KR100542282B1 - 전도성이 향상된 실리카 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전도성이 향상된 실리카 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 공지의 실리카 함유 고무조성물에 있어서, 전도성 고분자 물질과 전도성이 우수한 금속분말을 포함하도록 하여 전도성이 향상된 실리카 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 공지의 실리카 함유 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 전도성 고분자 물질 1∼10중량부, 금속분말 20∼100중량부 포함하도록 하여 전도성이 향상된 실리카 고무조성물을 제공할 수 있다.

Description

전도성이 향상된 실리카 고무조성물{Rubber composition with silica for improved electric conductivity}
본 발명은 전도성이 향상된 실리카 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 공지의 실리카 함유 고무조성물에 있어서, 전도성 고분자 물질과 전도성이 우수한 금속분말을 포함하도록 하여 전도성이 향상된 실리카 고무조성물에 관한 것이다.
일반적으로 타이어 산업에서 타이어의 보강재료로 카본블랙과 실리카를 사용하고 있다. 그러나 보강충진재로서 실리카를 함유한 고무는 카본블랙을 사용한 고무에 비해 내마모성, 발열, 내구성, 동적점탄성 등의 특성이 우수하기 때문에 점차적으로 카본블랙 대신 실리카를 사용하고 있는 추세이다.
실리카가 함유된 고무의 물성은 실리카의 특성에 의해 의존하며, 실리카의 함유량이 증가할수록 고무의 기계적 물성 및 저온 점탄성 특성이 향상되지만 실리카는 절연체의 특성이 있어 다량의 실리카가 함유된 고무는 절연체의 특성을 지니게 된다.
따라서 실리카가 다량 함유되어 절연체 특성을 가지는 타이어가 취부된 차량은 운전중에 차량에서 발생되는 정전기를 흡수하거나 지표면으로 방전시키지 못하는 문제가 있다.
한편 본 발명과 관련된 종래 기술로서 대한민국 특허출원 제2001-53834호에 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무 및 부타디엔 고무가 함유된 원료고무 100 중량부와 보강충진제로서 실리카가 함유된 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 표면적이 500∼1200mg/g, DBP 값이 150∼400㎖/100g인 전도성 카본블랙 7∼12 중량부, 대전방지제 1∼10 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성이 향상된 트레드 고무조성물에 대한 내용이 있다.
그러나 위의 종래 기술은 공지의 실리카 함유 고무조성물에 있어서, 전도성 고분자 물질과 전도성이 우수한 금속분말을 포함하도록 하여 전도성이 향상된 실리카 고무조성물에 관한 내용인 본원발명과는 기술적 구성을 달리한다.
본 발명은 상기에서 언급한 문제를 해결하기 위해 공지의 실리카 함유 고무조성물에 있어서, 전도성 고분자 물질과 전도성이 우수한 금속분말을 포함하도록 하여 전도성이 향상된 실리카 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 위에서 언급한 전도성이 향상된 실리카 고무조성물에 의해 제조된 고무로 이루어져 전도성을 향상시킨 타이어를 제공할 수 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 공지의 실리카 함유 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 전도성 고분자 물질 1∼10중량부, 금속분말 20∼100중량부 포함하여 전도성이 향상된 실리카 고무조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 종래 실리카 함유 고무조성물의 원료고무로 사용하는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 원료고무의 일예로서 천연고무나 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무와 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용할 수 있으며, 천연고무와 위에서 언급한 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 실리카는 종래 타이어용 고무조성물에 보강충진제로 통상적으로 사용하는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 실리카의 일예로서 CTAB 값 150∼180, BET 값 150∼200, 비중 2.00, SiO2 함량이 92% 이상인 특성을 가지는 것을 원료고무 100중량부에 대하여 50∼90중량부 사용할 수 있다.
