KR20110073307A - 탄소 나노튜브를 함유하는 구성요소를 가진 타이어 - Google Patents

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KR20110073307A
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게오르그스 마르셀 빅토르 틸렌
니콜라 코스탄티니
기오르기오 아고스티니
이자벨 레아 루이즈 마리 램버트
리차드 마이클 디시도키
래리 애쉴리 고든
샤오핑 양
브루스 레이몬드 한
레베카 리 단도
존 유진 바너
레슬리 알렌 할러
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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

본 발명은, 1종 이상의 다이엔계 고무, 60 내지 150 phr의 침강 실리카, 40 phr 미만의 카본 블랙, 및 5 미크론 이상의 길이를 갖는 1 내지 10 phr의 탄소 나노튜브를 포함하는 고무 배합물을 혼합하는 단계; 상기 고무 배합물로부터 타이어 트레드를 형성하는 단계; 및 상기 타이어 트레드를 상기 타이어 내에 포함시키는 단계를 포함하며, 이때 상기 타이어 트레드의 체적 저항이 ASTM D257-98에 의해 측정 시 1 × 109 Ω-cm 미만인, 공기압 타이어 내의 정전기를 전도하는 방법에 관한 것이다.

Description

탄소 나노튜브를 함유하는 구성요소를 가진 타이어{TIRE WITH COMPONENT CONTAINING CARBON NANOTUBES}
본 발명은 낮은 저항을 가진 탄소 나노튜브 함유 구성요소를 가진 타이어 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
타이어에, 롤링(rolling) 저항을 감소시켜 관련 자동차에 대한 연료 경제성을 개선시킬 뿐만 아니라 열 축적을 감소시켜 타이어 자체에 대한 열 내구성을 함께 개선시키는 조합을 제공하는 것이 때때로 바람직하다.
타이어의 이와 같은 바람직한 특성을 촉진하기 위해, 때때로 다양한 타이어 고무 구성요소의 이력(hysteresis) 특성을 감소시키는 것이 바람직하다.
타이어 구성요소를 위한 다양한 고무 조성의 이와 같은 이력 감소(예컨대, 고무의 물리적 반동 감소)는 예를 들어 카본 블랙의 양을 감소시키거나 또는 더 높은 표면적의 카본 블랙을 사용하여 이들의 카본 블랙 함량을 변화시키고 부수적으로 실리카 강화제를 증가시킴으로써 달성될 수 있다.
그러나, 단순히 카본 블랙을 감소시키는 것에 의하든 또는 상당 부분의 카본 블랙 강화제를 실리카 강화제로 대체하는 것에 의하든, 타이어 고무 구성요소의 카본 블랙 함량의 상당한 감소는, 특히 고무 조성물의 카본 블랙 함량이 퍼콜레이션 포인트(percolation point)로 알려진 것 밑으로 떨어질 때, 타이어의 비드(bead)부와 타이어 트레드의 주행면 간의 정전기 통과에 대한 전기 저항을 상당히 증가시킬 수 있는 각 타이어 구성요소의 전기 저항의 증가 또는 전기 전도도의 감소를 촉진한다.
따라서, 고무 조성물이 감소된 카본 블랙 함량을 가지지만 퍼콜레이션 포인트보다 높게 유지되도록 하기 위해 충분히 낮은 저항을 갖는 것이 유리할 것이다.
본 발명은, 1종 이상의 다이엔계 고무, 60 내지 150 phr의 침강 실리카, 40 phr 미만의 카본 블랙, 및 5 미크론 이상의 길이를 갖는 1 내지 10 phr의 탄소 나노튜브를 포함하는 고무 배합물을 혼합하는 단계; 상기 고무 배합물로부터 타이어 트레드를 형성하는 단계; 및 상기 타이어 트레드를 상기 타이어 내에 포함시키는 단계를 포함하며, 이때 상기 타이어 트레드의 체적 저항이 ASTM D257-98에 의해 측정 시 1 × 109 Ω-cm 미만인, 공기압 타이어 내의 정전기를 전도하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 1종 이상의 다이엔계 고무, 60 내지 150 phr의 침강 실리카, 40 phr 미만의 카본 블랙, 및 5 미크론 이상의 길이를 갖는 1 내지 10 phr의 탄소 나노튜브를 포함하는 고무 배합물을 포함하는 트레드를 포함하며, 이때 상기 타이어 트레드의 체적 저항은 ASTM D257-98에 의해 측정 시 1 × 109 Ω-cm 미만인, 공기압 타이어에 관한 것이다.
