KR101664581B1

KR101664581B1 - 라텍스 폼의 제조방법

Info

Publication number: KR101664581B1
Application number: KR1020140157222A
Authority: KR
Inventors: 오정석; 정순준; 홍창국; 심창수
Original assignee: 현대자동차주식회사; 전남대학교산학협력단
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-10-10
Also published as: KR20160056645A

Abstract

본 발명은 라텍스 폼의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학적 발포제를 사용하지 않고 지방산 알칼리금속염과 불활성 가스를 사용하여 라텍스 폼의 발포도 및 액상 발포 밀도를 조절하여 저 밀도의 라텍스 폼을 용이하게 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

라텍스 폼의 제조방법{Process for preparing Latex Foam}

일반적으로 라텍스 폼(Latex foam)은 고무성분을 주원료로 하고, 통상의 첨가제로서 안정제, 유황, 가황촉진제, 산화방지제, 기포안정제, 충진제, 발포제 등을 첨가하고 발포한 후에 가교를 통하여 제조된다. 라텍스의 주원료로 사용되는 고무성분은 천연소재일 수 있고, 또는 천연소재에 일부 합성소재를 배합하여 사용하기도 한다. 라텍스 폼은 액상 발포과정에서 수 천 개의 핀 홀과 수백만 내지 수천만의 미세한 기포를 형성시켜 경화시키므로 기공이 많고 탄력성과 복원력이 뛰어나다. 이에 라텍스 폼은 다양한 분야에서 광범위한 용도로 사용되고 있다. 예를 들면, 라텍스 폼은 가구, 매트리스, 베개 안에 넣어져 충격이나 마찰을 완화시키는 완충재 등으로 사용될 수 있다. 또한 가황 처리하는 동안 라텍스에 발포제를 섞어 기체를 유리시키면 작고 밀폐된 벌집 모양의 기포가 생기도록 하는 방식으로 제조된 라텍스 폼의 경우는 냉장고 등의 단열재로서 사용될 수 있다. 또한 틀에 넣어 얇게 성형된 라텍스 폼은 개스킷, 바람막이, 진동감소재 등으로서 사용될 수 있다. 이외에도 라텍스 폼의 용도는 매우 다양하다.

라텍스 폼의 제조방법과 관련된 종래 기술을 살펴보면 하기와 같다.

한국등록실용공보 20-0400950호(특허문헌 1)에는 매트리스를 사용자에 의해 가해지는 신체 하중 정도에 따라 평면상의 다수 영역으로 구분하고, 매트리스에서 핀홀의 크기나 분포밀도, 라텍스의 발포도를 각 영역별로 조절하여, 허리 및 둔부 등의 높은 신체 하중을 받게 되는 매트리스 부분에서 다른 부분에 비해 상대적으로 높은 지지력이 발휘될 수 있게 하는 라텍스 매트리스가 개시되어 있다. 상기 특허문헌 1에서는 라텍스의 발포도를 조절하는 방법으로 물리적 발포기를 이용하여 발포를 진행하는 방식을 언급하고 있지만, 발포도 조절 방법에 대해서는 구체적으로 언급되어 있지 않다.

또한, 한국공개특허공보 10-2007-0026934호(특허문헌 2)에서는 직접 개발한 물리적 발포기를 이용하여 숙성된 라텍스 원액을 30 ∼ 40분 동안 발포시키며, 발포시간이 30분 미만이면 라텍스 매트리스가 지나치게 단단해지며 40분을 초과하는 경우 지나치게 소프트해지는 경향을 언급하였다. 상기 특허문헌 2에서와 같이 물리적 발포기만을 이용하여 발포도를 조절하는 경우, 라텍스 배합계의 계면 현상에 의해 목적하는 일정 이하의 발포도 조절의 한계가 있다.

또한, 한국공개특허공보 10-1998-0042003호(특허문헌 3)에서는 화학적 발포제를 사용하여 탄성체를 발포시켜 연속 기포형 발포 구조체가 개시되어 있다.

하지만 현재까지 발표된 바에 의하면, 라텍스 폼 발포도 조절 방법으로서 화학적 발포체를 이용하지 않으면서 라텍스 배합물의 표면장력을 조절하여 목표하는 라텍스 배합물의 발포도와 밀도를 조절하는 방법은 어느 문헌에도 개시된 바가 없다.

