KR100394547B1 - 이피디엠(epdm)고무의 물성을 향상시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기산과 금속 산화물의 중합반응을 이용한 이피디엠(EPDM) 고무의 물성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

불포화도가 적은 이피디엠(EPDM) 고무 조성물의 과산화물 가황시 동적 탄성율(E')의 증가에 따른 내열성, 내굴곡성, 내마모성, 고(高)인장강도, 고(高)모듈러스 및 섬유재료와 이피디엠(EPDM) 고무 조성물간의 접착력을 향상시키므로서 기존의 점착부여제 및 보강제 첨가보다 더 우수한 효과를 보이는 이피디엠(EPDM) 고무의 물성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

종래의 이피디엠(EPDM) 고무 조성물의 경우 동적 탄성율(E')이 낮으며 섬유재료와 이피디엠(EPDM) 고무 조성물간의 접착력 저하 및 저(低)인장강도, 저(低)모듈러스 등의 문제점으로 인해 그 적용 범위가 제한되어 왔었다.

고무 조성물의 가황계로는 유황 가황계를 이용하였으나 탄성율 저하, 저(低)인장강도 및 내열성의 문제뿐만 아니라 정적 및 동적 접착력 저하로 그 사용범위가 제한되어 왔었다.

이런 문제점을 개선하는 방안으로 미가황 이피디엠(EPDM) 고무에 금속산화물과 유기산을 첨가 혼련 및 가황처리 공정에서 금속산화물과 유기산의 중합반응으로 EPDM 고무의 물성을 향상시키는 방법이라 할 수 있다.

Description

이피디엠(EPDM)고무의 물성을 향상시키는 방법{THE METHOD OF IMPROVING PROPERTIES OF EPDM RUBBER}

본 발명은 전동용고무벨트, 운반용콘베어벨트, 타이어 등 고온, 저온, 변형 운동이 큰 가혹한 사용조건이 요구되는 산업용 고무제품의 수명을 향상시킬 수 있는 EPDM 고무의 물성을 개량하는 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 일정량의 EPDM 고무의 각각에 유기산과 금속산화물을 별도로 첨가 유기과산화물 가황시 유기산과 금속산화물간의 중합반응을 이용하여 EPDM 고무 조성물의 동적물성의 증가 즉 동적탄성율(E')의 증가에 따른 내열성, 내굴곡성, 내마모성, 인장강도, 모듈러스의 향상과 섬유재료와 EPDM 고무 조성물간의 접착력을 향상시키므로서 기존의 점착부여제 및 보강제 등을 첨가한 EPDM 고무보다 물성면에서 우수한 효과를 보이는 EPDM 고무의 물성을 향상시키는 방법에 관한 기술분야라 할 수 있다.

종래에 전동용 고무벨트나 운반용 콘베어벨트, 타이어등 가혹한 사용조건이 요구되는 산업용 고무제품의 용도로는 스치렌-부타디인고무, 클로로프렌 고무가 주로 사용되어 왔으나 저온 및 고온 분위기하의 사용시 열경화에 의한 조기 클랙 발생의 문제가 야기됨에 따라 내열성과 내한성이 우수한 고무가 요구되고 또한 이와같은 물성의 향상을 위하여 연구되어 왔다.

그 중에서도 할로겐 화합물을 함유한 클로로프렌, 에이씨에스엠(ACSM)등은 저온 및 고온분위기 하에서 응집에너지가 증가하고 고무탄성의 저하가 일어나는 반면 주쇄에 이중결합이 없는 EPDM 고무는 종래의 문제점을 해결할 수 있는 큰 가능성을 갖는 고무로 등장하게 되었다.

그러나 EPDM 고무는 보강섬유재료, 즉 폴리에스테르섬유, 나이론, 아라미드등과 EPDM 고무 조성물간의 접착력 저하로 인해 그 용도가 제한되어 왔고 경화형의 노화를 나타내며 신장의 감소가 심한 물성 등으로 개량의 여지가 남게 된다.

EPDM은 유황으로 가황 할 수 있도록 불포화결합을 가진 제 3성분(예를들면 디엔류)을 에치렌과 프로피렌과 함께 공중합시킨 3원 공중합체로서 현재 이것이 주류가 되어 있고 제 3성분의 종류에 충진제, 가황촉진제, 보강제에 따라 가황속도, 브렌드성 물성 등의 차이를 나타내는데 불포화기가 주쇄가 아니라 측새이므로 내오존성, 내후성이 우수하다.

그러나 상기와 같은 종래의 이피디엠 고무 조성물의 경우 일반적으로 동적탄성률이 낮으며 섬유재료와 이피디엠 고무조성물 간의 접착력 저하 및 저인장강도, 저모듈러스 등의 문제점이 있고, 특히 유황가황계를 이용하므로서 탄성율저하, 낮은 인장강도 등의 문제점이 있고 정적 동적 접착력 저하로 그 사용범위가 제한되어 왔다.

