Poly(vinyl alcohol) (PVA) has an excellent gas barrier property but its moisture barrier property is poor due to its own abundant hydroxyl groups. In this study, alkylated graphene oxide (AGO) as a hydrophobic filler and dialdehyde cellulose nanocrystal (DCNC) as a crosslinking agent, were incorporated to improve the moisture barrier property of PVA composite barrier films. DCNC was prepared through partial oxidation of cellulose nanocrystals and the presence of its dialdehyde groups was confirmed through FTIR spectroscopy and XRD analysis. The crosslinking linkage between the hydroxyl group of PVA and the aldehyde group of DCNC was confirmed through FTIR spectroscopy. The increase in thermal stability due to ether bonding was observed with TGA. The dispersion stability of the PVA/AGO/DCNC solution was also checked from the Turbiscan analysis before coating on the poly(ethylene terephthalate) substrate film. The composite barrier film decreased oxygen transmission rate by 90% and water vapor transmission rate by 15% compared to PVA barrier film.

Poly(vinyl alcohol)(PVA)는 강한 분자간력으로 인해 기체 차단성이 우수하여 기체 차단 필름으로 널리 사용되고 있지만, 분자 내 고유의 친수성기로 인해 수분 차단성이 낮다는 한계가 있다. 본 연구에서는 수분 차단성을 높이기 위해 소수성 첨가제인 alkylated graphene oxide(AGO)와 친환경 가교제인 dialdehyde cellulose nanocrystal (DCNC)를 도입하여 수분 차단성이 보완된 배리어 필름을 제조하였다. 사용된 DCNC는 cellulose nanocrystal의 부분 산화를 통해 제조되었으며, 적외선 분광분석 및 X선 회절분석을 통해 다이알데히드기의 존재가 확인되었다. 열중량분석을 통해 PVA/AGO/DCNC 복합 필름의 열안정성을 측정한 결과, PVA의 수산기와 DCNC의 알데히드기간의 가교 결합을 통해 생성된 에테르 결합으로 인해 열안정성이 증가하였음을 확인하였다. Poly(ethylene terephthalate) 기재 필름 위에 코팅 후 가교된 복합 배리어 필름의 경우 550 nm에서 87.9%의 광투과도를 나타내었으며, PVA 수용액을 단독 코팅한 배리어 필름에 비해 산소 투과도는 90%, 수분 투과도는 15% 감소하였음을 확인하였다.

Keywords: poly(vinyl alcohol), water barrier, cellulose nanocrystals, crosslinking, graphene oxide.