KR100583417B1 - 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 범용고무와 재생고무 혼합물을 기재고무로 하고 고무용 첨가제 및 보강성 충진제를 포함하는 고무 조성물에, 금속계 가교조제, 유기과산화물 및 황가교기구를 동시에 함유하는 혼성가교기구를 포함하여 구성됨으로써, 상기 범용고무와 재생고무의 결합력이 향상되고 기계적 강도 및 내마모성이 우수하며, 특히 산업폐기물인 폐고무의 재활용에 따른 환경오염 방지 효과와 대폭적인 제조단가의 절감 효과를 얻을 수 있는 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물에 관한 것이다.
재생고무, 혼성가교기구, 금속계 가교조제

Description

재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물{Shoe sole composition containing recycled rubber}
본 발명은 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 범용고무와 재생고무 혼합물을 기재고무로 하고 고무용 첨가제 및 보강성 충진제를 포함하는 고무 조성물에, 금속계 가교조제, 유기과산화물 및 황가교기구를 동시에 함유하는 혼성가교기구를 포함하여 구성됨으로써, 상기 범용고무와 재생고무의 결합력이 향상되고 기계적 강도 및 내마모성이 우수하며, 특히 산업폐기물인 폐고무의 재활용에 따른 환경오염 방지 효과와 대폭적인 제조단가의 절감 효과를 얻을 수 있는 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물에 관한 것이다.
최근 환경문제가 사회 전반에 걸쳐 대두되고 있는 가운데 각종 생활용품, 자동차부품, 전기 및 전자제품의 부품 등으로 이용되는 고분자 및 고무재료는 사용 후 발생되는 폐기물이 대부분 썩지 않고 환경오염 문제의 원인이 되는 것으로 문제가 되고 있다.
따라서 자원을 유효 적절히 활용함과 동시에 중요한 사회 문제로 등장되어 있는 환경오염을 방지하기 위하여 전 세계적으로 고분자 및 고무재료를 포함한 산업폐기물의 처리 및 재활용 방안에 대한 관심과 연구가 꾸준히 지속되고 있다.
이러한 산업폐기물 가운데서 타이어, 신발 및 각종 산업용 부품 등으로 광범위하게 사용되는 고무제품으로 인해 발생되는 고무폐기물은 자연분해가 되지 않음으로써 수질, 토양 및 대기오염 등의 환경오염을 유발시키는 주요 원인이 되고 있으며, 또한 계속적으로 방치할 경우에는 급속도로 늘어나는 고무 폐기물에 의해 심각한 환경파괴 현상을 초래할 수 있다.
이러한 측면에서 시도되고 있는 고무폐기물의 재활용 방안으로는 고무 폐기물을 작은 입자의 분말 또는 조각 형태의 고무칩으로 만들어서 재활용하는 방법과 고무로부터 결합되어 있는 황을 제거하는 탈황공정을 거친 후 제조된 재생고무를 이용하는 방법이 있다.
이중 고무칩은 보도블록 또는 운동시설 등의 바닥재와 건축물의 외장재 등으로 일부 사용하고 있으나 이는 폐자재를 접합하는 접합제로 폴리우레탄을 사용함으로써 접합제의 원가가 폐자재 가격보다 10배 이상 증가하는 불합리한 요소가 있고 또한 처리과정에서 유독성 증기가 발생하여 작업자의 건강을 해치는 문제점이 발생하였다.
이러한 폐고무칩을 신발용 겉창재료로 이용한 기술(대한민국등록특허 제0187496호)도 있으나, 고무칩을 적용할 경우 고무와 폐고무칩의 계면 간에는 어떠한 화학결합도 형성되지 않아 재료 파괴 시 고무와 폐고무칩의 계면에 응력이 집중되어 크랙(crack)이 쉽게 발생하고, 이로 인해 파괴가 쉽게 진행되는 문제점이 있 다. 결과적으로 이러한 특성은 신발 겉창의 내구성에 있어서 가장 중요한 요소인 내마모성을 열악하게 만드는 요인으로 작용한다.
또한 탈황공정을 거친 재생고무는 재생타이어 등에 주로 사용되고 있으나 신발용 소재로 과량 적용 시 역시 저하되는 기계적 물성을 제어하기 어려워 아직까지 상용화되지 못하고 있는 실정이다.
