KR101037383B1 - 고내열성 고무발포 단열재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM) 20 ~ 40 중량%, 이소부틸렌 이소프렌고무 0.1 ~ 5 중량%, 실리콘(silicone) 고무 1 ~ 5 중량%, 에틸렌비닐아세테이트 1 ~ 10 중량%, 충전제 10 ~ 30 중량%, 실란커플링제 1 ~ 5 중량%, 산화방지제 0.1 ~ 2 중량%, 윤활제 5 ~ 15 중량%, 난연제 5 ~ 15 중량%를 포함하는 제 1 마스터배치 조성물을 숙성시킨 후, 황 0.01 ~ 1 중량%, 가황촉진제 0.1 ~ 5중량%, 발포제 5 ~ 15 중량%를 첨가하여 압출, 발포시킨 고내열성 고무발포단열재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고내열성 고무발포 단열재 및 그 제조방법{Insulating materials and preparing method thereof}
본 발명은 고내열성 고무발포 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 합성수지고무의 내열성을 향상시키기 위하여 실리콘을 첨가하는 기술이다.
고무발포 단열재는 합성고무를 고발포 시킨 단열재로 높은 단열성과 난연성이 우수한 장점이 있으며, 내투습성이 우수하여 장기간 단열성능이 지속된다. 고무발포 단열재는 산업플랜트, 차량, 선박 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 차세대 단열재로 주목받고 있으며, 미국, 유럽 등 선진국에서는 오래전부터 표준 단열재로서 사용되어온 단열재 이다. 또한, 유리보온재를 사용 규제함으로서 국내에서도 휘발성 유기화합물이나 포름알데히드가 검출되지 않는 친환경 건축자재로 사용량이 증대되고 있다.
그러나 기존의 고무발포 단열재는 110℃ 이상의 대상물에서는 사용할 수 없어(탄화현상 발생) 소방 설비용 단열재의 요구 기준인 150℃내열성(150℃에서 1시간 가열치수변화 7%이하, KS M 6962) 및 산소지수 32%이상(ISO 4589-2)의 성능을 만족하는 단열재가 요구된다.
본 발명은 내열성이 우수한 단열재를 제공하는데 목적이 있는 발명으로, 합성수지고무를 이용하여 제조비용이 저렴하면서도 발포가 가능하여 단열재로 사용할 수 있을 뿐만 아니라. 기존 합성고무 단열재의 내열성 및 난연성을 더욱 향상시킨 고내열성 고무발포 단열재를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 내열성을 향상시키기 위하여 합성고무와 실리콘 고무를 배합하고자 하며, 각 고무의 성질 차에 의해 이형 되기 쉽고, 결합이 어려운 문제점을 해소하기 위하여 상용화제로써 실란커플링제를 사용하여 합성고무인 EPDM과 실리콘고무를 화학반응 시키는데 목적이 있으며, 이들의 혼화성을 향상시키기 위한 배합공정, 압출공정 및 고발포를 위한 발포공정을 포함하는 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 겉보기밀도가 0.040 ~ 0.150g/㎤이고, 산소지수가 32%이상, 150℃에서 1시간 경과된 후의 가열치수 변화율이 7%이하, 인장강도가 15N/㎠ 이상을 만족하여 철도 및 선박등 고내열, 고난연이 요구되는 분야에 적용 가능한 고무발포 단열재 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 고내열성 고무발포 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 합성수지고무의 내열성을 향상시키기 위하여 실리콘 고무를 배합하는 기술에 특징이 있다.
보다 구체적으로 본 발명은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM) 20 ~ 40 중량%, 이소부틸렌 이소프렌고무 0.1 ~ 5 중량%, 실리콘(silicone) 고무 1 ~ 5 중량%, 에틸렌비닐아세테이트 1 ~ 10 중량%, 충전제 10 ~ 30 중량%, 실란커플링제 1 ~ 5 중량%, 산화방지제 0.1 ~ 2 중량%, 윤활제 5 ~ 15 중량%, 난연제 5 ~ 15 중량%를 포함하는 제 1 마스터배치 조성물을 숙성시킨 후, 황 0.01 ~ 1 중량%, 가황촉진제 0.1 ~ 5중량%, 발포제 5 ~ 15 중량%를 첨가하여 압출, 발포시킨 고내열성 고무발포단열재에 관한 것이다.
