KR101656275B1 - Compounding compositions for tire using blast furnace slag - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업부산물인 고로 슬래그를 이용한 환경친화적인 타이어 컴파운드 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료고무 100 중량부에 대하여 고로 슬래그 10 내지 50 중량부를 포함하는 타이어 컴파운드 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고로 슬래그를 이용한 타이어 컴파운드 조성물은 난연성, 인장 강도 등의 기계적 물성을 향상시킴과 동시에 산업 부산물인 고로 슬래그를 재활용함으로써 친환경적이고 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an environmentally friendly tire compound composition using blast furnace slag, which is an industrial by-product, and more particularly, to a tire compound composition comprising 10 to 50 parts by weight of blast furnace slag with respect to 100 parts by weight of raw rubber.
The tire compound composition using the blast furnace slag according to the present invention improves the mechanical properties such as flame retardancy and tensile strength, and at the same time, recycles the blast furnace slag, which is an industrial by-product, and is eco-friendly, thereby reducing manufacturing cost.
Description
본 발명은 산업부산물인 고로 슬래그를 이용한 환경친화적인 타이어 컴파운드 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료고무 100 중량부에 대하여 고로 슬래그 10 내지 50 중량부를 포함하는 타이어 컴파운드 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an environmentally friendly tire compound composition using blast furnace slag, which is an industrial by-product, and more particularly, to a tire compound composition comprising 10 to 50 parts by weight of blast furnace slag with respect to 100 parts by weight of raw rubber.
고무(rubber)는 받는 힘의 유무에 따라 변형되거나 회복되는 성질이 있어 이러한 고무의 성질을 이용하여 타이어(tire), 컨베이어 벨트(conveyor belt) 및 신발(shoes) 등의 다양한 제품에 이용하고 있다.The rubber is deformed or recovered depending on the presence or absence of the receiving force, and is used in various products such as a tire, a conveyor belt, and shoes 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.
타이어의 컴파운드(compound)에 사용되는 다양한 첨가제 중에서 타이어의 내마모성, 강도를 향상시키기 위해 통상적으로 카본블랙(carbon black) 또는 실리카와 같은 보강재를 사용하고 있다.Among various additives used in tire compound, reinforcement such as carbon black or silica is generally used to improve abrasion resistance and strength of a tire.
실리카와 카본블랙은 각기 이점이 많은 보강재이지만 그 첨가량이 많은 경우, 고무에 적용하는데 난점도 있다. 즉, 카본블랙 또는 실리카의 충진량을 증가시키는 경우, 가공성 및 분산성이 매우 열악해져 생산성과 가격에 부정적인 영향을 미친다.Silica and carbon black are stiffeners with many advantages, but when they are added in large quantities, it is difficult to apply them to rubber. That is, when the amount of carbon black or silica is increased, the workability and dispersibility are very poor, which negatively affects the productivity and the price.
한편, 제철소에서 발생 되는 폐기물 중 고로 슬래그는 주로 CaO와 실리카(SiO2)로 이루어져 있고, 그밖에 Al, Mg, Mn, P 등의 성분들이 함유되어 있다. 이는 연간 1,000만톤 정도로 막대한 양이 배출되고 있으며, 이를 보다 적절하게 재활용하는데 많은 관심이 집중되고 있다.On the other hand, blast furnace slag is mainly composed of CaO and silica (SiO 2 ), and contains other components such as Al, Mg, Mn and P. This is an enormous amount of annual output of 10 million tons, and much attention has been focused on recycling them more appropriately.
현재 시행되고 있는 상기 폐기물의 처리방법으로는 노반재, 토목용 골재, 시멘트 원료로서의 사용되거나, 슬래그 중의 Ca 성분이나 실리카 성분을 이용하는 토지 개량제 등으로 활용되고 있으나, 슬래그를 가공처리하여 타이어의 충진재 및 보강재로 적용한 연구는 부재한 실정이다. Currently, the above-mentioned waste treatment methods are used as roadbed materials, aggregate for cement, cement raw materials, or as a land improvement agent using Ca component or silica component in slag. However, There are no studies applied as reinforcing materials.
