KR100332684B1 - 활성아연화를 적용한 타이어용 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 습식법으로 제조된 활성아연화를 함유하는 타이어용 고무조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특정 성질을 보유하고 있는 활성아연화를 첨가함으로써 가류속도를 증가시키고 고무물성을 향상시켜 우수한 동적특성을 갖는 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 아연화(ZnO) 함량이 99.20wt% 이상이고, 비중이 5.60±0.1 이며, 평균입자경이 0.03∼0.06㎛, 입자표면적이 양전하를 띠며 비표면적이 12.0±1m2/g, 겉보기 비중이 0.65±0.1g/cc인 활성아연화를 1∼70 중량부를 적용하는 것을 내용으로 한다. 본 발명에 의하면 종래의 일반 아연화대비 60%의 첨가만으로도 가류특성에서 동등한 성능을 나타내며 인장물성에서는 동등이상의 수준을 지닐 뿐만 아니라, 첨가량이 증가함에 따라 가황시간이 단축되고 인장물성, 발열특성, 마모특성, 레오비브론 특성이 종래기술과 비교시 현저히 우수한 가황물성을 지니는 장점이 있다.

Description

활성아연화를 적용한 타이어용 고무조성물 {Rubber Composition with Activated Zinc Oxide}
본 발명은 습식법으로 제조된 활성아연화를 함유하는 타이어용 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 특정 성질을 보유하고 있는 활성아연화를 첨가함으로써 가류속도를 증가시키고 고무물성을 향상시켜 우수한 동적특성을 갖는 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.
종래에는 아연화(ZnO) 함량이 98.0wt% 이상이고 비중이 5.65±0.1 이며, 평균입자경이 0.3-0.6㎛, 입자표면이 양 또는 음전하를 띄며 비표면적이 4.0±1m2/g 이고 겉보기 비중이 0.2±0.07g/cc인 일반아연화를 타이어용 고무조성물에 필수적으로 첨가하여 사용되어 왔는데, 이는 아연화가 고무가황을 활성화시키는 활성제, 보강성을 부여하는 보강제, 고무자체에서 발생하는 열을 발산시키는데 이용하는 열전도체, 스코치를 방지하는 스코치 방지제의 역할 뿐만 아니라 배합고무의 혼련성, 가공성을 개선하여 물리적인 성질을 개선하는 효과가 있기 때문이다.
그러나 타이어용 고무조성물에 기존의 일반아연화를 첨가한 경우, 아연화의 평균입자경이 커서 분산성이 나쁘고 아연화 함량과 비표면적도 작아 활성도도 낮게 되어 가류속도가 늦어지는 단점과 특히, 보강효과가 적어 물성향상 효과가 크지 못한 타이어용 고무조성물을 얻게 되는 문제점이 있다.
일반적으로 양쪽성 금속산화물인 아연화의 활성도는 입자의 크기에 의해 활성화의 강,약에 차이가 발생하는데 입자경이 작을수록 비표면적이 증대되어 접촉계면이 커지므로 활성도가 강해지게 된다. 본 발명자는 이러한 사실에 착안하여 초미립자의 입자경을 가지는 활성아연화를 사용하게 되면 일반아연화 첨가량의 50-60% 만으로도 충분한 활성도를 가져 효율적인 가교반응을 할 수 있으며, 뿐만 아니라 고분자의 분자사이 공격간에 용이하게 분산 접촉하여 직쇄상의 염주상 구조를 형성, 우수한 보강효과와 동적특성을 가지는 타이어용 고무조성물을 얻을 수 있음을 알게 되었고, 또한 입자표면이 양전하를 띠어 음전하를 가지는 고분자와의 정전기적 인력을 발생시킴으로써 분산성도 향상시킬 수 있다는 사실을 알아내고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 일반아연화를 사용한 기존의 타이어용 고무조성물의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 활성아연화를 이용하여 제반 물성을 향상시킨 타이어용 고무조성물을 제공하고자 하는 데에 있다.
본 발명에 사용되는 배합고무로는 합성고무 또는 천연고무와 합성고무의 혼합물로 된 고무 중 어느 것이나 사용이 가능하며 특정한 종류나 비율로 한정되지는 아니한다. 예를 들면 합성고무로서는 SBR, BR, EPDM, 할로겐화 고무 등을 단독으로 또는 2이상을 혼합한 고무 모두가 본 발명의 실시에 있어 적합하다.
본 발명에 사용되는 활성아연화는 아연화(ZnO) 함량이 99.20wt% 이상이고 비중이 5.60±0.1 이며, 평균입자경이 0.03∼0.06㎛, 입자표면이 양전하를 띄며 비표면적이 12.0±1m2/g 이고 겉보기 비중이 0.65±0.1g/cc인 것을 사용한다. 이와 같이 본 발명에서 사용하는 활성아연화는 초미립자로서 비표면적이 크므로 충분한 활성도를 가져 효율적인 가교반응을 할 수 있으며, 뿐만 아니라 고분자의 분자사이 공격간에 용이하게 분산 접촉하여 직쇄상의 염주상 구조를 형성, 우수한 보강효과와 동적특성을 부여하게 된다. 또한 입자표면이 양전하를 띠어 음전하를 가지는 고분자와의 정전기적 인력을 발생시킴으로써 분산성을 향상시키게 된다.
