[논문]EPDM/SBR 블렌드 가황체의 경화특성, 기계적 성질 및 내오존성

박찬영

EPDM/SBR 블렌드 가황체의 경화특성, 기계적 성질 및 내오존성
Cure characteristics, Mechanical Properties and Ozone Resistance of EPDM/SBR Blend Vulcanizates 원문보기

엘라스토머 = Elastomer, v.43 no.2, 2008년, pp.104 - 112

초록
AI-Helper

통상적인 고무블렌드 방법에 따라 개방식 2-롤밀을 사용하여 ethylene propylene diene terpolymer (EPDM)과 styrene butadiene rubber (SBR) 블렌드 배합물을 제조하여, 이들의 경화 특성, 기계적 성질 및 내오존성 등을 검토하였다. SBR함량이 증가할수록 가황곡선의 토크가 증가하였다. 최대 토크는 SBR 25wt% 일 때 가장 낮았으며 그 이상의 SBR 량에서는 직선적으로 증가하였다. 스코치시간 및 최적경화시간은 SBR고무 함량이 증가함에 따라 감소하였다. 경도는 SBR 함량이 50wt% 일 때 최고값을 보였으며 그 전후에서는 감소하는 경향을 보였다. 내오존시험에 있어서 소량의 EPDM 고무의 첨가에 의하여 내오존성이 크게 개선됨을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The ethylene propylene diene terpolymer (EPDM) blends with styrene butadiene rubber (SBR) were prepared from an open 2-roll mill following the conventional rubber blend method, and then cure characteristics, mechanical properties and ozone resistance were subsequently examined. With incorporation of SBR the torque value of the EPDM and SBR blends showed a gradual increase in the cure curve. The maximum torque value was obtained with lowest level at 25wt% of SBR and it was increased linearly with more than 25wt%. As the SBR loading increased scorch time and optimum cure time decreased. Hardness represented a maximum at 50wt% of SBR. However upper and lower than that value it decreased. It was found that the unfavorable characteristics of ozone resistance of pure SBR was significantly improved through the blending of SBR with EPDM.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

