KR20230099088A - 고성능 생분해성 섬유강화복합소재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 L-타입 폴리락트산 및 D-타입 폴리락트산을 포함하는 폴리락트산 수지; 및 상기 폴리락트산 수지에 분산된 라이오셀 섬유를 포함하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재로서, 상기 고성능 생분해성 섬유강화복합소재는 1차 승온에 따른 시차주사열량(DSC) 측정 시 90~110℃에서 결정화 발열피크를 나타내는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재를 제공한다.
Description
본 발명은 고성능 생분해성 섬유강화복합소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
바이오매스 고분자는 옥수수, 콩, 사탕수수, 목재류 등의 재생가능한 식물 자원으로부터 화학적 또는 생물학적 방법을 이용하여 제조되는 소재로서 생분해성 뿐만아니라, 이산화탄소 저감에 의한 환경문제 대응효과에도 중요성이 있다.
바이오매스 고분자 중에서 폴리락트산(polylactic acid 또는 polylactide, 이하 ‘PLA’라 칭한다)은 선형적인 지방족 폴리에스터로서 광학이성질 L-타입 폴리락트산(poly L-lactic acid)와 광학이성질 D-타입 폴리락트산(poly D-lactic acid)이 존재하며, 옥수수 및 감자에서 얻어지는 전분(starch) 발효에 의해 얻어지거나, 식물계 셀룰로오스로부터 당화된 후 발효에 의해 얻어지는 당 단량체를 중합하여 얻어지는 소재로서 탄소 중립적 환경친화적 열가소성 고분자 소재이다. 그러나 이러한 소재는 내열성, 내구성이 떨어지고 느린 결정화 속도로 생산성이 낮아 산업적으로 그 응용분야가 제한적인 문제가 있다.
폴리락트산 소재 조성물로서, 일본공개특허 제2000-17164호에서는 이러한 폴리락트산 소재의 내열성을 개량시키기 위하여 L-타입 폴리락트산과 D-타입 폴리락트산를 블렌딩 하여 스테레오 컴플렉스를 형성하는 방법이 제안되었으나, 내열성 향상을 위한 L-타입 폴리락트산와 D-타입 폴리락트산의 적정 구성비의 언급이 없고 인장강도 및 탄성율이 여전히 낮아 자동차용 소재로 응용하는데 문제가 있었다.
또한, 일본공개특허 제2009-155413호에서는 성형성 향상을 위해 폴리(메타)아크릴레이트계 수지를 포함하는 폴리락트산 수지가 제안되어 있고, 미국등록특허 제7,268,190호에서는 폴리(에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트) 수지가 첨가된 폴리락트산 수지 등이 공개되어 있으며, 일본공개특허 제2012-177011호에서는 L-타입 폴리락트산 및 D-타입 폴리락트산로부터 되는 폴리락트산 수지에 유동성개량제, 결정화촉진제, 충전재 및 내충격성 개량제, 난연제 등이 혼합된 폴리락트산 조성물이 제안되어 있고, 한국공개특허 제2009-24713호에서도 L-타입 폴리락트산 및 D-타입 폴리락트산과 유리섬유 및 핵제가 혼합된 조성물이 제안되어 있다.
그러나, 상기 종래기술에 개시된 소재는 내열성 향상을 위해 상기 스테레오 컴플렉스를 형성한 것이 아니었으며, 특히 물리적 내열성의 척도로 사용되는 열변형온도(Heat Distortion Temperature, 이하 ‘HDT’라 칭한다) 및 유리전이 온도(glass transition temperature, 이하 ‘Tg’라 칭한다)에 관한 언급이 없어 고내열 및 내충격이 요구되는 부품소재나 자동차용 소재로 적용하는데 문제가 있는 등 부품 성형 이후 요구되는 다양한 물성을 충족시키는데 한계가 있었다.
