KR100482193B1 - 마찰이 큰 우레탄 롤 제조용 고무조성물 및 이를 이용한고마찰 우레탄 롤 제조방법 - Google Patents

마찰이 큰 우레탄 롤 제조용 고무조성물 및 이를 이용한고마찰 우레탄 롤 제조방법 Download PDF

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Abstract

고마찰 우레탄 롤 제조에 사용되는 고무조성물 및 이를 이용한 고마찰 우레탄 롤을 제조하는 방법에 관한 것으로, 경화시 경도가 85∼95인 액상 우레탄 수지 및
액상 우레탄 수지 100중량부당 경도가 75∼90인 클로로술폰화 에틸렌 고무 및 염소화 에틸렌 고무로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 하나의 분산 입자고무 5∼20 phr로된 고마찰 우레탄 롤 제조용 고무조성물이 제공된다. 또한, 경화시 경도가 85∼95인 액상 우레탄수지 100중량부당 경도가 75∼90인 클로로술폰화 에틸렌 고무 및 염소화 에틸렌 고무로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 하나의 분산 입자고무를 5∼20 phr로 분산시킨 후, 진공하에서 탈포하여 분산중 발생된 기포를 완전히 제거하고 우레탄 경화제를 첨가한 다음, 2-3분정도 교반하고 우레탄 롤 형틀에 주입, 경화 및 탈형함을 포함하는 고마찰 우레탄 고무롤 제조방법이 제공된다. 일정한 경도차를 갖는 우레탄 수지와 분산 입자고무로된 고무 조성물을 사용하고 가사시간을 지연시켜 우레탄 롤을 성형함으로써 우레탄 롤의 마찰계수가 증대되어 제품 이송시 슬립(slip) 현상이 방지되고, 따라서, 조업 효율 또한 증대된다.

Description

마찰이 큰 우레탄 롤 제조용 고무조성물 및 이를 이용한 고마찰 우레탄 롤 제조방법{A Rubber Composition for Urethane Roll Having High Friction and A Method of Preparing the Urethan Roll By Using The Same}
본 발명은 고마찰 우레탄 롤 제조에 사용되는 고무조성물 및 이를 이용한 고마찰 우레탄 롤을 제조하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 고무의 경도차를 이용한 고마찰 우레탄 롤 제조에 사용되는 고무조성물 및 이를 이용하여 롤에 접하여 이송되는 제품과 롤간의 미끄러짐(slip)을 방지하기 위한 마찰계수가 큰 우레탄 롤을 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재 철강업에서 사용되는 고무 롤(rubber roll)에서는 동적 마찰계수가 충분하지 않거나, 강판 표면에 도포된 압연유등으로 인하여, 롤 표면에 접하여 연속적으로 반송되는 강판과 롤사이에 슬립(slip) 현상이 발생한다. 이러한 슬립 현상으로 인하여 강판의 반송속도가 각 공정간에 불균일해지고, 고무롤 표면과의 마찰에 의한 파편가루로 인하여 강판의 표면이 손상된다. 또한, 롤의 공전에 의해 각 공정에서의 처리시간이 불일치되어, 제품에 결함이 발생한다.
실제 제철소에서는 우수한 내마모성으로 인하여 우레탄 롤이 사용되나, 마찰력이 부족하여 조업도중에 스트립(strip)에 슬립(slip)이 발생하며, 이러한 슬립으로 인한 조업중단 등 철강제품의 생산에 막대한 지장을 초래하고 있는 실정이다.
이와 같은 슬립을 방지하기 위한 종래 기술로 일본특허 평1-254284호는 마찰을 증대시키기 위해 본체 고무에 탄성율이 다른 니트릴-부타디엔 고무 입자 17phr을 분산시켜 사용하는 바에 대하여 제시된 바 있다. 그러나, 0.280로 마찰계수가 충분하지 않다.
일본특허 특개 평9-42274에서는 본체 고무로 우레탄고무를 그리고 충진 입자고무로 니트릴-부타디엔 고무를 사용하여 고무롤을 제조하였다. 이 경우에는 앞서 설명한 일본특허 특개평 1-254284보다는 마찰특성은 우수하나, 본체 고무에 입자고무가 부유된 상태로 고르게 분산되도록 하여야 하며, 따라서, 사용된 우레탄수지와 니트릴-부타디엔 고무(NBR)의 밀도차이를 조절해야하는 문제가 있다.
