Article
  • Manufacture and Properties of SBR/Starch/Bamboo Charcoal Composites

  • Sun Ho Jang*, Xiang Xu Li*, and Ur Ryong Cho*,**,†

  • *School of Energy, Materials and Chemical Engineering, Korea University of Technology and Education, Cheonan, Chungnam 31253, Korea
    **Research Center of Eco-friendly & High Performance Chemical Materials, Cheonan, Chungnam 31253, Korea

  • SBR/전분/대나무 숯 복합체의 제조와 물성

  • 장선호* · 리시앙수* · 조을룡*,**,†

  • *한국기술교육대학교 에너지, 신소재, 화학공학부, **친환경고성능화학소재연구소

Abstract

Styrene-butadiene rubber (SBR) latex compounds filled with starch-bamboo charcoal powder hybrids were prepared by latex compounding method. The morphology, mechanical properties and thermodynamic properties of the SBR/starch/bamboo charcoal composites were investigated. The particle size of starch and bamboo charcoal powder was measured by particle size analyzer. SEM was used to confirm the uniform dispersion of starch-bamboo charcoal hybrids in the matrix. The results indicated that the bamboo charcoal could improve the mechanical properties (tensile strength, modulus, and hardness), filler network strength and filler-polymer interaction of compounds. The hybrid with best ratio was made from 15 phr starch and 5 phr bamboo charcoal, which has good dispersion state and great tensile strength. From the results of TGA, the initial decomposition temperature also increased gradually, with the bamboo charcoal ratio increased.


스티렌-부타디엔 고무(SBR) 라텍스와 전분, 대나무 숯을 라텍스 블렌딩 방법으로 혼합하여 SBR/전분/대나무 숯 복합체를 제조하였다. 전분과 대나무 숯의 조성에 따라 모폴로지, 기계적 물성, 열적 특성을 조사하였다. 전분과 대나무 숯의 입자크기를 확인하였고, 전자현미경(SEM)을 이용하여 전분과 대나무 숯을 함께 사용한 경우 분산성이 향상되는 것을 확인하였다. 대나무 숯이 들어가면서 충전제-충전제, 충전제-폴리머 상호작용이 증가하는 것을 관찰하였다. 또한 대나무 숯의 함량이 증가할수록 인장강도, 탄성률, 경도의 향상이 보였으며 15 phr의 전분과 5 phr의 대나무 숯이 들어간 경우 우수한 분산성으로 인해 가장 높은 인장강도를 보였다. 열적 안정성은 대나무 숯의 함량이 증가함에 따라 초기 분해 온도가 증가하였다.


Keywords: styrene-butadiene rubber, starch, bamboo charcoal, latex compounding method, mechanical properties

서 론

엘라스토머(고무)는 타이어, 컨베이어 벨트, 건축 재료, 자동차 부품, 가전제품, 신발 등을 비롯한 다양한 산업분야에서 사용되고 있는 필수 소재이다.1 합성고무에는 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 니트릴 고무(NBR) 등이 있으며, 이 중에서 SBR이 합성고무 소비량의 40% 정도를 차지하여 규모가 가장 크다. SBR은 주로 타이어 트레드에 많이 사용되는데, 이는 내마모성을 유지하면서 젖은 노면과 일반 노면에서 우수한 제동 특성을 가지기 때문이다.2 이러한 고무는 단일성분으로는 다양한 제품에서 요구하는 충분한 물성을 만족시킬 수 없기 때문에 카본블랙과 실리카 등의 충전제를 첨가하여 사용하고 있다.3,4
하지만, 카본블랙은 천연가스, 석유계 등의 탄소 함유 물질을 불완전 연소 또는 열분해시켜서 제조하는데 공정에서 많은 양의 이산화탄소를 발생시켜 환경오염 문제를 일으킨다.5 최근 전 세계적으로 환경문제에 대한 인식이 높아짐에 따라 환경 규제로 인한 재생 가능한 소재 개발 및 에너지 절약형 친환경 소재 개발이 필요한 실정이며6,7 전분,8 목분,9 셀룰로오스,10 키토산11 등의 다양한 환경친화적인 충전제 개발에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 그 중 전분은 지구상에 풍부하게 존재하고 생분해성을 가지는 천연고분자로 미국, 중국, 유럽 등의 나라에서 많은 연구가 진행 중이다.12-14 그러나 전분은 큰 입자 크기와 강한 응집에너지, 화학 구조적으로 많은 수산화기를 가지고 있어 친수성이 강하기 때문에 소수성을 띠고 있는 고무와 상호작용이 떨어져 분산이 안 되어 충전제로서 상용성이 떨어진다.15-18
기존의 연구에서는 전분가루를 직접 가공할 때보다 LCM
(latex compounding method)를 이용하였을 때 분산성이 증가하였지만 낮은 계면력으로 기계적 물성 상승이 작았으며,19 전분을 PBA[poly(butyl acrylate)]로 그래프트하여 소수성으로 변환시켜 물리적 성질 증가를 확인하였지만 개질된 전분으로는 경도가 상승하지 못하였다.20 이에 따라 전분 단독으로는 상용성이 떨어져 전분과 SBR 계면에 중간 결합 역할을 하는 커플링제 연구와21 기존에 고무의 충전제로 사용되는 클레이,22 카본블랙을23 전분과 함께 사용하는 연구가 진행되어 왔다. 한편, 대나무 숯은 높은 밀도, 다공성 구조, 큰 표면적으로 인해 높은 흡착력으로 오염물질을 제거하기 위한 연구가 진행되어왔지만24 고무의 충전제에 관한 연구는 많이 진행되지 않았다.
본 연구는 가격이 친환경 소재임에도 불구하고 전분 단독으로는 상용성이 떨어져 기존의 많은 연구가 되지 않은 새로운 친환경 충전제인 대나무 숯을 혼합하여 SBR에 충전제로 사용하였다. 전분과 대나무 숯의 비율에 따라 SBR 복합체의 모폴로지, 열적 특성, 기계적 물성을 조사하였다.

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    Abbr. Polym. Korea
  • 2023 Impact Factor : 0.4
  • Indexed in SCIE

This Article

  • 2018; 42(1): 29-34

    Published online Jan 25, 2018

  • 10.7317/pk.2018.42.1.29
  • Received on May 18, 2017
  • Revised on Jun 23, 2017
  • Accepted on Aug 7, 2017

Correspondence to

  • Ur Ryong Cho

  • *School of Energy, Materials and Chemical Engineering, Korea University of Technology and Education, Cheonan, Chungnam 31253, Korea
    **Research Center of Eco-friendly & High Performance Chemical Materials, Cheonan, Chungnam 31253, Korea

  • E-mail: urcho@koreatech.ac.kr