KR100542274B1 - 나노 아연화가 포함된 타이어 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노 아연화가 포함된 타이어 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 표면적이 매우 넓고, 입자크기가 수십 나노 크기를 가지는 나노 아연화를 사용하여 아연화의 소요량을 크게 감소시킬 수 있는 타이어 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 타이어 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 표면적이 60∼70m2/g 이고, 입자크기가 10∼20nm인 나노 아연화 2∼4중량부 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나노 아연화가 포함된 타이어 고무조성물{Tire rubber composition with nano structure ZnO}
본 발명은 나노 아연화가 포함된 타이어 고무조성물에 관한 것이다.
타이어 개발의 대부분은 타이어의 구조석 측면과 재료의 응용기술개발로 집약될 수 있다. 이중 타이어 재료 부분에서는 현재 에너지 절약 및 환경문제를 중시하는 타이어의 개발에 대하여 연구가 이루어지고 있다.
대부분의 가류촉진제는 양쪽성으로서 아연화(ZnO)가 없으면 촉진효과를 발휘하 수 없다. 또 과거에 촉진제를 몰랐던 초기에도 무기촉진제로써의 산화아연은 주요하게 작용했다.
유기 촉진제의 활성화 이론에 대해서는 아연 화합물의 생성설이나 스테아린산과 산화아연에 의한 아연석견의 첨가설 등이 현재의 정설로 되어있다. 무기촉젠제로써도 천연고무(NR) 중에 비고무 물질중의 지방산과 산화아연의 반응 생성물이 가류활성에 기여한다. 입자의 대소에 따라 활성화의 강약이라든가 초미립자의 활성 아연화 정도로 강화된다.
본 발명은 기존의 활성제인 아연화와 비교해 입자의 크기를 매우 감소시키고 표면적이 증가된 나노 개념의 활성 아연화를 사용한다. 즉, 종래 타이어에 사용되는 보통 아연화 대신 표면적이 매우 넓고, 입자크기가 수십 나노 크기를 가지는 나노 아연화를 사용하여 아연화의 소요량을 크게 감소시킬 수 있는 타이어 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 타이어 고무조성물은 공지의 타이어 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 표면적이 60∼70m2/g 이고, 입자크기가 10∼20nm인 나노 아연화 2∼4중량부 포함한다.
원료고무는 천연고무 및 스티렌 고무, 부타디엔 고무, 스티렌 공중합물 고무, 부타디엔 공중합물 고무와 같은 합성고무를 단독으로 사용하거나 또는 천연고무와 합성고무의 혼합고무를 사용할 수 있다. 천연고무와 합성고무를 혼합한 혼합고무를 사용시 천연고무와 합성고무의 혼합비의 일예로서 천연고무 60∼90중량부와 전기의 합성고무가 10∼40중량부로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 나노 아연화는 입자가 작고 표면적이 넓을수록 화학반응할 수 있는 면적이 증가하여 반응성이 좋아진다. 본 발명에서는 다양한 표면적 및 입자크기를 가지는 나노 아연화를 적용한바 표면적이 60∼70m2/g 이고, 입자크기가 10∼20nm인 나노 아연화가 본 발명에 적합함을 알게 되었다. 이때 본원의 구성성분인 나노 아연화는 공지의 나노 아연화 제조방법을 이용하여 제조할 수 있으며, 이러한 나노 아연화의 제조방법의 일예로서 대한민국공개특허공보 특2002-0004959호에 기재된 방법을 이용하여 나노 아연화를 제조할 수 있다.
한편 본 발명에서 나노 아연화를 2중량부 미만 사용하면 가류촉진제의 촉진효과가 미미하며, 나노 아연화를 4중량부 초과하여 사용하면 뚜렷한 효과의 상승이 없이 생산비용만 증가된다. 따라서 본 발명의 고무조성물에서 나노 아연화는 원료고무 100중량부에 대하여 2∼4중량부 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무 및 나노 아연화 이외에 종래 타이어 고무조성물에 사용되는 활성제, 보강충진제, 공정유, 왁스, 노화방지제, 가류제, 가류촉진제 및 지연제와 같은 각종 첨가제를 포함한다. 그러나 이들은 종래 타이어 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본원발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
하기의 표 1과 같이 원료고무로서 천연고무 100중량부에 대해 노화방지제로 서 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린(TMDQ) 2.0중량부, 스테아린산 2.0중량부, 왁스 1중량부, 공정오일 2중량부, 카본블랙 50중량부, 아연화 8.0중량부, 황 2.0중량부, 가류촉진제 0.65중량부, 지연제 0.2중량부를 밴버리 믹서에 넣고 160℃에서 30분간 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 아연화는 표면적이 4.3m2/g 이고, 입자크기가 350nm인 것을 사용하였다.
