KR19990064257A - 개선된 고온 압축 변형률을 갖는 할로겐화 탄성중합체를 위한경화 시스템 - Google Patents

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만셀 케이쓰 로드니
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Abstract

본 발명은 할로부틸 고무 및/또는 이소부틸렌과 파라-메틸스티렌의 할로겐화 공중합체를 함유하며 약 200℃의 온도에서 매우 낮은 압축 변형률을 나타내는 경화된 탄성중합체 조성물을 제공한다. 이 조성물은 디알킬- 또는 디아릴-디티오카바메이트 염, 미분된 하이드로탈사이트 및 폴리알킬렌 글리콜을 기제로 하는 특수 경화 시스템 혼합물을 함유하고, 또한 바람직하게는 산화 아연 및 스테아르산을 함유한다.

Description

개선된 고온 압축 변형률을 갖는 할로겐화 탄성중합체를 위한 경화 시스템
이소부틸렌과 약 10 몰/% 이하의 이소프렌(부틸 고무)의 할로겐화 공중합체는 그의 가황물이 다수의 다른 디올레핀계 탄성중합체가 보유하지 않은 몇몇 뛰어난 특성을 제공하는 공지된 중합체이다. 다수의 경화된 할로겐화 탄성중합체로 제조된 제품은 오일 및 그리스(grease)에 대한 개선된 저항성 뿐만 아니라 산소 및 오존 열화에 대한 개선된 저항성을 제공한다. 부틸 고무 가황물은 우수한 내마모성; 공기, 수증기 및 다수의 유기 용매에 대한 우수한 불투과성; 및 노화 및 태양 광선에 대한 저항성을 나타낸다. 이러한 특성으로 인해 이들 물질은 이상적인 호오스, 유기 유체의 호오스, 타이어 구조물내 구성요소, 가스킷(gasket), 자동차 차체 및 엔진 마운트(mounts), 및 다양한 성형 제품으로 제조된다.
보다 최근에는, 할로겐화 부틸 고무와 동일한 다수의 특성을 제공하면서도 오존 및 용매에 대한 저항성이 훨씬 더 우수하고, 보다 쉽게 경화가능한 새로운 부류의 할로겐화 탄성중합체성 상호중합체가 발견되었다. 이러한 물질은 C4-C7이소올레핀(예: 이소부틸렌)과 파라-알킬스티렌 공단량체(이때, 스티렌 단량체내에 존재하는 적어도 일부의 알킬 치환체는 할로겐을 함유함)의 불규칙 공중합체의 할로겐화 생성물이다. 바람직한 물질은 중합체 쇄를 따라 불규칙하게 이격된, 하기 화학식 1 및 하기 화학식 2의 단량체 단위를 함유하는 이소부틸렌 상호중합체로 특징지을 수 있다:
상기 식에서,
R 및 R'은 독립적으로 수소, 저급 알킬, 바람직하게는 C1-C4알킬이고,
X는 브롬 또는 염소이고,
그렇지 않으면, 상호중합체는 중합체 주쇄내에 고리 할로겐 또는 할로겐이 실질적으로 없다.
바람직하게는 R 및 R'은 각각 수소이다. 상호중합체 구조물내에 존재하는 약 60 몰% 이하의 파라-알킬스틸렌은 상기 화학식 2의 할로겐화 구조물일 수도 있다.
이러한 공중합체는 할로겐 및 라디칼 개시제(예: 열 및/또는 빛 및/또는 화학적 개시제)가 존재하는 용액중에서 루이스 산 촉매를 사용하여 단량체 혼합물을 슬러리 중합화시킨 다음, 할로겐화(예: 브롬화 또는 염소화)하여 제조될 수도 있다.
바람직한 공중합체는 약 0.1 내지 약 2 몰%의 브로모메틸기(이들 기의 대부분은 모노브로모메틸이고, 공중합체내에 존재하는 디브로모메틸 치환체는 0.05 몰% 미만임)를 일반적으로 함유하는 브롬화 공중합체이다. 이러한 공중합체 및 그의 제조 방법은 전체 본문이 본원에서 참조로 인용되는 미국 특허 제 5,162,445 호에 보다 구체적으로 개시되어 있다.
