KR100513239B1 - 탄소나노 튜브를 이용한 정전기방지용 실리카트레드고무조성물 - Google Patents

탄소나노 튜브를 이용한 정전기방지용 실리카트레드고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소나노 튜브를 이용한 정전기방지용 실리카트레드 고무조성물에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 정전기 발생의 방지가 가능하도록 전기전도성이 탁월한 탄소나노 튜브를 실리카트레드 고무조성물에 첨가하여 정전기 발생을 개선시킨 실리카트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 공지의 첨가제와 실리카를 포함하는 실리카트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100 중량부에 대하여 탄소나노 튜브 0.1∼10 중량부를 함유함을 특징으로 하는 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물을 제공한다.

Description

탄소나노 튜브를 이용한 정전기방지용 실리카트레드 고무조성물{Silica Tread Rubber Composition with Carbon Nano Tube}
본 발명은 탄소나노 튜브를 이용한 정전기방지용 실리카트레드 고무조성물에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 정전기 발생의 방지가 가능하도록 전기전도성이 탁월한 탄소나노 튜브를 실리카트레드 고무조성물에 첨가하여 정전기 발생을 개선시킨 실리카트레드 고무조성물에 관한 것이다.
종래에는 실리카트레드의 정전기 방지 및 전기전도성을 높이기 위하여 전기전도성이 뛰어난 전도성 카번블랙을 일정량 이상 사용하거나, 정전기 발생을 억제하는 대전방지제를 사용하거나 실리카트레드의 일부를 카본블랙으로 충진된 고무조성물로 구성하거나, 정전기를 방출할 수 있도록 타이어의 구조변경을 하는 경우가 대부분이었다.
그러나, 실리카의 사용량이 많아지거나, 충진제 전체를 실리카로만 사용할 경우 상기와 같은 방법을 이용하더라도 정전기 발생 방지효과가 급격히 떨어지는 문제점이 있었다.
즉, 트레드 고무조성물에 일정량 이상의 실리카를 사용할 경우에는 실리카 자체의 강한 극성과 높은 전기저항으로 인해 정전기가 발생하고, 또한 발생된 정전기가 실리카의 낮은 전기전도성으로 인하여 지면으로 방출되지 못하는 문제점이 있으며, 자동차에서 발생하는 정전기도 타이어를 통해 지면으로 방출하는 기능이 떨어져 전자장치를 많이 사용하고 있는 최근의 자동차에 있어서는 심각한 문제를 야기시킬 가능성이 매우 높은 실정이다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 지속적인 연구를 수행하여 공지의 실리카트레드 고무조성물에 정전기 발생방지가 가능하도록 전기전도성이 뛰어난 탄소나노 튜브를 첨가함으로써 정전기 발생문제를 획기적으로 개선할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 탄소나노 튜브를 함유하여 정전기의 발생을 방지할 수 있는 실리카트레드 고무조성물을 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 공지의 첨가제와 실리카를 포함하는 실리카트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100 중량부에 대하여 탄소나노 튜브 0.1∼10 중량부를 함유함을 특징으로 하는 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물을 제공한다.
본 발명에 사용되는 원료고무로는 합성고무 또는 천연고무와 합성고무의 혼합물로 된 배합고무 어느 것이나 사용이 가능하고, 실리카의 함량비율은 원료고무 100 중량부에 대하여 10∼100 중량부 및 탄소나노 튜브의 함량비율은 원료고무 100 중량부에 대하여 0.1∼10 중량부가 바람직하다.
본 발명에 사용되는 탄소나노 튜브는 밀도가 1.0 ±0.2 g/㎤, 전기저항 10-4∼10-5 ohm/㎝, 길이대 직경비 10,000 이상, 직경 5∼50 nm 인 것이 바람직한데, 함유량이 0.1 중량부 미만일 경우 전기전도도의 개선효과가 나타나지 아니하며, 함유량이 10 중량부를 초과할 경우 함량증가에 따른 효과가 떨어지고 인장강도, 경도등과 같은 고무의 물성에도 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명에 사용되는 탄소나노 튜브는 적은 량으로도 넓은 면적에 분산시킬 수 있으며, 분산된 탄소나노 튜브는 그 끝이 서로 맞닿아 하나의 커다란 도체 그물망을 형성하게 됨으로써 발생된 정전기를 용이하게 방출할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 실리카 트레드 고무조성물에 포함되는 기타 성분 예를 들면, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제 등은 공지의 실리카 트레드 고무조성물의 첨가제들로서 이들 각각은 이미 알려진 첨가량의 범위에 따라 적의 선택하여 실시하는 것으로 충분하므로 이들에 관한 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 비교예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 1>
