KR101432773B1 - Reworkable thermo-reversible elastomer with high abrasion-resistant and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내마모성 및 기계적 물성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄성고무에 에시드기를 포함하는 단량체를 그라프트시키고, 여기에 나노 실리카 하이브리드 화합물을 반응시켜 오니움염(onium salt) 또는 아미드 구조를 갖게 함으로써, 이온결합 및 수소결합의 2차 결합을 통해서 네크워크가 형성되는 구조와 나노 실리카 하이브리드 구조를 함께 가짐에 따라 종래 황이나 퍼옥사이드 등으로 가교한 탄성체보다 우수한 내마모성 및 기계적 물성을 나타내면서도 고온에서는 해리(dissociation)되고 저온에서는 재결합되어 재가공이 가능하도록 하며, 아울러, 상기와 같이 재가공이 가능함에 따라 친환경적일 뿐만 아니라 내마모성 및 기계적 물성 또한 우수함에 따라 자동차, 조선, 건축자재 등 종래의 가교 탄성체가 사용되는 제품의 소재로 대체할 수 있도록 하는 열가역성 탄성체 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a thermally reversible elastomer composition excellent in abrasion resistance and mechanical properties and capable of reprocessing. More specifically, the present invention relates to a thermally reversible elastomer composition capable of reworking, in which a monomer containing an acid group is grafted to an elastic rubber, a nanosilica hybrid compound is reacted with the monomer, onium salt, or amide structure, the nanosilica hybrid structure together with the structure in which the network is formed through the secondary bonding of the ionic bond and the hydrogen bond has a higher abrasion resistance than the elastomer crosslinked with sulfur or peroxide As a result of the reworkability as described above, since it is not only environmentally friendly but also has excellent abrasion resistance and mechanical properties as well as mechanical properties, it can be used for automobile, shipbuilding, building materials Conventional It relates to a heat reversible elastomer composition to replace the elastic body can be replaced by material of the product used.

Description

내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체 및 그 제조방법{REWORKABLE THERMO-REVERSIBLE ELASTOMER WITH HIGH ABRASION-RESISTANT AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermally reversible elastomer which is excellent in abrasion resistance and can be reprocessed, and a method of manufacturing the same. BACKGROUND OF THE INVENTION < RTI ID = 0.0 &

본 발명은 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체에 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물을 반응시킴으로써, 종래의 공유결합으로 가교된 탄성체 이상의 기계적 물성을 나타내면서 내마모성이 우수하고, 고온에서는 해리되고 저온에서는 재결합되어 재가공이 가능한 열가역성 탄성체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a thermally reversible elastomer which is excellent in abrasion resistance and can be reprocessed and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a thermally reversible elastomer which is excellent in abrasion resistance and which can be reprocessed by reacting an organic nano- Thermally reversible elastomers which exhibit mechanical properties superior to conventional cured crosslinked elastomers and exhibit excellent abrasion resistance, dissociate at high temperatures, and recombine at low temperatures, and to a process for producing the same.

건축산업, 자동차산업 등 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있는 탄성체는 일반적으로 황이나 퍼옥사이드 등으로 가교시켜 사용함으로써, 사용 후에는 대부분이 재가공할 수 없어 폐기되고 있으며, 일부는 분말화하여 재이용하기는 하지만 극히 일부분만이 재활용되고 있는 실정이다. 또한 사용 후 폐기된 탄성체는 소각 시 다이옥신 등 이차 오염의 문제점이 발생되고 있다. 이와 같이 탄성체의 폐기량이 증가하면서 지구의 자원 고갈 및 폐기된 제품에 의한 환경파괴 문제가 대두되었다.
The elastomers which are widely used throughout the industry such as the construction industry and the automobile industry are generally used after being cross-linked with sulfur or peroxide, and most of them can not be reprocessed after being used, and some of them are powdered and reused Only a fraction of them are recycled. In addition, there is a problem of secondary contamination such as dioxin when incinerating the used elastomer after use. As the amount of disposal of elastomers increases, the problem of environment depletion due to resource depletion and abandoned products has been raised.

따라서, 일반 가교 탄성체의 단점을 극복하기 위하여 상온에서는 경질 세그멘트의 물리적 응집에 의해 고무의 특성인 탄성을 가지고 고온에서는 물리적 응집이 해리되어 재활용이 가능한 열가소성 탄성체(Thermoplastic elastomer; TPE)가 개발되어 고무 적용 분야에 사용되고 있으며 최근에는 환경 문제가 사회 및 산업 전반에 걸쳐 가장 부각되고 있는 가운데 고무를 이러한 소재로 대체하기 위한 연구 개발이 활발히 진행되어 적용 분야가 점차 확대되는 추세이다.  Therefore, in order to overcome the disadvantages of ordinary crosslinked elastomer, thermoplastic elastomer (TPE), which has the elasticity of the rubber due to the physical agglomeration of the hard segment at room temperature and the physical agglomeration is disassociated at high temperature, In recent years, environmental problems have been highlighted most in society and industry. Research and development has been actively carried out to replace rubber with such materials, and the application field is gradually expanding.

하지만, 상기 열가소성 탄성체는 복잡한 가교공정이 없어 생산성이 높고 기존의 플라스틱 가공기기를 개조 없이 사용할 수 있는 장점을 가지는 반면, 화학적인 가교구조를 갖는 기존의 가교 고무에 비해 상대적으로 내열성, 내구성, 영구압축변형률, 내마모성 등이 떨어지는 단점이 있다.
However, since the thermoplastic elastomer has a high productivity because it has no complicated crosslinking process and has an advantage of being able to use existing plastic processing apparatus without modification, compared with the conventional crosslinked rubber having a chemical crosslinking structure, the heat resistance, durability, Strain, abrasion resistance, and the like.

따라서, 상기와 같은 단점을 보완하기 위해 연질의 고무와 경질의 플라스틱의 블렌드 구조이며 연질고무 부분이 가교되어 있어 기존의 열경화성 고무와 유사한 탄성을 나타내는 소재인 열가소성 가황고무(Thermoplastic vulcanizates; TPV)가 개발되었다.  Accordingly, in order to overcome such disadvantages, a thermoplastic vulcanizate (TPV), which is a material having elasticity similar to that of a conventional thermosetting rubber, has been developed due to the blend structure of a soft rubber and a hard plastic and a soft rubber portion bridged .

하지만 주로 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌에 의하여 가소성이 부여되기 때문에 충진제를 30중량% 이상 사용하기 어려우며, 특히 가교된 고무 조성물에 비해 영구압축변형률이 물성이 나쁜 단점을 가지고 있다.However, since plasticity is imparted mainly by polypropylene or polyethylene, it is difficult to use the filler in an amount of 30 wt% or more, and the permanent compression strain is inferior to the crosslinked rubber composition in physical properties.

최근에는 이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로 가교된 탄성체의 물성을 나타내면서 열가역성을 가지고 있어서 재료의 재사용이 가능한 탄성체에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.  In recent years, as a means for solving such problems, there have been many researches on elastomers which exhibit physical properties of crosslinked elastomer and which have thermoreversibility and can be reused.

상기 열가역성 탄성체에 대한 연구로 일본의 요코하마고무에서는 말레인화 액상 이소프렌 고무에 아민, 알코올, 티올 등의 활성 수소 화합물을 가하여 반복성형이 가능하면서 가교 탄성체와 유사한 모듈러스값을 갖는 탄성체를 개발하였으며, 네덜란드의 DSM에서는 말레인화 에틸렌-프로필렌 공중합체를 사용하여 수소결합과 이온결합을 통해 물성을 나타내는 탄성체를 개발하였다. 또한 중국의 후아로니(Huarony)는 브롬화된 부틸고무에 4-아미노우라실을 반응시켜 열가역특성을 갖는 부틸고무를 개발하였다. In the study of thermoreversible elastomers, an elastomer having a modulus value similar to that of a crosslinked elastomer was developed in Yokohama Rubber, Japan, by adding active hydrogen compounds such as amines, alcohols and thiols to maleophilic liquid isoprene rubber, DSM developed an elastomer that exhibits physical properties through hydrogen bonding and ionic bonding using a maleic ethylene-propylene copolymer. In addition, Huarony in China has developed a butyl rubber with thermoreversible properties by reacting 4-aminouracil with brominated butyl rubber.

