KR101598864B1

KR101598864B1 - 플루란을 포함하는 생분해성 친환경 타이어

Info

Publication number: KR101598864B1
Application number: KR1020140107885A
Authority: KR
Inventors: 이응재
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-03-02
Also published as: KR20160022136A

Abstract

본 발명은 플루란을 포함하는 생분해성 친환경 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원료고무 100 중량부에 대하여, 플루란 5~50 중량부를 필러로 포함하는 생분해성 타이어용 고무 조성물을 제공한다.

Description

플루란을 포함하는 생분해성 친환경 타이어{Biodegradable environmental tire comprising pullulan}

본 발명은 플루란을 포함하는 생분해성 친환경 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원료고무 100 중량부에 대하여, 플루란 5~50 중량부를 필러로 포함하는 타이어용 고무 조성물에 관한 것이다.

종래의 타이어의 경우, 사용 후에 타이어를 재생하여 사용하거나 2차 가공을 통해 타이어를 다른 형태의 산업이나 물질로 사용하지만, 이는 전체 폐타이어의 일부분에 불과하고, 대부분의 폐타이어의 경우에 소각이나 폐기하는 방법을 이용하여 처리를 하게 된다.

그러나, 상기와 같이 소각이나 폐기를 처리할 경우, 환경 오염물질이 많이 배출되어 바람직하지 못하므로, 환경오염 물질의 처리에 있어 많은 어려움이 있기 때문에, 폐타이어로 재생 타이어를 제조할 수도 있으나, 이는 법적인 제한으로 인하여 한계가 있고, 또한 폐타이어를 재생하여 새로운 타이어로 제조하기 위해서는 많은 제조 공정을 거쳐야 하는 어려움이 있다.

따라서, 종래의 고무 조성물에 함유되는 성분의 일부를 생분해성 물질로 대체하고자 하는 시도가 있어 왔는데, 전분, 셀룰로오스 등의 식물성 다당류(한국등록특허 제10-0674670호, 한국등록특허 제10-0721443호, 한국공개특허 제10-2014-0065615호), 키틴, 키토산 등의 동물성 다당류(한국공개특허 제10-1997-0042722호, 한국등록특허 제10-0271832호) 등과 같은 바이오 필러, 폴리히드록시부틸렌, 폴리 락테이트, 폴리카프로락톤 등과 같은 생분해성 플라스틱(일본공개특허 제2007-224253호)을 예로 들 수 있다.

그러나, 상기 종래 기술에서 사용한 생분해성 물질들의 생분해 효율성이 떨어지는 문제점이 있고, 친환경적인 타이어용 고무 조성물을 제공하기 위하여, 고무 조성물에 사용되는 생분해성 물질의 다변화를 위한 연구 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명자는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 연구를 지속적으로 수행하여, 생분해성 물질로 알려진 플루란(pullulan)을 필러로 사용함으로써, 친환경적인 타이어용 고무 조성물을 제조할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 천연 생분해성 물질을 함유함으로써, 환경 친화적인 타이어용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 필러로 플루란을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 고무 조성물을 포함하는 타이어를 제공한다.

본 발명에 의하면, 천연 생분해성 물질을 함유함으로써, 폐타이어의 후처리 문제에 있어서 부식 및 분해를 촉진하여 환경오염을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 필러로 플루란(pullulan)을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무 조성물을 제공한다.

상기 플루란은 Pullularia pullulans 등과 같은 흑색 효모가 여러 가지 당으로부터 세포외에 분비하는 α-1,4 결합 2개와 α-1,6 결합 1개를 단위 구조로 하는 직쇄상의 α-글루칸(α-glucan)으로서, 주로 식품 첨가물이나 코팅제로 사용되고 있 물질이다.

