상용화제가 PLA/PBAT blend film의 가공공정 및 물성에 미치는 영향 :

김남렬

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김남렬 (전남대학교, 전남대학교 대학원)

지도교수: 허양일

발행연도: 2020

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

상용화제가 PLA/PBAT blend film의 가공공정 및 물성에 미치는 영향

김남렬 고분자공학과 2020.01 학위논문

2019

상용화제가 PLA/PBAT blend film의 연신공정 및 물성에 미치는 영향

김남렬 , 허양일 , 김정철 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 2019.10 학술대회자료

PLA/PBAT 블렌드 sheet의 물성에 대한 상용화제의 영향

김남렬 , 허양일 , 김정철 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 2019.04 학술대회자료

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본 연구에서는 생분해성 고분자인 poly(lactic acid), PLA와 poly[(butylene adipate)-co-terephthalate], PBAT blend film을 제조할 때 상용화제가 blend film의 가공공정 및 최종 기계적 특성에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 이축 압출기를 사용하여 상용화제 유무 및 함량에 따른 PLA/PBAT blend film을 제조하였고, 상용화제는 전체 고분자의 1wt%를 첨가하였다. 또한 동시 이축연신을 통해 연신 온도 및 속도별 연신 공정성을 비교하고, 그에 따른 기계적 물성의 변화에 대해 연구하였다. PLA/PBAT blend 내 morphology 관찰은 FE-SEM을 사용하여 분석하였다. 재료의 기계적 물성은 UTM을 사용하여 분석하였고, 상용화제 유무 및 함량에 따른 계면구조 변화를 관찰하기 위해 5% NaOH 용액을 사용하여 알칼리 처리를 수행하였다.
연구결과, 미연신 PLA/PBAT blend film 제조 시 extruder 온도는 90-180℃에서 상용화제 첨가 후 melt pressure가 크게 증가함에 따라 가공온도를 상승시켰다. 미연신 PLA/PBAT blend film의 신도는 PBAT의 함량이 많을수록 높아졌으나, 강도는 PBAT 함량 25wt%일 때를 제외하고는 큰 영향을 받지 않았다. 상용화제를 사용하여 제조한 미연신 PLA/PBAT/ADR blend film은 상용화제 사용 전에 비해 강도와 신도가 함께 증가하였으며, 특히 신도의 증가가 크게 나타났다.
이러한 기계적 물성의 증가는 PLA와 PBAT 계면의 접착력이 상용화제에 의해 크게 향상된 원인으로 확인되었다. NaOH 용액을 이용하여 blend를 일정량 가수분해 시킨 후 구조를 관찰하면, 상용화제를 사용한 경우 PLA 및 PBAT의 domain 크기가 크게 작아졌으며 고분자 경계면이 뚜렷하지 않아 계면 간 접착력이 향상된 것을 알 수 있었다.
이와 같은 계면접착력 향상은 film의 연신공정에도 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 상용화제의 도입은 PLA/PBAT blend film의 연신 가능온도를 낮췄으며, 동일 연신비(Draw ratio)에서 더 향상된 기계적 물성을 나타냈다. 특히 PLA/PBAT (50/50) blend film의 경우 상용화제 첨가 후 연신성도 크게 증가하여 적절한 blend 함량에 상용화제를 첨가할 경우 연신 공정성 및 물성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

In this study, the effects of compatibilizers on the processing and final mechanical properties of PLA/PBAT blend films were investigated. Using a twin screw extruder, PLA / PBAT blend films was prepared in various contents depending on the presence of the compatibilizer, and the compatibilizer was added with 1wt% content of the entire polymer. In addition, the stretching processability was compared at the stretching temperature and speed through simultaneous biaxial stretching, and the mechanical properties were studied accordingly. Morphology observations in PLA / PBAT blends were analyzed using FE-SEM. The mechanical properties of the material were analyzed using UTM, and alkali treatment was performed using 5% NaOH solution to observe the change in interfacial structure with and without compatibilizer.
As a result, the extruder temperature for the unstretched PLA/PBAT blend films was in the range of 90-180℃, but after the addition of the compatibilizer, the processing temperature was increased as the melt pressure increased significantly. The elongation of the unstretched PLA / PBAT blend film was higher with increasing PBAT content, but the strength was not significantly affected except for the case where the PBAT content was 25wt%. After the addition of the compatibilizer, the mechanical properties of the unstretched PLA / PBAT / ADR blend film increased both strength and elongation compared to the case without the addition of compatibilizer. In particular, the increase in elongation at breaking point was large.
This increase in mechanical properties was found to be the reason that the adhesion between PLA and PBAT interface significantly improved by the compatibilizer. The interfacial structure was observed after a certain amount of hydrolysis for the blend using NaOH solution. As a result the interfacial adhesion was improved because the polymer interface was not clear and the domain size of PLA and PBAT was greatly reduced after adding the compatibilizer.
This improvement in interfacial adhesion was also found to affect the stretching process of the film. The addition of the compatibilizer lowered the stretchable temperature of the PLA / PBAT blend film and showed better mechanical properties at the same draw ratio. In particular, in the case of PLA / PBAT (50/50) blend film, the stretchability after the addition of the compatibilizer is also significantly increased, it was confirmed that the stretchability and mechanical properties can be improved through the introduction of the compatibilizer.

