KR100921603B1 - 실리카가 충전된 탄성중합체 배합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 할로부틸 탄성중합체, 광물성 충전제, 및 실라잔 화합물 또는 염기성 아민기를 갖는 하나 이상의 치환체 및 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 첨가제와 실라잔 화합물의 혼합물을 혼합하고, 이렇게 얻은 충전된 탄성중합체를 황 또는 기타 경화제로 경화시킴을 포함하는, 충전된 할로부틸 탄성중합체의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 (a) 배합물의 제조과정에서 및 이러한 배합물로 만들어진 제품을 사용하는 과정에서 알콜이 방출되지 않으며, (b) 광물성 충전제로서 실리카를 사용하고, 분산 보조제로서 하이드록시- 및 아민-함유 첨가제를 사용하는 충전된 할로부틸 탄성중합체 배합물의 스코치 안전성이 개선되고, (c) 현재 당해 분야에 공지된 방법으로 제조되는 유사 배합물보다 비용이 훨씬 덜 든다는 장점을 갖는다.
광물성 충전제, 실라잔, 할로부틸 탄성중합체, 회전저항, 제동력

Description

실리카가 충전된 탄성중합체 배합물{SILICA-FILLED ELASTOMERIC COMPOUNDS}
도 1은 HMDZ를 함유하지 않는 대조 배합물과 HMDZ를 함유하는 배합물들의 변형(% 신장률)에 대한 응력(MPa)을 도시한 것이다.
도 2는 HMDZ를 함유하지 않는 대조 배합물과 HMDZ를 함유하는 배합물들의 복소탄성률(G*, MPa)을 도시한 것이다.
도 3은 HMDZ를 함유하지 않는 대조 배합물과 HMDZ를 함유하는 배합물들의 유동학적 데이타를 도시한 것이다.
도 4는 MEA만을 함유하는 배합물과 HMDZ 및 MEA를 함유하는 배합물들의 변형에 대한 응력을 도시한 것이다.
도 5는 MEA만을 함유하는 배합물과 HMDZ 및 MEA를 함유하는 배합물들의 G*를 도시한 것이다.
도 6은 MEA만을 함유하는 배합물과 HMDZ 및 MEA를 함유하는 배합물들의 변형에 대한 응력을 도시한 것이다.
도 7은 MEA만을 함유하는 배합물과 HMDZ 및 MEA를 함유하는 배합물들의 G*를 도시한 것이다.
도 8은 DMAE만을 함유하는 배합물과 HMDZ 및 DMAE를 함유하는 배합물들의 변 형에 대한 응력을 도시한 것이다.
도 9는 DMAE를 함유하지 않는 배합물과 HMDZ 및 DMAE를 함유하는 배합물들의 G"를 도시한 것이다.
도 10은 DMAE만을 함유하는 배합물과 HMDZ 및 DMAE를 함유하는 배합물들의 변형에 대한 응력을 도시한 것이다.
도 11은 DMAE를 함유하지 않는 배합물과 HMDZ 및 DMAE를 함유하는 배합물들의 G"를 도시한 것이다.
본 발명은 실리카가 충전된 할로겐화 부틸 탄성중합체, 특히는 브로모부틸 탄성중합체(BIIR)에 관한 것이다.
카본블랙 및 실리카와 같은 보강충전제는 탄성중합체 배합물의 강도와 피로 특성(fatigue property)을 크게 개선시키는 것으로 알려져 있다. 또한 탄성중합체와 충전제 사이에는 화학반응이 일어나는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 폴리부타디엔(BR)과 스티렌 부타디엔 공중합체(SBR)와 같은 고도로 불포화된 탄성중합체와 카본블랙 사이에는, 상기 공중합체에 존재하는 다수의 탄소-탄소 이중결합으로 인해 우수한 상호작용이 일어난다. 부틸 탄성중합체는 BR 또는 SBR에 존재하는 탄소-탄소 이중결합의 1/10, 또는 그보다 적은 이중결합을 가지므로, 이러한 부틸 탄성중합체로 만들어진 배합물은 카본블랙과 상호작용을 잘 하지 못하는 것으로 알려 져 있다. 예를 들면, BR과 부틸 탄성중합체의 조합과 카본블랙을 혼합하여 만든 배합물은 대부분의 카본블랙을 함유하는 BR 영역(domain)과, 카본블랙을 매우 조금 함유하는 부틸 영역으로 이루어지게 된다.
캐나다 특허출원 제 2,293,149 호에는, 할로부틸 탄성중합체를 실리카 및 특수 실란과 배합하면, 충전된 부틸 탄성중합체 조성물의 성질을 많이 개선할 수 있다고 기술되어 있다. 실란은 할로겐화 부틸 탄성중합체와 충전제 사이에서 분산제겸 결합제로서의 역할을 한다. 그러나, 실란을 사용할 때 한 가지 단점을 들자면, 제조하는 과정에서 및 이러한 공정으로 제조된 제품을 사용하는 과정에서 알콜이 방출된다는 것이다. 또한 실란을 사용하면 제조비용이 크게 증가한다.
동시계류중인 캐나다 특허출원 제 2,339,080 호는 하나 이상의 염기성 질소-함유기 및 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 유기 화합물을 포함하는 충전된 할로부틸 탄성중합체 배합물이 할로부틸 탄성중합체와 카본블랙 및 광물성 충전제의 상호작용을 향상시켜 인장강도 및 내마모성(DIN)과 같은 성질이 개선됨을 개시한다.
본 발명의 목적은 알콜이 방출되지 않게 하면서도 기존 공정보다 저렴한 비용으로 충전된 할로부틸 탄성중합체 배합물을 제조하는 방법을 제공하려는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 보다 높은 인장강도, 보다 높은 내마모성, 보다 낮은 투과성 및 보다 나은 동적 성질을 갖는 우수한 할로부틸 탄성중합체 배합물을 제공하려는 것이다.
발명의 개요
본 발명은 할로부틸 탄성중합체, 하나 이상의 광물성 충전제 및 하나 이상의 실라잔 화합물을 포함하는 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 할로부틸 탄성중합체, 하나 이상의 광물성 충전제 및 하나 이상의 실라잔 화합물을 포함하는 충전된 할로부틸 탄성중합체 조성물에 관한 것이기도 하다. 특히 본 발명은 당해 분야에 공지된 방법에 비해 비용이 훨씬 덜 들면서도 알콜이 방출되지 않게, 이러한 충전된 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
놀랍게도, 실라잔 화합물이 할로부틸 탄성중합체와 광물성 충전제의 상호작용을 향상시켜, 인장강도 및 내마모성(DIN)과 같은 성질이 개선된 배합물을 만들어낸다는 사실이 밝혀졌다. 실라잔 화합물은 실리카를 할로겐화 탄성중합체에 분산 및 결합시키는 역할을 하는 것으로 생각된다.
따라서, 본 발명의 또다른 양태는 하나 이상의 실라잔 화합물의 존재하에서 할로부틸 탄성중합체와 하나 이상의 광물성 충전제를 혼합하고, 이렇게 얻은 충전된 할로부틸 탄성중합체를 경화시킴을 포함하는 공정을 제공한다. 이렇게 얻은 조성물은 개선된 성질을 가지며, 본 발명의 또다른 양태를 형성한다.
또한, 염기성 아민을 함유하는 작용기와 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 첨가제와 실라잔 화합물의 혼합물은, 할로부틸 탄성중합체와 광물성 충전제의 상호작용을 향상시켜, 배합물의 인장강도 및 내마모성(DIN)과 같은 성질을 개선시킨다는 사실이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 또다른 양태는 하나 이상의 실라잔 화합물, 및 염기성 아민을 함유하는 작용기와 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 첨가제의 존재하에서, 할로부틸 탄성중합체와 하나 이상의 광물성 충전제를 혼합하고, 이렇게 얻은 충전된 할로부틸 탄성중합체를 경화시킴을 포함하는 공정을 제공한다. 이렇게 얻은 조성물은 개선된 성질을 가지며, 본 발명의 또다른 양태를 형성한다.
