KR20190009681A - 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물 및 이 조성물을 포함하는 가스켓의 제조 방법 - Google Patents

팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물 및 이 조성물을 포함하는 가스켓의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제2 실리콘 고무 및 상기 제2 실리콘 고무보다 연도(軟度)가 높은 제1 실리콘 고무를 포함하는 고형의 난연성 실리콘 고무, 가소제, 내열제, 난연제, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 팽창 흑연을 포함하는 실리콘 고무 반죽; 압출가류제 및 경화제; 를 포함하며, 상기 팽창 흑연은 상기 실리콘 고무 반죽 100중량부에 대하여, 40 내지 60중량부가 포함되고, 상기 경화제는, Bis(2, 4-dichlorobenzoyl) peroxide 및 실리콘 오일(silicone oil)을 포함하는 제1 경화제; 및 실리카(Silica), Tetramethyl tetravinyl cyclotetrasiloxane, Octamethylcyclotetrasiloxane, 경화지연제 및 백금 촉매를 포함하는 제2 경화제; 를 포함하여, 난연성을 향상시키면서 경화성 감소는 억제할 수 있으며, 화재시 가스켓이 녹으면서 발생하는 유독성 가스와 불길의 진로를 열어주는 현상을 방지할 수 있는 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물 및 이 조성물을 포함하는 가스켓의 제조 방법을 제공한다.

Description

팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물 및 이 조성물을 포함하는 가스켓의 제조 방법{SILICONE COMPOSITION HAVING EXPANDABLE GRAPHITE AND METHOD FOR MANUFACTURING GASKET USING THE COMPOSITION}
본 발명은 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물 및 이 조성물을 포함하는 가스켓의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 내화성 및 방화성을 향상시키는 소재로서, 화재시 가스켓이 불에 타면서 발생하는 유독성 가스와 불길의 진로를 열어주는 현상을 방지할 수 있으며, 난연성 물질을 포함하여 발생되는 경화성 감소를 억제할 수 있을 뿐만 아니라 금형을 이용하지 않고 압출성형이 가능한 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물 및 이 조성물을 포함하는 가스켓의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가스켓은 고무와 같이 탄성이 있는 소재로 제작되어 유리를 샤시 프레임에 고정할 때 작업의 용이성을 높이기 위한 용도로 사용된다. 또한, 종래의 건축물에 사용되는 가스켓은 보통 문틈에 사용되어 누수 및 방음 등을 주목적으로 사용되며, 합성고무 또는 염화비닐(Polyvinyl Chloride) 등으로 제조된다.
이에 화재가 발생하여 건축물에 불이 발화되는 경우 가스켓도 함께 발화되는데, 이때 가스켓을 위와 같이 합성고무 또는 염화비닐로 제조한 경우 할로겐계 유독성 가스가 발생되고, 이러한 가스는 인체에 유해한 것으로서 건축물 내부에 있는 사람들이 흡입하는 경우 신체에 심각한 피해를 입힐 수 있다.
또한, 화재발생시 불이 주변의 건물로 전이되는 이유 중 하나는 불길이 이동할 수 있도록 진로가 열려있어서 인데, 가스켓이 화재에 의한 열을 견디지 못하고 소실되면 이로 인해 틈새가 발생하고, 이 틈새 때문에 발생하는 샤시 프레임의 비틀림으로 인해 유리가 파손되면서 불길의 진로가 열리는 것이다. 이에, 발화점으로부터 주변의 건물로 불길이 전달되어 2차 피해가 발생될 수 있다.
또한, 샤시 프레임이 외벽에 설치된 경우, 이러한 가스켓의 소실로 인해 발생하는 틈새는 외부에서 불길이 있는 건물 내부로 공기(산소)를 유입시키는 통로가 되기 때문에 불길이 더욱 확산되도록 하는 원인이 되며, 이로 인해 확산된 불길이 도주로를 차단하여 인명 및 재산 피해를 더 크게 만들 수 있다.
한편, 가스켓은 실리콘 고무를 주로 이용하여 제조하는데, 종래의 가스켓은 인열 강도가 낮아 외부의 작은 요인에도 쉽게 찢어지는 문제가 있다. 또한, 가스켓의 주재료로 액상 실리콘 고무를 사용하는 경우, 낮은 점도로 인해 경화가 잘 되지 않아 압출이 곤란함으로써 금형 틀을 이용하여 제조해야 하기 때문에, 제조 형상에 제약이 따를 뿐만 아니라 제조 공정 및 비용이 증가되는 문제가 있다.
