KR20220074172A - 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 epdm 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법 - Google Patents

고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 epdm 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종래 EPDM 고무 가스켓에 비해 고압 수소 분위기 노출에 따른 기계적, 물리적 물성변화가 거의 없어 고압 수소 가스 내에서의 내구성이 우수할 뿐만 아니라 동시에 유리전이온도가 낮아 우수한 저온 특성을 가질 수 있도록 하는, 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법{The preparation of EPDM rubber gasket composition with excellent resistance to low temperature under high pressure hydrogen gas and menufacturing method of gasket using the same}
본 발명은 종래 EPDM(ethylene propylene diene monomer) 고무 가스켓에 비해 고압 수소 분위기 노출에 따른 기계적 물성 변화가 적어 고압 수소 가스 내에서의 내구성이 우수할 뿐만 아니라 동시에 유리전이온도가 낮아 저온 특성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법에 관한 것이다.
대기 중 이산화탄소 가스 농도 증가로 인한 지구온난화에 따른 환경 문제와 석유, 천연 가스 및 기타 화석 연료 자원의 고갈로 인해, 새로운 천연 에너지원인 수소 에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 실제 에너지원으로 사용할 수 있는 수소 가스는 천연가스에 미량 존재하고 있으며, 대기 중 농도는 1 ppm 미만으로 극소량만이 존재하고 있다. 에너지원으로 가용한 수소 가스는 화석 연료나 자연 상에 존재하는 물 분자를 가공하여 제조하여 사용해야 하기 때문에, 전기와 같은 2차 에너지에 속한다. 수소 에너지 시스템은 수소 분자를 에너지 캐리어로 사용하는 시스템이며, 전기를 수송 및 저장하는 방식으로 사용하는 것이 가장 효과적이다. 따라서, 수송 및 저장을 통한 1차 에너지 변환 프로세스를 위한 에너지로서 수소에너지를 사용하여야 하며 이를 위해서 안정적 운영이 가능한 신뢰성 높은 수소 시스템이 필수적이다.
최근, 수소 에너지를 적용한 자동차인 수소 연료전지 자동차가 전세계적으로 상업화에 성공하였다. 수소 연료 전지 자동차는 2050년까지 80%이상의 온실가스 배출 감소를 목표로 하는 수소기반사회의 핵심 요소이며, 이에 따라 연료 전지 자동차와 수소스테이션의 확대가 필요하다. 2019년 1월에 한국정부에서 발표한 "수소 경제 활성화 로드맵" 에 따르면, 2040년까지 수소 연료 자동차 생산량은 40만대를 생산할 예정이다. 이를 위해 1,200개 이상의 수소스테이션 설치를 목표로 안정성과 경제성을 갖춘 장비 개발에 박차를 가하고 있다. 수소 경제 관련 시장 선점을 위해 수소 연료전지 자동차 및 수소 스테이션과 관련된 핵심 요소 기술 개발이 필수적이다.
한편, 고무 소재는 금속에 비해 가볍고, 가공성이 우수하여 현재 수소 연료 전지 자동차 및 수소 스테이션용 실링제로 많이 사용되고 있다. 실링제는 고압으로 압축된 수소 연료를 손실 없이 이송하기 위한 각 부품의 공간을 밀봉하는 역할을 한다. 현재 고무 실링제는 수소 연료 전지 자동차 내의 수소 공급 튜브, 수소 저장 탱크, 솔레노이드 벨브, 리셉터클 등에 적용되고 있으며, 수소 융복합스테이션 내 컴프레셔(compressor)의 피팅(fitting), 조인트(joint), 디스펜서(dispensor)의 벨브와 레귤레이터, 브레이크 어웨이 디바이스(break away device)의 노즐과 리셉터클에 사용되고 있다. 수소 연료전지 자동차 및 수소 스테이션의 각 소재 및 부품은 0 ~ 70 MPa 범위의 수소 압력과 -40℃ ~ 85℃ 범위의 다양한 수소 압력과 온도 분위기 하에 노출되기 때문에 적재적소에 다양한 고무 소재들을 사용한다. 내열성이 요구되는 부품에는 FKM(fluoroplastics) 등의 불소계 고무가 주로 사용되고 있으며, 저온 특성이 요구되는 부품에는 EPDM, NBR(nitrile butadiene rubber), HNB( hydrogenated nitrile butadiene) 등이 주로 사용되고 있다.
