KR20220088152A - 극성 오일 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물 - Google Patents

극성 오일 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

극성 오일에 대한 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물이 개시된다. 개시된 불소실리콘 고무 조성물은, 불소실리콘 고무(FVMQ) 및 실리콘 고무(VMQ)를 포함하는 기재, 및 기재를 가교 경화시키는 가교제를 포함한다. 기재에서 불소실리콘 고무의 함유량이 실리콘 고무의 함유량보다 크다.

Description

극성 오일 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물{Fluorosilicone rubber composition with resistance against polar oil improved}
본 발명은 불소실리콘 고무 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 오일과 같은 극성 오일에 대한 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물에 관한 것이다.
불소실리콘 고무는 트리플루오로프로필(trifluoropropyl), 메틸(methyl), 비닐(vinyl)을 접합한 실리콘 고무(VMQ)로서, 기존 실리콘 고무 대비 저온성, 내화학성, 투명성, 내오염성이 뛰어난 소재이다. 기존에 실리콘 고무가 사용되는 부품 중에서 더 높은 수준의 저온성, 내유성, 내화학성이 필요한 부품의 경우에 소재가 실리콘 고무에서 불소실리콘 고무로 대체되는 추세에 있다.
분자 구조상 불소실리콘 고무는 메틸기에 인접한 트리플루오로프로필기의 극성으로 인해 비극성 오일인 자동차 내연기관의 연료에 대해 강한 내성을 가진다. 따라서, 자동차 내연기관과 연료 공급 계통에서 기밀을 유지하는 오링(O-ring)과 같은 밀봉재의 소재로 사용된다. 그러나, 극성 오일인 엔진 오일에는 낮은 내성을 가져서, 자동차 내연기관이나 그 주변에 사용되는 오링의 경우 엔진 오일의 미세한 누유로 인해 성능이 쉽게 열화(劣化)되며 내구성이 저하되는 문제가 있다.
등록특허공보 제10-0153531호
본 발명은 내연기관 엔진 오일과 같은 극성 오일에 대한 내성(resistance)이 향상된 불소실리콘 고무 조성물을 제공한다.
본 발명은 자동차 내연기관이나 그 주변에서 사용되는 밀봉재의 소재로 채용 가능한, 불소실리콘 고무 조성물을 제공한다.
본 발명은, 불소실리콘 고무(FVMQ) 및 실리콘 고무(VMQ)를 포함하는 기재 폴리머(base polymer); 및, 상기 기재 폴리머를 가교 경화시키는 가교제(cross-linking agent);를 포함하고, 상기 기재 폴리머에서 불소실리콘 고무의 함유량이 실리콘 고무의 함유량보다 큰, 극성 오일 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물을 제공한다.
상기 불소실리콘 고무의 함유량 대(對) 실리콘 고무의 함유량의 비(比)는 8:2 내지 6:4 일 수 있다.
상기 가교제는 2.5-디메틸-2.5-디(티-부티프록시)헥사놀 (2.5-Dimethyl-2.5-Di(t-butyproxy)hexanol) 일 수 있다.
본 발명에 따른 불소실리콘 고무 조성물을 소재로 하여 경화 형성된 불소실리콘 고무는 내연기관 엔진 오일과 같은 극성 오일에 대한 내성이 향상된다. 따라서, 상기 불소실리콘 고무 조성물을 소재로 하여 형성된 밀봉재는 자동차 내연기관이나 그 주변에 설치되더라도 엔진 오일로 인한 성능 저하가 억제되어서 상기 밀봉재의 내구성과 품질 신뢰성이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 불소실리콘 고무 조성물은 불소실리콘 고무에 비해 상대적으로 저가(低價)인 실리콘 고무를 기재 폴리머에 포함하면서도 비극성 오일에 대한 내성은 적절하게 유지하도록 구성되어서 불소실리콘 고무의 원가가 절감된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 극성 오일 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른, 극성 오일 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물은, 자동차 내연기관이나 상기 내연기관의 주변에 설치되는, 예컨대, 오링과 같은 밀봉재의 소재로 사용될 수 있다. 상기 내연기관의 주변이란, 내연기관에 엔진 오일을 채워 넣거나 교체할 때 엔진 오일이 누출되어 오염될 수 있는 내연기관 주변의 장치, 또는 자동차의 운행 중에 엔진 오일의 미세한 누유가 있을 때 상기 미세한 누유로 인해 오염될 수 있는 내연기관 주변의 장치를 의미한다.
