KR100827323B1 - 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제를 포함하는 타이어고무조성물 - Google Patents

중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제를 포함하는 타이어고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제를 포함하는 타이어 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 아연광석을 부유선광에 의해 아연 함유량이 60% 이상인 소광(小鑛)을 배소(roasting)한 후 황산에 녹여서 황산아염을 만들고, 이를 전기분해하여 금속아연을 만든 다음 음극판 위에 석출된 상기 금속아연을 벗겨서 얻은 활성제를 포함하는 타이어 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제는 아연광석을 부유선광에 의해 아연 함유량이 60% 이상인 소광(小鑛)을 배소(roasting)한 후 황산에 녹여서 황산아염을 만들고, 이를 전기분해하여 금속아연을 만든 다음 음극판 위에 석출된 상기 금속아연을 벗겨서 얻을 수 있으며, 이 활성제는 중금속 함량이 적어 환경 유해 물질을 줄일 수 있고 표면적이 기존의 활성제 보다 커져 적은 양으로도 큰 효과를 내서 가격 메리트(merit)가 있어 스코치 안정성 및 인장, 신장률을 높일 수 있는 타이어 고무조성물을 제공할 수 있다.
고무, 타이어, 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제

Description

중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제를 포함하는 타이어 고무조성물{Tire rubber composition comprising low content of heavy metal and large superficial activator}
본 발명은 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제를 포함하는 타이어 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 아연광석을 부유선광에 의해 아연 함유량이 60% 이상인 소광(小鑛)을 배소(roasting)한 후 황산에 녹여서 황산아염을 만들고, 이를 전기분해하여 금속아연을 만든 다음 음극판 위에 석출된 상기 금속아연을 벗겨서 얻은 활성제를 포함하는 타이어 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 사용하는 활성제는 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 특징을 갖는다.
타이어는 원료고무를 주재료로 하고 수많은 가공조제를 혼합하여 이루어진 고무로 구성되고 있다.
상기 타이어를 제조하기 위한 고무조성물에서 활성제는 고무조성물에 있어서 특히 필러(filler)의 혼합과 분산을 도울 뿐만 아니라, 가황을 돕기 위해 사용되고 있다.
타이어 고무조성물 분야에서는 주로 산화아연(ZnO) 및/또는 스테아린산(stearic acid)을 사용하고 있다.
기존의 활성제는 소광을 탄소와 함께 고온으로 가열하여 산화, 환원시켜 아연을 증류하며, 수평레토르트식, 수직 레토르트식, 전열식, 용광로법 등이 있는데 각국의 제련소에 따라 제각기 특징 있는 건식법이 채용되고 있다.
일반적으로 내화벽돌로 만든 레포르트로에 활성제 원료 60, 환원제 40 정도의 비율로 섞은 것을 넣고 1300∼1400℃로 가열하여 만들어 중금속 함량이 상대적으로 높아 환경 유해와 환경 규제에 많은 문제를 야기시켜 왔다.
대한민국 공개특허공보 2005-0002969에는 실리카로서 비중이 2.1∼3.6인 고비중 실리카와 커플링제를 사용함으로써 스코치 안정성, 내마모성능, 제동성능 및 저연비성능을 동시에 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 개시하고 있다.
대한민국 공개특허공보 2003-0092746에는 천연고무, 합성고무 또는 천연고무와 합성고무의 혼합고무에 보강제로서 나노구조의 카본블랙을 첨가함으로써 내마모성 및 회전저항이 개선된 타이어 트레드 고무 조성물이 개시되어 있다.
그러나, 상기 개시된 타이어 고무 조성물들은 상기에서 언급한 건식법을 통한 방법으로 중금속 함량이 높은 활성제를 사용함으로써 환경 규제 측면에서 문제가 발생하고, 환경규제가 강화된 최근의 경쟁력 측면에서도 떨어진다.
이에 기존의 중금속 함량이 높은 활성제가 필요한 실정이나 아직까지 중금속 함량이 낮은 활성제에 대한 연구가 부족할 실정이다.
