스티렌계 엘라스토머

스티렌계 엘라스토머

1. 타후플렌, 솔플렌, 아사플렌

아사히공업은 독자적인 우수 기술로 스티렌부타디엔계 열가소성탄성체(TR)(상품명 타후플렌)을 개발, 시장에 내놓았고 이후 특징있는 일본엘라스토머제인 "솔플렌"과 "아사플렌"을 시장에 내놓았다. 여기서는 이들 타후플렌, 솔플렌, 아사플렌의 특징 및 응용에 대해 알아본다.

1-1. 특징

타후플렌, 솔플렌, 아사플렌의 점탄성 특성을 <그림1>에 나타냈다. 모두 고온측, 저온측에 Tg점을 갖는 블록상태의 폴리머인 점으로부터 응력-신장특성, 저온특성 등도 가황고무에 매우 가까운 특성을 보이고 용제에 용해하는 특징을 가지고 있고 가공면에도 특징이 있는 폴리머다.

1-2. 일반물성

타후플렌, 솔플렌, 아사플렌의 그레이드종과 일반물성을 <표1>에 나타냈다.

스티렌/부타디엔비, MFR이 다른 많은 그레이드를 갖고 각종 응용용도에 맞는 선택이 가능하다. 타후플렌 912는 관능기를 함유하는 TR로 반응성이 있는 점에서부터 접착을 시작으로 특수한 용도에 전개가 가능하다.

1-3. 용도
타후플렌·솔플렌·아사플렌은 매우 많은 응용 용도에 폭넓게 적용이 가능하다.

(1) 폴리스티렌 블렌드

폴리스티렌의 내충격성, 특히 저온하의 특성을 개선할 목적으로 TR을 블렌드하지만 충격성과 투명성 및 가공성면의 균형에서부터 타후플렌A 및 타후플렌 125가 선택적으로 우수한 특성을 보인다. 타후플렌 125가 특히 우수한 것은 폴리스티렌의 사용성이 한층 우수하기 때문이다. 타후플렌의 내충격성 개량효과는 10~15%이상의 블렌드로 현저하지만 특히 투명성이 요구될 경우에는 균형을 고려해 블렌드량을 결정할 필요가 있다.

(2) 접착제, 점착제

타후플렌, 솔플렌, 아사플렌은 용제에 쉽게 용해되고 또 열에 의해 쉽게 연화, 유도하는 점 때문에 용제계, 핫멜트계의 접착제, 점착제의 베이스 폴리머로써 적합하다. 타후플렌 A는 점도와 점착력, 보지력, 내열안정성의 균형에 더욱 우수하다. 타후플렌 314은 SB계 TR의 결점인 초기점착성을 크게 개선한 것이고 아사플렌 T-20은 점착력과 보지력의 균형을 고도화한 것이다.

타후플렌, 아사플렌, 솔플렌은 粘着付與劑樹脂의 선택에 따라 성능균형이 변화될 수 있지만, 특히 텔펜계, 지환족포화계, 지방족계가 기대된다. 타후플렌 315은 폴리머 분자구조의 최적화를 꾀하고 특히, 점착부여제수지와의 상용성을 개선해 초기점착성의 향상을 육성시킨 것이다. 그리고 고분자량 타입의 솔플렌 T-411, 아사플렌 T-430도 있고 이들 폴리머의 선택, 조합에 의해 목표성능의 달성이 가능하다. 타후플렌, 솔플렌, 아사플렌은 내열안정성이 우수하기 때문에 가공시 폴리머분해 등은 현저히 적고 따라서 핫멜트 가공시의 점도변화 점착제의 변색, 냄새 발생 등의 특성에는 매우 우수하다.

(3) 아스팔트블렌드

타후플렌, 솔플렌, 아사플렌은 아스팔트에 블렌드하면 연화점, 감온성, 저온특성 등을 현저히 개설할 수 있기 때문에 아스팔트 개질재로도 적합하다. <표2>에 타후플렌, 솔플렌, 아사플렌 각 그레이드에 의한 아스팔트개질 성능을 보인다. 모든 TR에 의해서도 아스팔트 특성은 대폭으로 개선되지만 특히, 솔플렌T-411, 아사플렌T-430 등의 고분자량 타입 TR의 개질 효과는 현저한 것으로 나타났다. 가공특성, 즉, 용융점도 특성을 가미한 성능 균형은 타후플렌 315, 아사플렌T-420 등이 바람직하다. 아사플렌 T-430은 균일한 네트워크 구조를 형성하고 있어 우수한 개질효과의 발현이 가능하다.

(4) 신발용 바닦재

타후플렌, 솔플렌, 아사플렌은 충진제, 발포제, 착색제 등을 배합하고 압축성형, 사출성형의 성형방법을 갖춘 것에 의해 신발용 바닥재로 사용이 가능하다.

이들 TR배합의 신발 바닥재는 색조가 좋고 가벼운데다 의장가공도 쉬우며, 착색성이 좋고 아파트재와의 조화를 이룰 수 있기 때문에 특히, 패션너블한 신발바닥재에 적합하다.

1-4. 성형가공과 배합조건

타후플렌, 솔플렌, 아사플렌의 점도특성을 보면, 이들 Tr의 점도특성은 연질 PVC, EVA의 점도특성과 유사해 성형가공도 일반적인 압출기, 사출성형기 등에 의해 가능하다. 이처럼 타후플렌, 솔플렌, 아사플렌은 성능과 가공성면에서 유익한 특징을 갖기 때문에 향후에도 다용도로 응용전개가 기대된다.

2. 타후텍

2-1. 특징

아사히공업의 고성능 스티렌계 TPE(열가소성 엘라스토머)인 타후텍은 스티렌부타디엔블록 공중합체의 폴리부타디엔부의 불포화 이중결합을 선택적으로 수소첨가한 스티렌에틸렌/부텐계(SEB계)의 포화형 TPE으로 스티렌계 TPE의 양호한 고무탄성과 성형가공성에다 내후성, 내열노화특성이 우수한 특징을 갖고 있다.

타후텍에는 폴리머 그레이드와 컴파운드 그레이드 2종류가 있고 폴리머 그레이드중에는 스티렌 에틸렌/부텐블록 공중합체인 H시리즈 이외에 아사히공업이 세계 최초로 개발한 관능기를 도입한 타입의 M시리즈가 있다. 또 컴파운드 그레이드에는 독자적으로 설계한 타후텍 폴리머를 기초로 각종수지, 연화제 등을 배합한 그레이드가 있고 그 중에서도 범용으로 사용되는 E시리즈, K시리즈에다 보다 성능이 좋은 특성을 가지고 있는 S시리즈가 있다. 이처럼 많은 그레이드를 갖춤으로써 동사는 시장에서 다양한 수요 요구에 대체할 수 있게 됐다.

(1) 폴리머 그레이드인 H시리즈의 특징

H시리즈는 포화형의 스티렌계 TPE로 내후성, 내열노화특성 및 응력 신장특성이 우수하고 가황고무의 고강도, 고탄성, 내굴곡성을 나타낸다. 무색투명하며, 식품위생성과 안전성이 우수하다. 산, 알칼리 등이 강하고 내약품성이 우수하다. 각종 수지, 가소제, 충전제 등과 상용성이 우수하고 컴파운드화에 의한 광범위한 성능부여, 개질이 가능하다. 또한 가공성이 우수하고 리사이클 사용이 가능하다.

(2) 폴리머 그레이드인 M시리즈의 특징

M시리즈는 관능기를 도입함으로써 H시리즈가 갖는 특성에다 각종 열가소성수지, 특히 엔지니어링 플라스틱(PA, 폴리에스텔, 변성 PPE, PC, PPS 등)에 대한 상용성이 뛰어나다. 각종 열경화성수지(불포화폴리에스터, 에폭시수지 등)에 대한 상용성이 뛰어나다. 각종 열가소성수지, 열경화성수지, 금속 등과의 접착성이 우수하다. 현재 시장에서 판매되고 있는 그레이드는 칼본산기를 도입한 산변성 타입이지만 아사히공업에서는 지속적으로 에폭시기를 도입한 타입을 개발중이고 이 그레이드는 특히, 폴리에스터(PBT등)와의 상용성이 우수한 점의 특징을 가지고 있다.

(3) 컴파운드 그레이드인 E, K시리즈의 특징

타후텍 컴파운드의 범용 그레이드인 E시리즈(의료, 식품부 재료용 그레이드), K시리즈(일반 공업부품용 그레이드)는 H시리즈가 갖는 특징에다 다음과 같은 특징을 지니고 있다. 성형가공이 용이하고 사출성형, 압출성형에 적합하다. 압축영구 일그러짐이 적고 가황고무에 매우 가까운 스펙을 보인다. 딱딱함(JISA)이 40~90의 범위를 보이고 있다. 착색이 용이하고 깨끗한 성형품을 얻을 수 있다.

(4) 컴파운드 그레이드인 S시리즈의 특징

S시리즈는 아사히공업이 갖는 독자의 배합재, 고도의 얼로이기술 등을 응용해 개발한 고성능, 고기능 그레이드다. S시리즈에는 현재 2종류의 다른 타입의 그레이드가 있고 하나는 C세트 그레이드, 내열·내유 그레이드로 대표되는 고성능화 그레이드다. 이들 그레이드는 각각 다음과 같은 특장을 갖고 있다.

C세트 그레이드는 각종 TPE중에서도 가장 낮은 압축영구 일그러짐의 특성을 보이고 가황고무에 가장 가까운 특성과 감촉을 가지고 있다. 내열·내유 그레이드는 스티렌계 TPR로써는 매우 우수한 가황 SBR과 같이 내유성을 가지고 있다. 투명 그레이드는 의료용 그밖에 적당한 투명성을 갖고 있다.

또 다른 타입의 S시리즈는 복층성형용 그레이드로 대표되는 성형가공성에 특징을 부여한 그레이드다. 아사히공업에서는 이미 복층성형용 특수 그레이드를 개발, 시장에 내놓고 있다. 그 결과 타후텍과의 복층성형이 가능한 수지는 PP, PE로 대표되는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 변성PPE, AS수지, ABS수지, PC, PMMA, PA 등으로 매우 다양하다.

2-2. 일반물성

(1) H시리즈

H시리즈의 대표적인 3그레이드의 기본물성을 <표3>에 나타냈다. 이들 3그레이드는 SEB비가 20/80~40/60의 표준 그레이드이고 이들에 저점도 그레이드 1종, 고점도 그레이드 2종을 판매하고 있다.

(2) M시리즈

M시리즈의 대표적 3그레이드의 기본물성을 <표4>에 나타냈다. M시리즈의 각 그레이드는 H시리즈의 그레이드를 기초로 개발된 것으로 H시리즈의 라인업 강화에 따라 M시리즈의 그레이드도 증가할 예정이다. 또 현재 출시된 산변성 그레이드에다 에폭시변성 그레이드도 출시될 계획이지만 그 기본 물성은 산변성 그레이드와 거의 비슷하다.

