KR101585154B1 - Tread Compound for Containing the Conductive Polymer Polypyrrole(PPy) Giving Silica - Google Patents
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Abstract
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 그 타이어에 관한 것으로 더욱 상세하게는 타이어의 제동특성, 전기전도성, 마모특성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물 및 그 타이어에 관한것이며, 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100중량부와 필러 50~120중량부에 대하여 표면에 실리카로 처리된 전도성고분자 Polypyrrole(PPy)를 추가로 5~20중량부 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rubber composition for a tire tread and a tire thereof, and more particularly to a rubber composition for a tire tread having improved braking characteristics, electrical conductivity and abrasion characteristics of a tire and a tire thereof. The rubber composition for a tire tread Is further comprised of 5 to 20 parts by weight of conductive polymer Polypyrrole (PPy) treated with silica on the surface of 100 parts by weight of the raw rubber and 50 to 120 parts by weight of the filler.
Description
본 발명은 본 발명은 폴리피롤(Polypyrrole,PPy)을 포함하는 고무 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composition comprising polypyrrole (PPy).
더욱 상세하게는 원료고무 100 중량부에 대하여 5~20 중량부의 폴리피롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 고무조성물을 제공하며, 상기 폴리피롤(Polypyrrole)은 실리카로 처리된 것을 특징으로 하는 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
More specifically, the present invention provides a rubber composition comprising 5 to 20 parts by weight of polypyrrole based on 100 parts by weight of the raw rubber, wherein the polypyrrole is treated with silica, Tires.
고무(rubber)는 받는 힘의 유무에 따라 변형되거나 회복되는 성질이 있어 이러한 고무의 성질을 이용하여 타이어(tire), 컨베이어 벨트(conveyor belt) 및 신발(shose) 등의 다양한 제품에 이용하고 있다.The rubber is deformed or recovered depending on the presence or absence of a force to be received, and is utilized in various products such as a tire, a conveyor belt, and a shoe by taking advantage of the properties of the rubber.
고무를 재료로 하는 다양한 제품에 대해 제품의 특성에 맞도록 다양한 첨가제를 사용하고 있다.For various products made of rubber, various additives are used to suit the characteristics of the product.
타이어는 타이어를 구성하는 부위에 따라 여러 가지 서로 다른 특성이 있어야 하는데 지면에 접촉하여 차량의 이동, 제동 등에 직접적인 영향을 미치는 타이어의 트레드 부위는 타이어의 내마모성, 연비에 영향을 주는 회전저항, 그리고 젖은 노면에서 제동성능 등의 특성이 우수해야 한다. The tread area of the tire, which has a direct influence on the movement and braking of the vehicle in contact with the ground due to the various characteristics of the tire, must have different characteristics depending on the constituent parts of the tire. The tread area of the tire is affected by the abrasion resistance of the tire, Braking performance should be excellent on the road surface.
타이어의 트레드 컴파운드(tread compound)에 사용되는 다양한 첨가제 중에서 타이어 트레드 컴파운드의 내마모성, 강도를 향상시키기 위해 사용하는 보강충진제는 통상적으로 카본블랙(carbon black)이 사용되어 왔으나,Of the various additives used in the tread compound of tires, carbon black has been commonly used as a reinforcing filler to improve abrasion resistance and strength of a tire tread compound. However,
2000년대 초반부터 타이어의 특성 중 연비 및 젖은 노면 제동성능 개선이 중요한 이슈로서 부각되면서 실리카의 사용량이 점차 증가하고 있는 추세이다.Since the early 2000s, improvement in fuel efficiency and wet road surface braking performance has become an important issue among the characteristics of tires, and the usage of silica is gradually increasing.
친환경적인 자동차 타이어에 대한 주요 관심사항으로 고무 조성물 보강재 및 충진재로 사용되는 필러로는 실리카가 주를 이루고 있는 추세이다. As a major concern for environmentally friendly automobile tires, silica is a major component of fillers used as reinforcements for rubber compositions and fillers.
하지만 실리카는 카본보다 제동 및 회전저항에 장점이 있는 반면 전기 전도성과 마모특성에 한계가 있으으며, 제동특성에 대한 획기적인 성능개선에 대한 문제가 필요시 된다.However, silica has advantages of braking and rotation resistance than carbon, but has limitations on electric conductivity and abrasion characteristics, and it is necessary to have a problem of improving the braking performance remarkably.
전기 전도성을 개선하기 위해 정전기바를 언더트레드에서 돌출시키거나 인플란드 방식으로 심어 공정적인 측면에서 추가 장비가 필요하거나 공정기술의 보완이 필요한 실정이다. In order to improve the electrical conductivity, the electrostatic bar is protruded from under tread or it is planted by the inland method, so that additional equipment is needed in terms of process or supplement of process technology is needed.