<실시예 1>
하기의 표 1과 같이 원료고무로서 천연고무 100중량부에 대해 노화방지제로서 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린(TMDQ) 2.0중량부, 스테아린산 2.0중량부, 왁스 1중량부, 공정오일 2중량부, 카본블랙 50중량부, 나노 아연화 8.0중량부, 황 2.0중량부, 가류촉진제 0.65중량부, 지연제 0.2중량부를 밴버리 믹서에 넣고 160℃에서 30분간 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 아연화는 표면적이 68.8m2/g, 입자크기가 15nm인 것을 사용하였다.
<실시예 2>
나노 아연화 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 3>
나노 아연화 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 고무를 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성물
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
천연고무 100 100 100 100
노화방지제 5.0 5.0 5.0 5.0
스테아린산 2.0 2.0 2.0 2.0
왁스 1.0 1.0 1.0 1.0
공정오일 2.0 2.0 2.0 2.0
카본블랙 50 50 50 50
아연화* 8.0 - - -
나노 아연화** - 8.0 4.0 2.0
황 2.0 2.0 2.0 2.0
가류촉진제 0.65 0.65 0.65 0.65
지연제 0.2 0.2 0.2 0.2
* 표면적이 4.3m2/g, 입자크기가 350nm인 아연화
** 표면적이 68.8m2/g, 입자크기가 15nm인 아연화
<시험예>
상기 비교예 및 실시예의 고무를 ASTM 관련 규정에 의하여 Rheo, 무니점도, 인장물성에 대한 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무의 물성 측정결과
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
Rheo (160℃) TOQ(max.) 48.5 50.2 48.9 47.6
TOQ(min.) 12.9 13.8 13.5 13.3
T40 4.40 4.42 4.41 4.27
T90 9.42 9.07 8.80 8.28
End Cure 10.14 9.98 9.68 9.11
무니 (125℃) 점도 57.65 61.72 60.02 59.07
T05 18.13 17.07 17.20 18.00
T35 24.27 23.20 23.47 23.87
무니(100℃) 점도 77.80 82.20 80.30 79.330
인장물성 (초기/노화*) 경도 75.0/83.0 74.0/71.0 73.0/82.0 73.0/83.0
100%모듈러스 37.6/73.0 42.7/74.2 39.5/71.5 36.4/71.2
300%모듈러스 150.0/0.0 162.6/0 161.0/0 144.7/0
인장강도 221.2/123.0 229.6/126.6 240.1/125.5 217.9/119.9
신율 420.6/162.3 413.8/164.2 429.7/167.4 427.3/161.8
*노화는 105℃에서 24시간 동안 방치
상기 표 2의 시험예의 결과에서처럼 본 발명의 나노 아연화를 소량 적용한 고무는 종래 아연화에 비해 동등 수준 이상의 물성을 유지하는 한편 일부 항목에서는 오히려 물성이 향상됨을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 타이어 고무조성물에 사용하던 아연화 대신에 나노 아연화를 소량 적용함으로써 타이어의 내구성과 타이어의 중량감소에도 일조할 수 있다.

Claims (2)

  1. 공지의 타이어 고무조성물에 있어서
    원료고무 100중량부에 대하여 표면적이 60∼70m2/g 이고, 입자크기가 10∼20nm인 나노 아연화 2∼4중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 원료고무는 천연고무 및 스티렌 고무, 부타디엔 고무, 스티렌 공중합물 고무, 부타디엔 공중합물 고무와 같은 합성고무를 단독으로 사용하거나 또는 천연고무와 합성고무의 혼합고무 임을 특징으로 하는 타이어 고무조성물.
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