KR101491166B1 - 웨더스트립 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨더스트립(weather strip) 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 EPDM(ethylene propylene diene) 고무 또는 열가소성 탄성중합체(Thermoplastic Elastomer, TPE) 중에서 선택된 1 종 이상을 함유한 폴리머; 충전제; 가교제; 가교촉진제; 및 프로세싱 오일;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 상기 웨더스트립 조성물로 제조된 웨더스트립은 기존 웨더스트립 보다 흡차음성, 영구변형성, 내열성 및 경량화를 우수하다.

웨더스트립, 글래스버블

Description

웨더스트립 조성물{Weather strip compositions}

본 발명은 웨더스트립의 흡차음성, 영구변형성, 내열성 및 경량화를 향상시키기 위하여 글래스 버블을 도입한 웨더스트립 조성물에 관한 것이다.

웨더스트립은 자동차의 차체와 문 등에 부착되어 차체 내부로의 누수 방지 및 외부소음으로부터 밀봉성을 부여하여 자동차의 쾌적성과 안락성을 부여하는 기능성 부품이다. 웨더스트립은 압출부와 이를 이어주는 조인트부로 이루어지며, 웨더스트립 부품의 재료에 대한 요구 성능은 내열성, 영구변형성, 내후성, 내오존성 등이 있다.

웨더스트립의 종류는 크게 도어 사이드 씰(Door Side Seal), 바디 사이드 씰(Body Side Seal), 글래스 런(Glass Run) 등으로 분류되며, 이 중 도어 사이드 씰과 글래스 런은 압출부를 조인트부로 연결하고 있으며, 도어 사이드 씰의 조인트부는 스펀지 형태의 발포체이지만, 글래스 런은 발포체가 포함되지 않은 솔리드이다.

이러한 웨더스티립의 조성은 대부분은 기본 폴리머에 충전제, 가황제 등을 함유하고 있다. 최근 자동차 탑승자의 쾌적성과 안락성을 부여하는 측면에서 바람소리 저감 기술은 그 중요도가 증가하고 있는 실정인데, 기존 웨더스티립의 흡차음 성능은 고객 요구 수준을 만족시키지 못하고 재료의 특성상 시간이 지남에 따라 영구변형이 발생하여 바람소리의 침입이 커진다. 또한. 지역 또는 계절에 따라 차량의 온도가 기본 폴리머의 사용온도 보다 높아서 급격히 변형되는 문제가 있다. 특히, 조인트부의 경우에는 가공성을 향상시키기 위해 저점도, 즉 분자량이 낮은 폴리머를 사용하기 때문에 내열성 및 영구변형에 특히 취약한 문제가 있다.

이에 자동차 사업계에서는 기존 자동차용 웨더스트립의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 웨더스트립에 대한 요구가 증가하고 있다.

이에, 본 발명자들은 기존 웨더스트립의 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 웨더스트립의 조성물로서, 카본블랙 대신 글래스 버블을 주 충전제로 사용하면, 글래스 버블 자체의 적은 변형성, 낮은 열전달 특성 및 진공 내부의 우수한 열차단 성능으로 인하여 웨더스트립의 내열성을 확보할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 안출하게 되었다. 즉, 본 발명은 기계적 물성, 특히 영구변형성이 우수한 웨더스트립 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 웨더스트립 조성물에 관한 것으로서, EPDM 고무 또는 TPE 중에서 선택된 1 종 이상을 함유한 폴리머; 글래스 버블을 함유한 충전제; 가교제; 가교촉진제; 및 프로세싱 오일;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 웨더스트립 조성물로 제조된 웨더스트립은 흡차음성, 내열성 및 영구변형성 등의 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라, 내후성, 내오존성 등의 화학적 물성도 우수하며, 경량화가 가능하다.

이하에서는 앞서 설명한 본 발명을 더욱 자세하게 설명을 하겠다.