이를 보완하는 종래의 기술로는 필러의 개념으로 CNT를 적용하여 본 문제를 해결하고자 하였다.In order to overcome this problem, CNT was applied as a concept of filler to solve this problem.
2000년대 초반부터 학계 및 산업계에서는 나노재료(nano material)에 대한 잠재성이 인식되어 다양한 적용을 꾀하고 있으며, 재료적 측면에서 표면적이 넓은 나노재료를 적용하여 재료의 보강성을 높인다는 내용이 공통적인 특징이 있다.Since the early 2000s, academia and industry have recognized the potential for nanomaterials and applied them in a variety of ways. In terms of materials, it is common to apply nanomaterials with a wide surface area to enhance the reinforcement of materials. .
타이어에 사용되는 첨가제 중에서 나노 재료서는 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT) 및 나노클레이(nanoclay)가 검토된 대표적인 재료이다.Among the additives used in tires, nanomaterials are a typical material in which carbon nanotubes (CNTs) and nanoclay are studied.
그러나 상기의 탄소나노튜브는 가격이 고가이며, 공정성 측면에서 배합성에 불리하다는 문제점이 있다.
However, the above-described carbon nanotubes are expensive and disadvantageous from the standpoint of fairness.
상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전도성 고분자는 탄소나노튜브에 비하여 상대적으로 저가라는 점, 언더트레드에서 돌출시키거나 인플란드 방식으로 심어 공정적인 측면에서 추가 장비가 필요하거나 공정기술의 보완이 필요하지 않다는 점, 필러의 개념이 아닌 실리카를 전도성 고분자에 처리하여 타이어에 코팅하기 위한 조성물을 제조할 수 있다는 점, 실리카를 처리함으로써 컴파운드 내의 화학적 결합을 강화시켜 마모 특성과 제동특성을 보완할 수 있다는 점에 착안하였다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the conductive polymer is relatively inexpensive as compared with the carbon nanotubes, and it is necessary to protrude the under tread or to plant it in an invert method, It is possible to prepare a composition for coating a tire with a conductive polymer by treating the silica, which is not a filler concept, by processing the silica to enhance the chemical bonding in the compound to improve the wear characteristics and the braking characteristics To the extent possible.
특히 전도성 고분자중에 가장 상용성이 크며, 열안정성이 가장우수하여 내구력이 가장우수한 폴리피롤(Polypyrrole)을 사용하고자 한다.Particularly, it is desired to use polypyrrole which is most compatible among the conductive polymers and has the best thermal stability and the best durability.
원료고무에 실리카 표면에 코팅된 전도성 고분자를 포함시켜 전기전도성을 개선하여 추가 정전기바가 필요없는 실리카 컴파운드를 적용함과 동시에 그 중 바람직하게 열안정성이 가장 우수한 폴리피롤(Polypyrrole)을 사용하여 전기 전도성이 장기간 지속가능하게 하며, 이와 더불어 말단에 실리카를 코팅하여 화학적 결합을 강화시켜 마모성능과 제동성능을 보완하고자 하는 것이다.
The conductive rubber is coated on the surface of the silica to improve the electrical conductivity to apply the silica compound which does not require the additional static bar, and it is preferable to use the polypyrrole, which has the best thermal stability, In addition, silica is coated on the end to enhance the chemical bonding to improve the abrasion performance and braking performance.
본 발명은 폴리피롤(Polypyrrole,PPy)을 포함하는 고무 조성물을 제공한다. 더욱 상세하게는 원료고무 100 중량부에 대하여 5~20 중량부의 폴리피롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 고무조성물을 제공하며, 상기 폴리피롤(Polypyrrole)은 실리카로 처리된 것을 특징으로 하는 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어를 제공한다.
The present invention provides a rubber composition comprising polypyrrole (PPy). More particularly, the present invention provides a rubber composition comprising 5 to 20 parts by weight of polypyrrole based on 100 parts by weight of the raw rubber, wherein the polypyrrole is treated with silica, Provide tires.
본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물에 실리카로 처리된 전도성 고분자를 첨가하여 추가 정전기바 없이 전기전도성 문제를 해결하며, 고무 조성물 표면을 거칠게하여 제동성능 개선하며, 나노 와이어 형태인 전도성 고분자에 의한 표면 Spike 기능을 및 표면 거칠기를 증가하여 제동성능을 개선하고 마모성능을 개선시킬 수 있다. 즉 타이어의 제동특성, 전기전도성, 마모특성을 향상시키는 효과를 갖는다.
