KR20050064494A - 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법 - Google Patents

이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법에 관한 것으로, 유기점토가 이피디엠 고무내에 나노마이크로로 분산되도록 하기 위하여 이피디엠(Ethylene Propylene Diene Monomer, EPDM) 고무 1 내지 100중량부 및 유기점토 1 내지 30중량부를 회분식 믹서 또는 압출기에 넣고 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법, 그에 의하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 및 이를 이용하여 제조된 자동차용 웨더스트립을 포함하여 이루어지며, 본 발명에 의한 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법은 자동차용 웨더스트립에 적용시 웨더스트립의 표면개선성 및 경량화가 매우 우수한 효과가 있다.

Description

이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법{Method for Preparing Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber-Organic Clay NanoComplex}
본 발명은 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 이피디엠 고무 및 유기점토를 회분식 믹서 또는 압출기에 넣고 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하여 유기점토가 이피디엠 고무내에 나노마이크로로 분산된 형태를 이루는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하고 이를 자동차용 웨더스트립에 적용시 웨더스트립의 표면개선성이 향상되고 경량화가 우수해지는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법에 관한 것이다.
종래에 유기화된 점토 분산 고분자 나노복합체 제조기술은 층상구조의 점토광물을 나노미터 크기로 각각의 층에 박리시켜 판상의 점토광물을 가로세로비(Aspect ratio)가 100 이상인 고분자내에 균일하게 분산시킴으로써 기계적 물성이 좋지 않은 범용 고분자의 물성을 향상시킬 수 있었다.
또한, 1987년 일본 도요타 연구진에 의해 나일론 단량체인 카프로락탐(xaprolactam)을 판상구조의 갤러리 사이에 삽입시킨 후 이를 층간중합하여 층간거리가 증가하도록 하여 종래의 충진제를 사용한 것보다 약 5중량%를 사용하더라도 동등한 물성이 발현될 수 있다고 보고하고 있다(Journal of polymer science. Vol.32, 625~630(1994)).
즉, 종래 복합체의 충진제가 매트릭스내에 입자크기가 보통 마이크론 단위의 집합체로 존재하지만 나노복합체는 충진제의 입자를 나노미터 단위로 각각의 층에 박리시켜 사용함으로써 소량의 충진제를 사용하더라도 입자가 각각의 층에 박리되어 분산됨으로써 표면적 향상효과를 얻을 수 있었다.
이때 사용되는 고분자물질이 점토광물의 층상구조에 용이하게 침투되도록 일반적으로 점토광물을 유기화 처리한 유기점토를 사용하게 된다. 또한, 충진제로 사용되는 층간구조를 가진 이러한 점토광물을 사용한 나노복합체는 박리형 나노복합체(exfoliated nanocomposite)와 삽입형 나노복합체 (intercalated nanocomposite)의 서로 다른 형태를 가질 수 있다.
또한, 이를 이용해 일본의 도요타사에서 폴리프로필렌과 유기점토로 이루어진 나노복합체에 대한 제조방법에 대해 보고하였다(M. Kawasumi et al., Macromolecules, vol30, P6333, 1997).
그러나, 상기한 바와 같은 종래기술들은 표면개선성이나 경량화가 떨어지는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 이피디엠 고무 및 유기점토를 회분식 믹서 또는 압출기에 넣고 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하여 유기점토가 이피디엠 고무내에 나노마이크로로 분산된 형태로 이루어지며, 이를 자동차용 웨더스트립에 적용시 웨더스트립의 표면개선성 및 경량화가 우수한 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기의 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법에 의해 제조된 나노복합체를 자동차용 웨더스트립에 적용시 웨더스트립의 표면개선성 및 경량화가 우수한 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기의 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법에 의해 제조된 나노복합체를 이용하여 웨더스트립의 표면개선성 및 경량화가 우수한 자동차용 웨더스트립을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 유기점토가 이피디엠 고무내에 나노마이크로로 분산되도록 하기 위하여 이피디엠 고무 1 내지 100중량부 및 유기점토 1 내지 30중량부를 회분식 믹서 또는 압출기에 넣고 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법을 제공한다.
