KR102370226B1

KR102370226B1 - 초음파로 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법 및 이를 포함하는 고무 조성물

Info

Publication number: KR102370226B1
Application number: KR1020190155392A
Authority: KR
Inventors: 오정석; 김인태
Original assignee: 경상국립대학교산학협력단
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2022-03-04
Also published as: KR20210066313A

Abstract

본 발명은 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법에 관한 것으로, 이에 따라 제조된 표면처리된 탄화쌀겨는 종래 탄화쌀겨에 비해 우수한 물성을 지니므로, 고무 조성물 및 타이어의 필러 또는 섬유로도 활용될 수 있고, 이외에도 수처리용 나노 필터, 에너지 저장용 전극 담체, 각종 촉매의 담체 및 지지체 등 다양한 분야에서 응용이 가능하여 고부가가치를 창출할 수 있다.

Description

초음파로 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법 및 이를 포함하는 고무 조성물{Manufacturing method of ultrasonically treated rice husk carbon and rubber composition containing the same}

본 발명은 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법, 이로부터 제조된 표면처리된 탄화쌀겨의 용도에 관한 것이다.

미립자 탄소는 적용범위가 매우 광범위하며, 예로 탄성중합체, 열가소성 물질 및 열경화성 물질과 같은 중합체의 충전제로써 활용될 수 있다. 이중에서 탄성중합체로부터 고무 물품 제조시, 인장강도, 경도, 강성도 및 인열 강도의 향상을 위해 충전제가 사용되는데, 이렇게 제조된 고무는 차량 타이어 등에 활용된다. 차량 타이어로 적용하기 위해, 롤링 저항성이나 마모성 및 습식 그립 성능이 요구되나, 고무만으로 그 성능을 충족시킬 수 없기 때문에 다양한 충전제가 개발 및 사용되고 있다.

현재 가장 많이 사용되는 충전제는 카본블랙과 실리카이다. 카본블랙은 천연가스, 석유 등으로부터 얻을 수 있으나, 이산화탄소가 발생하는 단점이 있다. 실리카 역시 물유리의 생성동안 많은 양의 이산화탄소가 발생하게 된다. 환경오염에 대한 관심이 커지면서, 원료에 있어서도 화석탄소자원, 화학물질의 사용없으면서, 이산화탄소 방출이 되지 않는, 재생 가능한 물질을 적용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.

이에 천연 임산자원과 같은 쌀겨 등을 탄화한 바이오 소재 연구가 이루어져 왔으나, 상기 탄화쌀겨는 다양한 분야에 활용가능할 정도로 고무의 기계적 물성을 향상시키지 못한다는 문제로 인해, 충전제로 활용되기에는 많은 한계를 가지고 있다.

특허문헌 1. 대한민국 등록특허공보 제특0145728호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 폐바이오 부산물을 이용한 친환경 재료로 원료의 확보가 용이하고 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 표면처리된 탄화쌀겨를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 표면처리된 탄화쌀겨를 이용한 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 하기 단계를 포함하는 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법을 제공한다.

(a) 쌀겨를 탄화 처리하는 단계;

(b) 상기 탄화쌀겨를 볼밀로 분말화하는 단계; 및

(c) 상기 탄화쌀겨 분말을 용매하에서 초음파로 표면처리하는 단계;를 포함한다.

상기 (a) 단계는 500 내지 1,500 ℃에서 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것일 수 있다.

상기 (b) 단계를 통해 제조된 탄화쌀겨 분말은 평균직경이 5 내지 100 ㎛일 수 있다.

상기 (c) 단계에서 용매 100중량부에 대하여 실란 화합물을 1 내지 10 중량부 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 (c) 단계에서 상기 초음파의 주파수는 20 kHz이고, 초음파의 강도는 200 내지 3000 W일 수 있다.

상기 실란 화합물은 디메틸디메톡시실란(DMDMS), 메틸트리메톡시실란(MTMS), 메틸트리에톡시실란(MTES), 테트라에톡시실란(TEOS), 3-메캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.

또한 본 발명은 원료고무 100 중량부를 기준으로 표면처리된 탄화쌀겨 충전제 1 내지 50 중량부를 포함하는 고무 조성물을 제공한다.

