KR101023235B1 - 항공기용 타이어 트레드 고무조성물 - Google Patents

항공기용 타이어 트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항공기용 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 보강충진제로서 카본블랙과 실리카를 포함하고, 상기 실리카의 분산제로서 커플링제를 사용하는 한편 내열성 개선제로서 1,3-비스(시트라콘이미도메틸)벤젠(1,3-bis(citraconimidomethyl)benzene)과 노화방지제로서 하기 구조식(1)의 3PPD-BAADA(3PPD(N'-isopropyl-N-phenyl-p-phynylenediamine)-BAADA(4,4'-bis(alkylamino)diphenylamine))를 포함하도록 하여 마모성, 내열성 및 리버젼(reversion) 특성이 향상된 항공기용 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
Figure 112008069704817-pat00001
...구조식(1)
항공기, 타이어, 고무조성물, 내열성, 내마모성

Description

항공기용 타이어 트레드 고무조성물{Tire tread rubber composition for aircraft}
본 발명은 항공기용 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 보강충진제로서 카본블랙과 실리카를 포함하고, 상기 실리카의 분산제로서 커플링제를 사용하는 한편 내열성 개선제로서 1,3-비스(시트라콘이미도메틸)벤젠(1,3-bis(citraconimidomethyl)benzene)과 노화방지제로서 하기 구조식(1)의 3PPD-BAADA(3PPD(N'-isopropyl-N-phenyl-p-phynylenediamine)-BAADA(4,4'-bis(alkylamino)diphenylamine))를 포함하도록 하여 마모성, 내열성 및 리버젼(reversion) 특성이 향상된 항공기용 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
Figure 112008069704817-pat00002
...구조식(1)
타이어상에서 나타나는 고무 컴파운드(compound)의 노화는 여러 복합적인 인 자들에 의해 발생되는 것으로 이는 고무 사슬상의 이중결합이 절단되고 이때 생성된 라디칼(radical)이 전달되면서 고무 컴파운드(compound)의 물성을 하락시켜 표면의 균열등 전반적인 타이어 성능을 조기에 하락시킨다. 이때 노화에 원인을 제공하는 인자는 오존, 산소, 햇빛, 열, 굴곡 등이며 타이어가 요구하는 노방 특성에 따라 여러 계열의 노화방지제를 각각 혹은 혼합하여 사용한다.
항공기용 타이어에서는 BLE계 내굴곡 노화방지제를 다량 사용하고 있으며 내열성, 내굴곡성에 특히 탁월한 효과를 발휘하여 널리 많은 양을 사용하고 있다.
본 발명은 BLE계 노화방지제를 소량의 알리파틱(aliphatic)계 노화방지제 및 내열성개선제로 대체 사용하여 기존 BLE계 컴파운드(compound) 보다 내열/내굴곡을 향상시키고 월등한 물성을 지니는 컴파운드(compound)를 구현하였다.
본 발명은 마모성, 내열성 및 리버젼(reversion) 특성이 향상된 항공기용 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 마모성, 내열성 및 리버젼 특성이 향상된 항공기용 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 항공기용 타이어를 제공하고자 한다.
본 발명은 항공기용 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 보강충진제로서 카본블랙과 실리카를 포함하고, 상기 실리카의 분산제로서 커플링제를 사용하는 한편 내열성 개선제로서 1,3-비스(시트라콘이미도메틸)벤젠(1,3-bis(citraconimidomethyl)benzene)과 노화방지제로서 하기 구조식(1)의 3PPD-BAADA(3PPD(N'-isopropyl-N-phenyl-p-phynylenediamine)-BAADA(4,4'-bis(alkylamino)diphenylamine))를 포함하도록 하여 마모성, 내열성 및 리버젼(reversion) 특성이 향상된 항공기용 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
Figure 112008069704817-pat00003
...구조식(1)
본 발명은 마모성, 내열성 및 리버젼 특성이 향상된 항공기용 타이어 트레드 고무조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 마모성, 내열성 및 리버젼 특성이 향상된 항공기용 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 항공기용 타이어를 제공할 수 있다.
본 발명은 마모성, 내열성 및 리버젼 특성이 향상된 항공기용 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.
본 발명은 항공기용 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 30∼60중량부, 실리카 10∼30중량부, 커플링제 0.5∼5중량부, 1,3-비스(시트라콘이미도메틸)벤젠(1,3-bis(citraconimidomethyl)benzene) 0.5∼1.5중량부, 하기 구조식(1)의 3PPD-BAADA 1∼5중량부를 포함하도록 하여 마모성, 내열성 및 리버젼 특성이 향상된 항공기용 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.
