KR20020091767A

KR20020091767A - 종이 전송용 롤러를 위한 열 가소성 엘라스토머 재료

Info

Publication number: KR20020091767A
Application number: KR1020020019471A
Authority: KR
Inventors: 니타하루히코; 니타신야; 구보타요시키; 야나기타다카시
Original assignee: 니타 고교 가부시키가이샤; 니폰케이블시스템 가부시키가이샤
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2002-12-06
Also published as: US20030065094A1; CN1388168A; EP1262520A1

Abstract

본 발명은 종이 전송용 롤러로서 필요한 특성인 고마찰 계수, 고반송력, 연마 가공성 및 내마모성을 전부 구비한 종이 전송용 롤러를 위한 열 가소성 엘라스토머 재료를 제공한다.

본 발명은 올레핀계 열 가소성 엘라스토머가 20∼80중량부이고 스티렌계 열 가소성 엘라스토머가 80∼20중량부이며, 이들 두 열 가소성 엘라스토머의 합계가 100중량부이다.

Description

종이 전송용 롤러를 위한 열 가소성 엘라스토머 재료 {THERMOPLASTIC ELASTOMER MATERIAL FOR PAPER FEEDING ROLLER}

본 발명은 예를 들면, 복사기, 팩시밀리 등의 정보 기기에서 원고지를 반송하는 종이 전송용 롤러를 위한 열 가소성 엘라스토머 재료에 관한 것이다.

종래, 정보기기에서 원고지를 반송하기 위한 종이 전송용 롤러로는 고무제의 롤러가 일반적으로 이용되고 있다. 이 고무제 롤러는 중심 금속의 외주에 탄성체인 고무 성분을 피복한 것이며, 이 고무 성분으로 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM) 또는 열 가소성 엘라스토머(이하 「TPE」라고도 한다)를 이용하는 경우가 많다.

EPDM은 에틸렌, 프로필렌 및 디엔의 3성분으로 이루어지고, 내후성(耐候性)이 뛰어나며 마찰 계수가 비교적 높은 장점이 있다.

TPE는 분자 중에 탄성을 가지는 고무 성분= 소프트 세그먼트(soft segment)(연질상)와 소성 변형을 방지하기 위한 분자 구속 성분 = 하드 세그먼트(hard segment)(경질상), 두 성분을 모두 가지고 있고, 상온에서는 가황고무와 동일한 성질을 가지며 탄성이 있는 것이 특징으로 고온에서는 보통의 열 가소성 수지와 동일하게 기존의 성형기를 그대로 사용할 수 있는 고분자 재료이다. 말하자면, 고무와 플라스틱의 중간 성질을 가지기 때문에 다방면으로 용도가 열려있다. 대표적인 TPE로는 스티렌계, 올레핀계, 염화비닐계, 우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 불소계 등을 들 수 있다. 염화비닐계 TPE는 특히 내후성이 뛰어나고, 우레탄계 TPE 및 폴리에스테르계 TPE는 특히 기계적 강도가 뛰어 나며, 폴리아미드계 TPE는 특히 강인성이 우수하며, 불소계 TPE는 특히 내약품성이 우수하는 장점이 있다.

그런데, 종이 전송용 롤러에는 마찰 계수가 높고 반송력이 클 것, 내마모성이 우수할 것, 롤러의 외경 정밀도를 높이기 위하여 연마 가공이 용이할 것, 가벼울 것 등의 특성이 요구되고 있다. 그러나, 염화비닐계 TPE, 우레탄계 TPE, 폴리에스테르계 TPE, 폴리아미드계 TPE 및 불소계 TPE에서는 이들 요구 특성을 반드시 만족할 수는 없다. 이 점, 올레핀계 TPE는 하드 세그먼트에 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀을 이용하고 소프트 세그먼트에 에틸렌-프로필렌 공중합체(EPR) 및 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM)를 이용한 TPE로, 다른 TPE에 비해 비중이 가장 가볍고 사용 온도 범위가 넓고(- 60∼140℃ 정도), 내열성이 우수하다는 장점을 가지고 있다. 또, 스티렌계 TPE는 하드 세그먼트에 폴리스티렌을 이용하고 소프트 세그먼트에 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 또는 폴리올레핀(에틸렌-부틸렌 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌 공중합체)을 사용한 TPE로, 부드럽고 신장하기 쉽기 때문 가황 고무의 성질에 가장 가깝고 밸런스가 좋은 TPE 이다.

