KR20230025642A - 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품 - Google Patents
고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230025642A KR20230025642A KR1020220077702A KR20220077702A KR20230025642A KR 20230025642 A KR20230025642 A KR 20230025642A KR 1020220077702 A KR1020220077702 A KR 1020220077702A KR 20220077702 A KR20220077702 A KR 20220077702A KR 20230025642 A KR20230025642 A KR 20230025642A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- polymer composite
- weight
- inorganic particles
- fibers
- microcellulose
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 172
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 139
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 claims abstract description 65
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 claims description 160
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 134
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 31
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 28
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 19
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 19
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000007655 standard test method Methods 0.000 claims description 14
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 8
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 7
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004760 aramid Substances 0.000 claims description 4
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 claims description 4
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 4
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 claims description 4
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FACXGONDLDSNOE-UHFFFAOYSA-N buta-1,3-diene;styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1.C=CC1=CC=CC=C1 FACXGONDLDSNOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 3
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920002285 poly(styrene-co-acrylonitrile) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 3
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PYSRRFNXTXNWCD-UHFFFAOYSA-N 3-(2-phenylethenyl)furan-2,5-dione Chemical compound O=C1OC(=O)C(C=CC=2C=CC=CC=2)=C1 PYSRRFNXTXNWCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000147 Styrene maleic anhydride Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000021189 garnishes Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 claims description 2
- 229920000468 styrene butadiene styrene block copolymer Polymers 0.000 claims description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 abstract description 12
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 36
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 36
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 18
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 18
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 12
- 206010061592 cardiac fibrillation Diseases 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 230000002600 fibrillogenic effect Effects 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 7
- 229920001046 Nanocellulose Polymers 0.000 description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 5
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 4
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 4
- 241000218631 Coniferophyta Species 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 3
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 3
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N Fumaric acid Chemical compound OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 2
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N borane Chemical compound B UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- HGCIXCUEYOPUTN-UHFFFAOYSA-N cyclohexene Chemical compound C1CCC=CC1 HGCIXCUEYOPUTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LPIQUOYDBNQMRZ-UHFFFAOYSA-N cyclopentene Chemical compound C1CC=CC1 LPIQUOYDBNQMRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001911 maleic anhydride grafted polypropylene Polymers 0.000 description 2
- ZGEGCLOFRBLKSE-UHFFFAOYSA-N methylene hexane Natural products CCCCCC=C ZGEGCLOFRBLKSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010893 paper waste Substances 0.000 description 2
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 2
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001124 (E)-prop-1-ene-1,2,3-tricarboxylic acid Substances 0.000 description 1
- DTCCVIYSGXONHU-CJHDCQNGSA-N (z)-2-(2-phenylethenyl)but-2-enedioic acid Chemical compound OC(=O)\C=C(C(O)=O)\C=CC1=CC=CC=C1 DTCCVIYSGXONHU-CJHDCQNGSA-N 0.000 description 1
- HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)C(CN1CC2=C(CC1)NN=N2)=O HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 1-hexene Chemical compound CCCCC=C LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1h-imidazole Chemical compound FC1=CC=CC(C=2NC=CN=2)=C1 JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004953 Aliphatic polyamide Substances 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YGYAWVDWMABLBF-UHFFFAOYSA-N Phosgene Chemical compound ClC(Cl)=O YGYAWVDWMABLBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 159000000021 acetate salts Chemical class 0.000 description 1
- 229940091181 aconitic acid Drugs 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229920003231 aliphatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- QMKYBPDZANOJGF-UHFFFAOYSA-K benzene-1,3,5-tricarboxylate(3-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC(C([O-])=O)=CC(C([O-])=O)=C1 QMKYBPDZANOJGF-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910000085 borane Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- GTZCVFVGUGFEME-IWQZZHSRSA-N cis-aconitic acid Chemical compound OC(=O)C\C(C(O)=O)=C\C(O)=O GTZCVFVGUGFEME-IWQZZHSRSA-N 0.000 description 1
- HNEGQIOMVPPMNR-IHWYPQMZSA-N citraconic acid Chemical compound OC(=O)C(/C)=C\C(O)=O HNEGQIOMVPPMNR-IHWYPQMZSA-N 0.000 description 1
- 229940018557 citraconic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N cyclopentadiene Chemical compound C1C=CC=C1 ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 210000003195 fascia Anatomy 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 1
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 description 1
- 150000002258 gallium Chemical class 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000003562 lightweight material Substances 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- GDOPTJXRTPNYNR-UHFFFAOYSA-N methyl-cyclopentane Natural products CC1CCCC1 GDOPTJXRTPNYNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N methylenebutanedioic acid Natural products OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N pentamethylene Natural products C1CCCC1 RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YWAKXRMUMFPDSH-UHFFFAOYSA-N pentene Chemical compound CCCC=C YWAKXRMUMFPDSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920005906 polyester polyol Polymers 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011122 softwood Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229920003047 styrene-styrene-butadiene-styrene Polymers 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- GTZCVFVGUGFEME-UHFFFAOYSA-N trans-aconitic acid Natural products OC(=O)CC(C(O)=O)=CC(O)=O GTZCVFVGUGFEME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/045—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with vegetable or animal fibrous material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
- C08K3/013—Fillers, pigments or reinforcing additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/08—Metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
- C08K3/36—Silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
- C08L1/02—Cellulose; Modified cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L21/00—Compositions of unspecified rubbers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08L23/08—Copolymers of ethene
- C08L23/0807—Copolymers of ethene with unsaturated hydrocarbons only containing more than three carbon atoms
- C08L23/0815—Copolymers of ethene with aliphatic 1-olefins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/16—Elastomeric ethene-propene or ethene-propene-diene copolymers, e.g. EPR and EPDM rubbers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
- C08L9/02—Copolymers with acrylonitrile
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
- C08L9/06—Copolymers with styrene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/002—Physical properties
- C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/002—Physical properties
- C08K2201/004—Additives being defined by their length
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 보강재로 셀룰로오스 섬유를 포함하여 환경 친화적이면서도 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있는 고분자 복합체가 제공된다.
Description
본 발명은 무기 입자 및 셀룰로오스 섬유를 포함하는 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.
펄프(Pulp)는 목재(wood), 섬유 작물(fiber crops), 폐지, 또는 헝겊(rags) 등으로부터 셀룰로오스 섬유를 화학적 또는 기계적으로 분리하여 얻어진 리그노셀룰로오스 섬유 물질(lignocellulosic fibrous material)이다. 셀룰로오스 섬유는 주로 제지 분야에 사용되고 있으며, 나노셀룰로오스의 원재료로 활용되고 있다.
나노셀룰로오스는 고분자와의 복합화를 통해 고분자의 물성을 개선하기 위한 연구에 응용되고 있다. 보강재로 글라스 파이버가 적용된 것과 달리, 환경 친화적인 나노셀룰로오스가 적용된 고분자 복합체는 재활용이 용이하다는 장점이 있다.
그러나, 셀룰로오스 섬유로부터 나노셀룰로오스를 제조하는 공정이 복잡하며 많은 비용이 소요된다. 그리고, 셀룰로오스 섬유는 고분자와의 복합화 과정에서 높은 공정 온도로 인해 열화하는 문제가 있다. 또한, 셀룰로오스 섬유 및 나노셀룰로오스는 고분자 복합체 내에서 쉽게 응집(aggregation)되기 때문에, 나노 스케일로 분산되어 있기 매우 어렵고, 그로 인해 충분한 보강 효과를 얻기 어려운 한계가 있다.
본 발명은 보강재로 셀룰로오스 섬유를 포함하여 환경 친화적이면서도 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있는 고분자 복합체를 제공하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명은 상기 고분자 복합체를 포함하는 성형품을 제공하기 위한 것이다.
이하, 발명의 구현 예에 따른 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품에 대해 설명하기로 한다.
본 명세서에서 명시적인 언급이 없는 한, 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 '나노섬유' 또는 '나노 피브릴'은 나노미터 스케일의 지름을 가지는 섬유를 의미하고, '마이크로 섬유'는 마이크로 미터 스케일의 지름을 가지는 섬유를 의미한다. 예를 들어, 상기 마이크로 섬유는 상기 나노섬유들의 다발로 이루어진 것일 수 있다. 본 명세서에서 각종 섬유 및 피브릴의 '지름'은 그 단면에서 가장 긴 길이의 직경을 의미한다.
본 명세서에서 '펄프'는 목재(wood), 섬유 작물(fiber crops), 폐지 또는 헝겊(rags) 등으로부터 셀룰로오스 섬유를 화학적 또는 기계적으로 분리하여 얻어진 리그노셀룰로오스 섬유 물질(lignocellulosic fibrous material)을 의미한다.
