Applied Chemistry, Vol. 13, No.l, April 2α꺼， 49-52

연신 시간에 따른 Alumina가 충전된 다공성 HDPE film의 특성

밤좋섬 · 권성진 · 성해준 · 임용묵 · 손준용 · 신준화 · 노영창f 한국원자력연구원 정융 방사선과학연구소

Effect of stretching time on the alumina filied microporous HDPE films

]om~-Seok Par!L' Sung-Jin Gwon . Hae-Jun Sung . Youn-Mook Lim . Joon-Yong Sohn . Junhwa Shin . Young-Chang Nhot

Advanced Radiation Technology Institute. Korea Atomic Energy Research Institute

Abstract

We have investigated the effects of the stretching time on the microporous alum ina

filled HDPE films. The alumina filled HDPE films were uni-axially st retched up to

600% in a propylene glycol bath at 100 't with different stretching time. As the

stretching time increased. the porosity of the alumina filled HDPE membrane was

increased. The crystallinity of the alumina fi lled HDPE membrane were increased

steadily with an increCl sing stretching time. However. the tensile strength W Cl S

decreased with an increasing stretching time due to the increCl sed pores.

1. 서론

최근 다공성 펼름 제조기숭이 진보함에 따라서， 이를 산업 천반에 응용하고자 하는 연구가 활발

히 진행 중이며， 이러한 다공성 펼름은 현재 공업， 식품 분야에 까지 그 활용성이 점차 확대되고

있다. Polyethylene (PE) 및 Polypropylene (PP)은 다공성 필름 제조에 사용되고 있는 펼수적인

고분자 물질로써 이중 High density polyethylene (HDPE) 는 기계적 물성이 우수하고 제조 단가

가 저렴하여 HDPE의 사용이 점차 증가하는 추세이다 [1]. 근래에는 이러한 HDPE를 단독으로

사용하기 보다는 무기물질파 혼합하여 열척， 기계적 성질을 개선시킨 연구가 많은 비중올 차지하

고 있다 [2-4]. 특히， 이차천지의 훈리막올 제조 하는데 있어서， HDPE에 alumina를 청가하면，

분리막과 전해액의 친화력올 향상 시킬 수 있다 [5-61.

또한， 고분차에 분산된 무기물은 연신과정에서 ， 고분자와 무기물 입자 사이의 계변에서 쉽게 기공

이 형성되어， 순수 HDPE film 보다 높은 기공도를 나타낼 수 있다 [5 - G1.

무기물이 충진된 다공성 HDPE 필름을 제조 과정은 다옴과 같이 크게 세단계로 진행된다(1)

HDPE 와 무기물의 혼합， (2) 압출기를 이용하여， 권취 과정올 통한 선뺑 film 제조. (;3) 기공형

성올 위하여 연신공정 단계를 거친다 [7 J. 본 연구에서는 alumina가 충진된 다공성 HDPE film을 제조 하는데 있어서 연신 시간에 따른 다

공성 필름의 기공도 및 물성의 변화를 평가하였다.

2. 실험 2. 1. 시약 및 채료

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50 박종석·권성진·성해준·임윤묵·손준용·신준화·노영창

본 연구에서 사용된 HOPE (high density polyethylene , 제품명 5200BH) 는 호남석유화학에서

제조한 것을 구입하였으며， alu min a는 입자크기가 50nm 이고， Buehler (J llinois. l'’ SM 에서 구

입하였다.

2.2 필름 채조

8rabender 0 -47055 압출기 를 이 용하여 HOPE와 alumina를 고온에서 용융하여 필름을 제조

하였다. HOPE와 alumina는 85wt% 15wt% 고정 비율로 혼합하였다. 이때 feeding zone과

compression zone의 옹도는 각각 190 "C와 220"C이며， metering zone과 die 의 온도는 각각

230 "C와 160 "C 로 실험하였으며 ， 압출기 screw의 속도는 50rpm로 고정하였다 압출기에서 용

융되어 나온 혼합기지는 롤러로 권취 과정올 거쳐 선행 film을 제조하였다. 권취 과정을 거쳐 제

조된 선행 필름은 기공 형성올 위하여， 100 "C의 propyleneglycol bath 안에서 10.8cm/sec의 속

도로 600% 단축 연신하였다.

3. 결과 및 고찰 연신 시간에 따른 다공성 펼름의 특성을 알아보기 위하여 ， alumina가 15w t% 함유된 HOPE film

올 100"C 옹도의 propyleneglycol bath 안에서 , 1 min , 2min , 3min , 4 min 동안 담지 후， GOO%

연신한 다공성 film의 특성에 대해서 알아보았다.

Figure 1 은 연신시간에 따른 alumina가 충진된 다공성 펼름의 표연 모폴로지를 나타냈다. 연신시간이 걸어

질수록 pore의 양이 많아지고， pore size가 커지는 것이 관찰 되었다. 특히， 4min 동안 담지 후. 연신한

다공성 film의 경우 5tßll 이상의 pore가 관찰 되 었다.

Figure 1. SEM micrographs of the surface of the alumina filled microporous HOPE film

as a function of the stretching time; (a) 1min, (b) 2min , (c) 3min , (d) 4min.