광물성 충전제 및 실라잔 화합물 또는 실라잔 화합물과 하이드록시- 및 아민-함유 첨가제의 혼합물과 혼합되는 할로부틸 탄성중합체는 다른 종의 탄성중합체 또는 탄성중합체 배합물과의 혼합물일 수 있다. 할로부틸 탄성중합체의 구성비율은 이러한 혼합물의 5%보다 커야 한다. 바람직하게는, 할로부틸 탄성중합체의 구성비율은 이러한 혼합물의 10% 이상이어야 한다. 어떤 경우에는 탄성중합체 성분으로서 혼합물을 사용하지 않고 할로부틸 탄성중합체만을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 혼합물을 사용하는 경우에, 다른 종의 탄성중합체는 예를 들면 천연고무, 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 또는 폴리-클로로프렌이거나, 이러한 탄성중합체를 하나 이상 함유하는 탄성중합체 배합물일 수 있다.
충전된 할로부틸 탄성중합체를 경화시킴으로써, 내마모성, 회전저항(rolling resistance) 및 제동력(정지마찰)(traction)과 같은 성질들이 개선된 배합물을 얻을 수 있다. 황을 사용하여 경화를 수행할 수 있다. 황의 바람직한 양은 고무 100 중량부당 0.3 내지 2.0 중량부이다. 활성화제, 예를 들면 산화아연을, 0.5 내지 2중량부의 양으로 사용할 수도 있다. 기타 성분들, 예를 들면 스테아르산, 항산화제 또는 가속제를 경화전 탄성중합체에 첨가할 수도 있다. 황을 이용한 경화 를 공지된 방법으로 수행한다. 예를 들면 본원에서 참고로 인용된 문헌["Rubber Technology"(제 3 판, Chapman & Hall, 1995)중 "The Compounding and Vulcanization of Rubber", 제 2 장]을 참조하도록 한다.
할로부틸 탄성중합체를 경화시키는 것으로 알려진 다른 경화제를 사용할 수도 있다. 수많은 화합물이 할로부틸 탄성중합체를 경화시키는 것으로 알려져 있는데, 그 예를 들면 비스 친디엔체(bis dieneophile; 예를 들면 m-페닐-비스-말레인이미드, HVA2), 페놀계 수지, 아민, 아미노산, 과산화물, 산화아연 등이다. 이들의 혼합물을 사용할 수도 있다.
본 발명의 광물질-충전된 할로부틸 탄성중합체를 황으로 경화시키기 전에, 이들을 기타 탄성중합체 또는 탄성중합체 배합물과 혼합할 수도 있다. 이에 대해서는 다음에 논의할 것이다.
발명의 상세한 설명
본원에서 사용되는 "할로부틸 탄성중합체"란 용어는 염소화 또는 브롬화 부틸 탄성중합체를 말한다. 브롬화 부틸 탄성중합체가 바람직하며, 본 발명을 이러한 브로모부틸 탄성중합체와 관련해서 설명할 것이다. 그러나 염소화 부틸 탄성중합체를 사용할 경우에도 본 발명을 그대로 적용할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
따라서, 본 발명에 사용하기에 적합한 할로부틸 탄성중합체는 브롬화 부틸 탄성중합체를 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다. 부틸 고무를 브롬화시킴으로써 이러한 탄성중합체를 얻을 수 있다(예를 들면, 이소올레핀(통상적으로는 이 소부틸렌)과 공단량체로서의 C4-C6 공액 디올레핀(바람직하게는 이소프렌)의 공중합체(브롬화 이소부텐-이소프렌-공중합체 BIIR)). 공액 디올레핀 외에 다른 공단량체를 사용할 수도 있는데, 그 예를 들면 C1-C4 알킬-치환된 스티렌과 같은 알킬-치환된 비닐 방향족 공단량체이다. 이러한 공단량체를 함유하는 시판 탄성중합체의 예는, 공단량체가 p-메틸스티렌인 브롬화 이소부틸렌 메틸스티렌 공중합체(BIMS)이다.
브롬화 부틸 탄성중합체는 전형적으로, 디올레핀(바람직하게는 이소프렌)으로부터 유도된 반복 단위 0.1 내지 10중량%, 이소올레핀(바람직하게는 이소부틸렌)으로부터 유도된 반복 단위 90 내지 99.9중량%(중합체의 탄화수소 함량을 기준), 및 브롬 0.1 내지 9중량%(브로모부틸 중합체를 기준)를 함유한다. 전형적인 브로모부틸 중합체의 분자량은, DIN 53 523(125℃에서 ML 1 + 8)에 따른 무니(Mooney) 점도로 표현하자면, 25 내지 60이다.
본 발명에 사용하기 위한 브롬화 부틸 탄성중합체는 바람직하게는, 이소프렌으로부터 유도된 반복 단위 0.5 내지 5중량%(중합체의 탄화수소 함량을 기준), 이소부틸렌으로부터 유도된 반복 단위 95 내지 99.5중량%(중합체의 탄화수소 함량을 기준), 및 브롬 0.2 내지 3중량%, 바람직하게는 0.75 내지 2.3중량%(브롬화 부틸 중합체를 기준)을 함유한다.
안정화제를 브롬화 부틸 탄성중합체에 첨가할 수 있다. 적합한 안정화제로는 칼슘 스테아레이트 및 에폭시화 대두유가 있으며, 이것을 바람직하게는 브롬화 부틸 고무 100 중량부당(phr) 0.5 내지 5 중량부의 양으로 사용한다.
적합한 브롬화 부틸 탄성중합체의 예는 바이엘(Bayer)에서 시판되는 바이엘 브로모부틸(Bayer Bromobutyl, 등록상표) 2030, 바이엘 브로모부틸 2040(BB2040), 및 바이엘 브로모부틸 X2를 포함한다. 바이엘 BB2040은 무니 점도(125℃에서 ML 1 + 8)가 39±4이고, 브롬 함량이 2.0±0.3 중량%이고, 대략적인 분자량이 500,000g/mol이다.
본 발명에서 사용되는 브롬화 부틸 탄성중합체는 브롬화 부틸 고무와 공액 디올레핀 단량체-기재 중합체의 그라프트 공중합체일 수도 있다. 동시계류중인 캐나다 특허출원 제 2,279,085 호는 고형 브롬화 부틸 고무와, C-S-(S)n-C 결합(여기서 n은 1 내지 7의 정수이다)을 몇 개 포함하는 공액 디올레핀 단량체를 기재로 하는 고형 중합체를, 50℃보다 높은 온도에서 그라프팅이 이루어지기에 충분한 시간동안 혼합함으로써, 이러한 그라프트 공중합체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 문헌의 내용은 본원에서 참고로 인용된다. 그라프트 공중합체의 브로모부틸 탄성중합체는 전술된 것들중 하나일 수 있다. 그라프트 공중합체에 혼입될 수 있는 공액 디올레핀은 일반적으로 하기 화학식으로 나타내어진다.
Figure 112003001524324-pat00001
상기 식에서, R은 수소원자 또는 C1-C8-알킬기이고, R1 및 R11은 동일하거나 상이하며 수소원자 또는 C1-C4-알킬기이다. 적합한 공액 디올레핀의 대표적인 예는 1,3-부타디엔, 이소프렌, 2-메틸-1,3-펜타디엔, 4-부틸-1,3-펜타디엔, 2,3-디메틸-1,3-펜타디엔, 1,3-헥사디엔, 1,3-옥타디엔, 2,3-디부틸-1,3-펜타디엔, 2-에틸-1,3-펜타디엔, 2-에틸-1,3-부타디엔 등을 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다. 탄소원자를 4 내지 8개 함유하는 공액 디올레핀 단량체가 바람직하고, 1,3-부타디엔 및 이소프렌이 특히 바람직하다.
공액 디엔 단량체를 기재로 하는 중합체는 단독중합체이거나, 2개 이상의 공액 디엔 단량체로 된 공중합체이거나, 비닐 방향족 단량체와의 공중합체일 수 있다.