이러한 공중합체내에 존재하는 방향족 할로메틸기는 할로겐화 부틸 고무를 경화시키는데 일반적으로 사용되는 산화 아연 또는 촉진된 산화 아연 경화 시스템의 방법을 비롯한 다양한 방법에 의해 쉽게 가교 결합된다. 할로겐화 부틸 고무를 경화시키는데 있어서, 산화 아연과 함께 사용되는 것으로 공지되어 있는 공지된 촉진제의 예는 브롬화 알킬 페놀 수지; N,N'-디에틸티오우레아; 디카테콜 보레이트의 디-오르토-(톨릴)구아니딘 염; 디펜타메틸렌 티우람 테트라설파이드; 에틸렌 트리티오카바메이트; 2-머캅토-벤조티아졸; 알킬 또는 아릴 벤조티아졸 디설파이드; 테트라메틸티우람 디설파이드; 아연 디에틸디티오카바메이트; 아연 디부틸디티오카바메이트 및 아연디메틸디티오카바메이트이다. 공지된 경화 시스템은 산화 아연 및 아연 디에틸디티오카바메이트를 포함하여, 이것은 이러한 시스템에서 일반적으로 낮은 압축 변형률을 갖는 가황된 고무가 생성되기 때문이다.
또한 미국 특허 제 4,755,548 호에서는 디알킬디티오카밤산의 나트륨, 아연, 니켈 및 피페리듐 염이 클로로부틸 고무의 산화 아연 경화에서 가황 촉진제로서 사용될 수도 있음을 개시하고 있다.
할로겐화 부틸 고무; 또는 이소부틸렌과 파라-알킬스티렌의 할로겐화 공중합체를 위한 산화 아연, 스테아르 산 및 다양한 촉진제 경화 시스템을 개시하는 다른 특허 및 공개공보로는 WO 제 92/16587 호 및 미국 특허 제 4,464,500 호, 미국 특허 제 5,246,778 호 및 미국 특허 제 5,332,787 호를 들 수 있다.
저 압축 변형률은 가스킷 물질, 자동차 호오스, 및 자동차 몸체와 엔진 마운트와 같은 용도를 위한 경화성 탄성중합체성 조성물에 있어서 매우 중요한 특성이다.
압축 변형률이란 압축하여 고온(예: 70-275℃)에 적용시킨 다음 원래 크기 또는 형태 치수로 되돌아오는 경화된 고무 물질의 성능을 의미한다. 예를 들어, 1 인치 높이의 경화된 고무의 디스크가 있다고 하고, 이것이 엔진 마운트로 사용되어, 엔진과 차체 골조 사이에서 볼트로 죄어지고, 이러한 마운트 사이에서 압축되어 압축 높이가 0.75인치가 되었다면, 압축 압력을 제거한 후 이러한 디스크가 압축된 0.75 인치 치수를 유지하는 정도를 압축 변형률이라고 지칭한다. 고 압축 변형률(예: 100%)이라는 것은 디스크가 압축 압력이 제거된 후에도 압축된 0.75 인치의 치수를 유지한다는 것을 의미하고; 저 압축 변형률(예: 0%)이라는 것은 디스크가 압축 압력이 제거된 후에 원래 크기인 1 인치의 높이로 회복된다는 것을 의미한다.
따라서, 저 압축 변형률은 경화된 고무 조성물, 특히 가스킷 및 엔진 마운트의 용도에 있어서는 매우 바람직한 특성이다. 가압된 고무 호오스와 같은 특정 용도에서는 가압하의 팽창에 저항하는 고 모듈러스와 각종 클램프 및 부속품 주위에서 새는 것을 방지하는 우수한 압축 변형 저항성이 함께 요구된다. 추가로 증기 호오스 및 자동차 에어컨 호오스와 엔진 마운트와 같은 용도에서는 장기간 동안 고온에서 실행되는 것이 중요하다.
약 125 ℃ 이하의 온도에 일상적으로 노출되는 용도에 사용되는 경우, 다수의 경화된 고무 물질(예: 경화된 할로부틸 고무 또는 경화된 할로겐화 이소부틸렌/파라-메틸스티렌(PMS) 고무)이 적당히 낮은 압축 변형률을 갖는 반면, 일반적으로 125 ℃보다 높은 온도에서의 사용을 위한 용도에 사용하기 위한 탄성중합체는 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM) 탄성중합체, 실리콘 탄성중합체 및 플루오로탄성중합체중에서 선택된다.
본 발명은 일상적으로 또는 간헐적으로 125 ℃를 초과(예: 150 내지 200 ℃)하는 온도에 노출되는 용도에 사용되는 경우에도 뛰어난 저 압축 변형률을 갖는 가황물을 생성시키는, 할로부틸 고무 및 할로겐화 이소부틸렌/PMS 공중합체 고무를 위한 특수 경화 시스템을 제공한다.
