본 연구에서 NaOH, Acetic acid, Silane 처리는 천연섬유와 matrix간의 계면 결합에 불리하게 작용하는 wax, lignin, hemicellose 등을 제거하기 위한 방법 중의 하나이다. 이러한 화학적 처리에 따른 왕겨분말의 형태학적 변화와 열적특성 변화를 관찰하였다. 전처리 조건으로 농도는 1.5%, 3%, 9%이며 각각 30min, 60min, 90min을 처리하였다. 처리하지 않은 왕겨 분말과 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 한 왕겨 분말의 성분을 Energy dispersive spectroscopy(EDS)로 분석하였으며, Scaning electron microscopy(SEM)으로 표면을 관찰하였다. 표면의 상태가 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 하였던 왕겨 분말이 처리를 하지 않았던 왕겨 분말보다 비교적 깨끗해지고, 크랙이 발생함을 확인하였다. 또한 전처리가 된 상태에서 수분흡수율을 측정하고, 처리를 하지 않은 왕겨 분말과 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 한 왕겨 분말을 Thermogravimetric Analysis(TGA)로 열분석을 실시하였다.
본 연구에서 NaOH, Acetic acid, Silane 처리는 천연섬유와 matrix간의 계면 결합에 불리하게 작용하는 wax, lignin, hemicellose 등을 제거하기 위한 방법 중의 하나이다. 이러한 화학적 처리에 따른 왕겨분말의 형태학적 변화와 열적특성 변화를 관찰하였다. 전처리 조건으로 농도는 1.5%, 3%, 9%이며 각각 30min, 60min, 90min을 처리하였다. 처리하지 않은 왕겨 분말과 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 한 왕겨 분말의 성분을 Energy dispersive spectroscopy(EDS)로 분석하였으며, Scaning electron microscopy(SEM)으로 표면을 관찰하였다. 표면의 상태가 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 하였던 왕겨 분말이 처리를 하지 않았던 왕겨 분말보다 비교적 깨끗해지고, 크랙이 발생함을 확인하였다. 또한 전처리가 된 상태에서 수분흡수율을 측정하고, 처리를 하지 않은 왕겨 분말과 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 한 왕겨 분말을 Thermogravimetric Analysis(TGA)로 열분석을 실시하였다.
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문제 정의
본 연구는 PP와 왕겨섬유의 계면 결합을 향상시키기 위하여 왕겨분말에 Silane, NaOH, Acetic acid 처리를 한 후 이에 따른 형태학적 변화 및 열적특성을 알아보았다. 1.
본 연구의 목적은 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 통하여 왕겨 분말의 형태학적 변화 및 열적특성 변화를 관찰하는 것이다. 왕겨분말의 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 통한 특성의 변화를 관찰하기 위해 수분흡수율 측정기를 이용하여 수분흡수율의 변화를 측정하고 화학적 조성 성분의 분석을 위해 EDS를 사용하였으며, SEM을 이용해 처리 된 왕겨 분말의 표면을 촬영하였다.
가설 설정
왕겨는 hemicelluloses, cellulose, lignin, 이 세 개의 성분이 주를 이룬다.[5] hemicelluloses, cellulose, lignin의 열분해 온도 영역은 각각 다르다.[6] hemicelluloses는 가장 낮은 온도 영역인 150~500℃ 이고 cellulose는 좁은 온도 영역인 275~350℃에서 열분해 된다.
제안 방법
왕겨분말의 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 통한 특성의 변화를 관찰하기 위해 수분흡수율 측정기를 이용하여 수분흡수율의 변화를 측정하고 화학적 조성 성분의 분석을 위해 EDS를 사용하였으며, SEM을 이용해 처리 된 왕겨 분말의 표면을 촬영하였다. 그리고 TGA로 열분해온도를 측정하였다.
이때 각 시료의 무게는 소수점 둘째 자리 까지의 오차만을 허용하였다. 그리고JSM-6701F(JEOL Ltd.)를 이용하여 표면을 관찰하고 EDS를 이용하여 왕겨 분말의 성분을 분석하였다. 마지막으로 TGA를 이용해 열분해 온도를 측정하였다.
)를 이용하여 표면을 관찰하고 EDS를 이용하여 왕겨 분말의 성분을 분석하였다. 마지막으로 TGA를 이용해 열분해 온도를 측정하였다.
