Effect of Pretreatment of Microfibrillated Cellulose on Polylactide Composites

Abstract

마이크로피브릴화 셀룰로오즈 (Mircrofibrillated cellulose)는 열가소성 고분자의 물성을 강화하고 결정화를 촉진해 성능이 향상된 친환경 고분자 복합체를 제조하는데 사용된다. 폴리락타이드 (Polylactide)는 바이오매스 기반의 친환경 고분자로써, 다른 친환경 고분자보다 비교적 우수한 열 가공 특성, 기계적 물성을 갖고 있다. 하지만 상업적으로 사용하기에는 낮은 내 충격성, 느린 분해 속도, 소수성인 점 등 단점이 있으며 결정화 속도가 느리다는 특징이 있다. 본 연구에서는 폴리락타이드에 셀룰로오즈를 첨가한 완전 자연 순환형 복합재료를 제조하고, 폴리락타이드의 기계적 물성 및 열적 특성 변화를 관찰했다. 마이크로피브릴화 셀룰로오즈는 섬유 간의 응집을 방지하기 위해서 섬유가 물에 현탁된 상태로 존재하는데, 폴리에스터 계열인 폴리락타이드와 복합화하기 위해서 마이크로피브릴화 셀룰로오즈를 두 가지 방법으로 전처리 하였다. 동결건조한 섬유는 Internal mixer에서 폴리락타이드와 복합화했고, 유기용매를 이용해서 용매 치환한 섬유는 유기용매에서 폴리 락타이드와 미리 혼합한 후 Internal mixer에서 혼련하였다. 이 실험에서는 10 wt% 셀룰로오즈 비율로 가공되었다. 또한, 상용화제를 사용한 복합체를 추가로 실험하여 셀룰로오즈와 폴리락타이드 사이에 형성된 가교 효과를 관찰하였다. 그 결과, 마이크로피브릴화 셀룰로오즈를 함유한 폴리락타이드는 기계적 물성 향상을 보였고, 특히 유기 용매와 미리 혼합된 복합체는 더 높은 인장강도를 보였다. 셀룰로오즈는 폴리 락타이드의 결정화를 촉진시켰고, 확대된 결정성 영역은 기계적 물성에 영향을 주었다. 또한, 상용화제 사용에 따른 결정화도 및 기계적 물성 변화는 상용화제가 고분자 매트릭스와 필러 사이의 계면 접착을 향상시켰음을 알 수 있었다. 결정화도 증가 및 상용화제 사용이 기계적 물성에 미치는 영향은 동역학적 열분석기를 사용한 분석에서 온도에 따른 저장 탄성률 거동으로 관찰하였다. 동결 건조 된 셀룰로오스와 유기용매로 치환된 셀룰로오스를 각각 사용하고 전처리 방식과 가공 기법이 복합소재에 주는 영향을 비교하고자 하였다.; Application of microfibrillated cellulose (MFC) in polymer has attracted increasing applications with the concept of fully bioderived nanocomposites. Polymer composites from polylactide (PLA) and MFC were prepared using two different fiber preparations. Freeze-dried MFC was prepared and directly mixed with PLA in an internal mixer. The MFC premixed with PLA in an organic solvent was prepared, followed by an internal mixer for another composite. In addition, grafting cellulose on PLA using a compatibilizer was performed. In this research, composites containing 10 wt% MFC were used to investigate the influence of processing and compatibilizer on the mechanical and thermal properties. The processing procedure had a great influence on the mechanical and physical properties. The tensile strength was increased with filler loading and showed different values depending on processing with and without premixing. The result of measurement of the storage modulus and tangent delta confirmed that the compatibilizer acted as the role of a bridge between filler and matrix and enhanced mechanical properties. This experiment was conducted to compare the effect of pretreatment on the change of mechanical and thermal properties by using freeze-dried cellulose and cellulose suspension substituted with an organic solvent.