한국 등록실용신안공보 제20-0298501호 일본 공개특허공보 제2000-54526호
본 발명의 목적은, 내화성 및 방화성을 향상시키고, 화재발생시 불길에 의한 열을 견딜 수 있도록 하여, 가스켓이 불에 타면서 발생하는 유독성 가스와 가스켓의 소실로 인한 샤시 프레임의 비틀림을 방지하고, 외부로부터 공기가 유입되는 것을 막아 화재발생시 불길의 확산을 차단함으로써 도주로를 용이하게 확보할 수 있도록 하는 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물 및 이 조성물을 포함하는 가스켓의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 금형을 이용하지 않고도 압출 성형이 용이하고, 인열 강도를 향상시킬 수 있는 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물 및 이 조성물을 포함하는 가스켓의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면은, 제2 실리콘 고무 및 상기 제2 실리콘 고무보다 연도(軟度)가 높은 제1 실리콘 고무를 포함하는 고형의 난연성 실리콘 고무, 가소제, 내열제, 난연제, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 팽창 흑연을 포함하는 실리콘 고무 반죽; 압출가류제 및 경화제; 를 포함하며, 상기 팽창 흑연은 상기 실리콘 고무 반죽 100중량부에 대하여, 40 내지 60중량부가 포함되고, 상기 경화제는, Bis(2, 4-dichlorobenzoyl) peroxide 및 실리콘 오일(silicone oil)을 포함하는 제1 경화제; 및 실리카(Silica), Tetramethyl tetravinyl cyclotetrasiloxane, Octamethylcyclotetrasiloxane, 경화지연제 및 백금 촉매를 포함하는 제2 경화제; 를 포함하는 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 실리콘 고무 반죽은, 상기 난연성 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 상기 가소제 0.001 내지 0.04 중량부, 상기 내열제 0.5 내지 1.5 중량부, 상기 난연제 1.5 내지 4.5 중량부 및 상기 수산화알루미늄 10 내지 100 중량부가 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 방화용 실리콘 조성물은, 상기 난연성 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 상기 압출가류제 5 내지 7 중량부, 상기 제1 경화제 5 내지 10중량부 및 상기 제2 경화제 5 내지 10 중량부가 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 제1 경화제와 상기 제2 경화제의 중량비는 0.9:1 ~ 1:0.9 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 제2 실리콘 고무와 상기 제1 실리콘 고무의 중량비는 0.9:1 ~ 1:0.9 일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 제2 실리콘 고무 및 상기 제2 실리콘 고무보다 연도(軟度)가 높은 제1 실리콘 고무를 포함하는 고형의 난연성 실리콘 고무를 마련하는 단계; 상기 고형의 난연성 실리콘 고무에 가소제, 내열제, 난연제, 수산화알루미늄 및 팽창 흑연을 혼합하여 실리콘 고무 반죽을 마련하는 단계; 상기 실리콘 고무 반죽에 압출가류제 및 경화제를 혼합한 후 팽창발포흑연을 합성(compound)하여 시트 형태로 형성하는 단계; 및 상기 시트를 압출기를 이용하여 가스켓 형태로 가공하는 단계; 를 포함하고, 상기 경화제는, Bis(2, 4-dichlorobenzoyl) peroxide 및 실리콘 오일(silicone oil)를 포함하는 제1 경화제; 및 실리카(Silica), Tetramethyl tetravinyl cyclotetrasiloxane, Octamethylcyclotetrasiloxane, 경화 지연제 및 백금 촉매를 포함하는 제2 경화제; 를 포함하는 가스켓의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 실리콘 고무 반죽을 마련하는 단계에서, 상기 난연성 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 상기 가소제 0.001 내지 0.04 중량부, 상기 내열제 0.5 내지 1.5 중량부, 상기 난연제 1.5 내지 4.5 중량부 및 상기 수산화알루미늄 10 내지 100 중량부를 혼합할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 실리콘 고무 반죽에, 상기 난연성 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 상기 압출가류제 5 내지 7 중량부, 상기 제1 경화제 5 내지 10중량부 및 상기 제2 경화제 5 내지 10 중량부를 혼합할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 가스켓 가공 단계는, 600 내지 700℃ 하에서 수행되는 1차 가류 단계; 210 내지 290℃ 하에서 수행되며, 7 내지 8m 길이의 수평 레일에서 수행되는 2차 가류 단계; 및 180 내지 220℃ 하에서 수행되며, 오븐에서 3.5 내지 4.5 시간 동안 수행되는 3차 가류 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방화용 실리콘 조성물은, 팽창 흑연을 포함하여 가스켓의 방화성 및 내화성을 향상시킬 수 있고, 팽창 흑연이 크랙의 전파를 막는 필러 역할을 수행하여 인열 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 경화제로 백금을 포함하는 제2 경화제를 일정 함량 포함하기 때문에 제조 공정 중 발생하는 팽창 흑연으로 인한 경화도 감소를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이 조성물을 포함하는 가스켓의 제조 방법에 의해 제조되는 가스켓은, 화재발생시 불길에 의한 열을 견뎌 쉽게 불에 타거나 변형되지 않으므로, 종래의 가스켓이 불에 타면서 발생하는 유독성 가스와 샤시 프레임의 비틀림을 방지할 수 있고, 이에 가스켓의 소실로 인한 틈새가 발생하지 않아 외부에서 건물 내부로 공기가 유입되는 것을 차단하여 화재발생시 불길의 확산을 차단함으로써 도주로를 확보하여 인명 및 재산 피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 실리콘 조성물이, 내열성이 뛰어난 제2 실리콘 고무 및 농도(Consistency)가 제2 실리콘 고무보다 높은 제1 실리콘 고무를 포함하는 고형(固形)의 실리콘 고무를 주성분으로 포함함으로써, 금형 틀이 아닌 압출 성형으로 가스켓을 제조할 수 있으므로, 성형성이 향상되고 동시에 제조 비용 및 시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스켓의 제조 방법을 순서대로 나타낸 플로우차트이다.
