KR20180101389A - 황 공여체를 갖는 카본블랙 조성물 - Google Patents
황 공여체를 갖는 카본블랙 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
황 공여체를 갖는 카본블랙 조성물, 및 이들을 포함하는 탄성 중합체의 조성물, 이와 함께 이들을 제조 및 사용하기 위한 방법.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 12월 15일 출원된 미국 특허 가출원 62/267,525의 우선권을 주장하고, 그 출원의 모든 것은 참조로써 본 명세서에 완전히 포함된다.
기술분야
본 발명은 황 공여체를 포함하는 카본블랙 조성물, 이들을 포함하는 탄성 중합체의 조성물, 이와 함께 상기 카본블랙 조성물 및 탄성 중합체의 조성물 모두의 제조 및 사용을 위한 방법에 관한 발명이다.
카본블랙은 탄성 중합체 시스템 내의 보강 충전제로서 흔히 사용된다. 이러한 탄성 중합체의 조성물, 가령 고무 화합물이 혼합될 때, 황 또는 황을 함유하는 화합물은 경화제/가교결합제로서 흔히 부가된다. 상기 카본블랙 및 상기 탄성 중합체 사이의 상호작용을 개선하기 위해, 기능화된 탄성 중합체 조성물과 카본블랙을 조합하기 위한 노력이 착수되어왔다. 그러한 기능화된 탄성 중합체 조성물의 사용은 개선된 특징 및 성능을 제공할 수 있지만, 상기 기술은 최적화된 중합체 미세구조 및 기능화를 요구하고, 이 기술의 넓은 적용 가능성을 잠재적으로 제한한다.
이와 같이, 개선된 카본블랙 재료 및 이들을 포함하는 탄성 중합체의 조성물에 대한 필요가 있다. 이러한 필요 및 다른 필요는 본 발명의 조성물 및 방법에 의해 충족된다.
발명의 내용
본 발명의 목적에 따라서, 본 명세서에서 구현되고 광범위하게 기술된 것과 같이, 본 발명은, 하나의 양상에서, 카본블랙 및 탄성 중합체의 재료, 이와 함께 그의 제조 및 사용을 위한 방법에 관련된다.
하나의 양상에서, 본 발명은 황 공여체를 포함하는 카본블랙 조성물을 제공한다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 적어도 하나의 전기음성기(electronegative group)를 갖는 황 공여체 화합물을 포함하는 카본블랙 조성물을 제공한다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 티오포스페이트를 함유하는 황 공여체를 포함하는 카본블랙 조성물을 제공한다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 황 공여체를 포함하는 카본블랙 조성물을 포함하는 탄성 중합체 조성물을 제공한다.
여전히 또 다른 양상에서, 본 발명은 황 공여체를 포함하는 카본블랙 조성물을 제조하기 위한 방법을 제공한다.
여전히 또 다른 양상에서, 본 발명은 카본블랙 및 황 공여체를 포함하는 탄성 중합체 조성물을 제조하기 위한 방법을 제공한다.
여전히 또 다른 양상에서, 본 발명은 황 공여체를 포함하는 카본블랙을 포함하는 탄성 중합체 조성물을 제조하기 위한 방법을 제공한다.
본 명세서 내에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은, 몇몇의 양상을 보여주고 발명의 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 발명의 부가적인 양상은 다음의 설명 내에서 부분적으로 설명될 것이고, 부분적으로 상기 설명으로부터 명백해지거나, 본 발명의 실행에 의해 알게 될 수 있다. 본 발명의 이점은 첨부된 청구항 내에서 특히 언급된 요소 및 조합에 의해 인식되고 획득될 것이다. 앞서 말한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 오로지 예시적 및 설명적이며 청구된 것과 같은 본 발명을 제한하지 않는다고 이해되어야 한다.
도면의 간단한 설명
본 명세서 내에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은, 몇몇의 양상을 보여주고 발명의 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 승용차 레이디얼(radial) (PCR) 제제의 무니 점성도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 최적의 가황 시간 (T90)을 보여준다.
도 3은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 결합 고무 값을 보여준다.
도 4는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 탄성 계수 빌드를 보여준다.
도 5는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 25 ℃에서의 반발 값을 보여준다.
도 6은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 열 축적을 보여준다.
도 7은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 페인 효과(Payne Effect)의 변화를 보여준다.
도 8은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 탄 델타(tan delta)의 변화를 보여준다.
도 9는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 트럭/버스 레이디얼(radial) (TBR) 제제에 대한 분산 지수 값을 보여준다.
도 10은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 무니 점성도 값을 보여준다.
도 11은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 T90 경화 시간을 보여준다.
도 12는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 가교결합 밀도를 보여준다.
도 13은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 탄성 계수 빌드를 보여준다.
도 14는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 60 ℃에서의 반발 값을 보여준다.
도 15는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 열 축적을 보여준다.
도 16은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 바이스(Vieth) 인열 강도를 보여준다.
도 17은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 난 인열 지수를 보여준다.
도 18은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 페인 효과(Payne Effect)의 변화를 보여준다.
도 19는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 탄 델타(tan delta)의 변화를 보여준다.
본 발명의 부가적인 양상은 다음의 설명 내에서 부분적으로 설명될 것이고, 부분적으로 상기 설명으로부터 명백해지거나, 본 발명의 실행에 의해 알게 될 수 있다. 본 발명의 이점은 첨부된 청구항 내에서 특히 언급된 요소 및 조합에 의해 인식되고 획득될 것이다. 앞서 말한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 오로지 예시적 및 설명적이며 청구된 것과 같은 본 발명을 제한하지 않는다고 이해되어야 한다.
본 명세서 내에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은, 몇몇의 양상을 보여주고 발명의 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 승용차 레이디얼(radial) (PCR) 제제의 무니 점성도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 최적의 가황 시간 (T90)을 보여준다.
도 3은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 결합 고무 값을 보여준다.
도 4는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 탄성 계수 빌드를 보여준다.
도 5는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 25 ℃에서의 반발 값을 보여준다.
도 6은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 열 축적을 보여준다.
도 7은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 페인 효과(Payne Effect)의 변화를 보여준다.
도 8은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 PCR 제제에 대한 탄 델타(tan delta)의 변화를 보여준다.
도 9는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 트럭/버스 레이디얼(radial) (TBR) 제제에 대한 분산 지수 값을 보여준다.
도 10은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 무니 점성도 값을 보여준다.
도 11은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 T90 경화 시간을 보여준다.
도 12는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 가교결합 밀도를 보여준다.
도 13은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 탄성 계수 빌드를 보여준다.
도 14는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 60 ℃에서의 반발 값을 보여준다.
도 15는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 열 축적을 보여준다.
도 16은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 바이스(Vieth) 인열 강도를 보여준다.
도 17은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 난 인열 지수를 보여준다.
도 18은 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 페인 효과(Payne Effect)의 변화를 보여준다.
도 19는 본 발명의 다양한 양상에 따른, 다양한 TBR 제제에 대한 탄 델타(tan delta)의 변화를 보여준다.
본 발명의 부가적인 양상은 다음의 설명 내에서 부분적으로 설명될 것이고, 부분적으로 상기 설명으로부터 명백해지거나, 본 발명의 실행에 의해 알게 될 수 있다. 본 발명의 이점은 첨부된 청구항 내에서 특히 언급된 요소 및 조합에 의해 인식되고 획득될 것이다. 앞서 말한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 오로지 예시적 및 설명적이며 청구된 것과 같은 본 발명을 제한하지 않는다고 이해되어야 한다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명은, 본 발명의 다음의 상세한 설명 및 그 안에 포함된 실시예를 참조하여 더욱 용이하게 이해될 수 있다.
본 화합물, 조성물, 물품, 시스템, 장치, 및/또는 방법이 개시되거나 기술되기 이전에, 그러한 것들은 당연히 달라질 수 있기 때문에, 달리 명시되지 않는 한 특정한 합성 방법으로, 또는 달리 명시되지 않는 한 특정한 시약으로 제한되지 않는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 오로지 특정한 양상을 기술할 목적이고 제한하려고 하는 것이 아님을 또한 이해해야 한다. 본 명세서에서 기술된 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법 및 재료는 본 발명의 실행 또는 실험에서 사용될 수 있지만, 실시예 방법 및 재료가 이제부터 기술된다.
본 명세서에서 언급된 모든 간행물은 인용된 간행물과 관련된 상기 방법 및/또는 상기 재료를 개시하고 기술하기 위한 참조로서 본 명세서에 포함된다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적이고 과학적인 용어는 본 발명이 속한 업계의 숙련가에 의해 흔히 이해되는 것과 같은 의미를 갖는다. 본 명세서에서 기술된 것과 유사하거나 동등한 어떠한 방법 및 재료도 본 발명의 실행 또는 실험에서 사용될 수 있음에도 불구하고, 예시적 방법 및 재료가 이제부터 기술된다.
본 명세서에서 사용된 것과 같이, 반대로 구체적으로 명시되지 않는 한, 단수 형태 “a”, “an” 및 “the”는 문맥이 분명히 지시하지 않는 한 복수 언급을 포함한다. 이와 같이, 예를 들어, “충전제(a filler)” 또는 “용매(a solvent)”에 대한 언급은, 각각, 둘 또는 그 이상의 충전제, 또는 용매의 혼합물을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 것과 같은, 반대로 구체적으로 명시되지 않는 한, 축약형 “phr”은, 조성물 내의 각각의 성분의 상대적인 양을 기술하기 위해 고무 산업에서 전형적으로 사용되는 것과 같이, 100부 당 부를 나타내고자 한다.
범위는 본 명세서에서 “약” 하나의 특정한 값 내지, 및/또는 “약” 또 다른 특정한 값으로서 표현될 수 있다. 그러한 범위가 표현될 때, 또 다른 양상은 하나의 특정한 값 내지 및/또는 다른 특정한 값을 포함한다. 유사하게, 값이 근사치로서 표현될 때, 선행되는 “약” 의 사용에 의해 특정한 값은 또 다른 양상을 형성한다고 이해될 것이다. 각각의 범위의 종점은 다른 종점에 관하여, 및 다른 종점과는 독립적으로 둘 다 유의함이 추가로 이해될 것이다. 본 명세서에서 개시된 다수의 값이 있고, 각각의 값은, 값 그 자체에 더하여 “약” 특정한 값으로서 본 명세서에서 또한 개시되는 것이 또한 이해된다. 예를 들어, 값 “10”이 개시되어 있다면, “약 10”도 또한 개시되어 있다. 두 특정한 단위 사이의 각각의 단위가 개시되는 것이 또한 이해된다. 예를 들어, 10 및 15가 개시된다면, 상기 11, 12, 13 및 14 또한 개시된다.
