KR101334010B1 - 조립 라인 없는 실리콘 코팅된 롤러의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘에 의해 표면 처리되고 조립 라인을 갖지 않는 롤러에 관한 것으로, 그 롤러는 안료/충전제 함유 첨가반응 경화성 실리콘 고무 스트립을 롤러 기재 둘레에 래핑하고, 이어서 경화시켜서 일체화된 실리콘 층을 생성시킴으로써 제조되고, 여기서 조립 라인은 안료/충전제 입자의 배향으로 인한 스트립의 가장자리 영역에서 물리적 특성이 최소화되도록 스트립을 선택함으로써 방지된다.

Description

조립 라인 없는 실리콘 코팅된 롤러의 제조 방법{PROCESS FOR FABRICATING SILICONE COATED ROLLERS WITHOUT BUILD LINES}
본 발명은 조립 라인(build line)을 나타내지 않는 조립된 비주조 실리콘 롤러(built-up non-cast silicone roller)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
폴리머 표면 처리된 롤러(polymer faced roller)는 오랫동안 산업 분야에서 사용되어 오고 있다. 그 폴리머 처리 표면(polymer facing)은 잡음을 감소시키고, 내화학성을 부여하며 그리고 롤러가 접촉하는 표면에 대한 그 롤러의 접촉을 완화시킨다. 특히 폴리우레탄을 비롯한 수 많은 폴리머가 그러한 "표면 처리된 롤러(polymer faced roller)"에 사용되어 오고 있다.
실리콘은 표면 처리된 롤러를 제조하는데 사용되어 오고 있는 특정 부류의 폴리머이다. 실리콘은 매우 연한 엘라스토머에서 경질 재료에 이르는 광범위한 경도로 이용가능하다. 더구나, 실리콘은 특정 롤러 용도에 그 실리콘이 매우 잘 적합하도록 하는 물리적 및 화학적 특성을 갖는다. 예를 들면, 실리콘은 매우 화학적으로 내성을 가지며 그리고 게다가 열 응력에 대하여 고도로 내성을 갖는데, 이는 폴리우레탄의 것과 같은 수 많은 통상적으로 사용되는 폴리머 처리 표면보다 더 높은 조작 온도를 제공한다. 게다가, 실리콘은 높은 박리성을 갖는 경향이 있으며, 그리고 감압성 접착제를 위한 박리 코팅으로서 수 십년 동안 박층 형태(코팅)로 사용되어 오고 있다. 따라서, 실리콘은 표면 처리된 롤러 시장에서 귀중한 위치를 차지해오고 있다.
작은 직경 롤러가 주조 및 주입 성형과 같은 통상적인 열가소성 또는 열경화성 기법으로 실리콘에 의해 표면 처리될 수 있지만, 큰 직경 롤러 또는 긴 롤러 및 유사 제품은 그러한 공정으로 제조할 수 없다. 오히려, 그러한 롤러는, 예를 들면 그 롤러의 외연 둘레로 경화성 실리콘 고무를 나선형 래핑함으로써 또는 롤러의 전체 외연을 얇은 경화성 실리콘 고무의 연속 층으로 래핑함으로써, 복합 구조로 제조된다. 이러한 기법은 도 1 및 도 2에 도시되어 있으며, 도 1은 금속 코어 또는 "보스(boss)"(1) 둘레를 실리콘 고무의 압출된 스트립(2)로 나선형 래핑하는 것을 예시하고 있고, 도 2는 동심원상 래핑하는 것을 예시하고 있다. 다른 래핑 방법이 또한 가능하다.
롤러 보스(1)는 일반적으로 금속으로 되어 있으며, 하지만 그것은 게다가 다른 재료, 예를 들면 열가소성 또는 열경화성 폴리머, 목재, 세라믹 등으로 제조될 수 있다. 비용, 내구성 및 물리적 특성, 예컨대 모듈 및 변형 부재의 이유로, 알루미늄 및 스틸과 같은 금속이 통상적으로 사용되고 있다.