최근 수소 연료 전지 자동차의 보급이 확대되면서, 새로운 문제들이 대두되고 있다. 현재 국내에 설치되어 있는 수소 충전소는 충전 압력이 70MPa과 35MPa인 2가지 종류의 충전소가 구축되어 있다. 70MPa 충전소는 100% 충전이 가능하며, 충전시간은 3 ~ 5분, 충전대기시간은 5 ~ 8분이며, 충전대수는 시간당 4.5대로 24시간 쉬지 않고 가동 시 약 100대를 충전할 수 있다. 이는 정부가 발표한 수소차 보급률을 감안하였을 때, 상당히 부족한 상황이다. 35MPa 충전소의 경우, 55% 충전이 가능하며, 70MPa 충전소에 비해 짧은 시간이 소요되나, 55% 완충 시 약 주행거리가 250 ~ 300km임을 감안해 볼 때, 충전 시간이 짧은 것은 아니다. 수소 경제 활성화를 위해서는 충전속도를 높이는 것이 필수적이다. 다른 기체들과 달리 수소 가스는 200K 이상의 온도에서 줄-톰슨 계수가 음수이기 때문에 단열 팽창 시 온도가 급격히 상승하는 특징을 가지고 있다. 수소 가스의 압력이 높아질수록 분자들의 운동에너지가 증가해 수소 유입을 방해하기 때문에, 현재 수소 충전소에서는 고압 수소 가스의 운동에너지를 감소시키기 위해 -40℃로 수소 가스를 냉각하여 주입하고 있다. 현재의 충전 속도를 개선하기 위해서는 더 낮은 온도로 수소 가스를 냉각하여 주입해야 한다. 이에 최근에는 고압 뿐만 아니라 저온 수소 분위기 하에서의 수소 기밀력 및 내구성을 가진 고무 소재에 대한 개발을 요구되고 있다.
한편, EPDM 고무는 에틸렌(Ethylene), 프로필렌(Propylene) 및 약간의 디엔(Non-conjugated Diene)으로 이루어진 합성고무로 내오존성, 내후성, 내열성, 내용제성 등이 뛰어나고 다른 합성고무에 비하여 비중이 작으며, 충전제, 오일등의 고충전이 가능하여 경제성이 매우 뛰어난 합성고무이다. EPDM 고무에 카본 블랙 또는 실리카를 고충진하여 제조한 컴파운드는 고압 수소 분위기 하에서의 기계적, 물리적 특성 변화가 적어 현재 수소 연료 자동차 및 수소 스테이션의 소재 부품으로 활용되고 있다. 하지만, EPDM 컴파운드의 유리 전이 온도는 -40℃ ~ -45℃로, 충전 속도 향상을 위해 -50℃이하의 고압 수소 가스를 사용하게 되면 저온 특성이 좋지 못해 수소 기밀력을 유지할 수 없고, 고압 및 저온 수소 분위기 하에서의 내구성에 문제가 있어 장기 내구성을 보장 할 수 없다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0073070호 "수소연료자동차 냉각수 개폐기용 오일씰의 고무 조성물"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, EPDM 고무, 탈레이트계 화합물 또는 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물, 실리카 또는 카본 블랙, 스테아린산, 실란계 화합물, 폴리에틸렌 글리콜, 가교제 및 가교촉진제로 이루어지는 EPDM 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법을 제공함으로써, 종래 EPDM 고무 가스켓에 비해 고압 수소 분위기 노출에 따른 기계적, 물리적 물성변화가 거의 없어 고압 수소 가스 내에서의 내구성이 우수할 뿐만 아니라 동시에 유리전이온도가 낮아 우수한 저온 특성을 가질 수 있도록 함을 과제로 한다.
