KR100571881B1 - 엘라스토머 조성물 및 그 조성물을 이용한 고무 롤러 - Google Patents

Abstract

내마모성이 우수하면서 용지 얼룩이 생기지 않는 고무 롤러를 제공한다. 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머와, 보강용 충전제(filler) 사이에 형성되는 결합고무(bound rubber)의 T2 완화시간(스핀-스핀 완화)이 250㎲이상 400㎲이하인 엘라스토머 조성물을 이용하여 고무 롤러(1)를 형성한다. 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머로 EPDM, 보강용 충전제로 카본 블랙을 이용하고, 유기과산화물을 이용하여 가교(架橋)되어 있는 것이 바람직하며, 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머의 T2 완화시간(스핀-스핀완화)은, 보강용 충전제의 무첨가시에 비해 150%이상 300%이하의 값으로 하는 것이 바람직하다.

Description

엘라스토머 조성물 및 그 조성물을 이용한 고무 롤러{Elastomer compositions and rubber roller using the compositions}

도 1은 본 발명의 고무 롤러의 개략도이다.

도 2는 고무 롤러의 마찰계수의 측정방법을 나타내는 도면이다.

* 부호의 설명

1, 21 고무 롤러

2 심금

22 회전축

23 플레이트

24 종이

25 로드셀

본 발명은, 엘라스토머 조성물 및 그 조성물을 이용한 고무 롤러에 관한 것으로, 상세하게는, 잉크젯 프린터, 레이저 프린터, 정전식 복사기, 보통지 팩시밀리장치, 자동예금지급기(ATM) 등의 급지(feeding) 기구에 있어서, 종이나 필름 등 의 반송물을 픽업하여 분리하는 등의 목적으로 사용되는 고무롤러에 적합하며, 높은 마찰계수의 유지와 내마모성의 향상을 도모하는 것이다.

정전식 복사기, 레이저 프린터, 잉크젯 프린터, 팩시밀리 등의 OA 기기나, 자동예금 지급기에서는 고무 조성물을 롤형상으로 성형한 급지(feeding) 롤러가 사용되고 있다. 이러한 고무 조성물로 이루어진 급지 롤러에서는, 고무 조성물에 포함되어 있는 유황분의 블루밍(blooming) 때문에 급지상태가 악화되는 것이 문제가 되고 있다.

유황을 사용하지 않는 고무 가류계(加硫系)로서, 과산화물 가류계가 있다. 거기서, 종래 블룸(bloom)을 억제할 목적으로, 유기과산화물 가류계에 의해 가류한 고무를 사용한 급지 롤러가 제공되고 있다.

예를 들어, 특개평 8-334939호 공보에서는 에틸렌-프로필렌 공중합고무 100중량부에 대해, 과산화물로 이루어진 가류제를 3∼6중량부 첨가한 롤러용 고무조성물이 개시되어 있다.

또, 특개 2000-248133호 공보에서는 에틸렌 프로필렌디엔 고무에 흡유량을 규정한 카본 블랙(25 중량% 이상 50 중량% 이하) 및 파리핀계 프로세스 오일을 함유하고, 유기화 산화물로 가교한 고무 조성물이 개시되어 있다.

그렇지만, 유기과산화물 가류계에 의해 가류한 고무를 사용한 급지 롤러에서는 블룸(bloom)은 생기지 않지만, 유황을 가류한 고무를 사용한 급지 롤러에 비해 내마모성이 뒤떨어진다는 문제가 있다.

즉, 상기 특개평 8-334939호 공보에 제안된 급지 롤러를 이용해도, 양호한 급지 성능을 얻을 수 있는 매수는 20만장 정도까지이며, 내마모성에 문제가 있다.

또, 상기 특개 2000-248133호에 제안된 급지 롤러는, 도전성을 확보하기 위해 카본 블랙을 대량으로 배합하는 것으로, 상세하게는 25 중량% ∼ 50 중량% 배합하고 있어 양호한 도전성은 얻을 수 있긴 하지만, 종이 등과의 반복적인 접촉으로 인해 롤러가 마모되기 때문에, 내마모성에 문제가 있으며, 또한 카본 블랙에 의한 용지 얼룩이 문제가 된다. 게다가, 카본 블랙의 보강효과에 의해 롤러가 고경도화되어 충분한 마찰계수를 얻을 수 없다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 내마모성이 우수하면서 용지 얼룩이 생기지 않는 엘라스토머 조성물 및 고무 롤러를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머를 주성분으로 하고, 보강용 충전제(filler)를 포함하는 엘라스토머 조성물에 있어서, 상기 보강용 충전제가 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머 중에 분산되어 있으며, 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머와 상기 보강용 충전제의 계면을 포함하는 근접부분에 형성되는 결합 고무(bound rubber)의 T2 완화시간(스핀-스핀완화)이 250㎲이상 400㎲이하인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 조성물을 제공하고 있다.

