KR20040095656A

KR20040095656A - 엘라스토머 조성물 및 고무 롤러

Info

Publication number: KR20040095656A
Application number: KR1020040031099A
Authority: KR
Inventors: 무츠키 수기모토; 히데유키 오쿠야마
Original assignee: 스미토모 고무 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2004-05-03
Publication date: 2004-11-15
Also published as: US20040225061A1; US7253233B2; CN100420710C; KR100904192B1; JP2004331781A; JP4098663B2; CN1572826A

Abstract

디엔 고무 및 EPDM 고무의 적어도 하나를 포함하는 고무 성분 (A); 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머 및 올레핀 수지를 포함하는 혼합 조성물 (B); 및 이중 결합이 부분적으로 잔류하는 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)를 함유하되, 상기 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)는 혼합 조성물 (B)의 200 중량부에 대해 2 중량부 이상 100 중량부 이하의 비율로 혼합되며, 고무 성분 (A)는, 그 내에서 분산된 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)을 가지는 혼합 조성물 (B) 내에서 동적 가교(dynamic crosslinking)에 의해 분산되는 엘라스토머 조성물이 제공된다. 고무 롤러는 상기 엘라스토머 조성물을 사용하여 형성된다. 상기 엘라스토머 조성물은 내마모성이 우수하고, 엘라스토머 조성물로 만들어진 고무 롤러는 유동 회전(idling rotation)시에 내마모성이 우수하다.

Description

엘라스토머 조성물 및 고무 롤러{ELASTOMER COMPOSITION AND RUBBER ROLLER}

본 발명은 엘라스토머 조성물 및 상기 엘라스토머를 이용하여 형성되는 고무 롤러에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 바람직한 경도를 가지면서도 내마모성이 매우 우수하며, 잉크젯 프린터, 레이져 프린터, 정전 복사기 또는 팩시밀리 장치와 같은 OA 장비나, 자동 예금 인출·입금 장치(ATM) 등에 대한 종이 공급 시스템에 적용되는 고무 롤러로 사용되기에 적합한 엘라스토머 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

고무 조성물 또는 엘라스토머 조성물 등으로 제조되는 종이 공급 고무 롤러는, 잉크젯 프린터, 레이져 프린터, 정전 복사기 또는 팩시밀리 장치와 같은 OA 장비나, 자동 예금 인출·입금 장치(ATM) 등의 장치 내에서, 종이 또는 필름 등을 전달하기 위한 종이 공급 시스템에 사용된다.

최근 들어, 개인용 OA 장비의 수량이 특히 증가하고 있으며, 다양한 종류의 종이가 이를 통과하게 된다. 종이에 대한 안정적인 전달 특성을 얻기 위하여, 높은 내마모성 및 높은 마찰 계수의 확보에 대한 요청이 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 고무 롤러에 적합한 엘라스토머 조성물 또는 고무 조성물 등에 대한 여러 가지 제안이 있어 왔다.

예를 들어, 종이에 대한 큰 마찰 계수 및 종이 공급 고무 롤러에 사용되었을 때의 우수한 내마모성을 얻기 위하여, 본 발명의 출원인은 일본 특허 공개 공보 11-228708/1999 호에서, 고무의 100 중량부에 대해 100 내지 300 중량부의 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머를 함유하되, 상기 고무는 수지 가교제에 의해 동적으로 가교되며 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머 내에서 분산되는 고무 조성물을 제안한 바 있다.

상술한 특허 문헌에서 제안된 고무 조성물은 낮은 경도를 가지는 동시에 내마모성이 우수하며, 장기간 동안 우수한 종이 공급 동작을 유지할 수 있다. 그러나, 최근 들어, 상술한 바와 같은 잉크젯 프린터, 레이져 프린터, 복사기 등은 비용 절감을 위해 구성 요소가 감소되는 경향이 있으며, 따라서, 고무 롤러에 가해지는 부하가 증가하여 더욱 우수한 동작을 나타낼 수 있는 고무 롤러에 대한 요구가 있다.

특히, 종이 공급 시스템을 단순화시키기 위하여, 한장의 종이가 공급될 때마다 고무 롤러가 방출 부재에 대하여 유동 회전하는 구조를 가지는 시스템이 제안된 바 있다. 이러한 이유로, 마찰 계수 뿐 아니라, 내마모성 또한 향상되어야 한다.특히, 고무 롤러가 유동 회전에서와 같은 수용 부하에 의해 미끄러질 때 발생되는 마찰력에 대하여, 높은 기계적인 강도가 요구되며, 높은 인장 강도 TB가 요구된다.

종래의 종이 공급 고무 롤러에 있어서는, 종이가 공급될 때 종이에의 약간의 미그러짐에 의해 발생되는 마찰력에 대해 요구되는 정도의 내마모성만을 가지면 충분하였다. 또한, 고무 롤러에 가해지는 부하가 작기 때문에, 인장 강도와 같은 기계적 강도가 그리 중요하지 않았다. 가황 처리된 고무에 대하여, 어느 정도 높은 인장 강도 TB와 높은 마찰 계수를 가지는 혼합물을 제조하는 것이 가능하다. 그러나, 가황 처리된 고무의 제조 방법은 비용이 많이 소요된다. 그러므로, 높은 생산성 및 우수한 물리적 특성의 관점에서 열가소성 엘라스토머 조성물을 사용하면서 수지에 대한 단일 단계로 고무 롤러를 제조함이 마람직하다.

