Poly(butylene succinate) (PBS)/Wood flour composites에서 EMMA가 물리적 특성에 미치는 영향

Abstract

폐플라스틱 처리의 환경문제와 한정된 석유자원의 대체 및 자원의 재활용이 가능한 대표적인 소재중의 하나로써, Wood flour/고분자 복합재료(Wood Flour/Polymer Composite, 이하 WPC)는 목재와 고분자 물질과의 블렌드로 부터 제조된 복합소재를 말한다. WPC는 목재부산물과 고분자수지를 이용한 신소재로서 높은 습도에서 열이나 외부압력에 의해 기존의 목재나 순수 고분자 재료에 비해 낮으며 압출, 사출공정을 통해 대량생산이 가능하다. WPC의 충진재로써 wood flour는 낮은 마모성, multi-functionality, 낮은 밀도, 낮은 원가, 가공의 용이성 및 폐기물의 생분해 특성을 지닌다. 이러한 Wood flour를 열가소성 고분자 소재와 복합소재를 제조할 경우 제조원가의 절감, 친환경적 소재 개발 가능, 소재의 기능성 향상 등의 이점이 발생한다. 한편 고분자 소재인 플라스틱은 금속이나 세라믹과 함께 편리하고 쾌적한 생활을 지탱하는 중요한 재료이다. 플라스틱 제품은 잘 알려져 있듯이 의·식·주 뿐 만 아니라 각종 산업, 운수, 건설, 환경보건, 의료, 농업, 수산업, 레저 등 많은 분야에 이용되고 있다. 가볍고 비교적 저렴하다는 장점에도 내구성, 가공성, 내약품성 등의 다양하고 뛰어난 기능이 있어 타 분야의 산업 발전 및 일상생활의 편의성에 크게 공헌을 해왔다. Wood flour 와 플라스틱의 장점에도 불구하고 두 가지 물질로 복합소재를 제조하면 극성차이로 인해 계면간의 결합력이 저하되어 기계적인 물성이 기존의 원목이나 고분자소재와 비교하여 상대적으로 낮아진다. 이 문제를 해결하기 위해서 Wood flour의 표면을 처리하거나 비극성 물질을 grafting 하여 극성을 낮추거나, 양쪽 특성을 지닌 상용화제를 사용하여 계면간의 결합력을 높여 줄 수 있다. 한편 다른 문제점으로 고성능과 장기안정성을 목적으로 개발, 생산된 고분자 재료의 대부분은 자연환경 속에서 분해되지 않으므로 불필요해진 대량의 플라스틱 폐기물을 어떻게 처분하여 관리하는가가 사회문제로 대두되고 있다. 환경문제에 대하여 관심이 높아짐에 따라 자연 환경속에서 미생물에 의해 분해되는 생분해성 고분자가 환경에 부하를 주지 않는 재료로서 주목받기 시작했다. Teramoto 등은 생분해가 가능한 polyester 수지를 사용하여 WPC에 biodegradability를 부가하여 생분해도를 실험하였으며, 앞서 언급한 계면 접착력문제를 해결하기 위한 방법으로 Esterification, Alkali-treatment, Cyanoethylation의 표면처리를 통해 복합소재의 기계적 강도를 관찰하였다. Tequi 등은 양쪽특성을 지닌 ethylene methacrylic acid를 상용화제로 사용하여 HDPE와 wood flour 복합소재의 기계적 특성을 향상하였다. 본 연구에서는 생분해성 고분자 수지인 PBS와 wood flour를 사용하여 WPC를 제조하였다. 표면처리 방법으로 Esterificiation, Grafting법으로 HEMA grafting, 상용화제를 EMAA를 사용하여 기계적 강도를 높이고자 하였다. Wood flour의 각 처리방법과 함량에 따라서 계면특성과 물성을 연구하였다. FT-IR을 통해 각 처리 방법의 화학구조를 확인하였으며, SEM을 사용하여 이축압출기로 제조한 composites의 파단면을 관찰하였다. UTM을 사용하여 인장 및 굴곡강도를 측정하였다.; Wood/plastic composite(WPC) is a kind of composites. It is prepared by blending of wood flour and polymeric material, additionally suitable for mass production by extrusion or intrusion. It is able to alternate the widely-used polymers. Wood flour, as a filler, has many advantages, such as good anti-abrasion property, multi-functionality, low density, easy-processibility, bio-degradability, and low cost. Recently, WPC has been studied by many researchers for various applications, especially as an environmental-friendly high performance material. In spite of its superior properties, WPC shows low mechanical strength when it is blended for composite compared to non-composited polymer or pure wood, mainly because of low interfacial adhesive strength. Many researches has shown that Grafting of non-polar molecule, surface modification and compatibilizer can be effective method to enhance the interfacial adhesiveness. Meanwhile, Using of bio-degradable polymer for WPC has been payed attention to make perfect-biodegradable WPCs. In this study, WPC were prepared by using wood flour and biodegradable poly (butylene succinate) (PBS). Surface modification (Esterification), grafting method (HEMA grafting) and coupling agent (EMAA) were used to increase the interfacial adhesive strength between the wood flour and PBS. We investigated the effects of modification method and wood flour content on the interfacial behavior and the physical property. Each modified wood flour were studied to confirm the change of chemical structure by FT-IR, SEM was used to investigate the interfacial adhesive properties of blends prepared by twin-extruder. UTM was used to measure the tensile and flexural strength. In the case of esterification, it was shown that the decrease of tensile strength was lower than that of other surface treatment methods. In addition, WPC with 15 wt % wood flour showed the highest flexural strength.