환경에 유해한 PVC 재질의 바닥재나 시트를 대체하기 위하여 styrene-ethylene-butadiene-styrene(SEBS)과 같은 열가소성고무를 사용하고 polypropylene(PP) 등의 폴리머와 오일, 무기물 및 안정제 등을 혼합하여 내충격성 또는 탄성이 우수한 새로운 소재를 개발하기 위한 컴파운딩 연구를 진행하였다. SEBS와 오일의 혼합물에서 경도는 오일의 함량이 증가함에 따라서 선형적으로 감소하였고, SEBS/oil/PP의 조성물에서는 PP의 함량이 증가하면 인장강도는 선형적으로 증가하는 반면, 신율은 PP가 50phr상에서는 거의 영향이 없었다. PVC 소재의 바닥재나 시트를 대체 사용하기 위한 실질적인 SEBS 혼합물의 조성물에서도 인장 및 인열강도, 그리고 경도는 PP 함량에 비례하여 증가하는 것으로 나타났으나, 용융지수는 PP 함량이 증가하면 감소하는 것으로 나타났다.
환경에 유해한 PVC 재질의 바닥재나 시트를 대체하기 위하여 styrene-ethylene-butadiene-styrene(SEBS)과 같은 열가소성고무를 사용하고 polypropylene(PP) 등의 폴리머와 오일, 무기물 및 안정제 등을 혼합하여 내충격성 또는 탄성이 우수한 새로운 소재를 개발하기 위한 컴파운딩 연구를 진행하였다. SEBS와 오일의 혼합물에서 경도는 오일의 함량이 증가함에 따라서 선형적으로 감소하였고, SEBS/oil/PP의 조성물에서는 PP의 함량이 증가하면 인장강도는 선형적으로 증가하는 반면, 신율은 PP가 50phr상에서는 거의 영향이 없었다. PVC 소재의 바닥재나 시트를 대체 사용하기 위한 실질적인 SEBS 혼합물의 조성물에서도 인장 및 인열강도, 그리고 경도는 PP 함량에 비례하여 증가하는 것으로 나타났으나, 용융지수는 PP 함량이 증가하면 감소하는 것으로 나타났다.
Compounding, using such thermoplastic elastomer as styrene-ethylene-butadiene-styrene (SEBS) blended with polypropylene(PP), oil, and other ingredients, was studied to develop a new material with excellent impact resistance and resilience for the replacement of environmentally toxic PVC sheet. Hardn...
Compounding, using such thermoplastic elastomer as styrene-ethylene-butadiene-styrene (SEBS) blended with polypropylene(PP), oil, and other ingredients, was studied to develop a new material with excellent impact resistance and resilience for the replacement of environmentally toxic PVC sheet. Hardness decreased linearly with oil content in the SEBS/oil blend, and the tensile strength increased with PP content whereas elongation showed no effects over 50 phr of PP in SEBS/oil/PP blend. In the practical SEBS composition, proposed to replace the PVC sheet material, tensile and tear strength, as well as hardness, increased proportionally with PP content, while melt index decreased.
Compounding, using such thermoplastic elastomer as styrene-ethylene-butadiene-styrene (SEBS) blended with polypropylene(PP), oil, and other ingredients, was studied to develop a new material with excellent impact resistance and resilience for the replacement of environmentally toxic PVC sheet. Hardness decreased linearly with oil content in the SEBS/oil blend, and the tensile strength increased with PP content whereas elongation showed no effects over 50 phr of PP in SEBS/oil/PP blend. In the practical SEBS composition, proposed to replace the PVC sheet material, tensile and tear strength, as well as hardness, increased proportionally with PP content, while melt index decreased.
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문제 정의
8004와 Septon 4033이었다. Table 1에 이들 재료의 특성이 나타나 있는데 본 연구에서는 두 가지의 SEBS를 비교 사용함으로써 보다 좋은 물성을 얻고자 하였다. PP는 고강성을 가지면서 가장 범용인 J-150이나 고충격용 246H보다는 투명한 물성을 나타내기 위하여 적합한 랜덤 공중합체인 대림산업(한국)의 PP-333을 사용하였고 오일은 미창 석유화학(한국)의 White Oil 1150및 2150을 사용하였다.
