KR20120096132A - 비공기압식 타이어 부재용 폴리우레탄 주조 엘라스토머 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비공기압식 타이어용 우레탄에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비공기압식 타이어의 스포크 제조에 사용되는 우레탄에 관한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 다른 물리적 특성 및 가공 이점의 손상이 없이 더 낮은 영구압축변형율을 가지는 폴리우레탄 주조 엘라스토머를 제공할 수 있도록, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리우레탄 예비중합체를 가교하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 우레탄은 영구 압출 줄음율이 큰 폭으로 개선되어 비공기압식 타이어의 스포크에 사용될 경우, 영구압축변형을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 폴리올을 사용한 폴리우레탄 주조 엘라스토머는 영구압축변형율이 크게 향상되고, 종래 기술과 비교하여 동일한 가공 이점을 가지고, 동시에 이들의 물리적 특성에 대해서는 적어도 종래 기술과 동등한 수준을 유지하여 비공기압식 타이어 부재로 사용이 가능하다.

Description

비공기압식 타이어 부재용 폴리우레탄 주조 엘라스토머 및 그 제조 방법{POLYURETHANE ELASTOMER FOR NONAIR-TYPE TIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 비공기압식 타이어용 우레탄에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비공기압식 타이어의 스포크 제조에 사용되는 우레탄에 관한 것이다.
기존 고무 공기압식 타이어를 대체하기 위해 비공기압식의 새로운 타이어가 개발되고 있다. 통상 비공기압식 타이어는 도 1에 도시된 바와 같이, 타이어 휠에 마차의 바퀴살과 유사한 형태를 가지는 스포크부가 형성되고, 스포크부 외면에 지면에 접촉하는 타이어의 트레드부가 결합된 형태로 이루어져 있다. 트레드부는 지면과의 접촉 및 마찰이 일어나게 되므로 마찰 저항 특성이 중요하며, 이에 반해 스포크부는 타이어의 압축 변형을 막을 수 있도록 압축변형율이 좋아야 한다. 이에 따라, 타이어에 사용될 경우 압축 변형에 견딜 수 있는 새로운 우레탄 수지 및 그 제조 방법에 대한 요구가 계속되고 있다.
친환경타이어 및 이에 부합한 기술개발을 하지 않고는 날로 까다로워지는 환경 규제와 고유가시대에 적응하지 못하게 되며 현재 미국, EU, 일본 같은 선진국은 물론, 세계 2위 자동차시장으로 떠오른 중국에서조차 환경 규제가 강화되고 있기 때문에 이러한 국제 환경규제 강화에 따라 선진국에서는 고무 제조 시에 Nitrosoamine계 첨가제를 금지하고 있으며, PAHs (Poly-Aromatic Hydrocarbons)를 함유하고 있는 Extender Oil류 들의 사용을 금지하는 한편 Reach 법규 제정을 통하여 타이어 산업의 환경 개선을 진행 중이다. 이런 문제점들을 극복하기 위해 기존 고무 공기압식 타이어를 대체 가능한 새로운 개념의 경량 고기능 타이어의 개발이 필요하며 최근 선진업체에서는 신규 탄성 재료를 활용한 신기술 개발이 진행되고 있는 추세이다. 아울러 타이어 생산공정 단순화에 의한 에너지절감과 타이어 내구성 향상 및 재활용성 향상에 의한 환경 문제의 개선을 동시에 확보하는 방안을 추진 중이며 이 외에 선진 업체들은 타이어의 각 부분별 성능 업그레이드를 통해 Rolling Resistance를 낮춘 저연비타이어를 개발하여 환경 규제에 대비하고 있고 아울러 사용된 타이어의 재활용 기술도 개발 중에 있다.
글로벌 타이어 회사들은 기존 기술을 바탕으로 하지 않는 신개념의 선도기술 개발하여 친환경타이어 시장 선점 진행 중으로, 미쉐린 등은 저연비 경량 우레탄 비공기압식 타이어 & Wheel Ass'y 기술 개발하였다.
폴리우레탄 주조 엘라스토머는 다양한 용도에서 수요가 높은 인성재(tough material)로서 잘 알려져 있다. 이 재료는 고무재료에 비해 생산공정이 단순하며, 높은 탄성율, 고온에서의 낮은 tan 값과 우수한 내마모성을 가지고 있어 비공기압식 타이어 재료로써 적절하다. 미국특허 제5,605,657호는 뱃치방법(batch method)에 의해 제조된 캐스트 폴리우레탄 타이어를 그 위에 갖는 고부 하의 비포장 도로용에 적합한 산업용 솔리드 타이어를 개시하고 있다.
