ABS-g-MAH를 포함한 Poly(acrylonitrile-butadiene-styrene)과 Polycarbonate 고분자 블렌드의 유변학적, 기계적, 형태학적 물성 Rheological, Mechanical and Morphological Properties of Poly(acrylonitrile-butadiene-styrene)/Polycarbonate Blends with ABS-g-MAH원문보기
Poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS)/polycarbonate(PC) (70/30, wt%) 블렌드에 상용화제를 첨가하여 이축 압출기로 시편을 제조하였다. 사용된 상용화제는 ABS에 maleic anhydride(MAH)와 dicumyl peroxide(DCP)를 첨가하여 반응압출을 통하여 그래프트시킨 ABS-g-MAH이었다. ABS/PC(70/30) 블렌드에 상용화제를 5 phr 첨가한 경우 인장강도는 큰 증가는 관찰되지 않았으나, 약 52.25 MPa에서 55.03 MPa로 약간 증가하였다. ABS/PC(70/30) 블렌드의 유변학적 물성을 측정한 결과 상용화제 첨가 시 낮은 진동수 영역에서 탄성률의 증가가 관찰되었으며, 이와 같은 탄성률 증가는 손실탄성률보다 저장탄성률에서 더 잘 나타났다. 또한 ABS/PC(70/30) 블렌드에 ABS-g-MAH를 $1{\sim}10\;phr$ 첨가 시 분산상인 PC의 크기는 약 1.2에서 $1.5\;{\mu}m$로 큰 변화가 없음을 알 수 있었다. 이상의 연구 결과로서 저장탄성률 증가 및 복소점도 상승 그리고 인장강도의 증가로부터 ABS-g-MAH의 양이 5 phr일 때 ABS/PC(70/30) 블렌드에서 효과적인 상용화제로 작용함을 알 수 있었다.
Poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS)/polycarbonate(PC) (70/30, wt%) 블렌드에 상용화제를 첨가하여 이축 압출기로 시편을 제조하였다. 사용된 상용화제는 ABS에 maleic anhydride(MAH)와 dicumyl peroxide(DCP)를 첨가하여 반응압출을 통하여 그래프트시킨 ABS-g-MAH이었다. ABS/PC(70/30) 블렌드에 상용화제를 5 phr 첨가한 경우 인장강도는 큰 증가는 관찰되지 않았으나, 약 52.25 MPa에서 55.03 MPa로 약간 증가하였다. ABS/PC(70/30) 블렌드의 유변학적 물성을 측정한 결과 상용화제 첨가 시 낮은 진동수 영역에서 탄성률의 증가가 관찰되었으며, 이와 같은 탄성률 증가는 손실탄성률보다 저장탄성률에서 더 잘 나타났다. 또한 ABS/PC(70/30) 블렌드에 ABS-g-MAH를 $1{\sim}10\;phr$ 첨가 시 분산상인 PC의 크기는 약 1.2에서 $1.5\;{\mu}m$로 큰 변화가 없음을 알 수 있었다. 이상의 연구 결과로서 저장탄성률 증가 및 복소점도 상승 그리고 인장강도의 증가로부터 ABS-g-MAH의 양이 5 phr일 때 ABS/PC(70/30) 블렌드에서 효과적인 상용화제로 작용함을 알 수 있었다.
Polymer blends containing poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS) and polycarbonate(PC) (70/30, wt%) with compatibilizer were prepared using twin screw extruder. Compatibilizers were prepared by reactive extrusion with the ABS, maleic anhydride(MAH) and dicumyl peroxide(DCP) using twin screw ext...
Polymer blends containing poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS) and polycarbonate(PC) (70/30, wt%) with compatibilizer were prepared using twin screw extruder. Compatibilizers were prepared by reactive extrusion with the ABS, maleic anhydride(MAH) and dicumyl peroxide(DCP) using twin screw extruder In the ABS/PC (70/30) blends, tensile strength did not change significantly, but increased from 52.25 to 55.03 MPa when the ABS-g-MAH was added in the amount of 5 phr. From the results of rheological properties, storage modulus of the ABS/PC/ABS-g-MAH blends at low frequencies showed lager value than that of the ABS/PC(70/30) blend. From the results of the morphological properties of the ABS/PC(70/30) blend, it was observed that the drop size of the PC ranged from 1.2 to $1.5\;{\mu}m$ and did not change significantly with the addition of the ABS-g-MAH($1{\sim}10\;phr$). From the results of the storage modulus, complex viscosity, and tensile strength of the ABS/PC (70/30) blends, it is found that the ABS-g-MAH is an effective compatibilizer in the ABS/PC (70/30) blends when the ABS-g-MAH is added in the amount of 5 phr.
