KR20120133258A - 탄소나노튜브를 포함하는 높은 정전기 방지 및 내마모성의 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

탄소나노튜브를 포함하는 높은 정전기 방지 및 내마모성의 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 전도도 및 내마모성을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 높은 종횡비 및 낮은 밀도를 가지며 그 응집체의 형태가 길게 배향된 다중벽 탄소나노튜브를 적용시킨 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 정전기 방출 성능 및 내마모 특성이 만족스럽지 못한 실리카가 충진된 트레드 고무 조성물에 고무 매트릭스 내에서 분산 및 전도성 네트워크를 용이하게 형성하기 위해, 높은 종횡비 및 낮은 밀도를 가지며 탄소나노튜브 응집체의 형태가 길게 배향된 탄소나노튜브를 스미기 문턱값(Percolation Threshold)에 해당되는 최소량만을 적용함으로써 기계적 물성, 히스테리시스, 회전저항 및 젖은 노면에 대한 제동력 등의 트레드의 고유 물성의 저하없이 원하는 방전성능을 발휘하며 또한 내마모성도 향상된 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공함에 있다. 본 발명의 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료 고무 100 중량부에 대하여 다중벽 탄소나노튜브 0.16 내지 1.0 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

탄소나노튜브를 포함하는 높은 정전기 방지 및 내마모성의 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITIONS FOR SILICA TIRE TREAD COMPOSED OF CARBON NANOTUBE HAVING HIGH ANTISTATIC AND ABRASION RESISTANCE PROPERTIES}
본 발명은 전기 전도도 및 내마모성을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 높은 종횡비 및 낮은 밀도를 가진 다중벽 탄소나노튜브를 적용시킨 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
현재까지는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하는 대부분의 경우 카본블랙을 주된 충진제로서 사용되어 왔다. 카본블랙이 충진된 고무 조성물은 인장강도가 높고, 반발탄성이 우수하며, 우수한 동적 특성을 갖는다. 그러나, 특별히 여러 가지 물성 중에서 저연비 성능과 연관된 우수한 동적 물성을 얻기 위해서는 카본블랙을 대체하여 실리카를 많이 사용하고 있는 실정이다. 더불어, 오늘날의 환경보호를 위한 다양한 규제로 인하여 저연비 타이어의 개발이 가속화되면서 타이어 트레드에 대한 실리카의 사용량이 점진적으로 증가하고 있다.
그러나, 실리카는 절연성이 매우 높기 때문에, 실리카를 포함하는 고무로 타이어를 제조하고 이 타이어를 차량에 장착하는 경우 차량에서 발생하는 정전기가 타이어를 통해 외부로 방출하지 못한다. 이와 같은 전기적 절연체는 타이어의 마찰 등에 의해 유도된 정전기를 방전하지 못하고 축적되므로, 주유 도중의 화재 위험성 및 문 개폐 도중의 불쾌감을 주게 된다. 특히, 건조한 겨울철에는 대기 중의 낮은 습도에 의한 방전성능의 저하 문제가 발생된다.
일반적으로, 트레드에 있어서, 카본블랙을 적용한 경우 체적저항율이 108 Ωcm 이하로 방전성능이 문제가 되지 않는 반면, 실리카를 고함량으로 적용한 경우 1013 Ωcm 이상의 매우 높은 전기저항성을 가지게 되어서 전기전도성을 전혀 발휘할 수 없다.