SEBS/PP blend의 조성에 따른 물성변화는 최근에 상당한 연구가 진행되어져 왔는데 Gupta12-13 등은 사용된 PP의 조성에 따라 용융체의 유변학적 특성이나 물리적 특성, 특히 충격강도의 변화를 관찰하였고, Setz" 등은 이들 블렌드의 모폴로지와 기계적 특성을 살펴보았으며 Flaris15도 블렌드의 조성에 따른 기계적 특성에 대하여 고찰한 바 있다. 그러나 이러한 연구들은 보다 폴리머의 조성에 따른 기본적인 결과를 얻는 데 그 목적이 한정되었으므로 본 연구에서는 앞에서 언급된 것과 같은 기존 PVC 재료의 환경문제를 해결하고자 환경 친화적 소재를 사용하여 연질PVC 재질의 바닥재나 시트를 대체하기 위한 기본소재 연구를 진행하였으며, 얻어진 시트 재료의 물성을 함께 고찰하여 보았다.
본 연구에서는 styrene-ethylene-butadiene-styrene(SEBS)과 같은 스티렌 블록 공중합체 (styrenic block copolymer : SBC)나 polypropylene(PP) 등의 폴리머와 오일, 무기물 및 안정제 등을 혼합하여 내충격성 또는 탄성이 우수한 시트용 소재의 배합과 압출 가공을 통한 가공공정 확립과 새로운 용도에 적합한 소재를 개발하고자 하였다. SEBS/PP blend의 조성에 따른 물성변화는 최근에 상당한 연구가 진행되어져 왔는데 Gupta12-13 등은 사용된 PP의 조성에 따라 용융체의 유변학적 특성이나 물리적 특성, 특히 충격강도의 변화를 관찰하였고, Setz" 등은 이들 블렌드의 모폴로지와 기계적 특성을 살펴보았으며 Flaris15도 블렌드의 조성에 따른 기계적 특성에 대하여 고찰한 바 있다.
본 연구에서는 기본적인 조성물에 대한 물성뿐아니라 앞에서 이야기한 바와 같은 PVC재질의 바닥재나 시트를 대체시용하기 위한 실질적인 SEBS 혼합물의 조성도 제시하였다. 충분한 결과가 얻어진 것은 아니지만 보다 우수한 특성을 갖는 SEBS 재질의 바닥재나 시트를 제조하기 위하여 어느 정도 활용이 가능한 자료가 될 것으로 생각하며, 현재 사용되고 있는 PVC 재질의 다양한 바닥재나 시트에 충분히 대체키 위해서는 계속적으로 추가실험을 진행하여 물성을 보완하고 조성비에 따른정확한 압출이나 사출가공 조건을 확립할 필요가있을 것으로 사료된다.
제안 방법
SEBS가 적절히 분쇄되면 오일을 동일 믹서에 투입하고 5분 정도 혼합하였으며, 그런 다음에 분말형태의 재료들을 투입하고 5분정도 더 혼합하였다. 마지막으로 나머지 재료들을 전부 첨가하여 총 25분 정도 이내로 혼합하였다.
SEBS는 Septon 8004를, 오일은 White oil 1150을, 그리고 PP는 PP-333(한국, 대림산업)을 혼합하여 믈성의 변화를 살펴 보았다. 첨가된 PP의 양은 SEBS 와 오일의 함량을 각각 100으로 하였을 때 Table 5 에 나타난 것처럼 30, 50, 60, 70, 그리고 100 phr이 되도록 하였다.
