KR20040100129A - 외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM)를 주성분으로 하고 보강제로서 종래 카본블랙 대신에 실리카를, 그리고 선택적으로 티타늄계 커플링제를 첨가하여 자동차용 도어 접착부 등의 웨더스트립을 제조하는데 사용하는 경우 내후성 등의 물성은 유지하면서 다양한 색상의 안료를 적용할 수 있도록 개선시킨 외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물에 관한 것이다.

Description

외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물{Composition for weather strip of Automobile}

본 발명은 외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM)를 주성분으로 하고 보강제로서 종래 카본블랙 대신에 실리카를, 그리고 선택적으로 티타늄계 커플링제를 첨가하여 자동차용 도어 접착부 등의 웨더스트립을 제조하는데 사용하는 경우 내후성 등의 물성은 유지하면서 다양한 색상의 안료를 적용할 수 있도록 개선시킨 외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물에 관한 것이다.

자동차용 웨더스트립(weather strip)은 도 1에서와 같이 도어(door)와 차체사이에 장착되어 외부환경으로부터 차체를 실링(sealing)하는 부품으로 풍절음(wind noise), 물, 먼지 등이 차량 내부에 유입되는 것을 차단하는 역할을한다(참조: 도 1).

이러한 웨더스트립은 고속 주행시 실링성능 향상을 위해 고도의 반발력을 장기간 동안 유지해 주어야 하며 도어의 개폐에 따른 필링(feeling) 성능을 향상을 위해 낮은 정적인 반발력을 가져야 하는 등 고도의 물성이 요구된다. 또한, 이러한 기능을 만족시키기 위하여 고무를 스폰지 형태로 발포시켜 사용해야 하는 등의 여러 제약조건이 있을 뿐만 아니라, 항상 햇빛에 노출되어 있으므로 내오존성이나 내후성도 갖추어야 한다.

그러므로, 통상의 자동차 웨더스트립은 에틸렌프로필렌디엔고무(이하, "EPDM"이라 한다)를 주 원료고무로, 카본블랙을 보강제로 첨가하여 도어실링성이나 내압축변형성 등 물성보강을 위해 다양하게 개선시켜왔다[대한민국특허출원 제1995-56765호, 대한민국특허출원 제2001-6561호 및 대한민국특허출원 제2001-43851호].

그런데, 이러한 웨더스트립을 구성하는 고무조성물에서 보강제로서 사용되는 카본블랙의 경우, 그 색상이 검은 색을 띄고 있어 웨더스트립 외관의 색상을 다양하게 하는 등의 외관특성에 대한 개선이 어려워 최근의 자동차 업계에 부각되어지고 있는 시각적인 만족도를 부여할 수 없는 등 소비자의 기호를 충족시키기 어려운 문제점이 있어왔다.

따라서, 이러한 웨더스트립 외관을 향상시키기 위한 여러 시도들이 있어왔는데, 그 중에는 우선, 천(cloth) 등을 이용해 웨더스트립 표면을 감싸는 방법이 있다. 그러나, 이와 같은 방법은 부품원가상승은 물론 생산공정이 복잡해 품질관리가 어려우며 내구성이 떨어지고 오염이 쉽게 되는 등 제품제조상의 많은 문제점을 가지고 있다.

또한, 최근에는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer: TPE) 등을 이용해 표면에 칼라솔리드(Color solid) 층을 입히려는 방법이 개발되었으나, 이 또한 발포상의 문제점과 기존의 EPDM과 공압출이 어려워 상용화가 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 이러한 웨더스트립에 대한 외관특성과 색상부여에 대한 기술개발의 필요성이 계속적으로 대두되어 왔다.

이에, 본 발명자는 상기와 같은 종래의 웨더스트립에 대한 외관특성의 한계점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 보강제로서 사용되었던 종래 카본블랙 대신에 실리카(Silica)를 사용하고, 또 선택적으로 티타늄계 커플링제를 첨가함으로써 웨더스트립의 물성은 유지하면서 다양한 색상의 안료를 적용할 수 있어 시각적으로 우수한 제품으로 제조할 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 원료고무에 보강제로서 실리카(silica)를 포함하여 다양한 색상의 안료를 적용할 수 있도록 하여 웨더스트립에 임의의 색상을 부여할 수 있도록 개선된 외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 자동차 웨더스트립의 설치 위치를 예시하여 나타낸 개략도이다.