따라서, 이러한 정전기 문제를 해결하기 위해, 실리카를 사용한 고무 조성물에 있어서 전기전도성이 우수한 금속 분말을 첨가하는 방법을 도입하고 있으나, 금속 재료는 고분자와 비중 차이가 커서 균일한 분산을 얻기 힘들고, 가공 시 마모가 발생하는 문제가 있다. 또한, 인장성, 내마모성 및 특히 인열 강도가 현저하게 하락하는 단점을 나타내고 있다. 또한, 고무 조성물에 전기전도성이 뛰어난 전도성 카본블랙을 일정량 이상으로 사용하거나, 정전기 발생을 억제하는 대전방지제를 구성하거나, 실리카 트레드의 일부를 카본블랙으로 충진된 고무 조성물로 구성하거나, 또는 정전기를 방출할 수 있도록 타이어의 구조변경을 하는 경우가 대부분이다. 그러나, 실리카의 사용량이 많아지거나, 또는 충진제 전체를 실리카로만 사용할 경우, 상기와 같은 방법을 이용하더라도 정전기 발생 방지효과가 급격히 떨어져 많은 양을 사용해야 하는 문제가 있다.
또한, 최근의 침니(CHIMMNEY) 구조를 통한 정전기 방출 타이어를 제조하는 경우, 타이어의 구조변경 및 압출 시 특수한 금형이 제작되어야 하므로 비용이 추가되는 단점을 가지고 있다.
마지막으로, 단일벽 및 다중벽 탄소나노튜브를 트레드에 적용하여 전기전도성을 향상시키는 방법이 소개되어 있다. 종래 기술에서는 낮은 종횡비의 탄소나노튜브를 10 내지 40 중량부로 적용하거나, 또는 유기 물질로 개질된 탄소나노튜브를 1 내지 10 중량부로 적용함으로써 전기전도성이 향상된 트레드 조성물을 제공하였으나, 고함량의 탄소나노튜브 적용에 따른 피로파괴 특성, 회전저항 및 젖은 노면에서의 제동력 저하 등의 단점이 있으며, 고가의 탄소나노튜브를 높은 함량으로 적용하기에는 여전히 경제적 문제점이 존재한다. 높은 종횡비 및 1.0 g/cm3의 비교적 높은 밀도의 탄소나노튜브를 적용한 사례도 있으나, 응집체의 직경 및 형태가 고무 매트릭스 내에서 분산되기 쉽게 제어된 낮은 밀도의 탄소나노튜브 및 분산효과를 향상시킬 수 있는 분산제를 적용함으로써, 피로파괴 특성, 회전저항 및 젖은 노면에 대한 제동력 등의 트레드의 고유 물성은 유지하면서 전기전도성 및 내마모성이 향상된 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물에 대해서는 전혀 언급하고 있지 않았다.
이에, 본 발명자들은, 이와 같은 종래 기술의 문제점을 보완 및 개선할 수 있는 방법을 연구함으로써, 높은 종횡비 및 낮은 밀도를 가지며 특정한 응집체의 직경 및 형태를 가진 탄소나노튜브를 적용한 경우, 소량의 첨가에 의해 전기전도성 및 내마모성을 향상시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은, 정전기 방출 성능 및 내마모성이 만족스럽지 못한 실리카가 충진된 트레드 고무 조성물에, 높은 종횡비 및 낮은 밀도를 가지며 특정한 응집체의 직경 및 형태를 갖는 탄소나노튜브를 적용함으로써 전기전도성 및 내마모성이 향상된 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 추가 목적은, 탄소나노튜브를 타이어 트레드에 첨가함으로써 탄소나노튜브 간의 네트워크 또는 탄소나노튜브와 카본블랙 간의 네트워크를 형성하여서 타이어 트레드에 전기 전도층을 만들어 타이어의 전기전도도를 향상시키는 데 있다.
또한, 본 발명의 추가 목적은, 최소량의 탄소나노튜브를 적용함으로써, 탄소나노튜브의 적용으로 인해 발생되는 피로파괴 특성, 회전저항 및 젖은 노면에 대한 제동력의 저하를 최소화하면서 전기전도성 및 내마모성이 향상된 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전기전도도 및 내마모성의 개선을 위해서 높은 함량의 실리카를 포함하는 타이어 트레드에 특정 탄소나노튜브를 혼합하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무 조성물을 제시한다.