제 I 장 서론 1
1. 연구 배경 및 목적 1
2. 이론적 배경 3
2.1. 폴리에스터(Polyester) 3
2.2. PLA(Poly(lactic acid)) 4
2.3. PBAT(Poly(butylene adipate-co-terephthalate)) 7
2.4. 상용화(Compatibilization) 9
2.5. 고분자 블렌드(Polymer Blend) 10
2.5.1. Polymer Blend의 종류 13
2.5.2. Polymer Blending 방법 15
2.6. 고분자 가공(Polymer Processing) 18
2.6.1. 압출(Extrusion) 18
2.6.2. 사출(Injection molding) 19
2.7. 이축 연신 공정 20
2.7.1. 동시이축연신(Simultaneous biaxial stretching) 21
2.7.2. 축차이축연신(Sequential biaxial stretching) 21
제 II 장 실험 22
1. 재료 22
2. 제조 22
2.1. PLA, PBAT 및 PLA/PBAT blend 제조 22
2.2. PLA, PBAT 및 PLA/PBAT blend 미연신 film 제조 24
2.3. PLA/PBAT/ADR blend 제조 26
2.4. PLA/PBAT/ADR blend 미연신 film 제조 27
2.5. 상용화제 유무 및 함량에 따른 PLA/PBAT/ADR 연신 film 제조 29
3. 측정 30
3.1. 열적 특성 30
3.1.1. DSC 30
3.1.2. TGA 30
3.2. 기계적 특성 31
3.3. 모폴로지 32
3.4. 유변학적 특성 32
3.5. 알칼리 처리 32
3.6. 적외선 스펙트럼 특성 32
제 III 장 결과 및 고찰 33
1. 함량에 따른 PLA/PBAT blend 및 film의 물성 33
1.1. PLA/PBAT blend의 제조 33
1.2. PLA/PBAT blend의 상분리 확인 34
1.3. PLA/PBAT blend의 인장 강도 및 신도 변화 35
1.4. PLA/PBAT blend의 유변학적 특성 변화 36
1.5. PLA/PBAT blend film의 제조 36
1.6. PLA/PBAT blend film의 열특성 변화 37
1.7. PLA/PBAT blend film의 인장 강도 및 신도 변화 39
1.8. PLA/PBAT blend film의 상분리 확인 41
2. 상용화제 첨가가 PLA/PBAT blend 및 film의 물성에 미치는 영향 42
2.1. PLA/PBAT/ADR blend의 제조 42
2.2. PLA/PBAT/ADR blend의 상분리 변화 43
2.3. PLA/PBAT/ADR blend의 인장 강도 및 신도 변화 44
2.4. PLA/PBAT/ADR blend의 유변학적 특성 변화 45
2.5. PLA/PBAT/ADR blend film의 제조 47
2.6. PLA/PBAT/ADR blend film의 열특성 변화 48
2.7. PLA/PBAT/ADR blend film의 인장 강도 및 신도 변화 51
2.8. PLA/PBAT/ADR blend film의 상분리 변화 53
2.9. 알칼리 처리를 통한 계면 접착성 변화 관찰 54
2.10. PLA/PBAT/ADR blend film의 적외선 스펙트럼 변화 55
3. 상용화제 첨가가 PLA/PBAT blend film의 연신공정에 미치는 영향 55
3.1. 상용화제 첨가에 따른 PLA/PBAT blend film의 연신성 변화 55
3.2. 상용화제 첨가에 따른 PLA/PBAT blend film의 기계적 물성 변화 57
제 Ⅳ 장 결론 59
참고문헌 61
영문초록 63

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