KR101231004B1 - 자동차 웨더스트립용 발포 열가소성 탄성체 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 웨더스트립용 열가소성 탄성체 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 EPDM 고무와 함께 고 용융지수를 갖는 장쇄분기를 함유한 폴리프로필렌을 매트릭스 수지로 적용하며, 또한 가교제, 가교조제, 발포제, 나노크리스탈 스트럭처 엘라스토머, 산화방지제, 무기충전제, 폴리프로필렌계 왁스 및 프로세스 오일을 함유하는 웨더스트립용 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 웨더스트립용 조성물은 기존의 웨더스트립용 EPDM 소재보다 내마모성이 우수하여 내구성이 좋을 뿐만 아니라 착색이 용이하여 미려한 제품외관을 구현할 수 있어, 웨더스트립 표피층에 유용하게 적용할 수 있다.

Description

자동차 웨더스트립용 발포 열가소성 탄성체 조성물{Foamed thermoplastic elastomer composition for weather strip}

본 발명은 발포 열가소성 탄성체 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 발포 조성물은 내마모성이 우수하므로 탑승자의 반복적인 승하차에 의해 마모가 발생하는 웨더스트립의 표피층에 유용하게 적용할 수 있다.

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, 웨더스트립의 요구 성능으로 우수한 내열성, 영구변형성, 내후성, 내오존성 등이 있다.

일반적으로 자동차에 적용되는 웨더스트립용 소재는 대한민국 공개특허 제 10-2003-0008851 호 등에서 제시된 바와 같이, 열경화성 소재인 EPDM 고무(Ethylene Propylene Diene Monomer rubber)를 이용하고 있다. 최근에는 자동차에 적용되는 웨더스트립에 있어서 외관에 나타나는 외관 장식부를 웨더스트립 주위에 장착되는 부품, 예를 들면 천장이나 문의 내장 가니쉬(garnish)의 빛깔과 조화하는 빛깔로 착색하는 것이 실시되고 있다. 그러나, EPDM 고무는 요구하는 빛깔로 착색하는 것이 곤란하기 때문에 대한민국 등록특허 제 10-0463863 호 등에서는 비교적 착색하기가 쉽고 EPDM 고무와 공통의 성질을 갖는 올레핀계 열가소성 탄성체의 착색 시트(sheet)를 웨더스트립의 외관 장식부에 열 융착하여 피복하는 것이 행하여지고 있다. 하지만, 올레핀계 열가소성 탄성체 착색 시트를 사용하더라도 웨더스트립의 발포 표피층은 역시 EPDM 고무 소재로 구성되어 있어 내마모성이 떨어지는 단점이 있었다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, EPDM 고무와 함께 장쇄분기를 가진 고용융지수의 폴리프로필렌을 함유한 조성물을 개발하였고, 이를 발포시키면 고급감 구현이 가능하고 EPDM 고무 보다 내마모성이 향상된 웨더스트립 표피층을 형성할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명은 착색에 의한 고급감 구현 및 내마모성이 향상된 새로운 자동차 웨더스트립용 소재의 제공에 그 목적이 있다.

본 발명은

EPDM 고무 50 ~ 80 중량% 및 장쇄분기 함유 폴리프로필렌 20 ~ 50 중량%를 포함하는 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여

가교제 0.6 ~ 1 중량부;

가교조제 0.15 ~ 0.5 중량부;

발포제 0.2 ~ 0.5 중량부;

나노크리스탈 스트럭처 엘라스토머 3 ~ 5 중량부;

산화방지제 0.2 ~ 0.6 중량부;

무기충전제 10 ~ 20 중량부;

폴리프로필렌계 왁스 0.3 ~ 0.6 중량부; 및

프로세스 오일 60 ~ 100 중량부;

를 포함하는 웨더스트립용 조성물을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차 웨더스트립용 열가소성 탄성체 조성물은 착색이 용이하여 차량 탑승자에게 인테리어 디자인 측면에서 미적 효과를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 차량 탑승자의 반복적인 승하차에 의해 발생 가능한 마모에 대한 내구성을 제고할 수 있다. 특히, 웨더스트립 표피층에 유용하게 적용할 수 있다.

도 1은 바디 웨더스트립의 단면 형상이다.

이하에서는 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠다.

본 발명은 EPDM 고무 및 장쇄분기 함유 폴리프로필렌을 매트릭스 수지로 사용하여 미려한 외관과 우수한 내마모성을 구현하는 자동차 웨더스트립용 조성물에 관한 것이다.

