*department of chemistry, korea university, seoul 136-701, korea · 2005-03-29 · plasticoder...
TRANSCRIPT
Demo
Polymer(Korea), Vol. 29, No. 2, pp 166-171, 2005 �
166�
1.����
������ ���, ��� ����� �� �� �� �� �
�� �� ��� �� �� ����� �� ���� ��. �
� �� ����� �� ��� ��� �� ��� ���
� ���, ����� ��� ����� ���� ��� ��
����� ���� �� ��� ���� ��� �� ��� �
��� �� ����. �� �� ��� ���� �� ����
����� ��� �� ��� �� �� ��� �� ��. �, �
� �, �� � � �� �� �� �� �� �� �� �� �
�� ���� ����� ���� �� ��� �� ���� �
� ��� �� �� �� ����� ��� ���� ����
��.1,2
��� ��� �� ���� EPDM� ��� ��(silicone rub-
ber, SR) �� �� ����. EPDM� ���� ���� ���
������ ��� ������ ��� ��, ���, � �
�� �� �� ����� ���, � ��� ���� ��
�� ��� � ��� �� ���� ���, ��� ��
� ����� � �� ��� ����� ����.3 ���
��� � ��� ���(Si-O) ��� ���� ��� ��
��� �� ��� ��� �� ��, �, � �� ��
�� ���, � �� ��� ��� � ���. �� ��
������ ���� ���� ���� ����� �� ��
� ����4 �� ��� ��� ����� ��� ����
����� ����. ���, �� ���� ��� ��� �
� ��� ��.
�� �� EPDM� ��� ��� ��� ��� ��� ��
��� ��� ����� �� �� EPDM/SR ���� �
��� ��� ���� ��. Kole ��5-7 ���� ���� ��
�� EPDM/SR ���� ���� ���� �� ��� ���
�� �� �� ��� ������ ����� EPDM(MAH-g-
EPDM)� ������ ����� ���(acrylamide-g-silicone)�
���������������������������������
����������������
��
����������������������������
� ������� ���� �������������� ��� ������
�
����� ��������������������������������������
�������� �����������������
�������������� ����������������������*��������������������Reliability Assessment Center, Korea Research Institute of
Chemical Technology, Daejeon 305-600, Korea
*Department of Chemistry, Korea University, Seoul 136-701, Korea
(Received November 25, 2004;accepted February 28, 2005)�
��� EPDM(ethylene propylene diene monomer)/��� �� ���� ����, ����� �� ��� ��
�� ��� �����. EPDM� ��� ��(SR)� ���� 90/10� 10/90 wt% ��� ������, Bra-
bender�� Plasticoder� ��� �� ����, ���� ����. �� EPDM/SR ���� �����
�������� ����. ��, ���� 100 �� 24, 48, 96�� �� ���� ��, �� �, ��
� � ��� �����. ����� ��� �� ����� ��� ���� ���� ��� ����.
�� ��� ���� ��, ���� ��� �� �� �����, ���� ��� �����.�
Abstract:�EPDM (ethylene propylene diene monomer)/silicone rubber blends were prepared and the influence of a
compatibilizer and thermal aging on the properties of the blends was investigated. The blends of which the
compositions were varied in the range of 90/10 through 10/90 wt% were melt mixed by using a Brabender
Plasticoder (internal mixer) and were vulcanized by a hot press. The morphology of the vulcanized EPDM/SR
blends was examined by scanning electron microscopy (SEM). After the thermal Aging for 24, 48, 96 hrs at 100 �
in an air oven, hardness, tensile strength, elongation and contact angle of the blends were investigated. From the
result of the morphology, it was confirmed that the domain size of the blends containing the compatibilizer was
reduced. As the increase of the thermal aging time, hardness and tensile strength of the blends decreased but
elongation and contact angle increased.
Keywords: EPDM, silicone rubber, compatibilizer, thermal aging, MAH-g-EPDM.
