재활용된 폴리에스터 중간체를 이용한 생분해성 열가소성 폴리에스터아마이드 합성

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 폐 PET 섬유로부터 효율적인 탈색, 해중합 공정을 통해 고 순도의 테레프탈산(TPA)을 회수하고 이를 기반으로 에스터 결합과 아마이드 결합이 교대로 배열되는 Alternating 구조의 폴리에스터아마이드(PEA)를 설 계, 합성하였다. PET 섬유에 잔류하는 분산염료는 수계 기반 환원세정 메커 니즘을 이용하여 효과적으로 제거하며 탈색율 95%를 달성하였고 이를 통해 해중합 반응을 통한 단량체의 수득률을 80% 이상으로 향상시켜 탈색 공정 의 필요성을 입증하였다. 특히 본 연구의 핵심 시료인 PEA2 는 에스터기의 유연성과 아마이드기의 강한 수소결합 네트워크가 균형 있게 공존하도록 설계되어 열가소성, 고무와 유사한 즉시 탄성회복, 반복 변형 후에도 우수한 자기회복성을 동시에 나타 내며 본래 길이의 80% 가까이 회복하는 것을 확인하였다. 또한 하드 도메인 내부에 에스터 결합을 도입한 구조 특성은 분해 가능 결합을 포함함으로써 21 일 만에 전부 분해되는 높은 생분해성을 가지는 것을 확인하였다. 종합적으로, 본 연구는 폐 PET 섬유의 탈색 및 해중합에서부터 기능성 PEA 합성에 이르는 일련의 공정을 제시함으로써 단순 재활용을 넘어 PET 기반 단량체를 고부가가치 기능성 열가소성 엘라스토머로 전환하는 실질적 업사이클링 전략을 제안하였다. 또한 본 연구에서 제시한 PEA 구조 설계는 향후 지속가능한 생분해성 TPE, 친환경 기능성 소재 개발로의 확장 가능성을 보여준다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 및 내용 3
• Ⅱ. PET 섬유의 화학적 재활용 효율 증가를 위한 수계 기반 탈색 공정 6
• 2.1 연구 이론 6
• 2.1.1 수계 기반 탈색 메커니즘 6
• 2.2 실험 8
• 2.2.1 실험 재료 8
• 2.2.2 PET 직물 염색 9
• 2.2.3 탈색 용액 제조 9
• 2.2.4 PET 직물 탈색 10
• 2.2.4.1 탈색 효율 분석 12
• 2.2.4.2 탈색 PET 직물 열적 특성 분석 14
• 2.2.4.3 탈색 PET 직물 표면 특성 분석 14
• 2.2.5 PET 직물 해중합 15
• 2.2.5.1 해중합 단량체 수율 분석 17
• 2.2.5.2 해중합 단량체 화학적 구조 분석 17
• 2.3 결과 및 고찰 18
• 2.3.1 탈색 조건 최적화 18
• 2.3.1.1 첨가제 용량 선정 18
• 2.3.1.2 탈색 용액 농도 선정 20
• 2.3.2 탈색된 PET 열적 특성 분석 25
• 2.3.3 탈색된 PET 표면 특성 분석 27
• 2.3.4 PET 직물 해중합 29
• 2.3.4.1 해중합 단량체 화학적 구조 분석 31
• 2.4 결론 33
• Ⅲ. 테레프탈산을 이용한 폴리에스터아마이드 구조 합성 35
• 3.1 연구 이론 35
• 3.1.1 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic elastomer) 35
• 3.2 실험 38
• 3.2.1 실험 재료 38
• 3.2.2 Dimethyl terephthalate(DMT) 합성 39
• 3.2.3 Amide diol monomer(ADM) 합성 40
• 3.2.4 Polyesteramide(PEA) 합성 41
• 3.2.5 구조적 특성 분석 44
• 3.2.6 열적 특성 분석 45
• 3.2.7 기계적 특성 분석 46
• 3.2.8 생분해성 특성 분석 48
• 3.3 결과 및 고찰 49
• 3.3.1 Dimethyl terephthalate(DMT) 화학적 구조 분석 49
• 3.3.2 Amide diol monomer(ADM) 화학적 구조 51
• 3.3.3 Polyesteramide(PEA) 특성 분석 53
• 3.3.3.1 화학적 구조 분석 53
• 3.3.3.2 분자량 분석 56
• 3.3.3.3 열적 특성 분석 58
• 3.3.3.4 기계적 특성 분석 60
• 3.3.3.5 탄성 회복 특성 분석 64
• 3.3.3.6 점탄성 회복 특성 분석 68
• 3.3.3.6 생분해성 특성 분석 72
• 3.4 결론 75
• Ⅳ. 결론 77
• 참고문헌 78
• Abstract 84