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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 PET의 내열특성을 유지하면서도 재가공된 PET의 문제점인 충격강도 저하문제를 개선하기 위해 폴리에스터계 폐TPE를 blend하여 성형체를 제조하고 열분석, morphology특성 분석, 기계적 강도 시험을 수행하여 blend 성형체의 상용성 및 내열특성, 강도 특성을 평가하였으며, 비상용성인 HDPE/PET blends의 상용성 개선을 위한 방법으로써 상용화제를 첨가하여 상용성을 증진시키는 물리적인 상용화 기술을 이용하였고, 상용화제의 종류 및 상용화제가 포함된 블렌드의 조성에 따른 기계적 특성 및 morphology를 관찰하였다.
제안 방법
- PET수지는 기계적 물성이 우수하고 범용폐플라스틱 중에서 내열성이 우수한 수지이다. 가공성이 우수하고 내충격성이 우수한 HDPE와의 블렌드를 제조함으로써 각각의수지가 갖는 장점을 이용하기 위해서는 상이 다른 두 고분자의 상용화는 필수적이며 본 연구에서는 단독 상용화제 3종(SEBS, PE-g-AA, Elvaloy)과 국내에서 생산되고 있는 두가지 상용화제를 혼합한 복합상용화제(SEBS+PE-g-MAH)를 이용하여 성형체를 제조하고 기계적 특성을 평가하였다. 시험 결과 상용화제를 첨가할 경우 상용화제를 첨가하지 않은 단순혼합 성형체의 경우에 비해 약 40% 이상 인장강도 특성이 향상되었으며 모든 상용화제의 경우에서 상용화제의 함량이 증가함에 따라 계면에서의 안정화로 기계적 물성의 향상을 관찰할 수 있었다.
- 폐PET/HDPE blend의 단점인 내열특성을 개선하고 PET 성형체의 충격강도 특성을 보완하기 위해 폐TPE를 함량별로 첨가해 blend를 제조하고 내열특성 및 강도특성을 평가한 결과 polyester계 폐TPE를 첨가함으로써 HDPE가 첨가된 기존 blend에 비해 50℃이상 높은 150℃ 이상의 내열특성을 나타내었으며 elastomer의 적용으로 충격강도가 현저히 증가되어 내열 및 탄성이 요구되는 산업분야에 적용할 수 있는 안전소재로의 적용가능성을 확인할 수 있었다. 또한 상용화제를 이용하여 PET를 블렌드 함으로써 폴리올레핀계 수지의 강도를 향상시키고자 수행된 폐HDPE와 폐PET blend의 물성에 관한 연구를 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 매트릭스 수지인 폐 PET과 폐HDPE는 8:2의 배합비로 혼합하였으며 수지 혼합물(95～80 wt%)과 상용화제 (5～20 wt%)를 건조 후 Double cone mixer에서 30rpm 으로 5분간 혼합한 후 twin screw extruder를 이용해 23 0～290℃의 온도범위에서 압출하여 pelletizing하였으며 가공된 pellet을 70℃에서 24hr이상 건조한 후 285℃의 hot press에서 200kgf/cm2의 압력으로 압착성형하여 시험용 시편을 제조하였다.
- )을 사용하여 측정하였다. 준비된 시편을 액체질소 내에서 파단하여 파단면을 gold sputtering 한 후 1,000～2,500배의 배율로 관찰하였다.
- 폐PET/TPE blend 성형체의 내열특성을 평가하기 위해 DSC(822e, Mettler Toledo Ltd.)분석을 수행하였으며 폐PET/HDPE blend 성형체와 비교평가 하였다[[Fig. 2].
대상 데이터
- 본 연구는 2003년 2월부터 10월까지 Double cone mixer, DSC(822e, Mettler Toledo Ltd.), 만능시험기 (HTE-5000N, Hounsfield), 충격강도시험기(SJI-00, Sungjin Corporation) 및 SEM(PSEM-75, RJ Lee Instruments Ltd.)을 이용하여 실험 및 측정을 하였으며, 2012년 5월부터 9월까지 자료를 분석하였다.
- 본 연구의 실험에 사용된 폐PET/TPE Blend의 제조 원료는 5ф under size로 분쇄된 폐PET(95～80 wt%)와 폐TPE(5～20 wt%)를 건조 후 Double cone mixer에서 30rpm으로 5분간 혼합한 후 twin screw extruder를 이용해 230～290℃의 온도범위에서 압출하여 pelletizing하였으며 가공된 pellet을 70℃에서 24hr이상 건조한 후 280℃ 의 hot press에서 200kgf/cm2의 압력으로 압착성형하여 시험용 시편을 제조하였다.