임의적으로 사용할 수 있는 비닐 방향족 단량체는 공액 디올레핀 단량체와 공중합할 수 있는 것이어야 한다. 일반적으로 유기-알칼리금속 개시제와 중합할 수 있는 것으로 알려진 비닐 방향족 단량체면 사용할 수 있다. 이러한 비닐 방향족 단량체는 통상적으로 탄소원자를 8 내지 20개, 바람직하게는 8 내지 14개 함유한다. 이렇게 공중합할 수 있는 비닐 방향족 단량체의 예를 몇가지 들자면, 스티렌, 알파-메틸 스티렌, 다양한 알킬 스티렌, 예를 들면 p-메틸스티렌, p-메톡시스티렌, 1-비닐나프탈렌, 2-비닐 나프탈렌, 4-비닐 톨루엔 등이다. 스티렌이 1,3-부타디엔 단독과 공중합하거나, 1,3-부타디엔 및 이소프렌과 삼원공중합하기에 바람직하다.
할로겐화 부틸 탄성중합체를 단독으로 사용하거나, BR(폴리부타디엔), ABR( 부타디엔/C1-C4 알킬 아크릴레이트 공중합체), CR(폴리클로로프렌), IR(폴리이소프렌), SBR(스티렌 함량이 1 내지 60 중량%, 바람직하게는 20 내지 50 중량%인 스티렌/부타디엔 공중합체), IIR(이소부틸렌/이소프렌 공중합체), NBR(아크릴로니트릴 함량이 5 내지 60 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량%인 부타디엔/아크릴로니트릴 공중합체), HNBR(부분적으로 수소화된 또는 완전히 수소화된 NBR), EPDM(에틸렌/프로필렌/디엔 공중합체)와 같은 다른 종의 탄성중합체와 조합하여 사용할 수 있다.
충전제는 광물성 입자로 이루어지며, 그 예에는 실리카, 실리케이트, 점토(예를 들면 벤토나이트), 석고, 알루미나, 이산화티탄, 활석 등 및 이들의 혼합물이 포함된다.
추가로 예를 들자면, 실리케이트 용액을 침전시키거나 실리콘 할라이드를 화염 가수분해(flame hydrolysis)함으로써 제조한, 비표면적(BET 비표면적)이 5 내지 1000㎡/g, 바람직하게는 20 내지 400㎡/g이고, 1 차 입경(primary particle size)이 10 내지 400㎚인 고도 분산된 실리카(이 실리카는 임의적으로는 Al, Mg, Ca, Ba, Zn, Zr 및 Ti의 산화물과 같은 기타 금속 산화물과의 혼합 산화물 형태로서 존재할 수도 있다); 알루미늄 실리케이트와 알칼리토금속 실리케이트 등과 같은 합성 실리케이트; BET 비표면적이 20 내지 400㎡/g이고 1 차 입경이 10 내지 400㎚인 마그네슘 실리케이트 또는 칼슘 실리케이트; 카올린 및 기타 천연 실리카와 같은 천연 실리케이트; 유리섬유 및 유리섬유 제품(매팅(matting), 압출물) 또는 유리 마 이크로스피어(microsphere); 금속 산화물, 예를 들면 산화아연, 산화칼슘, 산화마그네슘 및 산화알루미늄; 금속 탄산염, 예를 들면 탄산마그네슘, 탄산칼슘 및 탄산아연; 금속 수산화물, 예를 들면 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘; 또는 이들의 조합이다.
이들 광물성 입자는 그 표면에 하이드록시기를 갖기 때문에 친수성이면서 소유성(oleophobic)이다. 이 때문에 충전제 입자와 부틸 탄성중합체가 상호작용하기가 더욱 어렵다. 많은 이유로, 실리카가 바람직한 광물성 충전제이며, 특히 소디움 실리케이트의 이산화탄소 침전에 의해 제조된 실리카가 바람직하다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 무수 무정형 실리카 입자는 중간 응집체 입경이 1 내지 100 마이크론, 바람직하게는 10 내지 50 마이크론이며, 가장 바람직하게는 10 내지 25 마이크론이다. 입경이 5 마이크론 미만이거나 50 마이크론보다 큰 응집체 입자가 10 부피% 미만인 것이 유리하다. 적합한 무수 무정형 실리카는, DIN(도이체 인더스트리 놈(Deutsche Industrie Norm)) 66131에 따라 측정된 BET 비표면적이 50 내지 450㎡/g이고, DIN 53601에 따라 측정된 DBP 흡수도는 실리카 100g당 150 내지 400g이며, DIN ISO 787/11에 따라 측정된 건조손실(drying loss)은 0 내지 10중량%이다. 적합한 실리카 충전제는 피피지 인더스트리즈 인코포레이티드(PPG Industries Inc.)에서 히실(HiSil, 등록상표) 210, 히실 233 및 히실 243이라는 상표로 판매된다. 바이엘 아게에서 판매되는 불카실(Vulkasil, 등록상표) S 및 불카실 N도 적합하다.
광물성 충전제를 공지된 비-광물성 충전제, 예를 들면 램프 블랙(lamp black), 퍼니스 블랙(furnace black) 또는 가스 블랙(gas black) 공정으로 제조된, BET 비표면적이 20 내지 200㎡/g인 카본블랙, 예를 들면 SAF, ISAF, HAF, FEF 또는 GPF 카본블랙; 또는 고무겔, 특히 폴리부타디엔, 부타디엔/스티렌 공중합체, 부타디엔/아크릴로니트릴 공중합체 및 폴리클로로프렌을 기재로 하는 고무겔과 조합해서도 사용할 수 있다.
비-광물성 충전제는 본 발명의 할로부틸 탄성중합체 조성물에서 충전제로서 통상적으로 사용되지는 않지만, 경우에 따라서는 40phr 이하의 양으로 존재할 수 있다. 광물성 충전제가 충전제의 총 중량의 55% 이상을 차지하는 것이 바람직하다. 본 발명의 할로부틸 탄성중합체 조성물을 다른 종의 탄성중합체 조성물과 혼합하는 경우, 이 기타 조성물은 광물성 충전제 및/또는 비-광물성 충전제를 함유할 수 있다.
실라잔 화합물은 하나 이상의 실라잔기, 예를 들면 디실라잔을 가질 수 있다. 유기 실라잔 화합물이 바람직하다. 그 예는 헥사메틸디실라잔, 헵타메틸디실라잔, 1,1,3,3-테트라메틸디실라잔, 1,3-비스(클로로메틸)테트라메틸디실라잔, 1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실라잔 및 1,3-디페닐테트라메틸디실라잔을 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다.
할로부틸 탄성중합체와 충전제와 유기 실라잔의 혼합물에 향상된 물성을 부여하는 첨가제의 예는 단백질, 아스파르트산, 6-아미노카프로산, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민을 포함한다. 바람직하게는, 하이드록시 및 아민을 함유하는 이러한 첨가제는 메틸렌 다리(분지될 수도 있음)에 의해 분리된 1차 알콜기와 아민기를 함유해야 한다. 이러한 화합물은 HO-A-NH2(여기서 A는 선형 또는 분지형 C1-C20 알킬렌기이다)라는 식으로 표현된다.
더욱 바람직하게는, 두 작용기 사이에 위치한 메틸렌기의 개수는 1 내지 4개여야 한다. 바람직한 첨가제의 예는 모노에탄올아민 및 N,N-디메틸아미노알콜을 포함한다.
할로부틸 탄성중합체로 혼입되는 충전제의 양은 넓은 범위에서 변할 수 있다. 충전제의 양은 전형적으로는 탄성중합체 100 중량부당 20 내지 250 중량부, 바람직하게는 30 내지 100 중량부, 더욱 바람직하게는 40 내지 80 중량부이다. 실라잔 화합물의 양은 전형적으로는 탄성중합체 100 중량부당 0.5 내지 10중량부, 바람직하게는 1 내지 6 중량부, 더욱 바람직하게는 2 내지 5 중량부이다. 실라잔 화합물과 함께 사용되는 하이드록시- 및 아민-함유 첨가제의 양은 전형적으로 탄성중합체 100 중량부당 0.5 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 3 중량부이다.