하지만 현재까지 개발된 열가역성 탄성체는 재가공이 가능하고 기계적 물성도 많이 향상되었지만 여전히 가교 탄성체에 비해서는 감성품질 및 영구압축줄음률 등의 물성이 부족하다.
However, the thermally reversible elastomers developed so far can be reprocessed and the mechanical properties are improved to a great extent, but the properties such as sensibility quality and permanent compression toughness are still insufficient as compared with crosslinked elastomers.

또한, 특허문헌 1인 대한민국 공개특허 제10-1997-0027193호에서는 "EPDM 또는 컨쥬게이팅된 디엔 고무 및 이소부틸렌 고무로부터 얻어지는 열가소성 가황고무"에 대한 기술을 제안하고 있지만, 상기 열가소성 가황고무는 부분적으로 가교 결합된 고무 배합물을 약 10 ~ 90 중량부 함유하며 이를 통해 열가소성을 가지면서 가황 고무와 유사한 모듈러스를 발현하고자 하였으나 뛰어난 성능에도 불구하고 부분 가교 결합상의 고무 조성으로 인해 탄성 회복력이 떨어지는 문제점이 있었다.
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1997-0027193 of Patent Document 1 proposes a technique for "thermoplastic vulcanizing rubber obtained from EPDM or conjugated diene rubber and isobutylene rubber", but the thermoplastic vulcanizing rubber is partially To about 10 to 90 parts by weight of a crosslinked rubber compound. The rubber composition is thermoplastic and has a modulus similar to that of a vulcanized rubber. However, despite its excellent performance, there is a problem in that the elastic restoring force is inferior due to the rubber composition of the partial crosslinking .

: 대한민국 공개특허 제10-1997-0027193호 "EPDM 또는 컨쥬게이팅된 디엔 고무 및 이소부틸렌 고무로부터 얻어지는 열가소성 가황고무": Korean Patent Publication No. 10-1997-0027193 "Thermoplastic vulcanizing rubber obtained from EPDM or conjugated diene rubber and isobutylene rubber"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체에 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물을 반응시킴으로써, 이러한 방식으로 제조된 탄성체는 수소결합 및 이온결합이 작용하여 네트워크를 형성하므로 고온에서는 해리되고 저온에서는 재결합되어 재가공이 가능한 열가역성 탄성체 및 그 제조방법을 제공함을 과제로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a process for producing an elastomer composition, which comprises reacting an elastomer having a reactive monomer grafted with an acidic group and an organic / inorganic nanosilica hybrid compound, A thermally reversible elastomer which is dissociated at a high temperature and recombined at a low temperature to be reworkable, and a method for producing the same.

그리고 본 발명은 탄성고분자 수지에 에시드 구조를 포함하는 아크릴 단량체를 그라프트시킨 다음 에시드기와 아민기의 반응을 통해 나노 실리카 하이브리드를 도입한 탄성체를 제조함으로써, 하이브리드 구조내의 나노 실리카에 의해 종래의 황이나 퍼옥사이드 등에 의한 공유결합으로 가교된 탄성체 이상의 기계적 물성을 나타내면서 내마모성이 우수한 열가역성 탄성체 및 그 제조방법을 제공함을 다른 과제로 한다.
The present invention relates to a process for producing an elastomer by grafting an acrylic monomer containing an acid structure to an elastic polymer resin and then producing an elastomer by introducing a nanosilica hybrid through reaction between an acid group and an amine group, A thermally reversible elastomer exhibiting mechanical properties superior to crosslinked elastomers by covalent bonding by peroxide or the like and excellent in abrasion resistance, and a process for producing the same.

아울러, 상기와 같은 내마모성 및 기계적 물성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체 조성물은 재가공이 가능함에 따라 친환경적일 뿐만 아니라 내마모성 및 기계적 물성 또한 우수함에 따라 자동차, 조선, 건축자재 등 종래의 가교 탄성체가 사용되는 제품의 소재로 대체할 수 있도록 하는 열가역성 탄성체 및 그 제조방법을 제공함을 또 다른 과제로 한다.
In addition, the thermally reversible elastomer composition excellent in abrasion resistance and mechanical properties as described above and capable of reprocessing can be reprocessed, and thus it is environmentally friendly as well as excellent in abrasion resistance and mechanical properties, so that conventional crosslinked elastomers such as automobile, shipbuilding, A thermally reversible elastomer and a method of manufacturing the same.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 아래의 내용과 같이, In order to solve the above problems, according to the present invention,

본 발명은 아래 화학식 1로 표시되는 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체에 아래 화학식 2로 표시되는 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물을 반응시킨 것을 특징으로 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체를 과제의 해결 수단으로 한다.
The present invention relates to a process for producing a reactive monomer having an acid group grafted with an acid group represented by the following general formula (1) and reacting with an organic / inorganic nanosilica hybrid compound having an amine group end represented by the following general formula (2) Thermally reversible elastomer as a solution to the problem.

(화학식 1)(Formula 1)

Figure 112012035534041-pat00001

Figure 112012035534041-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R은 CH2=CH-, CH3-CH=CH-, HOOC-CH=CH- 또는 HOOC=CH-의 이중결합을 포함한 C2~C10의 탄화수소 유도체이며, 분자 내에 카르복시기를 포함함
R is a C2 to C10 hydrocarbon derivative containing a double bond of CH 2 = CH-, CH 3 -CH = CH-, HOOC-CH = CH- or HOOC = CH- and contains a carboxyl group in the molecule

(화학식 2)(2)

Figure 112012035534041-pat00002

Figure 112012035534041-pat00002

상기 화학식 2에서,In Formula 2,

Z는

Figure 112012035534041-pat00003
의 구조이며, Si-O-Si 결합구조를 갖는 실리카 화합물이고,Z is
Figure 112012035534041-pat00003
And is a silica compound having a Si-O-Si bond structure,

Y : N, O 또는 S 중에서 선택되는 비공유 전자쌍을 포함하는 원소이며, Y is an element containing a non-covalent electron pair selected from N, O or S,

R1 : C1~C12의 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소 유도체이며,R 1 is a C 1 to C 12 aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbon derivative,

R2 : C2~C18의 지방족 탄화수소 유도체, C4~C15의 지환족 탄화수소 유도체 또는 C6~C15의 방향족 탄화수소 유도체이며,R 2 is a C 2 to C 18 aliphatic hydrocarbon derivative, a C 4 to C 15 alicyclic hydrocarbon derivative or a C 6 to C 15 aromatic hydrocarbon derivative,

R3 : C1~C20의 지방족, 지환족 또는 방향족 구조를 가진 탄화수소 유도체이다.
R 3 is a hydrocarbon derivative having a C 1 to C 20 aliphatic, alicyclic or aromatic structure.

이때, 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체는, At this time, the elastomer in which the reactive monomer having an acid group is grafted,

유기용제에 투입한 탄성고무 100 중량부에 대하여, 에시드기를 포함하는 단량체 1 ~ 20 중량부를 투입하여 그라프트 반응시키는 것이 바람직하다.
It is preferable that 1 to 20 parts by weight of a monomer containing an acid group is added to 100 parts by weight of an elastic rubber put into an organic solvent to effect a graft reaction.

아울러, 상기 열가역성 탄성체는, In addition, the thermo-reversible elastomer may contain,

상기 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체에, 탄성고무 100 중량부에 대하여, 나노 실리카 하이브리드 화합물 30 ~ 100 중량부를 투입하여 반응시키는 것이 바람직하다.
It is preferable to add 30 to 100 parts by weight of the nano-silica hybrid compound to 100 parts by weight of the elastic rubber in which the reactive monomer grafted with the above-mentioned acid group is grafted.

