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문제 정의
- 본 연구에서는 PP와 EPDM의 동적 블렌드 형태인 기존 상용화 열가소성탄성체 Santoprene®과 비교하 였을 경우 최소한 동등한 물성을 가지는 열가소성탄성체를 제 조하기 위해 자동차용 웨더스트립 제조공정에서 발생되는 EPDM 스크랩을 분말화 한 분말과 PP의 기능화를 유도하였 다. EPDM 스크랩 분말의 기능화를 위해 표면활성제를 사용 하였고 PP의 기능화를 위해 으오에 maleic anhydride (MAH) 를 그라프트 시킴으로써 기능화 된 EPDM과의 상용성을 증가 시키고자 하였다.
- PP의 기능화 일반적으로 고분자 블렌드는 상용성이 없을 경우 물성의 저 하를 가져온다. 따라서 본 연구에서는 PP의 기능화를 통해 EPDM 분말과의 상용성을 향상시키고자 하였다. 표면활성화 된 미세분말과 혼합하여 우수한 물성을 나타내는 열가소성탄 성체를 제조하기 위하여 매트릭스로 사용한 PP에 기능기를 부 여함으로써 매트릭스의 기능화를 수행하고자 하였다.
- 3, September 2009 181 것을 말하며 이와 같은 방법들은 폐고무 분말 표면에 화학물질 을 흡착시켜 효율적으로 -C-S-나 -S-S- 결합의 파괴를 유도할 수 있도록 한다[3]. 따라서 본 연구에서는 고온전단분쇄 시 표 면활성화제를 첨가하여 보다 효율적 인 물리 화학적 탈황을 유 도하고자 하였다. 최근 폐고무와 올레핀 계열의 플라스틱을 블렌드하여 동적 가교를 통해 열가소성탄성체를 제조하는 연구가 다양하게 진 행되고 있다[4-7].
- 3, September 2009 181 것을 말하며 이와 같은 방법들은 폐고무 분말 표면에 화학물질 을 흡착시켜 효율적으로 -C-S-나 -S-S- 결합의 파괴를 유도할 수 있도록 한다[3]. 따라서 본 연구에서는 고온전단분쇄 시 표 면활성화제를 첨가하여 보다 효율적 인 물리 화학적 탈황을 유 도하고자 하였다. 최근 폐고무와 올레핀 계열의 플라스틱을 블렌드하여 동적 가교를 통해 열가소성탄성체를 제조하는 연구가 다양하게 진 행되고 있다[4-7].
- Figure 5에 나타난 바와 같이 1780 cm'1 와 1850 cm-1의 영역대에서 카보닐기의 존재를 확인함에 의해 PP에 MAH의 그라프트를 예상할 수 있 었으며, 1720 cm4에서 카보닐기의 피크가 확연하게 나타남을 확인할 수 있는데 이는 반응블렌드에 의해 제조된 PP에 그라 프트된 SAH가 공기 중의 수분과 반응하여 산의 형태로 바뀌 었다는 것을 의미한다. 따라서 이와 같은 결과를 통해 반응블 렌드에 의한 MAH의 그라프트는 성공적으로 수행되어졌다고 사료되며 광그라프트에 의해 표면만 기능화시키는 방법에 비 해 반응블렌드를 통해 용융상에서 PP를 기능화시키는 방법이 본 연구 목적에 더 적합할 것으로 사료되었다.
- 고분자 블렌드가 블렌드 되는 두 물질이 상용성이 없다면 결국 두 물질 사이에 약한 계면 결합이 형성되어 물성의 저하 를 초래하게 된다. 본 연구에서는 PP와 EPDM의 동적 블렌드 형태인 기존 상용화 열가소성탄성체 Santoprene®과 비교하 였을 경우 최소한 동등한 물성을 가지는 열가소성탄성체를 제 조하기 위해 자동차용 웨더스트립 제조공정에서 발생되는 EPDM 스크랩을 분말화 한 분말과 PP의 기능화를 유도하였 다. EPDM 스크랩 분말의 기능화를 위해 표면활성제를 사용 하였고 PP의 기능화를 위해 으오에 maleic anhydride (MAH) 를 그라프트 시킴으로써 기능화 된 EPDM과의 상용성을 증가 시키고자 하였다.
- 고분자 블렌드가 블렌드 되는 두 물질이 상용성이 없다면 결국 두 물질 사이에 약한 계면 결합이 형성되어 물성의 저하 를 초래하게 된다. 본 연구에서는 PP와 EPDM의 동적 블렌드 형태인 기존 상용화 열가소성탄성체 Santoprene®과 비교하 였을 경우 최소한 동등한 물성을 가지는 열가소성탄성체를 제 조하기 위해 자동차용 웨더스트립 제조공정에서 발생되는 EPDM 스크랩을 분말화 한 분말과 PP의 기능화를 유도하였 다. EPDM 스크랩 분말의 기능화를 위해 표면활성제를 사용 하였고 PP의 기능화를 위해 으오에 maleic anhydride (MAH) 를 그라프트 시킴으로써 기능화 된 EPDM과의 상용성을 증가 시키고자 하였다.