본 명세서에서 '펄프 섬유', '셀룰로오스 섬유' 또는 '마이크로 셀룰로오스 섬유'는 셀룰로오스로 이루어진 마이크로 섬유를 의미한다. 본 명세서에서 '셀룰로오스 나노섬유' 또는 '나노 셀룰로오스 섬유'는 셀룰로오스로 이루어진 나노섬유를 의미한다.
본 명세서에서 '피브릴화'는 마이크로 셀룰로오스 섬유의 내부 조직을 형성하는 나노 피브릴들이 풀려나와 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에 나노 피브릴들이 보풀처럼 일어나는 현상을 의미한다.
본 명세서에서 '피브릴화된 셀룰로오스 섬유'는 상기 피브릴화에 의해 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에 나노 미터 스케일의 지름을 가지는 나노 피브릴들이 보풀처럼 일어난 상태의 마이크로 셀룰로오스 섬유를 의미한다.
발명의 일 구현예에 따르면,
고분자 매트릭스,
제1 무기 입자,
제1 마이크로 셀룰로오스 섬유, 및
나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유
를 포함하는, 고분자 복합체가 제공된다.
플라스틱의 보강 재료로 생분해성을 가지며 환경 친화적인 천연 고분자 재료인 셀룰로오스 나노섬유가 최근 주목 받고 있다. 그러나, 마이크로 셀룰로오스 섬유를 나노화(미세화)하여 나노섬유를 얻는 공정이 복잡하고 많은 비용이 소요되어 셀룰로오스 나노섬유를 보강재로 포함하는 고분자 복합체의 비용을 상승시키는 문제를 초래하고 있다.
본 발명자들의 계속적인 연구 결과, 셀룰로오스 섬유 상에 무기 입자를 성장시켜 얻어지는 피브릴화된 셀룰로오스 섬유는, 셀룰로오스 섬유를 나노화하여 얻어지는 나노셀룰로오스와 대등한 정도의 고분자 보강 효과를 나타낼 수 있음이 확인되었다.
특히, 상기 피브릴화된 셀룰로오스 섬유와 개질되지 않은 마이크로 셀룰로오스 섬유의 혼합물을 보강재로 포함하는 고분자 복합체는, 개질되지 않은 마이크로 셀룰로오스 섬유만을 보강재로 포함하는 고분자 복합체에 비하여 우수한 기계적 물성을 나타내면서도 우수한 가격 경쟁력을 가질 수 있다. 나아가, 상기 고분자 복합체에 적정량의 무기 입자를 적용함으로써 기계적 강도의 저하 없이 색상을 개선할 수 있다.
상기 고분자 복합체는 상기 고분자 매트릭스 내에 분산된 상기 제1 무기 입자, 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유, 그리고 상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 상기 포함한 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유를 포함한다.
상기 고분자 매트릭스는 고분자 수지일 수 있다.
일 예로, 상기 고분자 매트릭스는 폴리올레핀, 폴리아미드, 스티렌계 중합체, 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 고분자 매트릭스는, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌계 공중합체, 폴리프로필렌, 및 폴리프로필렌계 공중합체와 같은 폴리올레핀; 나일론-6 및 나일론-66와 같은 지방족 폴리아미드; 아라미드와 같은 방향족 폴리아미드; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-말레산 무수물 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 및 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체와 같은 스티렌계 중합체; 비스페놀 A, 폴리에테르폴리올, 폴리에스테르폴리올 또는 이들의 혼합물을 포함한 폴리올과 포스겐을 중합시킨 폴리카보네이트 등일 수 있다.
바람직하게는, 상기 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌계 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌계 공중합체, 나일론-6, 나일론-66, 아라미드, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-말레산 무수물 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 및 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함할 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 고분자 복합체는 상기 고분자 매트릭스 상에 분산된 상기 제1 무기 입자를 포함한다.
상기 제1 무기 입자는 상기 고분자 복합체의 기계적 물성을 저하시키지 않으면서 개선된 색상을 발현시키기 위해 첨가될 수 있다. 일 예로, 셀룰로오스 섬유를 포함한 고분자 복합체는 옅은 노란색 또는 짙은 노란색을 띄는 것이 일반적인데, 상기 제1 무기 입자를 적용함으로써 상기 고분자 복합체의 백색도를 향상시킬 수 있다.
상기 제1 무기 입자는 고굴절율을 가지는 무기 입자가 적용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 무기 입자는 산화 티탄, 산화 아연, 질화 붕소, 및 황산 바륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 무기 입자를 포함할 수 있다.
상기 제1 무기 입자는 50 nm 내지 1000 nm, 혹은 100 nm 내지 1000 nm, 혹은 100 nm 내지 500 nm인 평균 입경을 가지는 무기 입자일 수 있다. 상기 고분자 복합체에 상기 제1 무기 입자가 효율적으로 포함될 수 있도록 하기 위하여, 상기 제1 무기 입자는 50 nm 이상 혹은 100 nm 이상의 평균 입경을 가지는 것이 바람직하다. 다만, 과도하게 큰 무기 입자는 상기 고분자 복합체에서 결함(defect)으로 작용하여 기계적 물성을 열악하게 할 수 있다. 그러므로, 상기 제1 무기 입자는 1000 nm 이하 혹은 500 nm 이하의 평균 입경을 가지는 것이 바람직하다.
상기 제1 무기 입자는 상기 고분자 복합체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 제1 무기 입자에 의한 상기 효과의 발현을 위하여, 상기 제1 무기 입자는 상기 고분자 복합체 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 이상, 혹은 1 중량부 이상, 혹은 2 중량부 이상으로 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 과량의 무기 입자는 상기 고분자 매트릭스와의 상용성을 저해하고, 이로 인해 고분자 복합체의 기계적 물성이 저하할 수 있다. 그러므로, 상기 제1 무기 입자는 상기 고분자 복합체 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하, 혹은 18 중량부 이하, 혹은 16 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제1 무기 입자는 상기 고분자 복합체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부, 혹은 1 내지 20 중량부, 혹은 1 내지 18 중량부, 혹은 2 내지 18 중량부, 혹은 2 내지 16 중량부로 포함될 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 고분자 복합체는 상기 고분자 매트릭스 상에 분산된 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유를 포함한다.
상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유는 침엽수, 활엽수 등의 목재로부터 얻어지는 천연 셀룰로오스 섬유일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유는 가성소다, 황산소다 등을 사용하여 침엽수나 활엽수 등의 천연 원료로부터 셀룰로오스 외의 성분들을 녹여 얻어질 수 있다.
상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유는, 후술할 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유(피브릴화된 마이크로 셀룰로오스 섬유) 대비 피브릴화되지 않은 상태의 마이크로 셀룰로오스 섬유를 의미한다.
상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유는 10 ㎛ 내지 40 ㎛인 지름 및 0.1 mm 내지 3 mm의 길이를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유는 10 ㎛ 내지 40 ㎛, 혹은 15 ㎛ 내지 40 ㎛, 혹은 15 ㎛ 내지 35 ㎛, 혹은 15 ㎛ 내지 30 ㎛인 지름; 및 0.1 mm 내지 3 mm, 혹은 0.1 mm 내지 2.5 mm, 혹은 0.2 mm 내지 2.5 mm, 혹은 0.2 mm 내지 2 mm인 길이를 갖는 것일 수 있다.
상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유는 습식법 또는 건식법에 의해 얻어질 수 있다. 비제한적인 예로, 셀룰로오스 원료를 증류수에 투입하고 습식 상태에서 믹서에 수 회 갈아준 후 감압 여과하여 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유가 얻어질 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 고분자 복합체는 상기 고분자 매트릭스 상에 분산된 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유를 더 포함한다.
상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 침엽수, 활엽수 등의 목재로부터 얻어지는 천연 셀룰로오스 섬유일 수 있다.
일반적으로 마이크로 셀룰로오스 섬유의 피브릴화(fibrillation)는 고해(叩解, beating)와 같은 공정을 통해 셀룰로오스 섬유의 막 및 그 내부 조직을 형성하는 비교적 큰 피브릴이 풀려나와 그 표면에 미세한 피브릴이 보풀처럼 일어나는 현상을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는, 셀룰로오스 섬유 상에 제2 무기 입자를 성장시킴으로써 셀룰로오스 섬유를 피브릴화한 것이다. 즉, 본 발명에 있어서, 상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함하는 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는, 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에서 상기 제2 무기 입자의 성장에 의해 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유를 형성하는 피브릴들의 일부가 풀려나오거나 해섬된 상태의 섬유일 수 있다.
도 1은 (a) 피브릴화되지 않은 마이크로 셀룰로오스 섬유 및 (b) 나노 피브릴 및 무기 입자를 포함하는 마이크로 셀룰로오스 섬유를 확대하여 모식적으로 나타낸 것이다.