폴리우레탄은 폴리이소시아네이트, 대부분 디이소시아네이트, 폴리올, 대부분 디올, 및 히드록실 또는 아미노 말단기를 갖는 단쇄 유기 화합물을 사용하여 제조되는 재료이다.
폴리우레탄은, 첫째, 폴리올과 화학양론적 과량의 폴리이소시아네이트를 미리 반응시켜 NCO기를 갖는 프리폴리머를 형성하고, 이어서 히드록실 또는 아미노 말단기를 갖는 단쇄 유기 화합물과의 쇄 연장 반응을 수행하는 NCO 프리폴리머 방법; 둘째, 폴리올과, 히드록실 또는 아미노 말단기를 갖는 단쇄 유기 화합물을 함께 혼합하고, 이어서 폴리이소시아네이트와 반응시키는 원-샷(one-shot) 방법이라는 2가지 주요 방법으로 나누어진 주조에 의해 제조된다.
프리폴리머 방법이 일반적으로 우수한 제품을 제공하는 이유는 반응열의 일부가 프리폴리머 단계에서 방산되어 실제 중합체 합성의 발열 특성을 낮춘다는 점이다. 이는 분자량의 증가 속도에 바람직한 영향을 미치며, 주조 시간을 길게 유지시켜 가공 이점을 나타낸다.
또 다른 이유는, MDI계 (4,4'-이성질체의 융점: 약 42 ℃) 시스템의 사용을 통해, 예를 들어 프리폴리머화와 관련된 폴리이소시아네이트의 융점을 낮춘다는 점이다. MDI는 프리폴리머화 (NCO 프리폴리머)에 의해 실내 온도에서 액체일 수 있는 데, 이는 본질상 고형일 때와 비교하여 가공을 실질적으로 용이하게 하며, 또한 단량체성 폴리이소시아네이트의 바람직하지 않은 이량체화를 현저히 느려지게 한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 비공기압식 타이어의 스포크의 제조에 적합한 우레탄 수지를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 비공기압식 타이어의 스포크의 제조에 적합한 우레탄 수지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 우수한 영구압축특성을 가지는 우레탄으로 이루어진 비공기압식 타이어의 스포크를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 다른 물리적 특성 및 가공 이점의 손상이 없이 더 낮은 영구압축변형율을 가지는 폴리우레탄 주조 엘라스토머를 제공할 수 있도록, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리우레탄 예비중합체를 가교하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리우레탄 예비중합체는 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리올 화합물과 폴리이소시아네이트 화합물을 반응시켜 우레탄기를 형성하는 방식으로 제조된다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리올 화합물은 상기 폴리카프로락톤 폴리올 및/또는 폴리카보네이트 폴리올 단독으로 사용하거나 공지된 다른 폴리올, 예를 들어 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 아크릴 폴리올과 같은 형태의 공지된 폴리올과 혼합하여 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 폴리올 화합물은 물리적 특성의 저하를 방지하기 위해서, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 또는 이들의 혼합물을 주성분으로 하는 폴리올을 사용하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 폴리올 중에서 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 또는 이들의 혼합물을 주성분으로 하는 폴리올이 60 중량%이상, 보다 더 바람직하게는 70 중량% 이상, 더욱 더 바람직하게는 80 중량% 이상이며, 가장 바람직하게는 90 중량% 이상인 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리카프로락톤 폴리올은 카프로락톤 모노머와 촉매 하에서 개환중합으로 제조할 수 있으며, 폴리카본네이트 폴리올은 글리콜, 예를 들어, 1,6-헥실렌 글리콜과 유기 카본네이트, 예를 들어, 디페닐 카본네이트, 디에틸 카본네이트 또는 에틸렌 카본네이트의 작용으로 준비될 수 있다. 