또한, 상기 탄성고무는,In addition, the above-

부타디엔고무, 이소프렌고무, 스티렌-부타디엔고무, 니트릴고무, 클로로프렌고무, 에틸렌-프로필렌고무, 에틸렌-프로필렌-디엔고무, 부틸고무, 아크릴고무 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용해서 사용하는 것이 바람직하다.
Butadiene rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, or a combination of two or more thereof.

한편, 본 발명은 1) 청구항 1의 화학식 1로 표시되는 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체의 제조단계와;The present invention also relates to a process for producing an elastomer comprising the steps of: 1) preparing an elastomer having an acid group grafted with an acid group represented by the formula 1 of claim 1;

2) 상기 탄성체에 청구항 1의 화학식 2로 표시되는 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물을 반응시키는 단계;2) reacting the organic and inorganic nanosilica hybrid compound represented by the formula (2) of claim 1 with an amine group terminal;

를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체의 제조방법을 과제의 다른 해결 수단으로 한다.
Which is excellent in abrasion resistance and can be reprocessed, as another solution to the problem.

본 발명은 탄성고무에 에시드기를 포함하는 단량체를 그라프트시키고, 여기에 나노 실리카 하이브리드 화합물을 반응시켜 오니움염(onium salt) 또는 아미드 구조를 갖게 함으로써, 이온결합 및 수소결합의 2차 결합을 통해서 네크워크가 형성되는 구조와 나노 실리카 하이브리드 구조를 함께 가짐에 따라 종래 황이나 퍼옥사이드 등으로 가교한 탄성체보다 우수한 내마모성 및 기계적 물성을 나타내면서도 특히 고온에서는 해리(dissociation)되고 저온에서는 재결합되어 재가공이 하며, 상기와 같이 재가공이 가능함에 따라 친환경적일 뿐만 아니라 내마모성 및 기계적 물성 또한 우수함에 따라 자동차, 조선, 건축자재 등 종래의 가교 탄성체가 사용되는 제품의 소재로 대체할 수 있도록 하는 장점이 있다.
The present invention relates to a rubber composition which is obtained by grafting a monomer containing an acid group to an elastic rubber and reacting it with a nanosilica hybrid compound to have an onium salt or amide structure, And the nanosilica hybrid structure together, they exhibit better wear resistance and mechanical properties than the elastomer crosslinked with sulfur or peroxide in the prior art, but dissociate at a high temperature and recombine at a low temperature, It is not only environmentally friendly but also has excellent abrasion resistance and mechanical properties, so that it is possible to replace the conventional crosslinked elastomeric materials such as automobiles, shipbuilding, and building materials with the materials of the products to be used.

도 1은 실리카 하이브리드가 결합된 탄성체를 확인하기 위한 도면1 is a view for confirming an elastic body to which a silica hybrid is bonded

상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
In order to achieve the above-mentioned effects, the present invention relates to a thermally reversible elastomer which is excellent in abrasion resistance and can be reprocessed, and a method of manufacturing the same. It will be omitted so as not to disturb the gist of the present invention.

이하 본 발명에 따른 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체 에 대하여 상세히 설명하면 아래의 내용과 같다.
Hereinafter, a thermally reversible elastomer having excellent abrasion resistance and reworkability according to the present invention will be described in detail as follows.

본 발명은 아래 화학식 1로 표시되는 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체에 아래 화학식 2로 표시되는 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물을 반응시킨 것을 특징으로 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for producing a reactive monomer having an acid group grafted with an acid group represented by the following general formula (1) and reacting with an organic / inorganic nanosilica hybrid compound having an amine group end represented by the following general formula (2) Thermally reversible elastomer.

(화학식 1)(Formula 1)

Figure 112012035534041-pat00004

Figure 112012035534041-pat00004

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R은 CH2=CH-, CH3-CH=CH-, HOOC-CH=CH- 또는 HOOC=CH-의 이중결합을 포함한 C2~C10의 탄화수소 유도체이며, 분자 내에 카르복시기를 포함할 수 있다. 화학식 1의 구조를 갖는 화합물의 예로는 아크릴릭 에시드, 메타크릴릭 에시드 등이 있다.
R is CH 2 = CH-, CH 3 -CH = CH-, a hydrocarbon derivative of a C2 ~ C10 containing a double bond-CH = CH- or HOOC = HOOC CH-, may include a carboxyl group in the molecule. Examples of the compound having the structure of formula (1) include acrylic acid, methacrylic acid, and the like.

(화학식 2)(2)

Figure 112012035534041-pat00005

Figure 112012035534041-pat00005

상기 화학식 2에서,In Formula 2,

Z는

Figure 112012035534041-pat00006
의 구조이며, Si-O-Si 결합구조를 갖는 실리카 화합물이고,Z is
Figure 112012035534041-pat00006
And is a silica compound having a Si-O-Si bond structure,

Y : N, O 또는 S 중에서 선택되는 비공유 전자쌍을 포함하는 원소이며, Y is an element containing a non-covalent electron pair selected from N, O or S,

R1 : C1~C12의 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소 유도체이며,R 1 is a C 1 to C 12 aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbon derivative,

R2 : C2~C18의 지방족 탄화수소 유도체, C4~C15의 지환족 탄화수소 유도체 또는 C6~C15의 방향족 탄화수소 유도체이며,R 2 is a C 2 to C 18 aliphatic hydrocarbon derivative, a C 4 to C 15 alicyclic hydrocarbon derivative or a C 6 to C 15 aromatic hydrocarbon derivative,

R3 : C1~C20의 지방족, 지환족 또는 방향족 구조를 가진 탄화수소 유도체이다.R 3 is a hydrocarbon derivative having a C 1 to C 20 aliphatic, alicyclic or aromatic structure.

상기 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체는, 유기용제에 투입한 탄성고무 100 중량부에 대하여, 에시드기를 포함하는 단량체 1 ~ 20 중량부를 투입하여 그라프트 반응시키며, 상기 열가역성 탄성체는, 유기용제에 투입한 탄성고무 100 중량부에 대하여, 나노 실리카 하이브리드 화합물 30 ~ 100 중량부를 투입하여 반응시키는 것을 특징으로 한다.
The thermoplastic elastomer grafted with the reactive monomer having an acidic group is grafted to 100 parts by weight of the elastic rubber put into the organic solvent by the addition of 1 to 20 parts by weight of a monomer containing an acid group, Wherein 30 to 100 parts by weight of the nano-silica hybrid compound is added to 100 parts by weight of the elastic rubber put into the solvent to effect the reaction.

또한 상기 탄성고무는, 부타디엔고무, 이소프렌고무, 스티렌-부타디엔고무, 니트릴고무, 클로로프렌고무, 에틸렌-프로필렌고무, 에틸렌-프로필렌-디엔고무, 부틸고무, 아크릴고무 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용해서 사용하는 것이 바람직하다.
The elastic rubber may be used alone or in combination of two or more among butadiene rubber, isoprene rubber, styrene-butadiene rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, butyl rubber, .

상기 열가역성 탄성체의 기술적 구성은 아래 열가역성 탄성체의 제조방법의 설명에서 상세히 후술하므로 여기서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
The technical construction of the thermo-reversible elastomer will be described later in detail in the description of the method for producing the thermo-reversible elastomer, and a detailed description thereof will be omitted here.

이하, 본 발명에 따른 열가역성 탄성체의 제조방법을 구체적으로 설명하면 아래의 내용과 같다.
Hereinafter, the method for producing thermally reversible elastomer according to the present invention will be described in detail as follows.

본 발명은 1) 상기 화학식 1로 표시되는 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체의 제조단계와;The present invention relates to a process for preparing an elastomer comprising the steps of: 1) preparing an elastomer in which a reactive monomer having an acid group represented by Formula 1 is grafted;

2) 상기 탄성체에 상기 화학식 2로 표시되는 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물을 반응시키는 단계;2) reacting the organic and inorganic nano-silica hybrid compound represented by Formula 2 with the amine group terminal;

를 거친 것을 특징으로 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a thermally reversible elastomer having excellent abrasion resistance and reworkability.