나아가, L-타입 폴리락트산과 D-타입 폴리락트산을 블렌딩한 폴리락트산 소재는 융점이 220℃로 높아 성형온도 상승에 따른 열분해, 가스 발생, 분자량 저하, 외관 변색, 기계적 물성 저하 등의 문제가 있으며, 성형 온도를 내리게되면 강화섬유손상과 용융 점도 상승에 따른 성형 문제가 발생한다.
따라서, 고내열, 높은 인장강도, 탄성율 및 100도 이상의 높은 HDT가 이 요구되는 부품소재나 자동차에 적용하기 위한 새로운 고강성 폴리락트산 섬유강화복합소재의 요구가 증대되고 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 라이오셀을 이용한 폴리락트산 수지의 완전 분해성 복합재료의 형성에 있어서 종래의 열악하고 긴 성형시간을 개선하여 짧은 성형시간을 제공하면서도 최종제품의 높은 HDT로 인한 고내열성, 고인장/굴곡물성을 갖는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재를 제공하는데 있다.
또한 폴리락트산 수지의 재결정화를 LFT나 CFT 단계에서는 보류시키며 단지 잠재적인 2차 결정화 능력을 갖춘 상태를 유지함으로써 최종 성형온도를 낮출 수 있는 효율적인 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제 해결을 위해, 본 발명에서는 L-타입 폴리락트산 및 D-타입 폴리락트산을 포함하는 폴리락트산 수지; 및 상기 폴리락트산 수지에 분산된 라이오셀 섬유를 포함하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재로서, 상기 고성능 생분해성 섬유강화복합소재는 1차 승온에 따른 시차주사열량(DSC) 측정 시 90~110℃에서 결정화 발열피크를 나타내는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 D-타입 폴리락트산은 폴리락트산 수지 100중량부를 기준으로 1~20중량부일 수 있다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 라이오셀 섬유는 10~60 v/v% 일 수 있다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 라이오셀 섬유는 장섬유(Long fiber) 또는 연속섬유(Continuou fiber)일 수 있다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 장섬유는 길이가 5~400mm 일 수 있다.
또한, 본 발명은 L-타입 폴리락트산과 이종 고분자를 포함하는 매트릭스 수지; 및 상기 매트릭스 수지에 분산된 라이오셀 섬유를 포함하며, 상기 이종 고분자는 PA6, PA11, PA12 및 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 고성능 생분해성 섬유강화복합소재는 탄소나노튜브(CNT) 및 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 첨가제는 폴리이미드(PI), 계면활성제 및 에폭시 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 L-타입 폴리락트산 및 D-타입 폴리락트산을 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계; 라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및 상기 섬유 강화 수지를 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 L-타입 폴리락트산 또는 D-타입 폴리락트산을 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계; 라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및 상기 섬유 강화 수지에 D-타입 폴리락트산 또는 L-타입 폴리락트산을 혼련한 후 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 L-타입 폴리락트산과 이종 고분자를 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계; 라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및 상기 섬유 강화 수지를 성형하는 단계를 포함하며, 상기 이종 고분자는 PA6, PA11, PA12 및 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 L-타입 폴리락트산을 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계; 라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및 상기 섬유 강화 수지에 이종 고분자를 혼련한 후 성형하는 단계를 포함하며, 상기 이종 고분자는 PA6, PA11, PA12 및 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 라이오셀 복합소재의 물성을 고도화할 수 있고 100% 생분해가 가능한 원료를 기반으로 제조되어 친환경적이며, 높은 HDT에 따른 열적 특성이 향상되어 기존 자동차용 부품소재를 대체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DSC 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 2 는 비교예 1-3과 실시예 1-1의 CFT tape의 일방향 인장강도 및 탄성율을 비교하는 도면이다.
도 3 내지 5는 각각 비교예 1-1 내지 1-3의 DSC 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 2 는 비교예 1-3과 실시예 1-1의 CFT tape의 일방향 인장강도 및 탄성율을 비교하는 도면이다.