상기 폴리카프로락톤 폴리올이나 폴리카보네이트 폴리올은 상업적으로 구입해서 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리카프로락톤 폴리올 및/또는 폴리카르보네이트 폴리올의 분자량은 변형율에 유리하면서도 종래의 물리적 특성인 경도 및 내마모성의 저하를 방지하고, 인장강도 및 탄성율 면에서는 보다 우수한 특성을 나타낼 수 있도록 250 이상의 수평균 분자량을 가진 폴리올인 것이 바람직하다. 대략 500에서 6,000 사이의 분자량이 선호되며, 특히 대략 650에서 3,000 사이의 분자량이 가장 선호된다. 그러나, 높은 분자량의 폴리올의 분자량은 10,000만큼 높을 수도 있으며, 250만큼 낮을 수도 있다. 추가적으로, 60에서 250 사이의 분자량을 가지는 낮은 분자량의 글리콜들과 트리올들이 포함될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리이소시아네이트 화합물은 예비중합체를 제조한 후 가교가 이루어지도록 디이소시아네이트 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 디페닐메탄 디이소시아네이트가 가장 바람직하다. 디페닐메탄 디이소시아네이트는 지방족 디이소시아네이트, 예를 들어 헥사메틸렌 디이소시아네이트 또는 이소포론 디이소시아네이트에 비해 물성 및 가공성이 우수하며, 톨루엔 디이소시아네이트보다 증기압이 낮아 건강에 대한 위험성이 적다, 또한 고융점을 가지는 파라페닐 디이소시아네이트 또는 나프탈렌 디이소시아네이트로 제조한 예비중합체에 비해 안정성이 뛰어나다.
본 발명에 있어서, 상기 예비중합체는 주조 방법에 의한 엘라스토머의 제조에 적합하도록 NCO 말단의 예비중합체인 것이 바람직하다. OH 말단의 예비중합체의 경우 분자량이 NCO 말단의 예비중합체보다 2배 이상 크기 때문에 높은 점도로 주형 엘라스토머 제조에는 적합하지 않다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 NCO말단 예비중합체는 NCO범위가 9.0-12.0, 보다 바람직하게는 9.2-11.5, 보다 더 바람직하게는 9.4-11.0이며, 가장 바람직하게는 9.6-10.2의 범위이다. 상기 NCO값이 지나치게 높으면 주형 엘라스토머 내에 우레탄기의 농도가 높은 경질상의 크기가 커져 인장이나 압축 시 경질상의 재배열로 인해 변형율이 크게 증가할 수 있으며, 지나치게 낮으면 경질상의 함량이 낮아 경도, 인장강도, 탄성율, 마모성능 등과 같은 물리적 특성이 크게 감소할 수 있다.
NCO 말단 예비중합체는 이들의 제조 직후 사슬 연장제와 반응시키거나 또는 이후 단계에서의 사슬 연장제의 목적을 위해 저온 (저장 온도)으로 냉각하여 저장한다. 예비중합체를 통한 합성 경로는 반응열의 일부가 예비중합체의 합성 동안 이미 생성되어 실질적인 중합체 합성의 발열성을 감소시킨다는 점에서 유리하다. 이는 분자량 증대 속도에 대해 유리한 효과를 나타내고 더 긴 주조 시간을 허용하여 가공 이점을 나타낸다. 예비중합체 방법에 의한 폴리우레탄 주조 엘라스토머의 제조의 하나의 특히 바람직한 실시양태에서, 예비중합체를 먼저 실온 또는 승온에서 감압을 가하여 탈기한 후, 보통 승온에서 사슬 연장제와 함께 교반한다.
본 발명에 따른 방법에서, 예비중합체는 교반하면서 바람직하게는 60℃ 내지 110℃의 온도로 가열하고 진공하에서 탈기한다. 이어서 사슬 연장제 및/또는 가교제를 임의로는 전형적으로 그의 용융점을 5℃ 이상 초과하는 온도로 가열 후 액체 형태로 첨가한다. 반응 혼합물을 예열된 금형으로 (바람직하게는 90℃ 내지 120℃) 주조하고 90℃ 내지 140℃에서 약 16 내지 24시간 동안 경화시킨다.
