[논문]고밀도 폴리에틸렌/폴리에틸렌-옥텐 공중합체 블렌드의 결정화 거동 및 기계적 물성에 관한 연구

손영곤

doi:10.5762/kais.2013.14.6.3108

초록
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이 연구에서는 옥텐의 함량이 다른 4가지 메탈로센 LLDPE (mLLDPE)를 각각 HDPE와 여러 조성에서 혼합한 후 시료들의 결정화 거동 및 기계적인 물성을 관찰하여 mLLDPE/HDPE의 혼화성에 관하여 연구하였다. 옥텐의 함량이 4.1, 6.8, 9.8 및 12.5 mol.% 인 네 종류의 mLLDPE에 HDPE를 100/0, 80/20, 60/40, 40/60/ 20/80 및 0/100의 비율로 용융 혼합하여 시료를 제조하였고, 이 시료의 결정화 온도, 용융온도를 DSC를 이용하여 측정하였다. 또한 각 시료의 기계적 물성을 인장 시험기를 이용하여 측정하였다. HDPE와 mLLDPE의 결정화 온도 및 용융온도는 상대편 고분자의 존재에 의하여 변하는 것으로 보아 용융상태에서 두 물질이 서로 같이 존재하는 구조, 즉 완전히 균일상이거나 최소한 부분적 상용성이 있음을 알 수 있었다. 용융온도가 낮은 mLLDPE의 용융피크는 HDPE를 첨가함에 따라증가하는 것으로 보아 mLLDPE의 결정상에는 HDPE가 같이 결정화가 되어 있는 것을 알 수 있었다. 그러나 HDPE결정에 mLLDPE가 같이 결정화 되어있는지는 확인할 수 없었다. 열분석과 기계적 물성을 측정한 결과 HDPE와 mLLDPE의 상용성은 mLLDPE에서 존재하는 옥텐의 함량이 낮을수록 증가하는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Compatibility between mLLDPE and HDPE was investigated by observing the crystallization behavior and mechanical properties of their blends. HDPE and mLLDPE blends were prepared by a melt-blending with compositions of 100/0, 80/20, 60/40, 40/60/ 20/80 and 0/100. Four different mLLDPEs containing vari...

Compatibility between mLLDPE and HDPE was investigated by observing the crystallization behavior and mechanical properties of their blends. HDPE and mLLDPE blends were prepared by a melt-blending with compositions of 100/0, 80/20, 60/40, 40/60/ 20/80 and 0/100. Four different mLLDPEs containing various octene contents (4.1, 6.8, 9.8 및 12.5 mol.%) were investigated. The melting temperature and crystallization peak temperature of the blends were measured by DSC and the mechanical properties were measured in an universal testing machine. By observation that the melting and crystallization peak temperatures of one component were affected by its counterparts, it was revealed that HDPE and mLLDPE are miscible or at leat partially miscible at molten state. It was also found that the crystalline phase of mLLDPE contains HDPE crystals. However. it was not clear that mLLDPE was cocrystalized in the crystalline phase of HDPE. By various investigation with DSC and mechanical properties, it was concluded that the compatibility between mLLDPE and HDPE decreases with the octene content in the mLLDPE.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 공단량체의 함량이 다른 4가지 mLLDPE를 각각 HDPE와 여러 조성에서 혼합 한 후 시료들의 결정화 거동 및 기계적인 물성을 관찰하여 mLLDPE/HDPE의 혼화성에 관한 체계적인 연구를 진행하였고 그 결과를 본 논문에 나타냈다.

제안 방법

HDPE/mLLDPE의 비가 100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 및 0/100인 블렌드를 제조하였다. 각 재료의 혼련은 본 실험실에서 자체 제작한 micro compounder를 사용하였고, 온도는 200℃로 고정하고, mixing cycle 횟수는 50회로 하였다.
인장테스트는 만능시험기(model Hounsfield H25KS)를 사용하였다. 인장 속도 50 mm/min로 상온에서 5 kN의 load cell을 이용하여 측정하였고 인장 시편의 규격은 ASTM D412이다.
준비된 HDPE/mLLDPE 블렌드의 결정화 및 용융 특성을 조사하기 위하여 시차주사 열량계 (DSC)를 이용하여 열분석을 하였다. 먼저 시료의 온도를 200 ℃ 까지 최대 속도로 승온시킨 후 3분 동안 등온 유지시켰다.