도 1의 (a)에서, 피브릴화되지 않은 마이크로 셀룰로오스 섬유(100)는 마이크로 미터 스케일의 지름을 가지는 섬유이다. 도 1의 (b)를 참고하면, 셀룰로오스 섬유 상에 무기 입자를 성장시키면, 마이크로 셀룰로오스 섬유(100')를 형성하는 피브릴들의 일부가 상기 무기 입자(20)의 성장에 의해 풀려나와 마이크로 셀룰로오스 섬유(100') 상에 나노 피브릴들(11)이 보풀처럼 일어난 상태의 섬유가 형성될 수 있다. 또한, 상기 무기 입자(20)의 성장에 의한 피브릴화를 통해 마이크로 셀룰로오스 섬유(100')의 내부에도 상기 나노 피브릴들(11)이 존재할 수 있다.
일 예로, 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한다. 여기서, 상기 나노 피브릴은 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유의 표면에 결합되거나, 그 내부에 존재할 수 있다. 그리고, 상기 제2 무기 입자는 상기 나노 피브릴과 결합하거나 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유의 표면 또는 내부에 결합되어 있을 수 있다.
상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유에서, 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 1 ㎛ 이상; 그리고 30 ㎛ 이하, 혹은 25 ㎛ 이하, 혹은 20 ㎛ 이하, 혹은 15 ㎛ 이하, 혹은 10 ㎛ 이하의 지름을 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 1 ㎛ 내지 30 ㎛, 혹은 1 ㎛ 내지 25 ㎛, 혹은 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 혹은 1 ㎛ 내지 15 ㎛, 혹은 1 ㎛ 내지 10 ㎛인 지름을 갖는 것일 수 있다.
그리고, 상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유에서, 상기 나노 피브릴은 10 nm 이상, 혹은 20 nm 이상, 혹은 30 nm 이상, 혹은 40 nm 이상, 혹은 50 nm 이상; 그리고 400 nm 이하, 혹은 350 nm 이하, 혹은 300 nm 이하, 혹은 250 nm 이하, 혹은 200 nm 이하, 혹은 150 nm 이하, 혹은 100 nm 이하인 지름을 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 피브릴은 10 nm 내지 400 nm, 혹은 10 nm 내지 350 nm, 혹은 10 nm 내지 300 nm, 혹은 20 nm 내지 300 nm, 혹은 20 nm 내지 250 nm, 혹은 30 nm 내지 250 nm, 혹은 30 nm 내지 200 nm, 혹은 40 nm 내지 200 nm, 혹은 40 nm 내지 150 nm, 혹은 50 nm 내지 150 nm, 혹은 50 nm 내지 100 nm인 지름을 갖는 것일 수 있다.
상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 및 상기 나노 피브릴의 길이는 특별히 제한되지 않는다.
상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함하는 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는, 마이크로 셀룰로오스 섬유, 제2 무기 입자 전구체 및 용매를 포함하는 혼합물에 환원제, 촉매, 리간드, 또는 이들의 혼합물을 첨가하여, 셀룰로오스 섬유 상에 분포된 제2 무기 입자 전구체로부터 제2 무기 입자를 성장시키는 공정을 통해 제조될 수 있다.
일 예로, 상기 공정에서는 마이크로 셀룰로오스 섬유, 제2 무기 입자 전구체 및 용매를 포함하는 혼합물을 준비한다.
상기 용매로는 상기 제2 무기 입자 전구체를 용해시킬 수 있고 마이크로 셀룰로오스 섬유를 팽윤시킬 수 있는 화합물이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 용매로는 물, 알코올(예컨대, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올과 같은 저급 알코올), 디메틸 설폭사이드, 수산화나트륨 수용액, 암모니아 수용액, 요소 수용액, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 용매는 마이크로 셀룰로오스 섬유 100 중량부에 대하여 1000 내지 10000 중량부로 사용될 수 있다. 상기 용매의 함량 범위 내에서 마이크로 셀룰로오스 섬유가 충분히 팽윤되고, 상기 제2 무기 입자 전구체의 유동성이 확보되어 상기 제2 무기 입자 전구체가 상기 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에 고르게 분산될 수 있다.
상기 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에 성장되는 제2 무기 입자의 종류에 따라 다양한 물성을 갖는 고분자 복합체를 제공할 수 있다. 즉, 상기 제2 무기 입자 전구체는 고분자 복합체에 부여하려는 물성에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 비제한적인 예로, 고분자 복합체에 항균성 및 내열성을 부여할 목적이라면 산화아연을 성장시킬 수 있는 제2 무기 입자 전구체가 선택될 수 있다.
일 예로, 상기 제2 무기 입자는 구리, 아연, 칼슘, 알루미늄, 철, 백금, 팔라듐, 루테늄, 이리듐, 로듐, 오스뮴, 크롬, 코발트, 니켈, 망간, 바나듐, 몰리브덴 및 갈륨으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소를 포함할 수 있다. 상기 무기 입자의 성분은 1종이거나 2종 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 무기 입자는 상술한 금속 입자이거나 이들의 산화물, 질화물 또는 황화물일 수 있다.
상기 제2 무기 입자 전구체로는 구리, 아연, 칼슘, 알루미늄, 철, 백금, 팔라듐, 루테늄, 이리듐, 로듐, 오스뮴, 크롬, 코발트, 니켈, 망간, 바나듐, 몰리브덴 및 갈륨으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 원소의 염이 사용될 수 있다. 상기 염은 아세트산염, 염화염, 질산염 등일 수 있다. 또한, 상기 제2 무기 입자 전구체로 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS) 등의 산화실리콘 전구체가 사용될 수 있다.
상기 제2 무기 입자의 함량은 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 무기 입자의 함량은 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 100 중량부에 대하여 10 중량부 이상, 혹은 15 중량부 이상; 그리고 40 중량부 이하, 혹은 35 중량부 이하, 혹은 30 중량부 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 무기 입자의 함량은 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부, 혹은 10 내지 35 중량부, 혹은 15 내지 35 중량부, 혹은 15 내지 30 중량부일 수 있다. 이에 따라, 상기 혼합물에 포함되는 상기 제2 무기 입자 전구체의 함량은 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에 최종적으로 생성되는 제2 무기 입자의 함량이 상기 범위를 충족하도록 제어될 수 있다. 이러한 함량 범위 내에서 마이크로 셀룰로오스 섬유에 제2 무기 입자 전구체가 고르게 분포하여 충분한 피브릴화를 유도할 수 있고, 향상된 기계적 물성의 발현을 가능하게 한다.
상기 혼합물은 상기 용매에 상기 제2 무기 입자 전구체를 용해시킨 후 마이크로 셀룰로오스 섬유를 첨가하여 준비될 수 있다. 상기 혼합물을 교반하여 마이크로 셀룰로오스 섬유를 팽윤시킴과 동시에 팽윤된 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에 상기 제2 무기 입자 전구체가 고르게 분포하도록 한다. 상기 제2 무기 입자 전구체는 수소 결합 또는 이온 결합을 통해 상기 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에 부착될 수 있다.
상기 혼합물에 첨가되는 환원제, 촉매 및 리간드의 종류 및 함량은 첨가된 제2 무기 입자 전구체 및 성장시키려는 제2 무기 입자의 종류와 함량에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 일 예로, 상기 환원제로는 수산화나트륨(NaOH), 금속 하이드라이드계, 보로하이드라이드계, 보란계, 실란계, 하이드라진, 또는 하이드라자이드계의 환원제가 사용될 수 있다. 상기 촉매로는 암모니아 또는 요소 등이 사용될 수 있다. 상기 리간드로는 벤젠-1,3,5-트리카복실레이트가 사용될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 제조예에 따른, 상기 제2 무기 입자의 성장에 의해 피브릴화된 마이크로 셀룰로오스 섬유에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지들이다.
도 2의 (a) 이미지를 참고하면, 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에 제2 무기 입자가 성장하여 피브릴화가 일어난 것을 확인할 수 있다. 도 2의 (b) 이미지는, 상기 (a) 이미지의 일부를 더 확대 관찰한 것이다.
도 3을 참고하면, 상기 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에는 상기 제2 무기 입자의 성장에 따른 (a) 금속 원소(아연) 및 (b) 산소가 고르게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.
상기 공정을 통해 상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유가 얻어질 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유에 포함된 상기 제2 무기 입자는 0.01 ㎛ 이상, 혹은 0.03 ㎛ 이상, 혹은 0.05 ㎛ 이상; 그리고 10 ㎛ 이하, 혹은 7 ㎛ 이하, 혹은 5 ㎛ 이하인 지름을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 무기 입자는 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛, 혹은 0.03 ㎛ 내지 7 ㎛, 혹은 0.05 ㎛ 내지 5 ㎛인 지름을 가질 수 있다.
