KR100668105B1

KR100668105B1 - 맥섬석 분말을 이용한 무취 고무조성물의 제조방법 및그로부터 수득되는 무취 고무조성물

Info

Publication number: KR100668105B1
Application number: KR1020060064095A
Authority: KR
Inventors: 곽성근
Original assignee: 맥섬석 지.엠. 주식회사
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2007-01-11

Abstract

본 발명은 10 내지 100㎚의 범위의 입경을 갖는 맥섬석 분말을 고기능성 충전재(filler)로 사용하여 냄새가 없는 무취 고무조성물의 제조방법 및 그로부터 수득되는 무취 고무조성물에 관한 것으로서, 고무조성물의 제조에 있어서, (1) 원료로서 사문암 원석을 세척하고, 세척된 원료를 분쇄하여 250 내지 350㎛의 평균입경을 갖도록 조정하는 분급을 수행하는 전처리단계; (2) 통상의 사이클론 원심분리기를 이용하여 상기 전처리단계에서 수득되는 분급된 원료에서 중사를 제거하는 원심분리를 수행한 후, 중사가 제거된 원료를 건조시키는 중사제거단계; (3) 상기 중사제거단계를 거친 원료 90중량부에 각섬석 6 내지 10중량부, 지르코늄실리케이트 1 내지 3중량부를 혼합하고, 로 온도 1,150 내지 1,300℃에서 소성한 다음 평균 입경 300메쉬(mesh)로 분쇄하여 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 수득하는 소성단계; (4) 상기 소성단계에서 수득되는 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 초임계 급속팽창법(RESS ; Rapid Expansion of Supercritical Solutions)을 이용하여 맥섬석 분말로서 평균입경 0.1㎛의 나노미립자 상태의 맥섬석 분말을 수득하는 나노분말화단계; 및 (5) 가황 및 충전재를 혼합하기 전의 생지 상태의 통상의 고무원료 100중량부에 대하여 상기 맥섬석 분말 0.1 내지 4.9중량부를 가하고, 혼련하여 고무 조성물을 수득하는 혼련단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

사문암, 각섬석, 맥섬석 분말, 자성체, 보자력, 고무조성물

Description

맥섬석 분말을 이용한 무취 고무조성물의 제조방법 및 그로부터 수득되는 무취 고무조성물{Manufacturing method of deodorized rubber composition and deodorized rubber composition therefrom}

본 발명은 맥섬석 분말을 이용한 무취 고무조성물의 제조방법 및 그로부터 수득되는 무취 고무조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 10 내지 100㎚의 범위의 입경을 갖는 맥섬석 분말을 고기능성 충전재(filler)로 사용하여 냄새가 없는 무취 고무조성물의 제조방법 및 그로부터 수득되는 무취 고무조성물에 관한 것이다.

종래의 고무는 분자량이 크고, 중합체 사슬이 유연성이 있으며, 극성과 구조의 불규칙성을 조절할 수 있어야 하며, 수많은 고무제품의 제조에 사용될 수 있는 합성고무는 일반적으로 유화중합반응에 의해 제조되었다.

또한 합성고무는 스티렌-부타디엔고무(SBR ; 스티렌과 부타디엔의 공중합체), 니트릴고무(NBR ; 부타디엔과 아크릴로니트릴의 공중합체), 부틸고무(이소부틸렌과 2 내지 3%의 이소프렌 또는 다른 불포화 탄화수소의 공중합체), 클로로프렌고무(클로로프렌의 중합체), 다황화고무(디할로겐화에틸렌과 알칼리성 다황화물로부 터 합성된 것) 등이 있으며, 스테레오고무, 불소고무 등도 쓰이고 있다.

상기의 중합반응에 의한 중합체 생성에서, 예상가능하고, 바람직한 성능 특성을 갖는 중합체를 제조하기 위해 후처리된 중합체의 분자량 및 중합체 균일도 등의 변수의 조절에 따라 좌우될 수 있다.

