PEIT는 옥수수와 같은 재생 가능한 자원에서 유래한 isosorbide monomer를 이용하여 bio-contents를 함유하고 있는 PET이다. 하지만 isosorbide contents가 향상될수록 기계적물성이 감소하는 단점이 있다. 본 연구에서는 우수한 기계적 물성을 가지고 있는 polycarbonate를 이용하여 PEIT의 단점을 보완하고, 또한 PEIT를 이용하여 PC의 인장신율 향상을 통해 성형가공성을 개선하고자 하였다. 이축압출기를 통해 제조한 PEIT/PC 블렌드에서 polycarbonate가 모폴로지, 유리전이온도거동, 열적안정성 및 기계적 물성에 미치는 영향을 확인하기 위해 FE-SEM, DMA, TGA, UTM 및 Izod impact tester를 통하여 분석을 수행하였다. 이로써 우수한 기계적 물성을 가진 polycarbonate는 PEIT와 상용성이 있음을 확인하였으며, 특히 PEIT25PC75 조성에서 열적 안정성 및 기계적 특성의 향상이 뛰어난 것을 알 수 있었다.
PEIT는 옥수수와 같은 재생 가능한 자원에서 유래한 isosorbide monomer를 이용하여 bio-contents를 함유하고 있는 PET이다. 하지만 isosorbide contents가 향상될수록 기계적물성이 감소하는 단점이 있다. 본 연구에서는 우수한 기계적 물성을 가지고 있는 polycarbonate를 이용하여 PEIT의 단점을 보완하고, 또한 PEIT를 이용하여 PC의 인장신율 향상을 통해 성형가공성을 개선하고자 하였다. 이축압출기를 통해 제조한 PEIT/PC 블렌드에서 polycarbonate가 모폴로지, 유리전이온도거동, 열적안정성 및 기계적 물성에 미치는 영향을 확인하기 위해 FE-SEM, DMA, TGA, UTM 및 Izod impact tester를 통하여 분석을 수행하였다. 이로써 우수한 기계적 물성을 가진 polycarbonate는 PEIT와 상용성이 있음을 확인하였으며, 특히 PEIT25PC75 조성에서 열적 안정성 및 기계적 특성의 향상이 뛰어난 것을 알 수 있었다.
Poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate) (PEIT) is interest in polymer which has isosorbide monomer that is renewable resources such as corn. However, there is important drawback which is low mechnical properties as increasing isosorbide contents. In this study, polycarbonate used to make up for d...
Poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate) (PEIT) is interest in polymer which has isosorbide monomer that is renewable resources such as corn. However, there is important drawback which is low mechnical properties as increasing isosorbide contents. In this study, polycarbonate used to make up for drawback of mechanical properties of PEIT. In addition, PEIT used to improve the tensile elongation of polycarbonate because PEIT has good sheet proccessability. The effect of polycarbonate on morphology, thermal and mechanical properties were investigated using FE-SEM, DMA, TGA, UTM, and notched izod impact strength tester. As a result of this study, PEIT/PC blends were in compatible system and polycarbonate can act as an improvement of thermal stability and mechanical properties in the blends.
Poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate) (PEIT) is interest in polymer which has isosorbide monomer that is renewable resources such as corn. However, there is important drawback which is low mechnical properties as increasing isosorbide contents. In this study, polycarbonate used to make up for drawback of mechanical properties of PEIT. In addition, PEIT used to improve the tensile elongation of polycarbonate because PEIT has good sheet proccessability. The effect of polycarbonate on morphology, thermal and mechanical properties were investigated using FE-SEM, DMA, TGA, UTM, and notched izod impact strength tester. As a result of this study, PEIT/PC blends were in compatible system and polycarbonate can act as an improvement of thermal stability and mechanical properties in the blends.
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제안 방법
DMA는 –10℃에서 200℃까지 2℃/min의 승온 속도로 측정하였으며, TGA는 30℃에서 800℃까지 10℃/min의 승온 속도로 질소분위기에서 측정하였다.
블렌드의 도메인을 관찰하기 위하여 JEOL 社의 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope, JSM-7500F)을 사용하였다. FE-SEM 시편은 액체질소에 급랭하여 파단한 후 백금 코팅하여 시편의 단면을 관찰하였다.
PEIT와 PC사이의 열적거동 변화를 관찰하기 위하여 DMA (Perkin Elmer, DMA 8000)의 damping peak를 이용하여 블렌드의 유리전이온도 거동을 관찰하였다. 또한, TGA (Perkin Elmer, TGA4000)를 통하여 블렌드의 열적 안정성을 측정하였다.