최종배합시편은 Rheometer(Monsanto ODR 2000)를 이용하여 ASTM D 2084²¹에 의거하여 160℃에서 가황도를 조사하였으며, Mooney 점도계(Monsanto R100)를 이용하여 100℃에서 공정 안정성을 조사하였다. 160℃에서 적정 가황시간을 결정하여 hot press에서 압축성형법으로 시험시편을 제조하여 물성을 측정하였다.
우선 경도는 스프링식 경도계(Shore-A)를 사용하여 측정하였고, 인장물성은 만능인장시험기(Instron 6012)를 사용하여 실험하였다. 그리고 고온 프레스에서 가압 · 가열 성형하여 만든 판상의 가황물을 아령형 3호로 절단하여 물성 측정용 시료를 제조하였다. 한편 시험조건은 500mm/min의 crosshead 속도, 980N의 load cell, 표선 거리는 20mm로 하였으며 아래의 계산식에 따라 인장강도를 구하였다.
Open 2-roll에서 EPDM과 SBR을 소련한 후 다른 배합약품들을 첨가하여 고분자 블렌드법에 따라 배합하였다. 그리고 나서 가열프레스에 의한 압축성형법으로 고무가 황체를 제조하여 가황특성, 기계적 성질 및 내오존성 등의 물성을 측정함으로써 아래와 같은 결과를 알 수 있었다. 즉 EPDM과 SBR의 블렌드에 있어서
9cm3의 용적을 가진 시험조 내에 석영 수은램프에서 발생된 오존을 보내어 수행하였다. 그리고 회전날개의 직경 152.4mm, 날개의 경사가 20～30o인 팬을 1700rpm의 회전속도로 작동시켜 내부의 풍속을 30.5cm/sec로 하여 1 분 동안 용적의 3/4을 교체함으로써 내부의 공기를 교반 · 혼합시켰다. 한편 오존농도는 50pphm, 온도는 100℃로 하였다.
이 경우 내부 공기가 1시간에 1회 순환되고, 내부 온도차이는 항온조 내의 중앙부에 대하여 ±2℃ 이내, 내부용적 10ml 당 시료 1g을 초과하지 않도록 하였다. 또한 노화시험을 행하기 전에 먼저 시험편의 두께측정 및 표선 긋기를 행하였으며, 시험편은 70℃에서 8, 30, 72, 96시간 동안 노화시간을 달리하여 실험에 임하였다.
본 실험에서는 EPDM 고무에 대하여 SBR 고무를 블렌딩하여 얻은 배합물(compound)의 가황특성, 기계적 성질 및 내오존성 등의 물성을 측정하였다.
Table 5 및 Figure 7에는 일정농도의 오존에 대한 노출시간이 시편의 환경 저항성에 끼치는 영향을 나타내었다. 본 실험에서는 오존농도 50pphm, 분위기 온도 100℃의 조건하에서 20% 신장된 시편을 사용하여 내오존시험을 행하였다. 일반적으로 오존의 존재는 고무의 표면에서 눈에 띄는 뚜렷한 기계적 손상을 일으켜 crack을 만든다.
본 연구에 이용된 시편은 1차 배합과 2차 배합으로 나누어 배합하였다. 1차 배합에서는 용량 1.
우선 경도는 스프링식 경도계(Shore-A)를 사용하여 측정하였고, 인장물성은 만능인장시험기(Instron 6012)를 사용하여 실험하였다. 그리고 고온 프레스에서 가압 · 가열 성형하여 만든 판상의 가황물을 아령형 3호로 절단하여 물성 측정용 시료를 제조하였다.
한편 오존농도는 50pphm, 온도는 100℃로 하였다. 직사각형(1 in x 6 in)의 시험편을 20% 신장시켜 24시간 동안 방치한 후 오존 탱크내에 넣어두고 균열 발생시간 및 균열상태를 관찰하여 기록하였다.
T-1는 EPDM 단독으로 하고 T-2, T-3, T-4 및 T-5는 각각 EPDM/SBR의 비를 75/25, 50/50, 25/75 및 0/100wt%로 하여 배합시킨 EPDM/SBR 블렌드계이다. 최종배합시편은 Rheometer(Monsanto ODR 2000)를 이용하여 ASTM D 2084²¹에 의거하여 160℃에서 가황도를 조사하였으며, Mooney 점도계(Monsanto R100)를 이용하여 100℃에서 공정 안정성을 조사하였다. 160℃에서 적정 가황시간을 결정하여 hot press에서 압축성형법으로 시험시편을 제조하여 물성을 측정하였다.
