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산화분해촉매를 함유한 rPP/ZnO 나노컴포지트 유연식품포장필름 제조 및 물성 특성 연구
이진경,길보민,이동진,이익모,Lee, Jin-kyoung,Gil, Bo-min,Lee, Dong-jin,Lee, Ik-mo 한국포장학회 2018 한국포장학회지 Vol.24 No.1
본 연구에서는 수출 가능한 식품포장재로 pro-oxidant($d2w^{(R)}$)함유 rPP/ZnO 나노컴포지트 유연필름을 제조하였고, 이 산화분해 필름의 기계적 특성과 항균기능을 조사하였다. 산화분해필름은 일정조건의 열과 자외선 처리를 거친 후 특성분석으로 FT_IR, SEM, UTM, GPC를 측정하여 물성변화를 관찰하였다. 카보닐지수와 하이드록실지수에서 열과 자외선에 노출율이 많아질수록 수치는 상승하였다. 표면분석에서는 rPP/$d2w^{(R)}$/ZnO나노컴포지트 필름의 경우 표면이미지가 매끈하여 ZnO의 첨가가 고분자의 상용성을 향상시켰고, 열과 자외선차단효과로 분해를 감소시키는 효과로 작용하였다. 항균력시험에서는 그람음성균은 대장균으로 그람양성균은 황색포도상구균으로 항균력을 측정하였다. 결과로는, ZnO는 시험에 사용한 농도에서 3로그 이상의 미생물 감소율을 나타내었다. 그러나 유연 필름용으로는 ZnO의 농도가 높아질수록 투명도가 떨어지므로 사용에 제한이 있었다. rPP/$d2w^{(R)}$/ZnO가 함유한 시편에서 인장강도는 40% 상승하였고, 신율은 30% 감소되었다. ZnO를 첨가한 경우 기계적 물성상승과 열 안전성과 자외선차단성을 나타내었다. 산화분해능은 열 노출 $70^{\circ}C$ 온도에서 480시간 경과한 후, 자외선 조사로 72시간 노출 이후 시점의 분자량은 수평균분자량이 1,294 g/mol, 무게평균분자량이 5,920 g/mol로 분해되는 결과를 얻었다. 이것으로 UAE 5009:2009, ASTM 6954의 기준에 준한 필름을 제조할 수 있었다. 비교시편과 본 연구에서 제조한 산화분해필름의 분자량이 80.7%와 75.6% 감소한 결과를 얻음으로서, 자연 산화분해됨을 확인하였다. 식품포장재로서 안전성분석에서는 국내법 중 식품접촉플라스틱 폴리프로필렌의 기준에 적합하였다. In this study, pro-oxidant($d2w^{(R)}$) and rPP/ZnO nanocomposite flexible films for food packaging were prepared, and their mechanical and antimicrobial properties were investigated. As a result, the carbonyl index and hydroxyl index increased with exposured time to heat and UV rays. Surface analysis showed that the addition of zinc oxide improved the dispersibility and compatibility of the polymer, so that the surface of the composite film was smooth and the zinc oxide particles were smaller than the compared film. And it kept the physical properties by heat and UV ray blocking effect, and it worked to reduce decomposition. In the antimicrobial activity test, the microbial reduction rate was 3 logs or more at the use concentration of zinc oxide. The tensile strength was increased and the elongation was decreased. Oxidative degradability of multi-layered film in UV exposured for 72 hours, the molecular weight of the film decreased by 75.6%, 1,294 g/mol Mn and 5,920 g/mol Mw. In the safety analysis of food packaging materials, we obtained that are in standard of polypropylene, a food contact material of domestic law.
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폴리프로필렌/셀룰로오스 나노 섬유 복합체의 열적 및 기계적 물성
윤혁준(Hyeok Jun Yoon),길보민(Bo Min Gil),이종혁(Hyeok Lee),박정은(Jeong Eun Park),임종휘(Jonghwi Lim),조명준(Myeong Jun Jo),정경호(KyungHo Jung),위정재(Jeong Jae Wie) 한국고분자학회 2020 폴리머 Vol.44 No.3
최근, 가장 풍부한 천연고분자 중 하나인 셀룰로오스를 사용하기 위해 제지산업, 분리막, 보강재 등에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 소비자 포장재, 자동차 산업 등 산업에서 가장 많이 쓰이고 있는 플라스틱 중 하나인 폴리프로필렌(polypropylene, PP)의 기계적 물성을 증가시키기 위해 셀룰로오스 나노 섬유(cellulose nanofiber, CNF)를 사용해 복합체를 제조했다. 무극성인 폴리프로필렌에 극성인 CNF를 분산시키기 위해 무수말레인산 폴리프로필렌(maleic anhydride polypropylene, MAPP)을 상용화제로 첨가했다. CNF가 첨가되면서 인장강도와 굴곡강도는 크게 향상됐으며 충격강도는 감소했다. SEM 분석 결과 PP/MAPP 매트릭스와 CNF 사이의 상호작용이 확인됐고 인장강도와 굴곡강도는 매트릭스와 CNF 간의 상호작용이 크게 작용해 증가한 반면 충격강도는 기공과 CNF로 인한 응력집중에 의해 감소함을 확인했다. TGA 분석결과 CNF가 열적으로 불안정하기 때문에 CNF의 함량이 증가할수록 복합체의 열적 안정도는 낮아졌다. 또한 높은 함량의 CNF 샘플에서 결합수로 인해 기공이 증가하는 현상을 관측했다. Recently, one of the most abundant natural polymers in the earth, cellulose has been studied in various fields. In this study, polymer composites were produced through introduction of cellulose nanofiber (CNF) into polypropylene (PP) which is one of the most commercially utilized polymer for enhanced mechanical properties. Also, maleic anhydride polypropylene (MAPP) was added to PP/CNF composites for compatibility improvement between non-polar PP and polar CNF. Both tensile strength and flexural strength were increased with the addition of CNF, but, on the other hand, impact strength was decreased. As a result of SEM analysis, the interaction between PP/MAPP matrix and CNF was created, and the tensile and flexural stress were influenced by the interaction between PP/MAPP matrix and CNF. Impact stress confirmed that it decreases by pore and stress concentration by CNF. The TGA analysis confirmed that composites are thermally unstable by CNF. Therefore, as CNF contents increased, the initial and final decomposition temperature of the composites are decreased. We also observed increase of porosity because of bound water in the case of high CNF contents.
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