도 3 내지 5는 각각 비교예 1-1 내지 1-3의 DSC 측정 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 L-타입 폴리락트산 및 D-타입 폴리락트산을 포함하는 폴리락트산 수지; 및 상기 폴리락트산 수지에 분산된 라이오셀 섬유를 포함하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재로서, 상기 고성능 생분해성 섬유강화복합소재는 1차 승온에 따른 시차주사열량(DSC) 측정 시 90~110℃에서 결정화 발열피크를 나타내는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DSC 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고성능 생분해성 섬유강화복합소재는 1차 승온에 따른 시차주사열량(DSC) 측정 시 90~110℃에서 결정화 발열피크를 나타내 높은 비정질 구조를 유지할 수 있다(녹색). 이는 본 발명의 섬유 강화 수지 중간재에서 폴리락트산 수지의 재결정화가 보류되어 잠재적 2차 결정화 능력을 나타내는 것을 의미하며, 이에 따라 외관이 미려하고, 폴리락트산 수지에 분산된 라이오셀 섬유의 보호가 용이하며, 후속 성형온도를 낮출 수 있다.
또한, 라이오셀 섬유 주변의 Transcristalinty가 변화하여 220℃ 영역의 용융점에서 흡열피크를 나타내 고용융 결정 영역을 형성함에 따라 2차 고온 결정화가 생성, 발달되며, 하기 계산식에 따른 2차 결정화율은 10~20%를 나타낸다.
[계산식]
2차 결정화율 = dHm220/[dHm170+dHm200] (Hm= 용융엔탈피)
또한, 220℃ 영역에서 흡열 피크(고온 용융점)가 나타냄에 따라 HDT가 증가하여 열적 특성이 향상될 수 있으며, 이러한 섬유강화복합소재를 이용하여 최종제품 성형 시 HDT는 156~166℃ 으로 매우 높게 나타나므로, 자동차용 부품소재에 적용될 수 있다.
상기 D-타입 폴리락트산은 매트릭스 수지 100중량부를 기준으로 1~20중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 라이오셀 섬유는 폴리락트산 수지에 함침되는 보강섬유로서, 장섬유(Long fiber) 또는 연속섬유(Continuou fiber)일 수 있으며, 장섬유는 길이가 5~400mm 인 것이 바람직하다. 이때, 장섬유는 길이가 상이한 장섬유가 혼성된 것일 수 있으며, 특히 사출용은 5~24mm, 30~400mm, 길이의 장섬유를 혼성하거나, 보다 바람직하게는 20~50, 50~100, 100~400mm 길이의 장섬유를 혼성할 수 있다.
상기 라이오셀 섬유는 10~60 v/v% 로 포함되는 것이 바람직하며, 라이오셀 섬유의 함량이 이 범위를 벗어나는 경우, 중간재의 유동성, 성형성을 조절하기 어려울 수 있으며, 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 고성능 생분해성 섬유강화복합소재는 탄소나노튜브(CNT) 및 첨가제를 더 포함할 수 있고, 탄소나노튜브를 통해 결정화 속도를 더욱 가속시킬 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 라이오셀 섬유의 표면에 코팅된 형태로 포함될 수 있다.
상기 첨가제는 탄소나노튜브의 분산 및 수지와의 접착성을 증진시키기 위한 것으로서, 용액상 폴리이미드(PI), 계면활성제 및 에폭시 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 L-타입 폴리락트산과 이종 고분자를 포함하는 매트릭스 수지; 및 상기 매트릭스 수지에 분산된 라이오셀 섬유를 포함하며, 상기 이종 고분자는 PA6, PA11, PA12 및 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재를 제공한다.
상기 PA6, PA11, PA12는 알리파틱 폴리아미드로서, 결정화속도가 PLA 보다 빠르며, 용융점이 동등 이상인 것으로서, 결정화를 촉진시킬 수 있으며, 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌도 수지의 결정화를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 고성능 생분해성 섬유강화복합소재는 탄소나노튜브(CNT) 및 첨가제를 더 포함할 수 있고, 탄소나노튜브를 통해 결정화 속도를 더욱 가속시킬 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 이종고분자 내에 나노 물질 형태로 포함되거나 라이오셀 섬유의 표면에 코팅된 형태로 포함될 수 있다.