�
†To whom correspondence should be addressed. E-mail: [email protected]
��� EPDM/��� �� ���� ��� ��� �� 167�
Polymer(Korea), Vol. 29, No. 2, 2005�
��� ��� �� ��� � ��� �����. ��, Kim �
�8 EPDM/SR ���� �� ��� ���� ��� �� ��
��� � ��� ��� � ���, Kang ��9 ����� MAH-
g-EPDM-polydimethylsiloxane� ������, ��� ����� EPDM/
SR ���� ��� ��� ��� �� �� ��� ���
�� � ��.
� ���� ����� EPDM/SR ���� ��� �� �
���� ��� ��� ���� �� � ��� �� �� ��
� ���� ������, ����� �� ��� �� � �
�� ����, ��� ��� ��� ��� �����.
2. ��
2.1 ��
EPDM� 5-ethylene-2-norbornene(ENB)� ��� Du Pont�� Nor-
del IP NDR4640(ethylene/propylene/ENB�55/40/5 wt%; ���0.86;
Mooney viscosity ML1+4, 125 ��40)� ������, SR� Dow Cor-
ning�� Silastic GP437(vinyl methyl based silicone; ���1.1; �
� 190)� �����. ����(compatibilizer�C)� �����
� ����� EPDM� Crompton�� Royaltuf 498(maleic anhydride
1.0 wt%; ���0.89; Mooney viscosity ML1+4, 125 ��30; Tg�46 �)
� �����, ���� di(tert-butylperoxy-isopropyl)benzene� ��
� 40 wt%� Akzo Nobel�� Perkadox 14-40MB� �����.
2.2 ���� �� � ����
� ��� ��� EPDM/SR ���� ��� Table 1� ��
���. ���� Brabender�� Plasticorder� ��� 50 �, 60
rpm�� ��� �� �����. Table 1� ��� ���� �
� �� EPDM� ����� ��� 3�� ��� �� ���
�� SR� ���, ��� � � 5� �� ��� �, ��
� ��� 5� �� ��� EPDM/SR ���� �����. �
�� �� ���� hot press� ��� 170 �� 2000 psi�
���� 10�� ��� ��� 1 mm� ���� ���� �
����. ���� ���� ��� �� �� 150 �� ��
� ��� � ��� 2�� �� �����.
2.3 �� ��
�� �� ���� �� ��� �� �� �� Alpha Tech-
nology�� oscillating disk rheometer(ODR, ODR-2000)� ���
ASTM D 2502� �� ��� 170 �� ���� 3°� ��� �
���� � �� �� �����.
2.4 ����
��� ����� JEOL�� scanning electron microscope(SEM,
JSM-6700F)� ��� ����. ���� ��� ��� �
���, � �� �� ��� �� �� �� 1�1� ���� 2�
� �� ��� EPDM� ��� �, ��� ��� ���
��. �� �� 500 �� ����� 5 kV �����.
2.5 ����
EPDM/SR ���� ��� �� �� ��� ���� ��
KS M 6518� ���� �� � � �� ���� ��� 100 �
� 24, 48, 96�� �����.
2.6 ��� ��
���� � �� � � ���� ��� ��� ��� �
�� ���� �� ��, �� � � ���� �����.
��� KS M 6518� � ��� ��� Shore Instrument�� Shore
A-2� ��� �� � 5�� ��� ����� �����.
�� �� ���� Instron�� �����(UTM, 5567)� ��
� KS M 6518� ��� 3 ���� �����. ���� ��
��� ��� � ������, crosshead speed� 500 mm/min, grip
�� 20 mm� �����.
2.7 ���
�� ��� ���� ���� �� SEO�� contact angle
(300A)� ��� ���(sessile drop)�� �����. ��� �
� � ��� ��� ��� �� 10 µL� ��� ��� ��
���� ���� 5 �� � ��� ���� �����.
