[논문]아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체와 폴리유산과의 블렌드에 대한 기계적 물성 및 모폴로지

이윤균; 김지문; 김우년

doi:10.9713/kcer.2011.49.4.438

아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체와 폴리유산과의 블렌드에 대한 기계적 물성 및 모폴로지
Mechanical and Morphological Properties of Poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) and Poly(lactic acid) Blends 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.49 no.4, 2011년, pp.438 - 442

이윤균 (고려대학교 화공생명공학과) , 김지문 (고려대학교 화공생명공학과) , 김우년 (고려대학교 화공생명공학과)

초록
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본 연구에서는 poly(acrylonitrile-butadiene-styrene)(ABS)와 poly(lactic acid)(PLA)를 블렌드할 경우 상용화제의 효과에 의한 기계적 물성과 모폴로지 변화에 대하여 연구하였다. 상용화제로는 poly(styrene-acrylonitrile)-g-maleic anhydride) (SAN-g-MAH), poly(ethylene-co-octene) rubber-maleic anhydride(EOR-MAH)와 poly(ethylene-co-glycidyl methacrylate) (EGMA)를 사용하였다. ABS/PLA 블렌드의 인장강도, 굴곡강도 및 충격강도를 포함한 기계적 강도 측정 결과 SAN-g-MAH, EOR-MAH 그리고 EGMA 상용화제 모두 기계적 강도가 향상되는 것을 관찰할 수 있었다. 이중에서 SAN-g-MAH를 사용하였을 때 가장 우수한 기계적 강도를 나타내었으며, 3 phr 함량에서 가장 높은 수치를 나타내었다. SEM 모폴로지의 경우 세 종류의 상용화제 모두 ABS/PLA 블렌드에서 PLA의 droplet 크기가 감소하는 것을 알 수 있었다. 요약하면, 블렌드의 기계적 물성과 모폴로지 측정 결과 ABS/PLA블렌드에서 세 종류의 상용화제중 SAN-g-MAH (3 phr) 첨가하였을 때 가장 우수한 상용화제로서의 역할을 하는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Mechanical and morphological properties of poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS) and poly(lactic acid) (PLA) blends containing compatibilizers were investigated. Poly(styrene-acrylonitrile)-g-maleic anhydride) (SAN-g-MAH), poly(ethylene-co-octene) rubber-maleic anhydride (EOR-MAH) and poly(ethylene-co-glycidyl methacrylate) (EGMA) were used as compatibilizers. Mechanical properties such as tensile, flexural and impact strengths of ABS/PLA (80/20, wt%) blends were found to be increased when the SAN-g-MAH, EOR-MAH and EGMA were used. The maximum values for mechanical properties of the ABS/PLA (80/20) blend were observed when SAN-g-MAH was used as a compatibilizer at the concentration of 3 phr. From morphological studies of the ABS/PLA (80/20) blends, PLA droplet size was decreased by the addition of the compatibilizers used in this study. From the results of mechanical and morphological properties of the ABS/PLA (80/20) blends, SAN-g-MAH (3 phr) was found to be the most effective compatibilizer among the compatibilizers used in this study.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

한다. ABS 와 PLA 블렌드 사이에는 상용성이 없는 것으로 발표되어 있으므로, 고분자간의 상용성을 증가시키기 위해 상용화제를 첨가하여 상용화제의 종류와 함량에 따른 ABS/PLA 블렌드의 물성 변화에 대해 연구하고자 한다.
본 연구는 ABS/PLA 블렌드의 상용성을 높이는 것에 관한 것으로, SAN-g-MAH, EOR-MAH 및 EGMA를 상용화제로 각각 첨가하여 함량에 따른 기계적 강도와 모폴로지 변화를 관찰하였다. 기계적 물성 측정결과 ABS 1/PLA 블렌드는 세 종류의 상용화제 첨가에 의하여 인장강도와 굴곡강도 및 충격강도 모두 증가하였으며, 세 종류의 상용화제를 비교할 경우에는 SAN-g-MAH를 상용화제로 3 phr 첨가한 경우에 가장 우수한 기계적 강도를 나타내었다.
본 연구에서는 poly(acrylonitrile-butadiene-styrene)(ABS) 에 생분해성 고분자인 PLA를 블렌드하여 기계적 강도와 모폴로지 변화를 측정하고자 한다. ABS 와 PLA 블렌드 사이에는 상용성이 없는 것으로 발표되어 있으므로, 고분자간의 상용성을 증가시키기 위해 상용화제를 첨가하여 상용화제의 종류와 함량에 따른 ABS/PLA 블렌드의 물성 변화에 대해 연구하고자 한다.