상기의 방법으로 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체에 이피디엠 고무를 더 투여하여 이피디엠 고무의 용융온도 이상에서 용융혼련하여 압출하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체는 이피디엠 고무 1 내지 100중량부; 유기점토 1 내지 30중량부; 및 충진제 20 내지 120중량부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 이피디엠 고무는 에틸리덴노보넨(Ethylidene-norbonene), 디시클로로펜타디엔(dicyclopentadiene) 및 1,4-헥사디엔(1,4-hexadiene)으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 유기점토는 알킬암모늄 이온으로 유기치환된 층상구조의 몬모릴로나이트(montmorillonite), 알킬포스포늄 이온으로 유기 치환된 층상구조의 몬모릴로나이트, 알킬암모늄 이온으로 유기치환된 층상구조의 헥토라이트(hectorite), 알킬포스포늄 이온으로 유기 치환된 층상구조의 헥토라이트, 알킬암모늄 이온으로 유기치환된 층상구조의 사포나이트(saponite) 및 알킬포스포늄 이온으로 유기 치환된 층상구조의 사포나이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 이피디엠 고무내에 유기점토가 삽입구조 또는 박리구조를 형성할 수 있다.
상기 충진제는 카본블랙, 경탄, 클레이, 탈크, 실리카 및 미스트론 베이퍼로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 제조방법에 의하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 제조방법에 의하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 웨더스트립을 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 유기점토가 이피디엠 고무내에 나노마이크로로 분산되도록 하기 위하여 이피디엠 고무 1 내지 100중량부 및 유기점토 1 내지 30중량부를 회분식 믹서 또는 압출기에 넣고 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법을 제공한다.
상기 용융혼련시 온도는 120 내지 200?인 것이 바람직하고, 속도는 70 내지 90rpm인 것이 바람직하며, 상기 범위 미만이거나 초과할 경우 자동차용 웨더스트립에 적용시 웨더스트립의 표면개선성, 경량화 등의 물성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 상기 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체는 이피디엠 고무 1 내지 100중량부; 유기점토 1 내지 30중량부; 및 충진제 20 내지 120중량부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체는 스테아린산 1 내지 3 중량부; 산화아연 3 내지 7중량부; 공정오일 40 내지 80중량부; 및 가교제와 가교활성제 2 내지 7중량부;를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 상기의 방법으로 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체에 이피디엠 고무를 더 투여하여 이피디엠 고무의 용융온도 이상에서 용융혼련하여 압출하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법을 다음과 같이 구체적으로 설명한다.
온도조절이 가능한 반바리 등과 같은 회분식 믹서를 이용하여 120 내지 200?에서 70 내지 90rpm의 속도를 유지하면서 이피디엠 고무 1 내지 100중량부를 30초 내지 2분간 혼합하는 제1혼합단계; 상기 제1혼합단계에서 수득되는 혼합물에 유기점토 1 내지 30중량부, 스테아린산 1 내지 3중량부 및 산화아연 3 내지 7중량부를 투입하고 2 내지 6분간 더 혼합하는 제2혼합단계; 상기 제2혼합단계에서 수득되는 혼합물에 공정오일(process oil) 40 내지 80중량부를 투입하고 2 내지 4분간 더 혼합하는 제3혼합단계; 및 상기 제3혼합단계에서 수득되는 혼합물에 가교제와 가교활성제 2 내지 7중량부를 투입하고 3 내지 7분간 더 혼합하는 제4혼합단계;로 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조한다.
본 발명에서 사용되는 이피디엠(Ethylene Propylene Diene Monomer, EPDM) 고무는 매트릭스로 사용되며, 에틸렌과 프로필렌을 주성분으로 하여 이루어진 3원 공중합체로서 불포화결합을 갖는 디엔 공중합체이다. 이는 에틸리덴노보넨(Ethylidene-norbonene), 디시클로로펜타디엔(dicyclopentadiene), 1,4-헥사디엔(1,4-hexadiene) 등을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 가교속도가 빠른 에틸리덴노보넨을 사용하는 것이 좋다.
