KR20050117198A - 물리적 특성이 개선된 ｐｐ/ｎｂｒ 블렌드계 열가소성탄성체 - Google Patents

물리적 특성이 개선된 ｐｐ/ｎｂｒ 블렌드계 열가소성탄성체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열성 및 내유성이 우수한 열가소성 탄성체 ( Thermoplast Elastometer ; TPE )에 관한 것으로, 비상용성인 PP/NBR 블렌드에, Glycidylmethacrylate(GMA) modified PP(GMA-PP) 또는 단일고분자 형태를 가지는 염소화폴리에틸렌(CPE)을 상용화제로 사용함으로써 고온에서도 내유성이 탁월하면서 탄성체 가요성이 있고, 기계적 강도 및 성형성등의 물리적 특성이 매우 우수한 신규 내유 열가소성 탄성체에 관한 것이다. 또한 가교제로써 수지 가교제(SP1056) 또는 Sulfur Donor계 N-oxydiethylene dithiocarbamyl-N'-oxydiethylene sulfenamide(OTOS)를 함께 혼합한 가류시스템을 이용함으로써 용융혼합 중 PP의 열화를 일으키지 않으면서 고무상의 효과적인 가교를 유도하여 분산상인 고무입자의 크기를 미세하게 하였으며, 이에 따라 경도, 인장강도, 파단신율, 인열강도등 기계적 강도 및 성형성등의 물리적 특성이 뚜렷하게 향상된 신규 내유 열가소성 탄성체에 관한 것이다.

Description

물리적 특성이 개선된 ＰＰ/ＮＢＲ 블렌드계 열가소성 탄성체{ Physical Character Improved PP/NBR Blend Thermoplast Elastometer }
본 발명은 일반적으로 내열성 및 내유성이 우수한 열가소성 탄성체 ( Thermoplast Elastometer ; TPE )에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 PP/NBR 블렌드계에 상용화제로 Ph-PP, GMA-PP 또는 CPE를 사용함으로써 고온에서도 내유성이 탁월하면서 탄성체 가요성이 있고, 기계적 강도 및 성형성등의 물리적 특성이 매우 우수한 PP/NBR 블렌드계 신규 내유 열가소성 탄성체에 관한 것이다.
국내의 자동차와 기계관련 산업이 비약적으로 발전함에 따라서, 내유성을 요구하는 고무제품(lining, gasket, O-ring, diaphragm, hose 등)의 수요가 꾸준히 증가하고 있다. 현재 가장 범용적으로 사용되는 내유성 고무는 NBR(nitrile rubber), ECO(epichlrohydrin rubber), CR(chlorinated rubber) 등이 있으며 내열성이 요구되는 부분에는 ACM(acrylic rubber), EAM(ethyl acrylic rubber), FKM(fluroelastomer) 등이 사용되고 있다. 이러한 기존의 내유 고무들은 많은 가교에너지와 가교시간을 요구하며, 사출 및 압출시의 큰 공차와 재활용이 어려운 단점을 가지고 있어서, 과거에는 이러한 문제점을 해결할 수 있는 대체물이 상용화되지 못하였다. 그러나 최근에는 열가소성 내유고무가 앞서 언급한 문제점을 해결할 수 있는 대체물로 부각되고 있으며, 열가소성 내유고무는 기존의 고무보다 뛰어난 내유성 및 내열안정성을 가지며, 3~4배의 공차정밀도, 1/10정도의 가공시간, 낮은 비중, 저장 안정성으로 인한 원가절감효과가 크고 재활용이 가능한 환경친화적 소재이기 때문에, 향후 NBR, ECO, CR등을 대체할 것으로 예상된다.
현재 범용적으로 인식되고 있는 내유 TPE는 PVC/NBR 블렌드이다. 이는 내유성 및 가공성의 장점을 가지고 있으나, PVC의 낮은 내열성(limited temperature;80℃)과 기계적물성으로 인하여 종래의 내유고무를 대체하기에는 한계가 있다.
그래서 근래에는 PVC의 이러한 단점을 보완하고자 물리적 성질이 뛰어난 결정성 PP를 사용하여 경질 PP와 연질 탄성체의 블랜드로 이루어진 PP/NBR 블렌드계 TPE를 만들게 되었다. 이것은 종래의 PVC/NBR에 비해서 내후성, 저온내충격성이 뛰어나고 사출성형성이 양호하며 표면광택이 뛰어난 효과를 가지고 있다.
