KR101409260B1 - 내열성이 우수한 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내열성이 우수한 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에피클로로히드린 고무(ECO) 40~50 중량부와, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무(CPE) 40~50 중량부와, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 고무(CSM) 5~20 중량부로 구성된 베이스블랜딩고무와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 노화방지제로 니켈디부틸디티오카바메이트 2~4중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 가황촉진제로 산화마그네슘 8~13중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 보강제로 카본블랙 50~52 중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 충전제로 탄산칼슘 23~30 중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 에스테르(ester)계 및 트리멜리테이트(trimellitate)계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가소제로 18~20 중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 이형성을 향상시키기 위한 연화제 1~1.5 중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 성형시 흐름성을 향상시키기 위한 가공조제 2~3 중량부가; 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기의 성분으로 이루어진 내열성이 우수한 고무 조성물은 우수한 가공성을 나타내며, 내열 온도가 160℃ 이상을 나타내기 때문에, 우수한 내열성능이 요구되는 소재 분야에 적용가능할 뿐만 아니라, 내유성도 우수하여 고가인 아크릴고무(ACM) 및 수소화-니트릴고무(H-NBR)등을 대체할 수 있다.

Description

내열성이 우수한 고무 조성물 {RUBBER COMPOSITIONS WITH GOOD HEAT RESISTANCE}
본 발명은 내열성이 우수한 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상당한 내열성능이 요구되는 소재 분야에 적용가능할 뿐만 아니라, 내유성도 우수하여 고가인 아크릴고무(ACM) 및 수소화-니트릴고무(H-NBR) 등을 대체할 수 있는 『내열성이 우수한 고무 조성물』에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 부품 및 산업용 내열 고압호스 등에 적용되는 고무호스 재료는 사용 온도와 봉입유 및 허용압력 등에 따라 적절한 재질과 구조를 가지도록 설계하게 된다.
이중 자동차 엔진-룸에 사용되는 각종 호스류의 고무재질로는 이피디엠 고무(EPDM), 클로로프렌로무(CR) 및 니트릴고무(NBR) 등이 주종을 이루지만 특수한 용도가 필요한 경우에는 이보다 성능이 우수한 재질의 채택이 필수적이다. EPDM의 경우 우수한 내열성으로 라디에이터 호스 등에 채택을 많이 하고 있지만 내유성은 그다지 좋지 않아 오일이 접촉되는 경우의 재료로는 적합하지 않으며 CR은 내후성이 필요한 외층 커버(Outer-Cover)용 재질로 응용되며 NBR은 고도의 내유성이 필요한 오일용 고무 재질로 많이 사용되고 있다.
이러한 각각의 특성을 함께 만족하는 특수 고무재질로는 불소고무(FKM), 실리콘고무(VMQ) 등이 있지만 가격이 아주 고가이므로 특별한 용도를 제외하고는 사용에 한계가 있다.
또한, 최근에는 자동차 엔진-룸의 설계온도가 높아지고 봉입유의 성능개선을 위한 화학약품의 첨가로 가혹한 상황에서도 견딜 수 있는 재질의 사용을 요구하고 있는데, 이에 대응하고자 한 단계 더 우수한 재질인 아크릴고무, 수소화-니트릴고무(H-NBR) 및 AEM고무(Ethylene Acrylic Elastomer) 등의 적용이 점차 많아지는 추세인데, 상기 아크릴고무, 수소화-니트릴고무 및 AEM고무는 제조비용이 고가이며, 물성향상을 위해서는 열처리 등의 후가공을 실시해야 하기 때문에 추가비용이 발생하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 고무 블렌드 조성물이 대한민국 특허등록 제10-0330917호에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 발명의 목적은 내열성, 내유성, 가공성이 우수한 것은 물론이며 아크릴고무 및 수소화-니트릴고무 및 AEM고무 등에 비해 제조비용이 보다 저렴한 『내열성이 우수한 고무 조성물』을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 에피클로로히드린 고무(ECO) 40~50 중량부와, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무(CPE) 40~50 중량부와, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 고무(CSM) 5~20 중량부로 구성된 베이스블랜딩고무와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 노화방지제로 니켈디부틸디티오카바메이트 2~4중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 가황촉진제로 산화마그네슘 8~13중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 보강제로 카본블랙 50~52 중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 충전제로 탄산칼슘 23~30 중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 에스테르(ester)계 및 트리멜리테이트(trimellitate)계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가소제로 18~20 중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 이형성을 향상시키기 위한 연화제 1~1.5 중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 성형시 흐름성을 향상시키기 위한 가공조제 2~3 중량부가; 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 티아디아졸계(Thiadiazole) 그룹에서 선택된 가교제 2~2.5 중량부와; 상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 아민계(Amine) 그룹에서 선택된 가교촉진제 0.5~1.5 중량부가; 더 혼합된 것을 특징으로 한다.
상기의 성분으로 이루어진 내열성이 우수한 고무 조성물에 의하면; 내열성, 내유성, 가공성이 우수한 것은 물론이며 아크릴고무 및 수소화-니트릴고무 및 AEM고무 등에 비해 제조비용이 보다 저렴한 장점이 있다.