또한 고무에서는 고무 특유의 악취가 발생되는 단점이 있다. 그리고 상기의 설명과 같은 니트릴고무 제조방법으로 대한민국 특허출원 제1997-36022호에는 단량체로서 아크릴로니트릴과 1,3-부타디엔을 수성 유화액에서 공중합반응 시킴으로써 합성될 수 있다는 설명과 함께 이러한 단량체를 중합시킨 후, 수성 유화액으로부터 중합체를 회수하는 개선된 방법이 개시되어 있으며, 여기에서는 니트릴고무 함유 유화액에 산화방지제를 첨가하여 안정화 니트릴고무 유화액을 제조하고, 안정화 니트릴고무 유화액에 염산을 첨가하여 액상과 니트릴고무 조각으로 이루어진 응고된 니트릴고무 슬러리를 제조하고, 응고된 니트릴고무 슬러리의 액상으로부터 니트릴 고무조각을 분리시키고, 니트릴고무 조각을 세척수에 혼합시켜 니트릴고무 재슬러리를 제조하고, 니트릴고무 재슬러리의 pH를 5 내지 8의 범위 이내로 조정하여 니트릴고무 재슬러리의 세척수로부터 니트릴고무 조각을 분리시켜 유화액에서 회수되는 니트릴고무의 제조방법에 대하여 기술하고 있다. 여기에서 니트릴(nitrile)은 시아노 화합물이라고도 하며, 분자구조는 시아노기(-C=N)와 탄소원자가 결합한 분자구조를 가지는 유기화합물로, 니트릴은 카르복실산의 산소원자를 질소원자로 치환시킨 중성물질이다. 아크릴로니트릴은 시안화수소와 아세틸렌 또는 산화에틸렌을 반응시켜 얻거나, 촉매 존재 하에서 암모니아와 프로필렌을 반응시키는 암모니 아산화에 의해 얻을 수 있다.

응고 후에 중합체에 잔류하는 잔여 산은 중합체의 부식증가를 포함하여 상당한 문제점을 야기시킬 수 있으며, 중합체 내의 산의 존재는 또한 가황 속도에 악영향을 미칠 수 있고, pH가 낮은 산성의 중합체는 중성 내지 알칼리성의 중합체보다 더 느린 속도로 가황된다.

이러한 가황 속도의 감소는 바람직하지 않은 것으로서, 이는 상업적인 조작에서 종종 병목 구간이 되는 고무 경화에 필요한 시간을 증가시키기 때문이고, 또한 응고, 유화액에 첨가되는 산의 양이 변할 수 있으므로 적어도 부분적으로 불확실성이 발생되는 단점이 있으며, 고무 특유의 악취가 나게 되는 원인이 된다.

