KR101679455B1 - 컴파운드 이력현상 및 타이어 회전저항의 감소와 웨트 트랙션의 향상을 위해 탄성중합체에 사용되는 표면-처리된 카본 블랙의 용도 - Google Patents

컴파운드 이력현상 및 타이어 회전저항의 감소와 웨트 트랙션의 향상을 위해 탄성중합체에 사용되는 표면-처리된 카본 블랙의 용도 Download PDF

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Abstract

표면-처리된 카본 블랙과 중합체 사슬을 따라 작용기화가 이루어진 작용기화된 중합체를 포함하는 컴파운드 조성물로서, 상기 중합체가 BR, NR 및 EPDM과 SBR(PBR4003)의 블렌드를 비제한적으로 포함하는 용액중합 SBR을 나타내고, SBR 중합체 작용기화가 극성, 산소 함유 작용기에 의해 이루어져, 승용차, 트럭 및 레이싱카 타이어에 사용될 수 있는 컴파운드 이력현상 및 회전 저항의 저하, 향상된 웨트 트랙션 및 우수한 내마모성을 나타내는 컴파운드 조성물이 제공된다.

Description

컴파운드 이력현상 및 타이어 회전저항의 감소와 웨트 트랙션의 향상을 위해 탄성중합체에 사용되는 표면-처리된 카본 블랙의 용도{USE OF SURFACE-TREATED CARBON BLACKS IN AN ELASTOMER TO REDUCE COMPOUND HYSTERESIS AND TIRE ROLLING RESISTANCE AND IMPROVE WET TRACTION}
관련 출원의 상호 참조
본원은 2009년 8월 27일자 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/237,593의 우선권을 주장하는바, 그 가출원의 내용은 본원에 참조 인용된다.
발명의 분야
본 발명은 표면-처리된 카본 블랙을 이용하는 컴파운드 조성물에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 카본 블랙-탄성중합체 상호작용의 증대 가능성을 높이고 고무 가황물 이력현상을 실질적으로 감소시키는, 중합체 사슬을 따라 작용기화되고 타이어를 비롯한 고무 물품의 제조에 유용한, 작용기화된 탄성중합체와 함께 사용된 표면-처리된 카본 블랙에 관한 것이다.
타이어 접지면(tire tread) 컴파운드의 회전 저항 감소는 차량의 연비를 올리고 이산화탄소 배출을 감소시키는데 중요하다. 보통 스티렌 부타디엔 공중합체 및 부타디엔 또는 천연 고무 중합체 블렌드와 카본 블랙으로 구성되는 타이어 접지면 컴파운드의 회전 저항을 감소시키는 1가지 방법은 충전제-충전제 상호작용의 감소 및 충전제-탄성중합체 상호작용의 증가를 목적으로 충전제 특성을 변경하는 것이다. 이러한 방식은 카본 블랙-충전된 탄성중합체 컴파운드에서의 최고의 발열원이 일반적으로 높은 충전제-충전제 상호작용을 통해 관통식(through-going) 망구조를 형성하는 카본 블랙의 경향의 결과로서 카본 블랙에서 발생하기 때문이다. 이러한 충전제-충전제 상호작용의 감소와 충전제-탄성중합체 상호작용의 증가는 충전제 망구조화 및 컴파운드 이력현상의 정도를 실질적으로 감소시킬 수 있고, 이에 따라 타이어 접지면 컴파운드 및 궁극적으로 타이어 자체의 회전 저항을 감소시킬 수 있다. 일반적으로, 감소된 충전제-충전제 상호작용 또는 망구조화는, 저변형률과 고변형률 동적 탄성계수 간의 차이를 더 작게 변화시키는 저변형률 동적 탄성계수의 감소로 측정한다. 이 현상은 페인(Payne) 효과라 불린다.
이러한 페인 효과는 도 1에 정상 카본 블랙 함유 탄성중합체 컴파운드에 대해 증명되고 있으며, 여기서 변형률의 함수로서 동적탄성계수의 변화가 작은(더 편평한 곡선) 컴파운드는 또한 변형률의 함수로서 탄젠트 델타를 낮춘다는 것을 증명하며, 이때 탄젠트 델타는 동적손실계수(dynamic loss modulus) 대 동적탄성계수(dynamic elastic modulus)의 비율이고, 탄성중합체 컴파운드의 열 축적(buildup)의 지시인자로서 동적 시험에 사용되는 통상의 매개변수이며, 탄젠트 델타 값이 적을수록 열 축적성이 적은 컴파운드를 나타낸다.
탄성중합체 컴파운드 조성물에서 충전제-충전제 상호작용을 줄이고 충전제-탄성중합체 상호작용을 증가시키는데 사용될 수 있는 방법으로는 다음과 같은 것이 포함된다;
- 평균 상호응집물(interaggregate) 간격을 증가시켜 충전제-충전제 망구조화 정도를 감소시키는 광범한 분포의 카본 블랙의 용도(예컨대, 미국 특허 7,238,741 참조).
- 커플링제가 충전제 및 탄성중합체와 모두 직접 결합하는, 카본 블랙-탄성중합체 상호작용을 증가시키는 카본 블랙과 커플링제의 용도(예컨대, 미국 특허 5,494,955 참조).
- 실리카 분산을 촉진하고 충전제-충전제 상호작용을 감소시키는 실리카와 커플링제의 용도(예컨대, 미국 특허 5,227,425 참조).
- 산화된 카본 블랙과 함께 사슬 말단이 작용기화된 SBR 탄성중합체에 의해 수행되었던, 융화성 작용기화된 충전제와 작용기화된 탄성중합체의 용도(예컨대, 미국 특허 5,248,722 및 2006/0178467 참조).
상기 시도들은 여러 가지 단점들이 분명하다.
첫째, 광범한 분포의 카본 블랙의 사용과 함께 가황물 이력현상의 변화 크기는 최소로, 60 내지 75℃에서 탄젠트 델타 측정을 기반으로 하여 3 내지 10% 정도이다.
둘째, 컴파운드 조성물에 카본 블랙 및 실리카용 커플링제의 사용은 추가 비용이 들고, 추가 혼합 단계를 필요로 하며 반응성 혼합을 통해 충전제-탄성중합체 상호작용을 증가시키기 위해 사용된 커플링제의 활성화로부터 초래되는 에탄올 방출에 대한 특수 VOC 방출 취급 시스템을 필요로 한다.
셋째, 카본 블랙이 커플링제와 함께 사용되면, 컴파운드 이력현상 감소에 의거하여 비교적 작은 이점이 수득된다.
