In this study, effects of both the grafted ABS-g-MAH and the added graphene oxide (GO) on the impact strength of polycarbonate (PC)/poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS) blends were discussed. The PC/ABS blends and PC/ABS/GO composites were fabricated by using twin screw extruder with ABS-g-MA...
In this study, effects of both the grafted ABS-g-MAH and the added graphene oxide (GO) on the impact strength of polycarbonate (PC)/poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS) blends were discussed. The PC/ABS blends and PC/ABS/GO composites were fabricated by using twin screw extruder with ABS-g-MAH as a compatibilizer. The ABS-g-MAH was prepared by melting extrusion of ABS and maleic anhydride (MAH) with DCP (dicumyl peroxide) as an initiator using twin screw extruder and the synthesis of ABS-g-MAH was confirmed by the presence of carbonyl group (C=O) peak at $1780cm^{-1}$ of FT-IR spectrum. According to the thermal, rheological, and impact properties of PC/ABS blends, 5 phr (parts per hundred resin) of compatibilizer was chosen as an optimum content for the PC/ABS/GO composites. It was observed that the thermal decomposition of ABS/PC/GO composites increased with GO contents, but there was no significant changes or a decrease in the impact strength. Also the composite fabricated by ABS/GO showed small increase in the impact strength. From the result of the dynamic rheometer to observe the processing properties, the complex viscosities of PC/ABS blend including the compatibilizer increased, but the complex viscosities of composites added GO were not changed.
In this study, effects of both the grafted ABS-g-MAH and the added graphene oxide (GO) on the impact strength of polycarbonate (PC)/poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS) blends were discussed. The PC/ABS blends and PC/ABS/GO composites were fabricated by using twin screw extruder with ABS-g-MAH as a compatibilizer. The ABS-g-MAH was prepared by melting extrusion of ABS and maleic anhydride (MAH) with DCP (dicumyl peroxide) as an initiator using twin screw extruder and the synthesis of ABS-g-MAH was confirmed by the presence of carbonyl group (C=O) peak at $1780cm^{-1}$ of FT-IR spectrum. According to the thermal, rheological, and impact properties of PC/ABS blends, 5 phr (parts per hundred resin) of compatibilizer was chosen as an optimum content for the PC/ABS/GO composites. It was observed that the thermal decomposition of ABS/PC/GO composites increased with GO contents, but there was no significant changes or a decrease in the impact strength. Also the composite fabricated by ABS/GO showed small increase in the impact strength. From the result of the dynamic rheometer to observe the processing properties, the complex viscosities of PC/ABS blend including the compatibilizer increased, but the complex viscosities of composites added GO were not changed.
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제안 방법
상용화제 조성별 PC/ABS 제조는 전기⋅전자, 자동차 부품 등에 가장 많이 사용되고 있는 PC/ABS 70 g/30 g으로 고정하고, 상용화제는 1, 3, 5, 7, 10 phr으로 하여 이축압출기에서 동일한 온도에서 진행하였고, 스크류 속도는 100 rpm으로 하였다. GO 함량별(0.5, 1, 3, 5 phr) 복합체는 PC/ABS (70 g/30 g)에 ABS-g-MAH를 5 phr으로 고정시켜 주고(이는 PC/ABS 블렌드의 충격강도가 최대인 함량임), 이축압출기에서 노즐, 배럴, 호퍼의 온도를 각각 230, 240, 180 ℃로 하여, 스크류 속도 100 rpm에서 복합체를 제조하였다.
따라서 PC/ABS 블렌드의 충격특성 개선을 위한 상용화제와 GO의 영향에 대한 체계적인 연구가 필요하다. 본 연구에서는 이축 압출기를 이용한 반응 압출을 통해 ABS-g-MAH를 제조한 후, PC/ABS에 ABS-g-MAH 함량별로 블렌드를 제조하고 충격특성을 평가하여 최적의 ABS-g-MAH 함량을 선정하였다. 선정된 ABS-g-MAH 함량이 처방된 PC/ABS 블렌드에 GO를 함량별로 첨가하여 PC/ABS/ABS-g-MAH/GO 복합체를 제조하고, 열적 특성, 충격특성 및 유변학적 특성을 분석하여 GO 함량에 따른 가공특성과 충격특성 개선정도를 평가하였다.