또한 본 발명은
a) 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM) 20 ~ 40 중량%, 이소부틸렌 이소프렌고무 0.1 ~ 5 중량%, 실리콘(silicone) 고무 1 ~ 5 중량%, 에틸렌비닐아세테이트 1 ~ 10 중량%, 충전제 10 ~ 30 중량%, 실란커플링제 1 ~ 5 중량%, 산화방지제 0.1 ~ 2 중량%, 윤활제 5 ~ 15 중량%, 난연제 5 ~ 15 중량%를 혼합하여 제 1 마스터배치 조성물을 제조한 후, 숙성시키는 단계;
b) 상기 숙성된 제 1 마스터배치 조성물에 황 0.01 ~ 1 중량%, 가황촉진제 0.1 ~ 5중량%, 발포제 5 ~ 15 중량%를 첨가하여 제 2 마스터배치 조성물을 제조하는 단계;
c) 상기 제 2 마스터배치 조성물을 압출기에 투입하여 압출하는 단계; 및
d) 상기 압출물을 발포시키는 단계;
를 포함하는 고내열성 고무발포단열재의 제조방법에 관한 것이다.
이하는 본 발명에 사용되는 각 성분들에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에서 상기 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM)는 합성고무로써, 내열성, 내오존성, 내구성이 우수하므로 단열재로 사용하기에 우수한 특징이 있다. 이러한 EPDM의 내열성은 지속적인 상태에서는 125℃ 조건에서 사용가능하고, 간헐적인 상태에서는 150℃조건에서 사용할 수 있다. 그러나 단열재로써 우수한 내열성을 갖도록 하기 위해서는 지속적인 상태에서도 150℃ 이상이 되어야 하며, 이러한 물성을 만족시키기 위해서는 EPDM 단독으로는 물성을 만족시킬 수 없다.
따라서 상기 EPDM에 비하여 내열성이 높은 원료를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 원료로써 200℃ 정도의 내열성이 있는 실리콘 고무와 혼합하는 것이 바람직하다.
그러나, 상기 EPDM과 실리콘 고무는 상용 및 혼화성이 나빠 이형되기 쉬우므로 이들 간의 혼화성을 향상시키고자 하였으며, 이들 간의 혼화성을 향상시키는 물질로 특정의 실란커플링제를 사용하여 특정 조건에서 배합하는 경우, 혼화성이 향상됨에 따라 내열성 및 발포성이 우수한 단열재를 제공할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명에서 상기 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM)는 에틸렌 함량이 55 ~ 65 중량%이고, 5-에틸렌노보넨(ENB) 함량이 8 ~ 20 중량%, 무니점도(Mooney Viscosity(ML1+4@125℃))가 25 ~ 30, 중량평균분자량이 50000 ~ 60000인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 고내열성 단열재의 합성고무 선택에 있어서 점도와, ENB 함량이 가장 중요한 역할을 한다. ENB 함량이 높을수록 내열성이 우수하며, 점도가 25~30를 만족하여야 발포 시 적당한 탄성을 가지는 고무발포 단열재 생산이 가능하다. 무니점도가 30 초과인 경우 단열재의 표면이 너무 딱딱하여 시공이 어렵다. 또한 무늬점도가 25 미만일 경우는 제품의 복원력이 현저하게 저하된다. 구체적으로 예를 들면, 금호폴리켐의 KEP-330이나, KEP-2480 등과 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 EPDM의 함량은 20 ~ 40 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 20 중량% 미만으로 사용하는 경우는 단열재의 물성 및 150℃ 내열성이 저하되며, 실리콘고무와 배합이 어렵다. 40 중량%를 초과하여 사용하는 경우는 재품의 단가가 증가하는 단점이 있다.
상기 이소부틸렌 이소프렌고무는 단열재의 탄성을 강화하기 위하여 사용하는 것으로, 구체적으로 예를 들면, 다우의 IIR268, AMEROPA의 BK-1675N 등이 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 이소부틸렌 이소프렌고무의 함량은 0.1 ~ 5 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 0.1 중량% 미만으로 사용하는 경우는 효과가 미미하고, 5 중량%를 초과하여 사용하는 경우는 EPDM고무와 이형성이 강하게 발생하여 장비에 무리를 가져온다.
