KR20030033681A - 니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물 - Google Patents

니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체에 유해한 니트로소아민의 발생가능성을 근본적으로 제거하면서도 내열성 및 노화물성이 우수한 언더트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 공지의 첨가제를 포함하는 언더트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무로 천연고무 100 중량부에 대하여 유황 1.8.-2.5 중량부, 가황촉진제 1.0-2.0 중량부를 포함하는 니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물을 제공한다.

Description

니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물{The nitrosoamine free undertread compound}
본 발명은 니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체에 유해한 니트로소아민의 발생가능성을 근본적으로 제거하면서도 내열성 및 노화물성이 우수한 언더트레드 고무조성물에 관한 것이다.
공기압 타이어의 언더트레드 고무조성물은 천연고무를 원료고무로 하여 적절한 카본블랙, 노화방지제, 연화제, 가류제 및 가황촉진제 등의 첨가제를 사용하여 제조되고 있으며, 내발열 성능 및 노화물성이 우수한 특성을 지니고 있다.
이러한 성능을 발휘하도록 하기 위하여 사용되는 가황촉진제로는 여러 가지가 있으나, 특히 모폴린(morpholine)계의 가황촉진제인 4,4'-디티오디모르폴린 (4,4'-dithiomorpholine ; 상표명 Sulfasan-R, Flexsys, USA)은 천연고무 및 합성고무용 촉진제로서 황을 함유하고 있어 고무조성물 내에서 단일 유황결합(mono sulfide link) 수를 증가시켜 열안정성 및 노화안정성이 우수한 것으로 정평이 나있는 상태이다.
그러나, 1988년 독일 노동청에서 위험물질에 대한 기술적 규범을 발표하였고, 1996년 3월 신 TRGS 552를 제정하여 발표함으로써 니트로소아민(nitrosoamine)을 규제하기 시작하였다.
언더트레드 고무조성물에 일반적으로 사용되고 있는 Sulfasan-R은 화학반응 중에 산화질소 등과 반응하여 인체에 유해한 발암물질인 니트로소아민을 유발함으로써 환경오염의 주범이 되고 있다.
니트로소아민을 유발하는 유해물질 12종 중 타이어산업에서 사용되고 있던 물질은 총 7종으로써 현재 대부분 사용이 중단되었으나, Sulfasan-R 만은 효과의 우수성 때문에 대체물질을 쉽게 찾을 수가 없어 현재도 대부분의 타이어 업체에서 사용되고 있는 실정으로서, 현재 독일 노동청에서는 규제물질 총량을 1.0㎍/㎥ 이하로 하고 규제물질당 0.06㎍/㎥ 이하로 관리하고 있다.
이와 같은 이유로 그 효과의 우수성에도 불구하고 니트로소아민을 유발하는 Sulfasan-R을 대체하는 시스템의 개발이 절실히 요구되어 왔다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 연구를 수행하던 중, 가황촉진제로 사용되는 Sulfasan-R을 사용하는 대신에 저유황 고촉진제 시스템을 적용함으로써 이와 같은 문제점을 극복할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 인체에 유해한 니트로소아민이 발생하지 않으면서도 내열성 및 노화물성이 우수한 새로운 언더트레드 고무조성물을 제공함에 있다.
본 발명은 공지의 첨가제를 포함하는 언더트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무로 천연고무 100 중량부에 대하여 유황 1.8-2.5 중량부, 가황촉진제 1.0-2.0 중량부를 포함하는 니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물 임을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 언더트레드 고무조성물은 공기압 래디얼 타이어를 구성하는 언더트레드 고무조성물의 제조에 있어서 인체에 유해한 물질인 니트로소아민을 유발시키는 Sulfasan-R을 사용하는 대신에 가황촉진제를 증량하여 내열성 및 노화물성을 유지할 수 있는 환경친화적인 언더트레드 고무조성물이다.
본 발명에 의한 언더트레드 고무조성물은 포장도로를 주행하는 트럭버스용 래디알 타이어의 언더트레드 고무에 가황촉진제로 사용되어 왔던 Sulfasan-R 대신에 유황의 함량을 감소시키고, 다른 종류의 가황촉진제의 함량을 증가시킨 저유황/고촉진제 시스템이 적용된다.
본 발명에 의한 저유황/고촉진제 시스템은 천연고무 100 중량부에 대하여 사용되는 유황 1 중량부에 대해 가황촉진제 0.5 내지 0.8 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 유황의 함량을 낮추고 가황촉진제의 함량을 높여서 고무가황시 모노설파이드 또는 디설파이드 결합의 수를 증가시켜 물성 및 내열성을 향상시키기 위함이다.
본 발명에 의한 니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물에 사용될 수 있는 가황촉진제는 디티오카바메이트계 (dithiocarbamate)와 벤조티아졸계 (benzothiazole) 또는 벤조티아졸설펜아미드계 (benzothiazolesulfenamide) 등이 있다.
예컨대, 디티오카바메이트계 가황촉진제로는 테트라메틸티우람 모노설파이드 (tetramethylthiuram monosulfide), 테트라메틸티우람 디설파이드 (tetramethylthiuram disulfide), 테트라벤질티우람 모노설파이드 (tetrabenzylthiuram monosulfide), 테트라이소부틸티우람 모노설파이드 (tetraisothiuram monosulfide) 등이 사용될 수 있다.
벤조티아졸계 가황촉진제는 2-머캡토벤조티아졸 (2-mercaptobenzothiazole), 2,2'-디티오아비스벤조티아졸 (2,2'-dithioabisbenzothiazole) 등이 사용될수 있다.
