Transoctylene rubber(TOR)의 첨가가 NR/isotactic PP 블렌드의 물성에 미치는 영향 Effect of Transoctylene Rubber(TOR) on the Properties of Natural Rubber/isotactic Polypropylene Blends원문보기
Thermoplastic elastomers based on dynamically vulcanized NR/TOR/PP (rubber/PP=70/30) blends were prepared in a Haake banbury mixer. Effect of TOR content on the mechanical, dynamic mechanical and thermal stability of the rubber/plastic blends was characterized by UTM, DMTA, and TGA. On the addition ...
Thermoplastic elastomers based on dynamically vulcanized NR/TOR/PP (rubber/PP=70/30) blends were prepared in a Haake banbury mixer. Effect of TOR content on the mechanical, dynamic mechanical and thermal stability of the rubber/plastic blends was characterized by UTM, DMTA, and TGA. On the addition of trans-polyoctylene rubber(TOR) to the rubber phase, there was a decrease in compression set and increase in tensile properties, hardness and dynamic properties as well as thermal stability or the elastomeric blends. Improvements in the properties were believed to be due to an increase in crosslink density of the rubber phase and increase in homogeneity of the blends.
Thermoplastic elastomers based on dynamically vulcanized NR/TOR/PP (rubber/PP=70/30) blends were prepared in a Haake banbury mixer. Effect of TOR content on the mechanical, dynamic mechanical and thermal stability of the rubber/plastic blends was characterized by UTM, DMTA, and TGA. On the addition of trans-polyoctylene rubber(TOR) to the rubber phase, there was a decrease in compression set and increase in tensile properties, hardness and dynamic properties as well as thermal stability or the elastomeric blends. Improvements in the properties were believed to be due to an increase in crosslink density of the rubber phase and increase in homogeneity of the blends.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
Chattaraj등은 천연고무, SBR 등의 디엔고무에 TOR을 첨가함으로써 이들 고무의가황특성, 가공특성, 내마모성, 동적특성 및 내열성 등을 향상시킬 수 있다고 보고한 바 있다.13,14 본 연구에서는 천연고무에 TOR을 첨가시킨 혼합고무와 폴리프로필렌의 블렌드로부터 열가소성탄성체를 제조하고, TOR의 첨가에 따른 제반물성의 변화를 조사하고자 하였다.
본 연구에서는 NR/PP 블렌드에 있어 trans-poly- octylene 고무(TOR)의 첨가영향을 조사하고자 하였다. TOR은 용융온도가 50℃ 정도인 거대고리 구조를 함유하는 반결정성수지로써 대부분의 고무와 상용성을 가지면서 적당량 첨가하였을 때, 고무의 용융 점도를 낮추며 고무의 열화를 억제하고, 압출특성을 향상시키는 가공조제로 사용되는 특수고무이다.
제안 방법
블렌드는 내용적이 300 mL인 내부혼합기(Banbury internal mixer, HAAKE PolyLab 3000)를 이용하여 제조하였다. pp를 먼저 200℃에서 약 1분동안 용융시킨 후 미리 준비된 NR/TOR의 혼합물을 첨가하여 토오크가 일정한 값을 보일 때까지 2분정도 혼합한 후 가교제를 한꺼번에 투입하여 약 3분간 더 혼합하여 동적가황된 고무/플라스틱 블렌드를 제조하였다. 이때, 전체고무와 플라스틱의 혼합비는 고무:플라스틱=70:30으로 하였다.
이때, 전체고무와 플라스틱의 혼합비는 고무:플라스틱=70:30으로 하였다. 고무를 가교시키기 위한 가교제의 처방은 전체 고무양 대비 zinc oxide 5.0 phr, stearic acid 2.0 phr, N- cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide(CBS) 2.0 phr, tetramethylthiuramdisulfide(TMTD) 2.5 phr, sulfur 0.3 phr로 하였다. 동적가교된 블렌드와의 비교를 위하여 동일한 조성의 단순 블렌드를 함께 제조하였다.
동적 기계적물성은 dynamic mechanical analyzer (TA Instrument DMA 2980)를 이용하여 tension mode에서 측정하였다. 이때 시편의 변형 크기 (strain amplitude)는 0.