상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 상에 포함된 상기 제2 무기 입자의 입경이 너무 클 경우 상기 제2 무기 입자가 결함(defect)으로 작용하여 고분자 복합체의 기계적 물성이 저하될 수 있다. 그러므로, 상기 제2 무기 입자의 입경은 10 ㎛ 이하, 혹은 7 ㎛ 이하, 혹은 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2 무기 입자의 성장에 의한 마이크로 셀룰로오스 섬유의 피브릴화 효과를 발현시키면서 기계적 물성의 향상을 위하여, 상기 제2 무기 입자의 입경은 0.01 ㎛ 이상, 혹은 0.03 ㎛ 이상, 혹은 0.05 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.
상기 제2 무기 입자는 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛인 지름을 가지는 구형 입자일 수 있다. 또한, 상기 제2 무기 입자는 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛인 일축 지름과 0.02 ㎛ 내지 30 ㎛인 다른 일축 지름을 가지는 기둥형 입자일 수 있다. 상기 제2 무기 입자의 지름은 주사전자현미경을 이용하여 측정될 수 있다. 비제한적인 예로, 주사전자현미경을 이용하여 20 개의 제2 무기 입자에 대한 지름, 단축 지름, 또는 장축 지름을 각각 측정한 후 그 최대값 및 최소값을 제외하고 계산한 평균 값을 얻을 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 제2 무기 입자는 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 100 중량부에 대하여 10 중량부 이상, 혹은 15 중량부 이상; 그리고 40 중량부 이하, 혹은 35 중량부 이하, 혹은 30 중량부 이하로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 무기 입자는 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부, 혹은 10 내지 35 중량부, 혹은 15 내지 35 중량부, 혹은 15 내지 30 중량부로 포함될 수 있다.
상기 제2 무기 입자의 성장에 의한 마이크로 셀룰로오스 섬유의 피브릴화 효과 및 기계적 물성이 충분히 발현될 수 있도록 하기 위하여, 상기 제2 무기 입자는 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 100 중량부에 대하여 10 중량부 이상, 혹은 15 중량부 이상으로 포함되는 것이 바람직하다.
다만, 상기 제2 무기 입자가 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유에 과량으로 포함될 경우 상기 고분자 매트릭스와의 상용성이 저하하고, 이로 인해 고분자 복합체의 기계적 물성이 열악해질 수 있다. 그러므로, 상기 제2 무기 입자는 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 100 중량부에 대하여 40 중량부 이하, 혹은 35 중량부 이하, 혹은 30 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
우수한 기계적 물성의 확보를 위하여, 상기 제1 무기 입자 및 상기 제2 무기 입자의 합은 상기 고분자 복합체 100 중량부에 대하여 1 중량부 이상인 것이 바람직하다. 다만, 과량의 무기 입자는 상기 고분자 매트릭스와의 상용성을 저해하고, 이로 인해 고분자 복합체의 기계적 물성이 저하할 수 있다. 그러므로, 상기 제1 무기 입자 및 상기 제2 무기 입자의 합은 상기 고분자 복합체 100 중량부에 대하여 30 중량부 이하인 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 제1 무기 입자 및 상기 제2 무기 입자의 합은 상기 고분자 복합체 100 중량부에 대하여 1 중량부 이상, 2.5 중량부 이상, 혹은 5 중량부 이상; 그리고 30 중량부 이하, 혹은 25 중량부 이하, 혹은 20 중량부 이하, 혹은 15 중량부 이하로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 무기 입자 및 상기 제2 무기 입자의 합은 상기 고분자 복합체 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부, 혹은 2.5 내지 30 중량부, 혹은 2.5 내지 25 중량부, 혹은 5 내지 25 중량부, 혹은 5 내지 20 중량부, 혹은 5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유와 상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 1:0.1 내지 1:3의 중량비로 상기 고분자 복합체에 포함될 수 있다.
즉, 고분자 복합체의 제조 비용을 낮추면서 기계적 물성의 개선을 위하여, 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유를 기준으로 0.1 배 이상, 혹은 0.2 배 이상의 중량비로 상기 고분자 복합체에 포함되는 것이 바람직하다.
다만, 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 대비 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유의 함량이 과도하게 높아질 경우, 상기 고분자 복합체에 포함되는 무기 입자의 총량이 상대적으로 증가하고, 이로 인해 고분자 복합체의 기계적 물성이 저하할 수 있다. 그러므로, 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유를 기준으로 3 배 이하, 혹은 2.5 배 이하, 혹은 2 배 이하, 혹은 1.5 배 이하, 혹은 1.2 배 이하, 혹은 1 배 이하의 중량비로 상기 고분자 복합체에 포함되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유와 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 1:0.1 내지 1:3, 혹은 1:0.1 내지 1:2.5, 혹은 1:0.1 내지 1:2, 혹은 1:0.1 내지 1:1.5, 혹은 1:0.2 내지 1:1.5, 혹은 1:0.2 내지 1:1.2, 혹은 1:0.2 내지 1:1의 중량비로 상기 고분자 복합체에 포함될 수 있다.
발명의 일 구현 예에 따르면, 상기 고분자 복합체는
상기 고분자 매트릭스 30 내지 80 중량%,
상기 제1 무기 입자 0.1 내지 20 중량%,
상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 5 내지 40 중량%; 및
상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 1 내지 30 중량%를 포함할 수 있다.
발명의 다른 일 구현 예에 따르면, 상기 고분자 복합체는
상기 고분자 매트릭스 35 내지 75 중량%,
상기 제1 무기 입자 1 내지 15 중량%,
상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 10 내지 35 중량%; 및
상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 2.5 내지 25 중량%를 포함할 수 있다.
발명의 또 다른 일 구현 예에 따르면, 상기 고분자 복합체는
상기 고분자 매트릭스 40 내지 70 중량%,
상기 제1 무기 입자 2.5 내지 15 중량%,
상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 15 내지 30 중량%; 및
상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 5 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.
적절한 양의 매트릭스를 포함하는 고분자 복합체가 제공될 수 있도록 하기 위하여, 상기 고분자 매트릭스는 상기 고분자 복합체에 30 중량% 이상 혹은 35 중량% 이상으로 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명에 따른 향상된 기계적 물성의 발현을 위하여, 상기 고분자 매트릭스는 상기 고분자 복합체에 80 중량% 이하, 혹은 75 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 고분자 매트릭스는 상기 고분자 복합체에 30 내지 80 중량%, 혹은 30 내지 75 중량%, 혹은 35 내지 75 중량%, 혹은 40 내지 70 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 향상된 기계적 물성과 개선된 색상의 발현을 위하여, 상기 제1 무기 입자는 상기 고분자 복합체에 0.1 중량% 이상, 혹은 1 중량% 이상, 혹은 2.5 중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 과량의 무기 입자는 상기 고분자 매트릭스와의 상용성을 저해하고, 이로 인해 고분자 복합체의 기계적 물성이 저하할 수 있다. 그러므로, 상기 제1 무기 입자는 상기 고분자 복합체에 20 중량% 이하, 혹은 17.5 중량% 이하, 혹은 15 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제1 무기 입자는 상기 고분자 복합체에 0.1 내지 20 중량%, 혹은 0.1 내지 17.5 중량%, 혹은 1 내지 17.5 중량%, 혹은 1 내지 15 중량%, 혹은 2.5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 향상된 기계적 물성의 발현을 위하여, 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유는 상기 고분자 복합체에 5 중량% 이상, 혹은 10 중량% 이상, 혹은 15 중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 과량의 보강재는 상기 고분자 매트릭스와의 상용성을 저해하고, 이로 인해 고분자 복합체의 기계적 물성이 저하할 수 있다. 그러므로, 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유는 상기 고분자 복합체에 40 중량% 이하, 혹은 35 중량% 이하, 혹은 30 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유는 상기 고분자 복합체에 5 내지 40 중량%, 혹은 5 내지 35 중량%, 혹은 10 내지 35 중량%, 혹은 10 내지 30 중량%, 혹은 15 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 향상된 기계적 물성과 개선된 색상의 발현을 위하여, 상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 상기 고분자 복합체에 1 중량% 이상, 혹은 2.5 중량% 이상, 혹은 5 중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 과량의 보강재는 상기 고분자 매트릭스와의 상용성을 저해하고, 이로 인해 고분자 복합체의 기계적 물성이 저하할 수 있다. 그러므로, 상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 상기 고분자 복합체에 30 중량% 이하, 혹은 25 중량% 이하, 혹은 20 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 상기 고분자 복합체에 1 내지 30 중량%, 혹은 1 내지 25 중량%, 혹은 2.5 내지 25 중량%, 혹은 2.5 내지 20 중량%, 혹은 5 내지 20 중량%로 포함될 수 있다.
