KR20230021298A - 타이어 벨트용 고무조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 타이어 벨트용 고무조성물을 개시한다.
본 발명에 따르는 타이어 벨트용 고무조성물은 아래 화학식 1로 표시되는 표면개질된 산화아연을 포함하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때 타이어 벨트용 고무의 가교 밀도 및 모듈러스를 향상을 증가시키고 동시에 내노화성능을 확보하여 궁극적으로 타이어의 내구성능을 향상시킬 수 있다.
<화학식 1>
본 발명에 따르는 타이어 벨트용 고무조성물은 아래 화학식 1로 표시되는 표면개질된 산화아연을 포함하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때 타이어 벨트용 고무의 가교 밀도 및 모듈러스를 향상을 증가시키고 동시에 내노화성능을 확보하여 궁극적으로 타이어의 내구성능을 향상시킬 수 있다.
<화학식 1>
Description
본 발명은 타이어 벨트용 고무조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어 벨트용 고무의 가교 밀도 및 모듈러스를 향상을 증가시키고 동시에 내노화성능을 확보하여 궁극적으로 타이어의 내구성능을 향상시킨 타이어 벨트용 고무조성물에 관한 것이다.
일반적으로 타이어 벨트는 스틸 코드층을 중첩하여 트레드부의 강성을 높여주는 역할을 하는데, 이에 벨트 고무는 스틸 코드와 접착력이 좋고 장기간 주행에도 견딜 수 있는 내구성을 가져야 하며, 이를 위해 높은 모듈러스를 가지고 내노화특성을 가지는 벨트 고무로 사용될 고무조성물이 필요하다.
이러한 타이어 벨트용 고무조성물은 천연고무, 황, 가교 촉진제, 카본블랙, 무기 추진제, 산화아연, 스테아린산, 공정오일, 노화방지제와 같은 첨가제로 구성되어 있는 것이 일반적이다.
그 중 산화아연은 활성제(Activator)로서 스테아린산과 반응에 의해 활성도가 높아지고 촉진제의 촉진작용을 용이하게 하여 고무의 가교 효율을 향상시켜 가교 밀도를 증가시키므로 높은 모듈러스를 갖는 벨트 고무가 된다.
높은 가교밀도 및 모듈러스를 갖는 벨트 토피용 고무 조성물을 제조하기 위해 여러 기술들이 시도되어 왔으며, 가장 일반적인 기술은 고?t량의 카본블랙을 사용하거나 가류제를 증량하여 사용하는 방법이다.
그러나 과량의 카본블랙을 사용하는 고무 조성물은 반바리 공정 과정중에 과부하가 걸리고 롤 가공성이 불리하여 생산적인 측면에서 효율성이 낮아 바람직하지 않다.
또한 가류제를 증량하여 사용할 경우 배합제가 표면에 스며나오는 블루밍 현상등이 나타날 우려가 있다.
기존의 산화아연은 낮은 활성도를 나타내어 가교 효율이 낮은 단점이 있으며, 아연화가 정전기를 띠고 있어 서로의 엉킴 현상으로 과량 사용할 경우 조성물 내에서 분산이 용이하지 않고, 나아가 고무 물성이 불균일해지거나 또는 국부적으로 과량으로 존재하게 되는 문제점들이 발생할 우려가 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 타이어 벨트용 고무의 가교 밀도 및 모듈러스를 향상을 증가시키고 동시에 내노화성능을 확보하여 궁극적으로 타이어의 내구성능을 향상시킨 타이어 벨트용 고무조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 아래 화학식 1로 표시되는 표면개질된 산화아연을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 벨트용 고무조성물을 제공한다.
<화학식 1>
(RO는 알콕시기, R1은 탄소(C)가 1 내지 4개의 탄화수소기, R2는 수소(H) 또는 탄소 1 내지 3개의 알킬기(Alkyl)임)
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 산화아연은 실란으로 전처리된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 표면개질된 산화아연은 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 사용하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르는 타이어 벨트용 고무조성물에 의하면, 타이어 벨트용 고무의 가교 밀도 및 모듈러스를 향상을 증가시키고 동시에 내노화성능을 확보하여 궁극적으로 타이어의 내구성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는데, 예를 들어 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르는 타이어 벨트용 고무조성물은 아래 화학식 1로 표시되는 표면개질된 산화아연을 포함하는 특징이 있다.