Polymer blends containing poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS) and polycarbonate(PC) (70/30, wt%) with compatibilizer were prepared using twin screw extruder. Compatibilizers were prepared by reactive extrusion with the ABS, maleic anhydride(MAH) and dicumyl peroxide(DCP) using twin screw extruder In the ABS/PC (70/30) blends, tensile strength did not change significantly, but increased from 52.25 to 55.03 MPa when the ABS-g-MAH was added in the amount of 5 phr. From the results of rheological properties, storage modulus of the ABS/PC/ABS-g-MAH blends at low frequencies showed lager value than that of the ABS/PC(70/30) blend. From the results of the morphological properties of the ABS/PC(70/30) blend, it was observed that the drop size of the PC ranged from 1.2 to $1.5\;{\mu}m$ and did not change significantly with the addition of the ABS-g-MAH($1{\sim}10\;phr$). From the results of the storage modulus, complex viscosity, and tensile strength of the ABS/PC (70/30) blends, it is found that the ABS-g-MAH is an effective compatibilizer in the ABS/PC (70/30) blends when the ABS-g-MAH is added in the amount of 5 phr.
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문제 정의
본 연구에서는 특히 ABS가 연속상을 나타내는 ABS/PC(70/30) 블렌드에 상용화제로 ABS-eMAH를 첨가하여 제조한 시편을 만능시험기(UTM)를 사용하여 기계적 물성을 측정하였고, 상용화제 첨가에 따른 블렌드 단면의 형태학 관찰 및 advanced rheometric expansion system (ARES)를 이용하여 유변물성을 측정하였다. 특히 본 연구에서는 ABS-eMAH를 첨가양에 따른 기계적 물성과 유변물성 결과에 대한 상호 연관성을 나타내었다.
제안 방법
반응 압출을 통한 ABS-g—MAH 제조 시, MAH가 ABS에 그래프트되었는지 확인하기 위하여 적외선 분광법 (FT-IR, Perkin Elmer, Spectrum GX1) 을 사용하였다. ABS- "MAH를 chloroform에 녹여 액체 상태로 측정을 하였다.
유변물성 분석. ABS/PC(70/30) 그리고 ABS/PC/ABS-g-MAH 블렌드의 유변학적 성질을 ARES로 관찰하였다. Figure 3은 ABS/PC 블렌드에 ABS-g-MAH의 조성이 1, 3, 5, 7 그리고 10 phr인 블렌드의 저장탄성률(O)을 주파수에 따라 나타낸 것이다.
3 wt%이다. ABS와 PC의 중량비율은 70 : 30이며, ABS/PC 블렌드에 상용화제인 ABS-g-MAH는 ABS/PC 블렌드 전체에 대하여 1, 3, 5, 7 그리고 10 wt%를 첨가하였다.
기계적 물성 측정. 만능시험기 (Instron 4467)를 사용하여 가공된 고분자 블렌드의 인장강도를 측정하였다 실험은 ASTM D-638 에 의거하여 cross—head 속도는 5 mm/min로, 게이지 길이는 50 mm로 설정하여 측정하였다. 충격강도를 측정하기 위하여 ASTM D-256에 의거하여 아이조드 임팩트 테스터기 (Izod impact tester, McVan instruments, ITR2000)를 사용하여 상온에서 측정하였다.
본 연구에서는 이축 압출기를 이용한 반응압출을 통하여 ABS-g-MAH를 제조한 후 이를 역시 이축 압출기로 제조한 ABS/PC와 블렌드하는 실험을 수행하였다. ABS 공중합체에 MAH를 반응압 출 방법으로 도입하게 되면 ABS 공중합체는 ABS-g-MAH 형태를 이루게 되어 보다 강한 극성을 보여줄 수 있게 된다.