한편, 상기 고분자 복합체는 상기 고분자 매트릭스 상에 분산된 상용화제를 더 포함할 수 있다. 상기 상용화제는 상기 고분자 매트릭스와 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 및 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유가 서로 잘 배합될 수 있도록 돕는 성분이다.
상기 상용화제로는 상기 고분자 매트릭스의 구체적인 종류를 고려하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 것들이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 상용화제는 변성 폴리올레핀일 수 있다. 상기 변성 폴리올레핀은 불포화 카르복실산 또는 이의 유도체로 폴리올레핀을 변성한 수지를 의미한다.
상기 변성 폴리올레핀을 형성하는 상기 폴리올레핀은, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐, 헥센, 및 헵텐과 같은 사슬형 올레핀; 사이클로펜텐, 사이클로헥센, 및 1,3-사이클로펜타디엔과 같은 고리형 올레핀; 스티렌 등의 방향족 고리로 치환된 올레핀일 수 있다.
상기 변성 폴리올레핀을 형성하는 상기 불포화 카르복실산은, 푸마르산, 말레산, 이타콘산, 시트라콘산, 아코니티산, 및 이들의 무수물일 수 있다.
비제한적인 예로, 상기 변성 폴리올레핀은 말레산 무수물로 0.1 내지 10 중량%가 그라프트된 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌일 수 있다.
이러한 변성 폴리올레핀은 셀룰로오스 섬유의 고분자 매트릭스에 대한 상용성을 더욱 향상시켜 고분자 복합체의 기계적 물성을 더욱 향상시킬 수 있다.
적절한 상용성이 발현될 수 있도록 하기 위하여, 상기 상용화제는 상기 고분자 복합체에 0.1 중량% 이상, 혹은 1 중량% 이상, 혹은 5 중량% 이상으로 포함될 수 있다. 다만, 과량의 상용화제는 상기 고분자 복합체의 기계적 물성을 열악하게 할 수 있다. 그러므로, 상기 상용화제는 상기 고분자 복합체에 15 중량% 이하, 혹은 10 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 상용화제는 상기 고분자 복합체에 0.1 내지 15 중량%, 혹은 1 내지 15 중량%, 혹은 1 내지 10 중량%, 혹은 5 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 고분자 복합체는 상술한 성분들을 믹서에서 혼합한 후 경화하여 얻어질 수 있다. 또한, 상기 제1 무기 입자, 상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유, 및 상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유를 혼합한 보강재 혼합물을 준비하고, 상기 보강재 혼합물을 상기 고분자 매트릭스와 혼합하는 방법으로 상기 고분자 복합체가 준비될 수 있다. 비제한적인 예로, 상술한 성분들을 100 내지 180 ℃의 배치 믹서에서 혼합한 후, 펠렛 형태로 마스터 배치를 제조하고, 상기 마스터 배치를 압출기에 투입하여 압출 및 사출함으로써 상기 고분자 복합체가 얻어질 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 고분자 복합체는 상술한 성분들을 포함함에 따라 환경 친화적이면서도 향상된 기계적 물성을 나타낼 수 있다.
일 예로, 상기 고분자 복합체는, 상기 고분자 복합체로 이루어진 ASTM D638-5 규격의 dog-bone 형태의 시편(또는 dumbbell-shaped specimen)에 대하여 ASTM D638-5의 표준 시험법에 따라 측정된 25 MPa 이상 혹은 50 MPa 이상의 인장 강도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 고분자 복합체는 25 MPa 내지 70 MPa, 혹은 30 MPa 내지 70 MPa, 혹은 30 MPa 내지 65 MPa, 혹은 40 MPa 내지 65 MPa, 혹은 50 MPa 내지 65 MPa의 상기 인장 강도를 나타낼 수 있다.
ASTM D638은 플라스틱의 인장 특성을 결정하기 위한 표준 시험법을 제공한다. 상기 고분자 복합체에 대한 인장 특성은 ASTM D638의 시편 타입 5에 따라 수행된다. ASTM D638은 상기 시편에 인장력을 가하고, 응력 하에서 시편의 인장 특성을 측정하는 것으로 수행된다. 이는 통상의 인장 시험기에서 상기 시편이 파손(항복 또는 파단)될 때까지 1~500 mm/min 범위의 일정한 인장 속도로 수행될 수 있다. 상기 인장 강도는 상기 시편이 항복하거나 파단하기까지 가할 수 있는 힘의 양이다.
다른 일 예로, 상기 고분자 복합체는, 상기 고분자 복합체로 이루어진 크기 80 mm x 10 mm x 4 mm의 시편에 대하여 ISO 178의 표준 시험법에 따라 측정된 60 MPa 이상의 굴곡 강도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 고분자 복합체는 60 MPa 내지 95 MPa, 혹은 60 MPa 내지 90 MPa, 혹은 62.5 MPa 내지 90 MPa, 혹은 62.5 MPa 내지 89 MPa의 상기 굴곡 강도를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 고분자 복합체는, 상기 고분자 복합체로 이루어진 크기 80 mm x 10 mm x 4 mm의 시편에 대하여 ISO 178의 표준 시험법에 따라 측정된 2.0 GPa 이상의 굴곡 탄성률을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 고분자 복합체는 2.0 GPa 내지 4.0 GPa, 혹은 2.0 GPa 내지 3.8 GPa, 혹은 2.5 GPa 내지 3.8 GPa, 혹은 2.5 GPa 내지 3.5 GPa의 상기 굴곡 탄성률을 나타낼 수 있다.
ISO 178은 3-점 굽힘 테스트를 수행하여 플라스틱에 대한 굴곡 특성을 결정하는 표준 시험법을 제공한다. 3-점 굽힘 시험은 양쪽 끝에서 자유롭게 지지되는 직사각형 시편의 중간 점(midpoint)에 힘을 가한다. 이때 가해진 힘은 로드 셀(load cell)에 의해 측정되고, 그에 따른 처짐(resulting deflection)은 크로스 헤드 변위 (crosshead displacement) 또는 직접 스트레인 측정 장치(direct strain measurement device)에 의해 측정된다. 이는 통상의 굴곡 시험기에서 상기 시편에 1~500 mm/min 범위의 일정한 속도로 힘을 가하여 수행될 수 있다. 상기 굴곡 강도(flexural strength)는 굴곡 테스트 중에 얻은 최대 굽힘 응력(maximum flexural stress)이다. 상기 굴곡 응력은 적용된 하중, 스팬(span), 시편 너비, 및 시편 두께의 함수로서, 굴곡 시험기를 통해 측정된다.
또 다른 일 예로, 상기 고분자 복합체는, ASTM D256 규격의 노치를 갖는 63.5 mm x 12.7 mm x 3.2 mm의 시편에 대하여 ASTM D256의 표준 시험법(23℃, hammer head 3.00 J)에 따라 측정된 20 J/m 이상의 아이조드 충격 강도를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 복합체는 20 J/m 이상, 혹은 24 J/m 이상, 혹은 25 J/m 이상; 그리고 50 J/m 이하, 혹은 45 J/m 이하, 혹은 40 J/m 이하, 혹은 35 J/m 이하의 상기 아이조드 충격 강도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 고분자 복합체는 20 J/m 내지 50 J/m, 혹은 20 J/m 내지 45 J/m, 혹은 24 J/m 내지 45 J/m, 혹은 25 J/m 내지 45 J/m, 혹은 25 J/m 내지 40 J/m, 혹은 25 J/m 내지 35 J/m의 상기 아이조드 충격 강도를 나타낼 수 있다.
또 다른 일 예로, 상기 고분자 복합체는 25 MPa 내지 70 MPa인 상기 인장 강도, 60 MPa 내지 95 MPa인 상기 굴곡 강도, 및 20 J/m 내지 50 J/m인 상기 아이조드 충격 강도를 가질 수 있다.
또 다른 일 예로, 상기 고분자 복합체는 30 MPa 내지 65 MPa인 상기 인장 강도, 60 MPa 내지 90 MPa인 상기 굴곡 강도, 및 24 J/m 내지 45 J/m인 상기 아이조드 충격 강도를 가질 수 있다.
또 다른 일 예로, 상기 고분자 복합체는 50 MPa 내지 65 MPa인 상기 인장 강도, 62.5 MPa 내지 89 MPa인 상기 굴곡 강도, 및 20 J/m 내지 35 J/m인 상기 아이조드 충격 강도를 가질 수 있다.