(3) E시리즈, K시리즈

컴파운드 그레이드인 E시리즈, K시리즈의 기본물성을 <표5,6>에 나타냈다. E시리즈, K시리즈 모두 경도(JISA)로 40~90의 그레이드가 갖추어져 있고 모두 가황고무에 가까운 고무탄성과 우수한 내후성, 내열노화 특성을 갖고 있다. E시리즈, K시리즈는 모두 UL-94HB에 합격하고 또한 E시리즈는 후생성고시 제85호, 일본약국방수액용 고무 전시험 등의 규격에 합격하고 있다.

(4) S시리즈

S시리즈에는 그밖의 내열, 내유 그레이드, 투명 그레이드가 있지만 여기에는 생략했다. C세트 그레이드는 고무로 더욱 중요한 특성인 압축영구 일그러짐을 대폭 개량한 그레이드이고 특히, S244는 70℃×504시간으로 압축영구 일그러짐이 30%, 100℃×98시간에도 38%로 TPE로써는 매우 우수한 성능을 가지고 있다. 복층성형용의 전용 그레이드는 타후텍 컴파운드가 갖는 고무적 특성을 최대한 유지한 채 각종 열가소성 수지와의 복층성형시의 접착성을 부여한 특수 컴파운드이고 현재는 경도 (JISA)가 50과 70의 그레이드가 있다.

2-3. 용도

(1) 폴리머 그레이드(H시리즈, M시리즈)

폴리머 그레이드의 용도로는 점·접착제, 실란트의 베이스폴리머, 각종 열가소성수지, 열경화성수지의 개질, 아스팔트 개질의 3가지가 중심이고 그밖에는 탄성부직포, 공압출의 접착층, 도료, 잉크의 바인더 등이 있다. 타후텍을 사용한 점·접착제는 점착력, 유지력, 내열성이 우수하고 또한 변성, 냄새 등이 거의 없어 衛材分野를 중심으로 사용되고 있고 실란트에서는 타후텍이 가지고 있는 내후성을 살려 자동차용이나 건축용을 중심으로 용도개발이 진행되고 있다.

열가소성수지의 개질용도에는 타후텍 M시리즈가 갖는 폭넓은 상용성을 살려 내충격성, 유연성, 저온특성 등의 부여뿐만 아니라 상용하지 않은 2종 이상의 수지의 얼로이용 바인더로도 사용되고 있다. 또한 열경화성에 대해서도 SMC의 표면 활성개질, 에폭시수지의 접착특성개량, 저응력화 등의 목적으로 블렌드 사용되고 있다. 한편, H시리즈도 폴리올레핀, 폴리스티렌, 변성PPE 등과의 상용성이 매우 우수하고 경질PP 컴파운드의 한가지 성분과 같은 경우로 특이한 성능을 나타낸다.

(2) 컴파운드 그레이드(E시리즈, K시리즈, S시리즈, 기타)

컴파운드 그레이드는 그 성형품이 가황고무에 매우 가까운 성능을 갖고 있고 성형가공성의 양호함을 살려 자동차내·외장부품, 가전·OA기기부품, 의료기재용 부품, 스포츠용 부품 등에 사용되고 있다. 자동차부품으로는 타후텍의 우수한 탄성이나 내후성을 살려 몰류, 그로멧트 등에 이용되고 있으며, 이밖에 C세트 그레이드에 의한 EPDM의 대체 검토가 활발히 진행되고 있다.

의료용에는 타후텍의 위생성, 안전성, 내γ선성 등이 인정되어 각종 가스켓, 고무栓, 튜브 등에 많이 이용되고 있다. 또한 복층성형용 그레이드는 각종 열가소성 수지와 가황고무와의 조합된 부품(실팩킹, 다리 고무 등)의 일체성형에 의한 비용절감으로 인해 호평을 받고 있고 여러 분야에 시장을 형성해 가고 있다.

2-4. 성형가공

폴리머 그레이드의 성형 가공온도는 일반적으로는 150~270℃이고 이 범위내에 성형가공, 컴파운드화, 각종 그레이드가 가능하다. 특히, 그레이드용에는 조성에 의해서는 300℃까지 안정하다. 또한 방향족계, 염소화 탄화수소계의 용제에 쉽게 녹고 용액블렌드 등의 방법도 채용할 수 있다. 컴파운드 그레이드 성형가공온도는 150~250℃이고 표준적으로는 180~200℃이다. 컴파운드 그레이드 가공성의 특징은 점도의 전단속도 의존성이 크고 고전단시(예를 들면, 사출성형)에는 저점도가 되어 유동하고 저전단시(예를 들면, 압출성형)에는 고점도로 형상유지성이 우수하다.

3. 엘라스토머-AR

엘라스토머 AR에는 SBS계와 SEBS계의 2가지 타입이 있다. 아론화성의 AR-100, 200, 400이 SBS(스티렌브타디엔스티렌)계이고 주로 완구, 구두창, 일회용잡화제품 등에 널리 사용되는 일반범용 그레이드다. 한편, SEBS(스티렌에틸렌브티렌스티렌)을 기초로 한 그레이드도 용도별로 갖추어져 AR-500, 700시리즈는 일반 공업용에 폭넓게 사용되고 있다. AR-800시리즈는 의료, 실품용의 무독 그레이드로써 종래 실리콘 고무가 사용되고 있던 영역으로 채용이 진행되고 있다.

최근에 시장에 내놓은 AR-900, 3050시리즈는 내유성, 내열성을 향상시켜 특히 자동차분야의 용도개발을 전개중이다. 마지막으로 아렉살 G시리즈는 전선·전기 재료용으로 배합 설계되고 있고 그 가운데는 UL94·V-0를 통과하는 그레이드도 출시되고 있다.

일반적으로 엘라스토머 AR은 SBS계와 SEBS계가 있지만 여기에는 SEBS계의 AR700시리즈를 중심으로 게재하고자 한다. 기본 물성이라고 하는 경도, 비중, MFR(유동성,) 항장력, 신장률, 인열강도는 <표1>에 나타냈다. 이 중에서 특징이 되는 것은 경도가 35~40℃라고 하는 저경도와 MFR이 30이라는 하이프로성이다. 또한 최근 초저경도의 23을 실현한 그레이드도 개발됐다.

내열성과 내한성에 대해 알아보면, 먼저 내열성의 경우, 내열온도가 130℃, 압축영구 일그러짐(70℃×22시간)이 23%(AR-740)로 우수하다. 내열노화성에는 100℃×1000시간의 시험으로 경도변화 0도, 항장력 유지율은 104~106%, 신장률 유지율도 100~103%이고 CR(가황고무)과 비교하면 그 우수성을 잘 알 수 있다.

한편, 내한성도 연화온도가 60℃ 이하로 각종 플라스틱재료 중에서도 우수하다. 그런데 다음에 경도의 온도의존성 문제가 있지만 경질PVC, EVA는 저온도가 됨에 따라 경도가 극단적으로 가볍게 되는 현상이 일어난다. 엘라스토머 AR에는 경도의 온도의존성이 낮고 예를 들면, 온도 20℃일 때 경도 40도의 AR-740를 예로 보면 저온지역의 -40℃에는 65도, 고온지역의 120℃는 20도의 범위내에 받아들여진다.

내오존성, 내후성을 보면, 우선 내오존성에는 50pphm×40℃로 20%신장 168시간의 테스트를 행하고 있지만 전혀 이상하지 않다. 또한 촉진내후시험의 선샤인웨자메이터(63℃, 스플레이사이클 12분/60분)의 테스트에는 1000시간에 경도변화+1도, 항장력 유지율 108~110%, 신장률 유지율 102~103%로 내후성이 우수하다.

내약품성은 상온으로 20일간 침청해 중량변화와 외관변화를 측정해 보면 증유수, 산, 알칼리, 알콜, 식물유, 실리콘 시리즈 등에 대해 내약품성이 우수하다. 표면특성은 광택의 경우, 반광택 정도이지만 AR-900시리즈는 광택이 없다. 마찰계수도 높고 다른 재료로의 이행문제가 없다.

또한 도장할 경우에도 엘라스토머 AR의 신축에 대응시킬 수 있는 도료가 개발되고 있고 도장보다 밀착강도가 요구되는 접착가공에는 AR-500, 700, 800, 900, 3050, 아렉셀G가 미처리 PE, PP와 열융착하는 성질을 들 수 있다.

따라서 종래 접착제가 없어 단념하고 있던 PE, PP와 소프트&하드의 복합화가 가능하게 되고 각분야에 제품화되고 있다. 또한 이들 이외의 플라스틱 그리고 금속과의 복합화에도 우수한 접착제가 개발되고 재료파괴까지의 접착력을 유지하고 있다.

엘라스토머 AR에는 원래 인체에 해를 주는 화학물질은 들어 있지 않으나 그 속에도 제품공정면에서의 위생성을 확보한 식품, 의료용의 AR-800시리즈가 있다. 식품위생성에는 후생성고시 20호에 합격하고 의료위생성에는 일본약국방제 11호에 적합하다.

전기특성에서 전선·전기 재료용의 아렉셀G를 예로 들어 보면, 체적저항률은 1016Ω·㎝, 또는 표면저항률은 1015-1016Ω과 높은 수치를 갖고 있고 절연파괴 강도는 2-32㎸/㎜(JIS K6911)이다. 유전율은 50Hz, 1Hz으로 2.1-2.5이다. 난연성의 경우, 엘라스토머 AR은 전 그레이드가 UL94HB에 해당된다. 그 중에서도 G 7900Z은 V-0그레이드로 우수하다.

용도를 보면 AR-100, 200, 400은 완구부품(타이어 등), 구두창, 수중안경, 글립(刃物 등), 페달, 흙받이, 패킹재료 등 각종 고무용이 많다. AR-500은 공업용 SBR고무가 사용되고 있는 분야로 토탈비용의 절감, 칼라화, 내후성, 내열노화성의 향상이 가능하게 되는 재료로 개발한 그레이드다. AR-700은 EPM/EPDM고무나 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머(이하 TPO)가 사용되고 있던 분야로 개발이 현저히 진행되고 있다. EPM/EPDM과 비교해 전체 비용절감과 양산효과, 감량화, 복합화한 제품이 만들어지기 쉽다. 특히, PE·PP부품의 패킹용에 가장 적합하다. 또한 디자인의 자유도도 높다.

한편, TPO와 비교하면 고무에 가까운 감촉이 없고 성형성이 우수하고 50%정도의 내후상태에서도 성형이 가능하다. 또한 복잡한 형상에도 좋은 유동성을 살려 별 무리없이 성형이 가능하다. JIS A경도에서 TPO에는 곤란한 60도 이하를 표준 그레이드로 라인업하고 있다. 반대로 TPO와의 복합화가 가능하다. 이 시리즈는 자동차, 가전, 약전, 스포츠 용품분야에 강하고 자동차 분야에는 내장부분에 적용된다. 최근에는 외장관련 램프하우징 가스켓 등의 제품화가 진행되고 있다.

