A Study on the Phase Separation and Mechanical Properties of Wood Flour-Polypropylene Composites

본 연구에서는 목분-고분자 복합체(Wood Flour-Polymer Composite, WPC)의 상분리 특성을 조사하고 이를 토대로 목분함량에 따른 WPC의 기계적 물성 변화에 관한 원인을 규명하였다. 이를 위해 고분자 매트릭스로 폴리프로필렌을 사용하여 서로 다른 함량의 목분을 갖는 시편을 제조하였다. 서로 다른 목분 함량을 갖는 시편들의 DSC thermogram으로부터 목분 함량에 따른 고분자 PP의 결정화 경향과 $T_m$ 경향을 분석하였다. 목분 함량이 증가함에 따라 고분자 PP의 결정량 및 $T_m$값 모두 감소하다 다시 증가하는 결과를 나타내었다. 이로부터 낮은 목분 함량에서는 목분이 매트릭스인 고분자 내에 분산되어 있으나 일정 목분 함량이상에서는 WPC의 매트릭스인 PP와 목분사이에 상분리가 일어남을 확인할 수 있었다. 한편, WPC 시편의 인장강도는 목분 함량이 증가할수록 감소하는 결과를 나타내었다. 낮은 목분 함량에서는 고분자에 분산된 목분과 고분자 사이에서의 낮은 계면 결합력과 시편내에서 강도를 높이는 역할을 하는 결정량의 감소가, 높은 목분 함량에서는 PP와 목분사이에서의 상분리로 인한 계면 결함이 WPC 시편의 인장강도를 목분함량 증가에 따라 지속적으로 감소시키는 원인이 되는 것으로 파악되었다. WPC 시편의 충격강도는 목분 함량이 증가함에 따라 증가하다가 목분 함량이 20%인 경우 최고값을 나타내며, 그 이후 다시 감소하는 경향을 나타내었는데, 낮은 목분 함량에서는 목분 함량이 증가할수록 시편의 결정량이 감소하므로 시편의 취성 감소에 의해 충격강도가 향상되나, 높은 목분 함량에서는 고분자 매트릭스와 목분 사이의 상분리로 인해 다시 충격강도가 저하되기 때문인 것으로 판단된다. The phase separation in Wood Flour-Polymer Composite (WPC) was investigated and the reasons for change in mechanical properties with the content of wood flour were explored. The wood flour-polypropylene composite samples with different wood flour contents were prepared. From differential scanning calorimetry (DSC) thermograms of WPC samples, the trend of crystallinity and melting temperature ($T_m$) were analyzed. The crystallinity and melting temperature increased and then decreased as the content of wood flour increased. From these results, it was confirmed that at the low wood flour content the wood flours were dispersed into the polypropylene matrix but at the high wood flour content, the phase separation between polymer and wood flour phases appeared. The tensile strength of WPC samples was continuously decreased with the increase of wood flour content. At a low wood flour content, the low interfacial bonding and the decrease in crystallinity were the main reasons for the decrease in tensile strength with the increase of wood flour content. At a high wood flour content, the decrease in tensile strength resulted from the interfacial defects between the polymer and wood flour phases. The impact strength of the WPC sample showed the maximum behavior with the content of wood flour. At a low wood flour content, the impact strength was enhanced owing to the decrease in brittleness, which results from the decrease in crystallinity. At a high wood flour content, however, the impact strength decreased due to phase separation.