상기의 효과를 얻기 위하여 필요로 하는 활성아연화의 사용량은 1∼70 중량부가 바람직하며, 만일 사용량이 1 중량부 미만일 경우 가류속도나 물성향상의 효과가 나타나지 않으며, 70 중량부를 초과할 경우에는 분산이 불량하여 물성향상의 효과가 나빠질 우려가 있으므로 바람직하지 않다.
이 이외에 첨가되는 기타의 조성성분들 예를 들면, 충진제, 가류제, 가황촉진제, 공정오일, 왁스, 노화방지제 등은 공지의 타이어 고무조성물에 첨가되는 것들로서 특정한 것에 한정되지는 아니하고 어느 것이나 본 발명의 실시에 사용 가능하다.
이하 본 발명의 내용을 실시예를 통하여 구체적으로 설명하고자 하나 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1∼3 > 시험고무의 준비
아래의 표 1에 제시된 조성비와 같이 원료고무로 천연고무 50 중량부와 합성고무로는 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 50 중량부로 이루어진 혼합고무 100 중량부에 대하여 가류활성제로 스테아린산을 1.5 중량부, 보강충진제로 카본블랙(N-234) 45 중량부, 활성 아연화를 각각 3, 5, 10 중량부, 공정오일 8 중량부, 노화방지제 4 중량부, 유황 2 중량부, 가황촉진제 2 중량부 및 왁스 2 중량부를 첨가하여 밴버리 믹서에서 배합하고 160℃의 온도에서 방출하였다.
대조구로서는 본 발명의 활성 아연화 대신에 종래의 일반 아연화를 5 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 본 발명의 실시예 1에서와 동일한 조건하에서 시험고무를 제조하여 표 1에 나타내었다.
< 표 1 > 고무배합표 (단위 중량부)
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
합성고무천연고무카본블랙공정오일일반아연화활성아연화스테아린산노화방지제왁스유황가황촉진제 50504585-1.54222 5050458-31.54222 5050458-51.54222 5050458-101.54222
* 일반아연화: 아연화(ZnO) 함량이 98.0wt% 이상, 비중이 5.65±0.1, 평균입자경이 0.3-0.6㎛, 비표면적이 4.0±1m2/g, 겉보기 비중이 0.2±0.07g/cc인 아연화
* 활성아연화: 아연화(ZnO) 함량이 99.20wt% 이상, 비중이 5.60±0.1, 평균입자경이 0.03-0.06㎛, 비표면적이 12.0±1m2/g, 겉보기 비중이 0.65±0.1g/cc인 아연화
* 가황촉진제: N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide
< 시험예 > 가황특성 및 물성측정
배합고무의 가황조건 및 시험은 ASTM 규격에 준하여 시험하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 표 2 > 가황특성 및 물성시험 결과
항 목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
무늬점도계(125℃)점도스코치시간(분)레오미터최대토크가황시간(T90, 분)스트레스-스트레인 시험경도(Shore A)300% 모듈러스(kg/cm2)인장강도(kg/cm2)신장율(%)플레소미터 테스트발열특성(℃)아브레이숀 테스트손실(mg)레오비브론 테스트탄델타 0℃70℃ 473338136011217544022230.1880.089 453337135911717944321220.1890.085 463238116113519344122210.2000.074 493043116315722342518150.1950.074
* 경화조건(Cure Condition): 160℃, 18분 가류
본 발명에 따라 종래의 일반아연화를 활성아연화로 대체하여 적용한 결과, 일반 아연화대비 60%를 첨가할 경우 가류특성에서 동등한 성능을 나타내고 있으며 인장물성에서는 동등이상의 수준을 지니고 있을 뿐만 아니라, 첨가량이 증가함에 따라 가황시간이 단축되고 인장물성, 발열특성, 마모특성, 레오비브론 특성이 대조구와 비교시 현저히 우수한 가황물성을 지니고 있음을 확인할 수 있다.

Claims (2)

  1. 공지의 타이어용 고무조성물에 있어서, 합성고무 또는 합성고무와 천연고무의 혼합물인 원료고무 100 중량부에 대하여 활성아연화 1∼70 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
    상기에서 합성고무는 SBR, BR, EPDM, 할로겐화 고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 2 이상을 혼합한 것임
  2. 제 1항에 있어서, 활성아연화는 아연화(ZnO) 함량이 99.20wt% 이상이고, 비중이 5.60±0.1 이며, 평균입자경이 0.03∼0.06㎛, 입자표면적이 양전하를 띠며 비표면적이 12.0±1m2/g, 겉보기 비중이 0.65±0.1g/cc인 활성아연화임을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
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