가전·약전분야에는 VTR의 각 고무, O-링, 프로텍터, 스톳파고무 등 다용도에 걸쳐 재료특성을 살린 제품화가 이루어지고 있다. 스포츠분야에서도 이지칼라링과 내후성을 살려 골프, 스키 등의 부츠, 브리프, 프로텍타, 커버 등에 사용돼 현저한 신장을 보이고 있다.

AR-800은 식품, 의료분야에 실리콘 고무 정도의 내열성은 요구되지 않지만 무독성을 필요로하는 용도로 비용절감과 PE, PP와의 북합화가 이루어질 수 있는 재료로 개발한 그레이드다. 현재까지 많은 실적이 있고 식품, 의료용 호스, 튜브, 실패킹, 고무 카바 등 적용 예가 풍부하고 수량도 정리하고 있다. AR-900, 3050은 특히, 자동차분야에서 해마다 고도화되는 재료에 대한 시리즈다. 이것은 지금까지 스티리렌계 TPE의 약점이었던 내유성, 내열성의 성능을 향상시킨 것이다.

우선, AR-900시리즈에는 내유성을 향상시켜 AR-700과 비교해 내유성(JIS 3호 기름, 100℃×70시간)을 2~4배(가벼운 변화, 항장력, 유지율, 신장률 유지율)에 성능을 향상시켰다. 내열성에는 압축영구 일그러짐(70℃×22시간)을 12%로 억제한 AR-3050시리즈가 TPE로 경이적인 수치를 보이고 있다. 그리고 최근에 내열온도를 150~160℃로 상승시킨 그레이드를 개발했다. 이들 시리즈는 PP와 복합화함으로써 자동차분야의 용도개발을 전개중이다.

아렉셀G는 종래 PVC 전선 제조설비를 갖고 있는 몰더가 같은 설비에 내열성이 있고 게다가 내한성이 뛰어나며 고무 탄성을 가지고 있는 전선을 제조하기에 최적이다. 플렉시블코드, 웰딩코드, 폰프케이블, 훅업케이블 등이 있다.

우선 사출성형기는 일반적으로 사용되는 인라인 스크류식이 좋다. 재료의 예비건조는 기본적으로 필요없지만 AR-900, 3050시리즈에는 80℃×2~3시간의 건조를 행하는 것이 좋다. 금형에는 일반적인 플라스틱용 금형과 같이 생각하면 좋지만 이형은 공기를 병용하는 것이 효과적이다.

실린더 온도에는 AR-100, 200, 400은 130~180℃. AR-500, 700, 800, 900, 3050, 아렉셀G는 170~220℃로 보면 좋고 각 Zone사이는 5~10℃의 변화를 갖는다. 사출압력은 중-고사출압, 사출속도도 중-고속이 일반적이다. 보압시간은 짧고 압력은 낮은 것이 좋다. 다음으로 압출성형기는 스크류 타입으로 메탈링존이 긴 PVC, PE용으로 L/D는 20~24, 압축비는 3분의 1전후가 적당하다.

SBS계는 1985년 경까지 신발을 중심으로 수요가 많았지만 엔고이후 신발업체들이 생산설비를 대만, 중국, 한국 등으로 이전했기 때문에 자국내 수요가 감소했다. 그러나 완구, 잡화용도가 급신장하고 있고 컴파운드베이스로 연간 3000톤이 생산되고 있다. 한편, SEBS계는 1979년 시장에 유통되기 시작한 이후 순조로운 신장을 보이고 있고 컴파운드베이스로 연간 3000톤이 생산된다. 용도별로는 식품, 의료용이 50%, 자동차관련용이 30%, 가전·약전 및 기타용이 20%를 차지하고 있다.

4. 세프톤

열가소성 엘라스토머의 특징은 가황공정이 필요없고 고무상태의 탄성을 갖는 성형물이 열가소성 플라스틱과 같이 성형가공기에 의해 쉽게 얻을 수 있다는 점이다. 또한 스크랩의 재생이용이 가능하고 여러 가지 종류의 엘라스토머가 있어 다른 종류의 재료와 복합화가 쉬워 다양한 제품설계가 가능하고 이들의 특징을 살려 연평균 10% 전후의 고성장을 지속하고 있다.

열가소성 엘라스토머는 하드부와 소프트부와의 블록에 의한 블록공중합체 타입과 열가소성을 갖는 정도의 가교를 이용한 부분 가교 타입이 있다. 전자는 스티렌계, 우레탄계, 폴리에스터계, 폴리아미드계 등이고 후자는 올레핀계, PVC계 등을 들 수 있다. 본고에서는 최근 출시된 수첨 스티렌이소프렌계 블록공중합체 세프톤의 특징과 용도로 소개한다. 이번 소개를 통해 신제품 개발의 실마리가 제공될 수 있길 기대한다.

스티렌계 엘라스토머는 블록공중합 타입 엘라스토머중 하드부 및 소프트부 분자량이 매우 크고 또한 블록수가 적은 것이 특징이다. 스티렌계 엘라스토머의 일종인 세프톤은 하드부가 폴리스티렌(S라고 함), 소프트부가 수소 첨가 폴리이소프렌(구조적으로는 에틸렌프로필렌의 교대 공중합체, EP라고 함)에 의한 블록공중합체다. 세프톤의 구조적 특징 때문에 저모듈러스, 유연성이 풍부하고 영구압축 일그러짐 특성, 내열, 내후성, 저온특성이 뛰어나다.

세프톤은 <표2>에 나타나 있는 것처럼 현재, 디블록타입(SEP) 1종류와 트리블록타입(SEPS) 7종류가 시장에 나와 있다. SEPS는 각종 용도로 다양한 대응을 고려하고 스티렌 함유량, MFR 또는 용액점도(분자량에 대응), 경도 등이 다른 것이 출시되고 있다. 디블록 및 트리블록의 블록타입 차이에 의해 상분리구조 및 응력 일그러짐 곡선은 다르다.

세프톤의 특징에서 기계적 물성을 보면, 세프톤의 파단강도(Tb)는 <표3>에 나타나 있는 것처럼 스티렌 함유량과 분자량에 따라 크게 다르고 일반적으로 스티렌 함유량, 분자량 증가에 따라 Tp는 커진다. 또한 파단신도(Eb)는 스티렌 함유량에 많은 영향을 받는다.

세프톤의 동적 점탄성 측정에 의한 저장탄성률 및 동적 손실 tanδ을 <그림2>에 나타냈다. 이 그림에 의해 고무부(EP)의 Tg는 -53℃로 낮고 저온특성이 우수한 것을 알 수 있다. 폴리스티렌부의 Tg는 약 110℃로 이 온도에 따라 플로가 발생한다.

세프톤2002, 2003, 2043 및 2006(모두 SEPS)의 225℃의 용융점도 전단속도 의존성을 <그림3>에 나타냈다. 이 결과에 따라 ·2003, 2043 및 2006은 일반적으로 열가소성 수지에 비해 용융점도의 전단속도 의존성이 크고 분자량이 낮은 ·2002는 전단속도 의존성은 작다.

<그림4>에 세프톤 및 SIS의 120℃, 공기중에 일정 시간 방치한 GPE에 의한 분자량 변화를 보였다. 이 결과, SIS의 폴리이소프렌부를 수소첨가함에 따라 열노화성이 큰 폭으로 향상됐다. 또한 열중량분석(TGA)에 의한 세프톤과 SIS와의 차이를 <그림5>에 나타냈다. 이 결과, 중량감소 곡선은 수소첨가에 의해 약 50℃ 고온측으로 이동한다.

키세논웨저메이트를 일정 시간 조사하고 타단강신도 변화를 측정하는 방법에 따라 세프톤의 내후성을 평가했다. 결과는 <그림6>에 나타냈지만 500시간 가량 照射한 결과, 파단강신도는 거의 변하지 않는다. 이것에 대해 SIS는 단시간의 조사에 의해 열화가 발생한다.

세프톤의 전기적 특성을 <표5>에 나타냈다. 큰 체적 고유저항을 나타내고 있기 때문에 전기절연재료로서의 사용이 가능하다. 세프톤은 이상 서술했듯이 특징을 갖기 때문에 각종 분야로의 전개를 꾀하고 있다. 신발별 용도예를 <표6>에 보였다.

이 결과에 의해 세프톤계 접착제는 접착력 특히 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀의 접착력이 크다는 것을 알 수 있다. 또 세프톤은 유연성, 저온특성을 살려 각종 플라스틱의 가소성, 내충격성을 개량할 수 있다. 일례로서 시판 폴리프로필렌에 ·2003을 블렌딩하고 그 성형체의 아이조트 충격강도를 측정했다. 블렌드량의 증가에 수반해 충격강도는 향상한다는 것을 알 수 있다.

세프톤은 유연성, 저모듈러스, 고파단신도 등의 면에서 가황고무에 더욱 가까운 열가소성 엘라스토머이지만 열가소성 엘라스토머의 공통적인 결점인 고온 클립, 고온 압축영구 일그러짐 등의 면에서는 가황고무에는 미치지 못한다. 그러나 에너지 사용합리화, 자원사용의 합리화 시대의 요청과 다양한 수요에 대응하기 위해 신규 재료개발은 현재 점차 중요하게 인식되고 있다. 이러한 상황에서 세프톤은 중요한 역할을 할 것으로 기대되지만 수요에 합당한 재료개발을 통해 수요 요구에 대응하길 바란다.

5. Cariflex TR, Kraton G

Cariflex TR와 Kraton은 가황공정을 필요로 하지 않는 고무성능을 갖는 플라스틱 재료로써 Shell사에 의해 세계 최초로 개발출시된 스티렌계 열가소성 엘라스토머이다.

양 말단상에 폴리스티렌(S)상을 갖는 블록코폴리머로 고무 중간상으로 폴리부타디엔(B), 폴리이소프렌(I) 및 수소첨가형의 폴리올레핀(EB) 등 기본적인 3종류가 있고 각각 SBS, SIS 및 SEBS라고 부르고 있다. Shell화학에서는 SBS와 SIS에 Cariflex TR, SEBS에 Kraton G의 등록상품명을 붙이고 있다.

Cariflex TR, Kraton G은 폴리스티렌고무 중간블록-폴리스티렌에서 블록 공중합체이고 분자중의 폴리스티렌말단 블록과 고무중간블록은 상호 비상용으로 2상구조를 형성한다. 이중 폴리스티렌상은 물리적 가교점을 형성하고 가황고무의 가교점 역할을 한다. 고무중간상은 제품에서 고무탄성체로써의 성능을 제공한다.

폴리머를 폴리스티렌의 유리전이점(Tg)이상 가열하면 도메인은 연화하고 전단력을 가지며, 유동한다. 냉각하면 다시 도메인이 재현되고 이 과정은 완전 가역적이다. 따라서 열가소성 성형법을 이용할 수 있다. 또 용제에 용해됨으로써 도메인의 고속력은 없어지고 성형이나 도공 등의 가공후 용제 제거에 의해 폴리스티렌·도메인이 재생한다.

