KR20170077838A - 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법 및 스티렌-부타디엔 고무 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중합반응에 있어서 2종 이상의 성분을 포함하는 분자량 조절제를 사용하면서, 상기 분자량 조절제의 각 성분의 투입 시점을 최적화하여 제조되는 스티렌-부타디엔 고무의 물성을 개선할 수 있는 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법 및 이를 통해 제조된 스티렌-부타디엔 고무에 관한 것으로, 본 발명의 제조방법으로 제조된 스티렌-부타디엔 고무는 인장강도, 인장신율 등의 특성이 개선되어 친환경성, 내마모성 등을 갖는 타이어의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법 및 이를 통해 제조된 스티렌-부타디엔 고무에 관한 것으로, 구체적으로 중합반응에 있어서 2종 이상의 성분을 포함하는 분자량 조절제를 사용하면서, 상기 분자량 조절제의 각 성분의 투입 시점을 최적화하여 제조되는 스티렌-부타디엔 고무의 물성을 개선할 수 있는 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법 및 이를 통해 제조된 스티렌-부타디엔 고무에 관한 것이다.
에멀젼 중합된 스티렌-부타디엔 고무(E-SBR)은 타이어의 제조에 있어서 가장 일반적으로 사용되는 합성 고무로 평탄한 가황성, 안정된 스코치, 높은 가공성 등의 특성을 가진다.
최근에는 에너지 효율과 관련하여 EU 라벨링 제도 등 자동차의 연비 규제가 강화되고 있으며, 이에 타이어의 소재에 있어서도 친환경, 내마모성 등을 발휘할 수 있는 스티렌-부타디엔 고무 소재에 대한 연구가 더욱 주목 받고 있다.
에멀젼 공중합체 기술로 스티렌-부타디엔 공중합체 혹은 스티렌-부타디엔-극성단량체 공중합체를 제조하는 방법에 관하여는 여러 특허가 공지되어 있다.
예를 들면, 미국특허 제3,575,913호 및 제3,563,946호에는 스티렌-부타디엔 혹은 스티렌-부타디엔-아크릴레이트 공중합체를 에멀젼 상태에서 과황산화 칼륨 혹은 아조비스이소부티로나이트릴을 이용해 제조한 것이 공지되어 있다. 또한, 특허공개 제1999-0077755호에는 정지 마찰 특성이 개선된 구름 저항 및 트레드웨어 특성을 갖는 타이어 트레드의 제조에 사용될 수 있는 에멀젼 스티렌-부타디엔 고무 및 이의 제조방법이 개시되어 있다.
이와 같은 기존의 스티렌-부타디엔 고무의 중합에는 분자량 조절제로서 t-도데실머캅탄(t-DDM)이 사용되는데, t-도데실머캅탄은 그 제조 메커니즘 상의 특징으로 인해 35개의 이성질체의 혼합물로 이루어져 있어, 이를 이용하여 스티렌-부타디엔 고무를 중합할 경우, 제조된 스티렌-부타디엔 고무의 최종 물성에 좋지 않은 영향을 미친다는 단점이 있다.
따라서, 상기 t-도데실머캅탄을 단점을 해결할 수 있는 새로운 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법 및 이를 통해 물성이 개선된 스티렌-부타디엔 고무의 개발을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 2종 이상의 성분을 포함하는 분자량 조절제를 사용하면서, 상기 분자량 조절제의 각 성분의 투입 시점을 최적화하여 제조되는 스티렌-부타디엔 고무의 물성을 개선할 수 있는 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 제조방법으로 제조된 물성이 개선된 스티렌-부타디엔 고무를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
1) 스티렌계 단량체; 2) 부타디엔계 단량체; 및 3) t-도데실머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올(PMHT)을 포함하는 분자량 조절제를 포함하는 조성물을 이용하여 에멀젼 상태로 중합하는 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR)의 제조방법으로서,
상기 t-도데실 머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올이 70:30 내지 95:5의 중량비로 포함되고,
상기 펜타메틸헵탄티올은 상기 중합이 10% 내지 55%의 전환율을 나타내는 시점에 투입되는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 제조방법으로 제조되고, 인장강도(TS)가 250 kg·f/cm2 내지 300 kg·f/cm2이며, 인장신율(ε)이 370 내지 400%인, 스티렌-부타디엔 고무를 제공한다.
