PLA/나노셀룰로오스 복합재의 기계적 물성 측정 결과를 Figure 22.에 나타 내었다. 나노셀룰오스의 함량에 따라 인장강도를 비교하였을 때(Table 6.), 나노셀룰오스가 첨가되지 않은 PLA 경우 47.21±3.65 MPa, 1wt%가 첨가된 복 합재의 경우(PLA/NFC 1wt%) 57.91±1.29 Mpa, 3wt%가 첨가된 복합재의 경우 (PLA/NFC 3wt%) 63.67±1.63 MPa으로 강화재 함량에 따라 증가하는 경향을 볼 수 있었다. 이와 대조적으로 5wt%가 첨가된 복합재(PLA/5wt%)의 경우, 표 면형상에서 보여진 나노셀룰로오스의 뭉쳐지는 영향으로 기계적 물성이 떨어 지는 것을 확인 할 수 있었다. 반면 신율의 경우 오차범위내로 거의 비슷한 결과 값을 얻었지만, 5wt%가 첨가된 복합재의 경우는 근소한 값으로 감소하 는 결과를 얻었다.
Tensile strength (MPa)
Elongation (%) PLA 47.21±3.65 4.37±0.54
PLA/NFC 1wt% 57.91±1.29 5.11±0.96
PLA/NFC 3wt% 63.67±1.63 4.52±0.13 PLA/NFC 5wt% 57.76±1.61 4.08±0.31 Table 6. Mechanical properties of PLA/NFC composite with NFC contents
제4장 결론
본 연구에서는 대나무에서 추출한 셀룰로오스를 그라인딩방법, 유체충돌방 법을 이용하여 나노셀룰로오스를 제조 및 필름화를 통해 특성을 분석하였다.
또한, 제조된 나노셀룰로오스를 강화재로 PLA 매트릭스에 분산하여 PLA/나노 셀룰오스 복합재의 기계적 물성 향상이 미치는 영향을 조사하였다.
그라인딩 방법과 유체충돌방법으로 제조된 나노셀룰로오스의 직경을 비교 했을 때, 처리전 200um에서 그라인딩 20pass의 경우에는 42.4±25.31nm, 유 체충돌 20pass의 경우에는 18.92±9.72nm로 공정횟수에 따라 직경이 줄어드 는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 셀룰로오스 마이크로 피브릴 구조 에 물리적 힘이 가해짐에 따라 나노 피브릴 구조로 변화됨으로서 나타는 결 과임을 알 수 있다. 이후, 두 방법으로 의해 제조된 나노셀룰로오스 필름에 대한 결정화도 및 기계적 물성을 평가하였다. 처리 전 셀룰로오스의 결정화 도 83.2% 비해, 그라인딩 20pass는 68.6%, 유체충돌 20pass 65%로 감소하는 경향을 볼 수 있었다. 미세구조의 변화에 따라 결정성 영역에서 나노화가 이 루어져 결정화도가 감소하는 것 알 수 있었다. 기계적 물성 측면에서 처리 전에 비해 인장강도, 탄성계수에서 그라인딩 방법 20pass 경우에는 70%,145%
, 유체충돌방법에는 20pass 경우에는 60%, 70%가 증가하였다. 이는 셀룰오스 의 구조가 나노화됨에 따라 표면의 하이드록시기 범위가 증가하여 수소결합 영역이 넓어짐으로써 기계적 물성이 증가하는 것으로 사료된다.
제조된 나노셀룰로오스를 함량에 따라 PLA 복합재의 기계적 물성을 비교하 였다. 인장강도 비교한 결과, 나노셀룰로오스가 3wt% 함량 포함된 PLA 복합 재에서 인장강도가 35% 증가하는 경향을 확인 할 수 있었다. 이는 PLA 매트 릭스 내부에 나노셀룰로오스가 고르게 분산됨과 동시에 매트릭스와 강화재 계면 사이가 결함없이 형성됨으로써 기계적 물성이 향상된 것으로 사료되어
위와 같이 매우 다양한 인자들이 나노셀룰로오스의 물성에 영향을 미치고 있다. 따라서 여러 인자들을 최적화 한다면 현재의 물성보다 향상된 나노셀 룰로오스 제조할 수 있으며, 이를 통해 나노셀룰로오스를 강화재로 이용한 복합재로 다양한 분야에서 적용할 것으로 보인다.
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