따라서, 올레핀계 TPE는 타입 A 듀로미터(durometer) 경도가 A35 내지 A90인것이 종이 전송용 롤러의 고무 성분으로 사용되고 있고, 스티렌계 TPE는 타입 A 듀로미터 경도가 A90까지인 것이 종이 전송용 롤러의 고무 성분으로 사용되고 있다. 그러나, 올레핀계 TPE는 마찰 계수가 작고 반송력이 약한 결점이 있고, 스티렌계 TPE는 연마 가공성 및 내마모성이 떨어지는 결점이 있기 때문에 올레핀계 TPE 단독 또는 스티렌계 TPE 단독으로는 종이 전송용 롤러의 재료로서 최적이 아니다.

또, EPDM은 합성 고무 중 비중이 최소이고, 특히 내후성이 우수하여 오존이나 열이나 화학약품에 대한 내성이 우수하다는 장점이 있지만 내마모성이 충분하지 않다.

또한, 일본국 특공평 8-32808호 공보에는 "(1) 60∼80중량%의 가황에틸렌-프로필렌-디엔고무, 15∼30중량%의 폴리프로필렌 및 3∼10중량%의 적어도 블록 A, B 성분으로부터 얻어지는 블록 공중합체로서 블록 A가 폴리스티렌, 블록 B가 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌이며, 또한 블록 B의 중합체가 적어도 부분적으로 수소화되어 있는 것과, (2) 성분 (1)의 전체량에 기초하여 10∼40중량%의 가소화용 기름으로부터 본질적으로 되는 중합체 혼합물을 함유하는 열 가소성 엘라스토머"가 기재되어 있다. 이 특허공보에 기재된 열 가소성 엘라스토머는 다음 과제를 해결하는 것을 목적으로 하고 있다. 즉, 올레핀계 TPE는 비교적 경도가 높기 때문에 연화성의 기름과 혼합함으로써 부드러워지도록 성분 조정되는 경우가 많고, 그 때문에 일반적으로 나프텐계 또는 파라핀계의 기름인 가소제가 첨가되지만, 그 가소제가 올레핀계 TPE의 표면에서 배어 나오기 쉽다고 하는 결점을 가지고 있다. 표면에 기름이 배어 나옴으로써 표면이 점착성을 띤다고 하는 문제점이 생기기 때문에기름의 배어 나옴을 방지하기 위하여 90∼97중량%의 올레핀계 TPE에 3∼10중량%의 스티렌계 TPE를 혼합한 것이다. 이와 같이, 상기 특허공보에는 기름이 배어 나오는 것을 방지하는 것을 목적으로 하는 열 가소성 엘라스토머가 기재되어 있지만 종이를 반송하는 목적에 대해서는 전혀 기재되어 있지 않다.

본 발명은 종래의 기술의 갖는 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 종이 전송용 롤러로서 필요한 특성인 고마찰 계수 및 고반송력, 연마 가공성, 및 내마모성을 전부 구비한 종이 전송용 롤러를 위한 열 가소성 엘라스토머 재료를 제공하는 데 있다.

도 1은 종이 전송용 롤러의 사시도이다.

도 2는 사출 성형 롤러를 연마 가공한 상태를 나타낸 도면으로, 도 2 (a)는 본 발명에 따른 성분을 가지는 롤러와 올레핀계 TPE 성분을 가지는 롤러를 나타내고, 도 2 (b)는 스티렌계 TPE 성분을 가지는 롤러를 나타내고, 도 2 (c)는 EPDM 성분을 가지는 롤러를 나타낸다.

도 3은 롤러의 반송력 및 마모량을 측정한 시험기의 사시도이다.

도 4는 도 3의 시험기에서 가압 롤러(1)로부터 종이(3)가 반송되는 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 성분의 시료와 EPDM 성분의 시료의 자외선 조사 하에서의 마찰 계수 변화를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

1 : 가압 롤러 2 : 모터

3 : 반송되는 종이4 : 지지체

5 : 반송력 측정기6 : 증폭기

7 : 100g의 하중8 : 프레임

9 : 자체 중량 보상 기구를 가지는 부재

10 : 조절 나사11, 12 : 레버

13 : 베이스14, 15 : 로드

16 : 반송 롤러17 : 회전축

18 : 돌기

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 올레핀계 TPE와 스티렌계 TPE를 혼합한 열 가소성 엘라스토머의 혼합물을 필수 성분으로서 함유하기 때문에, 이들 열 가소성 엘라스토머가 서로의 결점을 보완하여 그 특성을 개선하여, 상기한 종이 전송용 롤러로서 적합하게 사용할 수 있는 롤러를 제공할 수 있다.