본 발명은 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM)를 원료고무로 하고 보강제와 첨가제로서 가교조제, 증량제, 가소제, 가황촉진제, 가황제, 발포제를 함유하는 자동차용 웨더스트립 조성물에 있어서, 상기 원료고무인 EPDM 100 중량부에 대해 보강제로서 실리카를 80 ∼ 120 중량부 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 조성물은 경우에 따라서 추가적으로 실란계 또는 티타늄계 커플링제를 0.1 ∼ 3.0 중량부 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 조성물은 외관향상을 위해 다양한 안료를 1 ∼ 5 중량부 추가 사용할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 외관향상용 웨더스트립 조성물에 관한 것으로서, 종래 웨더스티립 조성물 중 보강제로서 카본블랙 대신에 실리카를 포함시킨 것을 특징으로 한다.

우선, 본 발명의 웨더스트립 원료고무로는 EPDM을 사용한다. 이는 주쇄내에 이중결합을 가지고 있지 않기 때문에 내오존 및 내후성에 대단히 우수한 재료이기 때문이다. 다만, 그 자체만으로는 물성이 좋지 않기 때문에 물성 보강을 위해 보강제를 첨가하는데, 본 발명에서는 종래 사용되어오던 카본블랙 대신에 실리카(Silica)를 사용한다.

왜냐하면, 실리카는 카본블랙과는 달리 흰색을 띄기 때문에 색상표현을 위해 안료 사용 시 임의의 색깔을 표현할 수 있을 뿐만 아니라, 물성 보강효과도 있기때문이다.

본 발명에 따르면 이때, 이 실리카의 함량은 원료고무 100 중량부에 대하여 80 내지 120 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 실리카의 함량이 너무 많거나 적으면, 물성보강효과가 적을 뿐만 아니라, 분산이 제대로 이루어지지 않아서 제품성형시 제품불량의 원인이 될 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 보강제로서 실리카 사용시 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 선택적으로 커플링제를 포함할 수도 있다. 이러한 커플링제는 원료고무 100 중량부에 대하여 실란(Silane)계를 비롯한 티타늄계 커플링제 0.1 내지 3.0 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 특히 티타늄계 커플링제가 웨더스트립의 요구물성을 맞추는데 더욱 바람직하다.

이러한 티타늄계 커플링제는 반응중에 부수물로 생성되는 TiO₂에 의해 색상의 선명화가 가능하게 되는 부수적인 효과도 있으며, 다음 반응식 1에서와 같이 실리카 입자표면의 양성자(proton)를 활성화시켜 상용성을 향상시킬 수 있는 특징이 있기 때문에 사용하는 것이 좋다.

즉, 상기 반응식에서 알 수 있듯이 티타늄계 커플링제는 실리카 표면에 수많은 반응기를 유도함으로서 원료고무와의 친화성이 향상되며 분산성도 월등히 개선되어지는 효과가 있으며, 그 결과 제품의 보강효과가 뛰어나 웨더스티립에서 요구되는 물성을 만족시킬 수 있게 된다. 이러한 티타늄계 커플링제로는 화학식 1의사이클로(디옥틸)피로포스페이트 디옥틸티타네이트(Cyclo(dioctyl)pyrophosphate dioctyltitanate) 등이 사용될 수 있다.

그리고, 이들 함량이 너무 과량인 경우에는 미반응된 알콕시 그룹(alkoxy group)을 생성시키므로 원료고무의 가소화반응을 일으켜 웨더스트립 표면에 사용되는 코팅층의 박리를 발생시킬 수 있으며, 또한 가황이 느려져 제품의 표면이 울퉁불퉁해지는 등의 문제가 발생될 수 있는 반면, 그 함량이 너무 소량이거나 첨가가 없으면 목적하는 만큼의 물성 향상을 기대할 수 없으며, 분산성 향상의 효과도 기대할 수 없다.