그리고 고온 프레스에서 가압 · 가열 성형하여 만든 판상의 가황물을 아령형 3호로 절단하여 물성 측정용 시료를 제조하였다. 한편 시험조건은 500mm/min의 crosshead 속도, 980N의 load cell, 표선 거리는 20mm로 하였으며 아래의 계산식에 따라 인장강도를 구하였다.

대상 데이터

EPDM은 금호석유화학(주) 제품의 KEP 2504 grade를 사용하였으며, SBR 고무는 금호석유화학(주) 제품의 SBR-1502 grade를 사용하였다. 가교제는 황을 사용하였고, 활성제는 산화아연을 사용하였다.
EPDM은 금호석유화학(주) 제품의 KEP 2504 grade를 사용하였으며, SBR 고무는 금호석유화학(주) 제품의 SBR-1502 grade를 사용하였다. 가교제는 황을 사용하였고, 활성제는 산화아연을 사용하였다. 가교촉진제는 dipentamethylenethiuram tetra sulfine(TRA), tetramethylthiuram disulfide(TT) 및 zincdi-N-butyldithio carbamate(BZ)을 함께 사용하였다.
가교제는 황을 사용하였고, 활성제는 산화아연을 사용하였다. 가교촉진제는 dipentamethylenethiuram tetra sulfine(TRA), tetramethylthiuram disulfide(TT) 및 zincdi-N-butyldithio carbamate(BZ)을 함께 사용하였다. 윤활제로서는 스테아린산이 사용되었으며, 가공조제는 polyethylene wax(PEG ＃4,000 및 WB/215(zinc free dispersing agents)를 사용하였다.
충진제로는 FEF 형태의 carbon black이 사용되었다. 그리고 가공유로는 파라핀 오일(P-6)를 사용하였다.
윤활제로서는 스테아린산이 사용되었으며, 가공조제는 polyethylene wax(PEG ＃4,000 및 WB/215(zinc free dispersing agents)를 사용하였다. 노화방지제로는 3C(N-phenyl-N'-isopropyl-P-phenylene diamine), nickel-dibutyldithio carbamate(NBS) 및 6-ethoxy-2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline(AWP)를 사용하였다. 충진제로는 FEF 형태의 carbon black이 사용되었다.
이 경우에 신장 방향에 따라 균열의 크기, 깊이 및 발생시간이 변한다. 본 연구에서의 내오존성시험²⁴ 은 65.5～81.9cm3의 용적을 가진 시험조 내에 석영 수은램프에서 발생된 오존을 보내어 수행하였다. 그리고 회전날개의 직경 152.
가교촉진제는 dipentamethylenethiuram tetra sulfine(TRA), tetramethylthiuram disulfide(TT) 및 zincdi-N-butyldithio carbamate(BZ)을 함께 사용하였다. 윤활제로서는 스테아린산이 사용되었으며, 가공조제는 polyethylene wax(PEG ＃4,000 및 WB/215(zinc free dispersing agents)를 사용하였다. 노화방지제로는 3C(N-phenyl-N'-isopropyl-P-phenylene diamine), nickel-dibutyldithio carbamate(NBS) 및 6-ethoxy-2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline(AWP)를 사용하였다.
노화방지제로는 3C(N-phenyl-N'-isopropyl-P-phenylene diamine), nickel-dibutyldithio carbamate(NBS) 및 6-ethoxy-2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline(AWP)를 사용하였다. 충진제로는 FEF 형태의 carbon black이 사용되었다. 그리고 가공유로는 파라핀 오일(P-6)를 사용하였다.