<화학식 1>
(RO는 알콕시기, R1은 탄소(C)가 1 내지 4개의 탄화수소기, R2는 수소(H) 또는 탄소 1 내지 3개의 알킬기(Alkyl)임)
여기서 상기 RO는 알콕시기로서 탄소수가 적은 메톡시, 에톡시를 포함하며 탄소수가 4개까지 사용할 수 있으며 만일 5개를 넘어가면 입체장애가 발생되어 산화아연의 표면개질시 반응효율이 저감될 수 있다.
또한, 상기 R1은 탄소(C)가 1 내지 4개의 탄화수소기이고, R2는 수소(H) 또는 탄소 1 내지 3개의 알킬기(Alkyl)를 사용할 수 있다.
한편, 상기 화학식 1의 반응식을 보면, 먼저 산화아연을 실란으로 전처리할 수 있는데, 예를 들어 아래 반응식 1과 같이, 산화아연(ZnO) 분말을 에탄올(Absolute ethanol, 99.9%) 용액에 분산시킨 후 CTS(Chloropropyltrimethoxysilane)를 넣고 50℃에서 24시간 반응시킬 수 있다.
여기서 사용되는 산화아연 분말은 표면적이 BET 측정값으로 60 내지 90 m2/g이고, 평균 입경이 10 내지 20nm인 특징이 있다.
본 발명에 따르는 타이어 벨트용 고무조성물의 배합시 안정성이나 내노화성을 확보하기 위하여, 사이올기(-SH)를 갖는 화합물과 추가반응을 위해 후처리할 수 있는데, 예를 들어, 전처리된 산화아연을 워싱(washing)하고 다시 에탄올용액에 함침시켜 분산시킨 후 MB(2-Mercapto-4(5)-Methylbenzimidazole)과 NaOH를 넣어 50℃에서 24시간 반응시켜 수득할 수 있으며, 수득된 산화아연은 고무조성물 내에서 분산이 용이하고, 고무의 모듈러스 향상 및 내노화성을 향상시킬 수 있어 타이어의 내구성능 강화에 도움이 될 수 있다.
<반응식 1>
한편, 상기 표면개질된 산화아연은 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 사용할 수 있는데, 만일 1 중량부 미만이면 효과가 미미할 수 있으며, 5 중량부를 초과하면 차별적인 효과의 증가가 미미할 수 있다.
<실시예 및 비교예>
아래 표 1에서와 같은 조성으로 고무 배합물을 혼합하고 압출하여 타이어 벨트 고무를 제조하였다.
| 항목 | 비교예1 | 비교예2 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 |
| 천연고무(NR) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 카본 블랙 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 |
| 산화아연 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 스테아린산 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 노화방지제 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| Sulfur | 6.2 | 6.2 | 6.2 | 6.2 | 6.2 | 6.2 |
| 가류 촉진제 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 일반 산화아연 | 5 | |||||
| 나노 산화아연 | 3(표면처리 안함) | 1 | 3 | 5 | 7 |
* 일반 산화아연은 표면적이 BET 측정값으로 3 내지 6 m2/g, 평균 입경이 300 내지 400 ㎚임
* 나노 산화아연은 표면적이 BET 측정값으로 60 내지 90 m2/g 이고, 평균 입경이 10 내지 20 ㎚임
* 실시예 1 내지 4에서 나노 산화아연을 표면처리함(실란은 CTS(Chloropropyltriethoxysilane)으로 전처리하고, 후처리 사이올기 화합물로 MB(2-Mercapto-4(5)-Methylbenzimidazole)를 사용한 화학식 2임)
<화학식 2>
<실험예>
상기 표1에서 제조한 각각의 벨트 고무를 준비하여, 이 시편에 대하여 무니(Mooney)점도(250±5g), 인장물성(Tensile, specimen type: Type1A), 동적 점탄성(DMA, ASTM D2231-87에 따른 시편), 접착 물성을 ASTM관련 규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
| 항목 | 비교예1 | 비교예2 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | |
| 무니점도 | MV@100℃ | 85.2 | 84.1 | 78.4 | 88.5 | 89.1 | 89.5 |
| T05 (min) | 4.5 | 4.5 | 4.2 | 4.3 | 4.6 | 4.6 | |
| 인장물성 (초기) |
경도(%) | 100 | 101 | 102 | 105 | 105 | 106 |
| 300% Modulus (%) | 100 | 99 | 103 | 107 | 106 | 107 | |
| T.S. (%) | 100 | 102 | 104 | 108 | 108 | 109 | |
| E.B. (%) | 100 | 100 | 97 | 95 | 96 | 95 | |
| 인장물성 (노화) |
경도(%) | +15 | +13 | +12 | +8 | +9 | +9 |
| 300% Modulus (%) | +12 | +13 | +10 | +7 | +8 | +8 | |
| T.S. (%) | -28 | -28 | -25 | -20 | -18 | -19 | |
| E.B. (%) | -34 | -30 | -28 | -25 | -23 | -23 | |
| DMA | tanδ@60℃ (%) | 100 | 101 | 102 | 107 | 107 | 108 |
| 접착 특성 | Adhesion force (%) | 100 | 102 | 105 | 110 | 110 | 111 |
| Coverage(%) | 100 | 95 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
* 무니점도: 125°C 무니점도 측정에서의 점도 최소 Torque 값 ASTM D1646에 의해 측정하였다.