3. �� � ��
3.1 �� ��
�� ��� ��� ��� �� ��� �� ��� ��
� ���� � ��� ��� �� � ��� ��� �
� � ����. ��� ��� ��(ts2)� �� � ��(tc90)�
��� �� ��� ����� ����� ��� �� ���
���� �����. �� � ��� �� ���� ����
��� ��� ��� ��� ��� ��� � ��� ���
� �� ����. � ��� EPDM � ��� �� ��� 8�
15� ��� �� ��� ��� ����.10,11
EPDM/SR ���� ��� ����� �� ��� �� ODR
�� ��� Figure 1� 2� ������, �� ��� Table 2�
3� �����. SR� ��� ���� �� ��� ��� ��
� ��� ��� ���� ����� � �� �� ��
�� � ��. �� �� ��� � ��� ���� ��� �
�� �� � ��� EPDM�� ��� ����.
����� ��� � �� �� � ��� ���� �� �
�� ����. �� ����� ��� MAH-g-EPDM� ���
�� ���� �� ��� � �� ����� � ���
����� ��� ����.
3.2 ����
� ��� � ��� ���� � �� ��� �����
�� ��� ��, ��� �� �� ���� ���� �� ��
���� ��. �� ���� � �� �� ��� ��� ��
Table 1. Formulation of EPDM/SR Blends (unit : phr)
Sample EPDM SR Compatibilizer Perkadox Pure EPDM EP90/SR10 EP70/SR30 EP50/SR50 EP30/SR70 EP10/SR90
Pure SR EP90/SR10/C5 EP70/SR30/C5 EP50/SR50/C5 EP30/SR70/C5 EP10/SR90/C5
100 90 70 50 30 10 0
90 70 50 30 10
0 10 30 50 70 90
100 10 30 50 70 90
0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 5 5
6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6
168� ���������������
���, �29� �2�, 2005� �
�� ��� ��� ���� ��� � ��� �����
��� ��, �� ��� ���� ����� ��.12
EPDM/SR ���� ���� ��� ��, ��� �� 1�
1 �� �� ��� ���� EPDM� ��� � SEM�� ���
�� �� Figure 3� �����. ����� ���� �� �
� EPDM� 90�50 wt%� ���� ���� ��� �� EPDM
� ���� ��� SR �� ����, EPDM� �����
SR� ���� ����� �����. EPDM� ��� 30�10
wt%� � �� ��� EPDM� ��� �� ��� ���
�� SR� ����� EPDM� ���� ��� ���� ���-�
�� ����� �����. � ��� ��� ����� co-
continuous ����� ��� ����, �� ����� EPDM
� ��� 31� 49 wt% ��� ���� ���� ����
��� ����.
����� ��� � �� ���� ����� ����� �
��� �� � � ��� ��� �����. �� ���� �
Table 2. Curing Characteristics of EPDM/SR Blends
ODR(170 �) Sample
MH(N�m) ML(N�m) ts2(sec) tc90(sec) Pure EPDM 59.28 5.86 78 750
Pure SR 24.59 2.29 40 502 EP90/SR10 55.74 4.15 64 576 EP70/SR30 50.47 3.63 57 502 EP50/SR50 41.70 2.97 48 512 EP30/SR70 35.70 2.69 47 487 EP10/SR90 27.52 2.45 40 416
*scorch time(ts2), 90% curing time(tc90), maximum torque(MH), minimum torque(ML).�
Figure 1. Rheographs of EPDM/SR blends.�
���
���
���
���
���
���
��
��
Torq
ue(N
�m
)
� �� ���� ���� ���� ��� ���� ���� ���
Time(sec)
0
0
0
0
0
0
0
0
Pure EPDM
EP90/SR10
Pure SR
EP10/SR90
EP30/SR70
EP70/SR30
EP50/SR50
Figure 2. Rheographs of EPDM/SR blends with 5 phr compatibilizer.�
0
0
0
0
0
0
0
0
EP90/SR10/C5
EP70/SR30/C5
EP50/SR50/C5
EP30/SR70/C5
EP10/SR90/C5
Pure EPDM
Pure SR
��
��
��
��
��
��
�
�
Torq
ue(N
�m
)
