[논문]목분-폴리프로필렌 복합재의 수분흡수율 : 목재수종, 충진제 입자크기 및 상용화제의 영향

강인애; 이선영; 도금현; 전상진; 윤승락

doi:10.5658/wood.2010.38.4.298

목분-폴리프로필렌 복합재의 수분흡수율 : 목재수종, 충진제 입자크기 및 상용화제의 영향
Water Absorption of Wood Flour-Polypropylene Composites: Effects of Wood Species, Filler Particle Size and Coupling Agent 원문보기

목재공학 = Journal of the Korean wood science and technology, v.38 no.4 = no.163, 2010년, pp.298 - 305

강인애 (국립산림과학원 녹색자원이용부) , 이선영 (국립산림과학원 녹색자원이용부) , 도금현 (국립산림과학원 녹색자원이용부) , 전상진 (국립산림과학원 녹색자원이용부) , 윤승락 (진주산업대학교 인테리어재료공학과)

초록
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본 연구에서는 목분 첨가된 폴리프로필렌 복합재의 수분흡수 특성에 목재수종, 화학조성분, 충진제 함량, 입자크기 및 상용화제의 첨가가 미치는 영향에 관해서 알아보았다. 500, 1,000, 1,500, 2,000, 2,500 및 3,000 시간 동안 물에 침지시킨 후, 상수리나무(Quercus accutisima Carr.)와 다릅나무(Maackia amuresis Rupr. et Maxim)는 낙엽송(Larix kaempferi Lamb.)에 비하여 훨씬 낮은 물흡수도를 보였다. 모든 수종에서 목분의 함량이 10 wt%로부터 50 wt%까지 증가할수록, 주어진 시간동안 물에 침지시켰을 때 복합재의 수분흡수율이 증가하 였다. 목분의 입자크기는 복합재의 수분흡수율에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 상용화제의 첨가는 복합재의 수분흡수율을 낮추는데 아주 효과적이다. 가장 낮은 수분흡수율은 다릅나무 목분을 이용하고, 목분의 함량이 낮을수록, 목분의 입자크기가 작을수록, 그리고 상용화제를 첨가했을 때 얻을 수 있다. 복합재의 두께팽창은 수분흡수율과 아주 높은 상관관계를 가지고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of wood species, chemical components, filler loading level, filler particle size, and coupling agent on the water absorption property of the wood flour filled polypropylene (PP) composites were investigated in this study. After 500, 1,000, 1,500, 2,000, 2,500 and 3,000 hr water immersion, Quercus (Quercus accutisima Carr.) and Maackia (Maackia amuresis Rupr. et Maxim) showed significantly lower water absorption properties compared to Larix (Larix kaempferi Lamb.). As wood flour loading increases from 10 to 50 wt%, most wood species showed increased water absorption after a given immersion period. Particle size of wood flour proved to have very significant effects on water absorption of the composites. The effect of coupling agent was positive in terms of lowering water absorption of the composites. As the treatment level of coupling agent increases, the water absorption of the composites decreases. The lowest water absorption was obtained at the lower wood flour loading (Maackia), smaller particle size and by the addition of coupling agent. Thickness swelling of the composites shows close dependency on water absorption.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 열가소성 고분자인 PP와 다른 목재 수종으로부터 제조된 목분을 강화충진제로 첨가한 복합재의 수분흡수율과 치수안정성에 대해 조사하였다. 제조된 복합재의 이러한 특성들에 목재의 수종, 화학조성분, 입자의 크기 및 상용화제가 미치는 영향에 관해서 알아보았다.
본 연구에서는 열가소성 고분자인 PP와 다른 목재 수종으로부터 제조된 목분을 강화충진제로 첨가한 복합재의 수분흡수율과 치수안정성에 대해 조사하였다. 제조된 복합재의 이러한 특성들에 목재의 수종, 화학조성분, 입자의 크기 및 상용화제가 미치는 영향에 관해서 알아보았다.