3 phr로 하였다. 동적가교된 블렌드와의 비교를 위하여 동일한 조성의 단순 블렌드를 함께 제조하였다.
시편의 경도는 두께 3 mm의 시료를 제조하여 쇼와A 타입의 경도계(Zwick Model)를 이용하여 상온에서 측정하였다. 또한, 영구압축줄음률은 디스크형의 시편을 23 ℃에서 72시간 압축시킨 후 두께변화를 측정함으로써 결정하였다.
블렌드에 있어 고무상의 가교밀도는 팽윤실험을 통한 겔함량을 구함으로써 결정하였다. 약 0.
블렌드의 열적안정성은 TGA(Shimadzu TGA)를이용하여 질소분위기하에서 10℃/min의 승온속도로 측정하여, 온도에 따른 무게 감량변화를 측정함으로써 분석하였다.
, Model STM-10E)를 사용하여 상온에서 100 mm/min의 crosshead 속도로 7회 실험을 실시한 후 평균값을 취하였다. 시편의 경도는 두께 3 mm의 시료를 제조하여 쇼와A 타입의 경도계(Zwick Model)를 이용하여 상온에서 측정하였다. 또한, 영구압축줄음률은 디스크형의 시편을 23 ℃에서 72시간 압축시킨 후 두께변화를 측정함으로써 결정하였다.
겔함량을 구함으로써 결정하였다. 약 0.3~0.5 g의 고무시편의 무게(wo)를 측정한 후 톨루엔에 넣어 평형상태에 이르도록 1주일 동안 팽윤시킨 후, 충분히 건조시킨 시료무게(W1)를 측정함으로써 겔 퍼센트(100×w1/wo)를 구하였다.
측정하였다. 이때 시편의 변형 크기 (strain amplitude)는 0.1 % 였고, 진동수는 10 Hz 로 하였으며, 승온속도를 2 ℃/min 로하여 -100 ℃~60 ℃ 까지의 구간에서 저장탄성율 및 tan δ의 변화를 측정하였다.
2 mm 정도의 sheet 형태로 제조하였다. 인장실험용 시편은 ASTM D412 규격에 따라서 dumbbell 모양으로 제조하였으며, 인장실험은 만능시험기 (United Co., Model STM-10E)를 사용하여 상온에서 100 mm/min의 crosshead 속도로 7회 실험을 실시한 후 평균값을 취하였다. 시편의 경도는 두께 3 mm의 시료를 제조하여 쇼와A 타입의 경도계(Zwick Model)를 이용하여 상온에서 측정하였다.
한편, TOR이 첨가된 천연고무와 iPP 간의 특정 상호작용이 존재하는지 여부를 확인하기 위하여 NRRTOR 고무블렌드의 배합물을 플라스틱 기재위에서 가황시켜 접착시편을 제조하고, T-peel test로 부터 계면접착력을 측정하여 보았다. 그러나, TOR이 첨가되어도 이들 측정치에는 아무런 변화가 관찰되지 않았으며, 계면접착력은 측정할 수 없을 정도로 낮아 특정상호작용은 존재하지 않는 것으로 판단되었다.
한편, 동적가황시킨 블렌드에서의 TOR의 첨가에 의한 물성증가 원인을 알아보기 위하여 고무/플라스틱 블렌드시 사용된 배합처방과 동일하게 준비되어 가교시킨 NR/TOR 고무 블렌드를 제조하였으며, 이 블렌드의 응력-변형 거동을 측정하여 Figure 7에 나타내었다. TOR의 함량이 증가함에 따라 모듈러스가 증가되며, 파단신율은 점차로 감소되는것을 관찰할 수 있다.
대상 데이터
블렌드는 내용적이 300 mL인 내부혼합기(Banbury internal mixer, HAAKE PolyLab 3000)를 이용하여 제조하였다. pp를 먼저 200℃에서 약 1분동안 용융시킨 후 미리 준비된 NR/TOR의 혼합물을 첨가하여 토오크가 일정한 값을 보일 때까지 2분정도 혼합한 후 가교제를 한꺼번에 투입하여 약 3분간 더 혼합하여 동적가황된 고무/플라스틱 블렌드를 제조하였다.