다른 실시양태에서, 고무 매트릭스 내의 탄소나노튜브의 분산성을 보다 효율적으로 향상시키기 위해 분산제를 포함할 수 있다.
이때, 고무 내 전자가 탄소나노튜브 전도성 네트워크를 통해 외부로 빠져나갈 수 있어 방전성능이 문제가 되지 않는 스미기 문턱값(Percolation Threshold)에 해당하는 최소량의 탄소나노튜브를 적용함으로써, 탄소나노튜브의 적용으로 인해 발생되는 피로파괴 특성, 회전저항 및 젖은 노면에 대한 제동력의 저하를 최소화하면서 전기전도성 및 내마모성이 향상된 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 실리카 타이어 트레드에 특정 다중벽 탄소나노튜브를 첨가함으로써 전기전도성 및 내마모성이 향상된 트레드 고무 조성물을 제공할 수 있다.
종래 기술에서, 낮은 종횡비 및 높은 밀도를 가진 탄소나노튜브를 적용한 경우에는 그 길이가 짧고 탄소나노튜브 응집체의 형태가 분산을 용이하게 하지 못하는 형태이므로 원료고무 100 중량부에 대해 탄소나노튜브를 10 중량부 이상으로 적용하면 원하는 방전성능은 얻을 수 있으나, 피로파괴 특성, 히스테리시스(hysteresis), 회전저항 및 젖은 노면에 대한 제동력 등의 특성이 급격하게 저하되며 타이어 제조에 고가의 탄소나노튜브를 고함량으로 적용하는 것은 현실적으로 불가능하다.
본 발명에서는, 고무 매트릭스 내에서 분산 및 전도성 네트워크를 형성하기 용이한 높은 종횡비 및 낮은 밀도를 가지며 탄소나노튜브 응집체의 형태가 길게 배향된 탄소나노튜브를 스미기 문턱값에 해당되는 최소량만을 적용함으로써, 트레드의 고유 물성의 저하없이 원하는 방전성능을 발휘하며 또한 내마모성도 향상된 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은 종횡비가 12,000 이상이고 응집체가 길게 배향된 다중벽 탄소나노튜브 응집체의 전자현미경 사진이다.
도 2는 종횡비가 약 1,000이고 응집체가 배향되지 않은 다중벽 탄소나노튜브 응집체의 전자현미경 사진이다.
본 발명의 하나의 실시양태는, 실리카를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물로서, 천연고무 및 합성고무 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 원료고무 100 중량부에 대하여, 다중벽 탄소나노튜브 0.5 내지 1.0 중량부를 포함하되, 상기 탄소나노튜브는 종횡비가 12,000 이상이고, 길이가 120 ㎛이고, 밀도가 0.01 g/cm3이고, 탄소나노튜브 응집체 형태가 길게 배향되고, 그의 직경이 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정전기 방지를 위한 타이어 트레드용 고무 조성물이다.
본 발명의 다른 실시양태는, 실리카를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물로서, 천연고무 및 합성고무 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 원료고무 100 중량부에 대하여, 다중벽 탄소나노튜브 0.16 내지 1.0 중량부 및 탄소나노튜브 분산제 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 방지를 위한 타이어 트레드용 고무 조성물이다.
본 발명에서 적용된 탄소나노튜브는, 강도가 카본블랙과 비교가 되지 않을 정도로 우수하고, 동일한 질량에서 높은 인장강도, 높은 탄성, 높은 전도성 등의 매우 우수한 물성을 나타낸다. 탄소나노튜브는 하나의 탄소 원자에 이웃하는 3개의 탄소 원자가 결합되어 있으며, 이러한 탄소 원자 간의 결합에 의해서 육각환형이 이루어지고, 이들이 튜브 형태를 이룬 물질이다. 이러한 탄소나노튜브의 표면적은 수십 내지 수백 m2/g 범위이다.