사출 성형기를 이용하여 얻어진 시편을 UTM(Universal Testing Machine, Tinius olsen, H5K-T)을 이용하여 ASTM D638 규격에 따라 인장강도와 인장신율을 동일 조건하에서 5회 측정하였다. 또한, ASTM D256의 규격에 의거하여 제조된 아이조드 충격강도 시편을 노칭 성형기로 Notch한 다음 Izod 충격시험기 (Izod impact tester, QM 700A, Korea)를 이용하여 충격강도를 동일 조건하에서 5회 측정 후 평균값을 취하였다.
PEIT와 PC사이의 열적거동 변화를 관찰하기 위하여 DMA (Perkin Elmer, DMA 8000)의 damping peak를 이용하여 블렌드의 유리전이온도 거동을 관찰하였다. 또한, TGA (Perkin Elmer, TGA4000)를 통하여 블렌드의 열적 안정성을 측정하였다. DMA는 –10℃에서 200℃까지 2℃/min의 승온 속도로 측정하였으며, TGA는 30℃에서 800℃까지 10℃/min의 승온 속도로 질소분위기에서 측정하였다.
본 연구에서는 PEIT내 isosorbide 모노머의 mol%에 따른 기계적 물성 감소를 polycarbonate를 이용하여 강인성을 증가함으로서 기계적 물성이 개선된 PEIT/PC 블렌드를 이축압출기를 이용하여 제조하였고, FE-SEM, DMA, TGA, UTM 및 IZOD 충격강도 시험기를 이용하여 모폴로지, 열적 및 기계적 특성을 측정하였다.
사출 성형기를 이용하여 얻어진 시편을 UTM(Universal Testing Machine, Tinius olsen, H5K-T)을 이용하여 ASTM D638 규격에 따라 인장강도와 인장신율을 동일 조건하에서 5회 측정하였다. 또한, ASTM D256의 규격에 의거하여 제조된 아이조드 충격강도 시편을 노칭 성형기로 Notch한 다음 Izod 충격시험기 (Izod impact tester, QM 700A, Korea)를 이용하여 충격강도를 동일 조건하에서 5회 측정 후 평균값을 취하였다.
용융블렌딩법을 이용하여 무게 조성비 PEIT/PC 100/0, 75/25, 50/50, 25/75, 0/100으로 블렌드를 제조하였다. 제조에 사용된 장비는 Bautek 社의 BA-19 이축압출기 (L/D=40, 19Φ, co-rotating)를 사용하였으며, 200℃(hopper)에서 260℃(die)의 배럴 온도에서 200rpm의 속도로 제조하였다.
제조에 사용된 장비는 Bautek 社의 BA-19 이축압출기 (L/D=40, 19Φ, co-rotating)를 사용하였으며, 200℃(hopper)에서 260℃(die)의 배럴 온도에서 200rpm의 속도로 제조하였다. 제조하여 얻어진 샘플을 진공오븐에서 24시간 건조 후 기계적 물성 측정을 위해 흥화기계공업의 HVM25VS를 이용하여 사출 성형으로 표준 시편을 만들었다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate)(PEIT)는 SK Chemical 社의 Ecozen T-120 (Isosorbide contents=15mol%)을 사용하였으며, polycarbonate는 LOTTE Chemical 社의 HOPELEX P-1150 (Low viscosity, MI=15g/10min at 300℃,1.2kg)을 사용하였다.
제조에 사용된 장비는 Bautek 社의 BA-19 이축압출기 (L/D=40, 19Φ, co-rotating)를 사용하였으며, 200℃(hopper)에서 260℃(die)의 배럴 온도에서 200rpm의 속도로 제조하였다.
이론/모형
블렌드의 도메인을 관찰하기 위하여 JEOL 社의 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope, JSM-7500F)을 사용하였다. FE-SEM 시편은 액체질소에 급랭하여 파단한 후 백금 코팅하여 시편의 단면을 관찰하였다.
성능/효과
(1) DMA thermograms에서는 블렌드 조성 모두 단일 유리전이온도를 보이는 것으로 보아 PEIT와 PC 사이의 상용성이 있는 것을 확인하였다. 하지만 PEIT75PC25 조성에서는 PEIT의 유리전이온도보다 아래에서 damping peak가 관찰되는 것으로 보아 다른 조성에 비하여 상용성이 떨어지는 것으로 판단하였다.
(2) TGA에서 PC의 함량이 많아질수록 열분해 온도가 상승하는 것으로 보아 PC가 PEIT의 열분해 거동을 방해하여 나타나는 결과인 것으로 판단된다.
(3) PEIT25PC75 조성에서 raw material 보다 높은 인장강도를 보였으며, sheet 가공성이 좋은 PEIT의 함량이 많아질수록 PC의 인장신율이 향상되는 것을 확인하였다. 또한 우수한 충격강도를 가지고 있는 PC의 함량이 많아질수록 PEIT의 충격강도가 향상되는 것을 확인하였다.