한국등록실용공보 20-0400950호, "라텍스 매트리스" 한국공개특허공보 10-2007-0026934호, "라텍스 매트리스 및 그 제조방법" 한국공개특허공보 10-1998-042003호, "발포 구조체"

본 발명에서는 화학적 발포제 사용하지 않고도 라텍스 폼의 발포도와 밀도를 용이하게 조절할 수 있는 라텍스 폼의 제조방법을 제공하고자 한다.

즉, 기존의 라텍스 폼의 제조방법에서는 가스 주입량을 변수로 물리적 액상 발포 시 최저 발포 밀도의 한계를 보이지만, 본 발명에서는 지방산 알칼리금속염과 불활성 가스를 사용하여 배합물의 표면장력을 조절하면서 액상 발포시키는 방법을 적용함으로써 저 밀도를 가지면서도 자동차 시트(Seat) 등으로 적용되기에 적절한 물리적 물성을 가지는 라텍스 폼을 용이하게 제조할 수 있게 되었다.

상기한 과제 해결을 위하여, 본 발명에서는

a) 라텍스에 지방산 알칼리금속염 및 발포제가 제외된 통상의 라텍스 첨가제를 배합하는 단계;

b) 배합물을 30 ∼ 50℃ 온도 및 10 ∼ 50 rpm의 조건에서 12 ∼ 24시간동안 숙성하는 단계;

c) 숙성된 배합물에 불활성 가스를 50 ∼ 100 mL/min 유속으로 외부로부터 주입하면서 액상 발포하여 밀도를 조정하는 단계;

d) 밀도가 조정된 배합물을 100 ∼ 130℃ 온도에서 겔화 및 가교시켜 제품 성형하는 단계; 를 포함하는 라텍스 폼의 제조방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 라텍스 폼의 제조방법에 대한 전체 공정도이다.
도 2는 액상 발포 조건을 달리하여 성형된 라텍스 폼의 단면도로서, (A)는 물리적 교반을 통한 액상 발포를 수행한 라텍스 폼의 단면도이고, (B)는 물리적 교반과 질소가스 주입을 동시에 수행한 라텍스 폼의 단면도이다.
도 3은 가황촉진제의 함유량에 따른 가교 공정에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 4는 온도에 따른 가교 공정에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 5는 동적기계분석을 통해 온도에 따른 라텍스 폼의 모듈러스 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 포타슘 올레이트 함량을 변화시켜 액상 발포시킨 폼의 SEM 사진이다.

이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 이미 널리 알려진 구성에 대한 설명은 생략한다. 당업 종사자라면 본 발명의 특징적 구성을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1에는 본 발명에 따른 라텍스 폼의 제조방법에 대한 전체 공정 모식도를 나타내었다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 라텍스 폼의 제조방법은 크게 4 단계로 구분될 수 있는데 a)라텍스 배합단계; b)배합물의 숙성단계; c)숙성된 배합물의 액상 발포 단계; 및 겔화 및 가교를 통한 제품 성형단계; 로 구분할 수 있다.

하기에서는 본 발명에 따른 라텍스 폼의 제조방법을 각 단계별로 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

a)배합단계

본 배합단계는 라텍스 유액에 지방산 알칼리금속염 및 발포제가 제외된 통상의 라텍스 첨가제를 배합하는 과정이다. 상기 배합은 볼밀 공정 또는 페이스트 믹서 공정에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로는 50 ∼ 100 rpm 조건에서 3 ∼ 5일 동안 볼밀 공정을 수행하거나, 또는 1000 ∼ 1500 rpm 조건에서 40 ∼ 60분 동안 페이스트 믹서 공정을 수행한다.

본 발명의 배합단계에서는 주원료로서 고무 라텍스를 사용하고, 부원료로서 지방산 알칼리금속염을 비롯한 통상의 라텍스 첨가제를 사용한다. 본 발명에 있어서, 구성성분들의 함량은 별도로 언급하지 않는 한 주원료로 사용된 고무 라텍스의 건조 고무량 100 중량부를 기준으로 한다.

