테니스 공에 사용되는 심재
본 발명은 테니스 공, 특히 장기간 사용할 수 있는 테니스 공에 사용되는 심재(芯材; core)에 관한 것이다. 현재 시판되고 있는 테니스 공에는 다음과 같은 2가지 종류가 있다. (a) 압축공, 즉 심재로서 천연 또는 합성고무를 사용하였으며 공기 또는 다른 기체로서 대기압보다 높은 압력에서 10-12psi(0.7-0.84㎏/㎠)의 압력으로 압축시킨 공. (b) 비압축공, 즉 심재로서 천연 또는 합성고무를 사용하였으며 대기압과 같은 공기를 함유하고 있는 공, 압축공을 수개월 사용하게 되면 팽창 기체가 심재의 벽을 통해 빠져나가게 되므로 그 압력을 잃게 된다. 그 결과 압력이 점검 감소함에 따라 공의 특성이 변화하게 되므로 결국에는 테니스 공으로서 사용하지 못하게 되는 것이다. 또한 이러한 공을 사용에 앞서 압축용기 내에 보관하는 방법이 알려져 있기는 하나, 이러한 방법은 비용이 많이 들 뿐만 아니라 불편하기도 하다. 더구나 이러한 공을 일단 용기로부터 꺼내게 되면, 이 공은 역시 압력을 잃게 될 것이다. 따라서 이러한 결함이 없는 만족할 만한 비압축공을 제공하려는 시도가 계속되어 왔으나, 훌륭한 테니스 선수들이 사용하기에 적합한 것은 현재 거의 없는 상태이다. 실제로 전세계 테니스 공 수요량 중에서 비압축공이 차지하는 비율은 5%에도 못미칠 것으로 추정되고 있다. 만족할 만한 비압축식 테니스 공을 제조하는 데에 있어서의 근본적인 문제점은 국제테니스연맹(ITF)이 규정한 반발거리(rebound), 압착거리(compression) 및 중량 기준치를 만족시키는 것이며, 동시에 만족할 만한 특성을 나타내도록 하는 것이다. 이러한 기준치를 만족시키려면 단지 반발력이 크며 탄성 계수가 높고 밀도가 낮은 고무화합물을 심제로 사용함으로써만이 가능하다. 현재까지 알려진 바에 의하면 현재의 기술로써 반발거리와 중량기준치가 변하지 않도록 하면서 이를 만족시키는 고무화합물을 사용하게 되면 "전송(前送)압착거리"가 비교적 커지게 된다는 것이며, 즉 다시 말해서 공이 매우 단단해진다는 것이다. 따라서 이러한 공은 라케트에 닿을 때 좋지 않은 감촉을 느끼게 하며, 바로 이것이 훌륭한 테니스 선수들이 일반적으로 비압축공을 기피하는 요인이 되고 있다. 나아가 테니스 공의 수명을 연장시키는 문제에 대해 생각하여 볼때, 만약 심재가 통상적인 경우보다 낮은 압력으로 팽창되는 공을 제조할 수 있다면 압축식 테니스 공의 저장수명 및 사용수명이 현저하게 증가할 것이다. 기체가 어떤 물질을 통하여 빠져 나가는 비율은 그 물질의 양측의 압력차에 비례한다. 즉, 공의 내부 압력을 낮추어 주면 결국 압축공의 벽을 통하여 빠져나가는 기체의 비율도 낮아지게 될 것이다. 고무 화합물을 변형시켜 심재의 반발거리 및 압착거리를 약간 감소시킨 비압축식 심재를 팽창시킨다면 정상 압력보다 낮은 압력으로 팽창되는 테니스 공을 용이하게 제조할 수 있다. 팽창압력이 낮으면 반발거리 및 압착거리가 적절한 수준으로 재유지된다. 이러한 방식으로 비압축식 심재를 팽창시킬 때 발생하는 문제점 중의 한가지는 이러한 심재가 주로 탄력이 높은 폴리부타디엔 고무로 제조된다는 것인데, 이 폴리부타디엔 고무를 사용하면 기체의 누출이 커지게 된다. 따라서 이러한 심재가 보유하고 있는 낮은 압력은 매우 빠른 속도로 소멸하게 되며, 실제로 그의 저장수명은 현재의 압축식 공기보다도 더욱 짧아지게 될 것이다. 이에 본 발명자들은 전체 중합체 함량에 대해 60중량%까지의 에틸렌/프로필렌/디엔단량체(EPDM 탄성체) 또는 에틸렌/프로필렌단량체(EPM 탄성체)로 이루어지는 고무화합물로써 심재를 제조한다면 비압축식 및 저압력식(低壓力式)의 만족할 만한 공을 제조할 수 있다는 사실을 발견하기에 이르렀다. 