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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 비상용성인 HDPE/PET blends의 상용성 개선을 위한 방법으로 써 상용화제를 첨가하여 상용성을 증진시키는 물리적인 상용화 기술을 이용하였으며 상용화제의 종류 및 상용화제가 포함된 블렌드의 조성에 따른 기계적 특성 및 Morphology를 관찰하였다.
제안 방법
- 매트릭스 수지인 폐 PET과 폐HDPE는 8:2의 배합비로 혼합하였으며 수지 혼합물(9 5~80 wt%)과 상용화제(5~20 wt%)를 건조 후 Double cone mixer에서 30rpm으로 5 분간 혼합한 후 twin screw extruder를 이용해 230~ 290℃의 온도범위에서 압출하여 pelletizing하였으며 가공된 pellet을 70℃ 에서 24hr이상 건조한 후 285℃ °1 hot press에서 200kgf/cm2의 압력으로 압착성형하여 시험용 시편을 제조하였다.
- 블렌드 성형체의 상용성 향상에 따른 계면에서의 분산상태를 확인하기 위하여 SEM(PSEM-75, RJ Lee Instruments Ltd.)을 사용하여 측정하였다’ 준비된 시편을 액 체질소 내에서 파단하여 파단면을 gold sputtering 한 후 1,000 ~ 2, 300배의 배율로 관찰 하였다.
- PET수지는 기계적 물성이 우수하고 범용폐플라스틱 중에서 내열성이 우수한 수지이다. 가공성 이 우수하고 내충격성 이 우수한 HDPE와의 블렌드를 제조함으로써 각각의수 지가 갖는 장점을 이용하기 위해서는 상이 다른 두 고분자의 상용화는 필수적이며 본 연구에서는 단독 상용화제 3종(SEBS, PE-g-AA, Elvaloy)과 국내에서 생산되고 있는 두 가지 상용화제를 혼합한 복합상용화제(SEBS+PE-g-MAH)를 이용하여 성형체를 제 조하고 기계적 특성을 평가하였다. 시험 결과 상용화제를 첨가할 경우 상용화제를 첨가 하지 않은 단순혼합 성형체의 경우에 비해 약 40% 이상 인장강도 특성이 향상되었으 며 모든 상용화제의 경우에서 상용화제의 함량이 증가함에 따라 계면에서의 안정화로 기계적 물성의 향상을 관찰할 수 있었다.
- 상용화제를 이용하여 PET를 블렌드 함으로써 폴리올레핀계 수지의 강도를 향상시키 고자 수행된 폐HDPE와 폐PET blend의 물성에 관한 연구를 수행하여 다음과 같은 결 론을 얻었다.
대상 데이터
- 상용화제는 비상용계인 폐HDPE/폐PET 블랜드물의 상용성을 증가시켜 기계적 특성을 향상시키고 상용화제에 따른 성형체의 물성을 관찰하기 위해 사용되었으며 SE-1KSEBS, K 사), EM-520M (PE-g-MAH, H 사), Polybond 1009(PE-g-AA, Uniroyal사), Elvaloy(E/nBA/GMA, DuPont사)를 단독 또는 복합으로 사용하였다.
이론/모형
- 블렌드 성형체의 인장강도는 ASTM D638의 규격에 따라 시편 가공한 후 만능시험 7](HTE-5000N, Hounsfield)를 이용해 50mm/min의 cross head 속도로 측정하였으며 충격강도는 ASTM D256으I 규격에 따라 V-notch 가공한 후 충격강도시험기(SJI-OO, Sungjin Corporation)# 이용해 시험하였다.
성능/효과
- 본 연구의 실험에 사용된 원료는 가정용 milk bottle로써 널리 사용되고 있는 폐 HDPE와 음료용기로 사용된 폐PET를 5。under size의 chip상태로 분쇄하여 사용하였 으며 폐HDPE와 폐PET의 열적 특성을 관찰하기 위해 DSC(822e, Mettler Toledo Ltd.) 를 측정한 결과 폐HDPE는 131.6FC, 폐PET의 경우 259.49C의 온도에서 융점이 관찰 되었으며 이 결과로써 성형조건을 도출하였다.
- (b) 분산성이 향상됨을 알 수 있었다.