본 발명은 이피디엠 고무 조성물의 유기산화물 가황시 동적탄성율(E')의 증가에 따른 내열성 향상과 섬유재료, 즉 폴리에스테르(polyester), 나이론(nylor), 아라미드(aramid)등과의 접착력 및 고모듈러스 등의 정적 및 동적 물성향상을 위해 EPDM 고무에 유기산과 금속산화물을 첨가하여 혼련 및 가황공정을 통해 유기산과 금속산화물의 중합반응을 이용하여 이피디엠 고무의 물성을 향상시키는 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 일정량의 EPDM 고무의 각각에 유기산과 금속산화물을 첨가 혼련 공정 및 가류공정에서 유기산과 금속산화물의 중합반응으로 EPDM 고무의 물성을 향상시키는 방법 특히 접착성과 인장강도를 크게 향상시키는 방법이라 할 수 있다.

좀더 구체적으로 설명하면 온도, 속도 및 시간을 조절할 수 있는 밴버리혼련기에서 1차적으로 EPDM 고무 50중량부에 금속산화물(ZnO) 1-40중량부를 50-100℃ 범위를 유지하면서 2-3분간 혼련시킨 혼합물에 별도로 EPDM 고무 50중량부에 유기산 2-80중량부를 첨가하여 위와 같은 조건으로 온도 50-100℃ 온도범위를 유지시킨 상태에서 2-3분간 혼련시킨 것을 첨가하여 100-120℃ 온도범위를 유지시킨 상태에서 2-5분간 혼련시킨다음 이 고무 조성물에 충진제 80중량부를 첨가 혼련시키고 최종적으로 가교제 12중량부와 가교활성제 0.8중량부를 첨가 통상의 방법으로 가황시키므로서 본 발명에 의한 EPDM 고무를 얻을 수 있다.

여기에서 사용되는 EPDM 고무는 에치렌-알파-올레핀엘라스토머(ethylene-α-olefin elastomer)로서 에치렌함량이 50-60%이며, 제 3성분의 함량이 4-5%인 EPDM 고무를 사용하고 유기산으로서는 아크릴산(acrylic acids), 메타크릴산(metacrylic acids), 에타크릴산(ethacylic acids), 비닐-아크릴산(vinyl-acrylic acids), 이타콘산(itaconic acids), 메틸이타콘산(methyl itaconic acids), 아코니트산(aconitic acids), 크로톤산(crotonic acids), 메틸아코니트산(methyl aconic acids), 계피산(cinna cinnamic acids), 2,4-디히드록시 계피산(2,4-dihydroxy cinnamic acids), 알파-메틸크로톤산(alpha-methylcrotonic acids) 등을 사용한다.

또 본 방법에서 사용되는 금속산화물로는 산화아연(ZnO) 충진제는 보강섬유 8중량부, 카본블랙 60중량부, 노화방지제 2중량부, 파라핀계프로세스오일 10중량부로 구성되며, 그 밖에 가교제로서 유기과산화물, 가교활성제로 유황을 사용하며 EPDM 고무의 제 3성분계는 ENB, DCPD, 1-4HD 등을 들 수 있다.

여기에서 카본 블랙도 보강제의 기능을 하며 입경, 스트랙챠 표면 상태 등에 따라 보강효과 차이가 있으며 일반적으로 입경이 작은 것일수록 보강효과가 커지며 프로세스오일의 EPDM의 물성에 대한 영향은 오일의 점도에 따라 좌우되며 오일의 점도가 증대하면 인장강도, 인열강도, 감열량은 좋아지지만 내한성에 악영향을 미치며 세이블점도 SUS(38℃)2000정도의 것이 알맞다.

그밖에 물성을 향상시키는 방법에 있어 금속산화물과 유기산을 EPDM 고무에 함께 첨가하여 혼련하는 것도 가능하지만 보다 좋은 중합상태를 얻게 되고 가황후 재질의 보다 나은 균질성을 얻기 위해서는 금속산화물과 유기산을 각각 일정량의 EPDM 고무에 따로 첨가하여 혼련시킨 다음 합쳐서 재혼련시킨다.

금속산화물과 유기산의 첨가량은 중합반응 당량으로 대략 금속산화물 1중량부에 대하여 유기산 2중량부를 첨가하는 것이 가장 바람직하다.

또 금속산화물과 유기산의 EPDM 고무내에서 중합반응은 유기산과 금속산화물을 각각 첨가한 EPDM 고무를 합하여 재혼련시킬 때 어느 정도의 온도(100-120℃)로 상승됨에 따라 일부의 중합반응이 일어나고 가황시 온도(120-150℃)가 상승됨에 따라 대부분의 반응이 일어나고 중합반응이 완결된다고 볼 수 있다.