상기 표면처리된 탄화쌀겨 충전제는 쌀겨를 탄화하고, 볼밀로 분말화한 후, 용매하에서 초음파를 통해 표면처리한 것일 수 있다.

또한 본 발명은 상기 고무 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 고무 또는 타이어를 제공한다.

본 발명은 쌀겨를 탄화하고 초음파로 처리하는 간단한 공정에 의해 뛰어난 기계적 물성을 갖는 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법과 이로부터 제조된 표면처리된 탄화쌀겨 및 이의 다양한 용도를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 표면처리된 탄화쌀겨는 종래 탄화쌀겨에 비해 우수한 물성을 지니므로, 고무 조성물 및 타이어의 필러 또는 섬유로도 활용될 수 있고, 이외에도 수처리용 나노 필터, 에너지 저장용 전극 담체, 각종 촉매의 담체 및 지지체 등 다양한 분야에서 응용이 가능하여 고부가가치를 창출할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법은 농업 부산물인 쌀겨를 활용하여 우수한 기계적 물성을 갖는 친환경 소재를 대량생산할 수 있다는 장점을 갖는다.

도 1은 표면처리된 탄화쌀겨의 제조공정을 도시화한 공정도이다.
도 2는 쌀겨를 탄화로를 이용해 탄화하고 볼밀로 분쇄하여 제조된 탄화쌀겨 분말(UHC)의 사진이다.
도 3은 실시예 1로부터 제조된 탄화쌀겨 분말(RHC), 표면처리된 탄화쌀겨(UHC) 및 실시예 2로부터 제조된 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨(USHC)의 입자크기 분포도이다.
도 4는 실시예 1로부터 제조된 탄화쌀겨 분말(RHC), 표면처리된 탄화쌀겨(UHC) 및 실시예 2로부터 제조된 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨(USHC)를 FT-IR로 분석한 결과이다.
도 5는 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물에 대한 무니 점성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물에 대한 가교 속도 지수(CRI)을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물에 대한 인장강도(Tensile strength)를 측정한 결과 그래프이다.
도 8은 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물에 대한 파단 연신율(Elongation at break)을 측정한 결과 그래프이다.
도 9는 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물에 대한 영구압축줄음율(Compression set)을 측정한 결과 그래프이다.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.

본 발명의 일 측면은 하기 단계를 포함하는 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법에 관한 것이다.

(a) 쌀겨를 탄화 처리하는 단계;

(b) 상기 탄화쌀겨를 볼밀로 분말화하는 단계; 및

상기 (a) 단계는 쌀겨를 탄화 처리하는 단계로, 500 내지 1,500 ℃에서 비활성 가스 분위기에서 수행할 수 있다. 또한, 1 내지 12시간동안 수행하는 것이 바람직하다. 상기 비활성 가스 분위기는 질소, 아르곤, 헬륨과 같은 가스 분위기를 의미한다.

상기 탄화온도가 500 ℃ 미만이면 완전 탄화가 어려울 수 있는 반면 1500 ℃를 초과하면 고온에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고 오히려 에너지 소비만 증가하여 생산 단가의 상승만을 유도할 수 있다. 따라서 상기 온도에서 1 내지 12시간 동안 탄화를 수행하는 경우에는 물성의 저하없이 최적의 탄화쌀겨 제조가 가능하다.

상기 쌀겨는 (a) 단계 전에 증류수에 세척하고, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 단순 불순물을 제거하여 탄화과정에서 탄소외에 다른 물질의 형성을 억제하기 위한 것이다.

상기 (b) 단계는 탄화쌀겨를 볼밀로 분말화하는 단계로, 상기 볼밀은 통상의 밀링(milling) 공정에 사용되는 것이라면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 교반 볼 밀(ball mill)을 사용한 습윤 밀링에서 달성될 수 있다. 이때, 밀링 매질은 탄화쌀겨보다 경질인 물질이면 특별히 제한되지 않는다.

상기 (b) 단계를 통해 탄화쌀겨 분말이 제조되는데, 상기 탄화쌀겨 분말의 평균 직경은 5 내지 100 ㎛일 수 있다.

