KR100390649B1

KR100390649B1 - 유색 도전성 고무 조성물 및 이로 이루어진 바닥재

Info

Publication number: KR100390649B1
Application number: KR10-1999-0043653A
Authority: KR
Inventors: 김도현; 이정희; 손호성; 이경원; 황선호
Original assignee: 엘지전선 주식회사
Priority date: 1999-10-09
Filing date: 1999-10-09
Publication date: 2003-07-07
Also published as: KR20010036576A

Abstract

본 발명은 도전성 고무 조성물에 관한 것으로써, 특히 카본 블랙의 투입을 배제하여 다양한 색상을 부여할 수 있으면서도 도전성을 지니는 유색 도전성 고무 조성물에 관한 것이다. 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 천연고무와 합성고무, 특히 NBR 단독 또는 한 종 이상의 블렌드로 이루어지며 과염소산화물과 극성 유기용제를 함유하거나, 또는 이에 보조용제로서 폴리에틸렌 글리콜 유도체를 병용하는 유색 도전성 고무 조성물로 되며, 원료 고무 100 중량부에 대하여 과염소산화물 5∼20 중량부, 극성 유기용제 10∼40 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 유기체 5∼30 중량부를 포함한다. 상기 과염소산화물은 알칼리 금속의 양이온과 할로겐족 또는 그 산화체의 음이온으로 구성된 것을 포함하고, 상기 극성 유기용제는 분자간 또는 분자내 수소결합이 가능한 액체로 유전상수 70 이상, 비점 80℃ 이상의 특징을 가진 것을 포함한다. 그리고 폴리에틸렌 글리콜 유도체는 분자 말단에 히드록시, 에테르, 에스테르 등의 기능기를 가지며 분자량 50∼1000 사이의 분포를 갖는 것을 포함한다. 본 발명은 또한 NBR 단독으로 구성되거나 상기 NBR에 대하여 SBR이 블렌드된 베이스레진 100 중량부에 대하여, 과염소산화물 5 ~ 20 중량부 및 극성 유기용제로서 분자간 또는 분자내 수소결합이 가능한 유전상수 70 이상, 비점 80℃ 이상인 감마-부티로랙톤 10 ~ 40 중량부로 이루어지고, 보조 용제로서 분자 말단에 히드록시기, 에테르기 또는 에스테르기를 가지며 분자량이 50 ~ 1000인 폴리에틸렌 글리콜 유도체 5 ~ 30 중량부가 첨가되는 것을 특징으로 하는 유색 도전성 고무 조성물로 이루어진 바닥재에 관한 것이다.

Description

유색 도전성 고무 조성물 및 이로 이루어진 바닥재 {COMPOSITES FOR COLOR CONDUCTIVE RUBBER AND FLOOR MATERIAL FORMED OF THEM}

본 발명은 도전성 고무 조성물 및 이로 이루어진 바닥재에 관한 것으로써, 특히 카본 블랙의 투입을 배제하여 다양한 색상을 부여할 수 있으면서도 도전성을 지니는 유색 도전성 고무 조성물 및 이로 이루어진 바닥재에 관한 것이다.

본 발명은 도전성을 지니는 고무 조성물 및 이로 이루어진 바닥재에 관한 것으로써, 특히 미세한 정전하 분산에 요구되는 도전성을 가지는 동시에 여러 가지 색상의 부여가 가능한 유색 도전성 고무 조성물 및 이로 이루어진 바닥재에 관한 것이다.

일반적으로 가교 또는 가황이 가능하며 탄성을 지니는 고분자 재료를 통칭하는 고무 재료는 가황공정에 의한 입체 망상 구조를 지니므로 마모특성과 내변형성, 내화학성, 내화성, 내열성, 전기 절연성 등의 다양한 물성이 우수하며 자체의 점탄성 특성에 의해 뛰어난 형태 안정성과 미끄럼 방지(non-slip) 특성 및 흡음성 등을 가지므로 각종 첨단 제품에서의 그 용도 및 수요가 늘어나고 있는 형편이다.

