표면 개질된 커피 부산물의 함량별 NR/BR 복합재의 물리적 특성 연구 = Study on the Physical Properties of NR/BR Composites with Different Contents of Surface-modified Coffee By-products

국문 초록 (Abstract)

고무는 우리 사회에 가장 밀접해있는 고분자 중 하나이다. 고무는 다양한 산업에서 이용되고 있는데 고무 원재료로는 다양한 분야에 사용하기 위해서는 취약점들이 많기 때문에 고무를 충전제, 가교제, 첨가제 등 다양한 부가재료들을 넣어 원하는 물성, 원하는 성질을 갖게 한다. 충전제 중 대표적으로 사용되는게 카본 블랙인데 카본 블랙은 고무의 대표적인 보강재로써 유기물인 고무와 상용성이 매우 좋아 타이어 산업 같은 고무가 주로 사용되는 분야에서 매우 깊게 사용되고 있다. 하지만 카본 블랙의 제조 공정에서 이산화탄소같은 온실가스의 주 원인들이 발생해 환경오염에 매우 밀접하게 관련이 되어 있다.
이런 카본 블랙의 문제점을 대체하기 위해서 천연 섬유와 같은 바이오 기반의 필러에 대해 관심이 쏠리고 있는데 고분자 가공에 주로 사용되는 천연 섬유는 주로 왕겨, 케나프 등이 사용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 대표적인 천연 섬유대신 천연폐기물인 커피 부산물을 사용하는데 커피는 우리 사회에 매우 밀접하게 다가와 있고, 매년 소비량이 증가하는 경향을 보인다. 하지만 이렇게 증가하는 경향에 따라 커피 폐기물 역시 매년 증가하는데 커피 생산국에서는 이미 다양한 분야에 커피 폐기물들을 적용하고 있다.
본 연구에서는 커피 폐기물인 커피 부산물을 고무 복합재의 충전제로 사용하는데 아무런 처리가 되지 않은 커피 부산물은 표면에 관능기로 인해 서로 응집하려는 성질이 강해 고무와의 상용성이 좋지 않다. 그래서 다양한 표면 개질 방법을 통해 커피 부산물을 화학적으로 처리하여 배합 시 함량별로 늘려가며 연구를 진행한다.

목차 (Table of Contents)

• 차례 ⅰ
• 표차례 ⅳ
• 그림차례 ⅴ
• 요약 ⅶi
• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 이론적 배경 3
• 2.1 고무 3
• 2.1.1 천연고무 3
• 2.1.2 부타디엔 고무 6
• 2.2 충전제(Filler) 9
• 2.2.1 카본 블랙(Carbon Black) 10
• 2.2.2 실리카(Silica) 12
• 2.3 천연 섬유 13
• 2.4 커피 부산물(Spent coffee ground) 16
• 2.4.1 리그닌 19
• 2.4.2 셀룰로오스 21
• 2.4.3 헤미셀룰로오스 23
• 2.5. 표면 개질 25
• 2.5.1 천연 섬유 표면 처리 25
• 2.5.1.1 NaOH 전처리 25
• 2.5.1.2 실란 처리 27
• 2.5.1.3 마세틸화 30
• 2.6. 가황(Vulcanization) 31
• Ⅲ. 실험 32
• 3.1 실험 재료 32
• 3.2 표면 개질 34
• 3.2.1 NaOH 개질 34
• 3.2.2 실란 개질 34
• 3.2.3 아세틸화 34
• 3.3 배합 공정 36
• 3.4. 가교 특성 43
• 3.5. 기계적 특성 43
• 3.5.1 인장강도와 신율(Tensile strength and Elongation) 43
• 3.5.2 인열강도(Tear strength) 43
• 3.5.3 비중(Specific gravity) 44
• 3.5.4 경도(Hardness) 44
• 3.6 형태학적 특성 44
• 3.7 열적 특성 44
• Ⅳ. 결과 및 고찰 45
• 4.1 개질한 커피 부산물의 FT-IR 분석 45
• 4.2 카본 블랙 함량에 따른 영향 47
• 4.2.1 가교 특성 47
• 4.2.2 기계적 특성 48
• 4.3 개질하지 않은 커피 부산물의 함량에 따른 영향 54
• 4.3.1 가교 특성 54
• 4.3.2 기계적 특성 55
• 4.4 NaOH 전처리 커피 부산물의 함량에 따른 영향 61
• 4.4.1 가교 특성 61
• 4.4.2 기계적 특성 62
• 4.5 실란 처리 커피 부산물의 함량에 따른 영향 68
• 4.5.1 가교 특성 68
• 4.5.2 기계적 특성 69
• 4.6. 아세틸화 커피 부산물의 함량에 따른 영향 75
• 4.6.1 가교 특성 75
• 4.6.2 기계적 특성 76
• 4.7 물성 비교 82
• 4.8 형태학적 특성 86
• 4.9 열적 특성 88
• Ⅴ. 결론 89
• 참고문헌 91
• ABSTRACT 95