KR20210078823A - 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물 - Google Patents

재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 신발 겉창용 고무 조성물에 재생탄소섬유를 적용함으로써, 환경오염을 최소화하면서도 신발 겉창에 대한 인열 특성과 내마모 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 신발 겉창용 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION FOR SHOES OUTSOLE HAVING RECYCLED CARBON FIBER}
본 발명은 신발 겉창용 고무 조성물에 재생탄소섬유를 적용함으로써, 환경오염을 최소화하면서도 신발 겉창에 대한 인열 특성과 내마모 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 신발 겉창용 고무 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 탄소섬유를 이용하여 제조되는 탄소섬유강화플라스틱(Carbon fibers-reinforced plastics, CFRP)은 강도, 초경량, 내피로성 등을 가진 소재로써 건축이나 토목과 같은 높은 강도를 필요로 하는 분야나 운송장비의 동체와 같이 고강도와 경량성을 필요로하는 분야 등에서도 각광받고 있는 유망한 신소재이다.
한편, 이러한 탄소섬유강화플라스틱은, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지가 탄소섬유직물에 주입된 후 경화되어 만들어지는데, 이의 폐기를 위한 소각 시 수지는 연소되어 없어지지만 탄소섬유는 잔류하여 환경을 오염시키는 원인이 된다. 보다 구체적으로 상기 잔류한 탄소섬유의 경우 소각 시 다량의 유해물질을 대기중으로 방출하며, 매립시에는 썩지 않기 때문에 환경오염을 유발시킨다.
따라서, 이러한 탄소섬유를 재생한 재생탄소섬유(Recycled Carbon Fiber, RCF)의 재활용 기술 확보가 필수적이며 관련 선행기술로써 특허문헌 1 ~ 3 등이 있다.
한편, 신발 중 겉창은 신발의 가장 밑단 부분으로써, 지면과 직접적으로 접촉하는 가장 바깥쪽 부분을 말하며, 이러한 겉창 주된 역할은 신발을 지지하고, 외부 환경으로부터 직접적인 마찰 및 마모를 방지하는 것이다. 따라서 겉창 자체의 높은 내마모성이 요구되고 있다. 특히 신발 겉창은 지면의 상태 및 특성 등의 외부조건에 가장 민감하게 작용하고 그 영향이 일차적으로 전달되는 신발의 중요 구성요소이므로, 신발 겉창의 높은 내마모성은 신발의 품질을 평가하는 중요한 물리적 특성이 된다.
따라서, 본 발명의 발명자는 신발 겉창에 대하여 상기와 같은 재상탄소섬유를 적용하여 재활용함으로써 본 발명을 완성하였다.
특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-1920912호 "폐탄소섬유의 재활용 방법" 특허문헌 2 : 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0086364호 "탄소 섬유 재활용 방법" 특허문헌 3 : 대한민국 등록특허공보 제10-1928196호 "재생 탄소섬유를 이용한 자동차 외판용 복합 성형체"
본 발명은 신발 겉창용 고무 조성물에 재생탄소섬유를 적용함으로써, 환경오염을 최소화하면서도 신발 겉창에 대한 인열 특성과 내마모 특성을 향상시킬 수 있도록 함을 과제로 한다.
본 발명은 신발 겉창용 고무 조성물에 있어서, 고무 기재에 재생탄소섬유가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물은 고무 기재 100 중량부에 대하여 재생탄소섬유 1 ~ 15 중량부 및 실리카 30~80 중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 고무 기재는 천연고무, 부타디엔 고무, 스티렌부타디엔 고무 또는 이소부틸렌이소프렌 고무 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 재생탄소섬유는 표면처리하여 사용되되, 표면처리제는 황산, 질산, 염산, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 재생탄소섬유는 100 ㎛ ~ 6 mm의 길이로 절단되어 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명은 신발 겉창용 고무 조성물에 재생탄소섬유를 적용함으로써, 환경오염을 최소화하면서도 신발 겉창에 대한 인열 특성과 내마모 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물은 고무 기재에 재생탄소섬유가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하며, 보다 구체적으로는 고무 기재 100 중량부에 대하여 재생탄소섬유 1 ~ 15 중량부 및 실리카 30~80 중량부가 혼합되어 이루어진다.
