KR100515607B1 - 물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물에 관한 것으로서, 나노 클레이; 실란 화합물; 아크릴로니트릴-부타디엔 고무; 및 가교제를 포함한다.

본 발명의 고무 수지 조성물은 물 투과 억제 효과가 우수하며 또한 높은 강도를 나타낸다.

Description

물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물{RUBBER RESIN COMPOSITION HAVING LOW WATER TRANSMISSION}

[산업상 이용 분야]

본 발명은 물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물 투과율이 우수하고 또한 높은 강도를 갖는 고무 수지 조성물에 관한 것이다.

[종래 기술]

종래 타이어 안쪽이나 고무 제품에 물 및 수증기의 투과도를 낮추기 위해서는 일본의 Y. Kojima 등이 J. Mater. Sci Letter 12, 1993 발표한 문헌에 기재된 방법이 주로 사용되어 왔다. 즉, 클레이와 수지를 혼합하여 나노 복합화하거나, 수지에 여러가지 충진재를 첨가하여 물 및 수증기의 투과되는 경로를 길게 해주어 투과도를 낮추는 방법이 사용되었다.

그러나 여전히 물 및 수분의 투과 억제 효과를 증진시키기 위한 연구가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 물 투과도 억제 효과가 우수하며 높은 강도를 나타내는 물 투과율이 낮은 고무 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 나노 클레이; 실란 화합물; 및 아크릴로니트릴-부타디엔 고무를 포함하는 물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물을 제공한다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물은 나노 클레이, 실란 화합물, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 및 가교제를 포함한다.

상기 실란 화합물은 나노 클레이 표면에 있는 하이드록시기와 화학적으로 결합하여 클레이가 뭉치려는 힘을 억제하여 클레이를 상기 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 내에서 균일하게 분산되게 해준다. 이로 인하여, 이 고무 조성물로 제조되는 성형체의 강도가 증가되고, 물이 통과하는 경로를 길게 만들어주고, 물이나 수분 등이 투과할 수 있는 공극을 줄여줌으로써, 성형체의 물 투과율은 저하되고, 강도는 향상되는 효과가 있다.

상기 실란 화합물로는 나노 클레이와 결합하여 실록산 결합을 만드는 것은 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 비닐실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 또는 트리메톡시실릴프로필 메타아크릴레이트를 사용할 수 있다. 바람직하게는 3-머캅토프로필트리메톡시실란이 아크릴로니트릴-부타디엔 고무와 결합력이 우수하여 바람직하다.

상기 실란 화합물의 양은 상기 나노 클레이 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부가 바람직하다. 실란 화합물의 양이 1 중량부 미만인 경우에는 실란 화합물을 첨가함에 따른 효과가 거의 없고, 10 중량부를 첨가하면 충분한 효과를 얻을 수 있으며 그 이상을 첨가해도 첨가 효과가 증대되지 않으므로 10 중량부를 초과하여 첨가할 필요는 없다.

상기 나노 클레이로는 층 두께가 100nm 이하인 판상의 클레이 나노 입자인 몬모릴로나이트(montmorillonite), 헥토라이트(hectorite) 또는 벤토나이트(bentonite)의 스멕타이트(smectite)계 클레이를 사용할 수 있다. 또한, 나노 입자 형태를 유지하기 위해서 이러한 스멕타이트계 클레이를 메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모니움클로라이드 또는 4-비닐피리디움 클로라이드 등의 유기화제로 처리한 것을 사용한다.

상기 나노 클레이의 양은 상기 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부가 바람직하다. 상기 나노 클레이의 양이 1 중량부 미만인 경우에는 물성 향상 효과를 얻기 어렵고, 15 중량부를 초과하는 경우에는 박리되었던 판상의 나노 클레이가 오히려 혼합중에 뭉쳐서 나노 사이즈가 아니라 마이크로 사이즈로 크기가 증가하게 되어 바람직하지 않다.

