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EPMA를 이용한 염소 처리된 와이퍼 블레이드 고무의 표면 특성 연구
The Surface Characteristics of Chlorinated Wiper Blade Rubber using EPMA 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.5, 2014년, pp.3292 - 3297  

노승백 (계명대학교 화학공학과)

초록
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자동차의 와이퍼 블레이드(Wiper Blade, W/B)의 마찰계수를 낮추기 위하여 고무 표면을 염소 처리하였다. 염소처리 방법으로는 물 $20.0{\ell}$에 35.0% 염산(HCl)과 5.25% 차아염소산소다(NaOCl)를 각각 $300m{\ell}$, $400m{\ell}$를 첨가한 염소처리용액을 만든 후, 2분에서 20분 동안 처리하였다. 처리 후의 표면 특성은 IR 스펙트럼, 마찰계수 측정기, EPMA를 이용하였다. IR 스펙트럼으로 부터 W/B 고무 표면의 염소화 정도를 확인하였다. 마찰계수는 염소처리에 의해 크게 감소하였다. 특히, 염소화 초기에 보다 민감한 영향을 나타내었다. 고무표면 특성을 고무 파단면의 길이 방향에 대하여 EPMA 선분석한 결과를 얻었다. EPMA에 의한 염소침투깊이는 위의 염소농도에서, 염소처리를 5분 실시한 후에 1.2 ${\mu}m$ 임을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The vehicle wiper blade(W/B) to lower the friction coefficient of the rubber surface after the surface treatment with chlorine were investigated. IR spectrum from W/B was used to determine the extent of chlorination of the rubber surface. Coefficient of friction is significantly reduced by the treat...

주제어

#EPMA analysis   #rubber friction coefficient   #wiper blade rubber chlorine treatment  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 고무 표면의 화학적 특성은 IR스펙트럼으로,고무 표면의 기계적 특성은 마찰 계수측정으로,고무표면의 염소 특성은 전자현미경을 이용한 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)측정으로 살펴보았다. EPMA의 선분석을 통한 고무 표면에서부터 깊이 방향의 염소 침투량을 통한 전체 염소량에 대한 연구를 수행하였다. 전자현미경을 이용한 EPMA측정은 고무표면의 염소성분의 특성을 알수 있는 방법이다.
  • 또한 염소처리 후,대기중에 방치할 경우 산화에 의해 접촉각이 증가하는 결과를 확인함으로써 고무 표면의 화학적 변화를 가장 손쉽게 확인할 수 있는 방법으로 보고하였다[6]. Noakes는 W/B고무 표면을 염소처리한 후 특수 제작된 마찰시험기를 이용하여 마찰특성을 조사하였다. 약 10분 이내의 염소 처리시간에서 마찰계수가 급격히 하락하였다.
  • 본 연구에서는 W/B고무를 염산과 차아염소산 소다의 처리 농도,염소처리 시간에 따라 처리하였다. 고무 표면의 화학적 특성은 IR스펙트럼으로,고무 표면의 기계적 특성은 마찰 계수측정으로,고무표면의 염소 특성은 전자현미경을 이용한 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)측정으로 살펴보았다. EPMA의 선분석을 통한 고무 표면에서부터 깊이 방향의 염소 침투량을 통한 전체 염소량에 대한 연구를 수행하였다.
  • 본 연구에서는 W/B고무를 염산과 차아염소산 소다의 처리 농도,염소처리 시간에 따라 처리하였다. 고무 표면의 화학적 특성은 IR스펙트럼으로,고무 표면의 기계적 특성은 마찰 계수측정으로,고무표면의 염소 특성은 전자현미경을 이용한 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)측정으로 살펴보았다.
  • 속도 조절장치가 장착된 stainless교반기 내에 W/B 고무 샘플을 넣고,염소화 처리 용액이 담겨진 교반조에서 40rpm의 일정한 속도를 유지하면서 W/B고무의 염소처리하였다. 염소처리 시간에 따른 교반조 내의 pH와 Cl-이온의 변화는 pH센서와 Cl-이온 센서를 사용하여 측정하였다.
  • W/B고무는 염소처리 전에 70℃의 물에 5분간 담가두어 고무 표면에 붙은 오염물을 제거하였다. 염소처리 교반조에 물 20.0ℓ에 대해 35.0% 염산(HCl)과 5.25% 차아염소산소다(NaOCl)를 각각 300㎖,400㎖(A)와 400㎖,500㎖(B)와 500㎖,600㎖(C)를 각각 첨가하는 3가지 염소처리 용액을 만들었다. 염소처리는 2분, 5분, 10분, 15분, 20분을 각각 A,B,C용액에 대해 수행하였다.
  • 속도 조절장치가 장착된 stainless교반기 내에 W/B 고무 샘플을 넣고,염소화 처리 용액이 담겨진 교반조에서 40rpm의 일정한 속도를 유지하면서 W/B고무의 염소처리하였다. 염소처리 시간에 따른 교반조 내의 pH와 Cl-이온의 변화는 pH센서와 Cl-이온 센서를 사용하여 측정하였다.염소처리 후, W/B고무는 70℃ 물에 3분간 담가 둔 후,열풍건조기를 사용하여 10분간 건조시켰다.
  • 25% 차아염소산소다(NaOCl)를 각각 300㎖,400㎖(A)와 400㎖,500㎖(B)와 500㎖,600㎖(C)를 각각 첨가하는 3가지 염소처리 용액을 만들었다. 염소처리는 2분, 5분, 10분, 15분, 20분을 각각 A,B,C용액에 대해 수행하였다. 이 때, 차아염소산 소다는 물에 용해하는데 시간이 많이 소요되고 단시간 내에 염소처리 효율을 증가시키기 때문에, 본 실험에서도 염산과 차아염소산 소다를 혼합하여 염소 용액을 만들었다.
  • 염소처리는 2분, 5분, 10분, 15분, 20분을 각각 A,B,C용액에 대해 수행하였다. 이 때, 차아염소산 소다는 물에 용해하는데 시간이 많이 소요되고 단시간 내에 염소처리 효율을 증가시키기 때문에, 본 실험에서도 염산과 차아염소산 소다를 혼합하여 염소 용액을 만들었다.Table1에 W/B고무의 염소처리에 사용된 염산과 차아염소산 소다의 첨가조건을 각각 나타내었다.

