Norbornene Dialkyl Ester가 첨가된 Isoprene Rubber의 가공성 및 물성에 관한 연구 A Study on Processing and Physical Properties of Isoprene Rubber Involving Norbornene Dialkyl Ester원문보기
본 연구에서는 norbonene dialkyl ester 6종을 isoprene rubber에 적용하여 내분비계 교란물질인 DEHP에 대한 대체 가능성을 평가하였다. IR 시편은 isoprene rubber (IR)와 norbonene dialkyl ester, 가황제 등을 배합하여 제작하였으며, 토크값, 스코치 시간, 최적가황시간, 무니점도를 측정하여 가공성을 평가하였고, 경도, 인장강도, 100% modulus, 신율 등물성을 평가하여 이를 DEHP를 적용한 경우와 비교하였다. 그 결과 토크 값의 경우 최저토크, 최대토크 모두 DEHP 보다 낮거나 유사한 값을 나타내었고, 스코치 시간, 최적가황시간은 DEHP보다 같거나 길게 측정되었다. 무니점도는 DEHN이 낮은 값을 나타내어 DEHP를 첨가한 경우보다 가공성이 우수함을 확인하였다. 경도와 열적 특성의 경우 norbornene계 화합물이 DEHP와 같거나 유사한 경향을 보였다. 인장특성의 경우 선형의 알킬기를 가진 norbornene계 화합물을 적용한 경우가 우수함을 확인하였다.
본 연구에서는 norbonene dialkyl ester 6종을 isoprene rubber에 적용하여 내분비계 교란물질인 DEHP에 대한 대체 가능성을 평가하였다. IR 시편은 isoprene rubber (IR)와 norbonene dialkyl ester, 가황제 등을 배합하여 제작하였으며, 토크값, 스코치 시간, 최적가황시간, 무니점도를 측정하여 가공성을 평가하였고, 경도, 인장강도, 100% modulus, 신율 등물성을 평가하여 이를 DEHP를 적용한 경우와 비교하였다. 그 결과 토크 값의 경우 최저토크, 최대토크 모두 DEHP 보다 낮거나 유사한 값을 나타내었고, 스코치 시간, 최적가황시간은 DEHP보다 같거나 길게 측정되었다. 무니점도는 DEHN이 낮은 값을 나타내어 DEHP를 첨가한 경우보다 가공성이 우수함을 확인하였다. 경도와 열적 특성의 경우 norbornene계 화합물이 DEHP와 같거나 유사한 경향을 보였다. 인장특성의 경우 선형의 알킬기를 가진 norbornene계 화합물을 적용한 경우가 우수함을 확인하였다.
In this study, we applied six different norbornene dialkyl esters as a plasticizer to an isoprene rubber (IR) and evaluated replaceability of DEHP which is an endocrine disruptor. IR test sheets were prepared by blending IR, norbornene dialkyl ester, vulcanizing agent, etc. and processing properties...
In this study, we applied six different norbornene dialkyl esters as a plasticizer to an isoprene rubber (IR) and evaluated replaceability of DEHP which is an endocrine disruptor. IR test sheets were prepared by blending IR, norbornene dialkyl ester, vulcanizing agent, etc. and processing properties of the IR were evaluated by measuring Toque, scorch time, cure time and mooney viscosity. Mechanical properties of IR test sheet including hardness, tensile strength, 100% modulus and elongation were also measured and the physical properties of norbornene dialkyl ester applied as a plasticizer were compared to those using DEHN. Both the maximum and minimum toque for the norbornene dialkyl ester as a plasticizer were similar to those of using DEHP. In addition, the scorch and cure time of the former were slightly longer than those of the latter. The mooney viscosity for the case of DEHN was slightly lower than that of the latter. DEHN was also superior to DEHP in terms of processing. The hardness and thermal properties of all IR test sheets were measured to be similar to each other. The linear alkyl chain of norbornene compounds also exhibited good tensile characteristics.
In this study, we applied six different norbornene dialkyl esters as a plasticizer to an isoprene rubber (IR) and evaluated replaceability of DEHP which is an endocrine disruptor. IR test sheets were prepared by blending IR, norbornene dialkyl ester, vulcanizing agent, etc. and processing properties of the IR were evaluated by measuring Toque, scorch time, cure time and mooney viscosity. Mechanical properties of IR test sheet including hardness, tensile strength, 100% modulus and elongation were also measured and the physical properties of norbornene dialkyl ester applied as a plasticizer were compared to those using DEHN. Both the maximum and minimum toque for the norbornene dialkyl ester as a plasticizer were similar to those of using DEHP. In addition, the scorch and cure time of the former were slightly longer than those of the latter. The mooney viscosity for the case of DEHN was slightly lower than that of the latter. DEHN was also superior to DEHP in terms of processing. The hardness and thermal properties of all IR test sheets were measured to be similar to each other. The linear alkyl chain of norbornene compounds also exhibited good tensile characteristics.