마지막으로, 가황물 이력현상을 40% 이상의 정도로 유의적으로 감소시키는 커플링제와 함께 실리카가 사용되면, 또다시 실리카와 커플링제의 비용에 의거한 불이익이 발생할 뿐만 아니라 실리카 자체가 매우 마모성이어서 공업용 공장에 사용된 고무 혼합기의 마모율을 증가시킨다. 또한, 실리카는 더 오랜 혼합과 분산 시간을 필요로 하여 에너지 사용과 비용을 증가시키고 공장 생산량을 저하시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 고가 커플링제를 사용할 필요가 없고 공장 고무 혼합기의 조기 마모를 초래하지 않지만, 컴파운드 이력현상을 유의적으로 감소시키고 컴파운드 웨트 트랙션을 실리카와 더욱 유사하게 유지시키거나 향상시키고, 양호한 내마모성을 제공하고 짧은 혼합 사이클동안 용이한 분산을 제공하고 에너지 비용을 낮추며 실리카계 컴파운드 조성물 대비 공장 생산량을 증가시키는, 표면-처리된 카본 블랙과 작용기화된 중합체를 기반으로 하는 신규 고무 컴파운드 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 상기 고유한 성능 이익은 말단의 사슬-단부 작용기화가 이루어진 탄성중합체와 달리 충전제-탄성중합체 상호작용을 증가시킬 가능성을 더욱 높이는 중합체 사슬을 따라 작용기화된, 작용기화된 용액중합-SBR과 표면-처리된 카본 블랙의 조합에 의해 수득된다. 종래 기술은 특히 용액중합 SBR에 대해 사슬 말단에서의 중합체 작용기화의 사용을 교시한다.
콜럼비안 케미컬스 컴패니 및 랑세스에 공동으로 고용된 과학자들은 여기에 개시된 본 발명을 개발했다. 본 발명을 요약하면, 표면-처리된 카본 블랙이 작용기화된 탄성중합체와 함께 사용되었고, 이 탄성중합체는 사슬을 따라 작용기화되어, 카본 블랙-탄성중합체 상호작용을 증가시킬 가능성을 높이고 이력현상의 놀랍고 실질적인 감소 및 종래 카본 블랙 함유 컴파운드 대비 웨트 트랙션의 이익을 제공하며, 이러한 컴파운드 이력현상의 감소와 웨트 트랙션의 증가가 실리카-함유 컴파운드에 더욱 근접해지면서 카본 블랙 컴파운드의 우수한 내마모성도 유지된다.
본 발명의 성질, 목적 및 장점을 더 자세히 이해하기 위해 이하 상세한 설명를 참조해야 하고, 이하 도면과 함께 살펴봐야 하며, 도면에서 같은 참조 번호는 같은 구성요소를 나타낸다:
도 1은 정상(비작용기화된) 탄성중합체에서 광범위한 카본 블랙의 페인(Payne) 효과 및 이에 대응하는 탄젠트 델타에 미치는 영향을 도시한 것이다.
도 2는 작용기화된(사슬을 따라) BUNA VSL VP PBR-4003 중의 퍼옥사이드 및 오존 처리된(다양한 시간 동안) N234가 정상 BUNA VSL 5025-2 중의 미처리된 N234 대조군 및 실리카(0.2 phr DPG를 함유하는 컴파운드)에 대비하여 나타내는 페인 효과 감소를 도시한 것이다.
도 3은 작용기화된(사슬을 따라) BUNA VSL VP PBR-4003 중의 퍼옥사이드, 오존 및 아민 처리된 N234가 정상 BUNA VSL 5025-2 중의 미처리된 N234 대조군 및 실리카(0.2 phr DPG를 함유하는 컴파운드)에 대비하여 나타내는 페인 효과 감소를 도시한 것이다.
도 4는 작용기화된(사슬을 따라) BUNA VSL VP PBR-4003 중의 퍼옥사이드 및 오존 처리된(다양한 시간 동안) N234가 정상 BUNA VSL 5025-2 중의 미처리된 N234 대조군 및 실리카(0.2 phr DPG를 함유하는 컴파운드)에 대비하여 나타내는 동적 변형률의 함수로서의 탄젠트 델타를 도시한 것이다.
도 5는 작용기화된(사슬을 따라) BUNA VSL VP PBR-4003 중의 퍼옥사이드, 오존 및 아민 처리된 N234가 정상 BUNA VSL 5025-2 중의 미처리된 N234 대조군 및 실리카(0.2 phr DPG를 함유하는 컴파운드)에 대비하여 나타내는 동적 변형률의 함수로서의 탄젠트 델타를 도시한 것이다.
도 6은 작용기화된(사슬을 따라) BUNA VSL VP PBR-4003 중의 퍼옥사이드 및 오존 처리된(다양한 시간 동안) N234가 정상 BUNA VSL 5025-2 중의 미처리된 N234 대조군 및 실리카(0.2 phr DPG를 함유하는 컴파운드)에 대비하여 나타내는 온도 함수로서의 탄젠트 델타를 도시한 것이다.
도 7은 작용기화된(사슬을 따라) BUNA VSL VP PBR-4003 중의 퍼옥사이드, 오존 및 아민 처리된 N234가 정상 BUNA VSL 5025-2 중의 미처리된 N234 대조군 및 실리카(0.2 phr DPG를 함유하는 컴파운드)에 대비하여 나타내는 온도 함수로서의 탄젠트 델타를 도시한 것이다.
도 8은 작용기화된(사슬을 따라) BUNA VSL VP PBR-4003 중의 오존 처리된(5.5hr) N234 및 고표면적 카본 블랙(N115, N134, CD2115)이 정상 BUNA VSL 5025-2 중의 미처리된 N234 대조군 및 실리카(2.0 phr DPG를 함유하는 컴파운드)에 대비하여 나타내는 페인 효과 감소를 도시한 것이다.
도 9는 작용기화된(사슬을 따라) BUNA VSL VP PBR-4003 중의 오존 처리된(5.5hr) N234 및 고표면적 카본 블랙(N115, N134, CD2115)이 정상 BUNA VSL 5025-2 중의 미처리된 N234 대조군 및 실리카(2.0 phr DPG를 함유하는 컴파운드)에 대비하여 나타내는 탄젠트 델타 감소를 도시한 것이다.
도 10은 작용기화된(사슬을 따라) BUNA VSL VP PBR-4003 중의 오존 처리된 N234 및 고표면적 카본 블랙이 정상 BUNA VSL 5025-2 중의 미처리된 N234 대조군 및 실리카(2.0 phr DPG를 함유하는 컴파운드)에 대비하여 나타내는 온도 함수로서의 탄젠트 델타를 도시한 것이다.
도 11은 산화된 N234와 함께 본 발명의 컴파운드 8, BUNA VSL VP PBR 4003/BR의 웨트 트랙션 및 회전 저항을 예측하는 0℃ 및 60℃에서의 탄젠트 델타의 변화가 표 11 내지 13에 제시된 실리카 참조 컴파운드 10과 동등하거나 더 우수하다는 것을 도시한 것이다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 타이어 접지면 컴파운드 모델에서 본 연구의 결과는 탄젠트 델타(동적 어플리케이션에서 열 축적을 감소시키는 고무 컴파운드의 가능성을 평가하는데 사용되는 주요 매개변수)의 유의적인 감소를 나타냈다. 사실, 이 결과는 탄젠트 델타 감소의 크기 및 이에 대응하는 예상 웨트 트랙션(0 내지 -10℃ 범위에서의 탄젠트 델타)의 향상에 의거하여 예상하지 못했다. 이러한 종류의 양상, 60℃ 내지 75℃(낮은 회전 저항 예상값)에서의 낮은 탄젠트 델타 및 0℃에서의 높은 탄젠트 델타(높은 웨트 트랙션 예상값)는 카본 블랙에서 놀라운 것이었다.