본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 예는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 본 실시 예는 유리를 샤시 프레임에 고정하기 위한 용도로 사용되는 가스켓에 대해 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 의료 및 식품용 가스켓, 건설현장 창호 및 문틀 가스켓 등에 적용이 가능함은 물론이다. 본 발명의 가스켓은 아래의 실리콘 조성물을 이용하여 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 실리콘 조성물은, 실리콘 고무 반죽, 압출가류제 및 경화제를 포함한다.
상기 실리콘 고무 반죽은, 제2 실리콘 고무 및 상기 제2 실리콘 고무보다 농도가 높은 제1 실리콘 고무를 포함하는 고형의 난연성 실리콘 고무, 가소제, 내열제, 난연제, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 팽창 흑연을 포함한다.
이때, 상기 제1 실리콘 고무는 UL(Underwriter Laboratory)94 난연평가 기준으로 C.I.가 허용이 안되고 30초 이내 소화가 되며, 습식 실리카를 포함하는 V-2급을 사용할 수 있다. 상기 제1 실리콘 고무는 실리콘 고무 반죽 제조시 각 성분의 혼합이 잘 이루어지도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제2 실리콘 고무는 UL(Underwriter Laboratory)94 난연평가 기준으로 C.I.가 허용이 안되고 30초 이내 소화가 되며, 건식 실리카를 포함하는 V-1급을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제2 실리콘 고무는 난연 기능이 제1 실리콘 고무에 비해 상대적으로 높은 특성을 가진다. 여기서, C.I.는 Cotton Ignition의 약자로 연소되는 시편에서 떨어진 불통이 약 30cm 아래 놓여 있는 솜에 발화되는 현상을 의미한다.
이때, 상기 실리콘 고무 반죽은, 상기 난연성 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 상기 가소제 0.001 내지 0.04 중량부, 상기 내열제 0.5 내지 1.5 중량부, 상기 난연제 1.5 내지 4.5 중량부, 상기 수산화알루미늄 10 내지 100 중량부 및 상기 팽창 흑연 40 내지 60 중량부가 포함될 수 있다.
또한, 상기 방화용 실리콘 조성물은, 상기 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 상기 압출가류제 5 내지 7 중량부와, 상기 경화제 10 내지 20 중량부가 더 포함될 수 있다.
상기 경화제는, Bis(2, 4-dichlorobenzoyl) peroxide 및 실리콘 오일(silicone oil)을 포함하는 제1 경화제와, 실리카(Silica), Tetramethyl tetravinyl cyclotetrasiloxane, Octamethylcyclotetrasiloxane, 경화지연제 및 백금 촉매를 포함하는 제2 경화제를 포함한다.
또한, 상기 제1 경화제와 상기 제2 경화제의 중량비는 0.9:1 ~ 1:0.9 일 수 있고, 상기 제1 실리콘 고무와 상기 제2 실리콘 고무의 중량비는 0.9:1 ~ 1:0.9 일 수 있다. 즉, 상기 난연성 실리콘 고무 100중량부에 대하여, 상기 제1 경화제가 5 내지 10중량부, 상기 제2 경화제가 5 내지 10중량부 혼합될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스켓의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 먼저 제1 실리콘 고무 및 상기 제1 실리콘 고무보다 연도(軟度)가 높은 제2 실리콘 고무를 포함하는 고형의 난연성 실리콘 고무를 마련한다(S10).
상기 고형의 난연성 실리콘 고무는 적어도 두 종류 이상의 실리콘 고무를 혼합하여 형성될 수 있다. 본 실시 예에서는 제1 및 제2 실리콘 고무를 혼합하여 난연성 실리콘 고무를 형성하는 것으로 한다.
상기 제2 실리콘 고무는 상업적으로 이용 가능한 실리콘 고무 중 내화성, 내열성, 난연성 및 방화성이 뛰어난 실리콘 고무를 이용할 수 있다. 또한, 제2 실리콘 고무는 강한 열저항성, 좋은 열적 안정성 및 높은 절연 특성을 가지는 실리콘 고무를 이용할 수 있다.
이러한 제2 실리콘 고무로 이용되기 위해 요구되는 재료의 특성은, 비중이 1.08 내지 1.10이고, 듀로미터 측정값이 32 내지 37 Durometer Shore A이고, 인장 강도가 8 내지 11 MPa이며, 파괴시 연신율이 740 내지 910 %이고, 인열 강도가 24.0 내지 31.0 kN/m 이며, 압축 영구 줄음율(22시간, 177℃)이 31 내지 41 %를 만족하는 것일 수 있다.
상기 제2 실리콘 고무는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 조성물에서 베이스 성분으로서의 역할을 수행할 수 있다.