그 보스 또는 다른 기재는 일반적으로 보스에 대한 실리콘의 접착성을 용이하도록 처리된다. 예를 들면, 금속 보스의 표면은 널링 처리(knuled) 또는 달리 기계가공(machined)될 수 있거나, 또는 홈 형성될 수 있으며, 경우에 따라 롤러의 축 또는 중심에 대하여 더 멀리 있는 것보다 롤러의 표면에서 보다 좁은 홈이 존재하도록 홈 형성될 수 있거나, 또는 블라스팅, 예를 들면 샌드 블라스팅으로 처리될 수 있다. 보스 표면이 불투명하거나 반불투명한 실리콘의 도포후 불투명하게 될 수 있거나 실질적으로 불투명하게 될 수 있기 때문에, 보스 상에 미적 표면을 제조할 때에는 주의를 기울일 수 있어야 한다. 이는 통상적인 절차이다: 충전 및 착색된 실리콘 고무가 롤러를 표면 처리하는데 사용되며, 따라서 거친 표면을 불투명하게 한다. 안료가 또한 미적 또는 식별 색상을 제공하는데 사용될 수 있다. 표면 처리를 이용하기 위한 보스의 미세한 기계가공 또는 마감가공을 회피하는 것은 접착력 손실 없이 제조 경제성을 허용한다. 경화성 실리콘 고무에 의한 보스의 표면 처리를 수행한 후, 그 복합체는 가열되거나 달리 처리되어 그 실리콘 고무를 경화시키게 된다. 이는 해당 기술 분야에서 잘 알려진 다수의 방법으로 달성할 수 있다. 예를 들면, 그 표면은 적합한 모울드 또는 압력 블래더에 의해 적당한 압력 하에 배치되고 상승된 온도에서 경화될 수 있다. 경화를 수행한 후, 바로 일체화된 실리콘 처리 표면은 회전상 균일하고 소정의 평활성을 가진 표면을 제공하도록 기계가공된다. 빈번하게도, 미경화된 조립 롤러는 폴리머 직물에 의해 단단히 래핑되고, 이어서 가열 또는 "오토클레이브 처리"된다. 열적 팽창으로 인한 직경의 증가는 고화(consolidation)를 용이하게 하는, 직물에 대한 압력 하에 실리콘 층(들)을 배치하기에 충분한다. 그 실리콘 고무는 융합 또는 합체되고, 여기서 인접한 스트립 또는 층은 접합하여 일체화된 실리콘 처리 표면을 형성하게 된다.
그러한 용도에 사용된 실리콘은 일반적으로 착색 및/또는 충전된다. 그 착색은 식별가능한 색상을 생성하고 보스 표면을 불투명하게 하는데 이용될 수 있고, 반면에 충전제는 비교적 비싼 실리콘을 저렴한 충전제로 대체함으로써 처리 표면의 비용을 낮추는 작용 및 또한 처리 표면의 마모성을 증가시키는 작용을 둘 다 한다. 그러나, 안료 및 충전제를 함유하는 실리콘 롤러 처리 표면은 경화/고화 전에 실리콘 고무의 가장장리에서 소위 "조립 라인(build line)"을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이러한 조립 라인은 종종 미경화된 실리콘 처리 표면의 가장자리 부근에서 높이 또는 색상의 차이로서 시각적으로 관찰가능하다. 심지어 기계가공 후에도, 특히 롤러가 용매를 이용하는 환경에서 사용될 때, 그 자체를 명백하게 보여주는 잠복 조립 라인이 존재한다. 그 실리콘은 그러한 조건 하에 팽윤하는 경향이 있지만, 그 팽윤은 그 표면에 걸쳐 균일하지 않다. 오히려, 조립 라인 위치(3)(도 1, 2)에서 팽윤은 롤러의 잔부(4)에서 팽윤과는 다르다. 따라서, 이러한 롤러 부분은 조립 라인 위치에서 롤러 하에 이동된 기재 상에 압력을 가하게 된다. 따라서, 압력의 차이는 제품 표면에서 융기부 또는 함몰부로서 그러한 롤러의 사용에 의해 생성된 제품에서 명백히 나타날 수 있다.
따라서, 조립 라인을 나타내지 않는, 래핑 기법에 의해 실리콘 표면 처리된 롤러를 제조하는 것이 필요하다.
본 출원인은, 조립 라인이, 래핑된 실리콘 표면 처리된 롤러에서, 안료 및 충전제를, 이 안료 및 충전제의 입자 크기 및 이방성이 낮고 압출된 실리콘 고무 "리본" 또는 시이트의 가장장리에서 유의적인 입자 배향을 결과로 생성하지 않도록, 선택함으로써, 방지될 수 있다는 점을 놀랍고 예기치 못하게 발견하게 되었다. 따라서, 비차등적 배향된 안료/충전제 함유 실리콘 고무의 사용은 조립 라인을 방지한다.
래핑 기법을 이용하는 본 발명의 실리콘 표면 처리된 롤러의 제조 방법에 의해 조립 라인을 나타내지 않는 실리콘 표면 처리된 롤러를 얻을 수 있다.
도 1은 실리콘 고무의 스트립에 의한 기재의 나선형 래핑을 예시한 것이다.
도 2는 실리콘 고무의 넓은 리본 또는 "시이트"에 의한 기재의 래핑을 예시한 것이다.
도 3은 나선형 래핑된 복합 롤러 상의 용매 팽윤된 조립 라인을 예시한 것이다.
도 4는 동심원상 래핑된 실리콘 표면 처리된 롤러에서 단부 "조립 라인" 또는 "팽윤"을 예시한 것이다.
