가소화된 폴리염화비닐/티타늄디옥사이드 복합재료의 물성에 티타늄디옥사이드 나노입자가 미치는 영향

Abstract

폴리염화비닐은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 다음으로 세계에서 3번째로 많이 생산되는 열가소성 고분자로서, 가격이 저렴하며 내화학성, 기계적 강도 및 가공성이 우수하여 자동차, 완구, 의료용 도구, 인테리어 등 여러 산업분야에서 이용되고 있다. 폴리염화비닐은 가소제의 함량에 따라 경질과 연질로 나눌 수 있다. 랩이나 의료용 도구 등에 쓰이는 연질 폴리염화비닐은 주로 프탈레이트계 가소제를 많이 사용한다. 하지만 프탈레이트계 가소제는 선청성 결함, 발달 장애, 암성 종양 등 인체에 유해한 영향을 미치는 환경호르몬 물질로 지정되었다. 이에 따라 비프탈레이트계 가소제를 사용하여 연질 폴리염화비닐을 제조하는 연구를 진행되고 있다. 본 연구에 사용된 가소제는 프탈레이트계 가소제인 디옥틸프탈레이트와 비프탈레이트계 가소제인 디옥틸테레프탈레이트, 그리고 디옥틸말레이트를 사용하였다. 사용한 가소제는 모두 사슬의 길이가 동일한 것을 사용하였다. 가소화된 폴리염화비닐은 시간에 지남에 따라 가소제가 용출되면서 기계적 물성의 저하를 야기한다. 물성향상을 위해 쓰이고 있는 방법 중 하나는 고분자의 단점을 보완할 수 있는 나노파티클을 분산시키는 것이다. 본 연구에서는 제품의 물성향상 및 가소제의 용출 저감효과를 보기 위해 티타늄디옥사이드 나노파티클을 첨가하는 방법을 선택하였다. 티타늄디옥사이드 나노파티클을 선택한 이유는 매장량이 풍부해 가격이 저렴하여 가장 널리 쓰이는 나노충전제 중의 하나로서 독성이 없어 환경과 인체에 무해하고, 기계적 강도와 열안정성이 좋으며, 높은 비표면적을 가지기 때문에 고분자 혹은 가소제와의 상호작용 증대를 꾀하였다. 본 연구에서 가소화된 폴리염화비닐에 티타늄디옥사이드 나노입자를 첨가해 각각 기계적 물성과 열적 특성의 향상 및 가소제의 용출량 저하를 도모하였다. 티타늄디옥사이드가 첨가된 가소화된 폴리염화비닐 나노복합재료를 이축압출기를 이용하여 제조한 후 압축 성형하여 필름으로 가공하였다. 가소화된 폴리염화비닐 나노복합재료의 기계적 물성을 분석하기 위해 만능재료시험기를 이용하였으며, 열적 특성을 알아보기 위해 열중량분석기를 사용하였다. 티타늄디옥사이드 나노입자가 폴리염화비닐 복합재료 내에 잘 분산되었는지 알아보기 위해 주사전자현미경을 사용하였고, 가소제의 용출 및 이행 거동을 알아보기 위해 ASTM 방법을 실시하여 변화를 측정하였다.