황산처리된 녹조류 보강 폴리프로필렌 바이오복합재료에 대한 그래핀 첨가영향

Abstract

폴리프로필렌(PP)을 매트릭스로, 황산처리된 녹조류(SGA)를 보강재로 사용한 바이오복합재료(biocomposites)의 기계적 특성을 향상시키기 위해 그래핀(GNP)의 평균입자크기와 첨가량에 따른 SGA/GNP/PP 복합재료를 제조하고 그 특성을 분석하였다. GNP의 첨가량에 의해 굴곡강도 및 충격강도는 점차 감소하는 경향을 나타내었다. 반면에, SGA와 GNP의 영향으로 인해 굴곡탄성률 및 저장탄성률은 크게 증가하였다. 평균입자크기가 <TEX>$5{\mu}m$</TEX>(GNP5)인 크기가 작은 GNP를 보강재로 사용하였을 경우 평균입자크기가 <TEX>$15{\mu}m$</TEX>(GNP15)인 GNP를 보강재로 사용한 복합재료와 비교하여 상대적으로 우수한 기계적 특성을 보였다. 이는 상대적으로 GNP5의 효과적인 분산에 기인한 것이다. 반면에, GNP5를 보강재로 사용한 복합재료의 열팽창에 대한 저항 특성은 GNP15와 비교하여 상대적으로 감소한 결과를 나타내었으며, 이는 열전도 특성이 우수한 GNP5가 상대적으로 넓고 고르게 분포되어있기 때문에 복합재료 전체에 열이 쉽게 전달되었기 때문으로 해석할 수 있었다. 결과적으로 SGA/GNP/PP 복합소재는 굴곡저항, 저장탄성률, 댐핑특성 등은 충분히 향상되어 범용 바이오컴포지트로 적용가능하였다. To improve the mechanical properties of polypropylene (PP) biocomposites reinforced with sulfuric acidtreated green algae (SGA), SGA/graphite nanoplatelets (GNP)/PP biocomposites were prepared and their properties were evaluated depending on the particle size and content of GNP. The flexural and impact strength of SGA/GNP/PP biocomposites decreased with the addition of GNP, whereas the flexrual and storage moduli were greatly improved with increasing GNP loading. SGA/GNP/PP biocomposites reinforced with GNP5 showed generally better mechanical properties compared to that reinforced with GNP15 mainly due to the improved dispersion of the smaller GNP. SGA/GNP/PP biocomposites reinforced with GNP5 showed a lower resistance to the thermal expansion because the relatively uniform dispersion of smaller GNP was responsible for the effective heat transfer to the polymer matrix. As a result, SGA/GNP/PP biocomposite was acceptable for the general purpose application due to the improved flexural resistance, storage moduli, and damping characteristics.