본 발명에서 사용된 실리콘 고무는 이것이 경화 전에 고체 또는 반고체가 되도록 매우 높은 점성을 특징으로 한다. "고체 또는 반고체"란 실리콘 고무 압출된 리본 또는 시이트(이후에는 "스트립"이라고 칭함)가 실온 및 실온에 근접한 주위 온도에서 정상적인 취급 하에 그 압출된 형상을 실질적으로 유지한다는 것을 의미한다. 상승된 온도에서, 예를 들면 50℃ 이상 등에서, 그 고무의 연화가 발생할 수 있고, 변형성(deformability)을 형성하는 이러한 연화는, 특히 경화 온도 또는 그 부근에서, 그 실리콘을 유동시켜서 인접한 스트립들을 융합함으로써 단일의 일체화된 제품을 제공하는데 필요하다. 본 발명은 실온에서 유동가능한 점성의 실리콘, 즉 소위 액체 실리콘 고무, "LSR"에 관한 것이 아니다.
실리콘 고무는 첨가반응 가교된 실리콘 고무(addition crosslinked silicone rubber)이다. 대부분의 경우, 이러한 실리콘 고무는 에틸렌계 또는 에틸린계 불포화 기를 보유하는 실리콘(오가노폴리실록산)으로 구성된, 바람직하게는 그 실리콘과 가교 시스템이 함께 구성된 1 파트 실리콘 고무이다. 이 가교 시스템은 자유 라디칼 개시제, 바람직하게는 퍼옥사이드일 수 있거나, 또는 Si-H 작용성 가교제 및 히드로실릴화 촉매일 수 있다. 히드로실릴화 경화성 단일 성분 실리콘 고무가 사용될 때, 일반적으로는 단지 상승된 경화 온도에서만 상당한 활성을 갖는 잠재성 촉매가 사용되거나, 또는 촉매 억제제가 사용되는 것이 필요하다. 종종, 잠재성 촉매와 억제제의 배합물로서 둘 모두가 사용된다. 양자 유형의 첨가반응 경화 실리콘 고무(HTV 고무)는 해당 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 축합반응 가교성 실리콘 고무는 본 발명의 영역 내에 속하지 않지만, 첨가반응 경화성 실리콘 고무는 축합성 기, 예컨대 실란올 기 또는 알콕시 기 중 일부를 함유할 수 있으며, 그 일부는 불포화 기의 경화 동안 경화할 수 있지만, 롤러의 초기 제조 및 고화를 수행한 후 주로 경화한다.
본원에서 사용된 문맥에서 "롤러"란 이송 시스템, 종이 제조 등에서 사용된 것과 같은 롤러 뿐만 아니라 예를 들어 닙 롤로서 사용을 찾아 볼 수 있는 보다 큰 롤러 또는 "드럼"을 의미한다. 그 "롤러"는 실리콘 고무가 둘레에 래핑되어 있는 금속 보스 또는 "기재"를 함유하고, "롤러"의 크기 또는 최종 용도는 비제한적이다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "롤러"는 그러한 구조에 적용되지만, 그 롤러는 또한 "래핑된 복합 구조"라고 칭할 수 있다.
본 발명의 "래핑물(wrapping)"은 경화성 실리콘 조성물을 스트립으로 압출함으로써 제조된다. 이 스트립은 임의의 적합한 폭, 예를 들면 10 cm 내지 40 cm, 또는 기재 둘레의 래핑을 용이하게 하는 임의의 폭을 가질 수 있다. 그 두께는 작을 수 있고, 즉 1 mm 이하일 수 있고, 하지만 전형적으로 더 크며, 이는 롤러를 구성하는데 사용되는 래핑물의 유형 및 원하는 두께에 따라 좌우된다. 수 mm 내지 수 cm의 두께가 전형적이다. 본원에서 사용된 용어 "시이트"는 두께에 관련하여 비교적 큰 폭을 지닌 스트립을 단순 분류한 것을 의미하며, 치수는 결정적인 것이 아니다. 나머지 개시내용에서 그리고 특허청구범위에서, 용어 "스트립"은 양자 모두에서 사용된다.
조립 라인의 원인이 완전 해명되어 있지 않지만, 이에 얽매이는 일 없이, 출원인은 그 조립 라인이 압출된 실리콘 스트립의 가장자리 부근에서 크고 "비대칭적인" 안료 및 충전제의 배향에 의해 야기되는 것으로 생각된다. 예를 들면, 열가소성 물질의 압출에서, 압출물은 슬릿 다이의 중심 부근에서 그 다이의 가장자리 부근보다 응력에 덜 노출되는 것으로 알려져 있고, 슬릿 다이의 코너에서 야기된 마찰 증가는 그 압출물의 다른 부분과는 상이한 방식으로 입자를 배향하는 경향이 있는 것으로 생각된다. 결과로서, 그 가장자리에서 압출물의 특성은 가장자리로부터 멀리 있는 것과는 물리적으로 상이하다. 예를 들면, 본 발명자는 2본 롤 밀(two roll mill)과 같은 밀을 사용하여 제조한 보다 넓은 폭 재료를 슬릿팅함으로써 제조된 스트립이 표면 처리된 롤러를 제조하는데 사용될 때 조립 라인을 나타내지 않는다는 점을 예기치 못하게 발견하게 되었다.