또한 통상의 고무 제조 공업에서 충전재(filler)로서 주로 탄산칼슘(CaCO₃), 유리화이버(glass fiber), 운모(mica) 등이 주로 이용되어 왔다. 그러나 이러한 충전재들은 열에 의한 변형이 많고, 내구성, 내식성, 내마모성과 탈취 효과 등이 적기 때문에 단순한 증량제의 기능에 그치고 만다는 단점이 있다.
한편, 일본국 공개특허공보 특개평6-200081호에는 저취기 고무 배합물에 관하여 개시하고 있으며, 여기에서는 함수규산마그네슘질 점토광물을 이용하여 가류시에 열분해 또는 기화에 의해 발생하는 악취를 저감시키는 것이 기술되어 있기는 하나, 상기한 점토광물의 사용량이 전체 고무조성물 100중량부에 대해 5중량부 내지 75중량부의 양으로 사용할 수 있다고 하고 있으며, 실제 실시예들에서도 최저 20중량부에서 최고 70중량부까지의 사용에 의한 저취기 고무의 제조를 기술하고 있는 것으로서, 실제 고무조성물 대비 점토광물의 함량비가 높아 고무 물성의 변화 등으로 인한 고무 조성물의 용도의 제한 등의 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 10 내지 100㎚의 범위의 입경을 갖는 맥섬석 분말을 고기능성 충전재(filler)로 사용하여 냄새가 없는 무취 고무조성물의 제조방법 및 그로부터 수득되는 무취 고무조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 맥섬석 분말을 이용한 무취 고무조성물의 제조방법은, 고무조성물의 제조에 있어서, (1) 원료로서 사문암 원석을 세척하고, 세척된 원료를 분쇄하여 250 내지 350㎛의 평균입경을 갖도록 조정하는 분급을 수행하는 전처리단계; (2) 통상의 사이클론 원심분리기를 이용하여 상기 전처리단계에서 수득되는 분급된 원료에서 중사를 제거하는 원심분리를 수행한 후, 중사가 제거된 원료를 건조시키는 중사제거단계; (3) 상기 중사제거단계를 거친 원료 90중량부에 각섬석 6 내지 10중량부, 지르코늄실리케이트 1 내지 3중량부를 혼합하고, 로 온도 1,150 내지 1,300℃에서 소성한 다음 평균 입경 300메쉬(mesh)로 분쇄하여 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 수득하는 소성단계; (4) 상기 소성단계에서 수득되는 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 초임계 급속팽창법(RESS ; Rapid Expansion of Supercritical Solutions)을 이용하여 맥섬석 분말로서 평균입경 0.1㎛의 나노미립자 상태의 맥섬석 분말을 수득하는 나노분말화단계; 및 (5) 가황 및 충전재를 혼합하기 전의 생지 상태의 통상의 고무원료 100중량부에 대하여 상기 맥섬석 분말 0.1 내지 4.9중량부를 가하고, 혼련하여 고무 조성물을 수득하는 혼련단계;를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 맥섬석 분말을 이용한 무취 고무조성물의 제조방법은, 고무조성물의 제조에 있어서, (1) 원료로서 사문암 원석을 세척하고, 세척된 원료를 분쇄하여 250 내지 350㎛의 평균입경을 갖도록 조정하는 분급을 수행하는 전처리단계; (2) 통상의 사이클론 원심분리기를 이용하여 상기 전처리단계에서 수득되는 분급된 원료에서 중사를 제거하는 원심분리를 수행한 후, 중사가 제거된 원료를 건조시키는 중사제거단계; (3) 상기 중사제거단계를 거친 원료 90중량부에 각섬석 6 내지 10중량부, 지르코늄실리케이트 1 내지 3중량부를 혼합하고, 로 온도 1,150 내지 1,300℃에서 소성한 다음 평균 입경 300메쉬(mesh)로 분쇄하여 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 수득하는 소성단계; (4) 상기 소성단계에서 수득되는 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 초임계 급속팽창법(RESS ; Rapid Expansion of Supercritical Solutions)을 이용하여 맥섬석 분말로서 평균입경 0.1㎛의 나노미립자 상태의 맥섬석 분말을 수득하는 나노분말화단계; 및 (5) 가황 및 충전재를 혼합하기 전의 생지 상태의 통상의 고무원료 100중량부에 대하여 상기 나노분말화단계에서 수득되는 맥섬석 분말 0.1 내지 4.9중량부를 가하고, 혼련하여 고무 조성물을 수득하는 혼련단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 (1)의 전처리단계는 원료로서 사문암 원석을 세척하고, 세척된 원료를 분쇄하여 250 내지 350㎛의 평균입경을 갖도록 조정하는 분급을 수행하는 것으로 이루어진다. 이 전처리단계는 후속의 중사제거단계를 수행하기 위하여 수행된다. 상기 전처리단계에서의 세척에 의해 채광된 원석 중에 포함된 염분과 세균 및 부식물 등 다량의 유기불순물들을 제거한다. 상기에서 분급된 재료 입자는 미분화 단계에서 수열분해되므로 분쇄되어 분급된 입경 보다 훨씬 작은 입경(약 1㎛ 이하)이 되어 표면적이 현저하게 증대된다. 일반적으로 미분 입자의 표면적은 그 입경의 제곱에 반비례하므로 그 표면적이 수열 분해되기 전보다 약 9배 정도 증대된다. 또한 수열분해는 가열, 냉각에 따라 원료 입자가 팽창, 수축하면서 분쇄되는 것이므로 분쇄된 형태가 불규칙하고, 표면조도가 높아, 가열법에 의해 제조된 동일 입 경의 입자보다 표면적이 현저히 증대된다. 아울러, 상기 미분화된 후, 건조된 입자는 부착력이 반발력보다 커서, 쉽게 응집되는 특성을 갖고 있어서, 미분화시킨 재료의 입자가 실제 사용할 때에는 다시 응집되어 버리는 문제점이 발생할 수 있기 때문에 상기 미분화 단계에서 가열된 원료입자에 투입되는 수증기에 별도의 응집 방지제의 혼입이 필요하다. 응집방지제로서는 식물성 유지인 불포화지방산을 알코올 등의 유기용매로 희석하고, 불포화 지방산의 열분해를 방지하는 염화철 안정제를 미량 첨가하여 혼합한 것이며, 또 상기 첨가된 염화철 안정제는 원료입자 사이에 혼입된 불포화 지방산이 미세한 유막을 형성하여 계면활성제 구실을 수행하여 미분화된 입자의 응집을 방지하는데 주도적인 역할을 수행한다. 이렇게 미분체이면서 상호 응집력이 제거된 상태의 재료는 후속되는 소성단계를 거치는 것에 의해 종래 방법에 의한 입자에 비하여 표면적과 표면조도가 현저하게 증대되어서 원적외선 방사량과 음이온의 방사강도가 아주 높을 뿐 아니라, 원적외선 방사효율이 월등하게 증대된다.