스티렌계 열가소성 엘라스토머 Cariflex TR와 Kraton G는 이 구조 때문에 다른 탄성체와 비교하면 용이한 공정으로 가공이 가능하고 특성적으로도 높은 응집력, 저온의 높은 탄성력 등 여러 가지 유리한 성질을 얻을 수 있다.

또 Shell사는 이 열가소성 엘라스토머를 세계 3대륙 4공장(미국, 오하이오주, 프랑스·독일, 일본)에서 생산하고 있고 북 아메리카대륙(미국과 캐나다)에서는 SBS와 SIS에 Kraton D, SEBS에 Kraton G라는 상품명을 붙이고 있다.

북아메리카 이외의 지역에서는 일본을 포함해 SBS와 SIS를 Cariflex TR이라는 상품명으로 부르고 있다. Cariflex TR과 Kraton D는 그레이드명이 같으면 기본적으로 동일 규격으로 제조되고 있다.

5-1. 용 도

주 용도로는 점착제, 접착제, 실란트, 플라스틱 개질재, 아스팔트 개질재 성형용 컴파운드 등이 있다. Shell화학의 열가소성 엘라스토머는 넓은 용도와 많은 종류의 가공기술에 대응할 수 있어 많은 그레이드로 구성되어 있다. Cariflex TR 1100 시리즈를 보면, SBS와 SIS의 무변성 기본 폴리머시리즈로 모든 용도를 커버할 수 있는 기본적인 블록코폴리머이다.

TR 1101와 TR 1102는 개발 당초보다 대표적인 SBS 그레이드로 모두 스티렌 함량이 30%, TR 1101은 고분자 타입이고 TR 1102는 저분자 타입이다. TR 1180 시리즈(TR 1184와 TR 1186)는 아스팔트 개질용 SBS 그레이드로 저온위성과 고온유동성 개량용으로 설계한 고분자, 측쇄형 폴리머이다. Kraton D 1116, D 1118, D 1122 등의 미국 개발품 SBS는 각기 특수기능을 갖고 범용 그레이드의 포진에 유효하다.

TR 1107, TR 1111, TR 1112, TR 1117은 모드 SIS그레이드로 TR 1107는 세계적으로 SIS의 대표 그레이드로 점, 접착제용으로 설계되었다. TR 1111는 천연 고무베이스의 점착제용에서 보강재용으로 설계된 높은 스티렌, 고응집력 그레이드다.

Cariflex TR과 KratonG의 용도

구분	Cariflex				Kraton
	TR1100 시리즈	TRKX 시리즈	TR4000 시리즈	D1300 시리즈	G1600 시리즈	G1700 시리즈	FG1900 시리즈
점·접착제실란트	◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎
플라스틱개질재	◎	◎		◎	◎	◎	◎
아스팔트개질재	◎		◎	◎	◎
열경화성수지개질재	◎			◎		◎	◎
성형용컴파운드베이스재료	◎		◎		◎	◎	◎

Kraton G의 대표물성

구분	KratonG
	G1650	G1652	G1657X	G1726X	F1701X	FG1901X
코폴리머타입	SEBS	SEBS	SEBS	SEBS	SEBS	SEBS
구조	직쇄	직쇄	직쇄	직쇄	직쇄	직쇄
비중	0.91	0.91	0.90	0.91	0.92	0.91
멜트인덱스(200℃/5㎏,g/10min)	-	-	8	-	-	-
경도, share A	75	75	65	60	75	75
300% 모듈러스 (㎏/㎠(1))	56	49	25	-	-	-
인장강도 (㎏/㎠(1))	352	316	239	25	21	352
신장 (%(1))	500	750	750	200	<100	500
용액점도 (cps, at25℃)	1,500	1,500	1,500	200	1,260	6,000
가소제함유량 (%wt)	0	0	0	0	0	0
스티렌/고무비 (%wt)	29/71	29/71	13/87	30/70	37/63	28/72

TR 1112와 TR 1117은 라벨용 점착제용으로 설계된 저응집력 그레이드로 다이캇트성을 개량하고 있다. TR 1117와 TR 1112에 비하면 저분자, 고용융점도 타입이다.

Cariflex TR KX시리즈는 SBS와 SIS의 개발 그레이드, 개량 그레이드로 기본적으로는 범용의 TR 1100시리즈로 이행하기 전의 개발단계에 있는 그레이드를 가리킨다. 현재 KX-65는 식품 및 피층에 접촉하는 용도용에 특별히 안전한 산화방지제를 포함한 SBS로 폴리머자체는 TR 1102와 동등하다.

KX-138 스티렌함량 40%는 점착제, 접착제용으로 적당하고 플라스틱 개질이나 아스팔트 개질용도로는 상대 재료와의 혼합이 쉽다. KX-400은 TR 1107의 열안전성 개질 그레이드로 고온에서 장기간 edging에 대해 변색이나 점도변화가 적도록 개발된 그레이드다. TR 1107의 폴리머로서의 성질은 대부분 그대로 가지고 있다.

Cariflex TR 4000시리즈는 유전 SBS 시리즈로 구두창이나 공업용품 등의 성형용 컴파운드의 베이스 폴리머다. TR 4100대(TR 4113과 TR 4122)는 직쇄형 폴리머로 Tr 4113은 부드럽고 TR 4122는 단단한 설계고 양방은 모두 성형성이 용이한 그레이드다.

TR4200대(TR4205,TR 4260, TR 4261)은 측쇄형 폴리머로 TR 4100대에 비교해 고분자화되고 있다. 성형품의 내마찰성 등의 성능이 개질된 그레이드이다.

Kraton D 1300 시리즈는 SBS, SIS에 특수기능을 갖춘 시리즈이다. D 1300과 SB 타입블록을 주 성분으로 하는 특수폴리머이다. 열경화성수지, 특히 폴리에스터수지 SMC, BMC용의 저수축첨가제로 개발된 것이다.

성형후 도장되는 자동차부품 등의 높은 치수안정 SMC 제품에 이용되고 있다. D 1320은 SIS 라디얼블록 폴리머로 개발의 주목적은 전자선(EB) 가교를 가능하게 함으로써 제품의 내열성이나 내약품성을 현저히 향상시키는 것이다.

SIS기초의 점, 접착제는 핫멜트 가공이 가능한 특징을 가지고 있지만 핫멜트 가공과 제품의 내열성능은 서로 모순된다. 간편하게 생산효율이 높은 핫멜트 가공법의 장점을 그대로 유지해 가공후 매우 짧은 시간에 전자선에 의해 화학적 부분 가교를 도입함으로써 내열성 등의 개량을 실시할 수 있다. 또 D 1320은 SIS 중에서도 가장 부드러운 폴리머다.

Kraton G 1600시리즈는 SEBS의 기본 폴리머 시리즈이다. 제2세대(SBS와 SIS를 제1세대라고 함)의 수소첨가한 포화형 폴리머로 우수한 내열성과 내후성을 갖고 모든 용도에 대응이 가능하다. 기본 그레이드는 G 1650과 1652로 전자는 고분자 타입이고 후자가 저분자 타입이다.

G 1657은 스티렌 함량을 낮춘 접착제, 점착제 그레이드이다. 현재 이 시리즈의 주 용도는 플라스틱 특히, 엔지니어링 플라스틱의 개질, 어셈블리용 핫멜트접착제 및 자동차용이나 공업용 부품의 성형용 컴파운드의 베이스 폴리머 등이 있다.

Kraton G 1700시리즈는 다이블록을 주요 구조로 하는 수첨포화형 폴리머이다. G 1701과 G 1702는 모두 SI(스티렌이소프렌)의 수소첨가형 폴리머로 SEP(스티렌에틸렌/프로필렌)구조를 갖고 있다. G 1701는 저분자 타입이고 G 1702는 고분자 타입이다.

엔플라를 포함한 플라스틱 복합제의 개질제나 상용화제 등의 용도에 가장 적합하고 또한 컴파운드의 변성성분으로 사용되고 있다. G 1726은 SEBS와 SEB의 혼합품으로 부드럽고 비교적 응집력이 약한 접착제나 실란트 등에 사용된다.

Kraton FG 1900시리즈는 수첨포화형 Kraton G폴리머에 관능기를 부여한 제3세대 고기능 폴리머이다. 분자내에 극성기를 가짐으로써 접착제나 실란트에 접착력이 현저하게 개량되고 또한 플라스틱개질 분야에는 극성 플라스틱과의 혼합 친화성을 개선하고 있다. 또 적당한 반응기를 갖는 타 성분과 반응해 열경화형으로도 가능하다.

각종 엔플라와 KRATON FG 1901X의 내충격과 굴곡탄성률

엔플라 종류	개질재	개질재의 혼입 (%),(중량)	Izod내충격성(notch) ft-lb/in(㎏·㎝/㎝)		굴곡탄성률 kpsi(㎏/㎠)
			23℃	-29℃
N66	FG1901X	20	19.8 (108)	2.6 (14)	294 (20.580)
N6	FG1901X/ Conventional G	20	22.9 (125)	-	212 (14.840)
PBT	FG1901X a)	20	15.5 (84)	2.1 (11)	238 (16.660)
PET	FG1901X	20	13.1 (71)		248 (17.360)
Glass Filled N66 b)	FG1901X	16	3.7 (20)		744 (52.080)
Mineral Filled PBT c)	FG1901X	10	2.3 (13)		347 (24.290)
PPE/N66 d)	FG1901X/ Conventional G	20	12.0 (65)	3.7 (20)	276 (19.320)
PP/N66 d)	FG1901X/ Conventional G	20	20.9 (114)		167 (11.690)

주) a) 0.25%W의 특별히 갇른 첨가물을 포함하는 혼합물. b) 30%W GlassFilled N66. c) 10%W Translink 445, 알루미늄실리케이트. d) 혼합물은 다른 개면활성제를 포함

FG 1901은 무수말레인산을 2% 중량 부가한 그레이드이다. 향후 발전성으로 반응기의 종류, 부가량 및 기초폴리머의 종류 등을 변화시킴으로써 많은 그레이드화될 예정이다.

현재 아직까지 파이로트 플랜트 단계의 폴리머에 RP 6500 시리즈 번호를 붙이고 있지만 시장 판매에 들어간 다음에 FG 1900시리즈로 양산화할 예정이다.

5-2. Shell그룹의 생산 및 연구체제

스티렌계 열가소성 엘라스토머의 개척기업인 Shell그룹은 지난 1965년 미국에 최초의 생산 플랜트를 가동시킨 이후 오늘까지 전세계적으로 연구개발과 생산 등의 분야에서 시장을 선도하고 있다.

현재, 생산공장은 미국의 오하이오주 벨프레, 프랑스의 베어, 독일의 베스링, 일본 등에 있고 모든 플랜트도 열가소성 엘라스토머의 전용 생산설비를 갖추고 있는데, 총 생산능력은 연간 약 25만톤에 이르고 있다.