일반적으로, 탄소나노튜브는 표면적 및 강도가 크기 때문에, 동일량을 균일하게 분산시켰을 경우 높은 열적, 기계적 및/또는 물리적 특성의 향상 효과가 크게 나타난다.
하지만, 탄소나노튜브 간의 강한 인력으로 인해 고무 매트릭스 내에 고르게 분산시키는 것이 곤란하므로, 분산의 문제를 해결하기 위한 물리적 또는 화학적 방법들이 많이 소개되어 있으나, 그 공정이 복잡하고 많은 시간이 소요되기에 생산 현장에 적용되기에는 무리가 있다.
따라서, 본 발명에서는 별도의 분산을 위한 공정을 거치지 않고도 고무 매트릭스 내에서 분산이 고르게 되며, 방전성능에 유리한 특정한 형태의 다중벽 탄소나노튜브를 적용하였다.
본 발명에서 사용되는 다중벽 탄소나노튜브는, 종횡비가 12,000 이상이고, 길이가 약 120 ㎛이고, 밀도가 0.01 g/cm3이고, 탄소나노튜브 응집체 형태가 길게 배향되며, 그 직경이 50 ㎛ 이하인 탄소나노튜브이다.
고무 매트릭스 내에서 탄소나노튜브가 서로 맞닿아 전도성 네트워크를 구성하는 경우에만 정전기를 방출할 수 있으므로, 탄소나노튜브의 직경은 작고 그의 길이는 길수록, 즉 종횡비가 클수록 유리하며, 고무 내 응집체의 분리가 용이한 형태가 유리할 것이다.
혼련 과정 중의 높은 전단력에 의해, 탄소나노튜브 응집체가 개개의 탄소나노튜브로 또는 여러 가닥의 탄소나노튜브 단위로 분리 및 분산되겠지만, 일부의 응집체는 고유 형태를 유지하거나 더 작은 응집체 크기 단위로 밖에 분리되지 않을 것이다.
이에 본 발명에서 사용한 탄소나노튜브는, 그 응집체의 형태가 길게 배향되고, 게다가 밀도가 낮아 응집체의 응집력이 낮아져서 고무 매트릭스 내에 탄소나노튜브 개개로 또는 여러 가닥의 단위로 분리 및 분산되기가 용이하며 분리되지 않은 응집체 자체도 길게 배향되어 있기에, 종횡비가 낮거나 응집체 형태가 구형이고 밀도가 높은 탄소나노튜브에 비해 전도성 네트워크 구조를 형성하기가 용이하며 소량을 적용하여도 그 효과가 우수하다.
도 1은 본 발명에서 사용한 종횡비가 크고 응집체가 길게 배향된 탄소나노튜브의 주사전자현미경 사진이고, 도 2는 종횡비가 작고 응집체가 배향되지 않은 탄소나노튜브의 주사현미경 사진이다.
본 발명은, 높은 함량의 실리카를 포함하는 실리카 타이어 트레드용 정전기방지 고무 조성물에 있어서, 원료고무 100 중량부에 대하여 상기 언급한 탄소나노튜브를 0.16 내지 1 중량부로 사용하는 것이 바람직하고, 필요에 따라 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위한 분산제를 1 내지 5 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
보다 상세하게는, 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키기 위해 분산제를 적용한 경우에는 탄소나노튜브를 0.16 내지 1 중량부로 사용하고 분산제를 사용하지 않는 경우에는 탄소나노튜브를 0.5 내지 1 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 언급한 함량 미만에서는 탄소나노튜브의 전도성 네트워크가 구성되지 않으므로 요구하는 수준의 전기전도도 특성이 발현되지 않으며, 1 중량부 초과에서는 피로파괴 특성, 히스테리시스, 회전저항 및 젖은 노면에서의 제동력 등의 특성 저하가 심하고 제조 단가가 향상된다.