본 발명에 따른 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법은 2종 이상의 성분을 포함하는 분자량 조절제를 사용하면서, 상기 분자량 조절제의 각 성분의 투입 시점을 최적화하여 제조되는 스티렌-부타디엔 고무의 물성을 개선할 수 있으며, 따라서 상기 제조방법으로 제조된 스티렌-부타디엔 고무는 인장강도, 인장신율 등의 특성이 개선되어 친환경성, 내마모성 등을 갖는 타이어의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 실시예 3 및 비교예 1의 제조 방법에서의 시간에 따른 MH 값을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법은
1) 스티렌계 단량체; 2) 부타디엔계 단량체; 및 3) t-도데실머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올(PMHT)을 포함하는 분자량 조절제를 포함하는 조성물을 이용하여 에멀젼 상태로 중합하는 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR)의 제조방법으로, 이때 상기 t-도데실 머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올은 70:30 내지 95:5의 중량비로 포함되고, 상기 펜타메틸헵탄티올은 상기 중합이 10% 내지 55%의 전환율을 나타내는 시점에 투입된다.
1) 스티렌계 단량체
상기 스티렌계 단량체는 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌, α-메틸스티렌, 디비닐벤젠, p-tert-스티렌 및 디메틸스티렌 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 스티렌계 단량체는 전체 단량체의 총량 중 10 중량% 내지 60 중량%일 수 있고, 구체적으로 15 내지 50 중량%일 수 있다. 상기 스티렌계 단량체가 10 중량% 미만이면 제조된 스티렌-부타디엔 고무의 인장 물성을 비롯한 기계적 물성이 저하될 수 있고, 60 중량%를 초과할 경우, 제조된 스티렌-부타디엔 고무의 탄성 및 내마모도가 저하될 수 있다.
2) 부타디엔계 단량체
상기 부타디엔계 단량체는 1,3-부타디엔, 1,4-부타디엔, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 2-에틸-1,3-부타디엔, 1,3-펜타디엔, 및 이소프렌으로 이루어진 1종 이상일 수 있다.
상기 부타디엔계 단량체는 전체 단량체의 총량 중 40 중량% 내지 90 중량%일 수 있고, 구체적으로 50 중량% 내지 85 중량%일 수 있다. 상기 부타디엔계 단량체가 40 중량% 미만이면 제조된 스티렌-부타디엔 고무의 탄성 및 내마모도가 저하하는 문제가 생길 수 있고, 90 중량%를 초과할 경우, 제조된 스티렌-부타디엔 고무의 인장물성을 비롯한 기계적 물성이 저하될 수 있다.
제조된 스티렌-부타디엔 고무를 이루는 공중합체에서 부타디엔 단위의 구조는 트랜스, 시스, 및 비닐 그룹으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 구조를 가질 수 있다.
3) t-도데실머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올(PMHT)을 포함하는 분자량 조절제
상기 분자량 조절제는 t-도데실머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올(PMHT)을 포함하며, 상기 t-도데실 머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올은 70:30 내지 95:5의 중량비로 포함된다.
상기 t-도데실머캅탄은 하기 반응식에 따라 제조되는 것일 수 있으며, 제조 방법 상 35개 이상의 이성질체를 포함하게 된다.
상기 식 (1)에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 알킬기이며, 상기 R1 내지 R4의 탄소수의 합은 10이다.
상기 펜타메틸헵탄티올(pentamethylheptanethiol, PMHT)은 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올, 2,4,4,6,6-펜타메틸헵탄-2-티올, 2,3,4,6,6-펜타메틸헵탄-2-티올, 및 2,3,4,6,6-펜타메틸헵탄-3-티올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 펜타메틸헵탄티올은 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올을 상기 펜타메틸헵탄티올 총 몰수에 대하여 65 몰% 이상 포함하는 것일 수 있다.
상기 펜타메틸헵탄티올은 하기 반응식에 따라 제조되는 것일 수 있으며, 제조 방법 상, 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올을 상기 펜타메틸헵탄티올 총 몰수에 대하여 65 몰% 이상 포함할 수 있다.