그러나 PP/NBR 블렌드계 TPE도 이종 폴리머 블렌드만으로는 상용화를 이룰 수 없다. 잘 알려진 것처럼 폴리스타일렌과 폴리페닐렌에테르와 같은 상용성 폴리머 블렌드 수가 적고, 대부분의 폴리머 블렌드는 비상용이기 때문에 단순 블렌드물은 실용성이 부족한 재료가 된다. 현재 사용되고 있는 대부분의 폴리머 블렌드는 비상용성이므로 이를 극복할 수 있어야 소기의 목적을 달성할 수 있다. 지금까지 다양한 방법의 상용화 기술이 연구·보고된바 있으나 첨가제로 상용화제를 사용하는 것이 가장 효과적으로 알려져 있으며 상업적으로 성공한 대부분의 폴리머 블렌드는 상용화제 첨가방법을 이용하여 제조된것이다. 비상용 폴리머 블렌드는 통상 그 상구조(MORPHALOGY)가 블렌드물의 성형가공조건에 따라 변화하며 그 결과 물성도 불안정하여, 재료로서의 신뢰성이 떨어진다. 그래서 이러한 비상용 폴리머 블렌드계에 요구되는 것이 폴리머 블렌드용 상용화제이다. 상용화제는 이종 폴리머를 블렌드시킴으로써 상구조를 제어하고, 그 결과로서 재료에 신뢰성을 줄 수 있도록 한 고분자 첨가제라고 말할 수 있다.
이러한 상용화제로서 일반적으로 사용되고 있는 폴리머는 블락형(BLOCK) 또는 그래프트형(GRAFT) 공중합체가 잘 알려져있다. 이들 폴리머는 이종 폴리머 A,B에 친화성을 가진 두 성분으로 구성되어 있고, 이종 폴리머 A와 B의 성분과 구조에 따라서 각 이종 폴리머에 적합하게 사용될 수 있는 상용화제의 종류에는 여러가지가 존재할 수 있다.
예를 들어 폴리머 PP와 폴리머 EPDM로 이루어진 PP/EPDM 블렌드계에서 주로 사용되고 알려진 상용화제는 PP-EPDM 그래프트형이며, 폴리머 PP와 폴리머 NBR로 이루어진 PP/NBR 블렌드계에서 현재 일반적으로 사용되고 있는 비반응형 상용화제는 MAH-NBR 과 PP-말단아미노가 널리 알려져 있다. 그러나 MAH-NBR 또는 PP-말단아미노를 상용화제로 사용하는 경우 내후성 및 내열성은 개선이 되지만 고무제품에서 필수적으로 요구되는 내유성은 여전히 열등한 것으로 알려져 있다. 또한 이들 상용화제 역시 지금까지 사용되어 왔던 보통의 상용화제와 마찬가지로 공중합체의 각 부분이 화학적으로 다른 구조를 가진 블록공중합체나 그래프트 공중합체 형태를 가지고 있어서 완제품 성형시 그라프트된 소재의 취약점으로 지적된 고온 또는 저온에서의 유연성 부족, 굴곡저항 및 신장율 저하등의 물성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
또 다른 종래 기술로, Coran과 George등은 PP/NBR 블렌드계에서 Ph-PP를 상용화제로 소량 첨가함으로써 PP/NBR 블렌드의 모포로지를 미세화시킬 수 있음을 보고한 바 있으나(SNOOPPY GEORGE, N. R. NEELAKANTAN, K. T. VARUGHESE, SABU THOMAS, Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, Vol. 35, 1997.), 이것 또한 그라프트된 소재의 취약점으로 지적된 고온 또는 저온에서의 유연성 부족, 굴곡저항 및 신장율 저하등의 물성이 떨어지는 문제점을 가지고 있고, 동적가교시에는 PP 매트릭스상에 NBR 고무입자 분산상의 평균크기가 작을수록 균일하게 분산되어 우수한 물성을 나타낼 수 있는바, Ph-PP를 상용화제로 사용하는 경우에는 분산상의 평균크기가 크다는 단점을 본 발명에 따른 실험을 통해 확인 하였다.
또한, Coran등은 동적가교시 고무의 가교제로써 페놀계 수지인 SP-1045를 사용함으로써 용융혼합 중 PP 매트릭스에 영향을 미치지 않으면서 고무상의 가교도를 효율적으로 높일 수 있다고 보고한 바 있으나(Coran. A. Y., Patel. R., Rubber Chem. Technol. Vol 56, 1983.) 수지가류제 SP1045는 단순한 알킬페놀릭 (alkylphenolic) 수지로 가교 효율이 낮다는 문제점이 있다.