보통, 컴파운드 이력현상 감소는 제조된 상태대로 사용된 카본 블랙 또는 심지어 표면 처리된 카본 블랙인 경우에도, 일반 정상 SBR, BR, NR 또는 EPDM 컴파운드와 배합된 경우에는 비교적 작고, 보통 하나의 매개변수 또는 다른 매개변수(회전 저항 또는 웨트 반응)이 향상될 수 있으나, 동시에 모두 향상되지는 않으며, 유의적인 정도로 향상되지도 않는다. 본 발명에서, 중합체 사슬을 따라 작용기화를 보유한 작용기화된 탄성중합체와 표면-처리된 카본블랙의 조합은 탄젠트 델타 감소가 유의적인 컴파운드 조성물을 제공하고 잠재적인 웨트 트랙션 반응을 유지 및 향상시킨다.
본 발명은 산화를 통해 처리되거나, 산화에 이어 염기로 처리되거나, 또는 염소화에 이어 염기로 처리되어, 산소, 염기성 작용기 또는 산소와 염기성 작용기의 조합으로 구성된 표면 작용기를 보유한 카본 블랙을 제공하는 표면-처리된 카본 블랙, 및 용액중합 SBR을 나타내는 중합체 사슬을 따라 작용기화를 보유하고 이 작용기화가 카르복시산(-COOH) 또는 하이드록사이드(-OH) 작용기를 나타내는 작용기화된 중합체로 구성되는 컴파운드 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 작용기화된 카본 블랙과 작용기화된 탄성중합체 사이에 화학적 상호작용을 촉진하기 위해 반응적으로 혼합된 컴파운드를 제공하며, 여기서 반응적 혼합(reactive mixing)은 컴파운드가 145℃ 내지 160℃ 범위의 승온에서 2 내지 8분의 시간 기간 동안 유지되도록 고무 혼합기에서 수행한다.
본 발명은 표 1에 제시된 전형적인 타이어 접지면 컴파운드 조성물을 이용하며, 여기서 컴파운드는 랑세스(Lanxess) 작용기화된 용액중합 SBR, BUNA VSL VP PBR 4003(이하 PBR 4003이라 지칭)으로 전적으로 구성되지만, 표 2에 제시한 바와 같이 60/40 SBR/BR 내지 100/0 SBR/BR 비율의 SBR/BR 블렌드를 나타낼 수도 있다. 또한, 표면-처리된 N234 카본블랙 및/또는 표면 처리된 카본 블랙과 제조된 상태의 카본 블랙 또는 실리카를 50/50 내지 100/0 범위의 비율로 혼합한 혼합물은 40 내지 120 phr 범위의 양으로, 타이어에 사용될 수 있는 전형적인 타이어 접지면 포뮬레이션에 대표적인 통상의 프로세싱 오일 2 내지 50 phr 범위와 함께 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 표 3에 제시된 전형적인 혼합 방식을 이용하며, 여기서 제시된 성분 첨가의 순서는 고무 혼합 방식에 전형적인 것이지만, 또한 정상 혼합 시간 및 온도를 사용하고, 정상 혼합 방식에 비해 혼합 시간과 온도가 각각 더 길고 더 높은 반응적 혼합 시간 및 온도와 비교한다. 반응적 혼합 방식은 전술한 바와 같은 낮은 이력현상과 양호한 웨트 트랙션 및 내마모성의 컴파운드 장점을 실현하기 위해 중합체 사슬을 따라 작용기화가 이루어진 작용기화된 중합체와 표면-처리된 카본 블랙의 증가된 카본 블랙-탄성중합체 상호작용을 촉진하는데 필요하다.
본 발명의 바람직한 양태는 다른 화학물질에 의해 여러 다른 카본블랙 표면처리 방식으로 제조되어, 중합체 사슬을 따라 작용기화가 이루어진, 작용기화된 중합체와 상승적으로 상호작용하고, 이 경우에 중합체 사슬을 따라 카르복시산 작용기화가 이루어져, 페인 효과에 대하여 저변형률 탄성 계수의 감소로 입증되는 것처럼 충전제-탄성중합체 상호작용은 증가시키고 충전제-충전제 상호작용은 감소시키며, 컴파운드 이력현상을 유의적으로 감소시키고 컴파운드 웨트 트랙션 및 내마모성을 유지 및 향상시키는 컴파운드 조성물을 제공한다.
N234를 포함하는 컴파운드 조성물 외에도 표 4에 정의 및 열거된 카본 블랙은 노, 유연(lampblack) 공정에서의 충돌을 통해 생성될 수도 있는, 질소 표면적이 60 내지 300 ㎡/g(NSA, ASTM D6556 참조), 구조 수준 또는 오일 흡착 수준(OAN, ASTM D2414 참조)이 50 내지 180 cc/100g 범위인 카본 블랙을 포함한다.
본 발명은 퍼옥사이드(예컨대, 미국 특허 6,120,594) 또는 오존(예컨대, 미국 특허 6,471,933)을 통해 카본 블랙 표면의 산화로 표면 처리된 카본 블랙과 중합체 사슬을 따라 작용기화가 이루어진 작용기화된 중합체의 컴파운드 조성물로, 카본 블랙 표면 상의 산소계 작용기와 작용기화가 중합체 사슬을 따라 이루어진 상기 작용기화된 중합체의 중합체 사슬을 따라 존재하는 카르복시산 작용기 간의 극성-극성 및/또는 분자간-수소 결합 기전을 제공하여, 충전제-탄성중합체 상호작용의 증가, 충전제-충전제 상호작용의 감소 및 페인 효과의 감소를 초래하는 컴파운드 조성물을 제공한다.
본 발명은 카본 블랙의 산화에 이어서 아민계 컴파운드(예컨대, 미국 특허 5,708,055 참조), 바람직하게는 디아민 컴파운드로의 처리에 의해 표면 처리된 카본 블랙 및 중합체 사슬을 따라 작용기화가 이루어진 작용기화된 중합체의 컴파운드 조성물로, 카본 블랙 상의 염기성 아민 작용기와 작용기화가 중합체 사슬을 따라 이루어진 상기 작용기화된 중합체의 중합체 사슬을 따라 존재하는 카르복시산 기에 의해 산-염기 상호작용을 제공하여, 충전제-탄성중합체 상호작용의 증가, 충전제-충전제 상호작용의 감소 및 페인 효과의 감소를 초래하는 컴파운드 조성물을 제공한다.
본 발명은 카본 블랙의 산화에 이어서 아민계 컴파운드, 바람직하게는 하이드록사이드 또는 다른 극성 산소 함유 작용 기를 보유한 아민 컴파운드로의 처리에 의해 표면 처리된 카본 블랙 및 중합체 사슬을 따라 작용기화가 이루어진 작용기화된 중합체의 컴파운드 조성물로, 카본 블랙 상의 작용기와 작용기화가 중합체 사슬을 따라 이루어진 상기 작용기화된 중합체의 중합체 사슬을 따라 존재하는 카르복시 기에 의해 산-염기 상호작용 및/또는 산-염기 및 극성-극성 상호작용을 제공하여, 충전제-탄성중합체 상호작용의 증가, 충전제-충전제 상호작용의 감소 및 페인 효과의 감소를 초래하는 컴파운드 조성물을 제공한다.