도 1은 다수의 고무 샘플에 대한 체적 저항 그래프이다.
도 2는 다수의 고무 샘플에 대한 체적 저항 그래프이다.
본 발명은 1종 이상의 다이엔계 고무, 60 내지 150 phr의 침강 실리카, 및 5 미크론 이상의 길이를 갖는 1 내지 10 phr의 탄소 나노튜브를 포함하는 고무 배합물을 혼합하는 단계; 상기 고무 배합물로부터 타이어 트레드를 형성하는 단계; 및 상기 타이어 트레드를 상기 타이어 내에 포함시키는 단계를 포함하며, 이때 상기 타이어 트레드의 체적 저항이 ASTM D257-98에 의해 측정 시 1 × 109 Ω-cm 미만인, 공기압 타이어 내의 정전기를 전도하는 방법을 개시한다.
또한, 본 발명은 1종 이상의 다이엔계 고무, 60 내지 150 phr의 침강 실리카, 및 5 미크론 이상의 길이를 갖는 1 내지 10 phr의 탄소 나노튜브를 포함하는 고무 배합물을 포함하는 트레드를 포함하며, 이때 상기 타이어 트레드의 체적 저항이 ASTM D257-98에 의해 측정 시 1 × 109 Ω-cm 미만인, 공기압 타이어를 개시한다.
상기 고무 조성물은 탄소 나노튜브를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 탄소 나노튜브는 3 내지 15개 벽의 둥지 구조를 가진 탄소 나노튜브이다. 하나의 실시양태에서, 탄소 나노튜브는 5 내지 20 나노미터 범위의 외부 직경 및 2 내지 6 나노미터 범위의 내부 직경을 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서, 탄소 나노튜브는 1 미크론보다 큰 길이를 가질 수 있다.
하나의 실시양태에서, 탄소 나노튜브는 연속식 기상 촉매 반응으로 고순도 저분자량 탄화수소로부터 제조된다. 이들은 평행한 다중 벽 구조의 탄소 나노튜브이다. 탄소 나노튜브의 외부 직경은 약 10 나노미터이고 길이는 10 미크론을 초과한다. 제조될 당시의 탄소 나노튜브는 함께 엉켜서 덩어리로 있지만 당해 분야에 공지된 여러 기법을 사용하여 분산될 수 있다.
하나의 실시양태에서, 상기 고무 조성물은 엘라스토머 100 중량부당(phr) 0.5 내지 5 중량부의 탄소 나노튜브를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 고무 조성물은 1 내지 3 phr의 탄소 나노튜브를 포함한다.
적합한 다중벽 탄소 나노튜브는 바이엘(Bayer)의 바이튜브(Baytubes®) 및 하이페리온 카탈리시스 인터내셔널(Hyperion Catalysis International)의 피브릴(Fibril™)로서 상업적으로 입수가능하다.
탄소 나노튜브를 포함하는 고무 조성물에 의해 제조된 트레드를 갖는 타이어는 낮은 체적 저항을 나타내는데, 이는 정전기 전도 능력이 우수함을 나타낸다. 하나의 실시양태에서, 상기 고무 조성물 및 트레드는 ASTM D257-98에 의해 측정 시 1 × 109 Ω-cm 미만인 체적 저항을 갖는다. 하나의 실시양태에서, 상기 고무 조성물 및 트레드는 ASTM D257-98에 의해 측정 시 1 × 105 Ω-cm 미만인 체적 저항을 갖는다.