대상 데이터

  • 본 연구에 사용된 W/B고무는 KCW(주)로 부터 구입하였다. W/B고무는 염소처리 전에 70℃의 물에 5분간 담가두어 고무 표면에 붙은 오염물을 제거하였다.
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참고문헌 (10)

  1. G. J. van Amerongen, C. Koningsberger, and G. Salmon, "Chlorination of natural rubber. I. Preparation and properties of chlorinated rubber.", J. Polym. Sci., 6(6), 639(1951). DOI: http://dx.doi.org/10.1002/pol.1950.120050601 

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  2. G. J. van Amerongen, C. Koningsberger, and G. Salmon, "Chlorination of natural rubber. I. Preparation and properties of rubber dichloride.", J. Polym. Sci., 6(6), 653(1951). DOI: http://dx.doi.org/10.1002/pol.1950.120050602 

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  3. M. Troussier, "Chlorination of rubber and some products of its partial chlorination", Rubber Chem. Technol., 29, 302(1956) DOI: http://dx.doi.org/10.5254/1.3542521 

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  5. E. Schoenberg, H. A. Marsh, S. J. Walters, and W. M. Saltman, "Polyisoprene", Rubber Chem. Technol., 52, 526(1979) DOI: http://dx.doi.org/10.5254/1.3535230 

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  6. C. W. Extrand and A. N. Gent, "Contact angle and spectroscopic studies of chlorinated and unchlorinated natural rubber surfaces", Rubber Chem. Technol., 61, 688(1988) DOI: http://dx.doi.org/10.5254/1.3536213 

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  8. S. B. Rho, M. A. Lim, J. K. Park, and J. I. Son, "The characteristics of wiper blade rubber with surface treatment", Elastomer, 33(1), 27(1988) 

  9. C. C. Park, H. J. Kim, "The Effects of Chlorination on the Friction Properties of SBR", J. Kor. Soc. Cloth. Ind., 10(1), 101(2008) 

  10. C. W. Nah, D. H. Kim, D. J. Kim, W. D. Kim, and Y. W. Chang, "Effect of chlorination on friction property of natural rubber", J. Korean Ind. Eng. Chem., 13(4), 321(2002) 

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