본 발명자들은, 예의 연구한 결과, 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머와 보 강용 충전제의 계면을 포함하는 근접부분에 형성되는 결합 고무의 T2 완화시간이 일정 범위내인 엘라스토머 조성물은 내마모성이 우수하다는 것을 발견하고, 본 발명을 창작한 것이다. 내마모성이 우수하기 때문에, 장기간의 사용에 의한 마모가 적고 내구성도 높아지며, 마찰계수의 감소도 억제할 수 있다. 게다가, T2 완화시간이 카본 블랙 등의 보강용 충전제의 소량의 일정 범위내이기 때문에, 용지 얼룩이 문제가 되지 않고, 또한 블루밍(blooming)에 의한 마찰계수의 저하도 감소시키기 쉬워진다.

상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머와 보강용 충전제 사이에 형성되는 결합 고무의 T2 완화시간(스핀-스핀완화)이라 함은 본 발명의 엘라스토머 조성물을 예를 들어, 후술하는 실시예와 같이 핵자기공명장치(펄스-NMR)를 이용하여 솔리드 에코(solid echo)법으로 측정한 값이다.

또한, 스핀-스핀완화(횡(橫)완화)라 함은 NMR의 라디오파를 조사한 직후는 스핀의 화살표는 동일한 방향을 가리키고 있고, 위상이 갖추어져 있는 코히어런트(coherent) 상태인데, 핵스핀끼리 상대 자장의 불균일한 흔들림을 느끼고, 점차 코히어런트에서 랜덤(randam) 상태(핵스핀의 화살표 방향이 제각각)가 되는 과정이라는 의미를 포함하며, 횡(橫)완화의 신호(signal)는 외부 자장에 수직방향으로 설치한 코일에 의해 검출된다. 랜덤과 코히어런트라는 상태의 변화만으로는 에너지의 교환은 없으며, 난잡하다는 상태만이 다른 것이다.

상기 결합 고무는, 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머와 상기 보강용 충전제의 계면을 포함하는 근접부분에서, 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머 와 상기 보강용 충전제의 양자의 상호작용에 의해 분자운동의 영향을 받고 있는 고분자 사슬을 가리킨다.

보강용 충전제를 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머 중에 혼입하면, 양자의 계면을 포함하는 근접부분에 결합 고무가 형성되는데, 일반적으로는(특히 카본 블랙의 경우에는) 그 결합 고무의 분자운동성이 낮다, 즉, 상호작용이 강한 쪽이 내마모성에 효과적이라 알려져 있다. 이에 대해, 본 발명에서는 특히 카본 블랙 등의 보강용 충전제의 극소량 영역에서 예의 연구를 거듭하여 보강용 충전제를 극소량 첨가함으로써 결합 고무의 T2를 제어함과 동시에, 고무나 열가소성 엘라스토머의 T2도 제어하고, 내마모성을 향상할 수 있다는 것을 발견했다.

결합 고무의 T2 완화시간을 250㎲이상 400㎲이하로 하고 있는 것은 250㎲보다 작은 경우에는, 결합 고무 구속성이 너무 커지기 때문에, 내마모성에 좋은 영향을 미치지 않기 때문이며, 400㎲보다 큰 경우에는 상호작용이 거의 생기지 않고 보강용 충전제가 이물질로 존재하여 내마모성이 악화된다는 문제가 발생하는 것과 함께, 400㎲보다 커지는 조성물을 실현하기가 곤란하기 때문이다. 나아가서는 300㎲이상 400㎲이하가 바람직하다.

또, 복수의 보강용 충전제, 복수의 폴리머 성분(고무나 열가소성 엘라스토머)을 이용한 경우에는, 각 보강용 충전제와 각 폴리머 성분간의 결합 고무의 T2 완화시간 전부를 250㎲이상 400㎲이하로 하는 것이 좋지만, 적어도 주요한 1종류의 보강용 충전제와 주요한 1종류의 폴리머 성분 사이에서 T2 완화시간이 250㎲이상 400㎲이하로 되어 있으면 좋다.

본 발명의 엘라스토머 조성물은, JIS-A경도(JIS K-6253(시험기 듀로메타 타입A)에 규정된 방법으로 측정된 경도)가 20이상 45이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 종이나 필름의 반송용 롤러로서 더 적합하게 이용할 수 있다.

