KR101616935B1 - 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체 - Google Patents

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이승헌
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Abstract

염화비닐계 중합체 및 니트릴 부타디엔 고무(NBR)의 혼합물에 기초하여 장기 항균성 및 단열성을 개선하여 단열용 및 방음용으로 활용하기에 적합한 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 시트 또는 관 형상을 갖는 고무 발포체로서, a) 및 b) 성분 총합 100 중량부를 기준으로, 상기 a) 폴리염화비닐, 염화비닐 공중합체 및 염화비닐 삼원 공중합체 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어진 염화비닐계 중합체 : 30 ~ 70 중량부; 및 상기 b) NBR(acrylonitrile butadiene rubber) : 70 ~ 30 중량부; 를 포함하고, 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여, 페놀 라디칼 제거제 : 1 ~ 10 중량부, 스테아르산염 : 2 ~ 20 중량부, 70nm 미만의 평균 직경을 갖는 카본 블랙 : 5 ~ 30 중량부와, 무기 항균 첨가제 : 0.01 ~ 1 중량부와, 안료 : 3 ~ 15 중량부를 더 포함하며, 상기 페놀 라디칼 제거제는 알킬 페놀 또는 알킬 치환된 페놀이고, 상기 무기 항균 첨가제는 아연 피리치온이며, 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트 : 1 ~ 5 중량부 및 메타크릴산사이클로헥실 : 0.5 ~ 3 중량부 중 1종 이상을 더 포함하고, 상기 고무 발포체는 인장강도 13 ~ 16Kgf/㎠를 갖고, 20℃에서 0.035W/mㆍk 이하의 열전도율을 가지며, ASTM C 411에 따라 100 ~ 105℃에서 최대 사용온도를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체{RUBBER FOAM WITH EXCELLENT LONG TERM ANTIMICROBIAL RESISTANCE AND INSULATION}
본 발명은 고무 발포체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염화비닐계 중합체 및 니트릴 부타디엔 고무(NBR)의 혼합물에 기초하여 장기 항균성 및 단열성을 개선하여 단열용 및 방음용으로 활용하기에 적합한 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체에 관한 것이다.
고무 발포체는 단열 및 방음을 위하여 널리 사용된다. 이러한 고무 발포체의 재료로는 주로 니트릴 부타디엔 고무(NBR)와 폴리염화비닐(PVC)의 혼합물에 기초하고 있다. 이러한 재료는 높은 습도와 높은 온도 조건에서 사용되는 경우, 그 재료가 유해하고, 얼룩과 냄새의 원인인 박테리아 및 곰팡이에 대한 적절한 모체가 될 수 있다.
예를 들어, 염화 디페닐 에테르(트리클로산 : Triclosan), 옥시비스페녹스 비소 (OBPA : oxybisphenox arsine), 아연 피리치온(zinc pyrithione), 구리 나노 입자 등의 여러 항균 첨가제는 일반적으로 고무 및 중합체에 사용될 수 있다.
이러한 항균 첨가제의 사용은 중합체, 특히 팽창된 엘라스토머의 처리 요구 조건에 의해 제한된다. 유기 항균 첨가제는 표면으로 이동하여 항균 필름을 형성한다. 또한, 유기 항균 첨가제는 종종 공정 온도를 견딜 수 없거나, 이동성이 크다. 이는 처리 중 중합체로부터 큰 항균 손실을 초래한다. 이러한 손실은 대략 10년 이상의 장기항균 수명 단축에 영향을 준다. 또한, 유기항균 첨가제는 인체에 유해하여 사용에 제약이 따른다.
전술한 이유로, 인체에 무해한 무기 항균 첨가제가 대안이 될 수 있다. 다만, 많은 금속계 첨가제가 충격 가황 및 발포 거동 때문에, 엘라스토머의 사용으로부터 배제되거나 중합체 체인의 역전(reversion)으로 이어진다.