제1 실리콘 고무는 제2 실리콘 고무보다 연도가 높은 실리콘 고무를 이용할 수 있다. 연도(軟度)란 도체와 액체 중간에 있는 물체의 경연(硬軟) 상태를 나타내는 개념으로, 실리콘 고무의 유동성 정도를 의미한다.
이러한 제1 실리콘 고무로 이용되기 위해 요구되는 재료의 특성은, 가소성(可塑性, plasticity)이 240 이상일 수 있다. 또한, 제1 실리콘 고무로 이용될 수 있는 재료는, 밀도가 1.1 내지 1.2 g/㎤이고, 경도(JIS type A)가 48 내지 50이고, 인장 강도가 9.1 내지 9.5 MPa이며, 연신율(JIS #3)이 510 내지 550 %이며, 인열 강도는 20 내지 25 N/mm를 만족하는 것일 수 있다.
액상 실리콘 고무의 경우, 점도가 낮기 때문에 압출을 할 수가 없고, 금형 틀을 이용하여 원하는 형상으로 제조하여야 하기 때문에 가스켓의 형상에 제약이 따르며, 제조 공정 및 비용이 비싸다는 단점이 있다.
하지만, 본 실시 예에 따른 실리콘 조성물은, 베이스 재료로 상술한 특성을 만족하는 제2 실리콘 고무를 이용하고, 제1 실리콘 고무로 제2 실리콘 고무보다 연도(軟度)가 높은 실리콘 고무를 이용하여, 형성되는 고형의 난연성 실리콘 고무를 이용한다.
따라서, 압출 장치에 의해 가스켓을 용이하게 형성할 수 있어, 제조 공정 및 비용을 감소시킬 수 있고, 보다 쉽게 원하는 형상의 가스켓을 형성하는 것이 가능해진다.
이때, 내화 특성 및 실리콘 조성물의 가공성을 사용자가 원하는 수준으로 유지하기 위하여, 제2 실리콘 고무 및 제1 실리콘 고무의 중량비는 0.9:1 ~ 1:0.9 일 수 있다. 제2 실리콘 고무 및 제1 실리콘 고무의 중량비가 0.9:1 ~ 1:0.9의 범위를 벗어나면, 내화 특성이 감소하거나, 또는 조성물의 가공성이 감소하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
일 예로, 제2 실리콘 고무 및 제1 실리콘 고무의 중량비가 0.9:1 ~ 1:09의 범위를 벗어나면 차열성이 감소하게 되고, 이에 국토해양부 고시 제2014-200호 내화시험 (C-2) 조건의 120분 내화 특성을 만족할 수 없다. 본 실시 예에서는 제2 실리콘 고무 및 제1 실리콘 고무의 중량비를 0.9:1~1:0.9로 하여 상기 국토해양부의 내화시험 (C-2) 조건의 120분 내화 특성을 만족시킬 수 있는 우수한 차열성을 가지는 제품을 제공할 수 있다.
다음으로, 고형의 난연성 실리콘 고무에 가소제, 내열제, 난연제, 수산화알루미늄 및 팽창 흑연을 혼합하여 실리콘 고무 반죽을 마련한다(S20).
상기 가소제는 조성물을 제조하는 과정에서 상기 난연성 실리콘 고무의 가공성을 향상시키고, 제조된 가스켓에 유연성을 부여하는 역할을 수행한다.
이러한 가소제(Plasticizer)로 폴리디메틸폴리실록산(Polydimethylsiloxane) 또는 옥타메틸테트라실록산(Octamethyltetrasiloxane)를 포함할 수 있으며, 더 바람직하게 옥타메틸테트라실록산(Octamethyltetrasiloxane)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 난연성 실리콘 고무가 100 중량부 포함되는 경우에 대하여, 상기 가소제는 0.001 내지 0.04 중량부 포함될 수 있다. 이때, 가소제의 함량이 0.001 중량부 미만이거나 0.04 중량부를 초과하는 경우 난연성 실리콘 고무의 가공성이 크게 저하되거나 또는 너무 묽어져서 실리콘 고무 반죽을 압출 성형하기 적합한 시트 형태로 제조하기 어렵다는 문제가 발생할 수 있다.
상기 내열제는 높은 열에 견디는 성질을 부여하여 제조된 가스켓이 쉽게 불에 타거나 유독가스가 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 내열제는 상기 난연성 실리콘 고무가 100 중량부 포함되는 경우에 대하여 0.5 내지 1.5 중량부 포함될 수 있다. 이때, 상기 내열제가 0.5 중량부 미만인 경우 내열성이 낮아 낮은 온도에서 일정 시간 이상 화염에 노출되더라도 가스켓이 쉽게 발화되거나 형태 변형이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 내열제가 1.5 중량부를 초과하면 내화성 향상에 거의 변화가 없기 때문에 제조비용의 감소를 위해 상기 내열제의 상한치는 1.5중량부로 하는 것이 바람직하다.