즉, 본 발명의 종이 전송용 롤러를 위한 열 가소성 엘라스토머 재료는 하드 세그먼트로서 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 이용하고, 소프트 세그먼트로서 에틸렌-프로필렌 중합체 또는 에틸렌-프로필렌- 디엔 공중합체를 이용한 올레핀계 열 가소성 엘라스토머와, 하드 세그먼트로서 폴리스티렌을 이용하고 소프트 세그먼트로서 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 또는 폴리올레핀(에틸렌-부틸렌 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌 공중합체)을 이용한 스티렌계 열 가소성 엘라스토머로 이루어지는열 가소성 엘라스토머의 혼합물을 필수 성분으로서 함유하는 것을 특징으로 하고 있다.

올레핀계 열 가소성 엘라스토머에서의 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트의 비율은 하드 세그먼트가 10∼50중량부이고 소프트 세그먼트가 50∼90중량부이며, 그 합계가 100중량부인 것이 바람직하다. 또, 스티렌계 열 가소성 엘라스토머에서의 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트의 비율은 하드 세그먼트가 10∼50중량부이고 소프트 세그먼트가 50∼90중량부이며, 그 합계가 100중량부인 것이 바람직하다.

에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체의 제3 성분인 디엔으로는 중합 반응성의 점에서 디시클로펜타디엔, 5-에틸리덴-2-노르보르넨을 이용하는 것이 바람직하다.

또, 종이 전송용 롤러로서 필요한 특성을 충분히 구비하기 위해서는 올레핀계 열 가소성 엘라스토머와 스티렌계 열 가소성 엘라스토머의 배합비는, 올레핀계 열 가소성 엘라스토머가 20∼80중량부이고 스티렌계 열 가소성 엘라스토머가 80∼20중량부미여, 이들 두 열 가소성 엘라스토머의 합계가 100중량부인 것이 바람직하다.

올레핀계 열 가소성 엘라스토머가 20중량부 미만(스티렌계 열 가소성 엘라스토머가 80중량부 초과)인 경우, 경도가 낮은 것으로는 연마 가공이 불가능하고 경도가 높은 것으로는 양호한 연마 가공성을 가지는 열 경화성 고무와 동일한 정도의 연마가 불가능 하다는 결점이 있으며, 한편, 올레핀계 열 가소성 엘라스토머가 80중량부 초과(스티렌계 열 가소성 엘라스토머가 20중량부 미만)에서는 마찰 계수가 저하되어 높은 반송력을 확보할 수 없고 내마모성에 떨어진다고 하는 결점이 있다.

또, 각종 배합제의 혼입·분산을 돕고, 성형 작업을 용이하게 하기 위하여 광물유계 가소제, 식물유계 가소제, 프탈레이트계 또는 아디프산계 합성 가소제 등의 가소제를 적정량 함유하는 것이 바람직하다.

또, 탄산칼슘, 염기성 탄산마그네슘, 천연 규산, 규산염 등의 충전제, 보강제를 필요에 따라 함유할 수 있다.

또, 산화 열화와 오존 열화를 방지하기 위한 열화 방지제를 필요에 따라 함유할 수 있다

또, 산화 티탄 등의 백색 안료, 카본 블랙 등의 흑색 안료 등의 안료를 필요에 따라 함유할 수 있다.

또, 내구성, 내열성 등의 특성을 개량하기 위한 유기 변성제를 필요에 따라 함유할 수 있다.

또한, 외관을 향상시키기 위해 마무리제나 도료를 필요에 따라 함유할 수 있다.

이상의 각종 배합제를 혼련하는 장치로는 롤 혼련기 또는 밴버리 믹서로 대표되는 밀폐식 혼련기를 사용할 수 있다.

그리고, 롤러 형상으로 성형하는 성형법으로는 압축 성형, 사출 성형, 압출 성형, 블로워 성형, 트랜스퍼 성형 등을 채용할 수 있다.

[실시예]

이하에 본 발명의 실시예를 설명하지만 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

이하의 표 1에 나타낸 바와 같은 배합비율을 가지는 본 실시예 1∼3에 따른 올레핀계와 스티렌계의 혼합 TPE 및 비교예로서 EPDM, 스티렌계 TPE 또는 올레핀계 TPE를 80℃로 가열해 둔 밴버리 믹서 속에서 120rpm에서 약 2분간 혼합했다. 이 동안에 밴버리 믹서 내의 혼합물 온도는 약 170℃로 상승했다. 이 온도에서, 또 2분간 혼합한 후, 표 1에 기재한 가소제를 가하여 이 혼합물을 약 3분간 혼합했다. 그 결과, 그 혼합물의 온도는 약 200℃로 상승했다. 다음에, 밴버리 믹서 내의 혼합물을 인출하여 롤러로 두께 5mm의 시트형으로 압연했다. 그 시트를 냉각한 후, 절단기로 미립형으로 하였다. 그리고, 이 미립형의 것을 스크류식 사출 성형기(도시하지 않음)의 호퍼에 충전하여 도 1에 도시한 바와 같이 내경 d가 8mm이고 외경 D가 22mm이며 길이 L이 28mm인 롤러를 사출 성형으로 얻었다. 표 1의 배합은 중량%을 나타내고, 실시예 1∼3의 경우 타입 A 듀로미터 경도는 A40이다.