본 발명에 있어서 고무 라텍스라 함은 천연고무 라텍스일 수 있고, 또는 천연고무 라텍스와 합성고무 라텍스의 혼합물 일 수 있다. 천연고무 라텍스는 암모니아 처리된 천연고무 라텍스와 비처리 천연고무 라텍스를 모두 포함한다. 암모니아 처리된 천연고무 라텍스는 원심분리법을 이용하여 고형분 60% 정도로 농축되어 있으며, 방부제로서 약 0.6 ∼ 0.8% 정도의 암모니아가 함유되어 있을 수 있다. 이에 반하여, 비처리 천연고무 라텍스는 방부제로서 암모니아 성분을 별도의 공정으로 첨가하지 않은 것을 말한다. 본 발명에서 암모니아 처리된 천연고무 라텍스를 주원료로 사용하고자 할 경우에는 반드시 "탈암모니아" 공정을 미리 거치도록 한다. 라텍스에 잔류하는 암모니아는 가교 공정시 라텍스와 황의 가교결합에 스캐빈저로 작용하여 반응을 저해하고, 또한 라텍스 입자의 안정성을 높이는 역할을 하여 액상 발포 및 겔화에 부정적인 영향을 미친다. 따라서 본 발명에 따른 배합과정 이전에 라텍스 농축물에 잔류하는 암모니아는 적절한 온도 및 물리적 교반을 통하여 제거하는 것이 좋다. 즉, 암모니아 처리된 라텍스는 전처리 과정으로서 30 내지 50℃ 온도 및 50 내지 100 rpm의 물리적 교반을 통한 탈암모니아 과정을 수행하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 합성고무 라텍스는 낮은 온도에서 유화중합으로 생산된 제품이 입자가 일정하고 낮은 표면장력을 가지고 있으므로 바람직하며, 상기 합성고무 라텍스로서는 스티렌-부타디엔 라텍스, 클로로프렌 라텍스, 내유성 라텍스(NBR LATEX) 등이 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 배합과정에서는 부원료로서 지방산 알칼리금속염과 통상의 라텍스 첨가제를 사용한다. 특히 본 발명에서는 라텍스 첨가제로서 화학발포제를 포함하지 않으며, 대신에 지방산 알칼리금속염의 비누(soap)를 사용한다. 상기 지방산 알칼리금속염은 포화 또는 불포화된 C₆∼C₂₀ 고급 지방산, 토르유 지방산, 수지산, 나프텐산 등의 알칼리금속염일 수 있다. 지방산 알칼리금속염은 구체적으로 소듐 올레이트(sodium oleate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate), 소듐 라우레이트(sodium laurate), 포타슘 올레이트(potassium oleate), 포타슘 스테아레이트(potassium stearate), 포타슘 라우레이트(potassium laurate)로 이루어진 군으로부터 선택되며, 그 중 바람직하기로는 포타슘 올레이트(Potassium Oleate)를 사용할 수 있다.

상기 지방산 알칼리금속염은 포말 촉진제로서 역할을 하는데, 이후에 수행하게 되는 액상 발포 단계에서 표면장력을 감소시키고, 그에 따라 반비례하는 거품 생성 표면적, 즉 전체 폼의 표면적이 증가하게 되고, 이것으로 인하여 라텍스 배합물의 액상 발포밀도가 더욱 낮아지게 된다. 이러한 원리를 수식으로 나타내면 하기 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

W = γΔA

(상기 수학식 1에서, W는 가해준 일이고, γ는 표면장력이고, ΔA는 거품 생성 표면적이다)

상기 수학식 1에 나타낸 바대로, 가해준 일(W)이 고정되었을 경우 표면장력(γ)과 거품 생성 표면적(ΔA)이 변수이다. 가해준 일을 증가 시킬 시 일정 수준의 힘에 대하여 거품 생성표면적이 증가하여 액상 발포밀도를 낮출 수 있지만 일정 수준의 힘 이상을 가하게 되었을 경우 물리적 마찰력에 의하여 내부에서 열이 생성되어 스코치 현상이 발생하게 된다. 상기의 원리를 바탕으로 포말 촉진제로서 지방산 알칼리금속염의 함량을 변화시키면서 표면장력을 낮춤으로써 라텍스의 액상 발포밀도를 낮출 수 있게 된다.