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문제 정의
Norbornene dialkyl ester가 친환경 가소제로서 상용화되기 위해서는 프탈레이트계 가소제를 대체할만한 경제성과 성능 및 안전성이 확인되어야 한다. 본 연구에서는 norbornene dialkyl ester 6종의 제품적용가능성을 살펴보기 위해 IR (isoprene rubber)에 적용 후 이를 DEHP를 첨가한 경우와 비교하여 IR 시편에 대한 물성의 변화와 가공성 향상 가능성을 살펴보았다.
가설 설정
Norbornene dialkyl ester가 첨가된 IR test sheet의 열분해온도는 DEHP 대비 유사하거나 낮은 경향을 보였다. Norbornene 계 화합물은 벌크한 norbornene의 methylene bridge를 가지고 있어 분자 크기가 DEHP에 비해 크다. 상대적으로 분자 크기가 작은 DEHP는 IR test sheet 사이에 안정적으로 존재하는데 유리하여 미미하지만 열안정성이 높은 것으로 판단된다.
제안 방법
Norbornene dialkyl ester가 첨가된 IR sheet의 열안정성을 평가하기 위하여 TGA를 사용하여 5, 10, 50% 분해 시 온도(Td)를 측정하였다. 그 결과를 Table 4에 나타내었고, Figure 7에 온도에 따른 질량감소율을 나타내었다.
가공성은 토크 값, 스코치시간, 최적가황시간, 무니점도를 통해 평가하였고, 그 결과 norbornene계 화합물을 적용한 경우가 DEHP를 적용한 경우보다 대체적으로 우수한 가공성을 갖는 것을 확인하였다. 물리적 특성을 평가하기 위하여 경도, 인장강도, 100% 인장응력, 신율을 측정하였다. 경도는 DEHP 적용 시 40, norbornene계 화합물 적용 시 37~40으로 DEHP를 적용한 경우와 유사한 경도를 가짐을 알 수 있었다.
본 연구에서는 DEHP를 대조군으로 하여 norbornene dialkyl ester 6 종을 IR에 적용 후 가공성과 물성을 살펴보았다. 가공성은 토크 값, 스코치시간, 최적가황시간, 무니점도를 통해 평가하였고, 그 결과 norbornene계 화합물을 적용한 경우가 DEHP를 적용한 경우보다 대체적으로 우수한 가공성을 갖는 것을 확인하였다.
이론/모형
첨가제 배합 방법은 원료 IR을 5 inch open roll에서 5 min 간 소련 작업 후 Table 1에 나타낸 비율로 5 min 간 혼련 작업을 진행하였다. IR sheet는 ASTM 3403 standard methods for rubber-evaluation or IR (Isoprene Rubber)에 의거하여 제작하였다.
성능/효과
5로 상대적으로 낮게 측정되었는데, 이는 가지달린 알킬기를 가진 DEHN의 복잡한 구조가 IR과 소수성 첨가제들이 IR분자에 고르게 분산되도록 영향을 주어 낮은 점도를 나타내는 것으로 판단되며, 이로 인해 가공성이 좋을 것으로 예상된다[22]. Norbornene dialkyl ester 화합물들을 첨가한 IR test sheet의 무니점도가 대체적으로 낮으므로 고무에 적용 시 가공성이 향상되는 것으로 판단된다.
Norbornene dialkyl ester를 적용한 IR test sheet의 신율은 최소 682%, 최대 735%로 나타났다. DEHP를 적용한 IR test sheet의 신율인 687%보다 유사하거나 높은 값으로 이는 DEHP에 비해 벌크한 norbornene의 분자구조로 인해 norbornene dialkyl ester의 부피가 커져 가교 시 IR test sheet 사이의 공간을 확보하기가 유리하기 때문으로 판단된다[17].
본 연구에서는 DEHP를 대조군으로 하여 norbornene dialkyl ester 6 종을 IR에 적용 후 가공성과 물성을 살펴보았다. 가공성은 토크 값, 스코치시간, 최적가황시간, 무니점도를 통해 평가하였고, 그 결과 norbornene계 화합물을 적용한 경우가 DEHP를 적용한 경우보다 대체적으로 우수한 가공성을 갖는 것을 확인하였다. 물리적 특성을 평가하기 위하여 경도, 인장강도, 100% 인장응력, 신율을 측정하였다.