그러나, 이러한 고무재료는 재료 자체가 가지고 있는 절연 특성으로 인해 정전하의 분산이 어려운 관계로 컴퓨터 등 정밀 기기 제품이 생산되거나 사용되는 장소에서의 사용은 곤란하였다. 정전기로 인한 피해는 크게 봐서 청정이 요구되는 생산 공정중의 각종 설비 및 원재료, 반제품, 제품, 작업자 등으로의 분진 부착과 같은 즉발적인 피해와 컴퓨터, 캐드(CAD), 전자 제어기의 오동작과 시스템 기능 저하 등과 같은 잠재적인 피해의 두 가지로 나눌 수 있으며, 이로 인한 생산 및 실무 현장에서의 영향은 매우 크다.

뿐만 아니라 반도체, 광섬유, 액정 디스플레이 등의 허용 전력이 비교적 작은 정밀 전자 제품의 생산 공정에 있어서의 이러한 정전기로 인한 피해는 보다 심각하여 아주 미세한 정전하에 의해서도 불량품 양산 및 생산 중단까지 야기될 수 있다.

이러한 정전기에 의한 피해를 방지하기 위해서 그 동안 고무재료에 전도성 카본 블랙을 첨가하여 그 절연 저항을 감소시키는 방식이 일반적으로 사용되어 왔으나, 이는 제품의 색상을 흑색 또는 회색계열로 한정시킨다는 단점을 지닌다.

그리고 고무재료는 여러 가지 우수한 기계적 특성 및 자체의 점탄성 특성으로 점차 첨단 산업에서의 그 수요가 증대되고 있으나, 그 재료 자체의 높은 전기 절연성으로 인하여 표면에 많은 정전하가 축적되기 쉽다는 단점을 가져 특히 시설물에 컴퓨터와 같은 정밀 제어 기기가 사용되어지는 경우 또는 정밀 전자 제품을 생산하는 경우와 같이 인체 및 기기로의 미세한 정전하 발생이 심각한 문제를 발생시킬 수 있는 경우에는 사용이 곤란하였다.

그 동안 이러한 문제점을 극복하기 위해서 고무재료에 전도성 충전제로 카본 블랙이나 산화 티타늄(TiO₂), 산화 아연(ZnO)과 같은 분말을 첨가하여 그 절연 저항을 낮추는 다양한 방식이 제시되어 왔는데, 이는 대부분 다량의 고체 충전제를 첨가하는 방식으로 최종 고무 제품의 물성을 원하는 대로 얻기가 어렵다는 단점이 있으며, 특히 가장 일반적으로 합성수지 및 고무재료에 도전성을 부여하기 위해서는 도전성 충전제로서 카본 블랙을 배합하는 방식이 널리 사용되어 왔으나 이는 공정상 열악한 작업환경을 야기할 뿐 아니라 도전성을 부여하기 위해서는 카본 블랙을 다량 배합하여야 하므로 고무제품의 색상이 검은색 계열로 한정된다는 취약점을 나타낸다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 고무 재료에 카본 블랙의 투입을 배제하여 자유로운 색상 표현이 가능하도록 카본 블랙의 투입을 배제하는 동시에 도전 기능을 부여하고자 하였다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 천연 고무와 합성 고무 특히 NBR 단독 또는 한 종 이상의 블렌드로 이루어지며 과염소산화물과 극성 유기 용제를 함유하거나, 또는 이에 보조 용제로서 폴리에틸렌 글리콜 유도체를 병용하는 유색 도전성 고무조성물로 되며, 원료 고무 100 중량부에 대하여 과염소산화물 5∼20 중량부, 극성 유기용제 10∼40 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 유기체 5∼30 중량부를 포함한다,

상기 과염소산화물은 알칼리 금속의 양이온과 할로겐족 또는 그 산화체의 음이온으로 구성된 것을 포함하고, 상기 극성 유기용제는 분자간 또는 분자내 수소결합이 가능한 액체로 유전상수 70 이상, 비점 80℃ 이상의 특징을 가진 것을 포함한다.

그리고 폴리에틸렌 글리콜 유도체는 분자 말단에 히드록시, 에테르, 에스테르 등의 기능기를 가지며 분자량 50∼1000 사이의 분포를 갖는 것을 포함한다.