3 g을 이축압출기(Bautek사, L/D = 40 cm/11 mm)에서 노즐(nozzle), 배럴(barrel), 호퍼(hopper)의 온도를 각각 230, 240, 180 ℃로 하여 압출기 내에서 충분히 반응이 일어나도록 스크류 속도 50 rpm 조건에서 반응 압출하였다. 상용화제 조성별 PC/ABS 제조는 전기⋅전자, 자동차 부품 등에 가장 많이 사용되고 있는 PC/ABS 70 g/30 g으로 고정하고, 상용화제는 1, 3, 5, 7, 10 phr으로 하여 이축압출기에서 동일한 온도에서 진행하였고, 스크류 속도는 100 rpm으로 하였다. GO 함량별(0.
상용화제인 ABS-g-MAH를 제조하기 위하여 ABS 100 g과 MAH 5 g 그리고 개시제로 DCP 0.3 g을 이축압출기(Bautek사, L/D = 40 cm/11 mm)에서 노즐(nozzle), 배럴(barrel), 호퍼(hopper)의 온도를 각각 230, 240, 180 ℃로 하여 압출기 내에서 충분히 반응이 일어나도록 스크류 속도 50 rpm 조건에서 반응 압출하였다. 상용화제 조성별 PC/ABS 제조는 전기⋅전자, 자동차 부품 등에 가장 많이 사용되고 있는 PC/ABS 70 g/30 g으로 고정하고, 상용화제는 1, 3, 5, 7, 10 phr으로 하여 이축압출기에서 동일한 온도에서 진행하였고, 스크류 속도는 100 rpm으로 하였다.
본 연구에서는 이축 압출기를 이용한 반응 압출을 통해 ABS-g-MAH를 제조한 후, PC/ABS에 ABS-g-MAH 함량별로 블렌드를 제조하고 충격특성을 평가하여 최적의 ABS-g-MAH 함량을 선정하였다. 선정된 ABS-g-MAH 함량이 처방된 PC/ABS 블렌드에 GO를 함량별로 첨가하여 PC/ABS/ABS-g-MAH/GO 복합체를 제조하고, 열적 특성, 충격특성 및 유변학적 특성을 분석하여 GO 함량에 따른 가공특성과 충격특성 개선정도를 평가하였다.
대상 데이터
PC/ABS와 PC/ABS/GO 복합체 제조에 사용된 고분자로는 용융지수(malt index, MI)가 9 g/10 min인 PC (삼양사 TRIREX 3025)와 MI 값이 10.5 g/10 min인 ABS (제일모직, BC-0140H)가 사용되었고, 상용화제로 작용하는 ABS-g-MAH의 제조에는 무수말레인산(99%, Junsei) 그리고 개시제로서 dicumyl peroxide (98%, Sigma-Aldrich)가 사용되었다. 또한 그래핀 옥사이드는 IDT international사의 GO-4401이 사용되었다.
5 g/10 min인 ABS (제일모직, BC-0140H)가 사용되었고, 상용화제로 작용하는 ABS-g-MAH의 제조에는 무수말레인산(99%, Junsei) 그리고 개시제로서 dicumyl peroxide (98%, Sigma-Aldrich)가 사용되었다. 또한 그래핀 옥사이드는 IDT international사의 GO-4401이 사용되었다.
성능/효과
PC/ABS/GO 복합체의 분해온도는 GO의 함량에 따라 증가하였으나, 충격강도는 PC/ABS 대비 유사하거나 감소하는 경향을 나타내었고, ABS/GO를 이용하여 제조한 PC/ABS/GO 복합체의 경우 충격특성이 소폭 상승하는 것을 나타내었다. PC/ABS 블랜드에 GO가 첨가되어도 유변학적 특성에는 영향을 주지 않는 결과를 나타내었고, 이는PC/ABS/GO 복합체의 가공 시 기존의 PC/ABS 가공조건과 동일하게 가공하여도 큰 문제가 발생하지 않는 것을 예측할 수 있다.
상용화제로 ABS-g-MAH를 사용하여 제조한 PC/ABS 블렌드의 분해온도는 큰 차이를 보이지 않았고, 충격강도는 소폭 상승하는 것을 확인하였으며, 5 phr 이상 첨가되면 분해온도와 충격특성이 오히려 감소하는 것을 확인할 수 있었다. PC/ABS 블렌드 대비 ABS-g-MAH가 적용된 PC/ABS의 저장탄성률이 낮은 주파수 영역에서 높은 것은 ABS-g-MAH가 PC와 ABS의 상용성을 증가시켜 ABS의 특성이 반영되어 나타나는 현상으로 해석할 수 있고, 복소점도 또한 유사한 특성을 나타내는 것을 확인하였다.
