KR20220155845A - 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물 - Google Patents

내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기재에 이종 폐기물인 피혁 폐기물과 폴리올 폐기물을 주 원료로 혼합하고 건식 방법으로 조인트 시트를 제조함으로써, 폐기물의 재활용 및 건식 공정 적용에 따른 친환경성을 가질 뿐만 아니라, 종래 고가의 소재로 이루어지는 조인트 시트 제품에 비하여 가격 경쟁력이 향상되며, 이러한 친환경성 및 가격 경쟁력을 가지면서도 내열성 및 강도 등 우수한 물성을 구현할 수 있도록 하는, 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물에 관한 것이다.

Description

내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물{COMPOSITION FOR JOINT SHEET HAVING EXCELLENT HEAT RESISTANT AND MECHANICAL PROPERTIES}
본 발명은 폐기물의 재활용 및 건식 공정 적용에 따른 친환경성과 우수한 가격 경쟁력을 가지면서도 내열성 및 강도 등 우수한 물성을 구현할 수 있도록 하는 조인트 시트용 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 산업용 압축 가스켓 등으로 활용되는 조인트 시트는 파이프와 파이프의 끝단을 서로 플랜지로 연결할 때 플랜지의 접합면에 끼워 넣어 플랜지의 기밀을 유지하기 위한 용도로 사용되고 있으며, 석유화학, 발전소, 조선해양공업, 해상플랜트 등 산업 전 분야에 걸쳐 광범위하게 실링 재료로써 사용되고 있다.
현재 상기와 같은 조인트 시트는 고무를 톨루엔에 녹인 후 과량의 무기 세라믹 등을 혼합하여 고온의 카렌다-롤에서 톨루엔을 휘발시키면서 압착 적층 가황을 통해서 제조하는 방식이 주류를 이루고 있으며, 보다 구체적으로 고무를 분쇄하고, 과량의 톨루엔에 고무를 팽윤하는 공정, 팽윤된 고무와 충진제를 혼합하여 숙성하는 공정, 숙성된 컴파운드를 적층가황을 통해서 시트를 제조하는 총 12단계의 공정으로 되어 있다.
하지만, 이러한 공정은 제품의 성능, 작업효율, 생산성이 떨어지고 공정상의 특성상 배합제의 균일한 분산이 어려워 제품의 품질 안정성이 떨어지는 문제가 발생된다. 또한 폐기 시 유독성 가스가 발생함에 따라 2차 환경오염을 유발시키는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위하여 물을 사용하는 습식 연구가 진행 된 바가 있다. 그러나 톨루엔 같은 유기용매뿐만 아니라 습식 공정의 특성상, 주 용매로 물을 이용하여도 폐수 및 악취가 발생하며 수압 성능이 떨어지는 단점이 있으며, 습식 공정으로 인하여 내부에 균일하게 약품이 투입되지 않아, 성능이 균일하게 제조되지 않는 단점이 있으며, 제조 공정에서 필수적으로 여러 번의 건조와 함께 약품 처리 등 총 수십 차례의 다양한 공정이 추가되며, 공정의 복잡성으로 인해 제조 기간이 늘어나는 등 생산성에도 악영향을 보이는 문제점이 있었다.
또한, 종래 조인트 시트의 재료는 특허문헌 1 내지 3 등에서와 같이 아라미드 섬유, 탄소 섬유, PTFE(polytetrafluoroethylene) 등 고가의 소재를 이용함에 따라 조인트 시트의 가격이 높아지는 문제점이 있었다.
한편, 일반적인 피혁 생산 및 폴리우레탄 등의 제조 공정에서는 불가피하게 피혁 폐기물과 폴리올 폐기물이 배출되고 있으며, 이러한 폐기물은 귀중한 자원이 될 수 있음에도 불구하고, 재활용 없이 대부분 산업 폐기물로 소각되거나 매립처리 되고 있으며, 이는 폐기물의 부패로 인한 악취, 오수 누출 등 매우 심각한 환경문제가 되고 있는 실정이다.
특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-1419050호 "아라미드 패브릭을 이용한 가스켓의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 가스켓" 특허문헌 2 : 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0098906호 "팽창성 충진제 및 그 제조방법" 특허문헌 3 : 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0067898호 "플랜지관용 팽창 PTFE 가스켓 및 그 제조방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기재에 이종 폐기물인 피혁 폐기물과 폴리올 폐기물을 주 원료로 혼합하고 건식 방법으로 조인트 시트를 제조함으로써, 폐기물의 재활용 및 건식 공정 적용에 따른 친환경성을 가질 뿐만 아니라, 종래 고가의 소재로 이루어지는 조인트 시트 제품에 비하여 가격 경쟁력이 향상되며, 이러한 친환경성 및 가격 경쟁력을 가지면서도 내열성 및 강도 등 우수한 물성을 구현할 수 있도록 함을 과제로 한다.
