[논문]폐PET/TPE 내열.탄성 블렌드 성형체의 제조 및 특성 분석

강영구; 송종혁

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강영구 (호서대학교 안전시스템공학과) , 송종혁 (호서대학교 벤처전문대학원)

범용 엔지니어링 플라스틱(Engineering plastic)인 PET(Polyethylene terephthalate)수지는 투명성, 강도특성, 내열특성, 기체차단성 등 물성이 우수하여 합성섬유, 이축연신 film, 식음료용 bottle 등의 용도로 널리 사용되는 적용범위가 매우 넓은 고분자 소재이다. 그러나 폐기된 PET 수지를 물질재활용(material recycling) 방법으로 재가공할 경우 수지 자체가 갖는 가수분해(hydrolysis)와 열분해(thermal degradation) 특성으로 인해 가공성 및 기계적 특성이 현저히 저하되는 단점이 있다.(중략)

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 PET의 내열 특성을 유지하면서도 재가공된 PET의 문제점인 충격강도 저하문제를 개 선하기 위해 폴리 에 스터계 폐TPE(Thermoplastic elastomer)를 blend 하여 성형 체를 제조하고 열분석, Morphology 특성 분석, 기계적 강도 시험을 수행 하여 blend 성형체의 상용성 및 내열 특성, 강도 특성을 평가하였다.

제안 방법

54)under size로 분쇄된 폐 PET(95~80 wt%) 와 폐TPE(5~20 wt%)를 건조 후 Double cone mixer에서 30rpm으로 5분간 혼합한 후 twin screw extruder를 이용해 230~290℃의 온도 범위에서 압출하여 pelletizing 하였으며 가공된 pellet을 70℃에서 24hr이상 건조한 후 280℃의 hot press에서 200kgf/cmM 압력으로 압착 성형하여 시험용 시편을 제조하였다.
Blend 성형체의 morphology 특성을 평가하기 위해 폐 TPE 의 함량이 10wt(%), 20wt(%)인 성형체 시편을 액체 질소 내에서 파단하여 파단면을 gold sputtering 한 후 SEM(PSEM-75, RJ Lee Instruments Ltd.)을 사용하여 1,000~2, 500배의 배율로 관찰하였다. Blend 성형체의 인장강도는 ASTM D638의 규격에 따라 만능시험기 (HTE-5000N, Hounsfield)를 이용해 측정하였으며 충격강도는 ASTM D256의 규격에 따라 충격 강도시험 기(SJD0, Sungjin Corporation)# 이용해 측정하였다.
폐 PET/TPE blend 성형체의 내열 특성을 평가하기 위해 DSC(822e, Mettler Toledo Ltd.)분석을 수행하였으며 폐 PET/HDPE blend 성형체와 비교평가 하였다.

이론/모형

)을 사용하여 1,000~2, 500배의 배율로 관찰하였다. Blend 성형체의 인장강도는 ASTM D638의 규격에 따라 만능시험기 (HTE-5000N, Hounsfield)를 이용해 측정하였으며 충격강도는 ASTM D256의 규격에 따라 충격 강도시험 기(SJD0, Sungjin Corporation)# 이용해 측정하였다.

성능/효과

2(a))는 분 산상 이 불균일하고 계면에서의 분리 현상이 관찰되나 폐 PET/TPE blend의 경우(Fig. 2(b), (c)) TPE의 분산 상이 폐 PET/폐 HDPE blend에 비해 균일함을 알 수 있으며 폐 TPE의 함량이 20wt(%)인 blend의 경우 마이크로 상으로 분산됨을 알 수 있다. 이는 열분석 결과에서 확인되었듯이 폐TPE의 함량이 20wt(%)에서는 두 고분자의 상용성이 크게 증가하기 때문인 것으로 사료된다.
폐PET/HDPE blend의 단점인 내열 특성을 개선하고 PET 성형체의 충격 강도 특성을 보완하기 위해 폐TPE를 함량별로 첨가해 blend를 제조하고 내열 특성 및 강도 특성을 평가한 결과 polyester계 폐TPE를 첨가함으로써 HDPE가 첨가된 기존 blend에 비종!] 50℃이상 높은 150℃이상의 내열 특성을 나타내었으며 elastomer■의 적용으로 충격 강도 가 현저히 증가되어 내열 및 탄성이 요구되는 산업 분야에 적용할 수 있는 안전소 재로 의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.
폐 PET/폐 HDPE blend와 폐 PET/TPE blend의 열분석 시험 결과 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 폐 PET/폐 HDPE blend의 경우 두 고분자의 상용성이 없어 132.7℃에서 HDPE의 융점 피크가 나타나지만 폐 PET/TPE blend의 경우 폐 TPE 가 polyester 계로서 10wt(%)에서는 213℃에서 융점 피크가 나타났으며 특히 폐TPE가 20wt(%) 첨가된 blend의 경우 상용성의 향상으로 폐TPE의 융점 피크는 나타나지 않았다.
폐 PET에 폐TPE를 5~20wt(%) 첨가하여 성형한 blend 성형체와 가장 일반적인 PET blend인 PET/HDPE blend의 기계적 강도 특성을 비교 평가한 결과 Table 1.에서 와 같이 PET/HDPE blend의 경우 인장강도 108.5kgf/cm², 충격강도 2.12kgfcm/cm²로 매우 낮은 강도 특성을 나타내었으나 폐 PET/TPE blend의 경우 폐TPE의 함량이 10wt(%)일 경우 약 60%의 인장강도 상승효과를 확인할 수 있었으며 충격강도의 경우도 약 두 배의 상승효과를 확인할 수 있었다. 폐TPE의 함량이 10wt(%)이상에서의 함량 증가에 따른 인장강도 상승효과는 나타나지 않았으나 20wt(%)인 성 형체의 경우 충격 강도는 10wt(%)인 성 형체와 비교해 약 30%의 향상 효과가 나타났다.
12kgfcm/cm²로 매우 낮은 강도 특성을 나타내었으나 폐 PET/TPE blend의 경우 폐TPE의 함량이 10wt(%)일 경우 약 60%의 인장강도 상승효과를 확인할 수 있었으며 충격강도의 경우도 약 두 배의 상승효과를 확인할 수 있었다. 폐TPE의 함량이 10wt(%)이상에서의 함량 증가에 따른 인장강도 상승효과는 나타나지 않았으나 20wt(%)인 성 형체의 경우 충격 강도는 10wt(%)인 성 형체와 비교해 약 30%의 향상 효과가 나타났다.

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