KR20150039435A

KR20150039435A - 실리카로 처리된 전도성 고분자 폴리피롤(Polypyrrole,PPy)을 포함하는 고무 조성물 및 그를 이용한 타이어

Info

Publication number: KR20150039435A
Application number: KR20130118009A
Authority: KR
Inventors: 맹진오; 강인구
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-10
Also published as: KR101585154B1

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 그 타이어에 관한 것으로 더욱 상세하게는 타이어의 제동특성, 전기전도성, 마모특성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물 및 그 타이어에 관한것이며, 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100중량부와 필러 50~120중량부에 대하여 표면에 실리카로 처리된 전도성고분자 Polypyrrole(PPy)를 추가로 5~20중량부 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

실리카로 처리된 전도성 고분자 폴리피롤(Polypyrrole,PPy)을 포함하는 고무 조성물 및 그를 이용한 타이어{Tread Compound for Containing the Conductive Polymer Polypyrrole(PPy) Giving Silica}

본 발명은 본 발명은 폴리피롤(Polypyrrole,PPy)을 포함하는 고무 조성물에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 원료고무 100 중량부에 대하여 5~20 중량부의 폴리피롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 고무조성물을 제공하며, 상기 폴리피롤(Polypyrrole)은 실리카로 처리된 것을 특징으로 하는 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어에 관한 것이다.

고무(rubber)는 받는 힘의 유무에 따라 변형되거나 회복되는 성질이 있어 이러한 고무의 성질을 이용하여 타이어(tire), 컨베이어 벨트(conveyor belt) 및 신발(shose) 등의 다양한 제품에 이용하고 있다.

고무를 재료로 하는 다양한 제품에 대해 제품의 특성에 맞도록 다양한 첨가제를 사용하고 있다.

타이어는 타이어를 구성하는 부위에 따라 여러 가지 서로 다른 특성이 있어야 하는데 지면에 접촉하여 차량의 이동, 제동 등에 직접적인 영향을 미치는 타이어의 트레드 부위는 타이어의 내마모성, 연비에 영향을 주는 회전저항, 그리고 젖은 노면에서 제동성능 등의 특성이 우수해야 한다.

타이어의 트레드 컴파운드(tread compound)에 사용되는 다양한 첨가제 중에서 타이어 트레드 컴파운드의 내마모성, 강도를 향상시키기 위해 사용하는 보강충진제는 통상적으로 카본블랙(carbon black)이 사용되어 왔으나,

2000년대 초반부터 타이어의 특성 중 연비 및 젖은 노면 제동성능 개선이 중요한 이슈로서 부각되면서 실리카의 사용량이 점차 증가하고 있는 추세이다.

친환경적인 자동차 타이어에 대한 주요 관심사항으로 고무 조성물 보강재 및 충진재로 사용되는 필러로는 실리카가 주를 이루고 있는 추세이다.

하지만 실리카는 카본보다 제동 및 회전저항에 장점이 있는 반면 전기 전도성과 마모특성에 한계가 있으으며, 제동특성에 대한 획기적인 성능개선에 대한 문제가 필요시 된다.

전기 전도성을 개선하기 위해 정전기바를 언더트레드에서 돌출시키거나 인플란드 방식으로 심어 공정적인 측면에서 추가 장비가 필요하거나 공정기술의 보완이 필요한 실정이다.

이를 보완하는 종래의 기술로는 필러의 개념으로 CNT를 적용하여 본 문제를 해결하고자 하였다.

2000년대 초반부터 학계 및 산업계에서는 나노재료(nano material)에 대한 잠재성이 인식되어 다양한 적용을 꾀하고 있으며, 재료적 측면에서 표면적이 넓은 나노재료를 적용하여 재료의 보강성을 높인다는 내용이 공통적인 특징이 있다.

타이어에 사용되는 첨가제 중에서 나노 재료서는 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT) 및 나노클레이(nanoclay)가 검토된 대표적인 재료이다.

그러나 상기의 탄소나노튜브는 가격이 고가이며, 공정성 측면에서 배합성에 불리하다는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전도성 고분자는 탄소나노튜브에 비하여 상대적으로 저가라는 점, 언더트레드에서 돌출시키거나 인플란드 방식으로 심어 공정적인 측면에서 추가 장비가 필요하거나 공정기술의 보완이 필요하지 않다는 점, 필러의 개념이 아닌 실리카를 전도성 고분자에 처리하여 타이어에 코팅하기 위한 조성물을 제조할 수 있다는 점, 실리카를 처리함으로써 컴파운드 내의 화학적 결합을 강화시켜 마모 특성과 제동특성을 보완할 수 있다는 점에 착안하였다.

특히 전도성 고분자중에 가장 상용성이 크며, 열안정성이 가장우수하여 내구력이 가장우수한 폴리피롤(Polypyrrole)을 사용하고자 한다.

원료고무에 실리카 표면에 코팅된 전도성 고분자를 포함시켜 전기전도성을 개선하여 추가 정전기바가 필요없는 실리카 컴파운드를 적용함과 동시에 그 중 바람직하게 열안정성이 가장 우수한 폴리피롤(Polypyrrole)을 사용하여 전기 전도성이 장기간 지속가능하게 하며, 이와 더불어 말단에 실리카를 코팅하여 화학적 결합을 강화시켜 마모성능과 제동성능을 보완하고자 하는 것이다.

본 발명은 폴리피롤(Polypyrrole,PPy)을 포함하는 고무 조성물을 제공한다. 더욱 상세하게는 원료고무 100 중량부에 대하여 5~20 중량부의 폴리피롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 고무조성물을 제공하며, 상기 폴리피롤(Polypyrrole)은 실리카로 처리된 것을 특징으로 하는 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어를 제공한다.