더구나, 상술한 특허 문헌에서 가장 높은 동작을 제공하는 실시예 1 및 실시예 1a 조차도 4.0MPa의 인장 강도 TB를 제공할 수 있을 뿐이다. 이러한 인장 강도로는, 고무 롤러가 유동 회전하는 때에 마모에 의해 대량의 고무 분말이 발생하여 중량이 크게 감소한다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 만들어진 것으로, 본 발명의 목적은 바람직한 경도를 가지면서도 내마모성이 매우 우수한 엘라스토머 조성물 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 낮은 경도 및 우수한 내마모성을 실현하며, 특히 유동 회전시에 내마모성이 우수한 고무 롤러를제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 고무 롤러를 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명의 출원인은 고무 롤러의 유동 회전에 의한 마모가 물질의 강도와 밀접하게 상호 관련되며, 특히, 높은 인장 강도(TB)가 요구된다는 사실을 발견하였다. 인장 강도를 증가시키기 위하여, 특히, 폴리프로필렌(PP)과 같은 수지 성분의 양을 증가시킬 수 있다. 그러나, 이러한 수지 성분의 양이 많아지면, 경도 Hs 역시 높아져서, 고무 롤러로서 부적당하게 될 것이다. 더구나, 수지 성분과 고무 성분이 서로 잘 결합하지 않기 때문에, 인장 강도의 향상을 기대할 수 없다. 따라서, 본 발명의 출원인은 이중 결합이 부분적으로 잔류하는 스티렌 열가소성 엘라스토머를 혼합함으로써, 수지 성분과 고무 성분의 분자 결합 사이에서, 이중 결합이 부분적으로 잔류하는 스티렌 열가소성 엘라스토머에 의해 계면이 가교됨을 발견하였다. 그 결과, 수득되는 수지 조성물은 인장 강도를 높일 수 있다. 본 발명은 상술한 지견에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명은 디엔 고무 및 EPDM 고무의 적어도 하나를 포함하는 고무 성분 (A);

수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머 및 올레핀 수지를 포함하는 혼합 조성물 (B); 및

이중 결합이 부분적으로 잔류하는 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)를 함유하되,

상기 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)는 상기 혼합 조성물 (B)의 200 중량부에 대해 2 중량부 이상 100 중량부 이하의 비율로 혼합되며,

상기 고무 성분 (A)는, 그 내에서 분산된 상기 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)을 가지는 상기 혼합 조성물 (B) 내에서 동적 가교(dynamic crosslinking)에 의해 분산되는 엘라스토머 조성물을 제공한다.

상술한 엘라스토머 조성물에 있어서는, 이중 결합이 부분적으로 잔류하는 스티렌 열가소성 엘라스토머가 디엔 고무 또는 EPDM 고무, 스티렌 열가소성 엘라스토머 및 올레핀 수지의 혼합물과 혼합되며, 수지 조성물 (B)와 고무 성분 (A)의 분자 결합 사이에서, 성분 (C)에 의해 계면이 가교됨으로써, 수지 성분과 고무 성분 간의 우수한 결합을 형성한다. 그 결과, 수득된 엘라스토머 조성물로부터 주조된 고무 롤러의 인장 강도가 강화되어 내마모성이 향상될 수 있다. 그러므로, 고무 롤러가 종이 공급 롤러로 사용되는 때에, 유동 회전시의 내마모성이 매우 우수하게 될 수 있다.

열가소성 엘라스토머 (C)는, 열가소성 엘라스토머 조성물 내에서 고무 성분의 고무상과 열가소성 성분의 수지상 사이의 융화성을 좋은 효율로 향상시키기 위하여, 혼합 조성물 (B)의 200 중량부에 대해 2 중량부 이상 100 중량부 이하의 비율로 혼합된다. 만일, 성분 (C)가 2 중량부보다 작은 비율로 함유되면, 융화성에 대한 아무런 효과도 나타나지 않는다. 반대로, 성분 (C)가 100 중량부보다 큰 비율로 함유되면, 경도가 높아짐으로써, 내마모성이 감소하는 문제점이 나타난다. 바람직하게는, 상기 성분 (C)는 10 중량부 이상 80 중량부 이하의 비율로 함유된다.

상기 혼합 조성물 (B)는 고무 성분 (A)의 100 중량부에 대해 2 중량부 이상 100 중량부 이하의 비율로 혼합되며, 고무 성분 (A)는 수지 가교제에 의해 동적으로 가교된다.

