라디칼 개시제가 PLA/P(3HB-4HB) 블렌드의 유변물성과 충격강도에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 생분해성 고분자인 poly(lactic acid)(PLA)가 고유의 취성으로 인해 석유 기반 고분자를 완전히 대체하는 데 한계가 있다는 점을 보완하고자, 바이오 기반의 탄성체인 poly((3-hydroxybutyrate-co-4- hydroxybutyrate) (P(3HB-4HB), 이하 PHA)를 도입하여 PLA 기반 블렌드의 강인화를 달성하고자 하였다. PLA/PHA 블렌드의 충격강도를 향상시키기 위해서 도메인 크기와 계면 안정성을 조절하는 것이 중요하다. 이를 위해, 본 연구에서는 라디칼 개시제를 in-situ 상용화제로 도입하여 그 종류와 함량에 따른 형태학적 변화와 유변물성 및 기계적 물성을 평가하였다. 라디칼 개시제는 azobisisobutyronitrile(AIBN), benzoyl peroxide(BPO), dicumyl peroxide(DCP)를 사용하였으며, 각각 0.1-0.5 wt%의 함량으로 첨가하였다. 개시제의 종류와 함량에 따라 고분자 사슬의 절단과 분지화/또는 가교 반응이 유도되었으며, 이는 개시제의 안정성과 생존시간에 크게 의존하였다. AIBN 과 BPO 는 상대적으로 반응성이 낮고 생존시간이 짧아 도메인 크기 조절과 충격강도 향상이 제한적이었으나, DCP 는 높은 반응성과 긴 생존시간으로 고분자 사슬 간 반응을 효과적으로 유도하여 상용화 효과가 우세하게 나타났다. 이와 같은 개시제의 특성에 따라 개시제마다 최적의 충격강도를 달성하는 함량이 서로 다르게 나타났다. 그러나 도메인 크기 관점에서 분석한 결과, PHA 분산상의 평균 직경이 약 0.6-0.7 μm 범위에 형성된 경우 충격강도 향상 효과가 가장 크게 나타났다. 또한, PHA 투입 시점을 조절하여 계면의 상호작용을 강화하고 PHA 도메인의 bimodal 분포를 형성함으로써 에너지 소산 효율을 극대화하여 더욱 우수한 강인화를 달성할 수 있음을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• Ⅱ. 이론 5
• 2.1 바이오 플라스틱 5
• 2.1.1 정의 및 분류 5
• 2.1.2 생분해성 고분자 8
• 2.1.3 PLA (Poly (lactic acid)) 11
• 2.1.4 PHA (Poly (hydroxyalkanoate)) 12
• 2.1.5 생분해성 고분자의 필요성 및 시장 동향 14
• 2.2 상용화 18
• 2.3 강인화 메커니즘 20
• Ⅲ. 실험 23
• 3.1 시약 23
• 3.1.1 Poly (lactic acid) (PLA) 23
• 3.1.2 Poly (3-hydorxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) (P(3HB-4HB)) 23
• 3.1.3 Azobisisobutyronitrile (AIBN) 24
• 3.1.4 Benzoyl peroxide (BPO) 24
• 3.1.5 Dicumyl peroxide (DCP) 25
• 3.2 실험장치 및 분석장비 27
• 3.2.1 배치형 용융 믹서 27
• 3.2.2 압축성형기 28
• 3.2.3 Rheometer 29
• 3.2.4 TGA (Thermogravimetric Analysis) 30
• 3.2.5 Soxhlet extractor 31
• 3.2.6 FE-SEM (Field-Emission Scanning Electron Microscope) 32
• 3.2.7 FE-TEM (Field-Emission Transmission Electron Microscope) · 33
• 3.2.8 Pendulum impact tester 34
• 3.3 PLA/PHA 블렌드 제조 35
• 3.3.1 PLA/PHA 블렌드 제조 35
• 3.3.2 PLA/PHA/개시제 블렌드 제조 37
• Ⅳ. 결과 및 고찰 40
• 4.1 PLA/PHA 블렌드 40
• 4.1.1 PLA/PHA 블렌드의 유변학적 특성 40
• 4.1.2 PLA/PHA 블렌드의 형태학적 특성 44
• 4.1.3 PLA/PHA 블렌드의 기계적 특성 46
• 4.2 PLA/PHA/개시제 블렌드 48
• 4.2.1 PLA/PHA/개시제 블렌드의 유변학적 특성 48
• 4.2.2 PLA/PHA/개시제 블렌드의 형태학적 특성 65
• 4.2.3 PLA/PHA/개시제 블렌드의 기계적 특성 68
• Ⅴ. 결론 78
• 참고문헌 80
• Abstract 91