타이어 고무조성물의 보강재와 관련된 종래기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허 제10-2000-0074059호에는 키틴을 보강재로 첨가하여 환경 친화적이며 그립성능과 회전저항성능이 향상된 고무조성물이 개시되어 있으나, 본 발명과는 기술적 구성이 상이하다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2000-0074059 discloses a rubber composition which is environmentally friendly by adding chitin as a reinforcing material and has improved grip performance and rotational resistance performance. Have different technical configurations.
이에, 본 발명자는 타이어 컴파운드 조성물에 있어서 기존의 충진재 및 보강재를 대체할 수 있는 신물질을 개발하기 위해 예의 연구 노력하였다.Accordingly, the present inventors have made intensive researches to develop new materials that can replace conventional fillers and reinforcing materials in tire compound compositions.
그 결과, 고로 슬래그를 이용한 타이어 컴파운드 조성물은 자원 재활용의 친환경적 효과뿐만 아니라 난연성, 인장 강도 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.As a result, it has been confirmed that the tire compound composition using the blast furnace slag can improve the mechanical properties such as flame retardancy and tensile strength as well as the environmentally-friendly effect of recycling of resources, thereby completing the present invention.
따라서, 본 발명의 목적은 고로 슬래그를 포함하여 제조된 우수한 난연성 및 인장 강도를 갖는 타이어 컴파운드 조성물을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a tire compound composition having excellent flame retardancy and tensile strength, which is produced by blast furnace slag.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 원료고무 100 중량부에 대하여 고로 슬래그 10 내지 50 중량부를 포함하는 고로 슬래그를 이용한 타이어 컴파운드 조성물을 제공한다.Technical Solution In order to accomplish the above object, the present invention provides a tire compound composition using blast furnace slag containing 10 to 50 parts by weight of blast furnace slag with respect to 100 parts by weight of raw rubber.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 고로 슬래그는 700 내지 1200℃에서 소성되어 회분(ash) 성분을 제외한 무기물질이 제거되는 것을 기술적 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the blast furnace slag is fired at 700 to 1200 ° C to remove inorganic substances other than ash components.
본 발명의 다른 구체예에 따르면, 상기 고로 슬래그는 원료고무에 반응성이 높은 관능기가 도입되는 것을 특징으로 하며, 상기 관능기는 수산기, 아민기, 에폭시기, 카르복실기, 페놀기, 할로겐화 알킬기 및 할로겐화 아릴기 중에서 선택될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the blast furnace slag is characterized in that a functional group having a high reactivity is introduced into the raw rubber, and the functional group is selected from the group consisting of hydroxyl group, amine group, epoxy group, carboxyl group, phenol group, halogenated alkyl group and halogenated aryl group Can be selected.
본 발명의 다른 구체예에 따르면, 본 발명의 고로 슬래그를 이용한 타이어 컴파운드 조성물은 하나 이상의 원료고무 반응성 관능기 및 하나 이상의 고로 슬래그 반응성 관능기를 포함하는 커플링제를 더 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the tire compound composition using the blast furnace slag of the present invention further comprises a coupling agent comprising at least one raw rubber-reactive functional group and at least one blast-furnace slag reactive functional group.
본 발명의 다른 구체예에 따르면, 본 발명의 고로 슬래그를 이용한 타이어 컴파운드 조성물은 카본블랙, 침강실리카, 실리카 에어로졸, 흄드실리카 또는 탄산칼슘의 충진제, 유기단섬유, 무기단섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the tire compound composition using the blast furnace slag of the present invention may contain at least one selected from the group consisting of carbon black, precipitated silica, silica aerosol, fumed silica or calcium carbonate filler, organic staple fiber, As a technical feature.