성능/효과
었다. NR/PP 블렌드에 있어 -60 ℃와 12 ℃에서 고무상과 플라스틱 상에 해당되는 두 개의 유리 전이 온도가 관찰되었으며, 이로부터 NR과 PP가 상분리된 구조를 갖는 것을 알 수 있었다. 또한, TOR이 첨가된 경우에도 유리전이온도의 위치는 그대로 유지되는 것으로 보아, 앞서 서술한 바와 같이 TOR이 구성 고분자사이의 계면에서 상호침투나 화학적결합을 야기하는 특정상호작용을 유도하지는 않은 것을 다시 확인할 수 있다.
TOR의 첨가량이 증가할수록 블렌드의 열분해개시온도가 증가되며, 열분해속도가 감소되어 열적안정성이 향상됨을 알 수 있었다. 이는 TOR이 첨가됨으로써 고무/플라스틱 블렌드에서의 고무 상의 크기가 미세해지고, 고무상의 가교밀도가 증가되었기 때문인 것으로 판단되었다.
Figure 6에는 쇼와 경도계로 측정한 블렌드의 경도를 고무상의 TOR 함량에 대하여 나타내었다. TOR의 함량이 증가됨에 따라 경도가 증가되어, 100% 모듈러스의 증가경향과 유사함을 알 수 있었다. 하지만, TOR의 첨가로 인한 이들 물성의 증가효과는 단순블렌드에서보다 동적가황된 블렌드에서 더욱 뚜렷하게 나타나는 것을 알 수 있었다.
터 계면접착력을 측정하여 보았다. 그러나, TOR이 첨가되어도 이들 측정치에는 아무런 변화가 관찰되지 않았으며, 계면접착력은 측정할 수 없을 정도로 낮아 특정상호작용은 존재하지 않는 것으로 판단되었다. 또한, 제조된 모든 블렌드에서 DSC를이용하여 iPP의 결정화도를 측정해본 결과, TOR의 첨가 유무에 관계없이 일정한 값을 보이는 것을 알 수 있었다.
나타내었다. 단순블렌드에서와 고무상을 혼합중 가교시킨 동적가교블렌드에서 모두 고무상에 TOR이 첨가됨에 따라 동일한 변형을 일으키는데 필요한 응력은 점차 증가됨을 알 수 있으며, 적당량의 TOR이 첨가됨으로써 인장강도와 파단신율 또한 증가됨을 알 수 있다. Figure 3~Figure 5에는 고무상내의 TOR 함량에 따른 인장강도 파단신율 및 100% 모듈러스 값의 변화를 나타내었다.
NR/PP 블렌드에 있어 -60 ℃와 12 ℃에서 고무상과 플라스틱 상에 해당되는 두 개의 유리 전이 온도가 관찰되었으며, 이로부터 NR과 PP가 상분리된 구조를 갖는 것을 알 수 있었다. 또한, TOR이 첨가된 경우에도 유리전이온도의 위치는 그대로 유지되는 것으로 보아, 앞서 서술한 바와 같이 TOR이 구성 고분자사이의 계면에서 상호침투나 화학적결합을 야기하는 특정상호작용을 유도하지는 않은 것을 다시 확인할 수 있다. 하지만, TOR이 첨가됨에 따라, 저장탄성률은 점차로 증가하였으며, 고무상의 tan δmax값은 점차로 감소되었다.
원인 것으로 판단된다. 또한, 고리구조를 갖는 TOR이 가교구조의 일부가 되면 상대적으로 가교구조내에 사슬말단이 감소될 수 있으며, 또한, TOR이 고온가공 중 NR의 열화를 억제함으로써 고무의 사슬얽힘 정도가 전체적으로 증가하게 되므로 고무상의 탄성이 증가하게 된다고 생각된다.
그러나, TOR이 첨가되어도 이들 측정치에는 아무런 변화가 관찰되지 않았으며, 계면접착력은 측정할 수 없을 정도로 낮아 특정상호작용은 존재하지 않는 것으로 판단되었다. 또한, 제조된 모든 블렌드에서 DSC를이용하여 iPP의 결정화도를 측정해본 결과, TOR의 첨가 유무에 관계없이 일정한 값을 보이는 것을 알 수 있었다. 이로 미루어, TOR이 NR에 첨가되더라도 고무와 플라스틱간의 계면상호작용의 향상에 어떤 역할도 하지 않는 것을 다시 확인할 수 있었다.