따라서, 본 발명자는, 표면 처리된 롤러의 조립 라인이, 충전/착색된 실리콘 고무, 특히 그 실리콘 고무에 함유된 충전제 및 안료를 선택함으로써, 그 스트립의 가장자리 부근의 배향이 발생하지 않도록, 제거될 수 있다는 점을 발견하게 되었다. 이는, 예를 들면 매우 작은 입자 크기의 충전제 및 안료를 선택함으로써, 낮은 종횡비, 바람직하게는 실질적으로 구상을 갖는 충전제 및 안료를 선택함으로써 또는 이들 양자의 방법을 수행함으로써 달성될 수 있다. 대안으로, 본 발명의 보다 덜 바람직한 양태에서, 실리콘의 압출된 스트립의 가장자리는 배향을 경험한 부분을 제거하도록 절단될 수 있거나, 또는 가장자리 배향을 야기하지 않는 방법에 의해 생성될 수 있다. 둘 중 하나의 경우에서, 광범위하게 다양한 충전제 및 안료가 사용될 수 있지만, 전자 공정은 비교적 비싼 경화성 실리콘으로 인하여 비경제적이고, 후자 공정은 보다 기술적으로 복잡하다.
안료 및 충전제는 판상이 아닌 것이 바람직하고, 실질적으로 구상이거나 또는 달리 콤팩한, 예를 들면 입방체이며, 2.0 이하, 바람직하게는 1.5 이하, 가장 바람직하게는 약 1.0인 종횡비를 갖는다. 안료 및 충전제의 이러한 비교적 구상 성질은 특히 큰 직경 충전제 및 안료, 즉 약 70 μm 이상의 평균 입자 크기(가장 긴 치수)를 갖는 것에 적용된다. 조립 라인이 예상될 수 있는 충전제 및 안료의 예는 판상 물질, 예컨대 분쇄된 마이카, 팽창 또는 비팽창 및 층상 점토 물질, 및 상당한 비구상(non-shericity)을 지닌 분쇄된 광물 충전제, 예컨대 분쇄된 석영, 석회석, 및 임의의 상당한 길이를 지닌 섬유상 충전제를 포함한다.
충전제 및 안료의 최대 입자 크기는 바람직하게는 70 μm 미만, 보다 바람직하게는 60 μm 미만, 훨씬 더 바람직하게는 60 μm 미만, 가장 바람직하게는 50 μm 미만이다. 약 44 μm 이하의 입자 크기는 매우 유용한 것으로 입증되었다. 예외적으로 작은 충전제, 즉 50 μm 이하의 것의 경우, 그 형태에 관한 일부 증가된 공차가 허용될 수 있다.
용어 "안료/충전제 함유" 또는 유사 용어는 미경화된 실리콘 고무가 하나 이상의 안료 또는 충전제, 또는 양자를 함유한다는 것을 의미한다. 때때로, 안료라는 것과 충전제라는 것을 식별하는 것이 어렵고, 어느 정도까지, 이들 용어는 달리 반대 지시되어 있지 않는 한 상호 교환가능한 것으로 고려될 수 있다. 그러나, 충전제는 일반적으로 고무의 강도 특성을 상당히 증가시키지 않는 보다 큰 입자 크기 첨가제로서 고려된다. 하나의 예외는 비표면적, 일반적으로 50 m2/g 내지 400 m2/g을 갖는 소위 "강화 충전제"이고, 이것은 물리적 특성을 증가시킬 수 있다. 이러한 후자 충전제는 일반적으로 또한 실리콘 고무의 점성을 실질적으로 증가시키고, 반면에 통상적으로 보다 큰 입자 크기 충전제는 점성에서 약간의 증가를 나타낸다. 그러한 보다 큰 입자 크기 충전제는 종종 중량 또는 부피 기준상 고무의 비용을 줄이도록, 슬립 특성을 제공하도록 또는 내마모성을 증가시키도록 첨가된다.
안료는 일반적으로 매우 작은 크기 및 "색상"으로서 백색 및 검정색도 포함하는 고도로 착색된 입자인 것으로 이해되며, 비교적 적은 분량으로 사용된다. 그러한 안료는 일반적으로 물리적 특성 또는 내마모성 등의 증가보다는 오히려 색상 또는 불투명화도를 제공하도록 첨가된다. 하지만, 안료 및 충전제의 입자 크기 및 형태의 어느 정도 중복이 존재한다.
충전제의 예는 다양한 분쇄 또는 마쇄된 천연 생성물, 예컨대 석회석, 백운석, 대리석, 금홍석, 석영, 및 장석, 침강(precipitated) 충전제, 예컨대 침강 탄산칼슘, 침강 실리카(콜로이드성 실리카) 등을 포함한다. 이러한 목록은 비제한적이다. 본 발명에서, 상당한 종횡비를 지닌 충전제, 특히 보다 큰 입자 크기 충전제는 회피되어야 한다.