Figure 112008069704817-pat00004
...구조식(1)
본 발명에서 원료고무는 천연고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 합성고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 천연고무와 2종 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 2종의 서로 다른 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 3종 이상의 서로 다른 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 부틸고무, 이소프렌 고무, 에피클로로 히드린고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 이소프렌 부타디엔 고무, 폴리우레탄 고무, 불소고무, 실리콘고무, 에틸렌프로필렌고무, EPDM 고무, 하이팔론고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세테이트고무, 아크릴고무의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다
본 발명에서 보강충진제는 카본블랙 및 실리카를 사용할 수 있다.
본 발명에서 카본블랙은 원료고무 100중량부에 대하여 30∼60중량부를 사용할 수 있다.
본 발명에서 실리카는 원료고무 100중량부에 대하여 10∼30중량부를 사용할 수 있다.
상기에서 카본블랙은 DBP 흡착가 110∼120ml/100g, 요오드 흡착가 110∼ 130mg/g, TINT 강도 110∼120%인 특성을 지닌 것을 사용할 수 있다.
상기에서 카본블랙은 DBP 흡착가 112∼120ml/100g, 요오드 흡착가 118∼126mg/g, TINT 강도 110∼118%인 특성을 지닌 것을 사용할 수 있다.
상기에서 카본블랙은 DBP 흡착가 115±2ml/100g, 요오드 흡착가 120±5mg/g, TINT 강도 115±2%인 특성을 지닌 것을 사용할 수 있다.
상기에서 실리카는 표면적 160∼180㎡/g, DBP 흡착가 180∼200ml/100g인 특성을 지닌 것을 사용할 수 있다.
상기에서 실리카는 표면적 170±5㎡/g, DBP 흡착가 190±5ml/100g인 특성을 지닌 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 보강충진제의 하나인 실리카의 분산성 향상을 위해 커플링제를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 보강충진제의 하나인 실리카의 분산성 향상을 위해 커플링제를 원료고무 100중량부에 대하여 0.5∼5중량부를 사용할 수 있다.
상기에서 커플링제는 다이메틸 아미노 에탄올(Dimethyl amino ethanol, DMAE), 구조식(B)의 헥사메틸다이실라잔(Hexamethyldisilazane, HMDZ)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
삭제
(CH3)3Si-HN-Si(CH3)3....구조식(B)
본 발명에서 내열성 개선제를 사용하여 고무조성물의 내열성, 마모성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 내열성 개선제로서 1,3-비스(시트라콘이미도메틸)벤젠(1,3-bis(citraconimidomethyl)benzene)을 사용할 수 있다.
본 발명에서 내열성 개선제인 1,3-비스(시트라콘이미도메틸)벤젠은 원료고무 100중량부에 대하여 0.5∼1.5중량부를 사용할 수 있다.
본 발명에서 노화방지제를사용하여 고무조성물의 노화를 억제할 수 있다.
본 발명에서 노화방지제는 하기 구조식(1)의 3PPD-BAADA(3PPD(N'-isopropyl-N-phenyl-p-phynylenediamine)-BAADA(4,4'-bis(alkylamino)diphenylamine))를 사용할 수 있다.
본 발명에서 노화방지제인 하기 구조식(1)의 3PPD-BAADA는 원료고무 100중량부에 대하여 1∼5중량부를 사용할 수 있다.
상기에서 노화방지제인 하기 구조식(1)의 3PPD-BAADA는 하기 구조식(2)의 3PPD(N'-isopropyl-N-phenyl-p-phynylenediamine)에 BAADA(4,4'-bis(alkylamino)diphenylamine)를 반응시켜 얻을 수 있다.
상기에서 노화방지제인 하기 구조식(1)의 3PPD-BAADA는 하기 구조식(2)의 3PPD 1몰(mol)에 대해 BAADA 2몰(mol)을 20∼30℃에서 100∼500rpm으로 1시간∼3시간 동안 반응시켜 얻을 수 있다.
Figure 112008069704817-pat00005
...구조식(1)
Figure 112008069704817-pat00006
... 구조식(2)
본 발명의 항공기용 타이어 트레드 고무조성물은 고무조성물의 보강성 향상을 위해 상기 카본블랙 및 실리카 이외의 보강제를 원료고무 100중량부에 대하여 5∼30중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기에서 추가로 더 사용할 수 있는 보강제는 탄산칼슘(calcium carbonate), 산화티탄(titanium dioxide), 클레이(clay), 층상실리케이트(layered silicate), 중석(tungsten), 탈크(Talc), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB), 판상흑연의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 충진제 5∼60중량부를 사용할 수 있다.