본 명세서에서 사용된 것과 같이, 용어 “선택적인” 또는 “임의의”는 차후에 기술된 사건 또는 상황이 발생하거나 발생하지 않을 수 있음을 의미하고, 상기 설명은 상기 사건 또는 상황이 발생하는 사례 또는 그렇지 않은 사례를 포함한다.
본 명세서에서 개시된 방법 내에서 사용될 조성물 자체뿐만 아니라 본 발명의 조성물을 제조하기 위해 사용될 성분이 개시된다. 이들 및 다른 재료는 본 명세서에서 개시되어 있고, 이들 화합물의 각각의 다양한 개체 및 집단적 조합 및 순열에 대한 특정한 언급이 명시적으로 개시되어 있지 않으면서, 이들 재료의 조합, 부분 집합, 상호작용, 그룹 등이 개시되어 있을 때, 각각이 본 명세서에서 구체적으로 고려되고 기술되어 있다고 이해된다. 예를 들어, 특정한 화합물이 공개 및 논의되고, 상기 화합물을 포함하는 다수의 분자로 만들어질 수 있는 다수의 개질이 논의된다면, 구체적으로 반대로 명시되지 않는 한 상기 화합물의 각각의 및 모든 조합 및 순열, 및 가능한 개질이 구체적으로 고려된다. 이와 같이, D, E, 및 F 분자의 부류가 A, B, 및 C 분자의 부류와 함께 개시되어 있고, 조합 분자의 예시 A-D는 개시된다면, 그렇다면, 각각이 개별적으로 언급되어 있지 않을지라도, 각각은 개별적으로 및 집합적으로 고려된다, 즉, 조합 A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E, 및 C-F가 개시되어 있는 것으로 간주된다는 의미이다. 마찬가지로, 이들의 임의의 부분 집합 또는 조합도 또한 개시된다. 따라서, 예를 들어, A-E, B-F, 및 C-E의 하위 그룹은 개시된 것으로 간주될 것이다. 본 개념은 본 발명의 조성물을 제조하고 사용하는 방법 내의 단계를 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 본 출원의 모든 양상에 적용된다. 이와 같이, 수행될 수 있는 여러 가지의 부가적인 단계가 있다면, 각각의 이러한 부가적인 단계는 본 발명의 방법의 임의의 구체적인 구체예 또는 구체예의 조합으로 수행될 수 있다고 이해된다.
본 명세서에서 개시된 각각의 재료는 각각 상업적으로 이용 가능하고 및/또는 그의 제조를 위한 방법은 본 업계의 숙련가에게 공지되어있다.
본 명세서에서 개시된 조성물은 특정의 기능을 갖는다는 것이 이해된다. 개시된 기능을 수행하기 위한 특정의 구조상의 필요조건이 본 명세서에서 개시되고, 개시된 구조와 관련된 동일한 기능을 수행할 수 있는 여러 가지의 구조가 있다고 이해되고, 이러한 구조는 같은 결과를 전형적으로 달성할 것이다.
간단히 상기 기술된 것과 같이, 본 발명은 황 공여체를 포함하는 카본블랙 조성물, 이와 함께 그러한 카본블랙 조성물을 포함하는 탄성 중합체의 조성물, 및 상기 카본블랙 조성물 및 상기 탄성 중합체의 조성물 모두를 제조하고 사용하기 위한 방법을 제공한다. 카본블랙 및 탄성 중합체의 재료 사이의 상호작용을 개선하기 위한 이전의 노력은 기능화된 탄성 중합체를 이용해왔고, 여기서 특정한 작용기가 카본블랙 표면 위의 작용기와 상호작용을 한다. 그러한 기능화된 중합체는 고무 산업 내에서 사용되는 표준 NR/BR/SBR 유형 탄성 중합체 내에 존재하지 않는 기능화를 포함한다. 그에 반해서, 본 명세서에서 기술된 본 발명의 접근법은 황 공여체를 포함하는 카본블랙 조성물의 사용을 포함하고, 여기서 결과로 얻은 카본블랙 조성물은 표준 (즉, 비개질 및/또는 비-기능화된)탄성 중합체 재료로 사용될 수 있다. 본 발명의 조합은 기능화된 탄성 중합체 단독으로 또는 표준 비개질 탄성 중합체 재료와의 조합에서 또한 활용될 수 있다. 다양한 양상에서, 결과로 얻은 탄성 중합체의 조성물은, 종래의 카본블랙/탄성 중합체 조성물과 비교하여, 감소된 롤링 저항성을 제공할 수 있다. 다른 양상에서, 결과로 얻은 탄성 중합체의 조성물은 다른 개선된 기계적인 특징, 가령, 예를 들어, 인열 강도 및/또는 열 축적을 제공할 수 있다. 다양한 양상에서, 상기 탄성 중합체는, 기능화 및 비-기능화된 탄성 중합체, 예를 들어, 기능화된 SBR, 비-기능화된 SBR, 천연 고무, 및 부타디엔 고무를 포함하는, 임의의 하나 또는 그 이상의 탄성 중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 카본블랙은, 상기 황 공여체 화합물 및/또는 이용된 탄성 중합체의 재료와 함께 사용하기에 적합한 임의의 카본블랙을 포함할 수 있다. 하나의 양상에서, 상기 카본블랙은 퍼니스(furnace) 카본블랙이다. 또 다른 양상에서, 상기 카본블랙은 기능화 될 수 있다. 여전히 또 다른 양상에서, 상기 카본블랙은 비-기능화될 수 있다. 하나의 양상에서, 기능화된 카본블랙과의 황 공여체의 사용은 기능화된 탄성 중합체 에 대한 필요를 감소 및/또는 제거할 수 있다. 하나의 양상에서, 황 공여체를 갖는 기능화된 카본블랙은 비-기능화된 탄성 중합체로 사용될 수 있다. 또 다른 양상에서, 기능화된 카본블랙은 기능화된 탄성 중합체와 함께 사용될 수 있다. 하나의 양상에서, 기능화된 카본블랙은 적어도 약 3wt%, 적어도 약 4wt%, 적어도 약 4.5wt%, 적어도 약 5wt%, 또는 더 높은 휘발물질 함량을 갖는 산화된 표면을 포함할 수 있다. 다른 양상에서, 그러한 산화된 카본블랙은 임의의 적합한 수단, 가령, 예를 들어, 산, 오존, 과산화물, 알코올, 또는 그의 조합을 이용한 처리에 의해 제조될 수 있다.
상기 카본블랙은, 예를 들어, ASTM 방법 D6556-14에 의해 결정된 것과 같은, 약 15 m2/g 내지 약 140 m2/g; 약 20 m2/g 내지 약 130 m2/g; 약 30 m2/g 내지 약 135 m2/g; 약 40 m2/g 내지 약 110 m2/g; 약 50 m2/g 내지 약 140 m2/g; 약 60 m2/g 내지 약 125 m2/g; 약 70 m2/g 내지 약 130 m2/g; 약 80 m2/g 내지 약 110 m2/g; 약 95 m2/g 내지 약 135 m2/g; 약 100 m2/g 내지 약 130 m2/g; 약 105 m2/g 내지 약 125 m2/g; 약 110 m2/g 내지 약 125 m2/g; 약 115 m2/g 내지 약 125 m2/g; 약 110 m2/g 내지 약 120 m2/g; 약 115 m2/g 내지 약 120 m2/g; 약 115 m2/g 내지 약 121 m2/g; 또는 약 116 m2/g 내지 약 120 m2/g의 질소 표면적을 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 상기 카본블랙은 약 15, 17, 18, 19, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138, 또는 140 m2/g의 질소 표면적을 가질 수 있다. 여전히 또 다른 양상에서, 상기 카본블랙은 약 116 m2/g의 또는 약 118 m2/g의 질소 표면적을 가질 수 있다. 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 본 명세서에서 구체적으로 언급된 임의의 값 초과 또는 미만인 질소 표면적을 가질 수 있고, 본 발명은 임의의 특정한 질소 표면적 값으로 제한되지 않는다.
상기 카본블랙은, 통계적 두께 방법(STSA, ASTM D6556-14)에 기초하여, 약 10 m2/g 내지 약 140 m2/g; 약 15 m2/g 내지 약 125 m2/g; 약 25 m2/g 내지 약 135 m2/g; 약 30 m2/g 내지 약 115 m2/g; 약 40 m2/g 내지 약 140 m2/g; 약 50 m2/g 내지 약 130 m2/g; 약 60 m2/g 내지 약 110 m2/g; 약 70 m2/g 내지 약 125 m2/g; 약 80 m2/g 내지 약 125 m2/g; 약 85 m2/g 내지 약 120 m2/g; 약 90 m2/g 내지 약 115 m2/g; 약 95 m2/g 내지 약 110 m2/g; 약 95 m2/g 내지 약 105 m2/g; 약 98 m2/g 내지 약 104 m2/g; 또는 약 99 m2/g 내지 약 103 m2/g 의 겉표면적을 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 상기 카본블랙은 약 10, 11, 13, 15, 17, 18, 19, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138, 또는 140 m2/g 의 겉표면적을 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 상기 카본블랙은 약 101 m2/g 의 겉표면적을 가질 수 있다. 다양한 양상에서, 카본블랙의 겉표면적은 고무 화합물에 접근 가능한 특정한 표면적이다. 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 본 명세서에서 구체적으로 언급된 임의의 값 초과 또는 미만인 겉표면적을 가질 수 있고, 본 발명은 임의의 특정한 겉표면적 값으로 제한되지 않는다.