또 다른 일 예로, 상기 고분자 복합체는 50 MPa 내지 65 MPa인 상기 인장 강도, 65 MPa 내지 89 MPa인 상기 굴곡 강도, 및 25 J/m 내지 35 J/m인 상기 아이조드 충격 강도를 가질 수 있다.
한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 고분자 복합체를 포함하는 성형품이 제공된다.
상기 성형품은 상기 고분자 복합체를 포함함에 따라 환경 친화적이면서도 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있다.
상기 성형품은 상기 고분자 복합체를 원료로 사용하여 통상의 가공 방법으로 제조되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 성형품은 상기 고분자 복합체를 포함한 원료 조성물을 사용하여 사출 성형, 압출 성형, 캘린더 성형 등을 통해 얻어질 수 있다.
일 예로, 상기 고분자 복합체를 포함하는 성형품은 사출 성형을 통해 제조될 수 있다. 가소화 단계와 유동 단계를 통해 용융된 상기 고분자 복합체를 플런저(plunger)에 의해 금형의 캐비티(cavity)에 채우고, 이를 굳히는 냉각 단계를 거친다. 상기 금형에는 압력 센서, 온도 센서, 핫 러너 시스템(hot runner system) 등이 구비될 수 있다. 용융된 재료를 굳히기 위한 냉각 라인이 별도로 존재할 수 있다. 플런저가 후퇴하고, 이젝터 핀을 이용하여 굳어진 성형품이 금형으로부터 분리될 수 있다.
바람직하게는, 상기 성형품은 자동차용 내장재 또는 자동차용 외장재와 같은 자동차용 경량 소재일 수 있다. 예를 들어, 상기 성형품은 대시보드(dashboard), 도어 트림(door trim), 배터리 트레이(battery tray), 범퍼(bumper), 러기지 트림(luggage trim), 도어 오프닝 트림(door opening trim), 헤드라이너(headliner), 후면 선반(rear shelf), 토너 커버(tonneau cover), 선 바이저(sun visor), 어시스트 그립(assist grip), 콘솔 박스(console box), 휀다 패널(fender panel), 오일 팬(oil pan), 휠 하우스(wheel house), 사이드 스커트(side skirt), 가니쉬(garnish), 전장 부품(electric parts), 엔진커버(engine cover), 안전 벨트 커버(seat belt cover), 스위치 버튼(switch button), 및 센터 페시아(center facia)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 자동차용 내외장재일 수 있다.
또한, 상기 성형품은 가전 제품의 내외장재, 포장재 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 복합체는 보강재로 셀룰로오스 섬유를 포함하여 환경 친화적이면서도 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있다.
도 1은 (a) 피브릴화되지 않은 마이크로 셀룰로오스 섬유 및 (b) 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함하는 마이크로 셀룰로오스 섬유를 확대하여 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 제조예 2에 따른, 제2 무기 입자의 성장에 의해 피브릴화된 셀룰로오스 섬유에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지들이다.
도 4는 (a) 제조예 3에 따른 피브릴화된 마이크로 셀룰로오스 섬유와 (b) 제조예 4에 따른 입자와 복합화된 미세화 셀룰로오스 섬유의 SEM 이미지를 비교하여 나타낸 것이다.
도 5는 상기 도 4에 따른 (a)와 (b)를 더욱 고배율로 촬영한 SEM 이미지이다.
도 6은 ASTM D638의 타입 5(Type V)에 따른 인장 강도 측정용 dog-bone 형태의 시편(또는 dumbbell-shaped specimen)의 규격을 나타낸 것이다 (단위: mm).
도 2 및 도 3은 제조예 2에 따른, 제2 무기 입자의 성장에 의해 피브릴화된 셀룰로오스 섬유에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지들이다.
도 4는 (a) 제조예 3에 따른 피브릴화된 마이크로 셀룰로오스 섬유와 (b) 제조예 4에 따른 입자와 복합화된 미세화 셀룰로오스 섬유의 SEM 이미지를 비교하여 나타낸 것이다.
도 5는 상기 도 4에 따른 (a)와 (b)를 더욱 고배율로 촬영한 SEM 이미지이다.
도 6은 ASTM D638의 타입 5(Type V)에 따른 인장 강도 측정용 dog-bone 형태의 시편(또는 dumbbell-shaped specimen)의 규격을 나타낸 것이다 (단위: mm).
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 이해를 돕기 위한 예시로서 제시된 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
(제1 마이크로 셀룰로오스 섬유의 준비)
셀룰로오스 원료로서 활엽수 크라프트 펄프(셀룰로오스 섬유)를 준비하였다. 증류수 1000 g에 상기 펄프 20 g을 투입하고 습식 상태에서 믹서에 3회 갈아준 후 감압 여과하여 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유(15 ㎛ 내지 30 ㎛인 지름 및 0.2 mm 내지 2 mm의 길이)를 준비하였다.
제조예 2
(나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유의 제조)
셀룰로오스 원료로서 활엽수 크라프트 펄프(셀룰로오스 섬유)를 준비하였다. 증류수 1000 g에 아연 아세테이트 20 g을 용해시킨 수용액을 준비하였다. 상기 수용액에 상기 펄프 20 g을 첨가하고 500 rpm으로 2 시간 동안 교반하여 혼합물을 얻었다.
상기 혼합물에 환원제로써 수산화나트륨(NaOH) 7.2 g을 상온에서 첨가하고, 500 rpm으로 2 시간 동안 교반하여 펄프 상에 제2 무기 입자(ZnO)를 성장시켰다. 상기 제2 무기 입자의 함량은 상기 펄프 100 중량부에 대하여 27 중량부인 것으로 확인되었다.
주사전자현미경(SEM)을 통해 확인한 결과, 도 2의 (a)와 같이 제2 무기 입자(ZnO)가 성장된 펄프 부분은 피브릴화가 일어난 것을 확인할 수 있었다. SEM 이미지를 분석한 결과, 상기 제2 무기 입자는 약 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛의 입경을 갖는 것으로 확인되었다.
상기 방법으로 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함하는 마이크로 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
제조예 3
(나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유의 제조)
셀룰로오스 원료로서 침엽수 크라프트 펄프 섬유(셀룰로오스 섬유)를 준비하였다. 증류수 1000 g에 아연 아세테이트 20 g을 용해시킨 수용액에 상기 펄프 섬유 20 g을 첨가하고, 500 rpm으로 2 시간 동안 교반하여 혼합물을 준비하였다. 상기 혼합물에서, 팽윤된 펄프 섬유 상에는 아연 아세테이트가 수소 결합이나 이온 결합을 통해 부착된다.
상기 혼합물에 수산화나트륨(NaOH) 3.6 g을 상온에서 첨가하고, 500 rpm으로 2 시간 동안 교반하여 펄프 섬유 상에 제2 무기 입자(ZnO)를 성장시켰다. 상기 제2 무기 입자의 함량은 상기 펄프 100 중량부에 대하여 15 중량부인 것으로 확인되었다.
주사전자현미경을 통해 확인한 결과, 도 4-(a) 및 도 5-(a)와 같이 입자(ZnO)가 성장된 펄프 섬유 부분은 피브릴화가 일어난 것을 확인할 수 있었다.
상기 방법으로 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함하는 마이크로 셀룰로오스 섬유를 얻었다.
제조예 4
(미세화 셀룰로오스 섬유의 제조)
셀룰로오스 원료로서 상기 실시예 1에서와 동일한 침엽수 크라프트 펄프 섬유를 준비하였다. 2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐-1-옥시라디칼(TEMPO)를 촉매로 이용하여 상기 펄프 섬유의 표면을 산화하여, 산화 펄프를 얻었다.
상기 산화 펄프 1 g을 99 g의 증류수에 분산시키고 믹서로 30 분 동안 미세화(해섬) 처리하여 농도 1%의 미세화 셀룰로오스 수분산액을 얻었다.
증류수 1000 g에 아연 아세테이트 20 g을 용해시킨 아연 아세테이트 수용액을 준비하였다. 수산화나트륨(NaOH) 3.6 g을 증류수 10 ml에 용해시켜 수산화나트륨 수용액을 준비하였다.
상기 미세화 셀룰로오스 수분산액 100 g을 15 ℃ 하에서 교반하면서 상기 아연 아세테이트 수용액 50 ml 및 상기 수산화나트륨 수용액 10 ml를 첨가하고 500 rpm으로 2 시간 동안 교반하여 산화 아연(ZnO) 입자와 미세화 셀룰로오스의 복합체를 제조하였다.