상기 불소실리콘 고무 조성물은, 불소실리콘 고무(FVMQ) 및 실리콘 고무(VMQ)를 포함하는 기재 폴리머(base polymer), 및 상기 기재 폴리머를 가교 경화시키는 가교제(cross-linking agent)를 포함한다. 상기 기재 폴리머에서 불소실리콘 고무(FVMQ)의 함유량은 실리콘 고무(VMQ)의 함유량보다 크다.
실리콘 고무는 비극성 폴리머로서 극성 물질인 내연기관 엔진 오일에 대해 높은 내성(resistance)을 가진다. 그러므로, 불소실리콘 고무에 실리콘 고무를 혼합(blending)하여 기재 폴리머를 구성하고, 상기 기재 폴리머에 가교제를 일정량 첨가 혼합하여 이루어진 불소실리콘 고무 조성물을 미리 정해진 온도에서 가교하여 경화된 불소실리콘 고무를 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 기재 폴리머에서 상기 불소실리콘 고무의 함유량 대(對) 실리콘 고무의 함유량의 비(比)는 8:2 내지 6:4 일 수 있다. 불소실리콘 고무의 함유량 대비 실리콘 고무의 함유량이 커지면 경화된 불소실리콘 고무의 극성 오일에 대한 내성이 개선될 뿐만 아니라, 압축 물성, 즉 압축영구줄음율(compression set)이 개선될 수 있다. 그러나, 불소실리콘 고무의 함유량 대비 실리콘 고무의 함유량이 과도하게 되면, 실리콘 고무에 비해 상대적으로 우수한 불소실리콘 고무의 특성이 저하될 수 있다. 예를 들면, 불소실리콘 고무는 비극성 물질인, 예컨대, 휘발유(gasoline), 경유(diesel) 같은 연료에 대한 내성, 즉 내유성이 우수한데, 고무 조성물의 기재 폴리머에 실리콘 고무가 과도한 함유량으로 혼합되면 상기 연료에 대한 내유성이 저하되기 때문에 상기 고무 조성물은 내연기관의 밀봉재의 소재로 사용하기에 부적합하게 된다.
상기 가교제는 기재 폴리머가 적정 온도로 가열될 때 상기 기재 폴리머를 구성하는 단량체들을 상호 가교하여 탄성 있는 고체로 경화시키는 기능을 한다. 상기 가교제로는 예컨대, 2.5-디메틸-2.5-디(티-부티프록시)헥사놀 (2.5-Dimethyl-2.5-Di(t-butyproxy)hexanol)과 같은 과산화물(peroxide) 가교제가 사용된다. 상기 가교제의 함유량은 기재 폴리머 100 중량부 대비 1.5 내지 3 중량부일 수 있다.
본 발명의 불소실리콘 고무 조성물은 경화된 고무의 강성을 강화하기 위하여, 예컨대, 흄드 실리카(fumed silica), 카본 블랙(carbon black)과 같은 충전재(filler)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 불소실리콘 고무 조성물은 경화된 불소실리콘 고무가 특정 색상을 나타내도록 하는 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 안료의 함유량은 기재 폴리머 100 중량부에 대하여 0.05 내지 3.0 중량부일 수 있다. 상기 안료의 중량부가 0.05 보다 작으면 고무의 착색력 및 제반 물성을 나타내지 못하고, 상기 안료의 중량부가 3.0을 초과하면, 고무가 연화되어 강도가 하락할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 불소실리콘 고무 조성물인 실시예 1 및 실시예 2와, 비교예 1 및 비교예 2의 특성을 비교 시험하여 본 발명에 따른 불소실리콘 고무 조성물의 효과를 더욱 명확하게 설명한다.