이에 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 범용고무와 재생고무로 이루어진 기재고무에 금속계 가교조제, 유기과산화물 및 황가교기구를 동시에 사용하는 혼성가교기구를 적용할 경우 상기 범용고무와 재생고무의 결합력이 향상되며, 재생고무를 사용함에도 불구하고 통상의 신발겉창이 지니는 대부분의 기계적 물성을 그대로 유지할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 산업폐기물인 폐고무를 탈황시켜 제조한 재생고무를 사용하면서도 기계적 물성이 우수하고, 제조단가를 절감할 수 있는 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 범용고무 50 ∼ 90 중량%와 재생고무 10 ∼ 50 중량%를 기재고무로 하고, 고무용 첨가제 및 보강성 충진제를 포함하는 고무 혼합물에, 기재고무 100 중량부에 대하여 금속계 가교조제 0.1 ∼ 5 중량부; 유기과산화물 0.05 ∼ 10 중량부; 및 황과; 알데히드·암모니아류, 알데히드·아민류, 구아니딘류, 티오우레아류, 티아졸류, 술펜아미드류, 티우람류 및 디티오카르바민산염류 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상 가황촉진재를 포함하는 황가교기구 0.1 ∼ 10 중량부로 이루어진 혼성가교기구를 포함하여 이루어지는 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물을 특징으로 한다.
본 발명은 범용고무와 재생고무 혼합물을 기재고무로 하는 고무 조성물에, 금속계 가교조제, 유기과산화물 및 황가교기구를 동시에 함유하는 혼성가교(hybrid vulcanization)기구를 포함하여 구성됨으로써, 상기 범용고무와 재생고무의 결합력이 향상되고 기계적 강도 및 내마모성이 우수하며, 특히 산업폐기물인 폐고무의 재활용에 따른 환경오염 방지 효과와 대폭적인 제조단가의 절감 효과를 얻을 수 있는 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명을 각 조성성분에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명은 기재고무로서 범용고무와 재생고무의 혼합물을 사용한다.
상기 범용고무로는 천연고무, 부타디엔고무 및 스티렌/부타디엔 고무 등 중에서 선택된 1 종 또는 이들의 혼합물을 사용하며, 사용량은 기재 중에 50 ∼ 90 중량%이다. 상기 재생고무는 탈황공정을 거친 고무로써 기재 중에 10 ∼ 50 중량%를 사용할 수 있으며, 이때 재생고무의 사용량이 10 중량% 미만이면 제조단가 절감에 의미가 없고, 50 중량%를 초과하면 신발용 겉창에 요구되는 기계적 물성이 급격히 저하된다.
본 발명에서는 통상적인 고무용 첨가제를 사용할 수 있으며, 이러한 첨가제의 사용은 당업자에 의하여 선택되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니다. 이러한 고무용 첨가제로는 점착부여제, 연장유, 충전제, 산화방지제, 오존화방지제 등을 사용할 수 있다.
상기 점착부여제는 온도변화에 따른 경도 변화를 감소시키기 위해서 사용되며, 로진유도체, 터펜계 수지, 석유수지, 쿠마론 수지, 스티렌계 수지 및 페놀수지 등 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 사용량은 기재고무 100 중량부에 대하여 3 ∼ 40 중량부이면 좋다.
상기 연장유로는 나프텐계, 방향족계 및 파라핀계 등과 같은 탄화수소계 가공유와 채종유, 피마자유와 같은 천연유 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 기재고무 100 중량부에 대하여 3 ∼ 45 중량부 사용하면 좋다.
또한 상기의 보강성 충진제로는 카본블랙, 실리카, 탄산칼슘, 탈크 등과 같은 미네랄 충전제를 기재고무 100 중량부에 대하여 3 ∼60 중량부 사용할 수 있다.
본 발명은 기재고무로 사용하는 범용고무와 재생고무의 결합력 향상을 위해 금속계 가교조제, 유기과산화물 및 황가교기구를 동시에 사용하는 혼성가교기구를 이용함에 그 특징이 있다.
상기 금속계 가교조제로는 진크디아크릴레이트, 진크디메타크릴레이트, 진크모노메타크릴레이트, 개질된 진크아크릴레이트, 진크디아크릴레이트 등을 단독으로 사용하거나 2 ∼3가지를 혼합하여 사용할 수 있다. 금속계 가교조제의 사용량은 기재고무 100 중량부에 대하여 0.1 ∼5 중량부이며, 이때 사용량이 0.1 중량부 미만에서는 금속계 가교조제의 첨가 효과인 기계적 특성 개선이 나타나지 않으며, 5 중량부를 초과하면 롤가공성의 급격한 저하와 제조된 겉창의 경도 상승이 유발된다.
