제10장 HS 부적합의 해석/개선사례 - 3(생분해성 플라스틱의 HS 특성의 정밀 측정)

[YDfamily]

10.5 생분해성 플라스틱의 HS 특성의 정밀 측정

10.5.1 머리말

생분해성 플라스틱은 석유화학을 대체하는 자연 순환 환경형 자원으로서 주목되고 있다. 하지만, 자연 원료를 이용하기 때문에, 고분자 결합에 결함이 생기기 쉽고, 합성 플라스틱과의 대체에는 난점이 있다. 결정특성 때문에 HS 강도도 합성 플라스틱에 비해 낮고, 적정한 HS 방법이 확립되지 않고 있기 때문에 보급에 방해가 되고 있다. 본 항은 PLA 생분해성 플라스틱을 샘플로 하여 3가지 방법으로 HS의 발현의 모습을 검증, 평가한 것이다.

10.5.2 검증의 방법

다음의 3가지 방법을 적용하여 HS 특성을 평가하였다.

(1) 플라스틱 열특성의 일반적인 해석 방법의 DSC법을 적용

∙ 승온 속도: 10℃/분

(2) 4.3.2에서 제시한 열류 측정 방법을 적용

(3) 용착면 온도 베이스의 가열로 제작한 샘플의 HS 강도의 측정

∙ 가열 온도 정밀도(재현성): 0.5℃

∙ 테프론 시트에 끼워 가열

∙ 소정 시간 가열 후 실온까지의 강제 냉각

∙ 초기 압착압: 0.2MPa

∙ HS 강도: JIS Z 0238에 준거

10.5.3 해석결과

3가지의 검증방법으로 측정한 결과를 도10.7에 나타내었다.

이 결과로부터 다음과 같이 고찰 가능하다.

(1) 열류 특성의 측정에서는 60~90℃와 150~160℃에 현저한 변곡점이 보인다.

(2) DSC의 계측에서는 165~170℃에 큰 변이가 보인다(용융온도 Tm에 상당).

(3) HS 강도는 65℃ 부근에서 시작하여 80℃ 부근이 peel seal과 tear seal의 경계로 되어 있다.

(4) 80℃보다 높은 온도에서는 액상화 하기 때문에 HS 조건은 곤란하게 된다.

(5) 실용화 가능한 HS 강도는 5~6N/15mm를 얻을 수 있었다.

(6) 종래는 용융온도 Tm이 가열 온도의 목표로 되어 있었는데, 생분해성 플라스틱에는 적용이 곤란하였다.

(7) 실용적인 적정 가열 범위는 peel seal zone이었다(peel seal zone의가열이 필수).

(8) 다른 샘플의 실험 결과로부터 HS 특성은 D체의 함유율에 의해 변화하는 것을 알 수 있었다. D체가 2% 이하라면 합성 플라스틱 수준인 20N/15mm을 나타내고 있고, 생분해성 플라스틱의 HS 강도는 작다는 정보는 뒤집고 있다.

(9) 재료의 파단강도와 HS 강도에 큰 격차가 있고, HS 조작에 의한 분자간 결합의 성립을 저해하는 요소가 있다고 추정 가능하다.

이 시험 샘플 HS 강도와 HS 강도와 파단강도는

적정 가열 온도: 68~83℃

발생 HS 강도: 4~5N/15mm

재료의 파단강도: 34N/15mm

을 얻을 수 있다.

이 샘플의 제조원인 Treofan사의 카탈로그에는

HS 강도 range: 80~130℃

HS 강도: 2N/15mm 이하

가 제시되고 있는데 검토 결과와 카탈로그 표시의 가열온도 범위가 크게 어긋나 있다. 특히 가열 온도대는 이 검토에서는 부적합한 온도 영역을 제시하고 있는 것을 알 수 있다. 이 때문에 HS 강도도 작은 값으로 되어 있다.

도10.7 생분해성 플라스틱의 HS 특성