발명의 요약
본 발명은 염소화되거나 브롬화된 부틸 고무 및 C4-C7의 이소올레핀과 파라-알킬스티렌 공단량체의 염소화되거나 브롬화된 상호중합체 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 할로겐화 탄성중합체, 및 이 할로겐화 탄성중합체를 위한, 하기 (a) 내지 (d)를 포함하는 경화 시스템을 포함하는 경화성 조성물을 제공하며, 이때 경화 시스템은 이 조성물을 경화시키기에 충분한 양으로 조성물내에 존재한다:
(a) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 0 내지 약 5 중량부의 산화 아연;
(b) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 중량부 이상의, 디알킬 디티오카밤산(이때, 알킬 기의 탄소수는 1 내지 12이다) 또는 디아릴 디티오카밤산(이때, 아릴기의 탄소수는 6 내지 10이다)의 1종 이상의 금속 또는 암모늄 염;
(c) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 중량부 이상의 폴리알킬렌 글리콜; 및
(d) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.1 중량부 이상의 1종 이상의 염기성 금속 탄산염 수산화물(이때, 금속은 원소 주기율표의 II족 또는 III족 금속이다)을 포함하는 1종 이상의 미분된 하이드로탈사이트.
본 발명의 경화된 조성물은 우수한 고온 압축 변형률을 갖는 고 모듈러스 물질로서, 고온 압축 변형성이 중요한 용도에 유용하다.
본 발명은 할로겐화 탄성중합체, 특히 이소부틸렌 및 파라할로알킬-치환된 스티렌을 함유하는 탄성중합체성 공중합체를 위한 특수 경화 시스템에 관한 것으로, 개선된 고온 압축 변형률을 갖는 경화된 생성물을 생성한다.
본 발명의 경화성 조성물에 존재하는 할로겐화 탄성중합체는 염소화되거나 브롬화된 부틸 고무; C4-C7이소올레핀과 파라-알킬 스티렌의 염소화되거나 브롬화된 상호중합체; 이들의 혼합물; 또는 이들 탄성중합체중 하나 또는 둘다와, 다른 탄성중합체(예: 폴리부타디엔; 스티렌 또는 아크릴로니트릴과 부타디엔의 공중합체; 천연 고무; 폴리클로로프렌; 또는 에틸렌, 프로필렌 및 10몰% 이하의 비공액된 디엔의 탄성중합체성 공중합체(EPDM 고무로 공지되어 있음))의 혼합물을 포함할 수도 있다.
바람직한 할로부틸 고무는 약 20 몰% 이하, 바람직하게는 10 몰% 이하, 더욱 바람직하게는 4 몰% 이하의 이소프렌과 이소부틸렌의 염소화되거나 또는 브롬화된 공중합체를 기제로 한다. 이러한 탄성중합체는 일반적으로 수 평균 분자량이 약 50,000 내지 약 500,000이고, 그 개시내용이 본원에서 참조로 인용된 미국 특허 제 2,940,960 호 및 미국 특허 제 3,099,644 호에서 개시되어 있는 바와 같이 당 분야에 공지되어 있는 중합 및 할로겐화 방법으로 제조될 수도 있다.
또한, C4-C7이소올레핀(예: 이소부틸렌)과 파라-알킬스티렌(예: 파라-메틸스티렌)을 기제로 하는 할로겐화 상호중합체는 전술한 미국 특허 제 5,162,445 호에서 개시하는 바와 같이 당 분야에 현재 공지되어 있다. 이러한 탄성중합체는 본원의 기술분야 부분에서 기술하고 있는 탄성중합체에 포함된다.
바람직한 물질은 C4-C7이소올레핀(예: 이소부틸렌)과 파라-알킬스티렌 공단량체(이때, 스티렌 단량체에 존재하는 적어도 일부의 알킬 치환기는 할로겐을 함유한다)의 불규칙 공중합체의 할로겐화 생성물이다. 바람직한 물질은 상기 화학식 1 및 상기 화학식 2의 구조를 갖는 혼합된 단량체 물질을 함유하는 이소부틸렌 삼원공중합체이며, 이때 중합체 쇄내에 존재하는 공단량체 단위의 약 5 몰% 이상이 화학식 2의 구조를 가지고, R 및 R'은 독립적으로 수소 또는 C1-C4알킬이고, X는 브롬 또는 염소이고, 그렇지 않으면 삼원공중합체는 중합체의 주쇄내에 임의의 할로겐이 실질적으로 존재하지 않는다.