상기 실리콘 고무는 경화제 함량이 0.3~0.6phr, 비중이 1~1.5, 경도가 35~45, 인장강도가 5~9Mpa인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 물성 범위에서 롤 작업성 및 금형 이형성이 우수하며, 단열재에 적합한 탄성 및 기계적 성질을 제공한다. 경도나 인장강도가 상기 범위보다 높을 경우 제품이 경화되어 시공성이 나빠진다. 보다 바람직하게는 상기 경화제 종류가 2,5-dimethyl-2,5-t-butylhexane peroxide인 것이 바람직하다. 구체적으로 예를 들면, KCC주식회사의 SH1040U 등의 시리즈를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실리콘 고무의 함량은 1 ~ 5 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 1 중량% 미만으로 사용하는 경우는 단열재의 내열성증대 효과가 미미하고, 5 중량%를 초과하여 사용하는 경우는 원료의 배합이 어렵다.
상기 에틸렌비닐아세테이트는 단열재의 단위면적당 셀공극을 작게하여, 고온에 의한 직접 열 침투성을 줄이기 위하여 사용하는 것으로, 용융지수 1~2g/10분, 비닐아세테이트함량 10~20 중량%, 밀도 0.5~1g/cm3, Vicat연화점 60~70℃, 용융점 70~90℃ 것을 사용하는 것이 바람직하다. 비닐아세테이트함량이 10~20 중량% 정도인 범위에서 EPDM과 기타 수지를 블렌드하여 성형성 및 유연성을 향상시키며 고무발포제품에 적합하다. 함량은 1 ~ 10 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 1 중량% 미만으로 사용하는 경우는 효과가 미미하고, 10 중량%를 초과하여 사용하는 경우는 초과중량에 따른 효과가 거의 없어 제품원가가 상승한다.
상기 실란커플링제는 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머 공중합체(EPDM)와 실리콘 고무의 혼화성을 향상시키고, 화학결합 시키기 위하여 사용되는 것으로, 에멀젼 상태의 양친매성 가소제로써 계면에 흡착하여 표면장력을 감소시키는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 액상이며, 퍼옥사이드(peroxide) 함량 92% 이상, 활성 산소량 10%이상인 2,5-Dimethyl-2,5di(t-butylperoxy) 등을 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 물질로는 AkzoNobel사의 Trigonox 101, Pergan 사의 PEROXAN HX등이 있으며 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 실란커플링제의 함량은 1 ~ 5 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 1 중량% 미만으로 사용하는 경우 원료의 배합이 원활하지 못하고, 5 중량%를 초과하여 사용하는 경우 점도가 너무 낮아지며 이는 단열재의 탄성을 저하시킨다.
상기 충전제는 원가절감을 하기 위하여 사용되는 것으로, 탈크, 카본블랙, 산화아연에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 이들을 모두 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 상기 충전제의 함량은 단독 또는 혼합 시 총 함량이 10 ~ 30 중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하며, 10 중량% 미만으로 사용하는 경우 그 효과가 미미하며, 30 중량%를 초과하여 사용하는 경우는 탄성체의 고유성질을 잃을 수 있다.
상기 산화방지제는 내열성을 더욱 향상시키고, 내구성을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로, 스테아릭산, 부틸레이트하이드록시톨루엔(Butylated Hydroxy Toluene, BHT)등 에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 산화방지제는 0.1 ~ 2 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 0.1 중량% 미만으로 사용하는 경우 그 효과가 미미하며, 2 중량%를 초과하여 사용하는 경우 입자크기가 커서 분산에 어려움이 있다.
상기 윤활제는 각종 원료의 배합을 용이하게 하며, 챔버의 감압효과를 위하여 사용하는 것으로, 화이트오일, 칼슘 스테아레이트, 아연 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 알루미늄 스테아레이트, 글리세린 스테아레이트, 부틸스테아레이트, 고체 파라핀, 유동파라핀에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 그 함량은 5 ~ 15 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 5 중량% 미만으로 사용하는 경우는 그 효과가 미미하며, 15 중량%를 초과하여 사용하는 경우는 배합 원료의 저점도의 원인이 되며, 단열재의 셀공극이 커지며 고온에 의한 직접 열 침투성이 높아진다.
상기 난연제는 난연성, 내트랙킹성, 기계적 강도 향상 및 내열성을 더욱 향상시키기 위하여 사용되는 것으로, 알루미늄 하이드록사이드, 수산화마그네슘에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 그 함량은 5 ~ 15 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 5 중량% 미만으로 사용하는 경우 그 효과가 미미하며, 15 중량%를 초과하여 사용하는 경우 제품의 원가가 상승한다.
