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변성 S-SBR Silica-Silane 고무복합체의 배합조건에 대한 연구 : I. 배합온도의 영향
Study on Mixing Condition of the Rubber Composite Containing Functionalized S-SBR, Silica and Silane : I. Effect of Mixing Temperature 원문보기

Elastomers and composites = 엘라스토머 및 콤포지트, v.48 no.2, 2013년, pp.94 - 102  

장석희 (넥센타이어(주)) ,  김욱수 (넥센타이어(주)) ,  강용구 (넥센타이어(주)) ,  한민현 (넥센타이어(주)) ,  장상목 (동아대학교 화학공학과)

초록
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실리카와 실란을 포함하는 고무복합체의 최적 배합 조건을 찾기 위하여 다양한 온도에서 배합 후 고무복합체의 특성을 평가하였다. 1차 배합 온도를 105, 120, 130, 140, $160^{\circ}C$로 각각 다르게 배합한 결과 고무복합체의 점도는 $105^{\circ}C$에서는 매우 높았고, $120^{\circ}C$부터 $140^{\circ}C$ 영역에서는 유사하나, $160^{\circ}C$에서는 오히려 증가하였다. 기계적 물성과 동적점탄성 특성을 평가한 결과 $120^{\circ}C$보다 낮은 온도에서는 실리카-실란 반응이 충분치 않음을 알 수 있었고, $160^{\circ}C$의 높은 온도에서는 배합 중 실란커플링제 내에 존재하는 유황에 의하여 가교반응이 진행되는 문제가 있음을 알 수 있었다. 그러나 $120^{\circ}C$에서 $140^{\circ}C$영역에서는 온도가 높을수록 반응이 더 빨리 진행되어 알코올의 제거에는 유리하지만 동적점탄성 특성이나 기계적 성질에 대한 경향성이 분명하게 나타나지 않았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Characteristics of rubber mixture were evaluated in order to find the optimum mixing conditions of compounds containing silica and silane at various temperatures. With different mixing temperatures of 105, 120, 130, 140 and $160^{\circ}C$, the viscosity of the compound mixed at $105^...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 4 최근 개발된 변성 S-SBR의 경우 종래의 폴리머와 다른 실리카 친화성을 가지고 있으나, 이에 대한 배합조건의 연구가 전무한 실정이다. 본 논문에서는 실란화 반응에 가장 중요한 배합온도 조건을 다르게 하여 실란화반응의 정도에 따른 고무복합체의 물성을 검토함으로써 최적 배합온도 조건을 찾고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
실리카와 실란 커플링제 사이의 실란화 반응을 효율적으로 유도하기 위해 필요한 조건은 무엇인가? 실리카 고무복합체의 배합시 실리카와 실란 커플링제 사이의 실란화 반응을 효율적으로 유도하기 위해서는 믹서 내부온도를 적정한 온도로 유지하여, 실리카의 hydroxyl 그룹과 TESPT의 ethoxy 그룹사이에 실란화 반응시 부산물로 생성되는 에탄올을 제거하는 것이 중요하며, 실란화 반응이 잘 이루어지지 못하면 고무 분자쇄 내에 실리카의 분산성이 저하되어 물성이 저하되는 단점이 있다. 또한 믹서 내부온도가 과도하게 높게 되면 TESPT의 tetrasulfide에 의한 고무복합체의 조기 가교 반응이 일어나기 때문에 실리카 고무복합체의 배합 온도제어와 적정한 배합시간이 아주 중요하다.
실란화 반응이 잘 이루어지지 못할 시 발생하는 문제점은 무엇인가? 실리카 고무복합체의 배합시 실리카와 실란 커플링제 사이의 실란화 반응을 효율적으로 유도하기 위해서는 믹서 내부온도를 적정한 온도로 유지하여, 실리카의 hydroxyl 그룹과 TESPT의 ethoxy 그룹사이에 실란화 반응시 부산물로 생성되는 에탄올을 제거하는 것이 중요하며, 실란화 반응이 잘 이루어지지 못하면 고무 분자쇄 내에 실리카의 분산성이 저하되어 물성이 저하되는 단점이 있다. 또한 믹서 내부온도가 과도하게 높게 되면 TESPT의 tetrasulfide에 의한 고무복합체의 조기 가교 반응이 일어나기 때문에 실리카 고무복합체의 배합 온도제어와 적정한 배합시간이 아주 중요하다.
실리카와 실란 커플링제의 2단계 반응 메커니즘은 어떠한가? 실리카와 실란 커플링제의 반응은 크게 2단계로 나누어 질수 있으며, 실란화 반응에 따른 반응 메카니즘을 Figure 1에 나타내었다.4 1차 반응은 실리카의 실라놀 그룹과 실란커플링제의 ethoxy 그룹 사이에 축합반응이 이루어지며, 에탄올이 부산물로 생성된다. 2차 반응은 실리카 표면에 인접한 실란 분자들끼리 추가적인 축합반응이 생성되게 되며, 일반적으로 2차 반응은 매우 느리게 이루어지고, bis(trithoxysilylpropy l)tetrasulfide (TESPT)를 첨가한 경우 배합 후 방치 시간이 경과함에 따라 mooney viscosity가 증가하는 결과를 얻었다.5 이는 실리카와 실란 커플링제 사이에 2차 반응이 서서히 진행되어 고무복합체의 가교도가 증가한데 기인한 결과였다.
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참고문헌 (13)

