KR101811191B1 - 클로로프렌 고무 조성물, 그 가황물 및 성형체 - Google Patents
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Abstract
저온압축영구왜곡이나 저온하에서의 동적특성 등의 저온특성이 우수하고, 또한 고온하에 있어서도 압축영구왜곡, 기계적 강도 및 가공특성이 양호하고, 폭넓은 온도범위에 있어서 우수한 특성이 얻어지는 클로로프렌 고무 조성물, 그 가황물 및 성형체를 제공한다.
2,3-디클로로부타디엔 단위를 5∼20질량％ 구비하는 클로로프렌 고무에 천연고무를 그 비(클로로프렌 고무/천연고무)가 질량비로 60/40∼95/5가 되도록 배합한다. 그리고 이 고무 성분 100질량부에 대하여, 에틸렌티오우레아를 0.1∼3.0질량부, 디펜타메틸렌티우람테트라설피드를 0.1∼3.0질량부 배합 하여 클로로프렌 고무 조성물로 한다.
2,3-디클로로부타디엔 단위를 5∼20질량％ 구비하는 클로로프렌 고무에 천연고무를 그 비(클로로프렌 고무/천연고무)가 질량비로 60/40∼95/5가 되도록 배합한다. 그리고 이 고무 성분 100질량부에 대하여, 에틸렌티오우레아를 0.1∼3.0질량부, 디펜타메틸렌티우람테트라설피드를 0.1∼3.0질량부 배합 하여 클로로프렌 고무 조성물로 한다.
Description
본 발명은, 클로로프렌 고무 조성물(chloroprene rubber 組成物) 및 그 가황물(加黃物) 및 이들을 사용한 성형체(成形體)에 관한 것이다. 더 상세하게는, 와이퍼 블레이드나 방진재 등의 고무 성형체에 사용되는 클로로프렌 고무 조성물에 관한 것이다.
클로로프렌 고무는, 내열성(耐熱性), 내후성(耐候性), 내오존성(耐ozone性) 및 내약품성(耐藥品性) 등이 우수하여, 일반적 공업용 고무제품, 자동차용 부품 및 접착제 등의 폭넓은 분야에서 사용되고 있다. 이러한 클로로프렌 고무 성형품은, 일반적으로 클로로프렌 고무에 가황제, 가황촉진제 및 충전제 등을 배합한 클로로프렌 고무 조성물을 소정의 형상으로 성형한 후에 가황함으로써 제조된다.
이때에 사용되는 가황촉진제로서는, 예를 들면 티오우레아계 가황촉진제(thiourea系 加黃促進劑), 티아졸계 가황촉진제(thiazole系 加黃促進劑), 티우람계 가황촉진제(thiuram系 加黃促進劑) 및 구아니딘계 가황촉진제(guanidine系 加黃促進劑) 등을 들 수 있다(예를 들면 특허문헌1 참조). 예를 들면 특허문헌1에 기재되어 있는 클로로프렌 고무 조성물에서는, 티오우레아계 가황촉진제와 티우람계 가황촉진제를 병용함으로써 스코치 안정성(scorch安定性)과 압축영구왜곡 특성의 양방의 개선을 도모하고 있다.
한편, 클로로프렌 고무에는 저온특성이 뒤떨어진다고 하는 문제점도 있다. 그래서 종래에 내저온성(耐低溫性) 향상을 도모한 클로로프렌 고무 조성물도 제안되어 있다(특허문헌2, 3 참조). 또한 천연고무(天然rubber)와 클로로프렌 고무를 블렌딩하고 천연고무만을 가황시킴으로써, 감쇠특성(減衰特性)을 개선한 고감쇠 고무 조성물도 제안되어 있다(특허문헌4 참조).
그러나 상기한 종래의 클로로프렌 고무 조성물은, 저온특성, 특히 가황하여 성형체로 하였을 때의 내결정성(耐結晶性)이 충분하지 않고, 저온하에서의 압축영구왜곡이나 동적특성이 떨어진다고 하는 문제점이 있다.
