셀룰로오스 나노 섬유의 소수화와폴리프로필렌/천연섬유 복합체의 냄새 개선 연구 :

한석환

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자료유형: 학위논문

저자정보: 한석환 (공주대학교, 공주대학교 일반대학원)

지도교수: 김연철

발행연도: 2021

저작권: 공주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수30

이 논문의 연구 히스토리 (7)

2022

화학 개질에 따른 PP/CNF 슬러리 복합체의 물성 연구

한석환 , 김연철 한국산학기술학회 논문지 2022.07 학술저널

2021

금속 산화물이 적용된 천연섬유/폴리프로필렌 복합체의 냄새 및 물성 연구

한석환 , 정혜원 , 김연철 폴리머 2021.09 학술저널

실란 처리된 셀룰로오스 나노 섬유(Si-CNF)의 소수화 및 폴리프로필렌/Si-CNF 복합체의 물성에 대한 연구

한석환 , 신동원 , 김광일 외 1명 폴리머 2021.03 학술저널

셀룰로오스 나노 섬유의 소수화와폴리프로필렌/천연섬유 복합체의 냄새 개선 연구

한석환 신소재공학과 2021.01 학위논문

2020

실란 커플링제 처리에 의한 소수화가 PP/CNF 복합체의 물성에 미치는 영향 연구

한석환 , 송재헌 , 김연철 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 2020.10 학술대회자료

천연섬유의 종류별 폴리프로필렌/천연섬유 복합체의 물성 및 냄새에 대한 금속산화물 영향

한석환 , 정혜원 , 김연철 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 2020.10 학술대회자료

폴리프로필렌/대나무 섬유 복합체의 냄새 및 물성에 대한 금속 산화물의 영향

한석환 , 박근민 , 김연철 폴리머 2020.05 학술저널

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본 논문에서 PP/CNF 복합체의 상용성 향상과 PP/CNF, PP/KF, PP/BF 복합체 가공 시 발생하는 악취 문제의 개선을 조사했다.

Ⅲ 장에서는 실란 커플링제 처리가 PP/CNF 복합 재료의 소수화와 물성에 미치는 영향을 조사했다.
First, CNF 응집체에 대한 최적의 미립화 조건을 선택하기 위해 1, 2, 3 시간에 마이크로 밀을 이용한 1 차 밀링과 볼밀을 이용한 2 차 밀링 후 형태학적 특성을 평가 하였다. 밀링 조건에 따른 평균 입도 크기 및 입도 크기 분포를 입도 분석기를 통해 확인하였고, 입자의 모양과 크기를 SEM을 통하여 추가적으로 확인하였다. 1 시간 밀링 시 평균 입도 크기가 최소임을 확인하였으며, 밀링 시간의 증가에 따른 평균 입도 크기 감소 효과는 미미 하였고, 오히려 밀링 시간의 증가는 에너지 소비 효율의 감소와 CNF의 열분해 우려를 발생시킵니다. 따라서 밀링 시간을 1 시간으로 설정하는 것이 합리적이라고 간주됩니다.
Second. 오븐 건조 실험에서 실란 처리에 의한 CNF 표면의 화학적 변화를 XPS와 FT-IR을 통해 확인하였으며, WAI 감소를 통해 실란처리에 의해 소수성이 증가함을 확인하였다. 개질되지 않은 PP/CNF 복합체의 기계적 특성에서 CNF의 응력 집중에 따른 충격 강도의 급격한 감소를 확인하였으며, 실란 처리 및 PP-g-MAH를 적용을 통해 상용성과 분산성을 개질하여 복합체의 기계적 물성을 개선하였다. 상용성 개선 효과는 SEM을 통해 확인하였다. 복합체의 복합 점도를 측정 한 결과 약간의 변화가 있었으나 사출 성형 조건이 큰 조정이 필요한 수준이 아님을 확인 하였다.
Third. 감압여과 실험에서 FT-IR 및 EDS를 통해 실란 함량에 따른 화학적 변화를 조사하였고, 이에 따른 소수화를 수분 함량 및 WAI를 통해 확인 하였다. 개질되지 않은 PP/CNF 복합체의 기계적 특성에서 CNF의 응력 집중에 따른 충격 강도의 급격한 감소를 확인하였으며, PP-g-MAH 및 마스터 배치 적용을 통해 상용성과 분산성을 개질하여 복합체의 기계적 물성을 개선하였다. 상용성 개선 효과는 SEM을 통해 확인하였다.

IV 장에서는 NFRP 복합체의 VOCs 및 냄새에 대한 금속 산화물 촉매 첨가의 영향을 조사했다.
First. PP/BF의 gc-ms 측정 결과 NFRP의 주요 냄새 물질 인 furfural과 furfuryl alchol (2-Furanmethanol)을 포함한 27 개의 VOCs가 검출되었다. 금속 산화물 적용 시 물성에 큰 영향을 주지 않고 금속 산화물 함량에 따라 냄새가 감소함을 확인하였다.
Second. 금속 산화물 혼합 적용이 단독 적용보다 악취 개선에 효과적임을 확인하였다. 관능적 평가와 전자코 측정 결과, PP/BF/C2.5_M2.5 복합체가 기계적 물성의 변화 없이 VOCs 및 냄새 개선을 위한 최적의 조성임을 확인하였다.
Third. KF, CNF와 같은 다른 천연 섬유를 사용한 동일한 실험에서 물성에 큰 영향을 주지 않고 VOCs 및 냄새를 개선하는 유사한 결과를 얻었고, 셀룰로오스 함량이 낮은 BF, KF, CNF 순으로 냄새가 강하게 검출되었다.