- 상용화제는 비상용계인 폐HDPE/폐PET 블랜드물의 상용성을 증가시켜 기계적 특성을 향상시키고 상용화제에 따른 성형체의 물성을 관찰하기 위해 사용되었으며 SE-11(SEBS, K사), EM-520M (PE-g-MAH, H사), Polybond 1009(PE-g-AA, Uniroyal사), Elvaloy(E/nBA/ GMA, DuPont사)를 단독 또는 복합으로 사용하였다.
이론/모형
- 블렌드 성형체의 인장강도는 ASTM D638의 규격에 따라 시편 가공한 후 만능시험기(HTE-5000N, Hounsfield)를 이용해 50mm/min의 cross head 속도로 측정하였으며 충격강도는 ASTM D256의 규격에 따라 V-notch 가공한 후 충격강도시험기(SJI-00, Sungjin Corporation)를 이용해 시험하였다.
- 폐TPE의 함량이 10wt(%), 20wt(%) Blend 성형체의 morphology 특성을 평가와 블렌드 성형체의 상용성 향상에 따른 계면에서의 분산상태를 확인하기 위하여 SEM(PSEM-75, RJ Lee Instruments Ltd.)을 사용하여 측정하였다. 준비된 시편을 액체질소 내에서 파단하여 파단면을 gold sputtering 한 후 1,000～2,500배의 배율로 관찰하였다.
성능/효과
- (c)] TPE의 분산상이 폐PET/폐HDPE blend에 비해 균일함을 알 수 있으며 폐TPE의 함량이 20wt(%)인 blend의 경우 마이크로상으로 분산됨을 알 수 있다.
- 1. 폐HDPE와 폐PET는 비상용성계이나 적절한 상용 화제의 적용에 의해 기계적 물성이 크게 향상되었으며, morphology 특성에서도 상용화제의 첨가에 따라 분산상의 크기가 감소하고 균일해짐이 관찰되었다.
- 2. 상용화제를 복합으로 적용함으로써 상용성을 향상 시킬 수 있었으며 그 결과 충격강도가 크게 개선됨을 알 수 있었다. 이는 기계적 물성이 우수한 PET 의 단점인 내충격성을 보완함으로써 고강도 및 내열 안전성이 요구되는 용도의 안전소재로서 적용할 수 있는 결과라고 사료된다
- 시험 결과 상용화제를 첨가할 경우 상용화제를 첨가하지 않은 단순혼합 성형체의 경우에 비해 약 40% 이상 인장강도 특성이 향상되었으며 모든 상용화제의 경우에서 상용화제의 함량이 증가함에 따라 계면에서의 안정화로 기계적 물성의 향상을 관찰할 수 있었다. PE-g-AA의 경우는 [Fig. 4]에 나타낸 바와 같이 5wt(%)에서도 우수한 인장특성을 나타내었으나 상용화제 첨가량의 증가가 충격강도의 개선에는 효과가 없었으며 또다른 단독상용화제인 SEBS와 Elvaloy의 경우 함량이 10wt(%)이상에서 평균적인 인장특성을 나타내었으며 함량 증가에 따라 충격강도도 향상됨을 알 수 있었다. SEBS와 PE-g-MAH가 복합상용화제로 사용된 성형체는 적은 함량에서 다른 상용화제에 비해 우수한 인장강도 특성을 나타내었으며 함량 20wt(%)에서 인장강도는 가장 낮은 값을 나타냈으나 충격강도의 경우 상용 화제 함량 20wt(%)에서 7.
- 4]에 나타낸 바와 같이 5wt(%)에서도 우수한 인장특성을 나타내었으나 상용화제 첨가량의 증가가 충격강도의 개선에는 효과가 없었으며 또다른 단독상용화제인 SEBS와 Elvaloy의 경우 함량이 10wt(%)이상에서 평균적인 인장특성을 나타내었으며 함량 증가에 따라 충격강도도 향상됨을 알 수 있었다. SEBS와 PE-g-MAH가 복합상용화제로 사용된 성형체는 적은 함량에서 다른 상용화제에 비해 우수한 인장강도 특성을 나타내었으며 함량 20wt(%)에서 인장강도는 가장 낮은 값을 나타냈으나 충격강도의 경우 상용 화제 함량 20wt(%)에서 7.43kgf/cm2으로 가장 우수한 결과를 나타내었다. 상용화제에 따른 blends의 강도특성을 [Table 2]에 나타내었다.