상기 황은 가교제 역할을 하여 단열재 셀의 강도를 높이며, 고온에서 견딜 수 있는 내열성을 증대하기 위하여 사용하는 것으로, 그 함량은 0.01 ~ 1 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 가황촉진제는 가교를 하기위한 가교컨트롤 역할을하며, 발포체의 스킨형성에 도움을 주는 것으로, 2-머켑토 벤조티아졸(2-mercapto benzothiazole), 테트라메틸 티우람 디설파이드(tetramethyl thiuram disulide), 디펜타 메틸렌 티우람 테트라설파이트(dipenta methylene thiuram tertrasulfide)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 그 함량은 0.1 ~ 5중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 발포제는 아조디카본아마이드(Azodicarbonamide, ADCA), 아조디이소부틸로니트릴(ABBN), 디니트로소펜타메틸테트라아민(DNPT), 파라톨루엔설포닐하이드라지드(TSH) 및 옥시비스벤젠설포닐하이드라지드(OBSH)로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 그 함량은 5 ~ 15 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 고발포 배율을 얻을 수 있으며, 15 중량%를 초과하는 경우는 가스 발생량이 증가하여 단열재 내면에 기포형성의 원인이 된다.
또한 본 발명은 필요에 따라 안료를 더 첨가할 수 있으며, 이러한 안료는 단열재의 물성에 영향을 주지 않는 함량 범위 내에서 통상적으로 이 분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다.
다음으로 본 발명의 고내열성 고무발포단열재를 제조하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 고내열성 고무발포단열재를 제조하는 방법은 1차 원료 배합 및 숙성공정, 2차 원료 배합공정, 압출공정 및 발포공정으로 이루어진다.
보다 구체적으로
a) 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM) 20 ~ 40 중량%, 이소부틸렌 이소프렌고무 0.1 ~ 5 중량%, 실리콘(silicone) 고무 1 ~ 5 중량%, 에틸렌비닐아세테이트 1 ~ 10 중량%, 충전제 10 ~ 30 중량%, 실란커플링제 1 ~ 5 중량%, 산화방지제 0.1 ~ 2 중량%, 윤활제 5 ~ 15 중량%, 난연제 5 ~ 15 중량%를 혼합하여 제 1 마스터배치 조성물을 제조한 후, 숙성시키는 단계;
b) 상기 숙성된 제 1 마스터배치 조성물에 황 0.01 ~ 1 중량%, 가황촉진제 0.1 ~ 5중량%, 발포제 5 ~ 15 중량%를 첨가하여 제 2 마스터배치 조성물을 제조하는 단계;
c) 상기 제 2 마스터배치 조성물을 압출기에 투입하여 압출하는 단계; 및
d) 상기 압출물을 발포시키는 단계;
를 포함한다.
본 발명에서 상기 a)단계는 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM)와 실리콘(silicone) 고무의 혼화성을 향상시키기 위한 공정으로, 두 고무간의 성질차에 의해 이형성질이 강하고 결합이 어려운 문제점을 해소하기 위하여, 상용화제로써 실란커플링제를 사용하여 실리콘 고무와 EPDM 고무를 화학 반응시키는 단계이다. a)단계에서 원료 혼합 시 가압챔버에서 수행하는 것이 바람직하며, 가압챔버의 온도는 160 ~ 180℃, 챔버 램가압을 5 ~ 10k/㎤으로 하여, 10 ~ 15분간 배합하는 것이 바람직하다. 가압챔버의 온도가 160℃ 미만, 챔버내 압력이 5k/㎤인 경우는 원료의 혼합이 이루어지지 않으며, 가압챔버의 온도 및 챔버의 압력이 각각 180℃, 10k/㎤ 를 초과한 경우는 원료의 온도상승 및 압력증가에 따른 고무자체 별열온도에 의한 탄화 현상이 발생하여 발포공정시 불량 제품이 나오기 쉽다. 또한 배합시간은 10 ~ 15분간 수행하는 것이 바람직하며 이는 원료를 고압으로 혼합시 온도가 계속 상승기 때문이다. 10 분 미만으로 하는 경우는 원료가 완전히 혼합되지 않는다.