가공유(processing oil)가 탄성중합체 100 부당 40부 이하, 바람직하게는 5 내지 20부의 양으로 존재할 수 있다. 더욱이, 윤활제, 예를 들면 스테아르산과 같은 지방산이 3 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 2 중량부 이하의 양으로 존재할 수 있다.
할로부틸 탄성중합체와 충전제와 실라잔 또는 실라잔/하이드록시- 및 아민-함유 첨가제 혼합물을 25 내지 200℃의 온도에서 적절하게 혼합한다. 혼합온도는 60℃보다 높은 것이 바람직하며, 90 내지 150℃가 특히 바람직하다. 통상적으로 혼합시간은 1시간을 넘지 않으며 2 내지 30분이 통상적으로 적당하다. 충전제가 탄성중합체에 잘 분산되게 하는 2단 롤밀 믹서(two-roll mill mixer)를 사용하여 혼합하는 것이 적합하다. 혼합을 밴버리 믹서(Banbury mixer) 또는 하케(Haake) 또는 브라벤더 미니어처 인터널 믹서(Brabender miniature internal mixer)에서 수행할 수도 있다. 압출기를 사용하면 혼합을 잘 할 수 있을 뿐만 아니라 혼합시간이 보다 짧다. 혼합을 둘 이상의 단계로 수행할 수도 있다. 더욱이, 이러한 혼합을 상이한 장치에서 수행할 수도 있는데, 예를 들면 한 단계에서는 인터널 믹서에서 혼합을 수행하고 다른 단계에서는 압출기에서 혼합을 수행한다.
충전제와 할로부틸 탄성중합체 사이의 상호작용이 향상된 결과, 충전된 탄성중합체의 성질이 개선된다. 개선된 성질에는 보다 높은 인장강도, 보다 높은 내마모성, 보다 낮은 투과성 및 보다 나은 동적 성질이 포함된다. 이러한 개선된 성질을 갖는 충전된 탄성중합체는 타이어 트레드(tire tread), 타이어 사이드월(tire sidewall), 타이어 이너라이너(tire innerliner), 탱크 라이닝(tank lining), 호스, 롤러, 컨베이어 벨트, 경화용 블래더(curing bladder), 방독면(gas mask), 약품용 밀폐함(enclosure) 및 틈막이(gasket)를 포함하나 여기에만 국한되지는 않는 많은 용도에 특히 적합하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서는, 브로모부틸 탄성중합체와 실리카 입자와 실라잔 화합물 또는 실라잔/하이드록시- 및 아민-함유 첨가제 혼합물과 임의적으로 가공유 증량제를 2단 롤밀에서 25℃의 공칭 밀 온도에서 혼합한다. 이어서 이렇게 혼합된 배합물을 2단 롤밀에 넣고 60℃보다 높은 온도에서 혼합한다. 혼합 온도는 너무 높지 않은 것이 바람직하고, 150℃를 넘지 않는 것이 더욱 바람직한데, 왜냐하면 이보다 높은 온도는 경화를 너무 많이 진행시켜, 후속 공정을 어렵게 하기 때문이다. 150℃ 이하의 온도에서 4가지 성분들을 혼합하여 얻은 배합물은 우수한 응력/변형 성질을 가지며, 이것을 따뜻한 밀에서 경화제를 첨가하여 추가로 용이하게 가공할 수도 있다.
본 발명의 충전된 할로부틸 고무 조성물, 특히 충전된 브로모부틸 고무 조성물은 많은 용도를 갖지만, 특히 타이어 트레드 조성물로서의 용도를 갖는다. 타이어 트레드 조성물이 갖추어야 할 것중 중요한 것은, 작은 회전저항, 우수한 제동력(특히 습윤시), 및 마모되지 않도록 하는 성질인 우수한 내마모성이다. 본 발명의 조성물은 이러한 바람직한 성질들을 갖는다. 제동력의 지표는 0℃에서의 tan δ이며, 0℃에서의 tan δ가 크다는 것은 제동력이 우수하다는 것을 뜻한다. 회전저항의 지표는 60℃에서의 tan δ이며, 60℃에서의 tan δ가 작다는 것은 회전저항이 작다는 것을 뜻한다. 회전저항은 타이어가 앞으로 나아가는데에 대한 저항으로서, 연료가 덜 소모되게 하려면 회전저항이 작아야 한다. 60℃에서의 손실탄성률(loss modulus)이 작다는 것도 회전저항이 작다는 것을 뜻한다. 아래 실시예에서도 설명할테지만, 본 발명의 조성물은 0℃에서의 tan δ가 크고, 60℃에서의 tan δ가 작고, 60℃에서의 손실탄성률이 작다.
본 발명을 아래 실시예를 통해 설명하겠다.
실시예
<시험방법>
내마모성 시험:
DIN 53-516(60 그릿(grit) 사포(Emery paper)를 사용)
동적 성질 시험:
GABO를 사용하여 동적 성질 시험(0℃ 및 60℃에서의 tan δ, 60℃에서의 손실탄성률을 결정하는 시험)을 수행하였다. GABO는 가황 탄성중합체 재료의 성질을 규명하기 위한 동적기계적 분석기이다. 이러한 동적기계적 분석기를 사용하면 제동력을 측정할 수 있는데, 통상적으로는 0℃에서의 tan δ가 클수록 제동력이 좋다. 60℃에서의 tan δ가 작고, 특히 60℃에서의 손실탄성률이 작다는 것은 회전저항이 작다는 것을 뜻한다. 100℃에서 주파수 6cpm으로 작동되는 알파 테크놀로지스 RPA 2000(Alpha Technologies RPA 2000)를 사용하여 RPA를 측정하였다. 변형 스위프(strain sweep)를 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50 및 90°변형에서 측정하였다,
경화 유동성 측정:
1°arc 및 1.7Hz에서 ASTM D 52-89 MDR2000E 레오메터를 사용
성분 및 일반적 혼합방법에 대한 설명:
히실 233: PPG에 의해 제조되는 실리카
선파(Sunpar, 등록상표) 2280: 썬오일(Sun Oil)에 의해 제조되는 파라핀유
마글리트(Maglite, 등록상표) D: 씨피 홀(CP Hall)에 의해 제조되는 산화마그네슘
브롬화 부틸 탄성중합체(모든 경우에서 바이엘 브로모부틸 2030)와 실리카와 가공유와 실라잔 또는 실라잔/하이드록시- 및 아민-함유 첨가제 혼합물을, 아래 두 믹서중 하나를 사용해 혼합하였다.
(i) 40℃ 목콘(Mokon)에 의해 열적으로 조절되는, 77rpm으로 작동되는 탄젠셜(tangential) 밴버리 인터널 믹서. 배합물을 총 6분 동안 혼합하였다. 최종 고무 온도는 140 내지 180℃였다.
(ii) 24 및 32rpm으로 작동되는 롤을 갖는 6"×12" 2단 롤밀. 이 밀롤은 25℃였으며 총 작동시간은 10분이었다. 이어서 이렇게 배합된 조성물을 110℃의 롤에서 추가로 10분 동안 "열처리"하였다. 최종 고무 온도는 125℃였다.
이어서 상기 시험편을 25℃ 밀에서 냉각시키고 여기에 경화제를 첨가하였다.
실시예 1
할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물에 실라잔을 혼입시킬 때의 효과를, 실라잔 화합물로서 헥사메틸디실라잔(HMDZ)을 함유하는 몇몇 배합물을 사용하여 검사하였다. 비교를 위해, 실라잔을 함유하지 않는 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물을 대조 배합물로서 제조하였다.