따라서, 대부분의 경우 아연 피리치온이 선택되는 재료이다. 다만, 아연 기반의 재료는 폴리염화비닐(PVC)의 정적 및 동적 열 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 니트릴 부타디엔 고무(NBR)를 위한 가교 시스템에서 산화 아연을 사용할 수밖에 없고, 이에 따라 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및 폴리염화비닐(PVC)의 블렌드(blend) 내에서도 추가적인 아연, 특히 아연 피리치온은 고무 발포체의 최대 사용 온도(maximum service temperature)를 감소시킨다. 또한, 아연 피리치온의 장기간 안정성 역시 제한되어 5년 이상의 동작 수명, 특히 10년 이상의 동작 수명 후에 항균성의 현저한 손실을 초래하는 문제가 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1037383호(2011.05.26. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 고내열성 고무발포 단열재 및 그 제조 방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 최대 사용 온도에 영향을 미치지 않으면서 장기간에 걸쳐 높은 항균성을 나타내며, 낮은 열전도성을 갖는 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 시트 또는 관 형상을 갖는 고무 발포체로서, a) 및 b) 성분 총합 100 중량부를 기준으로, 상기 a) 폴리염화비닐, 염화비닐 공중합체 및 염화비닐 삼원 공중합체 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어진 염화비닐계 중합체 : 30 ~ 70 중량부; 및 상기 b) NBR(acrylonitrile butadiene rubber) : 70 ~ 30 중량부; 를 포함하고, 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여, 페놀 라디칼 제거제 : 1 ~ 10 중량부, 스테아르산염 : 2 ~ 20 중량부, 70nm 미만의 평균 직경을 갖는 카본 블랙 : 5 ~ 30 중량부와, 무기 항균 첨가제 : 0.01 ~ 1 중량부와, 안료 : 3 ~ 15 중량부를 더 포함하며, 상기 페놀 라디칼 제거제는 알킬 페놀 또는 알킬 치환된 페놀이고, 상기 무기 항균 첨가제는 아연 피리치온이며, 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트 : 1 ~ 5 중량부 및 메타크릴산사이클로헥실 : 0.5 ~ 3 중량부 중 1종 이상을 더 포함하고, 상기 고무 발포체는 인장강도 13 ~ 16Kgf/㎠를 갖고, 20℃에서 0.035W/mㆍk 이하의 열전도율을 가지며, ASTM C 411에 따라 100 ~ 105℃에서 최대 사용온도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 염화비닐계 중합체 및 NBR의 조합인 고무 중합체에 UV 저항성를 증가시키기 위하여 입자의 평균 직경이 70nm 미만인 카본 블랙과, 유리기(free radicals)로부터 재료를 보호하는 페놀 라디칼 제거제 및 탈산제(acid scavenger)로서 작용하는 스테아르산염이 첨가됨으로써, 한편으로는 고무 자체를 보호할 뿐만 아니라, 무기 항균 첨가제를 산소, 오존, 열, UV에 의해 야기된 열화 또는 다른 반응으로부터 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 무기 항균 첨가제의 용출 속도를 감소시켜서, 발포체 재료의 표면을 닦아내거나 세척하는 경우에도, 보호 기간을 증가시킬 수 있으므로 결과적으로, 발포체는 그 표면에 제한되지 않고 완전히 보호되어 장기 항균성 확보가 가능해져, 다습한 조건의 박테리아, 진균류 및 각종 기생균을 살균하거나 증식을 억제할 수 있어 일반 건설 및 설비용으로 수요가 급증하고 있으며, 특히 병원, 연구소, 제약회사 또는 천장 없이 노출되어 있는 마트 및 쇼핑몰 배관 덕트 등의 실내환경 공기질이 중요 시 되는 곳에 사용하기에 적합한 장점이 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
고무 발포체
본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 시트 또는 관 형상을 갖는다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부를 기준으로, 상기 a) 폴리염화비닐, 염화비닐 공중합체 및 염화비닐 삼원 공중합체 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어진 염화비닐계 중합체 : 30 ~ 70 중량부; 및 상기 b) NBR(acrylonitrile butadiene rubber) : 70 ~ 30 중량부; 를 포함하고,
상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여, 페놀 라디칼 제거제 : 1 ~ 10 중량부, 스테아르산염 : 2 ~ 20 중량부, 70nm 미만의 평균 직경을 갖는 카본 블랙 : 5 ~ 30 중량부, 및 무기 항균 첨가제 : 0.01 ~ 1 중량부와, 안료 : 3 ~ 15 중량부를 더 포함한다.