상기 1)에서 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체는, 유기용제 85~95 중량%에 탄성고무 5~15 중량%를 투입하고, 상기 탄성고무 100 중량부에 대하여, 에시드기를 포함하는 상기 화학식 1의 단량체 1 ~ 20 중량부를 투입하여 혼합 후 아조계 개시제 0.1 ~ 5 중량부를 투입하여 그라프트 반응시켜 제조한다.
The elastomer obtained by grafting the reactive monomer having an acid group in 1) above is prepared by charging 5 to 15% by weight of an elastic rubber to 85 to 95% by weight of an organic solvent, 1 to 20 parts by weight of monomers are added and mixed, and 0.1 to 5 parts by weight of an azo initiator is added thereto to carry out a graft reaction.

본 발명에서 탄성고무는 유기용제 85~95 중량%에 탄성고무 5~15 중량%를 투입하는 것이 바람직하다. 탄성고무의 투입량이 5 중량% 미만이 될 경우에는 그라프트 반응이 잘 되지 않을 우려가 있고, 15 중량%를 초과할 경우에는 그라프트 반응 시 겔이 될 우려가 있다.
In the present invention, the elastic rubber is preferably added to 85 to 95% by weight of the organic solvent and 5 to 15% by weight of the elastic rubber. When the amount of the elastic rubber is less than 5% by weight, the graft reaction may not be performed well, and when the amount is more than 15% by weight There is a possibility that the gel becomes a gel during the grafting reaction.

그리고 본 발명은 나노 실리카 하이브리드를 도입하기 위해 먼저, 탄성체 주사슬에 상기 화학식 1과 같은 구조의 에시드기를 갖는 아크릴 단량체를 그라프트하게 되며, 이로 인해 수소결합과 이온결합을 형성해서 가교특성을 나타낸다. 이때 단량체는 탄성고분자 수지 100 중량부에 대해서 1 ~ 20 중량부를 사용하며, 단량체를 1 중량부 미만 사용했을 때는 기계적 물성과 영구압축줄음률이 매우 낮아지며, 20 중량부를 초과하여 사용하면 재가공 특성이 저하될 우려가 있다.
In order to introduce a nanosilica hybrid, the present invention first grafts an acrylic monomer having an acid group having the structure shown in Formula 1 to the main chain of the elastomer, thereby forming a hydrogen bond and an ionic bond, thereby exhibiting crosslinking properties. In this case, the monomer is used in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the elastic polymer resin. When the monomer is used in an amount of less than 1 part by weight, the mechanical properties and the permanent compression toughness are extremely low. When the monomer is used in an amount exceeding 20 parts by weight, There is a concern.

또한 반응 개시제는 라디칼 반응을 위해서 사용하며, 탄성고무 100 중량부에 대하여, 퍼옥사이드계 또는 아조계 개시제 0.1~5 중량부를 투입하여 그라프트 반응시키는 것이 바람직하다. 개시제의 투입량이 0.1 중량부 미만일 경우 반응속도가 느리고 그라프트율이 낮아지고, 5 중량부를 초과할 경우에는 반응속도가 너무 빨라서 겔이 생성될 수 있다. The reaction initiator is used for a radical reaction, and it is preferable that 0.1 to 5 parts by weight of a peroxide-based or azo-based initiator is added to 100 parts by weight of the elastic rubber to effect a graft reaction. When the amount of the initiator is less than 0.1 part by weight, the reaction rate is low and the grafting rate is low. When the amount of the initiator is more than 5 parts by weight, the reaction rate is too fast to produce a gel.

한편, 상기 개시제는 통상적인 퍼옥사이드계 개시제인 디알킬 퍼옥사이드, 3차 부틸 하이드로퍼옥사이드, 아조계 개시제인 2,2'-아조비스(이소부티로니트릴), 1,1'-아조비스(시클로헥산카보니트릴) 등을 사용할 수 있다.
On the other hand, the initiator may be a conventional peroxide initiator such as dialkyl peroxide, tertiary butyl hydroperoxide, azo type initiator 2,2'-azobis (isobutyronitrile), 1,1'-azobis Cyclohexanecarbonitrile) and the like can be used.

그리고 본 발명은 상기 2)에서 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체에 상기 화학식 2의 구조를 갖는 나노 실리카 하이브리드 화합물 30 ~ 100 중량부를 투입하고 투입하고 상온 또는 80 ~ 120℃의 온도조건에서 2 ~ 6시간 동안 반응시켜서 오니움염(onium salt)(상온반응) 또는 아미드 구조(80 ~ 120℃ 반응)를 형성하면서 실리카 하이브리드가 결합된 탄성체를 제조(아래 반응식 1 참조)한 후, 이렇게 합성된 화합물를 아세톤에 녹는 부분과 녹지 않는 부분으로 분리, 정제하여 미반응물이 제거된 순수한 탄성체를 제조한다.
In the present invention, 30 to 100 parts by weight of a nanosilica hybrid compound having the structure of the above formula (2) is added to an elastomer grafted with a reactive monomer having an acid group in the above 2), and the mixture is added at a temperature of 80 to 120 ° C (See Reaction Scheme 1 below), and then reacting the thus synthesized compound with a compound represented by the following formula (1), after forming an onium salt (reaction at room temperature) or an amide structure (reaction at 80 to 120 캜) Separate and refine into acetone-soluble and non-soluble parts to produce pure elastomers from which unreacted materials have been removed.

(반응식 1) (Scheme 1)

Figure 112012035534041-pat00007

Figure 112012035534041-pat00007

이때, 상기 사용되는 나노 실리카 하이브리드 화합물은 탄성체의 물성향상에 기여하고 특히 내마모성을 향상시키는 것으로, 고분자 수지 100 중량부에 대해서 30 ~ 100 중량부 사용하는 것이 바람직하며, 30 중량부 미만을 사용하면 기계적 물성이 낮아지고 100 중량부를 초과할 때는 내마모성은 우수하지만 탄성체의 탄성 및 신장률의 저하를 초래하게 될 우려가 있다.
The nanosilica hybrid compound may be used in an amount of 30 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin. When the amount is less than 30 parts by weight, When the physical properties are lowered and the amount exceeds 100 parts by weight, the abrasion resistance is excellent, but the elasticity and elongation percentage of the elastic body may be lowered.

한편, 본 발명에서 사용되는 상기 상기 나노 실리카 하이브리드 화합물은 다음과 같은 방법으로 합성된다.
Meanwhile, the nanosilica hybrid compound used in the present invention is synthesized by the following method.

먼저, 말단에 이소시아네이트와 반응할 수 있는 머캅토기, 아미노기, 알콜기, 에폭시기 등의 비공유 전자쌍을 포함하는 원소인 Y를 갖는 알콕시실란과 디이소시아네이트를 상온 ~ 80℃의 반응온도에서 반응시켜 말단 이소시아네이트기를 포함하는 아래 반응식 2와 같은 물질을 제조한다.
First, an alkoxysilane having an Y-containing element such as a mercapto group, an amino group, an alcohol group and an epoxy group capable of reacting with an isocyanate at the terminal is reacted with a diisocyanate at a reaction temperature of room temperature to 80 ° C to obtain a terminal isocyanate group To prepare a material as shown in the following reaction formula (2).

(반응식 2)(Scheme 2)

Figure 112012035534041-pat00008

Figure 112012035534041-pat00008

여기서, R1은 C1 ~ C12의 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소 유도체 등을 나타낸다. 이러한 화합물로는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 헥사메틸, 시클로헥실, 페닐, 도데칸메틸기 등이 있다. R2에 적합한 화합물로는 C2 ~ C18의 지방족 탄화수소 유도체, 예를 들어 부틸렌, 헥사메틸렌, 옥타메틸렌, 도데칸메틸렌 등이있고, C4 ~ C15의 지환족 탄화수소 유도체, 예를 들어 이소포론, 시클로헥실렌, 이소시아나토시클로헥실 등이 있으며, 또는 C6 ~ C15의 방향족 탄화수소 유도체, 예를들어 페닐렌, 나프탈렌, 디페닐메틸, 톨루일렌 등이 있다. R4는 수소원자를 포함하고 C1 ~ C8의 알킬기 또는 아릴기를 나타내며, 예로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 프로필기, 옥틸기 등이 있다.
Here, R 1 represents a C 1 -C 12 aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbon derivative or the like. Such compounds include methyl, ethyl, propyl, butyl, hexamethyl, cyclohexyl, phenyl, and dodecanemethyl groups. Suitable compounds for R 2 include C 2 to C 18 aliphatic hydrocarbon derivatives such as butylene, hexamethylene, octamethylene, dodecanemethylene, and the like, and C 4 to C 15 alicyclic hydrocarbon derivatives, for example, Isophorone, cyclohexylene, isocyanatocyclohexyl, and the like, or C 6 to C 15 aromatic hydrocarbon derivatives such as phenylene, naphthalene, diphenylmethyl, and toluylene. R 4 includes a hydrogen atom and represents a C 1 -C 8 alkyl group or an aryl group, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a butyl group, a propyl group, and an octyl group.

