KR101347822B1 - 친환경 상수도관 패킹용 고무 조성물 - Google Patents

친환경 상수도관 패킹용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM 고무), 황공여체, 촉진제, 무기충진제, 가소제 및 가공조제를 포함하는 고무 조성물로 황공여체, 촉진제, 무기충진제, 가소제 및 가공조제를 특정 배합비로 포함하여 우수한 인장강도, 내열성, 내산화성 및 내유성 등이 우수하고 위생안전기준을 만족하는 효과를 제공하는 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

친환경 상수도관 패킹용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION FOR WATER PIPE PACKING MATERIALS}
본 발명은 상수도관 패킹용 고무 조성물에 관한 것으로 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무를 포함하는 고무 조성물에 관한 것이다.
상수도관은 정수장으로부터 공급되는 수돗물을 각 가정에 공급하는 배관으로써 통상적으로 주철관, PVC관 등이 사용된다. 일반적으로 상수도관에 대해서는 중금속 등의 오염물질이 배출되지 않는 친환경 제품들이 소개되고 있다. 하지만, 상수도관을 연결하는 패킹에 대해서는 오염물질 배출 여부와 관련하여 아직 특별한 기준이 제시되고 있지 않다.
일반적으로, 패킹이라 함은 합성고무 재질로 이루어진 링 형태의 것으로, 각종 배관 결합시 유체의 기밀 및 수밀 유지를 위해 사용되는 것이다. 이러한, 패킹의 재질은 주로, 고무(Rubber)재질로 이루어지며, 사용목적 및 특성에 따라 흑연(Graphite), 테프론(Teflon), 섬유재질 등을 사용하기도 한다. 패킹은 유체의 수밀 및 기밀유지를 위해 소정의 내압성과 복원력을 가져야 하며, 유체와 직접적인 접촉이 이루어지므로 필요에 따라서는 수축 및 팽창성과 화학반응에 견딜 수 있는 내화학성을 갖추어야 한다.
상수도관용 패킹은 수도법 제14조에 따른 수도시설(취수, 저수, 도수 시설은 제외)중 수돗물과 접촉하는 수도용 자재 및 제품(이하 ‘수도용 제품’)으로, 최근 강화된 위생안전기준의 인증이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 수도용 패킹에서 요구되는 우수한 내산화성, 내오존성, 내후성 및 내열성을 만족하고 위생안전기준을 만족하는 수도관 패킹용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
수도관 패킹용 고무 조성물에 있어서, 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 황공여체, 촉진제, 무기충진제, 가소제 및 가공조제를 포함하며, 상기 EPDM 고무 100 중량부, 상기 황공여체는 0.5 내지 1.0 중량부의 범위, 상기 촉진제는 2.1 내지 4.3 중량부의 범위, 상기 무기충진제는 30 내지 40 중량부의 범위, 상기 가소제는 20 내지 30 중량부의 범위, 상기 가공조제는 4.0 내지 6.5 중량부의 범위인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 황공여체는 테트라메틸티우람 디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(TETD), 테트라부틸티우람 디설파이드(TBTD), 디메틸디페닐티우람 디설파이드(MPTD), 디펜타메틸렌티우람 테트라설파이드(DPTT), 모폴리노벤조티아졸 디설파이드(MBSS),N-옥시디에틸렌디티오카바밀-N`-옥시디에틸렌설퍼아미드(OTOS), 디티오모폴린(DTM 또는 DTDM) 및 카프로락탐 디설파이드(CLD)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 상기 촉진제는 디티오카바메이트(dithiocarbamate), 티아졸(thiazole), 구아니딘(guanidine), 티우람(thiuram)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다.
바람직하게는, 상기 무기충진제는 카본블랙이다.
바람직하게는, 상기 황공여체는 디펜타메틸렌티우람 테트라설파이드(DPTT)이고, 상기 촉진제는 아연 N-디부틸디티오카바메이트(ZDBC), 디벤조티아졸 디설파이드(DM), 디페닐 구아니딘(DPG) 및 테트라메틸티우람 모노설파이드(TMTM)이고, 상기 무기충진제는 카본블랙이고, 상기 가소제는 파라핀계 오일이고, 상기 가공조제는 왁스 및 산화아연이다.