이에 본 발명의 목적은 마찰계수가 큰 우레탄 롤 제조용 고무조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가사시간을 조절하여 마찰계수가 큰 우레탄 롤을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 있어서,
경화시 경도가 85∼95인 액상 우레탄 수지 및 액상 우레탄 수지 100중량부당 경도가 75∼90인 클로로술폰화 에틸렌 고무 및 염소화 에틸렌 고무로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 하나의 분산 입자고무 5∼20 phr로 구성되는 고마찰 우레탄 롤 제조용 고무조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 있어서,
고무조성물을 이용한 우레탄 롤 제조방법에 있어서,
경화시 경도가 85∼95인 액상 우레탄수지 100중량부당 경도가 75∼90인 클로로술폰화 에틸렌 고무 및 염소화 에틸렌 고무로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 하나의 분산 입자고무를 5∼20 phr로 분산시키는 단계;
진공하에서 탈포하여 분산중 발생된 기포를 완전히 제거하는 단계; 및
우레탄 경화제를 첨가한 후, 2-3분정도 교반후 우레탄 롤 형틀에 주입한 다음 경화 및 탈형하는 단계;
를 포함하여 구성되는 고마찰 우레탄 고무롤 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 경화시 경도가 85-95인 우레탄수지와 경도 75-90인 분산 입자고무로된 고무조성물로 제조된 우레탄 롤은 높은 마찰계수를 나타내는 것으로 슬립현상이 방지된다.
본 발명의 고밀도 우레탄 롤 제조용 고무조성물에 주재로는 경화시 경도가 85∼95인 우레탄 수지가 사용된다. 경화시 경도가 85 미만인 수지는 사용시 내마모성이 지나치게 낮거나, 고무 롤이 쉽게 손상될 수 있음으로 고무롤 제조시 제품으로서의 실용성이 떨어진다. 경화시 경도가 95를 초과하는 우레탄 고무는 사용시 고무 자체가 너무 딱딱하기 때문에 내마모성은 유리하지만 마찰계수가 낮아 원하는 충분한 마찰계수를 갖는 고무롤을 얻기 어렵다.
상기 주제에 분산되는 분산 입자고무는 우레탄 고무보다 마찰계수가 큰 것이 사용되어야 함으로 경도는 우레탄 수지보다 작은 고무가 사용된다. 분산 입자 고무로 사용하기에 적합한 고무는 경도가 75∼90인 것이다. 경도가 75 미만인 경우에는 마찰계수는 유리하지만 마모량이 심하므로 제품화시켰을 때 마모된 입자의 티끌이 제품손상의 원인이 된다. 경도 90를 초과하는 경우에는 마찰계수가 상대적으로 낮아져 마찰이 큰 고무롤을 제조할 수 없다. 따라서, 우레탄 수지와 분산입자간의 경도차이는 10정도인 것이 좋다.
상기 경도가 75∼90인 입자 분산고무로는 클로로술폰화 에틸렌 고무 또는 염소화 에틸렌 고무가 단독으로 혹은 혼합물로 사용될 수 있다. 클로로술폰화 에틸렌 고무 및 염소화 에틸렌 고무가 다른 일반적인 고무에 비하여 경도가 크고 내화학성이 우수함으로 입자 분산고무로 사용된다.
액상 우레탄 고무에 분산되는 입자 분산고무는 입자크기가 1∼3㎜인 것이 좋다. 입경이 1㎜ 미만인 고무입자는 사용시 입자크기가 너무 작기 때문에 같은 중량비로 사용시 부피가 많아서 혼합하기 어렵고 입경이 3㎜를 초과하는 경우에는 우레탄 혼합기 내에서 우레탄 롤 형틀에 주입시 혼합기의 주입 스크류에 걸려 원활하게 공급되기 어렵다.
상기 고무조성물로 우레탄 롤을 제조하는 경우, 본 발명의 방법에서는 가사시간을 지연시킴으로써 주재인 우레탄 고무와 분산되는 입자고무의 밀도를 별도로 조절하지 않더라도 입자고무가 우레탄 고무에 고르게 분산되어 마찰계수가 큰 우레탄 롤로 제조된다.
본 발명의 우레탄 롤 제조방법에서는 가사시간을 지연시킴을 특징으로하는 것으로 고무의 전처리, 기포제거, 사용되는 경화제 및 그 함량 그리고 고무조성물의 경화 및 탈형등은 우레탄 롤 제조시 통상 일반적으로 사용되는 방식으로 행할 수 있다.