본 발명에서 고무의 전도성을 향상시키기 위해 사용하는 전도성 고분자 물질은 폴리-p-페닐렌, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리-p-페닐렌설파이드, 폴리-p-페닐렌설폰, 폴리-p-페닐렌비닐렌와 같은 폴리-p-페닐렌 유도체, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 일예로 이러한 전도성 고분자 물질은 각각 단독으로 사용하거나 또는 유사한 특성을 가지는 둘 이상을 균일한 혼합비로 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 전도성 고분자 물질은 분말 또는 액상 형태로 첨가할 수 있으며, 이러한 전도성 고분자 물질은 배합시 공정조제처럼 작용한다.
본 발명에서 전도성 고분자 물질을 원료고무 100중량부에 대하여 1중량부 미만 사용하면 고무에 전도성을 부여하기 어려우며, 10중량부 초과하여 사용하면 고무의 전도성 향상에 뚜렷한 효과가 없이 비용만 많이 소요된다. 따라서 본 발명에서 전도성 고분자 물질은 원료고무 100중량부에 대하여 1∼10중량부 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 사용하는 전도성 고분자 물질은 분자량이 10,000∼100,000인 범위의 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 다양한 범위의 분자량을 가지는 전도성 고분자 물질을 사용한바 분자량이 10,000∼100,000인 전도성 고분자 물질 사용시 본 발명의 목적에 부합하는 고무를 얻을 수 있다.
본 발명에서 고무의 전도성을 보다 향상시키기 위해 위에서 언급된 전도성 고분자 물질 이외에 일반적으로 전도성이 높고, 고무와 접착을 이룰 수 있는 금속분말이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 금속분말의 일예로서 황동분말을 사용할 수 있다.
본 발명에서 금속분말을 원료고무 100중량부에 대하여 20중량부 미만 사용하면 고무의 전도성 향상이 어려우며, 100중량부 초과하여 사용하면 고무의 전도성 향상에 뚜렷한 효과가 없고 고무의 물성을 감소시킬 우려가 있다. 따라서 본 발명에서 금속분말은 원료고무 100중량부에 대하여 20∼100중량부 사용하는 것이 좋다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 실리카, 전도성 고분자 물질, 금속분 말 이외에 종래 타이어용 실리카 고무조성물에 사용되는 충진제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어용 실리카 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 전도성이 향상된 고무조성물로 이루어진 고무가 함유되어 전도성이 향상된 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어 및 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.
이하 본 발명을 다음의 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<비교예 1>
스티렌 함량이 23.5%인 스티렌 부타디엔 고무(SBR-1712, 금호석유화학) 100중량부, 카본블랙(N330) 50중량부, 폴리에틸렌글리콜(PEG-4000, Yakuri) 2.0중량부, 산화아연 5.0중량부, 스테아린산 2.0중량부, N-(1,3-디메틸렌)(6PPD) 2.0중량부, 유황 1.4중량부. N-t-부틸벤조티아졸(TBBS) 1.8중량부를 밴버리 믹서에서 넣고 160℃에서 18분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
하기의 표 1에 고무조성물의 내용을 정리하여 나타내었다.
<비교예 2>
카본블랙(N330) 20중량부, 실리카(Z-175) 30중량부, 실란커플링제(Si-69) 2.4중량부, 폴리-p-페닐렌 4중량부, 황동분말 10중량부 첨가하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 고무를 제조하였다.
상기에서 폴리-p-페닐렌은 분자량이 20,000, 황동분말은 구리 60% 및 아연 40%으로 이루어진 것으로 입자경이 200㎛인 것을 사용하였다.
<비교예 3>
카본블랙(N330) 20중량부, 실리카(Z-175) 40중량부, 실란커플링제(Si-69) 3.0중량부, 폴리-p-페닐렌 4중량부 첨가하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 고무를 제조하였다.
