폴리우루시올(YPUOH)을 이용한 기능성 패키징용 LDPE 복합필름의 특성분석에 관한 연구 Properties of LDPE Composite Films Using Polyurushiol (YPUOH) for Functional Packaging Applications원문보기
옻나무에서 추출한 우루시올은 우수한 열안정상과 항균성을 나타내며, 이러한 특성을 기능성 패키징에 응용하기 위하여 폴리우루시올(YPUOH) 분말을 제조하였다. 제조한 YPUOH 분말과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 twin screw extruder system을 이용하여 다른 세 가지 조성의 LDPE/YPUOH 복합필름을 제조하였다. 기능성 패키징 소재로서의 응용 가능성을 알아보기 위하여 LDPE/YPUOH 복합필름에 대한 모폴로지, 열적 특성, 항균 특성, 배리어 특성을 조사하였다. LDPE와 YPUOH의 상호작용은 약하지만, 잘 분산된 복합필름 제조가 가능하였으며, YPUOH의 도입에 따라 열안정성은 증가하였다. YPUOH 분말의 우수한 항균특성은 제조한 LDPE/YPUOH의 복합필름에서도 E. coli에 대하여 99.9%의 우수한 항균활성(R)을 확인할 수 있었다. 또한, LDPE/YPUOH 복합필름의 수분에 대한 배리어 특성은 YPUOH의 함량이 증가함에 따라 향상되었으며, 이는 YPUOH가 수분에 대한 배리어성 필러로서 작용하며, 또한 복합필름의 표면 특성을 소수성으로 변화시켜주는 것에 기인한다. 저함량의 YPUOH 도입에 따른 LDPE의 내열성, 항균 특성, 수분에 대한 배리어 특성의 향상은 옻 추출물로 제조한 YPUOH가 패키징 소재의 기능성 필러로서 응용 가능성이 높다는 것을 의미한다.
옻나무에서 추출한 우루시올은 우수한 열안정상과 항균성을 나타내며, 이러한 특성을 기능성 패키징에 응용하기 위하여 폴리우루시올(YPUOH) 분말을 제조하였다. 제조한 YPUOH 분말과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 twin screw extruder system을 이용하여 다른 세 가지 조성의 LDPE/YPUOH 복합필름을 제조하였다. 기능성 패키징 소재로서의 응용 가능성을 알아보기 위하여 LDPE/YPUOH 복합필름에 대한 모폴로지, 열적 특성, 항균 특성, 배리어 특성을 조사하였다. LDPE와 YPUOH의 상호작용은 약하지만, 잘 분산된 복합필름 제조가 가능하였으며, YPUOH의 도입에 따라 열안정성은 증가하였다. YPUOH 분말의 우수한 항균특성은 제조한 LDPE/YPUOH의 복합필름에서도 E. coli에 대하여 99.9%의 우수한 항균활성(R)을 확인할 수 있었다. 또한, LDPE/YPUOH 복합필름의 수분에 대한 배리어 특성은 YPUOH의 함량이 증가함에 따라 향상되었으며, 이는 YPUOH가 수분에 대한 배리어성 필러로서 작용하며, 또한 복합필름의 표면 특성을 소수성으로 변화시켜주는 것에 기인한다. 저함량의 YPUOH 도입에 따른 LDPE의 내열성, 항균 특성, 수분에 대한 배리어 특성의 향상은 옻 추출물로 제조한 YPUOH가 패키징 소재의 기능성 필러로서 응용 가능성이 높다는 것을 의미한다.
Lacquer sap extracted from lacquer trees exhibits good thermal stabilities and antimicrobial properties. To apply these superior properties to functional packaging, polyurushiol (YPUOH) powders were prepared and blended into LDPE (low density polyethylene) to prepare three different LDPE/YPUOH compo...
Lacquer sap extracted from lacquer trees exhibits good thermal stabilities and antimicrobial properties. To apply these superior properties to functional packaging, polyurushiol (YPUOH) powders were prepared and blended into LDPE (low density polyethylene) to prepare three different LDPE/YPUOH composite films via a twin screw extruder system. Their morphology, thermal and antimicrobial properties as well as barrier properties of the LDPE/YPUOH composite films were thoroughly investigated to find out applicablities of the films as functional packaging materials. Although the interfacial interaction between LDPE and YPUOH was relatively weak, LDPE/YPUOH composite films exhibited good dispersion of YPUOH in LDPE, resulting in the enhanced thermal stability with YPUOH loading. Due to the good antibacterial property of as-prepared YPUOH, LDPE/YUOH composite films also showed an excellent antibacterial activity (R) of 99.9% against E. coli. Furthermore, the moisture barrier property of LDPE/YPUOH composite films increased with increasing YPUOH contents. Incorporating the relatively low amount of YPUOH in LDPE resulted in the apparent enhancement in thermal stabilities, antibacterial and moisture barrier properties, which made them promising candidates as a functional filler for packaging materials.