상기 배합 시 많은 압력이 발생하며 이에 따른 원료의 피로도가 높기 때문에 이를 해결하기 위해서는 2차 원료 배합 공정까지 48시간 이상, 보다 바람직하게는 48 ~ 72시간 동안 숙성기간을 거치는 것이 바람직하다. 상기 숙성은 실온에서 수행하는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 b)단계는 숙성된 제 1 마스터배치 조성물에 황, 가황촉진제 및 발포제를 투입하여 혼합하는 과정으로, 니더기에서 60~70℃, 2~5분간 혼합하며, 오픈밀기에서 60~70℃, 3분~7분간 가공하여 압출기에 투입이 용이한 형태로 배출(Batch Out) 한다.
다음으로 혼합된 제 2 마스터배치의 원료 피로도를 해결하기 위해서 20~25℃에서 24시간 숙성기간을 거치는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 b)단계에서 혼합된 제 2 마스터배치 조성물을 압출기에 투입하여 압출하는 단계로, 원하는 크기 및 형상으로 압출할 수 있다. 압출기의 출구 온도는 90℃~110℃를 유지하는 것이 바람직하다. 압출기의 온도가 상기 범위를 유지하지 못할 경우 가류시간이 변경되어 제품 밀도의 변화에 큰 영향을 미친다.
다음으로 상기 압출물을 발포하는 공정으로, 발포공정은 가류단계, 예비발포단계, 발포단계, 발포숙성단계로 이루어진다. 가류단계에서 발포숙성단계로 갈수록 가열온도를 점차 상승하며, 발포숙성단계는 발포단계보다 낮은 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 상기 가류단계에서 가류되며, 상기 예비발포단계에서는 가류단계에서 미처 가류되지 못한 원료가 추가로 가류되고, 가류된 원료의 일부는 발포되기 시작한다. 그리고 상기 발포단계에서 압출물이 발포되며, 발포숙성단계에서 미발포된 부분이 발포된다. 고내열성 단열재는 고온에서 사용되기 때문에 표면층이 견고하게 형성되는 것이 중요하므로 발포공정에서 발포이전단계인 가류 및 예비발포단계 시간을 길게 하여 표면층 형성시간을 충분히 하여 견고한 표면층을 형성하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로 발포공정은 110 ~ 130℃에서 20 ~ 30초간 가열하는 가류단계; 130 ~ 160℃에서 10 ~ 20초간 가열하는 예비발포단계; 160 ~ 190℃에서 10 ~ 15초간 가열하는 발포단계; 및 170 ~ 150℃에서 5 ~ 10초간 가열하는 발포숙성단계로 이루어진다. 상기 발포단계의 온도는 발포제의 종류에 따라 조절될 수 있다.
상기 본 발명의 제조방법에 따라 제조되는 고내열성 고무발포단열재는 밀도가 0.040 ~ 0.150g/㎤ 정도로 고발포되며, 내열성이 150 ~ 180 ℃으로 고내열성을 갖는다.
본 발명에 따른 고내열성 고무발포단열재는 단열성, 난연성(산소지수 32%이상),내열성(150℃ 1시간 변형율 7%이하)이 우수하여, 높은 수준의 난연성과 내열성이 요구되는 철도 및 선박용 단열재로 사용하기에 적합하다.
이하는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 일 예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하 제품의 성능은 다음의 방법으로 측정하였다.
1) 겉보기 밀도(kg/㎥) : KS M 6962
2) 내열성(산소지수(%)) : KS M ISO 4589-2
3) 치수변화율(150℃ 1시간(%)) : KS M ISO 2796
4) 열전도율(W/mK) : KS M 6962
5) 인장강도(N/㎠) : KS M ISO 7214
[실시예 1]
제 1 마스터배치 제조
에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(KEP-330, 금호폴리) 33 중량%, 이소부틸렌 이소프렌고무(IIR268, 다우) 1.8 중량%, 실리콘(silicone, SH1040U, KCC) 고무 3.4 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(한화석유화학, EVA-1315) 4.5 중량%, 충전제로 탈크(Mistron Vapor Talc, 루제낙) 16중량%, 카본블랙(Fast Extruding Furnace)(N-774, 동양제철화학) 3 중량%, ZnO(한일아연화) 3 중량%, 실란커플링제(Trigonox 101, AkzoNobel) 2.8 중량%, 산화방지제(St/acid, 미성통상) 0.9 중량%, 윤활제(White Oil, 미창오일) 10 중량%, 난연제(Al(OH)3, 한국화학) 10 중량%를 가압챔버에 넣고, 170℃에서 챔버램가압을 7k/㎤로 하여 15분간 배합하였다.
