Filler-Elastomer Interactions. 1. Roles of Modified Carbon Black Surfaces to Enhance Mechanical Properties of Carbon Black/Rubber Vulcanizates

충전재-탄성체 상호작용. 1. 표면처리된 카본블랙이 카본블랙/고무 복합재료의 기계적 물성에 미치는 영향

Using FT-IR and contact angle measurements it is observed that the chemical surface treatments on virgin carbon blacks lead to a change of the surface properties, including surface functionality and surface free energy It is found that the developments of surface functional groups on acidically and basically treated (ACB and BCB in this study, respectively) carbon blacks are largely correlated with the specific component of surface free energy of the carbon blacks. However, a significant advantage of compounding composites is gained by BCB or NCB (nonpolar chemical treatment) specimens, resulting in improving the hardness, elongation at break, and tensile strength. Particularly, it is seen that the tensile strength of the composites are greatly depended on the London dispersive component of surface free energy determined from the contact angle measurements. It is then concluded that the London dispersion component of carbon blacks plays an important role in an organic rubbers-based compounding composite system.

화학적 표면처리에 따른 카본블랙의 표면 관능기와 표면 자유에너지를 FT-IR과 접촉각 측정법을 이용하여 각각 관찰하였다. 산성과 염기성 용액으로 표면 처리한 카본블랙을 분석한 결과, 표면 관능기가 표면 자유에너지의 극성요소에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다. 반면에 무극성 용액으로 표면처리한 NCB와 염기성 용액으로 처리한 BCB의 경우 표면 자유에너지의 London 비극성 요소의 증가를 보이며 이에 따라 카본블랙/고무 복합재료의 경도, 파단신율, 그리고 인장강도와 같은 기계적 물성이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 특히, 접촉각 측정을 통해 얻은 표면 자유에너지의 London 비극성 요소가 복합재료의 인장강도와 상관관계가 있음을 확인할 수 있었다. 이는 카본블랙의 London 비극성 요소가 카본블랙/고무 복합재료의 기본적인 기계적 물성에 크게 기여한다고 사료된다.