또한 본 발명의 다른 구성은 상기 타이어 컴파운드 조성물을 이용하여 제조된 타이어에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a tire produced using the tire compound composition.
본 발명에 따른 고로 슬래그를 이용한 타이어 컴파운드 조성물은 난연성, 인장 강도 등의 기계적 물성을 향상시킴과 동시에 산업 부산물인 고로 슬래그를 재활용함으로써 친환경적이고 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.The tire compound composition using the blast furnace slag according to the present invention improves the mechanical properties such as flame retardancy and tensile strength, and at the same time, recycling blast furnace slag, which is an industrial by-product, is environmentally friendly and can reduce manufacturing cost.
이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 원료고무 100 중량부에 대하여 고로 슬래그 10 내지 50 중량부를 포함하는 고로 슬래그를 이용한 타이어 컴파운드 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a tire compound composition using blast furnace slag containing 10 to 50 parts by weight of blast furnace slag with respect to 100 parts by weight of raw rubber.
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.
상기에서 합성고무는 일 예로 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. Examples of the synthetic rubber include synthetic rubber such as styrene butadiene rubber (SBR), modified styrene butadiene rubber, butadiene rubber (BR), modified butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, epichlorohydrin rubber, fluorine rubber, silicone rubber, Butadiene 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, Butadiene rubber, maleic acid styrene butadiene rubber, epoxy isoprene rubber, maleic ethylene propylene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile rubber, , Carboxylic acid nitrile butadiene rubber and BI And MS (brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene).
본 발명에서는 고로 슬래그를 타이어 보강재로 사용한 것에 기술적 특징이 있다.In the present invention, the blast furnace slag is used as a tire reinforcing material.
제철공장의 고로 작업시 철광석, 석회석, 코크스를 원료로 하여 적당한 비율로 조합하고 고온에서 용해하여 환원시키면 원료 중의 철분은 비중이 크기 때문에 고로의 밑부분에 가라앉게 되며, 고로의 윗부분에는 SiO2, Al2O3 등을 주성분으로 하는 암석이 석회석으로부터의 성분과 화합하고 고온으로 용해된 채 떠다닌다. 이것이 고로 슬래그이며 고로 슬래그는 철 제조시 부산물로 발생하기 때문에 석회석 등 천연자원의 보존과 시멘트 제조에 드는 연료소비량 및 이산화탄소 배출량을 저감할 수 있어 21세기에 각광받는 중요한 친환경재료이다. Subject to during the blast furnace operation in the steel mill for iron ore, limestone and coke as a raw material, when combined in any ratio, and the reduction was dissolved in hot iron in the raw material is sunk in the bottom of the blast furnace because of a specific gravity of size, the top of the blast furnace, the SiO 2, Al 2 O 3 Etc., are combined with components from limestone and float while being dissolved at high temperature. Because it is blast furnace slag and blast furnace slag is produced as a by-product in the production of iron, it is an important eco-friendly material that can be saved in the 21st century because it can reduce the consumption of fuel and CO2 emission for preserving natural resources such as limestone and cement.
고로 슬래그는 회분(ash)이 10~15% 함유된 무기물질로 비표면적이 높아 작업성 및 높은 인장강도를 갖는 장점이 있다.Blast furnace slag is an inorganic material containing 10 ~ 15% of ash and has high specific surface area, which is advantageous in workability and high tensile strength.
상기 고로 슬래그는 원료고무 대비 50 중량부를 초과하는 경우 물성이 하락하여 바람직하지 않고, 10 중량부 미만인 경우에는 성능 개선이 미미하여 바람직하지 않다.When the blast furnace slag is used in an amount exceeding 50 parts by weight, the physical properties of the blast furnace slag are undesirable. When the blast furnace slag is used in an amount less than 10 parts by weight, improvement in performance is insufficient.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고로 슬래그는 700 내지 1200℃에서 소성되어 제조될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the blast furnace slag may be manufactured by firing at 700 to 1200 ° C.