한편, 연구체제는 미국의 휴스톤, 벨기에의 브뤼셀, 네덜란드 암스테르담 및 일본 등지에 연구소가 있고 시장 수요에 맞춰 신규 폴리머의 개발, 개량 및 배합기술의 혁신화 및 용도개발 등의 연구에 힘쓰고 있다.

스티렌계 열가소성 엘라스토머는 분류하면 SBS(스티렌부타디엔스티렌, SIS(스티렌이소프렌스티렌)처럼 불포화고무형 블록공중합체의 계통과 SEBS(스티렌에틸렌부티렌스티렌)에 불포화고무형 블록공중합체의 계통과 SEBS(스티렌에틸렌부티렌스티렌)에 대표되는 포화고무형 블록공중합체의 계통으로 나눈다.

이 두가지는 모두 다른 열가소성 엘라스토머(TPE)에서 얻을 수 없는 부드러운 재료를 제공할 수 있는 특징은 공통되지만 다른 물성은 상당히 다르다. 후자는 전자의 중간 고무블록중의 2중결합을 수소첨가해 포화시킨 것으로 전자는 한계가 있던 내수성, 내열성이 큰 폭으로 개선되어 다른 특성을 포함해 고성능화를 이루었다. 전자는 제1세대, 후자는 제2세대 스티렌계 TPE라고 부르는 이유다.

스미토모 TPE-SB시리즈는 미국의 Shell Chemical 사가 개발한 SEBS를 기초폴리머로 스미토모화학 독자의 기술과 노력으로 만들어진 고성능 스티렌계 TPE이다. 각종 TPE중에서 자리매김을 확실하게 하기 위해 다른 대표적인 TPE와의 성능비교를 표1에 나타냈다. 스미토모 TPE-SB시리즈의 주요 특징을 예를 들어 봤다.

①성형가공이 쉽다. 가황공정이 불필요하고 열가소성수지와 같이 가공법으로 고속 성형할 수 있어 생산성이 높다. ②재사용이 가능하다. 물성이나 가공성을 잃는 일이 없고 스크랩 등의 재사용이 가능하다. ③고무탄성이 우수하다. 가황고무에 필적하는 고무탄성(저압축 영구일그러짐, 저영구 신장, 고반발탄성)을 갖는다.

④경도가 폭넓다. 다른 종류의 TPE로는 얻을 수 없는 저경도 그레이드가 있다. ⑤내후성 및 내열노화성이 우수하다. 기초폴리머는 불포화이중결합을 포함하지 않기 때문에 자외선이나 산화에 안정하고 옥외 및 고온하에서 장기 사용할 수 있다. ⑥저온충격성이 우수하다. 기초폴리머가 유리전이점이 낮은 SEBS이기 때문에 큰 저온충격치를 갖는다.

스미토모 TPE-SB시리즈의 그레이드 구성과 일반물성을 표2에 나타냈다. 이 표에 나타나 있듯이 스미토모 TPE-SB 시리즈는 SB 2000시리즈와 SB7000시리즈는 필러가 들어있는 타입의 그레이드로 비용 퍼포먼스가 우수하고 내후성을 중시한 품질설계를 갖고 있어 자동차관련부품, 공업부품, 스포츠용품 등 광범위한 용도에 사용할 수 있다.

SB 2000시리즈는 비중이 0.9로 매우 낮아 경량화에 유리하다. 스티렌계 TPE는 다른 TPE에서는 도저히 얻을 수 없는 저경도영역을 커버할 수 있다는 점이 큰 장점이다. 카타로그 그레이드는 Shore A 45~75의 범위가 되고 있지만 Shore A 30대 및 20대의 초저경도 그레이드도 개발을 마쳤다.

SB2000시리즈는 인장강도가 매우 크다. 또한 압축 영구 일그러짐 및 영구 늘어남이 적어 고무라이크이고 실링성도 좋다. 저온도 내충격성의 경우, 모든 그레이드에서도 -40℃ notch izot 충격시험으로 N.B(비파괴)를 나타낸다.

가황고무나 PVC가 고온하에 열경화형 열호를 일으키고 물성을 저하시키는 것에 대해 스미토모 TPE-SB시리즈는 고온하에서 물성의 경시변화가 매우 적어 장기적인 사용에 견딘다. 120℃의 기어오븐중에 1000시간 정도 유지해도 강도 및 신당의 변화는 크지 않다.

내후성의 경우, 스미토모 TPE-SB시리즈의 기초폴리머는 주쇄에 불포화이중결합을 포함하지 않기 때문에 내후성이 우수하다. 특히, SB 7000시리즈의 블랙그레이드는 웨자메이터 63℃ 물이 있어야 하는 조건에서 3000시간 빛을 발사한 후에도 강도나 신장의 정도는 거의 변하지 않는다.

내유·내약품성, 타재료와의 상용성의 경우, 스미토모 TPE-SB시리즈는 모든 그레이드에서 알콜 등의 극성용제나 알칼리에서 내약품성이 우수하다. SB2000시리즈는 내산성도 우수하다. 가솔린, 광물유, 방향족 탄화수소 등의 비극성 용제에는 상당히 膨潤하는 것으로 사용상 주의를 요한다. 반면, 비극성 재료와 친화성 때문에 PP, PE 등과의 블랜드 사용이나 2색 성형이 가능하다.

착생성 및 도장성의 경우, 스미토모 TPE-SB시리즈는 안료 배함 또는 도장에 의해 자유록베 색을 입힐 수 있다. 탄화수소재료는 극성기를 갖지 안는 표면이 불활성이기 때문에 일반적인 도장이 어려운 부류의 재료에 속하지만 스미토모 TPE-SB시리즈는 적당한 프라이머 사용이나 그외의 표면처리에 의해 충분히 도장이 가능하다.

SB2000시리즈는 위생성이 뛰어나고 냄새가 거의 없기 때문에 의료·식품관련 용도에 적합하다. 가황고무에 필적하는 고무탄성, 유연성을 갖기 때문에 실리콘 고무를 대체제로써 전개가 서서히 진행되고 있다. 튜브, 백, 용기 등에는 반투명성을 살린 사용예가 많다.

패킹이나 전류에는 압축영구 일그러짐이 적고 실링성이 좋다고 평가되고 있다. SB 7000시리즈는 성형 가공성·내후성·저온특성·도장성·비용 퍼포먼스 등이 우수한 점을 살려 자동차관련 부품, 공업용 부품, 스포츠용품 등 폭넓은 용도에 적용이 가능하다.

스미토모 TPE-SB시리즈는 PP 등의 열가소성수지에 비해 용융점도의 전단속도 의존성이 매우 크고 저전단 속도지역에서는 고점도, 고전단 속도지역에서는 저점도가 된다. 이 때문에 하나의 그레이드에 압출성형·사출성형의 양쪽 방향의 적용이 가능하다. 즉, 중전단 속도의 압출성형 영역에서는 용융점도가 충분히 높고 이것이 양호한 압출성형성에 연결된다. 튜브, 시트와 같이 단순한 사출성형 뿐만 아니라 복잡한 프로파일의 이형압출도 가능하다.

한편, 고전단속도의 사출성형 영역에서는 저점도 고유동이 되고 이 때문에 사출성형이 용이할 수 있다. 성형 조건은 실린더 온도 180~230℃, 금형온도 30~50℃ 부근에서 선택하면 좋다. 점도의 전단속도 의존성이 크기 때문에 프로세스 관리는 사출압력이나 사출속도 조정으로 행하는 것이 효과적이다. 또 SB7000시리즈는 미리 60~70℃, 2시간 이상의 건조를 행하고 나서 성형 가공하는 것이 바람직하다. <자료제공 : 스미토모화학>

Europrene SOL T는(S-B)nX타입의 블록공중합체로 S는 폴리스티렌블록, B는 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌블록, X는 카플링제로 생성된 고분자는 중앙의 폴리부타디엔블록에 결합된 말단 폴리스티렌블록을 갖는 방사형과 직선형 두가지 타입이 있다.

폴리부타디엔과 폴리스티렌블록은 상호 불용성이기 때문에 이러한 폴리머는 부드러운 폴리이소프렌 또는 폴리부타디엔상과 딱딱한 폴리스티렌상 사이에서 분리가 일어난다.

또 표준 SBR(랜덤모노머 분포를 갖는 스티렌부타디엔 공중합체)의 경우 유리전이점이 하나뿐인 점에 대해서 열가소성고무는 하나의 폴리스티렌상에 관계하고 또다른 하나는 폴리스티렌상에 관계하는 등 두가지의 유리전이점을 갖고 있다.

열가소성고무의 두가지 상은 화학적으로 결합되어 망목을 형성해 폴리스티렌 영역은 폴리부타디엔상내에 분산해 있다. Europrene의 기기적 탄성 및 가공특성은 이 구조에 기인한다. 온도가 75~80℃이하의 경우 폴리스티렌의 유리전이점 이하이기 때문에 폴리스틸렌 영역은 강성으로 가황고무의 유황과 같이 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌상의 교가점으로 작용한다.

온도가 이처럼 높게 되면 폴리스티렌상이 경화해 덩어리가 소성이 되기 때문에 지금까지의 열가소성 소재와 같은 방법으로 가공이 가능하다. 폴리스티렌 영역은 엘라스토머 연쇄사이의 물리적 결합제로써 뿐 아니라 보강충진제로도 작용해 경도, 모듈러스, 인장강도, 파단시 늘어나는 비율 등의 기술적 특성에 영향을 미친다.

게다가 화학적인 가교제는 포함하지 않기 때문에 이 폴리머는 다양환 종류의 용제에 대부분 녹고 또한 높은 부착력을 갖고 있다. 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌상은 이들 재료의 탄성특성, 특히 저온시 고탄성 및 유연성에 관한 역할을 담당하고 있다.

Europrene SOL T폴리머는 사용자의 특수요건에 맞게 개발·생산된 것으로 현재는 광범위한 타입의 것이 고안되고 있다. 이 그레이드는 코드번호로 식별되고 있는데 투명 스티렌부타디엔타입의 코드번호는 160~169, 油展타입은 170~179이다. 스티렌·이소프렌을 기초로 한 폴리머는 190~199의 코드번호를 매기고 있다.

Europrene SOL T 폴리머는 그램타입으로 폴리스티렌 봉지 또는 나무마개에 공급하고 있다. 엘라스토머로 특성은 3가지를 들 수 있다.

첫째는 스티렌 함유량이 증가하면 경도 및 기기적 강도가 증가하고 이에 따라 탄성이 저하된다. 둘째, 기름의 함유량이 증가하면 유동성이 크게 증가하고 강도가 감소한다. 셋째, 분자량이 증가하면 유동성과 가공성이 저하되지만 기기적 특성은 다소 좋아진다. 또한 기기적 및 동적특성은 딱딱한 폴리스티렌상의 영향을 받는데 이것이 가공조건에 크게 좌우되는 점을 강조할 필요가 있다.