제안 방법

ABS/PLA 블렌드는 무게비로 80/20 wt%, 상용화제로 사용된 SAN-g-MAH, EOR-MAH 및 EGMA는 1, 3, 5, 7 phr을 첨가하여 블렌드 시편을 제조하였으며, 각각의 조성을 Table 3에 나타내었다. 고분자 블렌드 공정은 동방향 이축압출기 (내경: 27 mm, L/D:40, Leistritz Co.
ABS/PLA(80/20) 블렌드 단면의 미세 구조 및 분산상의 크기 및 분포를 통해 상용성을 관찰하기 위해 SEM 모폴로지를 측정하였다. 이 때 보다 정확한 측정을 위하여 PLA를 ethylamine solution을 이용하여 etching하였다 Fig.
ABS/PLA블렌드의 형구학적 특성을 관찰하기 위하여 일본 Hitachi 사의 S-4300SE field emission scanning electron microscope(FE-SEM) 기기를 이용하였다. 관찰용 시편은 hot press를 이용하여 230 oC, 20 MPa의 압력 층]에서 시편을 만든 후 액체 질소 속에 20부간 함침 후 파단하였으며, 백금으로 코팅시킨 후 15 kv의 가속전압으로 관찰하였다.
이용하였다. 관찰용 시편은 hot press를 이용하여 230 oC, 20 MPa의 압력 층]에서 시편을 만든 후 액체 질소 속에 20부간 함침 후 파단하였으며, 백금으로 코팅시킨 후 15 kv의 가속전압으로 관찰하였다.
기계적 물성 측정은 Instron사의 만능재료시험기 (Universal Test Machine, Model 4467)를 사용하여 굴곡강도와 인장강도를 측정하였고, Toyoseiki의 Izod impact tester(Model DG-IB2)를 이용하여 중격강도를 측정하였다. 인장강도는 ASTM D-638에 의거하여 크로스 헤드 속도는 5 mm/min, 게이지 길이는 50 mm로 설정하여 측정하였으며, 중격강도는 ASTM D-256에 의거하여 notched Izod impact strength를 측정하였다.
인장강도는 ASTM D-638에 의거하여 크로스 헤드 속도는 5 mm/min, 게이지 길이는 50 mm로 설정하여 측정하였으며, 중격강도는 ASTM D-256에 의거하여 notched Izod impact strength를 측정하였다. 또한 시편의 종류에 따라 각각 5번씩 측정하여 평균값을 구했다.
3-1. 기계적 물성 분석

분자량과 기계적 물성이 다른 두 종류의 ABS를 PLA와 블렌드하여 기계적 물성을 관찰하였다. Fig.
측정 결과 3 phr에서 가장 작은 PLA droplet 크기를 나타내었으며, 이는 앞선 기계적 강도 측정 결과와 동일함을 알 수 있다. 이 결과를 바탕으로 ABS 2/PLA 블렌드에 대하여 SAN-g-MAH 를 상용화제로 첨가하였으며, 함량에 따른 ABS 2/PLA 블렌드의 SEM 모폴로지 변화를 Fig. 7에 나타내었다. 모폴로지 관찰 결과 5 phr 첨가하였을 때 910 um 에서 468 um로 가장 작은 PLA droplet 크기를 나타내었으며, 이 역시 앞선 인장 강도 측정 결과와 동일함을 알 수 있다.
이 결과를 바탕으로 하여 SAN-g-MAH 를 상용화제로 첨가하여 ABS 2/PLA 블렌드의 인장강도를 측정하였으며, 그 결과를 Fig. 4에 나타내었다. ABS 1과 ABS 2에 대한 PLA 블렌드의 인장강도 측정 결과 ABS 2 역시 상용화제 함량의 증가에 따라 인장강도가 향상되는 것을 알 수 있으며, 5 phr 첨가할 경우 200.