상기 EPDM 고무는 매트릭스 수지 중 50 ~ 80중량%로 함유되는 것이 좋다. 함량이 50중량% 미만일 경우에는 제품의 탄성이 떨어지고 감성이 저하될 수 있으며, 80중량%를 초과하는 경우에는 제품의 발포 및 내마모 성능이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 또한, 상기 EPDM 고무는 125℃에서 무늬점도가 80 이상인 것으로서, 5-에틸리덴-2-노보넨(5-ethylidene-2-norbornene, ENB)의 함량이 8 중량% 이상인 제품을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 웨더스트립의 표피층에 용이한 착색성을 부여하기 위해 올레핀계 열가소성 탄성체로 폴리프로필렌을 사용하며, 특히 과산화물 가교제에 의한 폴리프로필렌의 사슬 절단 현상을 최소화하기 위해 장쇄분기 함유 폴리프로필렌을 매트릭스 수지 성분으로 사용한다. 이러한 장쇄분기 함유 폴리프로필렌은 용융지수(MI)가 0.2 ~ 0.5(230℃, 2.16 kg)이며, 이와 같은 고 용융지수를 가지므로써 발포시 셀 형성에도 유리하다. 매트릭스 수지 중의 장쇄분기 함유 폴리프로필렌의 함량은 20 ~ 50 중량%가 좋은데, 함량이 20 중량% 미만이면 압출 시 EPDM 솔리드부와의 열융착성에 문제가 있을 수 있고, 50 중량%를 초과하면 경도가 상승하여 제품의 감성 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위를 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명의 웨더스트립용 조성물은 가교제로서 과산화물 가교제를 이용하며, 바람직하기로는 반감기 온도가 170℃인 2,5-디메틸-2,5-디-(터셜리 부틸 퍼옥시) 헥산(2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert-butylperoxy)-hexane)을 사용하는 것이 좋다. 사용량은 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여 0.6 ~ 1 중량부가 바람직한데, 가교제의 사용량이 0.6 중량부 미만이면 가교된 고무 입자가 불균질한 연속상으로 존재하여 균일한 발포성 구현에 불리하며, 1 중량부를 초과하면 과산화물 가교제에 의한 폴리프로필렌의 사슬 절단현상이 많이 발생하여 오픈셀(open cell)이 발생될 수 있다.

상기 가교조제는 가교밀도를 상승시키기 위해 사용하며, N,N'-m-페닐렌디말레이미드(N,N'-m-Phenylenedimaleimide), 1,2-폴리부타디엔, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 가교조제의 함유량은 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여 0.15 ~ 0.5 중량부가 좋은데, 0.15 중량부 미만이면 사용에 따른 효과상의 실익이 미미하고, 0.5 중량부를 초과하면 과가교로 인해 제품 표면에 피쉬아이(fish eye)가 발생하여 제품 외관에 문제가 있을 수 있다.

상기 발포제로는 아조디카르본아미드(Azodicarbonamide), p,p'-옥시비스 (벤젠-술포닐하이드라지드)(p,p'-oxibis(benzene-sulfonylhydrazide)) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 입자경이 2 ~ 5 ㎛인 것을 사용하는 것이 좋다. 입자경이 2 ㎛ 미만이면 균일한 분산에 불리하여 균질한 발포 셀 형성에 문제가 있을 수 있고, 5 ㎛를 초과하면 발포 셀 크기가 커져 감성 및 외관품질에 문제가 있을 수 있다. 사용량은 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여 0.2 ~ 0.5 중량부가 바람직한데, 사용량이 0.2 중량부 미만이면 발포 셀 형성이 미미할 수 있으며, 0.5 중량부를 초과하면 과발포로 인해 EPDM 솔리드와의 접착성 및 압출 시 다이스에 눈꼽(Bur)이 과다 발생하여 압출성에 문제가 있을 수 있다.

상기 나노크리스탈 스트럭처 엘라스토머는 균일한 발포 셀 및 내스크래치성을 향상시켜 내마모성을 향상시킬 수 있으며, 구체적으로 나노 입자 사이즈의 결정체 구조를 가진 α-올레핀계 탄성체 등을 사용할 수 있다. 사용량은 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여 3 ~ 5 중량부가 바람직한데, 사용량이 3 중량부 미만이면 균일한 셀 사이즈 및 내마모성 향상 효과가 미미하고, 5 중량부를 초과하면 용융 강도가 저하되어 셀 붕괴(터짐) 현상이 발생하는 문제가 있을 수 있다.

