유변학적 물성, DSC 및 XRD 결과에 의하면, 면섬유의 경우가 목분보다는 PP-g-MAH와 더 나은 상호작용을 보이는 것으로 생각된다.
두 종류의 천연섬유, 즉 면섬유와 목분을 이용하여 제조한 폴리프로필렌 - 천연섬유 복합재료의 혼합가공시 유변학적 특성과 열적특성에 미치는 상용화제의 영향을 고찰하였다. 상용화제로는 무수말레인산이 그래프팅된 폴리프로필렌 공중합체를 사용하였다. 천연섬유의 종류에 관계없이 상용화제를 첨가할 때, 전반적으로 상용화제의 함량이 증가함에 따라 토오크 값이 상승함이 확인되었다. 또한, 시차 주사 열량계(DSC)와 X선 회절분석(XRD)을 통해 상용화제의 첨가시 복합재료의 결정화도가 약간 상승함이 확인되었다. 섬유의 종류에 따른 영향은 거의 관찰되지 않았으나, 혼합시 유변학적 물성, DSC 및 XRD 결과에 의하면, 면섬유의 경우가 목분보다는 PP-g-MAH와 더 나은 상호작용을 보이는 것으로 생각된다.
We investigated effects of a compatibilizer on the rheological properties during mixing and thermal properties of polypropylene (PP)-natural fiber composites. Two types of natural fibers (cotton fiber and wood fiber) were compared. maleic anhydride grafted PP was used for a compatibilizer. On increa...
We investigated effects of a compatibilizer on the rheological properties during mixing and thermal properties of polypropylene (PP)-natural fiber composites. Two types of natural fibers (cotton fiber and wood fiber) were compared. maleic anhydride grafted PP was used for a compatibilizer. On increasing the amounts of the compatibilizer, the torque values of composites were increased, regardless of the kind of fibers. X-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC) results showed a slight increase in the degree of crystallinity with adding the compaibilizing agent, while the effects of the kind of fibers were marginal. It may be considered, however, the cotton fiber exhibits better interaction with PP-g-MAH than the natural fiber based on the rheographs, DSC, and XRD results.
We investigated effects of a compatibilizer on the rheological properties during mixing and thermal properties of polypropylene (PP)-natural fiber composites. Two types of natural fibers (cotton fiber and wood fiber) were compared. maleic anhydride grafted PP was used for a compatibilizer. On increasing the amounts of the compatibilizer, the torque values of composites were increased, regardless of the kind of fibers. X-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC) results showed a slight increase in the degree of crystallinity with adding the compaibilizing agent, while the effects of the kind of fibers were marginal. It may be considered, however, the cotton fiber exhibits better interaction with PP-g-MAH than the natural fiber based on the rheographs, DSC, and XRD results.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 전보[8]에 이어, PP에 천연섬유를 보강시킨 복합재료를 제조하였으며, 혼합할 때의유변학적 물성과 열적특성에 미치는 상용화제의 영향을연구하였다. 전보와 마찬가지로, 면섬유(cotton fiber)와목분(wood fiber), 두 종류의 다른 천연섬유를 사용하였다.
이상에서 PP/천연섬유 복합재료의 혼합시 유변학적물성과 열적물성에 미치는 상용화제인 PP-g-MAH 의영향에 대해 알아보았다. PP/천연섬유 2원 복합재료에서 상용화제가 첨가 되었을 때에는 전반적으로 상용화제 함량 증가에 따라 토오크 값이 상승함이 확인되었다.
[9, 10]. 전보 [8] 에서와 마찬가지로, 본 연구에서도 MI가 다른 PP 3종류를 선택하여, PP 분자량의 영향을 보고자 하였다.
제조된 복합재료의 점탄성을 포함한 동적 기계적 물성및 기타 물성에 미치는 상용화제의 영향에 대한 연구는 현재 진행중이며 차후 보고하고자 한다. 이러한 보완 실험에 의해 특히, PP-g-MAH와 면섬유 및 목분사이의 상호작용의 차이에 대한 더욱 자세한 분석이가능하리라 기대된다.