본 발명은 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제를 포함하는 타이어 고무조성물을 적용하여 환경 유해 물질의 최소화와 가격 경쟁 측면, 스코치의 안정성, 인장, 신장률을 높일 수 있는 타이어 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
상기에서 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제는 아연광석을 부유선광에 의해 아연 함유량이 60% 이상인 소광(小鑛)을 배소(roasting)한 후 황산에 녹여서 황산아염을 만들고, 이를 전기분해하여 금속아연을 만든 다음 음극판 위에 석출된 상기 금속아연을 벗겨서 얻을 수 있다.
본 발명은 상기의 고무조성물로 제조한 고무의 제공을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 고무조성물로 제조한 고무를 포함하는 타이어의 제공을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명에서 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제는 아연광석을 부유선광에 의해 아연 함유량이 60% 이상인 소광(小鑛)을 배소(roasting)한 후 황산에 녹여서 황산아염을 만들고, 이를 전기분해하여 금속아연을 만든 다음 상기 금속아연을 주조하여 얻을 수 있으며, 이 활성제는 중금속 함량이 적어 환경 유해 물질을 줄일 수 있고 표면적이 기존의 활성제 보다 커져 적은 양으로도 큰 효과를 내서 가격 메리트(merit)가 있어 스코치 안정성 및 인장, 신장률을 높일 수 있는 타이어 고무조성물을 제공할 수 있다.
상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 본 발명은 타이어 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 활성제 3∼10중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제를 포함하는 타이어 고무조성물을 나타낸다.
본 발명의 타이어 고무조성물에서 원료고무는 천연고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 고무조성물에서 원료고무는 합성고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 고무조성물에서 원료고무는 둘 이상의 합성고무가 소정의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 일예로 두 종류의 서로 다른 합성고무가 0.5:9.5∼9.5:0.5의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 고무조성물에서 원료고무는 천연고무와 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 고무조성물에서 원료고무는 천연고무와 합성고무가 0.5:9.5∼9.5:0.5의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 부틸고무, 할로겐화 부틸 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 고무조성물에서 활성제는 하기 (1)단계 내지 (3)단계로부 터 얻은 것을 사용할 수 있다.
(1)아연광석을 부유선광(floatation)에 의해 아연 함유량이 60% 이상인 소광(小鑛)을 배소(roasting)한 후 황산에 녹여서 황산아연을 얻는 단계,
(2)상기의 황산아연을 전기분해하여 금속아연을 얻는 단계,
(3)상기 (2)단계에서 음극판 위에 석출된 상기 금속아연을 벗겨서 얻은 활성제를 얻는 단계.
본 발명의 타이어 고무조성물에서 활성제는 상기 (1)단계 내지 (3)단계로부터 얻음으로써 중금속 함유량이 적고, 표면적이 기존의 활성제 보다 커서 적은 양으로도 큰 효과를 낼 수 있다.
본 발명에서 활성제는 비중 4.6∼4.9, 밀도 0.52∼0.56g/㎤, 표면적 20∼50m2/g, 납 함량 0.0005∼0.001%의 특성을 가지는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 고무조성물에서 활성제는 원료고무 100중량부에 대하여 3∼10중량부를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 고무조성물에서 활성제는 원료고무 100중량부에 대하여 3중량부 미만 사용하면 활성제의 효과가 미비하여 인장물성이 감소하는 문제가 있고, 10중량부 초과하면 유황이 소금과 같은 상태로 고무에 나타나는 블루밍(blooming) 현상이 발생하는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 타이어 고무조성물에서 활성제는 원료고무 100중량부에 대하여 3∼10중량부를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 타이어 고무조성물에 있어서, 다양한 성분, 함량 등의 조건에 의해 타이어 고무조성물을 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 타이어 고무조성물이 바람직함을 알 수 있었다.
본 발명의 타이어 고무조성물은 상기에서 언급한 원료고무, 활성제 외에 종래 타이어 고무조성물에 사용되는 보강제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기에서 언급한 타이어 고무조성물로 이루어진 고무를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어 고무조성물에 의해 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어 고무조성물에 의해 이루어진 고무를 트레드로 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어 고무조성물에 의해 이루어진 고무를 사이드월로 함유하는 타이어를 포함한다.
상기에서 타이어는 자동차용 타이어, 버스용 타이어, 트럭용 타이어, 항공기용 타이어, 오토바이용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 나타낸다.