주요 TPE의 성능비교

TEP종류 구분			스티렌계		PVC계	올레핀계 스미토모TPE	우레탄계	에스테르계	폴라아미드계
			SBS계 SIS계	SEBS계 스미토모TPE-SB
구 조	경 질 성		PS	PS	결정성PVC	폴리올레핀	폴리우레탄	에스테르계	폴리아미드
	연 질 성		BR	수소첨가BR	비결정PVC	올레핀계고무	폴리에스테르	폴리에테르	폴리에테르
			IR		가소제		폴리에테르	폴리에스테르	폴리에스테르
성능	비중		0.91∼1.13	0.9∼1.16	1.2∼1.4	0.88∼0.91	1.1∼1.3	1.02∼1.3	0.94∼1.1
	경 량 성		◎∼⼰	◎∼⼰	X	◎	⼰∼X	⼰∼X	○
	유 연 성		◎	◎	○	○	⼰	⼰∼X	⼰∼X
	기 계 적 강 도		⼰	○	○	⼰	◎	◎	◎
	압축이영구치않음		⼰	◎	⼰	⼰∼○	◎	⼰	⼰
	내 한 성		◎	◎	⼰	◎	⼰	◎	◎
	내 열 성		X	⼰∼○	⼰	○	⼰	◎	◎
	내 후 성		X	◎	⼰∼○	◎	⼰	○	○
	내 유 성		X	X∼⼰	○	X∼⼰	◎	◎	◎
	내산내알카리성		○	◎	○	◎	⼰	⼰	⼰
	내 열 수 성		⼰	○	⼰	○	X	X	⼰∼X
	흡 습 성		○	◎	○	◎	○	○	X
	가공성	사 출	◎	◎	⼰	○∼◎	⼰	○	○
		압 출	⼰∼○	⼰∼○	◎	⼰∼○	⼰	⼰	⼰
	재 료 가 격		◎	⼰∼○	◎∼○	◎∼○	⼰∼X	X	X

또한 이들 엘라스토머에 사용되는 가소제는 기본적으로 적정량의 나프텐 및 방향제를 포함하는 파라핀유로 이 오일은 최적의 기기적 특성, 가공, 색, 노화특성을 갖도록 특별히 개발된 것이다.

SOL T161의 혼합시 전단력의 경우, SBS를 비츄멘에서 단기간에 분산되도록 전단력을 부여하는 용해시스템을 사용하면 좋다. 이제까지의 저속믹서는 반드시 적절한 설비라고는 할 수 없다. 이유는 전단력이 낮아 분산하는데 시간이 필요로 하고 또한 온도가 높기(200℃) 때문에 비츄멘 및 폴리머를 분산시킨다. 믹서타입의 펌프를 접속해 순환시켜 효율좋은 고전단력을 부여할 수 있다.

SOL T의 온도조건의 경우, SBS의 분산은 온도에 큰 영향을 미친다. SBS를 비츄멘에 효율좋게 분산시키기 위해서는 180~200℃의 범위에 혼합하는 것이 필요하다. 이 온도영역이 되면 비츄멘, 폴리스티렌, 폴리부타디엔의 용해도 파라메타가 접근하고 있기 때문에 점도에 대해서도 같음을 알 수 있다. 그러나 그 이하의 온도에는 분산성이 악화된다. 또 온도는 폴리스티렌의 유리전이점 온도보다 낮으면 분산되지 않는다.

한편, 200℃이상의 높은 온도도 유지할 수 없다. 이 온도 이상이라면 비츄멘 및 SBS의 분해가 촉진된다. 특히 SBS를 비츄멘으로 혼합용해중에 200℃이상으로 하면 SBS의 부타디엔상에 겔화 현상이 일어난다. 이 현상은 200℃ 이상에서도 일어나는데 이것은 열을 장시간 가한 경우에 발생한다.

또 고온으로 장시간 혼합하면 비츄멘도 산화되고 그 결과 SBS와의 화학친화력이 저하, 산화에 의해 퍼옥사이드가 생성돼 SBS의 폴리부타디엔상과 가교반응이 일어난다.

이 가교반응이 어느 정도 수준에 있는가를 폴리부타디엔, 고무를 사용해 검토한 결과, 250℃에서 생성된 퍼옥사이드에 의한 가교밀도는 일반적으로 일어나는 유황가황의 150℃의 가교밀도에 상당한 것으로 나타났다. 전단력과 온도 인자를 개별적으로 검토해도 분산문제는 해결되지 않는다. <자료제공 : Tosoh>

JSR TR(스티렌부타디엔스티렌블록코폴리머)은 84년에 스티렌계 TPE시장에 투입된 이후 우수한 성능으로 꾸준한 수요성장을 보여 왔다. 향후, 수요가 늘어날 것에 대비해 스티렌계 TPE전용의 새로운 플랜트를 鹿島공장내에 건설(Shell흥산과 합작 : JSR Shell 엘라스토머)하고 89년 10월부터 공장을 가동하기 시작해 JSR TR 및 SIS(스티렌이소프렌스티렌블록코폴리머)를 생산하고 있다.

JSR TR은 아래에 SBS의 특징을 가지고 있다. 특징을 보면, 저온특성, 상용성(다른 열가소성수지, 고무, 경화제 및 충진제), 식품위생성(폴리올레핀 등 위생협의회 포지티브 리스트 등록), 각종 플라스틱의 개질(내충격성, 성형가공성 등 개량), 저비중, 휨저항이 우수하다. JSR TR의 일반물성을 표4에 나타냈다. 은 폴리스티렌블록과 폴리부타디엔블록이 래디얼블록상에 결합한 유전 타입의 SBS이고 유동성이 우수하다. 또한 은 폴리스티렌 블록과 폴리부타디엔 블록이 리니어상에 결합돼 있고 PS 및 PP수지의 상용성이 우수하며 내충격성, 내한성, 접착성, 도장성 및 심교성을 향상시키기 위해 사용되고 있다.

-JSR TR 2400-은 폴리스티렌블록, 폴리부타디엔블록과 리니어상에서 결합돼 있고 TR 2000에 비해 폴리스티렌 블록 부분이 폴리부타디엔 블록 부분보다 많은 조성이다.

폴리부타디엔 블록 부분의 불포화결합을 위해 내후성, 내한성 및 내유성 등이 우수하다고 말할 수 없지만 성능과 코스트의 균형이 좋아 여러 분야에 채용되고 있다. JSR TR의 주 용도는 수지개질 분야이고 범용 열가소성수지 및 엔지니어링수지의 가소성(휨성)이나 저온시 내충격성을 개량하기 위해 블렌드하여 사용된다. 가장 많은 것은 GP폴리스티렌에 블렌드하여 식품용 쟁반 및 냉과용기 등의 포장용도에 사용되고 있다.

GP폴리스티렌에 JSR TR을 블렌드한 것은 일반적으로 고충격성 폴리스티렌에 비해 투명성이 우수하다. 또 JSR TR이 열가소성 펠리트 또는 크램이기 때문에 GP폴리스티렌을 시작으로 많은 수지와 임의의 비율로 블렌드할 수 있는 점도 하나의 이점이다. JSR TR은 저온에서 유연성이 우수하고 고무 라이크한 감촉을 가지면서 휨저항이 크고 접착성이 좋아 구두창, 완구 및 잡화재료로써 널리 사용되고 있다.

또한 아스팔트를 도로포장이나 방수시트에 사용할 때 겨울 기간동안의 저온가소성 및 여름 기간동안의 내고온 유동성 개량을 위해 JSR TR이 이용되고 있다. 이 용도는 향후 시공이 용이한 도치법 방수시트의 수요신장, 물 침투성의 포장용 개량 아스팔트 개발 등에 따라 수요가 증가할 것으로 전망된다. <자료제공 : 일본합성고무>

JSR SIS(스티렌이소프렌스티렌블록코폴리머)는 JSR TR와 같이 鹿島공장(JSR Shell Elastomer)에서 생산하고 있다. JSR SIS는 주로 점·접착제의 베이스폴리머로 사용되고 있고 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

스미토모 TPE-SB의 일반물성

항목		시험방법	단위	비고	SB-2000시리즈			SB7000시리즈
					2400	2610	2710	7505	7615	7735
비중		JIS K7112	-	-	0.9	0.9	0.9	1.15	1.16	1.16
멜트플로레이트		JIS K7210	g/mim	2.16㎏	0.5	1.5	1.7	0.4	1.1	3.0
표 면 경 도		ASTM D2240	-	Shore	45	60	75	50	60	70
인 장	100% 응력	JIS K6301	㎏/㎠	JIS	14	22	30	15	17	22
	인 장 강 도		㎏/㎠	3호단벨	72	76	103	55	66	67
	신 장		%	200㎜/min	770	750	750	690	790	760
인 열 강 도		JIS K6301	㎏/㎝	JIS B형	16	23	285	21	24	26
충 격 강 도		JIS K7110	㎏⼘㎝/㎝	-40℃	N.B	N.B	N.B	N.B	N.B	N.B
압축이영구치않음		JIS K6301	%	70℃ x 22hrs	38	40	45	31	34	41
영 구 신 장		JIS K6301	%	100%신장	8	11	12	5	6	10

상온에서 접착특성이 우수하다. 핫멜트가공성, 범용의 접착부여 수지, 연화제나 기타 약품과 광범위하게 서로 사용이 가능하다. 또한 JSR SIS를 사용한 점착제 배합물은 다음과 같은 특징을 갖는다. 고온유지력과 단볼실성이 우수하며, 용제형 점착제의 고점도화이다.

JSR SIS는 폴리스티렌블록과 폴리이소프렌블록에서 되고 폴리스티렌블록이 방향족계 수지나 방향족계 연화제 등과 상용돼 연화점, modulus 및 응집력 등에 작용한다. 또 방향족계 이외의 점착부여 수지나 연화제 등은 폴리이소프렌相과 상용하고 점착특성에 큰 영향을 끼친다.

JSR SIS 5000은 핫멜트 점·접착제의 기본재료 폴리머로 사용될 뿐만 아니라 천연고무나 스티렌부타디엔고무가 기본 재료 폴리머인 점착제에 블렌드되고 그 점착제의 개질제로도 폭넓게 사용되고 있다. JSR SIS 5000과 점·접착부여 수지 및 연화제 등의 배합량은 제품의 요구특성 밸런스에 따라 결정된다. 다음은 JSR SIS 5000 점착제 배합물의 용융점도와 점착특성으로 점착부여 수지와 연화제의 파급 영향을 정리했다.