상기 유기과산화물로는 사이클로헥사논퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시이소프로필 카르보네이트, t-부틸퍼옥시라우릴레이트, t-부틸퍼옥시아세테이트, 디-t-부틸디퍼옥시프탈레이트, t-디브틸퍼옥시말레인산, t-부틸큐밀퍼옥사이드, t-부틸하이드로퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디벤조일퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 1,3-비스(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 디-(2,4-디클로로벤조일)퍼옥사이드, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 디-t-부틸퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-(t-부틸퍼옥시)-3-헥신, n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발러레이트 및 α,α'-비스(t-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠 등 중에서 선택된 1종 또는 혼합물을 사용할 수 있다. 이러한 유기과산화물의 사용량은 기재고무 100 중량부에 대하여 0.05 ∼10 중량부이며, 이때 사용량이 0.05 중량부 미만이면 가교가 부족하고, 10 중량부를 초과하면 경도가 급격히 상승한다.
상기 황가교기구로는 황과 알데히드·암모니아류, 알데히드·아민류, 구아니딘류, 티오우레아류, 티아졸류, 술펜아미드류, 티우람류 및 디티오카르바민산염류 등으로부터 선택된 가황촉진제를 사용할 수 있다. 이러한 황가교기구의 사용량은 기재고무 100 중량부에 대하여 0.1 ∼ 10 중량부이며, 상기 첨가량을 준수하는 것이 바람직하다.
상기한 가황촉진제를 활성화시키기 위해 산화아연과 같은 금속산화물, 스테아린산과 같은 지방산 중에 선택된 가황촉진조제를 사용할 수 있으며, 사용량은 상기 기재고무 100 중량부에 대하여 0.01 ∼ 8 중량부이다.
이상과 같은 조성 성분들로 이루어진 본 발명의 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물을 사용하여 겉창을 제조하는 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 천연고무, 부타디엔 고무 및 스티렌/부타디엔 고무 중에서 선택된 범용고무와 재생고무로 이루어진 기재에 통상적인 첨가제들을 혼합한 후 금속계 가교조제, 유기과산화물 및 황가교기구로 구성되는 혼성가교제를 배합한 컴파운드를 쉬트상으로 제조하여 밀폐된 금형 안에 투입한 후 압축성형기를 이용하여 130 ∼ 170 ℃, 100 ∼ 150 kg/㎠의 고온·고압 하에서 3 ∼ 20 분간 성형함으로써 원하는 형태의 신발 겉창을 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ∼ 2
다음 표 1에 나타낸 바와 같은 함량의 기재고무와 산화아연, 스테아린산, 실리카, 활성화제, 점착부여제, 산화방지제 및 연장유를 100 ∼120 ℃의 밀폐식 혼합기에서 약 15분 동안 혼련하고, 표면 온도가 70 ∼ 80 ℃인 롤밀에서 기재고무 100 중량부에 대하여 황, 가황촉진제, 유기과산화물 및 금속계 가교조제를 투입하여 충분히 혼련시킨 후 2 ∼ 6 ㎜의 혼련물 쉬트를 제조하였다. 상기 혼련물 쉬트를 실온(23 ℃)에서 24시간 이상 숙성시켜서 금형의 캐비티 형태로 절단하고 금형에 투입한 후 155 ℃, 150 ㎏/㎠의 조건에서 가황시간 측정기로 측정된 최적가황시간 (t90) 동안 압축성형하여 3 mm 두께의 신발 겉창을 제조하였다.
비교예
상기 실시예 1 ∼ 2의 공정에 따라 밀폐식 혼합기에서 얻어진 혼련물에 대하여 표면 온도가 70 ∼ 80 ℃인 롤밀에서 기재 100 중량부에 대하여 황 1.5 중량부, 촉진제 2.5 중량부를 투입하여 충분히 혼련시키고, 이를 상기 실시예 1 ∼ 2와 동일한 방법으로 신발 겉창을 제조하였다.