본 발명은 비상용성 PP/NBR 블렌드계에서 일반적으로 사용되고 있는 Ph-PP등과 같은 상용화제의 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, GMA-PP 또는 염소화폴리에틸렌(CPE)을 상용화제로 사용하고 또한 가교제로써 수지 가교제(SP1056) 또는 Sulfur Donor계 OTOS를 함께 혼합한 가류시스템을 이용함으로써 기계적 강도 및 성형성등의 물리적 특성이 매우 우수한 신규 내유 열가소성 탄성체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 PP/NBR 블렌드계 내유 TPE는 GMA-PP 또는 단일고분자 형태를 가진 CPE를 상용화제로 사용하고 또한, 적절한 가교제를 이용한 동적가교기술을 이용하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
폴리프로필렌 수지(PP) 25 내지 45 중량부와 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 60 내지 80 중량부와 Glycidylmethacrylate(GMA) modified PP(GMA-PP) 1 내지 5 중량부를 포함하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체에 퍼옥사이드(DCP) 0.5 내지 3.5 중량부에 아크릴산의 금속염 zinc dimethacrylate(ZDMA) 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PP/NBR 블렌드계 열가소성 탄성체에 관한 것이다.
본 발명의 구성에 포함되는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체는 폴리프로필렌 수지(PP) 25 내지 45 중량부와 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 60 내지 80 중량부와 GMA-PP 1 내지 5 중량부를 포함하는 이종 고분자 폴리머 혼합물이다. PP와 NBR로 이루어진 비상용계 이종 고분자 폴리머에서는 어떻게 혼합하더라도 평형상태에서는 마크로(MACRO)로 상분리를 하고, 특성이 안정하지 않으며, 또 폴리머 혼합물에 기대하는 효과를 얻을 수 없는 경우가 많이 있다. 따라서 이러한 이종 폴리머의 성질 차이를 완하시켜 마이크로(MICRO)상 분리구조를 형성, 안정화 시키기 위해서는 상용화제의 역할이 필요하다.
종래부터 이와 같은 PP/NBR계에서는 상용화제로써 Phenolic modified PP(Ph-PP)를 사용하였지만, Ph-PP는 PP에 그래프트된 Phenol이 NBR과 구조적으로 상이한 단점이 있어서 효과가 미약하기 때문에 본 발명에서는 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR)와 그 구조면에서 유사하여 뛰어난 친화성(상용성)을 가진 Glycidylmethacrylate(GMA)을 PP에 그래프트시킨 GMA-PP 1 내지 5 중량부를 상용화제로 사용하는 것을 특징으로 한다.
이렇게 만들어진 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체에 가교제로써 퍼옥사이드 (DCP) 0.5 내지 3.5 중량부와 아크릴산의 금속염 zinc dimethacrylate (ZDMA) 1 내지 5 중량부를 함께 혼합한 가류시스템을 이용함으로써 용융혼합 중 PP의 열화를 일으키지 않으면서 고무상의 효과적인 가교를 유도할 수 있다.
이렇듯 본 발명은 상용화제로 GMA-PP를 사용하는 경우 종래에 일반적으로 사용되던 Ph-PP보다 기계적 강도 및 성형성등의 물리적 특성이 향상된 신규 내유 열가소성 탄성체를 얻을 수 있다. 이에 대한 데이터와 구체적인 수치비교는 아래 실시예와 실험결과에서 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 폴리프로필렌 수지(PP) 25 내지 45 중량부와 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 60 내지 80 중량부와 염소화폴리에틸렌(CPE) 5 내지 10 중량부를 포함하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체에 퍼옥사이드(DCP) 0.5 내지 3.5 중량부와 아크릴산의 금속염 zinc dimethacrylate(ZDMA) 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PP/NBR 블렌드계 열가소성 탄성체에 관한 것이다.
본 발명의 구성에 포함되는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체는 폴리프로필렌 수지(PP) 25 내지 45 중량부와 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 60 내지 80 중량부와 염소화폴리에틸렌(CPE) 5 내지 10 중량부를 포함하는 이종 고분자 폴리머 혼합물이다. PP와 NBR로 이루어진 비상용계 이종 고분자 폴리머에 종래부터 일반적으로 사용되왔던 화학적 성질이 서로 다른 두 개 부분으로 이루어진 상용화제를 첨가하는 것이 아니라 단일고분자 형태를 가지며 상용화제로는 지금까지 사용되지 않았던 염소화폴리에틸렌(CPE) 5 내지 10 중량부를 상용화제로 사용하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일반적인 상용화제로서 사용되고 있는 폴리머는 블록공중합체나 그래프트 공중합체가 알려져 있고, 이들 폴리머는 이종 폴리머 A, B에 친화성(상용성)을 가진 두 성분으로 구성되어 있어서, 양폴리머간의 계면장력을 감소시키고 계면의 두께를 증대시키며 입자간의 반발력을 일으키는 효과를 미치게 함으로써 이종폴리머를 상용화 시킨다. 따라서 이론적으로 볼 때, 상용성이 없는 A, B 두 고분자와 각각 상용성을 가지기 위해서 상용화제는 화학적으로 서로 다른 성질을 가진 두 개의 부분으로 나누어져 있어야 한다. 이것은 상용화제가 블록공중합체나 그래프트 공중합체 등의 공중합체 형태를 가져야 하고 공중합체의 각 부분은 화학적으로 다른 구조여야 한다는 것을 의미한다. 종래의 예를 보더라도, 대부분의 이종 폴리머 블렌드와 그 중 하나인 PP/NBR 블렌드계에서는 일반적으로 공중합체의 각 부분이 화학적으로 다른 구조를 가진 블록공중합체나 그래프트 공중합체 형태를 가지고 있는 비반응형 상용화제를 사용하고 있는 실정이었다. 그러나 그라프트된 소재의 취약점으로 지적된 바와같이 블록공중합체나 그래프트 공중합체 형태는 고온 또는 저온에서 유연성이 부족하고, 굴곡저항 및 신장율 저하등의 물성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 발명에 따라 단일고분자 형태를 가지며 상용화제로는 지금까지 사용되지 않았던 염소화폴리에틸렌(CPE)을 상용화제로 사용하는 경우 상기와 같은 문제점을 해결하면서, 고온에서도 내유성이 탁월하며 탄성체 가요성이 있고 기계적 강도 및 성형성등의 물리적 특성이 매우 우수한 신규 내유 열가소성 탄성체를 제조할 수 있게 되는 것이다.
