KR100310985B1 - 정전방지용고무타일조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바닥 장식재로 사용되는 고무 타일에 관한 것으로, 기존의 고무타일이 가지고 있었던 전기 절연체로서의 특징인 높은 전기저항, 약 10¹⁴-10¹⁵Ω · cm, 으로 인한 표면에서의 정전하 축적으로 정전기에 의한 제품의 손상과 작업환경 등의 문제로 전자, 화학, 섬유, 인쇄산업 등의 분야에 바닥재로 사용이 제한되었던 것을 개선하는 효과를 제공하는 것을 특징으로 하는 정전방지용 고무타일 조성물에 관한 것이다.

Description

정전방지용 고무타일 조성물

본 발명은 바닥 장식재로 사용되는 고무 타일에 관한 것으로써, 특히 정전기분산 특성을 가지는 정전방지용 고무타일(바닥재)에 관한 것이다.

일반적으로, 공항, 병원, 학교, 역등 각종 시설물의 바닥재로 사용할 수 있는 고무타일은 염화비닐 등의 열가소성 수지를 사용한 타일이 담배불 등의 열에 의하여 표면이 용해되고 화재시 독성 염소가스 발생 등의 문제가 있는 것에 비하여 고온의 열과 압력하에서 가교 공정에 의한 삼차원의 망상구조를 이루게 되어 불용, 불유의 성질을 갖게되는 특징을 가진다.

또한, 고무가 가지는 탄성특성은 바닥재로 사용할 때 안락한 보행성, 흡음성등을 가지고 있으며 다양한 표면형태로 제작함으로써 수려한 외관 및 미끄럼 방지 기능등도 부여할 수 있다,

이러한 장점을 가진 고무 타일은 보통 천연 고무 및 합성고무에 보강성 충전제로서 클레이(clay), 칼슘 카아보네이트(CaCO₃), 실리카(SiO₂) 등을 사용하여 가교 촉진제, 가교제, 산화방지제 등과 함께 반바리믹서(banbury mixer),가압니더(kneader), 오픈밀(open mill)등에서 혼합하여 쉬트상으로 제조된 미가류 고무를 금형에 넣어 고온 고압의 프레스(press)에서 성형하게 된다. 그리고, 표면형태는 금형에 따라 여러형태로 제조가 가능하며 색상 또한 다양화 할 수 있다.

그러나, 이러한 고무타일은 고무가 가지고 있는 전기 절연특성 즉 높은 전기 저항으로 정전기에 의한 문제가 있었다.

특히 25 - 100볼트의 정전기에도 손상을 입게 되는 전자 정밀 부품의 경우, 사람이 카펫트가 깔린 바닥을 걸을 때 축적되는 것으로 알려져 있는 약 30,000볼트의 정전하는 인체에 치명적일 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 즉, 전기 저항을 감소시켜 정전기의 축적을 방지하기 위한 방법으로 프탈릭에스테르(phthalic ester), 세바식에스테르(sebacic ester), 인산에스테르(phosphoric ester) 등의 가소제 또는 카아본 블랙과 같은 도전성 물질 및 은 분말(silver powder), 구리 분말(copper powder) 등이 금속분말을 플라스틱 재료에 배합하는 기술등이 사용되었으나, 고무타일에 사용된 예는 거의 없으며, 카아본블랙을 사용할 경우는 흑색이외의 다양한 색상을 낼수 없으며, 금속분말 등을 사용할 경우에는 다량의 사용량에 의하여 고무타일이 가져야할 수려한 외관 및 내마모, 잔류 변형 특성등 물리적 특성의 저하 및 고 비중에 의한 제품의 중량 증가에 의한 생산성 및 운송 등의 문제를 야기시킬 수 있다.