본 발명은 EPDM 고무 가스켓 조성물에 있어서, EPDM 고무 30 ~ 60 중량%, 탈레이트계 화합물 또는 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물 10 ~ 30 중량% 및 실리카 또는 카본 블랙 30 ~ 40 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 스테아린산 0.3 ~ 0.6 중량부, 실란계 화합물 1 ~ 5 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 0.5 ~ 2.0 중량부, 과산화물 가교제 0.5 ~ 2.0 중량부 및 가교 촉진제 0.5 ~ 2.0 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 조성물을 이용한 가스켓의 제조방법에 있어서, EPDM 고무 30 ~ 60 중량%, 탈레이트계 화합물 또는 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물 10 ~ 30 중량% 및 실리카 또는 카본 블랙 30 ~ 40 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 스테아린산 0.3 ~ 0.6 중량부, 실란계 화합물 1 ~ 5 중량부 및 폴리에틸렌 글리콜 0.5 ~ 2.0 중량부를 100 ~ 120℃ 온도에서 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(S100); 상기 수득된 혼합물에 과산화물 가교제 0.5 ~ 2.0 중량부 및 가교 촉진제 0.5 ~ 2.0 중량부를 혼합하여 미가교 EPDM 컴파운드를 제조하는 단계(S200); 및 상기 미가교 EPDM 컴파운드를 170 ~ 180℃에서 압축 성형하여 EPDM 고무 가스켓을 제조하는 단계(S300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물을 이용한 가스켓의 제조방법을 과제의 다른 해결 수단으로 한다.
본 발명은 고압 수소 분위기 노출에 따른 기계적 물성 변화가 적어 96.3 MPa 이상의 고압 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수하고, 동시에 -50℃이하에서의 저온 특성이 우수한 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 EPDM 고무 가스켓의 제조방법을 나타낸 공정흐름도
도 2는 본 발명에 따른 실시예 및 비교예에 의해 제조한 EPDM 고무 가스켓의 유리전이온도를 나타낸 그래프
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물은 EPDM 고무 30 ~ 60 중량%, 탈레이트계 화합물 또는 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물 10 ~ 30 중량% 및 실리카 또는 카본 블랙 30 ~ 40 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 스테아린산 0.3 ~ 0.6 중량부, 실란계 화합물 1 ~ 5 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 0.5 ~ 2.0 중량부, 과산화물 가교제 0.5 ~ 2.0 중량부 및 가교 촉진제 0.5 ~ 2.0 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 EPDM은 에틸렌 함량이 52 ~ 60 중량%이고, ENB(ethylidene norbornene) 함량이 4.5 ~ 10 중량%이며, 무늬점도는 125℃에서 80 ~ 120인 것을 사용한다. 여기서, 상기 EPDM의 에틸렌 함량, ENB 함량 및 무늬 점도 등이 상기 범위를 벗어나거나 또는 그 함량이 30 ~ 60 중량%를 벗어날 경우, EPDM 고무 가스켓의 저온 특성이 저하될 우려가 있다.
상기 실리카는 비표면적이 100 ~ 200 이하이고, 입자 크기가 150 ~ 200㎛인 것을 사용하며, 카본 블랙은 입자 크기가 300 ~ 400㎛인 것을 사용하되, 상기 실리카 및 카본 블랙은 단독 또는 병용하여 사용한다. 여기서, 상기 실리카 또는 카본 블랙의 함량이 30 중량% 미만일 경우, 고압 수소 노출 시 기계적 강도가 저하되어 고압 수소 내구성이 저하될 우려가 있으며, 40 중량%를 초과할 경우, 고무 탄성을 잃어 수소 가스 기밀력이 저하될 우려가 있다.
