PVC/DOM 계에서 가소제와 수지간의 상호작용 및 물성 연구

Abstract

폴리염화비닐 (PVC)은 5대 범용 고분자 중 하나로 경질부터 연질까지 다양한 물성의 제품들이 건축, 식품포장, 자동차, 전자, 의료 등의 다양한 산업 분야에서 활용되는 고분자 재료이다. 특히 여러 첨가제와의 상용성이 뛰어나 다양한 많은 양의 첨가제를 사용해도 우수한 물성을 보인다. 가소화된 PVC란 PVC에 첨가제인 가소제를 사용하여 유연성, 가공성, 팽창성을 향상시킨 PVC를 의미한다. PVC의 가소제로는 내부가소제와 외부가소제가 있는데 내부가소제란 영구적 또는 화학적으로 PVC에 결합이된 공중합체 형태이고, 외부가소제란 비영구적 또는 물리적으로 PVC에 결합된 가소제를 의미한다. 흔히 통용되는 가소제란 외부가소제를 의미하며 외부가소제는 낮은 가격과 월등한 가공성으로 산업전반적인 분야에서 활용된다. 외부가소제의 가소화 원리는 윤활성 이론과 겔 이론이 존재한다. 윤활성 이론이란 PVC 사슬의 경질성은 분자간 마찰력에 기인한 것으로 용매의 역할을 하는 부분과 윤활제의 역할을 하는 부분을 모두 가진 가소제가 마찰력을 감소시켜 연성을 부여한다는 이론이다. 이에 반해 겔 이론은 PVC 사슬이 결정 영역에 의하여 듬성듬성 묶여 있기에 비결정영역의 불규칙운동을 증가 시킴으로 인하여 연성이 부과된다. 본 연구에서는 최근 내분비계 장애물질로 인체 유해성이 입증된 프탈산계 가소제의 대체를 위한 가소제 디옥틸 말레이트 (DOM)를 선정하여 그 가능성을 연구하였다. 가소제의 가소화를 위해서는 PVC와의 상용성이 확인되어야 하며 가소제를 첨가할 때 나타나는 기계적 열적 특성 분석이 필요하다. 이를 위해 Flory-Huggins interaction parameter χ 를 계산하였으며 DOM이 프탈산계 가소제 보다 PVC와의 상용성이 떨어지지만 어느 정도의 상용성을 보임을 확인하였다. 유변학적 분석을 통하여 가소제를 첨가한 PVC의 겔화 온도를 측정하여 필름을 가공하였으며, 가공된 필름의 적외선 스펙트럼을 확인하여 χ값 결과를 뒷받침 하였다. 가공된 필름의 열분해 곡선을 확인한 결과 DOM의 열분해가 다른 가소제에 비하여 낮은 온도에서 일어남을 확인하였고 이는 DOM 가소제의 낮은 분자량과 낮은 PVC와의 상용성에서 기인함을 확인하였다. 또한 가공된 필름의 기계적 물성을 분석하여 가소화 정도를 알아보았다.