분산제로는 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate)(SDS), 리튬 도데실 설페이트(Lithium dodecyl sulfate)(LDS), 소듐 도데실벤젠 설페이트(Sodium dodecylbenzene sulfate)(NaDDS), 소듐 도데실 설포네이트(Sodium dodecyl sulfonate)(SDSA), 소듐 도데실벤젠 설포네이트(Sodium dodecylbenzene sulfonate)(SDBS) 및 폴리바이닐 피롤리돈(Polyvinyl pyrrolidone)(PVP)가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 정전기 방지용 고무 조성물에 있어서, 원료고무는 타이어용 트레드 고무 조성물의 원료로서 사용할 수 있는 원료라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 상기 원료고무는 천연고무 및 합성고무 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있는데, 상기 합성고무는 디엔계 중합체 합성고무, 디엔계 공중합체 합성고무, 나이트릴 고무, 뷰틸 고무, 유레테인 고무 및 에틸렌-프로필렌 고무 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 합성고무는 폴리뷰타디엔 고무, 스타이렌-뷰타디엔 고무 및 폴리아이소프렌 고무 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
일반적으로, 본 발명의 원료고무는 천연고무, 스타이렌-뷰타디엔 고무, 폴리뷰타디엔 고무가 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 실리카, 카본블랙, 실레인커플링제(silane coupling agent), 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 가공오일, 가류제(vulcanizing agent), 가류촉진제(vulcanizing accelerator) 등을 필요에 따라 적절히 선택하여 혼합할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
이하, 본 발명은 하기 실시예 및 비교예를 통하여 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이들은 본 발명의 실시양태로서 이들에 의해 본 발명의 취지 및 범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
용액중합 스타이렌-뷰타디엔 고무 80 중량부 및 천연고무 20 중량부로 구성된 원료고무 100 중량부를 기준으로, 범용 실리카 50 중량부, 카본블랙 20 중량부, 다중벽 탄소나노튜브 0.16 중량부, 분산제로서 SDS 1 중량부를 투입하고, 나머지 첨가제들은 하기 표 1를 참조하여 투입함으로써 고무 시편을 제조하였다.
상기 다중벽 탄소나노튜브에서, 종횡비는 12,000 이상이고, 길이는 약 120 ㎛이고, 밀도는 0.01 g/cm3이고, 탄소나노튜브 응집체 형태는 길게 배향되며, 그 직경은 50 ㎛ 이하이다.
<실시예 2>
탄소나노튜브 0.5 중량부를 첨가하고 SDS는 첨가하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.
<실시예 3>
탄소나노튜브 1 중량부를 첨가하고 SDS는 첨가하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.
<비교예 1>
탄소나노튜브 및 SDS를 첨가하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.
<비교예 2>
탄소나노튜브 3 중량부를 첨가하고 SDS는 첨가하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.
<비교예 3>
탄소나노튜브 5 중량부를 첨가하고 SDS는 첨가하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.
<비교예 4>
용액중합 스타이렌-뷰타디엔 고무 80 중량부 및 천연고무 20 중량부로 구성된 원료고무 100 중량부를 기준으로, 범용 실리카 50 중량부, 카본블랙 20 중량부 및 다중벽 탄소나노튜브 3 중량부를 투입하고, 나머지 첨가제들은 하기 표 1를 참조하여 투입함으로써 고무 시편을 제조하였다.
상기 다중벽 탄소나노튜브에서, 종횡비는 약 1,000이고, 길이는 약 10 ㎛이고, 밀도는 0.1 g/cm3이고, 탄소나노튜브 응집체 형태는 길게 배향되지 않은 탄소나노튜브이다.
<비교예 5>
탄소나노튜브 5 중량부를 첨가하는 것을 제외하고는, 비교예 4와 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.
