Filler-Elastomer Interactions. 2. Cure Behaviors and Mechanical Interfacial Properties of Carbon Black/Rubber Composites

충전재-탄성체 상호작용. 2. 카본블랙/고무 복합재료의 경화 거동 및 기계적 계면 물성

In this work, the effect of chemical surface treatments on morphology of carbon blacks was investigated in terms of cure behavior and tearing energy ($G_T$) of carbon blacks/rubber composites. As experimental results, the polar or nonpolar chemical treatment led to a significant physical change of carbon black morphology. The cure activation energies (Ea) and frequency factor (A) obtained from Kissinger equation decreased with improving the dispersion of carbon flacks, resulting in high reactivity. However, a significant advantage of carbon black/rubber composites is gained by carbon blacks treated in basic (BCB) or nonpolar (NCB) chemical solution, resulting in increasing the tearing energy. These results could be explained by changes of dispersion, agglomerate, surface functional group, void volume, and cross-linking density of carbon black/rubber composites.

본 연구에서는 화학적 표면처리에 따른 카본블랙의 구조 변화가 카본블랙/고무 복합재료의 경화거동 및 tearing energy ($G_T$)에 어떠한 영향을 주는가에 대하여 관찰하였다. 실험적 결과를 통하여, 극성 및 무극성 용액으로 화학적 표면 처리한 카본블랙은 극성 또는 무극성 관능기의 발달로 카본블랙의 물리적 구조의 변화를 가져 왔다. Kissinger 식으로부터 얻은 카본블랙/고무 복합재료의 경화 거동은 경화 활성화 에너지 (cure activation energy, Ea)와 진동 인자 (frequency factor, A)가 분산력이 좋은 시편에서 감소하여 결과적으로 높은 반응성을 나타내는 것을 볼 수 있었다. 한편, 염기성 용액으로 처리한 BCB와 무극성 용액으로 표면 처리한 NCB는 충전재로 사용된 카본블랙/고무 복합재료의 기계적 물성 중 tearing energy를 증가시켰다. 이러한 결과는 분산력 또는 agglomerate의 발달, 표면 관능기, 기공 부피 (void volume), 그리고 카본블랙/고무 복합재료의 가교밀도 (cross-linking density)등으로 설명될 수 있었다.