상기 고무 조성물은 성형물 제조시 가교 반응을 야기하는 가교제를 포함한다. 이러한 가교제로는 상기 가교제로는 황 또는 디큐밀퍼옥사이드_를 사용할 수 있다. 또한, 가교 반응이 보다 원활하게 발생되도록 도와주는 역할을 하는 상기 가교 조제를 더욱 포함할 수도 있다. 이러한 가교 조제로 ZnO, MgO, 또는 Ca(OH)₂를 사용할 수 있다.

상기 가교제와 가교 조제의 함량은 성형 및 가공 시간을 필요하는 성형물의 경우는 그 양을 줄이고 빠른 가교를 필요로하는 경우는 많은 양을 첨가함으로서 그 시간을 조절할 수가 있다. 본 발명에서 바람직한 가교 조제의 양은 상기 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부이며, 가교제의 양은 1 내지 3 중량부이다.

상기 가교 조제의 양이 1 중량부 미만인 경우에는 가교 조제로서의 역할 능력이 부족하고, 5 중량부를 초과하는 경우에는 가교를 도와주는 역할 이외의 부산물로 고무 조성물에 남기 때문에 고무 물성에 좋지 않은 영향을 준다. 또한, 가교제인 황(S)은 가교되는 시간에 따라 조절할 수 있지만 1 중량부 미만일 경우 성형시간이 너무 많이 걸려 생산성이 떨어지고 3 중량부를 초과하는 경우에는 가교시간이 너무 빨라 작업공정에 문제가 발생할 수 있을 뿐 아니라 혼합 중에 마찰열에 의해서도 가교가 발생할 수 있기 때문에 주의해야한다.

본 발명의 고무 수지 조성물은 이외에도 가공성 향상제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 가공성 향상제로는 스테아린산, 왁스, 디옥틸프탈레이트 등을 사용할 수 있으며, 그 양은 상기 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부가 바람직하다. 상기 가공성 향상제의 양이 1 중량부 미만인 경우에는 가공성 향상에 큰 영향을 주지 못하고, 2 중량부를 초과하는 경우에는 가공성은 좋아지나 고무 조성물의 물성 저하가 야기될 수 있고, 경제적이지 못하다.

본 발명의 고무 수지 조성물의 제조 방법은 먼저 아크릴로니트릴-부타디엔 고무를 상온 내지 60℃의 온도에서 용융시키고, 용융된 고무에 판상의 나노 클레이를 첨가한다. 이 혼합물에 클레이와 고무를 화학적으로 결합시킬 수 있는 첨가제인 실란 화합물을 첨가한다. 이어서, 가공성 향상제를 첨가한 후, 충분히 혼련한다. 전체 공정은 상온 내지 60℃의 온도에서 실시해야 하며, 만약 60℃보다 높은 온도에서 실시하는 경우, 이후 첨가되는 고무 가교제에 의한 가교 반응이 성형 공정 전에 혼련시 미리 발생되어 성형물을 성형하기가 어렵기 때문에 바람직하지 않다.

얻어진 혼련된 고무 조성물에 가교 조제와 가교제를 첨가하여 5 내지 10분 정도 혼합한다. 이때 혼합 시간을 5분 미만으로 할 경우에는 가교제와 가교 조제의 균일한 혼합이 어렵고 10분을 초과하는 경우에는 상온에서 혼합을 하기는 하지만 마찰열에 의해 고무조성물이 가교가 발생할 수가 있기 때문에 주의해야만 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

아크릴로니트릴-부타디엔 고무를 60℃에서 용융시키고, 이 용융물에 나노 클레이인 몬모릴로나이트를 첨가하였다. 나노 클레이의 첨가량은 상기 고무 100 중량부에 대하여 10 중량부로 하였다. 상기 혼합물에 3-머캅토프로필트리메톡시실란을 첨가하고, 이어서 스테아린산, 황 및 ZnO를 차례로 첨가하여 5분간 혼련하여 고무 수지 조성물을 제조하였다. 상기 3-머캅토프로필트리메톡시실란의 양은 상기 클레이 100 중량부에 대하여 1 중량부, 스테아린산은 고무 100중량부에 대하여 1 중량부, 황은 고무 100 중량부에 대하여 1.5 중량부 및 ZnO는 고무 100 중량부에 대하여 3 중량부로 사용하였다.