상기 난연제는 가스켓의 난연성을 향상시켜 불에 잘 타지 않도록 하고 이에 화재발생시 가스켓이 쉽게 불에 타거나 유독가스가 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다. 본 실시 형태의 난연제는 유기고무가 사용하는 할로겐계 난연제가 아니라 무기고무 난연제인 FR-1, FR-2, FR-3 등의 비할로겐계 난연제를 사용한다.
또한, 상기 난연제는 상기 난연성 실리콘 고무가 100 중량부 포함되는 경우에 대하여 1.5 내지 4.5 중량부 포함될 수 있다. 이때, 상기 난연제가 1.5 중량부 미만인 경우 난연성이 낮아 낮은 온도에서도 가스켓이 쉽게 녹는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 난연제가 4.5 중량부를 초과하면 난연성 향상에 거의 변화가 없기 때문에 제조비용의 감소를 위해 상기 난연제의 상한치는 4.5중량부로 하는 것이 바람직하다.
상기 수산화알루미늄은 화재 발생시 흡열반응을 일으키므로 온도 상승을 감소시키고 연소의 이동을 억제하는 역할을 하며, 이에 난연제의 기능을 보조하여 가스켓의 내열성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 상기 수산화알루미늄의 구조는 물 분자가 실리카 사이에 혼합되어 있다가, 가열되면 물 분자가 실리카의 틈새로부터 터져 나오는 구조로서, 이에 상기 수산화알루미늄은 연소 반응에 의한 산물로서 불연제인 수분 및 금속 산화물을 생성함으로써 연소의 원인인 산소의 접촉을 차단하여 가스켓의 방화성을 더 향상시킬 수 있다.
이러한 상기 수산화알루미늄은 상기 난연성 실리콘 고무가 100 중량부 포함되는 경우에 대하여 10 내지 100 중량부 포함될 수 있다. 이때, 상기 수산화말루미늄이 10 중량부 미만인 경우 내열성 향상이 제대로 구현되지 않을 수 있다. 또한, 상기 난연제가 100 중량부를 초과하면, 인열강도, 신율(stretch), 인장 등의 물성이 급격히 저하될 수 있으며, 내열성 향상이 더 이상 이루어지지 않기 때문에 제조비용의 감소를 위해서도 상기 수산화알루미늄의 상한치는 100중량부로 하는 것이 바람직하다.
한편, 고형의 실리콘 고무를 이용하여 가스켓을 제조하게 되면, 제2 실리콘 고무의 인열 강도가 상대적으로 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 제조된 가스켓이 외부의 충격에 의해 쉽게 찢어지고, 찢어진 부분이 작은 힘에 의해 더욱 크게 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 조성물은, 팽창 흑연이 발포 또는 팽창 특성에 의해 고형의 난연성 실리콘 고무의 필러 역할을 함으로써 제조된 가스켓의 인열 강도를 증가시킬 수 있다.
상기 팽창 흑연은 천연 또는 합성 흑연의 산화를 통해 얻을 수 있으며, 흑연의 산화에 이용되는 산화제는 황산 또는 질산일 수 있다. 또한, 팽창 흑연은 화재가 발생한 것과 같이 실온에서 약 800℃로 단기간에 가열할 경우, 팽창 흑연의 비부피 변화(결정의 c축 방향 기준)가 100 ml/g 이상일 수 있다.
또한, 팽창 흑연의 평균 입도 D50은 수십 내지 수천 ㎛일 수 있다. 팽창 흑연의 평균 입도가 너무 작으면 난연 효과가 현저히 감소하게 되고, 팽창 흑연의 평균 입도가 너무 큰 경우에는 제조된 가스켓의 물성이 감소할 수 있다. 본 실시 예에서, 팽창 흑연의 바람직한 밀도는 0.4 내지 2 g/㎤ 일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 팽창 흑연은 화재 사고와 같이 고온에 열에 노출되는 상황이 되면 발포에 의해 탄화층이 생기고, 이와 같은 탄화층은 불연 재료인 다공성 흑연으로 이루어져 불이 붙지 않는 특성을 가지고 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 조성물은 팽창 흑연으로 인해 가스켓의 내화성 또는 난연성을 크게 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 실시 예에서, 실리콘 고무가 100 중량부 포함되는 경우, 팽창 흑연은 40 내지 60 중량부 포함될 수 있다. 팽창 흑연이 40 중량부 미만인 경우 제조된 가스켓의 내화성 또는 난연성이 부족할 수 있으며, 팽창 흑연이 60 중량부를 초과하는 경우 실리콘 조성물의 가공성이 감소하고 제조된 가스켓의 연성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실리콘 조성물의 가공성을 확보하고, 제조된 가스켓의 연성을 확보하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 조성물은 고형의 난연성 실리콘 고무가 100 중량부 포함되는 경우, 팽창 흑연이 40 내지 60 중량부 포함되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상술한 고형의 난연성 실리콘 고무, 가소제, 내열제, 난연제, 수산화알루미늄 및 팽창 흑연을 니더(Kneader)에서 혼합 및 반죽하여 실리콘 고무 반죽을 마련한다(S20).
다음으로, 오픈 롤러(open roller)에서 상기 실리콘 고무 반죽에 압출가류제 및 경화제를 혼합하고(S30), 시트 형태로 형성하는 단계(S40)를 수행한다.