상기 첨가제는 탄소나노튜브의 분산 및 수지와의 접착성을 증진시키기 위한 것으로서, 용액상 폴리이미드(PI), 계면활성제 및 에폭시 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 L-타입 폴리락트산과 이종 고분자로 PA6, PA11, PA12 및 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 경우, D-타입 폴리락트산의 사용 없이도 220℃ 영역의 용융점에서 흡열피크를 나타내 고용융 결정 영역을 형성하며, 상기 계산식에 따른 2차 결정화율은 20~40%를 나타내어, 상기 L-타입 및 D-타입 폴리락트산을 사용한 경우보다 2배 증가한 2차 고온 결정화가 발달될 수 있다. 또한, D-타입 폴리락트산을 혼용한 복합재료와 유사하게 높은 인장강도 특성을 보였다.
또한, 220℃ 영역에서 흡열 피크(고온 용융점)가 나타냄에 따라 HDT가 증가하여 열적 특성이 향상될 수 있으며, 이러한 섬유강화복합소재를 이용하여 최종제품 성형 시 HDT는 165℃ 로 매우 높게 나타나므로, 자동차용 부품소재에 적용될 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 1~10 v/v% 로 포함되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 이종 고분자가 나일론6(PA6)인 경우, D-타입 폴리락트산의 사용 없이도 220℃ 영역의 용융점에서 흡열피크를 나타내 고용융 결정 영역을 형성하며, 상기 계산식에 따른 2차 결정화율은 70% 이상을 나타내어 2차 고온 결정화가 높게 발달될 수 있다.
또한, 220℃ 영역에서 흡열 피크(고온 용융점)가 나타냄에 따라 HDT가 증가하여 열적 특성이 향상될 수 있으며, 이러한 섬유강화복합소재를 이용하여 최종제품 성형 시 HDT는 155℃ 로 매우 높게 나타나므로, 자동차용 부품소재에 적용될 수 있다.
상기 이종 고분자는 L-타입 폴리락트산 100 중량부를 기준으로 30~50 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 이종고분자가 나일론6(PA6)인 경우, 분산되는 라이오셀 섬유는 10~30 v/v% 로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 L-타입 폴리락트산 및 D-타입 폴리락트산을 포함하는 폴리락트산 수지를 매트릭스 수지로 사용하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재는,
L-타입 폴리락트산 및 D-타입 폴리락트산을 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계; 라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및 상기 섬유 강화 수지를 성형하는 단계를 통해 제조되거나,
L-타입 폴리락트산 또는 D-타입 폴리락트산을 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계; 라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및 상기 섬유 강화 수지에 D-타입 폴리락트산 또는 L-타입 폴리락트산을 혼련한 후 성형하는 단계를 통해 제조될 수 있다.
이때, 상기 성형하는 단계에서 급속 냉각하여 섬유강화복합소재의 결정화를 지연시킴으로써, 비정질 구조를 형성하고 1차 승온에 따른 DSC 측정 시 90~110℃에서 결정화 발열피크를 나타내어 잠재적 2차 결정성을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 L-타입 폴리락트산과 이종 고분자를 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계; 라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및 상기 섬유 강화 수지를 성형하는 단계를 포함하며, 상기 이종 고분자는 PA6, PA11, PA12 및 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 L-타입 폴리락트산을 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계; 라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및 상기 섬유 강화 수지에 이종 고분자를 혼련한 후 성형하는 단계를 포함하며, 상기 이종 고분자는 PA6, PA11, PA12 및 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법을 제공한다.
이하에서는, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
DSC 측정 결과
1-1. 열이력 상태로 측정
하기 표 1 및 2는 각각 비교예 및 실시예의 열이력 상태로 측정된 DSC 측정 결과를 나타낸다.