또한, 상기 플루란은 수용성 작용기를 가지고 있기 때문에, 화학 결합에 유리한 점을 지니고 있다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여, 5 중량부 이상, 바람직하게는 5~50 중량부, 보다 바람직하게는 5~30 중량부의 플루란을 포함할 수 있는데, 5 중량부 미만에서는 분해 성능이 없고, 50 중량부 이상에서는 분해 성능이 더 이상 증가하지 않는다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물에서, 상기 플루란은 젤 형태의 제형일 수 있는데, 상기 젤 형태의 제형은 수용액 100 중량부에 대하여, 플루란 5~60 미만의 중량부를 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물에서, 상기 젤 형태의 플루란에 포함되는 플루란이 5 중량부 미만인 경우에는 젤화 반응이 되지 아니하고, 60 중량부 이상인 경우에는 젤화 반응이 심해져 고형화의 형태로 변형되는 문제점이 있다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물에서, 상기 젤 형태의 플루란을 컴파운드 배합시 필러로 투입할 수 있다.

상기 젤 형태의 플루란을 포함하는 본 발명의 타이어용 고무 조성물은 플루란 고유의 물성을 유지한 채로 투입이 가능하고, 유동성을 지니기 때문에 플루란의 분산성을 높일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물에서, 상기 플루란은 화이버 형태의 제형일 수 있는데, 상기 화이버 형태는 플루란 원형 섬유질 형태의 고형분일 수 있다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물에 포함되는 상기 화이버 형태 제형의 플루란에 함유되는 플루란 입자의 길이는 5~15㎛일 수 있다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물에서, 상기 화이버 형태 제형의 플루란을 컴파운드 배합시 필러로 투입할 수 있다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물에서, 상기 화이버 형태 제형의 플루란을 고무 조성물에 포함시키는 경우, 플루란 고유의 물성을 갖는 복합체 개념으로 사용할 수 있으며, 화이버가 갖는 물성적 특성을 그대로 유지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물에서, 상기 플루란의 입자 직경은0.5~100㎛일 수 있다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물에서, 원료고무로는 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디

엔 고무, 클로로 술폰화 폴리에틸렌 고무, 에피클로로 하이드린 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 수소화된 니트릴 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무, 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS) 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔(EPDM) 고무, 하이팔론 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌 비닐아세테이트 고무, 아크릴 고무, 히드린 고무, 비닐 벤질 클로라이드 스티렌 부타디엔 고무, 브로모 메틸 스티렌 부틸 고무, 말레인산 스티렌 부타디엔 고무, 카르복실산 스티렌 부타디엔 고무, 에폭시 이소프렌 고무, 말레인산 에틸렌 프로필렌 고무, 카르복실산 니트릴 부타디엔 고무, 브로미네이티드 폴리이소부틸 이소프렌-코-파라메틸 스티렌(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene, BIMS) 등의 고무를 단독 또는 혼합하여 제한없이 사용할 수 있으나, 환경 오염 측면에서 천연고무가 바람직하다.

본 발명의 상기 타이어용 고무 조성물에 포함되는 기타의 첨가제는 공지의 성분을 사용하는 것으로 족하므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 본 발명을 하기의 비교예, 실시예 및 시험예에 의하여 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실험예 1>

젤 형태 제형이 가능한 상기 플루란의 함량을 알아보기 위하여, 수용액 100 중량부에 대하여 하기 표 1과 같은 플루란의 함량을 첨가하여 젤이 형성되는지 여부를 관찰하였다.

플루란의 함량에 따른 젤화 형성의 관찰 결과 (단위:중량부)

함량	2	4	5	8	15	30	45	60	75	90
젤 형성	없음	없음	형성	형성	형성	형성	형성	고형화	고형화	고형화

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 젤이 형성되기 위한 플루란의 함량은 수용액 100 중량부에 대하여 5 중량부 이상이고, 60 중량부 미만인 것을 알 수 있다.

<실험예 2>

상기 실험예 1의 결과에서, 젤이 형성되는 플루란의 함량 45 중량부와 고형화가 시작되는 플루란의 함량인 60 중량부 범위 내의 함량의 젤 형성 여부를 알아보기 위하여, 수용액 100 중량부에 대하여 하기 표 2와 같은 플루란의 함량을 첨가하여 젤이 형성되는지 여부를 관찰하였다.

플루란의 함량에 따른 젤화 형성의 관찰 결과 (단위:중량부)

함량	50	52	54	56	58	60
젤화	형성	형성	형성	형성	형성	고형화

상기 표 1 및 표 2의 결과에 의하면, 젤이 형성되기 위한 플루란의 함량은 수용액 100 중량부에 대하여 5 중량부 이상이고, 60 중량부 미만이 바람직함을 알 수 있다.