그래서 본 발명은, 저온압축영구왜곡이나 저온하에서의 동적특성 등의 저온특성이 우수하고, 또한 고온하에 있어서도 압축영구왜곡, 기계적 강도 및 가공특성이 양호하여, 폭넓은 온도범위에 있어서 우수한 특성이 얻어지는 클로로프렌 고무 조성물, 그 가황물 및 성형체를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명에 관한 클로로프렌 고무 조성물은, 클로로프렌 고무 및 천연고무 : 합계 100질량부와, 에틸렌티오우레아 : 0.1∼3.0질량부와, 디펜타메틸렌티우람테트라설피드 : 0.1∼3.0질량부를 함유하는 것으로서, 상기 클로로프렌 고무는 2,3-디클로로부타디엔 단위를 5∼20질량％ 구비하고, 클로로프렌 고무와 천연고무의 배합비(클로로프렌 고무/천연고무)가 질량비로 60/40∼95/5가 되어 있다.
본 발명에 있어서는, 클로로프렌 고무에 천연고무를 배합하고 또한 에틸렌티오우레아와 디펜타메틸렌티우람테트라설피드를 특정량 배합하고 있기 때문에, 가황 성형체로 하였을 때의 저온특성이 향상한다.
본 발명에 관한 가황물은, 상기한 클로로프렌 고무 조성물을 가황한 것이다.
본 발명에 있어서는, 특정한 비율로 천연고무를 배합하고 또한 가황촉진제로서 에틸렌티오우레아 및 디펜타메틸렌티우람테트라설피드가 첨가되어 있는 클로로프렌 고무 조성물을 사용하고 있기 때문에, 저온영역에서부터 고온영역의 폭넓은 범위에 있어서 우수한 특성이 얻어진다.
본 발명에 관한 성형체는, 클로로프렌 고무 조성물을 성형후 또는 성형시에 가황하여 얻은 것이다.
본 발명에 의하면, 클로로프렌 고무에 특정한 비율로 천연고무를 배합하고 또한 가황촉진제로서 에틸렌티오우레아 및 디펜타메틸렌티우람테트라설피드를 사용하고 있기 때문에, 저온압축영구왜곡이나 저온하에서의 동적특성 등의 저온특성이 우수하고, 또한 고온하에 있어서도 압축영구왜곡, 기계적 강도 및 가공특성이 양호하여, 폭넓은 온도범위에 있어서 특성이 우수한 성형체가 얻어진다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다. 또 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
(제1실시형태)
우선, 본 발명의 제1실시형태에 관한 클로로프렌 고무 조성물에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 클로로프렌 고무 조성물은, 고무 성분으로서 클로로프렌 고무와 천연고무를 함유하는 블렌드 고무 조성물이다. 그리고 이들 고무 성분(클로로프렌 고무 및 천연고무) 100질량부에 대하여, 에틸렌티오우레아(ethylenethiourea)를 0.1∼3.0질량부, 디펜타메틸렌티우람테트라설피드(dipentamethylenethiuram tetrasulfide)를 0.1∼3.0질량부 함유하고 있다.
[고무 성분]
본 실시형태의 클로로프렌 고무 조성물에 배합되는 클로로프렌 고무는, 클로로프렌(2-클로로-1,3-부타디엔)과 2,3-디클로로부타디엔(2,3-dichlrobutadiene)과의 공중합체로서, 2,3-디클로로부타디엔 단위를 5∼20질량％ 구비하고 있다. 클로로프렌 고무중의 2,3-디클로로부타디엔 단위의 양은, 클로로프렌 고무 조성물을 가황하여 가황물 또는 가황 성형체로 하였을 때에, 그 내결정성이나 취화온도(脆化溫度)에 영향을 준다. 그리고 이 가황물·가황 성형체의 내결정성은, 저온하에서 방치하였을 때의 경화 속도에 영향을 끼치고, 취화온도는 저온하에 있어서 가황물·가황 성형체의 취성(脆性)에 영향을 끼친다.