다른 첨가제는 없이 Septon 8004와 White Oil 1150을 사용하여 이들 비율에 따른 물성을 살펴보았다. 본 시험에 사용된 두 가지의 SEBS는 모두 분말로 되어 있으나 덩어리진 형태를 이루고 있어 손으로 완전한 형태의 가루로 만들기에는 시간이 걸리므로 pre-blender에서 분쇄하는 작업을 10여 분 동안 진행하였다.
SEBS가 적절히 분쇄되면 오일을 동일 믹서에 투입하고 5분 정도 혼합하였으며, 그런 다음에 분말형태의 재료들을 투입하고 5분정도 더 혼합하였다. 마지막으로 나머지 재료들을 전부 첨가하여 총 25분 정도 이내로 혼합하였다. 이렇게 준비된 혼합물을 압출기의 주 fbeder에 투입하여 용융혼합을 실시하였다.
본 시험에 사용된 두 가지의 SEBS는 모두 분말로 되어 있으나 덩어리진 형태를 이루고 있어 손으로 완전한 형태의 가루로 만들기에는 시간이 걸리므로 pre-blender에서 분쇄하는 작업을 10여 분 동안 진행하였다. 이러한 과정을 거쳐 SEBS가 어느 정도 분쇄되면 오일을 한번에 또는 여러 번에 걸쳐 균일한 양으로 믹서 안에 투입한 후 5-10분 동안 혼합을 계속하였다.
본 시험에서는 시험편을 시험 전에 23±2℃의 온도와 50±5%의 습도조건에서 적어도 24시간 이상 상태 조절을 하거나 그와 동일한 조건하에서 시험을 실시하였다. 시험편은 사출성형에 의하여 제작하였고 모든 결과는 5개 시편의 산술평균치로 하였다.
물성시험을 위한 시편은 80톤 및 220톤 사출기를 이용하였는데, 사출 시 온도는 195-200℃로 하였고 사출후 냉각 시간은 15초로 유지하였다. 사출된 시편은 흐름 대각선 방향으로 절단하여 인장 및 인열시험을 행하였다. Table 7에는 이렇게 개발된 SEBS/PP 조성물 3종류에 대하여 측정된 물성을 나타내었다.
조색제나 또는 특수한 기능을 시트에 부여하기위한 소량 첨가제를 제외한 조성으로서, 스티렌계 열가소성고무 조성물에는 방향족계 탄화수소가 함유된 오일보다는 파라핀계 오일을 사용하는 것이 바람직하므로 오일은 White Oil 1150에서 2150으로 교체 사용하였다. 산화 방지제로는 Phenol계의 산화방지제가 적합하였으며, 자외선 안정제로는 트리아졸계 UV 안정제를 사용하였다. 충전제 용도로 사용되는 탈크는 평균비중이 2.
B와 C의 경우에는 i3(rc에서 비교적 수월한 작업을 수행할 수 있었고, D와 E의 경우에는 오일의 양이 너무 많았기 때문에 100℃ 정도의 낮은 온도에서도 롤에 수지가 달라붙어 압축몰딩(compression molding)용으로 시편 제조가 매우 어려웠다. 압축 시편은 compression molding machine을 이용하여 작업온도 190℃ 에서 15분간 90 bar의 압력으로 압축 후 냉각시키는 과정을 통해 제조하였으며, 이런 과정을 거쳐 완성된 압축시트로 밀도와 경도를 측정하였다. 비중은 오일의 양에 상관없이 거의 일정한 값을 가지는 반면 경도는 Figure 1에 보이는 것처럼 오일의 함량이 증가함에 따라서 선형적으로 감소함을 알 수 있다.
마지막으로 나머지 재료들을 전부 첨가하여 총 25분 정도 이내로 혼합하였다. 이렇게 준비된 혼합물을 압출기의 주 fbeder에 투입하여 용융혼합을 실시하였다. 압출기는 W&P사의 스크류직경이 400, 길이/직경비(L/D)가 36인 이축압출기였으며, 온도는 압출기의 feeding, mixing, 그리고 metering 영역별로 각각 140x 180x185x 190x 195 X 195X 195X 195 (die) ℃가 되도록 유지하였는데, 용융온도는 190-200℃ 이었다.