이때, 상기 압출가류제는 탄력성과 안정성을 향상시키는 역할을 하며, 난연성 실리콘 고무 100중량부에 대하여 5 내지 7 중량부가 포함될 수 있다. 상기 압출가류제가 5중량부 미만이면 탄력성과 안정성 및 난연성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 상기 압출가류제가 7중량부를 초과하면 가스켓 제조시 경화에 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 상기 경화제는 실리콘 고무 반죽의 경화 공정을 수행하기 위하여 첨가되는 것이다.
일반적으로 실리콘 고무는 비닐기를 함유하는 폴리실록산과 Si-H 결합을 갖는 폴리실록산을 부가 반응시켜 실록산 사슬을 가교시킴으로써 경화를 수행한다. 이때, 본 실시 예의 실리콘 고무 반죽은 팽창 흑연으로 인해 일반적으로 이용하는 경화제만으로 경화가 제대로 이루어지지 못할 수 있다.
즉, 일반적으로 이용되는 경화제만으로는 실리콘 수소화물(Si-H)이 불포화 탄소-탄소 결합에 붙기 어렵다는 문제가 있기 때문에, 본 실시 예의 실리콘 조성물은 팽창 흑연을 포함하면서도 경화성을 향상시킬 수 있는 방안이 필요하다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 조성물은, Bis(2, 4-dichlorobenzoyl) peroxide 및 실리콘 오일(silicone oil)를 포함하는 제1 경화제 뿐만아니라, 실리카(Silica), Tetramethyl tetravinyl cyclotetrasiloxane, Octamethylcyclotetrasiloxane, 경화지연제 및 촉매인 백금을 포함하는 제2 경화제를 포함한다.
다음으로, 오픈 롤러(open roller)에서 상기 실리콘 고무 반죽에 압출가류제 및 경화제를 혼합하고(S30), 시트 형태로 형성하는 단계(S40)를 수행한다.
이때, 상기 압출가류제는 탄력성과 안정성을 향상시키는 역할을 하며, 난연성 실리콘 고무 100중량부에 대하여 5 내지 7 중량부가 포함될 수 있다. 상기 압출가류제가 5중량부 미만이면 탄력성과 안정성 및 난연성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 상기 압출가류제가 7중량부를 초과하면 가스켓 제조시 경화에 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 상기 경화제는 실리콘 고무 반죽의 경화 공정을 수행하기 위하여 첨가되는 것이다.
일반적으로 실리콘 고무는 비닐기를 함유하는 폴리실록산과 Si-H 결합을 갖는 폴리실록산을 부가 반응시켜 실록산 사슬을 가교시킴으로써 경화를 수행한다. 이때, 본 실시 예의 실리콘 고무 반죽은 팽창 흑연으로 인해 일반적으로 이용하는 경화제만으로 경화가 제대로 이루어지지 못할 수 있다.
즉, 일반적으로 이용되는 경화제만으로는 실리콘 수소화물(Si-H)이 불포화 탄소-탄소 결합에 붙기 어렵다는 문제가 있기 때문에, 본 실시 예의 실리콘 조성물은 팽창 흑연을 포함하면서도 경화성을 향상시킬 수 있는 방안이 필요하다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 조성물은, Bis(2, 4-dichlorobenzoyl) peroxide 및 실리콘 오일(silicone oil)를 포함하는 제1 경화제 뿐만아니라, 실리카(Silica), Tetramethyl tetravinyl cyclotetrasiloxane, Octamethylcyclotetrasiloxane, 경화지연제 및 촉매인 백금을 포함하는 제2 경화제를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 조성물은, 실리콘 수소화물 간의 가교 및 실리콘 수소화물과 불포화 탄소-탄소 결합 간의 가교를 향상시켜 경화성을 더 확보할 수 있도록, 제1 경화제와 제2 경화제의 중량비를 0.9:1 ~ 1:0.9로 조정할 수 있다. 이때, 난연성 실리콘 고무가 100 중량부 포함되는 경우에 대하여, 상기 제2 경화제의 함량은 5 내지 10 중량부일 수 있다. 상기 제2 경화제의 함량이 5 중량부 미만인 경우 경화성이 감소하여 경화가 제대로 되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 경화제의 함량이 10 중량부를 초과하면 내화성이 감소하고, 가스켓을 제조하기 전에 실온에서 보관 중에 경화가 먼저 진행되어 조성물이 굳어 버리는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 완성된 시트를 압출기에 투입하여 원하는 규격의 가스켓 형태로 압출하여 가공하는 단계를 수행한다(S50).
상기 가스켓의 가공 단계는, 600 내지 700℃ 하에서 수행되는 1차 가류 단계, 210 내지 290℃ 하에서 수행되며, 7 내지 8m의 길이의 수평 레일에서 수행되는 2차 가류 단계 및 180 내지 220 ℃ 하에서 수행되며, 오븐에서 3.5 시간 내지 4.5 시간 동안 수행되는 3차 가류 단계를 포함할 수 있다. 이때, 1차 및 2차 가류 조건이 상기 조건을 만족시키지 못하면, 가스켓 제조시 조성물의 완전 경화가 이루어지지 않아 완성된 가스켓의 안정성이 저하되며, 이에 미경화된 불량 제품이 생산될 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 방화용 실리콘 조성물의 우수한 특성 및 효과를 알아보기 위하여 실시 예와 비교 예를 제조한다.