대상 데이터

1에 나타내었다. ABS는 LG화학의 ABS 1(TR540)과 ABS 2 (DP270) 제품을 사용하였고, PLA는 NatureWorks의 4032D를 사용하였다. 또한 고분자 블렌드의 상용성을 향상시키기 위해서 poly (styrene-acrylonitrile)-g-maleic anhydride) (SAN-g-MAH)(LG 화학, XT580), poly(ethylene-co-octene) rubber-maleic anhydride(EOR-MAH) (Dupont, 493D) 및 poly(ethylene-co-이ycidyl methacrylate) (EGMA) (Sumitomo chem.
ABS는 LG화학의 ABS 1(TR540)과 ABS 2 (DP270) 제품을 사용하였고, PLA는 NatureWorks의 4032D를 사용하였다. 또한 고분자 블렌드의 상용성을 향상시키기 위해서 poly (styrene-acrylonitrile)-g-maleic anhydride) (SAN-g-MAH)(LG 화학, XT580), poly(ethylene-co-octene) rubber-maleic anhydride(EOR-MAH) (Dupont, 493D) 및 poly(ethylene-co-이ycidyl methacrylate) (EGMA) (Sumitomo chem., RA-3150)을 상용화제로 사용하였으며, 그 특성을 Table 2에 나타내었다.
본 연구에 사용한 고분자 시료는 상업용 제품으로서 그 특성을 Table 1에 나타내었다. ABS는 LG화학의 ABS 1(TR540)과 ABS 2 (DP270) 제품을 사용하였고, PLA는 NatureWorks의 4032D를 사용하였다.

이론/모형

측정하였다. 인장강도는 ASTM D-638에 의거하여 크로스 헤드 속도는 5 mm/min, 게이지 길이는 50 mm로 설정하여 측정하였으며, 중격강도는 ASTM D-256에 의거하여 notched Izod impact strength를 측정하였다. 또한 시편의 종류에 따라 각각 5번씩 측정하여 평균값을 구했다.