이렇게 만들어진 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체에 가교제로써 퍼옥사이드 (DCP) 0.5 내지 3.5 중량부와 아크릴산의 금속염 zinc dimethacrylate (ZDMA) 1 내지 5 중량부를 함께 혼합한 가류시스템을 이용함으로써 용융혼합 중 PP의 열화를 일으키지 않으면서 고무상의 효과적인 가교를 유도할 수 있다.
이렇듯 본 발명은 상용화제로 CPE를 사용하는 경우 종래에 일반적으로 사용되던 Ph-PP보다 기계적 강도 및 성형성등의 물리적 특성이 향상된 신규 내유 열가소성 탄성체를 얻을 수 있다. 이에 대한 데이터와 구체적인 수치비교는 아래 실시예와 실험결과에서 확인할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따라 PP/NBR 블렌드계에서 상용화제로써 Glycidylmethacrylate(GMA) modified PP(GMA-PP)를 1 내지 5 중량부 또는 염소화폴리에틸렌(CPE)에 대해서 5 내지 10 중량부를 상용화제로 사용하는 것은 PP와 구조적으로 유사한 GMA-PP를 PP의 약 10 wt %, NBR과 구조적으로 유사한 CPE를 NBR의 약 10 wt %, 첨가함으로써 블렌드의 인장강도, 인열강도 등의 기계적물성을 현저하게 증가시킬 수 있음을 알 수 있었기 때문이다.
한편, 본 발명에 따르면 폴리프로필렌 수지(PP) 25 내지 45 중량부와 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 60 내지 80 중량부와 염소화폴리에틸렌(CPE) 5 내지 10 중량부를 포함하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체에 가교제로써 수지 가교제(SP1056) 5 내지 10 중량부, Sulfur Donor계 가교제 또는 N-oxydiethylene dithiocarbamyl-N'-oxydiethylene sulfenamide(OTOS) 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PP/NBR 블렌드계 열가소성 탄성체에 관한 것이다.
폴리프로필렌 수지(PP) 25 내지 45 중량부와 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 60 내지 80 중량부와 염소화폴리에틸렌(CPE) 5 내지 10 중량부를 포함하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체는 소량의 열가소성플라스틱 연속상에 고무입자가 혼합하여 존재하기 때문에 이것을 미세하게 분산시킬 수 있는 방법이 필요하다.
동적가교 (dynamic vulcanization)는 열가소성 플라스틱과 이보다 많은 양의 고무를 이축압출기 또는 내부혼합기 등을 이용하여 용융 혼합하면서 적절한 가교제를 투입하여 고무상을 전단력하에서 가교시킴으로써 소량의 열가소성플라스틱 연속상에 가교된 고무입자를 미세하게 분산시킬 수 있는 방법이다. 이때, 분산상인 가교된 고무입자는 고무탄성을 부여하며, 연속상인 PP가 용융가공성과 재활용성을 부여하는 역할을 한다. 이러한 블렌드계 TPE가 우수한 고무탄성, 강도, 내열성 및 가공성 등을 나타내기 위해서는 PP 연속상에 분산된 고무입자의 크기가 수 미크론 수준 이하이어야 하고, 고무입자의 가교밀도는 충분히 커야하며, 매트릭스인 PP의 결정화도는 높아야 한다. 고무입자의 가교도는 사용하는 가교제의 종류에 따라 크게 영향을 받게되는데, 일반적으로 고무의 가교에 많이 사용하는 과산화물가교제를 PP와 NBR의 용융혼합 중에 투입하는 경우 가교제인 DCP는 고무의 가교반응 뿐 아니라 PP의 사슬을 절단하는 반응을 함께 일으키기 때문에, 기대하는 수준의 물성을 얻기가 어렵게 된다.