본 발명은 이러한 단점을 개선하기 위하여 천연고무 및 합성고무에 다가알코울 중합체와 폴리에틸렌글리콜에티르, 폴리에틸렌글리콜에스테르 및산화나트륨(Na₂O)를 포함하는 실리코알루미네이트계 보강제 및 실란 커플링제를 배합하여 제조한 고무타일용 고무 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 고무조성물은 기존의 고무타일이 가지고 있었던 전기 절연체로서의 특징인 높은 전기저항, 약 10¹⁴-10¹⁵Ω · cm, 으로 인한 표면에서의 정전하 축적으로 정전기에 의한 제품의 손상과 작업환경 등의 문제로 전자, 화학, 섬유, 인쇄산업 등의 분야에 바닥재로 사용이 제한되었던 것을 개선하고자 한다.

그리고, 현재까지의 절연 고분자 물질의 정전 방지특성을 부여하는 방법으로는 프탈릭에스테르(phthalic ester), 세바식에스테르(sebacic ester), 인산에스테르(phosphoric ester) 등의 가소제 또는 카아본 블랙과 같은 도전성 물질 및 은 분말(silver powder), 구리 분말(copper powder) 등의 금속분말을 플라스틱 재료에 배합하는 기술 등이 사용 되었으나, 고무 타일의 경우는 카아본블랙을 사용할 경우는 흑색 이외의 다양한 색상을 낼 수 없어 장식재로서의 사용에 한계가 있으며, 금속분말 등을 사용할 경우는 다량의 사용량에 의하여 고무타일이 가져야할 수려한 외관 및 내마모, 잔류 변형 특성등 물리적 특성의 저하 및 고가의 제품가격 문제를 야기시키고, 고비중에 의한 제품중량 증가에 따른 생산성 및 운송 등의 문제 또한 예상되었다.

이러한 단점을 보완하여 본 발명이 조성물로 제조된 고무 타일은 우수한 정전하 분산성과 고무타일이 바닥재로서 갖추어야 하는 중요한 물리적 성질인 잔류 변형 특성, 우수한 내마모성, 내 스크내치성과 함께 수려한 외관 및 다양한 색상등을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 우수한 정전하 분산특성 즉 정전방지 특성과 고무바닥재로써 갖추어야 하는 중요한 물리적 성질인 잔류 변형 특성, 우수한 내마모성, 내스크내치성과 함께 수려한 외관 및 다양한 색상 등의 특징을 가지는 고무 조성물로써 구성은 기본 고분자 물질로는 합성 고무를 적용하고 있으나 천연고무 또한 사용되어질 수 있다.

사용되는 합성고무는 일반적으로 스타이렌부타디엔 고무, 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 클로로프렌 고무, 우레탄 고무, 부타디엔 고무 등을 들 수 있으며, 이중에서 스타이렌부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 고무, 부타디엔 고무 등을 사용하거나 이들을 블렌드(blend)하여 사용할 경우 보다 우수한 특성을 얻을 수 있다.

또한 고온, 고압의금형을 사용하여 고무 조성물의 구조를 삼차원의 가교 망상 구조로 만들어 열적 특성을 우수하게 하고, 고무가 가지고 있는 고유 특성인 탄성을 부여하기 위하여 가교제, 가교 촉진제가 사용되어 진다.

이와함께 가교를 활성화 하기 위한 가교 활성화제와 노화를 방지하기 위한 산화방지제 및 가공을 원할하게 하기 위한 가공 조제 등도 함께 사용되어질 수 있다.

본 발명의 목적인 고무 타일(바닥재)의 정전 방지 기능을 위하여는에틸렌글리콜, 프로판디올, 그리세롤, 펜타에리트리톨 등 다가알코올의 중합체를 1종 또는 병용 사용및 폴리에틸렌글리콜에스테르 또는 폴리에틸렌 글리콜에테르를 적용하였고, 정전하 분산특성의 증가 및 물성적 측면에서 질소를 이용한 BET 표면적 30 -90㎡/g, 세틸트리메틸암모니움 브로마이드(CTAB) 표면적 20 - 80㎡/g, 평균입도 약 7 - 20㎛ 디옥틸프탈레이트(DOP) 흡수량 130 - 200cc/100g, 수소 이온농도(PH)약 8 - 12의 특성을 가지며,약 5%의산화 나트륨(Na₂O)을 포함하고약 5%의결정수를 포함하는 실리코 알루미네이트계 보강제를 원료고무의 중량% 기준으로 10 - 100중량%, 실란 커플링제를 보강제의 0.1 - 5중량% 기준으로 배합하여 이루어 지는 고무타일용 고무 조성물이다.