상기 탈레이트계 화합물은 부틸탈레이트(butyl tallate), n-부틸탈레이트(n-butyl tallate), 이소옥틸탈레이트(Isooctyl tallate), 에틸헥실탈레이트(Ethyl hexyl tallate), 4-카본라이너탈레이트(4-carbon linear tallate), 8-카본라이너탈레이트(8-carbon linear tallate), 8-카본브랜치탈레이트(8-carbon branched tallate), 10-카본라이너탈레이트(10-carbon linear tallate), 13-카본라이너탈레이트(13-carbon linear tallate) 또는 28-카본라이너탈레이트(28-carbon linear tallate) 중에서 단독 또는 병용하여 사용하며, 상기 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물은 디이소옥틸도데칸디오에이트(Diisooctyldodecanedioate), 디이소부틸아디페이트(Diisobutyl adipate), 디이소옥틸아디페이트(Diisooctyl adipate), 디이소옥틸노닐아디페이트(Diisooctylnonyl adipate), 부톡시에틸올리에이트(Butoxyethyl oleate), 디옥틸아젤레이트(Dioctyl azelate) 또는 디옥틸세바케이트(Dioctyl sebacate) 중에서 단독 또는 병용하여 사용한다.
여기서, 상기 탈레이트계 화합물 또는 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물은 그 함량이 10 중량% 미만일 경우, -50℃이하에서의 고무 탄성이 발현되지 못해 저온 특성이 저하될 우려가 있으며, 30 중량%를 초과할 경우, 가스켓의 가교 밀도가 낮아 탄성과 기계적 물성이 저하될 우려가 있다.
상기 실란계 화합물은 비닐트리메톡시실란(vinyltrimethoxysilane), 비닐트리에톡시실란(vinyltriethoxysilane), 7-옥테닐트리메톡시실란(7-octenyltrimethoxysilane), 3-메르캅토프로필메틸디메톡시실란(3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane) 또는 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane) 중에서 단독 또는 병용하여 사용한다. 여기서, 상기 실란계 화합물의 함량이 1 중량부 미만일 경우, 실리카와 EPDM간의 커플링 반응을 원활히 일으키지 못해 가교 밀도가 낮아 기계적 강도 및 고압 수소 가스 노출 시 기계적 물성이 저하될 우려가 있으며, 5 중량부를 초과할 경우, 실리카와 EPDM간의 커플링 반응이 과하게 진행되어 유리 전이 온도가 상승해 저온 특성이 저하될 우려가 있다.
상기 폴리에틸렌 글리콜은 분자량이 300 ~ 4,000 인 것을 사용한다. 분자량이 300 미만이거나 그 함량이 상기 범위를 벗어날 경우 점도가 너무 낮아 내부 혼합기 내에서의 실리카 입자 분산이 원활히 이루어지지 않으며, 분자량이 4,000 초과하거나 그 함량이 상기 범위를 벗어날 경우에는 기계적 강도의 저하를 일으킬 우려가 있다.
그리고, 본 발명에서 사용되는 스테아린산, 과산화물 가교제(예를 들면, DCP(dicumyl peroxide) 등) 및 가교 촉진제(예를들면, TAC(Trially cyanurate))는 이 기술 분야에서 이미 널리 사용되는 공지된 첨가제로써 그 상세한 설명은 생략하며, 그 함량 역시 상기 범위에 한정되는 것은 아니고, EPDM 가스켓의 사용용도나 환경 등에 따라 이미 공지된 범위 내에서 가변적일 수 있다. 아울러, 산화아연 등 이미 공지된 첨가제를 목적에 맞게 추가하여 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 가스켓의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, EPDM 고무, 탈레이트계 화합물 또는 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물, 실리카 또는 카본 블랙, 스테아린산, 실란계 화합물 및 폴리에틸렌 글리콜을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(S100)와, 상기 수득된 혼합물에 과산화물 가교제 및 가교 촉진제를 혼합하여 미가교 EPDM 컴파운드를 제조하는 단계(S200) 및 , 상기 미가교 EPDM 컴파운드를 압축 성형하여 EPDM 고무 가스켓을 제조하는 단계(S300)를 포함하여 이루어진다.