상기 (c) 단계는 탄화쌀겨 분말을 용매하에서 초음파로 표면처리하는 단계이다.

상기 (c) 단계에서 용매 100중량부에 대하여 실란 화합물을 1 내지 10 중량부 더 포함할 수 있고, 상기 실란 화합물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 디메틸디메톡시실란(DMDMS), 메틸트리메톡시실란(MTMS), 메틸트리에톡시실란(MTES), 테트라에톡시실란(TEOS), 3-메캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 가장 바람직하게는 3-메캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS)일 수 있다.

이와 같이, 용매에 실란 화합물을 더 포함시키는 이유는 탄화쌀겨 분말을 실란으로 표면처리하기 위함이며, 이를 통해 가교 속도와 인장강도, 파단 연신율 및 영구압축줄음율 등을 보다 높일 수 있다.

상기 (c) 단계에서 상기 초음파의 주파수는 20 kHz이고, 초음파의 강도는 200 내지 3000 W일 수 있다. 또한, 상기 초음파는 진폭(amplitude) 30% 내지 100%에서 1분 내지 5시간 동안 처리될 수 있다.

상기 조건 범위에서도 표면처리된 탄화쌀겨를 제조할 수 있으나, 보다 바람직하게는 초음파의 주파수는 20 kHz이고, 초음파의 강도는 200 내지 800 W일 수 있다. 또한, 상기 초음파는 진폭(amplitude) 80% 내지 100%에서 2시간 내지 3시간일 수 있다. 상기 바람직한 조건 범위를 벗어날 경우에는 탄화쌀겨의 구조적 손상이 발생할 수 있다. 또한 상기 바람직한 조건 범위를 만족하여 제조될 경우, 추후 고무 조성물 적용시 크렉의 발생과 전파를 막아주는 탄성을 증가시키고, 피로특성의 개선을 나타낼 수 있다.

또한, 상기 초음파 처리를 통해 볼밀과정만으로 균일하지 않던 탄화쌀겨의 입도분포가 균일해지는 것을 확인할 수 있다. 이때, 평균 직경은 평균 직경이 10 내지 20 ㎛일 수 있다.

특히, (c) 단계에서 용매 100중량부에 대하여 실란 화합물을 1 내지 10 중량부 더 포함하면서, 상기 초음파의 바람직한 조건을 만족할 경우, 이를 통해 제조된 표면처리된 탄화쌀겨는 고무 조성물 적용시 부식에 대한 큰 저항성을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법은 농업의 부산물로 폐기되는 쌀겨를 친환경 소재로써 활용할 수 있다는 점에 큰 장점이 있다. 게다가 탄화쌀겨를 제조하고, 이로부터 표면처리를 위해 초음파를 처리하는 공정을 거치게 되므로 공정이 간단하고, 우수한 물성을 갖는 표면처리된 탄화쌀겨 및 이를 포함하는 고무 조성물의 제조가 가능하여 매우 경제적인 장점을 갖는다.

본 발명의 다른 측면은 원료고무 100 중량부를 기준으로 표면처리된 탄화쌀겨 충전제 1 내지 50 중량부를 포함하는 고무 조성물에 관한 것이다.

상기 고무 조성물에서, 원료고무 100 중량부를 기준으로 표면처리된 탄화쌀겨 충전제가 30 내지 50 중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 상기 범위로 표면처리된 탄화쌀겨 충전제가 포함될 때 무니점도, 가교속도 및 파단연신율이 종래 고무 조성물보다 유의미하게 현저히 우수하기 때문이다.

상기 표면처리된 탄화쌀겨는 상술한 제조방법에 의해 제조된 것일 수 있고, 이는 평균 직경이 10 내지 20 ㎛일 수 있다.

상기 원료고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 부틸고무, 니트릴 고무, 수소화된 니트릴 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM), 우레탄 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무, 에틸렌 비닐 아세테이트 고무, 스티렌 에틸렌 부타디렌 스티렌 공중합체 고무(SEBS), 브로미네이티드 폴리이소부틸 이소프렌 코 파라메틸 스티렌(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene, BIMS), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

상기 고무 조성물은 통상적인 고무 조성물용 첨가제 즉, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 아로마틱 오일, 황, 촉진제 등을 적절히 선택하여 첨가할 수 있다.