실리코 알루미네이트 보강제는 표면에 포함하고 있는 하이드록시(-OH) 그룹과 산화 나트륨의 친전하성에 의하여 절연체적 특성 보다는 전하의 자유도를 증가시키고 저항을 낯추어 전하가 축적되는 것을 방지 하게 되는 것이다.

실란 커플링제는 [(OR)₃SiC_nH_2n]₂Sm, R:메틸(methyl) 또는 에틸(ethyl)기, n:1-5의 정수, 또는 (OR)₃SiC_nH_2nX, R:메틸(methyl) 또는 에틸(ethyl)기, n:1-5의 정수, X는 머캅토(mercapto) 또는 아민기의 화학식으로 구성되어, 무기보강제와 유기 고분자 사이에 작용하여 훈련시 메톡시, 에톡시 그룹이 무기 보강제의 하이드록시(-OH) 그룹과 결합하고, 가교 반응시 황 및 머캅토(mercapto)기 등은 유기 고분자와 결합하게 되어 무기 보강제와 유기 고분자의 결합을 강화시켜 보강성을 향상 시키게 된다.

다가알코올중합체는원료고무에 대하여 1중량% 이하로적용할 경우는 효과를 기대할 수 없었고, 10중량% 이상을 적용할 경우는 첨가량의 증가에 대한 효과가 미미 하였고, 물성의 저하 또한 심하여 적용이 곤란 하였다.

폴리에틸렌글리콜에스테르 또는 폴리에틸렌글리콜에테르의 적용량은 원료 고무 100중량%에 대하여 1 - 20중량% 정도가 적절하였으며, 1 중량%이하로 적용할 경우는 효과를 기대할 수 없었고, 20중량%이상을 적용할 경우는 물성의 저하가 심하여 적용 곤란하였다.

실리코알루미네이크 보강재를 100중량% 이상 적용할 경우는 물성 및 가공상의 문제가 발생하였으며, 10중량% 이하를 적용할 경우는 효과가 미미하였다.

실란커플링제는 5중량% 이상 적용할 경우는 적용량 증가에 의한 만큼 효과가 나타나지 않았고, 0.1 중량% 이하를 적용할 경우는 효과를 기대할 수 없었다.

전술한 바와 같은 정전 방지 특성을 가지는 본 발명의 고무 조성물 실시 예를 표에 나타내었다. 시험편 제작을 위한 고무 조성물은 2리터 반바리(banbury)믹서에서 원료고무, 스테아린산, 산화아연, 산화방지제, 안료, 실리코알루미네이트계 보강제와 커플링제, 다가알코올중합체 및 폴리에틸렌글리콜에테르 등을 첨가하여 약 100 - 120℃의 온도까지 1차 혼련을 실시 하였으며, 오픈 밀(open mill)에서 가교제를 투입하여 2차 혼련후 시트상으로 제조하여 하루 숙성후 155℃ X 7분간 프레스(press)하여 시편을 제작하고 표면 저항 및 정전 분산특성을 나타내는 정전하 소멸시간(static decay time) 등을 측정하였다.

저항의 측정을 위한 시료는 두께 약 2mm, 크기 약 100 X 100mm로 상하 면은요철이 없도록 가공 하였다.

표면저항은 미국재료시험표준(ASTM) D257에 따라 시험을 실시 하였으며, 정전하 소멸시간은 습도 50±2%, 온도 23±1℃에서 25시간 이상 방치후 같은 조건에서 인가 전압(5kV)의 99%가 소멸될 때 까지의 시간을 측정하여 나타내었다.

이하에서 표를 통해 본 발명을 설명하기로 한다.

상기 표에서 알 수 있듯이 다가알코올중합체 및 폴리에틸렌글리콜에스테르를 적용하지 않은 비교예 1과 다가알코올중합체, 폴리에틸렌글리콜에스테르를 적용한 실시예 1,2에서 알 수 있듯이 다가알코올중합체, 폴리에틸렌글리콜에스테르를 적용한 실시예 1,2가 적용하지 않은 비교예 1에 비하여 낮은 전기저항을 나타내어 전기 전도성의 증가를 가져왔으며, 이와 함께 정전하 소멸시간도 짧아진 것을 알 수 있다.