비교예 및 실시예의 고무 조성물 (단위: 중량부)
구분 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
천연고무 20 20 20 20 20 20 20 20
용액중합 SBR 80 80 80 80 80 80 80 80
범용 실리카 50 50 50 50 50 50 50 50
범용 카본블랙 20 20 20 20 20 20 20 20
탄소나노튜브 (1) - 0.16 0.5 1 3 5 - -
탄소나노튜브 (2) - - - - - - 3 5
분산제 (SDS) - 1 - - - - - -
실레인커플링제 4 4 4 4 4 4 4 4
가공오일 9 9 9 9 9 9 9 9
산화아연 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
스테아린산 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
노화방지제 4 4 4 4 4 4 4 4
가공조제 5 5 5 5 5 5 5 5
유황 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
가류촉진제 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2
<시험 예>
상기 표 1에 따라 제조된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5의 고무 조성물을 핫프레스(hot press)로 시험 규격에 맞게 가류한 후, ASTM 관련 규정에 의해 가황 시간, 최대 토크, 경도, 300% 모듈러스, 인장 강도, 신율, 피로파괴(데마티아 균열 발생법), 윌리엄(WILLIAM) 마모, 0℃ Tanδ, 60℃ Tanδ, 전기전도도 등을 평가하였고, 시험 결과를 하기 표 2에 기술하였다.
정전기 방지용 고무 배합물의 전기전도도, 예컨대 체적 저항성(volume resistance)은 108 Ωcm 이하가 바람직하고, TERAOHM 사의 MI2077 시험기를 이용하였으며, 측정방법은 샘플 처리과정 없이 적절한 압력 하에서 전기저항을 측정하였다.
비교예 및 실시예 적용 고무 조성물의 평가 결과
구분 비교예1 실시예1 실시예2 실시예3 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
레오미터
 최대 토크 40.3 40.7 42.4 44.1 47.9 53.3 44 45.9
T90(분) 11.7 11.5 11.4 11.4 10.8 11.3 11.0 11.2
기계적
물성

 경도(Shore A) 67 68 69 72 75 80 70 71
300% 모듈러스
(kgf/㎠)		 166 167 169 175 192 - 181 179
인장강도
(kgf/㎠)		 196 196 193 193 196 186 194 188
신율(%) 350 350 340 330 310 270 320 320
피로파괴_발생법(회) 8,000 8,000 8,000 6,000 3,500 1,000 4,500 3,000
윌리엄 마모(%) 12.1 10.9 6.3 4.9 3.7 1.3 7.9 3.7
Tanδ @ 0℃ 1.122 1.120 1.111 0.9601 0.8355 0.6649 0.9930 0.9983
Tanδ @ 60℃ 0.0967 0.0970 0.0983 0.1077 0.1278 0.1505 0.1011 0.1009
체적저항율(Ω?㎝) >1.0X1012 5.1X108 3.3X108 5.6X105 3.2X104 9.0X103 4.7X1010 3.9X107
상기 표 2에서, 경도는 높을수록 딱딱함을 의미하고, 인장 물성(300％ 모듈러스, 인장강도, 신율) 및 피로파괴 특성에 대한 수치는 높을수록 각각의 특성이 우수함을 의미한다. 또한, 윌리엄 마모 및 체적저항율은 수치가 낮을수록 우수함을 의미한다.
Tanδ @ 0℃ 수치는 클수록 젖은 노면에서의 제동력이 우수함을 의미하고, Tanδ @ 60℃ 수치는 작을수록 낮은 회전저항을 나타내어 회전저항 특성이 우수함을 나타낸다.
상기 시험예의 결과인 표 2와 같이, 본 발명의 트레드용 고무 조성물에 의해 제조한 고무에서, 종횡비가 크고 낮은 밀도를 가지며 응집체가 길게 배향한 탄소나노튜브를 적용한 실시예 1 내지 3은, 비교예 1의 고무와 비교할 경우 동등한 수준 이상의 기계적 물성, 피로파괴 특성, 젖은 노면에서의 제동력 및 회전저항 특성을 유지하면서, 체적저항율이 108 Ωcm 이하이고 전기전도성이 향상되어서 우수한 방전성능을 발휘하였으며 특히 내마모성이 크게 향상되었다.