혼합 조성물 (B)는, 아래의 이유 때문에, 고무 성분 (A)의 100 중량부에 대해 2 중량부 이상 100 중량부 이하의 비율로 혼합된다. 만일 그 비율이 2 중량부 보다 작게 되면, 수지 성분이 양적으로 너무 적게 되므로, 고무 성분이 상기 수지 매트릭스 내에서 분산되지 못하여, 고무 롤러로써 가공되기 어렵고 강도가 감소하는 문제점이 발생한다. 반대로, 비율이 100 중량부를 초과하면, 수지 성분이 양적으로 지나치게 많게 되어, 경도가 높아지고 내마모성 감소의 경향성이 나타난다는 문제점이 발생한다. 바람직하게는, 상기 비율은 5 중량부 이상 90 중량부 이하로 된다.

디엔 고무 또는 EPDM 고무는 동적 가교가 원활하게 진행될 수 있도록 하기 위해 사용된다. 디엔 고무의 예에는 부틸 고무(IIR), 부타디엔 고무(BR), 이소프렌 고무(IR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 천연 고무(NR), 1,2-폴리부타디엔, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)이 포함된다. 이러한 고무의 한 종류 이상을 사용할 수 있으며, 이들은 EPDM과 혼합될 수 있다.

수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머는 이중 결합을 제거하기 위하여 수소화 반응에 의해 포화된 스티렌 열가소성 엘라스토머이다. 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머는 낮은 경도와 함께 더욱 큰 마찰 계수를 가지며, 종래에 매트릭스로 사용되던 TPU(열가소성 우레탄 엘라스토머)보다 더 작은 영구 압축 변형률을 가진다. 게다가, 이중 결합을 가지지 않기 때문에, 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머는 수지 가황화제와 반응하지 않으며, 고무의 가황화를 저해하지 않으면서 그 내부에서 고무를 미세하게 분산시킴으로써 고무의 존속을 허용한다. 그러므로, 엘라스토머 조성물은, 미세하게 분산된 고무의 영향으로 인하여, 더욱 작은 경도와 더욱 작은 영구 압축 변형률을 가진다.

수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머의 재료인 스티렌 열가소성 엘라스토머는 폴리스티렌상(S)의 말단 블록과 고무(엘라스토머)의 중간 블록으로 구성된 블록 공중합체이다. 더욱 구체적으로는, 하기의 스티렌 열가소성 엘라스토머가 사용될 수 있다 : 고무(엘라스토머)의 중간 블록이 폴리부타디엔(B)으로 구성된 SBS, 고무(엘라스토머)의 중간 블록이 폴리이소프렌(I)으로 구성된 SIS, 고무(엘라스토머)의 중간 블록이 폴리에틸렌으로 구성된 SES, 고무(엘라스토머)의 중간 블록이 에틸렌/프로필렌(E/P)로 구성된 SEPS, 고무(엘라스토머)의 중간 블록이 에틸렌/부타디엔(E/B)으로 구성된 SEBS 등. 이들 중에서, SES, SEPS, 및 SEBS를 사용함이 바람직하다.

올레핀 수지는 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머 및 디엔 고무와 EPDM 고무의 적어도 하나는 포함하는 고무 간의 융화성을 제공하기 위해 사용된다. 본 발명에서 사용되는 올레핀 수지로써, 상업적으로 이용 가능한 올레핀 수지의 임의의 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이 바람직하며, 이에 부가하여, 에틸렌 에틸 아크릴레이트 수지, 에틸렌 비닐 아세테이트 수지, 에틸렌-메타크릴산 수지, 및 이오노머 수지(ionomer resin) 등이 사용될 수 있다.

이중 결합이 부분적으로 잔류하는 스티렌 열가소성 엘라스토머로써, 쿠라레이 주식회사(Kuraray Co., Ltd.)에 의해 제조된 HYBRAR이 적절하게 사용될 수 있다.

혼합 조성물 (B)에서 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머와 올레핀 수지의 중량비는 바람직하게는 (수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머 : 올레핀 수지) = (100 : 0.1) 내지 (2 : 50), 더욱 바람직하게는 (100 : 40) 내지 (10 : 4)이다.

수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머는 엘라스토머 조성물의 경도 감소(롤러로 제조되는 때의 마찰력의 향상) 및 내열성과 영구 압축 변형률의 증가라는 관점에서 올레핀 수지보다 우수하며, 그 반면에 올레핀 수지는 내마모성, 가공성(동적 가교시에 혼합 가공성) 및 엘라스토머 조성물의 비용이라는 관점에서 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머보다 우수하다. 그러므로, 상기 두 가지 물질의 단점을 서로 보완하고 이들의 장점을 모두 향유하기 위하여, 상술한 중량비가 사용된다. 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머가 상술한 중량비보다 많은 양으로 사용되는 경우, 고무 조성물의 혼합 가공성 및 롤러의 내마모성이 떨어지는 경향이 있으며, 게다가 롤러의 제조 비용 역시 증가한다. 반대로, 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머가 상술한 중량비보다 작은 양으로 사용되는 경우, 롤러의 내열성이 악화되며(영구 압축 변형률이 증가한다), 또한 롤러의 마찰 계수가 떨어지는 경향이 있다.