(실시예 2)

3-머캅토프로필트리메톡시실란의 양을 클레이 100 중량부에 대하여 2 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

(실시예 3)

3-머캅토프로필트리메톡시실란의 양은 상기 클레이 100 중량부에 대하여 5 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

(실시예 4)

3-머캅토프로필트리메톡시실란의 양은 상기 클레이 100 중량부에 대하여 10 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

(비교예 1)

3-머캅토프로필트리메톡시실란을 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 고무 수지 조성물을 180℃의 성형틀에 넣고 약 30kg/cm²의 압력으로 5분간 프레싱하여 성형물을 제조하였다. 이 성형물을 건조제인 CaCl₂가 들어 있는 시험컵에 얹어 봉합하고 상대습도 90%, 40℃의 조건에서 12일간 방치하여 건조제가 흡수한 물의 양을 조사하여 물투과율을 측정하였다. 측정된 물 투과율 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 것과 같이, 실란 화합물의 사용량이 증가할수록 물 투과율 억제 효과가 커서 비교예 1에 비하여 20 내지 25% 향상되었음을 알 수 있다.

상기 성형물로 상온 시험, 내열 시험 및 오일 침적 시험을 실시하여 500mm/분의 속도로 인장 강도 값을 측정하여 하기 표 1 내지 3에 각각 나타내었다. 내열 강도 시험은 성형물을 100℃에서 15일간 방치한 후 인장 강도를 측정하였고, 오일 침적 시험은 성형물을 오일에 15일간 침적시킨 후 인장 강도를 측정하였다.

상온 인장 시험

	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
인장강도(kg/cm2)	85.4	117.6	129.2	137.96	135.2

고온 인장 시험

	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
인장 강도(kg/cm2)	84.3	105.3	107.7	113.9	107.4

오일 침적 후 인장 시험

	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
인장 강도(kg/cm2)	62.5	83.7	104.5	110.2	105.5

상기 표 1 내지 3에 나타낸 것과 같이, 실란 화합물을 더욱 사용한 실시예 1 내지 4의 고무 수지 조성물이 비교예 1에 비하여 상온 강도, 내열 강도 및 오일 침적 강도가 우수함을 알 수 있다. 특히, 실란 화합물을 5 중량부 첨가하였을 때 비교예 1에 비하여 거의 50% 이상의 강도 향상 효과가 나타남을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 고무 수지 조성물은 물 투과 억제 효과가 우수하며 또한 높은 강도를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 고무 나노 복합체의 물 투과율을 나타낸 그래프.

Claims (8)

1. 나노 클레이;

   실란 화합물;

   아크릴로니트릴-부타디엔 고무; 및

   가교제;

   를 포함하고,

   상기 나노 클레이의 양은 상기 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부이고,

   상기 실란 화합물의 양은 상기 나노 클레이 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부이고,

   상기 가교제의 양은 상기 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 3 중량부인

   물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 클레이는 층 두께가 100 nm 이하의 판상 입자인 물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 실란 화합물은 3-머카토프로필트리메톡시실란, 비닐실란, 아미노프로필트리메톡시실란 및 트리메톡시실릴프로필메타아크릴레이드로 이루어진 군에서 선택되는 것인 물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 고무 수지 조성물은 가교 조제를 상기 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부의 양으로 더욱 포함하는 것인 물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 고무 수지 조성물은 가공성 향상제를 상기 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부의 양으로 더욱 포함하는 것인 물 투과율이 낮은 고무 수지 조성물.