앞서 설명한 본 발명을 조성비로 설명을 하면, 에틸렌 프로필렌 다이엔(EPDM) 고무 또는 열가소성 탄소중합체(TPE) 중에서 선택된 1 종 이상을 함유한 폴리머 100 phr(parts per hundred rubber by weight)에 대하여, 글래스 버블을 함유한 충전제 0.2 ~ 15 phr, 가교제 0.5 ~ 3 phr, 가교촉진제 0.5 ~ 2 phr 및 프로세싱 오일 2.5 ~ 10 phr 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 조성물 외에 첨가제로서, 카본블랙, 발포제, 가교활성제, 산화방지제 및 오존노화방지제 중에서 선택된 1 종 이상을 더 포함할 수 있으며, 그 각각의 사용량은 상기 폴리머 100 phr에 대하여, 상기 카본블랙 0.5 ~ 5 phr를, 가교활성제 0.5 ~ 7 phr를, 상기 산화방지제는 0.1 ~ 2 phr를 그리고 상기 오존노화방지제는 0.1 ~ 2 phr를 각각 사용할 수 있다. 그리고, 상기 발포제는 웨더스트립 조성물의 사용처에 따라 그 사용량이 다르다.

상기 조성물 각각에 대하여 더욱 자세하게 설명을 하겠다.

본 발명에서는 주성분으로서, EPDM 고무 또는 TPE를 함유한 폴리머를 주성분으로 하는데, 상기 EPDEM 고무와 TPE는 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 웨더스트립의 조인트부와 압출 및 성형과정에서 접착 시 접착력이 우수한 장점이 있다. 이러한 상기 EPDM 고무는 중량평균분자량 20,000 ~ 100,000인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 TPE는 동적 가교된 재료를 사용한다.

상기 글래스 버블은 충전제 역할을 하는데, 본 발명에서는 기존 웨더스트립에 사용되던 카본블랙 대신 글래스 버블을 사용하는 것에 그 특징이 있다. 카본블랙은 불규칙한 형태를 갖기 때문에 형태 안정성이 취약하지만, 글래스 버블은 도 1과 같이 구형을 이루고 있기 때문에 형태 변형이 적을 뿐만 아니라, 유리의 낮은 열전달 특성 및 진공 내부의 우수한 열차단 성능으로 인하여 웨더스트립의 내열성을 확보할 수 있다. 또한, 글래스 버블 평균비중이 0.125 ~ 0.6이고, 중공 형태를 이루고 있는 바, 평균비중이 1.64인 카본블랙에 비하여, 자동차 연비향상을 위한 웨더스트립의 경량화를 가능하게 할 뿐만 아니라, 중공형태를 갖기 때문에 흡음 효과가 있다. 상기 글래스 버블의 적합한 배합은 상기 폴리머 100 phr에 대하여 0.2 ~ 15 phr인데, 0.2 phr 미만을 사용하면 웨더스트립의 물성을 구현하기 어렵고, 15 phr을 초과하여 사용하는 경우, 웨더스트립의 화이트닝이 발생하거나 또는 신율이 나빠질 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 조성물 중 하나인 상기 가교제는 본 발명에 있어서, 쇄상의 EPDM 고분자들을 3차원의 망상구조로 이어주는 역할을 수행하며, 냄새저감을 위해 과산화물 대신에 황을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 가교제의 사용량은 상기 폴리머 100 phr에 대하여 0.5 ~ 3 phr을 사용하는 것이 바람직하며, 이때, 상기 가교제의 사용량이 0.5 phr 미만이면 가교밀도가 낮아져서 웨더스티립의 탄성이 부족할 수 있으며, 3 phr을 초과하여 사용하는 경우, 가교밀도가 너무 높아져서 과경화현상(overcure)이 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 조성물 중 하나인 상기 가교촉진제는 가교 시간을 단축시켜 주는 역할을 수행한다. 상기 가교촉진제는 당업계에서 사용하는 가교촉진제를 사용할 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않으나, 2-머캅토벤조티아졸(2-mercaptobenzothiazole, MBT) 및 디페닐구아니딘(diphenylguanidine, DPG) 중에서 선택된 1 종 이상을 사용하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 자동차 도장 오염 방지를 위하여 비오염 촉진제인 상기 MBT 및 가교 밀도의 증진 효과가 있는 상기 DPG를 혼합 사용하는 것이 좋다. 이러한 가교촉진제는 상기 폴리머 100 phr에 대하여 0.5 ~ 2 phr을 사용하는 것이 좋은데, 상기 가교촉진제의 사용량이 0.5 phr 미만인 경우에는 특성 90% 가황시간(T90)이 2 분 이하로 너무 짧아서 가공이 힘든 문제가 있을 수 있으며, 사용량이 2 phr 초과하는 경우에는 T90이 60분 이상이 되어 가공시간이 오히려 너무 길게되고, 토크가 낮아져서 탄성이 작아지는 문제가 있을 수 있는 바, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 조성물인 상기 프로세싱 오일은 웨더스티립 조성물의 가공성을 향상시키기는 역할을 수행하며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않으나, 파라핀계 프로세싱 오일 및 나프탈렌계 프로세싱 오일 중에서 선택된 1 종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 본 발명에서는 상기 프로세싱 오일 2.5 ~ 10 phr을 사용하는 것이 좋은데, 이는 기존의 웨더스트립 제조시 사용되는 프로세싱 오일의 사용량 보다 적은 양이다. 본 발명에서는 충전제로서 글래스 버블을 사용하기 때문에 글래스 버블이 볼 베어링 역할을 하기 때문에 웨더스트립 조성물의 점성을 낮추고, 가공 시 흐름을 원할히 해주기 때문이며, 따라서 상기 범위 내에서 프로세싱 오일을 사용하는 것이 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 앞서 설명한 조성물 외에 카본블랙, 발포제, 가교활성제, 산화방지제 및 오존노화방지제 중에서 선택된 1 종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 카본블랙은 고무와의 친화성을 높이고, 강도를 보강시켜 주는 보강충전제로서 첨가하여 사용할 수 있다. 상기 카본블랙은 특별히 한정하지는 않으나, FEF(입경 40~48nm) 및 HAF(입경 26~30nm) 중에서 선택된 1 종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 그 사용량은 상기 폴리머 100 phr에 대하여, 상기 카본블랙 0.5 ~ 5 phr를 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 카본블랙의 사용량이 0.5 phr 미만이면, 카본블랙의 추가 첨가로 인한 보강효과를 볼 수 없으며, 5 phr를 초과하여 사용하면 오히려 웨더스트립의 경도가 너무 높아져서 압축하중이 상승하여 도어 닫힘성이 저하될 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