JSR TR의 대표물성

구분	시험법	단위	JSR TRI1000	JSR TRI2000	JSR TRI2400
ST/BD비		phr	40/60	40/60	60/40
신전유량			50
형상			g	펠레트와그렘	g
비중	ASTM D297	g/10min	0.94	0.96	0.99
멜트플로레이트(190℃, 2.16㎏하중)	ASTM D1238		1.5	3.0	1.5
경도(JIS A)	JIS K6301		64	87	99
(Shore-D)	ASTM D2240			31	60
300%인장응력	JIS K6301	㎏/㎠	15	30	120
인장강도	JIS K6301	㎏/㎠	170	280	300
신장	JIS K6301	%	960	800	670
인열강도 B형	JIS K6301	㎏/㎝	30	43	90
영구신장(200% 신장)	JIS K6301	%	9	15	30
반발강성	JIS K6301	%	55	48	54
DIN마모	DIN 53516	㎜	145	149	264
비켓트연화점	ASTM D1525	℃	50	47	71
폴리올레핀 등 위생협의회위 PL등록				PL인정	PL인정

용융점도는 점착부여 수지보다도 연화제에 의해 저하되는 효과가 크다. 저온시 tac(10℃)는 연화제의 배합량을 증량함으로써 개량된다. 점착력은 점착부여 수지의 배합량을 증량함으로써 개량된다. 유지력(40℃)은 연화제에 따른 영향이 크고 배합량을 늘리면 고온유지력이 저하된다. carton sealability(10℃)는 저온시 tac와 상반되는 경향을 보이고, 점착부여 수지의 배합량을 늘리면 carton sealability가 향상되고 연화제를 늘리면 저하된다.

JSR SIS 5000을 천연고무에 블렌드하면 다음과 같은 개질효과가 나타난다. 점착력과 clipe특성(유지력, 段볼 유지력)의 개량과 용액점도를 큰폭으로 저하시키기 위해 용제 사용량을 내릴 수 있다. 이처럼 점착제분야 외에는 JSR TR에서도 나타냈지만 아스팔스 개질제로도 사용되고 있다. <자료제공 : 일본합성고무>

Quintac는 일본제온이 독자적으로 개발해 지난 85년에 시장에 내놓은 폴리스티렌폴리이소프렌의 블록구조를 갖는 열가소성엘라스토머이다. 일본제온은 지금까지 C5계 석유수지 을 점·접착분야에 공급하는 경우를 통해 SIS에 알맞은 점착부여 수지 개발에 힘써 왔지만 그 견지와 오랜기간의 합성고무 제조기술, 고순도 이소프렌모노머 제조기술의 모두를 결집하고 점·접착물성이 우수한 SIS를 시장에 내 놓았다.

JSR SIS5000 유기용제의 용해성

구분	용해도 파라메타 (23℃)	용·불용
n-펜탄	7.0	SS
n-헥산	7.3	SS
n-헵탄	7.4	SS
n-옥탄	7.6	SS
디에틸에테르	7.4	VS
시클로헥산	8.2	VS
메틸이소부틸케론	8.4	VS
m, p-자일렌	8.8	VS
톨루엔	8.9	VS
o-자일렌	9.0	VS
벤젠	9.2	VS
메틸에틸케론	9.3	VS
클로로포름	9.3	VS
아세톤	10.0	SS
아크릴로니트릴	10.5	SS
이소프로필알콜	11.5	IS

주) VS :역용, SS :난용 IS :불용

SIS의 큰 용도로는 점착테이프 및 핫멜트 접착제가 있다. 점착테이프 분야는 50%이상을 차지하고 있는 포장용의 경우, 베이스엘라스토머로 천연고무를 대신해 SIS의 확대가 기대돼 왔지만 여전히 천연고무가 주류를 차지하고 있다.

그 하나로써 물성면에 양자를 비교한 경우, 신장/응력의 인장특성에 큰 차이가 나타났다. 즉, SIS는 이것을 변성시키기 위해 매우 큰 힘이 필요하기 때문에 점착제로서는 우수한 점착력과 유지력을 나타낸다.

그러나 탁네스의 출현으로 불리하고 段볼紙와 같은 조면의 점착에 실용상 불리한 점이 나타나고 있다. 이같은 SIS의 결점을 극복하기 위해 점착부여제로 사용되는 C5계 석유수지에 약간의 방향족 구조를 도입한 석유수지를 사용하면 저온 tac에 우수한 점착제를 얻을 수 있다. 그러나 이같은 점착부여 수지의 개량에서는 한계가 있고 이를 근거한 새로운 SIS의 폴리머 설계가 필요하다.

한편, 핫멜트 접착제 분야에는 종래 에틸렌초산비닐코폴리머(EVA)가 여러 분야에 이용돼 왔지만 최근 신장이 현저한 종이기저귀 분야에는 점착력이 강하고 오픈 타임이 짧으며, 육안의 느낌이 딱딱하기 때문에 고무계의 SIS·SBS·SEBS 등이 사용되는 경우가 많다.

Quintac의 물리특성

		3421	3422	3435	3530	3450
비중(d)	*1	0.93	0.93	0.93	0.93	0.93
Melt Index(M)	*2	10	7	6	1	3
유리전이점(Tg)	*3	-72℃	℃	℃	℃	℃
용액점도(cps/25℃)	*4	1,400	1,500	1,200	2,500	550
경도(Shore-A)	*5	37	40	40	45	45
300%Modulus(㎏/㎠)	*5	7	10	9	14	17
인장강도(㎏/㎠)	*5	170	230	80	180	70
신장(%)	*5	1,400	1,250	1,350	1,250	1,050
Stryene함유량(%)	*5	14	15	16	16	19
인화점(℃)	*7	284	284	284	284	284
용융점도(cps/180℃)	*8	550x103	600x103	800x103	3,900x103	150x103
형상		펠레트	펠레트	펠레트	펠레트	펠레트
기존화학물질번호		6-143	6-143	6-143	6-143	6-143

주) ^*1 : JIS K0061 ^*2 : JIS K7210(200℃,5㎏하중, 단지3450은 190℃,,2.16㎏하중) ^*3 : DSC법
^*4 : B형점도계(폴리머온도 25wt% 톨루엔용액), ^*5 : JIS K6301 ^*6 : JIS K6383 ^*7 : JIS K2274
^*8 : 플로테스터(180℃,,100㎏하중)

Quintac의 배합조건

배합		1	2	3	4	5	6	7	8
Quintac 3421		100						100
Quintac 3422			100						100
Quintac 3435				100
Quintac 3530					100
Quintac 3450						100
시판 SIS							100
Quintone M-100		100	100	100	100	100	100
Quintone N-180								100	100
Shellfiex 371N		1	1	1	1	1	1	1	1
노화방지제		20	20	20	20	20	20	20	20
clack	*1	18.3	18.1	20.2	17.5	179	18.3	24.0	23.0
180⼑필(g/㎝_	*2	740	750	880	740	710	700	720	690
유지력(min)	*3	1,240	1,720	2,200	3,700	1,930	1,190	340	340
단볼실성(min)	*4	60	60	480	420	50	40	530	2,120
배합물정도(cps)	*5	10x104	11x104	32x104	58x104	6x104	10x104	5x104	10x104

주) 베이스필름 : 1mil폴리에스테르
표준두께 : 25마이크로
^*1 : 23℃ , 볼No.1`(J, Dow Tack법) ^*2 : 23℃ 23 ℃5-% t걁텐레스 ^*3 : 50℃ 스텐레스 1㎏하중/
^*4 : 23℃ 일본제온법 25x50㎜ 500g하중 ^*5 : 플로테스터 160℃, 10㎏하중

이 분야에서는 塗工온도를 가장 낮게 설정할 필요가 있는 경우가 있고 종래의 SIS그레이드에다 저점도 타입이 요구되고 있다. 일반적으로 시판되고 있는 저점도타입은 범용타입에 비해 응집력이 약하고 저점도면서 높은 응집력을 갖는 SIS가 기대된다.

Quintac는 이상과 같은 시장에서 요구되는 품질에 세심하게 대응할 수 있는 독자적인 폴리머 설계를 실시한 결과 저용융점도에서부터 고용융점도까지 용도에 따라 선택이 가능하고 동시에 점·접착특성을 변화시킨 풍부한 상품을 실현하기에 이르렀다.

Quintac의 각 그레이드 물성특성을 나타냈다. SIS블록코폴리머의 분자설계상의 주요 인자는 평균분자량, 스티렌함유율, 카프링률(SIS 분자량을 SIS분자와 SI분자의 합계량으로 뺀 수치)의 3가지가 있고 이밖에 폴리스티렌 부분의 분자량분포, SIS분자전체의 분자량분포, 폴리이소프렌 부분의 cis-1,4 결합비율, 직쇄상이나 분기상 등이 폴리머 전체로써의 특성에 영향을 미치는 인자이다.

SIS블록코폴리머의 제조법에는 중합개시제의 존재아래에서 스티렌, 이소프렌, 스티렌 각 단량체를 순차적으로 반응시키는 逐次法과 중합공정에 합성된 SI(폴리스티렌-폴리이소프렌)분자의 폴리이소프렌 말단을 커플링제를 이용해 결합함으로써 제조하는 커플링법이 있는데 후자가 일반적인 방법이다. 여기에 2관능성의 커플링제를 사용하면 직쇄상이 되고 다관능성의 커플링제를 사용하면 분기상이 된다.

Quintac 각 그레이드는 평균분자량, 스티렌 함유량, 커플링률, 직쇄상이나 분기상 등 이들의 분자구조 인자의 효과와 용도에 대한 소비자의 수요품질과의 관계를 충분히 검토해 분자설계한 후 갖춘 제품 시리즈이다.

은 종래 점착제분야에서 가장 일반적으로 사용돼 온 SIS에 해당하고 대부분 동일한 평균분자량, 커플링률 및 스티렌 함유량을 갖기 때문에 범용 타입에 폭넓은 용도에 적당한 제품이다. 는 과 거의 동일한 평균분자량을 가지면서 어느 정도 높은 스티렌량과 커플링률을 가지면서 고응집력의 특징을 가지고 있다.

는 와 비슷한 평균분자량을 가지면서 와는 반대로 낮은 커플링률을 갖는 폴리머이다. 그리고 에 비해 점착제의 베이스엘라스토머로써는 천연고무에 가까운 성능을 나타내기 쉽고 점착테이프의 높은 carton sealability를 요구하는 용도에 적합하다.

점착 테이프는 유기용제를 사용해 환경문제나 화재의 위험방지 관점에서 탈용제화의 수단으로 점착 테이프 제조공정에 핫멜트 공법이 채용돼 오고 있다. 이 공법의 성질상, 사용되는 기초 폴리머에 열가소성이 요구되고 제품의 점착특성에서 SIS블록폴리머가 많이 이용되고 있다. 또한 용제회수를 하고 있는 종래형 용제법 점착 테이프에 대해서도 SIS블록폴리머는 천연고무에 비해 용액점도가 매우 낮은 특징이 있는 것으로 평가받고 있으며, 많이 사용되고 있다.

핫멜트 접착제는 종래 베이스폴리머로는 EVA, 폴리올레핀 등이 많이 이용돼 왔지만 최근에는 스티렌계 열가소성 엘라스토머의 비율이 증가세를 보이고 있다. SIS, SBS, SEBS 중에서 SBS가 많이 사용되고 있는데 피착체에 대한 높은 접착력이 요구되는 경우, 접착특성이 우수한 SIS가 선택된다. 대표적인 예로 종이기저귀용 접착제를 들 수 있다. 기타의 경우, 라벨용 점착제, 아스팔트 개질용, 플라스틱 개질용 등이 있다.