[표 1]

(연마 가공성)

그리고, 이상과 같이 하여 얻은 사출 성형품인 롤러를 실제로 종이 전송용 롤러로 사용하기 위해서는 표면을 연마 가공하여 외경 정밀도를 향상시켜야 하며, 실시예 1∼3에 따른 성분을 가지는 롤러, EPDM 성분을 가지는 롤러, 스티렌계 TPE성분을 가지는 롤러, 올레핀계 TPE 성분을 가지는 롤러를 건식 및 습식 연마기로 연마 가공한 결과, 실시예 1∼3에 따른 성분을 가지는 롤러와 올레핀계 TPE 성분을 가지는 롤러에 대해서는 도 2 (a)에 도시한 바와 같이 평활 연마면을 얻을 수 있었지만, 스티렌계 TPE 성분을 가지는 롤러에 대해서는 도 2 (b)에 도시한 바와 같이 표면에 섬모형의 다수의 돌기(18)가 형성되고, EPDM 성분을 가지는 롤러에 대해서는 도 2 (c)에 도시한 바와 같이 표면에 다수의 균열(다수의 경사 세선으로 나타낸 것)이 형성되었다. 이와 같이, 실시예 1∼3에 따른 성분을 가지는 롤러는 연마 가공성이 우수한 것을 알 수 있다.

(반송력)

다음에, 연마 가공후의 각 롤러를 도 3에 도시한 바와 같은 시험기에 장착하여 반송력을 측정했다. 도 3에 나타내는 시험기에 대하여 설명하면, 도면 부호 1은 회전가능하고 구동 수단을 갖지 않는 가압 롤러, 도면 부호 2는 가압 롤러(1) 바로 아래에 있는 복수의 반송 롤러를 장착한 회전축(후술하는 도면 번호 17)을 구동하는 모터, 도면부호 3는 반송되는 종이, 도면 부호 4는 종이(3)의 단부에 맞물려 종이(3)를 지지·고정하는 지지체이다. 도 3에는 보이지 않지만 지지체(4)로부터는 가는 와이어가 뻗어 있으며, 이 와이어는 반송력 측정기(5)에 접속되어 있다. 도면 부호 6은 반송력 측정기(5)의 이득을 조절하는 증폭기이다.

도면 부호 7은 100g의 하중으로, 100g의 하중(7)은 프레임(8)에 장치되어 있고 프레임(8)으로부터 연장되어 설치된 부재(9)는 반송지(3)에 부하되는 가압 롤러(1)와 프레임(8)의 자체 중량을 0(zero)으로 하기 위한 자체 중량 보상 기구를가지고 있다. 즉, 자체 중량 보상 기구를 가지는 부재(9) 단부의 조절나사(10)를 조절함으로써 자체 중량 보상 작용이 발휘되어 종이(3)에 대해서는 하중(7)의 100g의 무게만이 부하되도록 할 수 있다. 도면 부호 11, 12는 시험기가 설치된 베이스(13)의 수평도를 조정하기 때문에, 연직 방향으로 로드(14, l5)를 신축시키는 레버이다.

도 4는 가압 롤러(1)로부터 종이(3)가 반송되는 부분을 확대하여 나타낸 도면으로, 복수의 반송 롤러(16)를 장착한 회전축(17)이 종이(3)를 사이에 두고 가압 롤러(1)의 바로 아래에 위치하고 있다.

이상과 같이 구성되는 시험기를 이용하고, 두께 0.06mm ×폭 210mm ×길이 296mm인 종이(상질의 복사지, A4 사이즈)(3)에 부하되는 하중이 100g가 되도록 조절 나사(10)를 조절하고 모터(2)의 회전수를 60rpm으로 하여 60초간 반송 롤러(16)를 연속하여 회전시킴으로써 종이(3)가 도 3에서 오른쪽으로 반송되려고 함에 따라 발생하는 힘(인장력 : N)의 최대값, 최소값 및 평균값을 반송력 측정기(5)로 측정하였다. 이 반송력(N)의 측정 시험을 5회 반복하여 5회 시험의 최대값의 평균값, 5회 시험의 최소값의 평균값 및 5회 시험의 평균값의 평균값을 각각 최대값, 최소값 및 평균값으로 표시하여 표 2에 나타낸다.