상기 고무 조성물은 올레핀계 불포화를 함유하는 고무 또는 엘라스토머와 함께 사용될 수 있다. "올레핀계 불포화를 함유하는 고무 또는 엘라스토머" 또는 "다이엔계 엘라스토머"란 표현은 천연 고무 및 이의 다양한 원료 및 개질 형태뿐만 아니라 다양한 합성 고무 모두를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 명세서에서, "고무" 및 "엘라스토머"란 용어는 달리 기재되지 않는 한 상호교환적으로 사용될 수 있다. "고무 조성물", "배합된 고무" 및 "고무 배합물"이란 용어는 다양한 성분 및 재료들과 블렌딩된 또는 혼합된 고무를 지칭하는 것으로 상호교환적으로 사용되며 고무 혼합 또는 고무 배합 분야 숙련자들에게 주지되어 있다. 대표적인 합성 중합체는 부타다이엔 및 이의 동족체 및 유도체 예컨대 메틸부타다이엔, 다이메틸부타다이엔 및 펜타다이엔 뿐만 아니라 공중합체 예컨대 부타다이엔 또는 이의 동족체 또는 유도체와 다른 불포화 단량체로부터 형성된 공중합체이다. 이들 단량체 중에는 아세틸렌 예컨대 비닐 아세틸렌; 올레핀 예컨대 아이소부틸렌(이는 아이소프렌과 함께 공중합하여 부틸 고무를 형성함); 비닐 화합물 예컨대 아크릴산, 아크릴로니트릴(이는 부타다이엔과 중합하여 NBR을 형성함), 메타크릴산 및 스타이렌(여기서 후자 화합물은 부타다이엔과 중합하여 SBR을 형성함) 뿐만 아니라 비닐 에스터 및 다양한 불포화 알데하이드, 케톤 및 에터 예컨대 아크롤레인, 메틸 아이소프로펜일 케톤 및 비닐에틸 에터가 있다. 합성 고무의 구체적인 예는 네오프렌(폴리클로로프렌), 폴리부타다이엔(시스-1,4-폴리부타다이엔을 포함함), 폴리아이소프렌(시스-1,4-폴리아이소프렌을 포함함), 부틸 고무, 할로부틸 고무 예컨대 클로로부틸 고무 또는 브로모부틸 고무, 스타이렌/아이소프렌/부타다이엔 고무, 1,3-부타다이엔 또는 아이소프렌과 단량체 예컨대 스타이렌, 아크릴로니트릴 및 메틸 메타크릴레이트의 공중합체, 뿐만 아니라 에틸렌/프로필렌/다이엔 단량체(EPDM)으로도 공지된 에틸렌/프로필렌 3원 공중합체, 특히 에틸렌/프로필렌/다이사이클로펜타다이엔 3원 공중합체를 포함한다. 사용될 수 있는 고무의 추가적인 예는 알콕시-실일 말단 작용화된 용액 중합된 중합체(SBR, PBR, IBR 및 SIBR), 규소-결합된 및 주석-결합된 별(star)-분지된 중합체를 포함한다. 바람직한 고무 또는 엘라스토머는 폴리아이소프렌(천연 또는 합성), 폴리부타다이엔 및 SBR이다.
하나의 양태에서, 상기 고무는 바람직하게는 두 개 이상의 다이엔계 고무를 갖는다. 예를 들어, 둘 이상의 고무들의 조합 예컨대 시스-1,4-폴리아이소프렌 고무(천연 또는 합성이지만 천연이 바람직함), 3,4-폴리아이소프렌 고무, 스타이렌/아이소프렌/부타다이엔 고무, 에멀젼 및 용액 중합 유도된 스타이렌/부타다이엔 고무, 시스-1,4-폴리부타다이엔 고무 및 에멀젼 중합 제조된 부타다이엔/아크릴로니트릴 공중합체가 바람직하다.
본 발명의 하나의 양태에서, 약 20 내지 약 28%의 결합된 스타이렌의 비교적 통상적인 스타이렌 함량을 갖는 에멀젼 중합 유도된 스타이렌/부타다이엔(E-SBR), 또는 일부 경우, 중간 내지 비교적 높은 결합된 스타이렌 함량, 즉 약 28 내지 약 45%의 결합된 스타이렌 함량을 갖는 E-SBR이 사용될 수 있다.
에멀젼 중합 제조된 E-SBR이란, 스타이렌과 1,3-부타다이엔이 수성 에멀젼으로서 공중합되는 것을 의미한다. 이는 당해 분야 숙련자들에게 주지되어 있다. 결합된 스타이렌 함량은 예를 들어 약 5 내지 약 50% 범위 내에서 변할 수 있다. 하나의 양태에서, E-SBR은 또한 아크릴로니트릴을 포함하여 3원 공중합체 중에 예컨대 약 2 내지 약 30 중량%의 아크릴로니트릴의 양의 E-SBAR로서의 3원 공중합체 고무를 형성할 수 있다.