주사전자현미경을 이용하여 확인한 결과, 도 4-(b) 및 도 5-(b)와 같이, 제조예 4에 따른 산화 아연 입자와 미세화 셀룰로오스의 상기 복합체는 미세화 셀룰로오스 사이의 결합력과 응집이 강해서 나노 섬유들이 뭉쳐져 있고 입자의 분산도가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 1에 따른 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 20 중량%, 상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 10 중량%, 폴리프로필렌 55 중량%, 제1 무기 입자(산화티탄, 평균입경 350nm) 5 중량%, 및 상용화제 10 중량%를 투입하고, 180 ℃에서 20 분간 혼합하여 펠렛 형태로 마스터 배치를 제조하였다. 상기 상용화제로는 말레산 무수물로 그라프트된 폴리프로필렌(maleic anhydride-grafted polypropylene)이 사용되었다.
상기 마스터 배치를 트윈 스크류 압출기에 투입하여 컴파운딩 공정을 수행하고 압출하였다. 상기 압출을 통해 얻은 혼합물을 다시 사출기에 투입한 후 사출하여 고분자 복합체의 시편과 성형품(자동차용 러기지 트림)을 얻었다.
실시예 2
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 1에 따른 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 15 중량%, 상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 15 중량%, 폴리프로필렌 55 중량%, 제1 무기 입자(산화티탄, 평균입경 350nm) 5 중량%, 및 상용화제 10 중량%를 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
실시예 3
상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 대신 상기 제조예 3에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
실시예 4
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 1에 따른 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 25 중량%, 상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 5 중량%, 폴리프로필렌 55 중량%, 제1 무기 입자(산화티탄, 평균입경 350nm) 5 중량%, 및 상용화제 10 중량%를 투입하고, 180 ℃에서 20 분간 혼합하여 펠렛 형태로 마스터 배치를 제조하였다. 상기 상용화제로는 말레산 무수물로 그라프트된 폴리프로필렌(maleic anhydride-grafted polypropylene)이 사용되었다.
상기 마스터 배치를 트윈 스크류 압출기에 투입하여 컴파운딩 공정을 수행하고 압출하였다. 상기 압출을 통해 얻은 혼합물을 다시 사출기에 투입한 후 사출하여 고분자 복합체의 시편과 성형품(자동차용 러기지 트림)을 얻었다.
실시예 5
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 1에 따른 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 20 중량%, 상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 10 중량%, 폴리프로필렌 57.5 중량%, 제1 무기 입자(산화티탄, 평균입경 350nm) 2.5 중량%, 및 상용화제 10 중량%를 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
실시예 6
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 1에 따른 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 20 중량%, 상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 10 중량%, 폴리프로필렌 52.5 중량%, 제1 무기 입자(산화티탄, 평균입경 350nm) 7.5 중량%, 및 상용화제 10 중량%를 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
실시예 7
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 1에 따른 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 20 중량%, 상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 10 중량%, 폴리프로필렌 50 중량%, 제1 무기 입자(산화티탄, 평균입경 350nm) 10 중량%, 및 상용화제 10 중량%를 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
실시예 8
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 1에 따른 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 30 중량%, 상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 15 중량%, 폴리프로필렌 40 중량%, 제1 무기 입자(산화티탄, 평균입경 350nm) 5 중량%, 및 상용화제 10 중량%를 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
실시예 9
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 1에 따른 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 15 중량%, 상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 20 중량%, 폴리프로필렌 50 중량%, 제1 무기 입자(산화티탄, 평균입경 350nm) 10 중량%, 및 상용화제 5 중량%를 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
비교예 1
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 1에 따른 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 20 중량%, 상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 10 중량%, 폴리프로필렌 60 중량%, 및 상용화제 10 중량%를 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
비교예 2
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 1에 사용된 활엽수 크라프트 펄프(셀룰로오스 섬유)를 물에 담가 팽윤시킨 것 30 중량%, 폴리프로필렌 60 중량% 및 상용화제 10 중량%를 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
비교예 3
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 2에 따른 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 30 중량%, 폴리프로필렌 60 중량% 및 상용화제 10 중량%를 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
비교예 4
배치 믹서(Batch mixer)에 상기 제조예 4에 따른 미세화 셀룰로오스 섬유 30 중량%, 폴리프로필렌 60 중량% 및 상용화제 10 중량%를 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체의 시편과 성형품을 얻었다.
시험예
(1) 섬유의 지름
주사전자현미경을 이용하여 제조예들에 따른 셀룰로오스 섬유의 지름을 측정하였다.
구체적으로, 마이크로 셀룰로오스 섬유의 경우 각 샘플 당 마이크로 섬유 10 개의 지름을 측정하여 최대값 및 최소값을 제외하고 범위로 표시하였고; 나노 피브릴의 경우 각 샘플 당 나노 피브릴 20 개의 지름을 측정하여 최대값 및 최소값을 제외하여 범위로 표시하였다.
아울러, 실시예들과 달리, 제조예 4는 펄프 섬유를 미세화(해섬) 처리한 후 입자와 복합화한 것으로서, 아래 표 1에서 제조예 4의 나노 피브릴의 지름은 입자와 복합화한 후인 미세화 셀룰로오스의 지름을 의미한다.
(2) 인장 시험
ASTM D638의 시편 타입 5(Type V)의 규격에 따른 아래의 시편(도 6)을 준비하였다. 상기 시편은 23℃의 온도 및 50%의 상대 습도로 조정된 항온 항습실에 24 시간 동안 방치된 후 인장 시험에 제공되었다.
상기 시편에 대해 인스트론(Instron)사의 만능 시험기(UTM)를 이용하여 ASTM D638의 표준 시험법에 따라 인장 강도(MPa), 인장 탄성률(GPa) 및 파단 신율(%)을 측정하였다. ASTM D638의 표준 시험법에 의거하여 상기 시편을 양 쪽 끝에서 잡아주는 그립(grip)의 간격은 25.4 mm로 설정하여 크로스헤드 속도 5 mm/min의 일정한 인장 속도 하에서 수행되었다.
(3) 굴곡 시험
ISO 178의 표준 시험법에 따라 80 mm x 10 mm x 4 mm 규격의 시편을 준비하였다. 상기 시편은 23℃의 온도 및 50%의 상대 습도로 조정된 항온 항습실에 24 시간 동안 방치된 후 굴곡 시험에 제공되었다.
상기 시편에 대해 인스트론(Instron)사의 만능 시험기(UTM)를 이용하여 ISO 178의 표준 시험법에 따라 굴곡 강도(MPa), 굴곡 탄성률(GPa) 및 굴곡 파단변형(%)을 측정하였다. ISO 178에 의거하여, 3-점 굴곡 시험 지그를 이용해 지지 스판(a supports span)을 46 mm로 설정하고, 크로스헤드 속도 5 mm/min의 시험 조건에서 굴곡 시험하였다.
(4) 충격 강도
ASTM D256 규격의 노치를 갖는 크기 63.5 mm x 12.7 mm x 3.2 mm의 시편을 준비하였다. 상기 시편에 대해 Digital impact tester (QM(700A), QMESYS 제조)를 이용하여 ASTM D256의 표준 시험법(23℃, hammer head 3.0 J)에 따라 아이조드 충격 강도를 측정하였다.