제안 방법
PP, PP-g-MAH, 및 천연섬유를 각각 캠 로토(rotors)가 장착된 플라스티코더 (plasticorder; HAAKE Rheocord 9000, 85 cm3)를 사용하여 혼합하였고, 50 rpm 의 로토 속도와 PP 가 녹을 수 있는 160~ 170℃의온도, 10 min의 혼합시간을 조건으로 하였으며, 혼합이 진행되는 동안 토오크 (torque)-시간 거동을 관찰하였다. 천연섬유 : PP 비는 20 : 80 wt%, PP-g-MAH의함량은 전체 중량대비 1, 2, 및 4 wt%를 첨가하였다.
각각의 PP에 천연섬유의 사용량을 20 wt%로 고정하고 상용화제로 PP-MAH 를 혼합 과정 중 전체 무게대비 1, 2, 및 4 wt%를 투입하여 각각의 혼합비에서혼합물의 혼련 과정 동안 토오크-시간 거동을 관찰하였다. 가열온도는 170℃로 하였고, 50 rpm의 로토 속도로 10 min간 측정하였다.
제조된 혼합물의 열적 거동은 Dupont 사의 시차주사열량계 (DSC 2010)를 사용하였다. 상온에서 180℃ 까지 10 ℃/min 의속도로 승온시킨 후 180℃에서 5 min간 유지하면서열 이력을 제거하였고, 상온까지 같은 속도로 서냉시킨 다음 180℃ 까지 승온시키면서 열적 거동을 관찰하였다.
상온에서 180℃까지 10 ℃/min의 속도로승온시킨 후 180℃에서 5 min간 유지하면서 열이력을제거하였으며, 상온까지 같은 속도로 서냉시킨 다음 180℃까지 승온시키면서 열적 거동을 관찰하였다. 기질 PP는 MI가 12인 H360F를 사용하였다.
시료들의 결정상과 결정구조를 분석하기 위해 X-Ray Diffraction (XRD)를 사용하였다. XRD는 Rigaku Denki 사의 X-선 회절기를 사용하였고, 측정조건은 Ni-필터된 CuKa, 30 kV-20 mA로 하였다.
PP, PP-g-MAH, 및 천연섬유를 각각 캠 로토(rotors)가 장착된 플라스티코더 (plasticorder; HAAKE Rheocord 9000, 85 cm3)를 사용하여 혼합하였고, 50 rpm 의 로토 속도와 PP 가 녹을 수 있는 160~ 170℃의온도, 10 min의 혼합시간을 조건으로 하였으며, 혼합이 진행되는 동안 토오크 (torque)-시간 거동을 관찰하였다. 천연섬유 : PP 비는 20 : 80 wt%, PP-g-MAH의함량은 전체 중량대비 1, 2, 및 4 wt%를 첨가하였다.
한편, 제조된 혼합물의 열적거동은 DSC를 사용하여조사하였다. 상온에서 180℃까지 10 ℃/min의 속도로승온시킨 후 180℃에서 5 min간 유지하면서 열이력을제거하였으며, 상온까지 같은 속도로 서냉시킨 다음 180℃까지 승온시키면서 열적 거동을 관찰하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 폴리프로필렌 (PP) 은 SK Chem.(주)의 H720P, H360F, H380F로 용융지수(melt index)가 각각 2, 12, 25 (g/10 min)인 Homo-PP를 사용하였고, 천연섬유로서 면섬유는 서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부에서 제공받은 cotton sliver (셀룰로오스 함량; 87%)를 사용하였으며, 길이 1 cm로 자른 후 사용하였다. 목분은 J.
상온에서 180℃까지 10 ℃/min의 속도로승온시킨 후 180℃에서 5 min간 유지하면서 열이력을제거하였으며, 상온까지 같은 속도로 서냉시킨 다음 180℃까지 승온시키면서 열적 거동을 관찰하였다. 기질 PP는 MI가 12인 H360F를 사용하였다. Figure 5와 6에 각각, PP/면섬유, PP/목분 복합재료의 열곡선을 나타내었다.