3원 공중합체 중에 약 2 내지 약 40 중량% 결합된 아크릴로니트릴을 함유하는 에멀젼 중합 제조된 스타이렌/부타다이엔/아크릴로니트릴 공중합체 고무가 또한 본 발명에 사용하기 위한 다이엔계 고무로서 고려된다.
상기 용액 중합 제조된 SBR(S-SBR)은 전형적으로 약 5 내지 약 50%, 바람직하게는 약 9 내지 약 35% 범위의 결합된 스타이렌 함량을 갖는다. 상기 S-SBR은 통상적으로 예를 들어 유기 탄화수소 용매의 존재 하에 오가노 리튬 촉매화에 의해 제조될 수 있다.
하나의 실시양태에서는, 시스 1,4-폴리부타다이엔 고무(BR)가 사용될 수 있다. 이와 같은 BR은 예를 들어 1,3-부타다이엔의 유기 용액 중합에 의해 제조될 수 있다. 상기 BR은 통상적으로 예를 들어 90% 이상의 시스 1,4-함량을 가짐을 특징으로 할 수 있다.
시스 1,4-폴리아이소프렌 및 시스 1,4-폴리아이소프렌 천연 고무는 당해 고무 분야 숙련자들에게 주지되어 있다.
본원에 사용된 "phr"이란 용어는 통상적인 관행에 따르면 고무 또는 엘라스토머 100 중량부당 각 물질의 중량부를 나타낸다.
상기 고무 조성물은 또한 최대 70 phr의 가공유를 포함할 수 있다. 가공유는 전형적으로 엘라스토머를 증량하는 데 사용되는 증량 오일로서 고무 조성물에 포함될 수 있다. 가공유는 또한 고무 배합 중에 직접적으로 상기 오일의 첨가에 의해 고무 조성물에 포함될 수 있다. 사용된 가공유는 상기 엘라스토머에 존재하는 증량 오일 및 배합 중에 첨가되는 가공유 모두를 포함할 수 있다. 적합한 가공유는 방향족, 파라핀계, 나프텐계, 식물성 오일, 및 저 PCA 오일 예컨대 MES, TDAE, SRAE 및 중질 나프텐계 오일을 비롯한 당해 분야에 공지된 다양한 오일을 포함한다. 적합한 저 PCA 오일은 IP346 방법에 의해 결정 시 3 중량%보다 적은 다환식 방향족 함량을 갖는 것들을 포함한다. IP346 방법에 대한 절차는 영국 석유협회에서 발간된 문헌[Standard Methods for Analysis & Testing of Petroleum and Related Products and British Standard 2000 Parts, 2003, 62nd edition]에서 확인할 수 있다.
상기 고무 조성물은 약 60 내지 약 150 phr의 실리카를 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서는, 80 내지 120 phr의 실리카가 사용될 수 있다.
상기 고무 조성물에 사용될 수 있는 통상적으로 이용되는 규산질 안료는 통상적인 발열성 침강 규산질 안료(실리카)를 포함한다. 하나의 실시양태에서는, 침강 실리카가 사용된다. 본 발명에 사용되는 통상적인 규산질 안료는 침강 실리카 예를 들어 가용성 실리케이트 예컨대 나트륨 실리케이트의 산성화에 의해 수득되는 것들이다.
이와 같은 통상적인 실리카는 예를 들어 질소 기체를 사용하여 측정 시 BET 표면적을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 BET 표면적은 약 40 내지 약 600 ㎡/g 범위일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 상기 BET 표면적은 약 80 내지 약 300 ㎡/g 범위일 수 있다. 표면적을 측정하는 BET 방법은 문헌[Journal of the American Chemical Society, Volume 60, Page 304 (1930)]에 기술되어 있다.