By adding a conductive polymer treated with silica to the tire tread rubber composition of the present invention, it is possible to solve the problem of electric conductivity without further electrostatic bar, to improve the braking performance by roughening the surface of the rubber composition, and to provide a surface spike function by the conductive polymer And the surface roughness can be increased to improve the braking performance and improve the wear performance. That is, the effect of improving the braking characteristics, the electric conductivity, and the wear characteristics of the tire.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100중량부와 필러 50~120중량부에 대하여 표면에 실리카로 처리된 전도성 고분자 폴리피롤(Polypyrole)를 추가로 5~20중량부 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The rubber composition for a tire tread of the present invention is characterized by further containing 5 to 20 parts by weight of conductive polymer polypyrole treated with silica on the surface of 100 parts by weight of raw rubber and 50 to 120 parts by weight of filler .
본 발명에서 사용되는 원료고무는 그 종류에 특별히 제한이 없다. There are no particular restrictions on the kind of raw rubber used in the present invention.
상기에서 원료고무는 천연고무 및 합성고무로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 고무를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The raw rubber may include at least one rubber selected from the group consisting of natural rubber and synthetic rubber.
바람직하게는 상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 에피클로로하이드린고무, 불소고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로린네이티드 폴리에틸렌고무, 스티렌 에틸렌부틸렌스티렌(SEBS)고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌프로필렌디엔(EPDM)고무, 하이팔론고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌비닐아세티에트고무, 아크릴고무, 히드린고무, 비닐벤질클로라이드스티렌부타디엔고무, 브로모메틸스티렌부틸고무, 말레인산스티렌부타디엔고무, 카르복실산스티렌부타디엔고무, 에폭시이소프렌고무, 말레인산 에틸렌프로필렌고무, 카르복실산니트릴부타디엔고무 및 BIMS(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the synthetic rubber is selected from the group consisting of styrene butadiene rubber (SBR), modified styrene butadiene rubber, butadiene rubber (BR), modified butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, epichlorohydrin rubber, fluorine rubber, silicone rubber, , Hydrogenated nitrile rubber, nitrile butadiene rubber (NBR), modified nitrile butadiene rubber, chlorinated polyethylene rubber, styrene ethylene butylene styrene (SEBS) rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene (EPDM) rubber, Acrylonitrile rubber, chloroprene rubber, ethylene vinyl acetyl rubber, acrylic rubber, hydrin rubber, vinyl benzyl chloride styrene butadiene rubber, bromomethyl styrene butyl rubber, maleic styrene butadiene rubber, carboxylic acid styrene butadiene rubber, epoxy isoprene rubber, Rubber, carboxylic acid nitrile butadiene rubber and BIMS (brominated p olyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene).
본 발명에서 사용되는 필러는 그 종류에 특별히 제한이 없다.The type of the filler used in the present invention is not particularly limited.
본 발명에서 사용되는 실리카로 처리된 전도성고분자는 열안정성이 가장 우수한 Polypyrrole(PPy)를 사용하였다.Polypyrrole (PPy), which has the best thermal stability, was used as the conductive polymer treated with silica used in the present invention.
본 발명에서 전도성 고분자 Polypyrrole(PPy)는 20 중량부를 초과하는 경우에는 물성이 하락하여 바람직하지 않고, 5중량부 미만인 경우에는 성능 개선이 미미하여 바람직하지 않다.
In the present invention, when the conductive polymer polypyrrole (PPy) is used in an amount of more than 20 parts by weight, the physical properties of the composition are deteriorated. When the amount of the conductive polymer is less than 5 parts by weight,
본 발명에 사용되는 실리카로 처리된 전도성고분자 Polypyrrole(PPy)는 예를 들어 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있다.
The conductive polymer Polypyrrole (PPy) treated with silica used in the present invention can be produced, for example, by the following method.
<실리카로 처리된 전도성고분자 폴리피롤(Polypyrrole,PPy)의 제조 방법>≪ Process for Producing Conductive Polymer Polypyrrole (PPy) Treated with Silica >
전도성 고분자인 폴리피롤을 강산(황산:질산 = 3:1)으로 약 12시간 동안 침지시켜 부분 산화 시켜 표면을 개질한 후, MeoH/증류수/Acetone 으로 세척하고 진공상태에서 0~80 ℃ 조건으로 건조시킨다.The conductive polymer polypyrrole was immersed in a strong acid (sulfuric acid: nitric acid = 3: 1) for about 12 hours to partially oxidize the surface, washed with MeoH / distilled water / acetone and dried under vacuum at 0 to 80 ° C .