그 다음 반응으로 상기 반응식 2에 의해 합성된 물질과 디아민 화합물을 상온 ~ 60℃의 온도조건에서 1 ~ 3시간 동안 이소시아네이트가 모두 반응할 때까지 교반해서 아래 반응식 3과 같은 아민기 말단의 알콕시실란 복합체를 제조한다.
In the next reaction, the material synthesized in the above Reaction Scheme 2 and the diamine compound are stirred at a temperature of 60 ° C for 1 to 3 hours until all the isocyanates are reacted to form an amine-terminated alkoxysilane complex .

(반응식 3)(Scheme 3)

Figure 112012035534041-pat00009

Figure 112012035534041-pat00009

여기서, R3은 C1 ~ C20의 지방족, 지환족 또는 방향족 구조를 가진 화합물이다.
Here, R 3 is a compound having an aliphatic, alicyclic or aromatic structure of C 1 to C 20 .

이후, 상기 반응식 3에 의해 합성된 아민기 말단의 알콕시 실란 복합체에 아래 반응식 4와 같이, 4개의 알콕시기를 포함하는 실란 화합물을 병용하고 촉매와 물을 첨가하여 가수분해시켜 알콕사이드 그룹을 하이드록시(OH) 그룹으로 치환한 다음 Si-OH의 응축과정을 거쳐서 Si-O-Si 결합 구조를 갖는 상기 화학식 2와 같은 구조의 나노 실리카 화합물을 제조하는데, 반응온도는 상온 ~ 80℃이고 3 ~ 24시간 동안 교반하여 반응을 종결한다. 여기에서 사용되는 촉매로는 염산, 황산, 질산 등의 강산이나 아세트산, 인산 등의 약산이 모두 사용될 수 있으며, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 아민 등의 염기성 촉매 또한 사용될 수 있다.
Then, a silane compound containing four alkoxy groups is added to the alkoxysilane complex at the terminal of the amine group synthesized by the reaction scheme 3, and the catalyst and water are added thereto to hydrolyze the alkoxide group to convert the alkoxide group into hydroxy (OH ) Group, followed by condensation of Si-OH to produce a nanosilica compound having the structure of Formula 2, which has a Si-O-Si bond structure. The reaction temperature is from room temperature to 80 ° C for 3 to 24 hours The reaction is terminated by stirring. As the catalyst used herein, strong acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, and weak acids such as acetic acid and phosphoric acid can be used, and basic catalysts such as potassium hydroxide, sodium hydroxide and amine can also be used.

(반응식 4)(Scheme 4)

Figure 112012035534041-pat00010

Figure 112012035534041-pat00010

이때, 상기 반응식 4에서 Y는 N, O 또는 S 중에서 선택되는 비공유 전자쌍을 포함하는 원소이며, R1은 C1~C12의 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소 유도체이고, R2는 C2~C18의 지방족 탄화수소 유도체, C4~C15의 지환족 탄화수소 유도체 또는 C6~C15의 방향족 탄화수소 유도체이며, R3는 C1~C20의 지방족, 지환족 또는 방향족 구조를 가진 탄화수소 유도체이다.Wherein Y is an element containing a non-covalent electron pair selected from N, O or S, R 1 is a C 1 to C 12 aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbon derivative, R 2 is C 2 to C A C 4 to C 15 alicyclic hydrocarbon derivative or a C 6 to C 15 aromatic hydrocarbon derivative; and R 3 is a hydrocarbon derivative having a C 1 to C 20 aliphatic, alicyclic or aromatic structure.

한편, 상기 Z는 상기 화학식 2에 대한 설명에서 이미 언급하였으므로 생략한다.
In the meantime, since Z is already mentioned in the description of Formula 2, it is omitted.

즉, 상기와 같은 탄성고무, 단량체 및 나노 실리카 하이브리드를 이용하여 내마모성 및 기계적 물성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체를 제조하는데, 구체적으로는 먼저 교반기, 냉각기, 질소 주입기가 장착된 5구 분리형 플라스크에 합성 고분자 수지와 유기용제를 넣은 후 60 ~ 100℃로 온도를 높여서 질소를 투입하면서 100 ~ 300rpm의 속도로 교반해서 수지를 완전히 용해시킨 다음 그라프트 하고자 하는 아크릴 단량체를 넣은 후 30분 정도 교반해서 잘 혼합한다. 그다음 디알킬 퍼옥사이드, 3차 부틸 하이드로퍼옥사이드 등의 퍼옥사이드계 또는 2,2′-아조비스(이소부티로니트릴), 1,1'-아조비스(시클로헥산카보니트릴) 등의 아조계 개시제를 투입하고 60 ~ 100℃의 온도조건에서 질소를 투입하면서 4 ~ 10시간동안 반응시켜서 에시드기가 포함된 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체를 제조하고, 이렇게 제조된 탄성체에 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물을 투입하고 상온 또는 80 ~ 120℃의 온도조건에서 2 ~ 6시간동안 반응시켜서 오니움염(onium salt)(상온반응) 또는 아미드 구조(80 ~ 120℃ 반응)를 형성하면서 실리카 하이브리드가 결합된 탄성체를 제조(상기 반응식 1 참조)한 후, 이렇게 합성된 화합물를 아세톤에 녹는 부분과 녹지 않는 부분으로 분리, 정제하여 미반응물이 제거된 순수한 탄성체를 제조하는 것이다.
Specifically, a thermally reversible elastomer having excellent abrasion resistance and mechanical properties and capable of reprocessing is prepared by using the elastic rubber, monomer, and nanosilica hybrid as described above. Specifically, a thermally reversible elastomer having a 5-necked separable flask equipped with a stirrer, a condenser, And then the mixture was stirred at a speed of 100 to 300 rpm while the temperature was raised to 60 to 100 ° C with nitrogen, and the resin was completely dissolved. Then, the acrylic monomer to be grafted was added and stirred for about 30 minutes Mix well. Subsequently, an azo-based initiator such as peroxide-based or dialkyl peroxide such as dialkyl peroxide or tertiary butyl hydroperoxide, or 2,2'-azobis (isobutyronitrile) or 1,1'-azobis (cyclohexanecarbonitrile) And reacting the mixture at a temperature of 60 to 100 ° C for 4 to 10 hours while introducing nitrogen to prepare an elastomer grafted with a reactive monomer containing an acid group. A silica hybrid compound is added and the silica hybrid is combined with the silica hybrid compound to form an onium salt (reaction at room temperature) or an amide structure (reaction at 80 to 120 ° C) at room temperature or at a temperature of 80 to 120 ° C for 2 to 6 hours (See Reaction Scheme 1), the thus synthesized compound is separated and purified by dissolving in an acetone-soluble portion and a non-soluble portion to obtain a pure elastomer from which unreacted materials have been removed Joe would.