먼저, 우레탄 수지는 상온에서 고체로서 분산입자고무와의 원활하게 혼합될 수 있도록 예열한다. 약 110℃에서 약 12시간동안 예열한다. 예열은 12시간 미만으로 행할 수 도 있으나, 최적의 예열시간은 12시간이 적당하고 12시간을 초과하는 경우에는 우레탄수지가 열분해될 수 있음으로 주의를 요한다.
입자 분산고무는 80-90℃로 예열하여 전처리한다. 이는 액상 우레탄 수지가 고온임으로 온도가 낮은 입자 분산고무가 우레탄 수지에 유입되어 온도가 갑자기 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
상기 분산입자 고무로 클로로술폰화 에틸렌 고무, 염소화 에틸렌 고무 혹은 이들의 혼합물이 액상 우레탄수지에 5∼20 phr로 혼합된다. 5 phr미만의 경우에는 분산고무의 양이 너무 적어 마찰능 향상을 기대하기 어렵고 20 phr을 초과하는 경우에는 혼합가공성이 저조함으로 5-20 phr로 첨가하는 것이 좋다.
우레탄 고무와 분산입자고무를 혼합하는 경우, 기포가 다량 발생하며 따라서 제품화하는 경우, 고무롤의 물성이 저하됨으로, 이들 기포를 제거하는 것이 상당히 중요하다. 따라서, 우레탄 고무와 분산입자 고무를 균일하게 혼합 후 반드시 예를들면 진공오븐기와 같은 진공하에서, 탈포하여야 한다.
한편, 우레탄수지와 분산 입자고무를 혼합한 후, 경화제 투입시 우레탄 수지는 가사시간이 상당히 짧음으로 가공시간을 적절하게 조절하는 것이 중요하다. 종래 우레탄 수지를 사용하여 우레탄 롤을 성형하는 경우에는, 우레탄수지에 경화제를 투입한 후, 1∼2분 경과시 수지를 성형틀에 주입하였다. 그러나, 종래의 공정에서는 균일하게 분산되어 있던 입자고무가 형틀에 주입과 동시에 형틀 아래쪽에 가라앉아 입자고무가 균일하게 분산된 상태의 고무 롤을 형성하기 어려웠다.
따라서, 본 발명에서는 기존의 우렌탄 롤 방식에서 수지에 경화제를 첨가 후, 바로 형틀에 주입하던 방식에서 경화시간을 기존의 혼합시간 보다 약 50% 정도 더 경과시켜 가사시간을 지연시킨 후(즉, 늘인 후), 형틀에 주입한다. 따라서, 우레탄 롤의 물성에는 영향이 없이 점도가 상승되어 입자고무의 침적을 방지되며, 입자고무가 우레탄 수지에 고르게 분산된 우레탄 롤이 얻어진다.
따라서, 본 발명에서는 입자 고무가 분산된 액상 우레탄수지에 우레탄 경화제를 약 12.5phr로 첨가하여 약 2∼3분간 교반한 후, 우레탄 롤 형틀에 주입한다. 우레탄 경화제로는 3,3'-디클로로-4,4'-디아민 디페닐 메탄(이하, 단지 'MOCA'라 한다.)가 사용될 수 있으며, 이는 우레탄 조성에 일반적으로 사용되는 경화제로서 강도 유지에 유리하다.
우레탄 경화제 첨가 후, 교반시간이 2분 미만이면 분산입자가 우레탄 수지내에 부유된 상태를 유지하지 못하고 가라앉게 되며, 3분을 초과하면 우레탄 수지의 경화가 진행되기 때문에 형틀에 주입하여 가공하기 어렵다.
우레탄 롤 형틀에 주입한 후, 약 110℃에서 대략 12시간 정도 경화시킨 후 탈형하여 고마찰 우레탄 고무 롤을 제작한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
실시예 1
본 실시예는 분산입자고무로 경도가 83.7인 클로로술폰화 에틸렌 고무를 사용한 경우 그 함량 변화에 따른 마찰계수의 변화를 나타낸 것이다.
경도가 93.6인 우레탄 수지 100부를 100℃에서 12시간 정도 예열하여 투명한 액상 우레탄으로 액화시킨 후, 우레탄 혼합기에서 교반하였다. 이 때 혼합기의 온도는 90℃로 고정하였다.
상기 액상화된 입경 1∼3㎜의 클로로술폰화 에틸렌 고무를 각각 하기 표 1의 양으로 첨가하여 균일하게 혼합되도록 10분간 교반하였다. 그 후, 진공상태의 90℃ 진공오븐기내에서 10분간 탈포하여 상기 혼합도중 발생된 기포를 완전히 제거하였다.