본 발명에서는 포말 촉진제로 사용되는 지방산 알칼리금속염은 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 0.1 ∼ 4 중량부 범위, 바람직하기로는 0.1 ∼ 2 중량부 범위로 사용한다. 상기 지방산 알칼리금속염의 함량이 0.1 중량부 미만이면 라텍스의 액상 발포밀도를 감소시키는 효과가 미흡하고, 4 중량부를 초과하면 액상 발포도가 과도하게 증가하여 가교시 발포된 셀의 안정도에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

본 발명에서는 지방산 알칼리금속염 이외에도 라텍스 폼 제조시에 통상적으로 사용하는 통상의 첨가제로서 유황, 가황촉진제, 산화방지제, 기포안정제, 충진제 등의 부원료를 포함할 수 있다. 또한, 통상의 첨가제로서 화학발포제는 전혀 포함하지 않는다.

상기 유황(S)은 고무 라텍스 원료를 가교결합시키기 위하여 사용된다. 유황은 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 1 ∼ 5 중량부, 바람직하기로는 1 ∼ 3 중량부 범위로 사용된다. 상기 유황의 함량이 1 중량부 미만이면 가교결합이 너무 적어서 라텍스 폼으로서의 성능을 제대로 구현하기 어렵고, 5 중량부를 초과하여 사용되면 라텍스 폼의 경화 정도가 너무 심하므로 바람직하지 못하다.

상기 가황촉진제는 가황할 경우 가황시간과 온도를 단축시키기 위하여 사용된다. 1차 가황촉진제로서는 징크 디알킬 디티오카바메이트(Zinc dialkyl dithiocarbarmate)로서 징크 디에틸 디티오카바메이트(ZEC), 징크 디부틸 디티오카바메이트(ZBC)를 사용할 수 있고, 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 0.1 ∼ 3 중량부, 바람직하기로는 0.4 ∼ 1.6 중량부 범위로 사용할 수 있다. 2차 촉진제로서는 징크 머캅토벤조티아졸(ZM; Zinc Mercaptobenzothiazol)을 사용할 수 있고, 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 0.1 ∼ 3.0 중량부, 바람직하기로는 0.4 ∼ 1.2 중량부 범위로 사용할 수 있다.

상기 산화방지제는 가공 중 또는 가공 후 라텍스 입자의 산소접촉에 의한 산화를 방지하기 위해 첨가된다. 상기 산화방지제로는 스티레네이티드 페놀(SP), 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀)가 포함되는 페놀계 산화방지제 등이 사용될 수 있다. 상기 산화방지제는 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 0.1 ∼ 3.0 중량부, 바람직하기로는 0.5 ∼ 1 중량부 범위로 사용될 수 있다.

상기 기포안정제는 겔화 반응을 원만하게 수행하기 위하여 사용되며, 기포의 붕괴와 겔의 수축을 방지하기 위해 첨가된다. 상기 기포안정제로서는 노가턱 케미컬사의 TRIMEN BASE™ 또는 I.C.I사의 VULCAFOR EFT가 바람직하다. 상기 기포안정제는 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 0.1 ∼ 3.0 중량부, 바람직하기로는 0.5 ∼ 2.0 중량부 범위로 사용될 수 있다.

상기 충진재는 원가 절감의 측면에서 사용될 수 있다. 상기 충진재는 통상적으로 사용되는 무기질 성분인 클레이(Clay), 칼슘카보네이트, 탈크(Talc), 수산화알루미늄 등을 사용할 수 있으며, 분말상의 마이카(Mica)와 마그네슘 실리케이트를 사용할 수도 있다. 상기 충진재는 보통 평균입자의 크기가 5 마이크론 정도인 것이 바람직하다. 상기 충진재는 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 0.1 ∼ 5.0 중량부, 바람직하기로는 1.0 ∼ 3.0 중량부 범위로 사용될 수 있다.