이 때문에, 클로로프렌 고무중의 2,3-디클로로부타디엔 단위량이 5질량％ 미만인 경우에 가황물이나 가황 성형체의 내결정성이 불충분하게 되고, 또한 20질량％를 넘으면 가황물이나 가황 성형체의 취화온도가 상승하여 저온에서의 취성이 저하한다. 이에 비하여 클로로프렌 고무중의 2,3-디클로로부타디엔 단위를 5∼20질량％로 하면, 내결정성과 취화온도와의 균형이 양호한 가황물 및 가황 성형체를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 클로로프렌 고무 조성물에 사용하는 클로로프렌 고무에는, 상기한 2,3-디클로로부타디엔 이외의 단량체가 공중합되어 있더라도 좋다. 클로로프렌에 공중합 가능한 단량체로서는, 예를 들면 아크릴산메틸, 아크릴산부틸, 아크릴산 2-에틸헥실 등의 아크릴산의 에스테르류나, 메타크릴산메틸, 메타크릴산부틸, 메타크릴산 2-에틸헥실 등의 메타크릴산의 에스테르류나, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시메틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트 등의 히드록시(메타)아크릴레이트류나, 2,3-디클로로-1,3-부타디엔, 1-클로로-1,3-부타디엔, 부타디엔, 이소프렌, 에틸렌, 스티렌, 아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.
한편 본 실시형태의 클로로프렌 고무 조성물에 배합되는 천연고무는, 특별하게 한정되는 것이 아니라 공지의 것을 사용할 수 있다. 이와 같이 클로로프렌 고무에 천연고무를 블렌드 함으로써 저온특성을 향상시킬 수 있다. 또 상기한 특허문헌4에 있어서도 클로로프렌 고무와 천연고무를 블렌드하고 있지만, 이 조성물은 공가황제(共加黃劑)로서 유황이 사용되고 있기 때문에, 내열성이나 고온하에서의 압축영구왜곡이 뒤떨어져, 본 실시형태의 클로로프렌 고무 조성물과 같은 효과는 얻어지지 않는다.
다만 천연고무 배합량이 고무 성분 전체의 5질량％ 미만인 경우에, 천연고무를 배합하는 것에 의한 저온특성 향상의 효과가 충분하게 얻어지지 않는다. 한편 천연고무 배합량이 고무 성분 전체의 40질량％를 넘으면, 클로로프렌 고무를 매트릭스로 한 조성물의 내열성 및 고온하에서의 압축영구왜곡이 저하한다. 따라서 본 실시형태의 클로로프렌 고무 조성물에서는, 클로로프렌 고무와 천연고무의 배합비(클로로프렌 고무/천연고무)를 질량비로 60/40∼95/5로 한다.
[에틸렌티오우레아 : 0.1∼3.0질량부]
에틸렌티오우레아는, 가황촉진제로서, 클로로프렌 고무의 가황밀도를 높이고 기계적 강도를 향상시키는 효과가 있다. 그러나 에틸렌티오우레아 첨가량이 고무 성분 100질량부당 0.1질량부 미만인 경우에, 기계적 강도 및 저온압축영구왜곡을 개량하는 효과가 충분하게 얻어지지 않는다.
한편 에틸렌티오우레아 첨가량이 고무 성분 100질량부당 3.0질량부를 넘으면, 가황속도가 빨라져 성형시에 있어서의 가공특성이 저하한다. 여기에서 가공특성이란, 「가공 안전성」이라고도 하며, 스코치 타임(scorch time)에 의하여 평가된다. 가공특성은, 불량발생율에 크게 영향을 주어, 예를 들면 스코치 타임이 짧으면 고온에서의 성형중에 미가황 배합물이 가황되어서 성형불량이 발생하는 빈도가 높아진다. 따라서 에틸렌티오우레아 첨가량은 고무 성분 100질량부당 0.1∼3.0질량부로 한다.