본 발명의 카본블랙은, 예를 들어, ASTM 방법 D2414-16e1에 의해 측정된 것과 같이, 약 40 cm3/100g 내지 약 180 cm3/g, 예를 들어, 약 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175 또는 180 cm3/100g; 약 125 cm3/g 내지 약 140 cm3/g; 약 80 cm3/g 내지 약 130 cm3/g; 약 95 cm3/100g 내지 약 140 cm3/100g; 약 95 cm3/100g 내지 약 125 cm3/100g; 약 105 cm3/100g 내지 약 140 cm3/100g; 예를 들어, 약 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139 또는 140 cm3/100g의 흡유량(OAN)을 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은, 예를 들어, ASTM 방법 D3493-16에 의해 측정된 것과 같이, 약 40 cm3/100g 내지 약 125 cm3/100g, 예를 들어, 약 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120 또는125 cm3/100g; 85 cm3/100g 내지 약 115 cm3/100g; 약 85 cm3/100g 내지 약 110 cm3/100g; 약 85 cm3/100g 내지 약 105 cm3/100g; 약 90 cm3/100g 내지 약 115 cm3/100g; 약 95 cm3/100g 내지 약 115 cm3/100g; 약 105 cm3/g 내지 약 115 cm3/g; 또는 약 90 cm3/100g 내지 약 110 cm3/100g; 예를 들어, 약 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113 또는115 cm3/100g 의 압축 흡유량(COAN)을 가질 수 있다. 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 본 명세서에서 구체적으로 언급된 임의의 값 초과 또는 미만인 흡유량 및/또는 압축 흡유량을 가질 수 있고, 본 발명은 임의의 특정한 겉표면적 값으로 제한되지 않는다.
본 발명의 카본블랙은, 예를 들어, 실험 방법 A 또는 실험 방법 B를 사용하는 ASTM 방법 D1512-15에 의해 측정된 것과 같이, 약 1 내지 약 14; 약 2 내지 약 12; 약 2 내지 약 7; 약 2.5 내지 약 4; 약 2.8 내지 약 3.6; 또는 약 3 내지 약 3.4의 pH를 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 약 3.2의 pH를 가질 수 있다. 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 본 명세서에서 구체적으로 언급된 임의의 값 초과 또는 미만인 pH를 가질 수 있고, 본 발명은 임의의 특정한 pH 값으로 제한되지 않는다.
본 발명의 카본블랙은, 예를 들어, ASTM D7854 또는 ASTM 방법 D6086-09a에 의해 결정된 것과 같은, 약 55 cm3/100g 내지 약 67 cm3/100g(50GM); 약 60 cm3/100g 내지 약 65 cm3/100g(50GM); 약 50 cm3/100g 내지 약 60 cm3/100g(75GM); 약 53 cm3/100g 내지 약 58 cm3/100g (75GM); 약 45 cm3/100g 내지 약 55 cm3/100g(100GM); 또는 약 47 cm3/100g 내지 약 53 cm3/100g(100GM)의 공극 부피를 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 상기 카본블랙은 약 62.2 cm3/100g의 50GM 공극 부피; 약 55.3 cm3/100g의 75GM 공극 부피; 및/또는 약 50.4 cm3/100g의 100GM 공극 부피를 가질 수 있다. 다른 양상에서, 카본블랙의 공극 부피는 본 명세서에서 구체적으로 언급된 임의의 값 초과 또는 미만일 수 있고, 본 발명은 임의의 특정한 공극 부피로 제한되지 않는다.
본 발명의 카본블랙은, 예를 들어, ASTM 방법 D1509-15에 의해 측정된 것과 같이, 약 0.5wt% 내지 약 10wt%, 약 1wt% 내지 약 8wt%, 약 2wt% 내지 약 6wt%; 약 2.5wt% 내지 약 4.5wt%; 약 3wt% 내지 약 4wt%; 또는 약 3.2wt% 내지 약 3.8wt%의 수분 함량을 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 약 3.5wt%의 수분 함량을 가질 수 있다. 카본블랙 재료의 수분 함량은, 예를 들어, 환경 및/또는 저장 상태에 따라 변화할 수 있고, 따라서, 상기 카본블랙의 주어진 샘플의 특정한 수분 함량은 달라질 수 있다고 이해되어야 한다. 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 본 명세서에서 구체적으로 언급된 임의의 값 초과 또는 미만인 수분 함량을 가질 수 있고, 본 발명은 임의의 특정한 수분 함량 값으로 제한되지 않는다.
하나의 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 산화된 카본블랙, 가령, 산화된 퍼니스(furnace) 카본블랙이다. 카본블랙을 산화시키기 위한 다양한 방법, 가령, 예를 들어, 오존화가 존재하고, 다수의 요망된 산소 함유 작용기가 상기 카본블랙의 표면에 존재한다면 카본블랙을 산화시키는 것을 위한 특정한 방법은 달라질 수 있다. 하나의 양상에서, 상기 카본블랙은 오존을 이용한 처리에 의해 산화되지만, 상기 카본블랙은 표면 개질된 카본블랙 또는 산화된 카본블랙으로 제한되지 않고, 실질적으로 임의의 기능성은 본 발명의 재료 조합 및 그의 효율성에 잠재적으로 적합하다고 간주될 수 있다.
본 발명의 카본블랙은 약 1wt% 내지 약 7wt%; 약 2wt% 내지 약 7wt%; 약 3wt% 내지 약 6.5wt%; 약 4wt% 내지 약 6wt%; 약 4.5wt% 내지 약 6.5wt%; 약 5wt% 내지 약 6wt%; 또는 약 5.2wt% 내지 약 5.8wt%의 휘발물질 함량을 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 적어도 약 4.5wt%, 적어도 약 5wt%, 적어도 약 5.5wt%, 또는 더 높은 휘발물질 함량을 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 약 5.5wt% 의 휘발물질 함량을 가질 수 있다. 여전히 다른 양상에서, 카본블랙의 휘발물질 함량은 본 명세서에서 구체적으로 언급된 임의의 값 초과 또는 미만일 수 있고, 본 발명은 임의의 특정한 휘발물질 함량 값으로 제한되지 않는다. 하나의 양상에서, 휘발물질 함량은 공지된 질량의 자가 밀봉, 석영 도가니를 카본블랙으로 채우는 것에 의해 측정될 수 있고, 뚜껑을 열고 1시간 동안 125 ℃에서 오븐에 배치한다. 이후 상기 도가니는 제거될 수 있고 실온까지 냉각하는 동안 데시케이터에 배치한다. 이후 상기 냉각되고 건조된 도가니는 칭량될 수 있고, 그리고 나서, 상기 도가니는 머플로에 950 ℃에서 15분 동안 배치될 수 있다. 이후 상기 도가니는 데시케이터 내에서 다시 제거될 수 있고 냉각될 수 있다. 저밀도 및/또는 분말 카본블랙 샘플을 위해, 상기 카본블랙 샘플은 가열하기 이전에 압축될 수 있다. 상기 휘발물질 함량은, 가열된(즉, 액화된) 카본블랙의 질량을 건조된(즉, 125 ℃에서) 카본블랙의 질량으로 나누고 100을 곱한 값으로서 정의된다.
본 발명의 카본블랙은 약 0.5wt% 내지 약 6wt%; 약 1wt% 내지 약 6wt%; 약 1.5wt% 내지 약 6wt%; 약 2wt% 내지 약 6wt%; 약 2.5wt% 내지 약 5.5wt%; 약 3wt% 내지 약 5wt%; 약 3.5wt% 내지 약 4.5wt%; 또는 약 3.7wt% 내지 약 4.3wt%의 산소 함량을 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 적어도 약 3.5wt%, 적어도 약 4wt%, 또는 더 높은 산소를 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 본 발명의 카본블랙은 약 4wt%의 산소 함량을 가질 수 있다. 여전히 다른 양상에서, 카본블랙의 산소 함량은 본 명세서에서 구체적으로 언급된 임의의 값 초과 또는 미만일 수 있다, 본 발명은 임의의 특정한 산소 함량 값으로 제한되지 않는다. 하나의 양상에서, 산소 함량은 Horiba Scientific, Edison, New Jersey, USA에서 입수 가능한 EMGA-820 산소/질소 분석기를 사용하여 결정될 수 있다. 본 기술은, 흑연 도가니를 통해 전류가 흘러 상기 도가니 및 카본블랙 샘플을 급속히 가열하는, 임펄스(impulse) 퍼니스(furnace)를 활용한다. 상기 카본블랙 샘플은 열 분해를 겪고 그 결과로 얻은 기체는 비-분산 적외선 검출기 및 열 전도도 검출기에 의해 분석된다. 유리 신틸레이션(scintillation) 바이알(vial)은 카본블랙으로 부분적으로 채워질 수 있고 진공 오븐 내에서 120 º에서 하룻밤 동안 건조된다. 30 mg의 건조된 카본블랙은 니켈 캡슐에 배치될 수 있고 눌러서 밀폐한다. 이후 상기 밀폐된 캡슐을 분석해서 산소 함량을 결정한다.
하나의 양상에서, 카본블랙은, 약 112m2/g 내지 약 120 m2/g의 질소 표면적, 약 97 m2/g 내지 약 105 m2/g의 겉표면적, 약 3.1wt% 내지 약 3.9wt%의 열 손실, 약 106 cm3/100g 내지 약 114 cm3/100g의 흡유량, 약 91 cm3/100g 내지 약 99 cm3/100g의 압축 흡유량, 약 51 cm3/100g 내지 약 59 cm3/100g의 공극 부피 (75GM), 및 약 5.1wt% 내지 약 5.9wt%의 휘발물질 함량 중 하나 또는 그 이상을 가질 수 있다. 또 다른 양상 내에서, 카본블랙은, 약 116 m2/g의 질소 표면적, 약 101 m2/g의 겉표면적, 약 3.5wt%의 열손실, 약 110 cm3/100g의 흡유량, 약 95 cm3/100g의 압축 흡유량, 약 55 cm3/100g의 보일 부피, 및 약 5.5wt%의 휘발물질 함량 중 하나 또는 그 이상을 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 카본블랙은, 약 115 m2/g의 질소 표면적, 약 108 m2/g의 겉표면적, 약 0.5wt%의 열손실, 약 1.5wt%의 휘발물질 함량, 약 125 cm3/100g의 흡유량, 약 102 cm3/100g의 압축 흡유량, 및 약 60 cm3/100g의 공극 부피 (75GM) 중 하나 또는 그 이상을 가질 수 있다. 또 다른 양상에서, 카본블랙은 둘 또는 그 이상의 상기 언급된 특징을 가질 수 있다. 다른 양상에서, 카본블랙은, 셋, 넷, 다섯, 또는 그 이상의 상기 언급된 특징을 가질 수 있다. 하나의 양상에서, 상기 카본블랙은 약 116 m2/g의 질소 표면적, 약 101 m2/g의 겉표면적, 약 3.5wt%의 열손실, 약 5.5wt%의 휘발물질 함량, 및 약 55 cm3/100g의 공극 부피를 갖는 CD2125XZ 카본블랙을 포함할 수 있다.