프리폴리머와 사용가능한 경화제, 즉 사슬 연장제는 다양한 종래의 잘 알려진 유기 디아민 또는 폴리올 물질들로부터 선택될 수 있다. 바람직한 물질은 저용융점 고체 또는 액체들이다. 구체적으로 바람직한 물질들은 알콜 기재 사슬 연장제 및/또는 가교제 및 140℃ 미만의 융점을 가진 이들의 블렌드물이다. 이 알콜 기재 사슬 연장제 및/또는 가교제는 폴리우레탄의 경화제로 본 산업계에서 현재 사용중인 물질들이다. 경화제의 선택은 일반적으로 반응성 요구, 특정응용을 위한 특성요구, 공정조건 요구 및 요구되는 주조 시간에 기초한다. 알려진 촉매는 경화제와 함께 사용 가능하다. 바람직한 경화제는 1,4-부탄디올, 하이드로퀴논-비스-하이드록시에틸 에테르, 1,4-사이클로헥산 디메탄올 같은 지방족 디올, 트리메틸올프로판 같은 지방족 트리올이다. 가장 바람직한 물질들은 대표는 1,4-부탄디올, 하이드로퀴논-비스-하이드록시에틸 에테르, 및 1,4-사이클로헥산 디메탄올 같은 지방족 디올들이다.
바람직하게는 혼입될 수 있는 보조 물질 및 첨가제, 예를 들어 촉매, 안정화제, UV 안정화제, 가수분해 안정화제, 유화제, 및 염료 및 착색 안료를 사용하는 것도 또한 가능하다.
촉매의 예는 트리알킬아민, 디아자비시클로옥탄, 주석 디옥타노에이트, 디부틸주석 디라우레이트, N-알킬모르폴린, 납, 아연, 칼슘 또는 마그네슘 옥타노에이트 및 상응하는 나프테네이트 및 p-니트로페네이트이다.
안정화제의 예는 브뢴스테드산 및 루이스산, 예를 들어 염산, 벤조일 클로라이드, 유기광물산, 예를 들어 디부틸 포스페이트, 및 아디프산, 말산, 석신산, 타르타르산 또는 시트르산이다.
UV 안정화제 및 가수분해 안정화제의 예는 2,6-디부틸-4-메틸페놀 및 입체 장애형 카르보디이미드이다.
혼입될 수 있는 염료는 제레비티노프 활성 수소 원자를 가지는, 즉 NCO기와 반응할 수 있는 염료이다.
본 발명은 일 측면에 있어서, 본 발명에 따른 폴리우레탄 엘라스토머는 주조 방법에 의해 제조되는 탄성 성형물로서, 및 예를 들어 전기자동차용 비공기압식 타이어 부재로 사용할 수 있으며, 본 발명에 따른 비공기압식 타이어의 스포크는 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 예비중합체의 경화품이다.
본 발명에 따른 우레탄은 영구 압출 줄음율이 큰 폭으로 개선되어 비공기압식 타이어의 스포크에 사용될 경우, 영구압축변형을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 폴리올을 사용한 폴리우레탄 주조 엘라스토머는 영구압축변형율이 크게 향상되고, 종래 기술과 비교하여 동일한 가공 이점을 가지고, 동시에 이들의 물리적 특성에 대해서는 적어도 종래 기술과 동등한 수준을 유지하여 비공기압식 타이어 부재로 사용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시에 따른 비공기압식 타이업의 구조를 나타내는 도면이다.
실시예
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위해서 기재된 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 것이다.
시험방법:
[경도] ASTM D2240
[인장강도] ASTM D412
[파단신율] ASTM D412
[300% 탄성율] ASTM D412
[영구압축줄음율] ASTM D395
[Tan δ] ASTM D5992
[내마모성] ASTM D5963
[반발탄성율] ASTM D2632
[ 실시예 1]
60 중량부의 98.5 중량%의 4,4' 이성질체의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(금호미쓰이사 Cosmonate PH)를 질소하의 교반 플라스크에서 70℃로 가열하고 진공하에 30분간 탈포한 후 70℃로 가열된 100 중량부의 수평균 분자량이 2,000인 폴리카프로락톤 글리콜1과 신속하게 교반하여 예비중합체 4를 중합하였다. 반응을 1시간 동안 진행되게 하고 물리적 특성을 측정하였다. (표1 참조)
100 부의 예비중합체 4를 기포가 없어질 때까지 천천히 교반하면서 진공하에서 90℃에서 탈기하였다. 이어서 이를 30℃로 예열한 9.75 부의 1,4-부탄디올와 함께 30에서 50초 간 300에서 500rpm으로 교반하고, 반응하는 균일한 용융물을 시험 규격에 상응하는 치수를 가지는 110℃로 예열한 금형으로 주조하였다. 이어서 용융물을 110℃에서 24시간 동안 가열하고 표 2에 나열된 기계적 특성을 측정하였다.
