Bamboo fiber reinforced polylactide biocomposites

Abstract

근래에는 다양한 환경문제들이 대두되고 친환경 신소재에 대한 연구가 전세계적으로 큰 주목을 받고 있다. 생분해성 플라스틱인 polylactide는 다른 생분해성 고분자들과 비교하여 가격이 합리적이고, 합성수지와 비견될 정도로 뛰어난 기계적 물성을 나타낸다. 대나무섬유는 비강도와 인성이 우수하고 생장이 빠른 속성수목으로 높은 셀룰로스 수율을 갖는다. 본 연구에서는 생분해성 고분자인 polylactide에 셀룰로스계 천연섬유인 대나무를 혼입하여 바이오복합재료를 제조하였다. 성분분석실험을 통해 복합재료 제조에 최적인 대나무를 선정하였고, 알칼리가공을 거쳐 polylactide 매트릭스에 혼입하였다. 섬유 직경과 혼입비에 따른 복합재료 물성변화를 관찰하기 위해 직경이 다른 두 종류의 대나무섬유를 5, 10, 15, 20, 25, 30% 중량비로 혼입하였다. 또한, 복합재료의 전반적인 물성을 향상시키기 위해, 3aminopropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, acrylic acid 그리고 maleic anhydride, 총 네 종류의 커플링 에이전트를 적용하였다. 커플링 에이전트를 사용하여 제조된 복합재료는 적용하지 않은 복합재료와 비교하여 향상된 물성을 나타내었으며, 5%의 대나무 섬유를 혼입하였을 때 가장 높은 인장강도를 나타내었다. 또한 직경이 얇은 대나무섬유를 혼입하였을 경우, 두꺼운 대나무섬유를 혼입한 복합재료와 비교하여 두 배 이상 향상된 인장강도를 보여주어 복합재료 제조에 aspect ratio가 절대적이라는 것을 알 수 있었다. 제조된 복합재료의 파면해석을 통해 polylactide-대나무섬유 계면간의 접착을 관찰 할 수 있었고 Proteinase K 효소를 이용한 생분해 가속화 실험으로 제조된 복합재료의 생분해성을 확인 할 수 있었다.|Polylactide composites containing bamboo fibers treated with various coupling agents were prepared using melt compounding. Four kinds of coupling agents were used to improve the mechanical properties of polylactide and bamboo fiber composites. In addition, to investigate the effect of fiber diameter on mechanical properties of composite prepared, either split bamboo fibers or fibrillated bamboo fibers were used for fabricating composite. The composites containing split bamboo fibers treated with 3aminopropyltriethoxysilane and acrylic acid exhibited a highest tensile strength of all composite prepared. In addition, the composites containing fibrillated bamboo fibers showed a marked improvement in tensile strength. To investigate the biodegradability of the biocomposites, an enzymatic degradation test was performed using Proteinase K, a commonly used enzyme for polylactide degradation. All the polylactide composite containing bamboo fiber, regardless of which coupling agent was applied, showed a similar trend in enzymatic degradation to that of neat polylactide.; Polylactide composites containing bamboo fibers treated with various coupling agents were prepared using melt compounding. Four kinds of coupling agents were used to improve the mechanical properties of polylactide and bamboo fiber composites. In addition, to investigate the effect of fiber diameter on mechanical properties of composite prepared, either split bamboo fibers or fibrillated bamboo fibers were used for fabricating composite. The composites containing split bamboo fibers treated with 3aminopropyltriethoxysilane and acrylic acid exhibited a highest tensile strength of all composite prepared. In addition, the composites containing fibrillated bamboo fibers showed a marked improvement in tensile strength. To investigate the biodegradability of the biocomposites, an enzymatic degradation test was performed using Proteinase K, a commonly used enzyme for polylactide degradation. All the polylactide composite containing bamboo fiber, regardless of which coupling agent was applied, showed a similar trend in enzymatic degradation to that of neat polylactide.