본 발명의 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법에서 사용되는 분자량 조절제는 상기 펜타메틸헵탄티올을 상기 t-도데실 머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올이 70:30 내지 95:5의 중량비를 만족하도록 포함하며, 또한 상기 펜타메틸헵탄티올은 상기 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올을 상기 펜타메틸헵탄티올 총 몰수에 대하여 65 몰% 이상 포함할 수 있으므로, 상기 분자량 조절제에서 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올의 단일 이성질체가 가장 큰 분율을 차지하게 되어, 제조되는 스티렌-부타디엔 고무가 고른 물성을 가지게 할 수 있고, 따라서 스티렌-부타디엔 고무의 인장 강도, 인장 신율 등의 물성을 증가시킬 수 있다.
또한, 구체적으로 상기 t-도데실 머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올은 70 초과: 30 미만 내지 95 미만:5 초과의 중량비, 더욱 구체적으로 80:20 내지 95 미만:5 초과의 중량비, 더욱 구체적으로 80:20 내지 90:10의 중량비로 포함될 수 있다.
한편, 상기 분자량 조절제는 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올을 분자량 조절제 총 몰수에 대하여 5 몰% 이상 포함할 수 있고, 구체적으로 5 몰% 내지 50몰% 포함할 수 있다.
상기 조성물은, 상기 분자량 조절제를 상기 조성물 100 중량부를 기준으로 0.01 중량부 내지 2 중량부 포함할 수 있고, 구체적으로 0.05 내지 2 중량부 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로 0.1 중량부 내지 1 중량부 포함할 수 있다.
상기 분자량 조절제의 사용량에 따라 스티렌-부타디엔 고무의 평균분자량을 조절할 수 있는데, 상기 조성물 100 중량부를 기준으로 상기 분자량 조절제가 0.01 중량부에 가까운 소량이 사용될 경우 제조되는 스티렌-부타디엔 고무가 고분자량을 가질 수 있고, 2 중량부에 가까운 다량이 사용될 경우 제조되는 스티렌-부타디엔 고무가 저분자량을 가질 수 있다. 상기 분자량 조절제의 함량이 0.01 중량부 미만일 경우, 겔이 발생하는 문제가 발생할 수 있고, 2 중량부를 초과할 경우, 제조된 스티렌-부타디엔 고무의 물성이 저하될 수 있다.
본 발명의 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법에서 상기 1) 스티렌계 단량체; 2) 부타디엔계 단량체; 및 3) t-도데실머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올(PMHT)을 포함하는 분자량 조절제를 포함하는 조성물은 에멀젼 상태에서 라디칼 중합될 수 있다.
상기 라디칼 중합은 5 ℃ 내지 90 ℃의 온도, 구체적으로 10 ℃ 내지 50 ℃의 온도에서 이루어질 수 있고, 2시간 내지 72시간 동안, 구체적으로 4시간 내지 48시간 동안 이루어질 수 있다.
상기 라디칼 중합의 온도가 5℃ 미만일 경우, 반응의 활성에 도달하기 어렵고, 90 ℃를 초과할 경우, 겔이 형성될 수 있다.
본 발명의 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법에서 상기 분자량 조절제가 포함하는 t-도데실머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올(PMHT)은 각각 중합 반응의 진행 정도에 따라 나뉘어 투입될 수 있으며, 구체적으로 상기 t-도데실머캅탄은 반응 초기에 투입될 수 있고, 상기 펜타메틸헵탄티올(PMHT)은 중합 반응이 시작된 이후에 투입될 수 있다.
상기 펜타메틸헵탄티올(PMHT)은 상기 중합이 10% 내지 55%의 전환율을 나타내는 시점에 투입될 수 있고, 구체적으로 상기 펜타메틸헵탄티올(PMHT)은 상기 중합이 15% 내지 50%의 전환율을 나타내는 시점에 투입될 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 중합이 15% 내지 45%의 전환율을 나타내는 시점에 투입될 수 있다.