이때, 고무 발포체는 ACM/AEM, AU/EU, BR, BIIR, CIIR, (G)(E)CO, EPM/EPDM, EVM, SBR, (H)NBR, FKM/F(E)PM, GPO, IR, IIR, (V)MQ, NR, T, PE, PP, PET, PBT, PC, PS, PA, PU, PTFE, PMMA 등에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여, 가소제 : 10 ~ 150 중량부와, 난연제 : 5 ~ 30 중량부와, 무기 충전제 : 50 ~ 400 중량부와, 상승제 : 5 ~ 30 중량부와, 가교제 : 10 ~ 60 중량부와, 발포제 : 10 ~ 80 중량부와, 안정화제 : 10 ~ 50 중량부와, 첨가제 : 5 ~ 40 중량부 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
염화비닐계 중합체는 고무 발포체의 주원료 사용된다. 이러한 염화비닐계 중합체는 고무 발포체 전체 중량의 30 ~ 70 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 염화비닐계 중합체의 첨가량이 30 중량부 미만일 경우에는 발포체의 단열성 및 탄성 특성이 저하되는 문제가 있다. 반대로, 염화비닐계 중합체의 첨가량이 70 중량부를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있다.
NBR(acrylonitrile butadiene rubber)은 염화비닐계 중합체와 함께 고무 발포체의 주원료로 사용된다. 이러한 NBR은 고무 발포체 전체 중량의 70 ~ 30 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. NBR의 첨가량이 70 중량부를 초과할 경우에는 제품 단가가 증가하는 단점이 있다. 반대로, NBR의 첨가량이 30 중량부 미만일 경우에는 발포체의 단열성 및 탄성 특성이 저하되는 문제가 있다.
페놀 라디칼 제거제는 유리기(free radicals)로부터 재료를 보호하는 역할을 한다. 이러한 페놀 라디칼 제거제는 알킬 페놀 또는 알킬 치환된 페놀을 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 페놀 라디칼 제거제는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 1 ~ 10 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 페놀 라디칼 제거제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 페놀 라디칼 제거제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 10 중량부를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용하므로, 경제적이지 못하다.
스테아르산염은 탈산제로 첨가된다. 이러한 스테아르산염으로는 칼슘 스테아르산염을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 스테아르산염은 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 2 ~ 20 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직한데, 이는 상기의 범위 내로 첨가되어야 적절한 탈산제 효과를 발휘할 수 있기 때문이다.
카본 블랙은 UV 저항성을 증가시키기 위한 목적으로 첨가되며, 이를 위해 70nm 미만의 평균 직경을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 카본 블랙은 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 5 ~ 30 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 카본 블랙의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만일 경우에는 UV 흡수제로서의 기능을 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 카본 블랙의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 30 중량부를 초과할 경우에는 단열성을 저하시키는 문제가 있다.
무기 항균 첨가제는 항균성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 무기 항균 첨가제로는 인체에 무해한 아연 기반의 항균 첨가제를 이용하는 것이 바람직하며, 특히 아연 피리치온(zinc pyrithione)을 제시할 수 있다. 이때, 아연 피리치온은 중합체 블렌드가 팽창 및 가교되는 것에 의해 얻어질 수 있다.
이러한 무기 항균 첨가제는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 1 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 무기 항균 첨가제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 무기 항균 첨가제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 1 중량부를 초과할 경우에는 탄성 발포체 고유성질을 상실할 수 있으며, 발포율 감소 및 단열성 감소의 원인이 될 수 있다.
안료는 적색, 녹색, 회색 등의 유색 안료가 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 색상의 안료가 적용될 수 있다. 안료는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 3 ~ 15 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 안료의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 3 중량부 미만일 경우에는 원하는 색상 발현이 불충분할 수 있다. 반대로, 안료의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 15 중량부를 초과할 경우에는 단열성 등의 물성이 저하될 수 있다.
한편, 가소제는 내화성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 가소제로는 인산 가소제, 염화 가소제 및 이들의 혼합물이 이용될 수 있다. 이때, 염화 가소제는 염화 파라핀, 염화 지방산 치환된 글리세린(glycerines) 및 염화 알파-올레핀 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 그리고, 인산 가소제는 지방족, 클로로지방족(chloroaliphatic) 및 방향족 인산 에스테르 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
이때, 가소제는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 10 ~ 150 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 가소제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만일 경우에는 내화성 향상 효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 가소제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 150 중량부를 초과할 경우에는 원가 상승의 요인이 된다.