상기 산화방지제는 테트라키스(3,5-디-터셜리-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(Tetrakis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 테트라키스-(3-도데실티오프로피오네이트)(Tetrakis-(3-dodecylthiopropionate)), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 본 발명의 웨더스트립 조성물 중의 함량은 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여 0.2 ~ 0.6 중량부가 좋다. 사용량이 0.2 중량부 미만이면 조성물의 물성이 저하되고 완제품을 장기간 사용시 성능 저하의 문제가, 0.6 중량부를 초과하면 제품에 백화현상(Blooming)이 발생되는 문제가 있을 수 있다.

상기 무기충전제로는 입자크기가 10 ㎛ 이하인 탄산칼슘을 사용하는 것이 바람직하며, 사용량은 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여 10 ~ 20 중량부가 좋다. 사용량이 10 중량부 미만이면 발포제에 의해 발생되는 가스의 침투 경로가 줄어들어 발포 셀 형성에 불리하고 제품의 제조단가가 상승하는 문제가 있을 수 있으며, 20 중량부를 초과하면 제품의 비중이 증가하고, 발포 셀이 불균일 하게 되는 문제가 있을 수 있다.

상기 폴리프로필렌계 왁스는 웨더스트립 제품의 표면 슬립성 개선 및 내마모성을 증가시키기 위해 사용한다. 사용량은 매스릭스 수지 100 중량부에 대하여 0.3 ~ 0.6 중량부가 좋으며, 사용량이 너무 적으면 내스크래치성 향상 효과가 미미하여 내마모성 증진에 효과적이지 못하고, 반대로 너무 많이 사용하면 제품 표면으로 이행되어 특성 구현에 문제가 있을 수 있다.

상기 프로세스 오일은 웨더스트립 조성물의 가공성을 향상시키기는 역할을 수행하며, 종류를 특별히 한정하지는 않으나 바람직하기로는 고점도 파라핀계 오일을 사용하는 것이 좋다. 사용량은 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여 60 ~ 100 중량부가 좋은데, 사용량이 60 중량부 미만이면 압출 성형시 흐름성이 불량하여 성형 불량 및 작업 불량의 원인이 될 수 있고, 100 중량부를 초과하는 경우에는 용융 강도가 저하되어 셀 붕괴 현상이 발생될 수 있다.

본 발명에 따른 자동차 웨더스트립용 열가소성 탄성체 조성물은 기존의 EPDM 고무 소재 보다 내마모성이 우수하여 내구성을 향상시킬 수 있으며, 착색이 용이하여 차량 탑승자에게 미적 감각을 제공할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 4

하기 표 1과 같은 구성성분 및 함량으로 웨더스트립용 조성물을 제조하였다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3
EPDM 고무(중량%)	50	60	80	50	60	100
장쇄분기 폴리프로필렌(중량%)	50	40	20	-	-	-
범용 폴리프로필렌(중량%)	-	-	-	50	40	-
가교제(중량부)	0.6	0.8	1.0	0.6	0.8	0.8
가교조제(중량부)	0.3	0.4	0.5	-	-	-
발포제(중량부)	0.3	0.4	0.5	0.5	1.0	1.0
나노크리스탈 스트럭처 엘라스토머(중량부)	3	3	4	-	-	-
산화방지제(중량부)	0.2	0.3	0.6	-	-	-
무기충전제(중량부)	10	15	20	20	20	20
폴리프로필렌계 왁스(중량부)	0.3	0.5	0.6	-	-	-
파라핀계 오일(중량부)	70	80	90	80	80	80
EPDM 고무: [KEP-2480, KEP社] 장쇄분기 폴리프로필렌 : [D114, Dow社] 범용 폴리프로필렌 : [BP2000, 대한유화社] 가교제 : 2,5-디메틸-2,5-디-(터셜리 부틸 퍼옥시) 헥산[Luperox 101-50D, Atochem社] 가교조제 : N,N'-m-페닐렌디말레이미드[TAC-50, DEGUSA社] 발포제 : p,p'-옥시비스(벤젠-술포닐하이드라지드)[EE188E, EIWA社] 나노크리스탈 스트럭처 엘라스토머 : 프로필렌 올레핀 코포리머[Notio, Mitsui chemical社] 산화방지제 : 테트라키스(3,5-디-터셜리-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트[S1010, 송원산업 社] 무기충전제 : 탄산칼슘[SF, 동호칼슘社] 폴리프로필렌계 왁스 : [500시리즈, 라이온켐텍社] 파라핀계 오일 : [KL1100, SJC社]