변화를 살펴 보았다. 첨가된 PP의 양은 SEBS 와 오일의 함량을 각각 100으로 하였을 때 Table 5 에 나타난 것처럼 30, 50, 60, 70, 그리고 100 phr이 되도록 하였다. 앞에서와 마찬가지로 균일한 분말로 분쇄하기 위하여 SEBS를 pre-blender에서 10 분 정도 분쇄한 후 조성에 따라 오일과 PP를 혼합하였다.
산화 방지제로는 Phenol계의 산화방지제가 적합하였으며, 자외선 안정제로는 트리아졸계 UV 안정제를 사용하였다. 충전제 용도로 사용되는 탈크는 평균비중이 2.7 정도, SiO2 함량이 55-65%, 그리고 평균입경이 6-8μm인 것을 시용하였고, 이 형제는 calcium stearate등과 같은 지방산 금속염을 사용 하였다.
환경에 유해한 PVC 재질의 바닥재나 시트를 대체하기 위하여 SEBS와 같은 열가소성고무를 사용하여 새로운 소재를 개발하기 위한 컴파운딩 연구를 진행하였다.
대상 데이터
Table 1에 이들 재료의 특성이 나타나 있는데 본 연구에서는 두 가지의 SEBS를 비교 사용함으로써 보다 좋은 물성을 얻고자 하였다. PP는 고강성을 가지면서 가장 범용인 J-150이나 고충격용 246H보다는 투명한 물성을 나타내기 위하여 적합한 랜덤 공중합체인 대림산업(한국)의 PP-333을 사용하였고 오일은 미창 석유화학(한국)의 White Oil 1150및 2150을 사용하였다. Table 2와 3에 사용된 PP와 오일의 특성이 각각 나타나 있다.
시험편을 제조하였다. 물성시험을 위한 시편은 80톤 및 220톤 사출기를 이용하였는데, 사출 시 온도는 195-200℃로 하였고 사출후 냉각 시간은 15초로 유지하였다. 사출된 시편은 흐름 대각선 방향으로 절단하여 인장 및 인열시험을 행하였다.
본 연구에서 사용된 SEBS는 Kuraray사(일본)의 Septon 8004와 Septon 4033이었다. Table 1에 이들 재료의 특성이 나타나 있는데 본 연구에서는 두 가지의 SEBS를 비교 사용함으로써 보다 좋은 물성을 얻고자 하였다.
3종류를 Table 6에 나타내었다. 조색제나 또는 특수한 기능을 시트에 부여하기위한 소량 첨가제를 제외한 조성으로서, 스티렌계 열가소성고무 조성물에는 방향족계 탄화수소가 함유된 오일보다는 파라핀계 오일을 사용하는 것이 바람직하므로 오일은 White Oil 1150에서 2150으로 교체 사용하였다. 산화 방지제로는 Phenol계의 산화방지제가 적합하였으며, 자외선 안정제로는 트리아졸계 UV 안정제를 사용하였다.
데이터처리
실시하였다. 시험편은 사출성형에 의하여 제작하였고 모든 결과는 5개 시편의 산술평균치로 하였다. 인장강도 및 신율은 ASTM D 638에 규정한 방법에 의하여 측정하였으며 시험속도는 20 nm/분 이었다.
이론/모형
2 mm, 그리고 시험속도는 10 mm/분 이었다. Izod충격강도는 ASTM D 256에 규정한 방법에 따라 측정하였으며 시험편의 크기는 65.6×12.7×3.2 mm이며 notch된 시편을 사용하였다. 비중은 ASTM D 792에 따라, 그리고 열변형 온도는 ASTM D 648 에 규정한 방법에 따라 127X12.