난연제는 난연성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 난연제로는 할로겐화 난연제, 바람직하게는 브롬화 난연제를 이용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리브롬화 디페닐 에테르, 폴리브롬화 비페닐 등과 같은 유기 브롬 화합물이 적합하다.
이때, 난연제는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 5 ~ 30 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 난연제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만일 경우에는 그 효과가 미미하여 산소지수가 기준 값을 만족하지 못할 우려가 크다. 반대로, 난연제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 30 중량부를 초과할 경우에는 밀도 상승으로 인하여 단열성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.
무기 충전제는 금속 및 반금속(semi-metal) 칼코겐 특성을 갖는 충전제가 이용될 수 있다. 이러한 무기 충전제는 알루미늄 실리케이트, 산화물, 수산화물 및 수산화 알루미늄(ATH)을 포함하는 알루미늄 화합물, 실리케이트, 석영 및 제올라이트를 포함하는 실리콘계 화합물, 석고, 클레이, 헌타이트(huntite), 하이드로마그네사이트, 펄라이트, 버미큘라이트(vermiculite), 초크(chalk), 슬레이트, 흑연, 활석 및 운모를 포함하는 미네랄계 화합물 및 이들의 혼합물이 이용될 수 있다.
이때, 무기 충전제는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 50 ~ 400 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 무기 충전제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 50 중량부 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 미미할 수 있다. 반대로, 무기 충전제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 400 중량부를 초과할 경우에는 탄성의 고유 성질을 상실할 수 있다.
난연 보강제는 화재 반응 난연제의 유효성을 증가시키기 위한 목적으로 첨가된다. 특히, 난연 보강제는 가소제 및 할로겐화 난연제(만일 존재하는 경우)를 함유하는 할로겐을 위해 첨가된다. 이때, 원하는 난연성의 정도에 따라, 난연 보강제와 방염제의 조합만으로 원하는 결과를 달성할 수 있다.
이러한 난연 보강제는 안티몬(Sb), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 텅스텐(W), 비스무트(Bi), 비소(As), 바나듐(V) 및 지르코늄(Zr) 등의 기반 물질이 이용될 수 있다. 구체적으로, 난연 보강제는 삼산화 안티몬, 오산화 안티몬, 주석산 아연, 하이드록시주석산(hydroxystannate) 아연, 붕산 아연, 하이드록시붕산(hydroxyborate) 아연, 몰리브덴산 아연, 몰리브덴(molybdenueum) 산화물, 옥타몰리브덴산(octamolybdate) 암모늄, 산화 주석, 산화 텅스텐, 산화 비스무트, 옥시염화 비스무트, 삼산화 비소, 오산화비소, 산화 바나듐 및 산화 지르코늄 중 1종 이상이 이용될 수 있고, 이 중 가장 바람직한 물질은 안티몬 트리옥사이드이다. 이때, 난연 보강제는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여, 5 ~ 30 중량부의 함량비로 첨가될 수 있다.
가교제는 가교성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 가교제로는 퍼옥사이드(peroxides), 트리알릴시아누르산염(triallylcyanurate), 트리알릴이소시아누르산염(triallylisocyanurate), 페닐말레이미드(phenylmaleimide), 티아디아졸(thiadiazoles), 지방산 아미드, 하이드로 실릴화제(hydrosilylation agents), 방사선 활성제(방사 또는 UV 경화 용), 황시스템, 비스페놀수지(bisphenolics) 및 금속 산화물 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 이때, 가교제는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 10 ~ 60 중량부의 함량비로 첨가될 수 있다.
발포제는 유기 발포제 및 무기 발포제의 종류 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 화학적 발포제, 예를 들어 방출 이산화 탄소, 질소 및 산소 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이러한 발포제는 니트로조계(nitroso type), 아조계(azo type) 및 방향족 히드라지드계(hydrazide type) 유기 발포제가 바람직하며, 이 중 아조계 발포제인 아조디카본아미드(ADC)가 보다 바람직하다.
이때, 발포제는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 10 ~ 80 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 발포제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만일 경우에는 저 발포되어 밀도가 높아 단열성이 저하되는 문제가 있다. 반대로, 발포제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 80 중량부를 초과할 경우에는 가스 발생량이 증가하여 탄성 발포체의 단위면적당 셀의 수가 감소하여 단열성이 저하되는 문제가 있다.