배합된 원료의 피로도를 낮추기 위하여 실온에서 48시간동안 숙성하였다.
제 2 마스터배치 제조
상기 숙성된 제 1 마스터배치 조성물에 황(s, 미원상사) 0.2 중량%, 가황촉진제(M, 링크웰) 1.4 중량%, 발포제(Azodicarbonamide, 금양) 10 중량%를 첨가하여 니더기에 넣고, 70℃에서 가압을 5k/㎤로 하여 5분간 배합하였다. 오픈밀기에서 압출기에 투입하기 원활한 형태로 70℃에서 7분간 작업 후 배출(Batch Out)하였다. 혼합된 제 2 마스터배치의 원료 피로도를 해결하기 위해서 항온시설에서 20℃ 24시간 숙성하였다.
압출 및 발포
상기 제 2 마스터배치 조성물을 압출기(제조회사:승진기계, 실린더(Cylinder):150, Press Gage:500bar, 108kW)에 넣고 40℃에서 10분간 속동 융혼련하여 시트형태로 125bar 압력하에서 압출하였다.
제조된 단열재를 120℃에서 25초간 가열하는 가류단계; 140℃에서 18초간 가열하는 예비발포단계; 170℃에서 15초간 가열하는 발포단계; 및 160℃에서 10초간 가열하는 발포숙성단계를 거쳐 발포하여 고내열성 고무발포단열재를 얻었다.
상기 고무발포단열재의 물성은 밀도가 0.06g/㎤이고, 산소지수가 32%, 150℃에서 1시간 경과된 후의 가열치수 변화율이 4%, 열전도율 0.037W/mk, 인장강도 15N/㎠ 물성을 갖는다.
[실시예 2]
제 1 마스터배치 제조
에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(KEP-330, 금호폴리) 13 중량%, 이소부틸렌 이소프렌고무(IIR268, 다우) 1.2 중량%, 실리콘(silicone, SH1040U, KCC) 고무 3 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(한화석유화학, EVA-1315) 5.5 중량%, 충전제로 탈크(Mistron Vapor Talc, 루제낙) 20.5중량%, 카본블랙(Fast Extruding Furnace)(N-774, 동양제철화학) 7 중량%, ZnO(한일아연화) 2.5 중량%, 실란커플링제(Trigonox 101, AkzoNobel) 2.5 중량%, 산화방지제(St/acid, 미성통상) 1.2 중량%, 윤활제(White Oil, 미창오일) 12 중량%, 난연제(Al(OH)3, 한국화학) 20 중량%를 가압챔버에 넣고, 170℃에서 챔버램가압을 7k/㎤로 하여 15분간 배합하였다.
배합된 원료의 피로도를 낮추기 위하여 실온에서 48시간동안 숙성하였다.
제 2 마스터배치 제조
상기 숙성된 제 1 마스터배치 조성물에 황(s, 미원상사) 0.2 중량%, 가황촉진제(M, 링크웰) 1.4 중량%, 발포제(Azodicarbonamide, 금양) 10 중량%를 첨가하여 니더기에 넣고, 70℃에서 가압을 5k/㎤로 하여 5분간 배합하였다. 오픈밀기에서 압출기에 투입하기 원활한 형태로 70℃에서 7분간 작업 후 배출(Batch Out)하였다. 혼합된 제 2 마스터배치의 원료 피로도를 해결하기 위해서 항온시설에서 20℃ 24시간 숙성하였다.
압출 및 발포
상기 제 2 마스터배치 조성물을 압출기(제조회사:승진기계, Cylinder:150, Press Gage:500bar, 108kW)에 넣고 40℃에서 10분간 속도로 용융혼련하여 시트형태로 125bar 압력하에서 압출하였다.