성능/효과

은 ABS 1/PLA(80/20) 블렌드에 대하여 상용화제의 종류와 함량에 따른 인장강도의 측정 결과를 나타내고 있다. ABS 1/PLA 블렌드에서 EOR-MAH와 EGMA를 상용화제로 첨가할 경우 1 phr이 포함된 경우를 제외하고 함량이 증가함에 따라 인장강도가 감소하는 것을 알 수 있으며, SAN-g-MAH의 경우에는 상용화제의 함량이 증가함에 따라 인장강도 수치가 증가하는 것을 알 수 있다. 세 종류의 상용화제를 비교할 경우 SAN-g-MAH 가 나머지 두 상용화제보다 높은 인장강도 상승을 나타내었으며, 3 phr 첨가하였을 때 313.
4에 나타내었다. ABS 1과 ABS 2에 대한 PLA 블렌드의 인장강도 측정 결과 ABS 2 역시 상용화제 함량의 증가에 따라 인장강도가 향상되는 것을 알 수 있으며, 5 phr 첨가할 경우 200.2 kg/cm²에서 227.6 kg《cm2으로 가장 높은 수치를 나타냄을 알 수 있다. 이와 같은 결과를 바탕으로 SAN-g-MAH가 ABS/PLA 블렌드에서 상용화제로서 적합하다는 것을 알 수 있다.
기계적 물성 측정결과 ABS 1/PLA 블렌드는 세 종류의 상용화제 첨가에 의하여 인장강도와 굴곡강도 및 충격강도 모두 증가하였으며, 세 종류의 상용화제를 비교할 경우에는 SAN-g-MAH를 상용화제로 3 phr 첨가한 경우에 가장 우수한 기계적 강도를 나타내었다. ABS 2/PLA 블렌드에 SAN-g-MAH를 상용화제로 첨가한 경우에도 인장강도가 향상되는 것을 나타내었으며, 5 phr 함량에서 가장 높은 인장강도를 나타내었다.
Fig. 1~3에서 나타낸 바오牛 같이 SAN-g-MAH, EOR-MAH 및 EGMA 세 종류의 상용화제의 첨가에 의한 ABS 1/PLA 블렌드의 인장강도, 굴곡강도 및 충격강도를 측정한 결과 세 상용화제 모두 ABS 1과 PLA 블렌드의 상용성을 향상시키는 역할을 하는 것을 알 수 있으며 , 세 종류의 상용화제중 SAN-g-MAH 를 3 phr 첨가하였을 때가장 높은 수치를 나타내었다. SAN-g-MAH 가 나머지 두 상용화제보다 더 높은 기계적 강도를 나타내는 것으로 보아 ABS 1/PLA 블렌드의 상용화제로서 가장 적합하다고 할 수 있다.
1~3에서 나타낸 바오牛 같이 SAN-g-MAH, EOR-MAH 및 EGMA 세 종류의 상용화제의 첨가에 의한 ABS 1/PLA 블렌드의 인장강도, 굴곡강도 및 충격강도를 측정한 결과 세 상용화제 모두 ABS 1과 PLA 블렌드의 상용성을 향상시키는 역할을 하는 것을 알 수 있으며 , 세 종류의 상용화제중 SAN-g-MAH 를 3 phr 첨가하였을 때가장 높은 수치를 나타내었다. SAN-g-MAH 가 나머지 두 상용화제보다 더 높은 기계적 강도를 나타내는 것으로 보아 ABS 1/PLA 블렌드의 상용화제로서 가장 적합하다고 할 수 있다.
따른 기계적 강도와 모폴로지 변화를 관찰하였다. 기계적 물성 측정결과 ABS 1/PLA 블렌드는 세 종류의 상용화제 첨가에 의하여 인장강도와 굴곡강도 및 충격강도 모두 증가하였으며, 세 종류의 상용화제를 비교할 경우에는 SAN-g-MAH를 상용화제로 3 phr 첨가한 경우에 가장 우수한 기계적 강도를 나타내었다. ABS 2/PLA 블렌드에 SAN-g-MAH를 상용화제로 첨가한 경우에도 인장강도가 향상되는 것을 나타내었으며, 5 phr 함량에서 가장 높은 인장강도를 나타내었다.
7에 나타내었다. 모폴로지 관찰 결과 5 phr 첨가하였을 때 910 um 에서 468 um로 가장 작은 PLA droplet 크기를 나타내었으며, 이 역시 앞선 인장 강도 측정 결과와 동일함을 알 수 있다.
모폴로지 측정 결과 ABS/PLA 블렌드에 첨가한 세 종류의 상용화제에 대하여 PLA droplet 크기가 감소하는 것을 관찰하였으며, 결론적으로 블렌드의 기계적 물성, 모폴로지 측정 결과 ABS/PLA 블렌드에서 SAN-g-MAH, EOR-MAH 및 EGMA 모두 상용화제로서의 역할을 하는 것을 알 수 있으며, 이 중 SAN-g-MAH가 가장 효과적인 상용화제임을 알 수 있었다.
5는 SAN-g-MAH, EOR-MAH 및 EGMA 세 종류의 상용화제를 3 phr 첨가하였을 때, ABS 1/PLA 블렌드의 SEM 모폴로지를 나타내고 있다. 세 종류의 상용화제를 각각 ABS 1/PLA 블렌드에 첨가하였을 때 PLA의 droplet 크기가 667 um에서 SAN-g-MAH 를 첨가한 경우 367 um, EOR-MAH의 경우에는 186 um, EGMA의 경우에는 577 um로 감소하는 것을 알 수 있으며, SAN-g-MAH와 EOR-MAH를 첨가한 경우가 EGMA 를 첨가한 경우보다 작은 droplet 크기를 나타내고 있다. Fig.
ABS 1/PLA 블렌드에서 EOR-MAH와 EGMA를 상용화제로 첨가할 경우 1 phr이 포함된 경우를 제외하고 함량이 증가함에 따라 인장강도가 감소하는 것을 알 수 있으며, SAN-g-MAH의 경우에는 상용화제의 함량이 증가함에 따라 인장강도 수치가 증가하는 것을 알 수 있다. 세 종류의 상용화제를 비교할 경우 SAN-g-MAH 가 나머지 두 상용화제보다 높은 인장강도 상승을 나타내었으며, 3 phr 첨가하였을 때 313.7 kgfcm²에서 374. kgf/cm²로 가장 높은 인장강도를 나타내었다.
이상의 Fig. 1~7에서 나타낸 바와 같이 기계적 강도와 SEM 모폴로지 측정결과 ABS/PLA블렌드에 첨가한 세 종류의 상용화제 모두 상용화제로서의 효과를 가지고 있음을 알 수 있으며, SAN-g-MAH 가 가장 효과적인 상용화제임을 알 수 있다.
6 kg《cm2으로 가장 높은 수치를 나타냄을 알 수 있다. 이와 같은 결과를 바탕으로 SAN-g-MAH가 ABS/PLA 블렌드에서 상용화제로서 적합하다는 것을 알 수 있다.
6은 ABS 1/PLA 블렌드에 대하여 SAN-g-MAH를 상용화제로 첨가한 경우 함량에 따른 SEM 모폴로지를 변화를 나타내고 있다. 측정 결과 3 phr에서 가장 작은 PLA droplet 크기를 나타내었으며, 이는 앞선 기계적 강도 측정 결과와 동일함을 알 수 있다. 이 결과를 바탕으로 ABS 2/PLA 블렌드에 대하여 SAN-g-MAH 를 상용화제로 첨가하였으며, 함량에 따른 ABS 2/PLA 블렌드의 SEM 모폴로지 변화를 Fig.

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저자의 다른 논문 :

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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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