RETTENMAIER & SOHNE GmbH Co. 사의 ARBOCEL® BE600-30PU로(길이 40 μm, 셀룰로오스 함량 > 98.5%)의 마이크로 섬유를 사용하였다. 천연섬유와 PP 사이의 계면 결합력을 증진시키기 위해고분자 상용화제로서 Uniroyal Chemical Co.
유변학적 특성의 조사를 위해 캠 로토가 장착된 Haake사의 플라스티코더 (Rheocord 9000, 85 cm3)를 사용하였다. 170℃에서 10 min 동안 50 rpm의 조건으로시료의 토오크-시간 거동을 관찰하였다.
전보와 마찬가지로, 면섬유(cotton fiber)와목분(wood fiber), 두 종류의 다른 천연섬유를 사용하였다.
170℃에서 10 min 동안 50 rpm의 조건으로시료의 토오크-시간 거동을 관찰하였다. 제조된 혼합물의 열적 거동은 Dupont 사의 시차주사열량계 (DSC 2010)를 사용하였다. 상온에서 180℃ 까지 10 ℃/min 의속도로 승온시킨 후 180℃에서 5 min간 유지하면서열 이력을 제거하였고, 상온까지 같은 속도로 서냉시킨 다음 180℃ 까지 승온시키면서 열적 거동을 관찰하였다.
성능/효과
대해 알아보았다. PP/천연섬유 2원 복합재료에서 상용화제가 첨가 되었을 때에는 전반적으로 상용화제 함량 증가에 따라 토오크 값이 상승함이 확인되었다. XRD를 통해 PP-g-MAH 첨가시 천연섬유/PP 복합재료의 결정화도가 상승함이 확인되었다.
PP/천연섬유 2원 복합재료에서 상용화제가 첨가 되었을 때에는 전반적으로 상용화제 함량 증가에 따라 토오크 값이 상승함이 확인되었다. XRD를 통해 PP-g-MAH 첨가시 천연섬유/PP 복합재료의 결정화도가 상승함이 확인되었다. 끝으로, PP- g-MAH의 함량증가에 따른 Tm, Tc 변화는 수반되지않았으나 PP/천연섬유/PP-g-MAH 삼원 복합재료에서약간의 용융열의 상승이 확인되었다.
XRD를 통해 PP-g-MAH 첨가시 천연섬유/PP 복합재료의 결정화도가 상승함이 확인되었다. 끝으로, PP- g-MAH의 함량증가에 따른 Tm, Tc 변화는 수반되지않았으나 PP/천연섬유/PP-g-MAH 삼원 복합재료에서약간의 용융열의 상승이 확인되었다. 혼합시 유변학적물성, DSC 및 XRD 결과를 종합적으로 분석할 때, 면섬유의 경우가 목분보다는 PP-g-MAH 와 더 나은 상호작용을 보이는 것으로 판단된다.
끝으로, PP- g-MAH의 함량증가에 따른 Tm, Tc 변화는 수반되지않았으나 PP/천연섬유/PP-g-MAH 삼원 복합재료에서약간의 용융열의 상승이 확인되었다. 혼합시 유변학적물성, DSC 및 XRD 결과를 종합적으로 분석할 때, 면섬유의 경우가 목분보다는 PP-g-MAH 와 더 나은 상호작용을 보이는 것으로 판단된다.
후속연구
제조된 복합재료의 점탄성을 포함한 동적 기계적 물성및 기타 물성에 미치는 상용화제의 영향에 대한 연구는 현재 진행중이며 차후 보고하고자 한다. 이러한 보완 실험에 의해 특히, PP-g-MAH와 면섬유 및 목분사이의 상호작용의 차이에 대한 더욱 자세한 분석이가능하리라 기대된다.
참고문헌 (20)
A. K. Bledzki and J. Gassan, Prog. Polym. Sci., 24, 221 (1999).
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