안정화제는 열, UV, 오존 및 복귀(reversion) 등의 안정화를 위해 첨가된다. 이러한 안정화제는 카본 블랙, 금속 산화물(일 예로, 산화철) 및 수산화물(일 예로, 수산화 마그네슘), 금속 유기 착체, 라디칼 제거제(radical scavengers)(일 예로, 토코페롤 유도체 및 에폭시화 대두유) 및 복합 실리케이트(일 예로, 펄라이트, 버미큘라이트) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
이때, 안정화제는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 10 ~ 50 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 안정화제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만일 경우에는 안정화 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 안정화제의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 50 중량부를 초과할 경우에는 원가 상승 요인으로 작용하므로, 바람직하지 못하다.
첨가제로는 억제제, 지연제, 촉진제 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 이러한 첨가제는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 5 ~ 40 중량부의 함량비로 첨가될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트 : 1 ~ 5 중량부 및 메타크릴산사이클로헥실 : 0.5 ~ 3 중량부 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
펜타에리트리톨트리아크릴레이트는 열전도율을 낮추는 역할을 한다. 이러한 펜타에리트리톨트리아크릴레이트는 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 펜타에리트리톨트리아크릴레이트의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만으로 첨가될 경우에는 그 첨가량이 미미한 관계로 그 효과를 제대로 발휘하지 못하는 것을 실험을 통해 확인하였다. 반대로, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 5 중량부를 초과할 경우에는 탄성 고유의 물성을 저해하는 요인으로 작용할 수 있다.
메타크릴산사이클로헥실은 강도 및 단열성 향상을 위해 첨가된다. 이러한 메타크릴산사이클로헥실은 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 3 중량부의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 메타크릴산사이클로헥실의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 메타크릴산사이클로헥실의 첨가량이 상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여 3 중량부를 초과할 경우에는 제조 원가를 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 염화비닐계 중합체 및 NBR의 조합인 고무 중합체에 UV 저항성를 증가시키기 위하여 입자의 평균 직경이 70nm 미만인 카본 블랙과, 유리기(free radicals)로부터 재료를 보호하는 페놀 라디칼 제거제 및 탈산제(acid scavenger)로서 작용하는 스테아르산염이 첨가됨으로써, 한편으로는 고무 자체를 보호할 뿐만 아니라, 무기 항균 첨가제를 산소, 오존, 열, UV에 의해 야기된 열화 또는 다른 반응으로부터 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 무기 항균 첨가제의 용출 속도를 감소시켜서, 발포체 재료의 표면을 닦아내거나 세척하는 경우에도, 보호 기간을 증가시킬 수 있으므로 결과적으로, 발포체는 그 표면에 제한되지 않고 완전히 보호되어 장기 항균성 확보가 가능해져, 다습한 조건의 박테리아, 진균류 및 각종 기생균을 살균하거나 증식을 억제할 수 있어 일반 건설 및 설비용으로 수요가 급증하고 있으며, 특히 병원, 연구소, 제약회사 또는 천장 없이 노출되어 있는 마트 및 쇼핑몰 배관 덕트 등의 실내환경 공기질이 중요 시 되는 곳에 사용하기에 적합한 장점이 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체의 성분 원료들은 고무 산업에서 광범위하게 사용되는 표준 방법, 예를 들면 믹서, 단일 압출기, 이축 압출기 및 압착기 중 어느 하나에 의해 혼합될 수 있다.
따라서, 본 발명의 고무 발포체의 성분 원료들의 성형은 압출기, 프레스, 캘린더(calanders) 등에서 수행되어, 시트, 튜브 등의 형상으로 쉽게 형성할 수 있으나, 그 시트 및 튜브를 열기(hot air) 오븐, 마이크로웨이브 오븐, 염욕 등의 내에서 계속해서 가황하고 팽창할 가능성으로 인해 압출기가 보다 바람직하다.
