KR102389823B1 - Silica-rubber composite composition containing cellulose derivative dispersant and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리카; 셀룰로오스 유도체 분산제; 및 고무원료가 혼합된 실리카-고무 복합 조성물과 이의 제조방법에 관한 것이다. 셀룰로오스 유도체 분산제가 첨가됨으로써 우수한 가공성, 인장특성, 마모특성을 가지는 고무 복합 재료로 사용 가능성을 확인하였다. The present invention is silica; cellulose derivative dispersants; and a silica-rubber composite composition in which a rubber raw material is mixed, and a method for preparing the same. The possibility of use as a rubber composite material having excellent processability, tensile properties and abrasion properties was confirmed by the addition of a cellulose derivative dispersant.

Description

셀룰로오스 유도체 분산제를 포함하는 실리카-고무 복합 조성물 및 이의 제조방법{Silica-rubber composite composition containing cellulose derivative dispersant and method for producing the same}Silica-rubber composite composition containing cellulose derivative dispersant and method for producing the same

본 발명은 셀룰로오스 유도체를 분산제로 적용하여 실리카 분산성이 개선된 실리카-고무 복합 조성물과 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a silica-rubber composite composition having improved silica dispersibility by applying a cellulose derivative as a dispersant and a method for preparing the same.

실리카는 폭넓은 분야에서 불가결한 소재로서 이용되고 있다. 그중에서도 실리카는 고무의 충전제로 고무의 보강성을 향상시키는 데 사용되며 물과 잘 달라붙는 친수성의 성질을 가지고 있다. 이에 타이어의 젖은 노면에서의 제동 성능을 향상시킬 수 있어 최근 출시되는 초고성능 타이어에 많이 쓰이고 있다.Silica is used as an indispensable material in a wide range of fields. Among them, silica is used to improve the reinforcing properties of rubber as a filler in rubber and has hydrophilic properties that adhere well to water. Therefore, it can improve the braking performance of the tire on a wet road surface, so it is widely used in the recently released ultra-high performance tires.

그러나, 실리카는 표면에 실란올기가 존재하기 때문에 실리카 표면의 실란올기로 인하여 실리카끼리 수소결합이 발생하고 합성고무는 소수성이기 때문에 서로 잘 섞이지 않는다. 이러한 이유로 실리카-고무 복합재료 내에서 실리카 분산성이 떨어지고 실리카끼리의 응집 현상이 발생하는 문제가 있다.However, since silica has silanol groups on the surface, hydrogen bonds between silicas occur due to silanol groups on the surface of silica, and synthetic rubber is hydrophobic, so it does not mix well with each other. For this reason, there is a problem in that silica dispersibility is poor in the silica-rubber composite material and aggregation of silica occurs.

이러한 실리카 응집 현상은 고무 복합재료 물성에 악영향을 준다. 실리카-고무 복합재료가 우수한 특성을 나타내기 위해선 고무 내의 실라카가 고르게 분산되어야 한다. 실리카의 분산을 향상시키기 위해 실리카 표면의 소수화, 극성기가 도입된 고무 개발, 실리카용 분산제의 개발이 필요한 실정이다. This silica agglomeration phenomenon adversely affects the physical properties of the rubber composite material. In order for the silica-rubber composite material to exhibit excellent properties, the silica in the rubber must be evenly dispersed. In order to improve the dispersion of silica, it is necessary to hydrophobize the silica surface, develop a rubber having a polar group, and develop a dispersant for silica.

본 발명자들은 실리카 응집 현상 문제를 해결하고 실리카-고무 복합 조성물의 물성을 향상시키기 위해 예의 연구 노력한 결과, 실리카 분산제로 셀룰로오스 유도체를 고무 조성물에 적용함으로써 실리카 분산성뿐만 아니라 가공성 및 내마모성이 향상됨을 확인하고 본 발명을 완성하였다.As a result of intensive research efforts to solve the problem of silica agglomeration and improve the physical properties of the silica-rubber composite composition, the present inventors confirmed that silica dispersibility as well as processability and abrasion resistance are improved by applying a cellulose derivative to the rubber composition as a silica dispersant, and The present invention was completed.

본 발명의 하나의 목적은 실리카 및 셀룰로오스 유도체 분산제, 및 고무원료가 혼합된, 실리카-고무 복합 조성물을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a silica-rubber composite composition in which silica and a cellulose derivative dispersant, and a rubber raw material are mixed.

