폴리프로필렌/케나프 섬유 펠트 복합체 물성에 대한 실란커플링제의 영향

구선교 ( Sun Gyo Ku ),김유신 ( Yu Shin Kim ),김동원 ( Dong Won Kim ),김기성 ( Ki Sung Kim ),김연철 ( Youn Cheol Kim ) 한국공업화학회 2018 공업화학 Vol.29 No.1

폴리프로필렌(PP)과 케나프섬유(KF) 펠트의 상용성 개선을 위해 3종류의 실란 커플링제 1 wt%를 PP/KF 펠트에 처리하여 PP/KF와 PP/KF/폴리우레탄(PU) 펠트 복합체를 제조하였다. KF에 실란 커플링제 결합여부 확인을 위해 Si-O-Si와 Si-O-C 작용기를 적외선분광기(FT-IR)와 X선 광전자분광분석기(XPS)를 이용하여 측정하였다. 열적 특성분석을 위해 시차주사열용량분석기와 열중량분석기를 이용하였으며, 실란 커플링제가 처리된 PP/KF 복합체의 열안정성이 증가하는 결과를 보여주었다. PP/KF와 PP/KF/PU 복합체의 인장, 굴곡 그리고 충격특성을 분석한 결과 기계적 특성의 개선효과는 (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APS) 1-2 wt%에서 가장 우수하였다. 이와 같은 기계적물성의 개선은 실란 작용기가 천연섬유와 결합하여 PP와 KF의 상용성을 향상시킨 결과로 해석할 수 있고, 인장시험 후 파단면의 SEM 결과를 통해 확인하였다. In order to increase the compatibility of polypropylene (PP) and kenaf fiber (KF) felt, PP/KF and PP/KF/polyurethane (PU) felt composites were prepared by treating KF with three kinds of silane coupling agents. The concentration of silane coupling agents was fixed at 1 wt%. The chemical reaction between KF and silane coupling agents was confirmed by the existence of Si-O-Si and Si-O-C functional group bands appeared on FT-IR and X-ray photoelectron spectra (XPS). Thermal properties of PP/KF composites were investigated by DSC and TGA, and the thermal stability of PP/KF composites with treated KF increased. Based on tensile, flexural and impact properties of PP/KF and PP/KF/PU composites, 1-2 wt% of (3-aminopropyl)triethoxysilane (APS) contents were the optimum formulation as a compatibilizer. The tensile and flexural strength of the felt composites treated with the silane coupling agents were improved. This is mainly due to the improvement in the compatibility between PP and KF, which was confirmed by SEM images of the fractured surfaces after tension tests.

HDPE/케나프/열팽창성 마이크로 캡슐의 물성에 미치는 섬유 길이 및 화학처리 영향

구선교 ( Sun Gyo Ku ),이종원 ( Jong Won Lee ),김연철 ( Youn Cheol Kim ) 한국공업화학회 2016 공업화학 Vol.27 No.3

길이가 다른 두 종류의 케나프 섬유(kenaf fiber, KF)가 적용된 고밀도폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)/KF 복합체를 이축압출기를 이용하여 제조하였다. HDPE/KF 복합체의 발포를 위해 열팽창성 마이크로캡슐(thermal expandable microcapsule, EMC)이 이용되었다. 0.3과 3 mm 길이의 KF가 사용되었고, KF와 EMC의 함량은 각각 20 wt%와 5 wt%로 고정하였다. 화학처리된 KF의 FT-IR 결과 1700과 1300 cm-1 근처에서의 피크 감소를 보여주는데, 이는 KF성분 중 리그닌과 헤미셀룰로오스가 감소되기 때문으로 유추할 수 있다. 발포비중, 인장특성을 평가할 때 3 mm 섬유를 사용한 복합체의 물성이 양호하게 나타났지만, 섬유의 길이가 길수록 열분해에 의한 외관 불량 등의 문제가 발생할 수 있어 산업적 응용에 따라 적절한 섬유 길이의 선택이 요구된다. 화학 처리한 0.3 mm KF가 사용된 복합체의 인장강도가 소폭 증가하였다. High density polyethylene (HDPE)/kenaf fiber (KF) composites included two types of KF with different lengths were fabricated by using a twin screw extruder. A thermally expandable microcapsule (EMC) was used to form HDPE/KF. The KF lengths were 0.3 mm and 3 mm. The contents of KF and EMC were fixed at 20 wt% and 5 wt%, respectively. From FT-IR data of KF, which underwent chemical treatment, peaks around 1700 and 1300 cm-1 decreased. This might be caused by the reduction of lignin and hemicellulose due to the chemical treatment of KF. Based on the specific gravity, thermal stability and tensile property, physical properties of the composites with a 3 mm fiber were good. However, if the fiber is longer, poor appearance might be caused due to the thermal degradation during processing. Thus, the adequate length of KF should be chosen to maintain the appearance and physical properties for industrial applications of HDPE/KF/EMC composites. The tensile strength for 0.3 mm fiber treated with chemicals increased slightly.