통상적인 실리카는 또한 약 100 내지 약 400, 다르게는 약 150 내지 약 300 범위의 다이부틸프탈레이트(DBP) 흡수가(absorption value)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
통상적인 실리카는 예를 들어 전자 현미경으로 측정 시 0.01 내지 0.05 미크론 범위의 평균 극한(ultimate) 입경을 갖는 것으로 생각될 수 있지만, 상기 실리카 입자들은 크기 면에서 훨씬 더 작거나 또는 가능하게는 더 클 수 있다.
다양한 상업적으로 입수가능한 실리카는 예를 들어 본원에서 단순히 예시적이고 비-제한적인 것으로, 고유번호 210, 243 등을 갖는 하이-실(Hi-Sil) 상표 하에서 피피지 인더스트리즈(PPG Industries)로부터 상업적으로 입수가능한 실리카; 예컨대 Z1165MP 및 Z165GR의 고유번호를 갖는 로디아(Rhodia)로부터 입수가능한 실리카 및 예컨대 고유번호 VN2 및 VN3 등을 갖는 데구싸 아게(Degussa AG)로부터 입수가능한 실리카가 사용될 수 있다.
통상적으로 사용되는 카본 블랙은 통상의 충전제로서 사용될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 카본 블랙은 40 phr 미만의 양으로 사용된다. 또 다른 실시양태에서는, 20 phr 미만의 카본 블랙이 사용된다. 또 다른 실시양태에서는, 10 phr 미만의 카본 블랙이 사용된다. 하나의 실시양태에서, 상기 고무 조성물은 카본 블랙을 배제한다. 이와 같은 카본 블랙의 대표적인 예는 N110, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, S315, N326, N330, M332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990 및 N991를 들 수 있다. 이들 카본 블랙은 9 내지 145 g/kg 범위의 요오드 흡수가 및 34 내지 150 ㎤/100g 범위의 DBP 가를 갖는다.
상기 고무 조성물에 사용될 수 있는 기타 충전제로는 비-제한적으로 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 비롯한 미립자 충전제, 미국 특허 제 6,242,534 호; 제 6,207,757 호; 제 6,133,364 호; 제 6,372,857 호; 제 5,395,891 호; 또는 제 6,127,488 호에 개시된 것들과 같은 가교결합된 미립자 중합체 겔, 및 미국 특허 제 5,672,639 호에 기술된 것과 같은 가소화된 전분 복합체 충전제를 들 수 있다. 이와 같은 기타 충전제는 1 내지 30 phr 범위의 양으로 사용될 수 있다.
하나의 실시양태에서, 상기 고무 조성물은 통상적인 황 함유 유기규소 화합물을 함유할 수 있다. 적합한 황 함유 유기규소 화합물의 예는 하기 화학식 I의 구조를 갖는다:
[화학식 I]
Z-Alk-Sn-Alk-Z
상기 식에서,
Z는
Figure pat00001
로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서 R1은 1 내지 4 개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 사이클로헥실 또는 페닐이고, R2은 1 내지 8 개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 또는 5 내지 8 개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알콕시이고;
Alk는 1 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 2가 탄화수소이고;
n은 2 내지 8의 정수이다.
하나의 실시양태에서, 상기 황 함유 유기규소 화합물은 3,3'-비스(트라이메톡시 또는 트라이에톡시 실일프로필) 폴리설파이드이다. 하나의 실시양태에서, 상기 황 함유 유기규소 화합물은 3,3'-비스(트라이에톡시실일프로필) 다이설파이드 및/또는 3,3'-비스(트라이에톡시실일프로필) 테트라설파이드이다. 따라서, 화학식 I에 대해, Z는
Figure pat00002
이며, 여기서 R2는 2 내지 4 개, 다르게는 2 개의 탄소 원자를 갖는 알콕시이고; alk는 2 내지 4 개, 다르게는 3 개의 탄소 원자를 갖는 2가 탄화수소이고; n은 2 내지 5, 다르게는 2 내지 4의 정수이다.
또 다른 실시양태에서, 적합한 황 함유 유기규소 화합물은 미국 특허 제 6,608,125 호에 개시된 화합물을 들 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 황 함유 유기규소 화합물은 3-(옥타노일티오)-1-프로필트라이에톡시실란, CH3(CH2)6C(=O)-S-CH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3(이는 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈(Momentive Performance Materials)로부터 엔엑스티(NXT™)로서 상업적으로 입수가능함)을 포함한다.