안료의 예는 안료, 예컨대 카본 블랙, 발연(fumed) 티타니아, 발연 철 산화물 등 및 다양한 부류의 유기 안료를 포함한다. 유기 염료와 안료 간의 구별점, 전자가 용해성이고 반면에 후자가 용해성이 아니라는 구별점이 있음을 유의해야 한다.
"형태"란 입자가 안료든 충전제든 입자의 형상을 의미한다. 본원에서 사용된 입자는 압출 동안 배향이 공정상 응력에 따라 좌우되지 않도록 하기 위해서 실질적으로 구상인 것이 바람직하다. 종횡비는 일반적으로 1.5 미만인 것이 바람직하다. 구상 충전제는 1.0의 종횡비를 갖고, 반면에 입방체의 충전제는 1.4의 종횡비(가장 큰 폭 대 가장 작은 폭의 비율)을 갖는다.
예를 들면, 검정색→갈색→적색→황색에 이르는 색상에서 이용가능한 표준규격 철 산화물 안료는 1.5 중량% 만큼 낮은 농도에서 조립 라인을 야기할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 발연 안료, 예컨대 발연 실리카, 발연 철 산화물 및 발연 티타니아는 10 중량% 만큼 높은 농도에서도 조립 라인을 야기하지 않으며, 합리적으로 더구나 훨씬 더 높은 농도도 조립 라인을 나타내지 않는 것으로 기대된다.
안료 및 충전제가 본 발명의 방법에 적합한지에 관한 결정은 해당 기술 분야의 당업자라면 부적합한 실험 없이도 용이하게 달성될 수 있다. 적합한 특정 입자 크기 및 입자 형태는 경화성 실리콘 기제 조성물의 성질, 예를 들면 요변성 조성물의 경우, 그 점성 및 요변성에 따라 다소 달라질 수 있으며, 또한 특정 압출 다이의 기하구조 뿐만 아니라 압출 온도 압력 및 압출 속도 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 통상적인 혼합 방법, 예컨대 시그마 블레이드 혼합기, 밴버리 혼합기, 반죽 혼합기, 단일 및 이중 스크류 압출기, 혼련 캐스케이드, 왕복 혼련기 등을 사용하여 충전 및/또는 착색된 경화성 실리콘을 제조하고, 소정의 두께 및 폭을 지닌 스트립을 압출하며, 제안되는 표면 처리된 롤러를 제조할 때 이용된 바와 같은 동일한 방식으로 그 스트립을 접합함으로써, 충전제 및 안료의 적합성을 신속하게 시험하는 것이 바람직하다. 그 층은 표면 접촉시 고화를 발생시키기에 충분한 압력 하에 상승된 온도에서 경화된다. 그 결정은 보다 높은 비용에도 불구하고 단지 용이하게 전체 크기 기재 상에서 이루어질 수 있으며, 이는 때때로, 종종 실험실에서 경화 매개변수를 복제하는 것이 어렵기 때문에, 바람직할 수 있다.
경화시 그리고 냉각후, 조립 라인의 존재는 다수의 방법에 의해 평가될 수 있다. 이들 방법 중 제1 방법은 촉각적/시각적 관찰이다. 이 방법은 초기 경화 후에 그리고 롤러 표면의 기계가공 전에 가장 적합하다. 동일한 방식으로 이용될 수 있는 제2 방법은 형상 측정법(profilometry)일 수 있다. 형상 측정법은 광범위하게 이용가능하고, 촉각적 검사보다 더 민감하다.
평활하고 균일한 표면을 생성시키는 기계가공을 수행한 후, 촉각 감지화 및 형상 측정법은 일반적으로 하기 나타낸 바를 제외하고는 유용하지 않다. 그러나, 반사율 측정은 롤러에 걸쳐 이루어질 수 있다. 반사율은 롤러 표면의 어느 정도의 투과를 허용하는 파장에서 측정되는 것이 바람직하다. 안료/충전제 배향은 조립 라인 부근에서 반사율의 변화로서 관찰가능하다. 경우에 따라, 이러한 변화는 게다가 시각적으로 관찰가능하고, 기계가공 이전 또는 이후에 조립 라인의 존재를 나타낸다.
특히 기계가공 후, 조립 라인을 검출하는 한가지 매우 적합한 수단은 용매 팽윤(sovent swelling)을 이용하는 것이다. 수 많은 일반적인 용매는 실리콘 고무에 의해 흡수되고, 수 많은 용매, 예컨대 알콜, 케톤 및 방향족 또는 파라핀계 탄화수소는 롤러를 사용하는 공정에서 사용된다. 고무가 가교결합되기 때문에, 고무는 용해되지 않지만, 그 용매의 존재 하에 가역적으로 팽윤된다. 팽윤될 때, 기계가공 후에도, 조립 라인은 일반적으로 촉감에 의해, 예를 들면 롤러의 표면을 가로질러 손가락을 가볍게 추적함으로써 검출가능하다. 조립 라인이 있는 영역은 롤러의 다른 부분과 비교하여 상당히 상이한 양을 팽윤시키고, 형상 측정법은 일반적으로 조립 라인을 검출하는데 불필요하지만, 그 라인을 정량화하는데 사용될 수 있다. 용매 팽윤된 조립 라인은 도 3에서와 도면부호(5)로서 도시되어 있고, 도 4에서 동심원상 래핑된 롤러의 가장장리에서, 조립 라인의 높이 및 두께는 석명성을 목적으로 하여 과장되어 있다.