This paper investigated the enhancement of the compatibility of PP/CNF composites and the improvement of odor problem occurring during polymer processing of PP/CNF, PP/KF, PP/BF composites.
In Section Ⅲ, the effects of silane coupling agent tretment on hydrophobization and physical properties of PP/CNF composites were investigated.
First, In order to select the optimal atomization conditions for CNF aggregates, the morphological characteristics were evaluated after the first milling using a micro mill and second milling using ball mill at 1, 2, and 3 hours. The average particle size and distribution of the particle size according to the milling conditions were checked through a particle size analyzer, and the shape and size of the particles were confirmed through SEM. When milling at 1 hour, it was confirmed that the average particle size was minimal, and when the milling time was increased, the effect on the reduction of the average particle size was insignificant. Also, as the milling time increases, there is a concern about energy consumption and destruction of CNF by heat. Therefore, it is considered reasonable to set the milling time to 1 hour.
second The effect of silane treatment of CNF and application of PP-g-MAH on PP/CNF composites was investigated. Chemical changes of the CNF surface by the silane treatment were confirmed through XPS and FT-IR, and it was confirmed through a decrease in WAI that the degree of hydrophobicity increased as the silane group was treated on the CNF surface. It was confirmed that the silane treatment and application of PP-g-MAH are effective in improving the compatibility of the PP/CNF composite through SEM photographs of the fracture surface after tensioning, and thus it was confirmed that the mechanical properties of PP/CNF increased. In particular, the impact strength decreased significantly compared to PP in the PP/CNF composite to which untreated CNF was applied, but the result was rather increased in the composite to which silane treatment and PP-g-MAH was applied. As a result of measuring the complex viscosity of the PP/CNF composite, the result was slightly changed, but it was confirmed that the injection molding conditions were not at a level that required large adjustment.
third As a result of examining the chemical change according to the silane content through FT-IR and EDS, and through water content and WAI, the hydrophobic modification effect according to the increase in the silane content was confirmed. In the mechanical properties of the unmodified PP/CNF composite, significant decrease in impact
strength due to the stress concentration of CNF was confirmed, It was confirmed that mechanical properties were improved in the PP/CNF composite with modified compatibility and dispersibility through the application of PP-g-MAH and master batch. The effect of improving the compatibility was confirmed through SEM.
In Section IV, the effects of addition of metal oxide catalysts on VOCs and odor of NFRP composites were investigated.
First, As a result of gc-ms measurement of PP/BF, 27 VOCs including furfural and furfuryl alcohol(2-Furanmethanol), which are the main odor substances of NFRP, were detected. when metal oxide catalysts were applied, it showed that the odor level was decreased with the metal oxide content without no significant effect on physical properties
second, It was confirmed that the mixed application of metal oxide is more effective in decreasing odor level when used alone. as a result of sensory evaluation and electronic nose, composition PP/BF/C2.5_M2.5 was the optimum composition for odor improvement. without no significant effect on physical properties
Third, similar results were obtained from the same experiment using different fibers such as KF, CNF. the odor was strongly detected in the order of BF, KF, and CNF with low cellulose content. and the odor was decreased when metal oxide catalysts were applied without no significant effect on physical properties.

Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 이론적 배경 7
1. 천연 섬유 강화 고분자 복합체(Natural fiber reinforced polymer, NFEP) 7
2. CNF의 소수화 9
3. NFRP의 냄새 개선 기술 12
Ⅲ. PP/CNF 복합체의 소수화 및 상용성 개선 연구 16
1. CNF 응집체 미립화 16
1.1실험 16
1.1.1 재료 및 미립화 조건 16
1.2. 측정 16
1.2.1 측정기기 16
1.3. 결과 및 고찰 17
1.3.1 밀링 조건에 따른 형태학적 특성 17
2. 소수화 및 상용성 개선 연구-오븐건조 19
2.1실험 19
2.1.1 재료 및 복합 체 제조 19
2.1.2 CNF의 실란 처리 및 열처리 20
2.2. 측정 20
2.2.1 측정기기 20
2.3. 결과 및 고찰 21
2.3.1 실란 커플링제 처리에 의한 CNF의 화학구조 변화 확인 21
2.3.2 실란 커플링제에 의한 CNF의 소수화 평가 23
2.3.3 PP/CNF 복합체 개질에 의한 물성의 개선 24
3. 소수화 및 상용성 개선 연구-감압여과 28
3.1실험 28
3.1.1 재료 및 복합체 제조 28
3.1.2 CNF의 실란 처리 및 열처리 29
3.2. 측정 30
3.2.1 측정기기 30
3.3. 결과 및 고찰 31
3.3.1 실란 커플링제 처리에 의한 CNF의 화학구조 변화 확인 31
3.3.2 실란 커플링제에 의한 CNF의 소수화 평가 33
3.3.3 PP/CNF 복합체 개질에 의한 물성의 개선 33
4. 요약 36
Ⅳ. NFRP 복합체의 VOCs 및 냄새 개선 연구 38
1. 실험 38
1.1 재료 및 복합체 제조 38
2. 측정 39
2.1 측정기기 39
3. 결과 및 고찰 40
3.1 금속산화물의 함량에 따른 개선 효과 40
3.2 금속산화물의 혼합 조성에 따른 개선 효과 43
3.3 천연 섬유의 종류 별 금속산화물의 적용 효과 47
4. 요약 52
Ⅴ. 결론 53
Ⅵ. 참고문헌 54

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