PC/ABS/GO 복합체의 분해온도는 GO의 함량에 따라 증가하였으나, 충격강도는 PC/ABS 대비 유사하거나 감소하는 경향을 나타내었고, ABS/GO를 이용하여 제조한 PC/ABS/GO 복합체의 경우 충격특성이 소폭 상승하는 것을 나타내었다. PC/ABS 블랜드에 GO가 첨가되어도 유변학적 특성에는 영향을 주지 않는 결과를 나타내었고, 이는PC/ABS/GO 복합체의 가공 시 기존의 PC/ABS 가공조건과 동일하게 가공하여도 큰 문제가 발생하지 않는 것을 예측할 수 있다.
에서 생성되었다. 상용화제로 ABS-g-MAH를 사용하여 제조한 PC/ABS 블렌드의 분해온도는 큰 차이를 보이지 않았고, 충격강도는 소폭 상승하는 것을 확인하였으며, 5 phr 이상 첨가되면 분해온도와 충격특성이 오히려 감소하는 것을 확인할 수 있었다. PC/ABS 블렌드 대비 ABS-g-MAH가 적용된 PC/ABS의 저장탄성률이 낮은 주파수 영역에서 높은 것은 ABS-g-MAH가 PC와 ABS의 상용성을 증가시켜 ABS의 특성이 반영되어 나타나는 현상으로 해석할 수 있고, 복소점도 또한 유사한 특성을 나타내는 것을 확인하였다.
후속연구
이는 상용화제로 ABS-g-MAH가 첨가되면 계면 접착력이 증가하여 충격특성이 증가하다가 상용화제의 함량이 과량 첨가되면, 가소효과와 함께 상대적으로 물성이 낮은 상용화제의 충격 특성이 반영되기 때문으로 판단된다. 하지만 상용화제의 적용만으로는 PC/ABS의 충격특성 개선에는 한계가 있기 때문에 추가적인 방법이 요구되고 본 연구에서는 GO와의 복합체에 대한 연구를 수행하였다. PC/ABS/GO 복합체 연구 시 상용화제인 ABS-g-MAH의 함량은 충격특성을 고려하여 5 phr로 고정하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고분자/그래핀 복합체의 기계적 물성 향상을 위해선 어떠한 성질이 중요한가?
탄소계 필러 중 그래핀은 무수히 많은 벤젠고리의 집합체로써 이미 잘 알려진 탄소나노튜브와 마찬가지로 뛰어난 열전도성, 전기 전도성, 그리고 기계적 물성을 나타내는데[12], 최근에는 그래핀을 고분자 매트릭스(matrix)에 균일하게 분산시켜 기계적 물성, 열전도도, 전기전도도 등 물리화학적 특성들을 향상시키려는 연구들이 수행되어오고 있다[13]. 고분자/그래핀 복합체의 경우 기존 고분자보다 높은 기계적 물성을 갖는 것으로 알려져 있으며, 기계적 물성 향상을 위해서는 그래핀의 고분자 내 분산성이 매우 중요하다. 기존의 연구결과[14-16]들에 의하면 그래핀보다는 그래핀으로 환원되기 전단계인 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)의 경우 표면에 산소 작용기들을 가지고 있어 PC, ABS와 같은 극성 고분자들과의 혼화성이 높아 분산에 유리한 것으로 알려져 있다.
그래핀 옥사이드는 어떠한 장점을 가지는가?
고분자/그래핀 복합체의 경우 기존 고분자보다 높은 기계적 물성을 갖는 것으로 알려져 있으며, 기계적 물성 향상을 위해서는 그래핀의 고분자 내 분산성이 매우 중요하다. 기존의 연구결과[14-16]들에 의하면 그래핀보다는 그래핀으로 환원되기 전단계인 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)의 경우 표면에 산소 작용기들을 가지고 있어 PC, ABS와 같은 극성 고분자들과의 혼화성이 높아 분산에 유리한 것으로 알려져 있다. PC/ABS 복합체의 충격특성에 대한 상용화제의 영향에 대한 연구는 진행되어 왔으나, 그래핀과 같은 탄소계열의 나노필러와의 복합체에 대한 연구는 거의 없는 실정이다.
Polycarbonte는 어떠한 단점을 가지는가?
Polycarbonte (PC)는 5대 범용 엔지니어링 플라스틱의 하나로 투명하면서도 기계적 강도, 충격강도가 뛰어날 뿐 아니라, 높은 내열성을 가지고 있어 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. 하지만 성형온도와 용융점도가 비교적 높아 사출 성형 시 성형품 내에 잔류응력이 존재할 수 있다. 이러한 PC의 단점을 해결하기 위해 유동성, 내화학성 등의 특징을 가지는 poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS)와 블렌드하여 사용하게 된다[1-4].