또한, 분산제를 사용하지 않은 경우에는 스미기 문턱값이 0.5 중량부이고, 분산제를 사용한 경우에는 스미기 문턱값이 0.16 중량부임을 확인하였다. 즉, 분산제를 사용하지 않은 경우에는 0.5 중량비를 사용하고, 분산제 적용한 경우에는 0.16 중량비만을 사용하여도 요구되는 수준의 우수한 전도성을 가짐은 물론이거니와 내마모성도 향상되었다.
그 이유는, 탄소나노뷰브 및 응집체의 형태가 고무 내에서 분산 및 전도성 네트워크를 형성하기 유리한 형태를 가져서 극소량의 적용으로도 탄소나노튜브 간의 네트워크가 형성되므로, 전기전도도 특성이 향상되며 극소량을 적용하였기에 물성의 저하 없이 탄소나노튜브가 가진 강인성에 의해 내마모성도 향상된 것으로 사료된다.
본 발명에서 한정한 특정 형태의 탄소나노튜브를 높은 함량으로 사용한 비교예 2 및 3은, 비교예 1과 비교할 경우 전기전도성 및 내마모성이 큰 폭으로 향상되지만, 신율, 피로파괴 특성, 젖은 노면에서의 제동력 및 회전저항 특성이 크게 감소하여서 실리카 트레드의 고유 물성을 유지하지 못하였다.
작은 종횡비 및 높은 밀도를 가지며 응집체가 길게 배향되지 않은 탄소나노튜브를 사용한 비교예 4 및 5는, 본 발명에서 사용한 큰 종횡비 및 낮은 밀도를 가지며 응집체가 길게 배향된 탄소나노튜브를 포함한 비교예 2 및 3과 비교할 경우, 동일량의 탄소나노튜브를 적용했음에도 전기전도성은 크게 낮은 수준으로 고무 내 분산 및 전도성 네트워크를 형성하는데 불리한 형태를 가졌음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시양태로서 전기전도도 및 내마모성을 향상시킨 실리카 타이어 트레드용 고무 조성물에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시양태에 국한되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 변경 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형 또는 변경은 특허청구범위의 기술적 범위 내에 포함될 것이다.

Claims (4)

  1. 실리카를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물로서,
    천연고무 및 합성고무 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 원료고무 100 중량부에 대하여, 다중벽 탄소나노튜브 0.5 내지 1.0 중량부를 포함하되, 상기 탄소나노튜브는 종횡비가 12,000 이상이고, 길이가 120 ㎛이고, 밀도가 0.01 g/cm3이고, 탄소나노튜브 응집체 형태가 길게 배향되고, 그의 직경이 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 정전기 방지를 위한 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 실리카를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물로서,
    천연고무 및 합성고무 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 원료고무 100 중량부에 대하여, 다중벽 탄소나노튜브 0.16 내지 1.0 중량부 및 탄소나노튜브 분산제 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 방지를 위한 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    탄소나노튜브 분산제는 소듐 도데실 설페이트(SDS), 리튬 도데실 설페이트(LDS), 소듐 도데실벤젠 설페이트(NaDDS), 소듐 도데실 설포네이트(SDSA), 소듐 도데실벤젠 설포네이트(SDBS) 및 폴리바이닐 피롤리돈(PVP) 중에서 선택된 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 정전기 방지를 위한 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    원료고무 100 중량부에 대해 실리카 30 내지 100 중량부 및 카본블랙 40 중량부 이하를 포함하되, 탄소나노튜브 사용량은 하기 식들에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 정전기 방지를 위한 타이어 트레드용 고무 조성물:
    탄소나노튜브 최소값 = (40 - 카본블랙 사용량)/60
    탄소나노튜브 최대값 = (40 - 카본블랙 사용량)/40
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