Clay 형상, 함량 및 표면 처리가 LDPE/clay film의 기체 투과도, 기계적 성질 및 열 특성에 미치는 영향 :

반하람

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자료유형: 학위논문

저자정보: 반하람 (전남대학교, 전남대학교 대학원)

지도교수: 허양일

발행연도: 2019

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이용수5

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

Clay 형상, 함량 및 표면 처리가 LDPE/clay film의 기체 투과도, 기계적 성질 및 열 특성에 미치는 영향

반하람 고분자공학과 2019.01 학위논문

2018

무기물 형상 및 함량에 따른 Polyethylene/무기물 sheet의 기체 투과도, 기계적 성질 및 열적 특성 연구

반하람 , 허양일 , 김정철 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 2018.10 학술대회자료

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본 연구에서는 clay의 종류, 함량 및 표면처리 효과에 따른 LDPE/Clay film의 기체 투과도, 기계적 성질, 열 특성 및 가공 특성의 변화를 측정하였다. 고분자 재료로 LDPE(Low Density Polyethylene)를 사용하였으며, clay는 nanotube 형태인 halloysite와 nanoplate 형태인 vermiculite 2종류를 사용하였다. Clay의 표면처리가 고분자 수지 내에 clay의 분산성과 composites film의 물성 변화에 미치는 영향을 확인하였다. Clay 형상, 함량 및 표면 처리에 따른 composites sheet의 연신성 변화를 알아보았다. 또한 연신 비율에 따른 film의 물성 변화에 대하여 연구하였다.
Composites film내 clay 함량이 증가함에 따라 clay의 응집 현상이 증가하였다. Clay 함량이 증가함에 따라 인장 강도와 신도는 감소하였으며, halloysite composites film이 vermiculite composites film 보다 강도가 높은 것으로 나타났다. 이는 halloysite가 tube 구조로 film 제조 시 MD 방향으로 배향되기 때문인 것으로 사료된다. 그러나 modulus는 vermiculite composites film이 halloysite composites film 보다 높다. Composites film내 vermiculite 함량이 증가하면 기체 투과도가 감소하였으나, halloysite 함량이 증가하면 기체 투과도는 오히려 증가하였다. Halloysite 함량이 증가할수록 기체 투과도가 증가하는 결과는 halloysite의 속이 빈 tube 구조에 의한 것으로 판단된다. Clay 함량이 증가할수록 composites film의 열 안정성과 결정화도가 감소하였다.
Composites film을 연신한 결과, clay 함량이 1wt% 초과 시 연신이 불가능 한 것으로 나타났다. Clay 표면을 염산 처리할 경우 composites film의 연신성이 향상되었다. 이러한 결과는 표면 처리 후 composites film내 clay의 분산성 향상에 기인하는 것으로 판단된다. 1wt% halloysite composites film의 최대 연신 비율이 vermiculite composites film 보다 높게 나타났으며, 전체적으로 halloysite composites film의 연신 공정성이 vermiculite composites film보다 우수한 것을 알 수 있었다.
연신율 (Draw ratio)이 두 가지 형태의 clay composites film의 물성 변화에 주는 영향을 비교하였다. 연신비 (Draw ratio) 2.0에서 halloysite composites film의 강도가 vermiculite composites film보다 높았다. 표면 처리 한 halloysite composites film의 최대 연신 비율이 DR4.0으로 가장 높았으며, 이때 강도가 미연신 film 대비 약 3배까지 증가하였다.
연신 비율이 증가함에 따라 기체 투과도는 감소하였으며, clay 형태의 차이에 따른 기체 투과도 변화는 크게 없었다. 연신 비율이 증가함에 따라 결정화도와 배향도는 증가하였으며, 배향도의 증가와 강도의 증가가 linear한 관계를 갖는 것을 확인할 수 있었다.