본 발명의 조성물에서 사용되는 가장 바람직한 탄성중합체는 이소부틸렌 및 파라-메틸스티렌(PMS)을 포함하는 불규칙 탄성중합체성 브롬화 삼원공중합체로서, PMS를 약 0.5 내지 약 20 몰%, 보다 바람직하게는 약 2 내지 약 15 몰%로 함유하고, PMS 단량체 단위의 약 60몰% 이하가 모노-브로모메틸기를 함유한다. 바람직한 탄성중합체성 삼원공중합체는 일반적으로 수 평균 분자량이 약 50,000 내지 약 250,000, 보다 바람직하게는 약 80,000 내지 약 180,000이다. 삼원공중합체중 PMS 단량체 총 함량의 약 5 내지 약 60 몰%는 모노-브로모메틸기를 함유하여, 중합체 주쇄 또는 방향족 고리내에서 본질적으로 브롬화가 일어나지 않는다. 이러한 삼원공중합체의 브롬 함량은 일반적으로 약 0.1 내지 약 5 몰%이다.
제 1 가황 촉진제로서 사용될 수도 있는 적당한 디티오카바메이트 염으로는, 알킬기의 탄소수가 1 내지 12, 보다 바람직하게는 탄소수가 1 내지 4인 디알킬 치환된 디티오카밤산의 금속염; 아릴기의 탄소수가 6 내지 10인 디아릴 치환된 디티오카밤산의 금속 염 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 염을 형성하는 양이온으로는 알칼리 또는 알칼리 토금속 및 아연, 비스무스, 니켈, 구리, 셀렌, 납, 텔루르 및 카드뮴 뿐만 아니라 알킬 암모늄과 같은 암모늄 염 또는 피페리듐 염을 들 수 있다. 이러한 촉진제의 예로는 아연 디메틸디티오카바메이트, 아연 디에틸디티오카바메이트, 아연 디부틸디티오카바메이트, 니켈 디부틸디티오카바메이트, 칼슘 디에틸디티오카바메이트, 아연 디페닐디티오카바메이트, 디에틸암모늄 디에틸디티오카바메이트, 나트륨 디메틸디티오카바메이트, 나트륨 디에틸디티오카바메이트, 나트륨 디부틸디티오카바메이트, 나트륨 디페닐디티오카바메이트, 칼슘 디에틸디티오카바메이트, 마그네슘 디에틸디티오카바메이트 등의 금속염 및 이들의 수화물 뿐만 아니라 이들의 혼합물을 들 수 있다. 바람직한 물질은 아연 디에틸디티오카바메이트이다.
할로겐화 탄성중합체 조성물의 경화를 촉진시키는데 사용되는 디티오카바메이트의 양은 탄성중합체의 할로겐 함량의 함수로서 변할 것이다. 일반적으로, 디티오카바메이트는 할로겐화 탄성중합체 100 중량부당 약 0.25 내지 약 2.5 중량부, 보다 바람직하게는 약 0.25 내지 약 2.0 중량부로 사용된다.
보조-경화제로서 사용될 수도 있는 적당한 폴리알킬렌 글리콜로는 분자량이 약 60 내지 약 6000, 보다 바람직하게는 약 100 내지 약 4000인 C2-C4알킬렌 글리콜을 들 수 있다. 적당한 폴리알킬렌 글리콜로는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜 뿐만 아니라 비교적 비휘발성인 저 분자량의 폴리알킬렌 글리콜(예: 트리메틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 및 트리프로필렌 글리콜)을 들 수 있다. 트리에틸렌 글리콜은 바람직한 폴리알킬렌 글리콜이다.
조성물에 첨가되는 글리콜의 양은 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 내지 약 5.0 중량부, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 약 4 중량부일 수도 있다.
경화 시스템의 하이드로탈사이트 성분은 염기성 금속 탄산염 수산화물 물질로 기술될 수도 있으며, 이때 금속은 원소 주기율표의 II족 또는 III족 금속이고, 탄산염의 예로는 마그네슘, 아연 또는 알루미늄 탄산염을 들 수 있다. 바람직한 금속 탄산염 수산화물은 일반식 Mg4Al2(OH)12CO3XH2O (이때, X는 0 내지 3임)의 구조를 갖는 마그네슘/알루미늄 화합물; 및 일반식 ZnMg3Al2(OH)12CO3XH2O (이때, X는 0 내지 3임), 5ZnO·2CO3·4H2O, ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O 및 2ZnCO3·3Zn(OH)2의 구조를 갖는 아연 탄산염 수산화물 뿐만 아니라 이들의 무수물 형태이다. 이러한 물질은 평균 입경이 1 ㎛ 미만인 미분된 분말로서, 조성물내에 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.1 내지 5 중량부, 보다 바람직하게는 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 내지 4 중량부로 존재한다.
