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Styrene butadiene rubber(SBR 스티렌부타디엔고무)
Styrene butadiene rubber(SBR)
HS No. : 4002-19-0000
별명 : Styrene butadien copolymer
성상 : 유화중합에 의해 생산되는 SBR은 중합온도에 따라 2가지로 구분되는데 고온(50℃ 이상)에서 중합시키는 Hot Rubber와 저온(10℃ 내외)에서 중합시키는 Cold Rubber가 있다. 고온중합에 의한 SBR은 초기에 개발되었으나 Gel 함량이 높고 분자주쇄에 Branch가 많아 가공성이 떨어지는 결점이 있으며 저온중합 SBR은 Gel 함량이 극히 낮고 물리적 성질이 우수해 오늘날 SBR생산의 약 80% 이상을 차지하고 있다. SBR은 천연고무에 비해 내마모성, 내노화성, 내열성이 우수한 장점을 가지고 있으며 가공성이 용이하고 가황특성이 안정적이어서 타이어, 신발, 고무호스, 벨트 등 대부분의 일반고무 제품에 사용이 가능하다. SBR은 유화제, 신전유(Extended Oil), 스티렌함량, Mooney점도, 안정제 및 첨가제의 종류에 따라 여러 가지 그레이드의 분류가 가능하다. 국내에서 생산되는 SBR은 Cold Rubber로서 1500, 1700계열의 제품이 수종이다. HSR(High Styrene Rubber)은 85~87%의 스티렌 함량을 가지고 있는 수지성의 고무로써 열가소성을 가지고 있어 Roll 권취성, 카렌다 압연성, 형(형)흐름성 등 가공성을 좋게 한다. 또한 내마모성, 내노화성, 전기절연성 등이 우수하고 가고무에 대한 보강효과가 있어 낮은 비중에서 고경도의 가황고무를 얻을 수 있다. 용액중합에 의한 블록형과 랜덤형에는 큰 차이가 있다. 랜덤형은 범용그레이드이고, 유화중합 SBR과 저 cis-BR의 중간적 특성을 나타낸다. 유화중합 SBR에 비해 추출할 때의 수축이 적고, 내마모성 전기특성, 동적변형 시에 발열이 적다는 점 등이 우수하다. 한편, 롤작업과 압출가공에 약간의 어려움이 있고 강도가 낮다. 블록형은 압출가공성과 수축이 적은 점이 뛰어나고 가황물의 경도가 높고 전기특성도 뛰어나지만 동적변형시에 발열이 크고 강도가 낮다.
용도 : 건식고무(Dry Rubber)의 최대 용도는 자동차 타이어 부분(특히 주로 승용차), 고무신발, 공업용품, 고무인포 등을 들 수 있고 일반용도에 널리 사용된다. SBR 라텍스의 용도로는 ABS용 원료를 비롯해 폼러버, 타이어코드의 딥핑(Diping), 벨트기포의 소우킹, 카펫트 백사이딩, 그 외 각종 접착제의 원료로 사용된다. 또 SBR 라텍스는 제지코팅용 바인더로써, 또한 특수한 용도로는 시멘트용 혼화제와 도로포장용 및 아스팔트 첨가제(아스팔트의 감온성을 둔화시켜 고온, 저온에 대한 저항을 배가시킴으로 바퀴자국을 방지할 수가 있다)로도 사용되고 있다. 용액중합형의 랜덤형은 범용고무로 타이어 공업용품, 신발, 스폰지, 폴리스티렌의 내충격성 개량제 등으로 사용된다. 또 블록형은 구두밑창, 마루, 반경질과 경질고무제품, 스폰지 등과 함께 가공할 때의 수축방지의 목적으로도 블렌드한다.
원료 : 유화중화형은 물, 부타디엔, 스티렌, 지방산비누, 불균화수지산비누, 중합개시제, 분자량조절제, 반응정지제, 전해질, 응고제, 노화방지제, 신전유, 카본블랙 등이다.
제법 : 유화중합형 SBR의 주원료는 부타디엔과 스티렌으로 중합온도에 의해 cold rubber와 hot rubber로 크게 나눈다. 일반적으로 cold rubber는 연속적인 유화중합에 의해 제조된다. 즉, 부타디엔과 스티렌을 비누, 물, 활성제, 중합조제와 함께 혼합하고 여기에 중합촉매를 가해 반응기 속에서 중합시켜 일정한 중합비율에 도달했을 때 중합 정지제를 첨가한 후 반응하지 않는 모노머를 제거, 회수한다. 만든 라텍스에 노화방지제를 첨가한 후 응고해 물로 씻은 후 건조시켜 제품으로 한다. SBR 라텍스는 원칙적으로는 SBR dry rubber와 같은 방법으로 중합하지만 농축, 라텍스 입자경 비대화 등의 공정이 가해지는 경우도 있다. 또 오일 마스터뱃치는 중간에서 생성한 라텍스에 석유계 신전유를 25~50PHR 첨가해서 함께 응고해서 만든다. 신전유의 종류로는 나프텐계, 방향족계 및 고방향족계로 나눈다. 배합물의 단가를 낮출 수 있어 최근들어 합성고무 수요의 상당부분을 차지한다. 카본블랙 마스터뱃치는 라텍스의 응고전에 카본블랙을 첨가해 응고시킨 고무다. 카본블랙을 계면활성제와 함께 슬러리 상태로 하거나 기계적인 에너지에서 슬러리를 조정하는 초분산법 등에서 조정된 카본블랙 슬러리를 SBR 라텍스 및 신전유, 노화방지제와 혼합해 산으로 응고시켜 탈수·건조시켜 크램상태로 만든 후 성형해서 출화시킨다. 이를 Wet Master Batch라 한다. 또 Wet Master Batch뿐 아니라 고체 상태의 고무에 카본블랙을 혼합한 Dry Master Batch가 있다. 용액중합형은 부타디엔, 스티렌의 공존하에서 유기리튬에 의한 중합을 행하면 부타디엔의 소비가 극히 빨라져 우선 부타디엔이 중합되고 부타디엔의 대부분이 소비된 후 스티렌의 중합이 진행된다. 이 촉매계는 전형적인 리빙폴리머 반응이기 때문에 블록공중합체에 가까운 폴리머가 얻어진다. 순수하게 블록형으로 하려고 하면 먼저 부타디엔을 유기리튬으로 중합하고 반응이 끝난 후 리빙성을 살려 스티렌을 첨가, 중합한다. 이와 같은 이유로 랜덤형을 중합하는데는 연구가 필요하다. 에테르, 티오에테르 등의 극성물질의 첨가, 반응계의 부타디엔을 플롬참가하는 등 그 외의 방법이 개발되고 있다. 제조프로세스는 용액중합 BR과 거의 같고 미반응 모노머의 회수, 정제계 등의 변경 등에 저 cis BR 플랜트가 활용된다.
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