벤조티아졸설펜아미드계 가황촉진제로는 N-싸이클로헥실벤조티아졸-2설펜아미드 (N-cyclohexylbenzothiazole-2-sulfenamide), N-t-부틸벤조티아졸-2-설펜아미드 (N-t-butyl-2-benzothiazole-2-sulfenamide) 등이 사용될 수 있다.
기타 본 발명에 의한 니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물에 포함되는 기타 성분 예를 들면, 카본블랙, 공정오일, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 점착제 등은 공지의 언더트레드 고무조성물의 첨가제들로서 이들 각각은 이미 알려진 첨가량의 범위에 따라 적의 선택하여 실시하는 것으로 충분하므로 이들에 관한 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 비교예를 통하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리 범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 1>
하기 표 1에 개시된 배합비와 같이 원료고무로 천연고무 100 중량부에 대하여 카본블랙 42 중량부, 공정오일 2 중량부, 스테아린산 1 중량부, 산화아연 5 중량부, 노화방지제 4.5 중량부, 점착제 3 중량부를 첨가하여 반바리 믹서에서 배합한 다음 160℃에서 방출시켰다.
방출된 배합고무를 실온에서 4시간 동안 방치한 후에 유황 2.2 중량부, 가황촉진제 1.2 중량부, 지연제 0.1 중량부를 첨가하여 반바리 믹서에서 배합하고 105℃의 온도에서 방출시켜 언더트레드 고무조성물을 제조하였다.
가황촉진제는 벤조티아졸설펜아미드계 가황촉진제인 N-t-부틸벤조티아졸-2-설펜아미드 (N-t-butyl-2-benzothiazole-2-sulfenamide)를 사용하였다.
<실시예 2>
가황촉진제 1.4 중량부를 첨가하는 것 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 언더트레드 고무조성물을 제조하였다.
<비교예>
유황 2.5 중량부, 지연제 0.05 중량부, 가황촉진제로 Sulfasan-R을 0.5 중량부, N-t-부틸벤조티아졸-2-설펜아미드 (N-t-butyl-2-benzothiazole-2-sulfenamide)를 0.8 중량부 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 언더트레드 고무조성물을 제조하였다.
<표 1> 배합비 (단위 : 중량부)
구분 실시예 1 실시예 2 비교예
천연고무 100 100 100
카본블랙 42 42 42
공정오일 2 2 2
스테아린산 1 1 1
산화아연 5 5 5
노화방지제 4.5 4.5 4.5
점착제 3 3 3
유황 2.2 2.2 2.5
가황촉진제 1* - - 0.5
가황촉진제 2** 1.2 1.4 0.8
지연제 0.10 0.10 0.05
* : Sulfasan-R
** : N-t-부틸벤조티아졸-2-설펜아미드
<시험예 1>
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무조성물을 160℃에서 15분 동안 가황류시켜 인장시편을 제조한 다음, 인장물성, 블로우 아웃 및 발열성능과 같은 배합고무의 물성시험은 ASTM 표준규격에 따라 측정하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.
이때 초기 인장물성 대비 노화물성의 인장강도 및 신율은 하락이 적을수록 우수함을 의미하고, 300% 모듈러스는 초기물성 대비 상승률이 적을수록 우수한 물성을 나타낸다.
또한 블로우 아웃 성능은 온도상승이 적을수록, 파단시간이 길수록 우수함을 의미하며, 발열성능은 온도가 낮을수록 우수함을 나타낸다.
<표 2> 물성측정 결과
구분 실시예 1 실시예 2 비교예
고무점도 (100℃) 60.1 60.3 61.5
인장물성(초기/노화) 경도(Shore법) 61/66 62/67 62/68
300%모듈러스(kg/㎠) 144/183 144/185 145/188
인장강도(kg/㎠) 291/221 297/204 285/171
신율(%) 511/357 519/325 496/282
블로우아웃 상승온도(℃) 45.4 43.6 45.8
파단시간(분) 17.8 24.8 15.8
발열성능 상승온도(℃) 19.3 18.7 19.4
<시험예 2>
본 발명에 의한 언더트레드 고무조성물을 이용하여 제조한 11R22.5 규격 타이어의 내구력 및 실차시험 결과 얻어진 내마모성능을 표 3에 나타내었다.
이때에 내구력은 시간이 길수록, 내마모 지수가 높을수록 성능이 우수함을 의미한다.
<표 3> 본 발명에 의한 고무조성물로 제조한 타이어의 성능
구분 실시예 1 실시예 2 비교예
내구력(ECER-54) 58시간 49분트레드벨트 파열59시간 19분트레드벨트 파열 67시간 31분트레드벨트 파열62시간 13분트레드벨트 파열 65시간 26분트레드벨트 파열60시간 02분트레드벨트 파열
내마모성능(km/mm) 7,961 8,254 8,177
상기의 실시예 및 시험예에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 언더트레드 고무조성물은 물성은 현용 대비 동등수준 이상으로 유지하면서도 내발열성능 및 노화물성이 동등수준 이상으로 유지되면서 내구력이 향상되며, 인체에 유해한 물질의 발생을 예방할 수 있어 환경친화적인 트레드 고무조성물이다.

Claims (2)

  1. 공지의 첨가제를 포함하는 언더트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무로 천연고무 100 중량부에 대하여 유황 1.8-2.5 중량부, 가황촉진제 1.0-2.0 중량부를 포함함을 특징으로 하는 니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 가황촉진제는 디티오카바메이트계, 벤조티아졸계 또는 벤조티아졸설펜아미드계 임을 특징으로 하는 니트로소아민이 발생하지 않는 언더트레드 고무조성물.
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