저밀도 폴리에틸렌-클레이 나노컴포지트 시트의 기체차단 특성

서지정보

· 발행기관 : 한국산업식품공학회
· 수록지 정보 : 산업식품공학 / 16권 / 2호
· 저자명 : 유희재, 김영석, 정동화

초록

자기 제조공정 중 고온에서 형성된 클레이 나노입자를 충진제로 하여 LDPE-클레이 나노컴포지트 시트를 제조하였으며, 이의 산소, 이산화탄소 및 수분에 대한 투과도를 서로 다른 세 온도(20, 30 및 40oC)에서 측정하였다. 사용한 클레이 입자의 주성분은 ICP-OES를 통하여 Ca(40.733%)임을 확인하였으며, 나노컴포지트 내 클레이 나노입자가 잘 분산되어있음을 TEM을 통해 확인하였고, FT-IR을 통하여 클레이 나노입자의 첨가가 LDPE의 작용기에 특별한 영향을 주지 않았다는 것을 확인하였다. 산소, 이산화탄소 및 수분투과도는 예상하였던 바와 같이 온도가 상승함에 따라 증가하는 경향을 보여주었다. 클레이 나노입자의 혼입으로 시트 내 기체분자의 확산 경로가 증가됨에 따라 모든 테스트 온도에서 나노컴포지트 시트는 대조구보다 유의적으로 향상된 기체차단효과를 나타내었는데, 산소와 이산화탄소에 대해서는 30 및 40oC에서 보다 20oC에서 상대적으로 강한 차단성을 나타내었으며, 수분에 대해서는 30oC에서 차단성이 상대적으로 높았고 20 및 40oC에서는 비슷한 차단효과를 나타내었다. 본 연구결과를 통하여 나노입자를 혼입 함으로서 LDPE 시트의 산소, 이산화탄소 및 수분에 대한 차단효과를 향상시킬 수 있음을 확인하였으며, 동시에 이러한 차단효과 향상의 정도는 온도에 따라 상당히 차이가 있음을 알 수 있었다. 차단효과의 온도 의존성에 대한 구체적인 이유는 아직 밝혀지지 않았지만, 온도에 따라 기체확산 및 고분자운동의 정도가 달라지므로 나노입자에 의한 기체확산 경로 증가의 효과 역시 변하게 되기 때문으로 사료된다. 따라서 나노컴포지트를 포장재로 사용할 경우, 반드시 목적온도에서 기체차단효과를 확인한 후 응용하여야 할 것으로 사료된다. 또한 시트나 필름의 내부 고분자 배열은 그 형성방법에 따라 달라지므로, 이것이 나노컴포지트의 기체차단효과에 미치는 영향 역시 신중히 고려되어야 한다. 이러한 현상에 대한 충분한 이해를 위해서는 나노입자 및 고분자의 배열구조와 기체차단효과의 상관관계에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

영어초록

A low density polyethylene (LDPE)-clay nanocomposite sheet was fabricated with the clay nanoparticles obtained from the high-temperature processing for porcelain production, and investigated for its gas barrier properties by measuring its oxygen, carbon dioxide, and water vapor permeabilities at 20, 30, and 40oC. Inductively coupled plasmaoptical emission spectrometry showed that the nanoclay was mainly composed of Ca (40.7%). Transmission electron microscopy exhibited that the nanoparticles were well dispersed in the nanocomposite sheet. Fourier transform infrared spectrometry revealed that the intermolecular bonds of LDPE were not significantly affected by the addition of nanoclay. Diaphragm diffusion analysis demonstrated that the addition of 500 mg/kg nanoclay reduced the oxygen permeability of LDPE sheet by 33-36% at 20 and 30oC but only by 4% at 40oC, while the carbon dioxide permeability was reduced by 40% at 20oC but only by about 4% at 30 and 40oC. The water vapor permeability determined by gravimetric analysis was found to be lowered by 12, 32, and 19% at 20, 30, and 40oC, respectively, by the addition of nanoclay.

참고자료

· 없음