[ 실시예 2]
60 중량부의 98.5 중량%의 4,4' 이성질체의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(금호미쓰이사 Cosmonate PH)를 질소하의 교반 플라스크에서 70℃로 가열하고 진공하에 30분간 탈포한 후 70℃로 가열된 100 중량부의 수평균 분자량이 2,000인 폴리카프로락톤 글리콜2과 신속하게 교반하여 예비중합체 5를 중합하였다. 반응을 1시간 동안 진행되게 하고 물리적 특성을 측정하였다. (표1 참조)
100 부의 예비중합체 5를 기포가 없어질 때까지 천천히 교반하면서 진공하에서 90℃에서 탈기하였다. 이어서 이를 30℃로 예열한 9.75 부의 1,4-부탄디올와 함께 30에서 50초 간 300에서 500rpm으로 교반하고, 반응하는 균일한 용융물을 시험 규격에 상응하는 치수를 가지는 110℃로 예열한 금형으로 주조하였다. 이어서 용융물을 110℃에서 24시간 동안 가열하고 표 2에 나열된 기계적 특성을 측정하였다.
[ 실시예 3]
60 중량부의 98.5 중량%의 4,4' 이성질체의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(금호미쓰이사 Cosmonate PH)를 질소하의 교반 플라스크에서 70℃로 가열하고 진공하에 30분간 탈포한 후 70℃로 가열된 100 중량부의 수평균 분자량이 2,000인 폴리카프로락톤 글리콜3과 신속하게 교반하여 예비중합체 6를 중합하였다. 반응을 1시간 동안 진행되게 하고 물리적 특성을 측정하였다. (표1 참조)
100 부의 예비중합체 6를 기포가 없어질 때까지 천천히 교반하면서 진공하에서 90℃에서 탈기하였다. 이어서 이를 30℃로 예열한 9.75 부의 1,4-부탄디올와 함께 30에서 50초 간 300에서 500rpm으로 교반하고, 반응하는 균일한 용융물을 시험 규격에 상응하는 치수를 가지는 110℃로 예열한 금형으로 주조하였다. 이어서 용융물을 110℃에서 24시간 동안 가열하고 표 2에 나열된 기계적 특성을 측정하였다.
[ 실시예 4]
60 중량부의 98.5 중량%의 4,4' 이성질체의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(금호미쓰이사 Cosmonate PH)를 질소하의 교반 플라스크에서 70℃로 가열하고 진공하에 30분간 탈포한 후 70℃로 가열된 100 중량부의 수평균 분자량이 2,000인 폴리카프로락톤 글리콜4과 신속하게 교반하여 예비중합체 7를 중합하였다. 반응을 1시간 동안 진행되게 하고 물리적 특성을 측정하였다. (표1 참조)
100 부의 예비중합체 7를 기포가 없어질 때까지 천천히 교반하면서 진공하에서 90℃에서 탈기하였다. 이어서 이를 30℃로 예열한 9.75 부의 1,4-부탄디올와 함께 30에서 50초 간 300에서 500rpm으로 교반하고, 반응하는 균일한 용융물을 시험 규격에 상응하는 치수를 가지는 110℃로 예열한 금형으로 주조하였다. 이어서 용융물을 110℃에서 24시간 동안 가열하고 표 2에 나열된 기계적 특성을 측정하였다.
[ 실시예 5]
60 중량부의 98.5 중량%의 4,4' 이성질체의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(금호미쓰이사 Cosmonate PH)를 질소하의 교반 플라스크에서 70℃로 가열하고 진공하에 30분간 탈포한 후 70℃로 가열된 100 중량부의 수평균 분자량이 2,000인 폴리카보네이트 글리콜과 신속하게 교반하여 예비중합체 8를 중합하였다. 반응을 1시간 동안 진행되게 하고 물리적 특성을 측정하였다. (표1 참조)
100 부의 예비중합체 8를 기포가 없어질 때까지 천천히 교반하면서 진공하에서 90℃에서 탈기하였다. 이어서 이를 30℃로 예열한 9.75 부의 1,4-부탄디올와 함께 30에서 50초 간 300에서 500rpm으로 교반하고, 반응하는 균일한 용융물을 시험 규격에 상응하는 치수를 가지는 110℃로 예열한 금형으로 주조하였다. 이어서 용융물을 110℃에서 24시간 동안 가열하고 표 2에 나열된 기계적 특성을 측정하였다.