상기 이피디엠 고무의 사용량은 1 내지 100중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 상기 범위 미만이거나 초과할 경우 자동차용 웨더스트립에 적용시 웨더스트립의 표면개선성, 경량화 등의 물성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용되는 유기점토는 층상구조를 가지며, 규소(Si)와 산소로 구성된 팔면체층이 두 개의 사면체층 사이에 나란히 배열된 샌드위치 형태의 구조를 가진 규산염 광물을 사용하고, 상기 광물은 몬모릴로나이트 (montmorillonite), 헥토라이트(hectorite), 사포나이트(saponite) 등이 있다. 여기에 고분자와 점토간의 친화성을 높이기 위해 층 내부에 알킬암모늄(alkylammonium), 알킬포스포늄 (alkylphosphonium) 등의 유기화제로 치환되어 있다. 또한, 상기 유기점토가 이피디엠 고무내에 삽입구조 또는 박리구조로 형성된다.
예를들어, 상기 유기점토는 알킬암모늄 이온으로 유기치환된 층상구조의 몬모릴로나이트(montmorillonite), 알킬포스포늄 이온으로 유기 치환된 층상구조의 몬모릴로나이트, 알킬암모늄 이온으로 유기치환된 층상구조의 헥토라이트(hectorite), 알킬포스포늄 이온으로 유기 치환된 층상구조의 헥토라이트, 알킬암모늄 이온으로 유기치환된 층상구조의 사포나이트(saponite), 알킬포스포늄 이온으로 유기 치환된 층상구조의 사포나이트 등이 있으며, 유기화제로 사급 암모늄염이 사용된 서던 클레이 프로덕츠 캄파니(Southern Clay Products Company)의 클로이사이트(Closite) 20A가 판매되고 있다.
상기 유기점토의 사용량은 1 내지 30중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 상기 범위 미만이거나 초과할 경우 자동차용 웨더스트립에 적용시 웨더스트립의 표면개선성, 경량화 등의 물성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명에서 사용되는 충진제는 고무나 플라스틱의 실용화에 있어서 노화방지, 보강, 증량의 목적으로 첨가되는 물질이다. 예를들면, 고무로부터 자동차 타이어를 제조할 때 필요한 강도를 얻기 위해 첨가하는 카본블랙이 충진제에 해당된다.
상기 충진제는 카본블랙, 경탄, 클레이, 탈크, 실리카, 미스트론 베이퍼 등을 사용하며, 사용량은 20 내지 120중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 상기 사용량이 20중량부 미만일 경우 필요한 강도를 얻지 못하게 되고 고가의 성분이 너무 많이 사용되어 경제성이 떨어지는 문제점이 있으며, 120중량부를 초과하는 경우 적절한 형상으로 성형되지 못하는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에서 사용되는 스테아린산은 금속산화물(산화아연)과 착화합물 또는 금속염을 형성하여 고무와의 상용성을 높이는 동시에 가교활성제중 가황촉진제의 활성화를 쉽게하는 작용을 한다. 상기 스테아린산은 1 내지 3중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 1중량부 미만일 경우 금속착화물의 형성량이 작아 가교활성제중 가황촉진제의 활성화를 저하시키는 문제점이 있을 수 있으며, 3중량부를 초과하는 경우 금속염이 과량 형성되어 가교활성제중 가황촉진제의 활성화가 증가되고 점도를 낮추어 가공성은 증가되지만 인장강도, 노화물성, 압축영구줄음율 등의 물성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에서 사용되는 산화아연은 배합물내에 존재하는 스테아린산과 착화합물을 형성하여 가교활성제중 가황촉진제의 활성을 높이는 작용을 한다. 상기 산화아연은 3 내지 7중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 3중량부 미만일 경우 금속착화물의 형성량이 작아 가교활성제중 가황촉진제의 활성화를 저하시키는 문제점이 있을 수 있으며, 7중량부를 초과하는 경우 금속염이 과량 형성되어 가교활성제중 가황촉진제의 활성화가 증가되고 점도를 낮추어 가공성은 증가하지만 인장강도, 노화물성, 압축영구줄음율 등의 물성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에서 사용되는 공정오일(process oil)은 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체의 가공성을 높이기 위하여 사용되는 것으로서, 바람직하게는 파라핀계 오일이 사용된다. 