바람직하게는 경화 시스템은 제 1 경화제로서 산화 아연과 함께 사용된다. 산화 아연은 보통 할로겐화 탄성중합체 100 중량부당 약 0.2 내지 약 7 중량부로 사용된다. 본 발명은 산화 아연이 할로겐화 탄성중합체 100 중량부당 약 0.3 내지 약 1.5 중량부의 비교적 소량으로 존재하는 경우 특히 우수한 낮은 경화 복귀 및 낮은 조기경화 스코치(scorch)를 제공한다. 다른 아연 공급원(예: 아연 스테아레이트, 아연 디티오카바메이트 또는 아연-함유 하이드로탈사이트)이 존재하는 경우, 산화 아연은 경화 시스템에서 제외될 수도 있다.
또한 본 발명의 조성물은 다른 탄성중합체(예: 천연 고무, 폴리부타디엔, 스티렌 또는 아크릴로니트릴과 부타디엔의 공중합체, EPDM 탄성중합체 등의 물질)와 할로겐화 탄성중합체의 블렌드를 함유할 수도 있다. 가장 바람직한 블렌드는 할로겐화 탄성중합체를 다량으로 함유하는 블렌드로서, 예를 들면 조성물의 탄성 중합체 함량이 50 중량%를 초과한다. 이러한 블렌드를 제조하는 경우, 조성물에 존재하는 다른 경화제의 우수한 저 압축 변형률을 손상시키지 않는다면, 황 또는 다른 공지된 황-함유 경화제가 조성물에 포함될 수도 있다.
이러한 화합물의 예로는 황, 벤조티아질 디설파이드, N-옥시디에틸렌 벤조티아졸-2-설펜아미드, 2-머캅토벤조티아졸, 테트라메틸티우람 디설파이드, M-페닐렌 비스 말레이미드, 2-머캅토-4,5-메틸-벤즈이미다졸 등의 물질을 들 수 있다.
또한 가황성 조성물은 당분야에 공지되어 있는 다른 종래의 첨가제를 함유할 수도 있으며, 이러한 첨가제로는 카본 블랙 또는 실리카와 같은 충전제, 안정화제, 산화방지제, 가소화제, 가공 오일, 안료, 난연제, 발포제 및 당 분야에 공지된 기타 첨가제를 들 수 있다.
본 발명의 용도를 위한 바람직한 첨가제로는 보강 등급의 카본 블랙(할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 10 내지 70 중량부로 존재함), 방향족 또는 지방족 가공 오일(할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 1 내지 15 중량부로 존재함), 지방산 또는 지방산 염(예: 스테아르산 또는 아연 스테아레이트, 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 내지 5 중량부로 존재함) 및 저 분자량의 압출/성형 보조제(예: 파라핀 왁스) 또는 저 분자량의 폴리에틸렌(할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 1 내지 10 중량부)을 들 수 있다.
가황성 조성물은 임의의 적당한 혼합 장치, 예를 들어 2-롤 밀(two-roll mill), 밀폐식 혼합기(브라벤더 플라스티코더(Brabender Plasticoder)), 벤버리 혼합기(Banbury mixer), 혼련기 또는 유사한 혼합 장치를 사용하여 제조되고 블렌딩될 수도 있다. 블렌딩 온도는 약 15 내지 180℃이고, 블렌딩 시간은 약 4 내지 10분이다. 할로겐화 탄성중합체 및 선택적인 충전제, 가공 보조제 등의 균질한 마스터배치(masterbatch) 혼합물을 형성한 다음, 일반적으로 100 ℃ 미만의 혼합 장치 또는 개별적인 혼합 장치(예: 2-롤 밀)에서 본 발명의 경화 시스템을 추가로 혼입시켜 가황하기 위한 혼합물을 제조하고, 그 다음 당 분야에 공지된 방법으로 혼합물을 시이트화하여 성형 제품으로 성형한다. 선택적으로, 조성물은 혼합기/압출기에서 블랜딩된 다음, 임의의 형태로 압출되고, 그 다음 경화된 성형 제품으로 가황될 수도 있다. 성형된 제품은 조성물을 가황시키는데 충분한 시간(약 5 내지 60 분 동안) 동안 약 140℃ 내지 190℃의 온도로 가열시켜 경화될 수도 있다.
