Poly(lactic acid) (PLA)와 Poly(ethylene terephthalate glycol) (PETG) 블렌드의 상용성과 결정화 거동에 관한 연구

Abstract

PLA는 biomass 유래 환경 친화적인 고분자 재료로써, 우수한 기계적 물성을 가지고 있어 많은 관심을 받고 있다. 그러나 PLA는 brittleness, 낮은 열안정성, 느린 결정화 속도로 인해 다양한 응용분야에 적용하기에 제한적이다. 이를 해결하기 위한 방법 중의 하나가 PLA를 다른 생분해성 고분자와 블렌드하는 것이다. 본 연구에서는 Poly(lactic acid) (PLA)와 1, 4-Cyclohexane dimethanol (CHDM)dl 32 mol% 함유되어 있는 Poly(ethylene terephthalate glycol) (PETG)의 블렌드를 제조하고, 이의 상용성과 물리적 특성, 그리고 등온결정화 거동을 1H-NMR, DMA, 인장테스트, DSC, POM을 이용하여 분석하였다. PLA와 PETG의 solubility parameter는 유사하였고, interaction parameter는 0.016이었다. Interaction parameter를 이용하여 도출한 phase diagram 결과, PETG의 함량이 22 wt% 보다 낮을 때 PLA와 PETG가 miscible함을 확인할 수 있었으며, 이와 마찬가지로 DMA에서 측정된 tan delta 피크와 DSC에서 측정된 유리전이온도 (Tg) 또한 20 wt% 보다 낮은 PETG 함량에서 하나로 측정되었다. 인장 테스트 결과, PETG의 함량이 증가함에 따라 블렌드의 toughness가 크게 향상되었으며, 이는 PETG의 도입으로 인해 PLA의 brittleness가 개선되었음을 의미한다. DSC 측정 결과, PETG의 함량이 20 wt% 보다 낮은 함량일 때, PETG의 함량이 증가할수록 냉결정화 온도 (Tcc)가 낮아지고, 그 peak의 폭이 좁아지며, 결정화도 (Xc)가 증가함을 확인할 수 있었다. 등온 결정화 실험 결과, 20 wt% 보다 낮은 PETG 함량에서, 결정화 온도가 낮아지고 PETG의 함량이 증가함에 따라 결정화 속도상수 (k)가 증가하고, 반결정화 시간 (t1/2)이 감소함을 확인할 수 있었으며, 이는 낮은 PETG 함량에서, PETG가 PLA의 결정화에 있어 기핵제 역할을 하였음을 의미한다. WAXD 측정 결과는 PETG가 PLA의 결정 구조에 영향을 미치지 않았음을 보여준다.|Blends of Poly(lactic acid) (PLA) and Poly(ethylene terephthalate glycol) (PETG) with various compositions were prepared by melt compounding and the compatibility, physical properties, and isothermal crystallization behavior were investigated. 1H-NMR results exhibited that PETG we used this study contained 32 mol% of 1, 4-cycolhexylene dimethanol group (CHDM). The calculated solubility parameter of PETG is similar to that of PLA. And the interaction parameter between PLA and PETG derived from Flory-Huggins theory predicted that PLA and PETG are miscible at lower PETG content than 22 wt%. In the accordance with this result, the tan delta peak and glass transition temperatures of blends determined from dynamic mechanical analysis (DMA) and differential scanning calorimetry (DSC) are single at lower PETG content than 20 wt%. And the tensile test results showed that the brittle fracture of neat PLA was changed to ductile fracture of blends with the addition of PETG. In particular, PETG accelerate the crystallization rate of PLA when PETG content was lower than 20 wt%, indicating that PETG acts as a nucleation agent on the crystallization of PLA. And the crystalline structure of PLA does not affected by the incorporation of PETG.; Blends of Poly(lactic acid) (PLA) and Poly(ethylene terephthalate glycol) (PETG) with various compositions were prepared by melt compounding and the compatibility, physical properties, and isothermal crystallization behavior were investigated. 1H-NMR results exhibited that PETG we used this study contained 32 mol% of 1, 4-cycolhexylene dimethanol group (CHDM). The calculated solubility parameter of PETG is similar to that of PLA. And the interaction parameter between PLA and PETG derived from Flory-Huggins theory predicted that PLA and PETG are miscible at lower PETG content than 22 wt%. In the accordance with this result, the tan delta peak and glass transition temperatures of blends determined from dynamic mechanical analysis (DMA) and differential scanning calorimetry (DSC) are single at lower PETG content than 20 wt%. And the tensile test results showed that the brittle fracture of neat PLA was changed to ductile fracture of blends with the addition of PETG. In particular, PETG accelerate the crystallization rate of PLA when PETG content was lower than 20 wt%, indicating that PETG acts as a nucleation agent on the crystallization of PLA. And the crystalline structure of PLA does not affected by the incorporation of PETG.