[실시 예]
실시 예의 가스켓을 제조하기 위하여, XIAMETER 사의 제품명 RBB-2400-30 Base 30 kg을 제2 실리콘 고무로 마련하고, DOW CORNING 사의 제품명 SH 52 U 30 kg을 제1 실리콘 고무로 마련한다.
제2 실리콘 고무로 이용되는 XIAMETER 사의 제품명 RBB-2400-30 Base는 비중이 1.08 내지 1.10이고, 듀로미터 측정값이 32 내지 37 Durometer Shore A이고, 인장 강도가 8 내지 11 MPa이고, 파괴시 연신율이 740 내지 910 %이고, 인열 강도가 24.0 내지 31.0 kN/m이고, 압축 영구 줄음율(22시간, 177℃)이 31 내지 41%를 만족한다.
제1 실리콘 고무로 이용되는 DOW CORNING 사의 제품명 SH 52 U는 가소성(可塑性, plasticity)이 240 이상이고, 밀도가 1.1 내지 1.2 g/㎤이고, 경도(JIS type A)가 48 내지 50이고, 인장 강도가 9.1 내지 9.5 MPa이고, 연신율(JIS #3)이 510 내지 550%이고, 인열 강도가 20 내지 25 N/mm인 것을 만족한다.
다음으로, 제1 및 제2 실리콘 고무를 포함하는 고형의 실리콘 고무에 가소제로 XIAMETER 사의 PMX-0930 SILANOL FLUID를 750g 혼합하고, 추가로 ㈜엘에스켐의 팽창 흑연(발포 흑연) 50 kg을 혼합하고, 니더(Kneader)에서 반죽하여 실리콘 고무 반죽을 마련한다.
다음으로, 실리콘 고무 반죽에 압출가류제 5kg와 경화제 10 kg을 오픈 롤러(open roller)에서 혼합하여 시트 형태로 마련한다. 상기 경화제는 제1 경화제로 Akzo Noble Polymer Chemical 사의 Bis(2, 4-dichlorobenzoyl) peroxide 및 실리콘 오일(silicone oil)를 포함하는 5kg의 PERKADOX PD-50S-PS를 이용하고, 제2 경화제로 백금 촉매를 포함하는 5kg의 DOW CORNING 사의 RD-27를 이용한다.
다음으로, 시트 형태로 제작된 실리콘 고무 반죽을 압출기에서 압출하여 가스켓을 가공하여 제조한다.
하기 표 1은 본 발명의 실시 예를 통해 제조되는 샘플 1 내지 4의 인장 강도, 신장률 및 인열 강도를 각각 측정한 것이다. 표 1을 참조하면, 본 실시 예는 국토해양부 고시 제2014-200호 내화시험 (C-2) 조건에서 120분 내화 특성을 측정한 결과를 모두 만족시키는 것을 알 수 있다. 이때, 경화제는 제1 경화제와 제2 경화제를 1:1의 비율로 혼합하였다.
샘플 인장강도(kgf/㎠) 신장률(%) 인열강도(kgf/㎝)
1 21.8 351.7 9.26
2 20.4 356.4 9.04
3 19.6 359.3 9.48
4 19.2 335.7 9.85
[비교 예 1]
비교 예 1의 가스켓은, 고형의 실리콘 고무 대신 액상의 실리콘 고무를 이용하며, 이 외에 다른 조건들은 실시 예와 동일하다.
비교 예 1의 경우, 액상의 실리콘 고무를 이용하기 때문에 시트 형태로 실리콘 고무 반죽을 제조할 수 없어 압출기를 이용하기 곤란하다. 또한, 시트 형태로 실리콘 고무 반죽을 제조하더라도 압출 후에 내화성을 유지할 수 있는 적절한 두께를 가지지 못하거나, 구멍이 발생하는 문제가 있다.
[비교 예 2]
비교 예 2의 가스켓은, 팽창 흑연을 포함하지 않으며, 이 외에 다른 조건들은 실시 예와 동일하다. 팽창 흑연을 포함하지 않는 비교 예 2는 실시 예에 비해 내화성이 감소할 뿐만 아니라 인열 강도가 현저히 낮은 문제가 있다. 즉, 본 발명에 따른 가스켓의 경우, 팽창 흑연으로 인해 우수한 내화성 및 인열 강도를 가지게 되어 제품의 신뢰성이 향상된다.
[비교 예 3]
비교 예 3의 가스켓은, 경화제로 제1 경화제만을 사용하고 제2 경화제를 사용하지 않으며, 이 외에 다른 조건들은 실시 예와 동일하다. 비교 예 3의 가스켓은 팽창흑연으로 인해 경화가 부족하게 되어, 실시 예에 비해 전체적인 특성이 모두 감소하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 가스켓의 경우, 팽창 흑연을 포함하지만 제2 경화제가 경화성을 향상시킴으로써 가스켓의 물리적 특성이 향상된다.