상기 공정오일은 40 내지 80중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 40중량부 미만일 경우 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체의 가공성이 저하되어 미려한 외관을 가진 가공품의 제조가 용이하지 않은 문제점이 있을 수 있으며, 80중량부를 초과하는 경우 유분이 너무 많아 가공품의 표면이 오염되는 등의 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에서 사용되는 가교제와 가교활성제는 이피디엠 고무를 가교화시켜 주쇄들간에 가교(crosslinking)를 일으켜 보다 높은 기계적성질 등의 물성을 강화시키는 기능을 하는 것으로, 황과 가황촉진제의 혼합물, 페놀수지와 할로겐 공여체의 혼합물, 과산화물과 과산화물 활성조제의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 예를들어, 황과 가황촉진제는 황 1.2 내지 2.0중량부 및 가황촉진제 0.5 내지 4.5중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 범위의 하한을 벗어나는 경우 가교화가 충분히 일어나지 못하는 문제점이 있을 수 있으며, 상한을 벗어나는 경우 과다 가교화로 너무 딱딱해지며, 미반응 가교활성제의 잔류 등으로 물성에 좋지 않은 영향을 미치는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체는 압출 및 사출 성능을 높이기 위해 기포방지제 1 내지 10중량부가 더 포함될 수 있다. 또한, 경시변화를 줄이기 위하여 노화방지제 0.5 내지 2중량부가 더 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체의 제조과정에서 상기 성분 이외에도 용도에 따라 통상적으로 사용되는 활성화제, 지연제, 촉진제 등을 더 사용할 수 있으며, 예를들어 점착성 수지를 포함하는 수지, 가소제, 안료, 지방산, 왁스, 산화방지제, 오존방지제 등을 더 포함할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 자명한 것이다.
본 발명의 용융혼련 장치로는 반바리 믹서(banbury mixer), 일축 압출기(single screw extruder), 이축 압출기(twin screw extruder) 등을 사용할 수 있으며, 연속형 혼련장치를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기의 제조방법에 의하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제공한다.
또한, 상기의 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 이용하여 자동차용 웨더스트립을 제조한다.
본 발명을 도면을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따라 유기점토의 함량을 달리하여 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하는 자동차용 웨더스트립의 압출단면을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명과 달리 유기점토를 사용하지 않고 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하는 자동차용 웨더스트립의 압출단면을 나타낸 사진이다.
따라서, 본 발명에 따라 유기점토를 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하는 자동차용 웨더스트립이 본 발명과 달리 유기점토를 사용하지 않고 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하는 자동차용 웨더스트립에 비해 표면개선 효과가 우수함을 알 수 있었다.