하나의 양상에서, 특정한 등급의 카본블랙에 대한 상기 명세서 및 실시예 내의 임의의 언급은 상기 의도된 출원의 사용에 적합한 임의의 다른 등급의 카본블랙을 또한 나타내고자 한다. 예를 들어, CD2125XZ의 임의의 언급은, 본 명세서에서 기술된 탄성 중합체 화합물의 사용에 적합한 다른 산화된 카본블랙을 포함하는, 다른 카본블랙 또한 나타내고자 한다. 유사하게, N234 등급 카본블랙에 대한 언급는, 예를 들어, 타이어 제제에서 종래에 사용된 다른 카본블랙을 또한 나타낼 수 있다.
본 발명의 황 공여체는, 탄성 중합체와 화합될 때 상기 카본블랙과 상호작용을 할 수 있고 하나 또는 그 이상의 상기 요망된 성능 개선을 제공할 수 있는 재료를 함유하는 임의의 황을 포함할 수 있다.
탄성 중합체의 재료에 사용된 종래의 황 공여체는 열 불안정 형태에서 황을 함유하는 유기화합물이고, 여기서 상기 황은 탄성 중합체 화합물에 대한 정상적인 경화 상태 하에 방출될 수 있다. 이러한 종래의 황 공여체는, 상기 경화를 가속화하기 위해 및/또는 타이어 화합물에서의 점탄성 특징의 균형을 제공하기 위해 상기 탄성 중합체 재료가 화합하는 동안, 전형적으로 부가된다. 그에 반해서, 본 발명의 황 공여체는, 화합하기 이전에 카본블랙 조성물을 제공하기 위한 상기 카본블랙과 접촉될 수 있다. 하나의 양상에서, 상기 황 공여체는 상기 카본블랙 표면의 하나 또는 그 이상의 작용기와 상호작용한다.
다른 양상에서, 상기 황 공여체는 카본블랙 및/또는 탄성 중합체 재료와 접촉할 때, 니트로사민 화합물을 발생시키지 않는다. 그러한 양상에서, 본 명세서에서 기술된 것과 같은 황 공여체의 사용은 니트로사민이 없는 경화 시스템을 제공할 수 있다.
하나의 양상에서, 상기 황 공여체는 설파이드 및/또는 폴리설파이드를 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 디설파이드 결합을 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 트리설파이드 결합을 포함한다. 여전히 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는, 상기 탄성 중합체 재료의 경화를 가속화하기 위한 또는 이에 참여하기 위한 후속 가공 및/또는 화합 단계 동안 유리될 수 있는 황을 포함한다.
하나의 양상에서, 상기 황 공여체는 황 및 하나 또는 그 이상의 전기음성기(electronegative group)를 포함한다. 다양한 양상에서, 전기음성기(electronegative group), 가령, 예를 들어, 포스페이트기는 카본블랙 표면 위의 작용기와 상호작용을 할 수 있다. 하나의 양상에서, 상기 황 공여체는 적어도 하나의 전기음성기(electronegative group)를 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 같거나 구별되는 유형의 적어도 두 개의 전기음성기(electronegative group)를 포함한다. 다양한 양상에서, 상기 전기음성기(electronegative group)는 적어도 약 1.8, 적어도 약 2, 또는 적어도 약 2.19 (폴링 척도에서)의 전기음성도를 가질 수 있다. 다른 양상에서, 상기 전기음성기(electronegative group)는 이탈기로서 행동할 수 있다.
또 다른 양상에서, 적어도 하나의 전기음성기(electronegative group)는 포스페이트를 포함한다. 여전히 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 두 개의 포스페이트기를 포함한다. 하나의 양상에서, 상기 황 공여체는 티오포스페이트를 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 디티오포스페이트를 포함한다. 여전히 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 유기 티오포스페이트를 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는, 하나 또는 그 이상의 상기 티오포스페이트기에 부착된 하나 또는 그 이상의 탄화수소 사슬을 포함할 수 있다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 포스포릴 폴리설파이드이다.
이론에 의해 구속되고자 하는 것은 아니지만, 상기 황 공여체의 포스페이트 모이어티(moieties)는 포스포릴 전이 반응 내에서 산소를 함유하는 카본블랙 표면 위의 작용기, 가령, 예를 들어, 알코올, 히드록실 및/또는 카르복실산과 상호작용을 할 수 있다고 생각된다. 그러한 반응 내에서, 상기 황 공여체는, 후속 가공 및/또는 화합 단계 동안, 상기 카본블랙 및 탄성 중합체 사이의 커플링(coupling)제로서 행동할 수 있다.
본 발명의 황 공여체는 그의 순수한(neat) 형태, 예를 들어, 액체로서 활용될 수 있거나, 또는 지지체, 가령, 예를 들어, 실리카 지지체 위에 분포될 수 있거나, 상기 카본블랙 그 자체 위에, 예를 들어, 분무되고 분포될 수 있다.
또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 Rhein Chemie Corporation, 145Parker Court, Chardon, Ohio, USA에서 입수 가능한, RHENOGRAN SDT, RHENOGRAN SDT-50, 및/또는 RHENOGRAN SDT/S를 포함할 수 있다. 하나의 양상에서, RHENOGRAN SDT/S는 30% 고 활성 실리카의 표면에서 담지되는 70% 포스포릴 폴리설파이드이다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 카프로락탐 디설파이드, 가령, 예를 들어, Rhein Chemie에서 또한 입수 가능한 RHENOGRAN®을 포함할 수 있다. 하나의 양상에서, SDT 및/또는 RHENOGRAN에 대한 임의의 언급은, 예를 들어, RHENOGRAN 재료의 다른 버전(예를 들어, RHENOGRAN SDT, SDT-50, SDT/S 등)을 포함하는 임의의 적합한 황 공여체를 또한 나타내도록 의도된다.
하나의 양상에서, 상기 황 공여체는, 탄성 중합체 재료와 접촉하기 이전에 카본블랙과 접촉될 수 있다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 가공 또는 화합 단계에서, 예를 들어, 믹서로 부가될 수 있다. 다양한 양상에서, 카본블랙, 황 공여체, 및/또는 탄성 중합체에 대한 혼합 프로토콜은 고무 화합 산업을 위한 전통적인 혼합 프로토콜 또는 반응성 혼합 프로토콜을 포함할 수 있다. 하나의 양상에서, 상기 황 공여체는, 경화 가속제가 전형적으로 부가될 때, 가령, 예를 들어, 동시에 또는, 모든 또는 일부 카본블랙의 부가 이후 즉시 부가될 때보다 이른 시간에 부가될 수 있다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 상기 카본블랙 이후에, 하지만 경화 가속제 부가될 때의 기간 이전에 부가될 수 있다. 본 방식에서, 상기 황 공여체는 상기 카본블랙 및 탄성 중합체 사이의 커플링(coupling)제로서 행동할 수 있다.
카본블랙 및/또는 탄성 중합체와 접촉된 황 공여체의 양은, 하나 또는 그 이상의 요망된 특징을 제공하기 위한 상기 카본블랙 및/또는 탄성 중합체와의 사용에 적합한 임의의 양이 될 수 있다. 하나의 양상에서, 카본블랙의 표면에서 담지되는 황 공여체는, 혼합으로의 단순 부가에 의해 정상적으로 달성될 수 있는 것보다 요망된 특성에 대한 더 큰 수준의 향상을 제공할 수 있다. 그런 이유로, 하나의 양상에서, 유사한 또는 동등한 수준의 성능 개선을 달성하기 위해 카본블랙 표면에 적용될 때, 혼합에 단순히 부가된 때보다 더 적은 황 공여체가 활용될 수 있다.
다양한 양상에서, 상기 황 공여체는, 화합된 탄성 중합체 혼합물에 기초하여, 0phr 초과 내지 약 15phr까지와 거의 동등한 양으로 존재할 수 있다. 다른 양상에서, 상기 황 공여체는, 예를 들어, 특정한 탄성 중합체, 항산화제, 및 사용된 다른 요소, 및 결과로 얻은 화합물의 요망된 특징에 따라 약 2phr 내지 약 12phr의 양으로 존재할 수 있다. 여전히 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 약 3phr 내지 약 9phr, 가령, 예를 들어, 약 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.7, 5.9, 6.1, 6.3, 6.5, 6.7, 6.9, 7.1, 7.3, 7.5, 7.7, 7.8, 7.9, 8, 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5, 8.6, 8.7, 8.8, 8.9, 또는 9phr의 양으로 존재할 수 있다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 약 6phr 내지 약 9phr, 예를 들어, 약 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 또는 9phr의 양으로 존재할 수 있다. 또 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 약 4phr 내지 약 6phr, 예를 들어, 약 4, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8, 5, 5.2, 5.4, 5.6, 5.8, 또는 6phr의 양으로 존재할 수 있다. 황 공여체의 양에 대한 임의의 상기 값 및/또는 범위는 순수한(neat) 황 공여체 또는 지지된(즉, 실리카 지지된) 황 공여체, 가령, 예를 들어, RHENOGRAN SDT/S를 기술하기 위해 사용될 수 있다는 것을 주목해야만 한다. 다른 양상에서, 상기 황 공여체는 약 2wt% 내지 약 20wt%의 또는 그 이상 (카본블랙 위의 황 공여체), 약 5wt% 내지 약 15wt%, 약 8wt% 내지 약 12wt%, 또는 약 10wt%, 예를 들어, 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 또는 20wt%의 카본블랙 위의 황 공여체 수준으로 카본블랙의 표면 위에 분무될 수 있다.
다양한 예시적 구체예에서, 상기 황 공여체는, 최적화된 트럭/버스 레이디얼(radial) (TBR) 트레드 조성물 내에서 약 4phr 내지 약 6phr의 양으로 존재하는 RHENOGRAN SDT/S가 될 수 있다. 또 다른 예시적 구체예에서, 상기 황 공여체는, 승용차 레이디얼(radial) (PCR) 트레드 조성물 내에서 약 5phr 내지 약 9phr의 양으로 존재하는 RHENOGRAN SDT/S가 될 수 있다.