이밖에도, 본 발명의 웨더스트립 조성은 통상의 첨가제를 통상의 함량대로 첨가할 수 있는 바, 가황을 촉진시키고 분산을 향상시키기 위해서 통상적인 산화아연(ZnO), 스테아르산(Stearic acid) 등의 가교조제를 1 ∼ 10 중량부 포함하며, 또한 원가절감을 위해 탄산칼슘(CaCO₃) 등의 증량제를 10 ∼ 30 중량부 포함할 수 있다.

그리고, 이들 증량제를 과량 사용하면 제품물성이 취약해지고 가공성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있으며, 이러한 가공성을 향상시키기 위해 본 발명은 가소제로서 파라핀계 오일을 40 ∼ 70 중량부 추가적으로 포함할 수 있다.

또한, 스폰지 제품을 형성하기 위해서는 발포제를 1 ∼ 10 중량부 첨가할 수 있는데, 이 함량이 너무 과량이면 제품에 발포제가 잔존할 수 있게 되어 승차자에게 불쾌한 냄새를 줄 수 있으므로 바람직하기로는 1 ∼ 5 중량부 등으로 적량 사용하는 것이 좋다.

그리고, 본 발명에서 안료는 퍼머너트 레드(Permanent red) 4R, 브릴리언트 카민(Brilliant carmine) 3B, 벤지딘 엘로우(Benzidine yellow) G, 벤지딘 그린(Benzidine green) 등의 아조(Azo)계의 착색제를 1 ∼ 5 중량부 사용한다. 이들 안료를 과량 사용하면 웨더스트립의 물성에 영향을 미칠 수 있고, 자동차의 사용조건에 맞는 내후성 및 내오존성을 만족시키기 위해서는 지나친 사용은 좋치않다.

그외에도 통상 사용되는 첨가제로서 가황제 0.1 ∼ 10 중량부, 가황촉진제 0.1 ∼ 10 중량부를 사용할 수 있다.

이와 같이 조성된 본 발명에 따른 웨더스트립 조성물은 실리카를 사용한다는 점에서 전혀 새롭고, 또한 커플링제와 안료를 첨가 사용한다는 점에서도 새로운 조성이며, 안료를 첨가함에 따른 색상부여 효과는 본 발명에 따른 새로운 성분의 사용으로 가능해진 것이다.

이러한, 본 발명에 따른 조성물을 이용하여 자동차용 웨더스트립을 제조하는경우 통상의 방법과 동일하게 실시하면 제조가능하고, 특히 안료의 선택에 따라 다양한 색상의 자동차 웨더스트립을 제공할 수 있어서 자동차 외관향상에 크게 기여할 수 있는 것이다.

또한, 자동차 이외에도 각종 설비의 개폐기에도 웨더스트립으로 다양하게 적용할 수 있다.

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

실시예 1 :

다양한 색상을 가지는 웨더스트립을 제조하기 위하여 다음 표 1의 성분 및 함량(중량부)을 이용하였다. 즉, EPDM 고무를 밴버리 믹서(Banbury mixer)를 이용하여 소련 후 실리카를 투입하고, 이를 3분간 혼련한 다음, 스테아르산(Stearic acid), 산화아연(ZnO), 탄산칼슘(CaCO₃), P-오일 및 안료를 함께 넣어 3분간 혼련하였다. 그 후, 이렇게 준비된 마스터뱃치(masterbatch)를 롤밀(Roll Mill)을 이용하여 황과 가교촉진제를 고르게 분산시켜 고무 조성물을 준비하였다. 그리고, 이렇게 만들어진 고무 조성물을 레오미터(Rheometer)를 이용하여 적정가류시간을 측정한 뒤 프레스를 이용하여 165 ℃에서 210 kgf/cm²으로 가열가압하여 가황시편을 제조하였다.

실시예 2 내지 4:

보강제로서 실리카와 티타네이트(Titanate)를 동시에 투입하여 혼련시킨 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통해 고무시편을 제조하였다.