이하 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
온도조절이 가능한 반바리 등과 같은 회분식 믹서를 이용하여 160?에서 80rpm의 속도를 유지하면서 이피디엠 고무 100중량부를 1분 15초간 혼합하고, 상기에서 수득된 혼합물에 클로이사이트(Closite) 20A 5중량부, 스테아린산 1중량부 및 산화아연 5중량부를 투입하고 4분간 더 혼합하였다. 상기에서 수득된 혼합물에 파라핀계 공정오일(process oil) 75중량부를 투입하여 3분간 더 혼합하고, 상기 수득된 혼합물에 가공조제 3중량부, 유황 1.5중량부 및 가황촉진제 1.5중량부를 투입하여 5분간 더 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[실시예 2]
클로이사이트 20A 5 중량부 대신에 10 중량부를 적용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[실시예 3]
클로이사이트 20A 5 중량부 대신에 20 중량부를 적용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[실시예 4]
클로이사이트 20A 5 중량부 대신에 20 중량부를 적용하고 카본블랙 30중량부를 더 첨가하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[실시예 5]
클로이사이트 20A 5 중량부 대신에 20 중량부를 적용하고 실리카 30중량부를 더 첨가하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[실시예 6]
클로이사이트 20A 5 중량부 대신에 20 중량부를 적용하고 미스트론 베이퍼 30중량부를 더 첨가하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[실시예 7]
클로이사이트 20A 5 중량부 대신에 20 중량부를 적용하고 경탄 30중량부를 더 첨가하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[실시예 8]
클로이사이트 20A 5 중량부, 유황 1.5중량부 및 가황촉진제 1.5중량부 대신에 클로이사이트 20A 20 중량부, 유황 1.2중량부 및 가황촉진제 4.5중량부를 적용하고 카본블랙 100중량부와 경탄 20중량부를 더 첨가하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[실시예 9]
클로이사이트 20A 5 중량부, 유황 1.5중량부 및 가황촉진제 1.5중량부 대신에 클로이사이트 20A 10 중량부, 유황 1.2중량부 및 가황촉진제 4.5중량부를 적용하고 카본블랙 100중량부와 경탄 20중량부를 더 첨가하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[실시예 10]
유황 1.5중량부 및 가황촉진제 1.5중량부 대신에 유황 1.2중량부 및 가황촉진제 4.5중량부를 적용하고 카본블랙 100중량부와 경탄 20중량부를 더 첨가하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[비교예 1]
유황 1.5중량부 및 가황촉진제 1.5중량부 대신에 유황 1.2중량부 및 가황촉진제 4.5중량부를 적용하고 카본블랙 100중량부와 경탄 20중량부를 더 첨가하며 클로이사이트 20A 5 중량부를 제외하고 실시예 1과 동일하게 혼합하고 용융혼련하여 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 제조하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1에서 제조한 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 회수하여 160℃로 압축성형하여 시험편을 제작한 다음 KS M 6518 가황고무 물리시험방법으로 측정하여 물성시험을 하고 평가하였다.
상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1의 물성측정결과를 하기의 표 1에 정리하였다.
물성 실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1
비중 0.9105 0.9171 0.9246 0.9999 1.001 0.9931 1.008 1.1583 1.1627 1.1686 1.1697
인장강도(kgf/㎠) 88 92.9 96.7 141 80 85.1 75 175 173 163 162
100%모듈러스 6.8 7.1 7.9 11.4 11.7 9.9 10.1 24.5 24 23.1 23.3
인열강도(kgf/㎠) 12 15.8 19.1 24.7 18.3 18.5 17.8 39.6 39 37.5 37.2
신장율(%) 620 700 749 821.6 820 827 833.4 580 569 519 510
상기의 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따라 유기점토가 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하여 제조된 실시예 1 내지 3의 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체는 유기점토의 함량이 증가할수록 인장강도도 증가함을 확인할 수 있었다. 이는 이피디엠 고무와의 접촉면적의 증가로 인하여 계면에서의 상호작용이 커짐을 나타낸다. 또한, 신장율과 인열강도 역시 유기점토의 함량이 증가할수록 증가됨을 알 수 있었다. 즉, 인열강도의 경우 이피디엠 고무내에 미세하게 분산된 유기점토가 크랙성장을 효과적으로 방해할 수 있는 물리적 방해역할을 하기 때문에 유기점토의 함량이 증가할수록 인열강도도 증대됨을 알 수 있었다.
또한, 본 발명에 따라 유기점토 및 충진제가 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하여 제조된 실시예 4 내지 7의 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체중 충진제인 카본블랙과 유기점토가 혼합되어 제조된 실시예 4의 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체가 가장 높은 인장강도 및 인열강도를 나타냄을 알 수 있었다. 이는 카본블랙을 충진한 이피디엠 고무와의 상호 작용에 의해 입자내부에 존재하는 유입고무(occluded rubber)와 보강성 충진제 표면에 존재하는 결합고무(bound rubber)가 국부적으로 유동성을 제한받기 때문이고 이와 유사하게 유기점토의 층간사이로 삽입된 고무가 국부적으로 유동성을 제한받기 때문이다.