보다 구체적으로 상기 S100 단계는 100 ~ 120℃ 온도의 내부 혼합기를 이용하여 100 ~ 120℃의 온도에서 60 ~ 100rpm의 속도로 10 ~ 15분간 혼합하여 혼합물을 제조하며, 상기 S200 단계는 혼합물과 과산화물 가교제 및 가교촉진제를 투오픈롤밀(two open roll mill)을 이용하여 분산시켜 미가교 EPDM 컴파운드를 제조하고, 상기 S300 단계는 미가교 컴파운드를 핫프레스(hot press)를 이용하여 170 ~ 180℃에서 30MPa의 압력을 가하여 15 ~ 20분간 압축 성형하여 EPDM 고무 가스켓을 제조한다.
여기서, 상기 기재 및 각종 첨가제에 관한 구체적인 조성비 등은 상기에서 이미 설명하였으므로 여기서는 생략한다.
한편, 상기 S100 단계에서 혼합 조건이 상기 범위 미만일 경우, 실리카 또는 카본 블랙의 분산성이 좋지 못해 기계적 물성이 저하되는 경향이 나타나며, 상기 범위를 초과할 경우, EPDM 고무가 가교되거나 열화되는 현상이 나타나는 문제점이 있다. 또한, 상기 S300 단계에서 상기 조건이 상기 범위 미만일 경우, 가교 반응이 원활히 일어나지 못해, 가교 밀도 저하에 의한 기계적 물성이 저하될 우려가 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당 업계 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
1. EPDM 고무 가스켓의 제조
(실시예 1)
EPDM 고무(금호폴리켐 KEP 2480) 60 중량%, 실리카(Solvay Zeosil Z175) 30 중량% 및 탈레이트계 화합물(Isooctyl tallate) 10 중량%로 이루어진 기재 100 중량부에 대하여, 산화아연 1.5 중량부, 스테아린산 0.5 중량부, 실란계 화합물(vinyltrimethoxysilane) 2.5 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 1.2 중량부를 100 ~ 120℃ 온도의 내부혼합기를 이용하여 60 ~ 100 rpm의 속도로 10 ~ 15분간 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 수득된 혼합물과 과산화물 가교제(Dicumyl peroxide) 0.8 중량부, 가교 촉진제(Trially cyanurate) 0.5 중량부를 투오픈롤밀(two open roll mill)을 이용하여 분산시켜 미가교 EPDM 컴파운드를 제조하였다. 미가교 컴파운드를 핫프레스(hot press)를 이용하여 170 ~ 180℃에서 30MPa의 압력을 가하여 15 ~ 20분간 압축 성형하여 EPDM 고무 가스켓을 제조하였다.
(실시예 2)
EPDM 고무 30 중량%, 실리카 40 중량%, 탈레이트계 화합물 30 중량%를 사용한 것과, 실란계 화합물 2.4 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 1.2 중량부를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
(실시예 3)
EPDM 고무 46.8 중량%, 실리카 31.2 중량%, 탈레이트계 화합물 22.0 중량%를 사용한 것과, 산화아연 1.4 중량부, 실란계 화합물 2.2 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 1.1 중량부를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
(실시예 4)
EPDM 고무 46.8 중량%, 실리카 31.2 중량%, 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물(Diisooctyldodecanedioate) 22.0 중량%를 사용한 것과, 산화아연 1.4 중량부, 스테아린산 0.5 중량부, 실란계 화합물(vinyltrimethoxysilane) 2.2 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 1.1 중량부를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
(실시예 5)