상기 고무 기재는 천연고무, 부타디엔 고무, 스티렌부타디엔 고무 또는 이소부틸렌이소프렌 고무 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용할 수 있다.
상기 재생탄소섬유는 탄소섬유강화플라스틱 폐기물에서 플라스틱 부분을 소각 등으로 처리한 후 얻어지는 재생된 탄소섬유로써 신발 겉창에 대한 인열 특성과 내마모 특성 등을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 그 함량이 1 중량부 미만일 경우 상기와 같은 물성 향상효과가 미비해질 우려가 있으며, 15 중량부를 초과할 경우 분산성이 저하될 우려가 있다.
한편, 상기 재생탄소섬유는 고무 기재에 대한 분산성 및 물성 향상효과를 더욱 향상시키기 위하여 표면처리하여 사용할 수 있으며, 표면처리제로는 황산, 질산, 염산 등의 산과 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 염기를 적용할 수 있지만 반드시 여기에 한정되는 것은 아니고 이미 공지된 다양한 표면처리제의 적용이 가능하다. 아울러, 표면처리 방법은 재생탄소섬유에 표면처리제를 단순 도포하거나 또는 함침하거나 또는 분사하는 등 다양한 방법을 적용할 수 있다.
아울러, 상기 재생탄소섬유는 100 ㎛ ~ 6 mm의 길이로 절단되어 적용됨으로써, 고무 기재에 대한 분산성 및 물성 향상효과를 더욱 효율적으로 구현할 수 있다.
상기 실리카는 고무 기재에 대한 물성 보강을 목적으로 첨가되는 것으로, 그 함량이 30 중량부 미만일 경우 물성 보강 효과가 미비해질 우려가 있으며, 80 중량부를 초과할 경우 뭉침 현상이 발생하여 분산성이 저하될 우려가 있다.
아울러, 상기 고무 기재, 재생탄소섬유 및 실리카 이외에 통상적인 고무용 첨가제(예를 들면, 가교제, 가교촉진제, 금속산화물, 스테아린산, 실란커플링제 등)를 적용할 수 있다.
일 예로 고무 기재 100 중량부에 대하여, 가교제는 황 가교제 또는 유기과산화물 가교제(디큐밀퍼옥사이드 등) 등을 1 ~ 5 중량부, 가교촉진제는 트리알릴시아누르산염(TAC), 메르캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아졸디술피드(MBTS), 디펜타메틸렌티우람테프라설파이드(DPTT) 등을 1 ~ 5 중량부, 금속산화물은 산화아연, 산화마그네슘 등을 1 ~ 5 중량부, 스테아린산은 1 ~ 5 중량부, 실란커플링제는 비닐메톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 비닐에폭시 실란, 3-아미노프로필트리에톡시 실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시 실란 또는 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시 실란 등을 1 ~ 8 중량부로 사용할 수 있으며, 성형 조건은 150 ~ 200℃, 100 ~ 150kg/cm2의 조건하에서 5 ~ 20분간 성형하여 제조할 수 있지만, 반드시 여기에 한정되는 것은 아니고, 고무 조성물의 사용 용도나 사용 환경에 대응하여 이미 공지된 다양한 종류의 고무용 첨가제를 목적에 맞게 적용할 수 있으며, 그 함량 역시 이미 공지된 범위 내에서 제한없이 사용할 수 있다. 아울러 제조 조건 역시 고무 조성물의 사용 용도나 사용 환경에 따라 가변적이므로 특정 조건에 한정하지는 않고 이미 공지된 다양한 조건 범위를 적용할 수 있다.