그 밖에도 라텍스 폼 제조시에 사용되는 통상의 첨가제로서 안정제, 유연제 등이 사용될 수 있다.

b)숙성단계

본 숙성단계는 상기 라텍스 배합물을 특정의 온도 및 교반 속도 하에서 숙성시키면서 라텍스에 잔류하는 암모니아를 제거하면서 안정화시키는 과정이다. 구체적으로는 상기 라텍스 배합물을 30 ∼ 50℃ 온도 및 10 ∼ 50 rpm의 조건에서 12 ∼ 24시간동안 저속으로 교반한다. 상기 숙성단계를 거치는 동안 라텍스 배합물에 잔류하는 암모니아를 완전히 제거할 수 있다. 또한, 상기 숙성단계를 거침으로써 라텍스 배합물의 집단특성을 개선할 수 있었는데, 구체적으로는 윌리스 가소성과 무늬 점도를 감소시킬 수 있다. 만약 숙성단계에서의 조건이 본 발명이 제안하는 조건 이상으로 가혹하면 스토리지 하드닝(Storage hardening)이 발생하여 라텍스 고무 입자들이 알데하이드, 에폭시 및 아미노산 그룹에 의해 자연 가교되어 고형물질로 침출될 수 있으므로, 본 발명이 제안하는 조건을 유지하는 것이 좋다.

c)액상 발포 단계

본 액상 발포 단계는 상기에서 숙성된 라텍스 배합물에 불활성 가스를 일정 속도로 주입하면서 물리적 액상 발포시켜 밀도를 조정하는 과정이다. 구체적으로는 숙성된 라텍스 배합물을 균질화기 또는 물리적 교반기를 이용하여 액상 발포시키되, 외부로부터 불활성 가스를 50 ∼ 100 mL/min 유속으로 주입하면서 액상 발포하여 발포체의 밀도를 조정한다. 도 2에는 액상 발포 조건을 달리하여 성형된 라텍스 폼의 단면도에 대한 SEM 사진이 첨부되어 있다. 도 2의 (A)는 물리적 교반을 통한 액상 발포를 수행한 라텍스 폼의 단면도이다. 도 2의 (B)는 물리적 교반과 질소가스 주입을 동시에 수행한 라텍스 폼의 단면도이다. 도 2의 (A)로부터 확인되듯이 균질화기 및 물리적 교반기만을 사용하여 물리적 액상 발포 시킨 경우, 발포 폼은 클로우즈 셀(close cell)을 형성한다. 그러나 본 발명이 제안한 바와 같이 균질화기 및 물리적 교반기를 사용과 동시에 적당한 불활성 가스를 주입하여 액상 발포시킴으로써, 목표하는 액상 발포밀도까지 발포 소요 시간이 적었고, 발포 폼은 오픈 셀(open cell)을 형성할 수 있다. 가장 좋기로는 액상 발포시에 500 ∼ 2000 rpm의 물리적 교반과 더불어 질소가스(N₂)를 50 ∼ 100 mL/min 유속으로 주입하는 조건을 유지하는 것이 좋다.

상기한 액상 발포단계에서 제조된 발포 폼의 밀도는 0.1 ∼ 0.49 g/mL를 유지하는 것이 좋다.

d)제품 성형단계

본 제품 성형단계는 밀도가 조정된 라텍스 배합물을 겔화 및 가교하여 제품으로 성형하는 단계이다.

상기 겔화는 액상 발포된 라텍스 배합물의 점도를 높여 가교 공정시 폼의 안정성을 높이기 위한 과정이다. 상기 겔화 반응은 라텍스의 알칼리도, 지방산 알칼리금속염의 함량, 겔화 온도 등 다양한 변수에 의해 영향을 받으므로, 겔화제의 함량 역시 배합 레시피와 공정환경에 따라 그리고 목표하는 점도에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는 실리코플루오라이드(Silicofluoride, SSF)를 겔화제로 사용한 경우 실리코플루오라이드는 지연 겔화제로서 가수분해에 의해 라텍스 배합물의 pH를 천천히 감소시켜 약 8분 후 pH 8.6에서 겔화가 시작되어 완전 겔화까지 2분 정도의 소요시간을 갖는 겔화제의 배합량이 적절하다. 겔화제는 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 0.1 ∼ 2 중량부, 바람직하기로는 0.5 ∼ 1 중량부 범위에서 적절히 조절하여 사용될 수 있다.