상기 (2)의 중사제거단계는 원적외선의 파장이 짧고, 음이온을 방출하지 않으며, 강도가 낮고, 비중이 커서 원료의 하부에 모여 균일한 입자를 얻기가 어려운 중사(TiO₂Zr)를 제거하기 위해 수행된다. 중사의 제거에는 비중차를 이용하는 원심분리에 의해 수행될 수 있다. 특히 원심분리에는 사이클론 원심분리기와 같은 상용화된 원심분리기가 사용될 수 있다. 상기 원심분리기는 유체에 녹은 맥섬석의 농축, 중사제거 및 정제에 이용된다. 현탁액보다 밀도가 더 높은 현탁입자는 가장 자리로 퍼지려고 하고, 밀도가 작은 것은 중심으로 모이게 된다. 이동은 원심장의 세기, 입자와 현탁액의 밀도차, 액체의 점성, 입자의 크기와 모양, 그리고 어느 정도는 입자의 농도와 하전도(荷電度)에 따라 달라진다. 입자에 가해진 동력은 입자에 작용하는 원심장과 액체의 반작용, 부력의 차이이다. 입자가 원심분리기의 회전용기 바깥쪽 벽에 몰릴 때까지 원심분리를 계속하면, 현탁매질과 현탁입자는 완전히 분리된다. 크기가 다른 현탁입자를 2개의 무리로 분리시키기 위해서는 모든 큰 입자들이 침전물로 완전히 뭉쳐지도록 장시간 원심분리를 시킨다. 이러한 원심분리기 및 원심분리 방법은 통상적으로 수행되는 것으로서, 당업자에게는 충분히 이해되고, 또 용이하게 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다. 상기 사이클론 원심분리기는 액체에서 미세한 입자를 연속 분리한다. 연속분리를 위해 분리할 원료 또는 물질은 축(Shaft) 근처의 한쪽 끝에서 주입되며, 분리된 물질은 2개의 흐름으로 나누어져 이동한다. 관의 내부구조의 설계에는 여러 가지가 있지만, 일반적으로 방사상 날개는 공급된 물질을 가속시키고, 분리된 물질을 배출하기 전에 감속시키기 위해 사용된다. 이 분리기는 고속 모터로 구동되며, 침강은 유체가 관의 한쪽 끝에서 다른 쪽으로 흐르면서 일어난다. 무거운 물질에 아주 미세한 입자나 분자가 있고, 그 농도가 아주 낮을 경우 고체물질은 주로 벽 쪽으로 모여서 분리되게 된다. 이러한 사이클론 원심분리기는 당업자라면 상용적으로 공급되는 것을 구입하여 용이하게 사용할 수 있을 정도로 공지된 것이다.

중사를 제거한 후에는 입자를 세척할 때 청수와 혼합된 상태이므로 죽과 같은 상태로 이송되는데, 수분을 제거하기 위하여 통상의 고분자 응집제를 투입하면, 청수 중의 콜로이드 입자 형태로 분산되어 있던 재료는 응집되어 침전된다. 침전단계에서 침전된 입자를 미분화시키고, 건조시켜서 후속의 소성단계로 진행된다. 상기에서 고분자 응집제로는 1차고급알킬술폰산염 비누, 고급지방산에스테르의 황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 나프텐산염 등 상용적으로 구입하여 사용할 수 있는 통상의 음이온계 응집활성제가 사용될 수 있다.