� �� ���� ���� ���� ��� ���� ���� ����
Time(sec)
� � � �
� � � �
� � � �
� � � �
� � � Figure 3. SEM photographs for EPDM/SR blends; (a) EP90/SR10, (b) EP70/SR30, (c) EP50/SR50, (d) EP30/SR70, (e) EP10/SR90, (f) EP90/ SR10/C5, (g) EP70/SR30/C5, (h) EP50/SR50/C5, (i) EP30/SR70/C5, and (j) EP10/SR90/C5.�
Table 3. Curing Characteristics of EPDM/SR Blends with 5 phr of Compatibilizer
ODR (170 �) Sample
MH(N�m) ML(N�m) ts2(sec) tc90(sec) EP90/SR10/C5 60.59 4.62 53 611 EP70/SR30/C5 51.71 3.79 58 599 EP50/SR50/C5 45.89 3.07 49 572 EP30/SR70/C5 36.51 2.86 47 525 EP10/SR90/C5 27.72 2.58 47 493
KRICT SEI 5.0 kV X500 10 µm W D 7.6 mm KRICT SEI 5.0 kV X500 10 µm W D 7.8 mm
KRICT SEI 5.0 kV X500 10 µm W D 7.6 mm KRICT SEI 5.0 kV X500 10 µm W D 7.8 mm
KRICT SEI 5.0 kV X500 10 µm W D 7.5 mm KRICT SEI 5.0 kV X500 10 µm W D 7.8 mm
KRICT SEI 5.0 kV X500 10 µm W D 7.8 mm KRICT SEI 5.0 kV X500 10 µm W D 7.6 mm
KRICT SEI 5.0 kV X500 10 µm W D 8.1 mm KRICT SEI 5.0 kV X500 10 µm W D 7.8 mm
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(g) (h)
(i) (j)
��� EPDM/��� �� ���� ��� ��� �� 169�
Polymer(Korea), Vol. 29, No. 2, 2005�
�� ����� ���� �� � �� ����. �� ��,
EPDM� 90 wt%� � ����� ��� �� ���� SR� �
�� � 4� 1 µm ��� ��� �� ����. �� �� �
��� ��� ���� ����� ����� MAH-g-EPDM�
EPDM� SR� �� ��� ��� ���� ������ ��
� ���.
3.3 ��� ��
Figure 4� EPDM/SR ���� ��� �� �� ��� ��
���. ����� ���� �� �� ����� ��� �
�� ��� ���� �� ��� ���� ���� ��� �
���, �� ��� ��� ��� EPDM�� �� ����.
��� � ��� ���� �� ��� ����. � ���
��� �� �� ���� ���� � �� ���� ��
� �����, �� � �� ���� ��� ��� ���
��� ��� ����. ��� ��� ���� ��� ��
� ���� ��� ���� ��.13 � ���� ��
� ���� ��� ��� �� �����, �� �� ���
����� �� ����� ����.
����� ��� � �� ��� ��� ��� ���� �
� ��� ���� ��� ��� ���. �� ��� 96�
�� � ��� ��� ��� 50%� �� ��� �� �
��� 50% ���� �� �� �����. �� ��� �
�� ���� �� EPDM� ��� ����� ���� ��
��� ����.
EPDM/SR ���� ����� �� � � �� �� ��
���� �� ��� Figure 5� 6� �����. ����� ��
�� �� � , ��� ��� ��� ���� �� �� ��
����� �����. �� ��� 24��� �� �� ��
�� ������, 48��� 96��� � �� �� �� ��
��. 24�� ��� � ���� �� � ���� ���
� EPDM/SR ���� � �� ���� ��� ����
� �� �� ���� ��� Kole ��7 ��� � ���� �
���. ���, �� ��� ����� � ��� �� �
� ��� ���� �����, �� � ��� �� ��
���� ����� � ����� ���� ��� ����
����� ����. ��, ��� ��� ��� �� �� �
� �� � ��� �� ��� ���� ��� ���. �
� EPDM�� ���� �� ���� ���� ��� ���
����.5 ����� ��� � Figure 5(a)�� �� �� �
����, �� ����� EPDM� ��� ��� ������
��� ���� ����� ����� ����. �� ���
��� ����� ���� �� � � ���� �� ��
� ���� �� ���� ��� ����� �� �� ��
��� ���� �����.
