KR101150982B1 - 시공성 및 난연성이 우수한 ｎｂｒ 고무발포 단열재 - Google Patents

시공성 및 난연성이 우수한 ｎｂｒ 고무발포 단열재 Download PDF

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Abstract

시공성 및 난연성이 우수한 NBR 고무발포 단열재에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 NBR 고무발포 단열재는 NBR(Nitrile Budadience Rubber) 100 중량부에 대하여, 폴리플루오르에틸렌 수지 : 7 ~ 15 중량부, 디아미노디페닐메탄 : 5 ~ 20 중량부, 비스페놀 에폭시 수지 : 2 ~ 6 중량부, 아디핀산에스테르 : 1 ~ 4 중량부, 산화 아연 : 0.2 ~ 1.5 중량부, 오일 : 8 ~ 14 중량부 및 탈크(talc) : 4 ~ 7 중량부를 포함하고, 신율 : 530% 이상 및 인장강도 : 86 Kgf/cm2 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

시공성 및 난연성이 우수한 ＮＢＲ 고무발포 단열재 {NBR RUBBER FOAM HEAT INSULATING MATERIAL WITH EXCELLENT WORKABILITY AND FLAME RESISTANCE}
본 발명은 NBR 고무발포 단열재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시공성이 우수하면서도 화재 등으로 인한 재해시 유독 가스의 발생량이 적은 시공성 및 난연성이 우수한 NBR 고무발포 단열재에 관한 것이다.
에틸렌-프로필렌-디엔 단량체(ethylene propylene diene monomer: EPDM) 단열재는 가격이 저렴하면서도 단열성 및 내열성이 우수한 장점이 있다. 이러한 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체 단열재는 에어컨용 배관의 단열튜브나 건축용 단열재로 주로 사용된다.
이때, 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체 단열재를 에어컨 배관의 단열튜브나 건축용 단열재로 이용할 경우에는 배관라인이나 시공 면의 형태에 따라 절곡이 용이하게 이루어져야 한다.
그러나, 종래의 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체 단열재는 시공성이 나빠서 원하는 형태로 절곡이 되지 않을 뿐만 아니라, 난연성이 좋지 않아 화재 등의 발생시 유독가스를 다량 생성하여 환경오염을 일으키는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 시공성이 우수하면서도 화재 등으로 인한 재해시 유독 가스의 발생량이 적은 시공성 및 난연성이 우수한 NBR 고무발포 단열재를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 신율 : 530% 이상 및 독소 지수 2.0 이하를 만족하는 시공성 및 난연성이 우수한 NBR 고무발포 단열재를 제공하는 것이다.
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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 시공성이 우수한 NBR 고무발포 단열재는 NBR(Nitrile Budadience Rubber) 100 중량부에 대하여, 폴리플루오르에틸렌 수지 : 7 ~ 15 중량부, 디아미노디페닐메탄 : 5 ~ 20 중량부, 비스페놀 에폭시 수지 : 2 ~ 6 중량부, 아디핀산에스테르 : 1 ~ 4 중량부, 산화 아연 : 0.2 ~ 1.5 중량부, 오일 : 8 ~ 14 중량부 및 탈크(talc) : 4 ~ 7 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 단열재는 상기 NBR 100 중량부에 대하여, Ｎ－이소프로필메타크릴아미드 : 2 ~ 5 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 NBR 고무발포 단열재는 성분 조절을 통하여 신율 : 530% 이상 및 독소 지수 2.0 이하를 만족함으로써, 시공성 및 난연성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 NBR 고무발포 단열재 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시공성 및 난연성이 우수한 NBR 고무발포 단열재에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
NBR 고무발포 단열재
본 발명에 따른 NBR 고무발포 단열재는 니트릴 부타디엔 고무(Nitrile Budadience Rubber : NBR, 이하 NBR이라 약칭함), 폴리플루오르에틸렌 수지, 디아미노디페닐메탄, 비스페놀 에폭시 수지, 아디핀산에스테르, 산화 아연, 오일 및 탈크(talc)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 NBR 고무발포 단열재는 Ｎ－이소프로필메타크릴아미드를 더 포함할 수 있다.
NBR은 유화중합에 의하여 제조되는 아크릴로니트릴과 부타디엔의 공중합체로서, 내유성 고무이다.
