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셀룰로오스 에스터와 Poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate) 용액 블렌드의 상용성에 관한 연구
Study on compatibility of cellulose ester/poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate) solution blends 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.5, 2014년, pp.3351 - 3356  

김연희 (한국기술교육대학교 에너지.신소재.화학공학부 응용화학공학과) ,  남병욱 (한국기술교육대학교 에너지.신소재.화학공학부 응용화학공학과)

초록
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최근, 플라스틱 남용으로 인해 바이오매스 기반 물질에 대한 연구의 중요성이 증가하고 있는 추세이다. Cellulose acetate butyrate (CAB)는 생분해성의 성질 때문에 재생이 가능하여 잠재성을 가지고 있는 고분자이다. Poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate) (PEIT)는 아이소소바이드 모노머로부터 유래된 바이오매스 기반의 고분자이다. 본 연구에서는 다양한 분야에 적용되고 있지만 열안정성이 낮은 CAB에 내열성이 높은 PEIT를 도입하여 용액 블렌딩 방법을 통해 CAB/PEIT 블렌드를 제조하였다. 블렌드의 상용성을 판단하기 위해 모폴로지와 유리전이온도의 거동을 FE-SEM, DMA를 사용하여 분석하였다. TGA 결과는 CAB/PEIT 75/50, 50/50 조성에서 향상된 열적 안정성을 나타내었으며 XRD에서 새로운 결정 구조는 관찰되지 않았다. 결과적으로 CAB/PEIT solution blends는 모든 조성에서 좋은 상용성을 가짐을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, Importance of studying based on biomass materials have increased due to the concern about plastic waste problems. Cellulose acetate butyrate (CAB) is a potential alternative to petroleum-based plastics because of its biodegradable property. Poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate) (PEIT)...

주제어

#Bio-based plastic   #Cellulose ester   #Compatibility   #Poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate)   #Solution blend  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  •  FE-SEM측정을 위한 시편은 액체질소에 급랭하여 파단한 후 백금 코팅하여 시편의 단면을 관찰하였다.
  • CAB/PEIT를 블렌드 함에 따라 발생하는 결정 생성 여부를 관찰하기 위해 XRD(PANalytical, Empyrean)를 사용하여 CuΚα radiation(40kV, 30mA, λ=1.540598)의 조건에서 2Theta값을 5°~60°로 설정하여 측정하였다.
  • CAB/PEIT블렌드의 유리전이거동을 관찰하기 위해 DMA(Perkin Elmer, DMA 8000)를 사용하여 30℃부터 150℃까지 2℃/min의 승온 속도로 질소 분위기에서 측정하였다.
  • 다양한 분야에서 응용될 수 있는 잠재성을 가지고 있지만 가공성 및 열안정성이 취약한 CAB에 상대적으로 열안정성이 우수한 PEIT를 도입하여 가공성 및 내열성이 향상된 바이오매스 기반의 CAB/PEIT용액 블렌드를 제조하여 열적 성질 및 상용성을 평가하였다.
  • 또한, 블렌드의 열분해 거동은 TGA(Perkin Elmer, TGA4000)를 이용하여 30℃부터 600℃까지 10℃/min로 질소 분위기에서 측정하였다.
  • 블렌드의 상용성 평가를 위해 JEOL 사의 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope, JSM-7500F)을 이용하여 도메인 크기를 관찰하였다.
  • 셀룰로오스 에스터의 한 종류인 cellulose acetate butyrate(CAB)와 poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate) (PEIT)를 용액 블렌드 하여 상용성, 열적 특성 및 결정 생성 여부를 관찰한 결론은 다음과 같다.
  • 용액 블렌드 기법을 이용하여 상온에서 무게 조성 비율을 CAB/PEIT 100/0, 75/25, 50/50, 25/75, 0/100 으로 제조하였다.

대상 데이터

  • 8poise)를 사용하였으며 PEIT(poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate))의 경우 SK Chemicals사의 Ecozen T-120(isosorbide content=15mol%)을 사용하였다. 공용매는 클로로포름(DAEJUNG, purity=99.5%), 비용매로는 에탄올(SAMCHUN, purity=95.0%)을 각각 사용하였다.
  • 본 연구에서 사용된 CAB(cellulose acetate butyrate)는 Eastman 사의 CAB-381-20BP grade(Butyryl content = 36wt%, Acety content = 15.5wt%, Viscosity = 20.8poise)를 사용하였으며 PEIT(poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate))의 경우 SK Chemicals사의 Ecozen T-120(isosorbide content=15mol%)을 사용하였다.