브롬화 이소프렌 이소부틸렌 고무(BIIR)를, 전술된 혼합조건하에서 탄젠셜 밴버리 믹서에서 실라잔과 실리카 충전제(히실 233) 60phr과 혼합하였다. 이어서 차가운 밀에서 각 배합물들에 동일한 경화 성분들(스테아르산 1phr, 황 0.5phr 및 ZnO 1.5phr)을 넣었다. 이어서 이 배합물들을 170℃에서 tc(90)+10분(DIN 내마모성 시험을 위해) 또는 170℃에서 tc(90)+5분 동안 경화시키고 시험하였다. 표 1 및 표 2는 생성물의 조성, HMDZ를 함유하는 배합물과 결합충전제를 함유하지 않는 배합물의 물성을 보여준다.
표 1의 데이타를 보면, 실리카 충전제가 브롬화 부틸 탄성중합체에 결합하고 분산할 수 있도록 HMDZ가 도와준다는 사실을 명백하게 알 수 있다. M300/M100은 통상적으로 탄성중합체 배합물에서 충전제의 보강효과를 상대평가해주는 지표로 사용된다(이 비율이 높을수록 충전제의 보강효과가 크다). HMDZ를 함유하지 않는 배합물 1d의 경우(배합물 1d는 나머지 배합물들에 대해 대조 배합물로서 사용됨) M300/M100이 1.97인 반면, HMDZ를 함유하는 배합물들은 M300/M100가 3.76 내지 4.13이었다(도 1을 참조). RPA를 측정하여 얻은 낮은 변형에서의 복소탄성률(G*, MPa)은 탄성중합체 배합물중 충전제의 보강효과를 상대평가하는 척도로 통상적으로 사용된다(G*값이 작을수록 충전제 분산효과는 커진다). 표 1의 데이타를 보면, 브롬화 부틸 고무/실리카 배합물에 HMDZ를 첨가하면 충전제 분산효과가 훨씬 커짐을 명백하게 알 수 있다. 구체적으로 보자면, 대조 배합물의 경우, G*가 2934MPa인 반면에, HMDZ를 함유하는 배합물은 G*가 365 내지 631MPa이다(도 2를 참조).
중요한 것은, 표 1의 데이타로부터 알 수 있듯이, 충전제의 분산 및 결합이 개선되어도 이것이 배합물의 총 가공성에는 큰 영향을 미치지 않았다는 것이다. 표 1 및 도 3에 제시된 무니 스코치(Mooney Scorch) 데이타를 검토해보면, HMDZ를 브롬화 부틸 고무/실리카 배합물에 첨가하면 스코치 안전성이 크게 개선된다(즉 t03이 증가한다)는 것을 알 수 있다.
타이어 트레드에 있어서 이 배합물들의 성능과 관련해서, 0℃ 및 60℃에서의 tan δ 뿐만 아니라 60℃에서의 손실탄성률(G", MPa)을 검토해 보겠다. 구체적으로 말하자면, 0℃에서의 tan δ가 크다는 것은 제동력이 우수하다는 것을 뜻하며, 60℃에서의 tan δ가 작고 60℃에서의 G"가 작다는 것은 회전저항이 작다는 것을 뜻한다. 표 2에서 보는 바와 같이, HMDZ는 0℃에서의 tan δ 및 60℃에서의 G"에 긍정적인 영향을 미친다. 대조 배합물이 0℃에서의 tan δ가 0.23이고 60℃에서의 G"가 3.33MPa이지만, HMDZ를 함유하는 배합물은 0℃에서의 tan δ가 0.49 내지 0.88이고 60℃에서의 G"가 0.93 내지 1.98MPa이다.
실시예 2
동시계류중인 캐나다 특허출원 제 2,339,080 호는 할로겐화 부틸 탄성중합체 배합물에 실리카를 분산 및 결합시키기 위해, 염기성 아민기를 갖는 하나 이상의 치환체 및 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 첨가제를 사용함에 대해서 설명한다. HMDZ를 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물에 혼입시키면 긍정적 효과를 얻을 수 있다는 것을 전제로, HMDZ와 전술된 형태의 하이드록시- 및 아민-함유 첨가제의 혼합물을 검사해 보았다. 여기에서는 밴버리 인터널 믹서를 사용하여 HMDZ 및 모노에탄올아민(MEA)을 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물에 혼입시켰을 때의 효과를 검사하였다.
브롬화 이소프렌 이소부틸렌 고무(BIIR)를, 전술된 혼합조건하에서 탄젠셜 밴버리 믹서에서 첨가제와 실리카 충전제(히실 233) 60phr과 혼합하였다. 이어서 차가운 밀에서 각 배합물들에 동일한 경화 성분들(스테아르산 1phr, 황 0.5phr 및 ZnO 1.5phr)을 넣었다. 이어서 이 배합물들을 170℃에서 tc(90)+10분(DIN 내마모성 시험을 위해) 또는 170℃에서 tc(90)+5분 동안 경화시키고 시험하였다. 표 3 및 표 4는 생성물의 조성, HMDZ/MEA를 함유하는 배합물과 MEA만을 함유하는 배합물의 물성을 보여준다.
표 3의 데이타를 보면, 충전제가 브롬화 부틸 탄성중합체에 결합하고 분산할 수 있도록 HMDZ 및 MEA가 도와준다는 사실을 명백하게 알 수 있다. 대조 배합물의 경우 M300/M100이 1.97인 반면, HMDZ 및 MEA를 함유하는 배합물들은 M300/M100가 2.79 내지 4.30이었다(도 4를 참조). 또한 HMDZ 및 MEA를 브롬화 부틸 고무/실리카 배합물에 첨가하면 충전제 분산효과가 훨씬 커짐을 관찰할 수 있었다. 구체적으로 보자면, 대조 배합물의 경우, G*는 2934MPa인 반면에, HMDZ 및 MEA를 함유하는 배합물은 G*가 304 내지 1609MPa이다(도 5를 참조). HMDZ 2.9phr 및 MEA 2.2phr을 함유하는 배합물 또는 HMDZ 2.9phr 및 MEA 1.1phr을 함유하는 배합물은, MEA만을 함유하는 배합물보다 충전제가 더 잘 분산되는 것으로 관찰되었다.
표 3의 데이타는, 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카/MEA 배합물에 HMDZ를 첨가하면 M300/M100이 감소하고 DIN 마모 부피 손실(DIN abrasion volume loss)이 증가한다는 것을 암시하지만, 중요한 것은 스코치 안전성이 크게 개선된다(즉 t03이 증가한다)는 사실이다.
표 4에서 보는 바와 같이, HMDZ 및 MEA는 0℃에서의 tan δ 및 60℃에서의 G"에 긍정적인 영향을 미친다. 대조 배합물이 0℃에서의 tan δ가 0.23이고 60℃ 에서의 G"가 3.33MPa이지만, HMDZ 및 MEA를 함유하는 배합물은 0℃에서의 tan δ가 0.43 내지 0.85이고 60℃에서의 G"가 1.10 내지 2.39MPa이다. 더욱이 HMDZ 2.9phr 및 MEA 2.2phr을 함유하는 배합물 및 HMDZ 2.9phr 및 MEA 1.1phr을 함유하는 배합물은, MEA만을 함유하는 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물보다 훨씬 좋은 0℃에서의 tan δ 및 60℃에서의 G"를 갖는다.
실시예 3
본 실시예를 통해, 6"×12" 밀에서 제조된 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물에 HMDZ와 모노에탄올아민(MEA)의 혼합물을 첨가할 때의 효과를 검증한다.
브롬화 이소프렌 이소부틸렌 고무(BIIR)를, 전술된 혼합조건하에서 6"×12" 밀에서 첨가제와 실리카 충전제(히실 233) 60phr과 혼합하였다. 이어서 차가운 밀에서 각 배합물들에 동일한 경화 성분들(스테아르산 1phr, 황 0.5phr 및 ZnO 1.5phr)을 넣었다. 이어서 이 배합물들을 170℃에서 tc(90)+10분(DIN 내마모성 시험을 위해) 또는 170℃에서 tc(90)+5분 동안 경화시키고 시험하였다. 표 5 및 표 6은 생성물의 조성, HMDZ/MEA를 함유하는 배합물과 MEA만을 함유하는 배합물의 물성을 보여준다.