한편, 고형의 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 경화제의 전체 함량을 10 내지 30 중량부로 변화시키면서 특성의 변화를 확인하였다. 그에 따르면, 본 발명의 실리콘 조성물은, 고형의 실리콘 고무를 이용하기 때문에 경화제의 총량이 부족한 경우 경화성이 감소하여 제조된 가스켓의 특성이 저하되는 것을 알 수 있다.
반대로, 경화제가 실리콘 조성물에 과도하게 포함되는 경우, 고형의 실리콘 고무가 차지하는 비율이 상대적으로 감소하여 가스켓의 특성이 저하되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에서는 고형의 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 경화제의 함량이 5 내지 10 중량부일 때, 제조되는 가스켓의 특성이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 제2 실리콘 고무 및 상기 제2 실리콘 고무보다 연도(軟度)가 상대적으로 큰 제1 실리콘 고무를 포함하는 고형의 난연성 실리콘 고무, 가소제, 내열제, 난연제, 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 팽창 흑연을 포함하는 실리콘 고무 반죽; 압출가류제 및 경화제; 를 포함하며,
    상기 팽창 흑연은 상기 실리콘 고무 반죽 100중량부에 대하여, 40 내지 60중량부가 포함되고,
    상기 경화제는, Bis(2, 4-dichlorobenzoyl) peroxide 및 실리콘 오일(silicone oil)을 포함하는 제1 경화제; 및 실리카(Silica), Tetramethyl tetravinyl cyclotetrasiloxane, Octamethylcyclotetrasiloxane, 경화지연제 및 백금 촉매를 포함하는 제2 경화제; 를 포함하는 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 고무 반죽은, 상기 난연성 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 상기 가소제 0.001 내지 0.04 중량부, 상기 내열제 0.5 내지 1.5 중량부, 상기 난연제 1.5 내지 4.5 중량부 및 상기 수산화알루미늄 10 내지 100 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 난연성 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 상기 압출가류제 5 내지 7 중량부, 상기 제1 경화제 5 내지 10중량부 및 상기 제2 경화제 5 내지 10 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 경화제와 상기 제2 경화제의 중량비가 0.9:1 ~ 1:0.9 인 것을 특징으로 하는 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 실리콘 고무와 상기 제1 실리콘 고무의 중량비가 0.9:1 ~ 1:0.9 인 것을 특징으로 하는 팽창흑연을 포함하는 실리콘 조성물.
  6. 제2 실리콘 고무 및 상기 제2 실리콘 고무보다 연도(軟度)가 상대적으로 큰 제1 실리콘 고무를 포함하는 고형의 난연성 실리콘 고무를 마련하는 단계;
    상기 고형의 난연성 실리콘 고무에 가소제, 내열제, 난연제, 수산화알루미늄 및 팽창 흑연을 혼합하여 실리콘 고무 반죽을 마련하는 단계;
    상기 실리콘 고무 반죽에 압출가류제 및 경화제를 혼합한 후 팽창발포흑연을 합성(compound)하여, 시트 형태로 형성하는 단계; 및
    상기 시트를 압출기를 이용하여 가스켓 형태로 가공하는 단계; 를 포함하고,
    상기 경화제는, Bis(2, 4-dichlorobenzoyl) peroxide 및 실리콘 오일(silicone oil)를 포함하는 제1 경화제; 및 실리카(Silica), Tetramethyl tetravinyl cyclotetrasiloxane, Octamethylcyclotetrasiloxane, 경화 지연제 및 백금 촉매를 포함하는 제2 경화제; 를 포함하는 가스켓의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 실리콘 고무 반죽을 마련하는 단계에서, 상기 난연성 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 상기 가소제 0.001 내지 0.04 중량부, 상기 내열제 0.5 내지 1.5 중량부, 상기 난연제 1.5 내지 4.5 중량부 및 상기 수산화알루미늄 10 내지 100 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 가스켓의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 실리콘 고무 반죽에, 상기 난연성 실리콘 고무 100 중량부에 대하여, 상기 압출가류제 5 내지 7 중량부, 상기 제1 경화제 5 내지 10중량부 및 상기 제2 경화제 5 내지 10 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 가스켓의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제1 경화제와 상기 제2 경화제의 중량비가 0.9:1 ~ 1:0.9 인 것을 특징으로 하는 가스켓의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제2 실리콘 고무 및 상기 제1 실리콘 고무의 중량비가 0.9:1 ~ 1:0.9 인 것을 특징으로 하는 가스켓의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 가스켓 가공 단계는,
    600 내지 700℃ 하에서 수행되는 1차 가류 단계;
    210 내지 290℃ 하에서 수행되며, 7 내지 8m 길이의 수평 레일에서 수행되는 2차 가류 단계; 및
    180 내지 220℃ 하에서 수행되며, 오븐에서 3.5 내지 4.5 시간 동안 수행되는 3차 가류 단계; 를 포함하는 가스켓의 제조 방법.
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