KR101509772B1 - 아연분말 충전 웨더스트립 및 글래스런 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨더스트립 및 글래스런 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 또는 열가소성 탄성중합체 중에서 선택된 1 종 이상을 함유한 폴리머; 기능 충전제인 아연분말; 보강 충전제인 카본블랙; 고무 연화제; 가교제인 황; 가교 촉진제; 가교 활성제; 산화방지제; 및 오존노화방지제;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 상기 아연분말 충전 웨더스트립 조성물로 제조된 웨더스트립은 기존 웨더스트립 보다 인장강도, 신율, 내열특성 및 압축영구줄음율이 우수하다.
웨더스트립, 글래스런, 아연분말, 폴리머, 충전제, 고무 연화제, 가교제, 산화방지제
Description
본 발명은 아연분말 충전 웨더스트립 및 글래스런 조성물에 관한것이다.
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 웨더스트립의 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 웨더스트립의 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, 웨더스트립 및 글래스런 조성물에 아연분말 기능 충전제를 사용함으로써 차음기능을 향상시키고 인장강도, 신율, 내열 특성 및 압축영구줄음율 등의 물성이 향상된 우수한 웨더스트립 및 글래스런 조성물을 제공할 수 있었다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 아연분말 충전 웨더스트립 및 글래스런 조성물은 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 또는 열가소성 탄성중합체 중에서 선택된 1 종 이상을 함유한 폴리머; 기능 충전제인 아연분말; 보강 충전제인 카본블랙; 고무 연화제; 가교제인 황; 가교 촉진제; 가교 활성제; 산화방지제; 및 오존노화방지제;를 포함한다.
본 발명의 아연분말 함유 웨더스트립 및 글래스런 조성물은 기존의 카본블랙 충진 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 및 열가소성 탄성중합체에 비하여 인장강도, 신율, 내열특성 및 압축영구줄음율 등의 물성이 향상되었고, 웨더스트립의 주요 해결 과제인 바람소리 저감 효과가 있으며, 고온 지역 또는 계절에 따른 환경 영향에 대한 저항성 향상으로 웨더스트립의 성능 저하를 개선하는 효과가 있다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
에틸렌 프로필렌 다이엔(ethylene propylene diene ,이하 EPDM) 고무 또는 열가소성 탄성중합체(thermoplastic elastomer, 이하 TPE) 중에서 선택된 1 종 이상을 함유한 폴리머 100 중량부에 대하여, 기능 충전제인 아연분말 1 ~ 10 중량부, 보강 충전제인 카본블랙 20 ~ 50 중량부, 고무 연화제 2 ~ 4 중량부, 황 가교제 0.5 ~ 5 중량부, 가교 촉진제 1 ~ 3 중량부, 가교 활성제 3 ~ 8 중량부, 산화방지제 0.1 ~ 2 중량부, 오존노화방지제 0.1 ~ 2 중량부 및 발포제 0.1 ~ 15 중량부를 포함한다.
본 발명에서는 주 성분으로서, EPDM 고무 또는 TPE를 함유한 폴리올을 주 성분으로 하는데, 상기 EPDM 고무와 TPE는 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 웨더스트립의 조인트부와 압출 및 성형과정에서 접착 시 접착력이 우수한 장점이있다. 이러한 상기 EPDM 고무는 중량평균분자량 20,000 ~ 100,000인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 TPE는 동적 가교된 재료를 사용한다.
본 발명에서 사용하는 아연분말은 기능 충전제 역할을 하는데, 본 발명에서는 아연분말을 사용함으로써 차음 기능을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 아연분말은 평균 비중이 7.10 ~ 7.20 정도로 고무조성물의 비중을 기존품 대비하여 20 % 정도 높여주는 동시에 아연분말에 의한 웨더스트립 및 글래스런의 기본 물성에 영향을 주지 않는 효과가 있다. 또한, 아연분말의 평균 입자경은 1 ~ 2 ㎛로, 입자경이 미세함으로써 압출공정 중 고무 조성물에서 분산을 용이 하게함과 동시에 가공중의 입자 엉킴에 따른 압출기 장비의 손상을 막을 수 있다. 이러한 아연분말은 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 이때, 아연분말의 사용량이 1 중량부 미만이면 기능 구현에 제약이 따를 수 있고, 10 중량부를 초과하면 압출시 압출장비에 무리가 감과 동시에 제품으로 제조한 후 표면으로 분말가루가 이행하여 제품의 상품성을 떨어뜨릴 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 보강 충전제인 카본블랙은 상기 폴리머만으로 부족한 기계적 물성 특히, 내마모성 및 인장강도를 향상시키고 열적 특성을 개선시킨다. 또한, 충전제로서 가격을 낮추는 주요한 기능을 하는 첨가물이다. 