이론/모형

Open 2-roll에서 EPDM과 SBR을 소련한 후 다른 배합약품들을 첨가하여 고분자 블렌드법에 따라 배합하였다. 그리고 나서 가열프레스에 의한 압축성형법으로 고무가 황체를 제조하여 가황특성, 기계적 성질 및 내오존성 등의 물성을 측정함으로써 아래와 같은 결과를 알 수 있었다.
고무에 대한 산소의 작용은 열에 의하여 촉진된다. 본 실험에 있어서의 내열성시험은 ASTM D-573²³ 에 의거하여 수행하였으며 기어식 열 노화시험기(Model: DAT-300, 대경)를 사용하여 열 공기 항온조 내에 시험편을 걸고 회전시키면서 가열공기와 접촉 · 노화시켰다. 이 경우 내부 공기가 1시간에 1회 순환되고, 내부 온도차이는 항온조 내의 중앙부에 대하여 ±2℃ 이내, 내부용적 10ml 당 시료 1g을 초과하지 않도록 하였다.

성능/효과

1) SBR의 함량이 증가할수록 가황곡선에서 토크가 증가하였다.
2) SBR의 함량이 증가할수록 스코치 시간 및 최적가황시간이 짧아지는 경향을 보였다.
3) 최대토크는 SBR 25wt%에서 최소값을 보인 후 증가하는 경향을 보였다.
4) SBR 50wt%에서 무우니 점도가 최대값을 보인 후 그 전후에서는 감소하였다.
5) EPDM의 고무량이 증가함에 따라 내오존성이 크게 개선되었다.
Figure 3에는 EPDM/SBR 블렌드계에 있어서 SBR 고무량의 변화에 따른 무우니 점도값의 변화를 나타내었다. SBR 고무의 함량이 50wt% 까지는 무우니 점도값이 증가하다가 SBR-rich 영역에서는 감소하는 경향을 보이며, 순수한 고무의 무우니 점도는 SBR 매트릭스내의 보다 강한 입자간 상호작용 때문에 EPDM 고무 단독의 점도값보다 더 큰값을 갖는 것으로 생각된다.
한편 공기 중의 가열 노화시험의 경우에 열은 산화를 가속화 시킴으로써 주요한 열화 인자가 된다. 공기 중의 노화시험에 있어서는 후경화(post cure)에 기인하여 노화처리 시간이 길어짐에 따라 시료의 경도가 증가함을 알 수 있었다. 특히 내열노화시험에 있어서 SBR고무 단독의 경우는 이중결합이 다량 존재하므로 안정성이 결여되어 내열성이 나빠진 결과 경도가 최소값을 보이고 있다.
Figure 6에는 노화시키지 않은 EPDM/SBR고무 혼련물 및 70℃의 오븐에서 8～96시간 동안 가열 노화시킨 EPDM/SBR고무 혼련물의 조성비율에 따른 인장강도 변화를 보여주고 있으며, 측정값은 5회 시험한 평균값이다. 먼저 공기 중에서 가열 노화시키지 않은 EPDM/SBR의 조성비율에 따른 인장강도 변화를 보면 SBR고무의 량이 25wt%에서 가장 낮은 값을 보이며 그 이상의 SBR첨가량에서는 증가하는 경향을 보이고 있다. 전반적으로 공기 중에서의 노화시간을 달리하여 가열노화 시킨 경우는 가열 노화시키지 않은 시료의 경우와 비슷한 경향을 보이고 있다.
일반적으로 오존의 존재는 고무의 표면에서 눈에 띄는 뚜렷한 기계적 손상을 일으켜 crack을 만든다. 사진에 나타난 바와 같이 오존에 8시간 노출시킨 후의 순수한 SBR 고무만의 경우 (T-5)는 약간의 crack이 발생하기 시작하였으며, 96시간까지의 시험에 있어서 오존과의 반응시간이 길어짐에 따라 SBR 고무단독의 경우(T-5)에는 전반적으로 crack이 발생함으로써 내오존성이 약한 것을 확인할 수 있었다. 하지만 SBR 고무에다 EPDM 고무를 첨가함으로써 내오존성이 크게 개선됨을 확인할 수 있었다.
하지만 SBR 고무에다 EPDM 고무를 첨가함으로써 내오존성이 크게 개선됨을 확인할 수 있었다. 즉, EPDM 고무의 첨가량이 25wt% 이상에서는 시편표면에 어떠한 crack 흔적도 보이지 않아 EPDM 고무의 우수한 내오존성이 입증되었다.
사진에 나타난 바와 같이 오존에 8시간 노출시킨 후의 순수한 SBR 고무만의 경우 (T-5)는 약간의 crack이 발생하기 시작하였으며, 96시간까지의 시험에 있어서 오존과의 반응시간이 길어짐에 따라 SBR 고무단독의 경우(T-5)에는 전반적으로 crack이 발생함으로써 내오존성이 약한 것을 확인할 수 있었다. 하지만 SBR 고무에다 EPDM 고무를 첨가함으로써 내오존성이 크게 개선됨을 확인할 수 있었다. 즉, EPDM 고무의 첨가량이 25wt% 이상에서는 시편표면에 어떠한 crack 흔적도 보이지 않아 EPDM 고무의 우수한 내오존성이 입증되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고분자 블렌드의 기계적 성질은 어떤 인자들에 의해 조절되는가?	일반적으로 고분자 블렌드의 기계적 성질은 여러 인자들, 즉 고분자의 성질, 블렌드 조성,3-5 블렌딩 조건6,7 및 계면접착8-12 등에 의하여 지배된다. 두 개 또는 그 이상의 고분자를 블렌딩하는 것은 각각의 구성성분의 물성보다 더 우수한 물성을 갖는 재료를 제조하거나 개발하는 데 있어서 유용한 기술이다.
	탄성체 블렌드가 중요한 이유는?	그 중에 엘라스토머 블렌드는 배합물의 단가를 낮추거나 산업용 고무의 성능 향상 또는 조립의 용이성 때문에 널리 이용되고 있다. 탄성체 블렌드는 탄성체 단독으로 부터는 얻을 수 없는 만족스러운 물성 이외에도 화학적, 물리적 및 가공상의 잇점을 제공하므로 기술적으로나 상업적으로 중요하다. 실제로 블렌드의 물성과 각각의 구성성분의 물성을 비교해보면 조성적으로 상호 관련된 변화를 보여준다.

참고문헌 (26)

S. C George, K. N. Ninan, G. Greonincks, and S. Thomas, "Styrene-butadiene rubber/natural rubber blends: morphology, transport behaviour, and dynamic mechanical properties", J. App. Polym. Sci., 78, 1280 (2007)
E. T. McDonel, K. C. Baranwal, J. C. Andries, D. R. Paul, and S. Newman, Polymer blends, vol 2, chapter 19 New York: Academic Press; (1978)
B. D. Favis and J. P. Chalifoux, "Influence of composition on the morphology of polypropylene/ polycarbonate blends", Polymer, 29, 1761 (1988)

상세보기
S. Thomas and G. Groeninckx, "Nylon 6/ethylene propylene rubber (EPM) blends: Phase morphology development during processing and comparison with literature data", J. Appl. Polym. Sci., 71, 1405 (1999)

상세보기
H. Varghese, S. S. Bhagawan, S. S. Rao, and S. Thomas, "Morphology, mechanical and viscoelastic behaviour of blends of nitrile rubber and ethylenevinyl acetate copolymer", European Polymer Journal, 31, 957 (1995)