하기 표 1에 개시된 배합비와 같이 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 70 중량부, 용액중합 폴리부타디엔 고무 20 중량부 및 천연고무 10 중량부로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 실리카 70 중량부, 카본블랙 10 중량부, 탄소나노 튜브 0.1 중량부, 실란커플링제 6.4 중량부, 공정오일 8 중량부, 산화아연 4 중량부, 스테아린산 2 중량부, 노화방지제 3 중량부, 점착제 4 중량부, 유황 3.75 중량부 및 가황촉진제 1.5 중량부를 첨가하여 반바리믹서에 배합하고 125℃에서 방출시켜 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물을 제조하였다.
상기에서 탄소나노 튜브는 밀도 1.0 ±0.2 g/㎤, 전기저항 10-4∼10-5 ohm/㎝, 길이대 직경비 10,000 이상, 직경 5∼50nm인 것을 사용하였다.
<실시예 2>
탄소나노 튜브 5 중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
탄소나노 튜브 11 중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물을 제조하였다.
<비교예>
탄소나노 튜브를 첨가하지 아니하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 실리카트레드 고무조성물을 제조하였다.
<표1> 배합비 (단위: 중량부)
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
합성고무 1 70 70 70 70
합성고무 2 20 20 20 20
천연고무 10 10 10 10
실리카 70 70 70 70
카본블랙 10 10 10 10
탄소나노튜브 - 0.1 5 11
실란커플링제 6.4 6.4 6.4 6.4
공정오일 8 8 8 8
산화아연 4 4 4 4
스테아린산 2 2 2 2
노화방지제 3 3 3 3
점착제 4 4 4 4
유황 3.75 3.75 3.75 3.75
가황촉진제 1.5 1.5 1.5 1.5
(주) 합성고무 1 : 용액중합 스티렌-부타디엔 고무
합성고무 2 : 용액중합 폴리부타디엔 고무
<시험예>
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에서 제조한 고무조성물을 160℃에서 15분 동안 가류시켜 인장시편을 제조한 다음, ASTM 규격에 준하여 가황특성 및 KITHLEY MODEL 65 Package로 전기전도도를 측정한 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
<표 2> 가황특성 및 물성측정 결과
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
스트레스-스트레인시험 경도 300%모듈러스(Kgf/㎠) 인장강도(Kgf/㎠) 신장율(%) 6694199609 6592197612 6887184540 6798207545
무늬점도계(125℃) 점도 스코치시간(분) 4536.7 4534.0 4832.7 4935.7
레오미터(160℃) 최대토오크 가황시간(T90,분) 30.011.1 33.310.2 34.98.2 37.411.7
전기전도도 100V 200V 300V 4.08E+082.50E+081.28E+08 6.03E+062.30E+061.37E+06 5.15E+063.81E+062.89E+06 8.58E+134.30E+133.00E+13
상기 결과에서 보듯이 본 발명에 의한 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물은 탄소나노 튜브를 적적량 이상 사용함으로써 전기전도도 특성이 획기적으로 개선됨을 알 수 있고, 기타 가황특성 및 인장물성에는 별다른 영향이 없음을 알 수 있다.
다만, 실시예 1의 경우와 같이 탄소나노 튜브의 사용량이 0.1 중량부 이상일 경우에만 상기와 같은 개선효과가 나타나고, 실시예 3과 같이 11 중량부일 경우에는 전기전도도는 개선되지만 인장강도에 있어서는 오히려 물성이 떨어지는 것으로 나타나고 있음을 알 수 있다.
본 발명에 의한 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물은 전기전도성이 탁월한 탄소나노 튜브를 첨가함으로써 실리카트레드 고무조성물의 정전기 발생을 획기적으로 개선할 수 있다.

Claims (4)

  1. 공지의 첨가제와 실리카를 포함하는 실리카트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100 중량부에 대하여 탄소나노 튜브 0.1∼10 중량부를 함유함을 특징으로 하는 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    원료고무는 합성고무 또는 천연고무와 합성고무의 혼합물로 된 배합고무임을 특징으로 하는 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    실리카를 원료고무 100 중량부에 대하여 10∼100 중량부 함유함을 특징으로 하는 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    탄소나노 튜브는 밀도가 1.0 ±0.2 g/㎤, 전기저항 10-4∼10-5 ohm/㎝, 길이대 직경비 10,000 이상, 직경 5∼50 nm 임을 특징으로 하는 정전기 방지용 실리카트레드 고무조성물.
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