상기 범위로 하고 있는 것은 상기 범위보다 작으면 마찰계수는 높아지지만, 내마모성이 나빠지기 쉽기 때문이다. 한편, 상기 범위보다 크면 마찰계수가 낮아져서 종이 등을 공급하기 어려워지기 때문이다.

상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머로서 EPDM을 이용하고, 상기 보강용 충전제로서 카본 블랙을 이용하는 것이 바람직하다. 이들을 조합함으로써, 충분한 내마모성을 실현할 수 있으며, 게다가 용지 얼룩도 억제할 수 있다. 따라서, 내구성이 뛰어나고, 나아가 높은 마찰계수를 가진 고무 롤러를 얻을 수 있다.

고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머로서 EPDM고무를 이용하면, 이하의 이점이 있다. 즉, EPDM 고무는, 그 유전량에 의해 마찰계수의 조절이 쉬워진다. 또, EPDM은 주쇄가 포화탄화수소로 이뤄지며, 주쇄에 이중결합을 포함하지 않기 때문에, 고농도 오존분위기, 광선조사 등의 환경하에 장시간 노출되어도 분자주쇄절단이 일어나기 어렵다. 따라서, 얻어지는 엘라스토머 조성물의 내후성(耐候性), 내산화성을 높일 수 있다. 또한, EPDM고무로는, 고무성분만으로 이뤄지는 비유전 타입이라도 되고, 고무성분과 함께 친전유(親展油)를 포함하는 유전(油展) 타입이라도 된다.

상기 보강용 충전제로는 고무와 상호작용을 하게 하는 충전제, 예를 들어 실리카나 탄산칼슘, 카본 블랙, 클레이(clay), 활석(talc), 수지, 목분(木粉) 등을 사용할 수 있다. 또한, 보강용, 비용(cost), 분산성, 충전제가 갖는 내마모성의 관 점에서 카본 블랙이 바람직하다.

카본 블랙은 HAF 카본 블랙 등을 이용할 수 있다. 그 밖에, MAF, FEF, GPF, SRF, SAF, MT, FT카본 블랙 등 각종 카본 블랙을 이용할 수 있다. 또한, 내마모성이나 분산성 면에서 카본 블랙의 입경은 10㎛이상 100㎛이하가 바람직하다.

고무로는 에틸렌 프로필렌 고무(EPR), 천연 고무(NR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 이소플렌 고무(IR), 아크릴로니트릴 - 부타디엔 고무(NBR), 부틸 고무(IIR), 클로로플렌 고무(CR), 아크릴 고무(ACM, ANM), 우레탄 고무(U), 실리콘 고무(Si)등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 이용해도 된다.

그 중에서도, EPDM고무 100%로 하는 것이 가장 적합하며, 다른 고무를 병용하는 경우에는, 전체 고무에서 차지하는 EDPM의 비율은 50 중량% 이상, 나아가서는 80 중량% 이상이 좋다. 또한, 고무 성분과 함께 오일을 포함하는 유전(油展) 타입으로 할 수도 있다.

상기 열가소성 엘라스토머로는 폴리 프로필렌(PP), 폴리 에틸렌(PE) 등의 폴리 올레핀계 수지, 나일론 수지(PA), 스티렌계 수지 등을 이용할 수 있으며, 고무와 병용해도 무관하다.

상기 엘라스토머 조성물은 유기 과산화물 가교되어 있는 것이 바람직하다. 유기 과산화물을 이용하여 가교하고 있기 때문에, 유황가류하는 조성물에서 문제가 되는 유황분의 블루밍이 생기지 않으므로, 블루밍에 의한 마찰계수의 저하가 없다. 또, 압축영구변형이 작고, 롤러로 장기간 이용한 경우의 제도유지나 내구성이 뛰어나고, 가공·성형이 용이한 특성을 가지며, 정적·동적 역학특성에서도 유황가교계 와 동등한 성질을 나타낸다. 또한, 가교저해도 방지할 수 있다.

결합 고무의 T2 완화시간을 상기 범위로 하기 위해서는, 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머나 보강용 충전제의 종류에도 따르지만, 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머 100중량부에 대해 보강용 충전제를 2.5중량부 이상 15중량부 이하 사용하는 것이 좋다. 이것은 보강용 충전제가 상기 범위 밖이면 결합 고무의 T2 완화시간이 250㎲미만이 되기 쉽기 때문이다. 게다가, 보강용 충전제가 상기 중량부를 초과하면, 엘라스토머 조성물이 경화하고, 마찰계수도 저하하기 쉽기 때문이다. 또한, 과산화물 가교제는 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머 100중량부에 대해 0.5중량부 이상 3중량부 이하 사용하는 것이 좋다.