물성측정시험

상기 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3 에서 제조한 웨더스트립용 조성물에 대하여 다음과 같은 시험방법으로 물성을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

1) 내마모성

1 kg_f 하중에서 면범포를 마찰천으로 사용하여, 속도 50 r/min, 마찰거리 130 mm 의 조건에서 시험하였다.

2) 발포외관

현대기아자동차 spec MS261-27에 따라 시험하였다.

3) 제품감촉

현대기아자동차 spec MS261-27에 따라 시험하였다.

4) 셀 크기

SEM(전자주사현미경, 모델:S2400, , HITACHI사)을 이용하여 측정하였다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3
내마모성	○	○	△	○	○	×
발포외관	○	◎	△	×	×	◎
제품감촉	△	○	○	×	×	◎
셀크기(㎛)	110~140	80~100	70~100	150~210	140~200	60~90

상기 표 2에서 보이는 바와 같이, EPDM 소재를 이용한 비교예 3의 경우 내마모성이 취약하여 내구성 면에서 문제가 있음을 알 수 있다. 범용 폴리프로필렌을 매트릭스 수지에 함유시킨 비교예 1 ~ 2의 경우 내마모성 평가에서는 EPDM 소재보다 우수한 결과를 보였으나, 발포외관이 불량하여 미려한 웨더스트립 제품외관을 구현하기 어려운 결과를 보였으며, 감촉 또한 EPDM 소재에 크게 못 미쳤다. 장쇄분기 함유 폴리프로필렌을 매트릭스 수지에 함유시킨 실시예 1 ~ 3의 경우 우수한 내마모성을 보였으며, 또한 폴리프로필렌의 사슬 절단 현상이 범용 폴리프로필렌을 사용한 경우보다 크게 감소하여 셀 크기 분포가 좁아지면서 발포외관과 제품감촉이 좋아지는 결과를 얻을 수 있었다.

결국, 본 발명에 따른 열가소성 탄성체 조성물은 기존의 EPDM 소재의 발포외관 및 제품감촉을 가지면서도 내마모성은 크게 향상되므로, 미려한 외관과 우수한 내구성을 갖춘 자동차 웨더스트립 소재로 유용하게 적용가능함을 확인할 수 있었다.

Claims (6)

125℃에서 무늬점도가 80 이상인 것으로서, 5-에틸리덴-2-노보넨의 함량이 8 중량% 이상인 EPDM 고무 50 ~ 80 중량% 및 장쇄분기 함유 폴리프로필렌 20 ~ 50 중량%를 포함하는 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여
가교제 0.6 ~ 1 중량부;
가교조제 0.15 ~ 0.5 중량부;
발포제 0.2 ~ 0.5 중량부;
나노크리스탈 스트럭처 엘라스토머 3 ~ 5 중량부;
산화방지제 0.2 ~ 0.6 중량부;
무기충전제 10 ~ 20 중량부;
폴리프로필렌계 왁스 0.3 ~ 0.6 중량부; 및
프로세스 오일 60 ~ 100 중량부;
를 포함하는 웨더스트립용 조성물.

삭제

제 1 항에 있어서, 상기 장쇄분기 함유 폴리프로필렌은 용융지수(MI)가 0.2 ~ 0.5(230℃, 2.16 kg)인 것을 특징으로 하는 웨더스트립용 조성물.

제 1 항에 있어서, 상기 가교제는 2,5-디메틸-2,5-디-(터셜리 부틸 퍼옥시) 헥산인 것을 특징으로 하는 웨더스트립용 조성물.

제 1 항에 있어서, 상기 발포제는 입자크기가 2 ~ 5 ㎛인 아조디카르본아미드, p,p'-옥시비스(벤젠-술포닐하이드라지드) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 웨더스트립용 조성물.

제 1 항에 있어서, 상기 나노크리스탈 스트럭처 엘라스토머는 나노 입자 사이즈의 결정체 구조를 가진 α-올레핀계 탄성체인 것을 특징으로 하는 웨더스트립용 조성물.

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