황 공여체를 포함하는 카본블랙 조성물은, 본 명세서에서 구체적으로 언급되지 않은 다른 종래의 탄성 중합체 조성물 뿐만 아니라 임의의 종래의 탄성 중합체 화합물, 가령 승용 트레드를 위한 SBR/BR 조성물, 트럭 트레드를 위한 NR/BR 조성물에서 활용될 수 있다는 것을 주목해야만 한다
황 공여체를 포함하는 본 발명의 카본블랙 조성물은, 결과로 얻은 탄성 중합체의 화합물에 대한 하나 또는 그 이상의 개선된 성능 특징을 전해줄 수 있다. 하나의 양상에서, 본 발명의 카본블랙 조성물의 사용은, 필적하는 종래의 탄성 중합체 화합물 이상의 롤링 저항성에서의 현저한 감소를 제공할 수 있다.
다른 양상에서, 황 공여체, 가령, 예를 들어, RHENOGRAN SDT, 그 자체(본 명세서에서 기술된 것과 같은 산화된 카본블랙의 부재에서)의 사용은, 예를 들어, 종래의 N234 카본블랙을 포함하는 조성물과 비교하여 탄 델타(tan delta)의 15-20% 감소를 제공할 수 있다. 카본블랙, 가령 본 명세서에서 기술된 산화된 카본블랙의 본 발명의 조합 및 황 공여체 가령 상기 포스포릴 폴리설파이드 RHENOGRAN SDT/S가 사용될 때, 탄 델타(tan delta)의 25-30% 감소는 동일한 카본블랙 표면적에서 관찰될 수 있다.
이렇게 놀라운 탄 델타(tan delta)의 감소는, 실리카 커플링(coupling)제의 사용과 함께 실리카 제제에서 관찰되는 극도로 낮은 탄 델타(tan delta)를 훨씬 능가한다.
하나의 양상에서, 본 발명은 황 공여체와 접촉된 카본블랙을 제공한다. 또 다른 양상에서, 상기 카본블랙은 기능화된 카본블랙이다. 여전히 또 다른 양상에서, 기능화된 카본블랙은 황 공여체, 가령, 예를 들어, 폴리설파이드와 접촉된다. 여전히 또 다른 양상에서, 상기 카본블랙은 산화되고, 디설파이드 또는 트리설파이드 결합을 포함하는 황 공여체와 접촉된다. 여전히 또 다른 양상에서, 상기 카본블랙은, Columbian Chemicals Company, Marietta, Georgia, USA에서 입수 가능한, RHENOGRAN SDT 황 공여체와 접촉된 CD2125XZ 등급 카본블랙이다. 또 다른 양상에서, 황 공여체와 접촉된 기능화된 카본블랙은, 본 명세서에서 기술된 것과 같이, 기능화된 탄성 중합체를 포함하는 조성물에 동등한 성능을 제공하면서, 기능화된 탄성 중합체에 대한 필요를 감소 및/또는 제거할 수 있다. 여전히 또 다른 양상에서, 본 명세서에서 기술된 또는 고려된 임의의 제제는, 예를 들어, 약 2phr, 4phr, 6phr, 8phr, 10phr, 12phr, 14phr, 16phr, 18phr, 또는 20phr의 수준에서 실리카를 또한 포함할 수 있다. 하나의 양상에서, 실리카는, 약 10phr의 수준에서 커플링(coupling)된 카본블랙 제제(예를 들어, CD2125XZ 및 SDT)을 포함하는 조성물에 부가될 수 있다.
하나의 양상에서, 본 명세서에서 기술된 본 발명의 조성물, 가령, 예를 들어, 커플링(coupling)된 CD2125XZ(CD2125XZ 카본블랙 및 SDT 황 공여체)는, 종래의 N234 표준 고무 제제 (실시예에서 기술된 것과 같은)과 비교하여, PCR 제제에 대한 하나 또는 그 이상의 다음의 이점을 제공할 수 있다: 약 40% 내지 약 60%의, 적어도 약 40%의, 적어도 약 45%의, 또는 약 45%의 탄 델타(tan delta)의 감소; 약 20% 내지 약 35%의, 적어도 약 20%의, 적어도 약 24%의, 또는 약 24%의 탄성 계수의 증가; 약 40% 내지 약 70%의, 적어도 약 40%의, 적어도 약 45%의, 적어도 약 50%의, 적어도 약 55%의, 적어도 약 60%의, 또는 약 60%, 각각 가교결합 밀도에 약 20% 미만의 영향을 주는 결합 고무의 증가; 및/또는 약 15% 내지 약 35%의, 적어도 약 15%의, 적어도 약 20%의, 적어도 약 24%의, 또는 약 24%의 열 축적의 감소.
커플링(coupling)된 N234의 사용은, 약 21%의 탄 델타(tan delta)의 감소, 약 19%의 탄성 계수의 증가, 유사한 가교결합 밀도를 갖는 약 40%의 결합 고무의 증가, 및 약 5%의 열 축적의 감소를 나타낼 수 있다. 이와 같이, 종래의, 비-기능화된 카본블랙과의 황 공여체의 사용은 탄성 중합체 제제에 대한 현저한 개선을 전해줄 수 있다. 황 공여체를 갖는 기능화된 카본블랙의 사용은, 본 명세서에서 기술된 것과 같이, 탄성 중합체 제제에 대한 훨씬 더 큰 개선을 전해줄 수 있다.
유사하게, TBR 제제 내의 황 공여체 및 카본블랙의 사용은 내-고무 특징에 대한 현저한 개선 또한 제공할 수 있다. 하나의 양상에서, NR/BR 제제 내의 기능화된 카본블랙(예를 들어, CD2125XZ)의 사용은, 종래의 고무 화합 공정에서 발생하는 것보다 이르게 혼합 내로의 전형적인 2차 가속제(예를 들어, SDT)의 부가를 가능하게 할 수 있다. 또 다른 양상에서, 본 발명의 황 공여체를 포함하는 고무 화합물의 가교결합 밀도는, 종래의 N234 표준 화합물과 비교하여, 기능화된 카본블랙(예를 들어, CD2125XZ) 및 SDT (혼합으로 부가된 또는 카본블랙 표면 위로 분무된)의 조합으로 더 적은 정도로 영향을 받을 수 있다. 또 다른 양상에서, 황 공여체, 가령, 예를 들어, SDT의 사용은, 종래의 N234 표준 화합물과 비교하여, NR을 함유하는 화합물 내의 CD2125XZ를 이용하여 관찰되는 탄성 계수의 감소를 개선할 수 있다. 또 다른 양상에서, 기능화된 카본블랙 및 황 공여체(예를 들어, CD2125XZ 및 SDT)를 활용할 때, 현저한 열 축적의 감소가 관찰될 수 있다. 그러한 열 축적의 감소는 트럭 트레드 화합물에서 특히 유리할 수 있다. 또 다른 양상에서, 기능화된 카본블랙 및 황 공여체를 포함하는 제제에 대한 바이스(Vieth) 인열 강도 및 난 인열 지수는, 종래의 N234 표준 화합물에 대해 관찰된 것과 필적하거나 그것보다 더 높을 수 있다. 또 다른 양상에서, 기능화된 카본블랙 및 황 공여체의 사용은, 상기 황 공여체가 기능화된 상기 카본블랙의 표면 위에 분무될 때, 황 공여체가 없는(즉, 커플링(coupling)되지 않은) 상기와 같은 카본블랙의 사용과 비교하여, 탄 델타(tan delta)를 거의 40% 또는 그 이상 감소시킬 수 있다. N234 제제에 대한 상기와 같은 접근법은 탄 델타(tan delta)(즉, 커플링(coupling)된 대 커플링(coupling)되지 않은)의 오로지 30% 감소만을 산출하고, 이는 상기 기능화된 카본블랙 및 상기 황 공여체 사이의 상승 효과를 명시한다. CD2125XZ/SDT를 함유하는 제제에 대한 더 높은 저-변형률 G' 값에도 불구하고, 탄 델타(tan delta)의 이러한 큰 감소가 관찰된다. 이와 같이, 하나의 양상에서, 기능화된 카본블랙 및 황 공여체의 사용은, 본 명세서에서 기술된 것과 같이, 고무 화합물, 가령, 예를 들어, 트럭 트레드 화합물의 동강성을 맞추기 위한 능력을, 롤링 저항성 - 효과적으로 G'로부터 디커플링(coupling)된 탄 델타(tan delta)의 희생 없이 제공할 수 있다.
이와 같이, 하나의 양상에서, 본 발명의 조성물은 실리카 제제의 성능과 동등한 또는 이를 넘어서는 성능을 제공할 수 있다. 게다가, 결과로 얻은 탄성 중합체의 화합물은, 수용가능한 신장 값을 유지하면서, 높은 탄성 계수 및 가교결합 밀도를 나타낼 수 있다. 그러한 탄성 중합체의 화합물은, 상기와 같은 산화된 카본블랙을 단독으로 사용한 전형적인 화합물보다 더욱 낮은 점성도를 또한 나타낼 수 있다. 게다가, 본 발명의 조성물은 상기 탄성 중합체 화합물의 용이한 혼합, 공정 및 압출을 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 조성물을 포함하는 그러한 탄성 중합체 화합물은, NR/BR 제제를 위해 산화된 카본블랙을 사용할 때 전형적으로 관찰되는 탄성 계수 손실을 나타내지 않는다.