본 발명의 또 다른 목적은 실리카, 셀룰로오스 유도체 분산제, 및 고무원료를 교반하여 혼합물을 제조하는 제1 단계; 및 상기 혼합물에 응집제를 투입하는 제2 단계를 포함하는, 실리카-고무 복합 조성물 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is a first step of preparing a mixture by stirring silica, a cellulose derivative dispersant, and a rubber raw material; and a second step of adding a coagulant to the mixture, to provide a method for preparing a silica-rubber composite composition.

이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 발명에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 발명의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.This will be described in detail as follows. Meanwhile, each description and embodiment disclosed in the present invention may be applied to each other description and embodiment. That is, all combinations of the various elements disclosed herein fall within the scope of the present invention. In addition, it cannot be considered that the scope of the present invention is limited by the specific descriptions described below.

본 발명의 제1양태는 실리카, 셀룰로오스 유도체 분산제, 및 고무원료가 혼합된, 실리카-고무 복합 조성물을 제공하는 것이다. A first aspect of the present invention is to provide a silica-rubber composite composition in which silica, a cellulose derivative dispersant, and a rubber raw material are mixed.

본 발명의 상기 "실리카"는 타이어를 포함하는 고무 제조에서 사용하는 보강 충진재를 의미할 수 있다. 실리카는 고무의 회전저항을 줄여 연비특성을 높일 수 있으며, 제동능력도 향상시킬 수 있어 타이어 트레드 고무용 복합 재료의 보강 충진재로 실리카 사용이 증가하고 있다. 그러나, 실리카는 표면의 실란올기로 인해 소수성인 고무와의 상호작용이 어려우며, 실리카 간 수소결합으로 인한 응집현상으로 실리카 분산성이 저하되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 별도의 실리카 분산제가 필요하다. The "silica" of the present invention may mean a reinforcing filler used in manufacturing rubber including tires. Silica can improve fuel efficiency by reducing the rolling resistance of rubber, and can also improve braking performance. However, silica has a problem in that it is difficult to interact with a hydrophobic rubber due to a silanol group on the surface, and silica dispersibility is deteriorated due to aggregation caused by hydrogen bonding between silicas. A separate silica dispersant is required to solve this problem.

상기 실리카는 분산 안정성 및 안티블로킹 관점에서 입도가 0.1 um 내지 100 um 인 것이 가장 바람직하다. It is most preferable that the silica has a particle size of 0.1 um to 100 um in terms of dispersion stability and anti-blocking.

본 발명에 사용되는 상기 "실리카"는 Ultrasil 7000GrTM (Evonik 사제), Ultrasil 9000GrTM (Evonik 사제), Zeosil 1165MPTM (Rhodia 사제), Zeosil 200MPTM (Rhodia 사제) 또는 Zeosil 195HRTM (Rhodia 사제) 등의 시판품이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The "silica" used in the present invention includes Ultrasil 7000Gr TM (manufactured by Evonik), Ultrasil 9000Gr TM (manufactured by Evonik), Zeosil 1165MP TM (manufactured by Rhodia), Zeosil 200MP TM (manufactured by Rhodia) or Zeosil 195HR TM (manufactured by Rhodia), etc. Commercial products of may be used, but is not limited thereto.

본 발명의 상기 "셀룰로오스 유도체 분산제"는 셀룰로오스계 수지로서 실리카 분산제를 의미한다. 구체적으로 하기 화학식 1로 표시되는 수지를 의미한다.The "cellulose derivative dispersant" of the present invention means a silica dispersant as a cellulose-based resin. Specifically, it refers to a resin represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020074856972-pat00001
Figure 112020074856972-pat00001

상기 R은 수소결합 가능한 친수성 작용기를 구비한 것이고,Wherein R is provided with a hydrophilic functional group capable of hydrogen bonding,

구체적으로 상기 R은 수소결합 가능한 친수성 작용기가 치환된 알킬기이고, 상기 알킬기는 C1 내지 C5인 것이고, 상기 친수성 작용기는 하이드록시기(-OH), 카르복실기(-COOH), 싸이올기(-SH) 및 아민기(NH2)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이다. 본 발명의 일 실시 예에서는 메탄올(CH3OH) 및 아세트산(CH3COOH)을 이용하였으나, 이에 제한되지 않는다. Specifically, R is an alkyl group substituted with a hydrophilic functional group capable of hydrogen bonding, the alkyl group is C1 to C5, and the hydrophilic functional group is a hydroxyl group (-OH), a carboxyl group (-COOH), a thiol group (-SH) and It is any one selected from the group consisting of an amine group (NH 2 ). In an embodiment of the present invention, methanol (CH 3 OH) and acetic acid (CH 3 COOH) were used, but the present invention is not limited thereto.