이때, 추가 세척 단계가 필요하지 않기 때문에 열기 및 마이크로웨이브오븐이 바람직하다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 KS M ISO 845에 따라 80 kg/m3 미만, 바람직하게는 55 kg/m3 미만의 밀도로 팽창되고 가교될 수 있다. 이때, 80 kg/m3 미만, 바람직하게는 55 kg/m3 미만의 밀도는 낮은 열전도도를 이루기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 단열용 및 방음용 재료로의 우수한 적합성에 있으며, KS L 9016에 따라 20℃에서 0.035W/mㆍk 이하의 열전도율을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 KS M ISO 1663에 따라 7 이하, 보다 바람직하게는 5 이하의 낮은 수증기 투습계수(WVT : water vapor transmission)를 제공한다. 이러한 이유로, 절연될 대상이 습기의 응결을 통한 절연 상태 부식(CUI)으로부터 보호되기 때문에, 10℃ 미만의 저온에서의 응용이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 낮은 화염 확산이 요구되는 애플리케이션에 적합하며, BS 476에 따라 신뢰성 있는 클래스 1 분류를 달성할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 우수한 장기 항균성에 있으며, 5년 심지어 10년의 기간 후에도 항균성이 동일하게 유지된다.
이에 더불어, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 생산 설비에 관한 다양성에 있다. 이는 연속 공정, 예를 들면 압출, 동시 적층(co-lamination) 또는 직접 공 압출(co- extrusion)에 의해 경제적인 방법으로 제조할 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 직접 단층 또는 다층 시스템으로서 적층, 성형, 공동 성형, 과성형(overmoulded) 또는 용접 등으로 될 수 있고, 이에 따라 자동차, 교통, 항공, 건설(building and construction), 해양(marine and offshore), 가구, 기계 공학, 심지어 열 성형 또는 다른 성형 방법으로 다른 많은 산업에, 각종 표면 상에 무제한 성형(unrestricted shaping)으로 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체는 다양한 벽 두께 및 내경의 연속 공정으로 튜브와 시트 형태로 제조될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 고무 발포체 제조
표 1의 조성을 갖는 원료를 혼합, 압출 및 팽창/가교의 3단계 공정으로 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 2에 따른 고무 발포체를 제조하였다.
이때, 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 2의 경우, 원료를 10 분의 평균 혼합 시간, 150℃의 평균 덤핑 온도로 내부 배치 믹서(Banbury® 믹서)로 혼합하였다. 이때, 원료는 롤러 밀에서 추가로 균질화하였고, 발포제 및 가교제가 70℃ 미만으로 원료를 냉각시킨 후, 롤러 밀에 추가되었다.
압출이 미팽창 및 미가황 시트(unexpanded and unvulcanized sheets)를 제공하는 스트립 공급 단일 스크류 진공 압출기(strip fed single screw vacuum extruder)에서 수행되었다.
이때, 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 2의 경우, 25mm 두께의 시트로 열풍 오븐 캐스케이드에서 가교 및 팽창하였다.
[표 1] (단위 : 중량부)
Figure 112015063382495-pat00001

2. 물성 평가
표 2는 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 2에 대한 항진균 시험에 대한 성장 평가 결과를 나타낸 것이다.
1) 항진균 시험에 대한 성장 평가는 ASTM F 1980에 따르는 가속 노화 후의 ASTM G 21 항진균 시험에 의거하여 성장 평가하였다.
0 : 성장 없음
1 : 흔적 성장(0 초과 ~ 10% 이하)
2 : 조금 성장(10% 초과 ~ 30% 이하)
3 : 보통 성장(30% 초과 ~ 60% 이하)
4 : 다량 성장(60% 초과 ~ 100% 이하)
[표 2]
Figure 112015063382495-pat00002
표 1 및 표 2에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 따라 제조된 고무 발포체의 경우, 1년이 경화한 후부터 보통 성장이 진행하였다.
또한, 비교예 2에 따라 제조된 고무 발포체의 경우, 비교예 1에 비하여 성장 속도가 느리기는 하나, 3년 경과한 후부터 보통 성장이 진행되는 것을 알 수 있다.
반면, 실시예 1 ~ 7에 따라 제조된 고무 발포체의 경우, 5년 경과 후, 심지어 10년의 기간이 경화한 후에도 성장이 진행되지 않았으며, 이 결과 항균성이 동일하게 유지되는 것을 확인하였다.
표 3은 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 고무 발포체에 대한 ASTM C 411에 따르는 최대 사용온도를 나타낸 것이다.
[표 3]
Figure 112015063382495-pat00003
표 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 7에 따라 제조된 고무 발포체의 경우, 최대 사용온도가 100 ~ 105℃를 갖는 것을 알 수 있다.