[ 비교예 1]
60 중량부의 98.5 중량%의 4,4' 이성질체의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(금호미쓰이사 Cosmonate PH)를 질소하의 교반 플라스크에서 70℃로 가열하고 진공하에 30분간 탈포한 후 70℃로 가열된 100 중량부의 수평균 분자량이 2,000인 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜과 신속하게 교반하여 예비중합체 1를 중합하였다. 반응을 1시간 동안 진행되게 하고 물리적 특성을 측정하였다. (표1 참조)
100 부의 예비중합체 1를 기포가 없어질 때까지 천천히 교반하면서 진공하에서 90℃에서 탈기하였다. 이어서 이를 30℃로 예열한 9.75 부의 1,4-부탄디올와 함께 30에서 50초 간 300에서 500rpm으로 교반하고, 반응하는 균일한 용융물을 시험 규격에 상응하는 치수를 가지는 110℃로 예열한 금형으로 주조하였다. 이어서 용융물을 110℃에서 24시간 동안 가열하고 표 2에 나열된 기계적 특성을 측정하였다.
[ 비교예 2]
60 중량부의 98.5 중량%의 4,4' 이성질체의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(금호미쓰이사 Cosmonate PH)를 질소하의 교반 플라스크에서 70℃로 가열하고 진공하에 30분간 탈포한 후 70℃로 가열된 100 중량부의 수평균 분자량이 2,000인 폴리에틸렌아디페이트 글리콜과 신속하게 교반하여 예비중합체 2를 중합하였다. 반응을 1시간 동안 진행되게 하고 물리적 특성을 측정하였다. (표1 참조)
100 부의 예비중합체 2를 기포가 없어질 때까지 천천히 교반하면서 진공하에서 90℃에서 탈기하였다. 이어서 이를 30℃로 예열한 9.75 부의 1,4-부탄디올와 함께 30에서 50초 간 300에서 500rpm으로 교반하고, 반응하는 균일한 용융물을 시험 규격에 상응하는 치수를 가지는 110℃로 예열한 금형으로 주조하였다. 이어서 용융물을 110℃에서 24시간 동안 가열하고 표 2에 나열된 기계적 특성을 측정하였다.
[ 비교예 3]
60 중량부의 98.5 중량%의 4,4' 이성질체의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(금호미쓰이사 Cosmonate PH)를 질소하의 교반 플라스크에서 70℃로 가열하고 진공하에 30분간 탈포한 후 70℃로 가열된 100 중량부의 수평균 분자량이 2,000인 폴리에틸렌부틸렌아디페이트 글리콜과 신속하게 교반하여 예비중합체 3를 중합하였다. 반응을 1시간 동안 진행되게 하고 물리적 특성을 측정하였다. (표1 참조)
100 부의 예비중합체 3를 기포가 없어질 때까지 천천히 교반하면서 진공하에서 90℃에서 탈기하였다. 이어서 이를 30℃로 예열한 9.75 부의 1,4-부탄디올와 함께 30에서 50초 간 300에서 500rpm으로 교반하고, 반응하는 균일한 용융물을 시험 규격에 상응하는 치수를 가지는 110℃로 예열한 금형으로 주조하였다. 이어서 용융물을 110℃에서 24시간 동안 가열하고 표 2에 나열된 기계적 특성을 측정하였다.
동일한 예비중합체 온도 (출발 온도) 및 동일한 NCO 함량에서 본 발명에 따른 예비중합체의 주조 시간은 본 발명에 따르지 않은 시스템의 주조 시간과 동일할 뿐만 아니라 인장강도, 300% 탄성율에서는 보다 향상된 물리적 특성을 보이며, 명백한 영구압축줄음율의 향상을 나타낸다.
