생분해 복합소재 물성개선을 위한 셀룰로오스 유래 바이오필러의 분산성 증대 연구 = Properties' Improvement of Biodegradable Composites through Enhanced Dispersibility of Cellulose-Based Bio-Filler

국문 초록 (Abstract)

플라스틱 사용량의 증가로 인해 폐플라스틱이 지속적으로 발생하고 있으며 이로 인한 매립지 부족, 폐플라스틱 처리비용 등의 문제뿐만 아니라 미세 플라스틱으로 인한 치명적인 환경 이슈 해결을 위해 석유계 플라스틱을 대체할 수 있는 생분해 플라스틱에 대한 사회적 요구가 급속하게 증가하고 있다. 생물자원 유래 상용 생분해 플라스틱인 PHA (Ppolyhydroxyalkanoates)는 열가소성 생분해 고분자로 고유의 물성으로 인해 대표적인 생분해 고분자인 PLA (Poly lactic acid) 대비 가공성이 우수하며 수분과 산소에 대한 차단성을 가져 포장소재로서 활용 방안이 모색되고 있으나 낮은 인장강도, 인장신율, 내열성 등의 단점으로 인해 단독으로 제품화하기에 어려움이 있다고 알려져있다.
본 연구에서는 이러한 PHA의 단점 개선을 위해 고종횡비 나노구조의 CNFs (cellulose nanofibers)를 필러로 적용하고 이를 통한 물성 개선 효과를 확인하고자 하였다. MTMS (methyltrimethoxysilane)를 이용한 실란화공정을 통해 CNFs에 소수성을 부여함으로써 PHA내 CNFs의 분산성을 개선하고자 하였으며, 실란화를 통한 물성변화 및 분산성 개선 효과는 실란화된 CNFs (S-CNFs) 필름의 접촉각, FT-IR SEM, SEM-EDS분석을 통한 실란화 정도 확인을 통해 평가되었다.
FT-IR을 이용한 S-CNFs의 소수화 상태 확인 결과 열경화온도 증가에 따라 IR spectra상 Si-OH peak 감소가 확인되었고, SEM-EDS mapping 분석결과 SEM 이미지 상에서 확인되는 S-CNFs 구조와 유사한 Si 분산도가 확인되었다. 이러한 결과 분석을 통해 CNFs의 실란화가 균일하게 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 접촉각 측정에 의한 소수화 평가를 실시한 결과 동결건조 이후 150℃ 진공오븐에서 열경화를 진행한 S-CNFs 필름의 접촉각이 약 100°로 가장 크게 확인되어 우수한 소수화 정도를 확인할 수 있었다. 또한 PHA와 S-CNFs를 압출하고 압출된 복합소재에 대한 SEM-EDS mapping 분석결과 PHA내 균일하게 분산된 Si가 시각적으로 확인되어 본 연구에서 실시된 실란화를 통해 CNFs의 소수성부여를 통한 분산성이 증대한 것을 확인할 수 있었다.