조립 라인이 상기 방법 중 하나에 의해 관찰가능하다면, 안료 및/또는 충전제는, 예를 들면 보다 작은 평균 입자 크기로 변경되거나, 보다 낮은 종횡비를 지닌, 즉 보다 거의 구상을 갖는 충전제/안료로 변경되거나 또는 양자로 변경되도록 요구된다. 조립 라인은 일반적으로 거의 구상 형태의 작은 안료 및 충전제가 사용될 때 검출불가능한 것으로 놀랍고 예기치 못하게 밝혀졌다. 유용한 것을 입증하는 한가지 경험칙은 투명하도록 충분히 작은, 즉 완전 불투명한 경화 실리콘 제품을 결과로 생성하지 않는 안료/충전제를 사용하는 것이다. 적합한 선택 및 양에 의해, 롤러는 롤러 그 자체의 경우에서 기재 또는 "보스"를 불투명하게 하는 착색 정도가 영향을 받을 수 있다. 콜로이드성 실리카는 충전제로서 특히 적합한데, 왜냐하면 이러한 침강 실리카가 비교적 균일한 구상 형태를 갖고 있기 때문이다. 침상 유사 형태와는 반대인 구상을 갖는 다른 침강 충전제도 마찬가지로 해당된다. 발연 안료는 예외적으로 유용한 것으로 입증되었다.
본 발명의 대안적인 실시양태에서, 압출된 미경화 실리콘 스트립은 안료/충전제가 배향되어 있는 스트립의 일부를 제거하기 위해서 가장자리에서 절단될 수 있다. 래핑 및 경화 후, 조립 라인의 존재 또는 부재는 상기 설명된 방법에 의해 평가될 수 있다. 이러한 경우, 입자 크기 및 형태는 지나치게 중요하지 않는데, 그 이유는 절단 공정이 안료/충전제 배향이 잔부와 실질적으로 다른 스트립의 모든 또는 실질적으로 모든 부분을 제거하기 때문이다. 유감스럽게도, 이러한 실시양태는 절단된 부분의 폐기물 또는 재작업을 수반하므로, 보다 덜 경제적이다.
본 발명의 제3 대안적인 실시양태는 밀 상에서 착색/충전된 경화성 실리콘 고무 엘라스토머를 제조하고, 이와 같이 생성된 시이트를 스트립으로 슬릿팅함으로써 안료 및 충전제의 배향을 회피하는 것이다. 이러한 기법에 의해, 압출 다이의 가장자리 부근에서 발생하는 배향이 제거된다. 이와 같이 생성된 스트립은 통상적인 방식으로 래핑 및 경화된다.
도 3은 용매 팽윤된 조립 라인을 예시한 것으로, 여기서 도면부호(1)은 경화성 실리콘 스트립이 둘레에 나선형 래핑되어 있는 기재를 나타내고, 점선(3)은 래핑된 스트립이 고화 및 경화 전에 접합되어 있는 부분을 나타내며, 도면부호(5)는 실리콘 고무의 원래 접합부(3) 근위에 있는 팽윤된 섹션을 나타낸다.
도 4는 동심원상 래핑에 의해 관찰가능한 용매 팽윤된 조립 라인을 예시한 것이다. 이 경우, 조립 라인은 롤러의 가장자리를 구성한다. 단지 하나의 가장자리만이 도시되어 있다. 용매가 롤러에 걸쳐 균일하게 흡수될 수 있다고 할지라도, 롤러를 래핑하는데 사용된 시이트의 가장자리를 나타내는 가장지리는 래핑의 잔부와는 상이한 정도로 팽윤되고, 따라서 용매 팽윤된 직경(D1)은 일반적으로 그 가장자리로부터 더 멀리 있는 직경(D2)보다 더 크다.
본 발명의 첨가반응 경화 실리콘 고무는, 안료 및 충전제를 제외하고는, 통상적인 것이다. 미경화 상태에서 바람직한 실리콘 고무는 15 내지 100, 보다 바람직하게는 25 내지 90, 가장 바람직하게는 40 내지 80의 무니 점도(Mooney viscosity)를 갖는다. 그러한 경화성 실리콘 고무로는 상업적으로 이용가능한 것, 예를 들면 ELASTOSIL(등록상표) R401/30 내지 R401/80 퍼옥사이드-경화성 실리콘 고무 및 ELASTOSIL(등록상표) R plus 4001/30 내지 R plus 4001/80 백금-촉매화 첨가반응 경화 실리콘 고무(Wacker Chemical Corporation, 미국 미시간주 아드리안 소재)가 있다. 그러한 경화성 실리콘 고무의 추가 예는 특허 문헌, 예를 들면 미국 특허 5,260,364, 6,294,635, 6,362,299, 및 7,592,400에서 찾아 볼 수 있고, 예를 들면 문헌[Walter Noll, Chemistry and Technology of Silicones, Academic Press, ⓒ 1968]에서 기술되어 있다. 그러한 HTV 고무는 또한 다른 상업적 공급원으로부터 이용가능하다.