상기에서 층상실리케이트는 층간 간격이 0.1∼10nm인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 층상실리케이트는 두께(d)에 대한 평면폭(l)의 비를 나타낸 편평비(aspect ratio, l/d)가 5 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 층상실리케이트는 편평비가 5∼100인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 층상실리케이트는 양이온 교환반응 및/또는 음이온 교환반응이 가능한 천연 층상실리케이트를 사용할 수 있다.
상기에서 층상실리케이트는 양이온 교환반응 및/또는 음이온 교환반응이 가능한 합성 층상실리케이트를 사용할 수 있다.
상기에서 층상실리케이트는 양이온기를 갖는 물질 및/또는 음이온기를 갖는 물질로 유기화 처리된 유기화 층상실리케이트를 사용할 수 있다.
상기에서 층상실리케이트는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 사포나이트(saponite), 헥토라이트(hectorite), 렉토나이트(rectorite), 버미큘라이트(vermiculite), 마이카(mica), 일라이트(illite), 카올린나이트(kaolinite), 소디움 몬모릴로나이트(sodium montmorillonite, Na-MMT) 및 클로이지트 15A(Cloisite 15A)의 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기에서 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 0.01∼0.1㎛이고, 비표면적이 80∼90m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 1∼10㎛이고, 비표면적이 100∼120m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 판상흑연은 입자크기가 0.1∼20㎛인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 판상흑연은 층간 간격이 0.1∼10nm인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 판상흑연은 두께(d)에 대한 평면폭(l)의 비를 나타낸 편평비(aspect ratio, l/d)가 5 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 판상흑연은 편평비가 5∼100인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 판상흑연은 입자크기가 0.1∼20㎛, 층간 간격이 0.1∼10nm, 편평비 가 5∼100인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 판상흑연은 하기 (1)단계 및 (2)단계로부터 얻은 것을 사용할 수 있다.
(1)흑연을 황산과 질산이 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합용액에 투입하여 침지시키는 단계,
(2)침지 후 수세하고 건조한 흑연을 700∼900℃에서 1∼5분 동안 가열하는 단계.
상기 (1)단계에서 침지는 60∼80℃에서 10∼48시간 동안, 바람직하게는 70℃에서 10시간 동안 침지하여 판상흑연 층간에 상기 황산의 SO42 - 이온 또는 질산의 NO3 - 이온이 충분히 삽입되도록 한다.
본 발명의 항공기용 타이어 트레드 고무조성물에 대하여 다양한 성분, 함량을 적용한바, 본 발명의 목적에 부합하는 항공기용 타이어 트레드 고무조성물을 얻기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 항공기용 타이어 트레드 고무조성물이 바람직하다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 카본블랙, 실리카, 내열성 개선제 및노화방지제 이외에 종래 항공기용 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 보강충전제, 노화방지제, 활성제, 공정오일, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필 요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 항공기용 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
본 발명은 상기에서 언급한 항공기용 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 항공기용 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 항공기용 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 항공기용 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 트레드로 포함하는 항공기용 타이어를 포함한다.
이하 본 발명의 내용을 제조예, 실시예, 비교예 및 시험예에 의해 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 내용을 보다 이해하기 쉽게 하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예>
하기 구조식(2)의 3PPD(N'-isopropyl-N-phenyl-p-phynylenediamine) 1몰(mol)에 대해 BAADA(4,4'-bis(alkylamino)diphenylamine) 2몰(mol)을 253에서 100±50rpm으로 2시간 동안 반응시켜 하기 구조식(1)의 3PPD-BAADA(3PPD(N'-isopropyl-N-phenyl-p-phynylenediamine)-BAADA(4,4'- bis(alkylamino)diphenylamine))를 제조하였다.
Figure 112008069704817-pat00007
...구조식(1)
Figure 112008069704817-pat00008
... 구조식(2)
<비교예>
원료고무로서 천연고무 100중량부에 대해서 카본블랙 55중량부, 아연화 3중량부, 스테아린산 2.5중량부, 알킬 페놀(Alkyl Phenol)계 노화방지제 2.5중량부, 공정유 6중량부를 밴버리 믹서에서 배합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 2중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide, CZ) 1중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가 90±5㎎/g이고 DBP흡착가 100±5㏄/100g인 것을 사용하였다.