상기 표 1 및 2를 참조하면, 비교예 1-2의 경우에는 결정화피크 및 220도 영역의 흡열피크, 즉 2차 결정성을 갖는 결정질 구조를 나타내었으나, 낮은 HDT를 나타내었고, 비교예 1-2를 제외한 비교예 1-1 내지 3-1의 경우에는 서냉이나 급냉의 조건에서 결정화피크가 나타나지만, L-타입 PLA 수지의 유리전이온도(55~65℃)를 조금 넘는 온도에서 HDT를 보여 열변형에 취약한 것을 확인할 수 있었다. 특히, 비교예 1-3 내지 1-5는 220도 영역의 2차 결정성이 없는 무정질의 특징을 보였으며, HDT가 62~67로 매우 낮았고 2차 성형 후(비교예 2-1)에도 HDT의 개선이 어려웠다. 이들을 이용하여 2차 및 3차 성형을 할 때 매우 천천히 서냉할 경우(비교예 3-1) HDT가 상승하였으나, 성형시간이 길어지며 상승된 HDT 또한 126℃로 낮아 자동차 부품용 복합재료로 적용하기에는 어려운 것을 확인할 수 있었다.
반면, 실시예 1-1은 220도 영역의 2차 결정성을 갖는 결정질의 특징을 보였으며, 1차 중간재의 상태에서 큰 결정화 발열피크를 나타내어 결정화 잠재력이 높게 나타났다. 이를 이용하여 2차성형(실시예 2-1) 및 3차성형(실시예 3-1, 3-2)을 실시한 결과, 비교예와 달리 성형시간을 절반 이상으로 줄일 수 있었으며, 이렇게 제조된 시편은 HDT가 155~165로 매우 높은 것을 확인할 수 있었다.
1-2. 열이력 제거 후 측정
하기 표 3 및 4는 각각 비교예 및 실시예의 열이력 제거 후 측정된 DSC 결과를 나타낸다.
상기 표 3 및 4를 참조하면, 비교예는 여전히 높은 결정화 피크를 나타내었으나, 실시예는 중간재 상태에서 무정질을 유지할 수 있었고 이후 성형을 통해 형성되는 고결정화도 현상으로 인하여 결정화 피크가 크게 줄어 드는 것을 확인할 수 있었다.
물성 측정
도 2 는 비교예 1-3과 실시예 1-1의 CFT tape의 일방향 인장강도 및 탄성율을 비교하는 도면이고, 하기 표 5 및 6은 비교예 및 실시예의 물성 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 실시예 1-1의 경우에는 낮은 인장 속도 및 높은 인장속도에서의 결과의 차이가 비교적 적으며, 비교예 1-3에 비하여 전반적으로 20~30% 더욱 높은 인장강도 및 인장탄성율을 나타냈다. 이는 또한 결정화를 높임에 따라 더 높은 인성을 달성할 수 있음을 암시한다.
표 5를 참조하면, 실시예의 경우 비교예보다 인장강도 및 인장탄성율이 높고, 에이징 전후를 비교해도 전반적으로 높으나, 비교예의 경우에는 에이징을 거쳐야만 높은 물성을 나타내어, 부가적인 생산 비용 및 제품의 변형을 동반하며, 생산 속도 또한 느린 문제점을 야기할 것으로 판단된다.
표 6을 참조하면, 비교예 2-1, 실시예 2-1은 각각 비교예 1-3, 실시예 1-1을 원료로 하여 SMC 타입으로 가열 후 냉간 프레스 방식으로 압축성형한 것이며, 비교예 2-1은 실시예 2-1보다 인장 물성 값이 저조한 것을 확인할 수 있었고, 실시예 2-1의 경우 냉간 성형을 통하여도 매우 우수한 물성을 발휘하는 것을 확인할 수 있었다.