또한 NBR 단독으로 구성되거나 상기 NBR에 대하여 SBR이 블렌드된 베이스레진 100 중량부에 대하여, 과염소산화물 5 ~ 20 중량부 및 극성 유기용제로서 분자간 또는 분자내 수소결합이 가능한 유전상수 70 이상, 비점 80℃ 이상인 감마-부티로랙톤 10 ~ 40 중량부로 이루어지고, 보조 용제로서 분자 말단에 히드록시기, 에테르기 또는 에스테르기를 가지며 분자량이 50 ~ 1000인 폴리에틸렌 글리콜 유도체 5 ~ 30 중량부가 첨가된 유색 도전성 고무 조성물로 이루어져 특히 자유로운 색상 표현이 가능하도록 한 바닥재를 특징으로 한다.

이하에서 본 발명을 바람직한 실시예의 첨부된 도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

컴파운드의 베이스 레진은 천연고무 및 합성고무 특히 보다 나은 전기적 특성의 구현을 위해서 NBR을 단독 또는 블렌딩하여 사용하고, 도전성 충전제로는 원료고무 100 중량부에 대하여 과염소산화물 5 ~ 20 중량부, 극성 유기용제인 감마-부티로랙톤 10 ~ 40 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 유도체 5 ~ 30 중량부, 기타 무기 충전제로는 실리코 알루미네이트, 하드 클레이를 첨가할 수 있다.과염소산화물이 5 중량부 미만인 경우에는 도전 효과를 기대하기 어렵고, 20 중량부를 초과할 경우에는 반바리 믹서 및 오픈롤에서의 점착성 증대로 인한 가공성 저하와 기계적 물성의 저하를 초래하게 된다.감마-부티로랙톤이 10 중량부 미만인 경우에는 과염소산화물을 해리시키지 못해 전도성의 향상을 기대하기 어렵고, 40 중량부를 초과하는 경우에는 컴파운드의 점착성를 현저히 증가시켜 가공성을 저하시키고 기계적 물성 역시 감소시킨다.폴리에틸렌 글리콜 유도체가 30 중량부를 초과한 경우에는 고무 타일에서 중요한 특성 중의 하나인 내마모 특성이 현저히 작용하게 되며, 5 중량부 미만인 경우에는 도전 효과를 기대하기가 어렵다.

또한 실란 커플링제를 사용하여 무기 충전제 표면의 히드록시 그룹과 유기 고분자 사이의 화학적 상용성을 증대시켜 보강성을 향상시키게 한다. 여기에 스테아린산, 산화아연, 가공조제(Aromatic & Allopathic Hydrocarbon) 등을 소량 첨가하고 백색안료인 산화티타늄(TiO₂) 및 기타 다양한 유색 안료들을 소량 첨가할 수 있으며, 가교반응에 필요한 황(Sulphur) 혹은 가교 촉진제와 가교 지연제 등을 첨가할 수 있다.

본 발명의 주된 목적인 가황고무의 도전 기능을 위해서는 과염소산화물을 원료 고무의 중량부 기준으로 5∼20 중량부 사용하였고, 과염소산화물의 고무 매트릭스내 분산 및 전해를 위해 극성 유기용제를 10~40 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 유도체를 5∼30 중량부 사용하였으며 보강성 증대를 위한 무기 충전제로써 약 5% 내외의 산화나트륨(Na₂O)과 약 5% 내외의 결정수를 포함하는 실리콘 알루미네이트계 보강제를 20∼150 중량부, 하드클레이를 5∼40 중량부, 실란 커플링제를 보강제의 0.1∼7 중량부 배합하였다.

기타첨가제인 스테아린산, 산화아연, 가공조제 (Aromatic & Allopathic Hydrocarbon) 등은 각각 0.1∼10 중량부로 첨가하였다. 백색 안료인 산화티타늄 (TiO₂) 및 유색안료 등은 0.1∼20 중량부로 첨가하였다. 가교제로는 황 0.1∼5 중량부 혹은 부가적으로 가교촉진제인 엔-터셔리부틸벤조치아질 술펜아미드(Nt-butyl -benzothiazyl sulfenamide) 및 징크 디에틸-디치오카바메이트(Zinc diethyl-dith iocarbamate) 등을 0.1∼5 중량부 첨가하였다.

이상과 같은 본 발명을 실시예에 의해 설명한다.