참고문헌 (17)
B. M. Rao, P. R. Rao, and B. Sreenivasulu, Grafting of maleic anhydride onto acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer: synthesis and characterization, Polym. Plast. Technol. Eng., 38, 967-977 (1999).
K. H. Song, J. H. Hong, Y. T. Sung, and Y. H. Kim, Rheological, mechanical and morphological properties of poly(acrylonitrile- butadiene-styrene)/polycarbonate blends with ABS-g-MAH, Polymer(Korea), 31, 283-288 (2007).
I.-S. Ahn, C.-S. Ha, J.-K. Lee, and W.-J. Cho, Syntheses and properties of the newly designed acrylonitrile-chloroprene-styrene (ACS) copolymers for the improvement of flame resistance, J. Korean Ind. Eng. Chem., 3, 130-137 (1992).
S. J. Choi, K. H. Yoon, I. H. Hwang, C. Y. Lee, H. S. Kim, S. Y. Yoo, and Y. C. Kim, Effect of solvent extraction on the low molecular weight and volatile organic compounds of polycarbonate, Appl. Chem. Eng., 21, 532-536 (2010).
X. Zhang, Y. Chen, Y. Zhang, Z. Peng, Y. Zhang, and W. Zhou, Effects of ABS-g-MAH on mechanical properties and compatibility of ABS/PC alloy, J. Appl. Polym. Sci., 81, 831-836 (2001).
C. G. Cho, Study on the development of highly efficient compatibilizer for polymer alloys, J. Korean Ind. Eng. Chem., 7, 757-767 (1996).
G. S. Wildes, T. Harada, H. Keskkula, D. R. Paul, V. Janarthanan, and A. R. Padwa, Synthesis and characterization of an amine-functional SAN for the compatibilization of PC/ABS blends, Polymer, 40, 9069-3082 (1999).
S. Balakrishnan, N. R. Neelakantan, K. N. Saheb, and J. P. Jog, Rheological and morphological behaviour of blends of polycarbonate with unmodified and maleic anhydride grafted ABS, Polymer, 39, 5765-5771 (1998).
C. Lee, W. Wei, J. W. Kysar, and J. Hone, Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene, Science, 321, 385-388 (2008).
S. Stankovich, D. A. Dikin, G. H. B. Dommett, K. M. Kohlhaas, E. J. Zimney, E. A. Stach, R. D. Piner, S. T. Nguyen, and P. S. Ruoff, Graphene-based composite materials, Nature, 442, 282-286 (2006).
Z. Aimin and L. Chao, Chemical initiation mechanism of maleic anhydride grafted onto styrene-butadiene-styrene block copolymer, Eur. Polym. J., 39, 1291-1295 (2003).
P. M. Hosseinpour, J. Morshedian, M. Barikani, H. Azizi, and A. S. Pakdaman, Morphological, mechanical, and rheological studies of PVC/ABS blends in the presence of maleic anhydride, Journal of Vinyl and Additive Technology, 16, 127-134 (2010).
J. R. Potts, S. Murali, Y. Zhu, X. Zhao, and R. S. Ruoff, Microwave-exfoliated graphite oxide/polycarbonate composites, Macromolecules, 44, 6488-6495 (2011).
S. T. Kim and H. J. Choi, Synthesis and characterization of multi- walled carbon nanotube/poly(methyl methacrylate) composites prepared by in-situ dispersion polymerization, Applied Chemistry, 9, 13-16 (2005).
P. Ding, S. Su, N. Song, S. Tang, Y. Liu, and L. Shi, Highly thermal conductive composites with polyamide-6 covalently-grafted graphene by an in situ polymerization and thermal reduction process, Carbon, 66, 576-584 (2014).
R. H. Pour, A. Hassan, M. Soheilmoghaddam, and H. C. Bidsorkhi, Mechanical, thermal, and morphological properties of graphene reinforced polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene nanocomposites, Polym. Compos., DOI: 10.1002/pc.23335 (2014).
I-S. Han, Y-K. Lee, H. S. Lee, H. G. Yoon, W. N. Kim, Effects of multi-walled carbon nanotube (MWCNT) dispersion and compatibilizer on the electrical and rheological properties of polycarbonate/ poly(acrylonitrile-butadiene-styrene)/MWCNT composites, J. Mater. Sci., 49, 4522-4529 (2014).
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