하기 실시예는 본 발명을 설명하는 것이다. 실시예에서, 사용된 할로겐화 탄성중합체(BIPMS로 표시됨)는 이소부틸렌과 파라-메틸스티렌(PMS)의 브롬화 삼원공중합체로서 하기의 특징을 갖는다:
PMS의 함량 2.35 몰%(7.5 중량%)
브롬의 함량 1.2 몰%(2.0 중량%)
무니(Mooney) 점도 ML[(1+8) 125℃] = 45±5
페놀계 산화방지제 0.03 중량%
칼슘 스테아레이트 1.0 중량%
실시예 1 내지 3
전술한 브롬화 중합체를 배합하고 가황시킨 다음 경화 활성 및 가황물 특성을 평가하였다. 우선 약 10분 동안 150 ℉ 내지 320 ℉에서 실험실용 벤버리 혼합기에서 100 중량부의 브롬화 중합체(BIPMS), 55 중량부의 보강용 카본 블랙(N-330), 5 중량부의 지방족 가공 오일 및 4 중량부의 폴리에틸렌 가공 보조제를 배합하여 하기 표 1에 기술된 바와 같은 일련의 3가지 배합물을 제조하였다. 그 다음 이 마스터배치의 일부를, 고무 스톡(stock)에 경화제 혼합물(스테아르 산, 산화 아연 및 다양한 경화 시스템 첨가제의 혼합물)을 첨가하고, 혼합물을 약 5분 동안 약 100 ℃ 미만의 온도에서 2-롤 밀로 혼합하여, 상기 경화제 혼합물과 배합하였다.
하기 표 1에 명시되어 있는 기타 물질은 하기와 같다:
설파드(SULFADS) - 디펜타메틸렌 티우람 테트라설파이드;
에틸 지메이트(ETHYL ZIMATE) - 아연 디에틸디티오카바메이트;
DHT-4A2 - 일본의 교와 케미칼 인더스트리즈(Kyowa Chemical Industries)의 Mg4Al2(OH)12CO3의 구조를 갖는 하이드로탈사이트.
경화성 혼합물은 몬산토 진동 디스크 레오미터(Monsanto Oscillating Disc Rheometer)를 사용하여 가황 활성에 대해 평가하였고, 그 다음 하기와 같은 표준 ASTM 실험실 시험법을 사용하여 표 1에 기술된 다양한 경화 조건에서 시험 패드를 가황시켜 가황물의 물성을 측정하였다:
ASTM 시험
D-3182-89 혼합 및 경화 방법
D-412-92 인장성
D-573-88 오븐 노화
D-3183-84/92 비인장성 패드 부분의 경화
D-395-89 압축 변형률
D-2240-91 경도
D-2084-93 진동 디스크 레오미터
D-1349-87/92 표준 시험 온도
실시예 번호 1 2 3
마스터배치
BI-PMS 100 100 100
카본 블랙 N-330 55 55 55
선파(SUNPAR) 2280 5 5 5
폴리에틸렌 AC 617 4 4 4
촉진제
스테아르산 2 2 2
산화 아연 1 1 1
설파드 1
에틸 지메이트 1 1
트리에틸렌 글리콜 2 2 2
DHT-4A2 2 2
혼합 조건
덤프(dump) 시간 (분) 3.9 3.9 4
배치 덤프 온도 (℉) 310 310 320
배치 중량 (g) 1348 1348 1338
경화 조건
시간 (분) 30 30 30
온도 (℃) 171 171 171
물성
무니 스코치
132℃에서의 T3 (분) 6.78 8.61 7.95
무니 점도
100℃에서의 1+4 74.3 75.9 76.1
100℃에서의 1+8 72.2 74 74.5
레오미터 경화(진동 디스크 레오미터, 171 ℃)
MH (dNm) 80.19 73.47 78.33
ML (dNm) 16.6 16.17 13.64
T90 (분) 14.99 21.48 22.34
Ts2 (분) 1.39 2.07 2.33
속도 7.8 4.5 6.1
실시예 번호 1 2 3
경도, 쇼어 A
실온 59.5 59.5 59.9
노화시킨 후
150℃에서 22 시간 동안 노화시킨 후 59.5 59.9 61.1
150℃에서 70 시간 동안 노화시킨 후 64.1 64.3 63.3
175℃에서 96 시간 동안 노화시킨 후 67.9 68.9 69.7
150℃에서 170 시간 동안 노화시킨 후 74.3 73.1 74.7
응력-변형 관계