도전성 고무조성물 제조를 위한 혼련작업 및 가교공정을 요약하면 다음과 같다.

황과 가교촉진제 및 가교지연제를 제외한 각종 배합제들을 시험용 반바리 믹서(Banbury Mixer)에서 5∼7분간 1차 혼련을 실시한 뒤 믹싱롤(Mixing Roll)을 사용하여 약 15분간 2차 혼련을 하면서 가교제를 첨가한 후 프레스가공에 적절한 크기의 쉬트를 제조하였다.

최소 24시간이 경과한 후 프레스작업을 통해 155℃에서 7분간 가교시켜 쉬트상 시료를 제작한 뒤 48시간후 물성 시험을 실시하였다.

이후 체적 저항률(Volume Resistivity) 및 point to point 저항, 그리고 정전하 소멸 시간(decay dime)을 측정하였다.

체적 저항률(Volume Resistivity)은 ASTM D257에 의거하여 120 × 120 × 2.4(㎜)크기의 시편을 제작하여 측정하였고, 정전하 소멸시간은 습도 50±2%, 온도 23±1℃에서 24시간 이상 방치 후, 인가 전압(5kV)의 99%가 소멸될 때까지의 시간을 ETS static decay meter(Model 406C)로 측정하여 나타내었다.

Point to point 저항은 두 전극을 사용하여 쉬트상에서 일정 지점간하였의 표면 저항을 측정하는 것으로서 시편상태가 아닌 실제로 사용되는 제품상태에서의 정황을 측정하는 방법으로 측정 장비로는 3M의 701 test kit(megohmeter)를 사용하였으며, 측정규격은 NFPA 99에 의거하여 시행하였다.

마모량은 DIN 53516과 ASTM C501에 준하여 측정하였으며 비탄성 유리질로 제조한 H-22 재질의 그라인딩 휠(Grinding Wheel)을 장착한 테버형(Taber-type) 시험기를 사용하여 하중 1000g, 70rpm의 조건으로 1000cycle이 지난 후의 마모된 고무량으로 계산하였다.

이와 같은 각종 시험들을 실시한 결과 아래 표에서 알 수 있듯이 전도성 충전제로서 과염소산화물을 사용한 실시예 1, 2를 각각 비교예 1, 2와 살펴보면, 비교예에 비하여 낮은 전기 저항과 정전하 소멸 시간을 나타내며 동시에 도전성 카본 블랙을 사용한 비교예 3과는 달리 색상 부여가 용이하였다.

본 발명에서 카본 블랙 대신에 도전성 충전제로써 사용된 과염소산화물중 하나인 LiCIO₄(Lithium perchlorate)의 작동원리를 살펴보면, 일단 극성 유기용제로 사용한 γ-부티로렉톤이 고무 매트릭스에 대한 가소제로 작용하여 분자간 결합을 이완시킨뒤

LiCIO₄+ 용제 → Li⁺+ CIO₄ ^-+ 용제 - △Q

와 같이 과염소산화물이 극성 유기용제에 의해 해리되면서 고무 매트릭스 전체에 분산되어 도전성을 부여하게 된다.

이때, 과염소산화물의 적용량은 원료고무 100 중량부에 대하여 5 중량부가 적당하였으며 극성 유기용제의 사용량은 과염소산화물 1중량부에 대하여 5 중량부가 적당하였다.

그리고, 비교예 1, 2와 실시예 1, 2에 나타난 바와 같이 보다 우수한 도전성을 구현하기 위해서는 원료고무로써 그 분자구조 내에 극성기를 포함하는 NBR을 사용하는 것이 좋으나 NBR만을 사용한 실시예 2의 경우에 있어 앞서와 같은 점착성 문제뿐만 아니라, 프레스 성형후 내마모성 및 스크래치 발생 등 기타 물성에서도 문제점을 나타내었으며, 이는 실시예 3과 같이 도전성의 큰 저하를 일으키지 않는 범위내에서 SBR을 블렌딩하여 상당히 개선할 수 있다.

실제로 이와 같은 블렌딩의 경우 NBR 1 중량부에 대하여 0.5 중량부 이하의 SBR을 사용하였을 시에 전기 저항값(체적 저항률 및 Point to point 저항)의 변화가 거의 일어나지 않았으며 이를 실시예 3과 4에 나타난다.