예를 들어 상기 극성 작용기인 알코올기 또는 카르복실기가 실리카의 실란올기와 반응하여 실리카 표면을 소수화시킬 수 있다. 탄소가 5개 초과인 경우 셀룰로오스계 수지 내의 수소 결합으로 인해 실리카와의 분자간 결합이 충분하지 못한 문제가 있다. For example, an alcohol group or a carboxyl group that is the polar functional group may react with a silanol group of silica to make the silica surface hydrophobic. When the number of carbons is more than 5, there is a problem in that intermolecular bonding with silica is not sufficient due to hydrogen bonding in the cellulosic resin.

상기 셀룰로오스 유도체 분산제는 상기 고무원료 100 중량 대비 2 내지 5 중량부인 것일 수 있다. 2 미만인 경우 실리카 분산제로서 효과가 미미하며, 5 초과인 경우 실리카 분산성이 향상되어 고무의 점도가 낮아져 가공성은 향상시키나, 가류촉진제인 CBS(N-사이클로헥실벤조싸이아졸)의 활성이 셀룰로오스와의 수소결합으로 인해 방해를 받아 기계적물성 및 내마모성을 저하시킬 수 있다.The cellulose derivative dispersant may be used in an amount of 2 to 5 parts by weight based on 100 weight of the rubber raw material. If it is less than 2, the effect as a silica dispersant is insignificant, and if it is more than 5, silica dispersibility is improved and the viscosity of rubber is lowered to improve processability, but the activity of the vulcanization accelerator CBS (N-cyclohexylbenzothiazole) Hydrogen bonding may interfere with the degradation of mechanical properties and wear resistance.

본 발명의 상기 "고무원료"는 스티렌-부타디엔 고무(Styrene-butadiene rubber; SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 및 네오디뮴 부타디엔 고무로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.The "rubber raw material" of the present invention includes at least one or more from the group consisting of styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, and neodymium butadiene rubber. may be doing

상기 고무원료 100 중량 대비 상기 실리카는 80 내지 120 중량부인 것일 수 있다. 상기 범위 내 인 경우에 고무 보강재로써 우수한 효과를 가질 수 있다. The amount of the silica may be 80 to 120 parts by weight based on 100 parts by weight of the rubber raw material. When it is within the above range, it may have an excellent effect as a rubber reinforcing material.

본 발명의 제2양태는 실리카, 셀룰로오스 유도체 분산제, 및 고무원료를 교반하여 혼합물을 제조하는 제1 단계; 및 상기 혼합물에 응집제를 투입하는 제2 단계를 포함하는, 실리카-고무 복합 조성물 제조방법을 제공하는 것이다.A second aspect of the present invention is a first step of preparing a mixture by stirring silica, a cellulose derivative dispersant, and a rubber raw material; and a second step of adding a coagulant to the mixture, to provide a method for preparing a silica-rubber composite composition.

본 발명의 상기 제1 단계는 실리카와 고무원료의 층 분리를 방지하기 위해 50℃ 이상에서 반응시킨다. 이때 상기 실리카, 셀룰로오스 유도체 분산제, 및 고무원료에 사용할 수 있는 용매는 수계용매로서 구체적으로 물, 메탄올, 에탄올 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다. 보다 구체적으로 물일 수 있다. In the first step of the present invention, the reaction is performed at 50° C. or higher to prevent layer separation between silica and rubber raw material. In this case, the silica, the cellulose derivative dispersant, and the solvent that can be used for the rubber raw material are water-based solvents, specifically water, methanol, ethanol, and the like, but are not limited thereto. More specifically, it may be water.

상기 제2 단계는 응집된 실리카-고무 복합 조성물을 제조하기 위한 단계를 의미한다 상기 응집제는 염화칼슘, 황산, 염산, 황산마그네슘, 황산알루미늄 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The second step refers to a step for preparing the agglomerated silica-rubber composite composition. The coagulant may include, but is not limited to, calcium chloride, sulfuric acid, hydrochloric acid, magnesium sulfate, aluminum sulfate, and the like.