본 발명은 카본 블랙의 산화에 이어서 하이드록시계 컴파운드로의 처리에 의해 표면 처리된 카본 블랙 및 중합체 사슬을 따라 작용기화가 이루어진 작용기화된 중합체의 컴파운드 조성물로, 카본 블랙 상의 작용기와 작용기화가 중합체 사슬을 따라 이루어진 상기 작용기화된 중합체의 중합체 사슬을 따라 존재하는 카르복시 기에 의해 극성-극성 상호작용 및/또는 분자간-수소결합을 제공하여, 충전제-탄성중합체 상호작용의 증가, 충전제-충전제 상호작용의 감소 및 페인 효과의 감소를 초래하는 컴파운드 조성물을 제공한다.
본 발명은 카본 블랙의 염소화에 이어서 암모니아 처리에 의해 표면 처리된 카본 블랙 및 중합체 사슬을 따라 작용기화가 이루어진 작용기화된 중합체의 컴파운드 조성물로, 카본 블랙 상의 작용기와 작용기화가 중합체 사슬을 따라 이루어진 상기 작용기화된 중합체의 중합체 사슬을 따라 존재하는 카르복시 기에 의해 산-염기 상호작용을 제공하여, 충전제-탄성중합체 상호작용의 증가, 충전제-충전제 상호작용의 감소 및 페인 효과의 감소를 초래하는 컴파운드 조성물을 제공한다.
용액중합 SBR을 나타내는 중합체 사슬을 따라 카르복시산 작용기화가 이루어진 작용기화된 중합체와 표면-처리된 카본 블랙으로 구성된 컴파운드 조성물은 컴파운드 이력현상 및 회전 저항을 감소시키고 타이어의 웨트 트랙션을 향상시키는 한편, 승용차, 트럭 및 레이싱 차의 타이어 등에 양호한 내마모성을 유지시킨다.
또한, 본 발명은 고보강 주조물, 특히 타이어 생산에 알맞은, 가황물의 생산에 사용되는 본 발명의 컴파운드 조성물의 용도를 제공한다.
또한, 본 발명은 고무 혼합물의 생산에 사용되는 본 발명의 컴파운드 조성물의 용도를 제공한다.
실험: 중합체 및 카본 블랙 제조
본 발명의 컴파운드 조성물 발명에 사용된 중합체 및 제조된 상태의 카본 블랙과 표면-처리된 카본 블랙은 표 5에 열거했고, 표면 처리 영향을 나타내는 분석 결과는 표 6에 제시했다.
카본 블랙의 오존화된 샘플은 약 2% 오존 농도를 함유하는 공기류 하에 1.5 내지 5.5 시간 범위의 다양한 시간 동안 회전 드럼에서 처리한 다음, 웨트 비딩화 후 125℃ 오븐에서 6시간 동안 샘플을 건조한 스터디번트(Sturdivant)-밀링된 비드화된 카본 블랙을 포함했다.
과산화수소 샘플은 콜럼비안 인터널 배취 랩 절차(Columbian Internal Batch Lab Procedure LS0-1)에 따라 핀 비더(pin beader)에서 35% 내지 50% 과산화수소 50/50 중량%로 웨트 비드화된 분말 카본 블랙을 포함한다. 수득되는 웨트 비드는 그 다음 125℃ 유체 층 건조기에서 2시간 동안 건조했다.
카본 블랙의 아민 샘플은 6 리터 Lab Max 반응 용기에서 아세톤 25ml와 물 2.5 리터에 첨가한 오존화된 N234 분말 50g을 처리하여 제조했다. 증류수에 1% 용액으로 희석된 에틸렌 디아민은 일정한 교반 하에 목표 pH에 도달할 때까지 Lab Max에 천천히 첨가했다. 카본 블랙은 압력 여과에 의해 물로부터 분리하고 증류수로 16 시간 동안 속슬렛 추출했다. 그 다음, 카본 블랙 샘플을 커피 분쇄하고, 웨트 비드화한 뒤, 오븐에서 125℃로 6시간 동안 건조했다.
표면 처리 영향의 전형적인 예는 표면 처리의 결과로서 표면 성질의 변화를 반영하는 휘발성 함량(콜럼비안 인터널 절차 LS2-700) 및 pH(ASTM D1512) 및 온도측정 적정(Columbian Internal Procedure LS2-702) 값을 제시한 표 6에 나타냈다. 여기서 알 수 있듯이, 결과들이 보통 산화된 카본 블랙에서 관찰되는 표면 산도의 전형적인 증가를 나타내는 것처럼, 오존 산화된 카본 블랙은 산화 처리가 성공적임을 시사하는, 휘발성 함량의 절대값 4.7% 증가, pH의 급강 및 온도측정 적정의 증가(카본 블랙 표면 모이어티와 적정제로 사용된 염기, 부틸 아민 사이의 반응 열의 척도), 뿐만 아니라 수분 흡수의 증가(더 많은 극성 기)를 나타낸다.
아민 처리된 카본 블랙은 pH의 큰 증가(산화된 CB가 공급원료로서 사용됨, 따라서 산 기들이 중화됨)와 이에 대응하는 온도측정 적정값의 큰 저하를 나타낸다.
아민 처리는 성공적인 것으로 보이지만, <7의 pH 값으로 입증되듯이 일부 산 부위가 남아 있을 가능성이 있고 이중-표면 작용기를 가진 카본 블랙이 수득된 것을 시사하기도 한다(염기성 아민 및 극성 및/또는 산소계 산 부위가 모두 존재한다).
표 6에 제시된 3가지 카본 블랙의 표면 처리 결과는 전형적인 값으로, 주로 고무내(in-rubber) 평가에 사용되는 카본 블랙 유형을 나타낸다.