상기 펜타메틸헵탄티올(PMHT)을 중합 반응이 시작된 이후에 적정 시점, 즉 15 내지 55%의 전환율을 나타내는 시점에 투입할 경우, 소량의 펜타메틸헵탄티올(PMHT)의 사용만으로도 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올의 단일 이성질체가 다량 투입된 것과 같은, 단일 이성질체의 사용에 따라 제조되는 스티렌-부타디엔 고무가 고른 물성을 가지게 되어 스티렌-부타디엔 고무의 인장 강도, 인장 신율 등의 물성을 증가되는 것과 같은, 높은 물성 개선 효과를 나타낼 수 있다.
상기 펜타메틸헵탄티올(PMHT)이 10% 미만의 전환율을 나타내는 시점에 투입될 경우, 가류속도 개선 및 인장강도 향상의 정도가 부족할 수 있고, 55%를 초과하는 전환율을 나타내는 시점에 투입될 경우, 겔 생성에 의해 분자량 조절 효과가 미미할 수 있다.
한편, 본 발명의 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법에서 상기 조성물은 상기 1) 스티렌계 단량체 및 2) 부타디엔계 단량체 이외에 아크릴로나이트릴계 단량체를 추가로 포함할 수 있다.
상기 아크릴로나이트릴계 단량체는 메타아크릴로나이트릴, 에타아크릴로나이트릴, α-클로로나이트릴, α-시아노에틸아크릴로나이트릴 및 크로토노나이드릴 중에서 선택된 1 종 이상일 수 있다. 상기 아크릴로나이트릴 단량체는 전체 단량체의 총량 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 10 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 상기 사용량이 0.01 중량부 이상일 경우, 스티렌-부타디엔 공중합체가 친수성을 발현할 수 있고, 10 중량부 이하일 경우 탄성이 저하하거나, 가공성에 문제가 있을 정도로 강도가 높아지는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 상기 조성물은 필요에 따라 라디칼 개시제, 유화제, 중합 정지제 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 라디칼 개시제는 과황산나트륨, 과황산칼륨, 과항산암모늄, 과인산칼륨, 과산화수소와 같은 무기과산화물, t-부틸 퍼옥사이드, 큐멘 하이드로 퍼옥사이ㄷ, p-멘탄하이드로 퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, t-부틸쿠밀 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 이소부틸 퍼옥사이드, 옥타노일 퍼옥사이드, 디벤조일 퍼옥사이드, 3,5,5-트리메틸헥산올 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시 이소부틸레이트와 같은 유기 과산화물, 아조비스 이소부티로니트릴, 아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴, 아조비스시클로헥산카르보니트릴, 아조비스 이소낙산(부틸산) 메틸과 같은 질소화합물일 수 있다. 상기 중합개시제는 상기 성분 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 라디칼 개시제는 상기 조성물 총 중량 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 3 중량부 사용될 수 있고, 구체적으로 0.02 중량부 내지 1 중량부, 더욱 구체적으로 0.05 중량부 내지 0.5 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
상기 라디칼 개시제가 상기 조성물 총 중량 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상 사용될 경우 충분한 중합반응이 이루어질 수 있고, 3 중량부 이하로 사용될 경우 목적하는 분자량을 가지는 중합체가 더욱 적절히 생성될 수 있다.
상기 유화제는 음이온, 양이온, 비이온성 계면활성제 등일 수 있고, 구체적으로 금속염 및 암모늄염 중에서 선택된 1 종 이상일 수 있다. 상기 유화제의 구체적인 예로는 알킬설페이트 금속염, 알킬알릴설포닉산 금속염, 알킬포스페이트 금속염, 알킬설페이트 암모늄염, 알킬알릴설포닉산 암모늄염, 알킬아릴설포닉산 암모늄염, 알릴설포닉산 암모늄염 및 알킬포스페이트 암모늄염 중에서 선택된 1 종 이상을 들 수 있고, 더욱 구체적으로 도데실벤젠 설포닉산, 로진산, 지방산, 로릴설폰산(lauryl sulfonic acid) 및 헥사데실설폰산 중에서 선택된 1 종 이상일 수 있다.
이때, 상기 알킬(alkyl), 알릴(allyl) 및 아릴(aryl)은 각각 독립적으로 5 내지 20 개의 탄소수를 가질 수 있고, 탄소수가 5 미만일 경우, 분산제 역할에 문제가 발생할 수 있고, 탄소수가 20을 초과하는 경우, 스티렌-부타디엔 공중합체의 친수성이 저하될 수 있다.