Lacquer sap extracted from lacquer trees exhibits good thermal stabilities and antimicrobial properties. To apply these superior properties to functional packaging, polyurushiol (YPUOH) powders were prepared and blended into LDPE (low density polyethylene) to prepare three different LDPE/YPUOH composite films via a twin screw extruder system. Their morphology, thermal and antimicrobial properties as well as barrier properties of the LDPE/YPUOH composite films were thoroughly investigated to find out applicablities of the films as functional packaging materials. Although the interfacial interaction between LDPE and YPUOH was relatively weak, LDPE/YPUOH composite films exhibited good dispersion of YPUOH in LDPE, resulting in the enhanced thermal stability with YPUOH loading. Due to the good antibacterial property of as-prepared YPUOH, LDPE/YUOH composite films also showed an excellent antibacterial activity (R) of 99.9% against E. coli. Furthermore, the moisture barrier property of LDPE/YPUOH composite films increased with increasing YPUOH contents. Incorporating the relatively low amount of YPUOH in LDPE resulted in the apparent enhancement in thermal stabilities, antibacterial and moisture barrier properties, which made them promising candidates as a functional filler for packaging materials.
본 연구의 목적은 우루시올의 항균 및 항산화와 같은 우수한 특성을 안전하고 편리하게 사용하기 위해 분말을 만든 후 항균 패키징 소재로서의 적용 가능성을 연구하는 것이다. 이를 위하여 실란 커플링제와 과산화수소를 졸-겔법을 이용, 정제된 우루시올과 반응시켜 폴리우루시올 분말(이하 YPUOH)을 제조하였으며[11,12], 제조한 YPUOH 분말을 용융압출 공정을 이용하여 저밀도 폴리에틸렌(Low density polyethylene, 이하 LDPE)에 도입하여 LDPE/YPUOH 복합필름을 제조하였다.
제안 방법
본 연구의 목적은 우루시올의 항균 및 항산화와 같은 우수한 특성을 안전하고 편리하게 사용하기 위해 분말을 만든 후 항균 패키징 소재로서의 적용 가능성을 연구하는 것이다. 이를 위하여 실란 커플링제와 과산화수소를 졸-겔법을 이용, 정제된 우루시올과 반응시켜 폴리우루시올 분말(이하 YPUOH)을 제조하였으며[11,12], 제조한 YPUOH 분말을 용융압출 공정을 이용하여 저밀도 폴리에틸렌(Low density polyethylene, 이하 LDPE)에 도입하여 LDPE/YPUOH 복합필름을 제조하였다. 제조한 LDPE/YPUOH 복합필름의 패키징 응용가능성을 살펴보기 위하여 모폴로지(morphology), 내열성, 항균성, 그리고 수분에 대한 배리어 특성을 조사하였다.
이를 위하여 실란 커플링제와 과산화수소를 졸-겔법을 이용, 정제된 우루시올과 반응시켜 폴리우루시올 분말(이하 YPUOH)을 제조하였으며[11,12], 제조한 YPUOH 분말을 용융압출 공정을 이용하여 저밀도 폴리에틸렌(Low density polyethylene, 이하 LDPE)에 도입하여 LDPE/YPUOH 복합필름을 제조하였다. 제조한 LDPE/YPUOH 복합필름의 패키징 응용가능성을 살펴보기 위하여 모폴로지(morphology), 내열성, 항균성, 그리고 수분에 대한 배리어 특성을 조사하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 실험물질은 다음과 같다: 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, (주)LG화학), 3-트리메톡시시릴 프로필 메타크릴산(TPM, H2C=C(CH3)CO2(CH2)3Si(OCH3)3; MW : 248.35 g/mol, Aldrich Chemical Co.), 과산화수소(H2O2; MW : 34.01 g/mol, (주)대정화금). 정제된 우루시올(순도 95%)은 (주)한국내쇼날에서 공급받아 사용하였다.
01 g/mol, (주)대정화금). 정제된 우루시올(순도 95%)은 (주)한국내쇼날에서 공급받아 사용하였다. 본 연구의 모든 시약은 추가 정제과정 없이 사용하였다.
이론/모형
와 그람 양성균인 Saureus에 대한 우수한 항균활성을 확인할 수 있었다[12]. 본 연구에서는 YPUOH 분말의 함량에 따른 LDPE/YPUOH 복합필름에 대한 항균성시험을 JIS Z 2801법에 따라 실시하였다[2,13]. 균주로는 E.
제조한 LDPE/YPUOH 복합필름의 항균성 시험은 JIS Z 2801 항균 시험법을 이용하였다[2,13]. 균주로는 E.
성능/효과
옻나무에서 추출한 우루시올을 안전하고 편리하게 사용하기 위하여 졸-겔법을 이용하여 제조한 YPUOH 분말을 용융압출 공정을 통하여 LDPE/YPUOH 복합필름을 제조하였다. LDPE와 YPUOH의 상호작용은 약하지만, 잘 분산된 복합필름 제조가 가능하였으며, YPUOH의 도입에 따라 열안정성은 증가하였다. YPUOH 분말의 우수한 항균특성은 제조한 LDPE/YPUOH의 복합필름에서도 99.