바람직하게는, 상기 EDPM 고무 100 중량부당 상기 아연 N-디부틸디티오카바메이트(ZDBC)는 0.2 내지 0.8 중량부의 범위, 디페닐 구아니딘(DPG)은 0.4 내지 1.0 중량부의 범위, 상기 테트라메틸티우람 모노설파이드(TMTM)는 0.5 내지 1.0 중량부의 범위, 상기 디벤조티아졸 디설파이드(DM)는 1.0 내지 1.5 중량부의 범위, 상기 왁스는 0.5 내지 1.0 중량부의 범위 및 상기 산화아연은 3.5 내지 5.5 중량부의 범위이다.
바람직하게는, 상기 수도관 패킹용 고무 조성물로 이루어진 수도관 패킹.
본 발명은 EDPM을 포함하는 수도용 고무 조성물로 우수한 인장강도, 내열성, 내산화성 및 내유성 등이 우수하고 위생안전기준을 만족하는 효과를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다.
용어 약이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.
본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, 포함하다 및 포함하는이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.
본 발명의 상수도관 패킹용 고무 조성물은, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(ethylene-propylene-dien-monomer, 이하 ‘EPDM 고무’라 한다), 황공여체, 촉진제, 무기충진제, 가소제 및 가공조제를 포함한다.
상기 EPDM 고무는 호스, 밀봉재 및 내후성 스트립의 제조를 포함하는 광범위하고 다양한 용도에 유용한 우수한 다목적용 고무이다. EPDM 고무는 중합체 쇄의 가교결합을 위한 소량의 디엔 단위와 에틸렌 및 프로필렌 반복 단위로 제조된 고무이다. 부분적으로 중합체 골격 중 실질적인 불포화의 부재로 인하여, 수도용 패킹에서 요구되는 우수한 내산화성, 내오존성, 내후성 및 내열성을 나타낼 수 있다. 또한, EPDM 고무는 다른 탄성 중합체에 비하여 가격 면에서 유리하며, 광범위한 범위의 충전제 농도에 대해 이들의 특성을 유지한다.
또한, 바람직한 EPDM 고무는 화합물의 특성을 감소시키지 않는 양으로 충전제, 증량제, 가소제, 오일, 왁스 및 안료 등의 통상의 EPDM 부가제를 함유할 수 있다.
하기의 표 1은 수도법 제14조 제1항 및 수도법 시행령 제24조 규정에 따른 항목별 위생안전기준으로 수도용 자재를 제조, 수입하기 위해서는 하기 항목을 만족하여야 한다.
항목 기준 항목 기준
카드뮴 0.0005/L 이하 음이온 계면활성제 0.02/L 이하
수은 0.0001/L 이하 1,1,1-트리클로로에탄 0.01/L 이하
셀레늄 0.001/L 이하 페놀류 0.0005/L 이하
납 0.001/L 이하 과망간산칼륨소비량 1.0/L 이하
비소 0.001/L 이하 맛 이상 없을 것
6가크롬 0.005/L 이하 디클로로메탄 0.002/L 이하
시안 0.001/L 이하 시스-1,2-디클로로에틸렌 0.004/L 이하
질산성 질소 및
아질산성 질소		 1/L 이하 테트라클로로에틸렌 0.001/L 이하
불소 0.15/L 이하 냄새 이상 없을 것
사염화탄소 0.0002/L 이하 색도 0.5도 이하
1,2-디클로로에탄 0.0004/L 이하 탁도 0.2NTU 이하
1,1-디클로로에틸렌 0.003/L 이하 잔류염소의 감량 0.7/L 이하
1,1,2-트리클로로에탄 0.0006/L 이하 에피클로로히드린 0.01/L 이하
트리클로로에틸렌 0.003/L 이하 아민류 0.01/L 이하
벤젠 0.001/L 이하 2,4-톨루엔디아민 0.002/L 이하
아연 0.3/L 이하 2,6-톨루엔디아민 0.001/L 이하
철 0.03/L 이하 포름알데히드 0.008/L 이하
구리 0.1/L 이하 아세트산비닐 0.01/L 이하
나트륨 20/L 이하 스티렌 0.002/L 이하
망간 0.03/L 이하 1,2-부타디엔 0.001/L 이하
염소이온 25/L 이하 1,3-부타디엔 0.001/L 이하
증발잔류물 50/L 이하 N,N-디메틸아닐린 0.01/L 이하