또한 폴리에틸렌 글리콜 유도체를 극성 유기용제의 하나인 γ-부티로랙톤과 병용하여 과염소산화물의 용제로 사용한 실시예 4를 살펴보면 γ-부티로랙톤만을 용제로 사용한 실시예 3에 비하여 보다 낮은 최종 성형후의 전기 저항값(체적 저항률 및 Point to point 저항)을 나타내며, 이 경우 폴리에틸렌 글리콜 유도체의 첨가량이 증가됨에 따라 도전성은 증대되나 가공시의 점착성 증대, 내마모성 및 스크래치 등의 물성 저하 등을 고려하면 그 사용량은 원료 고무 100 중량부에 대하여 5∼30 중량부가 적절하다.

	비교예	실시예
	1	2	3	1	2	3	4
SBR	100	-	-	100	-	20	20
NBR	-	100	100	-	100	80	80
스테아린산	1	1	1	1	1	1	1
산화아연	5	5	5	5	5	5	5
가공조제	8	8	8	8	8	8	8
TiO₂	2	2	2	2	2	2	2
황	2	2	2	2	2	2	2
하드 클레이	20	20	20	20	20	20	20
실리코알루미네이트 보강제	80	80	80	80	80	80	80
실란 커플링제	1	1	1	1	1	1	1
LiClO₄/γ-Butyrolactone	-	-	-	30	30	30	30
폴리 에틸렌 글리콜 유도체	-	-	-	-	-	-	10
전도성 카본 블랙	-	-	30	-	-	-	-
색상	백색	백색	흑색	백색	백색	백색	백색
특성치	체적고유저항(Ωcm^-1)	7.0×10¹⁴	3.0×10¹¹	2.0×10⁷	3.2×10¹⁰	3.1×10⁷	3.5×10⁷	1.1×10⁷
	point to point 저항(Ω)	5.0×10¹⁴	2.0×10¹¹	5.0×10⁵	8.5×10⁹	7.2×10⁵	9.6×10⁵	1.5×10⁵
	정전하 소멸시간 (sec)	14.5	1.1	0.01	0.35	0.01	0.01	0.01
마모량(g/kCycle)	0.65	0.95	0.97	0.73	1.07	0.79	0.84

이상과 같은 본 발명은 체적 고유저항과 point to point 저항, 정전하 소멸 시간 및 마모량의 특성치가 모두 양호하면서, 다양한 색상의 구현이 가능한 조성물 및 이를 이용한 바닥재를 제공하는 효과가 있다.

Claims

NBR 단독으로 구성되거나 상기 NBR에 대하여 SBR이 블렌드된 베이스레진 100 중량부에 대하여, 과염소산화물 5 ~ 20 중량부 및 극성 유기용제로서 감마-부티로랙톤 10 ~ 40 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유색 도전성 고무조성물.
제 1 항에 있어서, 보조 용제로서 폴리에틸렌 글리콜 유도체 5 ~ 30 중량부가 더 첨가되어 구성되는 것을 특징으로 하는 유색 도전성 고무조성물.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 감마-부티로랙톤은 분자간 또는 분자내 수소결합이 가능한 액체로 유전상수 70 이상, 비점 80℃ 이상인 것을 특징으로 하는 유색 도전성 고무조성물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 글리콜 유도체는 분자 말단에 히드록시기, 에테르기 또는 에스테르기를 가지며, 분자량이 50 ~ 1000인 것을 특징으로 하는 유색 도전성 고무조성물.
NBR 단독으로 구성되거나 상기 NBR에 대하여 SBR이 블렌드된 베이스레진 100 중량부에 대하여, 과염소산화물 5 ~ 20 중량부 및 극성 유기용제로서 분자간 또는 분자내 수소결합이 가능한 유전상수 70 이상, 비점 80℃ 이상인 감마-부티로랙톤 10 ~ 40 중량부로 이루어지고, 보조 용제로서 분자 말단에 히드록시기, 에테르기 또는 에스테르기를 가지며 분자량이 50 ~ 1000인 폴리에틸렌 글리콜 유도체 5 ~ 30 중량부가 첨가되는 것을 특징으로 하는 유색 도전성 고무 조성물로 이루어진 바닥재.