9 g/m2 × day WVTR 값을 나타내었다. LDPE/YPUOH 복합필름의 수분에 대한 배리어 특성은 YPUOH의 함량에 따라 향상되었으며, 이는 YPUOH가 수분에 대한 배리어성 필러로서 작용하며, 또한 복합필름의 표면 특성에는 큰 변화를 주지 못했다. YPUOH의 도입에 따른 LDPE의 내열성, 항균 특성, 배리어 특성의 향상은 옻 추출물로 제조한 YPUOH 분말이 기능성 패키징 소재를 위한 첨가제로서 적용성이 높다는 것을 확인할 수 있었다.
LDPE와 YPUOH의 상호작용은 약하지만, 잘 분산된 복합필름 제조가 가능하였으며, YPUOH의 도입에 따라 열안정성은 증가하였다. YPUOH 분말의 우수한 항균특성은 제조한 LDPE/YPUOH의 복합필름에서도 99.9%의 우수한 항균활성(R(%))을 확인할 수 있었다. 또한, pure LDPE의 경우 10.
LDPE/YPUOH 복합필름의 수분에 대한 배리어 특성은 YPUOH의 함량에 따라 향상되었으며, 이는 YPUOH가 수분에 대한 배리어성 필러로서 작용하며, 또한 복합필름의 표면 특성에는 큰 변화를 주지 못했다. YPUOH의 도입에 따른 LDPE의 내열성, 항균 특성, 배리어 특성의 향상은 옻 추출물로 제조한 YPUOH 분말이 기능성 패키징 소재를 위한 첨가제로서 적용성이 높다는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
한편, 3% YPUOH를 함유한 복합필름 파단면의 경우 YPUOH에 기인한 선명한 cavity가 나타나며, 이는 YPUOH와 LDPE의 상호작용이 약한 것에 기인한다. 이에 YPUOH 분말의 입자크기 조절 및 YPUOH와 LDPE의 상호작용 증가를 통한 표면상태의 개선을 위한 추가적인 검토가 필요하다고 사료된다.
따라서, SEM 결과에서 기술하였듯이 YPUOH 분말끼리 뭉친 것이 없이 잘 분산되었으며, LDPE/YPUOH 복합필름의 배리어성 향상은 도입한 YPUOH 분말이 LDPE 매트릭스 내에 양호하게 분산되어 수분에 대한 배리어성 필러로서 작용하며, 물 분자의 투과에 대한 방해 및 수분의 이동경로를 증가시키는 것에 기인한다[24,25]. 한편, 결정화도 및 배향성 등의 영향에 대한 추가적인 연구를 통하여 수분에 대한 배리어성 향상에 대한 원인분석이 추가적으로 필요하다[25-27].
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
옻나무 수액은 어떠한 성분으로 이루어져 있는가?
옻나무에서 추출한 수액은 오랫동안 천연도료로서 방충성, 항균성, 내수성, 내열성, 내마모성, 내부식성 등이 우수해서 가구 및 목재류의 표면코팅에 주로 사용해왔다. 옻나무 수액은 우루시올(urushiol, 60-70%), 수분(20%), 락케이즈 또는 검류(∼10%) 등으로 이루어져 있다. 이러한 물질들 중에서 우루시올 유도체의 경우 알레르기성 피부염 유발과 낮은 경화속도 등 물질을 다루는데 있어서 편리성과 안전성에 대한 문제가 있다[4,7,8].
우루시올 유도체의 문제점을 해결하기 위한 대안으로 어떠한 연구들이 이루어지고 있는가?
이러한 물질들 중에서 우루시올 유도체의 경우 알레르기성 피부염 유발과 낮은 경화속도 등 물질을 다루는데 있어서 편리성과 안전성에 대한 문제가 있다[4,7,8]. 이러한 문제점을 해결하고 우루시올의 우수한 특성들을 활용하기 위한 졸-겔 방법[4], polyurethane urea와의 복합필름제조[5], 광 개시제가 없는 우루시올을 활용한 UV코팅[7] 등의 다양한 연구들이 이루어지고 있다.
항균특성을 바탕으로 한 우루시올에 관한 연구들의 현 실정은 어떠한가?
항균특성을 바탕으로 한 우루시올에 관한 연구는 모노머 상태에 기초한 응용이 주로 이루어지고 있으며, 우루시올의 고분자화에 대한 연구는 이루어지지 않고 있는 실정이다[4,5,9]. 이에 본 연구팀은 메타크릴산(methacrylic acid)[10] 또는 실란 커플링제(silane coupling agent)[11,12]를 이용하여 우루시올의 고분자화를 통한 분말 형태의 폴리우루시올을 제조하였다.
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