본 발명은 상기 제2 단계 이후 활성제, 산화방지제, 가류제, 및 가류촉진제로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 비교예 및 실시예에서는 상기 활성제로 ZnO(산화아연), 상기 산화방지제로 6PPD(N-다이메틸뷰틸-N'-페닐-P-페닐렌다이아민), 상기 가류제로 황, 상기 가류촉진제로 CBS(N-사이클로헥실벤조싸이아졸)와 DPG(N,N-다이페닐구아니딘)를 사용하였으나, 이에 제한되지 않는다.The present invention may include the step of adding at least one or more from the group consisting of an activator, an antioxidant, a vulcanizing agent, and a vulcanization accelerator after the second step. In one comparative example and embodiment of the present invention, ZnO (zinc oxide) as the activator, 6PPD (N-dimethylbutyl-N'-phenyl-P-phenylenediamine) as the antioxidant, sulfur as the vulcanizing agent, the CBS (N-cyclohexylbenzothiazole) and DPG (N,N-diphenylguanidine) were used as vulcanization accelerators, but the present invention is not limited thereto.

셀룰로오스 유도체 분산제를 첨가하여 제조된 실리카-고무 복합 조성물은 실리카 분산성이 개선되어 가공성, 인장 특성 및 내마모특성의 향상을 확인하여 실리카를 사용하는 다양한 고무 복합재료 분야에 널리 이용될 수 있다. The silica-rubber composite composition prepared by adding a cellulose derivative dispersant has improved silica dispersibility and thus improved processability, tensile properties, and abrasion resistance, so that it can be widely used in various rubber composite materials using silica.

이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

비교예 1. 실리카-고무 복합 조성물의 제조Comparative Example 1. Preparation of silica-rubber composite composition

실리카는 물을 용매로 하여 반응기에서 교반하며 SBR 라텍스1) 100 phr을 투입하였다. 이때, 층분리 방지를 위해 60℃이상 유지하며 일정시간 교반시켰다. 그 후 혼합 용액에 교반을 진행하면서 응집제를 투입하여 응집된 실리카-SBR 복합재료를 얻어내고 이를 24시간 이상 건조시켰다. 건조된 실리카-SBR 복합재료를 Kneader기를 이용하여 활성제인 ZnO(산화아연) 3 phr, 안정화제인 스테아르산 2 phr, 산화방지제인 6PPD(N-다이메틸뷰틸-N'-페닐-P-페닐렌다이아민) 1 phr, 가류제인 황 1.5 phr, 가류 촉진제인 CBS(N-사이클로헥실벤조싸이아졸) 1.5 phr 및 DPG(N,N-다이페닐구아니딘) 1.5 phr을 첨가하면서 혼합했다. 이어서 롤밀기를 이용하여 시트화 시킨 후 레오미터를 이용하여 가황조건을 통해 160℃에서 일정시간을 가류 시킨 후 적합한 규격으로 성형하여 시험에 사용하였다. 상기 SBR 라텍스1)는 에멀젼 형태의 Styrene-Butadiene-Rubber 라텍스를 의미한다.Silica was stirred in a reactor using water as a solvent, and SBR latex 1) 100 phr was added. At this time, to prevent layer separation, the mixture was maintained at 60° C. or higher and stirred for a certain period of time. After that, a coagulant was added to the mixed solution while stirring to obtain an agglomerated silica-SBR composite, which was dried for at least 24 hours. The dried silica-SBR composite material was treated with a Kneader group using 3 phr of ZnO (zinc oxide) as an activator, 2 phr of stearic acid as a stabilizer, and 6PPD (N-dimethylbutyl-N'-phenyl-P-phenylenedia as an antioxidant). Min) 1 phr, vulcanizing agent 1.5 phr sulfur, vulcanization accelerator CBS (N-cyclohexylbenzothiazole) 1.5 phr and DPG (N,N-diphenylguanidine) 1.5 phr were added and mixed. Then, it was made into a sheet using a roll mill and vulcanized at 160° C. for a certain period of time under vulcanization conditions using a rheometer, and then molded to a suitable standard and used for the test. The SBR latex 1) refers to Styrene-Butadiene-Rubber latex in the form of an emulsion.

실시예 1. Example 1.

셀룰로오스 유도체 분산제를 4 phr을 사용하는 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다. 상기 "셀룰로오스 유도체 분산제"는 셀룰로오스계 수지로서 실리카 분산제를 의미한다. 구체적으로 하기 화학식 1로 표시되는 수지를 의미한다.A rubber was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that 4 phr of the cellulose derivative dispersant was used. The "cellulose derivative dispersant" refers to a silica dispersant as a cellulose-based resin. Specifically, it refers to a resin represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020074856972-pat00002
Figure 112020074856972-pat00002

상기 R은 H인 셀룰로오스 유도체 분산제를 의미한다.Wherein R is H means a cellulose derivative dispersant.