EPDM 고무 42.8 중량%, 실리카 28.9 중량%, 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물(Diisobutyl adipate) 28.3 중량%를 사용한 것과, 산화아연 1.3 중량부, 스테아린산 0.4 중량부, 실란계 화합물(vinyltrimethoxysilane) 2.1 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 1.0 중량부를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
(실시예 6)
EPDM 고무 42.4 중량%, 실리카 37.3 중량%, 탈레이트계 화합물 20.3 중량%를 사용한 것과, 산화아연 1.3 중량부, 실란계 화합물 2.7 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 1.4 중량부를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
(실시예 7)
EPDM 고무 38.7 중량%, 실리카 39.7 중량%, 탈레이트계 화합물 21.6 중량%를 사용한 것과, 산화아연 1.2 중량부, 실란계 화합물 3.1 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 1.5 중량부를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
(실시예 8)
EPDM 고무 32.1 중량%, 실리카 39.9 중량%, 탈레이트계 화합물 28.0 중량%를 사용한 것과, 산화아연 1.0 중량부, 실란계 화합물 3.8 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 1.9 중량부, 과산화물 가교제 1.0 중량부, 가교 촉진제(Trially cyanurate) 0.6 중량부를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
(실시예 9)
EPDM 고무 31.5 중량%, 실리카 35.3 중량%, 카본 블랙(오리온엔지니어드카본 HAF) 22.2 중량%, 탈레이트계 화합물 11.0 중량%를 사용한 것과, 산화아연 0.9 중량부, 실란계 화합물 2.8 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 1.4 중량부, 과산화물 가교제 0.9 중량부, 가교 촉진제(Trially cyanurate) 0.6 중량부를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
(비교예 1)
탈레이트계 화합물 또는 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물을 사용하지 않았다. 그외 EPDM 고무(금호폴리켐 KEP 2480) 57.6 중량% , 실리카(Solvay Zeosil Z175) 34.5 중량%, 산화아연 1.7 중량%, 스테아린산 0.6 중량%, 실란계 화합물(vinyltrimethoxysilane) 2.8 중량% , 폴리에틸렌 글리콜 1.4 중량%, 과산화물 가교제 0.9 중량%, 가교 촉진제(Trially cyanurate) 0.6 중량%로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
2. EPDM 고무 가스켓의 물성 평가
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 EPDM 고무 가스켓을 아래와 같은 시험방법으로 유리전이온도를 측정하였으며 그 결과를 도 2에 나타내었다. 또한, 수소 분위기 노출 전·후 인장 물성 및 부피 변화를 측정하였고, 그 결과를 [표 1]에 정리하여 나타내었다.
(1) 유리전이온도
DMA(Dynamic Mechanical Analyzer, TA instrument, DMA 2980)를 이용하여 tension mode에서 측정하였다. 이 때 측정에 사용된 시편의 크기는 15 × 5 × 0.4 ㎜였으며, 시편의 변형 크기(strain amplitude)는 10%였고, 진동수는 1 Hz로 하였으며, 승온 속도는 2 ℃/min로 하여 -100℃ ~ 100℃까지의 구간에서 tan δ를 측정하였고, peak를 나타내는 온도로부터 유리전이온도로 구하였다.
(2) 고압 수소 노출에 따른 내구성 평가
고압 수소 노출에 따른 내구성 평가는 수소 분위기 노출 전·후 부피 변화 및 인장 물성 변화를 측정하여 평가하였다. 96.3 MPa의 수소 압력 하에 24시간 노출 시킨 후, 감압시켜 시험편을 꺼내고, 1시간 및 24시간 경과 후 시험편의 인장 물성과 부피 변화율을 측정하였다. 인장물성 및 부피(M0)와 노출 후의 인장 물성 및 부피(Mt)를 측정하여 (Mt-M0)/M0 × 100에 의해 변화율을 계산하였다.
