KR101509797B1 - 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물 및 방진고무 - Google Patents

흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물 및 방진고무 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물 및 방진고무에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명을 하면, 천연고무 및 부타디엔고무를 함유한 베이스 폴리머, 발포제 및 슬립제 등을 포함하는 방진고무 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 상기 방진고무 조성물로 제조된 발포-방진고무는 방진고무로서 요구되는 물성이 우수할 뿐만 아니라, 흡/차음성능이 우수한 바, 기계 부품, 자동차 부품 등의 방진고무로 사용하기에 적합하다.
방진고무, 흡음성, 슬립제, 발포제

Description

흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물 및 방진고무{Composites of anti vibration rubbers improving sound absorbability/insulation and Anti vibration rubbers}
본 발명은 천연고무 및 부타디엔고무를 함유한 베이스 폴리머, 발포제 및 슬립제 등을 포함하는 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물 및 상기 조성물로 제조된 방진고무에 관한 것이다.
자동차용 방진고무는 고무의 점탄성적인 성질을 이용하여 진동을 흡수 /억제하는 주요기능을 하며, 자동차 승차감이 큰 영향을 준다. 최근 들어, 운전자의 정숙성에 대한 기대가 높아지면서 엔진룸 및 차체 하부에서 발생하는 소음에 대한 불만이 제기되어 왔으며, 이를 해결하기 위한 기능성 방진고무 부품의 개발이 꾸준히 제기되어 왔다. 이러한 개발 분위기 하에서, 방진고무 자체에서 발생하는 소음을 막기 위하여 흡차음재를 추가하거나 고무부품을 튜닝하여 소음문제를 해결해왔으나, 이는 비용이 증가할 뿐만 아니라, 고무부품이 노화되어 경화되었을 때, 튜닝 값이 변하여 방진고무 자체에서 소음이 다시 발생하는 문제가 있다.
자동차업계 등의 산업계에서는 방진고무 자체에서 발생하는 소음을 줄이거나, 그 발생을 차단할 수 있는 흡음, 차음 효과가 우수한 방진고무에 대한 요구가 증가하고 있는 추세이다.
이에 본 발명자들은 방진고무으로서, 기본적으로 가져야 할 내구성, 내열성, 내피로성, 내오존성 등의 물성을 유지하면서도, 기계 또는 차량 등에서 발생하는 소음에 대한 억제를 부품 자체에서 해결할 수 있는 방진고무를 개발하고자 노력한 결과, 특정 발포체와 슬립제를 도입한 방진고무 조성물을 안출하게 되었고, 상기 조성물을 이용하여 내구성에 문제가 없는 적정 발포율로 발포된 방진고무를 발명하여 본 발명을 완성하게 되었다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 천연고무와 부타디엔고무를 함유한 베이스 폴리머(base polymer), 발포제, 슬립제, 가교제, 가교촉진제, 활성제 및 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 상기 조성물을 이용하여 제조한 흡/차음성이 우수한 방진고무에 관한 것이다.
본 발명은 조성물 중 하나인 상기 슬립제가 방진고무의 표면에 블루밍(blooming)되어서, 방진고무 표면의 내마모성능을 향상시켜서 방진고무의 소음 억제 성능을 향상시키며, 특정 발포제를 사용하여 발포시킨 본 발명의 방진고무는 방진고무의 내구성에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 적정 수준의 발포율로 발포되었기 때문에, 방진고무로서 요구되는 물성을 유지하면서도, 방진고무 자체에서 발생하는 소음 및 외부에서 발생하는 소음을 흡음 및 차음시키는 효과가 우수하다.
이하에서는 본 발명을 더욱 자세하게 설명을 하겠다.