케냐프 섬유 조성에 따른 PP/케냐프 펠트 복합체의 물리적 성질 연구

구선교 ( Sun Gyo Ku ),김연철 ( Youn Cheol Kim ) 한국공업화학회 2022 공업화학 Vol.33 No.5

폴리프로필렌(polypropylene, PP)에 고 함량의 케나프 섬유(kenaf fiber, KF)를 투입하기 위해 PP/KF 펠트가 사용되었으며, 바인더로 폴리우레탄(polyurethane, PU)이 사용되었다. PU 바인더의 조성비 선정을 위해 이소시아네이트와 polyol 비율에 따른 PP/KF/PU 펠트 복합체의 굴곡 강도를 평가하였다. 상용화제로 말레인산 무수물(maleic anhydride, MAH)이 그라프트된 PP-g-MAH가 적용되었다 PP/KF/PU 펠트 복합체의 기계적 물성 변화를 고찰하기 위해 인장, 굴곡 및 충격 특성을 평가하였고, 기계적 물성이 개선됨을 확인하였다. PP/KF felt was used to load a high content of kenaf fiber (KF) into polypropylene (PP), and polyurethane (PU) was used as a binder. In order to find an optimum composition ratio of the PU binder, the flexural strength of the PP/KF/PU felt composite according to the isocyanate and polyol ratio was evaluated. PP-g-MAH grafted with maleic anhydride (MAH) was applied as a compatibilizer. Tensile, flexural, and impact properties were evaluated to consider changes in mechanical properties of the PP/KF/PU felt composite, and the properties were improved.

말레인산 무수물 그래프트 폴리프로필렌/케나프 섬유 복합체의 물성에 대한 연구

구선교 ( Sun Gyo Ku ),김유신 ( Yu Shin Kim ),홍영은 ( Young Eun Hong ),김동원 ( Dong Won Kim ),김기성 ( Ki Sung Kim ),김연철 ( Youn Cheol Kim ) 한국공업화학회 2017 공업화학 Vol.28 No.1

이축압출기(twin screw extruder)를 이용하여 190 ℃에서 말레인산 무수물(maleic anhydride, MAH)과 스티렌 모노머(styrene monomer, SM)의 함량을 변화시켜가며 MAH와 SM이 그래프트된 폴리프로필렌(PP-g-MAH-SM) 공중합체를 제조하였다. 제조한 PP-g-MAH-SM 공중합체의 그래프트율은 비수용성 역적정을 통하여 측정하였으며, 동일한 MAH 함량에서 SM이 사용된 경우 높은 그래프트율을 나타내었다. 그래프트율에 따른 PP-g-MAH-SM/케나프섬유(kenaf fiber, KF) 복합체를 200 ℃에서 제조하였고, KF의 함량은 20 wt%로 고정시켰다. 복합체에 대한 열중량분석기(TGA)의 분해 온도에 따르면, MAH 만 적용된 PP-g-MAH 보다 MAH와 SM이 함께 적용된 PP-g-MAH-SM 복합체의 열안정성이 다소우세하였다. 복합체의 기계적 강도 또한 MAH와 SM이 함께 적용된 경우에 개선정도가 우수하였다. 계면접착정도는 파단면의 SEM과 접촉각으로 확인하였다. Maleic anhydride (MAH) grafted polypropylene (PP-g-MAH) copolymers were prepared by changing MAH and styrene monomer (SM) content, using a twin screw extruder at 190 ℃. The grafting degree was measured by non-aqueous back titration method. The grafting degree of PP-g-MAH-SM copolymer was higher than that of PP-g-MAH at the same MAH content. PP-g-MAH-SM/kenaf fiber (KF) composites were also prepared by using a PP-g-MAH as a matrix at 200 ℃ and the KF content was fixed at 20 wt%. Based on the degradation temperature investigated by TGA, the thermal stability of PP-g-MAH-SM/KF composites was more enhanced than that of PP-g-MAH only. Mechanical properties of the composites were also improved when MAH and SM applied together. The adhesion degree between the copolymer and KF was confirmed by both SEM pictures of the fractured surface and contact angles.