첨가제 중 하나인 상기 발포제는 본 발명의 조성물을 이용하여 제조되는 웨더스트립의 용도에 따라서 사용여부 및 사용량이 정해진다. 예를 들면, 도어사이드 씰(door side seal)에 사용 시에는 발포제를 첨가하며, 글래스 런(glass run)에 사용 시에는 본 발명의 웨더스트립 조성물에 발포제를 첨가하지 않는다. 그리고, 상기 발포제는 웨더스트립의 용도에 따라 발포제 양을 정하므로, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.

첨가제 중 상기 가교활성제는 상기 가교촉진제를 활성화시켜서 촉진반응을 한층 더 촉진시키는 역할을 한다. 특별히 한정하지는 않으나, 상기 가교활성제는 산화아연(ZnO) 및 스테아린산 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 산화아연과 스테아린산을 혼합사용하는 것이 좋다. 이러한 상기 가교활성제는 상기 폴리머 100 phr에 대하여 0.5 ~ 7 phr을 사용하는 것이 좋은데, 이때, 상기 가교활성제의 사용량이 0.5 phr 미만이면 가교활성제를 첨가량이 적어서 가교촉진제의 활성 효과가 미비하며, 7 phr을 초과하면 블루밍(blooming)이 발생할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

첨가제 중 상기 산화방지제와 오존노화방지제는 경화, 연화, 점착화, 균열발생 또는 탄성 상실 등의 물성 저하를 일으키는 노화를 방지하기 위하여 사용할 수 있으며, 특별히 한정하지는 않으나, 상기 산화방지제는 2-머캅토벤조이미다졸(MDI, 2-mercaptobenzoimidazole)을 그리고 상기 오존노화방지제는 N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌이다민(N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine, IPPD)을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 산화방지제 또는 오존노화방지제 각각의 사용량은 상기 폴리머 100 phr에 대하여, 0.1 ~ 2 phr를 사용하는 것이 좋으며, 0.1 phr 미만으로 사용 시 충분한 산화방지 효과를 볼 수 없으며, 2 phr을 초과하여 사용 시 오히려 웨더스트립의 물성이 저하 및 백화현상이 발생될 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 웨더스트립 조성물은 이동 수단의 웨더스트립, 특히 자동차용 웨더스트립의 제조에 이용될 수 있다.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 자세하게 설명을 하겠다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 2 : 자동차용 웨더스트립의 제조

하기 표 1과 같은 조성을 갖는 자동차용 웨더스트립 조성물을 제조하여 실시예 및 비교예를 실시하였다.

