개요
EPDM(에틸렌-프로필렌-다이엔 모노머) 고무는 뛰어난 오존, 내열성 및 내후성을 갖추고 있어 자동차 씰, 웨더스트립, 호스, 벨트, 지붕용 막, 전선 절연재 등에 널리 사용됩니다. 디엔 고무(NR, SBR)와 달리 EPDM은 유황 및 과산화물 시스템 모두를 사용하여 가황할 수 있지만, 과산화물 경화 방식이 열 노화 및 압축 영구 변형 특성에 있어 더 뛰어난 성능을 제공합니다.
전 세계 EPDM 시장은 연간 140만 톤을 초과하며, 과산화물 가황 EPDM은 전체 소비량의 약 40%를 차지하고 있으며, 특히 고온에서 긴 수명이 요구되는 자동차 및 산업용 분야에서 널리 사용됩니다.
화학적 메커니즘
EPDM의 과산화물 가교 반응은 다음 세 가지 주요 단계를 거칩니다:
- 분해: 디쿠밀 과산화물(DCP)은 150~180°C에서 열분해되어 쿠밀옥시 라디칼을 생성하며, 이 라디칼은 β-절단 반응을 거쳐 메틸 라디칼을 형성합니다.
- 수소 추출: 메틸 라디칼은 중합체 골격에서 수소 원자를 추출하여 중합체 거대 라디칼을 생성합니다.
- 가교 형성: 두 개의 거대 라디칼이 결합하여 탄소-탄소 가교(C-C 결합)를 형성하며, 이는 황 가교(C-S 또는 S-S 결합)보다 열적 안정성이 더 높습니다.
EPDM의 디엔 성분(일반적으로 ENB — 5-에틸리덴-2-노르보르네, 또는 DCPD — 디사이클로펜타디엔)은 더 쉽게 추출되는 알릴 수소를 제공하여 가교를 촉진합니다. ENB-EPDM은 DCPD-EPDM보다 과산화물 가교가 더 용이합니다.
제품 권장 사항
| 제품 | 화학명 | CAS 번호 | 활성 산소(O) % | 최적 용도 |
|---|---|---|---|---|
| 페록사이드 DCP | 디쿠밀 퍼옥사이드 | 80-43-3 | 5.92 | 표준 EPDM 경화, 범용 |
| 페로독스 14S | 실리카 지지체에 부착된 DCP (40%) | 80-43-3 | 2.37 | 무분진 취급, 분산성 향상 |
| 페로독스 BIPB | 비스(tert-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠 | 2212-81-9 | 9.45 | 저취 EPDM, 자동차 내장재 |
| 페로독스 101 | 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산 | 78-63-7 | 11.02 | 고온용 EPDM, 과산화물 블렌드 |
| 페로독스 14-40B | 폴리머 결합 캐리어에 함유된 DCP 40% | 80-43-3 | 2.37 | EPDM 스폰지/폼, 제어된 가스 방출 |
비교: EPDM의 과산화물 가황과 유황 가황
| 특성 | 과산화물 (DCP) | 황 가황 시스템 |
|---|---|---|
| 가교 결합 유형 | C-C (열적 안정성 있음) | C-S, S-S (안정성이 낮음) |
| 최대 사용 온도 | 150–175°C | 120~150°C |
| 압축 영구 변형률 (70시간/150°C) | 15~25% | 35~50% |
| 열 노화 (168시간/150°C) | 탁월 | 양호 |
| 인열 강도 | 보통 | 양호 |
| 인열 강도 | 보통 | 높음 |
| 색상 안정성 | 탁월함 (흰색/밝은 색) | 나쁨 (유황 블룸) |
| 냄새 | DCP: 뚜렷함; BIPB: 미미함 | 유황 냄새 |
| 비용 | 높음 | 낮음 |
사례 연구: 자동차 웨더스트립 성능 향상
한 자동차 씰링 시스템 공급업체는 125°C에서 500시간 경과 후 EPDM 웨더스트립에서 조기 압축 영구 변형 결함이 발생하여 OEM 사양(1000시간/125°C 후 영구 변형률 40% 미만을 요구하는 VW TL 52345)을 충족하지 못했습니다. 기존의 유황 가황 EPDM 컴파운드는 열적 요구 사항을 충족할 수 없었습니다.
해결책: Do Sender Chem은 3 phr의 TMPTA(트리메틸올프로판 트리아크릴레이트) 보조제를 함유한 Perodox BIPB(저취) 과산화수소 시스템으로 전환할 것을 권장했습니다. 조성물은 다음과 같았습니다: EPDM (70:30 ENB/DCPD), 5 phr BIPB, 3 phr TMPTA, 80 phr N550 카본 블랙, 70 phr 파라핀유.
결과:
- 1000시간/125°C 후 압축 영구 변형률: 22% (황계 시스템의 48% 대비)
- 열노화 후 인장 강도 유지율: 95% (기존 75%에서 향상)
- VW TL 52345 규격 통과
- 차량 실내 테스트에서 과산화물 냄새 미검출
보조제 선정 가이드
보조제는 과산화물과 함께 사용 시 가교 밀도와 물리적 특성을 획기적으로 향상시킵니다: TMPTA(트리메틸올프로판 트리아크릴레이트) — 전반적으로 가장 우수하며, 경도와 탄성 계수를 향상시킵니다; TAC(트리아릴 시아누레이트) — 고온 용도에 탁월함; ZDA(아연 디아크릴레이트) — 금속 접착력 및 인열 강도를 향상시킴; m-페닐렌 비스말레이미드 — 가교 밀도가 가장 높으나 신장률을 감소시킬 수 있음. 최적의 보조제 첨가량은 일반적으로 1~5 phr입니다. 당사의 기술팀은 귀사의 특정 EPDM 등급 및 용도에 맞는 이상적인 과산화물/보조제 조합을 추천해 드릴 수 있습니다.