또 다른 실시양태에서, 적합한 황 함유 유기규소 화합물은 미국 특허출원 공개 제 2003/0130535 호에 개시된 화합물을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 황 함유 유기규소 화합물은 데구싸로부터의 Si-363이다.
고무 조성물 내 황 함유 유기규소 화합물의 양은 사용되는 다른 첨가제의 수준에 따라 변할 것이다. 일반적으로, 상기 화합물의 양은 0.5 내지 20 phr 범위일 것이다. 하나의 실시양태에서, 상기 양은 1 내지 10 phr 범위일 것이다.
상기 고무 조성물은, 고무 배합 분야에 일반적으로 공지된 방법, 예를 들어 상기 다양한 황-경화성(vulcanizable) 성분 고무를 다양한 통상적으로 사용되는 첨가제 물질, 예컨대 황 도너(donor), 경화 보조제, 예컨대 활성화제 및 지연제 및 가공 보조제, 예컨대 오일, 점착성 수지 및 가소제를 비롯한 수지, 충전제, 안료, 지방산, 산화 아연, 왁스, 산화방지제 및 오존화방지제 및 해교제(peptizing agent)와 혼합함으로써 배합되는 것으로 당해 분야 숙련자들에게 쉽게 이해될 것이다. 당해 분야 숙련자들에게 공지된 바와 같이, 상기 황-경화성 및 황-경화된 물질(고무)의 사용 목적에 따라, 상기 언급된 첨가제를 선택하고 보통 통상적인 양으로 사용한다. 황 도너의 대표적인 예는 황 원자(유리 황), 아민 다이설파이드, 중합체성 폴리설파이드 및 황 올레핀 부가물을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 황-경화성 제제는 황 원자이다. 상기 황-경화성 제제는 0.5 내지 8 phr 범위, 다르게는 1.5 내지 6 phr 범위의 양으로 사용될 수 있다. 점착제 수지의 전형적인 양은, 사용시, 약 0.5 내지 약 10 phr, 통상적으로 약 1 내지 약 5 phr을 포함한다. 가공 보조제의 전형적인 양은 약 1 내지 약 50 phr을 포함한다. 산화방지제의 전형적인 양은 약 1 내지 약 5 phr을 포함한다. 대표적인 산화방지제는, 예를 들어 다이페닐-p-페닐렌다이아민 등, 예컨대 문헌[The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), 344 내지 346면]에 개시된 것들일 수 있다. 산화방지제의 전형적인 양은 약 1 내지 5 phr을 포함한다. 스테아르산을 포함할 수 있는 지방산의 전형적인 양은, 사용시, 약 0.5 내지 약 3 phr을 포함한다. 산화 아연의 전형적인 양은 약 2 내지 약 5 phr을 포함한다. 왁스의 전형적인 양은 약 1 내지 약 5 phr을 포함한다. 종종 미세결정질 왁스가 사용된다. 해교제의 전형적인 양은 약 0.1 내지 약 1 phr을 포함한다. 전형적인 해교제는, 예를 들어 펜타클로로티오페놀 및 다이벤즈아미도다이페닐 다이설파이드일 수 있다.
가황(vulcanization)에 필요한 시간 및/또는 온도를 제어하고 가황물의 특성을 개선하는 데 가속제를 사용한다. 하나의 실시양태에서, 단일 가속제 시스템, 즉 1차 가속제가 사용될 수 있다. 상기 1차 가속제(들)는 약 0.5 내지 약 4, 다르게는 약 0.8 내지 약 1.5 phr 범위의 총량으로 사용될 수 있다. 또 다른 실시양태에서는, 1차와 2차 가속제의 조합물이, 더욱 소량으로, 예컨대 약 0.05 내지 약 3 phr로 사용되는 2차 가속제와 함께 사용되어, 상기 가황물을 활성화시키고 그의 특성을 개선할 수 있다. 이들 가속제의 조합물은 최종 특성에 상승 효과를 제공하는 것으로 생각되고 가속제 단독 사용에 의해 제조된 것들보다 다소 더 우수하다. 또한, 정상 가공 온도에 영향을 받지 않고 상온의 가황 온도에서 만족스러운 경화를 제공하는 지연된 작용 가속제를 사용할 수도 있다. 가황 지연제를 사용할 수도 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 적합한 유형의 가속제는 아민, 다이설파이드, 구아니딘, 티오우레아, 티아졸, 티우람, 설펜아마이드, 다이티오카바메이트 및 잔테이트이다. 하나의 실시양태에서, 1차 가속제는 설펜아마이드이다. 2차 가속제를 사용하는 경우, 2차 가속제는 구아니딘, 다이티오카바메이트 또는 티우람 화합물이다.