구분 (단위 : phr)		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1	비교예 2
폴리머	EPDM고무(1)	100	100	-	100	100	100	100
	TPE(2)	-	-	100	-	-	-	-
글래스 버블(3)		3	5	5	10	12	-	23
프로세싱오일(4)		3	3	3	4	2.5	10	-
가교제	황	1	1	1	1	2	1	1
가교촉진제	MBT(5)	1.0	1	1	1.5	0.5	1	1
	DPG(6)	0.5	0.5	0.5	-	0.5	0.5	0.5
카본블랙	FEF(7)	3	-	-	-	0.5	3	3
가교활성제	산화아연	1	1	1	3	3	1	1
산화방지제	MBI(8)	1.5	1.5	1.5	0.5	1	1.2	1.5
오존노화방지제	IPPD(9)	2	2	2	0.5	1	1.5	2
(1) ethylene propylene diene rubber : 금호 폴리켐 VISTALON-8600. (2) Thermoplastic Elastomer : 산토프렌 경도 65 (3) 글래스 버블: 평균비중 0.60, 3M, S60HS (4) 프로세싱 오일: 나프탈렌 오일, Felexon, 84. (5) 2-Mercaptobenzothiazole : Flexys, Perkacit MBT. (6) Diphenylguaidine : Ouchi Shinko, NOCCELER D. (7) FEF : 평균입경 40~45nm, 데구사 (8) 2-mercaptobenzoimidazole : Ouchi Shinko, Nocrac MB. (9) N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine : Flexys, Santoflex IPPD.

실험예

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 조성물의 물성을 측정하기 위하여 하기 표 2에 나타낸 항목의 평가조건에서 물성을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 그리고, 표 2의 평가범위를 만족하면 자동차용 웨더스트립 조성물로서 우수함을 나타낸다.

표 3의 결과에 따르면, 카본블랙 충전 배합에 비해 충전의 경우가 노화후 인장강도, 신율 모두 우수한 수치를 나타내었다. 이는 내열성이 보다 우수함을 알 수 있다. 또한 압축영구줄음율에서 큰 차이를 보인다. 실시예에서 나타나는 우수한 내열성과 영구변형 성능은 중공 구형의 유리인 글래스 버블의 특성 때문에 가능한 것이다. 이는 바람소리 밀봉력을 나타내는 물성치로서 장시간 차량의 주행후에도 영구변형이 적어 바람소리가 유입이 덜 됨을 나타낸다. 실내음 평가 결과 2 dB 이상 저감됨을 확인할 수 있다.

도 1은 글래스 버블의 전자주사현미경 사진이다.

Claims (7)

1. 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 100 phr;

   평균비중 0.125 ~ 0.6이고, 중공 형태인 글래스 버블 0.2 ~ 15 phr;

   가교제 0.5 ~ 3 phr;

   가교촉진제 0.5 ~ 2 phr; 및

   프로세싱 오일 2.5 ~ 10 phr;

   를 포함하는 흡차음성이 우수한 웨더스트립 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   카본블랙, 발포제, 가교활성제, 산화방지제 및 오존노화방지제 중에서 선택된 1 종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨더스트립 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 글래스 버블 3 ~ 12 phr을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨더스트립 조성물.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 가교촉진제는 2-머캅토벤조티아졸 및 디페닐구아니딘 중에서 선택된 1 종 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 웨더스트립 조성물.
7. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 6 항의 조성물을 사용하여 제조된 웨더스트립의 도어 사이드 씰(Door Side Seal) 또는 바디 사이드 씰(Body Side Seal).

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