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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 신발에 사용되는 고무 제품에 cleaning 및 buffing, 프라이머 전처리를 생략하며 난접착 소재로써 고무 표면에 극성기 도입을 통한 물리적, 화학적 결합을 증대시킴으로써 접착 성능 향상을 위한 방법으로써 PU계 접착제의 isocyanate와 반응성이 우수한 amine을 도입하여 전처리가 생략된 신발 겉창용 소재로써 활용할 수 있는 방안을 조사하였다.
제안 방법
- 1차 배합은 Table 1에 나타낸 배합비에 따라 밀폐식 혼합기를 사용하여 제조하였으며, 제조 조건으로 회전 속도는 40 rpm, 온도는 100°C로 설정 후 고무를 투입하여 전단력에 의해 고무 소련을 한 후 첨가제를 넣고 약 8 min간 혼련하였으며 컴파운드의 온도는 130°C 정도로 유지하였다. 2차 배합은 two-roll mill에서 황과 가교 촉진제를 투입하여 분산시켰으며 propanamine과 1,6-Hexanediamine를 각각 투입하여 분산시켰다. 2차 배합이 마무리된 컴파운드는 ODR 측정 후 155°C, t90을 평가 후 가압 고온 프레스에서 가교시켰다.
- 2차 배합이 마무리된 컴파운드는 ODR 측정 후 155°C, t90을 평가 후 가압 고온 프레스에서 가교시켰다.
- EVA foam은 수 세척 후 60°C 오븐에서 5 min 건조, 수성 프라이머(P-5-2) 도포 후 60°C 오븐에서 5 min 건조 후 UV를 조사하였다.
- Propanamine과 1,6-Hexanediamine 첨가제 적용 시의 고무 표면의 아민(-NH2) 존재 유⋅무를 확인하기 위하여 FT-IR을 사용하여 분석하였다.
- 고무 시편과 EVA foam 시편 규격은 20 mm × 100 mm로 하였으며 고무 접착면은 일반적으로 적용되는 전처리 공정 없이 수 세척만 하여 60°C, 5 min 건조하였다.
- 배합물의 가황 특성은 oscillating disk rheometer(ODR)를 사용하여 측정하였고, 기계적 특성과 접착특성은 만능시험기(universal testing machine, Instron, UTM 3345)를 사용하였다. 마모특성은 NBS 마모시험기(Daesung Tester, NBS abrasion)를 사용하였으며, 고분자의 구조 분석은 FT-IR Spectrophotometer (FT-IR-6200, JASCO)를 사용하였다. 시험 조건은 적외선 범위 4000~650 cm-1, ATR 방식을 적용하였다.
- NBR 40H와 첨가제 배합은 밀폐식 혼합기(Moriyama)를 사용하였고, 가교촉진제와 접착개선을 위한 amine계 첨가제는 two-roll mill ((주)대중정밀)을 사용하였다. 배합물의 가황 특성은 oscillating disk rheometer(ODR)를 사용하여 측정하였고, 기계적 특성과 접착특성은 만능시험기(universal testing machine, Instron, UTM 3345)를 사용하였다. 마모특성은 NBS 마모시험기(Daesung Tester, NBS abrasion)를 사용하였으며, 고분자의 구조 분석은 FT-IR Spectrophotometer (FT-IR-6200, JASCO)를 사용하였다.
- 본 연구는 amine 첨가제인 propanamine과 diamine 첨가제인 1,6-Hexanediamine 적용에 따라 고무와의 접착특성과, 기계적 특성, 마모특성을 고찰하였으며 아래와 같은 결론을 얻었다.
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4. 접착 특성
성형된 시편의 접착력을 평가하기 위하여 고무 시편과 피착제인 EVA foam을 접착하였다
. 고무 시편과 EVA foam 시편 규격은 20 mm × 100 mm로 하였으며 고무 접착면은 일반적으로 적용되는 전처리 공정 없이 수 세척만 하여 60°C, 5 min 건조하였다. - 접착 후 실온에서 30 min, 24 h 방치 후 만능시험기(universal testing machine, Instron, UTM 3345)를 사용하여 인장속도 200 mm/min로 180° 접착 특성을 평가하였다.