본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물에 실리카로 처리된 전도성 고분자를 첨가하여 추가 정전기바 없이 전기전도성 문제를 해결하며, 고무 조성물 표면을 거칠게하여 제동성능 개선하며, 나노 와이어 형태인 전도성 고분자에 의한 표면 Spike 기능을 및 표면 거칠기를 증가하여 제동성능을 개선하고 마모성능을 개선시킬 수 있다. 즉 타이어의 제동특성, 전기전도성, 마모특성을 향상시키는 효과를 갖는다.

본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100중량부와 필러 50~120중량부에 대하여 표면에 실리카로 처리된 전도성 고분자 폴리피롤(Polypyrole)를 추가로 5~20중량부 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 원료고무는 그 종류에 특별히 제한이 없다.

상기에서 원료고무는 천연고무 및 합성고무로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 고무를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는 상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 에피클로로하이드린고무, 불소고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로린네이티드 폴리에틸렌고무, 스티렌 에틸렌부틸렌스티렌(SEBS)고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌프로필렌디엔(EPDM)고무, 하이팔론고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌비닐아세티에트고무, 아크릴고무, 히드린고무, 비닐벤질클로라이드스티렌부타디엔고무, 브로모메틸스티렌부틸고무, 말레인산스티렌부타디엔고무, 카르복실산스티렌부타디엔고무, 에폭시이소프렌고무, 말레인산 에틸렌프로필렌고무, 카르복실산니트릴부타디엔고무 및 BIMS(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 필러는 그 종류에 특별히 제한이 없다.

본 발명에서 사용되는 실리카로 처리된 전도성고분자는 열안정성이 가장 우수한 Polypyrrole(PPy)를 사용하였다.

본 발명에서 전도성 고분자 Polypyrrole(PPy)는 20 중량부를 초과하는 경우에는 물성이 하락하여 바람직하지 않고, 5중량부 미만인 경우에는 성능 개선이 미미하여 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 실리카로 처리된 전도성고분자 Polypyrrole(PPy)는 예를 들어 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있다.

<실리카로 처리된 전도성고분자 폴리피롤(Polypyrrole,PPy)의 제조 방법>

전도성 고분자인 폴리피롤을 강산(황산:질산 = 3:1)으로 약 12시간 동안 침지시켜 부분 산화 시켜 표면을 개질한 후, MeoH/증류수/Acetone 으로 세척하고 진공상태에서 0~80 ℃ 조건으로 건조시킨다.

표면에 불순물 제거를 위해 추가적으로 톨루엔:벤질알콜이 1:1 중량비로 담겨있는 반응기에 넣은 후 초음파로 약 1시간 동안 조사한다.

그리고 전도성 고분자를 교반시키면서 실리카 전구체인 95% 이상의 농도를 갖는 규산나트륨 수용액을 폴리피롤대비 50~100% 중량으로 첨가한다.

규산 나트륨 수용액이 50% 미만이면, 양이 적어 실리카와 반응이 어려우며,

100% 초과되면 전도성의 기능 효과가 미미하다.

이때 열적 안정성 향상을 위해 도판트인 슬폰산염을 0.25g / 100mg 규산나트륨 수용액 기준으로 첨가한다.

그 뒤 약 4시간정도 반응시킨후 건조시킨다

이하, 본 발명을 하기 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로

설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 및 비교예]

하기 표1에 나타낸 조성에 따라 각 성분을 배합하여, 고무 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 시편을 제조한 후 ASTM 규격에 따라 물성 및 오존 평가를 실시하여 그 평가 결과를 하기 표2에 나타내었다.

표1은 원료고무 100중량부를 기준으로 한 중량부 단위이며, 각 방법으로 제조한 각 조성물은 ASTM 규격을 따르도록 하였다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	비교예
HPR850	70	70	70	70
BR	30	30	30	30
TDAE	4	4	4	4
실리카	80	80	80	80
실리카 처리된 Polypyrrole	20	10	5	0
실란	8	8	8	8
산화아연	3	3	3	3
스테아린산	2	2	2	2
노방제	2	2	2	2
Resin	10	10	10	10
황	1.6	1.6	1.6	1.6
촉진제1	2	2	2	2
촉진제2	1.2	1.2	1.2	1.2

1) HPR850: JSR(주) 제조의 SBR.

2) TDAE: 처리 증류 방향족 추출물(Treated Distillate Aromatic Extracts:TDAE).

3) BR: 부타디엔 고무(BR).

구분	실시예1	실시예2	실시예3	비교예
HD's	107	105	103	100
DIN(loss index)	99	95	97	100
Tand 0℃	0.062	0.063	0.063	0.062
전기저항	1.0 x 10^7	1.0 x 10^7	1.0 x 10^7	1.0 x 10^8

1) HD's 은 지수로 표시하였으며, 비교예의 100이 기준이며, 높을수록 실제 수치가 높은 값을 나타낸다.

2) DIN 은 지수로 표시하였으며, 낮을수록 Loss 가 적으므로 우수한 것을 의미한다.

3) Tand 0℃ 는 회전저항 나타내는 척도로서, 수치가 높을수록 우수한 것을 의미한다.

4) 전기저항은 상대습도 50%, 온도 23℃의 조건으로 최소 저항 측정치를 나타낸다.

상기 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 전도성 고분자 적용시 마모성능/ 제동성능/전기저항 성능이 우수해짐을 알 수 있다.

Claims

폴리피롤(Polypyrrole,PPy)을 포함하는 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폴리피롤(Polypyrrole)은 원료고무 100 중량부에 대하여 5~20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무조성물.
제2항에 있어서, 상기 폴리피롤(Polypyrrole)은 실리카로 처리된 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제1항의 고무조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어.