Comparing Waste Gypsum with CaCO₃ as Filler Towards Developing Low-cost PBAT C omposites

국문 초록 (Abstract)

폐석고(CaSO₄) 및 탄산칼슘(CaCO₃)을 이용하여 poly(butylene adipate-co-terephthalate)(PBAT) 복합체를 용융혼합으로 제조한 뒤 비교하였다. 석고와 탄산칼슘은 Ca<SUP>2+</SUP> 양이온을 동일하게 포함하지만 다른 크기의 음이온 즉, 각각 SO₄<SUP>2-</SUP>, CO₃<SUP>2-</SUP>을 함유하고 있다. Fajans’ rule에 따르면 CaCO₃는 이온성이 더 큰 반면, CaSO₄는 편극성이 더 크다. 석고는 탄산칼슘에 비해 편극성이 크기 때문에 filler-matrix간 정전기적 상호작용에 의해 PBAT 내에 분산이 더 잘 되었다. 석고/PBAT 복합체는 충전제-고분자 함량 20:80의 비율에서 탄산칼슘/PBAT 복합체 대비 낮은 인장강도와 높은 연신율 값을 나타냈다. Polylactic acid(PLA)를 첨가함에 따라 석고/PLA/PBAT 복합체는 인장강도와 연신율이 향상했지만 탄산칼슘/PLA/PBAT 복합체의 경우에는 PLA의 첨가에 따른 효과가 관찰되지 않았다. 이는 탄산칼슘에 의한 PLA의 depolymerization에 기인하는 것으로 사료된다. 이러한 복합체의 기계적 거동은 열적, 형태학적, 결정학적 분석을 통해 잘 설명되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Melt-mixed composites of poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) with the waste gypsum and calcium carbonate were prepared and their properties were compared. Calcium carbonate and gypsum contain the same cation (Ca<SUP>2+</SUP>) but different anions i.e., smaller CO₃<SUP>2-</SUP> and larger SO₄<SUP>2-</SUP> respectively. According to the Fajans’ rule, CaCO₃ is more ionic whereas gypsum is more polarizable. Because of the abundant polarizability, gypsum was well dispersed in the PBAT matrix through the filler-matrix electrostatic interaction. The gypsum/PBAT showed lower tensile strength but higher elongation at break at a filler to matrix ratio of 20: 80 than those of CaCO₃/PBAT. Further, the addition of polylactic acid (PLA) enhanced both the tensile strength and elongation at break of the gypsum/PLA/PBAT while no such effective changes were observed for CaCO₃/PLA/PBAT maybe due to the possibility of depolymerization of polymers in the presence CaCO₃. Thermal, morphological, and crystallography studies well corroborate with the mechanical behavior of the composites.

목차 (Table of Contents)

• 초록
• Abstract
• Introduction
• Experimental
• Results and Discussion
• Conclusions
• References