특히, 우수한 가공성을 나타내며 내열 온도가 160℃ 이상을 나타내기 때문에, 우수한 내열성능이 요구되는 소재 분야에 적용가능할 뿐만 아니라, 내유성도 우수하여 고가인 아크릴고무(ACM) 및 수소화-니트릴고무(H-NBR)등을 대체할 수 있다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 내열성을 갖는 고무 조성물은 베이스블랜딩고무, 노화방지제, 가황촉진제(활성제 및 제산제), 보강제, 충전제, 가소제, 연화제, 가공조제, 가교제, 가교 촉진제로 이루어짐을 특징으로 한다.
베이스블랜딩고무는 에피클로로히드린 고무(ECO) 40~50 중량부와, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무(CPE) 40~50 중량부와, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 고무(CSM) 5~20 중량부가 혼합되어 이루어진다.
그리고 노화방지제는 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 니켈디부틸디티오카바메이트 2~4 중량부로, 가황촉진제는 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 산화마그네슘 8~13 중량부로, 보강제는 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 카본블랙 50~52 중량부로, 충전제는 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 탄산칼슘 23~30 중량부로, 가소제는 에스테르계로 이루어지며 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 18~20 중량부로, 연화제는 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 1~1.5 중량부와, 가공조제는 스테아린산으로 이루어지며 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 1~1.5 중량부로, 가교제는 티아디아졸계로 이루어지며 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 2~2.5 중량부로, 가교촉진제는 아민계로 이루어지며 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 0.5~1.5 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
베이스블랜딩고무는 100중량부가 첨가되며, 전술한 바와 같이, 에피클로로히드린 고무(ECO) 40 내지 50 중량부와, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무(CPE) 40 내지 50 중량부, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 고무(CSM) 5 내지 20 중량부로 이루어지는데, 이것은 내열성능이 우수한 염기소를 함유하게 된다.
이러한 베이스블랜딩고무는 80℃의 온도로 예열된 반죽기(Kneader Mixer)에 상기 전술한 고무성문(ECO,CPE,CSM)을 투입하고, 25 내지 35rpm의 속도로 60 내지 90초 동안 혼합하여 제조된다.
상기 반죽기에서 혼합과정을 통해 베이스블랜딩고무가 제조되면, 상기 노화방지제, 가황촉진제, 보강제, 충전제, 가소제를 투입하고, 25 내지 35rpm의 속도로 7 내지 8분간 혼합한다.
이때, 상기 노화방지제는 상기 베이스블랜딩고무 100 중량부 대비 2 내지 4 중량부가 투입되며, 니켈디부틸디티오카바메이트로 이루어지는데, 고열에 의한 염소의 분해를 억제하여 물성의 노화를 방지하는 역할을 한다.
상기 가황촉진제(일명, 활성제 및 제산제)는 상기 베이스블랜딩고무 100 중량부 대비 8 내지 13 중량부가 투입되며, 산화마그네슘(MgO)으로 이루어지는데, 고온의 조건에서 염소(Cl) 분해를 억제하고 상기 베이스블랜딩고무 조성물의 가교를 활성화시킬 뿐만 아니라, 고온의 조건에서 발생할 수 있는 염산(HCl)을 중화시켜 고무조성물의 물성저하를 방지하는 역할을 한다.
상기 보강제는 상기 베이스블랜딩고무 100 중량부 대비 50 내지 52 중량부가 투입되며, 카본블랙(Carbon Black류)으로 이루어지는데, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 고무 조성물의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다.
상기 충전제는 상기 베이스블랜딩고무 100 중량부 대비 23 내지 30 중량부가 투입되며, 탄산칼슘으로 이루어지는데, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 고무 조성물의 pH를 증가시키고, 배합물의 분산성을 향상시키며, 노화방지 및 기계적 강도 등을 향상시키는 역할을 한다.
상기 가소제는 상기 베이스블랜딩고무 100 중량부 대비 18 내지 20 중량부가 투입되며, 내열성 가소제인 에스테르계(ester) 및 트리멜리테이트계(trimellitate)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 베이스블랜딩고무에 유연성 및 탄성을 부여하며, 상기 베이스블랜딩고무의 가공성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 노화방지제, 가황촉진제, 보강제, 충전제 및 가소제의 믹싱이 완료되면, 상기 반죽기에 연화제 및 가공조제를 투입하고, 2 내지 3분 후에 덤프(Dump)하여 믹싱롤(Mixing-Roll)에서 판상으로 균질화 작업을 실시한 후에 상온으로 냉각하여 24시간 이상 숙성시킨다.
이때, 상기 연화제는 상기 베이스블랜딩고무 100 중량부 대비하여 1 내지 1.5 중량부가 혼합되며, 스테아르산(Stearic acid) 및 왁스(Wax)류로 이루어지는데, 상기의 성분으로 이루어진 연화제는 상기 베이스블랜딩고무의 유연성을 향상시켜 이형성을 증가시킨다.