본 발명은 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물에 관한 것으로서, 천연고무와 부타디엔고무를 함유한 베이스 폴리머(base polymer) 100 중량부에 대하여, 발포제 0.5 ~ 15 중량부, 슬립제 5 ~ 20 중량부, 가교제 1 ~ 5 중량부, 가교촉진제 0.5 ~ 3 중량부, 활성제 1 ~ 5 중량부 및 충전제 20 ~ 80 중량부를 포함하고 있는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 노화방지제, 내열노화방지제, 산화방지제 및 분산제 중에서 선택된 1 종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스 폴리머는 방진고무의 내피로성을 확보하기 위하여, 천연고무와 부타디엔고무을 1 : 0.25 ~ 4 중량비로 포함하고 있는데, 이때, 상기 중량비를 벗어나도록 천연고무와 부타디엔고무를 사용하면 피로강도와 스프링 특성이 급격히 저하되어 쉽게 파손되는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내의 중량비를 유지하도록 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
상기 천연고무(NR)는 무늬점도 40 ~ 80, 더욱 바람직하게는 50 ~ 70인 것을 사용할 수 있으며, 상기 천연고무의 화학구조는 하기 화학식 1의 이소프렌(isoprene)을 단위분자로 한다. 그러나, 하기 화학식 1의 화학구조에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
CH2=C(CH3)-CH=CH2
상기 발포제(forming agent)는 방진고무를 발포시켜서 흡음, 차음 효과를 부여하는 역할을 수행하는데, 상기 발포제는 상기 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 15 중량부를, 더욱 바람직하게는 1 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 좋은데, 0.5 중량부 미만으로 사용하면 그 사용량이 너무 적어서 발포 효과를 얻기 힘든 문제가 있을 수 있고, 15 중량부를 초과하면, 기공들이 과다하게 분포하여 기공에 의한 미세크랙이 발생하여 내구성능에 심각한 문제를 일으킬 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 발포제는 베이스 폴리머와 용융온도가 비슷하고, 발포시 생성되는 가스의 방출 속도가 적당히 빠르면서 온도, 압력에 의해서 조절이 용이하고, 방출된 가스나 분해 잔사물이 무독성을 가지는 N,N′-옥살일비스(N,N′-Oxalylbis, salicylaldehyde hydrazone, OBSH), N,N′-디니트로소 펜타메틸렌 테트라아민(N,N′-Dinitroso Pentamethylene tetramine, DPT), 및 3,3′-설폰비스(3,3′-Sulfonbis, benzene-sulfonylhydrazide) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 그리고, 더욱 바람직하게는 상기 발포제의 종류는 상기 베이스 폴리머의 천연고무와 부타다엔의 중량비를 고려하여 선택하여 사용하는 것이 좋은데, 상기 베이스 폴리머의 조성 중 천연고무의 사용량이 많으면 용융온도가 낮아지므로, N,N′-옥살일비스 및 3,3′-설폰비스 중에서 선택된 1종 또는 2종을 사용하는 것이 좋으며, 부타디엔고무의 사용량이 많으면 상대적으로 용융온도가 높아지므로, N,N′-디니트로소 펜타메틸렌 테트라아민을 사용하는 것이 좋다. 다시 설명을 하면, 상기 베이스 폴리머가 천연고무와 부타디엔고무를 1 : 0.8 ~ 0.25으로 포함하고 있으면, N′-옥살일비스 및 3,3′-설폰비스 중에서 선택된 1종 또는 2종을 사용하고, 상기 베이스 폴리머가 천연고무와 부타디엔고무를 1 : 2 ~ 4 중량비로 포함하고 있으면, N,N′-디니트로소 펜타메틸렌 테트라아민을 사용하는 것이 좋다.
상기 슬립제(slip agent)는 내열성을 가지는 것을 사용하며, 상기 슬립제는 제조된 방진고무의 표면 밖으로 자연스럽게 나와서 오존을 막아주어 노화방지제 역할을 할 뿐만 아니라, 습동부의 마찰/마모 특성을 개선하는 역할을 한다. 그리고 상기 슬립제는 왁스 또는 포화지방산 계열의 아마이드 화합물을 사용하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 AKZO NOBEL사(네덜란드)의 상품명 amorslip 18LF, amorslip E, amorslip CP 및 amorslip HT를 사용하는 것이 좋다. 상기 슬립제의 사용량은 상기 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 5 ~ 20 중량부를, 더욱 바람직하게는 5 ~ 15 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 이때, 슬립제의 사용량이 5 중량부 미만이면 방진고무의 소음억제 효과가 떨어질 수 있고, 20 중량부를 초과하면 오히려 방진고무의 기계적 물성이 떨어질 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 가교제는 황을 사용하며, 상기 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 1 ~ 5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 상기 범위를 벗어나면 방진고무로서, 요구되는 기계적 물성을 갖을 수 없는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 가교촉진제는 트리알릴 시아누에이트(triallyl cyanurate, TAC), 트리알릴 이소시아누에이트 (1,3,5-triallyl isocyanurate, Trially-1,3,5-triazin-2,4,6-(1H,3H,5H)-trione, TAIC), N-사이클헥실벤조티오졸-2-설펜아마이드(N-cyclehexylbenzothiozole-2-sulfenamide, CZ) 및 테트라메틸 티우람 디설파이드(Tetramethly Thiuram disulfide, TT) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 TAC 및 TAIC 중에서 선택된 1종 또는 2종을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 3 중량부를 사용할 수 있는데, 0.5 중량부 미만으로 사용하면 유효 가교 시스템이 형성되지 않아 다황 결합을 이룰 수 없고, 3 중량부를 초과하여 사용할 경우 스코치(Scorch)가 발생하여 공정 불량이 발생할 수 있다.