StcetchÏOR T IIIIe

1mlll

2min

3m띠

1 4mlll

PacocÏly

6 1. 0

62.9

68.7

70.4

l M혀iaa 뼈'C: cu:e

l 11.3

l 15.0 뚫-녁 | 20 .4

34. 1 2 .49 1 -- - -•• __ 1-_• ~• : _----.l

Table 1. The porosity and the porc size of the alumina filled microporoL1 s HOPE film

as a function of st retching tim e.

웅용화학， 제 13 권 제 1 호， 2009

51 연신 시간에 따른 Alumina가 충진된 다공성 HDPE film의 특성

Table 1은 연신시간에 따른 alumina가 충진된 다공성 필름의 기공도 및 기공 크기를 나타냈다.

Figure 1 의 SEM image와 같이 ， propyleneglycol bath 안에서 담지 시간이 길어질수록， 기공도와 기공 크

기가 중가 하였다 3min 통안 담지 후， 연신 한 다공성 film의 기공도는 약 68.4%이고， 명균 기공 크기는

1.8띠n 이다. 특히， 4min 동안 담지 후， 연신한 다공성 film의 기공도는 70%이며， 평균 기공 크기는

lmin 동안 담지 한 다공성 fi lm의 기공 크기보다 약 4배정도 증가 하였다 .

•

흔 4 ζ‘ 등 60 i

홍 ‘) 5.

Stretching lime (mi미

Figure 2. The crystallinity of the alumina filled microporous HDPE film as a functi on of

stretching time.

Figure 2는 연신시간에 따른 alumina가 충진된 다공성 펼름의 결정화도를 나타냈다. alum i na가 충진된

HDPE film은 lOOt: 옹도의 propyleneglycol bath안에서 담지 시간이 길어질수록， 결정화도가 증

가하는 경향올 나타냈다.

상기 결과는 Figure 1 의 SE:vI image와

즉， 연신과정올 통하여 HDPE와 alumina

separation이 강하게 작용하여 , 기 공도 및

매우 유사하다.

따른 lamellae

결과와

증가에

Table 1 의 기공 크기 및 기공도

입자 사이의 계연과 결정화도

기공크기가 증가하였다.

7

1l

fj

J 4

-

-

--

」

J

jJ

4 「

11

11

+0

때 m

빼

때

빼

때

때

;Q흔 -s‘g E@c·

•

2

Time (mln)

Figure 3. The tensile strength of the alumina filled microporous HDPE film as a function of

Applied Chemistry, Vol. 13, No.l, 2009

stretching time.

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Figure 3은 연신시간에 따른 alumina가 충진된 다공성 펼름의 항복점에서의 인장강도를 나타냈다. 연신

시간이 길어질수록， 인장강도는 감소하는 경향을 나타냈다 특히， 3min 이상 담지한 다공성 fi l m의 인장강도

는 급격하게 감소하였다. 위의 결과는 lOO't 온도의 propyleneglycol bath안에서 담지 시간이 길어

질수록， 결정화도논 증가하지만， 이로 인하여 증가한 기공도 및 기공 크기 때문에 인장강도가 급격히 증가

한 것으로 사료된다.

4. 결론 alumina 가 충진된 다공성 HDPE film을 제조 하는데 있어서， 연신 시간에 따른 다공성 필름의

기콩도 및 물성 의 변화를 평가하였다.

alumina가 충진된 HDPE film이 lOO 't 온도의 propyleneglycol bath안에서 담지 시간이 길어질

수록， 결정화도가 증가 되었다. 이로 인하여， 연신과정에서 HDPE와 alumina 입자사이의 계연과

결정화도 증가에 따른 lamellae sepa ration이 강하게 작용하여 ， 기공도 및 기공크기가 증가한 것

으로 사료된다.

그러나 lOO't 옹도의 propyleneglycol bath안에서 담지 시간이 3min 이상이 되면， 결정화도는

증가하지만， 2f.1!l1 이상의 기공크기와 증가한 기공도 때문에， 인장강도는 급격히 감소하였다.

감사의글

This work wa s supported by i\ uclear R&D program through the Korea Sc ience and

Engineering Foundation funded by the \Il inistry of Education , Science and T ec hnology ,

Korea.

참고문헌

[1) A. A. Min, T. G. Chuah , 1'. R. Chantara , Mater. Design Vol. 29 (2008) , p. 992.

[2] S. M. Kw on, K. J. Kim, H. Kim , P. P. Kundu , T. J. Kim, Y. K. Lee, B. H. Lee ,

S. J. Choe , Polymer Vol. 43 (2002) , p. 690 1.

[3] G. Wegne r , M. M. Demir, \1. Faatz , K. Gorna, R. Munoz-Espi , B. Guill emet , F.

Grohn , Macromol. Res ., Vol. 15(2). (2007) , p. 95.

[4] J. J. Kim , K. Shin , K. D. Suh, Macromol. Res. Vol. 15 (7) (2007) , p. 60 1.

[5] A. Osman , A. Atallah , Polymer Vol. 47 (2006) , p. 2537.

[6] P. P. Pros ini , P. Villano , M. Carewska, Electrochim. Acta Vol. 48 (2002) , p.

227.

[7] F . Sadegh i, A . Ajji , P. J. Carreau , J . Membrane Sci . Vol. 292 (2007) , p.62.

웅용화학， 제 13 권 제 1 호， 2α꺼