대상 데이터
- NBR 40H와 첨가제 배합은 밀폐식 혼합기(Moriyama)를 사용하였고, 가교촉진제와 접착개선을 위한 amine계 첨가제는 two-roll mill ((주)대중정밀)을 사용하였다. 배합물의 가황 특성은 oscillating disk rheometer(ODR)를 사용하여 측정하였고, 기계적 특성과 접착특성은 만능시험기(universal testing machine, Instron, UTM 3345)를 사용하였다.
- 가교제는 고무용 황(S)을 사용하였고, 가황촉진제는 thiazole계인 2-mercapto benzothiazole (MBT), 2,2’-dithio-bisbenzothiazole (MBTS)와 thiuram계인 tetramethyl thiuram monosulfide (TMTM)를 사용하였다.
- 본 연구에서 사용된 Main polymer로 사용된 NBR은 LG화학사의 Acrylonitrile 함량이 41%인 상 KNB 40H를 사용하였고 첨가제로는 산화아연(ZnO), 스테아린산(CH3(CH2)16COOH)을 사용하였다. 가교제는 고무용 황(S)을 사용하였고, 가황촉진제는 thiazole계인 2-mercapto benzothiazole (MBT), 2,2’-dithio-bisbenzothiazole (MBTS)와 thiuram계인 tetramethyl thiuram monosulfide (TMTM)를 사용하였다.
- 접착개선을 위해 적용된 Amine계 첨가제는 propanamine (C3H9N)과 6-Hexanediamine (C6H16N2)를 사용하였다. 시편의 접착력을 평가를 위한 피착재는 (주)학산에서 제공되어진 EVA foam을 사용하였으며, 접착제로는 (주)동성에서 생산되는 피착제용 프라이머(P-5-2)와 HENKEL사에서 생산되는 수성 접착제 W-01에 수성 경화제 ARF-40을 5 wt% 첨가하여 사용하였다.
- 가교제는 고무용 황(S)을 사용하였고, 가황촉진제는 thiazole계인 2-mercapto benzothiazole (MBT), 2,2’-dithio-bisbenzothiazole (MBTS)와 thiuram계인 tetramethyl thiuram monosulfide (TMTM)를 사용하였다. 접착개선을 위해 적용된 Amine계 첨가제는 propanamine (C3H9N)과 6-Hexanediamine (C6H16N2)를 사용하였다. 시편의 접착력을 평가를 위한 피착재는 (주)학산에서 제공되어진 EVA foam을 사용하였으며, 접착제로는 (주)동성에서 생산되는 피착제용 프라이머(P-5-2)와 HENKEL사에서 생산되는 수성 접착제 W-01에 수성 경화제 ARF-40을 5 wt% 첨가하여 사용하였다.
데이터처리
- 시험 조건은 적외선 범위 4000~650 cm-1, ATR 방식을 적용하였다. 접촉각 평가는 CONTACT ANGLE (PHOENIX-300, SEO)을 사용하여 20~30회 반복 평가하여 산출하였다.
이론/모형
- 가황물의 기계적 특성은 ASTM D412 기준에 따라 5개 시험편에 대하여 500 mm/min 속도로 하여 만능 시험기(universal testing machine, Instron, UTM 3345)를 사용하여 측정 후 평균값을 취하였다.
- 가황물의 마모 특성은 KS M 6625 기준에 의해 NBS 마모시험기(Daesung Tester, NBS abrasion)로 측정하였다. 시편은 가로 25 mm, 세로 25 mm, 두께 3 mm인 정사각형으로 절단하여 측정하였으며 식 (1)을 적용하여 계산하였다.
- 마모특성은 NBS 마모시험기(Daesung Tester, NBS abrasion)를 사용하였으며, 고분자의 구조 분석은 FT-IR Spectrophotometer (FT-IR-6200, JASCO)를 사용하였다. 시험 조건은 적외선 범위 4000~650 cm-1, ATR 방식을 적용하였다. 접촉각 평가는 CONTACT ANGLE (PHOENIX-300, SEO)을 사용하여 20~30회 반복 평가하여 산출하였다.
성능/효과
- propanamine과 1,6-Hexanediamine이 첨가되지 않은 NBR의 경우 약 240% 마모 특성을 보인 반면 propanamine 이 도입된 NBR의 경우 200 이하의 마모 특성 결과를 얻을 수 있었으며 1,6-Hexanediamine이 도입된 NBR은 propanamine에 비해 높은 마모 특성을 보이지만 첨가되지 않은 NBR에 비해 낮은 마모 특성을 보였다.