동적 가교는, 바람직하게는 수지 가교제가 사용됨으로써 진행된다. 수지 가교제는 하기의 이유 때문에 사용된다. 만일, 황 가교가 수행되면,불루밍(blooming)이 발생하기 쉽게 된다. 특히, 롤러의 강도와 같은 특성을 향상시키기 위하여, 다량의 가황화 촉진제가 황과 함께 혼합되어야 하므로, 롤러의 마찰 계수가 블루밍에 의해 떨어지기 쉽게 된다. 더구나, 퍼옥사이드를 가지고 가교를 수행하면, 가교제의 열악한 분산이 발생하고, 퍼옥사이드의 폭발적인 반응을 수반하여, 혼합된 생성물이 배출되고 가공이 불가능해지는 경향이 있다. 수지 가교제의 혼합량은 가교제의 종류에 따라 결정된다; 그러나, 이러한 혼합량은 바람직하게는 고무 성분 (A)의 100중량부에 대해 6 중량부 내지 18 중량부로 된다.

수지 가황화제의 예에는 알킬페놀 포름알데히드 수지, 멜라닌 포름 알데히드 축합물, 황화-p-3급 부틸 페놀 수지, 알킬페놀 설파이드 수지, 및 헥사메톡시메틸 멜라닌 수지가 포함된다. 이들 중에서, 페놀 수지가 바람직하며, 특히, 알킬페놀 포름알데히드 수지(반응성 페놀 수지)가 바람직하게 사용된다. 알킬페놀 포름알데히드 수지가 사용되는 경우, 다른 수지 가교제를 사용한 경우에 비해 우수한 가교가 이루어질 수 있어서, 엘라스토머 조성물의 강도(내마모성)가 향상되며, 게다가, 롤러로 제조되었을 때의 내열성이 향상되며, 영구 압축 변형률은 더 작아진다. 이는 가교 밀도의 변화에 기인한 것으로 보인다. 여기서, 염화은과 같은 촉매가 수지 가교제와 함께 가해질 수 있다.

가교 반응을 적절히 진행하기 위하여, 가교 보조제(활성화제)가 사용될 수 있다. 가교 보조제로써, 금속 산화물이 사용되며, 특히, 산화 아연 및 탄산 아연이 바람직하다.

더구나, 본 발명의 엘라스토머 조성물에 있어서, 상업적으로 이용 가능한 석유 연화제 및 가소제가 연화제로써 사용될 수 있다. 예를 들어, 방향제, 테플론(R), 및 파라핀 석유 연화제와 프탈레이트, 아디페이트, 세바케이트, 포스페이트, 폴리에테르, 폴리에스테르 가소제 등이 사용될 수 있다. 여기서 사용될 수 있는 석유 연화제에는 상업적으로 이용 가능한 석유 연화제 및, 상술한 수지 가교제에 의해 동적으로 가황화될 수 있는 고무가 유전 고무인 경우, 기름 성분이 유전 고무 내에 포함된다.

연화제는 하기의 이유때문에, 고무 성분 (A)의 100 중량부에 대해 10 중량 부 내지 200 중량부의 비율로 혼합된다. 만일, 연화제가 상기의 범위보다 작은 양으로 포함되면, 연화제 추가에 의한 효과, 즉, 동적 가교시에 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머와 올레핀 수지의 혼합물에서 고무와 다른 물질들의 분산성을 향상시키는 효과를 얻기가 힘들다. 만일, 연화제가 상기 범위보다 많은 양으로 포함되면, 엘라스토머 조성물의 강도 및 내마모성을 향상시키는 효과를 거두기 힘들다. 여기서, 유전 고무의 경우, 상기 고무의 중량부는 유전 고무의 중량에서 기름 성분의 중량을 감하여 얻어지는 고무 성분 단독의 중량을 나타낸다.

또한, 숙성 방지제 및 충전제 등이 필요에 따라 엘라스토머 조성물에 혼합될 수 있다. 충전제의 예에는 실리카 분말, 카본 블랙, 점토, 활석, 탄산 칼슘, 2 염기성 아인산염(DLP), 염기성 탄산 마그네슘 및 알루미나가 포함된다. 충전제가 혼합되는 경우, 충전제는 바람직하게는 엘라스토머 조성물의 총 중량에 대해 15% 이하의 중량비로 혼합된다. 이는 하기의 이유에 기인한다. 충전제의 혼합은 엘라스토머 조성물의 인장 강도, 인열 강도 등의 향상에 효과적이다; 그러나, 지나치게 많은 충전제가 혼합되면, 엘라스토머 조성물의 유연성이 저하되며, 롤레로 제조되는 경우, 롤러의 마찰 계수가 떨어지는 경향이 있다.

본 발명에 있어서, 가공유, 숙성 방지제 및 충전제와 같은 비중합체 성분을 제외한 중합체 성분의 비율(고무 + 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머 + 올레핀 수지 + 수지 가황화제 + 기타 부가되는 수지)은, 바람직하게는 40 중량% 이상 95 중량% 이하로 되며, 더욱 바람직하게는, 엘라스토머 조성물의 총 중량에 대해 59 중량% 이상 95 중량% 이하로 된다. 이러한 비율은 엘라스토머 조성물의 강도를 향상시키기 위하여(내마모성을 확보하기 위하여) 40 중량% 이상임이 바람직하고, 엘라스토머 조성물의 혼합 가공성 및 주조성을 확보하기 위해 95 중량% 이하임이 바람직하다.