3.4 ���
EPDM� ��� ��� �� ������ �� �� ��
5
0
5
0
5
0
5
0 unageing 24hr ageing 48hr ageing 96hr ageing
���
���
���
���
���
���
���
���
Har
dnes
s(S
hore
A)
� �� ��� ��� ��� �� ���
Silicone contents(%)
(a)
5
0
5
0
5
0
5
0
unageing 24hr ageing 48hr ageing 96hr ageing
��
��
��
��
��
��
��
��
Har
dnes
s(S
hore
A)
� �� ��� ��� ��� �� ��
Silicone contents(%)
(b)
Figure 4. Hardness of (a) EPDM/SR blends and (b) EPDM/SR blends with 5 phr of compatibilizer.�
Figure 5. Tensile strength of (a) EPDM/SR blends and (b) EPDM/SR blends with 5 phr of compatibilizer.�
��
��
��
��
��
�
Tens
ile s
tren
gth(
kg/c
m2 )
�� ��� ��� ��� �� ���
Silicone contents(%)
(a)
0
0
0
0
0
0 unageing 24hr ageing 48hr ageing 96hr ageing
��
��
��
��
��
�
Tens
ile s
tren
gth(
kg/c
m2 )
�� ��� ��� ��� �� ���
Silicone contents(%)
(b)
0
0
0
0
0
0
unageing 24hr ageing 48hr ageing 96hr ageing
unaging 24 hr aging 48 hr aging 96 hr aging
unaging 24 hr aging 48 hr aging 96 hr aging
unaging 24 hr aging 48 hr aging 96 hr aging
unaging 24 hr aging 48 hr aging 96 hr aging
170� ���������������
���, �29� �2�, 2005� �
� �� �� �� ���� �� �� ��� ����. ���
� ����� ��� �� ��� �� ����� �� �
��� ��, ��� 90° �� � �� ��� � � �� �
� ������ ��.
EPDM/SR ���� ��� ��� ��� Figure 7� ��
���. EPDM/SR ���� �� �� ��� � 105°� ��
EPDM� ��� 82° �� �����. ��� ����� ��
�� �� � ��� ��� ��� 10 wt% �� �� ���
�� ���� ���. �� ��� ��� 10 wt% ��� ��
���� EPDM� ��� �� ���� � ��� �� ��
��.
Figure 7(a)� ��� � Bhowmick ��14 ��� �� ��
�� ��� ���� ����� ��� �� ����� �
��� ��. � ���� �� ��(24��)�� ��� �
��� ����(48��)� ��� ���� �� ���� �
��� ��� ���. �� 24�� ���� � ���� �
�� �� �� ��� ����� �� ��� ��� �� �
�� ��� ��� ������ ����� ����� ��
� �� ����. ���, �� ��� �� ����� ��
�� ��� ��� �� ��� ������ ���� ��
���� �� ��� ����.
Figure 7(b)� ����� ��� � ��� ����� �
��� EPDM/SR ���� ����� ��� ��� ����
� ��� ���� ��� ��� ���� ����. Konar �
�6 ����� MAH-g-EPDM� ���� �� ����� ���
���� ������ ���� ��� ���� ��� �
����. ��� � ����� ��� �� ����� ��
�� �� EPDM/SR ���� ���� ��� ���� ��
��� ���� ��� ����.
4. ��
EPDM/SR ���� ���� ��� ��� �� �����
��� �� � �� ��� �� ��� ���.
1) EPDM/SR ���� �� ��� ��� ��� ��� ���
� �� � ��� �����, ����� ��� � �� ��
� ��� �� � ��� ������ 8�10� ��� ���
�� ���� ���.
2) EPDM/SR ���� � ��� ��� � ��� ���
� ���-���� ����� �����. ��, ����� ��
� � �� EPDM� SR� ����� ��� �� ���� �
�� ���� ��� ����.
