In this study, the effect of amine group on PP/rubber/clay nanocomposite and the position of silicate layers were investigated. The silicate layers are treated with two different kinds of amine(HMDA and Jeffamine D230). Two kinds of compatibilizer (Polybond 3200[PP-g-MA] and Exxellor VA 1803[EPR-g-MA]) were used. In the case of Polybond 3200, the functional group is on the PP chains while Exxellor VA1803 has the functional group on rubber chain. The amine group on both organoclay can react with MA groups. So the position of silicate layers would be different depending on the compatibilizer and this was confirmed by TEM.
The amine treated silicate layers were obtained through direct insertion of amine in molten state using Brabender mixer. From the XRD results, it was observed that the amine group was successfully penetrated into silicate layers. Nanocomposites were prepared with these organoclays by melt intercalation. The morphology, thermal properties, mechanical properties (especially tensile properties and impact strength) and crystallization kinetics were investigated. Although silicate layers can act as a nucleating agents, only BH series (compatibilizer: PP-g-MA and amine: HMDA) show nucleating effect. From the non-isothermal crystallization kinetics, it was found that the silicate layers can make the overall crystallization rate faster although it can retard the spherulite growth rate.
In the case of mechanical property, BC series show higher flexural modulus among the samples and little enhancement in impact strength. BH and BJ series, however, show higher enhancement in impact strength and flexural modulus. In the case of BH03, the impact strength increased about 50% and 70% compared to B_reference sample and BC01, respectively.
On the other hands, only EC01 series show higher flexural modulus than E_reference and the others show lower value. Although impact strength of EH and EJ series increased a little compared to EC series, only 1wt of nanocomposites show slight enhancement compared to E_reference samples. The enhancement of mechanical property is more significant when the silicate layers are dispersed not in rubber phase but in PP matrix.
Extreme cases were also considered. Nanocomposites were prepared in two steps. At first step, PP-g-MA and PP or EPR-g-MA was mixed with silicate layers. And these mixtures were mixed again with PP or EPDM at second step. There was not much difference in XRD patterns of nanocomposites although the samples were made in different ways. However they show some distinctive point in some properties. When the nanocomposite are made in two steps, the crystallization temperature of nanocomposites was shifted a little higher temperature which means nucleation effect of silicate layers. And this tendency was much more significant when the silicate layers with HMDA treated are dispersed in PP matrix region. The two step nanocomposite show a little higher enhancement in mechanical properties. In the case of Young’s modulus, two step nanocomposite except BC01_2s show slight increase. The general tendency of flexural modulus was nearly the same with Young’s modulus. The samples prepared in two step method also show enhanced impact strength compared to the one step preparation. This enhancement is presumably due to the better dispersion of the silicate layers in two step preparation.
본 연구에서는 PP/rubber/clay 나노복합체의 아민기의 종류에 따른 영향과 유기화 점토의 위치에 따른 물성변화에 대해 연구하였다. 유기화 점토는 헥사메틸렌다이아민(HMDA) 혹은 제프아민(Jeffamine D230)을 이용하였으며, 사용된 상용화제는 변성PP(Polybond3200)와 변성EPR(Exxellor VA1803) 두 가지 종류를 사용하였다. 변성PP의 경우 관능기가 PP체인에 존재하지만 변성EPR의 경우 러버체인에 존재하기 때문에 사용된 상용화제의 종류에 따라 점토의 분산성이 달라지게 되며, 이는 TEM을 이용하여 확인하였다.
실리케이트의 아민처리에는 브라벤더 믹서를 이용하였으며, 실제로 XRD측정 결과로부터 아민이 실리케이트층 사이로 도입된 것을 확인 할 수 있었다. 나노복합체의 제조에는 위에서 만들어진 아미처리 유기화 점토를 이용하여 브라벤더 믹서를 이용하여 제조하였다.
제조된 나노복합체를 이용하여 모폴로지, 열적, 기계적 성질과 결정화 거동에 대해서 조사하였다. 점토가 핵제로 작용할 수 있음에도 불구하고 BH시리즈만이 핵제효과를 나타내었다. 비등온 결정화 거동의 연구결과로부터, 점토가 전체결정화 속도를 빠르게 하지만, 구정의 성장속도는 늦추는 것으로 확인되었다.
기계적성질의 경우, 아민처리된 BH, BJ시리즈가 충격강도의 증가폭이 컸으며, BH03의 경우 비교시편에 비해 50%, BC01에 비해 70%증가하였다.
이와는 대조적으로 관능기가 러버체인에 있는 경우에는 굴곡강도의 감소를 보였으며, 동시에 충격강도에서도 감소를 보여주었다. 이는 유기처리 점토가 PP와 rubber particle의 계면에 존재하여 계면성질을 떨어트리기 때문인 것으로 판단된다.
기계적 물성의 증가에 있어서, 유기화 점토가 PP 메트릭스 쪽에 존재하는 경우가 러버쪽에 존재하는 경우보다 큰 것으로 판단된다.
극단적인 경우 또한 고려하여 나노복합체를 두 단계에 걸쳐 제조하였다. 첫 단계에선 변성PP와 PP 혹은 변성EPR만을 유기화 점토와 mixing한 이후 이를 다시 EPDM 혹은 PP와 두번째 단계에서 remixing을 하였다.
XRD 패턴에서는 1개의 배치로 만들어진 경우와 2단계로 만들어진 경우에 큰 차이가 없었다. 하지만 2단계에 걸쳐 만들어진 나노 복합체의 경우 결정화 온도에서 핵제 효과에 따른 큰 폭의 증가를 나타내었으며 DSC상에서 조금 더 고온 쪽으로 이동 하였다. 이러한 증가 폭은 HMDA를 이용하여 PP쪽에 점토를 분산 시킨 경우가 다른 경우에 비해 크게 나타났다.
또한 기계적 물성인 충격강도 인장강도 굴곡강도의 경우에 있어서도 2단계에 걸쳐 만들어진 나노 복합체가 배치시스템으로 만들어진 경우보다 조금 더 증가한 것으로 측정 되었다.
이는 TEM 결과로부터 알 수 있듯이 유기화 점토가 좀 더 잘 분산 되어 있기 때문인 것으로 생각된다.