표 5의 데이타를 보면, 충전제가 브롬화 부틸 탄성중합체에 결합하고 분산할 수 있도록 HMDZ 및 MEA가 도와준다는 사실을 명백하게 알 수 있다. 대조 배합물의 경우 M300/M100이 1.97인 반면, HMDZ 및 MEA를 함유하는 배합물들은 M300/M100가 4.02 내지 6.00이었다(도 6을 참조). 또한 HMDZ 및 MEA를 브롬화 부틸 고무/실리카 배합물에 첨가하면 충전제 분산효과가 훨씬 커짐을 관찰할 수 있었다. 구체적 으로 보자면, 대조 배합물의 경우, G*는 2934MPa인 반면에, HMDZ 및 MEA를 함유하는 배합물은 G*가 256 내지 538MPa이다(도 7을 참조). MEA와 HMDZ를 함유하는 배합물은, MEA만을 함유하는 배합물에 비해, 보강효과(M300/M100)와 충전제 분산효과(낮은 변형에서의 G*) 둘 다가 개선되는 것으로 나타났다.
표 5의 데이타는, 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카/MEA 배합물에 HMDZ를 첨가하면 대조 배합물이나 MEA만을 함유하는 배합물보다 DIN 마모 부피 손실이 감소한다는 것을 암시한다.
표 6에서 보는 바와 같이, HMDZ 및 MEA는 0℃에서의 tan δ 및 60℃에서의 G"에 긍정적인 영향을 미친다. 대조 배합물이 0℃에서의 tan δ가 0.23이고 60℃에서의 G"가 3.33MPa이지만, HMDZ 및 MEA를 함유하는 배합물은 0℃에서의 tan δ가 0.50 내지 0.86이고 60℃에서의 G"가 0.69 내지 1.78MPa이다. 더욱이 HMDZ와 MEA 둘 다를 함유하는 배합물은, MEA만을 함유하는 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물보다 훨씬 좋은 0℃에서의 tan δ 및 60℃에서의 G"를 갖는다.
실시예 4
본 실시예를 통해, 밴버리 믹서에서 제조된 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물에 HMDZ와 N,N-디메틸아미노에탄올(DMAE)의 혼합물을 첨가할 때의 효과를 검증한다.
브롬화 이소프렌 이소부틸렌 고무(BIIR)를, 전술된 혼합조건하에서 탄젠셜 밴버리 믹서에서 첨가제와 실리카 충전제(히실 233) 60phr과 혼합하였다. 이어서 차가운 밀에서 각 배합물들에 동일한 경화 성분들(스테아르산 1phr, 황 0.5phr 및 ZnO 1.5phr)을 넣었다. 이어서 이 배합물들을 170℃에서 tc(90)+10분(DIN 내마모성 시험을 위해) 또는 170℃에서 tc(90)+5분 동안 경화시키고 시험하였다. 표 7 및 표 8은 생성물의 조성, HMDZ/DMAE를 함유하는 배합물과 DMAE만을 함유하는 배합물의 물성을 보여준다.
표 7의 데이타를 보면, 충전제가 브롬화 부틸 탄성중합체에 결합하고 분산할 수 있도록 HMDZ 및 DMAE가 도와준다는 사실을 명백하게 알 수 있다. 대조 배합물의 경우 M300/M100이 1.97인 반면, HMDZ 및 DMAE를 함유하는 배합물들은 M300/M100가 2.93 내지 4.27이었다(도 8을 참조). 또한 HMDZ 및 DMAE를 브롬화 부틸 고무/실리카 배합물에 첨가하면 충전제 분산효과가 훨씬 커짐을 관찰할 수 있었다. 구체적으로 보자면, 대조 배합물의 경우, G*는 2934MPa인 반면에, HMDZ 및 DMAE를 함유하는 배합물은 G*가 227 내지 1056MPa이다(도 9를 참조). HMDZ 2.9phr 및 DMAE 3.2phr을 함유하는 배합물 또는 HMDZ 2.9phr 및 DMAE 1.6phr을 함유하는 배합물은, DMAE만을 함유하는 배합물에 비해, 충전제 분산효과가 개선되는 것으로 나타났다.
표 7의 데이타는, 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카/DMAE 배합물에 HMDZ를 첨가하면 M300/M100가 감소하고 DIN 마모 부피 손실이 증가한다는 것을 암시하지만, 중요한 것은 스코치 안전성이 크게 개선된다(즉 t03가 증가한다)는 사실이다.
표 8에서 보는 바와 같이, HMDZ 및 DMAE는 0℃에서의 tan δ 및 60℃에서의 G"에 긍정적인 영향을 미친다. 대조 배합물이 0℃에서의 tan δ가 0.23이고 60℃ 에서의 G"가 3.33MPa이지만, HMDZ 및 DMAE를 함유하는 배합물은 0℃에서의 tan δ가 0.45 내지 0.82이고 60℃에서의 G"가 0.48 내지 2.31MPa이다. 더욱이 HMDZ 2.9phr 및 DMAE 3.2phr을 함유하는 배합물 또는 HMDZ 2.9phr 및 DMAE 1.6phr을 함유하는 배합물은, DMAE만을 함유하는 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물보다 훨씬 좋은 0℃에서의 tan δ 및 60℃에서의 G"를 갖는다.
실시예 5
본 실시예를 통해, 6"×12" 밀에서 제조된 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물에 HMDZ와 N,N-디메틸아미노에탄올(DMAE)의 혼합물을 첨가할 때의 효과를 검증한다.
브롬화 이소프렌 이소부틸렌 고무(BIIR)를, 전술된 혼합조건하에서 6"×12" 밀에서 첨가제와 실리카 충전제(히실 233) 60phr과 혼합하였다. 이어서 차가운 밀에서 각 배합물들에 동일한 경화 성분들(스테아르산 1phr, 황 0.5phr 및 ZnO 1.5phr)을 넣었다. 이어서 이 배합물들을 170℃에서 tc(90)+10분(DIN 내마모성 시험을 위해) 또는 170℃에서 tc(90)+5분 동안 경화시키고 시험하였다. 표 9 및 표 10은 생성물의 조성, HMDZ/DMAE를 함유하는 배합물과 DMAE만을 함유하는 배합물의 물성을 보여준다.
표 9의 데이타를 보면, 충전제가 브롬화 부틸 탄성중합체에 결합하고 분산할 수 있도록 HMDZ 및 DMAE가 도와준다는 사실을 명백하게 알 수 있다. 대조 배합물의 경우 M300/M100이 1.97인 반면, HMDZ 및 DMAE를 함유하는 배합물들은 M300/M100가 4.41 내지 6.55이었다(도 10을 참조). 또한 HMDZ 및 DMAE를 브롬화 부틸 고무/ 실리카 배합물에 첨가하면 충전제 분산효과가 훨씬 커짐을 관찰할 수 있었다. 구체적으로 보자면, 대조 배합물의 경우, G*는 2934MPa인 반면에, HMDZ 및 DMAE를 함유하는 배합물은 G*가 245 내지 742MPa이다(도 11을 참조). HMDZ 2.9phr 및 DMAE 3.2phr을 함유하는 배합물 또는 HMDZ 2.9phr 및 DMAE 1.6phr을 함유하는 배합물은, DMAE만을 함유하는 배합물에 비해, 보강효과(M300/M100)와 충전제 분산효과(낮은 변형에서의 G*) 둘 다가 개선되는 것으로 나타났다.
표 9에 제시된 무니 스코치 데이타를 검토해 보면, 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카/DMAE 배합물에 HMDZ를 첨가하는 것은 t03(t03이 증가했다는 것은 가공성이 개선되었다는 것을 뜻한다)에 대한 긍정적 효과가 있다는 것을 알 수 있다.