상기 황공여체는 황을 제공하여 가교제 역할을 한다. 상기 황공여체는 테트라메틸티우람 디설파이드(tetramethylthiuram disulphide, TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(tetraethylthiuram disulphide, TETD), 테트라부틸티우람 디설파이드(tetrabutylthiuram disulphide, TBTD), 디메틸디페닐티우람 디설파이드(dimethyldiphenylthiuram disulphide, MPTD), 디펜타메틸렌티우람 테트라설파이드(dipentamethylenethiuram tetrasulphide, DPTT), 모폴리노벤조티아졸 디설파이드(morpholinobenzothiazole disulphide, MBSS),N-옥시디에틸렌디티오카바밀-N`-옥시디에틸렌설퍼아미드(N-oxydiethylenedithiocarbamyl-N'-oxydiethylene sulphenamide, OTOS), 디티오모폴린(dithiodimorpholine, DTM 또는 DTDM) 및 카프로락탐 디설파이드(caprolactam disulphide, CLD)로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
바람직하게는 상기 황공여체는 DPTT일 수 있으며, EPDM 고무 100 중량당 약 0.5 내지 약 1.0 중량부의 범위에서 사용될 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 황공여체는 0.71 중량부의 DPTT가 사용될 수 있다.
상기 촉진제는 EDPM 고무의 가황을 촉진시키며, 촉진제의 함유량이 너무 적으면 촉진 효율 떨어지고, 촉진제의 함유량이 너무 많으면 내열성 및 스코치 문제가 발생할 수 있다. 상기 촉진제는 디티오카바메이트(dithiocarbamate), 티아졸(thiazole), 구아니딘(guanidine), 티우람(thiuram)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
바람직하게는 상기 디티오카바메이트는 아연 N-디메틸디티오카바마-te(zinc N-dimethyldithiocarbama- te, ZDMC), 아연 N-디에틸디티오카바메이트( zinc N-diethyldithiocarbamate, ZDEC), 아연 N-디부틸디티오카바메이트(zinc N-dibutyldithiocarbamate, ZDBC), 아연 N-에틸페닐디티오카바메이트(zinc N-ethylphenyldithiocarbamate, ZEPC), 아연 N-펜타메틸렌디티오카바메이트(zinc N-pentamethylenedithiocarbamate, ZCMC), 아연 N-디벤질디티오카바메이트(zinc N-dibenzyldithiocarbamate, ZBEC), 텔루륨 N-디에틸디티오카바메이트(tellurium N-diethyldithiocarbamate ,Te DEC 또는 TDEC), 셀레늄 N-디에틸디티오카바메이트(selenium N-diethyldithiocarbamate, Se DEC), 카드뮴 N-디에틸디티오카바메이트(cadmium N-diethyldithiocarbamate, Cd DEC), 구리 N-디에틸디티오카바메이트(copper N-diethyldithiocarbamate, Cu DEC), 납 N-디에틸디티오카바메이트(lead N-diethyldithiocarbamate, LDMC), 납 N-디아밀디티오카바메이트(lead N-diamyldithiocarbamate, LDAC), 비스무트 N-디메틸디티오카바메이트(bismuth N-dimethyldithiocarbamate, Bi DMC), 피페리딘 N-펜타메틸렌디티오카바메이트(piperidine N-pentamethylenedithiocarbamate, PPC), 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
바람직하게는 상기 티아졸은 디벤조티아졸 디설파이드(dibenzothiazole disulphide, DM), 2-머캅토벤조티아졸(2-mercaptobenzothiazole, MBT), 아연 2-머캅토벤조티아졸레이트(zinc 2-mercaptobenzothiazole, ZMBT), 2-머캅토벤조티아졸 디설파이드(2-mercaptobenzothiazole disulphide, MBTS) 또는 2,4-디니트로페닐머캅토벤조티아졸(2,4-dinitrophenylmercaptobenzothiazole)일 수 있다.