제안 방법

80℃에서 24시간 동안 펠렛을 건조시킨 후 사출기(injection molder, Dr. Boy GmbH & Co. KG, Germany)에 주입하여 190℃의 내부온도와 5.5 MPa 압력조건에서 수분흡수율 측정을 위해 시편(115 × 11.3 × 5 mm)을 제조하였다.
기질고분자 PP에 세 가지 수종으로부터 얻어진 목분 (40∼60 mesh와 80∼100 mesh)을 첨가하여 복합재를 제조하였다. PP와 목분의 배합비율은 중량퍼센트를 기준으로 100 : 0, 90 : 10, 80 : 20, 70 : 30, 60 : 40 및 50 : 50로 혼합하였다. 또한 상용화제 1, 3, 5 wt%를 복합재의 중량에 따라 첨가시켰다.
기질고분자 PP에 세 가지 수종으로부터 얻어진 목분 (40∼60 mesh와 80∼100 mesh)을 첨가하여 복합재를 제조하였다.
PP와 목분의 배합비율은 중량퍼센트를 기준으로 100 : 0, 90 : 10, 80 : 20, 70 : 30, 60 : 40 및 50 : 50로 혼합하였다. 또한 상용화제 1, 3, 5 wt%를 복합재의 중량에 따라 첨가시켰다. 혼합된 재료는 이축 압출기(Bautek Co.
주어진 시간 후에 표면의 수분을 제거하기 위하여 마른 수건으로 제거시키고 시편의 무게와 두께를 측정한 후 다시 물 속에 보관하였다. 수분흡수율 측정을 위하여 각 시편 당 세번 반복실험을 하였다.
증류수에 침지시키기에 앞서 시편은 80℃에서 24시간 동안 오븐에서 건조시켰다. 시편은 물속에서 다른 침지시간(500, 1,000, 1,500, 2,000, 2,500 및 3,000시간)에 따라 유지되었다. 주어진 시간 후에 표면의 수분을 제거하기 위하여 마른 수건으로 제거시키고 시편의 무게와 두께를 측정한 후 다시 물 속에 보관하였다.

대상 데이터

다른 입자크기의 목분(40∼60 mesh와 80∼100 mesh)은 국립산림과학원에서 낙엽송(Larix kaempferi Lamb.), 상수리(Quercus accutisima Carr.) 및 다릅나무(Maackia amuresis Rupr. et Maxim)로부터 제조되었다.
9 g/cm³)은 (주) 대한유화공업에서 제공받았다. 상용화제로 사용된 maleated polypropylene (MAPP, 분자량 = 40,000 g/mol)은 (주)호남석유화학으로부터 제공받았다.
et Maxim)로부터 제조되었다. 폴리프로필렌(PP, 분자량=180,000 g/mol, 용융지수 = 3.2 g/10 min, 밀도 = 0.9 g/cm³)은 (주) 대한유화공업에서 제공받았다. 상용화제로 사용된 maleated polypropylene (MAPP, 분자량 = 40,000 g/mol)은 (주)호남석유화학으로부터 제공받았다.

이론/모형

헤미셀룰로오스(Hemicellulose)의 함량은 홀로셀룰로오스로부터 알파-셀룰로오스를 감하여 얻었다. 리그닌(lignin)과 추출물(extractives)의 함량은 ASTM Standard D 1106-96 (2007)과 D 1107-96 (2007) 방법을 이용하였다. 회분(Ash)의 함량은 ASTM Standard D 1102-84 (2007) 방법에 의하여 얻어졌다.
홀로셀룰로오스(holocellulose)의 함량은 ASTM Standard D 1104-56 (1978) 방법, 알파-셀룰로오스(α-cellulose)는 Tappi T203cm-99 (2009) 방법에 의해 얻어졌다.
리그닌(lignin)과 추출물(extractives)의 함량은 ASTM Standard D 1106-96 (2007)과 D 1107-96 (2007) 방법을 이용하였다. 회분(Ash)의 함량은 ASTM Standard D 1102-84 (2007) 방법에 의하여 얻어졌다. 각 화학조성분의 평균값은 각 실험을 세 번 반복하여 얻어진 수치이다.