본 연구에서는 특히 ABS가 연속상을 나타내는 ABS/PC(70/30) 블렌드에 상용화제로 ABS-eMAH를 첨가하여 제조한 시편을 만능시험기(UTM)를 사용하여 기계적 물성을 측정하였고, 상용화제 첨가에 따른 블렌드 단면의 형태학 관찰 및 advanced rheometric expansion system (ARES)를 이용하여 유변물성을 측정하였다. 특히 본 연구에서는 ABS-eMAH를 첨가양에 따른 기계적 물성과 유변물성 결과에 대한 상호 연관성을 나타내었다.
주사 전자 현미경(SEM). 상용화제 첨가시 블렌드의 미세 단면 구조를 관찰하기 위하여 SEM을 이용하였다. 블렌드를 액체질소로 냉각하여 절단한 후 그 단면을 30-50 A 두께로 백금 코팅하여 30 Kv의 가속 전압으로 조사하였으며, 사용된 SEM의 모델은 Hitachi S-4300였다.
시편 제조 고분자 재료인 ABS와 PC는 진공오븐으로 70 ℃와 90 ℃에서 각각 12시간 동안 건조시킨 후 블렌드하였다. 상용화제인 ABS-g-MAH를 제조하기 위하여 ABS와 MAH 그리고 DCP를 동방향 이축압출기 (내경 ： 11 mm, L/D=40, Bautek Co.) 로 압출 하였으며, 압출 시 반응시간을 충분히 하기 위하여 스크류의 속도는 20 rpm으로 하여 압출기 내에서의 체류시간을 길게 하였다. 고분자 블렌드 공정은 역시 이축압출기를 사용하였으며, 호퍼부분은 180 ℃, 배럴부분은 240 ℃로 설정하고, 스크류의 속도는 50 rpm으로 고정하여 실험하였다.
형태학적 분석. 압출기를 이용하여 제조된 ABS/PC(70/30) 블렌드와 ABS/PC/ABS-eMAH 블렌드의 미세 단면 구조를 SEM으로 관찰하였다. Figure 8에는 ABS/PC(70/30) 블렌드와 ABS-g-MAH가 5 phr 첨가된 ABS/PC/ABS-eMAH 블렌드의 미세 단면 구조를 각각 나타내었다.
고분자 블렌드 공정은 역시 이축압출기를 사용하였으며, 호퍼부분은 180 ℃, 배럴부분은 240 ℃로 설정하고, 스크류의 속도는 50 rpm으로 고정하여 실험하였다. 압출기를 통해 제조된 블렌드는 70 ℃의 진공오븐에서 12시간 동안 건조시킨 후, 사출성형기를 통해 인장, 충격 그리고 광택실험용 시편으로 제조하였다. 광택실험용 시편 제조시에는 표면이 특수 코팅된 몰드(mold)를 사용하였다.
대상 데이터
상용화제 첨가시 블렌드의 미세 단면 구조를 관찰하기 위하여 SEM을 이용하였다. 블렌드를 액체질소로 냉각하여 절단한 후 그 단면을 30-50 A 두께로 백금 코팅하여 30 Kv의 가속 전압으로 조사하였으며, 사용된 SEM의 모델은 Hitachi S-4300였다. 상용화제 첨가시 분산상의 형태를 좀 더 명확히 관찰 하기 위하여 분산상인 PC를 sodium hydroxide (NaOH) 수용액으 로 에칭하였다.
재료 본 연구에서 사용된 고분자인 ABS와 PC는 상업용 제품이며, 분자량에 관한 내용을 Table 1에 나타내었다 실험에 사용된 상용화제는 ABS-mMAH 공중합체로서, 상용화된 제품이 없어서 반응압출방법을 통하여 실험실에서 제조하여 사용하였다. 상용화제 제조 시 사용된 MAH와 dicumyl peroxide (DCP)의 조성은 Table 2에 나타내었다.