특히, EPDM 100중량부에 대해 카본 블랙을 3중량부 이상 15중량부 이하의 비율로 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라 경도를 상승시키지 않고, 즉, 마찰계수를 저하시키지 않고 내마모성을 보다 향상할 수 있다. 더욱 바람직하게는 5중량부 이상 10중량부 이하이다.

상기 범위로 하는 것은 상기 배합량보다 적으면, 롤러의 내마모성을 충분히 향상하기 어렵기 때문이다. 반면, 상기 배합량보다 많으면, 고무 중에 포함되는 카본량이 많아짐에 따라 용지 얼룩 등이 생길 가능성이 있기 때문이다.

또한, 고무 성분의 중량부란, 고무 성분이 유전 고무인 경우는 유전 오일을 제외한 고무분만의 중량부를 가리킨다.

또, 사용하는 과산화물의 종류 등에 따라 알아서 적절한 양으로 할 수 있는데, EPDM 100중량부에 대해, 과산화물 가교제를 0.5중량부이상 3중량부 이하의 비 율로 이용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1.0중량부 이상 2.0중량부 이하이다.

상기 범위로 하는 것은 상기 배합량보다 적으면 가교가 늦고, 또 가교 밀도가 오르지 않고 마모가 나빠지기 쉽기 때문이다. 반면, 상기 배합량보다 많으면 고무 경도가 너무 올라 마찰계수가 저하되기 쉽기 때문이다.

상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머의 T2 완화시간(스핀-스핀완화)은 상기 보강용 충전제의 무첨가시에 비해 150%이상 300%의 값으로 하는 것이 바람직하다.

상기 범위로 하는 것은 150%보다 작으면 내마모성에 악영향을 미치는 고분자 사슬이 서로 얽히고, 국소적으로 조밀해진 가교점이 존재한다는 문제가 있으며, 300%보다 크면 고무 등이 지나치게 가소화되어 내마모성에 영향을 끼치기 쉽기 때문이다. 본 발명에서는 이와 같이 보강용 충전제의 첨가 전후에 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머의 T2 완화시간의 변화율(상승률)을 규정하고 있다.

여기서, 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머의 T2 완화시간이란 매트릭스인 폴리머 성분의 분자운동성을 가리키며, T2가 높으면 분자운동성이 낮고 고분자 사슬의 뒤얽힘이나 불균일한 가교형태 등에 의해 구속되어 있으며, T2가 낮으면 분자운동성이 높아 구속되지 않는다.

구체적으로는, EPDM의 T2 완화시간(스핀-스핀완화)은 900㎲이상 1200㎲이하인 것이 바람직하다.

가교제로 이용되는 과산화물은, 디큐밀퍼옥사이드(DCP)가 바람직하다. 이에 따라, 가교 효율을 높일 수 있다. 그 밖에, 1,3-비스(t-부틸 퍼옥시 이소프로필)벤젠, 1,4-비스(t-부틸 퍼옥시 이소프로필)3,3,5-트리메틸 시클로 헥산, 2,5-디메틸-2,5-디-t(부틸 퍼옥)헥신, n-부틸-4,4-비스(t-부틸 퍼옥시)발레레이트 등을 들 수 있으며, 성형 조건 등에 따라서 이것들을 1종 또한 2종 이상 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라 수지 가교나 유황 가교와 병행해도 관계없다.

또, 과산화물과 함께, 가교 조제를 배합해도 좋고, 트리알릴 이소시아눌레이트(TAIC), 트리알릴 시아눌레이트(TAC), 트리메틸올 프로판 트리메타크릴레이트(TMPT), 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(EDMA), N-N'-m-페닐렌 비스말레이미드 등을 이용할 수 있다. 이에 따라, 피로특성 등의 각종 기계적 물성을 개량, 조정하거나, 가교밀도를 향상할 수 있다.

엘라스토머 조성물의 JIS-K 6301에 따라 측정한 압축영구변형은 40%이하, 더 나아가 20%이하인 것이 바람직하다. 이 값보다 커지면 롤러로 했을 때의 치수변화가 너무 커져서 실용에 적합하지 않고, 또, 내구성이나 정도 유지에 문제가 발생하기 쉽기 때문이다.

고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머 100중량부에 대해 연화제를 25중량부 이상 150중량부 이하 함유할 수 있다. 더 바람직하게는 50중량부 이상 100중량부 이하이다.