실시예
본 명세서에 첨부된 상기 실시예 및 데이터는, 어떻게 본 명세서에서 청구된 화합물, 조성물, 물품, 장치 및/또는 방법이 제조되고 평가되는지에 대한 완벽한 개시 및 설명으로 본 업계의 숙련가에게 제공하기 위하여 제시되고, 순전히 본 발명의 예시로 의도되며 본 발명자가 본 발명으로 여기는 범위를 제한하지 않는다. 숫자 (예를 들어, 양, 온도 등)에 대한 정확도를 보장하기 위해 노력했지만, 몇몇의 오류 및 편차가 고려되어야 한다. 달리 명시되지 않는 한, 부(parts)는 질량부이고, 온도는 섭씨 또는 상온이고, 압력은 대기압 또는 대기압과 근사하다. N234에 대한 언급은 표준 ASTM 카본블랙을 나타내도록 의도된다. CD2125XZ(및 때때로 CD2125로서 축약된)에 대한 언급은 본 명세서에서 기술된 본 발명의 카본블랙을 나타내도록 의도된다. 상기 용어 "커플링(coupling)된"에 대한 언급은, 카본블랙이 황 공여체 종과 함께 (예를 들어, SDT가 부가된) 존재하고 및/또는 황 공여체 종을 포함 (예를 들어, SDT가 분무된)하거나, 실리카가 커플링(coupling)제와 함께 존재하는 사례를 나타내도록 의도된다. 상기 용어 "비-커플링(coupling)된" 또는 "커플링(coupling)되지 않은"에 대한 언급은, 본 명세서에서 기술된 것과 같이, 카본블랙이 황 공여체 종과 함께 존재하지 않고 및/또는 황 공여체 종을 포함하지 않는다는 사례를 나타내도록 의도된다.
실시예
1- 비-기능화된 승용차 제제
실시예 1에서, 승용차 레이디얼(radial)의 사용에 적합한 일련의 고무 제제를, 아래의, 표 1에서 상세히 설명된 것과 같이 제조했다.
상기, 표 1에서, 종래의 ASTM N234 등급 카본블랙, CD2125XZ 등급 카본블랙(Columbian Chemicals Company, Marietta, Georgia, USA에서 입수 가능한), 및 실리카의 커플링(coupling)되지 않은 및 커플링(coupling)된 버전을 사용하여 제제를 제조했다. 하나 또는 그 이상의 상기 제제에서 활용된 다른 성분은 다음을 포함한다: ARLANXEO Performance Elastomers, Germany에서 입수 가능한 SBR - VSL4526-2, 스티렌 부타디엔 중합체 용액; ARLANXEO Performance Elastomers, Germany에서 또한 입수 가능한 BR - BUNA®부타디엔 고무; Hansen & Rosenthal KG, Hamburg, Germany에서 입수 가능한 TDAE - Vivatec500, 프로세스 오일; Hansen & Rosenthal KG, Hamburg, Germany에서 입수 가능한 TESPT, 비스 (3-트리에톡시실릴프로필) 테트라설판 실레인 커플링(coupling)제; Eastman Santoflex, USA에서 입수 가능한 6PPD, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌 디아민 항산화제; Shandong Stair Chemical &Technology Co., Ltd., Shandong, China에서 입수 가능한 TMQ, 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 중합체 항산화제; Lanxess Rhein Chemie, Cologne, Germany에서 입수 가능한 AFLUX®실리카 화합물에 대한 가공 촉진제; Lanxess Rhein Chemie, Cologne, Germany에서 입수 가능한 RHENOGRAN®SDT, 황 공여체; Lanxess Rhein Chemie, Cologne, Germany에서 입수 가능한 RHENOGRAN®카프로락탐 디설파이드; Linkwell Rubber Chemicals Company, Qingdao, China에서 입수 가능한, TBBS, N-tert-부틸-2-벤조티아졸설펜아미드 경화 가속제; Akrochem Corporation, Akron, Ohio, USA에서 입수 가능한DPG, 디페닐 구아니딘 가속제; 및 Nocil Limited, Mumbai, India에서 입수 가능한 PVI, N-사이클로헥시(티오) 프탈이미드 항-스코치(scorch) 지연제. 다른 성분은 고무 산업에서 흔히 사용되고 광범위하게 이용 가능한 것들이고, ZnO (산화아연), 스테아르산, 미정랍(미정질 왁스), 및 황을 포함한다. 표 1에서 언급된 각각의 값은 phr 농도를 나타낸다.
ASTM N234 등급 카본블랙 또는 CD2125XZ 등급 카본블랙을 함유하는 표 1의 제제를 위한 혼합 프로토콜은 아래의 표 2에서 열거된다.
실리카를 함유하는 표 1의 제제를 위한 혼합 프로토콜은 아래의 표 3에서 열거된다.
상기 실리카를 함유하는 제제는 부가적인 반응성 혼합 단계를 필요로 했다는 것을 주목해야만 한다.
실시예 2- PCR 제제의 평가
실시예 2에서, 일련의 평가를 상기 실시예 1에서 제조된 각각의 PCR 제제에 수행했다. 분산 측정을 ASTM D2263에 따라 얻었고 표 1에서 기술된 각각의 PCR 제제에 대해 비교했다. 상기 분산 결과는 상기 커플링(coupling)되지 않은 및 커플링(coupling)된 버전 양쪽을 포함하는 각각의 제제에 필적했다.
각각의 제제의 무니 점성도를 ASTM D1646를 사용하여 측정했다. 상기 카본블랙을 함유하는 모든 제제에 대한 및 상기 커플링(coupling)된 실리카를 함유하는 제제에 대한 무니 점성도는 비교적 일정했지만, 도 1에서 보여진 것과 같이 상기 커플링(coupling)되지 않은 실리카 제제에 대해서는 현저하게 증가했다. ASTM D1646을 사용하여 또한 측정되는, 스코치(scorch) 시간은 커플링(coupling)제를 함유하는 제제에 대해 감소했다. ASTM D5289에 의해 결정된 것과 같은, 상기 제제에 대한 최적의 가황 시간 (T90)은 도 2에서 보여지고, 여기서 상기 T90은 상기 커플링(coupling)된 CD2125XZ 제제에 대해 약간 증가되고, 종래의 N234를 함유하는 제제와 거의 동등하게 된다.
ASTM D5289에 의해 결정된 것과 같은, 160 ℃에서의 이동 다이 유량계(MDR) 결과는 카본블랙을 함유하는 각각의 제제에 대한 및 상기 커플링(coupling)된 실리카를 함유하는 제제에 대한 전형적인 및 예상되는 회전력 대 시간 곡선을 보여주었다. 상기 커플링(coupling)되지 않은 실리카 제제에 대한 결과는 심각한 응집을 나타냈다. 각각의 PCR 제제에 대한 결합 고무 측정을 또한 얻었다. N234 또는CD2125XZ 카본블랙을 함유하는 제제에 반해, 결합 고무의 백분율은 커플링(coupling)되지 않은 실리카 제제에 대해 현저하게 감소했다. 상기 CD2125XZ 카본블랙을 함유하는 제제에 대한 높은 결합 고무 값은 상기 제제에 사용된 특정한 커플링(coupling)제에 의존하지 않았다. 결합 고무 값이 로딩 및 표면적에 대해 정규화되었을 때, 상기 실리카 제제에 대한, 특히 상기 커플링(coupling)되지 않은 실리카에 대한 값은, 도 3에서 보여진 것과 같이, 현저하게 더욱 낮았다.
상기 가교결합 밀도는 각각의 커플링(coupling)된 PCR 제제에 대해 증가했지만, 상기 실리카를 함유하는 제제에 대한 증가의 진폭은 상기 카본블랙을 함유하는 제제 중 어느 것보다 현저하게 더 높았다. ASTM D2263에 의해 결정된 것과 같은, 상기 PCR 제제에 대한 쇼어 A 경도 값은, 상기 표준 N234 제제와 비교하여, 상기 커플링(coupling)된 및 커플링(coupling)되지 않은 CD2125XZ 제제 양쪽에 대해, 및 커플링(coupling)되지 않은 실리카 제제에 필적했다.
ASTM D412에 의해 결정된 것과 같은, 상기 PCR 제제의 탄성 계수 빌드 (100% 내지 200% 내지 300%)는, 도 4에서 보여진 것과 같이, 상기 카본블랙을 함유하는 및 실리카를 함유하는 제제를 위한 커플링(coupling)제의 존재와 함께 현저하게 증가한다. 상기 커플링(coupling)된 CD2125XZ 제제는, 상기 커플링(coupling)되지 않은 CD2125XZ 제제의 낮은 탄성 계수를 회복하고 상기 N234 제제의 탄성 계수를 초과한다. 또한 ASTM D412에 의해 결정된, 신장 측정 (즉, % 신장)은 상기 커플링(coupling)제의 부가를 갖는 각각의 PCR 제제에 대한 신장에서 감소를 보여주지만, 상기 극한 신장 값은 PCR 제제에서의 사용에 대해 수용 가능하게 남아있었다. 유사하게, ASTM D412에 의해 또한 결정된, 상기 인장 강도는 상기 카본블랙을 함유하는 PCR 제제로의 커플링(coupling)제의 부가에 의해 비교적 일정하게 남아있었다. 상기 실리카를 함유하는 PCR 제제로의 커플링(coupling)제의 부가에 의해, 상기 인장 강도는 거의 50%만큼 증가했다.
ASTM D7121에 의해 결정된 것과 같은, 25 ℃(도 5) 에서의 및 60 ℃에서의 반발 값은, 상기 커플링(coupling)되지 않은 대응물에 상대적으로 각각의 커플링(coupling)된 제제에 대해 더욱 높았고, 상기 CD2125XZ를 함유하는 제제에 대해 가장 높았다.
열 축적은, 도 6에서 보여진 것과 같이, 상기 커플링(coupling)되지 않은 대응물에 상대적으로 각각의 커플링(coupling)된 제제에 대해 감소되었다. 상기 커플링(coupling)되지 않은 실리카를 함유하는 제제는 예외적으로 높은 열 축적 나타냈다는 것을 주목해야만 한다.
ARES Rheometer를 사용하여 60 ℃에서 전단의 G' (MPa)를 측정할 때, 상기 커플링(coupling)된 실리카 제제는, 도 7에서 보여진 것과 같이, 페인 효과(Payne Effect)의 현저한 감소를 나타냈다. 상기 CD2125XZ 제제는 온건한 감소를 나타냈지만, 측정된 변형률 전반에 걸쳐 가장 낮은 전단 탄성 계수를 유지했다. 상기 CD2125XZ 제제가 페인 효과(Payne Effect)의 더 적은 감소를 나타내면서, 상기 제제는, 상기 실리카 제제와 비교하여, 탄 델타(tan delta)(60 ℃에서의 전단)의 더 큰 감소, 및 도 8에서 보여진 것과 같이 상기 N234 제제와 비교하여, 50% 초과의 감소를 나타냈다.