실시예 2. Example 2.

셀룰로오스 유도체 분산제를 4 phr을 사용하는 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다. 상기 "셀룰로오스 유도체 분산제"는 셀룰로오스계 수지로서 실리카 분산제를 의미한다. 구체적으로 상기 화학식 1로 표시되는 수지이고, 상기 R은 C2OH인 셀룰로오스 유도체 분산제를 의미한다. A rubber was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that 4 phr of the cellulose derivative dispersant was used. The "cellulose derivative dispersant" refers to a silica dispersant as a cellulose-based resin. Specifically, the resin represented by Formula 1, wherein R is C 2 OH means a cellulose derivative dispersant.

실시예 3. Example 3.

셀룰로오스 유도체 분산제를 4 phr을 사용하는 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다. 상기 "셀룰로오스 유도체 분산제"는 셀룰로오스계 수지로서 실리카 분산제를 의미한다. 구체적으로 상기 화학식 1로 표시되는 수지이고, R은 CH2COOH인 셀룰로오스 유도체 분산제를 의미한다.A rubber was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that 4 phr of the cellulose derivative dispersant was used. The "cellulose derivative dispersant" refers to a silica dispersant as a cellulose-based resin. Specifically, it is a resin represented by Formula 1, and R is CH 2 COOH means a cellulose derivative dispersant.

실시예 4. 셀룰로오스 유도체 분산제를 2 phr을 사용하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카-고무 복합 조성물을 제조하였다. Example 4. A silica-rubber composite composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2 phr of the cellulose derivative dispersant was used.

비교예 2. 셀룰로오스 유도체 분산제를 6 phr을 사용하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카-고무 복합 조성물을 제조하였다. Comparative Example 2. A silica-rubber composite composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 6 phr of the cellulose derivative dispersant was used.

비교예 3. 실리카를 40 phr을 사용하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카-고무 복합 조성물을 제조하였다. Comparative Example 3. A silica-rubber composite composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 40 phr of silica was used.

비교예 4. 실리카를 60 phr을 사용하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카-고무 복합 조성물을 제조하였다. Comparative Example 4. A silica-rubber composite composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 60 phr of silica was used.

실시예 5. 실리카를 80 phr을 사용하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카-고무 복합 조성물을 제조하였다. Example 5. A silica-rubber composite composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 80 phr of silica was used.

실시예 6. 실리카를 120 phr을 사용하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카-고무 복합 조성물을 제조하였다. Example 6. A silica-rubber composite composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 120 phr of silica was used.

하기 표 1은 상기 비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 6 의 실리카-고무 복합 조성물 조합 조성비를 요약한 것이다.Table 1 below summarizes the composition ratio of the silica-rubber composite composition of Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 6 above.

고무 배합표 (단위: phr)Rubber formulation table (unit: phr) 구분division SBR 라텍스1) SBR Latex 1) 실리카silica 셀룰로오스 유도체 분산제 함량Cellulose derivative dispersant content 셀룰로오스 유도체 분산제 작용기 종류Cellulose derivatives Dispersant Functional Group Types 비교예 1Comparative Example 1 100100 100100 -- -- 실시예 1Example 1 100100 100100 44 HH 실시예 2Example 2 100100 100100 44 C2OHC 2 OH 실시예 3Example 3 100100 100100 44 CH2COOHCH 2 COOH 실시예 4Example 4 100100 100100 22 HH 비교예 2Comparative Example 2 100100 100100 66 HH 비교예 3Comparative Example 3 100100 4040 44 HH 비교예 4Comparative Example 4 100100 6060 44 HH 실시예 5Example 5 100100 8080 44 HH 실시예 6Example 6 100100 120120 44 HH

상기 표 1의 SBR 라텍스1)는 에멀젼 형태의 Styrene-Butadiene-Rubber 라텍스를 의미하는 것이며, 셀룰로오스 유도체 분산제2)는 상기 화학식 1의 구조를 가지고 있는 셀룰로오스를 의미한다.SBR latex 1) in Table 1 means Styrene-Butadiene-Rubber latex in the form of an emulsion, and cellulose derivative dispersant 2) means cellulose having the structure of Formula 1 above.

