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KR102792603B1 - 내열성과 영구압축줄음율 특성이 향상된 밸브 장착용 epdm 고무의 제조방법 - Google Patents

내열성과 영구압축줄음율 특성이 향상된 밸브 장착용 epdm 고무의 제조방법 Download PDF

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KR102792603B1
KR102792603B1 KR1020240142819A KR20240142819A KR102792603B1 KR 102792603 B1 KR102792603 B1 KR 102792603B1 KR 1020240142819 A KR1020240142819 A KR 1020240142819A KR 20240142819 A KR20240142819 A KR 20240142819A KR 102792603 B1 KR102792603 B1 KR 102792603B1
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peroxide
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정재헌
정형근
윤태영
홍영길
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(주)세방에스비
한국소재융합연구원
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Abstract

본 발명은 내열성과 영구압축줄음율 특성이 향상된 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 황 가교제와 과산화물 가교제를 혼합한 가교제와 노화방지제를 고무 배합에 적용함으로써, 밸브 장착용 EPDM 고무에 대한 내열성과 영구압축줄음율 특성을 모두 만족시킬 수 있도록 하는 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법에 관한 것이다.

Description

내열성과 영구압축줄음율 특성이 향상된 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법{manufacturing method of EPDM rubber for mounting on valve with improved heat resistance and permanent compression set}
본 발명은 황 가교제와 과산화물 가교제를 혼합한 가교제와 노화방지제를 고무 배합에 적용함으로써 밸브 장착용 EPDM 고무에 대한 내열성과 영구압축줄음율 특성을 모두 만족시킬 수 있도록 하는 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 밸브(valve)는 관로의 도중이나 용기에 설치하여 액체, 기체 등 유체의 압력, 온도, 속도, 유량의 흐름을 제어하는 장치로써 발전설비, 건축설비, 석유화학플랜트설비, 조선선박용설비, 수도설비, 발전소설비 등 산업전반의 설비배관에 사용된다.
특히, 버터플라이(butterfly valve) 밸브는 회전축에 결합되는 디스크(Disk)가 회전하면서 유체의 흐름을 제어하는데, 이러한 디스크의 외측면은 관로를 흐르는 유체를 기밀시키기 위하여 고무시트(Rubber seat)를 사용한다. 이 고무시트는 고온 또는 고압의 유체, 화학물질 등에 대해 내구성, 내식성을 갖는 재료가 사용된다.
일반적인 밸브에서의 고무시트는 주로 EPDM(ethylene propylene diene monomer) 소재가 사용되고 있으나, 상기 EPDM 소재는 내열성이 만족되지 못함에 따라 150℃ 이상의 고온 내열성, 내스팀성, 내약품성을 요구하는 밸브에는 실리콘고무 및 불소고무 소재를 사용하고 있다.
따라서 종래에는 EPDM 소재의 내열성을 향상시키기 위해 특허문헌 1에서와 같이 과산화물 가교제를 사용하고 있으나, 상기 가교제만으로는 제품의 내열성을 만족하는데 어려움이 있다.
더욱이, EPDM 소재의 영구압축줄음율 특성은 황 가교제가 양호하기 때문에 황 가교제나 과산화물 가교제를 단독으로 사용할 때는 내열성과 영구압축줄음율 특성 모두를 만족하는데 어려움이 있었다.