<표7>에 Quintac 각 그레이드와 점착부여제, 가소제, 노화방지제 배합물의 점착물성을 나타냈다. 배합 1~6은 점착부여제로써 지방족계 석유수지 , 배합 7~8은 지방족/방향족계 을 사용했다.

<표7>에서는 Quintac 각 그레이드는 현재 시판되는 제품과 비교해 우수한 물성을 갖는데 특히 Quintac 3530은 유지력(Holding power)에, Quintac 3435는 carton sealability에 현저한 특성이 나타남을 알 수 있다.

점착부여제 종류를 보면, 지방족계의 은 텍네스, 점착력 및 유지력의 균형을 갖춘 물성을 갖는 수지이고 지방족/방향족계의 은 텍네스에 특징있는 점착물성을 갖는 수지이다. <표7>에 나타낸 평가항목중 carton sealability는 점착 테이프의 梱包용도에 가장 중요한 실용성능이 되는 段볼상자로의 seal 성능이다. 이 평가에는 일본제온이 독자적으로 개발한 방법을 사용했다. 이러한 배합의 경우, SIS 그레이드의 선택과 함께 점착부여제의 종류 선택도 매우 중요하다.

Quintac의 일반적인 용도는 Quintac 3421, Quintac 3435가 핫멜트 점착제, Quintac 3530가 용제계 점착제, Quintac 3450이 접착제에 사용되고, 배합에 사용되는 점착부여제중 방향족 함유량 등의 구조, 가소제 구조(나프텐/파라핀 비율) 및 이들의 배합비를 선택함으로써 용도에 대한 특성을 나타낼 수 있다.

비교적 최근에 개발된 Quintac 3450은 자세하게 나타내면 Quintac 3450은 베이스 폴리머의 높은 응집력(높은 modulus)에 의해 배합물이 높은 유지력을 갖는다. 접착제로서 본 경우, 이것은 배합물이 상온에서는 단단해 그다지 적합하지 못하다. 이것은 점착물성의 tac 및 점착력이 낮은 수치밖에 보이지 않기 때문에 배합에 의해 범용 그레이드를 웃도는 유지력을 이용해 특징있는 점착제의 설계가 가능할 것으로 보인다.

한편, 이것을 접착제에 응용하면 저용융점도에서 높은 유지력을 갖는데 어려웠던 핫멜트 접착제 설계가 가능하다. 원래 SIS블록코폴리머는 상온에서 열가소성 수지와 같이 유동하여 핫멜트 가공을 가능하게 상온에서는 가황 고무에 필적하는 강도를 보이는 매우 특징적인 폴리머이다. 그 특성을 살려 점·접착제품에 베이스 폴리머로 이용되고 있다.

그러나 이전의 SIS블록코폴리머는 양적으로 가장 많이 이용되는 점착테이프용의 품질설계가 주류를 차지하고 접착용, 즉 종이기저귀용 접착제와 같은 낮은 온도의 塗工이 필요한 용도에 충분히 적합하다고는 말할 수 없다. 일본제온이 개발한 은 이전의 SIS블록코폴리머 범주에는 불가능한 저용융점도에서 고응집력을 실현시킨 폴리머이고 접착제 설계의 자유도를 크게 넓힐 수 있게 했다. <자료제공 : 일본제온>

라바론은 스티렌계 열가소성 엘라스토머에 속한다. 스티렌계 엘라스토머는 하드세그멘트로 폴리스티렌의 결정상을 가지며, 소프트 세그멘트로 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌이 블록적으로 공중합된 것이다. 라바론은 미국 Shell Chemical社의 SEBS(수첨 SBS블록코폴리머)를 기초 폴리머로한 컴파운드 재료이다.

SEBS는 SBS계 부타디엔 부품을 고온에 수첨함으로써 주쇄중의 이중결합부품을 포화시킨 것이다. 이 때문에 이중결합 존재에 따라 내후성, 내열성이 악화되는 결점이 해소된다. 스티렌부분과 부타디엔 부분이 명확한 도메인구조 형성이 쉽고 폴리부타디엔을 균일하게 폴리스티렌상을 분산시킬 수 있다.

상온에는 이 폴리스티렌 부분이 부타디엔 부분의 말단을 고정해 일종의 물리적 가교구조를 형성하지만 고온에서는 폴리스티렌 도메인이 용융되고 열가소성을 나타낸다. 아래에 라바론의 특징을 나타낸다.

유연성의 경우, 경도적으로 JIS A15~95度로 넓은 범위를 커버하고 있다. 내열성의 경우, 사용온도범위가 -55~+120℃로 폭넓다. 또 내열노화성도 우수하다. 가교 폴리에틸렌과 거의 비슷한 전기적 특성을 가지고 있고 절연시스, 플러그, 플로텍터커버 등의 전기절연부품으로의 전개가 기대된다. 내후성의 경우, 태양빛·웨저메이터에서 3000시간으로도 거의 물성이 변하지 않는 양호한 내후성을 가지고 있다.

내유·내약품성의 경우, EPDM보다는 우수한 내유성을 나타내고 대부분 CR고무와 어깨를 나란히 하고 있다. 또한 산, 알카리, 알콜 등의 극성용매에 우수한 특성을 보이는데 가솔린, 백등유 등의 무극성 용매에는 매우 활발한 팽창성을 나타낸다. 의료위생성, 식품위생성의 경우, 일본약국방과 후생성고시 제20호 테스트에 합격한 그레이드를 가지고 있다.

물리적 성질을 보면, -표8-에 라바론의 대표적인 그레이드의 물리적 성질을 나타냈다. 라바론은 크게 2가지 시리즈로 의료, 식품용의 M시리즈와 일반용의 S시리즈로 나눈다. <표8>에서 알 수 있듯이 라바론의 물리적 물성은 유연성, 기계적 강도, 고무탄성의 균형에 있어 우수한 자리매김을 하고 있다. 경도적으로는 표준그레이드 45부터 5도 각도로 라인업되고 있지만 초저경도 그레이드로써 15도 제품과 28도 제품도 시장에 나와 있다.

고무탄성을 나타내는 특성에서 압축영구 일그러짐의 수치는 30~40%로 낮게 보이고 저경도 그레이드만큼 우수하다. 또한 가황고무의 고무탄성 특성에 유사하게 하기 위해서는 라바론의 특수 그레이드로써 수가교 그레이드를 시장에 내놓고 있다.

이 그레이드는 성형가공 종료후 성형제품을 물에 담금으로써 가교체가 가능한 엘라스토머이고 고무탄성의 대폭적인 개량이 이루어진 폴리머이다. 이러한 그레이드의 영구압축 일그러짐은 20%대로 대부분 가황고무의 특성과 비슷하다.

내열성의 경우, 사용온도 범위가 -55~+120℃로 매우 넓고 내열특성이 양호하다. 내열노화성이 우수하고 120℃×1개월의 노화조건하에서도 강도와 신장의 유지율은 90%이상을 보이고 있다. 내후성과 내오존성의 경우, 라바론의 베이스폴리머인 SEBS는 중앙의 밋드블록폴리머가 완전히 수첨되고 있고 불포화 이중결합을 지니지 않는다. 이 때문에 내후성, 내오존성이 우수하다. 구체적으로는 태양볕 아래에서 7~10년 정도의 내후성을 갖는다.

내유성·내약품성의 경우, JIS 오일과 엔진오일 등의 내유성은 EPDM과 비교하면 우수하고 팽윤성이 우수하다. 예를 들면, JIS 1호유(100℃·70시간)의 조건아래에서 20~50용량%의 팽윤도를 나타낸다. 내약품성은 산, 알카리, 알콜 등의 극성용매에서는 특성이 우수하지만 가솔린, 백등유 등의 무극성 용매에서는 팽윤성을 나타낸다. 예를 들면, 백등유는 상온×7일의 침청테스트로 170용량%의 팽윤을 나타낸다.

의료위생성·식품위생성은 라바론 M시리즈를 이용함으로써 일본약국방 및 후생성고시 제20호의 테스트에 합격한 우수한 특성을 지니고 있다. 리사이클성은 가황고무와 다른 성형후의 바리, 스풀, 런너 등은 충분히 재사용이 가능하다.

열융착성은 라바론 표준 그레이드는 폴리에틸렌·PP 등의 폴리올레핀 수지와 쉽게 열융착이 가능하고 공압출, 인사이트인젝션, 2색사출성형 등 각종 성형방법에 의해 복합화가 가능하다. 그러나 ABS, PC 등의 극성 폴리머와 열융착은 불가능하다. 여기에 ABS, PC 등에도 열융착이 가능한 그레이드를 최근 개발해 출시했다. 이 그레이드를 사용하면 ABS, PC 등으로의 열융착이 가능하다.

라바론은 우수한 고무탄성, 내열성, 내후성, 위생성, 기기적 강도 등을 평가받아 많은 분야에 사용되고 있다. 의료·식품분야 용도의 경우, 위생성·유연성·자기seal성·증기소독성 등의 물성을 살려 주로 실리콘고무를 대체하는 것으로 전개되고 있다. 구체적으로는 마법병패킹, 자판기 튜브, 솔라관계호스, 수액용 각종 고무부품 등이다.

자동차 부품용은 내열성, 내융착성, 내후성, 고무탄성 등의 물성을 살려 각종 자동차부품에 전개가 가능하다. 특히, 이 분야는 폴리올레핀수지, ABS수지 등의 복합화로 내장부품에 전개되고 있다. 공업용품 부품용은 내열성, 고무탄성, 내유성, 내약품성, 착색성, 가공성 등의 특성을 살려 각종 가황고무부품의 대체가 진행되고 있다. 구체적으로는 토목, 건재용부품, 가전부품, 지수재·목지재, 스포츠용품 등이다.

라바론은 고무탄성이 매우 뛰어나고 유연성이 풍부한 가황고무적 열가소성 엘라스토머이다. 사출성형, 블로성형, 압출성형, 트랜스퍼 성형 등 각종 성형법이 범용 열가소성수지의 성형기를 사용해 쉽게 할 수 있다. 이 근거는 특이한 점탄성 움직임에 의해 압출영역에는 충분한 점도를 지니고 이형압출성형에도 쉽게 할 수 있다.

한편, 사출영역에서는 PP보다도 저점도이고 MFR에 표시되는 수치는 낮고 스파이랄프로 값 등으로 보면, 범용 PP보다 높은 유동성을 갖기 때문에 매우 큰 대형 부품에도 최대한 성형이 가능하다. 성형조건으로는 PP를 성형하는 성형조건으로 충분히 성형이 가능하다.

그러나 주의해야 할 사항은 범용 폴리올레핀 수지에 비해 유연성을 갖기 때문에 이형성의 관점에서 시작한 시스템의 고려, 저휘발분에 의한 불타는 것을 방지하기 위한 에어벤드 설계 등을 미리 인식해야 할 필요가 있다. 성형수축률도 성형조건, 제품형상, 게이트수, 게이트형상 등에 따라 다르기 때문에 試作型에서 확인하는 것이 바람직하다. <자료제공 : 미쓰비시화학>