상술한 바와 같은 엘라스토머 조성물은 상기 고무 성분 (A), 혼합 조성물 (B), 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C), 수지 가교제 및 기타 여러 가지 부가적인 첨가제를 반죽기에 가하여 혼합함으로써 얻어진다. 상기 혼합된 생성물은 2축 압출기에 가해지며, 압출기에서 160℃ 내지 200℃로 가열되면서 고무 성분 (A)가 수지 가교제에 의해 동적으로 가교되고, 혼합 조성물 (B) 내에서 분산된다.

본 발명은 상술한 엘라스토머 조성물을 사용함으로써 형성되는 고무 롤러를 제공한다.

구체적으로, 엘라스토머 조성물은 2축 압출기를 사용하여 펠릿을 형성하도록 압출될 수 있으며, 펠릿은 압출기를 사용하여, 고무 롤러로 절단되는 튜브를 형성하도록 압출되거나, 주입 주조 장치(injection molding apparatus)에 주입되어 이를 통해 튜브로 주조됨으로써, 이러한 주조된 생성물의 표면이 바람직한 크기로 연마·절단되어 고무 롤러를 형성할 수 있다.

생성된 고무 롤러는 이미지 형성 장치의 종이 공급 롤러로써 적절하게 사용된다.

생성된 고무 롤러는 JIS K6301에 따라 인장 강도 TB가 4.5MPa 이상 8.5MPa 이하이고, JIS K6301에 따라 쇼어 경도(Shore A hardenss) Hs가 30 이상 50 이하인 등의 특성을 가진다.

상술한 바와 같이, 인장 강도 TB가 4.5MPa 이상 8.5MPa 이하로 되고, 쇼어 경도(Shore A hardenss) Hs가 30 이상 50 이하로 되면, 인장 강도 TB는 인장 강도 TB는 종이 공급 롤러로써 허용되는 낮은 경도를 유지하면서 인장 강도 TB가 8.5MPa 이상으로 상승될 수 있다. 이는 유동 회전시의 내마모성의 향상과 마모에 의한 손실 중량의 감소에 효과적이어서, 이에 의해 계속적인 사용에 따른 고무 분말의 발생을 감소시킬 수 있다.

상기의 특성을 가지므로, 생성된 고무 롤러는 잉크젯 프린터, 레이져 프린터, 정전 복사기 및 팩시밀리 장치 등의 종이 공급 롤러로서 적절히 사용될 수 있다.

상기 고무 롤러의 인장 강도는 하기의 이유때문에 4.5MPa 이상 8.5MPa 이하로 된다. 만일 인장 강도가 4.5보다 작다면, 마모량이 크게 되며, 그 반면에, 인장 강도가 8.5를 초과하면, 마찰 계수가 작게 된다. 인장 강도는 바람직하게는 6.0MPa 이상 8.0 MPa 이하이다.

쇼어 경도 Hs는, 우수한 유연성이 얻어질 수 있기 때문에 30 이상 50 이하로 되며, 이러한 고무 롤러는, 상대적으로 작은 압력으로 종이 또는 필름 상에 눌려지는 경우에도 충분히 변형되어 고무 롤러와 종이 또는 필름 간의 큰 접촉 면적을 확보할 수 있다. 만일, 쇼어 경도 Hs가 30 보다 작으면, 마찰량이 크게 되며, 그 반면에 쇼어 경도 Hs가 50을 초과하면, 종이가 통과하는 동안 종이의 비공급이 발생한다. 더욱 바람직하게는, 쇼어 경도 Hs는 35 이상45 이하로 된다.

본 발명의 고무 롤러는 특히, 상술한 엘라스토머 조성물로 만들어진 상술한 고무 롤러가 세라믹 또는 금속으로 만들어진 코어의 외주면에 맞추어져 고정되는 방법으로 사용된다. 만일, 고무 롤러의 두께가 1mm보다 작다면, 탄성이 부족하게 되어, 전달 특성이 저하되기 쉽다. 그러므로, 고무 롤러의 두께는 바람직하게는 1mm 내지 20mm이며, 더욱 바람직하게는 3mm 내지 20mm이다.

여기서, 상기 고무 롤러는, 그 표면(종이 또는 필름과 같은 전달된 대상물과 접촉하는 면) 상의 상술한 엘라스토머 조성물로 만들어진 적어도 하나의 표면층을 구비하는 것일 수 있다.