고로 슬래그를 소성하면 회분(ash) 성분이 제거되어 원료고무와 고로 슬래그 상호간의 친화성이 높아진다.When the blast furnace slag is fired, the ash component is removed and the compatibility between the raw rubber and the blast furnace slag is improved.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 고로 슬래그에 원료고무 반응성 관능기를 도입할 수 있고, 상기 원료고무 반응성 관능기는 수산기, 아민기, 에폭시기, 카르복실기, 페놀기, 할로겐화 알킬기 및 할로겐화 아릴기 중에서 선택될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a raw rubber-reactive functional group can be introduced into the blast furnace slag, and the raw rubber-reactive functional group can be selected from among hydroxyl group, amine group, epoxy group, carboxyl group, phenol group, halogenated alkyl group and halogenated aryl group have.
상기 원료고무 반응성 관능기를 고로 슬래그에 도입하면 원료고무와 고로 슬래그 상호간의 친화성이 증대되고, 고로 슬래그의 분산성을 개선시켜 내강성, 내마모성 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.When the raw rubber-reactive functional group is introduced into the blast furnace slag, the affinity between the raw rubber and the blast furnace slag is increased, and the dispersibility of the blast furnace slag is improved, so that the mechanical properties such as stiffness and abrasion resistance can be improved.
본 발명의 고로 슬래그를 이용한 타이어 컴파운드 조성물은 하나 이상의 원료고무 반응성 관능기 및 하나 이상의 고로 슬래그 반응성 관능기를 포함하는 커플링제를 더 포함할 수 있다.The tire compound composition using the blast furnace slag of the present invention may further comprise a coupling agent comprising at least one raw rubber reactive functional group and at least one blast furnace slag reactive functional group.
상기 커플링제는 원료고무와 고로 슬래그 상호간의 화학적 및/또는 물리적 결합을 수행할 수 있으며, 또한 커플링제는 타이어 컴파운드 조성물 내에서 고로 슬래그의 분산을 촉진시킬 수 있다.The coupling agent can perform chemical and / or physical bonding between the raw rubber and the blast furnace slag, and the coupling agent can promote dispersion of the blast furnace slag in the tire compound composition.
상기 원료고무 반응성 관능기는 수산기, 아민기, 에폭시기, 카르복실기, 페놀기, 할로겐화 알킬기 및 할로겐화 아릴기 중에서 선택될 수 있고, 상기 고로 슬래그 반응성 관능기는 황, 티탄, 지르코늄 및 알루미늄 중에서 선택될 수 있다.The raw rubber-reactive functional group may be selected from a hydroxyl group, an amine group, an epoxy group, a carboxyl group, a phenol group, a halogenated alkyl group and a halogenated aryl group, and the blast furnace slag reactive functional group may be selected from sulfur, titanium, zirconium and aluminum.
본 발명의 고로 슬래그를 이용한 타이어 컴파운드 조성물은 상기에서 언급한 성분 이외에 카본블랙, 침강실리카, 실리카 에어로졸, 흄드실리카 또는 탄산칼슘의 충진제, 유기단섬유, 무기단섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상을 추가로 더 포함할 수 있다.The tire compound composition using the blast furnace slag of the present invention may further comprise at least one selected from the group consisting of carbon black, precipitated silica, silica aerosol, fumed silica or calcium carbonate filler, organic staple fiber and inorganic staple fiber, .