100% 모듈러스(MPa) 3.8 4.3 3.8
300% 모듈러스(MPa) 0 0 0
파단신도(%) 211 209 252
파단인장력(MPa) 11.9 12.9 14.1
150℃에서 22시간 동안 노화시킨 후 응력-변형 관계
100% 모듈러스(MPa) 4 4.1 3.8
300% 모듈러스(MPa) 0 0 0
파단신도(%) 216 216 234
파단인장력(MPa) 13.4 13.4 13.9
150℃에서 70시간 동안 노화시킨 후 응력-변형 관계
100% 모듈러스(MPa) 4.4 4.5 4.5
300% 모듈러스(MPa) 0 0 0
파단신도(%) 193 198 226
파단인장력(MPa) 12.2 12.9 13.3
150℃에서 170시간 동안 노화시킨 후 응력-변형 관계
100% 모듈러스(MPa) 6.3 6 5.5
300% 모듈러스(MPa) 0 0 0
파단신도(%) 152 161 184
파단인장력(MPa) 12.8 13.1 13.8
실시예 번호 1 2 3
175℃에서 96시간 동안 노화시킨 후 응력-변형 관계
100% 모듈러스(MPa) 7.1 6 5.9
300% 모듈러스(MPa) 0 0 0
파단신도(%) 122 162 154
파단인장력(MPa) 10.8 12.5 12.3
압축 변형률(%)
150℃에서 22 시간 11.9 15.8 31.2
150℃에서 70 시간 24.4 22.1 42.4
150℃에서 170 시간 36.1 31.9 47.9
175℃에서 96 시간 51.3 37.2 56.7
200℃에서 22 시간 시험하지 않음 29.7 시험하지 않음
200℃에서 70 시간 시험하지 않음 48.6 시험하지 않음
표 1에 나타낸 물성을 보면, 본 발명의 범주외의 유사한 경화 시스템(실시예 1 및 실시예 3)과 비교해볼 때, 본 발명의 특수 경화 시스템(실시예 2)은 모듈러스 값이 높을 뿐만 아니라 압축 변형률이 개선된 경화된 탄성중합체를 생성함을 알 수 있다. 예를 들어, 단지 실시예 1에서 DHT-4A2 성분이 빠졌다는 점이 실시예 2와 실시예 1의 차이점이지만, 실시예 1은 실시예 2에 비해 175℃에서 96시간 압축 후에 상당히 더 높은 압축 변형률을 나타낸다. 유사하게, 단지 에틸 지메이트가 설파드로 대체된 점이 실시예 2와 실시예 3의 차이점이지만, 모든 시험 조건에 있어서 압축 변형률은 실시예 2의 경우가 상당히 더 낮았다.
실시예 4
전술한 브롬화 공중합체는 하기 표 2에 나타낸 상이한 마스터배치 배합물을 사용하여 실시예 1 내지 3에서 기술한 바와 같이 배합하였다. 플렉손(FlexonTM) 815는 엑손 케미칼 캄파니(Exxon Chemical Co.)의 지방족 가공 오일이고, PEG 3350은 분자량이 약 3350인 폴리에틸렌 글리콜이다.
마스터배치
BI-PMS 100
FEF N-550 카본 블랙 60
플렉손 815 가공 오일 10
촉진제
산화 아연 1
에틸 지메이트 1
DHT-4A2 2
PEG 3350 2
165℃에서 60분 동안 1°아크(Arc)에서의 몬산토 진동 디스크 레오미터(MDR)
ML (파운드·인치) 3.3
MH (파운드·인치) 19.8
Ts2 (분) 3.3
T90 (분) 34.1
175℃에서 60분 동안 1°아크에서의 MDR
ML (파운드·인치) 3.2
MH (파운드·인치) 19.8
Ts2 (분) 2.2
T90 (분) 23.3
물성(165℃에서 경화)
파단인장력(MPa) 12.8
100% 모듈러스(MPa) 3.9
파단신도(%) 239
경화 시간 (분) 40
쇼어 A 경도 65
압축 변형률(200℃에서 70시간 동안 압축)
후-경화가 없는 경우 59.1
165℃에서 2시간 동안 후-경화시키는 경우 44.3
경화된 조성물은 200℃에서 70시간 동안 압축한 후에 낮은 압축 변형률(59.1)을 나타내고, 샘플을 165℃의 오븐에서 2시간 동안 후-경화시킨 경우 훨씬 낮은 압축 변형률(44.3)을 나타냈다.