더구나, 본 발명에 의한 고무 롤러의 표면은 바람직하게는 연마된다. 고무 롤러사 연마되는 경우, 연마되기 쉬운 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머가 처음으로 연마되며, 고무가 이보다 덜 연마되는 경향이 있어서, 이러한 두 물질 간의 연마되는 정도의 차이로 인하여 롤러의 표면에 불규칙면(고무의 볼록면)이 효과적으로 형성된다. 그러므로, 고무 롤러의 표면은 종이에 대한 강한 인력(gripping force)을 나타내도록 종이와 접촉함으로써 마찰 계수를 크게 향상시키게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

본 발명의 엘라스토머 조성물은 디엔 고무 및 EPDM고무의 적어도 하나를 포함하는 고무 성분 (A)로써 200 중량부의 유전 EPDM(EPDM 고무의 100 중량부 + 파라핀 오일의 100 중량부)을 포함하고; 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머와 올레핀 수지를 포함하는 혼합 조성물 (B)로써 PP-함유 SEPS 화합물을 100 중량부로 포함하며; 부분적으로 이중 결합이 잔류하는 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)로써 HYBRAR VS-1의 50 중량부를 포함하는데, 상기 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)는, 반응성 페놀 수지로 만들어진 수지 가교제와 가교 보조제로써 징크 화이트(zinc white)를 사용함으로써 동적으로 가교된다.

상기의 성분에서, 혼합 조성물 (B)는 고무 성분 (A)의 100 중량부에 대해 100 중량부의 비율로 혼합되고, 열가소성 엘라스토머 (C)는 혼합 조성물 (B)의 200 중량부에 대해 100 중량부의 비율로 혼합된다.

이러한 엘라스토머 조성물은 7.2MPa의 인장 강도 TB, 45의 경도 Hs 및 2.2 mg의 마찰에 의한 중량 손실을 나타낸다.

상술한 엘라스토머 조성물은 본 발명에 따라 하기와 같은 엘라스토머 조성물의 제조 방법에 의해 제조된다.

먼저, 디엔 고무 및 EPDM 고무의 적어도 하나를 포함하는 고무 성분 (A), 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머 및 올레핀 수지를 포함하는 혼합 조성물 (B), 이중 결합이 부분적으로 잔류하는 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C) 및 페놀 수지 가교제가 바람직한 비율로 반죽기(kneader)에 가해져서 혼합된다.

이러한 혼합물은 2축 압출기로 가해져서 200℃에서 동적 가교를 진행함으로써, 고무 성분이 균일하게 분산되며, 열가소성 엘라스토머 조성물이 펠릿으로써 제조된다.

1축 압출기를 사용함으로써 이러한 펠릿은 압출되어 튜브를 형성하며, 금속으로 만들어진 코어가 공동 부분에 삽입되어 고무 롤러가 얻어진다. 도 1을 참조하면, 고무 롤러(10)은 상술한 엘라스토머 조성물로 만들어지며 관 형태로 형성된 롤러부(11)를 포함하며, 이와 함께 롤러부(11)의 공동 부분에 코어로써 딱 맞게 삽입된 축상의 코어(12)를 포함하거나, 상기 축상의 코어와 롤러부가 접착제를 사용하여 고정된다.

이러한 방법으로 바람직한 경도를 유지하고, 마모에 의한 중량 손실이 작게 되도록 내마모성이 극히 우수하면서도 높은 인장 강도를 가지는 고무 롤러를 제조할 수 있다. 그러므로, 바람직한 경도 및 우수한 내마모성을 실현할 수 있으며, 특히, 유동 회전시에 내마모성이 우수한 종이 공급 롤러를 얻을 수 있다.

상술한 실시예에 더하여, 디엔 고무가 고무 성분으로 사용되거나, EPDM 고무 및 디엔 고무가 조합되어 사용될 수 있다. 또한, 융화성을 부여하기 위한 제제로써, 산에 의해 변성된 EPDM이 사용되거나, 산-변성 스티렌 열가소성 엘라스토머와 함께 조합되어 사용될 수 있다. 또한, 일반적으로 D-형태를 가지는 코어 물질을, 관 형태를 가지도록 주조된 롤러부의 공동 부분에 딱 맞게 삽입함으로써, 일반적으로 D-형태를 가지는 고무 롤러가 제조될 수 있다. 여기서, 옹이 형태의 홈이 고무 롤러의 표면에 제공될 수 있다.

이하, 본 발명의 엘라스토머 조성물을 사용하여 제조된 고무 롤러의 실시예 및 비교예를 상술하기로 한다. 고무 롤러는 하기의 표 1에 나타난 혼합 비율에 따라 제조된다.

[표 1]

	성분 A	성분 B	성분 C	TB(MPa)	Hs	마모손실 중량(mg)	고무 분말
비교예 1	EPDM 200	100	0	3.9	35	10.8	다량
비교예 2	EPDM 100	100	100	3.8	36	10.5	다량
비교예 3	IIR 100	100	100	3.2	45	15.6	다량
실시예 1	EPDM 100	100	50	4.5	40	6.3	거의 없음
실시예 2	EPDM 100	100	30	5.6	43	5.5	거의 없음
실시예 3	EPDM 100	100	10	5.6	43	5.5	거의 없음
실시예 4	EPDM 200	100	10	6.7	42	1.5	거의 없음
실시예 5	EPDM 200	100	30	7.3	49	0.9	실질적으로 없음
실시예 6	EPDM 200	100	50	7.4	50	0.6	실질적으로 없음

성분 A

EPDM : 스미토모 화학 주식회사에 의해 제조된 에스프렌 670F

IIR : 일본 합성 고무 주식회사에 의해 제조된 부틸 고무 부틸-268

성분 B

쿠라레이 플라스틱 주식회사에 의해 제조된 SEPS 화합물 CJK1 (PP 함유)

성분 C

HYBRAR VS-1

· 고무 성분 A ; EPDM : 스미토모 화학 주식회사에 의해 제조된 에스프렌 670F.