따라서 본 발명은 대기압과 대략 같은 내부 압력을 가진 테니스공(비압축공), 또는 대기압보다 높은 압력으로 7psi(0.49㎏/㎠)의 내부압력을 가진 테니스공(저압력공)과 같은 테니스 공을 제조할 때 사용되는 심재로서, 전체 중합체 함량의 60중량%까지의 EPM탄성체 또는 EPDM 탄성체가 함유된 고무화합물로 이루어진 심재를 제공하려는 것이다. 본 명세서에서 사용되는 "EPM 탄성체"란 에틸렌과 프로필렌의 공중합체를 의미하는 것이며, "EPDM 탄성체"란 에틸렌, 프로필렌 및 12중량% 까지의 공액이 아닌 디엔 단량체의 3중합체(terpolymer)를 의미하는 것이다. EPDM 탄성체에 존재하는 공액이 아닌 디엔 단량체는 불포화 탄소-탄소 결합을 유도하여서 고무의 황화(黃化 : vulcanization)을 가능하게 한다. 사용되는 디엔의 전형적인 예로서는 1,4-헥사디엔, 에틸리덴 노르보넨 및 디-사이클로펜타디엔 등이 있다. 본 발명자들은 가장 적합한 EPM 탄성체, 또는 EPDM 탄성체란 70몰% 또는 그 이상의 에틸렌을 함유하는 것이라는 사실을 발견하였다. 특히 적합한 EPDM 탄성체는 공액이 아닌 디엔으로서 에틸리덴 노르보넨을 함유하고 있는 것이다. 본 발명의 실시예를 통하여, 본 발명은 비압축식 또는 저압력식의 테니스공을 제조할 때 사용되는 심재로서, 전체 중합체 함량의 60중량%까지의 이미 정의한 바와 같은 EPM 탄성체 또는 EPDM 탄성체를 함유하는 고무 화합물로 이루어진 심재를 제공하려는 것이며, 이때의 탄성체는 검(gum)상태(즉, 비결합되고 황화되지 않은 상태)에서 다음과 같은 특성을 갖는다. 1) 최소한 70몰%의 에틸렌 함량 2) 21℃에서 최소한 55%의 트립소미터(tripsometer)탄력성 3) 최소한 55의 쇼어 A강도(Shor A Hardness) 4)최소한 60, 바람직하게는 최소한 80의 무우니 점성도(Mooney viscosity; 100℃에서 ML 1+4) 비록 본 발명이 어떤 특수한 이론에 바탕을 두고 있는 것은 아니라 할지라도, 에틸렌 함량이 높은 EPM 탄성체 및 EPDM 탄성체는 그의 결정화 경향으로 말미암아 고무 화합물에 높은 탄성계수 및 높은 탄력성을 부여하기 때문에 특히 적합하다고 여겨진다. EPM 탄성체 및 EPDM 탄성체의 또 하나의 이점은 비교적 낮은 비중(약 0.87)에 있다. 이에 비하여 종래에 사용되는 천연고무, 즉 폴리부타디엔 및 스티렌-부타디엔 수지는 그 비중이 각각 0.92, 0.92 및 1.04이다. EPM 탄성체 및 EPDM 탄성체의 비중이 낮기 때문에, 이로 말미암아 규정된 중량 한계를 초과하지 않고도 심재의 벽을 더욱 두껍게 형성할 수 있다. 또한 이로 인하여 반발거리 및 압착거리의 특성이 향상되게 되며, 저압력공의 경우에는 기체의 누출이 감소된다. 비압축공 화합물의 경우에는 EPM 탄성체 또는 EPDM 탄성체를 높은 비율의 폴리부타디엔과 함께 결합시키면 화합물의 탄력성이 증대된다. 저압력공의 경우에는 EPM 탄성체 또는 EPDM 탄성체를 천연고무와 함께 결합시키면 적절한 탄력성을 얻을 수 있다. EPM 탄성체 및 EPDM 탄성체의 가스 누출 특성은 폴리부타디엔 및 천연고무의 가스 누출 특성보다도 우월하다. 이와 같이, 상술한 탄성체들은 가스 보유능력이 중요한 사용시에 적합하다. EPM 탄성체 및 EPDM 탄성체는 또한 폴리-α-올레핀 결정체, 예를 들면 밀도가 높은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 함께 결합될 수도 있다. EPM 탄성체 및 EPDM 탄성체의 또 하나의 중요한 이점은 그들의 놀랍도록 긴 수명 특성에 있다. 따라서 EPM 탄성체 및 EPDM 탄성체의 함량이 높은 공의 심재는 그들의 높은 탄성 특성을 수년간 보유하게 될 것이며, 이것은 비압축공의 제조시 사용되는 심재에 있어서 특히 중요하다. 