실험예 1. 셀룰로오스 유도체 분산제 종류별 실리카-고무 복합 조성물의 물성 평가 방법Experimental Example 1. Method for evaluating physical properties of silica-rubber composite composition by type of cellulose derivative dispersant

가공성을 나타내는 무니점도는 ㈜명지테크사의 MV2020 모델을 사용하여 ISO 289-1 규격에 의거하여 (ML(1+4)@100℃의 값을 측정하였다. 인장물성은 Tinius Olsen사의 H5K-T모델인 Universal testing machine (UTM) 인장 시험기를 사용하여 측정하였다. 프레스에서 성형하여 만든 시트는 KSM 6518에 따라 물성 측정용 시편으로 절단 후, 인장강도와 신장율을 측정하였다. 마모도 측정은 ASTM D 5963 에 따라 직경 16 mm, 두께 8 mm 인 실린더형 시편을 제작하고, 40±1 rpm 의 속도로 회전하는 원통형 드럼에 부착된 연마포의 표면에 시험편을 40±0.2 m 마모시켜 시편의 마모 감소량을 최초 시편 무게 대비 마모된 시편 무게를 계산하여 측정하였다. 경도 측정은 ISO 868 기준에 의거하여 ㈜ 위드랩사의 CL-150M 모델을 사용하여 1 mm의 시편을 5회씩 측정하여 평균치를 나타내었다. 측정 결과는 하기 실험예 2 내지 4에서 설명한다.Mooney viscosity indicating workability was measured using the MV2020 model of Myongji Tech Co., Ltd. and the value of (ML(1+4)@100℃ according to the ISO 289-1 standard. Tensile properties are the H5K-T model of Tinius Olsen. It was measured using a universal testing machine (UTM) tensile tester.The sheet made by molding in a press was cut into a specimen for measuring physical properties according to KSM 6518, and then tensile strength and elongation were measured. Abrasion was measured according to ASTM D 5963. Diameter according to ASTM D 5963 A 16 mm, 8 mm thick cylindrical specimen was manufactured, and the specimen was abraded 40±0.2 m on the surface of abrasive cloth attached to a cylindrical drum rotating at a speed of 40±1 rpm to compare the amount of wear reduction of the specimen compared to the initial specimen weight. The weight of the worn specimen was calculated and measured.The hardness was measured by measuring the specimen of 1 mm 5 times using the CL-150M model of With Lab Co., Ltd. based on the ISO 868 standard, and the average value was shown. 2 to 4 will be described.

실험예 2. 셀룰로오스 유도체 분산제의 R기에 따른 물성 평가Experimental Example 2. Evaluation of physical properties according to R group of cellulose derivative dispersant

무니점도, 기계적물성 및 내마모성 시험결과Mooney viscosity, mechanical properties and abrasion resistance test results 구분division 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 무니(Mooney)
점도(100℃)
Mooney
Viscosity (100℃)
93.693.6 90.590.5 91.391.3 90.990.9
경도Hardness 6060 6565 6262 6363 100% 모듈러스
(kgf/cm2)
100% modulus
(kgf/cm 2 )
13.513.5 15.915.9 14.014.0 14.814.8
300% 모듈러스(kgf/cm2)300% modulus (kgf/cm 2 ) 42.442.4 50.750.7 44.544.5 48.648.6 신율(%)Elongation (%) 10501050 980980 10601060 10101010 인장강도
(kgf/cm2)
The tensile strength
(kgf/cm 2 )
245245 262262 251251 258258
마모특성(mg)Wear characteristics (mg) 258.5258.5 183.8183.8 222.3222.3 205.6205.6