본 발명에서는 고무와의 친화성을 높이고 강도를 보강해 주기 위해 일예로 평균 입경이 40 ~ 48 nm 범위인 양압출성(Fast Extruding Furnace) 카본블랙을 사용하였다. 이러한 보강 충전제의 함량은 상기 고무 혼합물 100 중량부에 대하여 20 ~ 50 중량부 범위로 사용하며, 20 중량부 미만 시 기계적 물성 및 내열성이 떨어지고, 50 중량부 초과 시 고무의 유연성이 저하될 수 있으므로 상기의 범위가 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 고무 연화제는 고무에 가소성을 부여하여 배합제의 혼입 이나 분산을 도와 압출 또는 사출 시 가공성을 좋게 하기 위함이며 단순히 유리전이온도를 내리는 것이 아닌 경도 자체를 낮춰준다는 점에서 가소제와 구분된다. 상기 고무 연화제의 함량은 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 2 ~ 4 중량부 범위로 사용하며 2 중량부 미만 시 가소성이 떨어져 가공성이 다소 떨어지는 문제점을 가지게 되고, 4 중량부 초과 시 너무 부드러워져서 경도가 떨어지는 문제점이 발생한다. 상기 고무연화제로 광물유계 연화제인 파라핀계 연화제 또는 아로마틱계 오일을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 황 가교제는 쇄상의 고무 고분자들을 3 차원의 망상구조로 이어주는 역할을 하며, 상기 가교제의 함량은 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 5 중량부 범위로 사용하며, 0.5 중량부 미만 시 부분적으로 미가교가 발생할 가능성이 커져 경도가 떨어짐과 동시에 기계적 물성도 떨어지고, 5 중량부 초 과 시 과도한 가교가 발생하여 가공의 어려움 및 경도가 높아져 제품 제조 시 유연성이 떨어지는 문제점이 발생한다.
본 발명에서 사용하는 가교 촉진제는 가교제의 가교 시간을 단축시켜주기 위하여 사용하며, 상기 가교 촉진제는 2-머캅토 벤조 티아졸(2-Mercapto benzo thiazole, 이하 MBT), 테트라메틸티우람 디술페이드(Tetramethylthiuram disulfide, 이하 TMDM), 및 징크 디부틸 디티오카바메이트(Zinc dibutyl dithiocarbamate, 이하 ZnDBC)를 전체 가교촉진제 100 중량부에 대하여 각각 40 : 40 : 20 ~ 40 : 50 : 10 중량비로 혼합하여 사용하며 40 : 40 : 20 미만 시 주어진 시간내에 가교 반응을 충분히 일으켜 주질 못해 물성이 만족하지 못하는 결과를 초래할 미가황 현상이 발생되고, 40 : 50 : 10 초과 시 가교 반응을 과속화시켜 조기가황의 문제점, 즉 스코치를 발생시킨다. 상기 가교 촉진제의 사용량은 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 ~ 3 중량부 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
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 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이러한 가교활성제는 폴리머 100 중량부에 대하여 3 ~ 8 중량부를 사용하는 것이 좋은데, 이때, 가교활성제의 사용량이 3 중량부 미만이면 가교활성제를 첨가량이 적어서 가교촉진제의 활성 효과가 미비하며, 8 중량부를 초과하면 블루밍(blooming)이 발생할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 사용하는 산화방지제는 고무의 노화로 인한 산화방지를 위해 사용하며 2-머캅토벤지오미다졸(2-Mercaptobenziomidazole, 이하 MBI)와 오염성이 우수한 2,2'-메틸렌 비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀))(2,2`-Methylene bis(4-methyl-6-tert-butylphenol), 이하 MBMTB)을 각각 40 : 60 ~ 60 : 40 중량비로 혼합하여 사용하며, 그 사용량은 상기 고무 혼합물 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 2 중량부 범위로 사용하며, 2 중량부 초과 시 오염발생을 초래하므로 주의해야 한다.
본 발명에서 사용하는 오존노화방지제는 햇볕과 고무와의 반응에 의한 노화를 방지하기 위하여 상기 고무 혼합물 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 2 중량부 범위로 사용하며 2 중량부 초과 시 역시 백화현상 및 오염발생 등 문제점이 발생하므로 주의해야 한다. 이러한 오존노화방지제로 내오염성능이 우수하고 오존에 대한 저항성이 우수한 N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민(N-Isopropyl-N`-Phenyl-p-Phenylenediamine, 이하 IPPD)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 발포제는 본 발명의 조성물을 이용하여 제조되는 웨더스트립의 용도에 따라서 사용여부 및 사용량이 정해진다. 예를들어 도어 사이드 씰(Door Side Seal)에 사용 시에는 발포제를 첨가하며, 글래스 런(Glass Run)에 사용 시에는 본 발명의 조성물에 발포제를 첨가하지 않는다.