인장강도 및 신율은 ASTM D 638에 규정한 방법에 의하여 측정하였으며 시험속도는 20 nm/분 이었다. 굴곡 탄성율은 ASTM D 790에 기록된 방법에 따랐으며 시험편의 크기는 127×12.7×3.2 mm, 그리고 시험속도는 10 mm/분 이었다. Izod충격강도는 ASTM D 256에 규정한 방법에 따라 측정하였으며 시험편의 크기는 65.
2 mm이며 notch된 시편을 사용하였다. 비중은 ASTM D 792에 따라, 그리고 열변형 온도는 ASTM D 648 에 규정한 방법에 따라 127X12.7X6.4 mm의 시편을 사용하여 4.6 kg/cn?의 하중으로 측정하였다.
시험편은 사출성형에 의하여 제작하였고 모든 결과는 5개 시편의 산술평균치로 하였다. 인장강도 및 신율은 ASTM D 638에 규정한 방법에 의하여 측정하였으며 시험속도는 20 nm/분 이었다. 굴곡 탄성율은 ASTM D 790에 기록된 방법에 따랐으며 시험편의 크기는 127×12.
성능/효과
SEBS/oil/PP의 조성물에서는 PP의 증가에 따른 비중의 영향은 거의 없었으나 경도는 PP의 함량에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. PP의 함량이 증가하면 인장강도는 선형적으로 증가하는 반면, 신율은 PP가 50phr 이상에서는 거의 영향이 없었다. 바닥재 및 시트용으로 사용할 수 있도록 제시된 SEBS 조성물에서도 인장 및 인열강도, 그리고 경도는 PP 함량에 비례하여 증가하는 것으로 나타났으나, 용융지수는 PP함량이 증가하면 감소하는 것으로 나타났다.
SEBS/oil/PP의 조성물에서는 PP의 증가에 따른 비중의 영향은 거의 없었으나 경도는 PP의 함량에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. PP의 함량이 증가하면 인장강도는 선형적으로 증가하는 반면, 신율은 PP가 50phr 이상에서는 거의 영향이 없었다.
SEBS와 오일의 혼합물에서 비중은 오일의 양에 상관없이 거의 일정한 값을 가지는 반면 경도는 오일의 함량이 증가함에 따라서 선형적으로 감소하였다. SEBS/oil/PP의 조성물에서는 PP의 증가에 따른 비중의 영향은 거의 없었으나 경도는 PP의 함량에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다.
PP의 함량이 증가하면 인장강도는 선형적으로 증가하는 반면, 신율은 PP가 50phr 이상에서는 거의 영향이 없었다. 바닥재 및 시트용으로 사용할 수 있도록 제시된 SEBS 조성물에서도 인장 및 인열강도, 그리고 경도는 PP 함량에 비례하여 증가하는 것으로 나타났으나, 용융지수는 PP함량이 증가하면 감소하는 것으로 나타났다.
Table 7에는 이렇게 개발된 SEBS/PP 조성물 3종류에 대하여 측정된 물성을 나타내었다. 인장 및 인열강도, 그리고 경도는 PP 함량에 비례하여 증가하는 것을 알 수 있으며, 용융지수는 PP함량이 증가하면 감소하는 것으로 나타난다. 이러한 것은 PP 의 용융온도 이상에서 압출이 행하여질 때 SEBS 에 비하여 PP의 점도가 낮아 연속상을 이루고, 따라서 인장이나 인열, 경도 등은 연속상을 이루는 PP의 특성에 주로 기인하기 때문으로 생각된다.
후속연구
조성도 제시하였다. 충분한 결과가 얻어진 것은 아니지만 보다 우수한 특성을 갖는 SEBS 재질의 바닥재나 시트를 제조하기 위하여 어느 정도 활용이 가능한 자료가 될 것으로 생각하며, 현재 사용되고 있는 PVC 재질의 다양한 바닥재나 시트에 충분히 대체키 위해서는 계속적으로 추가실험을 진행하여 물성을 보완하고 조성비에 따른정확한 압출이나 사출가공 조건을 확립할 필요가있을 것으로 사료된다.
참고문헌 (15)
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