상기 가교는 겔화된 라텍스 배합물의 성형을 위한 과정이다. 고무는 기본적으로 낮은 탄성과 강도를 가지는 고분자 액체로서 분자들이 얽힘 상태로 되어있지만 외부 힘에 의하여 쉽게 풀어질 수 있어 점성유체로 변하게 된다. 이러한 고무에 가교공정을 진행함으로써 고무 분자 사슬간의 결합을 만들어 사슬들의 미끄러짐을 감소시켜 탄성이 크게 증가하고 영구 압축줄음 및 히스테리시스를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 가교에 있어 라텍스 건조중량 대비 가교제 및 가황촉진제의 함량에 따라 크게 3가지로 그 형태를 나뉘어 볼 수 있다. 첫 째로, 컨벤셔널 시스템(Conventional system)의 경우 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 유황의 함량은 2.0 내지 3.5 중량부, 가황촉진제의 함량은 1.2 내지 0.4 중량부를 함유하는 체계이다. 폴리(poly) 및 다이설피딕(disulfidic) 가교가 주로 형성되어 이에 따라 열 노화 저항(Heat aging resistance), 리버전 저항(Reversion resistance) 이 낮고 저온 결정화 저항(Low temperature crystallization resistance)은 우수한 특징이 있다. 두 번째로, 세미 이브이 시스템(Semi-EV system)의 경우 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 유황의 함량은 1.0 내지 1.7 중량부, 가황촉진제의 함량은 2.5 내지 1.2 중량부를 함유하는 체계이다. 폴리(poly) 및 다이설피딕(disulfidic) 가교 및 모노설피딕(monosulfidic) 가교가 비슷한 비율로 공존하여 이에 따라 열 노화 저항(Heat aging resistance), 리버전 저항(Reversion resistance), 저온 결정화 저항(Low temperature crystalization resistace) 특성이 좋다. 세 번째로 이브이 시스템(EV system)의 경우 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 유황의 함량은 0.4 내지 0.8 중량부, 가황촉진제의 함량은 5.0 내지 2.0 중량부를 함유하는 체계이다. 모노설피딕(monosulfidic) 가교가 주로 형성되어 이에 따라 열 노화 저항(Heat aging resistance), 리버전 저항(Reversion resistance)이 우수하고 저온 결정화 저항(Low temperature crystallization resistance)은 낮다는 특징이 있다.

라텍스 배합물의 가교에 있어 가교제와 가황촉진제의 함량에 따른 병용효과 및 가교특성은 실험을 통해 최적화 시키는 것이 바람직하다. 도 3을 참조하면, 가교제로서 유황의 함량을 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 1.6 중량부로 고정시키고, 1차 가황촉진제로서 징크 디에틸 디티오카바메이트(ZEC)와 2차 가황촉진제로서 징크 머캅토벤조티아졸(ZM)을 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 총 1.6 중량부 사용할 경우, ZEC와 ZM의 병용 효과와 큐어미터(Curemeter)의 최적화된 가황촉진제 함량비를 나타낸다. 도 3에 의하면, 1차 가황촉진제인 ZEC 1.2 중량부와 2차 가황촉진제인 ZM 0.4 중량부를 사용하는 가교시스템에서 가장 효율이 좋았음을 알 수 있다.

본 발명의 가교공정에서 가교 온도의 설정은 중요한 요소인데, 본 발명에서는 100 ∼ 130℃ 온도범위에서 겔화 및 가교를 진행한다.

적정 가교 온도에 따라 크리핑(Creeping), 플라토우(Plateau), 리버전(Reversion)의 세 형태로 가교 특성이 나타날 수 있다. 크리핑(Creeping)은 초기 가교반응시 폴리설피딕(Polysulfidic) 결합 구조가 많이 생성되어 가교시간이 증가함에 따라 이 결합은 깨어지고 새로운 가교 결합을 이룸으로써 전체 가교도가 일정 수준까지 계속 증가하는 것을 의미한다. 플라토우(Plateau)는 최적 가교 토크를 보인 후 가교도가 일정하게 유지되어 안정한 구조를 가졌다는 것을 의미한다. 리버전(Reversion)은 분자 사슬 절단이 심하게 발생하여 최적 가교 토크를 보인 후 토크가 감소함을 의미한다. 도 4에는 온도에 따른 가교 특성을 나타내었는데, 가교온도 110℃에서 플라토우(Plateau) 곡선을 만족하는 것을 미루어 보아 상기의 배합 레시피에 대하여 가장 안정적인 구조의 가교 반응이 진행되었음 확인하였다.