상기와 같은 조성의 웨더스트립 조성물은 당 분야에서 제조시 사용하는 일반적인 방법으로 제조할 수 있으며 그 방법을 특별히 한정하지 않는다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 및 비교예
다음 표 1의 조성물의 이물질 제거를 위하여 필터링을 실시한 후 최종 고무배합제가 되면 롤러를 통한 믹싱작업을 통해 배합제가 균일하게 혼합되도록 섞었다. 배합된 고무를 적당한 크기로 재단한 다음 숙성을 거친 후 압출기를 통한 압출공정을 통해 압출 및 가류 성형한 후 표면처리를 거쳐 글래스 런(Glass Run)을 제조하였다.
| 구분(중량부) | 실시예 | 비교예 | |
| 폴리머 | EPDM고무 | 100 | 100 |
| TPE | - | - | |
| 기능충전제 | 아연분말1) | 3 | - |
| 보강충전제 | 카본블랙2) | 20 | 40 |
| 고무연화제 | 파라핀계 | 3 | 5 |
| 가교제 | 황 | 1 | 1 |
| 가교촉진제 |
MBT | 0.3 | 2.5 |
| TMDM | 0.5 | - | |
| ZnBDC | 0.4 | - | |
| 가교활성제 |
산화아연 | 3 | 2 |
| 스테아릭산 | 3 | 2 | |
| 산화방지제 |
TMQ | 1.5 | 1.5 |
| MBMTB | - | - | |
| 오존노화 방지제 |
IPPD | 20 | 1.5 |
| 1) 비중 7.1~7.2, 평균 입경 1.5 ㎛ 인 아연분말을 사용함. 2) 평균 입경이 45 nm 인 카본블랙을 사용함. |
|||
시험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 웨더스트립 조성물의 물성을 측정하기 위해 다음과 같은 항목의 물성을 평가하였고, 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다.
| 물성 평가 항목 | 실시예 | 비교예 | 평가 조건 | |
| 상태 물성 |
경도, 쇼아 A | 73 | 73 | 상온 |
| 인장강도, MPa | 16 | 14 | 상온 아령형 3호시험편 |
|
| 신율 | 400 | 350 | ||
| 노화 물성 |
경도변화 | 3 | 4 | 90 ℃X200 hr 노화 후 시험 |
| 인장강도 변화율 % |
-2 | -10 | ||
| 신율 변화율 % |
-15 | -30 | ||
| 압축영구줄음율 % | 42 | 45 | 90 ℃X200 hr 노화 | |
| 내오존성 | 200 시간 크랙발생 없음 |
200 시간 크랙발생 없음 |
50±5 pphm X 40℃X 20% |
|
| 실내음 | 61 dB | 63 dB | 마이크로폰 | |
이상과 같이 본 발명의 아연분말 충전 웨더스트립 조성물은 비교예의 아연분말이 첨가되지 않은 종래의 웨더스트립에 비해 인장강도 및 신율이 우수하고, 압축영구줄음율이 우수하며, 실내소음이 줄었음을 확인할 수 있었다.
Claims (8)
- 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 또는 열가소성 탄성중합체 중에서 선택된 1 종 이상을 함유한 폴리머; 기능 충전제인 아연분말; 보강 충전제인 카본블랙; 고무 연화제; 가교제인 황; 가교 촉진제; 가교 활성제; 산화방지제; 및 오존노화방지제;를 포함하고,상기 폴리머 100 중량부에 대하여 상기 기능 충전제인 아연분말을 1 ~ 10 중량부를 포함하는 아연분말 충전 웨더스트립 및 글래스런 조성물.
- 제 1 항에 있어서,에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 또는 열가소성 탄성중합체 중에서 선택된 1 종 이상을 함유하는 폴리머 100 중량부에 대하여,보강 충전제인 카본블랙 20 ~ 50 중량부;고무 연화제 2 ~ 4 중량부;가교제 0.5 ~ 5 중량부;가교 촉진제 1 ~ 3 중량부;가교 활성제 3 ~ 8 중량부;산화방지제 0.01 ~ 2 중량부;및오존노화방지제 0.01 ~ 2 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연분말 충전 웨더스트립 및 글래스런 조성물.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,발포제 0.1 ~ 15 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 아연분말 웨더스트립 및 글래스런 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 아연분말은 평균 입경이 1 ~ 2 ㎛인 것을 특징으로하는 아연분말 충전 웨더스트립 및 글래스런 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 카본블랙은 평균 입경이 40 ~ 48 nm인 것을 특징으로 하는 아연분말 충전 웨더스트립 및 글래스런 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 가교 촉진제는 2-머캅토 벤조 티아졸, 테트라메틸티우람 디술페이트 및 징크 디부틸디티오카바메이트를 각각 40 : 40 : 20 ~ 40 : 50 : 10 의 중량비로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 아연분말 충전 웨더스트립 및 글래스런 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화방지제는 2-머캅토 벤조이미다졸, 2,2'-메틸렌 비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀)을 40 : 60 ~ 60 : 40 의 중량비로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 아연분말 충전 웨더스트립 및 글래스런 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 오존노화방지제는 N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민인 것을 특징으로 하는 아연분말 충전 웨더스트립 및 글래스런 조성물.
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