지름 | 제2 무기 입자 크기 (㎛) |
||
마이크로 셀룰로오스 섬유(㎛) | 나노 피브릴(nm) | ||
제조예 1 | 15~30 | - | - |
제조예 2 | 1~10 | 50~100 | 0.1~1 |
제조예 3 | 1~10 | 50~100 | 1~2 |
제조예 4 | - | 10~100 | 0.1~1 |
실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | |
충격 강도 (J/m) | 29 | 28 | 27 | 28 | 27 |
인장 강도 (MPa) | 51.4 | 50.2 | 50.7 | 51.1 | 51.2 |
인장 탄성률 (GPa) | 2.79 | 2.63 | 2.65 | 2.69 | 2.77 |
파단 신율 (%) | 5.25 | 5.32 | 5.13 | 5.11 | 5.31 |
굴곡 강도 (MPa) | 71.1 | 65.7 | 67.3 | 68.3 | 70.7 |
굴곡 탄성률 (GPa) | 2.8 | 2.9 | 2.5 | 2.8 | 2.8 |
굴곡 파단변형 (%) | 6.8 | 5.9 | 6.4 | 6.8 | 6.9 |
실시예 6 | 실시예 7 | 실시예 8 | 실시예 9 | |
충격 강도 (J/m) | 30 | 31 | 27 | 25 |
인장 강도 (MPa) | 50.4 | 50.0 | 62.8 | 55.8 |
인장 탄성률 (GPa) | 2.67 | 2.59 | 3.46 | 3.12 |
파단 신율 (%) | 4.98 | 4.27 | 3.55 | 4.08 |
굴곡 강도 (MPa) | 70.9 | 67.8 | 88.4 | 74.9 |
굴곡 탄성률 (GPa) | 2.8 | 2.6 | 3.4 | 3.1 |
굴곡 파단변형 (%) | 6.2 | 5.7 | 3.9 | 4.1 |
비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | |
충격 강도 (J/m) | 25 | 25 | 26 | 23 |
인장 강도 (MPa) | 50.4 | 47.9 | 49.0 | 39.0 |
인장 탄성률 (GPa) | 2.59 | 2.86 | 2.97 | 2.80 |
파단 신율 (%) | 5.35 | 4.53 | 5.02 | 4.30 |
굴곡 강도 (MPa) | 71.1 | 65.8 | 69.1 | 53.4 |
굴곡 탄성률 (GPa) | 2.7 | 2.5 | 2.8 | 2.6 |
굴곡 파단변형 (%) | 6.9 | 7.5 | 7.7 | 6.3 |
상기 표 2 내지 4를 참고하면, 상기 실시예들에 따른 고분자 복합체는 상기 비교예들에 따른 고분자 복합체와 대비하여 동등하거나 향상된 인장 특성을 가지면서도 우수한 충격 강도와 굴곡 특성을 갖는 것으로 확인되었다.제조예 4에서 제조된 셀룰로오스 섬유는 미세화 셀룰로오스 상에 입자가 성장되어 있음에도 불구하고 비교예 4에서 고분자 매트릭스와 복합화할 때 오히려 미세화 셀룰로오스와 입자들의 재응집이 과도하게 발생하였다. 재응집으로 인해 열위한 분산성을 보인 비교예 4의 시편은 전반적으로 열악한 물성을 나타내었다.
100, 100': 마이크로 셀룰로오스 섬유
11: 나노 피브릴
20: 제2 무기 입자
11: 나노 피브릴
20: 제2 무기 입자
Claims (20)
- 고분자 매트릭스,
제1 무기 입자,
제1 마이크로 셀룰로오스 섬유, 및
나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유
를 포함하는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 무기 입자 및 상기 제2 무기 입자의 합은 상기 고분자 복합체 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부인, 고분자 복합체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1 무기 입자는 상기 고분자 복합체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부로 포함되는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유와 상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 1:0.1 내지 1:3의 중량비로 포함되는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2 무기 입자는 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부로 포함되는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유는 10 ㎛ 내지 40 ㎛인 지름 및 0.1 mm 내지 3 mm의 길이를 가지는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노 피브릴은 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유의 표면에 결합되며,
상기 제2 무기 입자는 상기 나노 피브릴과 결합하거나 상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유의 표면 또는 내부에 결합되는,
고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 무기 입자는 산화 티탄, 산화 아연, 질화 붕소, 및 황산 바륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 무기 입자를 포함하는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 무기 입자는 50 nm 내지 1000 nm의 평균 입경을 가지는 무기 입자인, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2 무기 입자는 구리, 아연, 칼슘, 알루미늄, 철, 은, 백금, 팔라듐, 루테늄, 이리듐, 로듐, 오스뮴, 크롬, 코발트, 니켈, 망간, 바나듐, 몰리브덴, 마그네슘, 스트론튬, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 및 갈륨으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 금속 입자 혹은 산화실리콘 입자를 포함하는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2 무기 입자는 지름이 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛인 구형 입자; 일축 지름이 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛이고, 다른 일축 지름이 0.02 ㎛ 내지 30 ㎛인 기둥형 입자; 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유는 1 ㎛ 내지 30 ㎛인 지름을 가지며,
상기 나노 피브릴은 10 nm 내지 400 nm인 지름을 가지는,
고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌계 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌계 공중합체, 나일론-6, 나일론-66, 아라미드, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-말레산 무수물 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 및 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함하는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 매트릭스 30 내지 80 중량%,
상기 제1 무기 입자 0.1 내지 20 중량%,
상기 제1 마이크로 셀룰로오스 섬유 5 내지 40 중량%, 및
상기 나노 피브릴 및 제2 무기 입자를 포함한 제2 마이크로 셀룰로오스 섬유 1 내지 30 중량%
를 포함하는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 복합체로 이루어진 ASTM D638-5 규격의 시편에 대하여 ASTM D638-5의 표준 시험법에 따라 측정된 25 MPa 이상의 인장 강도를 가지는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 복합체로 이루어진 크기 80 mm x 10 mm x 4 mm의 시편에 대하여 ISO 178의 표준 시험법에 따라 측정된 60 MPa 이상의 굴곡 강도를 가지는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 복합체로 이루어진 ASTM D256 규격의 노치를 갖는 크기 63.5 mm x 12.7 mm x 3.2 mm의 시편에 대하여 ASTM D256의 표준 시험법에 따라 측정된 20 J/m 이상의 아이조드 충격 강도를 가지는, 고분자 복합체.
- 제 1 항에 따른 고분자 복합체를 포함하는 성형품.
- 제 18 항에 있어서,
상기 성형품은 자동차용 내외장재인, 성형품.
- 제 18 항에 있어서,
상기 성형품은 대시보드(dashboard), 도어 트림(door trim), 배터리 트레이(battery tray), 범퍼(bumper), 러기지 트림(luggage trim), 도어 오프닝 트림(door opening trim), 헤드라이너(headliner), 후면 선반(rear shelf), 토너 커버(tonneau cover), 선 바이저(sun visor), 어시스트 그립(assist grip), 콘솔 박스(console box), 휀다 패널(fender panel), 오일 팬(oil pan), 휠 하우스(wheel house), 사이드 스커트(side skirt), 가니쉬(garnish), 전장 부품(electric parts), 엔진커버(engine cover), 안전 벨트 커버(seat belt cover), 스위치 버튼(switch button), 및 센터 페시아(center facia)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 자동차용 내외장재인, 성형품.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP22856031.4A EP4286456A1 (en) | 2021-08-13 | 2022-07-13 | Polymer composite and molded product comprising same |
PCT/KR2022/010239 WO2023018030A1 (ko) | 2021-08-13 | 2022-07-13 | 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품 |
CN202280019492.1A CN116981716A (zh) | 2021-08-13 | 2022-07-13 | 聚合物复合材料和包含其的模制品 |
US18/284,224 US20240166851A1 (en) | 2021-08-13 | 2022-07-13 | Polymer Composite and Molded Article Containing the Same |
JP2023554899A JP2024509453A (ja) | 2021-08-13 | 2022-07-13 | 高分子複合体およびそれを含む成形品 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20210107616 | 2021-08-13 | ||
KR1020210107616 | 2021-08-13 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230025642A true KR20230025642A (ko) | 2023-02-22 |
Family
ID=85329678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220077702A KR20230025642A (ko) | 2021-08-13 | 2022-06-24 | 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20230025642A (ko) |
-
2022
- 2022-06-24 KR KR1020220077702A patent/KR20230025642A/ko unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101410635B1 (ko) | 고성능의 리그노셀룰로오스 섬유 복합체 재료의 제조방법 | |
US20240166855A1 (en) | Polymer Composite and Molded Article Containing the Same | |
US20240166851A1 (en) | Polymer Composite and Molded Article Containing the Same | |
US20240166827A1 (en) | Polymer Composite and Molded Article Containing the Same | |
WO2020262344A1 (ja) | セルロース繊維複合再生樹脂及びその製造方法 | |
JP2021095432A (ja) | 成形用組成物及び成形体 | |
WO2021172407A1 (ja) | 解繊性が改良された繊維強化樹脂組成物及びその製造方法、並びに成形体及び解繊剤 | |
US20220372276A1 (en) | Polymer Complex | |
KR20230025642A (ko) | 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품 | |
KR20230025643A (ko) | 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품 | |
KR20230025641A (ko) | 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품 | |
KR20230039418A (ko) | 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품 | |
CN115667412B (zh) | 聚合物复合材料 | |
KR20230172352A (ko) | 고분자 복합체 및 이를 포함하는 성형품 | |
CN114402031B (zh) | 聚合物复合物 | |
KR20220082723A (ko) | 고분자 복합체 | |
CN116981716A (zh) | 聚合物复合材料和包含其的模制品 | |
CN116981717A (zh) | 聚合物复合材料和包含其的模制品 | |
CN116981718A (zh) | 聚合物复合材料和包含其的模制品 | |
KR20220125705A (ko) | 고분자 복합체 | |
US11938687B2 (en) | Plant fiber-containing composite resin molded article with sustained release of aroma | |
US20210024731A1 (en) | Cellulose fiber polymer composites with high fiber dispersion and related methods of making | |
WO2021054013A1 (ja) | 成形用組成物及び成形体 | |
JP2021050317A (ja) | 成形用組成物及び成形体 |