셀룰로스 섬유 복합재의 성능 분석

재활용 폴리머 복합재와 천연 섬유 보강재에 대한 관심이 증가하고 있음에도 불구하고, 사용 후 폐지컵에서 회수한 셀룰로스 섬유로 보강된 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)/재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(r-PET) 블렌드 시스템에 대한 체계적인 연구는 부족합니다. 특히 미처리 섬유와 메타크릴산 그래프트 섬유의 직접 비교는 드뭅니다. 본 연구는 폐지컵에서 추출한 셀룰로스 섬유를 메타크릴산으로 화학 처리하여 LDPE 및 r-PET 기반의 지속 가능한 복합재를 개발했습니다. FTIR 분석 결과, 표백 후 리그닌 및 헤미셀룰로스 관련 밴드가 사라지거나 감소하고 그래프팅 후 약 1712 cm−1에서 카르보닐 밴드가 나타나 표면 개질이 성공적으로 이루어졌음을 확인했습니다. XRD 결과, 표백 후 결정성이 21.13%에서 54.70%로 크게 증가했으며, 그래프트 섬유는 46.75%의 중간 결정성을 유지하여 셀룰로스 구조의 부분적인 파괴를 시사했습니다. TGA 분석에서는 메타크릴산 그래프팅이 섬유의 열 안정성을 향상시켜 주 분해 온도를 327°C에서 354.48°C로 높였습니다. DSC 분석은 복합재의 향상된 열 반응 및 결정화 거동과 일치했으며, r-PET 첨가는 순수 LDPE 대비 강성과 열 저항성을 증가시켰습니다. 기계적 특성 평가에서 LDPE에 25 wt% r-PET를 블렌딩하면 인장 강도가 1.69 MPa에서 7.40 MPa로, 영률은 101.55 MPa에서 272.17 MPa로 증가했습니다. 그래프트 섬유를 첨가했을 때 미처리 섬유 대비 인장 강도는 6.78 MPa로, 영률은 218.58 MPa로 추가 개선되었습니다. 수분 흡수 테스트 결과, 미처리 섬유는 수분 흡수율을 크게 증가시킨 반면, 메타크릴산 그래프트 섬유는 수분 흡수율을 현저히 감소시켰습니다. 이러한 결과는 폐지컵 유래 셀룰로스 섬유와 재활용 폴리머를 활용한 지속 가능한 고성능 복합재 개발 가능성을 제시합니다.