표 5에 열거된 본 발명의 컴파운드 조성물에 사용된 중합체로는 랑세스 부나(Lanxess Buna) VSL-5025-2, 50% 비닐과 25% 스티렌 함량을 가진 용액중합 SBR, TDAE 오일 37.5 phr 및 100℃에서의 무니(Mooney) 점도 ML(1+4) 47 MU; 및 랑세스 PBR 4003, 중합체 사슬을 따라 카르복시 작용기화를 포함하고 다음과 같이 구성된 작용기화된 중합체를 포함한다:
비닐 함량 : SBR 부위의 중량당 45% +/- 7%/
스티롤(Styrol) 함량 : 중량당 25% +/- 5%
오일-함량(TDAE) : 중량당 27% +/- 1.5%
100℃에서의 무니 점도 ML(1+4) : 55 MU +/- 10 MU
작용기성 COOH-기의 함량 : 오일-증량된 고무 kg 당 35mmol +/- 10 mmol
실험 검사
본 평가에 사용된 컴파운드 변수는 표 7에 제시했고, 본 발명의 컴파운드 조성물의 컴파운드 성능은 정규 카본 블랙, 오존화된 카본 블랙, 퍼옥사이드 처리된 카본 블랙 또는 아민 처리된 카본 블랙과 실리카를 포함하는 충전제와 함께, 실란의 유무, 및 반응적 혼합의 유무 하에 정상 SBR 중합체(랑세스 부나 VSL-5025-2)에 대비하여 평가했다. 고무내 컴파운드 성능 성질은 표 8 내지 표 13에 열거했다. Si69와 함께 사용되는 랑세스가 권장하는 반응적 혼합 절차는 2회 통과 시마다 150 내지 160℃의 온도까지 혼합하고 그 온도에서 3분 동안 유지한 다음, 밀에서 경화제를 첨가했다. 모든 SBR 컴파운드(표 1 및 표 8 내지 10)는 브라벤더 플라스티코더 미니혼합기(Brabender Plasticorder Mini-Mixer)에서 혼합했고, SBR/BR 컴파운드(표 2 및 표 11 내지 13)는 GK 1,5 리터 인터메싱(intermeshing) 혼합기에서 혼합했다. 표 2에 제시된 SBR/BR 컴파운드의 동적 성질은 변형률 진폭 스위프에 대해서는 MTS 서보-유압기를 사용하여 측정하고 온도 스위프의 측정에는 Gabo Explexor 기기를 사용했다. 진폭 스위프는 다음과 같은 조건 하에 수행했다: 이중 전단 시편, 1 Hz 주파수 및 60℃에서 0.2 내지 80% DSA의 진폭 범위. 온도 스위프는 다음과 같은 조건 하에 수행했다: 1% 평균 변형률, 10 Hz 주파수, -120℃ 내지 100℃에서 0.1% 진폭. 카본 블랙의 변화된 표면 화학으로 인한 효과때문에 경화 속도의 향상과 최적화를 위해 경화 가속화제인 DPG(N,N-디페닐구아니딘)를 0.2 phr부터 2.0 phr까지 변화시켰다. 높은 양(2.0 phr)의 DPG에서 향상된 경화 속도와 고무내 성질이 수득되었다.
컴파운드 검사 결과
평가된 고무내 성질로는 다음을 포함한다: MDR(ASTM D5289), 쇼어 A 경도(ASTM D2240), 반동율(ASTM D1054) 및 응력-변형률(ASTM D412). 표 1에 제시된 모든 SBR 컴파운드의 동적 성질은 TA Instruments Advanced Rheometric Expansion System(ARES) Model LS/M DAM를 사용하여 측정하고 전단 상태에서 수행했다. 진폭 스위프는 다음과 같은 조건 하에 수행했다: 0% 평균 변형률, 10Hz 주파수 및 75℃에서 0.2 내지 125% ptp의 진폭 범위. 온도 스위프는 다음과 같은 조건 하에 수행했다: 0% 평균 변형률, 10Hz 주파수, 8%(40℃ 및 그 이하)의 진폭 및 15% ptp(50℃ 및 그 이상), 및 -5℃ 내지 60℃의 온도 범위.
표 8은 보통 사용되는 정상 또는 참조 컴파운드 조성물 대비 본 발명의 컴파운드 조성물의 성능 장점을 보여주며, 도 2, 4 및 6은 이 결과를 동적 탄성계수, 변형률 함수로서의 G', 변형률의 함수로서 75℃에서의 최대 탄젠트 델타 및 회전 저항 및 예상 웨트 트랙션 각각에 대한 온도의 함수로서의 탄젠트 델타에 대한 데이터를 그래프로 도시한 것이다. 표 8의 컴파운드 1은 참조 컴파운드 1로서 정상 Buna VSL 5025-2 중의 정상 N234를 나타낸다. 컴파운드 2는 화학적으로 변형된 PBR-4003 중의 정상 N234를 나타내며, 겨우 약 10% 감소된 75℃에서 탄젠트 델타 및 17% 감소된 페인 효과가 달성되었다. 하지만, 본 발명의 컴파운드 3, 4, 5 및 6에서는 19 내지 39% 범위의 유의적인 놀라운 탄젠트 델타 감소가 실현되었고, 오존화(산화) 수준이 증가할수록 탄젠트 델타의 감소율은 커졌다. 회전 저항 기준 물질로 간주될 수 있는 완전-실리카 컴파운드 7은 컴파운드 1에 비해 79%의 탄젠트 델타 감소를 나타냈다. 페인 효과도 역시 참조 컴파운드 1 및 2에 비해 본 발명의 컴파운드 3, 4, 5 및 6 각각에서 33 내지 42% 범위의 유의적인 감소를 보였다. 이러한 특징은 참조 컴파운드 1 및 2 대비 -5℃에서의 컴파운드 3, 4, 5 및 6의 더 높은 탄젠트 델타에 의해 입증되는 바와 같이 -5℃에서 지향적으로 우수한 예상 웨트 트랙션을 초래하는 것으로 나타난다. 오존화 시간이 길수록(산화 수준이 클수록) 75℃에서의 탄젠트 델타를 저하시키고(회전 저항의 저하 예상) -5 ℃에서의 탄젠트 델타를 증가시켜(웨트 트랙션의 증가 예상) 최대 향상을 초래하고, 이것은 표면 산화의 수준이 클수록, 더 낮은 예상 회전 저항과 향상된 예상 웨트 트랙션에 의거하여 컴파운드 조성물의 성능이 우수하다는 것을 시사한다.
표 9는 보통 사용되는 정상 또는 참조 컴파운드 조성물 대비 본 발명의 컴파운드 조성물의 성능 장점을 보여주며, 도 3, 5 및 7은 이 결과를 변형률 함수로서의 G', 변형률의 함수로서 75℃에서의 탄젠트 델타 및 회전 저항 및 예상 웨트 트랙션 각각에 대한 온도의 함수로서의 탄젠트 델타에 대한 데이터를 그래프로 도시한 것이다. 표 9의 컴파운드 1은 참조 컴파운드로서 정상 Buna VSL 5025-2 중의 정상 N234를 나타낸다. 컴파운드 2는 화학적으로 변형된 PBR-4003 중의 정상 N234를 나타낸다. 표 9는 아민-처리된 카본 블랙을 함유하는 본 발명의 컴파운드 5 및 6과 참조 컴파운드, 컴파운드 1, 2 및 7 및 산화된 카본 블랙을 함유하는 본 발명의 컴파운드 3 및 4를 비교한 것이다. 주목할 점은, 아민-처리된 카본 블랙을 함유하는 컴파운드 5 및 6이 또한 기준 컴파운드 1에 비해 각각 34% 및 39% 정도의 75℃에서의 탄젠트 델타의 큰 감소를 나타낸다는 것이다. 이러한 본 발명의 컴파운드 5 및 6의 탄젠트 델타 감소는 산화된 카본 블랙을 함유하는 모든 본 발명의 컴파운드 중에서 가장 낮은 탄젠트 델타 반응을 나타내는 표 8 중의 본 발명의 컴파운드 5(또한, 표 9에는 컴파운드 4로 제시됨)와 매우 유사하다. 아민-처리된 카본 블랙을 함유하는 본 발명의 컴파운드 5 및 6의 또 다른 장점 중 하나는 경화 속도, 또는 90% 경화에 이르는 시간(t90)이 아민-처리된 카본 블랙에 존재하는 기본적인 표면 화학으로 인해 감소한다는 점이며, 이것이 바람직한 특징이다. 또한, 페인 효과는 오존화만 이루어진 카본 블랙을 함유하는 본 발명의 컴파운드보다 훨씬 많이 감소된 본 발명의 컴파운드 5 및 6 각각에서 57 내지 62% 범위의 유의적인 감소가 나타난다. 이 특징은 표 8에서 오존화된 본 발명의 컴파운드 5(표 8에서 컴파운드 4로 제시됨) 및 참조 컴파운드 1 대비 컴파운드 5와 6의 높은 탄젠트 델타로 확인되는 것처럼, 지향적으로 우수한 -5℃에서의 예상 웨트 트랙션을 초래하는 것으로 나타난다. 따라서, 본 발명의 컴파운드 조성물에 오존화만 이루어진 카본 블랙 대비 아민 처리된 카본 블랙의 유용성은 우수한 경화 특징 및 향상된 예상 웨트 트랙션 및 유사한 낮은 회전 저항성을 산출시키는 것으로 나타난다.