반면, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 고무 발포체의 경우, 최대 사용온도가 93℃ 및 95℃에 불과한 것을 알 수 있다.
한편, 표 4는 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 고무 발포체에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
1) 인장강도 및 신율
KS M ISO 1798 규격에 따라 인장강도와 신율을 측정하였다.
2) 단열성
단열성은 KS L 9016에 준하여 열전도율을 측정함으로써 평가하였다. 열전도율이 낮을수록 우수한 단열성을 나타낸다.
[표 4]
Figure 112015063382495-pat00004
표 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 7에 따라 제조된 고무 발포체는, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 고무 발포체에 비하여, 강도는 높으면서 0.035W/mㆍk 이하의 낮은 열전율을 나타내어 우수한 단열성을 갖는 것을 확인하였다.
이때, 실시예 6 및 실시예 7에 따라 제조된 고무 발포체는 메타크릴산사이클로헥실의 첨가에 의해 강도가 향상된 것으로 판단된다. 또한, 실시예 5 및 실시예 6에 따라 제조된 고무 발포체는 펜타에리트리톨트리아크릴레이트의 첨가에 의해 열전도율이 상당히 낮아진 것을 확인하였다.
특히, 실시예 6에 따라 제조된 고무 발포체와 같이, 메타크릴산사이클로헥실 및 펜타에리트리톨트리아크릴레이트가 함께 첨가될 경우, 높은 강도를 가지면서 낮은 열전도율을 가질 수 있다는 것을 알아내었다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 시트 또는 관 형상을 갖는 고무 발포체로서,
    a) 및 b) 성분 총합 100 중량부를 기준으로,
    상기 a) 폴리염화비닐, 염화비닐 공중합체 및 염화비닐 삼원 공중합체 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어진 염화비닐계 중합체 : 30 ~ 70 중량부; 및
    상기 b) NBR(acrylonitrile butadiene rubber) : 70 ~ 30 중량부; 를 포함하고,
    상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여,
    페놀 라디칼 제거제 : 1 ~ 10 중량부,
    스테아르산염 : 2 ~ 20 중량부,
    70nm 미만의 평균 직경을 갖는 카본 블랙 : 5 ~ 30 중량부와,
    무기 항균 첨가제 : 0.01 ~ 1 중량부와,
    안료 : 3 ~ 15 중량부를 더 포함하며,
    상기 페놀 라디칼 제거제는 알킬 페놀 또는 알킬 치환된 페놀이고, 상기 무기 항균 첨가제는 아연 피리치온이며,
    상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트 : 1 ~ 5 중량부 및 메타크릴산사이클로헥실 : 0.5 ~ 3 중량부 중 1종 이상을 더 포함하고,
    상기 고무 발포체는 인장강도 13 ~ 16Kgf/㎠를 갖고, 20℃에서 0.035W/mㆍk 이하의 열전도율을 가지며, ASTM C 411에 따라 100 ~ 105℃에서 최대 사용온도를 갖는 것을 특징으로 하는 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스테아르산염은
    칼슘 스테아르산염인 것을 특징으로 하는 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 a) 및 b) 성분 총합 100 중량부에 대하여,
    가소제 : 10 ~ 150 중량부와, 난연제 : 5 ~ 30 중량부와, 무기 충전제 : 50 ~ 400 중량부와, 난연 보강제 : 5 ~ 30 중량부와, 가교제 : 10 ~ 60 중량부와, 발포제 : 10 ~ 80 중량부와, 안정화제 : 10 ~ 50 중량부 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가소제는
    염화 파라핀, 염화 지방산 치환된 글리세린 및 염화 알파-올레핀 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 난연 보강제는
    삼산화 안티몬, 오산화 안티몬, 주석산 아연, 하이드록시주석산(hydroxystannate) 아연, 붕산 아연, 하이드록시붕산(hydroxyborate) 아연, 몰리브덴산 아연, 몰리브덴(molybdenueum) 산화물, 옥타몰리브덴산(octamolybdate) 암모늄, 산화 주석, 산화 텅스텐, 산화 비스무트, 옥시염화 비스무트, 삼산화 비소, 오산화비소, 산화 바나듐 및 산화 지르코늄 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 장기 항균성 및 단열성이 우수한 고무 발포체.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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