구 분 사용량
실시예1 실시예2 비교예
기재고무 (중량%) 부타디엔고무1) 50 40 50
스티렌/부타디엔고무2) 20 - 20
천연고무3) - 20 -
재생고무 30 40 30
첨가제 및 가교계 (중량부14)) 산화아연 5 5 5
스테아린산 2 2 2
실리카4) 45 - 45
카본블랙5) - 45 -
활성화제6) 2 - 2
점착부여제7) 5 10 5
산화방지제8) 2 2 2
연장유9) 5 3 5
황 1.5 1.0 1.5
촉진제110) 1.0 1.0 1.0
촉진제211) 1.5 1.8 1.5
유기과산화물12) 0.5 0.6 -
금속계 가교조제13) 0.3 0.5 -
최적 가교 시간(t90) 350초 470초 420초
주 : 1) 금호석유화학, KBR01 2) 금호석유화학, SBR 1502 3) SMR 3L 4) 로디아, Zeosil155 5) LG화학, N330 6) 동남합성, PEG4000 7) 코롱유화, Hi-korez 8) 유니로얄화학, BHT 9) 미창석유화학, 파라핀오일 10) 동양제철화학, Oricel-M 11) 동양제철화학, Oricel-DM 12) NOF Co., DCP 13) 진양화성, ZDA 14) 기재고무 100 중량부에 대한 상대량
실험예 : 물성측정
상기 실시예 1 ∼ 2 및 비교예에 의해 3 mm 쉬트로 제조된 신발 겉창에 대하여 다음과 같은 방법으로 특성을 시험하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
1) 비중
KS M6519에 준하여 우에시마(Ueshima)사의 자동비중 측정 장치인 모델DMA-3을 이용하여 5회 측정하여 그 평균치를 취하였다.
2) 경도
KS M6518에 준하여 아스커(Asker) A형 경도계를 사용하여 측정하였다.
3) 인장강도, 신장율, 인열강도
KS M6518에 준하여 Zwick사의 만능시험기를 사용하여 측정하였다.
4) NBS 마모
NBS마모시험기(ASTM 1630)를 사용하여 다음과 같이 내마모율을 측정하였다.
구 분 경도 (Asker A) 비중 인장강도 (㎏/㎠) 신장율 (%) 인열강도 (㎏/㎝) NBS 마모 (%)
실시예 1 66 1.14 132 440 55 300
실시예 2 66 1.15 138 400 70 310
비교예 66 1.16 98 380 36 190
상기 표 2에 나타낸 바와 같이 실시예 1 ∼ 2는 우수한 기계적 강도 및 내마모성을 나타내는데 반하여 비교예는 기계적 강도 및 내마모성이 상대적으로 열악한 것을 알 수 있다.
즉 재생고무를 이용하여 신발 겉창을 제조할 경우 신발 겉창이 갖춰야만 하는 기계적 강도를 만족시키기 위해서는 금속계 가교조제, 유기과산화물 및 황가교기구를 동시에 사용하는 혼성가교기구를 이용한 실시예가 적합함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 범용고무와 재생고무 혼합물을 기재고무로 하고 여기에 금속계 가교조제, 유기과산화물 및 황가교기구를 동시에 사용하는 혼성가교기구를 이용하면, 상기 범용고무와 재생고무의 결합력이 향상되어 우수한 기계적강도 및 내마모성이 부여됨을 알 수 있다.
특히 본 발명은 산업폐기물인 폐고무의 재활용에 따른 환경오염 방지 효과와 대폭적인 제조단가의 절감 효과를 얻을 수 있으며, 또한 이러한 혼성가교기구는 재생고무를 함유하는 다른 고무조성물에 적용하더라도 큰 효과가 있을 것으로 사료된다.

Claims (7)

  1. 범용고무 50 ∼ 90 중량%와 재생고무 10 ∼ 50 중량%를 기재고무로 하고, 고무용 첨가제 및 보강성 충진제를 포함하는 고무 혼합물에,
    기재고무 100 중량부에 대하여 금속계 가교조제 0.1 ∼ 5 중량부; 유기과산화물 0.05 ∼ 10 중량부; 및 황과; 알데히드·암모니아류, 알데히드·아민류, 구아니딘류, 티오우레아류, 티아졸류, 술펜아미드류, 티우람류 및 디티오카르바민산염류 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상 가황촉진재를 포함하는 황가교기구 0.1 ∼ 10 중량부로 이루어진 혼성가교기구를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속계 가교조제는 진크디아크릴레이트, 진크디메타크릴레이트, 진크모노메타크릴레이트, 개질된 진크아크릴레이트 및 진크디아크릴레이트 중에서 선택된 1 종 또는 2 내지 3 종의 혼합물인 것을 특징으로 하는 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유기과산화물은 사이클로헥사논퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시이소프로필카르보네이트, t-부틸퍼옥시라우릴레이트, t-부틸퍼옥시아세테이트, 디-t-부틸디퍼옥시프탈레이트, t-디브틸퍼옥시말레인산, t-부틸큐밀퍼옥사이드, t-부틸하이드로퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디벤조일퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 1,3-비스(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 디-(2,4-디클로로벤조일)퍼옥사이드, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 디-t-부틸퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-(t-부틸퍼옥시)-3-헥신, n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발러레이트 및 α,α'-비스(t-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠 중에서 선택된 1 종 또는 그 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 재생고무를 이용한 신발 겉창용 조성물.
  5. 삭제
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