폴리플루오르에틸렌 수지는 NBR 100 중량부에 대하여, 7 ~ 15 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 만일, 폴리플루오르에틸렌 수지의 첨가량이 7 중량부 미만일 경우에는 난연성이 급격히 저하되는 것을 확인하였다. 반대로, 폴리플루오르에틸렌 수지의 첨가량이 15 중량부를 초과할 경우에는 열수축 현상이 발생하여 치수 정밀도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 NBR 고무발포 단열재는 NBR 100 중량부에 대하여, 디아미노디페닐메탄 : 5 ~ 20 중량부 및 비스페놀 에폭시 수지 : 2 ~ 6 중량부가 더 첨가된다. 만일, 디아미노디페닐메탄의 첨가량이 5 중량부 미만이거나, 또는 20 중량부를 초과할 경우에는 인장강도 및 신율이 급격히 저하되는 것을 확인하였다. 또한, 비스페놀 에폭시 수지의 첨가량이 2 중량부 미만이거나, 또는 6 중량부를 초과할 경우 역시 인장강도 및 신율이 급격히 저하되는 것을 확인하였다.
아디핀산에스테르는 NBR 100 중량부에 대하여 1 ~ 4 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 아디핀산에스테르의 첨가량이 1 중량부 미만이거나, 또는 4 중량부를 초과하는 경우 신율이 급격히 저하되는 것을 확인하였다.
산화 아연은 접착 특성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다. 본 발명에서 산화 아연은 NBR 100 중량부에 대하여, 0.2 ~ 1.5 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 만일, 산화 아연의 첨가량이 0.2 중량부 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 산화 아연의 첨가량이 1.5 중량부를 초과할 경우에는 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 문제가 있다.
오일은 변색을 방지하기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 오일로는 백색 오일을 이용하는 것이 변색 방지 효과 면에서 바람직하다. 본 발명에서 오일은 NBR 100 중량부에 대하여, 8 ~ 14 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 만일, 오일의 첨가량이 8 중량부 미만으로 너무 적으면 가공성이 나빠지는 문제가 있다. 반대로, 오일의 첨가량이 14 중량부를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 오일로 인한 발포저하 현상이 발생하는 문제가 있다.
탈크(talc)는 3 ~ 6㎛의 평균 입자크기를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 탈크는 NBR 100 중량부에 대하여 4 ~ 7 중량부로 첨가될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 NBR 고무발포 단열재는 Ｎ－이소프로필메타크릴아미드가 더 첨가될 수 있다. 상기 Ｎ－이소프로필메타크릴아미드는 NBR 100 중량부에 대하여, 2 ~ 5 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 만일, Ｎ－이소프로필메타크릴아미드의 첨가량이 2 중량부 미만일 경우에는 목표로 하는 인장강도 및 신율을 확보할 수 없었다. 반대로, Ｎ－이소프로필메타크릴아미드의 첨가량이 5 중량부를 초과할 경우에는 신율은 약간 증가하나, 인장강도가 급격히 저하되는 것을 확인하였다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 NBR 고무발포 단열재는 성분 조절을 통하여 신율 : 530% 이상 및 독소 지수 2.0 이하를 확보할 수 있다.
NBR 고무발포 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 NBR 고무발포 단열재의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 NBR 고무발포 단열재 제조 방법은 원료 혼합 단계(S110), 숙성 단계(S120), 압출 단계(S130) 및 발포 단계(S140)를 포함한다.
원료 혼합 단계(S110)에서는 NBR, 폴리플루오르에틸렌 수지, 디아미노디페닐메탄, 비스페놀 에폭시 수지, 아디핀산에스테르, 산화 아연, 오일, 탈크(talc) 및 NBR용 발포제를 혼합한다. NBR용 발포제는 발포 후 제거되어 최종 NBR 고무발포 단열재에는 포함되지 않으며, 그 함량은 특별히 한정되지는 않으며 NBR용 발포제 종류와 발포도 등 목적하는 바에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
이때, 원료는 NBR 100 중량부에 대하여, 폴리플루오르에틸렌 수지 : 7 ~ 15 중량부, 디아미노디페닐메탄 : 5 ~ 20 중량부, 비스페놀 에폭시 수지 : 2 ~ 6 중량부, 아디핀산에스테르 : 1 ~ 4 중량부, 산화 아연 : 0.2 ~ 1.5 중량부, 오일 : 8 ~ 14 중량부 및 탈크(talc) : 4 ~ 7 중량부로 혼합된다.
여기서, 상기 원료는 NBR 100 중량부에 대하여 Ｎ－이소프로필메타크릴아미드 : 2 ~ 5 중량부가 더 혼합되어 있을 수 있다.
숙성 단계(S120)에서는 원료 혼합 단계(S110)에 의하여 적절히 혼합된 원료를 숙성한다. 이러한 숙성은 40 ~ 140℃에서 5 ~ 50분간 실시하는 것이 바람직하다.