또한 폴리에틸렌글리콜에스테르의 경우가 다가알코올중합체에 비하여 전기저항의 감소 효과가 우세한 것을 알 수 있다.

또한 다가알코올중합체와 폴리에틸렌글리콜에스테르를 병용 사용한 실시예 3과 실시예 1,2를 비교해 보면 다가알코올중합체가 폴리에틸렌글리콜에스테르에 비하여 전기저항 감소 효과가 열세이지만, 폴리에틸렌글리콜에스테르와 병용하여 사용할 경우에는 폴리에틸렌글리콜에스테르와 같은 성능을 나타낸다는 것을 알 수 있다.

이것은 폴리에틸렌글리콜에스테르만을 단독으로 사용하였을 경우 나타나는 경제적 문제, 물성 저하문제 등을 폴리에틸렌 글리콜에스테르와 병용 사용함으로써 나타나는 다가알코올중합체의 전기적 특성 상승효과로 부터 해결할 수 있다는 것을 나타낸다. 실시예 3, 4, 5와 실시예 6, 7, 8을 비교하면 원료 고무로 사용되는 고무에 따라 전기 저항 및 정전하 소멸시간에 영향을 준다는 것을 알 수 있으며, 고분자 주쇄에 극성기를 가지고 있는 것이 비극성 주쇄를 가지고 있는 것 보다 정전 방지에 우수한 특성을 나타내고 있는 것을 알 수 있고, 비극성 주쇄로 이루어진 스타이렌부타디엔 고무와 극성기를 가지고 있는 아크릴로니트릴 고무를 블렌드함으로써 전기저항을 저하시킬 수 있으며, 아크릴로니트릴고무와 스타이렌부타디엔고무와의 상용성 및 블렌드에 의한 저항감소의 폭 및 가격 등을 고려하면 스타이렌부타디엔고무 100중량% 기준 20중량%의 아크릴로니트릴고무의 블랜드로 저항특성의 개선효과를 얻을 수 있었다.

이와함께 카아본블랙 및 금속 분말들을 사용할 경우 제조할 수 있는 색상에 한계 및 물리적 특성 등에 문제가 있었으나 실시예에서 사용된 모든 재료가 가지는 고유색이 만들고자 하는 색상에 거의 영향을 미치지 않으므로 원하는 색상의 제품 제조가 가능하다.

상술한 바와같이 본 발명의 고무조성물은 기존의 고무타일이 가지고 있었던 전기 절연체로서의 특징인 높은 전기저항, 약 10¹⁴-10¹⁵Ω · cm, 으로 인한 표면에서의 정전하 축적으로 정전기에 의한 제품의 손상과 작업환경 등의 문제로 전자, 화학, 섬유 인쇄산업 등의 분야에 바닥재로 사용이 제한되었던 것을 개선하는 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 천연 및 합성고무 또는 이들 한종이상의 블렌드(Blend)로 이루어지며 다가알코올 중합체 1 - 10 중량%, 폴리에틸렌글리콜에스테르 또는 에테르 1 - 20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전방지용 고무 바닥제 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   5%의 산화 나트륨(Na₂O)과 10%의 알루미나(AL₂O₃), 80%의 실리케이트(SiO₂), 5%의 결정수를 포함하는 실리코알루미네이트 보강제를 포함하는 정전 방지용 고무 바닥재 조성물.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   [(OR)₃SiC_nH_2n]₂Sm, R:메틸(methyl) 또는 에틸(ethyl)기, n:1-5의 정수, 또는 (OR)₃SiC_nH_2nX, R:메틸(methyl)는 에틸(ethyl)기, n:1-5의 정수, X는 머캅토(mercapto) 또는 아민기의 일반식으로 나타내어 지는 실란 커플링제를 실리코 알루미네이트 기준 0.1 - 5중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 방지용 고무 타일 조성물.