실시예 1에서 기술된 상기 PCR 제제에 대한 상기 내-고무 실험 특징의 요약은, 아래의, 표 4 에서 상세히 설명된다. 표 4 내의 값은 커플링(coupling)되지 않은 N234 제제와 비교한 퍼센트 차이를 나타낸다.
이와 같이, 몇몇의 사례에서, 상기 커플링(coupling)된 CD2125XZ 카본블랙 제제(즉, 황 공여체를 갖는 CD2125XZ)는, 비-기능화된 고무 화합물 내의 화학적 가교결합으로서 행동하는 것에 의해, 실리카 및/또는 실레인 제제에 대해 얻어진 것과 유사한 성능을 나타낼 수 있다. 상기 CD2125XZ 카본블랙으로의 황 공여체 종의 부가는, 상기 정적 탄성 계수, 인장 강도, 열 축적, 및 탄 델타(tan delta)를 동시에 개선하면서, 결과로 얻은 고무 화합물의 무니 점성도, 경화 반응 속도 및 경화의 상태(즉, 결합 고무 및 가교결합 밀도)에서 무시해도 될 정도의 영향을 가졌다. 상기 탄 델타(tan delta)는, 커플링(coupling)되지 않은 CD2125XZ(즉, 상기 황 공여체 없는 CD2125XZ 단독)와 비교하여 30%만큼, 및 종래의 N234 제제와 비교하여 50% 이상만큼 감소될 수 있다. 그런 이유로, 본 명세서에서 기술된 것과 같은, 고무 제제 내의 카본블랙과 조합한 황 공여체 종의 사용은, 더 나은 롤링 저항성을 위해 이력현상을 개선하면서, 전형적으로 카본블랙과 관련된 고무 화합물 이점을 제공할 수 있다.
본 명세서에서 기술된 것과 같은, 카본블랙 및 황 공여체 종의 상승적 조합은, 전형적으로 오로지 실리카 제제에서만 달성되는 낮은 롤링 저항성과 조합된, 탄성 중합체 충전된 카본블랙(예를 들어, N234) 의 전형적인 이점을 제공할 수 있다.
실시예 3-트럭 버스 레이디얼(radial) 제제
실시예 3에서, 트럭/버스 레이디얼(radial) (TBR) 타이어의 사용에 적합한 일련의 고무 제제는, 아래의 표 5에서 상세히 설명된 것과 같은, N234 등급 카본블랙, CD2125XZ 등급 카본블랙, 실리카, 및 SDT 황 공여체 종의 다양한 조합을 사용하여 제조되었다.
상기 표 5에서, 종래의 ASTM N234 등급 카본블랙, CD2125XZ 등급 카본블랙(Columbian Chemicals Company, Marietta, Georgia, USA에서 입수 가능한), 및 실리카의 커플링(coupling)되지 않은 및 커플링(coupling)된 버전을 사용하여 제제를 제조했다. 하나 또는 그 이상의 상기 제제에서 활용된 다른 요소는 다음을 포함한다: Akrochem Corporation, Akron, Ohio, USA에서 입수 가능한 NR - SMR CV60, 일정한 점성도의 표준 말레이시안 고무(천연 고무); 및 Goodyear Chemical, Houston, Texas, USA에서 입수 가능한 BUDENE®부타디엔 고무(BR). 하나 또는 그 이상의 제제에서 활용된 다른 요소는 상기 실시예 1에서 기술되어 있다. 샘플 1은 N234 등급 카본블랙을 함유하는 표준 NR/BR 고무 제제이다. 샘플 2는 샘플 1과 유사하지만, 황 공여체 종 (즉, RHENOGRAN SDT)을 함유한다. 샘플 3은, 상기 카본블랙 질량을 기준으로 하여 10wt% SDT의 수준으로, SDT가 분무된 N234 등급 카본블랙을 활용한다. 샘플 9는 SDT(카본블랙에서 10wt% SDT)가 분무된 N234 등급 카본블랙, 및 실리카의 혼합물을 활용한다. 샘플 4는 황 공여체의 부가 없이 NR/BR 블렌드 내의 CD2125XZ 등급 카본블랙을 활용한다. 샘플 5는 샘플 4와 유사하지만, 황 공여체 종을 함유한다. 샘플 6은, SDT(카본블랙에서 10wt% SDT)가 분무된 CD2125XZ 등급 카본블랙을 활용한다. 샘플 8은 SDT(카본블랙에서 10wt% SDT)가 분무된 CD2125XZ 등급 카본블랙, 및 실리카의 혼합물을 활용한다.
상기 기술된 TBR 제제를 위한 혼합 프로토콜은, 아래의, 표 6에서 상세히 설명된다.
실시예 4 - TBR 제제의 평가
실시예 4에서, 상기, 실시예 3에서 제조된 각각의 TBR 제제에 대해 일련의 평가를 수행했다. 분산 측정을 ASTM D2263에 따라 얻었고 표 5에서 기술된 각각의 TBR 제제에 대해 비교했다. 상기 분산 결과는, 도 9에서 보여진 것과 같이, 상기 분산 지수가 샘플 12(커플링(coupling)되지 않은 실리카를 갖는 SDT-분무된 CD2125XZ)에서 약간 감소된 것을 제외하고, 커플링(coupling)되지 않은 및 커플링(coupling)된 버전 양쪽을 포함하는 각각의 제제에 필적했다.
도 10은, ASTM D1646에 의해 결정된 것과 같은 각각의 TBR 제제의 무니 점성도를 보여준다. 무니 점성도 값은, 상기 SDT가 첨가제로서 소개된 상기 대응물과 비교하여, 상기 SDT가 분무된 샘플에 대해감소했다. 커플링(coupling)되지 않은 실리카의 부가는, 상기 표준 N234 NR/BR 제제의 점성도와 유사한 범위로 점성도를 또한 증가시킬 수 있다.
ASTM D1646을 사용하여 또한 측정되는, 스코치(scorch) 시간은 SDT의 부가로 감소했다. 도 11에서 보여진 T90 경화 시간은 CD2125XZ 및 SDT를 함유하는 제제에 대해 증가된다. 이러한 샘플에서, 상기 2차 가속제 농도는 상기 SDT 내에 존재하는 부가적인 황을 보상하기 위해 감소되었다. 이론에 의해 구속되고자 하는 것은 아니지만, 2차 가속제의 양은, 이러한 샘플에 대한 T90 경화 시간을 개선하기 위해 더욱 최적화될 수 있다고 생각된다. T90 경화 시간의 증가에도 불구하고, 이러한 샘플을 위한 경화의 최종 상태는 유의미하게 영향을 받지 않았다.
결합 고무 측정값은 각각의 TBR 제제에 대해 비교적 일정했지만, 샘플 3(SDT가 분무된 N234)에 대해 약간 감소했고, 상기 SDT가 상기 N234 카본블랙의 비-기능화된 표면에서의 충전제-탄성 중합체 상호작용을 예방하는 것을 잠재적으로 명시한다. 도 12에서 보여진 가교결합 밀도는 SDT를 함유하는 각각의 제제에 대해, 하지만 상기 N234를 함유하는 제제에 대해 더욱 큰 정도로 증가되었다. SDT가 분무된 카본블랙 및 커플링(coupling)되지 않은 실리카를 함유하는 샘플 8 및 9, 둘 모두는 가장 높은 수준의 가교결합 밀도를 나타냈고, 감소된 경화 포집때문이라고 생각되었다. 쇼어 A 경도 값은 SDT를 함유하는 상기 TBR 제제에 대해 감소했지만, 커플링(coupling)되지 않은 실리카의 부가를 갖는 상응하는 표준과 같이 유사한 수준으로 감소했다.
ASTM D412에 의해 결정된 것과 같은, 상기 TBR 제제의 탄성 계수 빌드 (100% 내지 200% 내지 300%)는, 도 13에서 보여진 것과 같이, 상기 SDT의 부가로 증가한다. CD2125XZ를 함유하는 제제는 상기 N234 표준 제제보다 더욱 낮은 탄성 계수를 유지했다. ASTM D412에 의해 또한 결정된, 신장 측정값 (즉, % 신장)은 상기 SDT의 부가에 의해 각각의 TBR 제제에 대해 신장에서의 감소, 및 상기 SDT가 상기 카본블랙 위에 분무된 제제에 대해서 훨씬 큰 감소를 보여준다. 이론에 의해 구속되고자 하는 것은 아니지만, 황 공여체 종(예를 들어, SDT)의 수준은, 주어진 제제에 대한 신장을 유지하고 및/또는 개선하기 위해 더욱 최적화될 수 있다고 생각된다. 유사하게, ASTM D412에 의해 또한 결정된, 상기 인장 강도는, 상기 감소된 신장 값의 결과로서, SDT를 함유하는 각각의 제제에 대해 약간 감소된다.
ASTM D7121에 의해 결정된 것과 같은, 25 ℃에서의 반발 값은 상기 SDT-분무된 CD2125XZ를 함유하는 TBR 제제에 대해 가장 높다. 각각의 상기 SDT를 함유하는 제제는 이들의 SDT를 함유하지 않는 대응물보다 더 높은 반발 값을 나타냈다. 도 14에서 보여진 것과 같이, 60 ℃에서의 반발 값은, 가장 높은 반발 값을 나타내는 상기 SDT가 분무된 CD2125XZ 제제와 함께, SDT를 함유하는 모든 제제에 대해 증가했다. 커플링(coupling)되지 않은 실리카의 존재는 CD2125XZ를 함유하는 제제의 반발에 약간의 부정적인 영향을 가질 수 있지만, N234를 함유하는 제제 반발을 개선할 수 있다.
도 15에서 보여진 것과 같은, 열 축적은 CD2125XZ 및 SDT 둘 다를 함유하는 상기 TBR 제제에 대해 현저하게 감소했다. 도 16에서 보여진 것과 같이, 바이스(Vieth) 인열 강도의 감소가 SDT를 함유하는 모든 TBR 제제에 대해 관찰되었지만, CD2125XZ를 함유하는 각각의 제제는 이들의 N234 대응물보다 더 높은 바이스(Vieth) 인열 강도를 나타냈다. 유사하게, 난 인열 지수는 바이스(Vieth) 인열 강도와 유사한 경향을 보여준다 (도 17); 하지만, 상기 SDT-분무된 CD2125XZ 제제는 상기N234 대응물(의 바이스(Vieth) 인열 강도보다)과 비교하여 더 밀접하다.