종래 카본블랙 또는 실리카를 포함하는 것보다 본 발명에 따른 표면처리된 탄화쌀겨를 충전제로 포함한 고무 조성물이 가교 속도와 인장강도, 파단 연신율 및 영구압축줄음율 등의 측면에서 현저히 우수함을 확인하였다.

상기와 같은 방법에 의해 제조된 표면처리된 탄화쌀겨 함유 고무 조성물은 기존에 카본블랙/실리카를 충전제로 적용한 고무 조성물 보다 물리적 특성을 더 향상시킬 수 있으며, 이를 이용하여 고무 또는 타이어 등에 사용할 수 있고, 이외에도 수처리용 나노 필터, 전극 담체 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

실시예 1. 표면처리된 탄화쌀겨(UHC)의 제조

쌀겨를 준비하고, 이를 깨끗이 세척하고 건조한 후, 질소를 흘려주면서 600 ℃의 온도로 1 시간 동안 가열하여 탄화쌀겨를 얻었다. 상기 탄화쌀겨를 볼밀에 넣고, 볼과 탄화쌀겨의 중량비가 20:1이 되도록 하여 300 RPM에서 30분간 분쇄하여, 탄화쌀겨 분말(RHC)를 얻었다(도 2). 이때 탄화쌀겨 분말은 비분화된 탄화쌀겨라고도 한다. 상기 탄화쌀겨 분말을 물에 분삭시킨 후, 초음파 장치(VCX 500, Sonic & Materials, USA)를 통해 20 kHz 주파수, 500 W 강도로 3시간동안 처리하였다(이때, 초음파의 amplitude는 100%로 설정하였다).

실시예 2. 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨(USHC)의 제조

초음파 처리시, 물 대신 2 wt% 농도의 실란((3-mercaptopropyl)trimethoxysilane, MPTMS) 수용액를 사용한 것을 제외하고는 모두 실시예 1과 동일하게 하여 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨(USHC)를 제조하였다.

실시예 3 내지 4 및 비교예 1 내지 3. 고무 조성물의 제조

실시예 1 내지 2로부터 제조된 탄화쌀겨 분말(RHC), 표면처리된 탄화쌀겨(UHC) 및 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨(USHC)를 각각, 하기 배합에 따라 첨가하고, 롤밀(two roll mill)과 밀폐식 혼합기(internal mixer)를 사용하여 고무 조성물을 제조하였다.

성분 (중량, g)		비교예 1	비교예 2 (CB)				비교예 3 (RHC)				실시예 3 (UHC)				실시예 4 (USHC)
			A	B	C	D	A	B	C	D	A	B	C	D	A	B	C	D
고무 (Rubber)		100	100				100				100				100
ZnO		5	5				5				5				5
stearic acid		1	1				1				1				1
충전재 (filler)	CB	-	10	20	30	40	-				-				-
	RHC	-	-				10	20	30	40	-				-
	UHC	-	-				-				10	20	30	40	-
	USHC	-	-				-				-				10	20	30	40
TMTD		1	1				1				1				1
MBTS		0.5	0.5				0.5				0.5				0.5
Sulfur		1.5	1.5				1.5				1.5				1.5

여기서, 고무는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber)을 사용하였고, 가황촉진제로 TMTD(tetramethyl thiuram disulfide), MBTS(2,2-dithiobis (benzothiazole))를 사용하였다.

실험예 1. RHC, UHC, USHC의 입자크기 분포

실시예 1로부터 제조된 탄화쌀겨 분말(RHC), 표면처리된 탄화쌀겨(UHC) 및 실시예 2로부터 제조된 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨(USHC)의 부피평균 입도를 확인하고자 Laser Diffraction 입도 분석기(레이저 입도분석기)를 이용해 분석하였다.

도 3은 실시예 1로부터 제조된 탄화쌀겨 분말(RHC), 표면처리된 탄화쌀겨(UHC) 및 실시예 2로부터 제조된 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨(USHC)의 입자크기 분포도로, 이에 따르면 실시예 1로부터 제조된 탄화쌀겨 분말(RHC)의 경우 입도분포가 넓게 분포되어 있는 반면 초음파 처리를 진행한 UHC, USHC의 경우 D(v, 0.9) 값이 크게 감소하여 좁은 분포를 가지는 것을 확인하였다.

