셀룰로오스 트리아세테이트/그래핀 복합 필름의 기계적 특성 및 열적 특성

Abstract

본 연구에서는 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA) 매트릭스에 높은 물성을 갖는 그래핀(Gr)을 보강 필러로 사용하여 기존의 셀룰로오스 트리아세트의 기계적 및 열적 특성을 높이고자 하였다. 셀룰로오스 트리아세테이트/그래핀 (CTA/Gr) 복합 필름은 닥터스 블레이드를 사용하여 솔루션 캐스팅 방법으로 제작되었다. 나노 보강 필러인 그래핀 파우더를 다이클로로메테인 용매에 용해시키고 초음파 처리를 통해 분산시켰으며 셀룰로오스 트리아세테이트를 첨가하여 제조하였다. 그래핀 함량에 따른 CTA/Gr 복합 필름의 구조적 특징, 인장 강도, 열 안정성 등의 특성 분석을 실시하였으며 그래핀을 함유하는 복합 필름의 구조를 SEM 분석을 통해 이미지를 관찰하였고 0.5wt% 이하의 그래핀을 함유하는 복합 필름은 그래핀이 CTA 매트릭스에 잘 분산이 되어있었다. 그러나 0.75wt% 이상의 그래핀을 함유한 복합필름은 부분적으로 그래핀이 응집이 되었다. 이러한 복합 필름의 인장 강도와 영률은 그래핀의 함유량이 0.5wt% 이하일 때 까지 선형적으로 증가하는데 그 이유는 그래핀과 CTA 사이에 강한 상호 작용과 상당히 높은 표면적을 가지기 때문이다. 비교를 위해 치환도가 다른 셀룰로오스 다이아세테이트를 사용하여 셀룰로오스 아세테이트/그래핀(CA/Gr) 복합 필름을 제작하고 기계적 특성 분석을 실시하였다. 같은 함량의 그래핀을 첨가하였을 때 셀룰로오스 다이아세테이트에 비해 셀룰로오스 트리아세테이트를 매트릭스로 사용했을 때의 기계적 특성이 높게 향상된 것을 확인 할 수 있었다. 또한 DTG/TGA 분석을 통해 셀룰로오스 트리아세테이트/그래핀 복합 필름의 열적 특성이 그래핀함량에 따라 선형적으로 향상된 것을 확인하였다. 따라서 본 논문에서는 그래핀을 보강 필러로 사용함으로써 보강 효과를 확인하였고 제작된 CTA/Gr 복합 필름이 순수한 CTA 필름보다 우수한 기계적 및 열적 특성을 가짐을 확인하였다.