상기 (3)의 소성단계는 상기 중사제거단계를 거친 원료 90중량부에 각섬석 6 내지 10중량부, 지르코늄실리케이트 1 내지 3중량부를 혼합하고, 로 온도 1,150 내지 1,300℃에서 소성한 다음 평균 입경 300메쉬(mesh)로 분쇄하여 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 수득하는 것으로 이루어진다. 상기에서 제조된 원료 분말은 각섬석 및 지르코늄실리케이트와 혼합된 후, 소성되어 모든 온도에 걸쳐서 파장이 4 내지 20㎛의 원적외선을 0.93 이상 방출하는 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 수득하게 된다.

상기 (4)의 나노분말화단계는 상기 소성단계에서 수득되는 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 초임계 급속팽창법(RESS ; Rapid Expansion of Supercritical Solutions)을 이용하여 이루어지며, 그에 의해 평균입경 0.1㎛의 나노미립자 상태의 맥섬석 분말을 수득하게 된다. 기계적으로 30㎛로 분쇄한 맥섬석을 나노 또는 서브 미크론 크기로 제조하는 것은 고무조성물에 사용되는 상기 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말의 원적외선 방사율을 높이도록 한다. 본 발명에서는 초임계 이산화탄소를 이용한 초임계 급속팽창법(Rapid Expansion of Supercritical Solutions : RESS)을 사용하여 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말 의 나노미립자 제조를 가능하게 하였다. 이 방법은 온도나 압력 등의 외부요건의 변화에 의해 용매 용질계의 상평형을 크게 변화시키는 결정화수법으로 계의 상태를 초임계상태에서 상온상압상태로 변화시키면 초임계유체는 기체가 되므로 용매 용질간의 친화력이 크게 감소하고 고체가 석출한다. 즉, 압력을 고압에서 대기압까지 음속에 가까운 속도로 급속하게 변화시키는 급속팽창법(RESS, Rapid Expansion of Supercritical Solutions)이라고 한다. 초임계 급속팽창법은 원리나 장치가 간단하고 저가이나, 초임계유체에 용해하지 않는 물질에는 적용이 곤란하다. 이러한 경우는 초임계유체에 미량의 용매를 첨가하여 용해도의 촉진을 도모하는 실험이 있다. 화학적으로 초임계기체를 반응용매인 경우에는 밀도, 극성, 점성 등의 물성이나 또 용매화의 구조를 온도, 압력을 조작변수로 함으로 연속적으로 자유로이 조정할 수가 있으므로 반응속도 및 반응경로의 제어가 쉬우며, 저점성, 확산성이 높은 물질에서 이동속도가 기대되며, 임계점 근방에서는 열전도율이 극대를 나타내므로 높은 열 이동속도가 얻어지는 등 반응장으로 이점을 가지고 있다. 상기 장치는 초임계유체공급부, 용질용해부, 미립자생성ㆍ회수부로 구성된다. 용매용기에서 공급되는 용매는 정량펌프에 의해 가압되고 예열기를 통해 초임계유체가 된다. 용질이 충진된 용질충진용기를 통과하여 용질을 포화용해 한 초임계유체는 유량조절벨브 또는 미세노즐(내경 10 내지 50㎛)를 통하여 분출하고 미립자가 석출한다. 