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폴리프로필렌 카보네이트/박리흑연 나노복합필름의 수분흡수 거동
Water Sorption Behaviors of Poly(Propylene Carbonate)/Exfoliated Graphite Nanocomposite Films 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.24 no.6, 2013년, pp.621 - 627  

김도완 (연세대학교 과학기술대학 패키징학과) ,  김인수 (연세대학교 과학기술대학 패키징학과) ,  서종철 (연세대학교 과학기술대학 패키징학과) ,  한학수 (연세대학교 공과대학 화공생명공학과)

초록
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친환경 소재인 폴리프로필렌카보네이트(PPC)를 포장소재로서 응용하기 위하여 가로세로비가 큰 박리흑연 EFG(exfoliated graphite)를 이용하여 함량을 달리한 6종류의 PPC/EFG 나노복합필름을 제조하였다. 제조한 나노복합필름의 수분흡수 거동을 gravimetric method를 이용하여 측정하였으며, 나노복합필름의 수분에 대한 화학적 친화성(chemical affinity)과 모폴로지(morphology) 변화를 이용하여 해석하였다. 필름 내로의 수분확산 거동은 박막의 불균일성에도 불구하고 Fickian diffusion model에 잘 부합하였으며, EFG의 함량이 증가할수록 수분 확산계수와 수분 흡수량은 $12.5{\times}10^{-10}cm^2sec^{-1}$에서 $7.2{\times}10^{-10}cm^2sec^{-1}$, 8.9 wt%에서 4.2 wt%로 각각 감소하였다. 이는 수분에 대한 PPC의 차단특성이 EFG의 도입에 따라 향상되는 것을 의미한다. 높은 가로세로비를 가진 EFG를 PPC에 도입함으로써 PPC/EFG 나노복합필름의 수분에 대한 우수한 차단성 특성 발현은 패키징분야를 포함한 차단성이 요구되는 분야로의 친환경 PPC 응용성이 클 것으로 기대된다. 한편, EFG의 도입효과를 극대화하기 위한 추가적인 EFG의 분산성 향상연구가 필요하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to apply eco-friendly poly(propylene carbonate) (PPC) into barrier packaging materials, six different PPC/exfoliated graphite (EFG) nanocomposite films with different EFG were successfully prepared by a solution blending method. Their water sorption behavior was gravimetrically investigated...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 가로세로비가 큰 박리흑연 EFG를 PPC에 도입하여 6종류의 PPC/EFG 나노복합필름을 제조하였으며, 제조한 필름의 수분 흡수 거동을 EFG 함량에 따른 화학적 구조 변화 및 모폴로지 차이의 상관관계를 조사하였다. 필름 내로의 수분확산 거동은 박막의 불균일성에도 불구하고 Fickian diffusion model에 잘 부합하였으며, PPC/EFG 나노복합필름의 수분확산 거동은 EFG 도입에 따른 화학적 구조와 모폴로지 변화에 크게 영향을 받는 것을 확인하였다.
  • 이를 바탕으로 친환경적이며 패키징 산업에 유용한 PPC의 물성 개선을 위해 열 안전성, 기계적 강도가 우수한 EFG를 활용하여 나노복합필름을 제조하고 물성변화를 통해 수분 차단성 소재 적용의 가능성을 기대해 볼 수 있다. 본 연구의 목적은 친환경적인 PPC를 포장소재로서 응용확대하기 위한 수분에 대한 차단성을 개선하기 위하여 탄소계 필러인 EFG를 PPC에 도입한 나노복합필름에 대한 수분흡수 거동을 살펴보는 것이다. 이를 위하여 먼저 EFG를 고온의 산화 박리법을 이용하여 제조하였으며, 제조한 EFG를 용액혼합법을 이용하여 PPC/EFG 나노복합필름을 제조하였다.

가설 설정

  • 시간 t < 0에서 모든 x에 대하여 C = 0, t ≥ 0에 대하여 x = 0과 x = L에 대하여 충분한 시간이 흐른 후 모든 x에 대하여 도달하게 되는 평형 값 C(∞)라고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
식품, 전기전자제품, 의약품 등의 포장에서 제품의 보관수명을 결정하는 중요한 요소는 무엇인가? 한편, 식품, 전기전자제품, 의약품 등의 포장에서는 수분, 산소 등의 기체에 대한 차단특성이 제품의 보관수명을 결정하는 중요한 요소이다[13]. 특히 과자류, 건과류 등의 식품포장에 있어서 포장필름의 수분에 대한 흡습량과 흡습 속도의 감소는 제품 내부의 변⋅부패를 억누르고, 장기간의 품질특성을 유지하게 한다.
투과현상이란 무엇인가? 따라서, 수분, 산소 등의 낮은 투과도(permeability)의 재질구성이 중요하다. 이때, 투과현상은 폴리머 필름의 표면에서 일어나는 물질의 흡⋅탈착 현상과 폴리머 필름 내부에서 일어나는 확산현상의 종합적인 결과이며, 특히 필름 내부에서 일어나는 확산 현상이 투과특성을 결정하는 중요한 인자이다. 따라서 포장 등의 제품설계를 위하여 폴리머의 차단특성을 이용하거나 차단성 필름을 개발하기 위해서는 폴리머 필름 내부에서 일어나는 수분, 산소 등의 확산현상에 대한 철저한 이해가 필요하다[13,20,21].
수분, 산소 등의 낮은 투과도의 재질구성이 중요한 이유는 무엇인가? 한편, 식품, 전기전자제품, 의약품 등의 포장에서는 수분, 산소 등의 기체에 대한 차단특성이 제품의 보관수명을 결정하는 중요한 요소이다[13]. 특히 과자류, 건과류 등의 식품포장에 있어서 포장필름의 수분에 대한 흡습량과 흡습 속도의 감소는 제품 내부의 변⋅부패를 억누르고, 장기간의 품질특성을 유지하게 한다. 따라서, 수분, 산소 등의 낮은 투과도(permeability)의 재질구성이 중요하다.
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