<실시예 1>
스티렌 함량이 23.5%인 스티렌 부타디엔 고무(SBR-1712, 금호석유화학) 100중량부, 카본블랙(N330) 20중량부, 실리카(Z-175) 50중량부, 실란커플링제(Si-69) 3.6중량부, 폴리에틸렌글리콜(PEG-4000, Yakuri) 2.0중량부, 산화아연 5.0중량부, 스테아린산 2.0중량부, N-(1,3-디메틸렌)(6PPD) 2.0중량부, 유황 1.4중량부. N-t-부틸벤조티아졸(TBBS) 1.8중량부, 폴리-p-페닐렌 6중량부, 황동분말 20중량부를 밴버리 믹서에서 넣고 160℃에서 18분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 실리카는 CTAB 값 150∼180, BET 값 150∼200, 비중 2.00, SiO2 함량이 92%인 특성의 것을 사용하였다. 또한 폴리-p-페닐렌은 분자량이 20,000, 황동분말은 구리 60% 및 아연 40%으로 이루어지고, 입자경이 200㎛인 것을 사용하였다.
하기의 표 1에 고무조성물의 내용을 정리하여 나타내었다.
<실시예 2>
실리카(Z-175) 70중량부, 실란커플링제(Si-69) 4.8중량부, 황동분말 40중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 고무를 제조하였다.
<실시예 3>
실리카(Z-175) 90중량부, 실란커플링제(Si-69) 4.8중량부, 폴리-p-페닐렌 10중량부, 황동분말 40중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 고무를 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성물
항목 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1 실시예 2 실시예 3
SBR-1712 100 100 100 100 100 100
카본블랙(N330) 50 20 20 20 20 20
실리카(Z-175) - 30 40 50 70 90
Si-69 - 3.4 3.0 3.6 4.8 4.8
PEG-4000 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
산화아연 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0
스테아린산 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
6PPD 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
유황 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4
TBBS 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8
폴리-p-페닐렌 - 4 4 6 6 10
황동분말 10 10 - 20 40 40
<시험예>
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무에 대해 ASTM 관련 규정에 의해 경도, 인장강도, 신율과 같은 물성을 측정하였다.
또한 상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무의 전기전도서을 측정하였다. 전기전도성 측정은 비교예 및 실시예에서 제조한 각각의 고무를 길이 50mm, 폭 20mm, 두께 2mm의 시편으로 만들고 이 시편에 대해 10초 동안 저항이 안정적일 때 전기저항의 평균값을 측정하였다.
상기에서 측정한 물성과 전기전도성의 측정결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무의 측정값
항목 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3
경도 62 41 48 53 67 76
인장강도(kgf/cm2) 280 265 297 220 210 180
신율(%) 720 535 650 470 310 240
전기저항(Ω)* 1.6×105 2.3×1010 2×109 1.2×106 7×106 1.6×108
*전기저항에 따른 절연체와 전도체를 분명하게 구분할 수는 없지만 일반적으로 저항이 104Ω이하면 전도체(전도성 물질), 104∼108Ω이면 반도체(도체도 아니고 절연체도 아님), 109∼1016Ω이면 절연체로 구분한다.
상기의 표 2와 같이 본 발명의 고무조성물에 의해 제조한 실시예 1 내지 실시예 3의 고무는 종래 고무조성물에 의해 제조한 비교예 1 내지 비교예 3의 고무에 비해 전기전도성이 향상됨을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 전도성이 향상된 실리카 고무조성물에 의해 제조한 고무를 포함하는 타이어는 운전중에 차량에서 발생되는 정전기를 흡수하거나 지표면으로 방전시키기 용이함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 실리카 함유 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 전도성 고분자 물질 1∼10중량부, 황동분말 20∼100중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성이 향상된 실리카 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 전도성 고분자 물질은 페닐렌옥사이드, p-페닐렌설파이드, p-페닐렌설폰, p-페닐렌비닐렌, 폴리-p-페닐렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜 중에서 선택된 어느 하나 이상 임을 특징으로 하는 전도성이 향상된 실리카 고무조성물.
  3. 삭제
  4. 특허청구범위 제1항의 전도성이 향상된 실리카 고무조성물로 이루어진 고무가 포함된 타이어.
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