[디펜타메틸렌티우람테트라설피드 : 0.1∼3.0질량부]
디펜타메틸렌티우람테트라설피드도 가황촉진제로서, 클로로프렌과 천연고무를 공가황시켜 기계적 강도를 향상시킴과 아울러 저온하에 있어서 압축영구왜곡을 개선하는 효과가 있다. 그러나 디펜타메틸렌티우람테트라설피드 첨가량이 고무 성분 100질량부당 0.1질량부 미만인 경우에, 기계적 강도 및 저온압축영구왜곡의 개선 효과가 불충분하고, 또 3.0질량부를 넘으면 가황속도가 빨라져 충분한 가공특성을 확보할 수 없게 된다. 따라서 디펜타메틸렌티우람테트라설피드 첨가량은 고무 성분 100질량부당 0.1∼3.0질량부로 한다.
본 실시형태의 클로로프렌 고무 조성물에서는, 2,3-디클로로부타디엔 단위를 5∼20질량％ 구비하는 클로로프렌 고무를 사용하고, 또한 클로로프렌 고무와 천연고무의 배합비(클로로프렌 고무/천연고무)를 질량비로 60/40∼95/5로 하고 있으므로, 저온특성과 고온하에 있어서 압축영구왜곡의 양방이 우수한 가황물 및 가황 성형체가 얻어진다.
또한 가황촉진제로서, 에틸렌티오우레아와 디펜타메틸렌티우람테트라설피드를 병용하고, 그 첨가량을 고무 성분 100질량부에 대하여 각각 0.1∼3.0질량부로서 하고 있기 때문에, 기계적 강도, 저온압축영구왜곡 및 가공특성의 균형을 양호하게 할 수 있다.
(제2실시형태)
다음에 본 발명의 제2실시형태에 관한 가황물에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 가황물은, 상기한 제1실시형태의 클로로프렌 고무 조성물에 가황제를 배합하고, 가황온도 이하의 온도에서 혼련(混練)한 후에 가황한 것이다. 그때의 가황온도는, 클로로프렌 고무 조성물의 조성이나 가황제의 종류에 따라 적절하게 설정할 수 있지만, 보통은 140∼190도의 범위가 바람직하고, 150∼180도의 범위가 더 바람직하다.
본 실시형태의 클로로프렌 고무 조성물에 첨가 가능한 가황제로서는, 예를 들면 베릴륨, 마그네슘, 아연, 칼슘, 바륨, 게르마늄, 티타늄, 주석, 지르코늄, 안티몬, 바나듐, 비스무트, 몰리브덴, 텅스텐, 텔루르, 셀렌, 철, 니켈, 코발트, 오스뮴 등의 금속 단체(單體) 및 이들 산화물이나 수산화물 등을 사용할 수 있다. 이들 금속화합물 중에서도 특히, 산화칼슘이나 산화아연, 이산화안티몬, 3산화안티몬, 산화마그네슘이 가황효과가 높기 때문에 바람직하다. 또 이들의 가황제는 2종 이상을 병용하여 사용하여도 좋다.
본 실시형태의 가황물에는, 필요에 따라 연화제, 충전제, 보강제, 가소제, 가공조제, 윤활제, 노화방지제, 안정제, 실란 커플링제 등이 배합되어 있더라도 좋다.
본 실시형태의 가황물에 배합되는 충전제 및 보강제는, 통상의 클로로프렌 고무 용도로 사용되고 있는 것을 사용할 수 있고, 예를 들면 카본블랙, 실리카, 클레이(clay), 탤크(talc), 탄산칼슘 등을 들 수 있다.
또한 가소제도 통상의 클로로프렌 고무 용도로 사용되고 있는 가소제를 사용할 수 있고, 예를 들면 디옥틸프탈레이트, 디옥틸아디페이트 등을 들 수 있다.