표 10은 N234보다 표면적이 큰 오존화된 카본 블랙, 예컨대 N115, N134 및 CD2115를 함유하는 본 발명의 컴파운드를 비교한 것이며, 도 8, 9 및 10은 이 결과를 변형률 함수로서의 G', 변형률의 함수로서 75℃에서의 탄젠트 델타 및 회전 저항 및 예상 웨트 트랙션 각각에 대한 온도의 함수로서의 탄젠트 델타에 대한 데이터로서 그래프로 도시한 것이다. 표 10의 참조 컴파운드 1 및 2는 각각 정상 Buna VSL 5025-2 중의 정상 N234 및 N134에 대한 결과를 나타낸다. 컴파운드 3, 4, 5 및 6은 랑세스 PBR-4003에서 오존화된 N234, N134, N115 및 CD2115를 각각 함유하는 본 발명의 컴파운드의 결과이며, 이 데이터 세트에서 DPG의 양은, 표면 화학때문에 2차 가속화제를 필요로 하는 실리카 컴파운드를 위해 고무 산업에서 더욱 일반적으로 사용된 포뮬레이션인 2.0 phr로 증가시켰다. 결과는 모든 컴파운드에서 경화, 응력-변형률 및 동적 성질의 전반적으로 우수한 균형을 보여주었다. 이 데이터 세트에서 본 발명의 컴파운드 3(오존화된 N234, 5.5 시간)은 참조 컴파운드 1에 비해 더욱 유의적이고 놀라운 50%의 탄젠트 델타 저하를 나타냈고, 이 경우 참조 컴파운드 1에 비해 탄젠트 델타의 60% 저하를 나타내는 완전-실리카 참조 컴파운드 7과 더 근접하게 일치했다. 놀랍게도, 표면적이 큰 카본 블랙, N115, N134 및 CD2115는 또한 N234를 함유하는 참조 컴파운드 1에 비해 75℃에서의 최대 탄젠트 델타가 40% 정도의 큰 감소를 나타낸다. 보통 표면적이 큰 카본 블랙은 높은 관통식 망구조 형성 경향으로 인해 더 높은 열 축적 및 탄젠트 델타 값을 제공하고, 정상 Buna VSL 5025-2 중의 정상 N134를 함유하는 표 10 중의 참조 컴파운드 2는 이 현상을 입증한다(N234를 함유하는 참조 컴파운드 1에 비해 15% 높은 탄젠트 델타). N134를 함유하는 참조 컴파운드 2에 비해, 오존화된 N134를 함유한 본 발명의 컴파운드는 놀랍고 유의적인 결과인 탄젠트 델타의 64% 저하를 나타낸다. 표면적이 훨씬 더 미세하거나 훨씬 더 큰 카본 블랙인 N115 및 특히 CD2115에서도 동일한 결과를 예상할 수 있다. 또한, 페인 효과는 본 발명의 컴파운드 3, 4, 5 및 6에서 40 내지 75% 범위의 유의적인 감소를 나타냈고, 이 역시 큰 변화이며 놀라운 결과이다. 주목할 점은 완전-실리카 컴파운드 7이 참조 컴파운드 1에 비해 페인 효과의 64% 감소를 나타낸다는 점이다. 표 10의 결과는 또한 참조 컴파운드 1에 비해 본 발명의 컴파운드 3 및 4의 높은 탄젠트 델타로 확인되는 바와 같이, 본 발명의 컴파운드 3 및 4의 지향적으로 우수한 -5℃에서의 예상 웨트 트랙션을 보여준다. 따라서, PBR4003을 함유하는 컴파운드 조성물에 사용된 높은 표면적의 카본 블랙(N234보다 높은 표면적)의 표면 변형은 N234를 함유하는 정상 참조 컴파운드 또는 이의 각각의 대응물에 비해 지향적으로 우수하거나 동등한 예상 웨트 트랙션과 함께 유의적으로 낮은 열 축적 및 예상 회전 저항을 가진 컴파운드를 제공할 수 있다.
표 11 내지 13은 보통 사용되는 정상 또는 참조 컴파운드 조성물에 비해 본 발명의 컴파운드들의 조성물의 성능 장점을 나타내지만, 여기서는 실제 타이어 접지면 컴파운드에 더욱 일반적으로 사용되는 표 2에 기술된 SBR/BR 블렌드가 제시된다. 표 11은 정상 참조 카본 블랙 컴파운드 조성물 1, 9 및 실리카 컴파운드 조성물 10, 11 대비 본 발명의 컴파운드 4, 6 및 8의 탄성계수, 인장 강도 및 연신율의 매우 양호한 균형을 나타내는 기본적인 응력-변형률 성질을 나타낸다. 표 12는 60℃에서의 진폭 스위프 동적 성질을 나타내며, 모든 본 발명의 컴파운드 4, 6 및 8이 N234에 대한 참조 컴파운드 1 및 9 대비, 9% 내지 21% 범위의 감소된 탄젠트 델타를 제공한다는 것을 보여준다. 본 발명의 컴파운드 4 및 6의 오존화 및 아민 처리는 5% 수준보다 높은 휘발성 함량 또는 표면 산소 기의 최적량을 보유하는 본 발명의 컴파운드 8보다 높은 최대 탄젠트 델타를 나타냈다. 결과적으로, 표 9에서 확인되는 것처럼, 혁신적인 컴파운드 8의 탄젠트 델타 반응은 실리카 컴파운드 10 및 11의 탄젠트 델타 반응에 가장 근접하게 일치했다. 표 12 또한 SBR/BR 참조 컴파운드 및 본 발명의 컴파운드의 온도 스위프 데이터를 나타내며, 여기서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명의 컴파운드 4, 6 및 8은 0℃에서의 탄젠트 델타 값이 실리카 참조 컴파운드 10과 유사하거나 이보다 우수했고, 이는 본 발명의 컴파운드 4, 6 및 8의 우수한 예상 웨트 트랙션 반응과 일치하는 결과임을 시사한다. 정상 참조 N234 컴파운드 1 및 실리카 참조 컴파운드 10 대비 본 발명의 컴파운드 8의 향상된 예상 회전 저항 및 웨트 트랙션은 도 11에 그래프로 나타냈다. 표 13은 SRB/BR 참조 컴파운드 및 본 발명의 컴파운드의 DIN 마모율, 쇼어 A 경도 및 반동율을 도시한 것이다. 본 발명의 컴파운드 4, 6 및 8의 DIN 마모율은 참조 컴파운드 1 및 9와 유사하고, 양자 모두 실리카 참조 컴파운드 10보다 DIN 마모율이 약 18% 더 낮다. DIN 마모 검사에서 낮은 숫자는 우수한 내마모성을 나타내고, 결과적으로 우수한 또는 더 높은 예상 접지면마모를 나타낸다. 이 결과는 본 발명의 컴파운드 4, 6 및 8이 실리카 참조 컴파운드 10에 비해 전반적으로 향상된 컴파운드 성을 나타낸다는 것을 시사하고, 이것은 본 발명의 컴파운드 8이 대응하는 실리카 참조 컴파운드 10보다 동등하거나 우수한 예상 회전 저항, 웨트 트랙션 및 접지면마모를 나타낸다는 것을 의미한다.