따라서, 본 발명은 높은 모듈러스 특성을 나타내고, 200℃ 정도의 고온에서도 50% 미만의 압축 변형률을 나타내며, 175℃에서 96 시간동안 압축한 후 40% 미만의 압축 변형률을 나타냈다.

Claims (23)

  1. 염소화되거나 브롬화된 부틸 고무; C4-C7의 이소올레핀과 파라-알킬스티렌 공단량체의 염소화되거나 브롬화된 상호중합체; 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 할로겐화 탄성중합체, 및 이 할로겐화 탄성중합체를 위한, 하기 (a) 내지 (d)를 포함하는 경화 시스템의 혼합물을 포함하는 경화성 조성물:
    (a) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 0 내지 약 5 중량부의 산화 아연;
    (b) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 중량부 이상의, 디알킬 디티오카밤산(이때, 알킬 기의 탄소수는 1 내지 12이다) 또는 디아릴 디티오카밤산(이때, 아릴기의 탄소수는 6 내지 10이다)의 1종 이상의 금속 또는 암모늄 염;
    (c) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 중량부 이상의 폴리알킬렌 글리콜; 및
    (d) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.1 중량부 이상의, 1종 이상의 염기성 금속 탄산염 수산화물(이때, 금속은 원소 주기율표의 II족 또는 III족 금속이다)을 포함하는 1종 이상의 미분된 하이드로탈사이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    산화 아연이 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.2 중량부 이상의 양으로 존재하는 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하이드로탈사이트가 일반식 Mg4Al2(OH)12CO3·XH2O (이때, X는 0 내지 3임)를 갖는 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    X가 0인 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 중량부 이상의 스테아르산 또는 아연 스테아레이트를 추가로 함유하는 조성물.
  6. 제 2 항에 있어서,
    할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 중량부 이상의 스테아르산을 추가로 함유하는 조성물.
  7. 제 3 항에 있어서,
    디티오카밤산의 상기 염이 아연 디에틸디티오카바메이트인 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 글리콜이 트리에틸렌 글리콜인 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 할로겐화 탄성중합체가 이소부틸렌과 파라-메틸스티렌의 브롬화 상호중합체를 포함하는 조성물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 10 내지 70 중량부의 충전제를 추가로 함유하는 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 충전제가 보강 등급의 카본 블랙인 조성물.
  12. 제 9 항에 있어서,
    할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 내지 5 중량부의 저 분자량의 폴리에틸렌 가공 보조제를 추가로 함유하는 조성물.
  13. 제 9 항에 있어서,
    (a) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.3 내지 약 1.5 중량부의 산화 아연;
    (b) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 내지 약 2.0 중량부의 디알킬디티오카밤산의 아연 염;
    (c) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 내지 약 4.0 중량부의 폴리알킬렌 글리콜; 및
    (d) 할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.1 내지 약 5 중량부의 하이드로탈사이트
    를 포함하는 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    할로겐화 탄성중합체 100 중량부 당 약 0.25 내지 약 5 중량부의 스테아르산을 추가로 함유하는 조성물.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 하이드로탈사이트가 일반식 Mg4Al2(OH)12CO3을 갖는 조성물.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 아연 염이 아연 디에틸디티오카바메이트인 조성물.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌 글리콜이 트리에틸렌 글리콜인 조성물.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌 글리콜이 폴리에틸렌 글리콜인 조성물.
  19. 제 1 항에 따른 조성물을, 이 조성물을 경화시키기에 충분한 온도에서 충분한 시간동안 가열함을 포함하는 가황된 조성물의 제조 방법.
  20. 제 13 항에 따른 조성물을, 이 조성물을 경화시키기에 충분한 온도에서 충분한 시간 동안 가열함을 포함하는 가황된 조성물의 제조 방법.
  21. 175℃에서 96 시간 동안 압축한 후의 압축 변형률이 50% 미만인, 제 19 항에 따른 방법에 의해 제조된 가황된 성형 제품.
  22. 175℃에서 96 시간 동안 압축한 후의 압축 변형률이 50% 미만인, 제 20 항에 따른 방법에 의해 제조된 가황된 성형 제품.
  23. 제 22 항에 있어서,
    175℃에서 96시간 동안 압축한 후의 압축 변형률이 40% 미만인 제품.
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