노화방지제로서는, 통상의 클로로프렌 고무 용도로 사용되고 있는 노화방지제를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 아민계 노화방지제, 이미다졸계 노화방지제, 카르밤산 금속염, 페놀계 노화방지제, 왁스 등을 사용할 수 있고, 이들은 단독으로뿐만 아니라 병용할 수도 있다. 특히 이들의 노화방지제 중에서도, 아민계 노화방지제인 4,4'－비스(α,α-디메틸벤질)디페닐아민, 옥틸화 디페닐아민 등을 사용하면, 폴리클로로프렌 엘라스토머 조성물(polychloroprene elastomer 組成物)의 내열성을 향상시킬 수 있다.
연화제로서는, 통상의 클로로프렌 고무 용도로 사용되고 있는 연화제를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 윤활유, 프로세스 오일, 파라핀, 유동 파라핀, 바셀린, 석유 아스팔트 등의 석유계 연화제, 유채씨유, 아마인유, 피마자유, 야자유 등의 식물유계 연화제를 사용할 수 있고, 이들 단독으로뿐만 아니라 병용할 수도 있다.
본 실시형태의 가황물은, 상기한 제1실시형태의 클로로프렌 고무 조성물을 사용하고 있기 때문에, 저온특성 및 고온하에 있어서 압축영구왜곡 및 기계적 강도가 우수하다.
(제3실시형태)
다음에 본 발명의 제3실시예에 관한 성형체에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 성형체는, 상기한 제1실시형태의 클로로프렌 고무 조성물을 성형후 또는 성형과 동시에 가황하여 얻은 것이다. 그 성형방법은 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 프레스성형, 사출성형 및 압출성형 등을 적용할 수 있다. 그리고 예를 들면 성형체가, 와이퍼 블레이드 또는 자동차용 방진고무나 산업용 방진고무 등의 방진재인 경우에는, 프레스성형이나 사출성형에 의하여 형성할 수 있다.
본 실시형태의 성형체는, 상기한 제1실시형태의 클로로프렌 고무 조성물을 사용하고 있기 때문에, 저온압축영구왜곡이나 저온하에서의 동적특성 등의 저온특성이 우수하고, 또한 고온하에 있어서도 압축영구왜곡, 기계적 강도 및 가공특성이 양호하여, 폭넓은 온도범위에 있어서 특성이 우수하다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명의 효과에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 실시예에 있어서는, 하기 표1에 나타내는 배합으로 실시예1∼3 및 비교예1∼8의 클로로프렌 고무 조성물을 제작하여, 그 특성에 대하여 평가하였다.
다음에 이들 실시예 및 비교예의 각 클로로프렌 고무 조성물을, 이하에 나타나 있는 방법 및 조건으로 평가하였다.
(경도）
JIS K 6250에 의거하여 테스트 피스를 제작하고(가황조건 : 160도×10분간), JIS K 6253에 의거하여 각 가황물(가황고무)의 경도를 측정하였다.
(가공특성)
실시예 및 비교예의 각 클로로프렌 고무 조성물에 대하여, JIS-K 6300에 의거하여 125도에 있어서의 스코치 타임을 측정하였다. 또 본 실시예에 있어서는, 스코치 타임이 7분 이상인 것을 가공특성이 양호라고 하였다.
(인장강도）
JIS K 6250에 의거하여 테스트 피스를 제작하고(가황조건 : 160도×10분간), JIS K 6253에 의거하여 인장시험을 하여, 각 가황물(가황고무)의 강도 및 신장을 측정하였다.
(압축영구왜곡)
실시예 및 비교예의 각 클로로프렌 고무 조성물을 160도로 15분간 가황한 것에 대하여, JIS K 6262에 의거하여 120도의 온도조건하에서 70시간 시험하였을 때의 압축영구왜곡을 측정하였다.
(저온압축영구왜곡)
실시예 및 비교예의 각 클로로프렌 고무 조성물을 160도로 15분간 가황한 것에 대하여, JIS K 6262에 의거하여 -10도의 온도조건하에서 70시간 시험하였을 때의 압축영구왜곡을 측정하였다.