한편, 본 발명에서는 탄성체의 물성 향상을 위한 첨가제로서 필러를 적용할 수 있으며, 필러로써 경탄, 카본블랙 등을 탄성체 100 중량부에 대해서 20 ~ 200 중량부를 사용할 수 있으며, 사용하는 첨가제는 가교고무 및 합성수지 조성물의 물성향상을 위해 일반적으로 사용하는 물질들이므로 본 발명의 특징이 되지는 않는다. 또한 기타 필요에 따라 열안정제, 노화방지제, 자외선흡수제 등의 안정제나 가소제 등의 첨가제를 사용할 수 있으며 0.5 ~ 2 중량부를 사용할 수 있다.
Meanwhile, in the present invention, a filler can be applied as an additive for improving the physical properties of the elastic body, and 20 to 200 parts by weight of the filler can be used as the filler for 100 parts by weight of the elastic body, They are generally used for improving the physical properties of the synthetic resin composition and therefore are not a feature of the present invention. If necessary, additives such as a stabilizer such as a heat stabilizer, an anti-aging agent, and an ultraviolet absorber and a plasticizer may be used, and 0.5 to 2 parts by weight may be used.

이하, 본 발명의 구성을 아래 제조예, 실시예 및 비교예에 의해 상세히 설명하는바 본 발명의 구성은 아래의 기재내용에만 반드시 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the structure of the present invention will be described in detail with reference to the following Production Examples, Examples and Comparative Examples. However, the constitution of the present invention is not necessarily limited to the following description.

1. 나노 실리카 하이브리드 화합물의 제조
1. Preparation of Nanosilica Hybrid Compounds

(제조예 1)(Production Example 1)

1L 용량의 2구 플라스크에 이소포론디이소시아네이트 44g과 비스(트리메톡시실릴프로필)아민 70g을 50℃에서 150rpm의 속도로 2시간 동안 반응하여 말단에 이소시아네이트기를 포함하는 실란화합물을 제조하였다. 44 g of isophorone diisocyanate and 70 g of bis (trimethoxysilylpropyl) amine were reacted at 50 DEG C at a rate of 150 rpm for 2 hours to prepare a silane compound having an isocyanate group at the terminal.

상기 화합물에 2-히드록시에틸메타크릴레이트 28g과 메틸에틸케톤 50g을 혼합한 다음 반응촉매로 디부틸틴디라우레이트를 0.1g 투입하고 질소분위기 하의 50℃ 오일조에서 6시간 교반하여 아크릴기 말단의 실란화합물을 제조하였다. 상기 화합물 192g에 테트라메톡시실란 100g과 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 50g 그리고 1N 염산수용액 10g을 투입하고 상온에서 24시간 교반하여 나노 실리카 하이브리드 화합물을 얻었다.
28 g of 2-hydroxyethyl methacrylate and 50 g of methyl ethyl ketone were mixed with the above compound, and then 0.1 g of dibutyl tin dilaurate as a reaction catalyst was added thereto. The mixture was stirred in an oil bath at 50 ° C under a nitrogen atmosphere for 6 hours to obtain an Silane compound. To 192 g of the compound, 100 g of tetramethoxysilane, 50 g of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and 10 g of 1N hydrochloric acid aqueous solution were added and stirred at room temperature for 24 hours to obtain a nano-silica hybrid compound.

2. 열가역성 탄성체의 제조
2. Preparation of Thermo-reversible Elastomers

(실시예 1)(Example 1)

교반기, 냉각기, 질소 주입기가 장착된 5구 분리형 플라스크에 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM, KEP-570,금호석유화학) 100중량부와 톨루엔 900중량부를 넣은 후 80℃의 온도에서 질소를 투입하면서 150rpm의 속도로 교반해서 수지를 완전히 용해시킨 후 메타크릴릭 에시드 단량체 1 중량부를 용해된 EPDM에 투입한 다음 30분 정도 교반해서 잘 혼합한다. 그 다음 벤조일퍼옥사이드 1 중량부를 개시제로 투입하고 80℃의 온도조건에서 질소를 투입하면서 6시간동안 반응시켜서 에시드기를 포함하는 아크릴 단량체가 그라프트된 EPDM 탄성체를 제조하였다. 그 다음 반응물의 온도를 상온까지 내린 후 상기 제조예 1에 따른 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물 30 중량부를 투입하고 상온에서 3시간동안 반응시켜서 염의 형태로 실리카 하이브리드가 결합된 탄성체를 제조하였다. 이렇게 합성된 화합물을 아세톤에 녹는 부분과 녹지 않는 부분으로 분리, 정제하여 미반응물이 제거된 순수한 탄성체를 제조하였다. 100 parts by weight of an ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM, KEP-570, KKPC) and 900 parts by weight of toluene were placed in a five-necked separable flask equipped with a stirrer, a condenser and a nitrogen gas injector. And the mixture was stirred at a speed of 150 rpm to completely dissolve the resin. One part by weight of the methacrylic acid monomer was added to the dissolved EPDM, followed by stirring for about 30 minutes. Then, 1 part by weight of benzoyl peroxide was added as an initiator, and the mixture was allowed to react for 6 hours while introducing nitrogen at a temperature of 80 DEG C to prepare an EPDM elastomer grafted with an acrylic monomer containing an acid group. After the temperature of the reaction mixture was lowered to room temperature, 30 parts by weight of the organic and inorganic nanosilica hybrid compound at the amine terminal end of Preparation Example 1 was added and reacted at room temperature for 3 hours to prepare an elastomer in the form of a salt- Respectively. The synthesized compound was separated and purified by dissolving in an acetone-soluble portion and a non-soluble portion to prepare a pure elastomer from which unreacted material was removed.

상기에서 제조된 탄성체 100 중량부에 산화방지제인 S-1076(송원화학)을 0.6중량부 첨가하고 160℃ 온도조건의 롤에서 내리작업을 한 후 150℃에서 10분간 프레스해서 제조한 필름을 사용해서 기계적 물성을 평가하고, 재가공성은 물성을 평가한 후의 시편을 다시 내리 작업해서 필름 제조 후 물성을 측정하는 작업을 반복해서 평가하였다.
0.6 parts by weight of S-1076 (Songwon Chemical Co.) as an antioxidant was added to 100 parts by weight of the elastomer prepared above, and the film was subjected to a lowering operation at 160 DEG C for 10 minutes and then pressed at 150 DEG C for 10 minutes The mechanical properties were evaluated, and the reworkability was evaluated by repeatedly evaluating the properties of the specimen after the evaluation of physical properties, and then measuring the physical properties after the film was manufactured.

(실시예 2)(Example 2)

상기 실시예 1에서 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM, KEP-570,금호석유화학) 100중량부와 톨루엔 900중량부를 사용한 것과, 단량체 20 중량부를 사용하고 나노 실리카 하이브리드 화합물을 100 중량부 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄성체를 제조하고 평가 시편을 제조하여 기계적 물성과 재가공성을 평가하였다.
100 parts by weight of an ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM, KEP-570, KKPC) and 900 parts by weight of toluene were used in Example 1, 20 parts by weight of a monomer and 100 parts by weight of a nanosilica hybrid compound , An elastomer was prepared in the same manner as in Example 1, and evaluation specimens were prepared to evaluate mechanical properties and reworkability.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

그라프트 되지 않은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(KEP-570,금호석유화학) 100 중량부에 산화방지제인 S-1076을 0.6중량부 첨가하고 160℃ 온도조건의 롤에서 내리작업을 한 후 150℃에서 10분간 프레스해서 제조한 필름을 사용해서 기계적 물성을 평가하고, 물성을 평가한 후의 시편을 다시 내리작업해서 필름 제조 후 물성을 측정하는 작업을 반복해서 재가공성을 평가하였다.
0.6 parts by weight of an antioxidant, S-1076, was added to 100 parts by weight of an ungrafted ethylene-propylene-diene copolymer (KEP-570, KKPC) For 10 minutes to evaluate the mechanical properties. After the evaluation of the physical properties, the specimens were re-lowered to measure the physical properties after the film was formed, and the reworkability was evaluated.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(KEP-570,금호석유화학) 100 중량부에 산화방지제인 황(가교제) 1 중량부, 가황촉진제인 비스(2-벤조티아졸)디설파이드 1.5 중량부, 테트라메틸티우람 모노설파이드 1 중량부, S-1076 0.6 중량부를 첨가하고 160℃ 온도조건의 롤에서 내리작업을 한 후 200℃에서 10분간 프레스해서 황으로 가교된 필름을 제조해서 기계적 물성을 평가하고, 물성을 평가한 후의 시편을 다시 내리작업해서 필름 제조 후 물성을 측정하는 작업을 반복해서 재가공성을 평가하였다.
1 part by weight of sulfur (crosslinking agent), which is an antioxidant, 1.5 parts by weight of bis (2-benzothiazole) disulfide as a vulcanization accelerator, 100 parts by weight of tetramethylthiourea (KEP- 1 part by weight of uream monosulfide and 0.6 part by weight of S-1076 were added and subjected to a lowering operation on a roll at a temperature of 160 占 폚 and then pressed at 200 占 폚 for 10 minutes to prepare a film crosslinked with sulfur to evaluate the mechanical properties, After the evaluation, the specimen was again lowered to measure the physical properties after the film was formed, and the reworkability was evaluated repeatedly.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