그러나 본발명에 따라 상용화제로써 염소화폴리에틸렌(CPE) 5 내지 10 중량부를 포함하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체에 고무입자의 가교제로 종래부터 널리 사용되고 있는 DCP와 아크릴산의 금속염 zinc dimethacrylate(ZDMA)를 대신하여 동적가교시에 수지 가교제 (SP1056) 5 내지 10 중량부, Sulfur Donor계 가교제 또는 N-oxydiethylene dithiocarbamyl-N'-oxydiethylene sulfenamide(OTOS) 1 내지 5 중량부와 함께 가류시스템을 이용하면 용융혼합 중 PP의 열화를 일으키지 않으면서 고무상의 효과적인 가교를 유도하여 분산상인 고무입자의 크기를 미세하게 할 수 있고, 이에 따라 인장강도, 파단신율, 인열강도, 응력률, 경도등의 물리적 특성이 뚜렷이 향상된 신규 내유 열가소성 탄성체를 얻을 수 있다. 이에 대한 데이터와 구체적인 수치비교는 아래 실시예와 실험결과에서 확인할 수 있다.
또한, 동적가교시에는 PP 매트릭스상에 NBR 고무입자 분산상의 평균크기가 작을수록 균일하게 분산되어 우수한 물성을 나타낼 수 있는바, 종래부터 일반적인 Ph-PP를 상용화제로 사용하는 경우와 비교하여 본 발명에 따라 상용화제로 GMA-PP 또는 CPE를 사용하는 경우 분산상의 평균크기가 2배까지 작아지는 효과를 얻을 수 있다. 실험을 위해 분산상의 크기는 Scanning Electron Microscopy(SEM)으로 모폴로지를 관찰하였고, 각 상용화제의 첨가량 변화에 따른 분산상의 평균크기 변화를 확인하기 위해 이미지 분석기(image analyser)를 이용하여 자세히 관찰하였으며 그 결과는 아래 표 1에 나타내었다.
표 1은 상용화제의 첨가량 변화에 따른 분산상의 평균크기 변화를 나타낸 것으로 상기 표에 나타난 바와 같이 상용화제로 Ph-PP를 사용하는 경우와 비교하여 본 발명에 따라 상용화제로 GMA-PP 또는 CPE를 사용하는 경우 분산상의 평균크기가 2배까지 작아지게 됨을 알 수 있다. 따라서 동적가교시에 PP 매트릭스상에 NBR 고무입자 분산상의 평균크기가 작아 균일하게 분산되어 우수한 물성을 나타낼 수 있다. 여기서 분산상의 크기는 상용화제의 첨가량이 증가함에 따라 감소하다가 어느 일정량에 도달하면 더 이상의 감소는 일어나지 않는 것을 알 수 있다. 이는 Noolandi 등이 예측한 바와 같이 상용화제의 첨가량이 어느 임계값 이상으로 증가하게 되면, 상용화제가 구성성분간의 계면에만 존재하지 못하고 연속상인 PP에 또 하나의 분산상으로 존재하게 되기 때문이다.
본 발명의 바람빅한 실시예에 따르면 상기 본 발명에서 사용된 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR)는 니트릴 함량이 34 내지 41%이고 무늬점도는 60 내지 80 중량부인 것을 포함하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 니트릴 함량이 34%인 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR)를 포함하는 열가소성 탄성체가 바람직하다.
이러한 본 발명은 다음 실시례를 들어 보다 구체적으로 기술하며, 이 실시례는 단지 본 발명의 내용을 보다 용이하게 이해될 수 있도록 하기 위해 기재된 것일 뿐, 본 발명은 이들 실시례에 한정되지 않고 첨부된 특허청구의 범위와 본 발명의 범주 및 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형 및 수정이 가능하다.
다음의 비교예와 실시예는 본 발명에 따른 상용화제인 GMA-PP 또는 CPE의 효과와 본 발명에 따른 가교제인 수지 가교제(SP1056), Sulfur Donor계 가교제 또는 N-oxydiethylene dithiocarbamyl-N'-oxydiethylene sulfenamide(OTOS)의 효과를 알아보기 위하여 실험한 것으로 각 비교예와 실시예는 아래에 나와있는 표 1과 2의 각 항목에 대응되며 실시예 1 내지 3은 각각 청구항 1 내지 3에 대응되고, 실시예 4는 청구항 4 및 5에 대응된다.