이러한 결과들은 본 발명의 컴파운드가 고무 컴파운드에서 회전 저항, 웨트 트랙션, 접지면마모 및 혼합 비용과 컴파운드 비용을 동시에 유의적으로 향상시키려는 난제를 극복했음을 시사한다.
이상의 양태들은 단지 예로서 제시했고, 본 발명의 범위는 이하 특허청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.
성분 phr
1차 통과*
변수 1: SSBR 125
변수 2: 충전제 84
변수 3: 커플링 0 또는 6
Sundex 790 6
산화아연 2.5
2차 통과*
스테아르산 1.0
Santoflex 6PPD 2.0
Microwax, SP-89 1.0
마무리
황 1.4
CBS 1.7
DPG 0.2,2.0
<용액중합 SBR 검사 레시피>
Figure 112012024342811-pct00001
정상 혼합 반응적 혼합
1차 통과
미니 혼합기: 45℃, 77 rpm
분:초
0:00 ; s-SBR(VSL-5025-2)
1:00 ; ZnO, ½ 오일, ½ CB
2:30 ; ½ 오일, ½ CB
4:00 ; 스위프

9:00 배출

2차 통과
미니 혼합기: 45℃, 60 rpm
분:초
0:00 ; ½ MB, SA, 6PPD, 왁스, ½ MB
4:00 ; 스위프

7:00 ; 배출
.3

최종 단계
미니 밀: 45℃, 20 rpm
즉시 밀을 통해 통과
밴드, 황, CBS, DPG 첨가
교차 블렌드 6회
밴드 30초 및 시트 분리 		1차 통과
미니 혼합: 90℃, 85 rpm
분:초
0:00 ; s-SBR(PBR-4003)
1:00 ; ZnO, ½ 오일, ½ CB
2:30 ; ½ 오일, ½ CB
변화됨 ; 스위프, 150 내지 160℃ 사이의 내적 혼합 온도를 3분 동안 유지하도록 rpm을 조정함 - 총 약 8분

2차 통과
미니 혼합: 90℃, 85 rpm
분:초
0:00 ; ½ MB, SA, 6PPD, 왁스, ½ MB
변화됨 ; 스위프, 150 내지 160℃ 사이의 내적 혼합 온도를 3분 동안 유지하도록 rpm을 조정함 - 총 약 6분


최종 단계
미니 밀: 45℃, 20 rpm
즉시 밀을 통해 통과
밴드, 황, CBS, DPG 첨가
교차 블렌드 6회
밴드 30초 및 시트 분리
<정상 혼합 방식 vs. 반응적 혼합 방식>
Figure 112012024342811-pct00002
A# 제품 설명
A-51887 오일 증량된 SSBR Lanxess Buna VSL 5025-2(정규 중합체)
A-51778 오일 증량된 SSBR Lanxess Buna VSL VP PBR-4003(작용기화된 중합체)
A-43776 N234 기준 콜럼비안 대조군
A-51801 N234 오존화됨 A-43776, 5.5시간 오존화됨. 9/24/08
A-52672 N234 오존화됨 A-43776, 2.5시간 오존화된, 2/12/09
A-52796 N234 오존화됨 A-43776, 1.0시간 오존화됨, 2/25/09
A-52519 N234 퍼옥사이드 A-43776, 35%에서 퍼옥사이드 처리됨, 1/22/09
A-52517 N234 아민 A-51801, pH 8에서 아민 처리됨
A-52518 N234 아민 A-51801, pH 10에서 아민 처리됨
A-53173 N134 오존화됨 A-52946, 5.5시간 오존화됨, 4/23/09
A-53172 N115 오존화됨 A-52941, 5.5시간 오존화됨, 4/24/09
A-53174 CD2115 오존화됨 A-44046, 5.5시간 오존화됨, 4/22/09
A-51877 실리카 Z1165(침전됨)
<중합체와 제조된 상태의 카본 블랙 및 표면-처리된 카본 블랙>
등급 설명 휘발물 수분 pH 온도측정 적정, mcal/g
A-43776 N234 대조군 2.1 0.7 6.8 451
A-52424 N234 산화됨 6.8 3.6 1.6 7735
A-52481 N234 아민 처리됨 5.2 0.9 5.6 1988
<작용기화된 카본 블랙의 일반적인 표면 성질>
1. 중합체 2. 충전제 3. 커플링제 4. 혼합 절차
RP: 정규 SSBR VSL-5025-2 N234, N134, N115, CD2115 무첨가 정상(N)
FP: 작용기화된 SSBR PBR-4003 N234-O(오존화됨)
N234-P(퍼옥사이드 처리됨)
N234-A(아민 처리됨)
N343
N343-O(오존화됨)
실리카		 Si69 반응적(R)
<컴파운드 변수>
Figure 112012024342811-pct00003
Figure 112012024342811-pct00004
Figure 112012024342811-pct00005
Figure 112012024342811-pct00006
Figure 112012024342811-pct00007
Figure 112012024342811-pct00008

Claims (31)

  1. 표면-처리된 카본 블랙(surface treated carbon black) 및 중합체 사슬을 따라 작용기화(functionalization)가 이루어진 작용기화된 중합체(functionalized polymer)를 포함하는 조성물로서, 상기 중합체는 용액중합 SBR을 포함하고, 중합체 사슬을 따르는 작용기화는 카르복시산 또는 하이드록사이드 작용기를 포함하고, 조성물은 실란 커플링제(silane coupling agent)를 포함하지 않는 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    표면-처리된 카본 블랙의 표면적이 60 내지 300 ㎡/g이고, 오일 흡착 수준(oil absorption number)이 50 내지 180 cc/100g인 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    표면-처리된 카본 블랙 및 작용기화된 중합체가, 조성물이 승온에서 소정 시간 기간 동안 유지되도록, 고무 혼합기(rubber mixer)에서 반응적으로 혼합되는 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    표면-처리된 카본 블랙과 중합체 사슬을 따라 존재하는 작용기 간의 상호작용을 통해 카본 블랙-중합체 상호작용이 증가되는 방식으로 표면-처리된 카본 블랙 및 작용기화된 중합체가 혼합되는 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    증가된 카본 블랙-중합체 상호작용 및 반응적 혼합이 충전제-충전제 상호작용을 감소시키고, 충전제-중합체 상호작용을 증가시키고, 완전-실리카계 컴파운드(all-silica based compound)에 비해 이력현상(hysteresis)이 적고 회전 저항(rolling resistance)이 적은 카본 블랙-함유 용액중합 SBR계 컴파운드를 제공하는 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    증가된 카본 블랙-중합체 상호작용 및 반응적 혼합이 충전제-충전제 상호작용을 감소시키고, 충전제-중합체 상호작용을 증가시키고, 완전-실리카계 컴파운드에 비해 웨트 트랙션(wet traction)이 증가된 카본 블랙-함유 용액중합-SBR계 컴파운드를 제공하는 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    증가된 카본 블랙-중합체 상호작용 및 반응적 혼합이 충전제-충전제 상호작용을 감소시키고, 충전제-중합체 상호작용을 증가시키고, 완전-실리카계 컴파운드에 비해 DIN 내마모성(DIN abrasion resistance)이 증가된 카본 블랙-함유 용액중합-SBR계 컴파운드를 제공하는 조성물.