상기 표 2에서, 무니점도 수치가 낮을수록 고무 가공성이 향상되는 것을 의미하는 것이고, 경도는 높을수록 딱딱함을 의미하는 것이다. 인장 물성 (100%, 300% 모듈러스, 인장강도, 신율)에 대한 수치는 높을수록 각각의 특성이 우수함을 의미하는 것이다. 마모특성의 경우 최초 무게 대비 손실된 무게를 나타내는 것으로 수치가 낮을수록 마모특성이 우수한 것을 의미하는 것이다.In Table 2, the lower the Mooney viscosity value, the better the rubber processability, and the higher the hardness, the harder it is. The higher the numerical values for tensile properties (100%, 300% modulus, tensile strength, and elongation), the better each property is. In the case of abrasion characteristics, it indicates the weight lost compared to the initial weight, and the lower the number, the better the wear characteristics.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 과 실시예 1 내지 3을 비교하면 R기의 종류(H, CH2OH, CH2COOH)와 상관없이 셀룰로오스 유도체 분산제 첨가 시 무니점도가 낮아져 가공성이 향상됨을 확인할 수 있다. 또한 기계적 물성 및 내마모성 또한 향상됨을 확인할 수 있다. 그 중에서도 특히 R=H인 경우, 가공성, 기계적 물성 및 내마모성 관점에서 우수한 효과를 나타내었다. 이후 실시예 4 내지 9는 실시예 1에 해당하는 셀룰로오스 분산제를 적용하여 실험을 수행하였다.As shown in Table 2, when Comparative Example 1 and Examples 1 to 3 are compared, regardless of the type of R group (H, CH 2 OH, CH 2 COOH), when the cellulose derivative dispersant is added, Mooney viscosity is lowered and processability is improved. can confirm. In addition, it can be seen that mechanical properties and abrasion resistance are also improved. Among them, in particular, when R=H, an excellent effect was exhibited in terms of workability, mechanical properties, and abrasion resistance. Afterwards, Examples 4 to 9 were tested by applying the cellulose dispersant corresponding to Example 1.

실험예 3. 셀룰로오스 유도체 분산제 함량에 따른 물성 평가Experimental Example 3. Evaluation of physical properties according to cellulose derivative dispersant content

무니점도 및 물성 시험결과Mooney Viscosity and Physical Properties Test Results 구분division 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 실시예 4Example 4 비교예 2Comparative Example 2 무니(Mooney)점도(100℃)Mooney Viscosity (100℃) 93.693.6 92.992.9 90.590.5 87.287.2 경도Hardness 6060 6262 6565 5858 100% 모듈러스(kgf/cm2)100% modulus (kgf/cm 2 ) 13.513.5 15.015.0 15.915.9 12.712.7 300% 모듈러스(kgf/cm2)300% modulus (kgf/cm 2 ) 42.442.4 48.648.6 50.750.7 38.938.9 신율(%)Elongation (%) 10501050 10501050 980980 10601060 인장강도(kgf/cm2)Tensile strength (kgf/cm 2 ) 245245 250250 262262 236236 마모특성(mg)Wear characteristics (mg) 258.5258.5 200200 183.8183.8 214.6214.6

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 및 비교예 2 와 셀룰로오스 유도체 분산제를 사용한 실시예 1 및 실시예 4를 통해 셀룰로오스 유도체 분산제 함량이 증가할수록 무니점도가 낮아져 가공성이 향상됨을 확인할 수 있다. 비교예 1과 셀룰로오스 유도체 분산제를 사용한 실시예 1, 실시예 4를 통해 셀룰로오스 유도체 분산제를 4 phr까지 적용한 경우 기계적 물성 및 내마모성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 그러나, 비교예 2의 경우 셀룰로오스 유도체 분산제 6 phr 적용시 가공성 향상은 확인하였으나, 경도, 모듈러스, 및 인장강도 측면에서 실시예 1 및 2와 대비하여 물성이 저하되는 것을 알 수 있었다. 이를 통해, 가공성을 향상시키면서도 비교예 1과 동등 또는 그 이상의 물성을 가지는 실리카-고무 복합 조성물에 적용되는 셀룰로오스 유도체 분산제 함량은 6 phr 미만인 것을 유추할 수 있다. As shown in Table 3, in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 4 using the cellulose derivative dispersant, as the content of the cellulose derivative dispersant increases, the Mooney viscosity decreases, thereby improving processability. In Comparative Example 1 and Examples 1 and 4 using the cellulose derivative dispersant, when the cellulose derivative dispersant was applied up to 4 phr, it was confirmed that mechanical properties and abrasion resistance were improved. However, in Comparative Example 2, it was confirmed that processability was improved when 6 phr of the cellulose derivative dispersant was applied, but physical properties were lowered compared to Examples 1 and 2 in terms of hardness, modulus, and tensile strength. Through this, it can be inferred that the content of the cellulose derivative dispersant applied to the silica-rubber composite composition having properties equal to or higher than those of Comparative Example 1 while improving processability is less than 6 phr.