- 폐고무의 분말화는 다 양한 분쇄방법에 의해 연구가 진행되었으나 현재까지 상용화 되 어 있는 기술은 상온파쇄 방식, 냉동파쇄 방식 및 공랭식 파쇄방 식 등이 있다. 본 연구에서는 고온전단분쇄기를 사용하여 EPDM 공정 스크랩을 분쇄하여 400 께 이하의 표면이 활성화 된 미세분 말을 제조하여 이를 재활용하고자 하였다. 사용된 고온전단분쇄 기는 Bridgman[l]의 기초연구를 거쳐 Enikolopian[2]이 고분자 에 적용하여 이축압출기로 변형시킴으로써 개발된 장비이다.
- 폐고무의 분말화는 다 양한 분쇄방법에 의해 연구가 진행되었으나 현재까지 상용화 되 어 있는 기술은 상온파쇄 방식, 냉동파쇄 방식 및 공랭식 파쇄방 식 등이 있다. 본 연구에서는 고온전단분쇄기를 사용하여 EPDM 공정 스크랩을 분쇄하여 400 께 이하의 표면이 활성화 된 미세분 말을 제조하여 이를 재활용하고자 하였다. 사용된 고온전단분쇄 기는 Bridgman[l]의 기초연구를 거쳐 Enikolopian[2]이 고분자 에 적용하여 이축압출기로 변형시킴으로써 개발된 장비이다.
- WRP 혹은 오하를 PP와 블렌드 하여 열가소성탄성체를 제 조할 경우 우수한 기계적 물성 및 표면특성을 가지기 위해서 는 연속상인 PP와 분산상인 WRP 혹은 RRP의 상호 계면결합 력이 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 이들의 계면 결합력을 향상시키기 위한 방법으로 광개시반응에 의해 MAH 를 PP에 그라프트시킴으로써 PP의 기능화를 유도하고자 하였 다. Figure 4에 광개시반응에 의해 기능화된 PP의 FTIR-ATR 스펙트럼을 나타내었다.
- WRP 혹은 오하를 PP와 블렌드 하여 열가소성탄성체를 제 조할 경우 우수한 기계적 물성 및 표면특성을 가지기 위해서 는 연속상인 PP와 분산상인 WRP 혹은 RRP의 상호 계면결합 력이 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 이들의 계면 결합력을 향상시키기 위한 방법으로 광개시반응에 의해 MAH 를 PP에 그라프트시킴으로써 PP의 기능화를 유도하고자 하였 다. Figure 4에 광개시반응에 의해 기능화된 PP의 FTIR-ATR 스펙트럼을 나타내었다.
- 본 연구에서는 자동차용 웨더스트립 제조공정 중 발생하는 EPDM 스크랩을 재활용하고자 PP와의 블렌드를 통해 열가소 성탄성체를 제조하기 위한 기초연구를 수행하였다. 고온전단 분쇄기를 사용하여 표면활성화 된 평균 100 @ 이하의 EPDM 분말을 얻었으며 표면활성화 여부는 가교된 분말의 재처리 없 이 성형 가능한지를 평가함에 의해 확인하였다.
- 본 연구에서는 자동차용 웨더스트립 제조공정 중 발생하는 EPDM 스크랩을 재활용하고자 PP와의 블렌드를 통해 열가소 성탄성체를 제조하기 위한 기초연구를 수행하였다. 고온전단 분쇄기를 사용하여 표면활성화 된 평균 100 @ 이하의 EPDM 분말을 얻었으며 표면활성화 여부는 가교된 분말의 재처리 없 이 성형 가능한지를 평가함에 의해 확인하였다.
- 따 라서 이와 같은 원리를 이용한 고온전단분쇄기를 사용하게 되면 기존 분쇄 방식과는 다르게 분말화뿐만 아니라 분말의 부분적인 표면탈황까지 유도할 수 있다는 특징을 가지는 것이다. 즉 가교 결합의 선택적 파괴라는 점에서 폐고무의 효율적 재활용 가능성 을 높여줄 수 있는 것이다. 효율적 탈황은 -C-C- 결합의 파괴를 최대한 피하면서 -C-S나 -S-S- 결합을 선택적으로 파괴하여 기존 재료의 물성을 최대 한 유지하는 것이다.
- 따 라서 이와 같은 원리를 이용한 고온전단분쇄기를 사용하게 되면 기존 분쇄 방식과는 다르게 분말화뿐만 아니라 분말의 부분적인 표면탈황까지 유도할 수 있다는 특징을 가지는 것이다. 즉 가교 결합의 선택적 파괴라는 점에서 폐고무의 효율적 재활용 가능성 을 높여줄 수 있는 것이다. 효율적 탈황은 -C-C- 결합의 파괴를 최대한 피하면서 -C-S나 -S-S- 결합을 선택적으로 파괴하여 기존 재료의 물성을 최대 한 유지하는 것이다.