이하, 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 고무 조성물의 제조
(실시예 1)
천연고무 100 중량부에 대하여 수산화나트륨으로 표면처리된 재생탄소섬유(길이 100 ㎛) 1 중량부, 실리카 30 중량부, 실란 커플링제(비닐메톡시 실란) 1 중량부, 가교제(디큐밀퍼옥사이드) 1 중량부, 가교촉진제(트리알릴시아누르산염) 1 중량부, 스테아린산 0.7 중량부와 금속산화물(산화아연) 2 중량부를 투입하고 충분히 혼련시켜 혼련물 쉬트를 제조한 후, 상기 쉬트상 혼련물을 170℃, 120kg/cm2의 조건하에서 성형하여 제조하였다.
(실시예 2)
부타디엔 고무 100 중량부에 대하여 수산화나트륨으로 표면처리된 재생탄소섬유(길이 1 mm) 10 중량부, 실리카 50 중량부, 실란 커플링제(비닐메톡시 실란) 2 중량부, 가교제(디큐밀퍼옥사이드) 3 중량부, 가교촉진제(트리알릴시아누르산염) 2 중량부, 스테아린산 0.7 중량부와 금속산화물(산화아연) 2 중량부를 투입하고 충분히 혼련시켜 혼련물 쉬트를 제조한 후, 상기 쉬트상 혼련물을 170℃, 120kg/cm2의 조건하에서 성형하여 제조하였다.
(실시예 3)
스티렌부타디엔 고무 100 중량부에 대하여 수산화나트륨으로 표면처리된 재생탄소섬유(길이 6 mm) 15 중량부, 실리카 80 중량부, 실란 커플링제(비닐메톡시 실란) 8 중량부, 가교제(디큐밀퍼옥사이드) 5 중량부, 가교촉진제(트리알릴시아누르산염) 5 중량부, 스테아린산 0.7 중량부와 금속산화물(산화아연) 2 중량부를 투입하고 충분히 혼련시켜 혼련물 쉬트를 제조한 후, 상기 쉬트상 혼련물을 170℃, 120kg/cm2의 조건하에서 성형하여 제조하였다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 재생탄소섬유를 첨가하지 않았다.
(비교예 2)
실시예 2와 동일하게 제조하되, 실리카를 첨가하지 않았다.
(비교예 3)
실시예 3과 동일하게 제조하되, 재생탄소섬유 및 실리카를 첨가하지 않았다.
2. 고무 조성물의 평가
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 고무 시편에 대한 경도, 인열강도 및 내마모성을 아래와 같은 방법을 측정하였으며, 그 결과는 아래 [표 1]에 나타내었다.
(1) 경도
KS M 6518에 준하여 아스커(Asker) A형 경도계를 사용하여 측정하였다.
(2) 인열강도
KS M6518에 따라 측정을 하였다.
(3) 내마모성(abrasion resistance)
제조된 시험편의 내마모 특성을 측정하기 위해 NBS 마모시험을 하고, 아래 [수학식 1]로 계산하였다. 이때 규격화된 시편을 5개 시험한 후 최대, 최소값을 제외하고 평균을 내어 내마모 시험 값으로 하였다.
[수학식 1]
Figure pat00001
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
경도(Asker C) 62 62 62 54 54
인열강도
(kg/cm)		 55 56 56 42 40
내마모성(NBS, %) 240 250 250 180 190
상기 [표 1]에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물은 비교예에 따른 고무 조성물에 비하여 재생탄소섬유 및 실리카가 함유됨에 따라 인열 특성과 내마모 특성이 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물은 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 신발 겉창용 고무 조성물에 있어서,
    고무 기재에 재생탄소섬유가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물은,
    고무 기재 100 중량부에 대하여 재생탄소섬유 1 ~ 15 중량부 및 실리카 30~80 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고무 기재는,
    천연고무, 부타디엔 고무, 스티렌부타디엔 고무 또는 이소부틸렌이소프렌 고무 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 재생탄소섬유는,
    표면처리하여 사용되되, 표면처리제는 황산, 질산, 염산, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 재생탄소섬유는,
    100 ㎛ ~ 6 mm의 길이로 절단되어 사용되는 것을 특징으로 하는, 재생탄소섬유를 적용한 신발 겉창용 고무 조성물.
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