표면에 불순물 제거를 위해 추가적으로 톨루엔:벤질알콜이 1:1 중량비로 담겨있는 반응기에 넣은 후 초음파로 약 1시간 동안 조사한다. In order to remove impurities on the surface, the toluene: benzyl alcohol is added in a 1: 1 weight ratio reactor and irradiated with ultrasonic waves for about 1 hour.
그리고 전도성 고분자를 교반시키면서 실리카 전구체인 95% 이상의 농도를 갖는 규산나트륨 수용액을 폴리피롤대비 50~100% 중량으로 첨가한다. Then, an aqueous solution of sodium silicate having a concentration of 95% or more, which is a silica precursor, is added to the polypyrrole at 50 to 100% by weight while stirring the conductive polymer.
규산 나트륨 수용액이 50% 미만이면, 양이 적어 실리카와 반응이 어려우며,If the aqueous solution of sodium silicate is less than 50%, it is difficult to react with silica because the amount is small,
100% 초과되면 전도성의 기능 효과가 미미하다.If it exceeds 100%, the effect of conductivity is insignificant.
이때 열적 안정성 향상을 위해 도판트인 슬폰산염을 0.25g / 100mg 규산나트륨 수용액 기준으로 첨가한다. At this time, the dopant sulfonate is added in an amount of 0.25 g / 100 mg of sodium silicate aqueous solution to improve the thermal stability.
그 뒤 약 4시간정도 반응시킨후 건조시킨다
After that, it is reacted for about 4 hours and then dried
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples.
설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
Explain. The following examples are merely examples for carrying out the present invention and are not intended to limit the scope of protection of the present invention.
[실시예 및 비교예][Examples and Comparative Examples]
하기 표1에 나타낸 조성에 따라 각 성분을 배합하여, 고무 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 시편을 제조한 후 ASTM 규격에 따라 물성 및 오존 평가를 실시하여 그 평가 결과를 하기 표2에 나타내었다.Each component was blended according to the composition shown in the following Table 1 to prepare a rubber composition. Using the rubber composition, a specimen was prepared and tested for physical properties and ozone according to ASTM standard. The evaluation results are shown in Table 2 below.
표1은 원료고무 100중량부를 기준으로 한 중량부 단위이며, 각 방법으로 제조한 각 조성물은 ASTM 규격을 따르도록 하였다.
Table 1 shows parts by weight based on 100 parts by weight of raw rubber, and each composition prepared by each method was made to conform to ASTM standard.
PolypyrroleSilica treated
Polypyrrole
1) HPR850: JSR(주) 제조의 SBR. 1) HPR850: SBR manufactured by JSR Corporation.
2) TDAE: 처리 증류 방향족 추출물(Treated Distillate Aromatic Extracts:TDAE). 2) TDAE: Treated Distillate Aromatic Extracts (TDAE).
3) BR: 부타디엔 고무(BR).
3) BR: Butadiene rubber (BR).
1) HD's 은 지수로 표시하였으며, 비교예의 100이 기준이며, 높을수록 실제 수치가 높은 값을 나타낸다.1) HD's is indicated by an index, and 100 of the comparative example is the standard, and the higher the value, the higher the actual value is.
2) DIN 은 지수로 표시하였으며, 낮을수록 Loss 가 적으므로 우수한 것을 의미한다.2) DIN is expressed as an index, and the lower the loss, the better.
3) Tand 0℃ 는 회전저항 나타내는 척도로서, 수치가 높을수록 우수한 것을 의미한다.3) Tand 0 ° C is a measure of rolling resistance, which means that the higher the value, the better.
4) 전기저항은 상대습도 50%, 온도 23℃의 조건으로 최소 저항 측정치를 나타낸다.
4) The electrical resistance shows the minimum resistance measured under conditions of relative humidity 50% and temperature 23 ℃.
상기 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 전도성 고분자 적용시 마모성능/ 제동성능/전기저항 성능이 우수해짐을 알 수 있다.
As can be seen from the results shown in Table 2, the abrasion performance / braking performance / electric resistance performance were improved when the conductive polymer was applied.
Claims (4)
상기 실리카로 표면처리된 폴리피롤은 폴리피롤을 강산으로 부분 산화시켜 표면을 개질한 후 규산나트륨 수용액을 폴리피롤 대비 50~100 중량%로 첨가하여 반응시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고무 조성물의 제조방법.A method for producing a rubber composition comprising the step of adding a polypyrrole surface-treated with silica to a raw material rubber,
Wherein the polypyrrole surface-treated with silica is formed by partially oxidizing polypyrrole with a strong acid to modify the surface thereof, and then adding an aqueous solution of sodium silicate to the polypyrrole in an amount of 50 to 100% by weight.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190104 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200103 Year of fee payment: 5 |