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Polymer(Korea), Vol.45, No.2, 236-245, March, 2021
DOI10.7317/pk.2021.45.2.236  Export Citation
나일론66-미세결정 셀룰로오스 결정 특성 및 기계적 물성
Crystallinity and Mechanical Properties of Nylon66-Microcrystalline Cellulose Composites
이재경1, 김용주1, 이영동1, 윤혁준1, 박정은1, 정경호2, 위정재1, 3, †
  • 1인하대학교 고분자환경융합공학과
  • 2LG 전자
  • 3인하대학교 고분자공학과
Jae Gyeong Lee1, Yongju Kim1, Young Dong Lee1, Hyeok Jun Yoon1, Jeong Eun Park1, Kyongho Jung2, and Jeong Jae Wie1, 3, †
  • 1Program in Environmental and Polymer Engineering, Inha University, 100 Inha-ro, Michuhol-gu, Incheon 22212, Korea
  • 2Advanced Material Team, Materials & Devices Advanced Research institute, LG Electronics Inc., Bldg W1, LG Science Park, 10, Magokjungang 10-ro, Gangseo-gu, Seoul 07796, Korea
  • 3Department of Polymer Science and Engineering, Inha University, 100 Inha-ro, Michuhol-gu, Incheon 22212, Korea
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초록
미세결정 셀룰로오스(microcrystalline cellulose, MCC)는 가벼우면서도 높은 기계적 물성을 유도할 수 있어 고분자 복합체를 활용하는 다양한 산업 분야에 적용되고 있으며 복합체의 경량화를 위한 보강재로 주목받고 있다. 또한 고분자 매트릭스로 사용가능한 나일론66의 경우도 열적 특성이 좋으며 기계적 물성이 강하여 여러 보강재와 함께 제조되어 쓰이고 있다. 본 연구에서는 나일론66의 아미드 결합부분과 MCC의 수산기와 수소결합을 유도하여 기계적 물성을 향상시키고자 했다. 압출과 사출공정을 통해 나일론66-MCC 복합체를 neat 고분자부터 MCC 함량을 0.5, 1, 2, 5 wt%까지 총 5가지로 제조했다. 열중량분석(TGA)을 통하여 복합체의 열적 물성을 확인할 수 있었으며 시차주사 열량분석법(DSC)을 통하여 유리전이온도와 결정화 온도를 측정했다. 만능재료시험기(UTM)를 이용하여 인장강도, 파단연신율, 인성을 측정했으며 아이조드 충격시험(IZOD impact strength test)을 통하여 충격강도를 측정했다. MCC의 함유량이 0.5 wt%일 때 파단연신율, 인성, 충격강도의 수치가 가장 높게 나왔다. 충격강도시험을 진행한 후 파단면을 주사전사현미경(SEM)으로 관찰한 결과, MCC의 함량이 증가할수록 MCC 분자들의 응집 현상이 있음을 확인했다. 보강재의 함유량을 달리한 각각의 복합체 결정 분석은 X-선 회절 분석법(XRD)을 통해 확인했다. 결과적으로 소량의 보강재 첨가만으로 복합체의 물성을 증가시켰으며 경량 보강재를 이용하여 복합체를 제조했다.
Microcrystalline cellulose (MCC) has drawn a great attention toward lightweight yet mechanically robust polymer composites for applications in various industrial fields. In this study, the nylon66-MCC composites were manufactured through extrusion and injection process to improve mechanical properties by inducing hydrogen bonds between the amide bond of nylon66 and the hydroxyl group of MCC. As the MCC content increased, the elongation at break and toughness were measured the highest at the 0.5 wt% of MCC measured by UTM and the tensile strength decreased. Impact strength which was also the highest at the 0.5 wt% of MCC was measured by IZOD impact strength test. The crystallization was analyzed by XRD. As a result, the mechanical properties of the composites were increased only by the addition of a small amount of light weight reinforcement agent.
Keywords:nylon66;microcrystalline cellulose;composites;mechanical properties;hydrogen bond;crystallinity