상기 고무 조성물의 혼합은 고무 혼합 분야의 숙련자들에게 공지된 방법에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 재료들은 전형적으로 적어도 2 단계, 즉 적어도 하나의 비-생산적 단계 이후의 생산적 혼합 단계로 혼합된다. 가황제를 비롯한 최종 경화제는 전형적으로, 상기 혼합이 전형적으로 앞선 비-생산적 혼합 단계(들)보다 낮은 혼합 온도(들)인 소정의 온도 또는 극한 온도에서 일어나는 통상적으로 "생산적" 혼합 단계로 불리는 최종 단계에서 혼합된다. "비-생산적" 및 "생산적" 혼합 단계라는 용어는 고무 혼합 분야의 숙련자들에게 주지되어 있다. 상기 고무 조성물은 열기계적 혼합 단계로 처리될 수 있다. 열기계적 혼합 단계는 일반적으로 140 내지 190℃ 사이의 고무 온도를 생성하기에 적합한 시간 동안 혼합기 또는 압출기에서의 기계적인 작업을 포함한다. 열기계적 작업의 적절한 기간은 조업 조건, 및 구성요소들의 체적 및 성질의 함수로서 변한다. 예를 들어, 열기계적 작업은 1 내지 20분일 수 있다.
상기 고무 조성물은 타이어의 다양한 고무 구성요소들에 혼입될 수 있다. 예를 들어, 상기 고무 구성요소는 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스를 포함함), 사이드월(sidewall), 아펙스(apex), 체파(chafer), 사이드월 인서트(sidewall insert), 와이어코트(wirecoat) 또는 이너라이너(innerliner)일 수 있다.
본 발명의 공기압 타이어는 경주용 타이어, 승용차용 타이어, 항공기 타이어, 농업용, 토공기계(earthmover), 비포장용, 트럭용 타이어 등일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 타이어는 승용차용 또는 트럭용 타이어이다. 상기 타이어는 또한 래디얼(radial) 또는 바이어스(bias)일 수 있다.
본 발명의 공기압 타이어의 가황은 일반적으로 약 100 내지 200℃ 범위의 통상의 온도에서 수행된다. 하나의 실시양태에서, 상기 가황은 약 110 내지 180℃ 범위의 온도에서 수행된다. 프레스 또는 몰드에서의 가열, 과열 스팀 또는 열풍에 의한 가열과 같은 임의의 통상적인 가황 공정이 사용될 수도 있다. 이와 같은 타이어는 당해 분야 숙련자들에게 공지되어 있고 이들에게 용이한 다양한 방법에 의해 제조, 형상화, 몰딩 및 경화될 수 있다.
하기 비-제한적 실시예에 의해 본 발명을 더욱 설명한다.
실시예 1
이 실시예에서는, 카본 블랙 함유 고무 조성물에 대한 다중-벽 탄소 나노튜브의 첨가 효과를 예시한다. 고무 샘플들은 하기 표 1에 주어진 바와 같은 기본 방법에 의한 2-단계 혼합 절차를 사용하여 제조되었다. 카본 블랙 및 탄소 나노튜브의 양은 하기 표 2에 주어진 바와 같이 변화되었다.
이 샘플들은 ASTM D 257-98에 따른 전기 저항에 대해 시험하였다. 결과를 도 1에 나타내었다.