상기 활성제는 스테아릭 산(Stearic acid), 스테아릭산 아연, 산화아연(ZnO), 산화마그네슘(MgO) 및 수산화 칼륨(Hydrated lime) 중에서 선택된 1종 또는 2종을 혼합하여 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 스테아릭산 및 산화아연 중에서 선택된 1종 또는 2종을 사용할 수 있다. 상기 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 1 ~ 5 중량부를 사용할 수 있으며, 이때, 1 중량부 미만이면 가교반응이 너무 느려지는 문제가 일어날 수 있고, 5 중량부를 초과하면 가교반응이 너무 빨라져 생산성에 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 충전제는 방진고무의 기계적 물성 향상을 위하여 사용하며, 카본블랙을 사용하는 것이 좋으며, ASTM(AMERICAN STANDARD TEST METHOD)에 의해 분류되는 HAF (High Abrasion Furnace), FEF(Fast Extruding Furnace ) 및 SRF(Semi Reinforcing Furnace) 중에서 선택된 1종 또는 2 종 이상의 카본블랙을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 20 ~ 80 중량부를, 더욱 바람직하게는 30 ~ 70 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 충전제를 20 중량부 미만으로 사용하면 얻고자 하는 내구성을 갖는 방진고무를 얻을 수 없을 수 있으며, 80 중량부를 초과하여 사용하면 분산성 저하로 방진고무의 피로성능이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 첨가제 중 상기 노화방지제는 방진고무의 산화방지를 역할을 하는데, 상기 노화방지제는 N-페닐-N′-이소프로필-p-페닐렌디아민 (이하, '3C'로 칭한다.), 2-마크라토벤질이미드(2-Mcrcaptobenzimidazole 이하, 'MB'로 칭한다.), 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 또는 고온에서 디페닐아민(diphenylamine)과 아세톤(acetone)을 반응시켜 제조한 반응물인 N-페닐-N′-이소프로필-p-페닐렌디아민(N-phenyl-N′-isopropyl-p-phenylenediamine, BLE-65) 중에서 선택된 1종을 사용하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 상기 N-페닐-N ′ -이소프로필-p-페닐렌디아민을 사용하는 것이 좋다. 상기 노화방지제의 사용량은 상기 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 1 중량부 미만으로 사 용하면 충분한 노화방지 효과를 볼 수 없고, 5 중량부를 초과하여 사용하면 그 사용량 증대에 따른 노화방지 효과 상승이 없으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
또한 첨가제 중 상기 내열노화방지제는 내열성이 우수한 페닐계 내열노화방지제인 1,2-디하이드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린(RD)를 상기 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부를 사용하는 것이 좋다.
본 발명은 앞서 설명한 방진고무 조성물을 가황공정 하에서 1 ~ 5% 발포율로 발포시켜서 제조한 흡/차음성이 우수한 방진고무에 관한 것이다. 여기서, 상기 발포율이 1% 미만이면 충분한 흡/차음 효과를 볼 수 없고, 5%를 초과하면 방진고무의 내구성이 떨어지게 되므로, 상기 범위 내의 발포율로 발포시키는 것이 좋다.
상기 본 발명의 방진고무는 방진고무로서 요구되는 물성을 만족할 뿐만 아니라, 방진고무 자체 내에서 그리고, 외부에서 발생하는 소음을 흡음 및 차음 효과가 우수한 바, 기계, 자동차 등의 방진고무로 사용하기에 적합하며, 특히 자동차 엔진룸, 차체 하부 등에 사용하기에 적합하다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 자세하게 설명을 하겠다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 3
천연고무로는 SMR-CV60(Standard Malaysian Rubber-Constant Viscosity 60) 을 준비하였고 합성고무로는 부타디엔고무로 BR-01(Kumho Petro chemical)를 준비하였다. 상기 고무 각각을 적당한 크기로 절단 후 밴버리믹서(Banbury Mixer; Kobe Steek, co.)를 이용하여 2분간 소련 후, 하기 표 1에 표시된 조성비로 발포제, 슬립제, 가교제, 가교촉진제, 활성제, 충전제를 혼합하여 3 분간 혼련하여 파이널 마스터 배치(Final Master Batch, FMB)를 제조하였다. 상기 마스터 배치에 롤믹서(Roll mixer)를 사용하여 분산 혼합하여, 방진고무 조성물을 제조하였다. 다음으로 상기 방진고무 조성물을 유량계(Monsanto R100)를 이용하여 적정 가류시간을 측정한 뒤, 압축기(Toyo Seiki co. Ltd)를 이용하여 170℃에서 210 kgf/cm2으로 가열 가압하여 방진고무 시편을 제조하였다.