제조된 단열재를 120℃에서 25초간 가열하는 가류단계; 140℃에서 18초간 가열하는 예비발포단계; 170℃에서 15초간 가열하는 발포단계; 및 160℃에서 10초간 가열하는 발포숙성단계를 거쳐 발포하였다. 상기 실시예 2는 고무의 중량 %를 감소시켜 제조원가를 낮추며, 제품의 탄성 및 인장강도가 20N/㎠ 향상되는 효과가 있다. 발포된 발포재의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
제 1 마스터배치 제조
아크릴로니트릴-부타디엔-러버(NBR) (NBR7150, LG화학) 35 중량%, 이소부틸렌 이소프렌고무(IIR268, 다우) 2 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(한화석유화학, EVA-1315) 4.6 중량%, 충전제로 탈크(Mistron Vapor Talc, 루제낙) 16.2중량%, 카본블랙(Fast Extruding Furnace)(N-774, 동양제철화학) 8 중량%, ZnO(한일아연화) 3 중량%, 산화방지제(St/acid, 미성통상) 1 중량%, 윤활제(White Oil, 미창오일) 10 중량%, 난연제(Al(OH)3, 한국화학) 10 중량%를 가압챔버에 넣고, 145℃에서 챔버램가압을 7k/㎤로 하여 8분간 배합하였다.
배합된 원료의 피로도를 낮추기 위하여 실온에서 48시간동안 숙성하였다.
제 2 마스터배치 제조
상기 숙성된 제 1 마스터배치 조성물에 황(s, 미원상사) 0.05 중량%, 가황촉진제(M, 링크웰) 1.45 중량%, 발포제(Azodicarbonamide, 금양) 8.7 중량%를 첨가하여 니더기에 넣고, 60℃에서 가압을 4k/㎤로 하여 5분간 배합하였다. 오픈밀기에서 압출기에 투입하기 원활한 크기로 65℃에서 5분간 작업 후 Batch Out하였다. 혼합된 제 2 마스터배치의 원료 피로도를 해결하기 위해서 상온에서 24시간 숙성하였다.
압출 및 발포
상기 제 2 마스터배치 조성물을 압출기(제조회사:승진기계, Cylinder:150, Press Gage:500bar, 108kW)에 넣고 30℃에서 7분간 속동 융혼련하여 시트형태로 110bar 압력하에서 압출하였다.
제조된 압출물을 110℃에서 27초간 가열하는 가류단계; 130℃에서 18초간 가열하는 예비발포단계; 155℃에서 16초간 가열하는 발포단계; 및 145℃에서 10초간 가열하는 발포숙성단계를 거쳐 발포하여 고무발포단열재를 제조하였다.
제조된 고무발포단열재의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
제 1 마스터배치 제조
에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(KEP-330, 금호폴리) 33 중량%, 이소부틸렌 이소프렌고무(IIR268, 다우) 1.8 중량%, 실리콘(silicone, SH1040U, KCC) 고무 3.4 중량%, 에틸렌비닐아세테이트(한화석유화학, EVA-1315) 4.5 중량%, 충전제로 탈크(Mistron Vapor Talc, 루제낙) 16중량%, 카본블랙(Fast Extruding Furnace)(N-774, 동양제철화학) 3 중량%, ZnO(한일아연화) 3 중량%, 산화방지제(St/acid, 미성통상) 0.9 중량%, 윤활제(White Oil, 미창오일) 10 중량%, 난연제(Al(OH)3, 한국화학) 10 중량%를 가압챔버에 넣고, 170℃에서 챔버램가압을 7k/㎤로 하여 15분간 배합하였다. 실란커플링제가 첨가되지 않을 경우 각종원료가 블렌드되지 않아 제 2 마스터배치 과정 및 이 후 공정과정을 진행할 수 없어 제품을 생산할 수 없다.
[표 1]
Figure 112011020863757-pat00001
상기 표 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 고내열성 고무발포단열재는 밀도가 0.040 ~ 0.150g/㎤이고, 산소지수가 32%이상, 150℃에서 1시간 경과된 후의 가열치수 변화율이 7%이하, 인장강도가 15N/㎠ 이상으로 기존 제품인 비교예 1에 비해 난연성 및 내열성이 우수한 것을 알 수 있다.
[실험예]
상기 실시예 1 및 비교예 1의 고무발포 단열재를 열판에 접착한 후, 각각 100℃, 150℃로 가열 후 고무발포 단열재의 표면 상태를 관찰하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure 112011020863757-pat00002
상기 표 2에서 보이는 바와 같이, 본원발명에 따른 고무발포단열재는 150℃ 대상물에 적용하는 경우에도 표면크랙 등의 변화가 발생하지 않았다.