ARES Rheometer를 사용하여 60 ℃에서 전단의 G' (MPa)를 측정할 때, 상기 SDT-분무된 카본블랙 샘플은, 상기 N234, CD2125XZ, 및 SDT가 분무되지 않은 실리카 표준 제제와 비교하여 페인 효과(Payne Effect)의 현저한 감소를 나타냈다 (도 18). 상기 CD2125XZ를 함유하는 제제는, 이들의 N234 대응물과 비교하여 더 높은 저-변형률 G'를 나타냈다. 도 19에서 보여진 것과 같이, 상기 SDT-분무된 CD2125XZ 제제는 탄 델타(tan delta)의 거의 40% 감소를 나타냈다. 상기 CD2125XZ를 함유하는 제제는, 더 높은 저-변형률 G'를 가져도, 상기 N234 제제보다 더욱 낮은 탄 델타(tan delta)를 나타내는 것이 관찰되었다.
실시예 3에서 기술된 상기 TBR 제제에 대한 상기 내-고무 실험 특징의 요약은, 아래의, 표 7에서 상세히 설명된다. 표 7의 값은 커플링(coupling)되지 않은 N234 제제와 비교한 퍼센트 차이를 나타낸다.
이와 같이, NR/BR 제제 내의 기능화된 카본블랙, 가령, 예를 들어, CD2125XZ 카본블랙의 사용은, 혼합 사이클 내에서 정상적으로 발생하는 것보다 이르게, 전형적인 2차 가속제, 가령 SDT의 부가를 가능하게 할 수 있다. 황 공여체 종, 가령SDT의 사용이 기능화된 카본블랙, 가령, 예를 들어, CD2125XZ와 조합하여 사용될 때, 결과로 얻은 고무 화합물의 상기 가교결합 밀도에 거의 영향이 없다. 상기 SDT가 CD2125XZ에 분무될 때, 상기 가교결합 밀도는 종래의 N234 표준 고무 화합물에 필적한다.
또 다른 양상에서, 황 공여체 종, 가령SDT의 존재는, N234를 함유하는 제제와 비교하여, NR을 함유하는 제제 내에서 CD2125XZ 카본블랙으로 관찰된 상기 탄성 계수의 감소를 개선할 수 있다. 열 축적의 현저한 감소가 SDT 및 CD2125XZ를 함유하는 고무 화합물에 대해 또한 관찰될 수 있다. 이러한 열 축적의 감소는 TBR 적용, 가령 트럭 트레드 화합물에 대해 특히 유리할 수 있다.
인열 특징, 가령 바이스(Vieth) 인열 강도 및 난 인열 지수는 이들의 N234 제제 대응물보다 SDT-CD2125XZ 제제에 대해 필적하거나 더 높았다.
SDT-분무된 CD2125XZ를 함유하는 제제에 대해, 탄 델타(tan delta)는, 커플링(coupling)되지 않은 CD2125XZ 재료 단독과 비교하여 거의 40%만큼 감소될 수 있다. N234 기반의 제제에 대해, 30% 감소가 관찰되고, 상기 기능화된 카본블랙(예를 들어, CD2125XZ) 및 상기 황 공여체 종 (예를 들어, SDT) 사이의 잠재적인 상승적 상호작용을 명시한다. 탄 델타(tan delta)의 이러한 큰 감소는, 상기 N234 대응물과 비교하여 SDT를 갖는 CD2125XZ를 함유하는 제제에 대한 더 높은 저-변형률 G'에도 불구하고 발생한다.
황 공여체, 가령 SDT, 및 기능화된 카본블랙, 가령 CD2125XZ의 사용은, 예를 들어, 롤링 저항성의 희생 없는 트럭 타이어의 동강성을 맞추기 위한 능력을 제공할 수 있다. 또 다른 양상에서, 황 공여체 및 기능화된 카본블랙의 사용은 탄 델타(tan delta)로부터의 G'를 디커플링(coupling)하도록 행동할 수 있다.
본 발명의 범위 또는 진정한 의미로부터 벗어나지 않고, 본 발명 내에서 다양한 수정 및 변형이 될 수 있다는 것이 본 업계의 숙련가에게 분명할 것이다. 본 발명의 다른 구체예는, 본 명세서 및 본 명세서에서 개시된 본 발명의 실행을 고려하여, 본 업계의 숙련가에게 분명하게 될 것이다. 상기 명세서 및 실시예는 단지 예시로서 간주되고, 함께 본 발명의 진정한 범위 및 진정한 의미는 다음의 청구항에 의해 명시된다.
Claims (52)
- 카본블랙 및 황 공여체를 포함하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 황 공여체는 티오포스페이트를 포함하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 황 공여체는 디티오포스페이트를 포함하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 황 공여체는 포스포릴 폴리설파이드를 포함하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 기능화된 카본블랙을 포함하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 산화된 카본블랙을 포함하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 오존화된 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 15 m2/g 내지 약 140 m2/g의 질소 표면적을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 112 m2/g 내지 약 120 m2/g의 질소 표면적을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 116 m2/g 내지 약 118 m2/g의 질소 표면적을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 10 m2/g 내지 약 140 m2/g의 겉표면적을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 70 m2/g 내지 약 125 m2/g의 겉표면적을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 97 m2/g 내지 약 105 m2/g의 겉표면적을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 40cm3/100g 내지 약 180 cm3/100g의 흡유량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 80 cm3/100g 내지 약 130 cm3/100g의 흡유량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 95 cm3/100g 내지 약 140 cm3/100g의 흡유량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 106 cm3/100g 내지 약 114 cm3/100g의 흡유량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 91 cm3/100g 내지 약 199 cm3/100g의 압축 흡유량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 2 내지 약 7의 pH를 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 0.5wt% 내지 약 10wt%의 수분 함량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 1wt% 내지 약 7wt%의 휘발물질 함량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 3wt% 내지 약 6.5wt%의 휘발물질 함량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 5.1wt% 내지 약 5.9wt%의 휘발물질 함량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 0.5wt% 내지 약 6wt%의 산소 함량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 카본블랙은 약 2.5wt% 내지 약 5.5wt%의 휘발물질 함량을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 황 공여체는 상기 카본블랙의 표면에 존재하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 황 공여체는 상기 카본블랙에 대해 약 10wt%의 농도에서 존재하는 조성물.
- 임의의 선행하는 청구항의 조성물을 포함하는 탄성 중합체 조성물.
- 제28항에 있어서, 황 공여체는 0phr 초과 내지 약 15phr의 농도에서 존재하는 탄성 중합체 조성물.
- 제28항에 있어서, 황 공여체는 약 6phr 내지 약 9phr의 농도에서 존재하는 탄성 중합체 조성물.
- 제28항에 있어서, 황 공여체는 약 4phr 내지 약 6phr의 농도에서 존재하는 탄성 중합체 조성물.
- 제28항에 있어서, 황 공여체는 5phr 초과 내지 약 9phr의 농도에서 존재하는 탄성 중합체 조성물.
- 제28항에 있어서, 조성물은 승용차 레이디얼(radial) 고무 조성물을 포함하는 탄성 중합체 조성물.
- 제28항에 있어서, 조성물은 트럭 버스 레이디얼(radial) 고무 조성물을 포함하는 탄성 중합체 조성물.
- 상기 카본블랙 및 상기 황 공여체를 접촉시키는 것을 포함하는, 황 공여체를 포함하는 카본블랙 조성물을 제조하기 위한 방법.
- 제35항에 있어서, 황 공여체는 상기 카본블랙의 표면에 분무되는 방법.
- 제35항에 있어서, 황 공여체는 상기 카본블랙을 기준으로 하여 약 10wt%의 수준에서 존재하는 방법.
- 제35항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 탄성 중합체 재료를 추가로 포함하는 방법.
- 제38항에 있어서, 임의의 하나 또는 그 이상의 탄성 중합체 재료와 접촉하기 이전에 카본블랙 및 황 공여체가 접촉되는 방법.
- 제38항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 탄성 중합체 재료는 천연 고무를 포함하는 방법.
- 제38항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 탄성 중합체 재료는 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 방법.
- 제38항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 탄성 중합체 재료는 기능화되지 않은 방법.
- 카본블랙 및 황 공여체를 접촉시키고, 그런 다음 탄성 중합체와 접촉시키는 것을 포함하는, 고무 화합물을 제조하기 위한 방법.
- 제43항에 있어서, 상기 고무 화합물을 제조하기 위해 반응성 혼합이 요구되지 않는 방법.
- 35-44항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 고무 화합물.
- 제45항에 있어서, 황 공여체 없이 고무 화합물을 함유하는 비슷한 N234와 비교하여, 약 40% 내지 약 60%만큼 감소된 탄 델타(tan delta)를 갖는 고무 화합물.
- 제45항에 있어서, 황 공여체 없이 고무 화합물을 함유하는 비슷한 N234와 비교하여, 약 40%만큼 감소된 탄 델타(tan delta)를 갖는 고무 화합물.
- 제45항에 있어서, 황 공여체 없이 고무 화합물을 함유하는 비슷한 N234와 비교하여, 약 20% 내지 약 35%만큼 증가된 탄성 계수를 갖는 고무 화합물.
- 제45항에 있어서, 황 공여체 없이 고무 화합물을 함유하는 비슷한 N234와 비교하여, 적어도 약 20%만큼 증가된 탄성 계수를 갖는 고무 화합물.
- 제45항에 있어서, 황 공여체 없이 고무 화합물을 함유하는 비슷한 N234와 비교하여, 가교결합 밀도에 약 20% 미만의 영향을 갖는, 약 40% 내지 약 75%만큼 증가된 결합 고무 농도 탄성 계수를 갖는 고무 화합물.
- 제45항에 있어서, 황 공여체 없이 고무 화합물을 함유하는 비슷한 N234와 비교하여, 약 15% 내지 약 35%만큼 감소된 열 축적을 갖는 고무 화합물.
- 제45항에 있어서, 황 공여체 없이 고무 화합물을 함유하는 비슷한 N234와 비교하여, 적어도 약 20%만큼 증가된 탄성 계수를 갖는 고무 화합물.
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