하지만 그 정도가 미미하기 때문에 DEHP와 비교하였을 때 비슷한 열안정성을 갖으며 물성에 특별한 저하사항이 발생하지 않을 것으로 생각된다. 결론적으로 고무가공성과 물성 측면에서 norbornene dialkyl ester 화합물은 환경 호르몬 발생이 의심되는 DEHP를 대체할 수 있는 친환경 가소제로서 충분한 가능성이 있다고 보인다.
신율은 norbornene계 화합물을 포함한 IR test sheet가 682~735%로 687%로 측정된 DEHP를 포함한 IR test sheet의 신율값보다 유사하거나 높은 값을 나타내었다. 물리적 특성 측정 결과 norbornene계 화합물을 IR test sheet에 적용 시 DEHP 대비 유사한 강도와 향상된 유연성을 부여할 것으로 판단된다. 특히 선형의 긴 알킬체인을 가진 DHN, DON, DDN이 DEHP에 비해 우수한 물성을 갖는 것으로 확인하였다.
물리적 특성 측정 결과 norbornene계 화합물을 IR test sheet에 적용 시 DEHP 대비 유사한 강도와 향상된 유연성을 부여할 것으로 판단된다. 특히 선형의 긴 알킬체인을 가진 DHN, DON, DDN이 DEHP에 비해 우수한 물성을 갖는 것으로 확인하였다. 열적 특성은 TGA 분석을 통해 확인한 결과 norbornene dialkyl ester를 적용한 IR test sheet의 열분해온도는 DEHP 대비 비슷하거나 조금 낮은 온도에서 측정되었다.
후속연구
DEHP를 적용한 IR test sheet의 신율인 687%보다 유사하거나 높은 값으로 이는 DEHP에 비해 벌크한 norbornene의 분자구조로 인해 norbornene dialkyl ester의 부피가 커져 가교 시 IR test sheet 사이의 공간을 확보하기가 유리하기 때문으로 판단된다[17]. 결과적으로 IR test sheet에 norbornene계 화합물을 적용 시 DEHP와 비교하여 유사한 강도와 향상된 유연성을 부여할 수 있을 것으로 생각된다. 특히 선형의 긴 알킬체인을 가진 DHN, DDN은 DEHP 대비 뛰어난 강도와 유연성을 보일 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
프탈레이트계 가소제를 대체할 친환경 가소제는 무엇이 있는가?
또한 CPD, DCPD를 고부가가치화하기 위해 합성한 norbornene dialkyl ester 화합물의 친환경 가소제로서 활용가능성이 발표되었다[12-17]. 프탈레이트계 가소제를 대체하기 위한 친환경 가소제로는 DINCH, TOTM, ATBC 등이 있다. 이들 가소제는 안전성이 확보되어있는 것으로 판단되어지지만 높은 가격과 프탈레이트계 가소제 대비 낮은 성능을 단점으로 가지고 있기 때문에 프탈레이트계 가소제를 완전히 대체하기는 어려운 상황이다.
가소제란 무엇인가?
가소제는 플라스틱이나 고무 등의 고분자 물질의 제조 및 성형 시 Tg를 낮춰 유연성과 탄성을 부여하여 가공성을 향상시키는 첨가제로 완구, 유아용품, 식품용기, 의료용품, 바닥재 등에 광범위하게 사용되고 있다[1]. 가소제는 각종 플라스틱에 가장 많이 사용되고 있기 때문에 플라스틱에 다양한 가소제를 적용 후 물성을 관찰하거나, 비프탈레이트계 가소제를 첨가한 소재의 의료용품이 살균되는 환경에 노출시킨 뒤 물성의 저하를 살펴보는 연구 등 관련 연구가 활발히 진행되고 있다[2].
친환경 가소제가 프탈레이트계 가소제를 대체하기에 갖는 한계점은 무엇인가?
프탈레이트계 가소제를 대체하기 위한 친환경 가소제로는 DINCH, TOTM, ATBC 등이 있다. 이들 가소제는 안전성이 확보되어있는 것으로 판단되어지지만 높은 가격과 프탈레이트계 가소제 대비 낮은 성능을 단점으로 가지고 있기 때문에 프탈레이트계 가소제를 완전히 대체하기는 어려운 상황이다. 고무를 가공함에 있어서 여러 첨가물이 배합되고, 배합조건에 따라 고무의 물성이 현저하게 달라지는 결과를 갖는다.
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