상기 연화제로는 오일, 가소제를 들 수 있으며, 경도를 조정할 수 있다. 오일로는 예를 들어, 파라핀계, 나프텐계, 방향족계 등의 광물유나 탄화수소계 올리고머로 이루어진 그 자체 공지의 합성유, 또는 프로세스 오일을 이용할 수 있다. 합성유로는 예를 들어, α-올레핀과의 올리고머, 부텐의 올리고머, 에틸렌과 α-올레핀과의 비정질 올리고머가 바람직하다. 가소제로는 예를 들어, 디옥틸 프탈레이트(DOP), 디부틸 프탈레이트(DBP), 디옥틸 세바케이트(DOS), 디옥틸 아디페이트(DOA) 등을 이용할 수 있다.

또, 기계적 강도를 향상시키기 위해, 필요에 따라 충전제를 배합하고 있으며, 이러한 충전제로는, 탄산칼슘, 탄산마그네슘 등의 무기충전제, 그 밖에 금속분, 세라믹분, 유리분, 목분 등을 들 수 있다. 충전제를 배합하는 경우, 충전제는 엘라스토머 조성물 중, 30 중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 충전제의 비율이 상기 범위를 초과하면, 엘라스토머 조성물의 유연성이 저하해 버리기 때문이다. 그 밖에, 노화방지제 등을 배합해도 좋다.

본 발명의 엘라스토머 조성물은 더 높은 마찰계수로 할 경우에는, 파라핀 오일 등의 가소제를 혼련(混練)하여 유연성을 갖게 하여도 되고, 더 우수한 내마모성을 얻으려면 고분자량의 폴리머를 사용하여도 된다.

또, 본 발명은 본발명의 엘라스토머 조성물을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고무 롤러를 제공하고 있다. 상술한 바와 같이, 내마모성이 우수하면서 용지 얼룩이 생기지 않고, 높은 마찰계수를 유지할 수 있기 때문에 종이나 필름의 반송용 탄성롤러로 적합하게 이용할 수 있다.

본 발명의 고무 롤러는 통상의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들어, EPDM 고무 등의 고무 성분, 상기 발가교제, 필요에 따라 배합하는 연화제, 상용화제, 노화방지제, 충전제 등의 각종 배합제를 배합한 후, 오픈 롤, 반버리(banbury) 믹서, 니이더(kneader) 등의 공지의 고무혼련장치를 이용하여 20℃∼250℃에서 1분∼20분 혼련한다. 또, 가교제는 다른 배합물을 혼련한 후에 오픈 롤 등을 이용하여 혼련해도 된다. 이어서, 이 혼련조성물을 140℃∼230℃에서 열프레스성형한다. 또 가교반응을 억제함으로써 인젝션성형도 가능하다.

[발명의 실시형태]

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1실시형태의 원통형상의 고무 롤러(1)를 나타내고, 그 중공부에 원주형상의 심금(샤프트)(2)을 압입하여 설치하고 있다. 고무 롤러(1)는 적당한 탄성을 갖고 있어 전자사진장치에서 종이나 필름 등을 반송하는 급지(feeding) 롤러로 가장 적합하다.

본 실시형태에서는 고무로서 EPDM을, 보강용 충전제로서 카본 블랙을 사용하고, EPDM고무분 100중량부에 대해, 카본 블랙을 5중량부 함유하며, 과산화물 가교제를 1.5중량부 함유하고, 과산화물 가교제인 디큐밀퍼옥사이드에 의해 과산화물 가교한 엘라스토머 조성물로부터 급지 롤러(1)를 작성하고 있다. 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머와, 보강용 충전제 사이에 형성되는 결합고무의 T2 완화시간은 350㎲이다. 결합 고무란, EPDM고무와 보강용 무기계 충전제인 카본 블랙의 계면을 포함하는 근접부분으로, EPDM 고무와 카본 블랙의 양자의 상호작용에 의해 분자운동의 영향을 받고 있는 고분자 사슬을 가리킨다. 양자의 계면을 포함하며, 약 수십Å 정도의 범위에 결합 고무가 형성되어 있다.

EPDM으로는 유전 EPDM과 비유전 EPDM을 병용하고 있으며, 오일은 전체 고무 100중량부에 대해 50중량부 포함되어 있다. 또, 상기 엘라스토머 조성물에서 EPDM고무의 T2완화시간은 1100㎲이다. 또, 고무 롤러(1)는, JIS A경도가 37이고, 압축영구변형이 9%이다.

