Poly lactic acid (PLA)와 Poly (butylene succinate) (PBS) ionomer 블렌드의 상용성과 결정화 거동

Abstract

PLA 는 biomass 유래 환경 친화적인 고분자 재료로서 각광을 받아 각종 응용분야에서 일부 실용화 되고 있고, 용도전개를 넓히기 위하여 많이 연구하고 있다. 그러나 PLA 의 brittle 하고 느린 결정화 속도로 인해 실제 용도면에서 많은 제약을 받고 있어, 이들 문제를 해결하기 위한 노력이 경주되고 있다. 해결방법 중 하나가 PLA 와 다른 생분해성 고분자와 블렌드를 하는 것이다. 본 연구에서는 PLA 와 PBS, PLA 와 PBS ionomer 를 블렌드 하여 DMA, 인장 테스트, SEM, DSC, POM 을 통해 블렌드물의 compatibility 와 결정화 거동에 대해 연구하였다. DMA 를 통해 PBS ionomer 또는 PBS 의 함량이 증가함에 따라서 저장 탄성율은 감소하였고, 유리전이온도를 나타내는 tan delta 피크도 낮은 온도로 shift됨을 볼 수 있었으며, PLA/PBS ionomer 블렌드에서 더욱 크게 감소함을 볼 수있었다. 전반적으로 PLA/PBS ionomer 블렌드가 PLA/PBS 블렌드 보다 brittle 한 특성이 감소함을 보였으며, 또한 Flory-Huggins equation 을 통해 구한 interaction parameter (χ) 값으로부터 PLA/PBS ionomer 블렌드가 PLA/PBS 블렌드 보다 compatibility 가 더욱 우수함을 확인하였다. 블렌드 물의 등온 결정화 실험 결과를 Avrami theory 로 해석하여 구정의 성장 메커니즘을 나타내는 Avrami 지수(n)가 PLA 단독일 때 보다는 PBS ionomer 또는 PBS 함량이 증가함에 따라서, 그리고 온도가 낮아짐에 따라 작아지는 것을 알 수 있다. 그리고, 결정화 속도상수 (K) 역시 온도가 낮아지고, 함량이 증가함에 따라 더욱 증가함을 볼 수 있었으며, 결정화 엔탈피 또한 증가함을 볼 수 있었다. 이를 통해 PBS 와 PBS ionomer 는 PLA 의 기핵작용을 나타낼 수 있는 물질임을 알 수 있었다. 결론적으로 PBS ionomer 는 PLA 의 brittleness 를 감소시키고 결정화 속도를 향상시켜 PLA 의 단점을 보완하는 효율적인 물질로 작용함을 알 수 있었다.; PLA was blended with PBS and PBS ionomer. And their compatibility and crystallization behavior were investigated by means of dynamic mechanical analysis, tensile test, scanning electron micrograph, differential scanning calorimetry and polarized optical microscopy. In this study, PLA/PBS ionomer blends and PLA/PBS blends were prepared with various compositions by melt mixing, and the compatibility, phase behavior and crystallization kinetics were investigated. The DMA data showed lower modulus with increasing PBS and PBS ionomer contents, and tan-delta peaks have lower values than PLA. However, the decreased values of PLA/PBS ionomer blends were larger than those of PLA/PBS blends. It is indicating that PBS ionomer gives more compatible characteristic than PBS with PLA chain. Tensile test and SEM morphologies also verified that PLA/PBS ionomer blends have more flexible and compatible characteristic than PLA/PBS blends. To verified compatibility of PLA/PBS ionomer blend, depression of the equilibrium melting temperature of PLA was deduced and the interaction parameter between PLA and PBS ionomer indicated a lower positive value of 0.007 than 0.011 of PLA/PBS blends, which was derived by Flory-Huggins equation. Consequently, PLA/PBS ionomer blends have more compatible characteristic than PLA/PBS blends. In order to estimate the crystallization rate of PLA and its blends, we apply the Avrami equation after isothermal crystallization. With an increase in PBS or PBS ionomer contents, Avrami exponent (n) values were decreased. However, crystallization kinetics constant (K) values were increased with increasing PBS or PBS ionomer contents, indicating that PBS or PBS ionomer act as a nucleating agent in PLA matrix. Consequently, PBS ionomer act as a nucleating agent and decrease the brittleness, which can make the overall properties of PLA upgrade.