교반기, 냉각기, 질소 주입기가 장착된 5구 분리형 플라스크에 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM, KEP-570,금호석유화학) 100 중량부와 톨루엔 900 중량부를 넣은 후 80℃의 온도에서 질소를 투입하면서 150rpm의 속도로 교반해서 수지를 완전히 용해시킨 후 메타크릴릭 에시드 단량체 10 중량부를 용해된 EPDM에 투입한 다음 30분 정도 교반해서 잘 혼합한다. 그 다음 벤조일퍼옥사이드 1 중량부를 개시제로 투입하고 80℃의 온도조건에서 질소를 투입하면서 6시간동안 반응시켜서 에시드기를 포함하는 아크릴 단량체가 그라프트된 EPDM 탄성체를 제조하였다. 합성된 화합물를 아세톤에 녹는 부분과 녹지 않는 부분으로 분리, 정제하여 미반응물이 제거된 순수한 탄성체를 제조하였다. 그 다음 산화방지제인 S-1076(송원화학)을 0.6 중량부 첨가하고 실시예 1과 동일한 방법으로 평가시편을 제조해서 기계적 물성과 재가공성을 평가하였다.
100 parts by weight of an ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM, KEP-570, KKPC) and 900 parts by weight of toluene were placed in a five-necked separable flask equipped with a stirrer, a condenser and a nitrogen gas injector. And the mixture was stirred at a speed of 150 rpm to completely dissolve the resin. Ten parts by weight of the methacrylic acid monomer was added to the dissolved EPDM, followed by stirring for about 30 minutes. Then, 1 part by weight of benzoyl peroxide was added as an initiator, and the mixture was allowed to react for 6 hours while introducing nitrogen at a temperature of 80 DEG C to prepare an EPDM elastomer grafted with an acrylic monomer containing an acid group. The synthesized compound was separated into acetone-soluble portion and non-soluble portion and purified to prepare a pure elastomer from which unreacted material was removed. Then, 0.6 parts by weight of an antioxidant, S-1076 (Songwon Chemical Co., Ltd.) was added, and evaluation specimens were prepared in the same manner as in Example 1 to evaluate mechanical properties and reworkability.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 메타크릴릭 에시드가 그라프트된 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체를 합성한 다음 반응물의 온도를 상온까지 내린 후 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물 대신 나노 실리카 (aerosil 300, Degussa) 30 중량부를 투입하고 상온에서 3시간동안 교반시켜서 나노 실리카가 블렌드된 탄성체를 제조하였다. 이렇게 합성된 화합물를 아세톤에 녹는 부분과 녹지 않는 부분으로 분리, 정제하여 미반응물이 제거된 순수한 탄성체를 제조하였다. 그 다음 산화방지제인 S-1076(송원화학)을 0.6 중량부 첨가하고 실시예 1과 동일한 방법으로 평가시편을 제조해서 기계적 물성과 재가공성을 평가하였다.
An ethylene-propylene-diene copolymer grafted with methacrylic acid was synthesized in the same manner as in Example 1, and then the temperature of the reaction mixture was lowered to room temperature. Thereafter, a solution of nano-silica Aerosil 300, Degussa), and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours to prepare an elastomer blended with nanosilica. The thus synthesized compound was separated into acetone-soluble portions and non-soluble portions, and purified to prepare pure elastomers from which unreacted materials were removed. Then, 0.6 parts by weight of an antioxidant, S-1076 (Songwon Chemical Co., Ltd.) was added, and evaluation specimens were prepared in the same manner as in Example 1 to evaluate mechanical properties and reworkability.

(비교예 5)(Comparative Example 5)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 메타크릴릭 에시드가 그라프트된 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체를 합성한 다음 반응물의 온도를 상온까지 내린 후 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물 대신 나노 실리카 졸(MEK-ST, Nissan chemical) 30 중량부를 투입하고 상온에서 3시간동안 교반시켜서 나노 실리카가 블렌드된 탄성체를 제조하였다. 이렇게 합성된 화합물를 아세톤에 녹는 부분과 녹지 않는 부분으로 분리, 정제하여 미반응물이 제거된 순수한 탄성체를 제조하였다. 그 다음 산화방지제인 S-1076(송원화학)을 0.6 중량부 첨가하고 실시예 1과 동일한 방법으로 평가시편을 제조해서 기계적 물성과 재가공성을 평가하였다.
An ethylene-propylene-diene copolymer grafted with methacrylic acid was synthesized in the same manner as in Example 1, and then the temperature of the reactant was lowered to room temperature. Then, in place of the organic and inorganic nanosilica hybrid compound at the terminal of the amine group, (MEK-ST, Nissan chemical) were added and stirred at room temperature for 3 hours to prepare an elastomer blended with the nanosilica. The thus synthesized compound was separated into acetone-soluble portions and non-soluble portions, and purified to prepare pure elastomers from which unreacted materials were removed. Then, 0.6 parts by weight of an antioxidant, S-1076 (Songwon Chemical Co., Ltd.) was added, and evaluation specimens were prepared in the same manner as in Example 1 to evaluate mechanical properties and reworkability.

3. 실리카 하이브리드가 결합된 탄성체의 확인
3. Identification of silica hybrid-bonded elastomers

상기 제조예 1의 화합물을 적외선 분광 분석기(FT-IR spectrometers)를 사용하여 나노 실리카 하이브리드 화합물이 결합된 탄성체의 구조를 확인한 결과 도 1 및 아래의 내용과 같다.
The compound of Preparation Example 1 was analyzed by infrared spectroscopy (FT-IR spectrometers) to confirm the structure of the elastomer to which the nano-silica hybrid compound was bonded. The results are shown in FIG. 1 and the following.

- 실시예 1,2 화합물- Example 1,2 < RTI ID =

3400cm-1(O-H stretch of SiOH), 1718cm-1(C=O stretch of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane), 1636,1561cm-1(asymmetric stretching vibration of CO2 -, caboxylic acid amine salt에 의한 peak), 1080~1150cm-1(SiO2 stretch, 하이브리드의 나노실리카에 의해 생성된 peak)
3400cm -1 (OH stretch of SiOH) , 1718cm -1 (C = O stretch of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane), 1636,1561cm -1 (asymmetric stretching vibration of CO 2 -, peak by caboxylic acid amine salt), 1080 ~ 1150cm -1 (SiO 2 stretch, peak generated by hybrid nanosilica)

4. 열가역성 탄성체의 제조의 평가
4. Evaluation of the production of thermally reversible elastomers

상기 실시예 및 비교예에 따른 열가역성 탄성체를 아래의 시험방법에 따라 평가하였으며, 그 결과를 아래 [표 1]에 나타내었다.
The thermally reversible elastomers according to the above Examples and Comparative Examples were evaluated according to the following test methods, and the results are shown in Table 1 below.

(1) 경도(Hardness)(1) Hardness

경도는 ASTM D2240에 따라 A type의 경도계를 사용하여 측정하였다. 측정은 시편의 임의 지점을 열 번 이상 측정하여 그 평균값을 사용하였다.
The hardness was measured using a type A durometer according to ASTM D2240. The measurement was made at least ten times at arbitrary points on the specimen and the average value was used.