IIR : 일본 합성 고무 주식회사에 의해 제조된 부틸 고무 부틸-268.

· 혼합 성분 B ; SEPS + PP : 쿠라레이 플라스틱 주식회사에 의해 제조된SEPS 화합물 CJK1 (PP 함유).

(수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머(SEPS) : 올레핀 수지(PP)) = (100:35)

· 열가소성 엘라스토머 (C) ; 쿠라레이 주식회사에서 제조된 HYBRAR VS-1.

고무 롤러의 구체적인 제조 방법을 설명하기로 한다.

먼저, 각 재료의 중량을 측정하고, 고무 성분 (A), 12 중량부의 수지 가교제(타오카 화학 주식회사 제조, TACKROL 250-III) 및 5 중량부의 징크 화이트가 고무 성분 (A), 혼합 조성물 (B) 및 열가소성 엘라스토머 조성물 (C)와 혼합되었다. 상기 혼합 생성물을 회전통에 가하고 23℃에서 10 분간 혼합하였다. 이후, 2축 압출기(아이백 주식회사에 의해 제조된 HTM 38) 내에서 200℃로 동적 가교를 진행하여, 열가소성 엘라스토머 조성물을 제조하며, 이는 압출되어 펠릿을 형성하였다.

계속하여, 이러한 펠릿은 1축 압출기(카사마쯔 프로세싱 인스티튜트 주식회사 제조 φ 50 압출기, 20rpm, 온도 제어 : 190 내지 230℃)로 압출되어 튜브를 형성함으로써, 18mm의 내경 및 22mm의 외경을 가지는 압출된 주조 생성물을 얻었다. 이러한 튜브-형태의 압출된 주조 생성물은 소정의 크기로 절단되어 15mm의 너비를 가지는 고무 롤러를 형성하였다. 그 공동부로 코어가 삽입되어 고정되었다.

(실시예 1 내지 6)

고무 성분 (A), 혼합 조성물 (B) 및 열가소성 스티렌 엘라스토머 조성물 (C)가 표 1에 나타난 바와 같이 혼합되었다. 즉, 스티렌 엘라스토머 조성물 (C)는 혼합 조성물 (B)의 200 중량부에 대해 2 중량부 이상 100 중량부 이하의 비율로 혼합되며, EPDM이 고무 성분으로 사용되었다.

(비교예 1 내지 3)

표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1에서는 엘라스토머 조성물 (C)가 사용되지 않았다. 비교예 2 및 3에서는, 혼합 조성물 (B) 및 엘라스토머 조성물 (C)가 동일한 양으로 사용되었다.

상기 실시예 및 비교예의 고무 롤러에 대하여, 후술할 방법에 따라 인장 강도 TB, 경도 Hs, 마모에 의한 중량 손실 및 고무 분말의 발생에 대한 평가를 실시하였다. 그 결과는 표 1에 나타난 바와 같다.

(인장 강도)

동적으로 가교된 조성물은 주입에 의해 판으로 주조되었으며, 인장 강도 TB는 JIS K6301을 기초로 측정되었다.

(경도)

경도 Hs는 쇼어 경도이며, 이에 대한 측정은 JIS K6301에 의하였다.

(마찰에 의한 중량 손실)

절단된 생성물이 20mm의 직경을 가지는 둥근 코어 상에 고정되었으며, 방출 부재(고무로 만든 판) 상에서의 유동 회전에 의해 300g의 부하를 적용하여 100rpm으로 회전시켰다. 중량 손실(mg)은 마모의 전, 후에 측정되었으며, 고무 분말의 발생 정도는 육안 측정으로 확인되었다. 마찰에 의한 중량 손실에 대하여, 7mg 보다작은 것을 우수한 것으로 결정하였다.

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 6은 4.5 내지 7.4 MPa의 높은 인장 강도와 0.6 내지 6.3mg의 낮은 마모 손실 중량을 나타내었다. 더구나, 쇼어 경도는 롤러에 대한 허용 가능한 낮은 경도인 40 내지 50 이었으며, 고무 분말의 발생량은 거의 없거나 실질적으로 존재하지 않았다.

한편, 열가소성 엘라스토머 (C)가 혼합되지 않은 비교예 1과 혼합량이 많았던 비교예 2 및 3에서는, 인장 강도가 4.5MPa 보다 작아서, 10.8 내지 15.6의 많은 마모 손실 중량을 나타내었으며, 많은 고무 분말이 발생하였다.