  8. 카본 블랙-중합체 상호작용이 표면-처리된 카본 블랙 상의 산소-함유 작용기와 중합체 사슬을 따라 존재하는 카복시산 작용기 간에 극성-극성 또는 분자간 수소 결합을 통해 증가되는 방식으로 혼합된, 제 1 항의 표면-처리된 카본 블랙 및 작용기화된 중합체를 포함하는 조성물.
  9. 제 1 항의 표면-처리된 카본 블랙 및 작용기화된 중합체를 포함하는 조성물로서, 표면-처리된 카본 블랙이 먼저 산화되거나 염소화되고, 이후에 아민 또는 암모니아로 처리되며, 카본 블랙-중합체 상호작용이 표면-처리된 카본 블랙 상의 아민-함유 작용기와 중합체 사슬을 따라 존재하는 카복시산 작용기 간에 산-염기 상호작용을 통해 증가되는 방식으로 표면-처리된 카본 블랙 및 작용기화된 중합체가 혼합되는 조성물.
  10. 제 1 항의 표면-처리된 카본 블랙 및 작용기화된 중합체를 포함하는 조성물로서, 표면-처리된 카본 블랙이 먼저 산화되거나 염소화되고, 이후에 아민 또는 암모니아로 처리되며, 카본 블랙-중합체 상호작용이 표면-처리된 카본 블랙 상의 산소-함유 작용기 및 아민-함유 작용기와 중합체 사슬을 따라 존재하는 카복시산 작용기 간에 극성-극성 또는 분자간 수소 결합 및 산-염기 상호작용 둘 모두를 통해 동시에 증가되는 방식으로 표면-처리된 카본 블랙 및 작용기화된 중합체가 혼합되는 조성물.
  11. 산소 함유 작용기 또는 아민-함유 작용기를 보유하는 산화되거나 염소화되고 아민 또는 암모니아-처리된 카본 블랙 표면 및 중합체 사슬을 따라 존재하는 카르복시산 작용기화가 이루어진 작용기화된 중합체를 포함하며, 중합체가 BR, NR 및 EPDM 중 하나 이상과 SBR의 블렌드를 포함하는 용액중합 SBR 중합체를를 포함하며, 조성물이 실란 커플링제를 포함하지 않는 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서, 용액중합 SBR이 BR, NR 또는 EPDM과, SBR의 블렌드로부터 선택되는 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서, 작용기화된 중합체가 탄성중합체(elastomer)인 조성물.
  14. 제 1 항에 있어서, 표면-처리된 카본 블랙이 노 카본 블랙(furnace carbon black), 충돌 카본 블랙(impingement carbon black), 또는 유연(lampblack)인 조성물.
  15. 제 1 항에 있어서, 표면-처리된 카본 블랙이 산화된 카본 블랙을 포함하는 조성물.
  16. 제 1 항에 있어서, 표면-처리된 카본 블랙이 산화제로 처리된 카본 블랙을 포함하는 조성물.
  17. 제 16 항에 있어서, 산화제가 퍼옥사이드 또는 오존을 포함하는 조성물.
  18. 제 1 항에 있어서, 표면-처리된 카본 블랙이 아민 작용기화된 카본 블랙을 포함하는 조성물.
  19. 제 1 항에 있어서, 표면-처리된 카본 블랙이 (a) 산화제로 처리되고 이후에 디아민계 컴파운드로 처리되거나 (b) 염소화제로 처리되고 이후에 암모니아로 처리된 카본 블랙을 포함하는 조성물.
  20. 제 1 항에 있어서, 작용기화된 중합체가 중합체 사슬을 따라 존재하는 극성의 카르복시산 작용기를 포함하는 조성물.
  21. 제 1 항에 있어서, 작용기화된 중합체가 중합체 사슬을 따라 존재하는 하이드록사이드 작용기를 포함하는 조성물.
  22. 제 1 항에 있어서, 표면-처리된 카본 블랙이 극성의 산소-함유 작용기화를 갖는 산화된 카본 블랙을 포함하며, 작용기화된 중합체가 중합체 사슬을 따라 존재하는 극성의 카르복시산 작용기화를 포함하는 조성물.
  23. 제 1 항에 있어서, 표면-처리된 카본 블랙이 아민 작용기화된 카본 블랙을 포함하며, 작용기화된 중합체가 중합체 사슬을 따라 존재하는 극성의 카르복시산 작용기화를 포함하는 조성물.
  24. 제 3 항에 있어서, 조성물이 145℃ 내지 160℃ 범위의 승온에서 2분 내지 8분의 시간 기간 동안 유지되는 조성물.
  25. 제 1 항에 있어서, 완전-실리카계 컴파운드에 비해, 혼합 후에, 저하된 이력현상, 증가된 웨트 트랙션, 증가된 DIN 마모성, 또는 감소된 접지면마모(treadwear) 중 하나 이상을 갖는 조성물.
  26. 제 1 항에 있어서, 완전-실리카계 컴파운드에 비해, 혼합 후에, 저하된 이력현상, 증가된 웨트 트랙션, 증가된 DIN 마모성, 또는 감소된 접지면마모를 갖는 조성물.
  27. 제 1 항에 있어서, 동적 시험에 의해 측정하여 저하된 이력현상, 및 60℃ 내지 75℃에서 감소된 탄젠트 델타 인자(tangent delta factor)를 가지고, 혼합 후에, 동적 시험에 의해 측정하여 증가된 웨트 트랙션, 및 0℃ 내지 -10℃에서 증가된 탄젠트 델타 인자를 갖는 조성물.
  28. 제 1 항에 있어서, 작용기화된 중합체가 카르복시산 작용기를 포함하며, 표면-처리된 카본 블랙이 산화된 표면을 포함하는 조성물.
  29. 제 1 항에 있어서, 조성물이 실리카를 포함하지 않는 조성물.
  30. 반응적-혼합 후에, 제 1 항의 조성물을 포함하는 탄성중합체 조성물.
  31. 제 30 항의 탄성중합체 조성물을 포함하는 타이어(tire).
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