성능/효과

10 wt%와 20 wt% 목분 함량에서 모든 수종의 PP/WF 복합재의 수분흡수율은 각각의 침지시간 후에 0.3∼1.0%의 범위로 작게 나타났지만, 30과 40 wt% 목분 함량에서는 복합재의 수분흡수율의 증가의 폭이 컸다.
0%였다. 각각의 목재수종으로 만든 PP/WF 복합재의 수분흡수율은 화학조성분 중에 알파-셀룰로오스와 헤미셀룰로오스의 함량에 크게 영향을 받을 것으로 예상했으나, 홀로셀룰로스의 함량이 가장 적은 낙엽송이 가장 높은 수분흡수율을 보였다. 이 결과는 기질수지와 목분 입자와의 계면에서 낙엽송이 다른 수종에 비해 더 큰 공극을 형성하기 때문으로 사료된다.
한편 목분의 크기가 클수록 만들어진 복합재의 수분흡수율은 크기가 작은 목분으로 만들어진 복합재보다 높았다. 각각의 수종으로 만들어진 PP/WF 복합재의 경우 MAPP를 첨가했을 때, 첨가하지 않은 복합재에 비해서 낮은 수분흡수율을 보였다. 상용화제의 함량을 1 wt%에서 5 wt%로 증가시킬수록 대체적으로 복합재의 수분흡수율은 감소하는 경향을 보였다.
3(a)∼(c)는 PP/목분 복합재의 수분흡수율에 상용화제(1, 3 및 5 wt%)가 미치는 영향을 보여준다. 각각의 수종으로부터 만들어진 PP/WF 복합재에서 MAPP를 첨가했을 때, 첨가하기 않은 복합재에 비해서 낮은 수분흡수율을 보였다. 이는 상용화제를 첨가하지 않은 경우, 친수성인 목분과 소수성의 사용수지 사이의 비친화성 때문에 많은 마이크로 크기의 공간과 약한 계면접착력의 원인이다.
2%로 가장 낮았다. 리그닌 함량은 낙엽송이 31.6%로 가장 높았으며, 상수리나무가 24.4%로 가장 낮았다. 추출물의 함량은 낙엽송이 8.
목분의 함량을 10 wt%로부터 50 wt%까지 증가시킬수록, 모든 수종에서 500, 1,000, 1,500, 2,000, 2,500 및 3,000시간 후 침지시간 후 수분흡수율이 크게 증가하는 경향을 보였다. 그러나 복합재의 수분흡수율은 목재의 화학조성분은 큰 영향을 보이지 않았다.
목분이 플라스틱에 완벽하게 코팅이 되어 수분흡수가 불가능하다면, low density polyethylene (LDPE) 수지를 이용한 WPC 보드에 목분의 함량이 10∼50 wt%로 증가시킬 때, 20∼30일 동안 물에 침지 후에 수분흡수율은 1∼12%의 수준을 보였다.
1(a)∼(c)는 80∼100 메시의 상수리나무, 낙엽송, 다릅나무 목분(10, 20, 30, 40 및 50 wt%) 침지 시간의 변화(500, 1,000, 1,500, 2,000, 2,500, 3,000 시간) 따른 수분흡수율을 나타낸다. 상수리나무와 다릅나무는 침지시간을 늘려감에 따라 낙엽송에 비하여 낮은 수분흡수율을 보였다. 50 wt%의 목분 수준에서, 상수리나무 PP/WF 복합재는 500, 1,000, 1,500, 2,000, 2,500 및 3,000시간 후 수분흡수율은 2.
각각의 수종으로 만들어진 PP/WF 복합재의 경우 MAPP를 첨가했을 때, 첨가하지 않은 복합재에 비해서 낮은 수분흡수율을 보였다. 상용화제의 함량을 1 wt%에서 5 wt%로 증가시킬수록 대체적으로 복합재의 수분흡수율은 감소하는 경향을 보였다. 각각의 수종에서 복합재의 두께팽창은 수분흡수율이 높을수록 증가한다.
, 2009).상용화제의 함량을 1 wt%에서 5 wt%로 증가시킬수록 대체적으로 복합재의 수분흡수율이 감소하는 경향을 보였다.
한편 목분의 함량을 10 wt%로부터 50 wt%까지 증가시킬수록, 모든 수종에서 500, 1,000, 1,500, 2,000, 2,500 및 3,000시간 침지 후 수분흡수율은 크게 증가하는 경향을 보였다. 10 wt%와 20 wt% 목분 함량에서 모든 수종의 PP/WF 복합재의 수분흡수율은 각각의 침지시간 후에 0.
1%로 가장 낮았다. 홀로셀룰로오스의 함량은 다릅나무가 69.6%로 가장 높았으며, 상수리나무가 67.8%, 낙엽송이 65.5% 순이었다. 알파-셀룰로오스의 함량은 상수리나무가 43.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	목재⋅플라스틱 복합재는 일반 목재에 비해 어떤 특징을 가지고 있는가?	목재⋅플라스틱 복합재(Wood Plastic Composites) 는 일반적으로 목재에 비하여 상당히 적은 양의 수분을 흡수하지만, 상업적으로 사용되는 복합재는 50% 이상의 목분을 포함하고 있어서 적지 않은 양의 수분을 흡수한다. 상업용 복합재는 24시간 동안 물에 침지 되었을 때 대체적으로 중량의 0.
	복합재 소재들은 무엇을 통해 수분을 흡수하는가?	복합재 소재들은 주로 내부의 공극(porosity) 때문에 수분을 흡수한다. 복합재의 플라스틱 원료인 폴리 프로필렌(polypropylene)과 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene)은 일반적으로 24시간 물에 침지시킬 때 0.
	목재⋅플라스틱 복합재가 수분을 흡수했을 때 어떤 문제를 야기시키는가?	복합재가 수분을 흡수하는 문제는 실질적으로 데크와 같은 건축재료에 적용될 때 여러 가지 문제를 야기시킬 수 있다. 첫 번째 문제점은 복합재의 뒤틀림 및 만곡현상이다. 또한 복합재가 수분에 포화되었을 때 종종 굴곡탄성계수가 감소하거나 하중이 적용될 때 높은 변형을 초래할 수 있다. 다른 문제점은 곰팡이의 증식이다.

참고문헌 (15)

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강인애, 이선영, 도금현, 전상진. 2009. 목분 첨가 폴리 프로필렌 복합재의 기계적 강도: 목재수종, 목분 입자 크기 및 상용화제의 영향. 목재공학 37(6): 505-516.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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