  1. R. Hui, Q. Yixin, and Z. Suhe, "Reinforcement of Styrene-Butadiene Rubber with Silica Modified by Silane Coupling Agents: Experimental and Theoretical Chemistry Study" , Chinese J. Chem. Eng., 14, 93 (2006). 

  2. J. L. Valentin, I. Mora-Barrantes, A. Rodriguez, L. Ibarra, and L. Gonzalez, "Effect of Oleyl Amine on SBR Compounds Filled with Silane Modified Silica", J. Appl. Polym. Sci., 103, 1806 (2007). 

  3. P. A. Ciullo, and N. Hewitt, "The Rubber Formulary", p28, Noyes Publications, New York, (2003). 

  4. J. W. ten Brinke, S. C. Debnath, L.A.E.M. Reuvekamp, and J. W. M. Noordermeer, "Mechanistic Aspects of the Role of Coupling Agents in Silica-Rubber Composites", Compos. Sci. Technol., 63, 1165 (2003). 

  5. C. J. Lin, W. L. hergenrother, and A. S. Hilton, "Mooney Viscosity Stability and Polymer Filler Interactions in Silica Filled Rubbers", Rubber Chem. Technol., 75, 215. (2002). 

  6. 한승철, 최석주, 한민현, "실리카 고무배합기술", 고무기술, 2, 100 (2001). 

  7. A. Ansarifar, H. P. Lim, and R. Nijhawan, "Assessment of the Effect of a Bifunctional Organosilane on the Bound Rubber and Properties of Some Natural Rubber Compounds" , Int. J. Adhes. Adhes., 24, 9 (2004). 

  8. S. H. Ha, S. W. Kim, and H. K. Jeong, "Investigation of Reaction Rate of Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulphide in Silica-filled Compound using Pyrolysis-gas Chromatography/ mass Spectrometry", Asian J. Chem., 25, 9, 5245 (2013). 

  9. K. J. Kim and J. Vanderkooi, "Moisture Effects on TESPDSilica/ CB/SBR Compounds", Rubber Chem. Technol., 78, 84 (2005). 

  10. Richard F.Grossman, "The Mixing of Rubber, Chapman & Hall", 5 (1997). 

  11. S. R. Raghavan, H. J. Walls, and S. A. Khan, "Rheology of Silica Dispersions in Organic Liquids: New Evidence for Solvation Forces Dictated by Hydrogen Bonding", Langmuir, 16, 21, 7920 (2000). 

  12. B. B. Boonstra, "Role of Particulate Fillers in Elastomer Reinforcement: a review", Polymer, 20, 691 (1979). 

  13. M. J. Wang, "Effect of Polymer-Filler and Filler-Filler Interactions on Dynamic Properties of Filled Vulcanizates" , Rubber Chem. Technol., 71, 3, 510 (1998). 

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