Claims (11)

  1. 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM) 20 ~ 40 중량%, 이소부틸렌 이소프렌고무 0.1 ~ 5 중량%, 실리콘(silicone) 고무 1 ~ 5 중량%, 에틸렌비닐아세테이트 1 ~ 10 중량%, 충전제 10 ~ 30 중량%, 실란커플링제 1 ~ 5 중량%, 산화방지제 0.1 ~ 2 중량%, 윤활제 5 ~ 15 중량%, 난연제 5 ~ 15 중량%를 포함하는 제 1 마스터배치 조성물을 숙성시킨 후, 황 0.01 ~ 1 중량%, 가황촉진제 0.1 ~ 5중량%, 발포제 5 ~ 15 중량%를 첨가하여 압출, 발포시킨 고내열성 고무발포단열재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체는 에틸렌 함량이 55 ~ 65 중량%이고, 5-에틸렌노보넨(ENB) 함량이 8 ~ 20 중량%, 무니점도(Mooney Viscosity(ML1+4@125℃))가 25 ~ 30, 중량평균분자량이 50000 ~ 60000인 것을 사용하고, 상기 실리콘 고무는 경화제 함량이 0.3~0.6phr, 비중이 1~1.5, 경도가 35~45, 인장강도가 5~9Mpa인 것을 사용하는 고내열성 고무발포단열재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 충전제는 탈크, 카본블랙, 산화아연에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 고내열성 고무발포단열재.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발포제는 아조디카본아마이드(Azodicarbonamide, ADCA), 아조디이소부틸로니트릴(ABBN), 디니트로소펜타메틸테트라아민(DNPT), 파라톨루엔설포닐하이드라지드(TSH) 및 옥시비스벤젠설포닐하이드라지드(OBSH)로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 고내열성 고무발포단열재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발포는 110 ~ 130℃로 가열하는 가류단계; 130 ~ 160℃로 가열하는 예비발포단계; 160 ~ 190℃로 가열하는 발포단계; 및 170 ~ 150℃로 온도를 낮추는 발포숙성단계로 이루어지는 고내열성 고무발포단열재.
  6. 제 1항 내지 제 5항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 고내열성 고무발포 단열재는 겉보기밀도가 0.040 ~ 0.150g/㎤이고, 산소지수가 32%이상, 150℃에서 1시간 경과된 후의 가열치수 변화율이 7%이하, 인장강도가 15N/㎠ 이상인 고내열성 고무발포단열재.
  7. a) 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM) 20 ~ 40 중량%, 이소부틸렌 이소프렌고무 0.1 ~ 5 중량%, 실리콘(silicone) 고무 1 ~ 5 중량%, 에틸렌비닐아세테이트 1 ~ 10 중량%, 충전제 10 ~ 30 중량%, 실란커플링제 1 ~ 5 중량%, 산화방지제 0.1 ~ 2 중량%, 윤활제 5 ~ 15 중량%, 난연제 5 ~ 15 중량%를 혼합하여 제 1 마스터배치 조성물을 제조한 후, 숙성시키는 단계;
    b) 상기 숙성된 제 1 마스터배치 조성물에 황 0.01 ~ 1 중량%, 가황촉진제 0.1 ~ 5중량%, 발포제 5 ~ 15 중량%를 첨가하여 제 2 마스터배치 조성물을 제조하는 단계;
    c) 상기 제 2 마스터배치 조성물을 압출기에 투입하여 압출하는 단계; 및
    d) 상기 압출물을 발포시키는 단계;
    를 포함하는 고내열성 고무발포단열재의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 발포공정은 110 ~ 130℃로 가열하는 가류단계; 130 ~ 160℃로 가열하는 예비발포단계; 160 ~ 190℃로 가열하는 발포단계; 및 170 ~ 150℃로 온도를 낮추는 발포숙성단계로 이루어지는 고내열성 고무발포단열재의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 a)단계에서 제 1 마스터배치 조성물 제조 시, 가압챔버에서 온도 160 ~ 180℃, 압력 5 ~ 10k/㎤으로 10 ~ 15분간 배합하는 것인 고내열성 고무발포단열재의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 a)단계에서 숙성은 실온에서, 48시간 이상 유지하는 것인 고내열성 고무발포단열재의 제조방법.
  11. 제 7항 내지 제 10항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되어 겉보기밀도가 0.040 ~ 0.150g/㎤이고, 산소지수가 32%이상, 150℃에서 1시간 경과된 후의 가열치수 변화율이 7%이하, 인장강도가 15N/㎠ 이상인 고내열성 고무발포단열재.
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