표 1은 시험에 적용되는 실시예 1 및 실시예 2와, 비교예 1 및 비교예 2의 구성 성분을 비교하여 나타낸 표이다. 표 1에 따르면, 기재 폴리머에서 불소실리콘 고무와 실리콘 고무의 중량부 함유량비가, 실시예 1의 경우 8:2, 실시예 2의 경우 6:4, 비교예 1의 경우 10:0, 비교예 2의 경우 6:4이다. 모든 실시예들과 비교예들에서 동종의 가교제와 안료가 동량으로 포함되고, 충전재(filler)는 포함되지 않는다.
Figure pat00001
표 2는 실시예 1 및 실시예 2와, 비교예 1 및 비교예 2에 대해 각각, 기계적 물성, 압축 물성, 내유 물성을 동일한 방법으로 시험하고 그 결과를 나타낸 표이다. 여기서, 상기 기계적 물성은 경도, 인장강도, 및 신율을 포함하고, 압축 물성은 압축영구줄음율을 포함하며, 내유 물성은 경도 변화, 인장강도 변화율, 신율 변화율, 및 체적 변화율을 포함한다. 압축 물성 시험 결과와 내유 물성 시험 결과는 휘발유 내연기관용 엔진 오일에 150℃ 온도에서 1,000시간동안 침지한 후 꺼낸 고무 시험편(rubber piece for test)을 시험한 결과이고, 기계적 물성 시험 결과는 상술한 침지 과정을 거치지 않은 고무 시험편을 시험한 결과이다.
실시예 1 및 실시예 2는 기재 폴리머에 실리콘 고무가 포함되지 않은 비교예 1보다는 기계적 물성이 약간 저하되나, 불소실리콘 고무보다 실리콘 고무가 더 많이 함유된 비교예 2보다는 기계적 물성이 우수한 것을 알 수 있다. 특히, 비교예 2는 신율이 부족하다. 엔진 오일 침지후 압축 물성에 있어서 기재 폴리머에 포함되는 실리콘 고무의 함유량이 많아질수록 압축 물성이 개선되는 것, 즉 압축영구줄음율이 줄어드는 것을 알 수 있다. 엔진 오일 침지후 내유 물성에 있어서 비교예 1은 인장강도 변화율이 시험예 1, 시험예 2, 및 비교예 2에 비해 인장강도 변화율이 좋지 않음을 알 수 있다. 한편, 비교예 2는 시험예 1, 시험예 2, 및 비교예 1에 비해 경도 변화 및 체적 변화율이 좋지 않음을 알 수 있다. 이와 같은 실험 결과에 근거하여, 기재 폴리머에서 불소실리콘 고무의 함유량 대(對) 실리콘 고무의 함유량의 비(比)는 8:2 내지 6:4 인 것이 바람직하다.
Figure pat00002
상술한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예를 참조하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 불소실리콘 고무(FVMQ) 및 실리콘 고무(VMQ)를 포함하는 기재 폴리머(base polymer); 및, 상기 기재 폴리머를 가교 경화시키는 가교제(cross-linking agent);를 포함하고,
    상기 기재 폴리머에서 불소실리콘 고무의 함유량이 실리콘 고무의 함유량보다 큰 것을 특징으로 하는, 극성 오일 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 불소실리콘 고무의 함유량 대(對) 실리콘 고무의 함유량의 비(比)는 8:2 내지 6:4 인 것을 특징으로 하는, 극성 오일 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가교제는 2.5-디메틸-2.5-디(티-부티프록시)헥사놀 (2.5-Dimethyl-2.5-Di(t-butyproxy)hexanol) 인 것을 특징으로 하는, 극성 오일 내성이 향상된 불소실리콘 고무 조성물.
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