특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-0902268호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 황 가교제와 과산화물 가교제를 혼합한 가교제와 노화방지제를 고무 배합에 적용함으로써, 밸브 장착용 EPDM 고무에 대한 내열성과 영구압축줄음율 특성을 모두 만족시킬 수 있도록 함을 과제로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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본 발명은 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법에 있어서, EPDM 100 중량부에 대하여, 카본블랙 55~75 중량부, 노화방지제 2~6 중량부, 금속산화물 2~5 중량부 및 스테아린산 0.5~1 중량부를 니더 믹서에 투입 후 100~120℃에서 10~20분간 혼련하고, 상기 혼련된 혼련물을 롤 밀에 투입 후 가교제 8~10 중량부와 가교조제 0.5~2 중량부를 첨가하고 혼합 후 시트 형태로 제조한 후, 기설정된 밸브장착용 형상으로 성형가능한 금형에 상기 시트를 투입하고, 170~190℃의 온도에서 120~140 kg/cm2 압력과 6~8분의 시간으로 프레스 성형하여 밸브 장착용 EPDM 고무를 제조하되, 상기 가교제는 황 가교제와 과산화물 가교제를 블렌드하여 사용하며, 황 가교제와 과산화물 가교제는 1:40~1:50 중량비로 혼합하여 사용하고, 상기 과산화물 가교제는 벤조일 퍼옥사이드, 티-부틸퍼옥시이소프로필벤젠, 티-부틸퍼옥시헥산 또는 디큐밀 퍼옥사이드를 사용하며, 상기 노화방지제는 페놀계, 아민계, 이미디아졸계 노화방지제 중에서 단독 또는 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 내열성과 영구압축줄음율 특성이 향상된 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법을 과제의 해결 수단으로 한다.
본 발명은 황 가교제와 과산화물 가교제를 혼합한 가교제와 노화방지제를 고무 배합에 적용함으로써, 밸브 장착용 EPDM 고무에 대한 내열성과 영구압축줄음율 특성을 모두 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 내열성과 영구압축줄음율 특성이 향상된 밸브 장착용 EPDM 고무의 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 내열성과 영구압축줄음율 특성이 향상된 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 내열성과 영구압축줄음율 특성이 향상된 밸브 장착용 EPDM 고무 조성물은, EPDM 100 중량부에 대하여, 카본블랙(carbon black) 55~75 중량부, 노화방지제 2~6 중량부, 가교제 8~10 중량부, 가교조제 0.5~2 중량부, 금속산화물 2~5 중량부 및 스테아린산(stearic acid) 0.5~1 중량부를 혼합하여 이루어진다.
상기 카본블랙은 EPDM 고무의 물성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 그 함량이 55 중량부 미만일 경우 물성 향상 효율이 미비해질 우려가 있으며, 75 중량부를 초과할 경우 분산성이 저하될 우려가 있다.
상기 노화방지제는 고무의 물성 저하를 방지하기 위해 첨가되는 것으로, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민(N-phenyl-N'-isopropyl-p-phenylenediamine), 4,4'-비스(알파,알파-디메틸벤질)디-페닐아민(4,4'-Bis(alpha,alpha- dimethylbenzyl)di -phenylamine), 중합 1,2-디하이드로-2,2,4-트리메틸 퀴놀린(polymerized 1,2-dihydro-2,2,4-trimethyl quinoline) 중에서 단독 또는 병용하여 사용할 수 있고 이 외에도 다양한 페놀(phenol)계, 아민(amine)계, 이미디아졸(imidiazol)계 중에서 단독 또는 병용하여 사용할 수 있으나 반드시 여기에 한정되는 것은 아니고 이미 공지된 다양한 노화방지제의 사용이 가능하다. 한편, 상기 노화방지제의 함량이 2 중량부 미만일 경우 노화방지 효과가 미비하며, 6 중량부를 초과할 경우 오히려 고무의 물성이 저하될 우려가 있다.
상기 가교제는 EPDM 고무의 가교를 목적으로 첨가되는 것으로, 황 가교제와 과산화물 가교제를 1:40~1:50의 중량비로 블렌드(blend)하여 사용하며, 과산화물 가교제로는 벤조일 퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 티-부틸퍼옥시이소프로필벤젠(t-butylperoxyisopropylbenzene), 티-부틸퍼옥시헥산(t-butylperoxyhexane) 또는 디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide) 등의 사용이 가능하다. 한편, 상기와 같은 가교제의 블렌드비 및 이의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우 고무의 내열성 및 영구압축줄음율 특성 향상이 제대로 이루어지지 않을 우려가 있다.