이론/모형

  • PEIT와 CAB의 가공온도의 차이로 인해, 열에 구애받지 않는 용액 블렌드 기법을 이용하였다. 용액 블렌드 기법은 두 고분자를 용해시킬 수 있는 용매를 선정하여 혼합하기 때문에 최소의 기계적 힘으로 매우 좋은 분산 상태를 얻을 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
바이오매스 기반 물질에 대한 연구의 중요성이 증가하고 있는 이유는? 최근, 플라스틱 남용으로 인해 바이오매스 기반 물질에 대한 연구의 중요성이 증가하고 있는 추세이다. Cellulose acetate butyrate (CAB)는 생분해성의 성질 때문에 재생이 가능하여 잠재성을 가지고 있는 고분자이다.
용액 블렌드 기법의 단점은? 용액 블렌드 기법은 두 고분자를 용해시킬 수 있는 용매를 선정하여 혼합하기 때문에 최소의 기계적 힘으로 매우 좋은 분산 상태를 얻을 수 있다. 하지만 두 물질을 함께 용해시킬 수 있는 공용매를 찾기가 까다로운 단점이 있다[10].
Cellulose acetate butyrate란 무엇인가? 최근, 플라스틱 남용으로 인해 바이오매스 기반 물질에 대한 연구의 중요성이 증가하고 있는 추세이다. Cellulose acetate butyrate (CAB)는 생분해성의 성질 때문에 재생이 가능하여 잠재성을 가지고 있는 고분자이다. Poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate) (PEIT)는 아이소소바이드 모노머로부터 유래된 바이오매스 기반의 고분자이다.
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참고문헌 (13)

  1. D. Wang, G. Sun, "Novel Polymer Blends from Polyester and Bio-Based Cellulose Ester", Journal of Applied Polymer Science, Vol.119, pp.2302-3209, 2011 DOI: http://dx.doi.org/10.1002/app.32903 

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  2. R. Hawk, "What is Cellulose Acetate Butyrate?", wiseGEEK, 2013, Available From : http://www.wisegeek. com/what-is-cellulose-acetate-butyrate.htm, (accessed Oct, 31, 2013) 

  3. G. Ceccorulli, M. Pizzoli, M. Scandola, "Effect of a Low Molecular Weight Plasticizer on the Thermal and Viscoelastic Properties of Miscible Blends of Bacterial Poly(3-hydroxybutyrate) with Cellulose Acetate Butyrate", Macromolecules, 26, pp.6722-6726, 1993 DOI: http://dx.doi.org/10.1021/ma00077a005 

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  4. W. Gindl, J. Keckes, "Tensile Properties of Cellulose Acetate Butyrate Composites Reinforced with Bacterial Cellulose", Composites Science and Technology, vol.64, pp.2407-2413, 2004 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2004.05.001 

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  5. J. Laskar, F. Vidal, O. Fichet, C. Gauthier, D. Teyssie, "Synthesis and Characterization of Interpenetrating Networks from Polycarbonate and Cellulose Acetate Butyrate", Polymer, vol.45, pp.5047-5055, 2004 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2004.05.020 

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  6. J. A. douglas, F. C. Larry, U. Sophie, "Process for Making Poly(ethylene-co-isosorbide terephthalate Polymer", US Patent 6,646,577 BI, 2003 

  7. R. M. Gohil, "Properties and Strain Hardneing Character of Polyethylene Terephthalate containing Isosorbide", Polymer Engineering & Science, vol.49, pp.544-553, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/pen.20840 

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  8. J. C. Bersot, N. Jacquel, R. S. Loup, P. Fuertes, A. Rousseau, J. P. Pascault, R. Spitz, F. Fenouillot, V. Monteil, "Efficiency Increase of Poly(ethylene terephthalate-co-isosorbide terephthalate) Synthesis using Bimetallic Catalytic Systems", Macromolecular Chemistry and Physics, Vol.212, pp.2114-2120, October, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/macp.201100146 

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  9. J. S. Park, B. U. Nam, "Study on Morphology, Thermal Properties and Miscibility of Isosorbide Based PET/polycarbonate Blends", Applied Chemistry, Vol.17, No.1, pp.5-8, May, 2013. 

  10. S. W. Kim, "Preparation and Properties of Solution blended PC/ABS/MMT Nanocomposites", master's dissertation, Hoseo graduate school of venture, 2006 

  11. S. K. Kim, I. K. Hong, S. M. Lee, "Compatibilization of Linear PPS/PET Blends with SEBS Copolymers", Polymer(Korea), Vol.37, No.3, pp.405-410, 2013 

    원문보기 상세보기 crossref

  12. L. Wang, G. Li, Y. Chen, S. Li, "Structure, Nonisothermal Crystallization Behavior, and Thermal Property Study of Poly(trmethylene terephthalate)/Cellulose Acetate Butyrate Blends", Polymer engineering and science, vol.52, pp.1621-1628, August, 2012 DOI: http://dx.doi.org/10.1002/pen.23105 

    상세보기 crossref

  13. H. M. Jeong, S. W. Moon, J. Y. Jho, T. O. Ahn, "Miscibility and Crystallization Behavior of Polyesteramide Elastomer/Nylon 6 Blends", Polymer (Korea), Vol.20, No.5, pp.823-831, 1996 

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