상기에세 노화방지제는 N-페닐-N'-(1,3-디메틸부틸)-P-페닐렌-디아민(N-phenyl-N'-(1,3-Dimethylbutyl)-P-phenylene-diamine)을 사용하였다.
하기 표 1에 고무성분의 조성을 정리하여 나타내었다.
<실시예 1>
원료고무로서 천연고무 100중량부에 대해서 카본블랙 45중량부, 실리카 10중량부, 상기 제조예에서 제조한 노화방지제(3PPD-BAADA) 2.5중량부, 1,3-비스(시트라콘이미도메틸)벤젠(1,3-bis(citraconimidomethyl)benzene) 1중량부, 커플링제로서 다이메틸 아미노 에탄올(Dimethyl amino ethanol, DMAE) 1중량부, 아연화 3중량부, 스테아린산 2.5중량부, 공정유 6중량부를 밴버리 믹서에서 배합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 2중량부, 가류촉진제(CZ) 1중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
삭제
상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가 90±5㎎/g이고 DBP흡착가 100±5㏄/100g인 것을 사용하였다.
상기에서 실리카는 표면적 170±5㎡/g, DBP 흡착가 190±5ml/100g인 것을 사용할 수 있다.
하기 표 1에 고무성분의 조성을 정리하여 나타내었다.
<실시예 2>
카본블랙 30중량부, 실리카 30중량부 및 커플링제로서 하기 구조식(B)의 헥사메틸다이실라잔(Hexamethyldisilazane, HMDZ) 1중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
(CH3)3Si-HN-Si(CH3)3....구조식(B)
표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성
항목 비교예 실시예 1 실시예 2
원료고무 100 100 100
카본블랙 55 45 30
실리카 - 10 30
노화방지제 2.5 2.5 2.5
내열성 개선제* - 1 1
커플링제 - 1 1
아연화 3 3 3
스테아린산 2.5 2.5 2.5
공정오일 6 6 6
유황 2 2 2
가류촉진제(CZ) 1 1 1
*1,3-비스(시트라콘이미도메틸)벤젠(1,3-bis(citraconimidomethyl)benzene)
<시험예>
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무시편에 대해 ASTM 관련 규정에 의해 오존 크랙(Ozone Crack), 내열성, 내마모성과 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무의 물성
항목 비교예 실시예 1 실시예 2
Ozone Crack 100 103 105
내열성 100 105.2 107
내마모성 100 115 117
* 상기 실시예 1, 실시예 2의 오존 크랙(Ozone Crack), 내열성, 내마모성의 측정값은 비교예의 고무시편의 값을 100으로 하였을 때 환산한 수치로서 물성 값의 수치가 높을수록 우수한 결과를 의미한다.
상기 표 2처럼 본 발명의 실시예 1,2의 고무는 비교예 고무와 비교시 오존 크랙, 내열성 및 내마모성에 대한 특성이 우수함을 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. 항공기용 타이어 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 DBP 흡착가 120∼112ml/100g, 요오드 흡착가 126∼118mg/g, TINT 강도 118∼110%인 카본블랙 30∼60중량부;
    표면적 160∼180㎡/g, DBP 흡착가 180∼200ml/100g인 실리카 10∼30중량부;
    내열성 개선제로서 1,3-비스(시트라콘이미도메틸)벤젠(1,3-bis(citraconimidomethyl)benzene) 0.5∼1.5중량부;
    노화방지제로서 하기 구조식(1)의 3PPD-BAADA 1∼5중량부; 커플링제로서 하기 구조식(B)의 헥사메틸다이실라잔(Hexamethyldisilazane, HMDZ) 0.5∼5중량부;
    보강제로서 흑연을 황산과 질산이 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합용액에 투입하여 60∼80℃에서 10∼48시간 동안 침지시켜 흑연 층간에 상기 황산의 SO4 2- 이온 또는 질산의 NO3 - 이온이 삽입되도록 한 후 수세하고 건조한 흑연을 700∼900℃에서 1∼5분 동안 가열하여 얻은 판상흑연 5∼30중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기용 타이어 트레드 고무조성물.
    Figure 112010046680425-pat00009
    ...구조식(1)
    (CH3)3Si-HN-Si(CH3)3....구조식(B)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 항공기용 타이어.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10168038A (ja) 1996-12-04 1998-06-23 Takashi Watanabe 劣化防止剤ジアミノジフェニルアミン誘導体の製造方法
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