안료/충전제는 기제 실리콘 고무에 건조 형태로, 동일한 실리콘 고무 기제에 농축 마스타 배치로 또는 실리콘 유체 중에 분산된 그 성분으로 첨가될 수 있거나, 또는 임의의 통상적인 방법에 의해, 혼합 장치, 예컨대 앞서 확인된 장치에서, 2본 또는 3본 롤 밀 등 상에서 첨가될 수 있다. 안료/충전제의 양은 착색/충전된 실리콘 고무의 총 중량을 기준으로 하여 0.5 내지 60 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 50 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 2 내지 45 중량%, 가장 바람직하게는 2 내지 30 중량%의 범위일 수 있다.
안료 및 충전제는 소수성일 수 있거나, 또는 소수화될 수 있거나, 또는 이들을 보다 덜 친수성으로 만들도록 처리될 수 있으며, 즉 실란, 오가노폴리실록산, 지방산 염, 예컨대 스테아르산아연 또는 왁스에 의해 처리될 수 있다. 그러한 소수화된 안료 및 충전제는 다수의 공급원으로부터 상업적으로 이용가능하거나, 또는 해당 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 통상적인 기법에 의해 제조될 수 있다.
실리콘 고무 스트립은 통상적인 방식으로 기재 둘레에 래핑되고, 상승된 온도에서 압력 하에 경화된다. 그 압력은 공기 블래더, 다중 파트 밀폐성 모울드, 오토클레이브 또는 오븐내 열적 팽창에 의해 공급될 수 있거나, 또는 래핑된 고무가 이 미경화 고무의 다른 부분과 접합하는 부분에서 고화하도록 그 고무를 허용하는 임의의 유사 기법에 의해 공급될 수 있다. 경화는 일반적으로 100℃ 내지 200℃, 보다 바람직하게는 120 내지 180℃, 가장 바람직하게는 150℃ 내지 170℃에서 수행된다.
실시예
비교예 1
경화성 실리콘 고무 기제, ELASTOSIL(등록상표) R401/80(Wacker Chemicals, 미국 미시간주 아드리안 소재)를 통상적인 적색 산화철 안료 마스터배치, SILCOGUM(등록상표) Red 042(Gayson SDI) 1.5 중량%와 배합하였다. 이 미경화 고무를 폭 1 "와 두께 0.250"로 측정되는 연속적 스트립으로서 압출하고, 룰러 기재 둘레를 나선형으로 래핑하며, 나일론 텍스타일로 래핑하고, 150℃로 가열하여 8 시간 동안 경화시켰다. 경화되는 표면 처리된 롤러를 평활하게 연마하고, 용매를 적용하였다. 조립 라인은 미경화 나선형 래핑된 스트립의 접촉 영역 근위에 있는 롤러 상의 융기 부분로서 접촉에 의해 명백하게 존재하였다. 롤러 처리 표면은 80 쇼어 A의 경도를 보유하였다.
비교예 2
비교예 1을 반복하였지만, 통상적인 적색 철 산화물 안료 9 중량%를 사용하는 것을 예외로 하였다. 조립 라인은 마찬가지로 명백하게 존재하였다.
실시예 3
비교예 1을 수행하였지만, 통상적인 철 산화물 안료를 대략 0.5 μm의 평균 입자 크기를 갖는 발연 실리카, HDK N20P(Wacker Silicones로부터 이용가능함)로 대체하였다. 조립 라인이 검출되지 않았다.
실시예 4
비교예 1를 수행하였지만, 통상적인 철 산화물 1.5 중량%, 발연 실리카, HDK-N20P 2 중량% 및 SILCOGUM(등록상표) 243A Blue 0.040 중량% 대신에, 프탈로시아닌 블루 안료 분산액(Gayson SDI로부터 이용가능함)을 사용하였다. 조립 라인이 검출되지 않았다.
실시예 5
실시예 4를 반복하였지만, 프탈로시아닌 블루 안료를 약 0.1 중량%의 양으로 존재하는 발연 이산화티탄, K-73995 P25 마스터배치(Dispersion Technology, Inc.로부터 이용가능함)로 대체하였다. 우유상 백색 경화성 엘라스토머가 결과로 생성되었다. 조립 라인이 검출불가능하였다.
실시예 6
실시예 5를 반복하였지만, 발연 이산화티탄을 적색 발연 철 산화물, 기제 KE 7021 U(Shinetsu Silicones로부터 이용가능함)의 성분으로 대체하였다. 담적색 엘라스토머가 생성되었다. 조립 라인이 검출불가능하였다.