DSC 그래프 비교
도 3 내지 5는 각각 비교예 1-1 내지 1-3의 DSC 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 5를 참조하면, 비교예 1-1은 1차 승온 시 결정화 발열피크가 나타나지 않았고 1차 용융점만을 나타내 2차 고온결정화가 진행되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1-2는 1차 승온 시 결정화 발열피크가 나타나지 아니하여 잠재적 고온결정성이 결여되었고, 비교예 1-3은 1차 용융점만을 나타내 2차 고온결정화가 진행되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 중간재가 1차 승온 시 결정화 발열피크, 즉 잠재적 고온결정성을 나타내고 2차 고온결정화가 진행되는 것과 상반된다(도 1 참조).
Claims (12)
- L-타입 폴리락트산 및 D-타입 폴리락트산을 포함하는 폴리락트산 수지; 및
상기 폴리락트산 수지에 분산된 라이오셀 섬유를 포함하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재로서,
상기 고성능 생분해성 섬유강화복합소재는 1차 승온에 따른 시차주사열량(DSC) 측정 시 90~110℃에서 결정화 발열피크를 나타내는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재. - 제1항에 있어서,
상기 D-타입 폴리락트산은 폴리락트산 수지 100중량부를 기준으로 1~20중량부인 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재. - 제1항에 있어서,
상기 라이오셀 섬유는 10~60 v/v% 인 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재. - 제1항에 있어서,
상기 라이오셀 섬유는 장섬유(Long fiber) 또는 연속섬유(Continuou fiber)인 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재. - 제4항에 있어서,
상기 장섬유는 길이가 5~400mm 인 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재. - L-타입 폴리락트산과 이종 고분자를 포함하는 매트릭스 수지; 및
상기 매트릭스 수지에 분산된 라이오셀 섬유를 포함하며,
상기 이종 고분자는 PA6, PA11, PA12 및 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고성능 생분해성 섬유강화복합소재는 탄소나노튜브(CNT) 및 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재. - 제7항에 있어서,
상기 첨가제는 폴리이미드(PI), 계면활성제 및 에폭시 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법으로,
L-타입 폴리락트산 및 D-타입 폴리락트산을 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계;
라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및
상기 섬유 강화 수지를 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법으로,
L-타입 폴리락트산 또는 D-타입 폴리락트산을 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계;
라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및
상기 섬유 강화 수지에 D-타입 폴리락트산 또는 L-타입 폴리락트산을 혼련한 후 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법. - 제6항에 따른 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법으로,
L-타입 폴리락트산과 이종 고분자를 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계;
라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및
상기 섬유 강화 수지를 성형하는 단계를 포함하며,
상기 이종 고분자는 PA6, PA11, PA12 및 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법. - 제6항에 따른 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법으로,
L-타입 폴리락트산을 포함하는 매트릭스 수지를 용융시키는 단계;
라이오셀 섬유를 상기 용융된 매트릭스 수지에 함침시켜 섬유 강화 수지를 제조하는 단계; 및
상기 섬유 강화 수지에 이종 고분자를 혼련한 후 성형하는 단계를 포함하며,
상기 이종 고분자는 PA6, PA11, PA12 및 무수말레인산이 그래프트된 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 생분해성 섬유강화복합소재의 제조방법.
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| JP2000017164A (ja) | 1998-06-30 | 2000-01-18 | Shimadzu Corp | ポリ乳酸ステレオコンプレックスポリマー製造用ペレット、及びステレオコンプレックスポリマー成型物の製造方法 |
| KR20090024713A (ko) | 2006-06-01 | 2009-03-09 | 도세로 가부시끼가이샤 | 폴리락트산계 조성물로 이루어지는 성형품 |
| JP2009155413A (ja) | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Toray Ind Inc | 加飾用ポリ乳酸系樹脂シート並びにそれを用いた加飾部材 |
| JP2012177011A (ja) | 2011-02-25 | 2012-09-13 | Toray Ind Inc | ポリ乳酸組成物 |
-
2021
- 2021-12-27 KR KR1020210188169A patent/KR20230099088A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
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