3) EPDM/SR ���� ����� ������ ��, �� �
� ���� �����. �� ��� ���� ��, ����
��� �� �� �����, ���� �����.
4) �� ���� ��� ��� ��� �� ��� ��� �
�� �� �� ���� ��� �����. ����� ��
�� ��� ��� ��� ����� ����� ����
Figure 6. Elongation of (a) EPDM/SR blends, (b) EPDM/SR blends with 5 phr of compatibilizer.�
���
���
���
���
���
��
Elo
ngat
ion(
%)
� �� ��� ��� ��� �� ���
Silicone contents(%)
(a)
0
0
0
0
0
0 unageing 24hr ageing 48hr ageing 96hr ageing
���
���
���
���
���
��
Elo
ngat
ion(
%)
� �� ��� ��� ��� �� ���
Silicone contents(%)
(b)
0 20 40 60 80 100
0
0
0
0
0
0
unageing 24hr ageing 48hr ageing 96hr ageing
�
�
��
��
��
��
�
�
Con
tact
ang
le(d
egre
e)
�� ��� ��� ��� �� ���
Silicone contents(%)
(a)
0
5
0
5
0
5
0
5
unageing 24hr ageing 48hr ageing 96hr ageing
��
���
���
���
Con
tact
ang
le(d
egre
e)
�� ��� ��� ��� �� ���
Silicone contents(%)
(b)
5
0
5
0
unageing 24hr ageing 48hr ageing 96hr ageing
Figure 7. Contact angle of (a) EPDM/SR blends and (b) EPDM/SR blends with 5 phr of compatibilizer.�
unaging 24 hr aging 48 hr aging 96 hr aging
unaging 24 hr aging 48 hr aging 96 hr aging
unaging 24 hr aging 48 hr aging 96 hr aging
unaging 24 hr aging 48 hr aging 96 hr aging
��� EPDM/��� �� ���� ��� ��� �� 171�
Polymer(Korea), Vol. 29, No. 2, 2005�
����� ��� �� �����. �� ��� ���� ��,
���� ��� �� �����.
��� ��� ��� ��������� �����(�)�
���������� ��� ��� �� �������
�� ������.
����
1. M. I. Aranguren, Polymer, 39, 4897 (1998).
2. S. L. Abd-El-Messieh, S. El-Sabbagh, and I. F. Abadir, J. Appl. Polym.
Sci., 73, 1509 (1999).
3. R. S. Gorur, J. Mishra, R. Tay, and R. McAfee, IEEE T. Dielect. El.
In., 3, 299 (1996).
4. R. S. Gorur, E. A. Cherney, R. Hackam, and T. Orbeck, IEEE T.
Power Deliver., 3, 1157 (1988).
5. S. Kole, S. Roy, and A. K. Bhowmick, Polymer, 36, 3273 (1995).
6. J. Konar, S. Kole, N. Avasthi, and A. K. Bhowmick, J. Appl. Polym.
Sci., 61, 501 (1996).
7. S. Kole, A. Bhattacharya, D. K. Tripathy, and A. K. Bhowmick, J.
Appl. Polym. Sci., 48, 529 (1993).
8. J. K. Kim and H. K. Lee, Polymer(Korea), 25, 406 (2001).
9. D. W. Kang, B. J. Kim, and D. S. Shim, J. Korean Ind. and Eng.
Chem., 12, 277 (2001).
10. M. R. Kamal, Polym. Eng. Sci., 14, 231 (1974).
11. M. R. Kamal and M. E. Ryan, Polym. Eng. Sci., 20, 859 (1980).
12. S. G. Lee, J. H. Lee, K. Y. Choi, and J. M. Rhee, Polymer(Korea), 22,
258 (1998).
13. S. Kole, R. Santra, and A. K. Bhowmick, Rubber Chem. Tech., 67,
119 (1994).
14. A. K. Bhowmick, J. Konar, S. Kole, and S. Narayanan, J. Appl. Polym.
Sci., 57, 631 (1995).