바람직하게는 상기 구아니딘은 디페닐 구아니딘(diphenylguanidine, DPG), 디-o-톨리구아니딘(di-o-tolylguanidine, DOTG) 또는 o-톨리비구아니딘(o-tolylbiguanide, OTGB)일 수 있다.
바람직하게는 상기 티우람은 테트라메틸티우람 모노설파이드(tetramethylthiuram monosulphide, TMTM)와 같은 티우람 모노설파이드, 테트라 메틸티우람 디설파이드(tetramethylthiuram disulphide, TMT 또는 TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(tetraethylthiuram disulphide, TETD), 테트라부틸티우람 디설파이드(tetrabutylthiuram disulphide, TBTD 또는 TBTS), 디메틸디페닐티우람 디설파이드(dimethyldiphenylthiuram disulphide, MPTD), 디에틸디페닐티우람 디설파이드(diethyldiphenylthiuram disulphide, EPTD)와 같은 티우람 디설파이드, 펜타메틸렌티우람 테트라설파이드와 같은 티우람 테트라설파이드, 펜타메틸렌티우람 헥사설파이드와 같은 티우람 헥사설파이드일 수 있다.
바람직하게는 상기 촉진제는 ZDBC, DPG, TMTM, DM일 수 있으며, EPDM 고무 100 중량당 ZDBC는 약 0.2 내지 약 0.8 중량부의 범위에서, DPG는 약 0.4 내지 약 1.0 중량부의 범위에서, TMTM은 약 0.5 내지 약 1.0 중량부의 범위에서 DM는 약 1.0 내지 약 1.5 중량부의 범위에서 사용될 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 촉진제는 0.49 중량부 의 ZDBC, 0.75 중량부의 DPG, 0.69 중량부의 TMTM, 1.20 중량부의 DM가 사용될 수 있다.
상기 가소제는 그 함유량이 낮으면 작업성 및 흐름성에 문제가 생기며 함유량이 높으면 백화현상 등의 문제가 발생한다. 상기 가소제로는 파라핀계 오일, 아로마틱계 오일, 나프텐계 오일 등이 사용될 수 있다.
바람직하게는 상기 가소제는 파라핀계 오일이며, EPDM 고무 100 중량당 약 20 내지 약 30 중량부 범위에서 사용될 수 있다.
상기 무기충진제는 내유성 향상을 위해 사용된다.
바람직하게는 상기 무기충진제는 카본블랙일 수 있으며, EPDM 고무 100 중량당 약 30 내지 약 40 중량부의 범위에서 사용될 수 있다.
상기 가공조제는 흑연, MoS2, 왁스, 산화아연 등일 수 있다.
바람직하게는 상기 가공조제는 왁스 및 산화아연이며, EPDM 고무 100 중량당 왁스는 약 0.5 내지 약 1.0 중량부의 범위에서, 산화아연은 약 3.5 내지 약 5.5 중량부의 범위에서 사용될 수 있다.
이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 아래의 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예
본 발명에 따른 일실시예로, EDPM 고무 100 중량당 카본블랙 35.64 중량부, 산화아연 4.3 중량부, 왁스 0.93 중량부, 오일 24.6 중량부, ZDBC 0.49 중량부, TMTM 0.69 중량부, DPTT 0.71 중량부, DM 1.2 중량부 및 DPG 0.75 중량부를 포함하는 수도관 패킹을 준비하였다.