- 가공성 이 우수하고 내충격성 이 우수한 HDPE와의 블렌드를 제조함으로써 각각의수 지가 갖는 장점을 이용하기 위해서는 상이 다른 두 고분자의 상용화는 필수적이며 본 연구에서는 단독 상용화제 3종(SEBS, PE-g-AA, Elvaloy)과 국내에서 생산되고 있는 두 가지 상용화제를 혼합한 복합상용화제(SEBS+PE-g-MAH)를 이용하여 성형체를 제 조하고 기계적 특성을 평가하였다. 시험 결과 상용화제를 첨가할 경우 상용화제를 첨가 하지 않은 단순혼합 성형체의 경우에 비해 약 40% 이상 인장강도 특성이 향상되었으 며 모든 상용화제의 경우에서 상용화제의 함량이 증가함에 따라 계면에서의 안정화로 기계적 물성의 향상을 관찰할 수 있었다. PE-g-AA의 경우는 Fig.
- 시험 결과 상용화제를 첨가할 경우 상용화제를 첨가 하지 않은 단순혼합 성형체의 경우에 비해 약 40% 이상 인장강도 특성이 향상되었으 며 모든 상용화제의 경우에서 상용화제의 함량이 증가함에 따라 계면에서의 안정화로 기계적 물성의 향상을 관찰할 수 있었다. PE-g-AA의 경우는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 5wt(%)에서도 우수한 인장특성을 나타내었으나 상용화제 첨가량의 증가가 충격강 도의 개선에는 효과가 없었으며 또다른 단독상용화제인 SEBS와 Elvaloy의 경우 함량이 10wt(%)이상에서 평균적인 인장특성을 나나내었으며 함량 증가에 따라 중격강도도 향상됨을 알 수 있었다. SEBS와 PE-g-MAH가 복합상용화제로 사용된 성 형체는 적은 함량에서 다른 상용화제에 비해 우수한 인장강도 특성올 나타내었으며 함량 20wt(%) 에서 인장강도는 가장 낮은 값을 나타냈으나 충격강도의 경우 상용화제 함량 20wt(%) 에서 7.
- 1에 나타낸 바와 같이 5wt(%)에서도 우수한 인장특성을 나타내었으나 상용화제 첨가량의 증가가 충격강 도의 개선에는 효과가 없었으며 또다른 단독상용화제인 SEBS와 Elvaloy의 경우 함량이 10wt(%)이상에서 평균적인 인장특성을 나나내었으며 함량 증가에 따라 중격강도도 향상됨을 알 수 있었다. SEBS와 PE-g-MAH가 복합상용화제로 사용된 성 형체는 적은 함량에서 다른 상용화제에 비해 우수한 인장강도 특성올 나타내었으며 함량 20wt(%) 에서 인장강도는 가장 낮은 값을 나타냈으나 충격강도의 경우 상용화제 함량 20wt(%) 에서 7.43kgfcm/cm2으로 가장 우수한 결과를 나타내었다. 상용화제에따른 blends의 강도특성을 Table 1에 나타내었다.
- 1. 폐HDPE와 폐PET는 비상용성계이나 적절한 상용화제의 적용에 의해 기계적 물성이 크게 향상되었으며 morphology 특성에서도 상용화제의 첨가에 따라 분산상의 크기가 감소하고 균일해짐이 관찰되었다.
- 2. 대부분의 상용화제가 고가의 외국제품이나 국내의 상용화제를 복합으로 적용함으로 써 상용성을 향상시킬 수 있었으며 그 결과 충격강도가 크게 개선됨을 알 수 있었다. 이는 기계적 물성이 우수한 PET의 단점인 내충격성을 보완함으로써 고강도 및 내열 안전성이 요구되는 용도의 안전소재로서 적용할 수 있는 결과라고 사료된다.
후속연구
- HDPE(High Density Polyethylene)와 PET(Polyethylene terephthalate)는 국내에서 발생되는 폐플라스틱 중 많은 부분을 차지하는 고분자 물질로 혼합되어진 상태로 배출 되는 경우가 많으나 두 고분자를 단순 혼합할 경우 비상용성으로 인해 각각의 고분자 가 갖는 물성과 비교해도 낮은 수준을 나타낸다.6) 특히 PET는 내열성이 우수한 고분 자이므로 내열 안전성 확보를 위한 고분자 소재로서 효용가치가 높아 고강도의 경량구 조재료 및 내열성이 요구되는 안전재료로 적용할 수 있는 기술이 필요하다.
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