아세틸렌 블랙과 폐 폴리우레탄을 이용한 EPDM 발포 고무복합재의 물리적 특성 연구 = A Study on the Physical Properties of EPDM Foam Rubber Composites Using Acetylene Black and Waste Polyurethane

국문 초록 (Abstract)

고무는 우리 사회에서 가장 밀접하게 사용되는 고분자 중 하나이며, 다양한 산업 분 야에서 활용된다. 그러나 고무는 단독으로 원하는 물성을 만족시키기 어려워 충전제, 가교제, 첨가제 등 다양한 부가재료를 첨가하여 목적에 맞는 물성을 구현한다. 대표적 인 충전제로는 카본 블랙이 있으며, 고무와의 상용성이 뛰어나 타이어 산업 등에서 널 리 사용된다. 카본 블랙의 한 종류인 아세틸렌 블랙은 입자가 작고 표면적이 넓어 EPDM 고무와의 접촉 면적이 크고, 고무 내에서 결합 고무 형성이 활발하여 보강 효과 가 뛰어나다. 우레탄 폼은 매년 다양한 산업에서 많이 사용됨에 따라 생산량이 증가하여, 폐기물 이 대량으로 발생하는 문제가 제기되고 있다. 폐 우레탄 폼은 주로 소각이나 매립이 되어 환경오염에 큰 원인이 된다. 본 연구에서는 폐 폴리우레탄 폼을 소각을 통한 에 너지 회수와 화학적 재활용을 통한 원료 회수가 아닌 물리적 재활용을 통하여 충전재 로 사용하였다. 본 연구에서는 폐 폴리우레탄 폼과 아세틸렌 블랙을 EPDM 발포 고무의 충전제로 적용하여 충전제 종류 및 함량 변화에 따른 발포 고무의 물리적 특성을 평가하였다. 인장강도, 인열강도, 연신율과 같은 기계적 특성과 비중 변화를 통해 발포 구조 특성을 분석하였으며, 기포 구조 관찰을 통해 충전제가 발포 거동 및 물성에 미치는 영향을 비교하였다. 이러한 분석을 바탕으로, 본 연구는 아세틸렌 블랙과 폐 폴리우레탄 폼을 활용한 EPDM 발포 고무복합재의 물리적 특성 변화를 분석하고, 폐 자원의 고무 충전 제로써의 활용 가능성을 제시한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Rubber is one of the most widely used polymers in modern society and is applied across various industrial fields. However, rubber alone often fails to meet the required performance characteristics; therefore, various additives such as fillers, crosslinking agents, and processing aids are incorporated to achieve target properties. Carbon black is the most representative reinforcing filler and is widely used in the tire industry due to its excellent compatibility with rubber matrices.
Among carbon blacks, acetylene black exhibits a small particle size and a large specific surface area, which increase the interfacial contact with EPDM rubber and promote active bound rubber formation, resulting in superior reinforcing effects.
Polyurethane foam has been increasingly used in various industries, leading to a significant rise in waste generation. Most waste polyurethane foam is disposed of through incineration or landfilling, which causes environmental pollution. In this study, waste polyurethane foam was utilized as a filler through physical recycling, rather than energy recovery by incineration or raw material recovery through chemical recycling.
In this study, acetylene black and physically recycled waste polyurethane foam were applied as fillers in EPDM foam rubber composites, and the physical properties of the foam rubber were evaluated according to filler type and content.
Mechanical properties, including tensile strength, tear strength, and elongation at break, were analyzed, along with density measurements to investigate foaming characteristics. In addition, cell structure observations were conducted to compare the effects of fillers on foaming behavior and physical properties. Based on these analyses, this study investigates the changes in physical properties of EPDM foam rubber composites containing acetylene black and waste polyurethane foam and demonstrates the potential of waste resources as fillers for rubber composites.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• II. 이론적 배경 3
• 2.1 고무 3
• 2.1.1 EPDM 고무 3
• 2.1.2 EPDM 발포 고무 6
• 2.2 충전제 9
• 2.2.1 카본 블랙(Carbon black) 12
• 2.2.2 아세틸렌 블랙(Acetylene black) 15
• 2.3 우레탄 폼(Polyurethane foam) 17
• 2.4 가황(Vulcanization) 20
• 2.5 과산화물 가교(Peroxide Crosslinking) 22
• 2.6 발포(Foaming) 25
• 2.6.1 물리적 발포 25
• 2.6.2 화학적 발포 26
• 2.7 분석 방법 27
• 2.7.1 분광학적 분석 27
• 2.7.2 기계적 특성 분석 27
• 2.7.3 형태학적 특성 분석 29
• 2.7.4 열적 분석 29- ii -
• III. 실험 30
• 3.1 실험 재료 30
• 3.2 폐 우레탄 폼 전처리 31
• 3.3 배합 공정 31
• 3.4 기계적 특성 35
• 3.4.1 인장강도와 신장률(Tensile strength and Elongation) 35
• 3.4.2 인열강도(Tear strength) 35
• 3.4.3 비중(Specific gravity) 36
• 3.4.4 경도(Hardness) 36
• 3.4.5 영구 압축 변형(Compression set) 36
• 3.5 형태학적 특성 37
• 3.6 열역학적 특성 37
• IV. 결론 및 고찰 38
• 4.1 카본블랙 함량에 따른 영향 38
• 4.1.1 기계적 특성 38
• 4.2.2 겉보기 부피 39
• 4.2 아세틸렌 블랙 함량에 따른 영향 46
• 4.2.1 기계적 특성 46
• 4.2.2 겉보기 부피 47
• 4.3 분쇄 폐 폴리우레탄 폼 함량에 따른 영향 54
• 4.3.1 기계적 특성 54
• 4.3.2 겉보기 부피 55
• 4.4 충전제 별 기계적 특성 비교 62
• 4.5 FT-IR 분석 69
• 4.6 열적 특성 70
• 4.7 형태학적 특성 71
• V. 결론 74- iii -
• 참고문헌 76
• ABSTRACT 81