본 발명은 종래 타이어 컴파운드 조성물에 사용되는 활성제, 공정유, 노화방지제, 가류제 및 가류 촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 컴파운드 조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원 발명의 필수 구성 성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.In the present invention, various additives such as an activator, a process oil, an antioxidant, a vulcanizing agent and a vulcanizing accelerator used in a conventional tire compound composition can be selected as needed and used in a predetermined amount. However, since they are general components used in conventional tire compound compositions, they are not essential components of the present invention, and therefore, detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 발명은 상기 타이어 컴파운드 조성물을 이용하여 제조된 타이어를 제공하며, 구체적으로 타이어의 트레드, 사이드월, 인너라이너, 카카스, 벨트 중에서 선택된 어느 하나 이상에 사용되어 제조될 수 있다.
Also, the present invention provides a tire manufactured using the tire compound composition, specifically, at least one selected from a tread, a sidewall, an inner liner, a carcass, and a belt of a tire.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following embodiments are merely preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
[실시예 1][Example 1]
고로 슬래그의 불순물 및 Ash를 제거하기 위해 850℃까지 분당 10℃씩 올려서 2~3시간 정도 유지하여 제조한다. 제조된 고로 슬래그에 관능기 C0OH를 첨가하고 표면적을 넓히기 위해서 미세분말로 분쇄한다. 원료고무 100 중량부에 분쇄된 고로 슬래그 35 중량부, 요오드 흡착가가 95 ± 5 g/kg인 카본블랙(N330) 55 중량부, 공정오일 15 중량부 및 기타 가공소제 등 레진을 첨가하여 5분 동안 마스터 배치를 제조하였다. 제조된 마스터 배치를 가류제 Sulfur를 사용하여 타이어를 제조하였다.To remove impurities and ashes from the blast furnace slag, it is heated up to 850 ° C at a rate of 10 ° C per minute and maintained for 2 to 3 hours. To the blast furnace slag, the functional group COOH is added and the powder is pulverized into fine powder to widen the surface area. 35 parts by weight of pulverized blast furnace slag, 55 parts by weight of carbon black (N330) having an iodine adsorption value of 95 ± 5 g / kg, 15 parts by weight of process oil and other processing chemicals were added to 100 parts by weight of raw material rubber, A master batch was prepared. The tires were prepared using the masterbatch prepared using vulcanizing Sulfur.
[실시예 2][Example 2]
고로 슬래그의 불순물 및 Ash를 제거하기 위해 850℃까지 분당 10℃씩 올려서 2~3시간 정도 유지하여 제조한다. 제조된 고로 슬래그에 관능기 Sulfur를 첨가하고 표면적을 넓히기 위해서 미세분말로 분쇄한다. 원료고무 100 중량부에 분쇄된 고로 슬래그 45 중량부, 요오드 흡착가가 43 ± 5 g/kg인 카본블랙(N550) 65 중량부, 공정오일 20 중량부 및 기타 가공소제 등 레진을 첨가하여 5분 동안 마스터 배치를 제조하였다. 제조된 마스터 배치를 가류제 Sulfur를 사용하여 타이어를 제조하였다.To remove impurities and ashes from the blast furnace slag, it is heated up to 850 ° C at a rate of 10 ° C per minute and maintained for 2 to 3 hours. The functional group Sulfur is added to the prepared blast furnace slag and ground into fine powder to widen the surface area. 45 parts by weight of pulverized blast furnace slag, 65 parts by weight of carbon black (N550) having an iodine adsorption value of 43 ± 5 g / kg, 20 parts by weight of process oil and other processing chemicals were added to 100 parts by weight of raw material rubber, A master batch was prepared. The tires were prepared using the masterbatch prepared using vulcanizing Sulfur.
Claims (9)
상기 고로 슬래그는 700 내지 1200℃에서 소성되어 회분(ash) 성분이 제거된 고로 슬래그인 것을 특징으로 하는 고로 슬래그를 이용한 타이어 컴파운드 조성물.A tire compound composition using blast furnace slag containing 10 to 50 parts by weight of blast furnace slag with respect to 100 parts by weight of raw rubber,
Wherein the blast furnace slag is a blast furnace slag which is fired at 700 to 1200 DEG C to remove an ash component.
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