[비교예 1]
비교예 1은 아래에 나와있는 표 2와 3의 A와 A'에 대응된다. 먼저, 용융점도(230 ℃,2.160 ㎏)가 3g/10min인 호모 폴리프로필렌(PP) 30 중량부와 아크로니트릴함량 34%, 무늬점도(ML1+4/100℃) 80인 아크로-니트릴-부타디엔(NBR)계 고무 70 중량부를 이축압출기(Twin screw extruder)에 넣는다. 여기에 파라핀계 프로세스 오일 약간량을 첨가하여 180℃ 에서 350rpm 의 조건으로 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체(A)를 제조하였다. 다음으로 고무부의 가교를 위하여 포옥사이드 가교제(DCP) 2중량부와 아크릴산의 금속염인 zinc dimethacrylate(ZDMA) 3 중량부를 첨가하여 가교형 올레핀계 열가소성 탄성체(A')를 제조하였다. 동적가교시킨 블렌드의 제조는 NBR과 PP를 일정시간 혼합한 후 혼합 중 가교제를 투입하여 제조하였다.
이때, 가교가 일어나는지 여부는 혼합 중의 토오크변화를 관찰함으로써 확인하였고, 혼합 중 구성성분의 노화를 억제하기 위하여 노화방지제로써 Irganox 1010과 RUBATAN 184-RD를 PP와 NBR에 대해 각각 0.5 phr씩을 첨가하였다.
[비교예 2]
비교예 2는 아래에 나와있는 표 2와 3의 B와 B'에 대응된다. 용융점도(230 ℃,2.160 ㎏)가 3g/10min인 호모 폴리프로필렌(PP) 27 중량부와 용융점도(230 ℃,2.160 ㎏)가 3g/10min인 Phenolic modified PP(Ph-PP) 3 중량부와 아크로니트릴함량 34%, 무늬점도(ML1+4/100℃) 80인 아크로-니트릴-부타디엔 (NBR)계 고무 70 중량부를 이축압출기(Twin screw extruder)에 넣는다. 여기에 파라핀계 프로세스 오일 약간량을 첨가하여 비교예 1의 조건으로 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체(B)를 제조하였다. 다음으로 고무부의 가교를 위하여 포옥사이드 가교제(DCP) 2중량부와 아크릴산의 금속염인 zinc dimethacrylate(ZDMA) 3 중량부를 첨가하여 가교형 올레핀계 열가소성 탄성체(B')를 제조하였다.
이때, 가교가 일어나는지 여부는 혼합 중의 토오크변화를 관찰함으로써 확인하였고, 혼합 중 구성성분의 노화를 억제하기 위하여 노화방지제로써 Irganox 1010과 RUBATAN 184-RD를 PP와 NBR에 대해 각각 0.5 phr씩을 첨가하였다..
[실시예 1]
실시예 1은 아래에 나와있는 표 2와 3의 C와 C'에 대응되며, 청구항 1을 뒷받침한다. 용융점도(230 ℃,2.160 ㎏)가 3g/10min인 호모 폴리프로필렌(PP) 27 중량부와 용융점도(230 ℃,2.160 ㎏)가 3g/10min인 glycidylmethacrylate(GMA) modified PP(GMA-PP) 3 중량부와 아크로니트릴함량 34%, 무늬점도(ML1+4/100℃) 80인 아크로-니트릴-부타디엔(NBR)계 고무 70 중량부를 이축압출기(Twin screw extruder)에 넣는다. 여기에 파라핀계 프로세스 오일 약간량을 첨가하여 비교예 1의 조건으로 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체(C)를 제조하였다. 다음으로 고무부의 가교를 위하여 포옥사이드 가교제(DCP) 2 중량부와 아크릴산의 금속염인 zinc dimethacrylate(ZDMA) 3 중량부를 첨가하여 가교형 올레핀계 열가소성 탄성체(C')를 제조하였다.
이때, 가교가 일어나는지 여부는 혼합 중의 토오크변화를 관찰함으로써 확인하였고, 혼합 중 구성성분의 노화를 억제하기 위하여 노화방지제로써 Irganox 1010과 RUBATAN 184-RD를 PP와 NBR에 대해 각각 0.5 phr씩을 첨가하였다.
[실시예 2]
실시예 2는 아래에 나와있는 표 2와 3의 D와 D'에 대응되며, 청구항 2를 뒷받침한다. 용융점도(230 ℃,2.160 ㎏)가 3g/10min인 호모 폴리프로필렌(PP) 30 중량부와 아크로니트릴함량 34%, 무늬점도(ML1+4/100℃) 80인 아크로-니트릴-부타디엔 (NBR)계 고무 63 중량부와 염소함량 36%, 무늬점도(ML1+4/121℃) 80인 염소화폴리에틸렌(CPE) 7 중량부를 이축압출기(Twin screw extruder)에 넣는다. 여기에 파라핀계 프로세스 오일 약간량을 첨가하여 비교예 1의 조건으로 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체(D)를 제조하였다. 다음으로 고무부의 가교를 위하여 포옥사이드 가교제(DCP) 2 중량부와 아크릴산의 금속염인 zinc dimethacrylate(ZDMA) 3 중량부를 첨가하여 가교형 올레핀계 열가소성 탄성체(D')를 제조하였다.
