A Study on the Degradation Behavior and Mechanical Properties of Bio-based Polymers
- Alternative Title
- 바이오 기반 고분자의 분해 거동과 기계적 물성 연구
- Abstract
- Polycarbonate(PC)는 투명성, 내열성 및 기계적 특성이 우수해서 광범위하게 사용되는 엔지니어링 플라스틱이다. 하지만 PC의 원료인 비스페놀 A(BPA)는 내분비계 장애 물질로 분류되는데 합성 후, PC 내에 미량 존재하여 인체나 환경에 오염이 영향을 미친다. 따라서 BPA 대체하기 위하여 바이오매스 소재인 전분을 이용해서 만든 아이소바이드를 기반으로 한 바이오 PC 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 바이오 기반 고분자는 소재에 따라 분해 등의 특성을 보이기도 하는데 NaOH를 이용한 알칼리 용액, Proteinase K 효소 용액, 그리고 토양조건에서 인장 시편을 침지 시킨 후, 노출시간에 따른 기계적 물성을 분석하였다. 석유화학 기반 PC와 바이오 기반 PC(Mitsubishi)와 삼양사 개발 바이오 PC는 알칼리, 효소 조건에서는 분해 거동을 보이지 않았으나 토양조건에서 바이오 SY-PC의 경우 약간의 분해 거동을 나타내었다.
Poly(butylene succinate) PBS는 기계적 강도, 연성, 인성, 내충격성의 좋은 절충점으로 인해 가장 흥미로운 생분해성 고분자 중 하나이며, PBS의 특성을 변화시키기 위해 개질시킨 poly (butylene succinate-co-butylene adipate-co-ethylene succinate-co-ethylene adipate) (PBEAS)를 개발시켰다. 한편 PLA는 상업적으로 사용되는 친환경 고분자 중 하나이지만 취성과 상대적으로 가수분해 속도가 느리기 때문에 적용하기에 제한적이다. 고분자의 특성에 대한 시너지 효과를 위해 PLA/PBS와 PLA/PBEAS 블렌드를 제조하여, 핫프레스로 제작한 인장 시편으로 NaOH를 이용한 알칼리 용액, Proteinase K와 Lipase 효소 용액을 분해 조건에서 노출 시간에 따른 물성을 시간의 함수로 조사하였다. PLA는 알칼리와 Proteinase K 효소에서 분해성을 보였고 PBS와 PBEAS는 Lipase 효소에서 분해성을 나타냈다.
생분해성 고분자는 상업화된 제품으로 설계하기 위해서는 초기 분해 특성에 관한 연구가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 니더와 핫프레스를 통해 제작한 후 인장 시편에서의 분해성 연구를 하였다. 화학적·물리적 개질을 통한 바이오 고분자는 다양한 조건에서의 분해성 및 물성 조절 연구를 통해 제품의 적용 분야를 넓힐 수 있으며, 이는 새로운 생분해성 고분자의 상업적 설계를 위한 기초자료가 될 수 있다.
- Issued Date
- 2024
- Awarded Date
- 2024-02
- Type
- Dissertation
- Keyword
- 바이오플라스틱
- Publisher
- 국립부경대학교 대학원
- Alternative Author(s)
- Sangho Kim
- Affiliation
- 국립부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 화학융합공학부
- Advisor
- 이원기
- Table Of Contents
- Chapter 1. Introduction 1
Chapter 2. Theoretical background 8
2.1. Biodegradable polymers 8
2.1.2. Biomass based polymers 12
2.2. Polycarbonate 15
2.2.1. Synthesis of PC 16
2.2.2. Properties of PC 17
2.2.3. Bio-based PC 19
2.3. Polylactide 21
2.3.1. Synthesis of PLA 23
2.3.2. Properties of PLA 25
2.3.3. Stereochemical PLA 27
2.4. Poly(butylene succinate) 28
2.4.1. Synthesis of PBS 29
2.4.2. Properties of PBS 31
2.4.3. Poly(butylene succinate-co-butylene adipate-co-ethylene succinate-co-ethylene adipate) 33
2.5. Degradation of polymers 34
2.6. Control of the degradation rate of biodegradable polymers 35
2.6.1. Copolymerization 37
2.6.2. Blend 38
Chapter 3. Degradation behavior and mechanical properties of bio-based polycarbonates 39
3.1. Experimental 39
3.1.1. Materials 39
3.1.2. Preparation of sample films 40
3.1.3. Measurement 41
3.2. Results and discussion 42
3.2.1. Thermal properties 42
3.2.2. Mechanical properties of the bio-based PCs 44
3.2.3. Alkaline and enzymatic degradations 46
3.2.3. Effect of alkaline and enzymatic degradation on the mechanical properties 47
3.2.4. Soil burial test degradation 49
3.2.4. Effect of soil burial test degradation on the mechanical properties 50
3.3. Conclusions 51
Chapter 4. Mechanical and Thermal characteristic of Sustainable PLA/PBS and PLA/PBEAS blends 52
4.1. Experimental 52
4.1.1. Materials 52
4.1.2. Preparation of blend films 53
4.1.3. Measurement 54
4.2. Results and discussion 55
4.2.1. Mechanical properties of blend films 55
4.2.2. Thermal properties of blend films 57
4.2.3. Alkaline and enzymatic degradations 59
4.2.3.1. Wight loss by alkaline degradation 60
4.2.3.2. Effect of alkaline degradation on the mechanical properties of blend films 62
4.2.3.3. Effect of alkaline degradation on the thermal properties of blend films 64
4.2.3.4. Wight loss by enzymatic degradation 67
4.2.3.5. Effect of enzymatic degradation on the Mechanical properties of blend films 70
4.2.3.6. Effect of enzymatic degradation on the Thermal properties of blend films 74
4.3. Conclusions 77
References 78
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