상기 가교조제는, EPDM 고무의 성형 용이성과 물성 등을 위한 적절한 가교 구조를 얻기 위해 첨가되는 것으로, 트리알릴시아누르산염(triallyl cyanurate), 디페닐구아니딘(diphenylguanidine), 메르캅토벤조티아졸(mercaptobenzothiazole), 디벤조티아졸디술피드(dibenzothiazolyl disulphide), 벤조티아졸술폰아미드(benzothiazolyl disulphide), 테트라메틸티우람모노설파이드(tetramethylthiurammonosulfide), 테트라메틸티우람디설파이드(tetramethylthiuramdisulfide) 중에서 단독 또는 병용하여 사용할 수 있으며, 그 함량이 0.5 중량부 미만일 경우 가교촉진 효과가 부족하여 성형시간이 길어지거나 적절한 가교구조를 얻기 어려울 수 있으며, 2 중량부를 초과할 경우 조기가교가 나타나 고무 성형물 형성이 저하될 우려가 있다.
상기 금속산화물은 가교제 및 가교조제의 반응성 향상을 위해 첨가되는 것으로, 산화아연 등의 금속산화물을 사용할 수 있으며, 그 함량이 2 중량부 미만일 경우 가교제 및 가교조제의 반응성이 저하될 우려가 있으며, 5 중량부를 초과할 경우 오히려 기계적 물성이 저하될 우려가 있다.
상기 스테아린산은 가교속도 조절 및 가공성 향상을 위해 첨가되는 것으로, 그 함량이 0.5 중량부 미만일 경우 가교 속도 조절이 어렵고 가공성이 저하 될 우려가 있으며, 1 중량부를 초과하면 블루밍 현상이 일어날 우려가 있다.
다음으로 상기와 같은 밸브 장착용 EPDM 고무 조성물을 이용한 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법은 EPDM 100 중량부에 대하여, 카본블랙 55~75 중량부, 노화방지제 2~6 중량부, 금속산화물 2~5 중량부 및 스테아린산 0.5~1 중량부를 니더(kneader) 믹서에 투입 후 100~120℃에서 10~20분간 혼련하고, 상기 혼련된 혼련물을 롤 밀(roll mill)에 투입 후 가교제 8~10 중량부와 가교조제 0.5~2 중량부를 첨가하고 혼합 후 시트(sheet) 형태로 제조한 후, 기설정된 밸브장착용 형상으로 성형가능한 금형에 상기 시트를 투입하고, 170~190℃의 온도에서 120~140 kg/cm2압력과 6~8분의 시간으로 프레스(press) 성형하여 밸브 장착용 EPDM 고무를 제조한다.
여기서, 상기 제조 조건(온도, 압력 및 시간)이 상기 범위를 벗어날 경우 밸브 장착용 고무가 제대로 제조되지 못할 우려가 있다.
이하, 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 밸브 장착용 EPDM 고무 시트의 제조
(실시예 1)
EPDM 100 중량부에 대하여, 카본블랙 55 중량부, 노화방지제(N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민과 중합 1,2-디하이드로-2,2,4-트리메틸 퀴놀린을 1 : 1 중량비로 혼합) 2 중량부, 금속산화물인 산화아연 2 중량부 및 스테아린산 0.5 중량부를 니더 믹서에 투입 후 100℃에서 20분간 혼련하고, 상기 혼련된 혼련물을 롤 밀에 투입 후, 가교제(황 및 티-부틸퍼옥시헥산을 1: 40의 중량비 혼합) 8 중량부, 가교조제인 트리알릴시아누르산염 0.5 중량부를 첨가하고 혼합 후 시트형태로 제조한 후, 기설정된 밸브장착용 형상으로 성형가능한 금형에 상기 시트를 투입하고, 170℃의 온도에서 140kg/cm2압력과 6분의 시간으로 프레스 성형하여 제조하였다.