Figure 112009069056919-pat00001
시험예
상기 실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 3에서 제조한 방진고무 시편을 이용하여, 하기 항목에 대해 시험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1) 경도 측정 : KS M 6784에 준하여 수행하였다.
2) 마모성 평가 : KS M 6624에 준하여 수행하였다.
3) 인장강도, 신율 및 모듈러스 측정 : KS M 6782에 따라 아령형 3호로 수행하였다.
4) 흡음률 측정 : 임피던스 관(impedance tube)을 이용한 임피던스 측정법을 이용하여 수행하였다.
5) 발포률 측정 : 비중 비교방법과 표면 이미지(Image)화 발포 분석프로그램 분석방법에 의하여 발포률을 측정하였다.
Figure 112009069056919-pat00002
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예1 ~ 5와 비교예 1 ~ 2와 비교하여, 인장강도와 신율은 거의 동등성능을 나타내면서 마찰계수 및 마모율에서 우수한 기계적 물성을 나타내어 월등하게 향상된 결과를 나타내었으며, 특히 흡음률이 매우 우수한 것을 확인할 수 있다. 그리고, 슬립제를 사용하지 않은 비교예 2의 경우, 높은 마찰계수와 마모율이 너무 높으며, 압축줄음율이 좋지 않았다. 또한, 비교예 3의 경우, 발포제가 과도하게 투입되면 흡음율은 우수하나, 인장강도 및 신율이 급격하게 감소하기 때문에 방진고무로서 부적합 것을 확인할 수 있었다.
상기 실시예와 실험예를 통하여, 본 발명의 방진고무 조성물로 제조된 방진고무는 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라, 특히, 흡/차음성이 우수함을 확인할 수 있었다. 이러한, 본 발명의 방진고무는 기존의 방진고무를 대체할 수 있으며, 특히, 자동차 엔진룸, 차체하부 등에 사용되어 자동차의 주행정숙성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (10)

  1. 천연고무와 부타디엔고무를 함유한 베이스 폴리머(base polymer) 100 중량부에 대하여, 발포제 0.5 ~ 15 중량부, 슬립제 5 ~ 20 중량부, 가교제 1 ~ 5 중량부, 가교촉진제 0.5 ~ 3 중량부, 활성제 1 ~ 5 중량부 및 충전제 20 ~ 80 중량부를 포함하고,
    상기 베이스 폴리머는 천연고무와 부타디엔고무를 1 : 0.25 ~ 4 중량비로 포함하는 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 발포제는 N,N′-옥살일비스(N,N′-Oxalylbis, salicylaldehyde hydrazone, OBSH), N,N′-디니트로소 펜타메틸렌 테트라아민(N,N′-Dinitroso Pentamethylene tetramine, DPT), 및 3,3′-설폰비스(3,3′-Sulfonbis, benzene-sulfonylhydrazide) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 폴리머가 천연고무와 부타디엔고무를 1 : 0.8 ~ 0.25중량비로 포함하고 있는 경우, 상기 발포제는 N′-옥살일비스 및 3,3′-설폰비스 중에서 선택된 1종 또는 2종을 사용하고, 상기 베이스 폴리머가 천연고무와 부타디엔고무를 1 : 2 ~ 4 중량비로 포함하고 있으면, N,N′-디니트로소 펜타메틸렌 테트라아민을 사용하는 것을 특징으로 하는 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 슬립제는 왁스 또는 포화지방산 계열의 아마이드 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가교촉진제는 트리알릴 시아누에이트(TAC), 트리알릴 이소시아누에이트(TAIC), N-사이클헥실벤조티오졸-2-설펜아마이드(CZ) 및 테트라메틸 티우람 디설파이드(TT) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 노화방지제, 내열노화방지제, 산화방지제 및 분산제 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 첨가제를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물.
  8. 제 1 항, 및 제 3 항 내지 제 7 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 방진고무는 자동차용 방진고무인 것을 특징으로 하는 흡/차음성이 우수한 방진고무 조성물.
  9. 제 1 항, 및 제 3 항 내지 제 7 항 중에서 선택된 어느 한 항의 방진고무 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 흡/차음성이 우수한 방진고무.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 방진고무는 발포율이 1 ~ 5%인 것을 특징으로 하는 흡/차음성이 우수한 방진고무.
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