구체적으로 실시예 1로부터 제조된 탄화쌀겨 분말(RHC)은 직경이 균일하지 않았으나, 표면처리된 탄화쌀겨(UHC) 및 실시예 2로부터 제조된 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨(USHC)의 평균 직경은 10-20 ㎛이였다.

실험예 2. FT-IR 분석

도 4는 실시예 1로부터 제조된 탄화쌀겨 분말(RHC), 표면처리된 탄화쌀겨(UHC) 및 실시예 2로부터 제조된 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨(USHC)를 FT-IR로 분석한 결과이다. 이에 따르면 탄화하고 분쇄한 탄화쌀겨 분말(RHC)과 달리 표면처리된 탄화쌀겨(UHC)는 ??OH 피크(3400)가 커졌음을 알 수 있다. 또한 실시예 2로부터 제조된 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨(USHC)의 경우, Si-O-C의 피크(1050)가 형성됨을 알 수 있다.

실험예 3. 무니 점성도(Mooney Viscosity)

실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물의 점도를 측정하고자 하였다. Monsanto사 MV2000E로 Large Rotor를 사용하여 100℃에서 Rotor Speed 2±0.02 rpm의 조건에서 무니점도(ML1+4, @100℃)(MU)를 측정하였다. 이때 사용된 시료는 실온(23ㅁ3℃)에서 30분 이상 방치한 후 27±3g을 채취하여 다이 캐비티 내부에 채워 놓고 플래턴(Platen)을 작동시켜 토크를 인가하면서 무니점도를 측정하였다. 무니점도 측정 후 시료에 가해졌던 stress가 80% 완화될 때까지 걸린 시간을 T80이라고 하며, 이는 선형성의 지표가 되는 수치일 수 있다.

도 5는 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물에 대한 무니 점성을 나타낸 그래프이다. 도 5에서 filler content, phr는 충전재의 첨가양(g)이고, '0'은 비교예 1의 고무 조성물이고, '10'은 A, '20'은 B, '30'은 C, '40'은 D이다.

도 5에 나타난 바와 같이, 충전재가 첨가될수록 점도가 상승함을 알 수 있다. 이는 고무 조성물의 chain mobility가 감소하기 때문이다. 나아가, 충전재로 표면처리 혹은 실란으로 표면처리된 탄화쌀겨가 사용될 경우에는, 충전재와 충전재 간 상호작용(filler-filler interaction)이 감소되기 때문에, 분산(Dispersion)을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

실험예 4. 기계적 물성 평가

1) 가교 속도 지수(Cure rate index, CRI)

ASTM D2084를 참고하여 160 ℃에서 60분 동안 biconical 로터(진동 주파수: 100회/min(1.66 Hz))를 이용하여 t₁₀, t₉₀, T_min, T_max, 가교 속도 지수(cure rate index(CRI))를 평가하였다. CRI 값은 식 (1)로 구하였다.

[식 1]

상기 식 1에서, t₉₀는 최적 가황 시간(ΔTorque 90% 지점)이고, t₁₀은 고무 경화 시작 시간(ΔTorque 10% 지점)이다.

도 6은 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물에 대한 가교 속도 지수(CRI)을 나타낸 그래프이다. 도 6에서 filler content, phr는 충전재의 첨가양(g)이고, '0'은 비교예 1의 고무 조성물이고, '10'은 A, '20'은 B, '30'은 C, '40'은 D이다.

도 6에 나타난 바와 같이, 실시예 3A, 실시예 4A로부터 제조된 고무 조성물은 CRI 값이 감소하였다. 이는 탄화쌀겨가 촉진자(accelerator)를 흡수하기 때문에 생기는 현상이라 여겨진다. 그러나, 실시예 4B-D로부터 제조된 고무 조성물은 CRI 값이 크게 증가하였다.