압출 단계(S130)에서는 숙성된 원료를 압출한다.
발포 단계(S140)에서는 압출 단계(S130)에 의하여 압출된 원료를 발포한다.
도면으로 도시하지는 않았지만, 상기 발포 단계(S140)는 압출된 원료가 가류되는 가류 단계(미도시), 예비 발포되는 예비발포 단계(미도시), 압출된 원료가 발포되는 발포 단계(미도시), 및 발포숙성 단계(미도시)로 세분화될 수 있다.
상기 가류 단계와, 예비발포 단계, 발포 단계, 및 발포숙성 단계는 소정의 온도로 히팅되는데, 가류 단계에서 발포숙성 단계로 갈수록 히팅온도는 점차 상승될 수 있다. 다만, 발포숙성 단계는 발포 단계보다 낮은 온도로 히팅되도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 가류 단계에서 NBR 혼합물이 가류되며, 상기 예비발포 단계에서는 가류단계에서 미처 가류되지 못한 NBR 혼합물이 추가로 가류되며, 가류된 NBR 혼합물의 일부는 발포되기 시작된다. 그리고 상기 발포 단계에서는 NBR 혼합물이 발포되며, 발포숙성 단계에서는 발포 단계에서 미발포된 부분이 발포된다.
상기 가류 단계는 80 ~ 110℃, 예비발포 단계는 115 ~ 130℃, 발포 단계는 130 ~ 170℃, 그리고 발포숙성 단계는 160 ~ 180℃로 제어하는 것이 바람직하다. 만일, 가류 단계의 온도가 80℃ 미만일 경우에는 원할한 가류가 이루어지지 않을 뿐만 아니라 상대적으로 가류 시간이 길어지므로 생산성 면에서 바람직하지 않다. 반대로, 가류 단계의 온도가 110℃를 초과할 경우에는 가류가 채 이루어지기 전에 발포가 시작될 우려가 있다.
한편, 예비발포 단계의 온도가 115℃ 미만일 경우에는 가류 단계가 지속될 뿐 발포가 이루어지지 않을 수 있고, 반대로 예비발포 단계의 온도가 130℃를 초과할 경우에는 발포가 급속하게 진행되어 고르게 발포되지 못하는 문제가 있다.
또한, 발포 단계의 온도는 NBR용 발포제의 종류에 따라 다소 조절될 수 있으나, 일반적으로 NBR용 발포제는 상기 온도 수준에서 발포되는 것을 사용하므로 상기 수준으로 조절된다. 그리고, 발포숙성 단계의 온도가 180℃를 초과할 경우에는 NBR 혼합물이 열변화될 우려가 있다. 반대로, 발포숙성 단계의 온도가 160℃ 미만일 경우에는 미발포된 부분이 발포되는 효과를 기대하기 어렵다. 이러한 각 단계는 NBR 혼합물이 히팅터널을 통과하는 동안에 이루어지며, 히팅터널은 가류존, 예비발포존, 발포존 및 발포숙성존으로 구획화되어 있을 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 따른 NBR 고무발포 단열재를 제조할 수 있다.
삭제
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. NBR 고무발포 단열재 시편
실시예 1
NBR(Nitrile Budadience Rubber) 100 중량부에 대하여 폴리플루오르에틸렌 수지 : 9 중량부, 디아미노디페닐메탄 : 15 중량부, 비스페놀 에폭시 수지 : 3 중량부, 아디핀산에스테르 : 1 중량부, 산화 아연 : 1.0 중량부, 오일 : 10 중량부 및 탈크(talc) : 6 중량부로 이루어지는, 가로 3mm, 세로 3mm 및 두께 3mm의 NBR 고무발포 단열재 시편.
삭제
실시예 2
상기 혼합물 중 폴리플루오르에틸렌 수지를 14 중량부로 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건의 NBR 고무발포 단열재 시편.
실시예 3
상기 혼합물 중 디아미노디페닐메탄을 6 중량부로 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건의 NBR 고무발포 단열재 시편.
실시예 4
상기 혼합물에 비스페놀 에폭시 수지는 5 중량부, 그리고 아디핀산에스테르는 3 중량부로 각각 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건의 NBR 고무발포 단열재 시편.
실시예 5
상기 혼합물에 Ｎ－이소프로필메타크릴아미드 : 4 중량부를 더 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건의 NBR 고무발포 단열재 시편.