상기 유화제는 상기 조성물 총 중량 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부 사용될 수 있고, 구체적으로 0.5 중량부 내지 10 중량부 사용될 수 있다.
상기 유화제가 0.1 중량부 미만일 경우 미셀이 형성되지 않을 수 있고, 10 중량부를 초과할 경우 마이크로에멀젼이 형성되어 저분자를 생성하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 중합 정지제로는 다이에틸하이드록시아민, N-이소프로필하이드록시아민, 모노에틸하이드록시아민, 또는 소듐디메틸디티오카바메이트 등을 들 수 있다.
상기 중합 정지제는 상기 조성물 총 중량 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 2 중량부일 수 있고, 0.01 중량부 미만일 경우, 반응정지 효과가 부족하고 겔이 발생할 수 있다. 또한 중합 정지제는 인체에 유해하여 2 중량부 이하로 사용되는 것이 바람직하고, 과량 사용될 경우 미반응된 중합 정지제로 인한 냄새 유발 문제 역시 발생할 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법은 전술한 상기 분자량 조절제의 투입 방법을 제외한 부분은 당업계에서 통상적으로 사용되는 유화중합 방법에 의할 수 있으며, 1) 스티렌계 단량체 및 2) 부타디엔계 단량체 및 상기 분자량 조절제 중 상기 t-도데실머캅탄의 혼합은 특별히 한정되지 않고 동시에 중합 반응기에 첨가되거나, 각 구성성분이 중합 반응기에 연속적으로 첨가될 수 있다.
상기 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법에 따라 제조된 스티렌-부타디엔 고무는 제조된 스티렌-부타디엔 공중합체의 응고물로부터 불순물(잔류 유화제, 응집제 등)을 제거하고 스티렌-부타디엔 고무를 수득하기 위한, 세척 및 건조 단계를 추가로 거칠 수 있다.
본 발명의 스티렌-부타디엔 고무의 중합방법에 따라 제조된 스티렌-부타디엔 고무는 인장강도(TS)가 250 kg·f/cm2 내지 300 kg·f/cm2이며, 인장신율(ε)이 370 내지 400%일 수 있다.
또한, 상기 스티렌-부타디엔 고무는 300% 모듈러스 값이 190 내지 200일 수 있다.
상기 스티렌-부타디엔 공중합체는 중량평균분자량이 200,000 g/mol 내지 3,000,000 g/mol일 수 있고, 구체적으로 500,000 g/mol 내지 2,000,000 g/mol일 수 있다.
상기 중량평균분자량이 200,000 g/mol 미만이면 물성이 저하하는 문제가 발생할 수 있고, 3,000,000 g/mol를 초과할 경우, 겔 발생 및 경도가 높아 가공이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
10 ℃에서 6 L의 압력반응기에 스티렌 29 중량부, 1,3-부타디엔 71 중량부, 물 178 중량부, 개시제(p-멘탄하이드로 퍼옥사이드) 0.05 중량부, 우드로진산-지방산 유화제(우드로진산: C12-18 수소화 혼합 지방산=50:50 중량비) 5중량부, 및 분자량 조절제로서 t-도데실 머캅탄(이수화학) 0.45 중량부(전체 분자량 조절제 총 투입량 0.5 중량부의 90중량%)를 투입하고 중합반응을 개시하였다.
전환율이 15%에 이른 시점에서 분자량 조절제로서 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올을 65 몰% 이상 포함하는 펜타메틸헵탄티올(TIB-TDM, Chevron Phillips, 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올을 65 몰% 이상 포함하고, 나머지 이성질체를 35 몰% 포함) 0.05 중량부(전체 분자량 조절제 총 투입량 0.5 중량부의 10중량%)를 추가로 투입하였다. 전환율 63% 시점에서 중합반응을 종료하였으며, 반응 시간은 7시간이 소요되었다.