(취화온도）
JIS K 6250에 의거하여 테스트 피스를 제작하고(가황조건 : 160도×10분간), JIS K 6261의 저온충격 취화시험을 하여, 그 취화온도를 구하였다.
이상의 결과를 하기 표2에 정리하여 나타낸다. 또 본 실시예에 있어서는, 저온특성에 대하여는 저온압축영구왜곡이 35% 이하, 그리고 취화온도가 -40도 이하인 것을 양호라고 하였다.
상기 표2에 나타나 있는 바와 같이, 2,3-디클로로부타디엔 단위가 5질량％ 미만인 클로로프렌을 사용한 비교예1은, 저온압축영구왜곡이 뒤떨어졌다. 한편 2,3-디클로로부타디엔 단위가 20질량％가 넘는 클로로프렌을 사용한 비교예2는, 고온(120도)하에서의 압축영구왜곡 및 취화온도가 뒤떨어졌다.
또한 에틸렌티오우레아를 첨가하지 않고 디펜타메틸렌티우람테트라설피드만 첨가한 비교예3은, 가황되지 않아 평가를 할 수 없었다. 한편 에틸렌티오우레아의 첨가량이 3.0질량부가 넘는 비교예4는, 스코치 타임이 짧아 가공특성이 뒤떨어졌다.
또한 디펜타메틸렌티우람테트라설피드를 첨가하지 않은 비교예5는, 저온압축영구왜곡이 뒤떨어졌다. 한편 3.0질량부가 넘는 디펜타메틸렌티우람테트라설피드를 첨가한 비교예6은, 스코치 타임이 짧아 가공특성이 뒤떨어졌다.
또한 클로로프렌 고무와 천연고무의 배합비가 40/60으로, 천연고무의 배합량이 40질량％가 넘는 비교예7은, 내열성이 낮아 고온하(120도의 온도조건하)에서의 압축영구왜곡이 뒤떨어졌다. 또한 비교예7은, 스코치 타임이 짧고, 가공특성도 뒤떨어지고 있었다. 한편 천연고무를 배합하지 않은 비교예8은, 경도가 높고, 고온에서의 압축영구왜곡이 뒤떨어졌으며, 또한 저온압축영구왜곡 및 취화온도도 뒤떨어졌다.
이에 비하여 2,3-디클로로부타디엔 단위를 5∼20질량％ 구비하는 클로로프렌 고무와, 천연고무를 60/40∼95/5의 비율(질량비)로 배합하고, 이들 고무 성분 100질량부에 대하여, 에틸렌티오우레아를 0.1∼3.0질량부 및 디펜타메틸렌티우람테트라설피드를 0.1∼3.0질량부 첨가한 실시예1에서는, 저온압축영구왜곡과 고온압축영구왜곡의 값에 차이가 없어, 저온영역에서부터 고온영역에 걸쳐서 균형이 좋은 특성이 얻어지는 것이 확인되었다. 또한 실시예1∼3은, 가공특성의 지침이 되는 스코치 타임도 7분 이상이어서, 가공특성도 우수한 것이 확인되었다.
Claims (3)
- 클로로프렌 고무(chloroprene rubber) 및 천연고무(天然rubber) 합계 100질량부와,
에틸렌티오우레아(ethylenethiourea) 0.1∼3.0질량부와,
디펜타메틸렌티우람테트라설피드(dipentamethylenethiuram tetrasulfide) 0.1∼3.0질량부를
함유하고,
상기 클로로프렌 고무는 2,3-디클로로부타디엔(2,3-dichlrobutadiene) 단위를 5∼20질량％ 구비하고,
클로로프렌 고무와 천연고무의 배합비(클로로프렌 고무/천연고무)가 질량비로 60/40∼95/5인 클로로프렌 고무 조성물(chloroprene rubber 組成物).
- 제1항의 클로로프렌 고무 조성물을 가황(加黃)한 가황물(加黃物).
- 제1항의 클로로프렌 고무 조성물을 성형후 또는 성형시에 가황하여 얻은 성형체.
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