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- 저자 : 위정재(Jeong Jae Wie) (검색결과 7 건)
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나일론66-미세결정 셀룰로오스 결정 특성 및 기계적 물성
이재경(Jae Gyeong Lee),김용주(Yongju Kim),이영동(Young Dong Lee),윤혁준(Hyeok Jun Yoon),박정은(Jeong Eun Park),정경호(Kyongho Jung),위정재(Jeong Jae Wie) 한국고분자학회 2021 폴리머 Vol.45 No.2
미세결정 셀룰로오스(microcrystalline cellulose, MCC)는 가벼우면서도 높은 기계적 물성을 유도할 수 있어 고분자 복합체를 활용하는 다양한 산업 분야에 적용되고 있으며 복합체의 경량화를 위한 보강재로 주목받고 있다. 또한 고분자 매트릭스로 사용가능한 나일론66의 경우도 열적 특성이 좋으며 기계적 물성이 강하여 여러 보강재와 함께 제조되어 쓰이고 있다. 본 연구에서는 나일론66의 아미드 결합부분과 MCC의 수산기와 수소결합을 유도하여 기계적 물성을 향상시키고자 했다. 압출과 사출공정을 통해 나일론66-MCC 복합체를 neat 고분자부터 MCC 함량을 0.5, 1, 2, 5 wt%까지 총 5가지로 제조했다. 열중량분석(TGA)을 통하여 복합체의 열적 물성을 확인할 수 있었으며 시차주사 열량분석법(DSC)을 통하여 유리전이온도와 결정화 온도를 측정했다. 만능재료시험기(UTM)를 이용하여 인장강도, 파단연신율, 인성을 측정했으며 아이조드 충격시험(IZOD impact strength test)을 통하여 충격강도를 측정했다. MCC의 함유량이 0.5 wt%일 때 파단연신율, 인성, 충격강도의 수치가 가장 높게 나왔다. 충격강도시험을 진행한 후 파단면을 주사전사현미경(SEM)으로 관찰한 결과, MCC의 함량이 증가할수록 MCC 분자들의 응집 현상이 있음을 확인했다. 보강재의 함유량을 달리한 각각의 복합체 결정 분석은 X-선 회절 분석법(XRD)을 통해 확인했다. 결과적으로 소량의 보강재 첨가만으로 복합체의 물성을 증가시켰으며 경량 보강재를 이용하여 복합체를 제조했다. Microcrystalline cellulose (MCC) has drawn a great attention toward lightweight yet mechanically robust polymer composites for applications in various industrial fields. In this study, the nylon66-MCC composites were manufactured through extrusion and injection process to improve mechanical properties by inducing hydrogen bonds between the amide bond of nylon66 and the hydroxyl group of MCC. As the MCC content increased, the elongation at break and toughness were measured the highest at the 0.5 wt% of MCC measured by UTM and the tensile strength decreased. Impact strength which was also the highest at the 0.5 wt% of MCC was measured by IZOD impact strength test. The crystallization was analyzed by XRD. As a result, the mechanical properties of the composites were increased only by the addition of a small amount of light weight reinforcement agent.
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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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열가소성 폴리우레탄과 미세결정 셀룰로오스 복합체의 제조 및 기계적 물성 분석
김용주(Yongju Kim),윤혁준(Hyeok Jun Yoon),이상연(Sang Yeon Lee),이종혁(Jong Hyeok Lee),문성박(Seong Bak Moon),남정민(Jeong Min Nam),정경호(Kyongho Jung),위정재(Jeong Jae Wie) 한국고분자학회 2020 폴리머 Vol.44 No.6
셀룰로오스는 식물 세포벽의 기본 구조 성분으로 자연에서 추출할 수 있는 가장 풍부한 천연고분자이다. 셀룰로오스는 열분해성 및 생분해성이 뛰어나며 가벼운 무게 대비 높은 기계적 물성을 나타내는 특성으로 인해, 고분자-셀룰로오스 복합체를 통해 자동차 경량화 소재, 신발, 코팅 및 건축용 소재 등의 다양한 산업 분야에 적용하기 위한 연구가 널리 진행되고 있다. 본 연구에서는 가볍고 신축성이 좋은 열가소성 폴리우레탄(TPU)의 낮은 기계적 강도를 증가시키고 미세 플라스틱에 의한 환경오염을 방지하기 위해 미세결정 셀룰로오스(MCC)를 보강재로 사용하여 친환경 복합체를 제조하고자 한다. 사용된 MCC의 사이즈는 입도 분석기(PSA)로 측정 시 88.4 μm로 측정되었으며 TPU의 우레탄기와 MCC의 수산기 사이의 수소결합을 통한 상호작용은 적외선 분광분석(FTIR)을 통해 확인했다. 열중량분석(TGA)을 통해 열안정성을 측정한 결과 MCC의 열안정성이 낮기 때문에 TPU-MCC 복합체의 MCC 함량이 증가할수록 열안정성은 감소함을 나타냈다. 주사전자현미경(SEM) 측정결과 0.5 wt% 함량에서는 MCC가 매트릭스 내부에 골고루 분산된 모습이 관찰되었으나 1wt% 이상의 함량에서는 응집이 발생하는 현상을 관찰했다. 만능재료시험기(UTM) 측정 결과 0.5 wt%와 같은 소량의 MCC 함량 첨가는 인장강도 12.7%, 연신율 36.7%, 그리고 인성 25.9%가 증가함을 확인했지만 1 wt% 이상의 MCC 함량에서는 기계적 물성이 감소하는 경향을 나타냈다. 결론적으로 보강재를 소량 첨가함으로써 매트릭스 물질의 기계적 물성을 증가시킬 수 있음을 확인했다. Cellulose is the most abundant polymer found in nature. Owing to the lightweight mechanical properties and biodegradability of cellulose, polymer-cellulose composites have widely been investigated for various applications. In this study, microcrystalline cellulose (MCC) is employed as a reinforcement agent for eco-friendly TPU-MCC composites to enhance the mechanical strength of thermoplastic polyurethane (TPU). The size of the MCC was measured to be 88.4 μm by particle size analyzer, and the hydrogen bonding between the urethane group of TPU and the hydroxyl group of MCC was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy. As evident from SEM analysis, MCC was evenly dispersed in TPU matrix at 0.5 wt% MCC loading, but we observed the aggregation at 1 wt% or higher MCC loading. From the universal testing machine analysis, we observed an increase in tensile strength by 12.7%, elongation by 36.7%, and toughness by 25.9% at a small amount of 0.5 wt% MCC content.
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