삭제
삭제
비교예 1
상기 혼합물 중 폴리플루오르에틸렌 수지를 3 중량부로 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건의 NBR 고무발포 단열재 시편.
비교예 2
상기 혼합물 중 디아미노디페닐메탄를 25 중량부로 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건의 NBR 고무발포 단열재 시편.
비교예 3
상기 혼합물에 Ｎ－이소프로필메타크릴아미드 7 중량부를 더 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건의 NBR 고무발포 단열재 시편.
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시편들에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
1) 상온 특성
IEC-60811-1-1규격에 따라 인장강도와 신율을 측정하였다.
2) 산소 지수
ASTM D 2863에 준하여 난연성을 측정하였다.
3) 연기 밀도
ASTM E662에 준하여 Non-Flamming방식으로 측정하였다.
4)독성 지수
NES 713(Naval Engineering Standard 713) 방법으로 독성가스를 검출하여 독성평가를 수행하였다.
[표 1]
Figure 112012029644327-pat00003
표 1을 참조하면, 실시예 1 ~ 5에 따른 시편의 경우, 인장강도 : 87 ~ 95 Kgf/cm2 및 신율 : 531 ~ 640%로 각각 측정되었다. 또한, 실시예 1 ~ 5에 따른 시편의 경우, 산소 지수 : 34 ~ 37, 연기 밀도 : 91 ~ 95 및 독성 지수 : 1.2 ~ 1.7로 각각 측정되었다.
특히, 실시예 1 ~ 5에 따른 시편들 중, 실시예 1에 따른 시편의 조성에 Ｎ－이소프로필메타크릴아미드 : 4 중량부를 더 첨가한 실시예 5에 따른 시편의 경우, 640%의 신율로 가장 높은 값을 갖는 것을 확인하였다.
한편, 폴리플루오르에틸렌 수지의 첨가량이 본원발명에서 제시하는 함량 범위를 벗어난 비교예 1에 따른 시편과, 디아미노디페닐메탄의 첨가량이 본원발명에서 제시한 함량 범위를 벗어난 비교예 2에 따른 시편의 경우, 인장 강도는 실시예 1 ~ 5보다 약간 낮은 값으로 각각 측정되었으나, 신율은 실시예 1 ~ 5에 따른 시편 보다 현저히 낮은 412% 및 432%로 각각 측정되었다.
또한, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 시편들의 경우, 산소 지수 및 연기 밀도는 실시예 1 ~ 5에 비하여 낮은 26 ~ 27 및 79 ~ 82로 각각 측정되었으며, 독성 지수는 실시예 1 ~ 5에 비하여 높은 3.2 ~ 3.4로 측정되었다.
한편, Ｎ－이소프로필메타크릴아미드의 첨가량이 본원발명에서 제시하는 함량 범위를 벗어난 비교예 3에 따른 시편의 경우, 인장 강도는 실시예 1에 따른 시편과 비교하여 현격히 저하된 69 Kgf/cm2로 측정되었고, 신율은 실시예 1에 따른 시편과 비교하여 대략 35% 낮은 510%를 갖는 것을 확인하였다.
또한, 비교예 3에 따른 시편의 경우, 산소 지수 및 연기 밀도는 21, 83으로 각각 측정되었으며, 독성 지수는 4.1로 측정되었다. 이때, 비교예 3에 따른 시편의 경우, 독성 지수가 4.3을 갖는 것을 확인할 수 있는 데, 이는 실시예 1 ~ 5에 비하여 현저히 높은 값이다. 따라서, Ｎ－이소프로필메타크릴아미드는 본 발명에서 제시하는 함량을 초과하지 않는 범위 내에서 첨가해야 독성 지수가 낮아지는 것을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 원료 혼합
S120 : 숙성
S130 : 압출
S140 : 발포

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  7. NBR(Nitrile Budadience Rubber) 100 중량부에 대하여, 폴리플루오르에틸렌 수지 : 7 ~ 15 중량부, 디아미노디페닐메탄 : 5 ~ 20 중량부, 비스페놀 에폭시 수지 : 2 ~ 6 중량부, 아디핀산에스테르 : 1 ~ 4 중량부, 산화 아연 : 0.2 ~ 1.5 중량부, 오일 : 8 ~ 14 중량부 및 탈크(talc) : 4 ~ 7 중량부를 포함하고,
    신율 : 530% 이상 및 인장강도 : 86 Kgf/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 NBR 고무발포 단열재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단열재는
    상기 NBR 100 중량부에 대하여, Ｎ－이소프로필메타크릴아미드 : 2 ~ 5 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 NBR 고무발포 단열재.
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