<비교예>

하기 표 1과 같이 천연고무 100 중량부에 대하여, 공지의 타이어용 고무 조성물의 첨가제를 145℃에서 40분 동안 가류하여 고무 시편을 제조하였다.

<실시예 1 내지 9>

하기 표 3과 같이 천연고무 100 중량부에 대하여, 공지의 타이어용 고무 조성물의 첨가제 및 젤 형태의 플루란(플루란 1)을 145℃에서 40분 동안 가류하여 고무 시편을 제조하였다.

이때, 플루란은 Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc.(Japan)에서 구입한 분자량 69,000인 플루란을 사용하였고, 수용액 100 중량부에 대하여 상기 플루란 30 중량부가 함유되어 있는 젤 형태의 플루란(플루란 1)을 사용하였다.

비교예 및 실시예 1 내지 9에 의한 고무조성물의 조성비 (단위:중량부)

항목	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7	실시예8	실시예 9
천연고무 (SMR-CV60)	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
카본블랙	40	40	40	40	40	40	40	40	40	40
플루란 1	-	5	10	15	20	25	30	40	50	60
아연화	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
스테아린산	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
촉진제 (TBBS)	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7
가류제 (유황)	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5

<실시예 10 내지 18>

하기 표 4와 같이 천연고무 100 중량부에 대하여, 공지의 타이어용 고무 조성물의 첨가제 및 화이버 형태의 플루란(플루란 2)을 145℃에서 40분 동안 가류하여 고무 시편을 제조하였다.

이때, 플루란은 Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc.(Japan)에서 구입한 분자량 69,000인 플루란을 사용하였고, 플루란 입자의 길이가 5~15㎛인 화이버 형태의 플루란(플루란 2)을 사용하였다.

실시예 10 내지 18에 의한 고무조성물의 조성비 (단위:중량부)

항목	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7	실시예8	실시예 9
천연고무 (SMR-CV60)	100	100	100	100	100	100	100	100	100
카본블랙	40	40	40	40	40	40	40	40	40
플루란 2	5	10	15	20	25	30	40	50	60
아연화	3	3	3	3	3	3	3	3	3
스테아린산	3	3	3	3	3	3	3	3	3
촉진제 (TBBS)	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7
가류제 (유황)	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5

<시험예>

상기 비교예 및 실시예 1 내지 9에 의해 제조한 고무 시편(시편 1)의 분해 성능을 측정하였는 바, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

이때, 분해 성능은 상기 고무 시편(시편 1)을 가로, 세로 및 두께를 각각 17cm, 17cm 및 0.2cm되게 절단하여 제작한 무게 50g인 고무 시편(시편 2)을 140℃ 온도의 챔버에서 7일간 방치하여 무게의 변화량을 측정하였다.

상기 무게의 변화량은 최초 시편 2의 무게에서 7일후 시편 2의 무게를 제한 값을 최초 시편 2의 무게로 나눈 값에 100을 곱하여 계산하였다.

비교예 및 실시예 1 내지 9에 의한 고무 시편의 분해 성능 비교

구분	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예7	실시예 8	실시예 9
무게 변화량	0	3	10	16	19	25	30	35	42	42

상기 표 5에서 보는 바와 같이, 플루란을 사용하지 않은 비교에에 비하여, 본 발명에 의한 젤 형태 제형의 플루란은 함량이 증가할수록 분해 성능이 증가하고, 원료고무 100 중량부에 대한 플루란의 함량이 50 중량부 이상에서는 분해 성능이 증가하지 않음을 알 수 있다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 아니한 채, 설명된 실시 형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다.

Claims

필러로 플루란을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 고무 조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여, 5~50 중량부의 플루란을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 플루란은 젤 형태의 제형인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제3항에 있어서, 상기 젤 형태의 제형은 수용액 100 중량부에 대하여, 플루란 5~59.9 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 플루란은 화이버 형태의 제형인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제5항에 있어서, 상기 플루란 입자의 길이가 5~15㎛인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 플루란의 입자 직경이 0.5~100㎛인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 원료고무는 천연고무 또는 합성 고무인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 고무 조성물을 포함하는 타이어.