실험예 4. 실리카 함량에 따른 물성 평가Experimental Example 4. Evaluation of physical properties according to silica content

무니점도, 기계적물성 및 내마모성 시험결과Mooney viscosity, mechanical properties and abrasion resistance test results 구분division 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 무니(Mooney)
점도(100℃)
Mooney
Viscosity (100℃)
93.693.6 90.590.5 86.786.7 88.388.3 89.989.9 91.491.4
경도Hardness 6060 6565 7070 6969 6767 6363 100% 모듈러스
(kgf/cm2)
100% modulus
(kgf/cm 2 )
13.513.5 15.915.9 9.59.5 11.011.0 13.413.4 16.316.3
300% 모듈러스(kgf/cm2)300% modulus (kgf/cm 2 ) 42.442.4 50.750.7 39.739.7 42.342.3 46.546.5 51.551.5 신율(%)Elongation (%) 10501050 980980 10701070 10401040 10101010 940940 인장강도
(kgf/cm2)
The tensile strength
(kgf/cm 2 )
245245 262262 205205 228228 244244 268268
마모특성(mg)Wear characteristics (mg) 258.5258.5 183.8183.8 238.8238.8 212.5212.5 198.5198.5 180.6180.6

상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 2, 3 및 실시예 1, 5, 6을 통해 실리카 함량이 증가할수록 무니점도가 증가하는 것을 통해 가공성이 저하되며, 기계적 물성 및 내마모성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 기존 실리카-고무 복합 조성물에서 실리카 고함량 첨가 시 실리카의 응집으로 인한 분산성의 저하로 기계적 물성 및 내마모성이 저하된다. As shown in Table 4, as the silica content increased through Comparative Examples 2 and 3 and Examples 1, 5, and 6, the workability was decreased through the increase of Mooney viscosity, and it was confirmed that mechanical properties and abrasion resistance were improved. . When a high silica content is added to the existing silica-rubber composite composition, mechanical properties and abrasion resistance are deteriorated due to a decrease in dispersibility due to aggregation of silica.

그러나, 비교예 1과 실시예 5 및 실시예 6을 비교하면 SBR-라텍스 100 중량 대비 상기 실리카 중량이 80, 100 및 120 일때 셀룰로오스 유도체 분산제를 4 phr 첨가하면 실리카 고함량 첨가 시에도 실리카 분산성의 개선으로 인해 기계적 물성 및 내마모성이 향상됨을 확인할 수 있다.However, comparing Comparative Example 1 with Examples 5 and 6, when 4 phr of a cellulose derivative dispersant is added when the silica weight is 80, 100, and 120 compared to 100 weight of SBR-latex, silica dispersibility is improved even when a high silica content is added As a result, it can be seen that mechanical properties and abrasion resistance are improved.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary skill in the art will not depart from the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the scope of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.Accordingly, the technical scope of the present invention should not be limited to the content described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 실리카, 셀룰로오스 유도체 분산제, 및 고무원료를 교반하여 혼합물을 제조하는 제1 단계; 및
상기 혼합물에 응집제를 투입하는 제2 단계를 포함하고,
상기 셀룰로오스 유도체 분산제는 하기 화학식 1으로 표시되는 것이고,
[화학식 1]
Figure 112021113139252-pat00004

상기 R은 수소(H)이고,
상기 n은 2 이상의 정수인 것이고,
상기 고무원료 100 중량 대비 상기 셀룰로오스 유도체 분산제가 2 내지 5 중량부 혼합되고,
상기 제2 단계 이후 가류제 및 가류촉진제를 첨가하여 가류하는 단계를 포함하고,
상기 제1 단계에서 상기 화학식 1의 화합물과 상기 실리카의 실란올기가 반응하여 표면이 소수화된 상기 실리카가 상기 고무원료 사이에 분산되는, 실리카-고무 복합 조성물 제조방법.
A first step of preparing a mixture by stirring silica, a cellulose derivative dispersant, and a rubber raw material; and
A second step of adding a coagulant to the mixture,
The cellulose derivative dispersant is represented by the following formula (1),
[Formula 1]
Figure 112021113139252-pat00004

Wherein R is hydrogen (H),
Wherein n is an integer of 2 or more,
2 to 5 parts by weight of the cellulose derivative dispersant is mixed with respect to 100 weight of the rubber raw material,
and vulcanizing by adding a vulcanizing agent and a vulcanization accelerator after the second step,
The method for producing a silica-rubber composite composition, wherein the silica having a hydrophobic surface by reacting the compound of Formula 1 with the silanol group of the silica in the first step is dispersed between the rubber raw material.
삭제delete 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 제2 단계 이후 활성제, 산화방지제로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 첨가하는 단계를 포함하는, 실리카-고무 복합 조성물 제조방법.
8. The method of claim 7,
After the second step, the method for producing a silica-rubber composite composition comprising adding at least one or more from the group consisting of an active agent and an antioxidant.
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