2) 인장강도(Tensile strength) 및 파단 연신율(Elongation at break)

실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물은 위드랩㈜(S. Korea)에서 제조한 아령 3호 cutter기로 시편을 만들고 만능시험기(universal testing machine, Myung Ji tech, S. Korea)를 이용하여 인장강도(Tensile strength) 및 파단 연신율(Elongation at break)을 측정하였다.

도 7 및 8은 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물에 대한 인장강도(Tensile strength) 및 파단 연신율(Elongation at break)을 측정한 결과 그래프이다. 도 7 및 8에서 filler content, phr는 충전재의 첨가양(g)이고, '0'은 비교예 1의 고무 조성물이고, '10'은 A, '20'은 B, '30'은 C, '40'은 D이다.

도 7 및 8에 나타난 바와 같이 실시예 3, 4로부터 제조된 고무 조성물이 비교예 3으로부터 제조된 고무 조성물보다 인장강도와 파단 연신율이 유의미하게 더 우수한 것을 확인하였다.

카본블랙이 충전재로 도입된 비교예 2로부터 고무 조성물은 인장강도에서는 가장 높았으나, 파단 연신율에서는 200-250%였다. 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물은 비교예 2의 고무 조성물보다 2배 이상 높은 350-450%임을 확인하였다.

비교예 3의 고무 조성물과 같이 초음파 처리를 수행하지 않은 탄화쌀겨 분말(RHC)은, 아무것도 넣지 않은 일반적인 고무 조성물(비교예 1)에 비해 인장강도 뿐만 아니라 파단 연신율 모두 크게 증가하지 않음을 알 수 있다.

3) 영구압축줄음율(Compression set)

시편의 두께는 12.5±0.5 mm, 직경은 29.0±0.5 mm 제조하고, 이를 70 ℃ 온도 및 압축율 25%로 압축하여 22시간 보관 후, 변형된 높이를 측정하였다. 평가방법은 ASTM D 395를 참고하였고, 단위는 %로 표기하였다.

도 9는 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물과 비교예 1, 2A-D, 3A-D으로부터 제조된 고무 조성물에 대한 영구압축줄음율(Compression set)을 측정한 결과 그래프이다. 도 9에서 filler content, phr는 충전재의 첨가양(g)이고, '0'은 비교예 1의 고무 조성물이고, '10'은 A, '20'은 B, '30'은 C, '40'은 D이다.

영구압축줄음율(Compression set)은 응력이완(Stress relaxation) 또는 크리프 시험(Creep test)과 같이, 장시간 사용에 따른 제품의 변형을 예측하기 위한 평가이다. 도 9에 나타난 바와 같이, 카본블랙이 충전재로 도입된 비교예 2로부터 고무 조성물에 비해 실시예 3A-D, 4A-D로부터 제조된 고무 조성물의 영구압축줄음율(Compression set)이 2 배 이상 현저히 우수함을 확인하였다.

Claims

(a) 쌀겨를 탄화 처리하는 단계;
(b) 상기 탄화쌀겨를 볼밀로 분말화하는 단계; 및
(c) 상기 탄화쌀겨 분말을 용매하에서 초음파로 표면처리하는 단계;를 포함하는 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는 500 내지 1,500 ℃에서 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계를 통해 제조된 탄화쌀겨 분말은 평균직경이 5 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 용매 100중량부에 대하여 실란 화합물을 1 내지 10 중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 상기 초음파의 주파수는 20 kHz이고, 초음파의 강도는 200 내지 3000 W인 것을 특징으로 하는 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 실란 화합물은 디메틸디메톡시실란(DMDMS), 메틸트리메톡시실란(MTMS), 메틸트리에톡시실란(MTES), 테트라에톡시실란(TEOS), 3-메캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면처리된 탄화쌀겨의 제조방법.
원료고무 100 중량부를 기준으로 표면처리된 탄화쌀겨 충전제 20 내지 50 중량부를 포함하고,
상기 표면처리된 탄화쌀겨 충전제는 쌀겨를 탄화하고, 볼밀로 분말화한 후, 용매하에서 초음파를 통해 표면처리한 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제7항에 있어서,
상기 용매에 실란 화합물을 더 포함하고,
상기 용매 100중량부에 대하여 실란 화합물을 1 내지 10 중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제7항의 고무 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 고무 또는 타이어.