* 인장물성(초기): 고무의 기계적 특성을 평가하기 위해 아령형 시편(ASTM D-412-89C 타입)을 노화 전후의 인장 물성을 시험하였다. (노화: 80℃에서 7일간 방치)
* DMA: 고무에 반복 응력을 가했을 때 고무의 응답(점탄성)을 측정. ASTM D-2231-87에 의거하여 평가한다.
* 접착 특성 고무와 스틸 코드 사이의 접착력 평가는 ASTM D2229-80 방식에 의거하여 실시하였다. 스틸 코드가 고무로부터 인발(뽑힘)될 때의 힘 및 고무 Coverage로 평가 평가하였다.(T-test)
* 인장물성, DMA, 발열, 접착특성은 상대 백분율 %로 표시하였고, 높을수록 우수한 특성을 나타낸다.
상기 표 2의 실험결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 따르는 타이어 벨트용 고무조성물의 실시예들은 종래 산화아연 5 중량부 사용한 경우와 비교하여 나노 실란 처리된 산화아연을 적은량을 사용하더라도(실시예2) 경도, Modulus, T.S, 특성에서 우수하고, 노화 측면에서 우수함을 알 수 있다.
또한 실시예 1과 같이 소량 사용 할 경우에도 나노 산화아연의 고른 분산으로 표면적이 넓어 그 효과가 비교예 대비 소폭 우수함을 알 수 있다.
실시예 3, 4의 경우에는 산화아연을 증량함에도 산화아연의 활성도에 의한 효과가 최대치에 수렴하여 차별적인 효과의 증가가 미미함을 알 수 있다.
또한, DMA특성 및 Steel cord의 인발력(Adhesion force) 또한 우수함을 알 수 있다.
| 항목 | 비교예1 | 비교예2 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | |
| ECE-R30 | 시간(%) | 100 | 101 | 88 | 104 | 105 |
| 100 | 102 | 87 | 105 | 103 | ||
| DOT-139(E) | 시간(%) | 100 | 98 | 94 | 103 | 104 |
| 100 | 99 | 95 | 105 | 105 | ||
| DOT-139(H) | 시간(%) | 100 | 97 | 90 | 107 | 108 |
| 100 | 98 | 91 | 106 | 108 | ||
상기 표 3은 완제품 내구력 시험 결과를 나타낸 것이다. 통상적인 방법으로 P225/45 R17 TA71 PCR 규격에 실시예를 적용 비교 평가 하였는데, 실시예 2는 비교예들에 비하여 내구 성능이 향상되었음을 알 수 있다.
실시예 1,3 에서도 고무 특성 비교예 대비 향상됨에 따라 내구 성능도 우수함을 알 수 있다.
Claims (3)
- 아래 화학식 1로 표시되는 표면개질된 산화아연을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 벨트용 고무조성물.
<화학식 1>
(RO는 알콕시기, R1은 탄소(C)가 1 내지 4개의 탄화수소기, R2는 수소(H) 또는 탄소 1 내지 3개의 알킬기(Alkyl)임)
- 제 1 항에 있어서,
상기 산화아연은 실란으로 전처리된 것을 특징으로 하는 타이어 벨트용 고무조성물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 표면개질된 산화아연은 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 타이어 벨트용 고무조성물.
Priority Applications (1)
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| KR1020210103003A KR102615820B1 (ko) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | 타이어 벨트용 고무조성물 |
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Citations (3)
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| JP2013185105A (ja) * | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Sumitomo Chemical Co Ltd | ゴム組成物および架橋ゴム組成物 |
| KR20150019775A (ko) * | 2013-08-16 | 2015-02-25 | 한국타이어 주식회사 | 타이어 카카스 토핑용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 |
-
2021
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Polymer Degradation and Stability vol.110 pp.260-267 * |
Also Published As
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