또한, 본 발명에 따라 자동차의 웨더스트립용으로 사용하기 위하여 유기점토 및 충진제가 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하여 제조된 실시예 8 내지 10의 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체는 종래의 유기점토를 사용하지 않고 제조된 비교예 1의 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체에 비해 유기점토의 함량이 증가할수록 비중이 감소함으로써 자동차용 웨더스트립의 경량화가 우수해짐을 알 수 있었다.
[실험예 2]
상기 실시예 8 내지 10 및 비교예 1에서 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 브라밴드 일축압출기를 이용하여 압출물인 자동차용 웨더스트립을 제조하고 표면을 분석하여 압출 표면상태를 비교관찰하여 하기의 도 1 내지 도 4에 나타내었다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따라 유기점토의 함량을 달리하여 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하는 자동차용 웨더스트립의 압출단면을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명과 달리 유기점토를 사용하지 않고 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하는 자동차용 웨더스트립의 압출단면을 나타낸 사진이다.
하기의 도 1 내지 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따라 유기점토를 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하는 자동차용 웨더스트립이 본 발명과 달리 유기점토를 사용하지 않고 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하는 자동차용 웨더스트립에 비해 표면개선 효과가 우수함을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법은 유기점토가 이피디엠 고무내에 나노마이크로로 분산되도록 하기 위하여 이피디엠 고무 1 내지 100중량부 및 유기점토 1 내지 30중량부를 회분식 믹서 또는 압출기에 넣고 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하는 단계를 포함하며, 상기와 같이 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 자동차용 웨더스트립에 적용시 웨더스트립의 표면개선성이 향상되고 경량화가 우수한 효과가 있는 유용한 발명인 것이다.
상기에서 본 발명은 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따라 유기점토의 함량을 달리하여 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하는 자동차용 웨더스트립의 압출단면을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명과 달리 유기점토를 사용하지 않고 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하는 자동차용 웨더스트립의 압출단면을 나타낸 사진이다.

Claims (9)

  1. 유기점토가 이피디엠 고무내에 나노마이크로로 분산되도록 하기 위하여 이피디엠 고무 1 내지 100중량부 및 유기점토 1 내지 30중량부를 회분식 믹서 또는 압출기에 넣고 유리전이온도 이상에서 용융삽입법에 의해 용융혼련하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 항의 방법으로 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체에 이피디엠 고무를 더 투여하여 이피디엠 고무의 용융온도 이상에서 용융혼련하여 압출하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체는 이피디엠 고무 1 내지 100중량부; 유기점토 1 내지 30중량부; 및 충진제 20 내지 120중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 이피디엠 고무는 에틸리덴노보넨(Ethylidene-norbonene), 디시클로로펜타디엔(dicyclopentadiene) 및 1,4-헥사디엔(1,4-hexadiene)으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 유기점토는 알킬암모늄 이온으로 유기치환된 층상구조의 몬모릴로나이트(montmorillonite), 알킬포스포늄 이온으로 유기 치환된 층상구조의 몬모릴로나이트, 알킬암모늄 이온으로 유기치환된 층상구조의 헥토라이트(hectorite), 알킬포스포늄 이온으로 유기 치환된 층상구조의 헥토라이트, 알킬암모늄 이온으로 유기치환된 층상구조의 사포나이트(saponite) 및 알킬포스포늄 이온으로 유기 치환된 층상구조의 사포나이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 이피디엠 고무내에 유기점토가 삽입구조 또는 박리구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 충진제는 카본블랙, 경탄, 클레이, 탈크, 실리카 및 미스트론 베이퍼로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중에서 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중에서 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 웨더스트립.
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