이와 같이, 고무 롤러(1)는 보강용 충전제와의 사이에 형성되는 결합고무의 T2 완화시간이 250㎲이상 400㎲이하의 범위내이므로, 내마모성이 뛰어나고, 용지 얼룩이 문제가 되지 않는 고무 롤러로 할 수 있다. 게다가, 유기과산화물 가교한 조성물로 이루어지므로, 유황분의 블루밍이 생기지 않고, 카본 블랙이 소량으로 고경도화되어 있지 않기 때문에, 블루밍에 기인하는 마찰계수의 저하가 생기지 않는다. 따라서, 장기간 반복 사용해도 마찰계수의 저하가 억제되며, 더욱이 마모량이 적으므로, 장기에 걸쳐 안정된 급지성능을 유지할 수 있다.

상기 실시형태 이외에도, EPDM 이외의 다른 고무나, 폴리 프로필렌(PP), 폴리 에틸렌(PE) 등의 폴리 올레핀계 수지, 나일론 수지(PA), 스티렌계 수지 등의 열가소성 엘라스토머를 이용해도 되고, 카본 블랙 이외에도 클레이, 활석(talc), 수지, 목분 등의 다른 보강용 충전제를 이용해도 된다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예에 대해 상술한다.

실시예 1∼3 및 비교예 1∼3에 대해, 하기 표1에 기재된 각 배합 비율에서 오픈 롤, 반버리 믹서, 니이더 등의 공지된 고무 혼련장치를 이용하여 20℃∼250℃에서 1분∼20분 혼련한다. 이 혼련조성물을 140℃∼230℃로 열프레스성형하고, 내경φ9mm, 외경φ21mm, 길이 38mm의 통상체를 작성했다. 이 통상체를 원통 그라인더에서 외경φ20mm로 연마하고, 길이 10mm로 절단했다. 이 절단한 고무성형체를 전용 심금에 채워 넣고, 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 각 급지용 고무 롤러를 작성하여, 이하의 측정 및 관찰에서 사용했다.

				비교예1	비교예2	실시예1	실시예2	실시예3	비교예3
	배합약품명		메이커
고무1	에스프렌670F	100중량부유전EPDM	스미토모화학공업(주)	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0
고무2	에스프렌586	비유전 EPDM	스미토모화학공업(주)	50.0	50.0	50.0	50.0	50.0	50.0
고무3				-	-	-	-	-
고무4				-	-	-	-	-
보강제	카본 블랙	시스트3 (HAF)	도카이 카본(주)	0.0	2.5	5.0	7.5	15.0	30.0
가교제	파크밀D	디큐밀 퍼옥사이드	니혼유지(주)	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
T2완화시간(㎲)(결합고무)				-	240	350	270	255	220
T2완화시간(㎲)(폴리머 성분(EPDM))				450	850	1100	1000	900	850
경도(JIS A)				36	37	37	37	38	50
압축영구변형(%) 70℃×24h				8	8	9	10	12	15
초기마찰계수μ				1.52	1.78	1.76	1.71	1.51	1.41
통지30K장후 마찰계수μ				1.41	1.59	1.70	1.62	1.59	1.36
통지30K장후 마모량(mg)				73.4	58.3	35.0	42.5	48.3	42.1
통지중의 용지 얼룩				○	○	○	○	○	×

표 1 중 배합성분의 단위는 중량부이다. 또한, 고무(1)(에스프렌 670F)는 유전 고무이며, 100중량부 중, 50중량부가 오일이고, 50중량부가 고무분이다.

상기한 바와 같이 제작한 각 실시예 및 각 비교예의 고무 롤러에 대해, 하기의 측정 및 평가를 했다. 그 결과를 상기 표 1에 나타낸다.

(마찰계수의 측정 및 3만장 통지후의 마모량의 측정)

복사기에 각 고무 롤러를 설치하여 온도 22℃, 습도 55%의 조건하에서 A4 사이즈의 종이(후지 제록스 오피스 서플라이(주)제의 PPC용지) 3만장을 7.5시간 걸려 통지시키는 통지시험을 했다. 이 통지시험에서 통지시험 전후의 각 고무 롤러의 중량을 측정함으로써, 마모량(mg)을 구했다.