그 외 EPDM 미가황 고무에 대한 금속산화물 및 유기산의 첨가 상태를 보면 EPDM 미가황고무 100중량부에 1중량부의 금속산화물과 중량 해당 당량의 유기산 2중량부을 첨가해도 인장강도, 모듈러스율, 접착력이 증가함을 알 수 있고, 본 발명에서 제시한 이상의 범위에서는 더 이상 물성증가가 미미하고 금형과의 접착력이 강하여 제품제조공정 상에 큰 문제가 야기되는 문제점이 있다.

그리고 통상의 가황방법은 일반적으로 온도 120-180℃로 유지시킨 상태에서 30-60분간 처리하는 방법을 말한다.

이상에서 설명한 본 발명에 의한 방법을 구체적으로 나타내고 그 효과를 알아보기 위하여 실시예(1)를 들고 이와 물성을 대비하기 위하여 비교실시예 1-3을 들었다.

실시예(1)

EPDM 고무 50중량부에 금속산화물 10중량부를 첨가하여 온도 80℃로 유지하여 2분간 혼련시키고 별도로 EPDM 50중량부에 유기산(메타크릴산) 20중량부를 첨가하여 위와 같은 방법으로 혼련하고 각각을 혼합하여 온도 100-120℃로 유지된 상태에서 3분간 혼련시킨 EPDM 고무에 보강섬유 8중량부, 카본블랙 60중량부, 노화방지제 2중량부, 파라핀계 푸로세스오일 10중량부을 첨가 3분간 혼련시킨 다음 최종적으로 유기과산물 12중량부 및 유황 0.8중량부를 첨가 충분히 혼련시킨 다음 통상의 방법(온도 120-180℃로 유지, 30분-1시간)으로 가황처리하므로서 본 발명에 의한 물성이 향상된 EPDM 고무를 얻었다.

비교실시예(1-3)

비교실시예(1)은 EPDM 고무 100중량부에 실시예 (1)에서 사용한 충진재(보강섬유 8중량부, 카본블랙 60중량부, 노화방지제 2중량부, 파라핀계 프로세스오일 10중량부)를 첨가 충분히 혼련하고 여기에 유기과산화물 12중량부, 유황 0.8중량부를 첨가 균질하게 혼련시킨 다음 통상의 방법으로 가황처리하였다.

비교실시예(2)는 비교실시예(1)과 동일한 조성비에 첨착부여제 10중량부만을 추가로 첨가 비교실시예와 같은 방법으로 처리하였으며,비교실시예(3)은 비교실시예(2)와 동일한 조성비에 유기산(아크릴산) 20중량부, 금속산화물(ZnO) 10중량부를 추가로 첨가 혼련 및 통상의 방법으로 가황처리하였다.

이상의 실시예와 비교실시예에 첨가된 원료를 표(1)로 나타내었고 각각의 실시예로 얻어진 EPDM 고무의 물성을 표(2)로 나타내었다.

제조된 시편은 한국산업규격 KSM 6518에 준하여 정적 동적 물성을 구하였다.

상기 실시예에서 사용된 첨가물인 보강섬유, 카본블랙, 노화방지제, 프로세스오일, 첨착부여제나 가교제, 가교활성제 등은 종래의 EPDM 고무 물성을 얻기 위하여 통상적으로 사용되는 첨가물이 사용량 또한 통상적이라 할 수 있다.

본 발명의 실시예(1)와 비교실시예(1-3)의 정적 및 동적 물성 결과를 좀더 자세히 설명하면 실시예의 경우 인장강도와 모듈러스의 증가 및 동특성 시험시 동적 탄성율(E')은 높고 탄젠트 델타(Tanδ)값은 비교실시예 1-3보다 낮게 나타남으로 발열과 히스테리시스 등의 고유 물성은 양호함을 알 수 있다.

또한 내굴곡성 및 영구 압축 줄음율이 우수하고 보강섬유로서 폴리에스테르(polyester)와의 접착력은 점착부여제 첨가분보다 1Okgf이상 높음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 유기과산화물 가황시 유기산과 금속산화물의 중합반응을 이용한 이피디엠(EPDM)고무 조성물은 탄성률 증가, 내열성 향상, 섬유재료간의 접착력뿐만 아니라 내마모성, 고(高)인장강도, 고(高)모듈러스 등의 정적 및 동적 물성을 향상시킴으로서 가공안정성 및 롤(roll) 작업성 면에서 효과가 있다.

Claims (2)

1. EPDM 고무 50중량부에 금속산화물(ZnO) 1-40중량부를 50-100℃범위를 유지하면서 2-3분간 혼련시킨 혼합물에 별도로 EPDM 고무 50중량부에 아크릴산 또는 메타크릴산 2-80 중량부를 첨가하여 위와 같은 조건으로 혼련시켜 혼합하고 여기에 보강섬유 8중량부, 카본블랙 60중량부, 노화방지제 2중량부, 파라핀계 푸로세스오일 10중량부를 첨가 3분간 혼련시킨 다음 유기과산화물 12중량부 및 유황 0.8중량부를 첨가 통상의 방법으로 가황처리함을 특징으로 하는 이피디엠(EPDM) 고무의 물성를 향상시키는 방법.
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