이론/모형
적와선 분광법(FT-IR). 반응 압출을 통한 ABS-g—MAH 제조 시, MAH가 ABS에 그래프트되었는지 확인하기 위하여 적외선 분광법 (FT-IR, Perkin Elmer, Spectrum GX1) 을 사용하였다. ABS- "MAH를 chloroform에 녹여 액체 상태로 측정을 하였다.
만능시험기 (Instron 4467)를 사용하여 가공된 고분자 블렌드의 인장강도를 측정하였다 실험은 ASTM D-638 에 의거하여 cross—head 속도는 5 mm/min로, 게이지 길이는 50 mm로 설정하여 측정하였다. 충격강도를 측정하기 위하여 ASTM D-256에 의거하여 아이조드 임팩트 테스터기 (Izod impact tester, McVan instruments, ITR2000)를 사용하여 상온에서 측정하였다.
성능/효과
반응압출을 통해 제조된 ABS-g-MAH를 FTTR을 사용하여 측정한 결과 ABS에는 존재하지 않았던 1780 cm"1의 파수(waveumber)에서 새로운 피크(탄소와 산소의 이중결합 C=0)가 생성됨을 알 수 있다. 따라서 ABS에 MAH가 효과적으로 그래프트되었 다는 사실을 알 수 있다.
ABS/PC(70/30) 블렌드에 ABS-g-MAH를 5 phr 이상 첨가 시, 특히 낮은 주파수에서의 유변물성이 더 이상 증가하지 않는 것으로 나타났는데, 이는 인장강도 결과와 유사한 것으로 과량의 ABS-gMAH 첨가는 ABS/PC 블렌드에 가소효과를 초래할 수 있다고 사료되며, 적정 ABS-g-MAH 양은 5 phr로 판단된다.
이와 같이 인장강도의 증가는 ABS에 MAH가 그래프트된 ABS-g-MAH가 ABS/PC(70/30) 블렌드에서 강인성을 향상시키는 역할을 하기 때문이다. 그 결과 ABS/PC/ ABS-g-MAH 블렌드는 인장강도는 증가하지만 ABS/PC(70/30) 블렌드보다 깨지기 쉬운(brittle) 성질을 갖게 되어 ABS-eMAH 의 첨가가 ABS/PC 블렌드의 충격강도에는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다.
또한 반응압출에 의해 제조된 ABS-/MAH를 상용화제로 사용하여 비상용성 물질인 ABS와 PC를 동방향 이축 압출기로 블렌드한 ABS/PCC7/30) 블렌드의 기계적 물성 측정 결과 ABS-g-MAH가 5 phr 첨가된 경우 큰 증가는 관찰되지 않았으나 블렌드의 강인성이 향상되어 인장강도가 52.25 MPa에서 55.03 MPa로 약간 증가하였다.
Figure 8에는 ABS/PC(70/30) 블렌드와 ABS-g-MAH가 5 phr 첨가된 ABS/PC/ABS-eMAH 블렌드의 미세 단면 구조를 각각 나타내었다. 연속상인 ABS와 분산상인 PC의 상분리가 관찰되었으며 이로부터 ABS와 PC의 블렌드는 상용성이 없음을 알 수 있다. 그러나, Figure 8(b)에서 ABS/PC블렌드에 ABS-g-MAH가 5 phr 첨가된 경우, ABS와 PC 두 상 사이의 경계면이 smooth하게 되어서 상용성이 증가된 것을 알 수 있는데, 이는 ABS-g-MAW가 ABS/PC 블렌드에서 상용화제로 작용하였기 때문으로 사료된다.
유변학적 물성 결과에서 ABS-g-MAH가 첨가된 경우 탄성률과 복소점도의 증가가 관찰되었으며, 손실탄성률보다 저장탄성률의 증가폭이 더 크게 관찰되었다. 또한 낮은 주파수영역에서 변화값이 더 크게 나타나 저장탄성률(G')은 고분자 블렌드의 계면에서 일어나는 성질을 잘 반영하는 것으로 알 수 있다.
이상의 기계적, 유변학적 그리고 형태학적 물성 결과로부터 ABS- g-MAH는 ABS/PC (70/30) 블렌드에 효과적인 상용화제로 작용하였음을 알 수 있으며, 적정 ABS-^-MAH 상용화제의 양은 5 phr 로 판단된다.
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