또, 이 통지시험에서 마찰계수를 도 2에 나타내는 이하의 방법으로 측정했다. 즉, 고무 롤러(21)와 플레이트(23) 사이에 로드셀(25)에 접속한 A4사이즈의 PPC용지(24)를 끼우고, 도 2 중, 검은색 화살표로 나타낸 바와 같이, 고무 롤러(21)의 회전축(22)에 연직하중W(W=250g)을 더하고, 고무 롤러(21)를 플레이트(23)에 눌러 접속시켰다.이어서, 온도 22℃, 습도 55%의 조건하에서, 상기 고무 롤러(21)를 도 2 중, 실선의 화살표a로 나타낸 방향으로 주속 300mm/초로 회전시켰다. 통지의 전후에, 도 2 중, 흰색 화살표로 나타내는 방향으로 발생한 종이(24)의 반송력 F(g)을 로드셀(25)로 측정했다. 그리고, 이 측정값 F(g)와 하중 W(250g)에서, 하기의 수학식 1으로부터 마찰계수 μ를 구했다. 이 마찰계수는 통지개시와 3만장 통지 종료 후 각각에서 측정했다.

마찰계수는 1.5이상을 양호로 했다. 마모량은 50mg이하를 양호로 했다.

μ=F(g)/W(g)

(경도)

JIS-A경도(JIS K-6253(시험후 듀로메타 타입A)스프링식 측정법)의 측정을 했다.

(압축영구변형)

JIS-K6301에 따라, 70℃, 24시간의 조건에서 측정했다.

(T2 완화시간)

핵자기공명장치(펄스-NMR)(JEOL사제 JNM-MU25)를 이용하여 솔리드 에코법으로 측정했다. 이 장치는 공명주파수 25MHz, 공명자장 0.5872T, 대상핵을 1H로 하고, π/펄스 폭은 약2㎲, 데드타임 약10㎲으로 했다.

솔리드 에코법이란, 고체상태의 T2측정으로, 불균질계에서는 복수의 T2가 존재하고, 거시적 자화 M(t)는 다음 식으로 주어진다.

M(t)=∑ai×exp[-(t/Tai)mi

i

fi=ai/∑ai(성분비)

mi: 와이플계수

와이플 계수 mi는, 1=로렌츠형, 2=가우스형으로 상분하며, fi는 각 성분의 체적분율을 나타낸다. 상기의 핵자기공명장치는, 솔리드 에코신호의 플롯을 디스플레이에 표시하고, 프린터에 인자(印字)한다. 또, 상기의 각 성분에 대한 플롯과 그 T2i, fi의 계산값을 디스플레이에 표시하고, 프린터에 인자(印字)한다. 또한, 본 명세서 중의 T2는 상기의 T2i에 상당한다.

(통지중의 용지 얼룩)

상기 3만장 통지시험중에, 통지한 종이에 육안으로 얼룩이 확인된 경우에는 [×]를, 확인되지 않은 경우에는 [○]를 표 1중의 [통지중의 용지 얼룩] 란에 기재 했다.

표 1에 표시된 바와 같이, 실시예 1∼3의 고무 롤러는 , EDPM고무와 카본 블랙 사이에 형성되는 결합고무의 T2 완화시간이 255㎲∼350㎲으로 상기 규정범위내이며, 따라서 내마모성이 우수하고 마찰계수도 카본 블랙을 적당량 배합하고 있으므로 양호하다. 또한, 카본 블랙의 배합량이 상기한 범위내이기 때문에, 용지 얼룩도 발생하지 않았다.

상세하게는, 실시예 1∼3의 고무 롤러는, EPDM 100중량부(오일을 제외한 고무분)에 대해, 카본 블랙을 5∼15중량부 배합하고 있으며, 과산화물 가교제를 EPDM고무 100중량부에 대해 1.5중량부 이용하여 유기과산화물 가교한 조성물로 이루어진 고무 롤러이다. 또, EPDM고무의 T2 완화시간이 900㎲∼1100㎲이하였다. 즉, EPDM고무의 T2 완화시간(스핀-스핀완화)은, 카본 블랙의 무첨가시에 비해, 실시예 1에서는 244%, 실시예 2에서는 222%, 실시예 3에서는 200%의 값이었다.

이 실시예 1∼3의 고무 롤러들은, 초기마찰계수가 1.51∼1.76으로 모두 1.5이상으로 양호한 값이었다. 또, 통지 30K장 후의 마찰계수도 1.59∼1.70이며, 모두 1.5 이상으로 양호한 값이었다. 또, 통지 30K장 후의 마모량도 35mg∼48.3mg으로 적고, 내마모성도 뛰어났다. 그리고, JIS A경도도 37∼38로 적절했다. 압축영구변형도 9∼12%로 적절했다. 게다가, 전실시예에서 용지 얼룩이 없었다.

따라서, 실시예의 고무 롤러는 모두 우수한 급지성능을 가진 롤러인 것을 알수 있었다. 또한, 실시예의 급지롤러는 유기과산화물 가교했기 때문에, 유황분의 블루밍이 생기지 않기 때문에, 블루밍에 기인하는 마찰계수의 저하를 억제할 수 있 었다.