이상에서 설명한 바와 같은 제조방법에 의거하여 제조된 라텍스 폼은 액상 발포밀도가 0.1 ∼ 0.49 g/mL로 낮게 유지되면서, 인장강도 0.24 ∼ 0.31 kg/㎠, 파단연신율 150 ∼ 360% 을 가진다. 따라서 본 발명에서 제조된 라텍스 폼은 자동차용 시트(seat) 소재로 유용하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1.

주원료로서 천연 고무 라텍스 80 중량%와 스티렌-부타디엔 고무 라텍스 20 중량%로 이루어진 라텍스를 준비하였으며, 상기 스티렌-부타디엔 고무 라텍스는 탈암모니아 공정을 미리 수행하였다.

부원료로서 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 포타슘 올레이트 1.5 중량부, 유황 1.6 중량부, 1차 가황촉진제인 징크 디에틸 디티오카바메이트(ZEC) 1.2 중량부, 2차 가황촉진제인 징크 머캅토벤조티아졸(ZM) 0.4 중량부, 가교활성제로서 징크 옥사이드(ZnO) 2.4 중량부, 겔화제로서 소듐 실리코플루오라이드(SSF) 0.8 중량부를 준비하였다.

상기에서 준비한 부원료를 증류수에 첨가한 후 페이스트 믹서(1000 ∼ 1500 rpm 조건에서 40 ∼ 60분) 또는 볼밀(50 ∼ 100 rpm 조건에서 3 ∼ 5일) 공정을 수행하여 고루 분산하여 라텍스 배합물을 얻었다. 상기 라텍스 배합물을 40℃ 온도에서 40 rpm으로 저속으로 교반하면서 24시간동안 숙성하였다. 상기 숙성된 배합물은 물리적 교반기를 사용하여 1,000 rpm의 교반속도로 교반하면서 질소가스를 80 mL/min 속도로 주입하면서 액상 발포하였다. 물리적 액상 발포 후에는 110℃ 온도에서 겔화 및 가교시켜 라텍스 폼 제품을 얻었다.

제조된 라텍스 탄성체 폼의 물리적 특성을 알아보기 위하여 인장강도 시험(SHIMADZU, AGS-500D)을 통해 인장강도, 모듈러스를 측정하였고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 라텍스 폼의 신장과 이완에 따라 점성 감쇠에 의해 에너지의 소모성을 알아보기 위하여 히스테리시스 시험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 제조된 라텍스 폼의 온도에 따른 모듈러스의 변화를 알아보기 위하여 동적기계분석기(DMA, TA instruments, 2980 DMA v1.7B)를 사용하여 제조된 시편의 온도에 따른 탄젠트 델타를 확인하였으며, 그 결과를 도 5에 나타하였다.

[DMA 테스트 조건]

인장상태에서 주파수 : 1 HZ

진폭 : 15 ㎛

온도 : -100 ∼ 200℃

가열속도 : 5℃/min

구 분	모듈(Mpa)		인장강도	파단연신율 (%)
구 분	100%	300%	인장강도	파단연신율 (%)
라텍스 폼	0.09	0.19	0.26	372.20
	0.08	0.16	0.26	427.80
	0.07	0.16	0.23	311.10
	0.07	0.15	0.23	300.00
	0.11	0.25	0.30	427.80
평균	0.10	0.21	0.25	367.78
오차(±)	0.01	0.08	0.02	54.8

구 분	히스테리시스 손실율
구 분	1차	2차	3차
시편A	10.57%	6.60%	5.50%
시편B	9.36%	6.39%	4.89%
시편C	14.48%	9.43%	9.82%
평균	11.14%	7.47%	6.74%

상기 표 1은 라텍스 폼 시편의 100%, 300% 모듈러스, 인장강도 및 파단연신율을 나타낸 것이다. 상기 표 1에 의하면 제조된 라텍스 폼 시편의 임의의 부분에서 채취한 시료에 대한 기계적 물성을 확인할 수 있다.