이러한 급속팽창노즐을 이용함으로써 일정압력 및 일정유량에서 장시간 연속조작이 실현가능하고 미립자의 안정생성이 가능하다. 또 팽창 전 부분의 온도, 압력의 측정 및 정밀한 온도제어가 가능하다. 또한 생성한 미립자는 나노 미립자 회수장치에 의해 회수된다. 초임계 급속팽창법에 의한 미립자 제조에서는 용질용해부나 미립자생성부의 온도, 압력, 미립자회수부의 온도, 팽창노즐의 내경, 길이, 형태 등 많은 조작인자가 미립자의 입경이나 형태에 영향을 준다. 그러나 이들의 조작인자의 변화는 결국 용질의 용해부와 미립자의 생성부 간의 과포화도, 미립자생부에서의 유체의 액상태, 용제 팽창시의 유체역학적 효과(전단력 등)에 관계된다. 초임계 급속팽창법에서는 용질을 용해한 초임계유체가 팽창노즐을 통하여 대기압 하에서 팽창된다. 이 팽창과정에서는 용매 용질간의 상평형상태도, 온도, 압력의 변화에 수반하여 크게 변화하게 된다. 장치 내에 설치한 유리셀에 용질을 충진하고, 소정의 압력 및 온도로 조정한 이산화탄소를 도입한 후, 시상관찰법에 의해 일정온도에서의 압력변화에 수반하는 고액전이점 측정을 행하여 얻어진다. 초임계 급속팽창법에서는 노즐에서 분사 시 급격한 감압에 수반하는 온도저하(쥬울톰슨효과 ; Joule-Thomson effect)를 방지하기 위해 팽창 전 부분 및 팽창노즐을 가열한다. 이때에 팽창전부분의 온도, 압력에 의해서는 상 상태가 초임계유체상 혹은 기액상으로 변화한다. 이것은 얻어지는 맥섬석 분말로서의 미립자의 입경이나 형태에 크게 영향을 준다. 여기에서, 초임계 급속팽창법에 의한 미립자 제조에 대하여 미립자생성부의 상상태의 차이가 미치는 영향에 관한 실험조건은 용질용해부의 온도, 압력을 각각 308.2K 및 15.0㎫로 하고 미립자 회수부의 온도를 290.8K로 한다. 이 조건하에서 팽창 전 온도를 314.0K 및 332.2K(전자는 팽창 전의 상태가 초임계유체상, 후자는 기액상에 대응한다)로 하고 각각의 결과를 비교하였다. 초임계유체상에서 얻어진 미립자는 구상입자이고, 1차입자의 최소입경은 50㎚, 평균입경은 280㎚이며, 이 입경분포도 아주 좁은 것이었다. 이것은 나노미립자라고 부를 수 있는 레벨의 입경이고 결정사이즈로서는 다른 연구와 비교하여도 아주 작다. 한편 기액상에서 얻어진 미립자는 초임계유체상에서 얻어진 것과는 달리, 1차입자가 응집하여 그 형상을 판별하기 어려운 것이 많이 존재하고 있다. 이 때, 1차입자의 최소입경은 60㎚정도, 평균입경은 480㎚이고, 입경분포도 초입계유체상에서의 것과 비교하면 아주 넓은 것이다. 본 발명에서 초고압을 이용한 시스템은 종래의 기기에서는 얻을 수 없었던 나노사이즈로 분쇄, 분산, 유화가 가능하며, 복합입자의 제조, 입자의 표면개질, 입자의 형상변화까지 가능하다. 상기 나노분말화단계에서는 1차고급알킬술폰산염비누, 고급지방산에스테르의 황산에스테르염, 알킬벤진술폰산염, 알킬벤조이미다졸술폰산염, 나프텐산염 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 계면활성제가 사용될 수도 있다.

