MMT incorporated PP/EPDM nanocomposite TPV : degree of cure and domain size control for resilience performance enhancement

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Elastomers with high resilience has been explored in many applications. Especially for automobile industry, thermoset elastomers including ethylene propylene diene monomer (EPDM) has been widely used for components requiring high resilience. As a type of the thermoplastic elastomers (TPE), thermoplastic vulcanizate (TPV) can be synthesized during continuous process using reactive extruder, thus facilitating massive production of TPV. Although the usage of TPV such as polypropylene (PP)/EPDM is increasing with the advantages of weight reduction and recycling, their low resilience still hampers the practical applications. Herein, montmorillonite (MMT) and MA-g-EP(D)M, as compatibilizer, were incorporated in PP/EPDM nanocomposite TPV to overcome the elastic limitation of TPE. Morphological analysis was used to interpret permanent deformation mechanism of the TPV. At compression set test as indication of TPV’s resilience, the nanocomposite TPV exhibited improved elastic recovery (compression set = 42.04%) than TPVs without filler (compression set = 47.87%). Capturing MMT in EPDM phase through 3-step process improved the resilience of EPDM particles via increasing degree of cure. Simultaneously, average size of rubber particles decreased from 0.86 to 0.51 μm by inducing big torque difference at initial dynamic vulcanization. The developed nanocomposite TPVs and preparation process have enormous potential and provide significant insight in polymer blends further extending the materials application spectrum.

국문 초록 (Abstract)

높은 회복력을 가지는 탄성체는 많은 분야에서 사용된다. 특히 자동차 산업에선, 에틸렌 프로필렌 다이엔 모노머과 같은 열경화성 탄성체를 높은 탄성 회복력이 요구되는 부품에 사용 중이다. 열가소성 탄성체의 한 종류로, 열가소성 동적 가교제품은 반응 압출기와 같은 연속공정을 통해 합성이 가능하므로, 열가소성 동적 가교제품의 대량생산을 가능하게 한다. 폴리프로필렌/에틸렌 프로필렌 다이엔 모노머와 같은 열가소성 동적 가교제품은 경량화와 재사용이 가능하다는 장점이 있어 그 사용량이 증가하고 있으나, 열가소성 동적 가교제품의 부족한 탄성 회복력은 더 많은 실용적인 적용을 불가능하게 한다. 따라서, 상용화제인 무수말레산이 그래프트된 에틸렌 프로필렌 (다이엔) 모노머와 몬모릴로나이트를 이용하여 열가소성 동적 가교제품의 낮은 탄성 회복력을 개선하고자 한다. 탄성 회복력의 지표인 영구 압축 줄음률 시험을 통해 열가소성 동적 가교제품의 영구 압축 줄음률이 47.87에서 42.04%까지 줄어듦을 확인하였다. 3단계 열가소성 동적 가교제품 제조 과정을 통해 몬모릴로나이트를 고무상에 붙잡아 놓음으로써 고무상의 탄성 회복력을 증대하였다. 이와 동시에 동적 가교의 초기에 돌림힘의 큰 차이를 유도하여 고무상의 평균 크기를 0.86에서 0.51 마이크로 미터로 감소시켰다. 열가소성 동적 가교제품의 나노 복합재료 도입을 통한 탄성 회복력 개선과 제시한 분석은 고분자 블렌드를 이해하는데 중요한 방법이 될 것이며, 더 나아가 열가소성 동적 가교제품의 활용 방법을 넓히는데 도움이 될 것이다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract 1
• Chapter 1: Introduction 3
• 1.1 Object of this study 3
• 1.2 Background 7
• 1.2.1 Glass-run in automobile 7
• 1.2.2 Ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber 10
• 1.2.3 Thermoplastic vulcanizate 13
• Chapter 2: Experimental 16
• 2.1 Materials 16
• 2.2 Preparation of PP/EPDM nanocomposite TPVs 17
• 2.3 Characterization 19
• Chapter 3: Results and discussion 21
• 3.1 Torque changes of the PP/EPDM nanocomposite TPVs during dynamic vulcanization 21
• 3.2. Morphology structure 26
• 3.3. Size reduction of EPDM particles 28
• 3.4. Degree of crosslinking of PP/EPDM nanocomposite TPVs through swelling test 32
• 3.5. Morphological analysis through fracture surfaces of PP/EPDM nanocomposite TPVs and location of residual MMT Na+ 35
• 3.6. Resilience of PP/EPDM nanocomposite TPVs 38
• 3.7. Mechanical properties and hardness of TPV 42
• Chapter 4: Conclusion 46
• References 47
• 논문 요약 50