비교예:

보강제로서 카본블랙을 첨가하였고, 안료를 첨가하지 않은 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통해 고무시편을 제조하였다.

실험예:

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무시편을 이용하여 다음과 같은 방법으로 물성을 비교평가하여 표 2에 요약정리하였다:

[시험방법]

경도: KS M 6784에 따라 측정하였다.

인장강도, 신율 및 모듈러스(Modulus): KS M 6782에 따라 아령형 3호로 측정하였다.

노화물성: 70 ℃ 에서 72시간 노화후 물성변화를 기록하였다.

제품평가: 스폰지 압출물의 성능평가를 위해 MS 261-14에 따라 압축하중 및 영구압축줄음율을 평가하였으며 색상의 내구성능평가를 위해 제논 웨더-o-미터(Xenon Weather-o-meter)를 이용한 촉진 내후성능을 1000시간 동안 평가하였다.

그리고, 상기 실시예 및 비교예의 고무시편을 압출기를 이용하여 웨더스트립 표준단면의 부품을 제조하였고, 자동차 사용조건에 따라 부품의 성능평가를 진행하여 표 2에 함께 그 결과를 요약하여 나타내었다.

이상의 결과를 볼 때, 실시예 1의 경우 실리카만을 혼합하여 분산이 제대로 이루어지지 않아 고무와 보강제간의 친화력이 저하되기 때문에 비교예의 경우에 비해 물성이 상당히 낮음을 알 수 있다.

그렇지만 실시예 1의 경우도 실리카의 혼합에 따른 내열성의 증가로 노화후의 물성저하는 상당히 줄어드는 효과가 있음을 확인할 수 있다.

또한, 실시예 2 내지 4의 경우는 티타네이트(Titanate)계 커플링제를 혼합하여 배합한 결과 물성이 대폭적으로 개선되었음을 알 수 있다. 이에 따라, 비교예의 시편에 비해 우수한 기본물성 외에 노화후의 물성 개선으로 인한 장기간의 웨더스트립 수명확보가 가능하였으며, 고른 분산에 의한 색상 차이도 현격히 줄어듦을 알 수 있었다.

이는 제품의 경우에서도 영구압축줄음율이 향상되는 현상으로 확인이 가능한데 제품이 오랜 시간동안 그 성능을 유지하기 위해서는 초기의 압축하중을 계속 유지하여 차량의 실링성을 유지할 수 있도록 하는 것이 가장 중요한 요구사항이다.

또한, 햇빛에 의한 웨더스트립의 변색을 알아보기 위한 내후성 평가결과 1000시간의 장기 촉진평가에서도 문제가 없는 등 상품성 측면에서도 우수한 효과를 나타내었다.

무엇보다도, 본 발명에 따른 실시예 1 ∼ 4의 경우는 안료사용으로 물성의 저하없이도 다양한 색상의 제품을 제조할 수 있다는 새로운 효과를 나타내었다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 외관향상용 웨더스트립 조성물은 종래와는 달리 보강제로서 종래 카본블랙 대신에 실리카와 선택적으로 티타네이트계 커플링제를 첨가한 것이므로, 웨더스트립의 요구물성은 만족시키면서 동시에 다양한 색상을 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM)를 원료고무로 하고 보강제와 첨가제로서 가교조제, 증량제, 가소제, 가황촉진제, 가황제, 발포제를 함유하는 자동차용 웨더스트립 조성물에 있어서, 상기 원료고무인 EPDM 100 중량부에 대해 보강제로서 실리카를 80 ∼ 120 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 조성은 추가적으로 원료고무 100 중량부에 대하여 티타늄계 커플링제 0.1 내지 3.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 티타늄계 커플링제는 사이클로(디옥틸)파이로포스페이트 디옥틸티타네이트(Cyclo(dioctyl)pyrophosphate dioctyltitanate)인 것을 특징으로 하는 외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물.
4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 자동차 웨더스트립 조성물은 추가적으로원료고무 100 중량부에 대하여 안료 1 ∼ 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 외관향상용 자동차 웨더스트립 조성물.