왕겨 분말을 각각 1.5%, 3%, 9%의 NaOH 용액 속에 교반기를 이용하여 30분, 1시간, 1시간30분 동안 처리를 하였다. 왕겨 분말을 증류수를 이용하여 수차례 세척을 시킨 후 60±5℃의 오븐에서 건조시켰다.
왕겨 분말을 각각 1.5, 3, 9%의 (3-Aminopropyl) triethoxysilane 용액 속에 교반기를 이용하여 30분, 1시간, 1시간 30분 동안 처리를 하였다. 왕겨 분말을 증류수를 이용하여 수차례 세척을 시킨 후 60±3℃의 오븐에서 건조시켰다.
왕겨 분말을 각각 1.5, 3, 9%의 Acetic acid 용액 속에 교반기를 이용하여 30분, 1시간, 1시간 30분 동안 처리를 하였다. 왕겨 분말을 증류수를 이용하여 수차례 세척을 시킨 후 60±3℃의 오븐에서 건조시켰다.
왕겨 분말의 전처리에 따른 수분흡수율의 측정을 위해 FD-600(Kett Co.)을 이용하여 측정을 실시하였다. 이때 각 시료의 무게는 소수점 둘째 자리 까지의 오차만을 허용하였다.
본 연구의 목적은 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 통하여 왕겨 분말의 형태학적 변화 및 열적특성 변화를 관찰하는 것이다. 왕겨분말의 NaOH, Acetic acid, Silane 처리를 통한 특성의 변화를 관찰하기 위해 수분흡수율 측정기를 이용하여 수분흡수율의 변화를 측정하고 화학적 조성 성분의 분석을 위해 EDS를 사용하였으며, SEM을 이용해 처리 된 왕겨 분말의 표면을 촬영하였다. 그리고 TGA로 열분해온도를 측정하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 왕겨분말은 입자크기가 150 mesh 였으며, (주)새론 휠러에서 제공받았다. 그리고 NaOH와 Acetic acid는 (주) 삼전화학, Silane은 Aldrich사의 것을 구입하여 사용하였다.
본 연구에서 사용한 왕겨분말은 입자크기가 150 mesh 였으며, (주)새론 휠러에서 제공받았다. 그리고 NaOH와 Acetic acid는 (주) 삼전화학, Silane은 Aldrich사의 것을 구입하여 사용하였다.
성능/효과
최근 정부의 친환경 정책이 속속히 발표 되면서 천연 섬유와 분말을 이용한 복합소재에 대한 관심이 급증하고 있다.[1] 천연 재료를 이용한 바이오 복합재는 가격이 저렴하고 가공비용의 절감 및 재생성이 뛰어난 장점을 가지고 있다.[2]
SEM 사진 분석을 통하여 NaOH, Silane, Acetic acid로 전처리한 왕겨 분말의 표면의 이물질과 wax층이 감소 했음을 알 수 있었지만 Silane으로 처리 했을 경우에는 crack이 발생 하였다. 그러므로 위의 결과들을 통해 보았을 때 NaOH, Silane, Acetic acid의 전처리는 표면의 이물질과 wax층을 제거하는데 어느 정도는 효과적이며, 이 세가지 처리중에는 NaOH가 가장 효과 적인 것이라고 생각된다.
2%로 가장 낮게 나타났다. 성분분석은 전처리에 의한 C와 O의 비율의 변화를 보았는데 NaOH와 Acetic acid로 처리한 것은 C와 O의 비율이 감소하였으며 Silane은 그 비율이 증가함을 알 수 있었다. 그리고 TGA 분석에서는 각각의 시료는 160 ℃ 이전에서 수분이 제거되는 열처리 과정을 거치며 이후 휘발성분의 열분해 반응이 시작되었다.
그림 1은 NaOH, Acetic acid, Silane 으로 처리 된 왕겨 분말의 수분 흡수율의 그래프이다. 아무런 처리 하지 않은 왕겨의 수분 흡수율은 평균적으로 6.8%(기후 변화에 따라 수분함유량이 변화 될 수 있음) 정도인데 NaOH와 Silane으로 처리 된 왕겨 분말은 30분에서 2%대의 흡수율을 보였지만, Acetic acid로 처리 된 왕겨 분말의 경우는 60분에서 2%대로 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 NaOH와 Silane으로 처리 된 왕겨 분말은 30분에서 가장 낮은 수분 흡수율과 60분에서 가장 높은 수분 흡수율을 보여주었지만 Acetic acid는 전혀 반대 되는 경향을 보여 주었다.
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