코로나 방전 또는 상용화제가 처리된 폴리프로필렌/케나프 섬유 펠트의 물성 연구

구선교(Sun Gyo Ku),박병수(Byeoung-Soo Park),김동원(Dong Won Kim),김기성(Ki Sung Kim),김연철(Youn Cheol Kim) 한국고분자학회 2016 폴리머 Vol.40 No.5

폴리프로필렌(polypropylene, PP)/케나프 섬유(kenaf fiber, KF) 펠트와 폴리우레탄(polyurethane, PU) 바인더의 계면 접착특성 향상을 위해 코로나 방전처리와 상용화제로 말레인산 무수물(maleic anhydride, MAH)이 그래프트된 PP-g-MAH가 적용되었다. PU 바인더의 반응온도와 시간 선정을 위해 DSC를 이용하여 등온 실험을 수행하였다. 코로나 방전처리와 상용화제 적용에 따른 PP/KF/PU 복합체의 기계적 물성 변화를 고찰하기 위해 인장, 굴곡 및 충격 특성을 평가하였다. 코로나 방전처리 및 PP-g-MAH 처리의 경우 인장특성과 충격특성이 개선되는 경향을 나타내었다. 기계적 물성의 증가는 코로나 방전처리 및 PP-g-MAH에 의한 PP의 산소기 도입으로 mPP/KF와 PU 바인더간의 상용성이 개선되었기 때문으로 해석할 수 있고, 파단면의 SEM 사진으로부터 확인되었다. In order to improve the interfacial adhesion property between polypropylene (PP)/kenaf fiber (KF) felt and polyurethane (PU) binder, corona discharge treatment and PP-g-MAH grafted maleic anhydride (MAH) were applied as a compatibilizer to PP/KF felt. Isothermal experiments were carried out by using differential scanning calorimetry (DSC) to determine the reaction temperature and time for PU binder. Tensile, flexural and impact properties were evaluated to analyze the mechanical properties of PP/KF/PU treated by corona discharge and PP-g-MAH. In case of modified-PP (mPP)/KF/PU composite treated by corona discharge and PP-g-MAH, the tensile and impact properties were improved. It may be because when the corona discharge was applied to the mPP/KF felt, the compatibilizing ability between the mPP/KF and PU binder increased due to the insertion of oxygen group in PP chain. The interface adhesion properties of the mPP/KF/PU composites were identified by SEM images of the fracture after the tension test.

폴리프로필렌/대나무 섬유 복합체의 물성에 대한 상용화제의 영향

이종원 ( Jong Won Lee ),구선교 ( Sun Gyo Ku ),이범희 ( Beom Hee Lee ),이기웅 ( Ki Oong Lee ),김철우 ( Cheol Woo Kim ),김기성 ( Ki Sung Kim ),김연철 ( Youn Cheol Kim ) 한국공업화학회 2015 공업화학 Vol.26 No.5

Polypropylene (PP)/bamboo fiber (BF) composites were fabricated by twin screw extruder in order to investigate effects of the compatibilizer on physical properties of PP/BF composites. The content of BF changed from 10 to 25 wt% and that of the compatibilizer was fixed at 3 wt%. Maleic anhydride grafted PP (PP-g-MAH) was used to increase the compatibility between PP and BF as a compatibilizer. Chemical structures of the composites were confirmed by the existence of carbonyl group (C=O) stretching peak at 1,700 cm-1 in FT-IR spectrum. Considering the degradation and mechanical properties, the optimum extrusion conditions were selected to be 210 ℃ and 100 rpm, respectively. There was no distinct changes in melting temperature of the composites, but the crystallization temperature increased by 10-20 ℃ owing to the heterogeneous nuclei of BF. It was checked that the optimum BF content was in the range of 15-20 wt% from the results of tensile and flexural properties of the composites. The effect of the compatibilizer on mechanical properties was confirmed by SEM images of fractured surface and contact angles.

폴리프로필렌-폴리(에틸렌 테레프탈레이트)/케냐프 펠트 복합체의 물리적 특성에 미치는 펠트 제조방향의 영향

김유신(Yu Shin Kim),구선교(Sun Gyo Ku),김동원(Dong Won Kim),김기성(Ki Sung Kim),김연철(Youn Cheol Kim) 한국고분자학회 2018 폴리머 Vol.42 No.4

본 연구에서는 펠트의 제조방향과 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)/케냐프 섬유(KF) 펠트 적용이 폴리프로필렌(PP)/KF 복합체 물성에 미치는 영향을 고찰하였다. PP/KF와 PP/KF-PET/KF 2-layer 복합체의 제조 시 바인더로 폴리우레탄(polyurethane, PU)을 사용하였으며 150 oC, 10 MPa의 조건에서 half-folding 방법으로 가열프레스를 이용하여 제조하였다. 인장, 3점 굽힘시험 및 아이조드 테스트가 복합체의 기계적 물성을 평가하기 위해 수행되었고, 시험결과를 이용하여 니들 펀칭 제조방향과 기계적 물성과의 상관관계를 규명하였다. In this study, the effect of felt fabrication direction and addition of poly(ethylene terephthalate) (PET)/kenaf fiber (KF) felt on the properties of polypropylene (PP)/KF composites were investigated. Polyurethane (PU) was used as a binder in the preparation of the PP/KF and PP/KF-PET/KF 2-layer composites, and the composites were manufactured by half-folding method using by hot press at 150 ℃ and 10MPa. The tensile, three-point bending, and Izod impact tests were performed to evaluate the composite’s mechanical properties, and then the correlation between mechanical properties and needle-punching direction was also verified by the test results.