- 가정용 milk bottle로써 널리 사용되고 있는 폐HDPE 와 음료용기로 사용된 폐PET를 5ф under size의 chip상태로 분쇄하여 사용하였으며 폐HDPE와 폐PET의 열적 특성을 관찰하기 위해 DSC(822e, Mettler Toledo Ltd.)를 측정한 결과 폐HDPE는 134.61℃, 폐PET의 경우 259.49℃의 온도에서 융점이 관찰되었으며 이 결과로써 성형조건을 도출하였다[Fig. 1].
- 가공성이 우수하고 내충격성이 우수한 HDPE와의 블렌드를 제조함으로써 각각의수지가 갖는 장점을 이용하기 위해서는 상이 다른 두 고분자의 상용화는 필수적이며 본 연구에서는 단독 상용화제 3종(SEBS, PE-g-AA, Elvaloy)과 국내에서 생산되고 있는 두가지 상용화제를 혼합한 복합상용화제(SEBS+PE-g-MAH)를 이용하여 성형체를 제조하고 기계적 특성을 평가하였다. 시험 결과 상용화제를 첨가할 경우 상용화제를 첨가하지 않은 단순혼합 성형체의 경우에 비해 약 40% 이상 인장강도 특성이 향상되었으며 모든 상용화제의 경우에서 상용화제의 함량이 증가함에 따라 계면에서의 안정화로 기계적 물성의 향상을 관찰할 수 있었다. PE-g-AA의 경우는 [Fig.
- 폐PET/HDPE blend의 단점인 내열특성을 개선하고 PET 성형체의 충격강도 특성을 보완하기 위해 폐TPE를 함량별로 첨가해 blend를 제조하고 내열특성 및 강도특성을 평가한 결과 polyester계 폐TPE를 첨가함으로써 HDPE가 첨가된 기존 blend에 비해 50℃이상 높은 150℃ 이상의 내열특성을 나타내었으며 elastomer의 적용으로 충격강도가 현저히 증가되어 내열 및 탄성이 요구되는 산업분야에 적용할 수 있는 안전소재로의 적용가능성을 확인할 수 있었다. 또한 상용화제를 이용하여 PET를 블렌드 함으로써 폴리올레핀계 수지의 강도를 향상시키고자 수행된 폐HDPE와 폐PET blend의 물성에 관한 연구를 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 폐PET/폐HDPE blend와 폐PET/TPE blend의 열분석 시험 결과 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 폐PET/폐HDPE blend의 경우 두 고분자의 상용성이 없어 132.7℃에서 HDPE의 융점피크가 나타나지만 폐PET/TPE blend의 경우 폐TPE가 polyester계로서 10wt(%)에서는 213℃에서 융점피크가 나타났으며, 특히 폐TPE가 20wt(%) 첨가된 blend의 경우 상용성의 향상으로 132.7℃에서 폐TPE 의 융점피크는 나타나지 않았다.
- 폐PET에 폐TPE를 5～20wt(%) 첨가하여 성형한 blend 성형체와 가장 일반적인 PET blend인 PET/HDPE blend의 기계적 강도특성을 비교 평가한 결과 [Table 1] 에서와 같이 PET/HDPE blend의 경우 인장강도 108.5kgf/cm2, 충격강도 2.12kgfcm/cm2로 매우 낮은 강도특성을 나타내었으나 폐PET/TPE blend의 경우 폐 TPE의 함량이 10wt(%)일 경우 약 60%의 인장강도 상승 효과를 확인할 수 있었으며 충격강도의 경우도 약 두배의 상승효과를 확인할 수 있었다. 폐TPE의 함량이 10wt(%)이상에서의 함량증가에 따른 인장강도 상승효과는 나타나지 않았으나 20wt(%)인 성형체의 경우 충격강도는 10wt(%)인 성형체와 비교해 약 30%의 향상효과가 나타났다.
- 12kgfcm/cm2로 매우 낮은 강도특성을 나타내었으나 폐PET/TPE blend의 경우 폐 TPE의 함량이 10wt(%)일 경우 약 60%의 인장강도 상승 효과를 확인할 수 있었으며 충격강도의 경우도 약 두배의 상승효과를 확인할 수 있었다. 폐TPE의 함량이 10wt(%)이상에서의 함량증가에 따른 인장강도 상승효과는 나타나지 않았으나 20wt(%)인 성형체의 경우 충격강도는 10wt(%)인 성형체와 비교해 약 30%의 향상효과가 나타났다.
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