표 10에서 보는 바와 같이, HMDZ 및 DMAE는 0℃에서의 tan δ 및 60℃에서의 G"에 긍정적인 영향을 미친다. 대조 배합물이 0℃에서의 tan δ가 0.23이고 60℃에서의 G"가 3.33MPa이지만, HMDZ 및 DMAE를 함유하는 배합물은 0℃에서의 tan δ가 0.56 내지 0.86이고 60℃에서의 G"가 0.42 내지 1.61MPa이다. 더욱이 HMDZ 2.9phr 및 DMAE 3.2phr을 함유하는 배합물 또는 HMDZ 2.9phr 및 DMAE 1.6phr을 함유하는 배합물은, DMAE만을 함유하는 할로겐화 부틸 탄성중합체/실리카 배합물보다 훨씬 좋은 0℃에서의 tan δ 및 60℃에서의 G"를 갖는다.
실시예 1a 1b 1c 1d
첨가제 HMDZ HMDZ HMDZ 대조
첨가제(phr) 5.8 2.9 1.45 0
응력 변형(다이 C 덤벨, tc90+5분 동안 경화, 23℃에서 시험)
쇼어경도(A2)시험기 (pts.) 51 60 67 80
극한인장강도(MPa) 18.27 18.7 17.76 11.22
극한 신장률(%) 876 800 752 894
변형(% 신장률) 응력(MPa) 응력(MPa) 응력(MPa) 응력(MPa)
25 0.6 0.86 1.2 2.1
50 0.77 1 1.25 2.02
100 1.05 1.28 1.48 1.97
200 2.02 2.49 2.79 2.62
300 4.07 5.28 5.56 3.89
300/100 3.88 4.13 3.76 1.97
DIN 마모(170℃에서 tc90+10분 동안 경화)
마모 부피 손실(㎣) 282 190 189 283
배합물의 무니 스코치(소형 로터를 사용, 130℃에서 시험)
t03(분) 10.26 15.23 11.89 2.52
t18(분) 24.21 22.23 14.78 9.34
t18-t03(분) 13.95 7 2.89 6.82
MDR 경화 특성(170℃, 1°arc, 1.7Hz에서 시험)
MH(dN.m) 18.08 24.27 28.77 32.04
ML(dN.m) 3.71 5.12 8.28 17.86
델타 t'50-t'10(분) 4.36 3.92 3.19 8.33
RPA PAYNE 효과(100℃, 30cpm에서 시험)
변형(%) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa)
0.28 365.97 466.02 631.4 2934
0.98 413.78 520.18 721.14 3134

실시예 1a 1b 1c 1d
첨가제 HMDZ HMDZ HMDZ 대조
첨가제(phr) 5.8 2.9 1.45 0
GABO(170℃에서 tc90+5분 동안 경화, -100 내지 100℃에서 시험)
0℃에서의 Tan δ 0.88 0.68 0.49 0.23
60℃에서의 Tan δ 0.23 0.21 0.17 0.08
60℃에서의 G"(MPa) 0.93 1.37 1.98 3.33


실시예 2a 2b 2c 2d 2e
첨가제 MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA
첨가제(phr) 2.2 2.9/2.2 2.9/1.1 1.45/1.1 1.45/0.55
응력 변형(다이 C 덤벨, tc90+5분 동안 경화, 23℃에서 시험)
쇼어경도(A2)시험기 (pts.) 71 56 53 70 70
극한인장강도(MPa) 14.88 15.91 15.66 16.29 16.05
극한 신장률(%) 340 567 821 909 1036
변형(% 신장률) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa)
25 1.46 0.773 0.689 1.3 1.34
50 1.75 0.999 0.854 1.34 1.3
100 2.71 1.63 1.13 1.58 1.4
200 6.66 4.08 2.14 2.79 2.23
300 12.79 7.01 3.89 4.73 3.91
300/100 4.72 4.30 3.44 2.99 2.79
DIN 마모(170℃에서 tc90+10분 동안 경화)
마모 부피 손실(㎣) 232 303 341 292 291
배합물의 무니 스코치(소형 로터를 사용, 130℃에서 시험)
t03(분) 0.09 3.02 7.14 6.27 11.35
t18(분) 1.71 4.38 11.89 10.81 21.92
t18-t03(분) 1.62 1.36 4.75 4.54 10.57
MDR 경화 특성(170℃, 1°arc, 1.7Hz에서 시험)
MH(dN.m) 34.61 21.64 18.67 32.74 31.44
ML(dN.m) 9.24 3.71 3.35 6.63 7.4
델타 t'50-t'10(분) 2.64 4.3 5.98 3.51 4.04
RPA PAYNE 효과(100℃, 30cpm에서 시험)
변형(%) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa)
0.28 676.38 304.68 374.25 1555 1609.8
0.98 717.37 346.05 381.16 1691.1 1720.9

실시예 2a 2b 2c 2d 2e
첨가제 MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA
첨가제(phr) 2.2 2.9/2.2 2.9/1.1 1.45/1.1 1.45/0.55
GABO(170℃에서 tc90+5분 동안 경화, -100 내지 100℃에서 시험)
0℃에서의 Tan δ 0.50 0.82 0.85 0.45 0.43
60℃에서의 Tan δ 0.11 0.20 0.23 0.14 0.14
60℃에서의 G"(MPa) 1.61 1.13 1.10 2.32 2.39

실시예 3a 3b 3c 3d 3e
첨가제 MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA
첨가제(phr) 2.2 2.9/2.2 2.9/1.1 1.45/1.1 1.45/0.55
응력 변형(다이 C 덤벨, tc90+5분 동안 경화, 23℃에서 시험)
쇼어경도(A2)시험기 (pts.) 80 55 55 67 65
극한인장강도(MPa) 17.4 17.45 20.5 17.57 20.63
극한 신장률(%) 405 387 498 588 624
변형(% 신장률) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa)
25 2.42 0.8 0.79 1.28 1.21
50 3.04 1.2 1.09 1.41 1.37
100 5.54 2.28 1.92 1.88 1.79
200 10.78 6.69 5.69 3.98 3.77
300 14.86 13.07 11.52 7.56 7.75
300/100 2.68 5.73 6.00 4.02 4.33
DIN 마모(170℃에서 tc90+10분 동안 경화)
마모 부피 손실(㎣) 263 181 159 213 174
배합물의 무니 스코치(소형 로터를 사용, 130℃에서 시험)
t03(분) 3.9 0.09 3.47 4.13 10.98
t18(분) 5.32 0.95 6.71 6.34 16.73
t18-t03(분) 1.42 0.86 3.24 2.21 5.75
MDR 경화 특성(170℃, 1°arc, 1.7Hz에서 시험)
MH(dN.m) 45.93 17.5 20.06 32.39 31.04
ML(dN.m) 12.83 4.86 4.52 7.18 7.83
델타 t'50-t'10(분) 1.21 3.4 3.42 2.45 2.55
RPA PAYNE 효과(100℃, 30cpm에서 시험)
변형(%) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa)
0.28 1577.2 256.55 255.86 590.43 537.89

실시예 3a 3b 3c 3d 3e
첨가제 MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA HMDZ/MEA
첨가제(phr) 2.2 2.9/2.2 2.9/1.1 1.45/1.1 1.45/0.55
GABO(170℃에서 tc90+5분 동안 경화, -100 내지 100℃에서 시험)
0℃에서의 Tan δ 0.28 0.84 0.86 0.50 0.56
60℃에서의 Tan δ 0.08 0.16 0.18 0.14 0.14
60℃에서의 G"(MPa) 2.91 0.69 0.88 1.78 1.59


실시예 4a 4b 4c 4d 4e
첨가제 DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE
첨가제(phr) 3.2 2.9/3.2 2.9/1.6 1.45/1.6 1.45/0.8
응력 변형(다이 C 덤벨, tc90+5분 동안 경화, 23℃에서 시험)
쇼어경도(A2)시험기 (pts.) 64 54 54 69 70
극한인장강도(MPa) 20.73 18.26 17.79 17.45 15.97
극한 신장률(%) 428 585 715 756 924
