Solution styrene-butadiene rubber (SSBR) and epoxidized natural rubber (ENR) blends reinforced by silica had been compounded over the two-roll mill. The crosslinking characterization, morphology, tensile strength, elastic and viscos characterizations, and thermodynamic properties of blends had been investigated after processing. With the ratio of ENR increasing, the crosslinking rate and density of blends had increased. Also, the epoxy groups in blends had been also increased which will cause influence on silica dispersion and Payne effect of blends. They had been characterized by SEM and RPA. The S75/E25 blend and S50/E50 blend showed two peaks about glass transition temperature (T_g) in dynamic mechanical analysis (DMA), but the blend whose ratio was S25/E75 showed only one peak. It meant S25/E75 blend would be a good miscibility rubber material due to the larger wet grip, better tensile strength and higher elastic rate. And as for thermal stability of blends, with the ratio of ENR increased, the initial decomposition temperature of blends decreased gradually.

실리카로 보강한 솔루션-스티렌-부타디엔 고무(SSBR)와 에폭시화 천연고무(ENR)를 다양한 조성으로 블렌드를 제조하여 조성에 따른 가교특성, 모폴로지, 인장특성, 동적점탄성 그리고 열적 특성을 조사하였다. ENR의 함량이 증가할수록 가교속도가 빨라지는 모습을 보였으며 블렌드 조성물의 경우 가교도가 증가하는 모습을 보였다. ENR의 함량이 증가함에 따라 에폭시기의 영향으로 실리카 분산성의 향상을 전자현미경(SEM)과 Payne effect를 통해 확인하였다. S75/E25, S50/E50에서는 두 개의 유리전이온도(T_g)가 나타났으며 S25/E75에서는 하나의 유리전이 온도(T_g)가 나타났고 젖은 노면의 제동 특성과 인장강도, 탄성률이 높아서 S25/E75 조성물에서 가장 상용성이 높은 것으로 판단되었다. 열적 안정성은 ENR의 함량이 증가함에 따라 초기 분해 온도가 감소함을 알 수 있었다.

Keywords: solution styrene-butadiene rubber, epoxidized natural rubber, blend, silica, properties

대기오염과 지구 온난화의 영향으로 인하여 전 세계 산업 부문에서 친환경소재 개발에 주력하고 있으며, 특히 자동차 타이어 산업에서는 환경을 중시하는 유럽을 시작으로 다방면의 환경규제 정책이 시행되고 있다. 타이어의 연비 및 안정성을 소비자가 알 수 있게 표기하는 라벨링 제도, 자동차의 이산화탄소 규제 등의 구제가 법규화되었으며, 이러한 환경규제 정책은 전 세계로 확산되고 있는 상황이다.¹ 현재 타이어 시장은 친환경 정책으로 인하여 타이어 회전저항의 감소로 연비손실을 줄일 수 있고, 동시에 배기가스 배출량 감소로 환경오염 개선에 기여할 수 있는 타이어에 대한 연구가 진행 중이다. 기존에 타이어에서는 카본블랙을 보강제로 사용하는 카본블랙 타이어를 사용하였지만 히스테리시스 손실이 커져서 타이어의 연비측면에서 불리하다는 단점이 있어서 최근에는 연비성능과 안정성이 우수한 실리카 타이어가 등장하고 있으며 연료효율성 증대를 목적으로 향후 타이어 시장은 실리카 타이어 시장이 주도할 것으로 예측되고 있다.² 또한 타이어 재료로 쓰이는 고무 물질도 더욱더 특수 고성능화를 요구하고 있다. 젖은 노면에서 제동성이 우수한 특성을 유지함과 동시에 연료가 적게 소모되어 저발열성을 가지는 낮은 회전 저항성을 가지면서 내마모성이 우수한 특성 등을 균형있게 가지는 것이 중요한 개발 목표 사항이다.³ 타이어 트레드용으로 사용되는 styrene-butadiene rubber(SBR)은 유화중합에 의하여 합성된 유화중합 SBR(ESBR)과 음이온 리빙중합에 의하여 합성되는 용액중합 SBR(SSBR)이 있다. Heinrich는 SSBR이 실리카 충전제 표면의 미세 구멍에 잘 스며들어 충전제와 고무간의 상호 침투 작용이 커져서 고무 성능면에서 히스테리시스도 줄어들고 낮은 회전 저항성과 우수한 젖은 노면 미끄럼성을 동시에 가지는 균형잡힌 특성을 보인다고 정성적으로 분석하였다. 이에 비하여 ESBR에서는 고분자 연쇄에 가지가 많다는 점과 유화 중합 중에 잔류된 유화제 등이 히스테리시스가 커지는데 대한 하나의 이유가 된다고 보고되고 있다.⁴ 하지만, SSBR의 경우 비극성 고무로 실라카 표면의 실란올 그룹으로 인한 강한 극성 때문에 배합에서 혼화성이 좋지 못하며 실리카간의 상호작용이 강하여 분산성이 떨어진다는 문제가 있다. 기존의 연구에서는 실리카의 분산성 향상을 위해 커플링제를⁵ 사용하여 실리카의 친수성 표면을 소수성으로 변환시켜 고무 매트릭스와 상호 인력을 증진하였으며, SSBR의 고분자 연쇄 말단에 관능기를 도입하여⁶ 화학적으로 개질하여 고무/충전제간의 상호작용을 강화하였으며, 실리카의 표면을 개질하거나 고분산성 실리카를 개발하는 연구가 진행되어 왔다.^7,8
본 연구에서는 SSBR의 실리카 분산성 향상과 물성 향상을 위한 방법으로 에폭시화 천연고무(epoxidized natural rubber, ENR)를 블렌드하였다. 에폭시화 천연고무는 주사슬에 에폭시화 그룹을 함유하고 있으며 에폭시 그룹은 실리카 보강성 충전제와의 배합과정에서 분산성을 증대시킬 뿐 아니라 에폭시 그룹과 실리카 보강성 충전제와의 수소결합을 형성하게 되어 강한 상호작용을 가지게 된다. 또한 에폭시 그룹과 실란올 그룹간의 상호작용은 고온의 조건에서 개환링반응에 의하여 단일결합을 형성한다고 알려져 있다.⁹ 기존 연구에서는 실리카가 충전된 NR에 ENR을 블렌드하였을 때, 실리카의 충전제-충전제 상호작용이 감소함에 따라 실리카의 분산성이 높아져 인장강도가 상승하였지만 실란 커플링제에 비해 상대적으로 효과가 작았다.¹⁰ 또한 실리카가 충전된 ENR에 실란 커플링제를 함께 사용하면 가교도의 상승으로 인장강도, 신장률, 경도, 마모도의 물성이 실리카가 충전된 ENR에 비해 높은 것으로 연구되었다.¹¹ 한편, 실리카가 충전된 ESBR/ENR 블렌드 연구에서는 ENR의 함량이 증가함에 따라 충전제-폴리머 상호작용의 증가로 고무 사슬 사이 간격이 줄어들어 내유성과 인장강도가 상승하였고 가교시간은 줄어들었지만 ESBR/ENR의 실리카 분산성에 대한 연구와 상용성에 대한 연구가 진행되지 않았다.¹²
따라서 본 연구는 최근 타이어에 많이 사용되는 SSBR을 ENR과 다양한 조성으로 블렌드를 제조하여 조성에 따른 가교특성, 인장특성, 동적 점탄성 및 실리카의 분산성에 관한 연구와 SSBR/ENR의 상용성에 대해 연구를 진행하였다.