구분 NCO Range
(%NCO)		 Brookfield Viscosity,
Poise @ 80°C		 Appearance
@ 25°C		 Pot Life,
min		 Color, Gardner Specific
Gravity
예비중합체1 9.85-10.2 780 Solid 3-4 0-2 1.11
예비중합체2 9.85-10.2 650 Solid 3-4 0-2 1.16
예비중합체3 9.85-10.2 1,000 Solid 3-4 0-2 1.15
예비중합체4 9.85-10.2 610 Solid 3-4 0-2 1.13
예비중합체5 9.85-10.2 520 Solid 3-4 0-2 1.15
예비중합체6 9.85-10.2 460 Solid 3-4 0-2 1.14
예비중합체7 9.85-10.2 550 Solid 3-4 0-2 1.15
예비중합체8 9.60-10.2 2800 Solid 2-3 0-2 1.21
비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
%NCO 10 10 10 10 10 10 10 10
Index (NCO/OH) 110 110 110 110 110 110 110 110
경도 (shore A) 96 95 96 95 93 94 95 97
인장강도 (MPa) 28.7 33.8 27.7 30.7 34.3 32.4 31.8 34.7
신율 (%) 580 630 580 520 560 670 620 308
300%탄성율 (MPa) 16.4 18 15.9 15.6 15.5 14.1 15.7 27.6
영구압축줄음율 (%) 35 41 31 18 21 24 19 11
Tanδ (@ 0℃) 0.1 0.32 0.19 0.2 0.19 0.19 0.2 0.30
Tanδ (@ 60℃) 0.04 0.06 0.05 0.04 0.05 0.04 0.04 0.09
내마모성(g) 0.06 0.11 0.10 0.08 0.11 0.10 0.12 0.09
반발탄성율(%) 59 36 43 40 43 40 47 34
본 발명에 따른 주조 엘라스토머는 또한 이들의 기계적 특성에 관한 장점을 나타낸다:
예를 들어 예비중합체 1로부터 제조한 주조 엘라스토머(표 2, 비교예 1)을 예비중합체 8로부터 제조한 주조 엘라스토머(표 2, 실시예 5)와 비교할 경우 (모든 예비중합체는 10.0 중량%의 NCO의 동일한 NCO 값을 가짐), 본 발명에 따른 시스템이 매우 높은 300% 탄성율을 가진다. 예비중합체 2로부터 제조한 주조 엘라스토머(표 2, 비교예 2)를 예비중합체 5로부터 제조한 주조 엘라스토머(표 2, 실시예 2)과 비교할 경우 (두 예비중합체는 모두 10.0 중량%의 NCO의 동일한 NCO 값을 가짐), 본 발명에 따른 시스템이 더 양호한 인장강도 및 반발탄성율을 가진다.
본 발명에 따른 시스템은 예비중합체 점도, 주조 시간은 본 발명에 따른지 않은 시스템과 유사한 수준을 보이며 기계적 및 기계적-동적 특성에 관해 유리한 특성의 특이한 조합을 나타낸다.

Claims (10)

  1. 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리우레탄 예비중합체를 형틀에서 가교하여 주조한 것을 특징으로 하는 비공기압식 타이어 부재.
  2. 제1항에 있어서, 폴리우레탄 예비중합체는 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리올 화합물과 폴리이소시아네이트 화합물을 반응시켜 우레탄기를 형성하는 것을 특징으로 하는 비공기압식 타이어 부재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 폴리올 화합물은 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 폴리올이거나 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 폴리올을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 비공기압식 타이어 부재.
  4. 제2항에 있어서, 상기 폴리올 화합물은 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 폴리올이 60-100 중량%인 것을 특징으로 하는 비공기압식 타이어 부재.
  5. 제1항에 있어서, 폴리카프로락톤 폴리올 및/또는 폴리카르보네이트 폴리올의 분자량은 수평균 분자량이 250-10,000인 것을 특징으로 하는 비공기압식 타이어 부재.
  6. 제2항에 있어서, 상기 폴리이소시아네이트 화합물은 디페닐메탄 디이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 비공기압식 타이어 부재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 예비중합체는 NCO% 범위가 9.0-12.0인 것을 특징으로 하는 비공기압식 타이어 부재.
  8. 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리우레탄 가교체로 이루어지며, 영구압축줄음율이 10-25%인 것을 특징으로 하는 비공기압식 타이어 부재.
  9. 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리우레탄 가교체로 이루어지며, 영구압축줄음율이 10-25%인 것을 특징으로 하는 비공기압식 타이어 스포크.
  10. 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리올을 폴리이소시아네이트와 반응시켜 폴리우레탄 예비중합체를 제조하는 단계; 및
    상기 폴리우레탄 예비중합체를 가교하면서 주조하여 비공기압시 타이어 부재를 제조하는 방법.
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