(실시예 2)
EPDM 100 중량부에 대하여, 카본블랙 75 중량부, 노화방지제(N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민과 중합 1,2-디하이드로-2,2,4-트리메틸 퀴놀린을 1 : 1 중량비로 혼합) 6 중량부, 금속산화물인 산화아연 5 중량부 및 스테아린산 1.0 중량부를 니더 믹서에 투입 후 120℃에서 10분간 혼련하고, 상기 혼련된 혼련물을 롤 밀에 투입 후, 가교제(황 및 티-부틸퍼옥시헥산을 1: 50의 중량비 혼합) 10 중량부, 가교조제인 트리알릴시아누르산염 2 중량부를 첨가하고 혼합 후 시트형태로 제조한 후, 기설정된 밸브장착용 형상으로 성형가능한 금형에 상기 시트를 투입하고, 190℃의 온도에서 120kg/cm2압력과 8분의 시간으로 프레스 성형하여 제조하였다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 노화방지제를 첨가하지 않았다.
(비교예 2)
실시예 2와 동일하게 제조하되, 가교제를 과산화물 가교제 8 중량부만 사용하였다.
2. 밸브 장착용 EPDM 고무 시트의 평가
상기 실시예 및 비교예에 따른 고무 시트의 물리적 특성과 내열성을 평가하였으며, 그 평가 기준 및 결과는 아래 [표 1]과 같다.
구분 단위 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 평가기준
경도 A type 73 76 72 71 KS M
6518
인장강도 MPa 17 19 18 15 KS M
6518
신장률 % 410 390 400 420 KS M
6518
영구압축줄음율
(120℃, 70시간, 25%압축)		 % 25 24 25 28 KS M
6518
내열성
(120℃, 70시간)		 경도변화 - 4 3 5 5 KS M
6518
인장강도
변화율		 % 6 4 8 10 KS M
6518
신장률
변화율		 % 12 10 13 14 KS M
6518
상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 비교예에 비하여 고무 시트의 영구압축줄음율 등의 물리적 특성과 내열성 등이 우수함을 알 수 있으며, 이로 인해 밸브 장착용 EPDM 고무에 대한 내열성과 영구압축줄음율 특성 역시 모두 만족시킬 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 내열성과 영구압축줄음율 특성이 향상된 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법은 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 (5)

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  5. 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법에 있어서,
    EPDM 100 중량부에 대하여, 카본블랙 55~75 중량부, 노화방지제 2~6 중량부, 금속산화물 2~5 중량부 및 스테아린산 0.5~1 중량부를 니더 믹서에 투입 후 100~120℃에서 10~20분간 혼련하고,
    상기 혼련된 혼련물을 롤 밀에 투입 후 가교제 8~10 중량부와 가교조제 0.5~2 중량부를 첨가하고 혼합 후 시트 형태로 제조한 후,
    기설정된 밸브장착용 형상으로 성형가능한 금형에 상기 시트를 투입하고, 170~190℃의 온도에서 120~140 kg/cm2 압력과 6~8분의 시간으로 프레스 성형하여 밸브 장착용 EPDM 고무를 제조하되,
    상기 가교제는 황 가교제와 과산화물 가교제를 블렌드하여 사용하며, 황 가교제와 과산화물 가교제는 1:40~1:50 중량비로 혼합하여 사용하고,
    상기 과산화물 가교제는 벤조일 퍼옥사이드, 티-부틸퍼옥시이소프로필벤젠, 티-부틸퍼옥시헥산 또는 디큐밀 퍼옥사이드를 사용하며,
    상기 노화방지제는 페놀계, 아민계, 이미디아졸계 노화방지제 중에서 단독 또는 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 내열성과 영구압축줄음율 특성이 향상된 밸브 장착용 EPDM 고무의 제조방법.
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