Figure pat00003
이제 도 1을 참조하면, 라인(120)은 20 phr의 카본 블랙(데이터 포인트 1 내지 5는 샘플 1 내지 5에 해당함)을 함유하는 조성물에 대한 2.5 내지 10 phr의 탄소 나노튜브의 첨가 결과를 나타낸 것으로, 30 phr 미만의 전체 충전제 부하량에서 낮은 체적 저항을 갖는다. 유사한 결과가 30 phr의 카본 블랙(데이터 포인트 6 내지 10은 샘플 6 내지 10에 해당함)을 함유하는 조성물에 의한 라인(130)에서 나타난다. 대조적으로, 카본 블랙만을 함유하는 조성물에 대해 라인(14)에 나타낸 바와 같이, 등가적으로 낮은 체적 저항이 단지 총 충전제 부하량이 최대 70 phr(데이터 포인트 11 내지 14는 샘플 11 내지 14에 해당함)일 때 달성된다.
Figure pat00004
실시예 2
이 실시예에서는, 카본 블랙 및 실리카-함유 고무 조성물에 대한 다중-벽 탄소 나노튜브의 첨가 효과를 예시한다. 고무 샘플들은 하기 표 3에 주어진 바와 같은 기본 방법에 의한 다-단계 혼합 절차를 사용하여 제조되었다. 카본 블랙, 실리카 및 탄소 나노튜브의 양은 하기 표 4에 주어진 바와 같이 변화되었다.
이 샘플들은 ASTM D 257-98에 따른 전기 저항에 대해 시험하였다. 결과를 도 2에 나타내었다.
Figure pat00005
Figure pat00006
이제 도 2를 참조하면, 도 1에서 관찰된 바와 같이, 체적 저항에 대한 유사한 효과가 관찰된다. 라인(150)은 20 phr의 카본 블랙 및 20 phr의 실리카(데이터 포인트 15 내지 19는 샘플 15 내지 19에 해당함)을 함유하는 조성물에 대한 0 내지 2 중량%의 탄소 나노튜브의 첨가 결과를 나타낸 것으로, 10 부피% 미만의 전체 카본 블랙과 탄소 나노튜브에서 낮은 체적 저항을 갖는다. 유사한 결과가 23 phr의 카본 블랙 및 23 phr의 실리카(데이터 포인트 20 내지 24는 샘플 20 내지 24에 해당함)을 함유하는 조성물에 의한 라인(160)에서 나타나고, 26 phr의 카본 블랙 및 26 phr의 실리카(데이터 포인트 25 내지 29는 샘플 25 내지 29에 해당함)을 함유하는 조성물에 의한 라인(170)에서 나타난다.
본 발명을 예시할 목적으로 몇몇 대표적인 실시양태 및 세부내용들을 나타내었지만, 본 발명의 진의 또는 범주를 벗어나지 않고 다양한 변화 및 변경이 본 발명에 대해 행해질 수 있음은 당해 분야 숙련자들에게 명백할 것이다.

Claims (5)

1종 이상의 다이엔계 고무, 60 내지 150 phr의 침강 실리카, 40 phr 미만의 카본 블랙, 및 5 미크론 이상의 길이를 갖는 1 내지 10 phr의 탄소 나노튜브를 포함하는 고무 배합물을 혼합하는 단계;
상기 고무 배합물로부터 타이어 트레드(tread)를 형성하는 단계; 및
상기 타이어 트레드를 상기 타이어 내에 포함시키는 단계
를 포함하며, 이때 상기 타이어 트레드의 체적 저항이 ASTM D257-98에 의해 측정 시 1 × 109 Ω-cm 미만인 것을 특징으로 하는, 공기압 타이어(pneumatic tire) 내의 정전기 전도 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고무 배합물이 1 내지 2.5 phr의 나노튜브를 포함함을 특징으로 하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고무 배합물이 카본 블랙을 배제한 것임을 특징으로 하는, 방법.
1종 이상의 다이엔계 고무, 60 내지 150 phr의 침강 실리카, 40 phr 미만의 카본 블랙, 및 5 미크론 이상의 길이를 갖는 1 내지 10 phr의 탄소 나노튜브를 포함하는 고무 배합물을 포함하는 트레드를 포함하는 공기압 타이어로서,
상기 타이어 트레드의 체적 저항이 ASTM D257-98에 의해 측정 시 1 × 109 Ω-cm 미만인, 공기압 타이어.
제 4 항에 있어서,
상기 고무 배합물이 1 내지 2.5 phr의 나노튜브를 포함하는, 공기압 타이어.
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