In this study, the effects of clay type and surface treatment on the gas permeability, mechanical properties, and processing properties of LDPE/Clay films were studied. Two types of clay, a nanotube type halloysite and a nanoplate type vermiculite, were used. The effect of clay shape and surface treatment on the dispersity film were investigated. Also, the changes of physical properties of films due to the draw ratio was compared and analyzed.
As the content of clay in the film increased, the clay aggregation increased. The strength and elongation of the film were increased with increasing clay content, and halloysite composites film showed higher strength than vermiculite composites film. This is thought to be due to the long tube structure of halloysite which is oriented in the MD direction when the film is manufactured. However, modulus of vermiculite composites film was also higher than that of halloysite composites film. Gas permeability decreased with increasing vermiculite content in composites film, but it increased with increasing halloysite content. The increase in gas permeability of halloysite composites film is thought to be attributed to halloysite’s hollow tube structure. As the clay content increased, the thermal stability and crystallinity of composites films decreased.
As a result of drawing of the composites film, it was found that stretching was impossible when the clay content exceeded 1wt%. When the clay surface was treated with hydrochloric acid, the elongation of the composites film was improved. These results are considered to be due to the improvement of the dispersity of clay in composites film after surface treatment. The maximum elongation ratio of 1wt% halloysite composites film was higher than that of vermiculite composites film. Overall, it was found that the drawability of halloysite composites film was better than that of vermiculite composites film.
The effect of draw ratio on the physical properties of two types of clay composites film was compared. At draw ratio 2.0 the strength of halloysite composites film was higher than that of vermiculite composites film. The maximum draw ratio of surface treated halloysite composites film was the highest at draw ratio 4.0 and the strength was increased to about 3 times that of unstretched films. As the draw ratio increased, the gas permeability decreased, and the gas permeability did not change significantly with the difference of clay type. As the draw ratio increased, the degree of crystallinity and orientation also increased. There were found to have a linear relationship between the increase in orientation and the increase in strength.

제 I 장 서론 1
1. 연구 배경 및 목적 1
2. 이론적 배경 4
2.1. 폴리올레핀(Polyolefin) 4
2.2. 저밀도 폴리에틸렌(Low density polyethylene) 5
2.3. 탄산칼슘(Calcium carbonate) 7
2.4. 할로이사이트(Halloysite) 7
2.4.1. 화학 조성 8
2.4.2. 형태 8
2.5. 버미큘라이트(Vermiculite) 9
2.5.1. 화학 조성 11
2.5.2 특성 12
2.6. 고분자 복합체(Polymer Composite) 13
2.6.1. 수지 내 무기물 분산 형태 13
2.6.2. 고분자/무기물 복합체 형태 15
제 II 장 실험 18
1. 재료 18
2. 제조 18
2.1. Clay 분쇄 공정 18
2.2. Clay 표면 염산 처리 공정 20
2.3. LDPE/Clay compound 제조 20
2.4. LDPE/Clay composites sheet 제조 22
2.5. 연신을 통한 LDPE/Clay composites film 제조 24
3. 측정 25
3.1. 열적 특성 25
3.1.1. DSC 25
3.1.2. TGA 25
3.2. 기계적 특성 26
3.3. 모폴로지 26
3.4. 기체 투과성 26
제 III 장 결과 및 고찰 28
1. 사용 Clay의 종류와 함량이 LDPE/Clay composites에 미치는 영향 28
1.1. LDPE/Clay sheet의 제조 28
1.2. LDPE/Clay sheet의 clay 분산성 확인 29
1.3. LDPE/Clay sheet의 기계적 특성 변화 31
1.4. LDPE/Clay sheet의 기체 투과성 변화 37
1.5. LDPE/Clay sheet의 결정화도 변화 39
1.6. LDPE/Clay sheet의 열 안정성 변화 43
2.Clay의 표면 처리가 LDPE/Clay sheet의 물성 및 공정성에 미치는 영향 46
2.1. LDPE/Clay sheet의 연신성 변화 46
2.2. LDPE/Clay 1wt% sheet의 제조 49
2.3. LDPE/Clay 1wt% sheet의 clay 분산성 50
2.4. LDPE/Clay 1wt% sheet의 연신성 변화 51
2.5. 연신 비율에 따른 LDPE/Clay film의 기계적 특성 변화 53
2.6. 연신 비율에 따른 LDPE/Clay film의 기체 투과성 변화 59
2.7. 연신 비율에 따른 LDPE/Clay film의 결정화도 변화 60
2.8. 연신 비율에 따른 LDPE/Clay film의 복 굴절 변화 65
2.9. 복 굴절률에 따른 LDPE/Clay film의 인장 강도 및 신도 변화 67
제 Ⅳ 장 결론 69
참고문헌 71
영문초록 72

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