(2) 인장강도, 신장률(Tensile strength & Elongation)(2) Tensile strength & Elongation

얻어진 탄성체를 약 5mm 두께로 만든 후 KS M 6518에 준한 B형 cutter로 시험편을 제작하여 인장강도와 신장율을 측정하였다. 이때, 동일시험에 사용한 시험편은 5개로 하였다.
The obtained elastic body was made to have a thickness of about 5 mm, and then a test piece was prepared with a B type cutter according to KS M 6518, and tensile strength and elongation were measured. At this time, five test pieces were used in the same test.

(3) 내마모(abrasion resistance)(3) abrasion resistance

제조된 시험편의 내마모 특성을 측정하기 위해 아래와 같은 계산식으로 NBS 마모시험을 하였다. 규격화된 시편을 5개 시험한 후 최대, 최소값을 제외하고 평균을 내어 내마모 시험 값으로 하였다.
In order to measure the abrasion resistance of the test specimens, NBS abrasion test was carried out by the following formula. After five specimens were tested, the maximum and minimum values were averaged to determine the wear resistance test value.

Figure 112012035534041-pat00011

Figure 112012035534041-pat00011

구분
division
실시예Example 비교예Comparative Example
1One 22 1One 22 33 44 55

기계적 물성



Mechanical properties

경도
(A type)
Hardness
(A type)
6363 6767 3636 5353 5555 6262 6161
인장강도
(kgf/cm2)
The tensile strength
(kgf / cm 2 )
134134 155155 1515 5454 7373 108108 119119
신장률(%)Elongation (%) 800800 770770 12001200 600600 780780 750750 770770 300% modulus300% modulus 4141 5050 77 2525 3434 3838 4040 내마모
(NBS)%
Abrasion
(NBS)%
8585 9494 2020 8080 3535 3939 4646
재가공성 주1) Remanufacture Note 1) ×× 주1)
○ : 재가공성 우수
△ : 재가공에 의해 물성이 70%이하로 감소
× : 재가공 안됨
Note 1)
○: Excellent reworkability
: Reduced physical properties to less than 70% by reprocessing
X: No remodeling

상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명은 종래 황이나 퍼옥사이드 등으로 가교한 탄성체보다 우수한 내마모성 및 기계적 물성을 나타내면서도 고온에서는 해리(dissociation)되고 저온에서는 재결합되어 재가공이 가능하며, 또한 상기와 같이 재가공이 가능함에 따라 친환경적일 뿐만 아니라 내마모성 및 기계적 물성 또한 우수함에 따라 자동차, 조선, 건축자재 등 종래의 가교 탄성체가 사용되는 제품의 소재로 대체할 수 있다.
As shown in Table 1, the present invention shows dissolution at high temperature and re-assembly at low temperature to exhibit superior abrasion resistance and mechanical properties over conventional elastomers crosslinked with sulfur or peroxide, As it can be reworked, it is not only environmentally friendly but also has excellent abrasion resistance and mechanical properties, so that it can be replaced with a material of a product using a conventional crosslinked elastomer such as automobile, shipbuilding, and building materials.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 내마모성 및 기계적 물성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체 조성물은 상기의 실시예를 통해 그 우수성이 확인되었으며, 그리고 본 발명은 해당 기술분야의 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the heat-reversible elastomer composition excellent in abrasion resistance and mechanical properties according to the present invention and capable of reprocessing has been confirmed to be superior in the above-mentioned embodiments, and those skilled in the art will appreciate that the following patent claims It will be understood that various modifications and alterations may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.

Claims (5)

아래 화학식 1로 표시되는 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체에 아래 화학식 2로 표시되는 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물을 반응시킨 것을 특징으로 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체.

(화학식 1)
Figure 112014028966224-pat00012


상기 화학식 1에서,
R은 CH2=CH-, CH3-CH=CH-, HOOC-CH=CH- 또는 HOOC=CH-의 이중결합을 포함한 C2~C10의 탄화수소 유도체이며, 분자 내에 카르복시기를 포함함

(화학식 2)
Figure 112014028966224-pat00013


상기 화학식 2에서,
Z는
Figure 112014028966224-pat00014
의 구조이며, Si-O-Si 결합구조를 갖는 실리카 화합물이고,
Y : N, O 또는 S 중에서 선택되는 비공유 전자쌍을 포함하는 원소이며,
R1 : C1~C12의 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소 유도체이며,
R2 : C2~C18의 지방족 탄화수소 유도체, C4~C15의 지환족 탄화수소 유도체 또는 C6~C15의 방향족 탄화수소 유도체이며,
R3 : C1~C20의 지방족, 지환족 또는 방향족 구조를 가진 탄화수소 유도체이다.
An inorganic or organic nanosilica hybrid compound having an amine group end represented by the following general formula (2) is reacted with an elastomer grafted with a reactive monomer having an acid group represented by the following general formula (1), and a thermally reversible elastomer .

(Formula 1)
Figure 112014028966224-pat00012


In Formula 1,
R is a C2 to C10 hydrocarbon derivative containing a double bond of CH 2 = CH-, CH 3 -CH = CH-, HOOC-CH = CH- or HOOC = CH- and contains a carboxyl group in the molecule

(2)
Figure 112014028966224-pat00013


In Formula 2,
Z is
Figure 112014028966224-pat00014
And is a silica compound having a Si-O-Si bond structure,
Y is an element containing a non-covalent electron pair selected from N, O or S,
R 1 is a C 1 to C 12 aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbon derivative,
R 2 is a C 2 to C 18 aliphatic hydrocarbon derivative, a C 4 to C 15 alicyclic hydrocarbon derivative or a C 6 to C 15 aromatic hydrocarbon derivative,
R 3 is a hydrocarbon derivative having a C 1 to C 20 aliphatic, alicyclic or aromatic structure.
제 1항에 있어서,
에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체는,
유기용제에 투입한 탄성고무 100 중량부에 대하여, 에시드기를 포함하는 단량체 1 ~ 20 중량부를 투입하여 그라프트 반응시키는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체.
The method according to claim 1,
The elastomer in which the reactive monomer having an acid group is grafted,
Characterized in that 1 to 20 parts by weight of a monomer containing an acid group is added to 100 parts by weight of an elastic rubber put into an organic solvent to perform a graft reaction.
제 2항에 있어서,
상기 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체에, 탄성고무 100 중량부에 대하여, 나노 실리카 하이브리드 화합물 30 ~ 100 중량부를 투입하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체.
3. The method of claim 2,
Characterized in that 30 to 100 parts by weight of a nanosilica hybrid compound is added to 100 parts by weight of an elastic rubber obtained by grafting a reactive monomer having an acidic group and then the reactive monomer is reacted to react the thermosensitive elastomer with excellent abrasion resistance.
제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄성고무는,
부타디엔고무, 이소프렌고무, 스티렌-부타디엔고무, 니트릴고무, 클로로프렌고무, 에틸렌-프로필렌고무, 에틸렌-프로필렌-디엔고무, 부틸고무, 아크릴고무 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용해서 사용하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체.
4. The method according to any one of claims 2 to 3,
The above-
Characterized in that they are used alone or in combination of two or more kinds selected from among butadiene rubber, isoprene rubber, styrene-butadiene rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, ethylene-propylene rubber, ethylene- This excellent, reworkable thermo-reversible elastomer.
1) 청구항 1의 화학식 1로 표시되는 에시드기를 갖는 반응성 단량체가 그라프트된 탄성체의 제조단계와;
2) 상기 탄성체에 청구항 1의 화학식 2로 표시되는 아민기 말단의 유,무기 나노 실리카 하이브리드 화합물을 반응시키는 단계;
를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수하고 재가공이 가능한 열가역성 탄성체의 제조방법.
1) a step of preparing an elastomer grafted with a reactive monomer having an acid group represented by the general formula (1) of claim 1;
2) reacting the organic and inorganic nanosilica hybrid compound represented by the formula (2) of claim 1 with an amine group terminal;
Wherein the thermally reversible elastomer is manufactured through the steps of:
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