또한, 상기 표 2는 임의의 부분에서 채취한 시료에 대해 히스테리시스 테스트를 3회 반복, 100% 신장 시험을 진행하고, 3개의 시편에 대한 결과를 평균값으로 나타내었다.

또한, 도 5의 동적기계분석 결과에 의하면 -100℃ 내지 200℃의 온도범위에서 진행한 시험에서 유리전이온도(Tg)로 추정되는 피크와 고무 평탄역(Rubbery Plateau)에서 반고체(Semi-crystallization)로 추정되는 피크를 확인할 수 있었다. -20℃ 내지 110℃에서 고무 평탄역이 형성된 것으로 볼 때, 본 발명의 라텍스 폼은 사용온도가 -20℃ 내지 110℃로 광범위하므로 적용이 용이함을 알 수 있다.

실시예 2. 지방산 알칼리금속염 함량에 따른 액상 발포밀도 변화

상기 실시예 1에 따른 라텍스 폼의 제조방법을 수행함에 있어서, 라텍스 건조중량 100 중량부를 기준으로 포타슘 올레이트(Potassium oleate)의 함량을 0, 0.5, 1.0, 1.5 중량부로 다르게 포함시켜 물리적 액상 발포를 실시하였다. 그 결과는 하기 표 3에는 포타슘 올레이트 함량에 따른 액상 발포 밀도를 측정한 결과를 나타내었고, 도 6에는 발포밀도를 비교한 SEM 사진을 첨부하였다.

구분	포타슘 올레이트(중량부)
구분	0	0.5	1.0	1.5
액상 발포밀도 (g/mL)	0.61	0.49	0.33	0.18

Claims

a) 라텍스에, 상기 라텍스의 건조 중량 100 중량부를 기준으로 지방산 알칼리금속염의 포말 촉진제 0.1 ∼ 4 중량부 및 발포제가 제외된 통상의 라텍스 첨가제를 배합하는 단계;
b) 배합물을 30 ∼ 50℃ 온도 및 10 ∼ 50 rpm의 조건에서 12 ∼ 24시간동안 숙성하는 단계;
c) 숙성된 배합물을 500 ∼ 2000 rpm으로 물리적 교반함과 동시에 불활성 가스를 50 ∼ 100 mL/min 유속으로 외부로부터 주입하면서 액상 발포하여 밀도를 조정하는 단계;
d) 밀도가 조정된 배합물을 100 ∼ 130℃ 온도에서 겔화 및 가교시켜 제품 성형하는 단계;
를 포함하는 라텍스 폼의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 라텍스의 건조 중량 100 중량부를 기준으로 지방산 알칼리금속염의 포말 촉진제를 1 ∼ 4 중량부 배합하는 것을 특징으로 하는 라텍스 폼의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 지방산 알칼리금속염은 포타슘 올레이트인 것을 특징으로 하는 라텍스 폼의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 배합은 50 ∼ 100 rpm 조건에서 3 ∼ 5일 동안 볼밀 공정을 수행하거나, 또는 1000 ∼ 1500 rpm 조건에서 40 ∼ 60분 동안 페이스트 믹서 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 라텍스 폼의 제조방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 불활성 가스가 질소(N₂) 가스인 것을 특징으로 하는 라텍스 폼의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 액상 발포된 배합물의 밀도가 0.1 ∼ 0.49 g/mL인 것을 특징으로 하는 라텍스 폼의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
제조된 라텍스 폼은 액상발포밀도 0.1 ∼ 0.49 g/mL, 인장강도 0.24 ∼ 0.31 kg/㎠, 파단연신율 150 ∼ 360%인 것을 특징으로 하는 라텍스 폼의 제조방법.
제 1 항 내지 제 4 항, 및 제 6 항 내지 제 8 항 중에서 선택된 어느 한 항의 방법으로 제조된 라텍스 폼을 포함하는 자동차 시트.