- 따라서 본 연구에서는 PP의 기능화를 통해 EPDM 분말과의 상용성을 향상시키고자 하였다. 표면활성화 된 미세분말과 혼합하여 우수한 물성을 나타내는 열가소성탄 성체를 제조하기 위하여 매트릭스로 사용한 PP에 기능기를 부 여함으로써 매트릭스의 기능화를 수행하고자 하였다. PP의 기 능화를 위해 히수를 광개시반응［8］과 반응블렌드［9,10］ 방법 에 의해 PP에 MAH가 그라프트된 MAH-g-PP를 제조하였다.
- 우수한 계면젖음을 달성하기 위해서는 블렌드되는 두 재료의 표면장력을 고려해야 하는데 열가소성탄성체의 매트 릭스가 될 용융 PP의 표면장력이 분산상이 될 고체상의 EPDM 미세분말에 비해 낮을 경우 친밀한 계면젖음을 달성할 수 있는 기본 조건이 된다. 표면장력의 차이가 클수록 젖음 특성이 향상 되고 이로 인해 두 상이 보다 잘 섞일 수 있기 때문에 본 연구에 서는 PP에 상용화제를 첨가함으로써 표면장력의 감소를 유도하 고자 하였다. 접촉각의 높고 낮음의 차이는 표면장력의 차이에 의한 것이라고 할 수 있다.
- 우수한 계면젖음을 달성하기 위해서는 블렌드되는 두 재료의 표면장력을 고려해야 하는데 열가소성탄성체의 매트 릭스가 될 용융 PP의 표면장력이 분산상이 될 고체상의 EPDM 미세분말에 비해 낮을 경우 친밀한 계면젖음을 달성할 수 있는 기본 조건이 된다. 표면장력의 차이가 클수록 젖음 특성이 향상 되고 이로 인해 두 상이 보다 잘 섞일 수 있기 때문에 본 연구에 서는 PP에 상용화제를 첨가함으로써 표면장력의 감소를 유도하 고자 하였다. 접촉각의 높고 낮음의 차이는 표면장력의 차이에 의한 것이라고 할 수 있다.
- EPDM 스크랩의 고온전단분쇄 시 표면활성제를 첨가하는 이유는 보다 효율적인 표면탈황을 유도함으로써 WRP에 비해 우수한 표면활성화를 달성하기 위한 것이었다. 표면활성제의 첨가량이 증가할수록 표면탈황의 정도가 증가한다는 것을 확 인할 수 있었으나 추가적으로 팽윤 실험을 통해 미세분말의 표면활성 화 정도를 비교 분석하고자 하였다. 표면활성 제의 첨 가량에 따른 RRP의 팽윤 정도를 Figure 3에 나타내었다.
- EPDM 스크랩의 고온전단분쇄 시 표면활성제를 첨가하는 이유는 보다 효율적인 표면탈황을 유도함으로써 WRP에 비해 우수한 표면활성화를 달성하기 위한 것이었다. 표면활성제의 첨가량이 증가할수록 표면탈황의 정도가 증가한다는 것을 확 인할 수 있었으나 추가적으로 팽윤 실험을 통해 미세분말의 표면활성 화 정도를 비교 분석하고자 하였다. 표면활성 제의 첨 가량에 따른 RRP의 팽윤 정도를 Figure 3에 나타내었다.
- 따라서 본 연구에서는 PP의 기능화를 통해 EPDM 분말과의 상용성을 향상시키고자 하였다. 표면활성화 된 미세분말과 혼합하여 우수한 물성을 나타내는 열가소성탄 성체를 제조하기 위하여 매트릭스로 사용한 PP에 기능기를 부 여함으로써 매트릭스의 기능화를 수행하고자 하였다. PP의 기 능화를 위해 히수를 광개시반응［8］과 반응블렌드［9,10］ 방법 에 의해 PP에 MAH가 그라프트된 MAH-g-PP를 제조하였다.
가설 설정
- MAH는 열과 전단력에 의해 이중결합이 깨지면서 SAH 혹은 개환반응이 일어난 SA 의 형태로 PP의 주 사슬에 결합될 것이다. 또는 PP와의 반응 전 MAH가 대기 중의 수분과 반응하여 개환반응이 진행되어 maleic acid의 형태로 변화한 후 이중결합이 깨지면서 주 사슬 에 결합되어질 것이다. Figure 5에 반응블렌드에 의해 제조된 PP의 FTIR-ATR 스펙트럼을 나타내었다.
- MAH는 열과 전단력에 의해 이중결합이 깨지면서 SAH 혹은 개환반응이 일어난 SA 의 형태로 PP의 주 사슬에 결합될 것이다. 또는 PP와의 반응 전 MAH가 대기 중의 수분과 반응하여 개환반응이 진행되어 maleic acid의 형태로 변화한 후 이중결합이 깨지면서 주 사슬 에 결합되어질 것이다. Figure 5에 반응블렌드에 의해 제조된 PP의 FTIR-ATR 스펙트럼을 나타내었다.
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