이때, 가교가 일어나는지 여부는 혼합 중의 토오크변화를 관찰함으로써 확인하였고, 혼합 중 구성성분의 노화를 억제하기 위하여 노화방지제로써 Irganox 1010과 RUBATAN 184-RD를 PP와 NBR에 대해 각각 0.5 phr씩을 첨가하였다.
[실시예 3]
실시예 3은 아래에 나와있는 표 2와 3의 E와 E'에 대응되며, 청구항 3을 뒷받침한다. 용융점도(230 ℃,2.160 ㎏)가 3g/10min인 호모 폴리프로필렌(PP) 22 중량부와 아크로니트릴함량 34%, 무늬점도(ML1+4/100℃) 80인 아크로-니트릴-부타디엔 (NBR)계 고무 70 중량부와 염소함량 36%, 무늬점도(ML1+4/121℃) 80인 염소화폴리에틸렌(CPE) 7 중량부를 이축압출기(Twin screw extruder)에 넣는다. 여기에 파라핀계 프로세스 오일 약간량을 첨가하여 비교예 1의 조건으로 수지 가교제(SP1056) 8 중량부를 첨가하여 가교형 올레핀계 열가소성 탄성체(E')를 제조하였다.
이때, 가교가 일어나는지 여부는 혼합 중의 토오크변화를 관찰함으로써 확인하였고, 혼합 중 구성성분의 노화를 억제하기 위하여 노화방지제로써 Irganox 1010과 RUBATAN 184-RD를 PP와 NBR에 대해 각각 0.5 phr씩을 첨가하였다..
[실시예 4]
실시예 4는 아래에 나와있는 표 2와 3의 F와 F'에 대응되며, 청구항 4 및 5를 뒷받침한다. 용융점도(230 ℃,2.160 ㎏)가 3g/10min인 호모 폴리프로필렌(PP) 30 중량부와 아크로니트릴함량 34%, 무늬점도(ML1+4/100℃) 80인 아크로-니트릴-부타디엔 (NBR)계 고무 70 중량부와 염소함량 36%, 무늬점도(ML1+4/121℃) 80인 염소화폴리에틸렌(CPE) 7 중량부를 이축압출기(Twin screw extruder)에 넣는다. 여기에 파라핀계 프로세스 오일 약간량을 첨가하여 비교예 1의 조건으로 Sulfur Donor계의 N-oxydiethylene dithiocarbamyl-N'-oxydiethylene sulfenamide(OTOS) 2 중량부를 첨가하여 가교형 올레핀계 열가소성 탄성체(F')를 제조하였다.
이때, 가교가 일어나는지 여부는 혼합 중의 토오크변화를 관찰함으로써 확인하였고, 혼합 중 구성성분의 노화를 억제하기 위하여 노화방지제로써 Irganox 1010과 RUBATAN 184-RD를 PP와 NBR에 대해 각각 0.5 phr씩을 첨가하였다.
아래에 있는 표 2는 비교예 1,2와 실시예 1 내지 4에서 사용된 블렌드의 재료 배합을 표로써 정리하여 나타낸 것이다.
표 2에서 나타난 바와 같이 본 발명에 따라 상용화제로써 GMA-PP 3 중량부 또는 염소화폴리에틸렌(CPE) 7 중량부를 상용화제로 사용하는 것은 PP와 구조적으로 유사한 GMA-PP를 PP의 약 10 wt %, NBR과 구조적으로 유사한 CPE를 NBR의 약 10 wt %, 첨가함으로써 기계적물성을 현저하게 증가시킬 수 있음을 알 수 있었기 때문이다.
상기 비교예 1 내지 6에서 제조된 가교형 올레핀계 열가소성 탄성체의 상용성과 물리적 특성을 평가하기 위해서 각각의 실시예를 통해 제조된 펠렛을 압축성형(compression molding)하여 200 ℃에서 5분간 각각 2 ㎜인 쉬트로 만든 후, 해당 시험규격에 맞도록 시편을 제작하여 하기의 방법에 의해 측정하였다.
ㄱ) 인장강도(㎏f/㎠) 및 파단신율은 JIS K-6301의 3항에 따르되, 시험편은 아령 1 호형, 시험속도는 200 ㎜/min로 측정하였다.
ㄴ) 인열강도(㎏f/cm)는 ASTM D624 규격에 따라서 unnicked 90˚angle 시편을 제조하여 실험하였고, 시험 속도는 200 ㎜/min로 측정하였다.
ㄷ) 경도 (shore A와 D)는 JIS K-6301에 규정된 방법에 의거하여 두께가2 ㎜인 쉬트를 3 장 겹쳐서 경도를 측정하였다.
상기한 측정방법으로 각 실시예에 따른 열가소성 탄성체를 평가한 결과는 아래 표 3에 나타내었다.