실시예 2
상기 실시예 1에서, 상기 펜타메틸헵탄티올을 전환율이 30%에 이른 시점에 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 스티렌-부타디엔 고무를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서, 상기 펜타메틸헵탄티올을 전환율이 45%에 이른 시점에 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 스티렌-부타디엔 고무를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서, 상기 펜타메틸헵탄티올을 전환율이 50%에 이른 시점에 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 스티렌-부타디엔 고무를 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서, 분자량 조절제로서 t-도데실 머캅탄(이수화학)을 0.475 중량부(전체 분자량 조절제 투입량 0.5 중량부의 95 중량%)로, 상기 펜타메틸헵탄티올의 투입량을 0.025 중량부(전체 분자량 조절제 투입량 0.5 중량부의 5 중량%)로 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 스티렌-부타디엔 고무를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 1에서, 분자량 조절제로서 t-도데실 머캅탄(이수화학)을 0.35 중량부(전체 분자량 조절제 투입량 0.5 중량부의 70 중량%)로, 상기 펜타메틸헵탄티올의 투입량을 0.15 중량부(전체 분자량 조절제 투입량 0.5 중량부의 30 중량%)로 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 스티렌-부타디엔 고무를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서, 분자량 조절제로서 t-도데실 머캅탄 0.5 중량부만을 투입하고 상기 펜타메틸헵탄티올을 투입하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 스티렌-부타디엔 고무를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서, 분자량 조절제로서 t-도데실 머캅탄(이수화학)을 0.3 중량부(전체 분자량 조절제 투입량 0.5 중량부의 60 중량%)로, 상기 펜타메틸헵탄티올을 0.2 중량부(전체 분자량 조절제 투입량 0.5 중량부의 40 중량%)로 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 스티렌-부타디엔 고무를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서, 상기 펜타메틸헵탄티올을 전환율이 60%에 이른 시점에 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 스티렌-부타디엔 고무를 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1에서, 상기 펜타메틸헵탄티올을 전환율이 5%인 시점에 투입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 스티렌-부타디엔 고무를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 각 니트릴계 공중합체 고무의 가공특성 및 기계적 특성의 비교분석을 위하여, 하기의 방법을 통하여 무니점도(Mooney viscosity), 가류특성, 신율(%), 300% 모듈러스(%), 인장강도(kg·f/cm2) 및 오염도를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(1) 무니점도(Mooney viscosity, MV) 및 C-MV
무니점도계(MV2000, 알파테크놀로지사)를 사용하여 125℃에서 큰 로우터로 예열 1분에서 로우터 시동 후 4분 후의 값을 측정 판독하여 무니점도를 측정하였다.
(2) 가류특성
MDR로 ML(최소 토크) 및 MH(최대토크) 값을 측정하여 MH와 ML의 차를 기록하였으며, Ts´1(1% 가류시까지의 소요 시간), Ts´2(2% 가류시까지의 소요 시간), Tc´50(50% 가류되는 시간), Tc´90(90% 가류되는 시간)을 측정하였다. 이때, 상기 Tc´90은 가류속도를 의미한다. 도 1에 실시예 3 및 비교예 1의 시간에 따른 MH 값을 그래프로 나타내었다.
(3) 기계적 특성
신율(elongation, e%)은 상기 각 니트릴계 공중합체 고무를 145℃에서 45분 가류 후 가류물의 신율을 측정하였다.
인장강도(tensile strength, TS, kg·f/cm2)는 상기 각 니트릴계 공중합체 고무를 145℃에서 가류 후 300% 가류물의 인장강도를 측정하였다.
300% 모듈러스는 상기 각 니트릴계 공중합체 고무를 145℃에서 45분 가류 후, 300% 신장시의 모듈러스를 측정하였다.
상기 표 1에서 PMHT는 펜타메틸헵탄티올, MV는 무니점도, c-MV는 가류 후의 무니점도, MDR은 Moving DieRheometer. 300% M은 300% 모듈러스를 나타내며, 투입량은 전체 분자량 조절제 투입량에 대한 중량%를 나타낸다.
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 스티렌-부타디엔 고무는 우수한 인장특성 및 모듈러스를 나타내었음을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1에 따라 제조된 스티렌-부타디엔 고무는 분자량 조절제로서 펜타메틸헵탄티올을 사용하지 않음에 따라 낮은 값의 모듈러스를 나타내었음을 확인할 수 있었다.