상술한 기술로부터 명백히 이해되는 바와 같이, 본 발명의 엘라스토머 조성물은 디엔 고무 또는 EPDM 고무 (A), 스티렌 열가소성 엘라스토머와 올레핀 수지를 포함하는 혼합 조성물 (B) 및 이중 결합이 부분적으로 잔류하는 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)를 소정의 비율로 혼합함으로써 제조되며, 수지 성분과 고무 성분의 결합이 이러한 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)에 의해 촉진되어 인장 강도가 향상될 수 있어서, 상기 엘라스토머 조성물은 우수한 내마모성 및 바람직한 경도를 가진다.

상술한 엘라스토머 조성물을 사용하여 형성된 고무 롤러는, 적합한 경도를 가지면서도 높은 인장 강도 TB 및 우수한 마찰 계수를 가지므로, 유동 회전시에 높은 부하를 수용하는 종이 공급 고무 롤러로써 적절하게 사용된다. 그러므로, 본 발명의 고무 롤러는 종이 한장이 공급될 때마다 방출 부재에 대해 유동 회전함에 따라, 잉크젯 프린터, 레이져 프린터, 정전 복사기 또는 팩시밀리 장치와 같은 OA 장비나, 자동 예금 인출·입금 장치(ATM) 등에 대한 종이 공급 시스템에서 높은 마찰 계수 뿐만 아니라 높은 내마찰성을 요구하는 종이 공급 롤러로 사용되기에 적합하다.

Claims

디엔 고무 및 EPDM 고무의 적어도 하나를 포함하는 고무 성분 (A);

수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머 및 올레핀 수지를 포함하는 혼합 조성물 (B); 및

이중 결합이 부분적으로 잔류하는 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)를 함유하되,

상기 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)는 상기 혼합 조성물 (B)의 200 중량부에 대해 2 중량부 이상 100 중량부 이하의 비율로 혼합되며,

상기 고무 성분 (A)는, 그 내에서 분산된 상기 스티렌 열가소성 엘라스토머 (C)을 가지는 상기 혼합 조성물 (B) 내에서 동적 가교에 의해 분산되는 엘라스토머 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합 조성물 (B)는 상기 고무 성분 (A)의 100 중량부에 대해 2 중량부 이상 100 중량부 이하의 비율로 혼합되며,

상기 고무 성분 (A)는 수지 가교제에 의해 동적으로 가교되는 엘라스토머 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합 조성물 (B)에서 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머와 올레핀 수지의 중량비는 (수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머 : 올레핀 수지) = (100 : 0.1) 내지 (2 : 50)인 엘라스토머 조성물.
제 2 항에 있어서, 상기 혼합 조성물 (B)에서 수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머와 올레핀 수지의 중량비는 (수소화된 스티렌 열가소성 엘라스토머 : 올레핀 수지) = (100 : 0.1) 내지 (2 : 50)인 엘라스토머 조성물.
제 1 항의 엘라스토머 조성물을 사용하여 형성되는 고무 롤러.
제 2 항의 엘라스토머 조성물을 사용하여 형성되는 고무 롤러.
제 3 항의 엘라스토머 조성물을 사용하여 형성되는 고무 롤러.
제 4 항의 엘라스토머 조성물을 사용하여 형성되는 고무 롤러.
제 4 항에 있어서, JIS K6301에 따라 인장 강도 TB가 4.5MPa 이상 8.5MPa 이하이고, JIS K6301에 따라 쇼어 경도(Shore A hardenss) Hs가 30 이상 50 이하인 고무 롤러.
제 5 항에 있어서, JIS K6301에 따라 인장 강도 TB가 4.5MPa 이상 8.5MPa 이하이고, JIS K6301에 따라 쇼어 경도(Shore A hardenss) Hs가 30 이상 50 이하인 고무 롤러.
제 6 항에 있어서, JIS K6301에 따라 인장 강도 TB가 4.5MPa 이상 8.5MPa 이하이고, JIS K6301에 따라 쇼어 경도(Shore A hardenss) Hs가 30 이상 50 이하인 고무 롤러.
제 7 항에 있어서, JIS K6301에 따라 인장 강도 TB가 4.5MPa 이상 8.5MPa 이하이고, JIS K6301에 따라 쇼어 경도(Shore A hardenss) Hs가 30 이상 50 이하인 고무 롤러.
제 8 항에 있어서, JIS K6301에 따라 인장 강도 TB가 4.5MPa 이상 8.5MPa 이하이고, JIS K6301에 따라 쇼어 경도(Shore A hardenss) Hs가 30 이상 50 이하인 고무 롤러.
제 5 항에 있어서, 이미지 형성 장치의 종이 공급 롤러로써 사용되는 고무 롤러.
제 6 항에 있어서, 이미지 형성 장치의 종이 공급 롤러로써 사용되는 고무 롤러.
제 9 항에 있어서, 이미지 형성 장치의 종이 공급 롤러로써 사용되는 고무 롤러.
제 10 항에 있어서, 이미지 형성 장치의 종이 공급 롤러로써 사용되는 고무 롤러.