한편, 비교예 1은, 카본 블랙을 배합하지 않았기 때문에, 결합(bound)성분이 존재하지 않고 T2 완화시간은 측정되지 않았다. 마모량이 74.3mg으로 아주 많아져서, 내마모성이 뒤떨어졌다. 또, 마찰계수도 3만장 통지후에 1.5보다도 낮아졌다.

비교예 2는, 결합고무의 T2가 240㎲으로 낮고 카본 블랙의 배합량이 상기의 규정 범위보다도 적었기 때문에, 마찰계수는 1.5이상으로 비교예 1보다도 개선되긴 했지만, 마모량이 58.3mg으로 내마모성이 나빴다.

비교예 3은, 결합고무의 T2 완화시간이 220㎲으로 낮고 카본 블랙의 배합량이 상기 규정 범위보다 지나치게 많았기 때문에, 마찰계수가 초기 및 3만장 통지후의 양자 모두 1.5보다도 낮아졌다. 경도도 50으로 크고, 게다가 용지 얼룩도 발생했다.

이상의 설명으로 명백해지듯이, 본 발명에 의하면 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머와 보강용 충전제 사이에 형성되는 결합 고무의 T2 완화시간을 상기 범위에 규정하고 있기 때문에, 내마모성이 뛰어나고, 장기간 사용에 따른 마모가 적고 내구성도 높아지는 것과 함께, 마찰계수의 감소도 억제할 수 있다.

또, 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머의 T2 완화시간(스핀-스핀완화)은 보강용 충전제의 무첨가시에 비해 150%이상 300%이하의 값으로 하고 있기 때문에 내마모성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 급지·반송성능이 사용 초기부터 반복 사용한 후까지 장기간, 안정 된 것이 되며, 보수(補修), 보수(保守)의 수고를 덜 수 있다. 따라서, 레이저 프린터, 정전식 복사기, 보통지 팩시밀리장치 등의 OA기기나, 자동예금지급기(ATM) 등의 급지기구에 사용되는 급지 롤러의 내구성을 향상할 수 있다. 특히, 인젝션 프린터, 복시기용 급지롤러로 적합하다.

Claims (10)

1. 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머를 주성분으로 하고, 보강용 충전제로서 카본 블랙 및 가교제로서 과산화물을 포함하는 엘라스토머 조성물에 있어서,

   상기 보강용 충전제가 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머 중에 분산되어 구성되며, 상기 카본 블랙의 양이 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머 100 중량부에 대해 3 중량부 이상 7.5 중량부 이하이며, 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머가 유전 EPDM을 포함하며, 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머와 상기 보강용 충전제와의 계면을 포함하는 근접부분에 형성되는 결합고무의 T2 완화시간(스핀-스핀완화)이 250㎲ 이상 400㎲ 이하인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 결합 고무는 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머와 상기 보강용 충전제와의 계면을 포함하는 근접부분으로, 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머와 상기 보강용 충전제 양자의 상호작용에 의해 분자운동의 영향을 받고 있는 고분자 사슬인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 조성물.
3. 제1항에 있어서, JIS-A경도가 20이상 45이하인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머로서 EPDM을 이용하고, 상기 보강용 충전제로 카본 블랙을 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 엘라스토머 조성물.
5. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머 조성물은 유기과산화물 가교되어 있는 것을 특징으로 하는 엘라스토머 조성물.
6. 제4항에 있어서, 상기 EPDM 100중량부에 대해 상기 카본 블랙을 3중량부 이상 7.5중량부 이하, 과산화물 가교제를 0.5중량부 이상 3중량부 이하의 비율로 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 엘라스토머 조성물.
7. 제5항에 있어서, 상기 EPDM 100중량부에 대해 상기 카본 블랙을 3중량부 이상 7.5중량부 이하, 과산화물 가교제를 0.5중량부 이상 3중량부 이하의 비율로 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 엘라스토머 조성물.
8. 제1항에 있어서, 상기 고무 혹은/및 열가소성 엘라스토머의 T2 완화시간(스핀-스핀완화)은, 상기 보강용 충전제의 무첨가시에 비해 150%이상 300%이하의 값으로 하고 있는 것을 특징으로 하는 엘라스토머 조성물.
9. 제1항에 기재된 엘라스토머 조성물을 이용하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고무 롤러.
10. 제 9 항에 있어서, 종이나 필름의 반송용 롤러로서 이용되는 것을 특징으로 하는 고무 롤러.

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