또한, 상기 가공조제는 상기 베이스블랜딩고무 100 중량부 대비하여 2 내지 3 중량부가 투입되며, 금속비누(Metallic soap)로 이루어지는데, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 베이스블랜딩고무 조성물을 형물, 압출 및 트랜스퍼 몰딩하는 과정에서 흐름성을 향상시켜 작업효율성을 증가시키며, 제품의 외관품질을 향상시키는 역할을 한다.
상기와 같은 균질화 작업과 숙성과정이 완료되면, 균질화 작업 및 숙성과정을 거친 혼합물에 가교제 및 가교촉진제를 투입하는데, 상기 균질화 작업 및 숙성과정을 거친 혼합물을 반죽기에서 60 내지 65℃로 예열한 후에, 예열된 혼합물에 가교제 및 가교촉진제를 투입하고 60 내지 90초 동안 반죽한 후에 덤프하여 믹싱롤러에서 약 4분 동안 Mill-braiding하여 용도에 따라 리본 또는 판상으로 포장한다.
이때, 상기 가교제는 상기 베이스블랜딩고무 100 중량부 대비하여 2 내지 2.5 중량부가 투입되며, 티아디아졸계(Thiadiazole) 성분으로 이루어지는데, 상기 베이스블랜딩고무를 이루는 에피클로로히드린 고무, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무 및 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 고무 성분을 가교시켜 내열성이 우수한 고무조성물을 제공하는 역할을 한다.
또한, 상기 가교촉진제는 상기 베이스블랜딩고무 100 중량부 대비하여 0.5 내지 1.5 중량부가 첨가되며, 아민계(Amine) 성분으로 이루어지는데, 상기 가교제의 가교반응 속도를 더욱 향상시키는 역할을 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 고무 조성물의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 내열성이 우수한 고무 조성물의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 실시예 1 내지 9와 비교예 1과 3에서 첨가되는 각 성분의 함량을 아래 <표 1>에 나타내었다.
(단, 실시예 1 내지 9의 제조방법은 상기에 나타낸 바에 부합할 수 있는 범위 내에서 동일한 조건으로 실시하였다.)
<표 1>
Figure 112012041309644-pat00001
상기 <표 1>에 나타낸 바와 같이 실시예 1 내지 9 및 비교예 1과 3을 통해 제조된 고무 조성물의 내열성을 측정하여 아래 <표 2>에 나타내었다.
(단, 고무 조성물의 시편은 180℃로 예열된 260㎜×140㎜×2㎜ 크기의 금형에 고무조성물을 투입하고, 70ton의 열프레스에서 150kgf/㎠의 압력으로 180℃에서 15 내지 18분 동안 가황시켜 판상시편을 제작하였다.
상기와 같이 제조된 판상시편은 KS 고무시험법인 M-6518에 의하여 실시하였다.)
이때, 내열특성을 측정하는 조건에서 신장변화율은 -55 이상을 나타내어야 한다.
<표 2>
Figure 112012041309644-pat00002
위의 표 2에 나타낸 것처럼 본 발명의 실시예 1 내지 9를 통해 제조된 내열성이 우수한 고무 조성물은 내열특성 측정조건인 160℃의 온도에서 72시간 동안 노출되었을 때, 경도변화가 +20 이하여야 하는 조건을 만족하는데 비해, 비교예 2는 이에 +26을 나타내어 부합하지 못하는 것을 알 수 있으며, 또한, 본 발명의 실시예 1 내지 9를 통해 제조된 내열성이 우수한 고무 조성물은 160℃의 온도에서 72시간 노출되는 내열측정 조건에서도 신장변화율이 -55 이상을 나타낸 반면, 비교예 1 내지 3을 통해 제조된 고무 조성물은 신장변화율이 -55 미만을 나타내어 내열특성을 만족하지 못하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 고무 조성물은 제조공정이 단순하며, 내열성, 내유성 및 가공성이 우수하고, 아크릴고무(ACM) 및 수소화-니트릴고무(H-NBR)등에 비해 제조비용이 저렴한 장점이 있음을 알 수 있다.

Claims (2)

  1. 에피클로로히드린 고무(ECO) 40~50 중량부와, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무(CPE) 40~50 중량부와, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 고무(CSM) 5~20 중량부로 구성된 베이스블랜딩고무와;
    상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 노화방지제로 니켈디부틸디티오카바메이트 2~4중량부와;
    상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 가황촉진제로 산화마그네슘 8~13중량부와;
    상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 보강제로 카본블랙 50~52 중량부와;
    상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 충전제로 탄산칼슘 23~30 중량부와;
    상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 에스테르(ester)계 및 트리멜리테이트(trimellitate)계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가소제로 18~20 중량부와;
    상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 이형성을 향상시키기 위한 연화제 1~1.5 중량부와;
    상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 성형시 흐름성을 향상시키기 위한 가공조제 2~3 중량부가; 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 내열성이 우수한 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 티아디아졸계(Thiadiazole) 그룹에서 선택된 가교제 2~2.5 중량부와;
    상기 베이스블랜딩고무 100중량부에 대하여 아민계(Amine) 그룹에서 선택된 가교촉진제 0.5~1.5 중량부가; 더 혼합된 것을 특징으로 하는 내열성이 우수한 고무 조성물.
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