이러한 결과로부터 동적가황된 블렌드에서의 물성증가는 고무/플라스틱 블렌드의 혼화성 향상 뿐 아니라, TOR이 첨가된 고무상의 가교밀도 증가가 주요 원인 것으로 판단된다. 또한, 고리구조를 갖는 TOR이 가교구조의 일부가 되면 상대적으로 가교구조내에 사슬말단이 감소될 수 있으며, 또한, TOR이 고온가공 중 NR의 열화를 억제함으로써 고무의 사슬얽힘 정도가 전체적으로 증가하게 되므로 고무상의 탄성이 증가하게 된다고 생각된다.
또한, 제조된 모든 블렌드에서 DSC를이용하여 iPP의 결정화도를 측정해본 결과, TOR의 첨가 유무에 관계없이 일정한 값을 보이는 것을 알 수 있었다. 이로 미루어, TOR이 NR에 첨가되더라도 고무와 플라스틱간의 계면상호작용의 향상에 어떤 역할도 하지 않는 것을 다시 확인할 수 있었다.
이와같은 결과로부터 동적가황법에 의한 NR/iPP 블렌드게 열가소성탄성체를 제조함에 있어 TOR을 고무상에 첨가함으로써 블렌드의 모듈러스, 파단신율, 인장강도, 경도를 동시에 증가시킬 수 있을 뿐 아니라 동적특성향상, 영구압축줄음률 감소 및 열적안정성을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이와같은 물성의 증가는 TOR이 첨가됨으로써 고무/플라스틱 블렌드의 모폴로지가 미세해지며, 고무상의 가교밀도가 증가되기 때문이라고 판단되었다.
즉, TOR이 천연고무에 첨가되어 천연고무의 용융점도를 저하시키며, 이는 고무/플라스틱 간의 용융점도차이를 감소시켜 이로 인해 고무와 플라스틱 간의 용융혼합이 보다 용이해짐으로써, 결과적으로 모폴로지의 미세화를 유도하였을 것으로 추측할 수 있다. Chang등은 NR/EPDM, NBR/EPDM 고무블렌드에서 TOR을 첨가함으로써 두 고무간의 혼화성 향상을 관찰한 바 있으며, 이는 TOR이 첨가됨으로써 고무상의 용융점도가 감소되기 때문이라고 보고하였다.
TOR의 함량이 증가됨에 따라 경도가 증가되어, 100% 모듈러스의 증가경향과 유사함을 알 수 있었다. 하지만, TOR의 첨가로 인한 이들 물성의 증가효과는 단순블렌드에서보다 동적가황된 블렌드에서 더욱 뚜렷하게 나타나는 것을 알 수 있었다.
14 Table 2에는 NR/TOR/iPP 블렌드에서 고무상의 겔함량을 측정한 결과를 나타내었는데, TOR 함량이 증가됨에 따라 가교밀도가 증가됨을 확인할 수 있다. 한편, NR/iPP 고무블렌드에서는 TOR 함량이 증가될수록, 모듈러스는 증가되고, 파단신율은 감소되는 반면, 동적가황법으로 제조된 NR/TOR/ZPP 블렌드에서 TOR이 첨가됨으로써 모듈러스 증가와 함께 파단신율도 함께 증가되는 것을 볼 수 있었다.
이는, 이와같은 고무/플라스틱 블렌드에서 일반적으로 관찰되는 현상으로써 용융혼합 중 가교된 고무가 기계적응력에 의해 작게 분쇄되어 플라스틱 연속 상에 효과적으로 분산되기 때문이다. 한편, 단순 블렌드와 동적가황된 블렌드의 경우 모두 인장강도와 파단신율은 고무상의 TOR의 함량에 따라 증가되었으며, TOR의 함량이 어느 이상에서는 다시 감소하게 되며, 100% 모듈러스는 TOR 함량에 따라 증가되는 것을 볼 수 있다. Figure 6에는 쇼와 경도계로 측정한 블렌드의 경도를 고무상의 TOR 함량에 대하여 나타내었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.