탈포작업 완료 후, 우레탄 경화제로 MOCA 12.5phr을 첨가하고 경화제가 우레탄 수지내에 골고루 혼합되도록 2분간 교반한 다음, 우레탄 롤 형틀에 주입하였다. 우레탄 롤 형틀에 주입한 후, 110℃에서 12시간 정도 경화시키고 탈형하여 고무 롤 시험편을 얻었다. 상기 얻어진 각 고무 롤 시편의 마찰계수를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
클로로술폰화 에틸렌 분산입자고무의 함량변화에 따른 고무 롤의 마찰계수
분산입자고무함량(phr) 종래롤 1 5 7 12 15 20 20이상
마찰계수 0.2-0.3 0.352 1.462 2.339 2.924 3.261 4.123 -
* 종래롤: 분산입자고무가 사용되지 않음.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 분산입자고무를 첨가하지 않은 우레탄수지만으로된 종래롤은 마찰계수가 0.2-0.3인데 비해 클로로술폰화 에틸렌 고무 분산입자를 첨가함으로써 마찰계수가 증가하였다.
실시예 2
본 실시예는 분산입자고무로 경도가 89.7인 염소화 에틸렌 고무를 사용한 경우 그 함량 변화에 따른 마찰계수의 변화를 나타낸 것이다. 분산입자고무로 염소화 에틸렌 고무를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 시험하였다.
염소화 에틸렌 분산입자고무의 함량변화에 따른 고무 롤의 마찰계수
분산입자고무함량(phr) 종래롤 1 5 7 12 15 20 20이상
마찰계수 0.2-0.3 0.312 0.3527 0.489 0.6876 0.8434 0.9150 -
* 종래롤: 분산입자고무가 사용되지 않음.
분산입자 고무로 염소화 에틸렌을 사용한 경우 클로로술폰화 에틸렌 고무를 사용한 경우보다는 마찰계수가 낮지만 염소화 에틸렌 고무 분산입자를 첨가함으로써 종래롤에 비하여 마찰계수가 증가하였다.
비교예 1
비교예로서 일본 특허 특개평 9-42274에 개시되어 있는 조성물의 마찰계수를 특정하여 하기 표 3에 나타내었다.
고무기재 분산입자 고무 마찰계수
재질 우레탄 수지 NBR 0.404
경도 80 90
배합비 100 12.5
재질 우레탄 수지 NBR 0.337
경도 90 90
배합비 100 12.5
재질 NBR NBR 0.280
경도 70 80
배합비 100 17
* NBR - 아크릴로니트릴 부타디엔고무
일정한 경도차를 갖는 우레탄 수지와 분산 입자고무로된 고무 조성물을 사용하고 가사시간을 지연시켜 우레탄 롤을 성형함으로써 우레탄 롤의 마찰계수가 증대되어 제품 이송시 슬립(slip) 현상이 방지되고, 따라서, 조업 효율 또한 증대된다.
나아가, 본 발명의 고무 조성물은 고마찰 특성이 요구되는 경우에 응용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 경화시 경도가 85∼95인 액상 우레탄 수지 및
    액상 우레탄 수지 100중량부당 경도가 75∼90인 클로로술폰화 에틸렌 고무 및 염소화 에틸렌 고무로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 하나의 분산 입자고무 5∼20 phr로 구성되는 고마찰 우레탄 롤 제조용 고무조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 분산 입자고무는 직경이 1-3 ㎜임을 특징으로 하는 고무조성물.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 분산 입자고무는 클로로술폰화 에틸렌 고무임을 특징으로 하는 고무조성물.
  4. 고무조성물을 이용한 우레탄 롤 제조방법에 있어서,
    경화시 경도가 85∼95인 액상 우레탄수지 100중량부당 경도가 75∼90인 클로로술폰화 에틸렌 고무 및 염소화 에틸렌 고무로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 하나의 분산 입자고무를 5∼20 phr로 분산시키는 단계;
    진공하에서 탈포하여 분산중 발생된 기포를 완전히 제거하는 단계; 및
    우레탄 경화제를 첨가한 후, 2-3분정도 교반후 우레탄 롤 형틀에 주입한 다음 경화 및 탈형하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 고마찰 우레탄 고무롤 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 분산 입자고무는 직경이 1-3 ㎜임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4항 또는 5항에 있어서, 상기 분산 입자고무는 클로로술폰화 에틸렌 고무임을 특징으로 하는 방법.
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