- 인열강도는 propanamine이 1 phr 적용된 경우 약 14% 감소하였다. 1,6-Hexanediamin이 첨가된 NBR 고무 시편 또한 함량 증가에 따라 인장강도가 감소하였으며 1 phr 적용된 경우 첨가되지 않은 NBR에 비해 약 11% 감소하는 결과를 보였다. 인열강도 또한 약 3% 감소하였다.
- 1. 수성접착제를 적용한 NBR의 접착강도는 diamine 구조인 1,6-Hexanediamine이 첨가된 경우 접착특성이 발현되지만 propanamine의 경우 주목할 만한 접착특성이 발현되지 않았다.
- 2. 6-Hexanediamine 함량 증가에도 접착 특성 증가가 보이지 않았으며, 이를 미루어 볼 때 -NH2와 결합을 이루는 수성 접착제에 첨가된 -NCO (ARF 40) 함량의 결과, 즉 -NH2와 -NCO 간 결합에 의한 urea 그룹 형성에 의한 결과를 알 수 있었다.
- 3. 6-Hexanediamine FT-IR 측정에 따라 1550 cm-1에서 -NH2 피크를 확인할 수 있었으며, 6-Hexanediamine 이 첨가된 고무 표면에서의 -NH2 피크가 발견된 반면 unfilled NBR에서는 발견되지 않음에 따라 -NH2가 접착에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 4. 접촉각 평가 결과 Amine계 첨가제가 적용된 NBR이 미첨가 NBR에 비해 작은 접촉각을 보였으며 propanamine에 비해 6-Hexanediamine이 1° 작은 접촉각을 나타내었다.
- 5. Propanamine과 6-Hexanediamin 첨가에 따라 미첨가 NBR에 비해 낮은 인장강도와 인열강도 특성을 나타내었으며, 함량 증가에 따라 감소폭이 크게 발생하였다. 또한, 마모 특성도 감소하는 결과를 나타내었다.
- Propanamine과 1,6-Hexanediamine이 첨가된 NBR 고무 시편의 기계적 특성을 평가하기 위하여 인장강도와 인열강도, 신장률을 평가하여 Table 4에 나타내었다. Propanamine과 1,6-Hexanediamine 첨가제 함량에 따라 경도 변화는 나타나지 않았지만 Propanamine과 1,6-Hexanediamine이 첨가되지 않은 NBR 고무 시편의 인장강도는 3.8 MPa이 측정된 반면 propanamine이 1 phr 적용된 NBR 고무 시편은 3.3 Mpa로 약 20% 감소하였고 함량 증가에 따라 감소 폭 또한 증가하는 경향을 보였다. 인열강도는 propanamine이 1 phr 적용된 경우 약 14% 감소하였다.
- Figure 2(a)에서 보는 바와 같이 propanamine과 1,6-Hexanediamine이 첨가되지 않은 고무 시편은 접촉각이 높은 수치를 보인 반면 propanamine과 1,6-Hexanediamine이 첨가된 고무 시편은 낮은 접촉각 수치를 나타내었다. 이는 고무 표면에 amine계 첨가제 존재로 인해 극성도 향상을 의미하며 소량(1 phr) 적용에 따라 접촉각은 7~8% 감소한 것으로 나타났으며, 이를 통하여 아민(-NH2)계 첨가제 도입의 경우 고무 표면에 극성 성질이 향상됨을 알 수 있었다. 이는 극성의 수성접착제의 고무표면에서의 wetting 특성 증가를 의미한다.
- 인열강도 또한 약 3% 감소하였다. 이에 따라 Propanamine과 1,6-Hexanediamine이 첨가된 경우 기계적 특성이 저하된 결과를 보이며 propanamine보다 1,6-Hexanediamine이 첨가된 경우 물성 저하 폭이 줄어드는 결과를 보였다. 이와 같은 기계적 특성 저하는 저분자량의 -NH2와 NBR 고무 사이에 화학결합을 이루지 못함으로 기계적 특성이 저하된 것으로 판단되며, 1,6-Hexanediamine이 propanamine에 비해 물성저하가 적은 이유는 propanamine에 비해 6-Hexanediamine이 상대적으로 큰 분자량을 지니며, 긴 고분자 사슬의 의한 영향으로 사슬 얽힘에 의한 물리적 결합에 기인하는 것으로 판단된다[9].
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