이 결과는 앞서 FE-SEM image와 DMA thermograms 결과와 일치하며 PEIT75PC25 조성은 상대적으로 상용성이 떨어져 기계적 물성의 향상이 미비한 것으로 판단된다. Izod 충격강도 시험에서는 PC 25wt%첨가 시 블렌드물의 충격강도가 약 5배 가량 향상되는 것을 확인하였다. 이는 우수한 충격강도를 가지고 있는 PC가 PEIT의 충격에 대한 흡수에너지를 증가시킨 것으로 판단되며, PEIT50PC50 조성부터는 충격강도가 급격히 상승하는 것으로 보아 우수한 상용성으로 인해 시너지 효과가 일어난 것으로 판단된다.
4에 나타내었다. PEIT75PC25 조성에서는 전형적인 sea island 현상을 보여 다른 조성에 비해 상용성이 떨어지는 조성임을 확인하였다. 이는 DMA thermogram에서 PEIT75PC25 조성에서 유리전이온도가 감소한 결과와 일치한다.
PEIT와 PC의 블렌드를 통하여 PC의 인장신율이 향상되는 것을 관찰하였다. 이는 PEIT가 PC에 비하여 일반적으로 sheet 가공성이 우수하기 때문인 것으로 판단된다.
(3) PEIT25PC75 조성에서 raw material 보다 높은 인장강도를 보였으며, sheet 가공성이 좋은 PEIT의 함량이 많아질수록 PC의 인장신율이 향상되는 것을 확인하였다. 또한 우수한 충격강도를 가지고 있는 PC의 함량이 많아질수록 PEIT의 충격강도가 향상되는 것을 확인하였다. 하지만 상용성이 떨어지는 PEIT75PC25 조성인 경우 가장 낮은 기계적 물성 값을 기록하였다.
이는 Fedors의 group contribution method에 의거한 solubility parameter value(δ)[10]에서 δ값의 차이가 3이내인 것으로 보아 PEIT와 PC 사이에 이론적으로 상용성이 있는 것으로 판단하였고, 이는 실험적으로 얻은 DMA thermogram의 결과와도 일치함을 확인하였다.
Izod 충격강도 시험에서는 PC 25wt%첨가 시 블렌드물의 충격강도가 약 5배 가량 향상되는 것을 확인하였다. 이는 우수한 충격강도를 가지고 있는 PC가 PEIT의 충격에 대한 흡수에너지를 증가시킨 것으로 판단되며, PEIT50PC50 조성부터는 충격강도가 급격히 상승하는 것으로 보아 우수한 상용성으로 인해 시너지 효과가 일어난 것으로 판단된다.
이는 PEIT가 PC에 비하여 일반적으로 sheet 가공성이 우수하기 때문인 것으로 판단된다. 인장강도에서 PEIT25PC75 조성의 경우 PC보다 높은 인장강도를 보였고, PEIT50PC50조성의 경우 중간값과 PEIT75PC25 조성은 PEIT의 인장강도보다 낮은 값에서 관찰되었다. 이 결과는 앞서 FE-SEM image와 DMA thermograms 결과와 일치하며 PEIT75PC25 조성은 상대적으로 상용성이 떨어져 기계적 물성의 향상이 미비한 것으로 판단된다.
PC와 PEIT의 경우 각각 150℃와 125℃ 부근에서 유리전이온도가 각각 관찰되었다. 하지만 PEIT/PC 블렌드의 전 조성에서 단일 유리전이온도를 보이는 것을 확인하였다. PEIT25PC75 조성에서는 144.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
PEIT이란?
PEIT는 옥수수와 같은 재생 가능한 자원에서 유래한 isosorbide monomer를 이용하여 bio-contents를 함유하고 있는 PET이다. 하지만 isosorbide contents가 향상될수록 기계적물성이 감소하는 단점이 있다.
글루코스는 무엇인가?
옥수수와 같은 재생 가능한 자원에서 파생된 글루코스는 isosorbide 모노머로 전환이 가능하며, Poly(ethyleneo-isosorbide terephthalate) (PEIT)는 isosorbide 모노머를 이용한 코폴리에스터이다[1].
PEIT의 단점은?
PEIT는 옥수수와 같은 재생 가능한 자원에서 유래한 isosorbide monomer를 이용하여 bio-contents를 함유하고 있는 PET이다. 하지만 isosorbide contents가 향상될수록 기계적물성이 감소하는 단점이 있다. 본 연구에서는 우수한 기계적 물성을 가지고 있는 polycarbonate를 이용하여 PEIT의 단점을 보완하고, 또한 PEIT를 이용하여 PC의 인장신율 향상을 통해 성형가공성을 개선하고자 하였다.
참고문헌 (13)
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