이하 본 발명을 다음의 제조예, 실시예, 비교예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<제조예>
하기 (1)단계 내지 (3)단계로부터 비중 4.8, 밀도 0.54g/㎤, 표면적 40±5m2/g, 납 함량 0.001%의 특성을 가지는 활성제를 제조하였다.
(1)아연광석을 부유선광(floatation)에 의해 아연 함유량이 60% 이상인 소광(小鑛)을 배소(roasting)한 후 황산에 녹여서 황산아연을 얻었다.
(2)상기의 황산아연을 양극에 납판, 음극에 알루미늄판을 사용하는 전기분해설비를 이용하여 전기분해하여 금속아연을 얻었다.
(3)상기 (2)단계에서 음극판 위에 석출된 아연을 벗겨서 주조하여 활성제를 얻었다.
<실시예>
원료고무로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 100중량부에 대하여 카본블랙(N330) 79중량부, 상기 제조예에서 활성제 3중량부, 스테아린산 2.5중량부, 노화방지제(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 3중량부, 공정오일15중량부를 밴버리 믹서에서 배합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 2중량부, 가류촉진제(CZ) 1.5중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
하기 표 1에 고무성분의 조성을 정리하여 나타내었다.
<비교예>
활성제 대신 산화아연 3중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 조성(단위 : 중량부)
항목 비교예 실시예
원료고무 100 100
카본블랙 79 79
활성제* - 3
산화아연 3 -
스테아린산 2.5 2.5
노화방지제 3 3
공정오일 15 15
가류제 2 2
가류촉진제 1.5 1.5
*활성제 : 제조예에서 제조한 것으로서 비중 4.8, 밀도 0.54g/㎤, 표면적 40±5m2/g, 납 함량 0.001%의 특성을 가지는 활성제
<시험예>
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무시편을 ASTM 규격에 따라 각각의 경도, 무니 점도, 인장물성 등을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무시편의 물성
시험 항목 결과 항목 비교예 실시예
레오놀러지 (160℃) Toq(Max) 39 37
Toq(Min) 16 16
T40 5.87 5.83
T90 8.80 8.60
EC 9.60 9.40
무니 점도 점도 (125℃) 59 58
T05 26 26
T35 29 28
점도 (100℃) 78 77
인장물성 초기/노화후 경도 68/75 68/75
M-100% (kg/㎠) 28/43 28/45
M-300% (kg/㎠) 141/185 140/189
인장강도 (kg/㎠) 189 / 156 191 / 158
신장(%) 384/ 313 382 / 312
발열 ℃ 40 38
마모 마모량 0.098 0.098
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.
상기 표 2의 시험예의 결과에서처럽 본 발명의 중금속 함량이 적고 표면적이 넓은 활성제를 적용한 실시예의 고무시편은 종래의 본 발명의 활성제를 적용하지 않은 비교예의 고무시편과 비교시 동등 수준 이상의 물성을 나타내면서 발열 특성 이 좋아지고 중금속 함량이 적어 친환경적인 타이어를 개발할 수 있다.
따라서 본 발명의 타이어 고무조성물은 중금속 함량이 적고 표면적이 넓은 활성제를 사용함으로써, 타이어 제조 원가 절감을 할 수 있고, 환경적 측면에서 우수하여 환경 문제 해결에 도움이 되고, 인장물성 및 발열 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 타이어 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 하기 (1)단계 내지 (3)단계로부터 얻어진 활성제 3∼8중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제를 포함하는 타이어 고무조성물.
    (1)아연광석을 부유선광에 의해 아연 함유량이 60% 이상인 소광(小鑛)을 배소(roasting)한 후 황산에 녹여서 황산아연을 얻는 단계,
    (2)상기의 황산아연을 전기분해하여 금속아연을 얻는 단계,
    (3)상기 (2)단계에서 음극판위에 석출된 금속아연을 벗겨서 얻은 활성제를 얻는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 활성제는 비중 4.6∼4.9, 밀도 0.52∼0.56g/㎤, 표면적 20∼50m2/g, 납 함량 0.0005∼0.001%인 것을 특징으로 하는 중금속 함량이 적고 표면적이 큰 활성제를 포함하는 타이어 고무조성물.
  3. 특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
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