상기 (5)의 혼련단계는 가황 및 충전재를 혼합하기 전의 생지 상태의 통상의 고무원료 100중량부에 대하여 상기 나노분말화단계에서 수득되는 맥섬석 분말 0.1 내지 4.9중량부를 가하고, 혼련하는 것으로 이루어진다. 상기 맥섬석 분말이 상기 고무원료 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만으로 사용되는 경우, 탈취효과가 부족하여 본 발명이 의도하는 바의 무취 고무조성물을 수득하지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 10중량부를 초과하는 것은 수득되는 고무조성물의 용도에 따른 물성의 저하가 일어나지 않는 한 문제는 없으나, 경제적이지 못하다.

본 발명은 사문암, 각섬석(6 내지 10중량부)과 지르코늄실리케이트(1 내지 3중량부)를 로의 온도 1,200 내지 1,250℃에서 소성한 다음 평균 325메쉬로 분쇄하 여 나노 입자화 한 후, 상기 나노입자를 생지로서의 고무원료에 혼입시킴으로써 상기 나노입자에 의해 고무조성물의 제조 후 일정시간 경과 후, 급속히 고무조성물 특유의 냄새를 없애도록 한 점에 특징이 있는 것이다.

또한 상기 나노입자는 상기 나노입자 자체가 자성체화 되어 도포 후에는 자력에너지에 의하여 작업장 주변의 악취를 흡착분해하는 효과가 있다. 본 발명에서 제조된 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말이 자력을 가지게 된 것은 사문암과 각섬석 및 지르코늄실리케이트를 온도 1,200 내지 1,250℃에서 소성하는 과정에서 철성분과 바륨성분이 BaOㆍ6Fe₂O₃를 형성하고 일부 철분이 Fe₂O₃로 잔존하게 됨에 따른 것으로 추정하고 이를 분석하여 본 결과 BaOㆍ6Fe₂O₃ 3.55%, Fe₂O₃ 2.62%가 함유되게 된다. BaOㆍ6Fe₂O₃는 값이 비싸고 손에 넣기 어려운 3CoOㆍ6Fe₂O₃ㆍFeOㆍFe₂O₃로 구성된 소위 OP자석의 보자력 보다도 보자력이 약 30%정도 큰 1,000에르스테드에 달하는 특징을 지니고 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

합성예

사문암 원석을 세척하고, 세척된 원료를 분쇄하여 300㎛의 평균입경을 갖도록 조정하는 분급을 수행하고, 이 분급된 원료에서 중사를 제거하는 원심분리를 수행한 후, 중사가 제거된 원료인 사문암 80중량부에 각섬석 8중량부, 지르코늄실리 케이트 2중량부를 1,300℃의 고온에서 소성한 다음 입도가 326메쉬 이상으로 분체될 정도로 분쇄하여 맥섬석 분말(자성체)을 수득하였다.

수득된 맥섬석 분말의 성분을 분석한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

성분	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	TiO₂
함량(%)	49.55	25.21	6.2	4.76	4.21
성분	ZrO₂	Na₂O	K₂O	Fe₂O₃	P₂O₅
함량	1.85	1.15	0.77	2.62	0.05
성분	MnO	BaOㆍ6Fe₂O₃
함량	0.08	3.55

실시예 1

먼저 실험에 사용될 원료고무조성물을 준비하었다. 상기 원료고무조성물은 (1) 폴리페닐렌에테르 23.0중량%, (2) 방향족 알케닐 화합물, 알케닐시아나이드 화합물 및 이들 단량체와 공중합가능한 알케닐 단량체 혼합물을 중합한 열가소성수지 33.0중량%, (3) 스티렌수지 21.0중량%, (4) 6중량%의 알케닐시아나이드 화합물(이하 ‘AC'라 함) 함량을 갖는 중합체 13중량%와; 15중량%의 AC 함량을 갖는 중합체 30중량%와; 30중량%의 AC 함량을 갖는 중합체 21중량%; 및 50중량%의 AC 함량을 갖는 중합체 36중량%로 이루어진 메틸에틸케톤 가용성물질(총유리중합체) 12.0중량% 및 (5) 총 알케닐시아나이드 화합물 11.0중량%를 배합하여서 이루어진 것이며, 이러한 고무조성물은 앞서 언급한 바와 같이 광전기용품의 하우징에 사용되는 열가소성수지로 이루어지는 고무조성물로서 공지된 것이다. 상기 합성예에서 수득된 맥섬석 분말 4중량%와 상기 원료고무조성물 96중량%를 혼합하고, 통상의 방법에 따라 혼련시켜 본 발명에 따른 고무조성물을 수득하였다.

실시예 2

상기 합성예에서 수득된 맥섬석 분말 8중량%와 상기 원료고무조성물 92중량%를 혼합하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교예

상기 맥섬석 분말을 사용하지 않고, 상기 원료고무조성물 100중량%를 대조구로서 비교예로 사용하였다.

실험예 1

탈취효과

상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 고무조성물들을 생산 후부터 3시간 간격으로 그 취기정도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

이때, 상기 취기강도의 측정은 관능적 측정방법에 의해 다음과 같이 수행하였다.

상기 실시예들 및 비교예의 고무조성물들을 건강한 학생을 선정하여 꺼낸 직후의 상태에서 후각을 이용하여 악취의 취기강도를 측정하는 방법으로 수행하였다. 측정당시 조사장소에는 바람이 전혀 불지 않고, 다른 주위에서 악취가 전혀 불어오지 않는 장소를 택하였으며, 악취조사 판정자는 악취가 발생하는 조사장소에 처음 온 학생으로써 후각이 정상이고, 건강한 학생 10인을 선정하였다. 선정된 측정장소에서 판정자에 의하여 감지된 강도를 악취도로 표시하게 하고, 인적사항과 함께 기록하였다. 관능적 판정법의 악취도를 하기 표 2에 나타내었다.