상기 수도용 패킹 시편을 접촉면적 50 cm2/L로 하여 “수도용 자재 및 제품의 위생안전기준 공정시험방법 : 2009(환경부고시 제2009호-184호) ”에 따른 실험결과 하기의 표 2, 3과 같은 결과를, “KS M 6613 : 2007”에 따른 실험결과 하기의 표 4와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
시 험 결 과
시험항목 단위 시료구분 결과치
냄새 - - 이상 없음
맛 - - 이상 없음
색도 도 - 0.1이하
탁도 NTU - 0.12
페놀 mg/L - 불검출
사염화탄소 mg/L - 불검출
1,2-디클로로에탄 mg/L - 불검출
1,1-디클로로에틸렌 mg/L - 불검출
1,1,2-트리클로로에탄 mg/L - 불검출
시 험 결 과
시험항목 단위 시료구분 결과치
트리클로로에틸렌 mg/L - 불검출
벤젠 mg/L - 불검출
1,1,1-트리클로로에탄 mg/L - 불검출
디클로로메탄 mg/L - 불검출
시스-1,2-디클로로에틸렌 mg/L - 불검출
테트라클로로에틸렌 mg/L - 불검출
에피클로로히드린 mg/L - 불검출
아세트산비닐 mg/L - 불검출
스티렌 mg/L - 불검출
1,2 부타디엔 mg/L - 불검출
1,3-부타디엔 mg/L - 불검출
N,N-디메틸아닐린 mg/L - 불검출
시 험 결 과
시험항목 단위 시료구분 결과치
인장강도 N/cm2 - 1440
신장률 % - 530
스프링경도Hs(쇼어 A) - - A 67
노화시험((70±1)℃, 96h) - - -
-인장강도변화율 % - -4
-신장변화율 % - -2
-스프링경도의변화 Hs - - 1
압축영구줄음률((70±1)℃, 22h) % - 20
유리황(아황산나트륨방법) wt% - 0.02
(용해)탁도 NTU - 0.02 이하
(용해)색도 도 - 0.1 이하
(용해)과망간산칼륨소비량 mg/L - 0.6
(용해)잔류염소의 감량 mg/L - 0.3
(용해)냄새 및 맛 - - 이상없음
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 수도관 패킹용 고무 조성물에 있어서, 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무, 황공여체, 촉진제, 무기충진제, 가소제 및 가공조제를 포함하며, 상기 조성물은 상기 EPDM 고무 100 중량부, 상기 황공여체 0.5 내지 1.0 중량부, 상기 촉진제 2.1 내지 4.3 중량부, 상기 무기충진제 30 내지 40 중량부, 상기 가소제 20 내지 30 중량부, 상기 가공조제 4.0 내지 6.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수도관 패킹용 고무 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 황공여체는 테트라메틸티우람 디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(TETD), 테트라부틸티우람 디설파이드(TBTD), 디메틸디페닐티우람 디설파이드(MPTD), 디펜타메틸렌티우람 테트라설파이드(DPTT), 모폴리노벤조티아졸 디설파이드(MBSS),N-옥시디에틸렌디티오카바밀-N`-옥시디에틸렌설퍼아미드(OTOS), 디티오모폴린(DTM 또는 DTDM) 및 카프로락탐 디설파이드(CLD)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 촉진제는 디티오카바메이트(dithiocarbamate), 티아졸(thiazole), 구아니딘(guanidine) 및 티우람(thiuram)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수도관 패킹용 고무 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 무기충진제는 카본블랙인 것을 특징으로 하는 수도관 패킹용 고무 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 황공여체는 디펜타메틸렌티우람 테트라설파이드(DPTT)이고, 상기 촉진제는 아연 N-디부틸디티오카바메이트(ZDBC), 디벤조티아졸 디설파이드(DM), 디페닐 구아니딘(DPG) 및 테트라메틸티우람 모노설파이드(TMTM)이고, 상기 무기충진제는 카본블랙이고, 상기 가소제는 파라핀계 오일이고, 상기 가공조제는 왁스 및 산화아연인 것을 특징으로 하는 수도관 패킹용 고무 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 EDPM 고무 100 중량부당 상기 아연 N-디부틸디티오카바메이트(ZDBC)는 0.2 내지 0.8 중량부, 디페닐 구아니딘(DPG)은 0.4 내지 1.0 중량부, 상기 테트라메틸티우람 모노설파이드(TMTM)는 0.5 내지 1.0 중량부, 상기 디벤조티아졸 디설파이드(DM)는 1.0 내지 1.5 중량부, 상기 왁스는 0.5 내지 1.0 중량부 및 상기 산화아연은 3.5 내지 5.5 중량부인 것을 특징으로 하는 수도관 패킹용 고무 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 수도관 패킹용 고무 조성물로 이루어진 수도관 패킹.
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