　구분 비교예1 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9
수소 노출 후
1시간 경과
부피 변화율(%)		 -4.1 -3.7 -3.8 -4.1 -4.0 -3.9 -3.3 -2.1 -1.1 -3.1
수소 노출 후
24시간 경과
부피 변화율(%)		 -1 -0.9 -0.9 -0.8 -0.9 -0.8 -0.9 -0.5 -0.9 -0.9
수소 노출 후
1시간 경과
인장강도 변화율(%)		 -2.1 -1.8 -1.9 -2.0 -1.9 -1.9 -3.3 -1.0 -1.8 -1.9
수소 노출 후
24시간 경과
인장강도 변화율(%)		 -1.1 -0.8 -0.9 -1.0 -0.9 -0.8 -0.9 -0.2 -0.9 -0.9
수소 노출 후
1시간 경과
파단신율 변화율(%)		 -2.7 -2.2 -2.1 -2.2 -2.0 -2.1 -2.4 -1.5 -2.0 -2.1
수소 노출 후
24시간 경과
파단신율 변화율(%)		 -1.6 -1.4 -1.5 -1.3 -0.8 -0.8 -0.7 -0.3 -0.7 -0.8
아래 도 2 및 상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명은 고압 수소 분위기 노출에 따른 기계적 물성 변화가 적어 96.3 MPa 이상의 고압 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수하고, 동시에 -50℃ 이하에서의 저온 특성이 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 설명하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. EPDM 고무 가스켓 조성물에 있어서,
    EPDM 고무 30 ~ 60 중량%, 탈레이트계 화합물 또는 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물 10 ~ 30 중량% 및 실리카 또는 카본 블랙 30 ~ 40 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 스테아린산 0.3 ~ 0.6 중량부, 실란계 화합물 1 ~ 5 중량부, 폴리에틸렌 글리콜 0.5 ~ 2.0 중량부, 과산화물 가교제 0.5 ~ 2.0 중량부 및 가교 촉진제 0.5 ~ 2.0 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탈레이트계 화합물은 부틸탈레이트(butyl tallate), n-부틸탈레이트(n-butyl tallate), 이소옥틸탈레이트(Isooctyl tallate), 에틸헥실탈레이트(Ethyl hexyl tallate), 4-카본라이너탈레이트(4-carbon linear tallate), 8-카본라이너탈레이트(8-carbon linear tallate), 8-카본브랜치탈레이트(8-carbon branched tallate), 10-카본라이너탈레이트(10-carbon linear tallate), 13-카본라이너탈레이트(13-carbon linear tallate) 또는 28-카본라이너탈레이트(28-carbon linear tallate) 중에서 단독 또는 병용하여 사용하며,
    상기 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물은 디이소옥틸도데칸디오에이트(Diisooctyldodecanedioate), 디이소부틸아디페이트(Diisobutyl adipate), 디이소옥틸아디페이트(Diisooctyl adipate), 디이소옥틸노닐아디페이트(Diisooctylnonyl adipate), 부톡시에틸올리에이트(Butoxyethyl oleate), 디옥틸아젤레이트(Dioctyl azelate) 또는 디옥틸세바케이트(Dioctyl sebacate) 중에서 단독 또는 병용하여 사용하고,
    상기 실란계 화합물은 비닐트리메톡시실란(vinyltrimethoxysilane), 비닐트리에톡시실란(vinyltriethoxysilane), 7-옥테닐트리메톡시실란(7-octenyltrimethoxysilane), 3-메르캅토프로필메틸디메톡시실란(3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane) 또는 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane) 중에서 단독 또는 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물.
  3. 제 1항에 따른 조성물을 이용한 가스켓의 제조방법에 있어서,
    EPDM 고무 30 ~ 60 중량%, 탈레이트계 화합물 또는 2개의 에스테르기를 갖는 에스테르계 화합물 10 ~ 30 중량% 및 실리카 또는 카본 블랙 30 ~ 40 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 스테아린산 0.3 ~ 0.6 중량부, 실란계 화합물 1 ~ 5 중량부 및 폴리에틸렌 글리콜 0.5 ~ 2.0 중량부를 100 ~ 120℃ 온도에서 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(S100);
    상기 수득된 혼합물에 과산화물 가교제 0.5 ~ 2.0 중량부 및 가교 촉진제 0.5 ~ 2.0 중량부를 혼합하여 미가교 EPDM 컴파운드를 제조하는 단계(S200); 및
    상기 미가교 EPDM 컴파운드를 170 ~ 180℃에서 압축 성형하여 EPDM 고무 가스켓을 제조하는 단계(S300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고압 및 저온 수소 가스 분위기 하에서의 내구성이 우수한 EPDM 고무 가스켓 조성물을 이용한 가스켓의 제조방법.
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