또한 EPM 탄성체 및 EPDM 탄성체는 신발류, 마루바닥, 밀봉끈 등에 사용되는 비교적 저렴한 화합물을 생산할 때 사용하는 값싼 충전물(充塡物)의 큰 하중을 감당하도록 사용되는 용도에서 더욱 널리 이용되고 있기 때문에, 테니스 공의 심재에 적합한 탄력성 화합물을 만드는데 사용될 수 있다고 한다면 놀랄만할 것이다. 이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다음의 도표 A에 기재된 바와 같은 특성을 갖는 탄성체들은 테니스 공 심재의 제조시 기본적인 EPM 중합체 및 EPDM 중합체로 사용되었다. 주어진 수치는 검상태(즉 비결합하고 황화되지 않은 상태)에서의 탄성체에 관한 것이다. [도표 A] 주(註); * 던롭 트립소미터(DUNLOP Tripsometer)탄력성 (a) EI 듀퐁 드 느모아사(EI Du Pont de Nemours Inc.)제품, 노오델 1560(NORDEL 1560) (b) 몬테디슨(Montedison)사 제품, 듀트럴 TER 038E (DUTRAL TER 0342) (c) 몬테디슨사 제품, 듀트럴 CO 038 (d) ISR사 제품, 인톨런 255(INTOLAN 255) 여기서 노오델(NORDEL), 듀트럴(DUTRAL), 인톨런(INTOLAN)은 모두 등록 상표이다. 또한 다음의 도표 B에 나타난 바와 같이, 비압축식 테니스 공의 심재에 대한 관계식이 세워졌다. [도표 B] 주(註); (f) 상기 도표 A와 같은 탄성체 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ (g) 일본 합성고무사 제품, JSR BRO 1 (h) 표준 말레이시아 고무 5 CV 60 (i) 벌낵스사(Vulnax Ltd)제품, 퍼마넥스 WSO (PERMANEX WSO) (j) ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace) 블랙 여기서 파마넥스(PERMANEX)는 등록상표이다. 상기 도표 B의 식에 의한 화합물을 적당한 형태로 주형한 후 160℃ 21/2분동안 경화시켜 얻은 반쪽의 테니스 공을 서로 맞붙여서 심재를 형성하고, 이 심재를 170℃에서 3분간 경화시킨 후 냉각시켰다. 도표 A에 기재된 바와 같은 탄성체 Ⅲ 및 Ⅳ로 제조된 심재에 종래와 같은 테니스 공 외피(外皮)를 씌워 테니스 공을 만들고, 국제 테니스 연맹(ITF)의 규정에 따라 반발거리, 전송(前送)압착거리, 역송(逆送)압착거리를 측정하였으며, 이때의 결과가 다음의 도표 C에 나타나 있다. [표 C] * 국제 테니스 연맹 저압력 심재(대기압보다 높은 압력에서 7psi(0.49㎏/㎠)의 내부 압력)를 다음의 도표 D에 나타낸 식에 따라 제조하였다. [도표 D] 주(註); (l) ISR사 제품, 인톨런 255 (m) 벌낵스사 제품, 퍼마넥스 WSO (n) N-사이클로헥실-2-벤조티아질 설펜아미드 식에 따라 주형 및 황화작용을 거쳐서 심재를 형성하고, 이 심재에 종래의 방식대로 외피를 씌워서 테니스 공을 제조하였다. 상기 도표 B 및 D의 공식에 따른 심재를 갖는 테니스 공을 반발거리, 중량, 전송 및 역송 압착거리에 대해 측정하여서 종래의 비압축식 및 압축식 공과 비교하였으며, 이때의 결과가 다음의 도표 E에 나타나있다. [표 E] (x) 표 B 참조 (y) 표 D 참조 ( * ) 국제 테니스 연맹 이상과 같은 결과로부터 본 발명의 비압축공 및 저압력공은 국제 테니스 연맹의 규정에 완전히 일치됨을 알 수 있을 것이다. 이러한 공들을 사용하여 아마튜어 및 프로의 일류 선수들이 게임을 통하여 시험해 보았다. 그 결과 본 발명의 비압축공은 시판되는 비압축공 보다도 훨씬 더 압축공에 가까운 것으로 입증되었으며, 저압력공 역시 게임시에 매우 만족할 만한 특성을 나타냄이 입증되었다. 더구나 종래의 압축공은 4개월 사용 후 반발거리가 3인치(7.5㎝), 전송 압착거리가 0.020인치(0.05㎝)감소되는데 비해 본 발명의 저압력공은 4개월 간에 걸친 시험에서도 압착거리 및 반발거리가 전혀 변하지 않았던 것이다. |