본 발명은 조인트 시트용 조성물에 있어서, NBR 기재에 피혁 폐기물과 폴리올 폐기물이 혼합되어 이루어지는, 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물을 과제의 해결 수단으로 하며, 보다 구체적으로는 NBR 100 중량부에 대하여, 피혁 폐기물 100 ~ 110 중량부, 폴리올 폐기물 10 ~ 15 중량부, 가교촉진제 3 ~ 5 중량부, 분산제 1 ~ 3 중량부, 가공개선제 3 ~ 5 중량부, 충진제 50 ~ 55 중량부, 실란커플링제 2 ~ 4 중량부 및 가교제 6 ~ 8 중량부가 혼합되어 이루어지는, 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.
본 발명은 폐기물의 재활용 및 건식 공정 적용에 따른 친환경성을 가질 뿐만 아니라, 종래 고가의 소재로 이루어지는 조인트 시트 제품에 비하여 가격 경쟁력이 향상되며, 이러한 친환경성 및 가격 경쟁력을 가지면서도 내열성 및 강도 등 우수한 물성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물에 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 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물은 NBR 기재에 피혁 폐기물과 폴리올 폐기물이 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하며, 보다 구체적으로는 NBR 100 중량부에 대하여, 피혁 폐기물 100 ~ 110 중량부, 폴리올 폐기물 10 ~ 15 중량부, 가교촉진제 3 ~ 5 중량부, 분산제 1 ~ 3 중량부, 가공개선제 3 ~ 5 중량부, 충진제 50 ~ 55 중량부, 실란커플링제 2 ~ 4 중량부 및 가교제 6 ~ 8 중량부가 혼합되어 이루어진다.
상기 NBR은 내유성 및 내열성 등이 우수한 것으로 알려진 기재로써 이미 공지된 다양한 NBR의 적용이 가능하지만, 내열성과 인장강도 등의 물성 향상 효율을 고려하여 KNB 35L(금호석유화학, AN함량 34%, ML1+4 : 41, 비중 : 0.98g/cc)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 피혁 폐기물은 피혁 생산공정에서 발생하는 각종 부산물로써 피혁의 가공 공정에서 발생하는 쉐이빙 스크랩(shaving scrap)이나 피혁 원단인 크러스트(crust) 상태에서의 완제품 생산 공정에서 버려지는 재단 폐기물(trimming scrap) 등 이미 공지된 다양한 피혁 폐기물의 사용이 가능하지만, 혼련, 분쇄 공정의 적용성과 물성의 균일성 등을 고려하여 쉐이빙 스크랩을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 피혁 폐기물의 함량이 100 중량부 미만일 경우 물성이 저하될 우려가 있으며, 110 중량부를 초과할 경우 분산성이 저하될 우려가 있다.
상기 폴리올 폐기물은 폴리우레탄 등의 제조공정에서 발생하는 폐기물로써, UTE-5850(삼성포리머 제조, 폴리우레탄 제조용 폴리올), UTE-5530B(삼성포리머 제조, 폴리우레탄 제조용 폴리올), UTE-9000(삼성포리머 제조, 폴리우레탄 제조용 폴리올), 534M-2(삼성포리머 제조, 폴리우레탄 제조용 폴리올), UTE-5723(삼성포리머 제조, 폴리우레탄 제조용 폴리올) 등 이미 공지된 다양한 폴리올 폐기물의 사용이 가능하지만, 보관성, 물성향상 효율 및 재자원화 효율을 고려할 때, UTE-5850, UTE-5530B, UTE-9000, 534m-2를 혼합(예를 들면 1 : 1 : 1 : 1 중량비)한 폴리올 혼합 폐기물을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 폴리올 폐기물의 함량이 10 중량부 미만일 경우 가공성이 저하될 우려가 있으며, 15 중량부를 초과할 경우 물성이 저하될 우려가 있다.
그리고, 상기 가교촉진제, 분산제, 가공개선제, 충진제, 실란커플링제, 가교제는 가교촉진, 분산성향상, 가공개선, 내열특성 및 강도증대, 가교 등의 기능을 하는 공지된 첨가제로써 예를 들면, 가교촉진제는 산화아연(Zno), 분산제는 스테아린산(stearic acid), 가공개선제는 진크 디아크릴레이트(zinc diacrylate), 충진제는 실리카(silica/zeosil 175(솔베이 제조)), 실란커플링제는 3-머캅토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane/KBM 803(신에츠 카가쿠코교 제조)), 가교제는 디큐밀퍼옥사이드(dicumylperoxide) 등을 사용할 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니고 이미 공지된 다양한 첨가제의 적용이 가능하다. 아울러 첨가제의 함량 역시 상기 범위에 한정되는 것은 아니고 조인트 시트의 적용 대상이나 사용환경 등에 따라 가변적으로 적용할 수 있다.