한편, 비교예 2에서와 같이 분자량 조절제로서 펜타메틸헵탄티올을 적정량 이상 첨가할 경우에도 스티렌-부타디엔 고무의 추가적인 물성 향상은 관찰되지 않아, 상대적으로 고가인 펜타메틸헵탄티올의 투입량을 적절히 조절하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 3에서와 같이, 펜타메틸헵탄티올의 투입 시점이 너무 늦어질 경우, 스티렌-부타디엔 고무의 무니 점도가 상승하여 겔이 발생하며 신율이 저하되고, 낮아진 신율로 인해 300% 신장시 모듈러스의 측정이 불가능할 정도로 고무의 물성이 저하되었으며, 비교예 4에서와 같이, 펜타메틸헵탄티올의 투입 시점이 너무 이를 경우, 인장강도 및 300% 신장 모듈러스가 저하됨을 확인할 수 있었다.
이와 더불어, 도 1을 참조하면, 실시예 3의 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법은 분자량 조절제로서 펜타메틸헵탄티올을 포함하므로 제조되는 스티렌-부타디엔 고무의 MH(최대토크) 값이, 분자량 조절제로서 펜타메틸헵탄티올을 포함하지 않는 비교예 1에 따른 제조방법에 의해 제조되는 스티렌-부타디엔 고무에 비해 높음을 확인할 수 있다.
Claims (8)
1) 스티렌계 단량체; 2) 부타디엔계 단량체; 및 3) t-도데실머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올(PMHT)을 포함하는 분자량 조절제를 포함하는 조성물을 이용하여 에멀젼 상태로 중합하는 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR)의 제조방법으로서,
상기 t-도데실 머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올은 70:30 내지 95:5의 중량비로 포함되고,
상기 펜타메틸헵탄티올은 상기 중합이 10% 내지 55%의 전환율을 나타내는 시점에 투입되는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
상기 t-도데실 머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올은 70:30 내지 95:5의 중량비로 포함되고,
상기 펜타메틸헵탄티올은 상기 중합이 10% 내지 55%의 전환율을 나타내는 시점에 투입되는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 펜타메틸헵탄티올은 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올, 2,4,4,6,6-펜타메틸헵탄-2-티올, 2,3,4,6,6-펜타메틸헵탄-2-티올, 및 2,3,4,6,6-펜타메틸헵탄-3-티올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
상기 펜타메틸헵탄티올은 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올, 2,4,4,6,6-펜타메틸헵탄-2-티올, 2,3,4,6,6-펜타메틸헵탄-2-티올, 및 2,3,4,6,6-펜타메틸헵탄-3-티올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 펜타메틸헵탄티올은 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올을 상기 펜타메틸헵탄티올 총 몰수에 대하여 65 몰% 이상 포함하는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
상기 펜타메틸헵탄티올은 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올을 상기 펜타메틸헵탄티올 총 몰수에 대하여 65 몰% 이상 포함하는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 t-도데실 머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올이 80:20 내지 95:5의 중량비로 포함되는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
상기 t-도데실 머캅탄 및 펜타메틸헵탄티올이 80:20 내지 95:5의 중량비로 포함되는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 분자량 조절제가 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올을 분자량 조절제 총 몰수에 대하여 5 몰% 이상 포함하는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
상기 분자량 조절제가 2,2,4,4,6-펜타메틸헵탄-4-티올을 분자량 조절제 총 몰수에 대하여 5 몰% 이상 포함하는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 조성물이 상기 분자량 조절제를 상기 조성물 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 2 중량부 포함하는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
상기 조성물이 상기 분자량 조절제를 상기 조성물 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 2 중량부 포함하는, 스티렌-부타디엔 고무의 제조방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조되고,
인장강도(TS)가 250 kg·f/cm2 내지 300 kg·f/cm2이며, 인장신율(ε)이 370 내지 400%인, 스티렌-부타디엔 고무.
인장강도(TS)가 250 kg·f/cm2 내지 300 kg·f/cm2이며, 인장신율(ε)이 370 내지 400%인, 스티렌-부타디엔 고무.
제 7 항에 있어서,
상기 스티렌-부타디엔 고무는 300% 모듈러스 값이 190 내지 200인, 스티렌-부타디엔 고무.
상기 스티렌-부타디엔 고무는 300% 모듈러스 값이 190 내지 200인, 스티렌-부타디엔 고무.
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