[표 2]

표 2에 명확히 나타난 바와 같이, 실시예 1∼3에 따른 성분을 가지는 롤러의 반송력은 다른 성분을 가지는 롤러보다 크다.

(마모량)

상기와 동일한 시험기를 이용하여 반송 롤러의 마모량을 아래와 같이 측정하였다. 즉, 두께 0.06mm ×폭 210mm×길이 296mm인 종이[1000번 내수(耐水) 페이퍼](3)에 부하되는 하중이 100g가 되도록 조절 나사(10)를 조절하고 모터(2)의 회전수를 60rpm으로 하여, 1시간 반송 롤러(16)를 연속하여 회전시킨 후, 반송 롤러(16)의 중량을 측정하였다. 이 반송 시험을 5회 반복하여 반송 롤러 1개의 초기 중량의 평균값, 반송롤러 1개의 1시간 연속 회전 후 중량의 평균값, 그리고 초기 중량에서 1시간 연속 회전 후의 중량을 뺀 마모 감량을 각각 초기 중량, 회전 후 중량, 그리고 마모 감량으로 표시하여 표 3(단위 g)에 나타낸다. 또, 각 성분의 비중이 다르기 때문에 그 비중차이에 의한 측정 오차를 없애기 위하여 비중을 1로 일치시킴으로써 비중을 가미한 마모 감량(비중 가미 마모 감량)도 함께 표 3에 기재한다. 비중을 가미한 마모 감량을 비교하는 것이 내마모성을 공평하게 평가할 수 있다고 생각된다.

[표 3]

표 3에 도시한 바와 같이, 실시예 1∼3에 따른 성분을 가지는 롤러의 마모 감량은 적다. 올레핀계 TPE도 마모 감량은 적지만 이것은 올레핀계 TPE에서 가소제가 배어 나옴으로써 마모가 억제되었기 때문이라고 생각된다.

한편, EPDM 성분을 가지는 롤러나 스티렌계 TPE 성분을 가지는 롤러의 마모 감량은 실시예 1∼3에 비해 많다.

(마찰 계수)

다음의 표 4는 상기와 동일한 방법으로 혼련한 타입 A 듀로미터 경도가 A 40인 경우의 각 성분으로 이루어지는 시료(내경 d가 8mm, 외경 D가 22mm, 그리고 길이 L이 28mm인 롤러)의 정지 마찰 계수와 운동 마찰 계수를 비교하는 표이다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼3에 따른 성분을 갖는 것은 정지 마찰 계수와 운동 마찰 계수가 같이 높다.

[표 4]

또한, 자외선 조사 하에서의 정지 마찰 계수의 변화 모양을 도 5에 나타낸다. 도 5에서, 기호 「○」는 실시예 2에 따른 배합 성분의 시료(내경 d가 8mm, 외경 D가 22mm, 그리고 길이 L이 28mm인 롤러)를 나타내고, 기호「●」는 EPDM 성분의 시료(내경 d가 8mm, 외경 D가 22mm, 그리고 길이 L이 28mm인 롤러)를 나타낸다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 것은 자외선 조사 하에서의 마찰 계수의 저하가 적고, 내후성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 의하면 종이 전송용 롤러로서 필요한 특성인 고마찰 계수 및 고반송력, 연마 가공성 및 내마모성을 전부 구비한 종이 전송용 롤러를 위한 열 가소성 엘라스토머 재료를 제공할 수 있다.

Claims

하드 세그먼트로서 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 이용하고 소프트 세그먼트로서 에틸렌-프로필렌 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체를 이용한 올레핀계 열 가소성 엘라스토머와, 하드 세그먼트로서 폴리스티렌을 이용하고 소프트 세그먼트로서 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 또는 폴리올레핀을 이용한 스티렌계 열 가소성 엘라스토머로 이루어지는 열 가소성 엘라스토머의 혼합물을 필수 성분으로서 함유하는 종이 전송용 롤러를 위한 열 가소성 엘라스토머 재료.
제1항에서,

상기 올레핀계 열 가소성 엘라스토머가 20∼80중량부이고, 상기 스티렌계 열 가소성 엘라스토머가 80∼20중량부이며, 상기 두 열 가소성 엘라스토머의 합계가 100중량부인 열 가소성 엘라스토머 재료.