대상 데이터

모두 Dow Chemical 사에서 제조된 상업화된 그레이드로 에틸렌과 1-옥텐의 공중합체이다. HDPE는 SK Chemicals 사에서 입수하였다. 사용된 고분자들에 대한 정보를 Table 1에 요약하였다.
연구에 쓰인 mLLDPE는 네 가지 종류였다. 모두 Dow Chemical 사에서 제조된 상업화된 그레이드로 에틸렌과 1-옥텐의 공중합체이다. HDPE는 SK Chemicals 사에서 입수하였다.

성능/효과

옥텐의 함량이 다른 4가지 mLLDPE와 HDPE의 블렌드를 제조한 후 시료들의 결정화 거동 및 기계적인 물성을 관찰하여 다음과 같은 사실 들을 알 수 있었다. HDPE와 mLLDPE의 결정화 온도 및 용융온도는 상대편 고분자의 존재에 의하여 변하는 데 이를 통하여 용융상태에서 완전히 균일상이거나 최소한 부분적 상용성이 있을 알 수 있었다. 또한 mLLDPE의 결정상에는 HDPE가 같이 결정화가 되어 있는 것을 알 수 있었다.
또한 mLLDPE의 결정상에는 HDPE가 같이 결정화가 되어 있는 것을 알 수 있었다. HDPE와 mLLDPE의 상용성은 mLLDPE에서 존재하는 옥텐의 함량이 낮을수록 증가하는 것을 알 수 있었다.
HDPE와 mLLDPE의 결정화 온도 및 용융온도는 상대편 고분자의 존재에 의하여 변하는 데 이를 통하여 용융상태에서 완전히 균일상이거나 최소한 부분적 상용성이 있을 알 수 있었다. 또한 mLLDPE의 결정상에는 HDPE가 같이 결정화가 되어 있는 것을 알 수 있었다. HDPE와 mLLDPE의 상용성은 mLLDPE에서 존재하는 옥텐의 함량이 낮을수록 증가하는 것을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폴리에텔렌이란 무엇인가?	폴리에텔렌 (polyethylene, PE)은 폴리프로필렌 (polypropylene, PP)과 더불어 가장 많이 사용되는 범용 고분자이다[1]. PE는 고밀도 폴리에틸렌 (high-density polyethylene, HDPE)과 저밀도 폴리에틸렌 (low-density polyethylene, LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌 (linear low-density polyethylene, LLDPE)으로 나뉘는데 HDPE 는 PE 중 강성이 가장 높아 우유병, 화장품 병과 같은 용기로서 주로 사용되고 LDPE 및 LLDPE는 연성이 높아 필름, 식품 포장재로 주로 사용된다.
	PE는 어떻게 나뉘는가?	폴리에텔렌 (polyethylene, PE)은 폴리프로필렌 (polypropylene, PP)과 더불어 가장 많이 사용되는 범용 고분자이다[1]. PE는 고밀도 폴리에틸렌 (high-density polyethylene, HDPE)과 저밀도 폴리에틸렌 (low-density polyethylene, LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌 (linear low-density polyethylene, LLDPE)으로 나뉘는데 HDPE 는 PE 중 강성이 가장 높아 우유병, 화장품 병과 같은 용기로서 주로 사용되고 LDPE 및 LLDPE는 연성이 높아 필름, 식품 포장재로 주로 사용된다. PP는 HDPE 보다 경도 및 강성이 더욱 높아 사출성형 공정을 통하여 주로 강성이 필요한 구조용 제품에 사용된다.
	폴리프로필렌은 어떤 특징으로 어디에 사용되는가?	PE는 고밀도 폴리에틸렌 (high-density polyethylene, HDPE)과 저밀도 폴리에틸렌 (low-density polyethylene, LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌 (linear low-density polyethylene, LLDPE)으로 나뉘는데 HDPE 는 PE 중 강성이 가장 높아 우유병, 화장품 병과 같은 용기로서 주로 사용되고 LDPE 및 LLDPE는 연성이 높아 필름, 식품 포장재로 주로 사용된다. PP는 HDPE 보다 경도 및 강성이 더욱 높아 사출성형 공정을 통하여 주로 강성이 필요한 구조용 제품에 사용된다. 폴리에틸렌을 생산하는 기업체에서는 다양한 그레이드를 개발하기 위해서 HDPE에 LDPE 및 LLDPE를 혼합하는 연구를 수행하는데 이때 우수한 물성이 발현되기 위해서는 두 고분자간의 혼화성(miscibility) 이 중요하므로 HDPE/LDPE 및 HDPE/LLDPE의 혼화성에 관한 연구가 많이 진행되어왔다[2-7].

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