표 3에 나타난 바와 같이 비교예 2 방법에 의해 상용화제로 Ph-PP를 사용하는 경우 물성효과는 B'에 나타나있고, 실시예 1 방법에 의해 상용화제로 GMA-PP를 사용하는 경우 물성효과는 C'에 나타내었다. B'이 A'과 비교해서 그 수치가 5.20, 224.1로 효과의 차이가 없는데 반하여 상용화제로 GMA-PP를 사용하는 경우 C'의 효과는 인장강도 5.98, 파단신율 252.5로 그 물성의 특징적인 효과가 뚜렷하게 증가하였음을 알 수 있다.
또한, 실시예 2 방법에 의해 상용화제로 CPE를 사용하는 경우 물성효과는 D'에 나타내었고, 이것을 실시예 1 방법에 의해 상용화제로 GMA-PP를 사용하는 경우의 물성효과인 C'와 비교하더라도 C'의 인장강도와 파단신율은 5.98과 252.5이지만, D' 의 인장강도와 파단신율은 6.97과 288.8로 앞자리 단위수치가 바뀔 정도의 뛰어난 효과가 있다는 것을 알 수 있다.
더불어서, 실시예 3 방법에 의해 가교제로 수지 가교제(SP1056)를 사용하는 경우 물성효과는 E'에 나타나있고, 실시예 4 방법에 의해 가교제로 Sulfur Donor계 OTOS를 사용하는 경우 물성효과는 F'에 나타내었다. E'의 인장강도와 파단신율은 7.98과 370으로 다른 여러가지 경우보다 월등하게 높은 수치를 보이고 있고, F'의 인장강도와 파단신율 또한 가교제로 Sulfur Donor계 OTOS를 사용하지 않는 경우인 D' 보다 인장강도는 4.36에서 6.30으로 파단신율은 169.9에서 290으로 현저하게증가하였음을 알 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 내유성 고무와 올레핀계 폴리프로필렌 수지 조성물은 원하는 형상으로 성형할 수 있는 압축성형이 양호한 고무 탄성을 가진 PP/NBR 블렌드계 내유 TPE 고무로 고온에서도 내유성이 탁월하면서 탄성체 가요성이 있고, 여러 가공 분야에 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 실사용에 적합하도록 인장강도, 파단신율, 인열강도, 응력율, 경도와 같은 기계적 강도와 성형성등 물리적 특성이 매우 우수한 장점이 있다.

Claims (6)

  1. a) i) 폴리프로필렌 수지(PP) 25 내지 45 중량부와;
    ii) 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 60 내지 80 중량부와;
    iii) Glycidylmethacrylate(GMA) modified PP(GMA-PP) 1 내지 5 중량부를 포함하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체와;
    c) 퍼옥사이드(DCP) 0.5 내지 3.5 중량부와;
    d) 아크릴산의 금속염 zinc dimethacrylate(ZDMA) 1 내지 5 중량부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 PP/NBR 블렌드계 열가소성 탄성체.
  2. a) i) 폴리프로필렌 수지(PP) 25 내지 45 중량부와;
    ii) 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 60 내지 80 중량부와;
    iii) 염소화폴리에틸렌(CPE) 5 내지 10 중량부를 포함하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체와;
    c) 퍼옥사이드(DCP) 0.5 내지 3.5 중량부와;
    d) 아크릴산의 금속염 zinc dimethacrylate(ZDMA) 1 내지 5 중량부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 PP/NBR 블렌드계 열가소성 탄성체.
  3. a) i) 폴리프로필렌 수지(PP) 25 내지 45 중량부와;
    ii) 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 60 내지 80 중량부와;
    iii) 염소화폴리에틸렌(CPE) 5 내지 10 중량부를 포함하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체와
    b) 수지 가교제(SP1056) 5 내지 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PP/NBR 블렌드계 열가소성 탄성체.
  4. a) i) 폴리프로필렌 수지(PP) 25 내지 45 중량부와;
    ii) 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 60 내지 80 중량부와;
    iii) 염소화폴리에틸렌(CPE) 5 내지 10 중량부를 포함하는 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체와
    b) Sulfur Donor계 가교제 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PP/NBR 블렌드계 열가소성 탄성체.
  5. 제 4항에 있어서, Sulfur Donor계 가교제는 N-oxydiethylene dithiocarbamyl-N'-oxydiethylene sulfenamide(OTOS) 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PP/NBR 블렌드계 열가소성 탄성체.
  6. 제 1항 내지 제 5항에 있어서, 아크로 니트릴 부타디엔 고무(NBR)는 니트릴 함량이 34 내지 41%이고 무늬점도는 60 내지 80 중량부로 이루어진 비가교형 올레핀계 열가소성 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 PP/NBR 블렌드계 열가소성 탄성체.
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