악취도	악취강도구분
0	무취(취기를 전혀 감지하지 못함)	None
1	감지취기(약간의 취기를 감지)	Threshold
2	보통취기(보통정도의 취기를 감지)	Moderate
3	강한취기(강한 취기를 감지)	Strong
4	극심한 취기(아주 강한 취기를 감지)	Very Strong
5	참기 어려운 취기(견딜 수 없는 취기)	Over Strong

판정방법은 상기한 방법에 의해 각 판정자에 의해 감지된 악취도 중 판정자의 다수가 판정한 악취도로써 판정하여 판정수가 동일한 경우에는 악취도가 높은 것을 선택하여 2도 이하이면 적합, 3도 이상이면 부적합으로 판정하였다. 그 외 실험조건으로는 상기 실시예들 및 비교예의 고무조성물들을 제조 즉시 완전 밀폐된 팩(50㎝× 50㎝× 50㎝)에 넣은 다음, 3시간 간격으로 꺼내어 관능법으로 실험을 수행하였다. 문의 개폐를 최소로 하기 위하여 개폐 시에는 밀폐상태에서 수행하였다.

구분	시간(시)
구분	0.0	3.0	6.0	9.0	12.0	15.0	18.0	21.0	24.0	27.0	30.0	33.0
비교예	5	5	4	5	5	4	5	4	4	5	4	5
실시예 1	2.8	2.8	2.7	2.7	2.6	2.6	2.6	2.7	2.7	2.7	2.6	2.6
실시예 2	2.7	2.6	2.5	2.5	2.4	2.4	2.3	2.3	2.3	2.3	2.2	2.2

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 고무조성물의 경우, 생산초기부터 고무 특유의 고무취의 탈취효과가 우수하며, 시간의 경과에 따라 더욱 고무취를 없앨 수 있음에 비하여, 비교예의 경우 고무취의 탈취효과가 거의 없어 본 발명에 따른 맥섬석 분말이 고무조성물의 제조 시에 고무조성물에 포함, 혼련되는 것에 의해 고무취를 상당히 없앨 수 있음을 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명에 의하면 10 내지 100㎚의 범위의 입경을 갖는 맥섬석 분말 을 고기능성 충전재(filler)로 사용하여 냄새가 없는 무취 고무조성물의 제조방법 및 그로부터 수득되는 무취 고무조성물을 제공하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

고무조성물의 제조에 있어서,

(1) 원료로서 사문암 원석을 세척하고, 세척된 원료를 분쇄하여 250 내지 350㎛의 평균입경을 갖도록 조정하는 분급을 수행하는 전처리단계;

(2) 통상의 사이클론 원심분리기를 이용하여 상기 전처리단계에서 수득되는 분급된 원료에서 중사를 제거하는 원심분리를 수행한 후, 중사가 제거된 원료를 건조시키는 중사제거단계;

(3) 상기 중사제거단계를 거친 원료 90중량부에 각섬석 6 내지 10중량부, 지르코늄실리케이트 1 내지 3중량부를 혼합하고, 로 온도 1,150 내지 1,300℃에서 소성한 다음 평균 입경 300메쉬(mesh)로 분쇄하여 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 수득하는 소성단계;

(4) 상기 소성단계에서 수득되는 원적외선 방사체 분말인 맥섬석 분말을 초임계 급속팽창법(RESS ; Rapid Expansion of Supercritical Solutions)을 이용하여 맥섬석 분말로서 평균입경 0.1㎛의 나노미립자 상태의 맥섬석 분말을 수득하는 나노분말화단계; 및

(5) 가황 및 충전재를 혼합하기 전의 생지 상태의 통상의 고무원료 100중량부에 대하여 상기 나노분말화단계에서 수득되는 맥섬석 분말 0.1 내지 4.9중량부를 가하고, 혼련하여 고무 조성물을 수득하는 혼련단계;

를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 맥섬석 분말을 이용한 무취 고무조성물의 제조방법.
상기 청구항 1항의 제조방법에 의해 수득되는 것을 특징으로 하는 맥섬석 분말을 이용한 무취 고무조성물.