참고예 7
페닐메틸실록시 기를 함유하고 충전제를 함유하지 않는 천연 유색 70 Shore A 엘라스토머를 사용하였다. 표면 처리된 롤러는 조립 라인을 나타내지 않았다.
실시예 8
참고예 7을 반복하였지만, 발연 이산화티탄 1 중량%를 안료/충전제로서 첨가하여 색상이 회백색인 보다 큰 내열성 엘라스토머를 생성하였다. 조립 라인은 검출불가능하였다.
본 발명의 실시양태가 예시 및 설명되었지만, 이들 실시양태는 본 발명이 가능한 모든 형태를 예시 및 기술할 것으로 의도하지 않는다. 오히려, 명세서에 사용된 단어는 제한보다는 오히려 설명하기 위한 단어이고, 다양한 변경예는 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나는 일 없이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다.

Claims (11)

  1. 조립 라인(build line) 없는, 하나 이상의 안료, 충전제 또는 안료 및 충전제를 함유하는 실리콘 표면 처리된 롤러(pigment/filler-containing silicone-faced roller)를 제조하는 방법으로서,
    압출된, 하나 이상의 안료, 충전제 또는 안료 및 충전제를 함유하는 첨가반응 경화성 실리콘 고무 스트립(extruded, pigment/filler-containing addition-curable silicone rubber strip)을, 인접한 스트립의 가장자리가 접합 접촉 상태로 존재하도록, 기재 상에 래핑하는 단계, 그 경화성 실리콘 고무를 경화하여 그 기재 상에 일체화된 경화 실리콘 고무 층을 생성시키는 단계, 및 이어서 표면 처리된 롤러의 노출된 실리콘 표면을 기계가공하는 단계
    를 포함하고, 상기 하나 이상의 안료, 충전제 또는 안료 및 충전제는 경화 실리콘 엘라스토머가 조립 라인을 나타내지 않도록 하는 크기 및 형태를 갖고,
    상기 안료 및 충전제는 2.0 이하의 종횡비를 갖고, 70 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 것인 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 안료, 충전제 또는 안료 및 충전제가 70 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 유기 안료인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 안료 및 충전제는 전체가 하나 이상의 안료, 충전제 또는 안료 및 충전제를 함유하는 경화성 엘라스토머의 총중량을 기준으로 하여 0.5 중량% 내지 60 중량%의 양으로 존재하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 안료 및 충전제는 50 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 것인 방법.
  9. 삭제
  10. 조립 라인 없는, 하나 이상의 안료, 충전제 또는 안료 및 충전제를 함유하는실리콘 표면 처리된 롤러를 제조하는 방법으로서,
    압출된, 하나 이상의 안료, 충전제 또는 안료 및 충전제를 함유하는 첨가반응 경화성 실리콘 고무의 스트립을 롤러 기재 상에 래핑하는 단계로서, 상기 압출된 실리콘 고무의 스트립은 조립 라인을 형성할 수 있는 가장자리 부분이 존재하지 않도록 가장 자리 영역을 제거하고, 그 제거된 가장자리 영역은 스트립을 압출하는데 사용된 다이의 가장자리 영역에 상응하며, 그리고 래핑은 가장자리 제거된 스트립의 인접 부분이 접합 접촉 상태로 존재하도록 수행하는 것인 단계, 그 첨가반응 경화성 실리콘 고무를 경화하여 기재 상에 일체화된 경화 실리콘 고무 층을 생성하는 단계, 및 이어서, 표면 처리된 실리콘 롤러의 노출된 실리콘 표면을 기계가공하여 조립 라인을 갖지 않는 표면 처리된 롤러를 생성하는 단계
    를 포함하고, 하나 이상의 충전제 또는 안료는, 스트립이 스트립의 다른 부분과는 상이한 스트립을 압출하는데 사용된 압출기에서 배출될 때, 압출된 스트립의 가장자리 근위에서 하나 이상의 안료, 충전제 또는 안료 및 충전제 배향을 야기하는 크기 및/또는 형태를 갖는 것인 방법.
  11. 조립 라인 없는, 하나 이상의 안료, 충전제 또는 안료 및 충전제를 함유하는실리콘 표면 처리된 롤러를 제조하는 방법으로서,
    밀(mill) 상에서 제조된 후 스트립으로 슬릿팅된, 첨가반응 경화성 실리콘 고무의 하나 이상의 안료, 충전제 또는 안료 및 충전제를 함유하는 스트립을, 스트립의 가장자리가 접합 접촉 상태로 존재하도록 롤러 기재 상에 래핑하는 단계, 실리콘 고무를 경화하여 롤러 상에서 일체화된 실리콘 층을 생성하는 단계, 및 표면 처리된 롤러의 노출된 실리콘 표면을 기계가공하여 조립 라인을 나타내지 않는 표면 처리된 롤러를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
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