Mechanical Properties of Paper Sludge-Polypropylene Composites

제지 슬러지-폴리프로필렌수지 복합재의 기계적 성질

The objective of this research is to develop paper sludge reinforced thermoplastic composites which incorporate the advantages of each component materials. The effects of paper sludge content(0, 10, 20, 30, 40----), mesh size(20~40, 60~80, less than 100mesh), and coupling agent(Epolene E-43 and Epolene G-3003) on the mechanical properties of paper sludge-polypropylene composites were investigated. Composite density increased with an increase in the paper sludge content. When paper sludge is incorporated into a polypropylene matrix, the flexural properties of the composite increase significantly with an increase in the paper sludge mixing ratio. Especially, flexural modulus was improved with increasing paper sludge content. The flexural strength of composites was improved, but flexural modulus reduced somewhat with decreasing paper sludge particle size. The flexural properties of paper sludge-polypropylene composites were improved by using coupling agents to enhance the bonding between reinforcing filler and matrix. Use of the epolene E-43 and G-3003 resulted in considerable improvement in the flexural strength over control specimens. The flexural strength of the G-3003 composite system is higher than that of the E-43 system. Generally, izod notched impact strength of paper sludge-polypropylene composite decreased slightly, whereas izod unnotched impact strength decreased significantly with increasing paper sludge contents. There was no effects of paper sludge particle size on impact strength of paper sludge-polypropylene composites. And izod unnotched impact strength of epolene E-43 composite system sharply decreased but that of G-3003 composite system was no tendency with increasing additive content.

본 연구는 자원환경적인 측면에서 산업폐기물이자 환경오염원인 제지 슬러지를 이용함에 있어 용융형 목질-플라스틱 복합재의 강화충전제로 적용하여 그 사용가능성을 알아보고 또한 복합재의 물성에 대한 기초적인 자료을 제시하는데 그 목적이 있다. 그 결과 제지 슬러지의 혼합비율이 증가할수록 복합재의 밀도는 증가하였으며 제지 슬러지의 입자 크기와 결합제 종류 및 함량은 복합재의 밀도에 크게 영향을 미치지 않았다. 제지 슐러지의 혼합비율이 증가할수록 복합재의 휨강도적 성질은 향상되었으며, 제지 슐러지의 입자 크기가 작을수룩 복합재의 휨강도는 증가하였으나 휨탄성계수는 증가하였다. 또한 복합재의 휨강도적 성질은 결합제의 종류에 관계없이 그 함량이 증가할수록 향상됨을 알 수 있었으며, 결합제의 분자량이 더 큰 Epolene G-3003의 경우 그 효과가 더 큼을 알 수 있었다. 대체로 제지 슬러지의 혼합비율이 증가할수록 복합재의 충격강도는 다소 감소하는 경향을 볼 수 있지만, 전체적으로 notched impact strength는 크게 감소하지는 않았다. unnotched impact strength의 경우 제지 슬러지의 혼합비율이 증가할수록 그 감소 폭이 컸다. 제지 슬러지의 입자크기가 복합재의 충격강도에 미치는 영향을 보면 notched impact strength의 경우 제지 슬러지의 입자 크기에 따라 충격강도에 미치는 영향은 거의 없었으며, unnotched impact strength의 경우 입자 크기가 가장 작은 100mesh 이하일 때 가장 우수하였고 그 다음으로 20~40mesh, 60~80mesh 순이었다. 복합재의 notched impact strength 는 결합제의 종류와 함량에 따라 미치는 영향은 거의 없음을 알 수 있었으나 unnotched impact strength는 Epolene E-43의 경우 첨가량이 증가할수록 충격강도가 감소하였고, Epolene G-3003의 경우는 첨가량이 증가할수록 충격강도가 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다.