변형(% 신장률) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa)
25 1.13 0.734 0.74 1.26 1.32
50 1.47 1.05 1 1.36 1.34
100 2.48 1.73 1.5 1.7 1.54
200 7.29 4.42 3.39 3.37 2.6
300 13.91 8.21 6.41 5.96 4.51
300/100 5.61 4.21 4.27 3.51 2.93
DIN 마모(170℃에서 tc90+10분 동안 경화)
마모 부피 손실(㎣) 156 161 204 236 243
배합물의 무니 스코치(소형 로터를 사용, 130℃에서 시험)
t03(분) 0.32 4.86 7.17 7.85 13.6
t18(분) 4.7 7.4 12.93 13.13 25.93
t18-t03(분) 4.38 2.54 5.76 5.28 12.33
MDR 경화 특성(170℃, 1°arc, 1.7Hz에서 시험)
MH(dN.m) 29.01 22.74 21.3 32.91 32.19
ML(dN.m) 8.91 5.17 4.38 5.79 5.74
델타 t'50-t'10(분) 2.08 3.06 4.87 3.72 4.67
RPA PAYNE 효과(100℃, 30cpm에서 시험)
변형(%) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa)
0.28 504.7 227.53 267.66 806.94 1056.2
0.98 531.22 266.22 280.89 901.32 1149.6

실시예 4a 4b 4c 4d 4e
첨가제 DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE
첨가제(phr) 3.2 2.9/3.2 2.9/1.6 1.45/1.6 1.45/0.8
GABO(170℃에서 tc90+5분 동안 경화, -100 내지 100℃에서 시험)
0℃에서의 Tan δ 0.70 0.82 0.84 0.56 0.45
60℃에서의 Tan δ 0.10 0.11 0.14 0.14 0.14
60℃에서의 G"(MPa) 0.80 0.48 0.66 1.61 2.31

실시예 5a 5b 5c 5d 5e
첨가제 DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE
첨가제(phr) 3.2 2.9/3.2 2.9/1.6 1.45/1.6 1.45/0.8
응력 변형(다이 C 덤벨, tc90+5분 동안 경화, 23℃에서 시험)
쇼어경도(A2)시험기 (pts.) 68 53 53 67 65
극한인장강도(MPa) 20.81 22.32 21.53 20.96 20.26
극한 신장률(%) 494 552 559 569 614
변형(% 신장률) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa) 응력 (MPa)
25 1.36 0.73 0.75 1.33 1.24
50 1.61 1.04 1.04 1.58 1.4
100 2.52 1.74 1.73 2.39 1.89
200 7.03 5.25 5.15 5.76 4.09
300 13.04 11.4 10.97 10.96 8.33
300/100 5.17 6.55 6.34 4.59 4.41
DIN 마모(170℃에서 tc90+10분 동안 경화)
마모 부피 손실(㎣) 171 218 245 161 154
배합물의 무니 스코치(소형 로터를 사용, 130℃에서 시험)
t03(분) 0.12 11.5 20.18 8.89 26.49
t18(분) 5.23 23.24 30 초과 20.97 30
t18-t03(분) 5.11 11.74 NR 12.08 NR
MDR 경화 특성(170℃, 1°arc, 1.7Hz에서 시험)
MH(dN.m) 35.72 19.81 19.55 34.52 30.34
ML(dN.m) 10.39 5.81 5.12 9.17 9.09
델타 t'50-t'10(분) 2.61 8.09 8.49 3.79 3.98
RPA PAYNE 효과(100℃, 30cpm에서 시험)
변형(%) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa) G*(KPa)
0.28 672.69 245.56 270.49 646.73 742.46
0.98 724.12 251.58 275.81 769.07 842.28

실시예 5a 5b 5c 5d 5e
첨가제 DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE HMDZ/DMAE
첨가제(phr) 3.2 2.9/3.2 2.9/1.6 1.45/1.6 1.45/0.8
GABO(170℃에서 tc90+5분 동안 경화, -100 내지 100℃에서 시험)
0℃에서의 Tan δ 0.55 0.86 0.86 0.56 0.56
60℃에서의 Tan δ 0.11 0.11 0.13 0.13 0.15
60℃에서의 G"(MPa) 1.40 0.42 0.53 1.46 1.61

본 발명의 방법을 사용하면, 알콜이 방출되지 않게 하면서도 기존 공정보다 저렴한 비용으로, 충전된 할로부틸 탄성중합체 배합물을 제조할 수 있게 된다. 또 한 본 발명을 통하여 보다 높은 인장강도, 보다 높은 내마모성, 보다 낮은 투과성 및 보다 나은 동적 성질을 갖는 우수한 할로부틸 탄성중합체 배합물을 제조할 수 있게 된다.

Claims (12)

  1. 하나 이상의 할로부틸 탄성중합체, 하나 이상의 광물성 충전제, 및 염기성 아민기를 갖는 하나 이상의 작용기 및 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 첨가제와 하나 이상의 실라잔 화합물의 혼합물을 혼합하며, 여기서 상기 첨가제는 A가 선형 또는 분지형 C1-C20 알킬렌기인 화학식 HO-A-NH2로 나타내어지는 것이고,
    이렇게 얻은 충전된 할로겐화 부틸 탄성중합체를 경화시킴
    을 포함하는, 충전된 할로부틸 탄성중합체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 실라잔 화합물이 유기 실라잔 화합물인 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 실라잔 화합물이 디실라잔 화합물인 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 광물성 충전제가 실리카, 실리케이트, 점토(예를 들면 벤토나이트), 석고, 알루미나, 이산화티탄, 활석 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 할로겐화 부틸 탄성중합체가 브롬화 부틸 탄성중합체인 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 실라잔의 양이 탄성중합체 100부당 0.5 내지 10부인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 충전된 할로부틸 탄성중합체를 경화시키기 전에, 이를 다른 종의 탄성중합체 또는 탄성중합체 배합물과 혼합하는 방법.
  8. 하나 이상의 할로부틸 탄성중합체, 하나 이상의 광물성 충전제, 및 염기성 아민기를 갖는 하나 이상의 작용기 및 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 첨가제와 하나 이상의 실라잔 화합물의 혼합물을 포함하며, 여기서 상기 첨가제는 A가 선형 또는 분지형 C1-C20 알킬렌기인 화학식 HO-A-NH2로 나타내어지는 것인, 충전된 할로부틸 탄성중합체 조성물.
  9. 하나 이상의 할로부틸 탄성중합체, 하나 이상의 광물성 충전제, 및 염기성 아민기를 갖는 하나 이상의 작용기 및 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 첨가제와 하나 이상의 실라잔 화합물의 혼합물을 포함하며, 여기서 상기 첨가제는 A가 선형 또는 분지형 C1-C20 알킬렌기인 화학식 HO-A-NH2로 나타내어지는 것인, 충전되고 경화된 할로부틸 탄성중합체 조성물.
  10. 제 9 항에 있어서, 자동차 타이어 트레드 형태인, 충전되고 경화된 할로부틸 탄성중합체 조성물.
  11. 제 9 항에 있어서, 자동차 타이어 이너라이너 형태인, 충전되고 경화된 할로부틸 탄성중합체 조성물.
  12. 하나 이상의 할로겐화 부틸 탄성중합체를 염기성 아민기를 갖는 하나 이상의 작용기 및 하나 이상의 하이드록시기를 함유하는 첨가제와 하나 이상의 실라잔 화합물의 혼합물의 존재하에 하나 이상의 광물성 충전제와 혼합하는 것을 포함하며, 여기서 상기 첨가제는 A가 선형 또는 분지형 C1-C20 알킬렌기인 화학식 HO-A-NH2로 나타내어지는 것인, 하나 이상의 할로겐화 부틸 탄성중합체를 포함하는 충전되고 경화된 할로부틸 탄성중합체 조성물의 내마모성을 개선하는 방법.
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