상세보기
S. Chakrit, S. B. Limcharoen, and J. Thunyarittikorn, "Relationships among blending conditions, size of dispersed phase, and oil resistance in natural rubber and nitrile rubber blends", J. Appl. Poly. Sci., 82, 1232 (2001)

상세보기
S. Chakrit,, P. Saeoui, and J. Guaysomboon, "Relationship among phase morphology, oil resistance, and thermal aging properties in CPE/NR blends: effect of blending conditions", J. Appl. Poly. Sci., 90, 4038 (2004)

상세보기
N. Sachin, D. Surekha, G. S. Rao, and K. V. Rao, "Relationship between morphology and mechanical properties of binary and compatibilized ternary blends of polypropylene and nylon 6", J. Appl. Poly. Sci., 61, 97 (1996)

상세보기
I. Abdullah, S Ahmad, and C. S. Sulaiman, "Blending of natural rubber with linear low-density polyethylene", J. Appl. Poly. Sci., 58, 1125 (1995)

상세보기
H. M. Dahlan, M. D. Zaman, and A. Ibrahim, "Liquid natural rubber (LNR) as a compatibilizer in NR/LLDPE blends", J. Appl. Poly. Sci., 78, 1776 (2000)

상세보기
C. Sirisinha, S. Limcharoen, and J. Thunyarittikorn, "Oil resistance controlled by phase morphology in natural rubber/nitrile rubber blends", J. Appl. Poly. Sci., 87, 83 (2003)

상세보기
S. Thomas and G. Groeninckx, "Reactive compatibilisation of heterogeneous ethylene propylene rubber (EPM)/nylon 6 blends by the addition of compatibiliser precursor EPM-g-MA", Polymer, 40, 5799 (1999)

상세보기
R. Fayt, R. Jerome, and P. H. Teyssie, "Molecular desing of mulyi component polymer systems. III. Comparative behaviour of pure and tapered block copoltmer in emulsification of blends of lowdensity polyethylene and polystyrene", J Polym Sci B: Polym Phys Edition, 20, 1209 (1982)
H. Ismail and H. M. Hairunezam, "The effect of a compatibilizer on curing characteristics, mechanical properties and oil resistance of styrene butadiene rubber/epoxidized natural rubber blends", European polymer Journal, 37, 39 (2001)

상세보기
A. T. Koshy, B. Kuriakose, and S. Thomas, "Studies on the effect of blends ratio and cure system on the degradation of rubber-ethylene vinylacetate rubber blends" Polym Degard Stabil., 36, 137 (1992)

상세보기
A. T. Koshy, B. Kuriakose, S. Thomas, and S. Varghese, "Studies on the effect of blend ratio and crosslinking system on thermal, X-ray and dynamic mechanical properyies of blends of natural rubber and ethylene-vinyl acetate copolymer", Polymer, 34, 3428 (1993)

상세보기
A. T. Koshy, B. Kuriakose, S. Thomas, and S. Varghese, "Viscoelastic properties of silica filled natural rubber and ethylene-vinyl acetate copolymer blend", Polym Plast Technol., 433, 149 (1999)
P. Jansen and B. G. Soares, "Effect of compatibilizer and curing system on the thermal degradation of natural rubber eva copolymer blends", Polym. Degrad. Stabil., 52, 95 (1996)

상세보기
P. Jansen, A. S. Gomes, and B. G. Soates, "The use of EVA-containing mercopto group in natural rubber-EVA blends. 2. The effect of curing system on mechanical and thermal properties of the blends". J Appl Polym Sci., 61, 591 (1996)

상세보기
山下晋三, ゴム奇術の基礎, 日本ゴム協會, 135 (1985)
ASTM Designation, D-2084-76T, 1972
ASTM Designation, D-412-66T, 1967
ASTM Designation, D-573, 1975
R. P. Brown, Physical Testing of Rubber, 2nd ed. Elsevier Apple. Sci., London & New York, 291 (1986)
D. W. Cho and C. H. Yoon, "Vulcanization study by DSC", J. Kor. Inst. Rubber Ind., 27, 275 (1992)
P. Sae-oui, C. Sirisinha, U. Thepsuwan, and P. Thapthong, "Influence of accelerator type on properties of NR/EPDM blends", Polymer Testing, 26, 1062 (2007)

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증