이하, 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 조인트 시트의 제조
(실시예 1)
NBR(KNB 35L, 금호석유화학) 100 중량부에 대하여, 피혁 폐기물(쉐이빙 스크랩) 100 중량부, 폴리올 폐기물(UTE-5850, UTE-5530B, UTE-9000, 534m-2를 1 : 1 : 1 : 1 중량비로 혼합) 10 중량부, 가교촉진제인 산화아연 3 중량부, 분산제인 스테아린산 1 중량부, 가공개선제인 진크 디아크릴레이트 3 중량부, 충진제인 실리카(zeosil 175, 솔베이) 50 중량부 및 실란커플링제인 3-머캅토프로필트리메톡시실란(KBM 803, 신에츠 카가쿠코교) 2 중량부를 혼합하고, 90℃ 니더(kneader)에서 15분 가공 후, 가교제인 디큐밀퍼옥사이드 6 중량부 첨가 후 80℃에서 롤밀(roll mill) 가공하고, 170℃의 프레스(press)에서 20분간 성형하여 제조하였다.
(실시예 2)
NBR(KNB 35L, 금호석유화학) 100 중량부에 대하여, 피혁 폐기물(쉐이빙 스크랩) 110 중량부, 폴리올 폐기물(UTE-5850, UTE-5530B, UTE-9000, 534m-2를 1 : 1 : 1 : 1 중량비로 혼합) 15 중량부, 가교촉진제인 산화아연 5 중량부, 분산제인 스테아린산 3 중량부, 가공개선제인 진크 디아크릴레이트 5 중량부, 충진제인 실리카(zeosil 175, 솔베이) 55 중량부 및 실란커플링제인 3-머캅토프로필트리메톡시실란(KBM 803, 신에츠 카가쿠코교) 4 중량부를 혼합하고, 90℃ 니더(kneader)에서 15분 가공 후, 가교제인 디큐밀퍼옥사이드 8 중량부 첨가 후 80℃에서 롤밀(roll mill) 가공하고, 170℃의 프레스(press)에서 20분간 성형하여 제조하였다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 피혁 폐기물과 폴리올 폐기물을 첨가하지 않았다.
(비교예 2)
실시예 2와 동일하게 제조하되, 피혁 폐기물과 폴리올 폐기물을 첨가하지 않았다.
3. 조인트 시트의 평가
상기 실시예 및 비교예에 따른 조인트 시트에 대해 아래 [표 1]과 같은 시험항목 및 규격으로 시험하였으며, 그 결과는 아래 [표 1]에 나타내었다.
주요 성능지표 단 위 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 시험규격
노화시험
(끈적임, 냄새)		 ℃ 200 200 220 215 KS M 6788
강열감량(300℃) % 14.5 14.8 27 26 KS M 6788
내열성
(200℃경도감소율)		 % -3 -3 5 5 KS M 6788
인장강도 MPa 15.8 16.2 14.9 14.7 KS L 5406
압축율 % 17 17 12 10 KS L 5406
복원율 % 85 87 84 82 KS L 5406
내유성(두께증가율) % 0.7 0.6 1.5 1.5 KS L 5406
내유성
(인장강도감소율)		 % 14.1 14.0 18.4 19.2 KS L 5406
유연성 - 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 KS L 5406
경도 ShoreD 64 64 50 52 KS M 6778
내열성
(200℃인장강도감소율)		 % 17 18 20 21 KS M 6788
수압기밀성 kg/cm2 25 25 19 19 KS M 6788
폐기물함량 % 35 37 32 30 KS M 6788
상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 조인트 시트는 폐기물의 재활용 및 건식 공정 적용에 따른 친환경성을 가질 뿐만 아니라, 종래 고가의 소재로 이루어지는 조인트 시트 제품에 비하여 가격 경쟁력이 우수하며, 비교예에 비하여 내열성 및 강도 등 우수한 물성을 구현함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물은 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 조인트 시트용 조성물에 있어서,
    NBR 기재에 피혁 폐기물과 폴리올 폐기물이 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조인트 시트용 조성물은,
    NBR 100 중량부에 대하여, 피혁 폐기물 100 ~ 110 중량부 및 폴리올 폐기물 10 ~ 15 중량부이 혼합되는 것을 특징으로 하는, 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 조인트 시트용 조성물은,
    NBR 100 중량부에 대하여, 피혁 폐기물 100 ~ 110 중량부, 폴리올 폐기물 10 ~ 15 중량부, 가교촉진제 3 ~ 5 중량부, 분산제 1 ~ 3 중량부, 가공개선제 3 ~ 5 중량부, 충진제 50 ~ 55 중량부, 실란커플링제 2 ~ 4 중량부 및 가교제 6 ~ 8 중량부가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내열성 및 강도가 우수한 조인트 시트용 조성물.
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