KR20230134309A - 바이오 실리카를 포함하는 신발용 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 명세서의 일 실시예는 고무 및 바이오 실리카를 포함하는, 신발용 고무 조성물을 제공한다.

Description

바이오 실리카를 포함하는 신발용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION FOR FOOTWEAR COMPRISING BIO SILICA}
본 명세서는 바이오 실리카를 포함하는 신발용 고무 조성물 및 그로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.
종래부터 고무는 신발창의 제조를 위한 신발용 소재로 사용되어 왔다. 이러한 신발용 소재로는 고무 본래의 특성 이외에 다양한 특성 및 우수한 물성을 나타내기 위해 주성분인 고무와 함께 필러, 첨가제, 착색제, 보강제 등이 배합된 고무 조성물이 사용되고 있다. 특히, 신발용 소재로서 충분한 강도를 얻기 위하여, 필러로서 카본 블랙을 배합한 고무 조성물이 일반적으로 사용되고 있으며, 젖은 노면에서의 논슬립성 및 제품의 외관을 향상시키기 위하여 실리카를 필러로서 사용하고 있다.
그러나 기존의 신발용 배합에 필러로 사용되는 침강 실리카(Precipitated Silica)는 친수성으로, 카본 블랙에 비하여 소수성 고무와의 친화성이 낮아 배합이 어려운 문제점이 존재한다. 침강 실리카의 낮은 분산성은 고무 조성물의 가공성, 내마모성, 기계적 물성 등 신발용 소재로서 요구되는 고무 조성물의 물성을 저하시키는 원인이 된다.
또한 침강 실리카는 모래로부터 1000℃가 넘는 온도를 거쳐 합성되는 것이 일반적이므로 에너지 집약적이며, 암석 및 모래 채굴에 의한 환경 파괴의 원인이 된다. 따라서, 우수한 가공성 및 분산성을 나타내면서도 친환경적인 신발용 고무 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
본 명세서의 기재사항은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 명세서의 일 목적은 에너지 효율이 높고 친환경적인 바이오 실리카를 사용하여 가공성 및 분산성이 우수한 신발용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 바이오 실리카를 포함하는 신발용 고무 조성물로부터 제조되어 내마모성 및 기계적 물성이 우수한 성형품을 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면, 고무 및 바이오 실리카를 포함하는, 신발용 고무 조성물을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 고무는 천연고무, 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 니트릴 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 이소부틸-이소프렌 고무(IIR), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 바이오 실리카는 쌀겨 유래 실리카일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 바이오 실리카의 불순물 함량은 3중량% 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 바이오 실리카의 함량은 상기 고무 100중량부를 기준으로 50~200중량부일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고무 및 상기 바이오 실리카는 예비 혼합되어 마스터배치로 존재할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마스터배치는 고무, 바이오 실리카 및 용매를 혼합하여 제조된 습식 마스터배치일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 습식 마스터배치는 첨가제 및 오일을 추가로 혼합하여 제조될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 신발용 고무 조성물은 오일, 첨가제, 황, 가황촉진제 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 더 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, 전술한 신발용 고무 조성물로부터 제조된, 성형품을 제공한다.
본 명세서의 일 측면에 따른 신발용 고무 조성물은 에너지 효율이 높고 친환경적인 바이오 실리카를 포함함으로써 우수한 가공성 및 분산성을 나타낼 수 있다.
또한 본 명세서의 다른 일 측면에 따른 고무 조성물은 바이오 실리카를 습식 마스터배치로 포함함으로써 우수한 가공성, 분산성 및 내마모성을 나타낼 수 있고, 성형품 제조 시의 실리카 분진 문제를 해결하여 작업성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서의 일 측면의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 명세서의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 명세서의 일 측면을 설명하기로 한다. 그러나 본 명세서의 기재사항은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 명세서의 일 측면을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.
신발용 고무 조성물
본 명세서의 일 측면에 따른 신발용 고무 조성물은 고무 및 바이오 실리카를 포함한다.
상기 고무는 천연고무, 부타디엔 고무(BR, Butadiene Rubber), 스티렌-부타디엔 고무(SBR, Styrene-Butadiene Rubber), 니트릴 고무(NBR, Nitrile-Butadiene Rubber), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR, Ethylene-Propylene Rubber), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM, Ethylene-Propylene-Diene Rubber), 이소부틸-이소프렌 고무(IIR, Isobutylene-Isoprene Rubber), 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene Vinyl Acetate) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 신발용 소재로 사용 가능한 모든 종류의 고무를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고무는 부타디엔 고무(BR), 용액중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR, Solution Polymerized Styrene-Butadiene Rubber) 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어 “바이오 실리카”는 식물, 규조류, 해면동물 등을 포함하는 다양한 종류의 생물로부터 유래된 실리카를 의미한다.
상기 바이오 실리카를 포함하는 신발용 고무 조성물은 침강 실리카를 배합한 고무 조성물과 유사한 수준의 가교 특성 및 기계적 강도를 유지하면서도, 우수한 가공성 및 분산성을 나타내어, 다양한 용도의 신발 또는 신발창의 제조에 적용될 수 있다.
상기 바이오 실리카는 식물 유래 실리카일 수 있다. 상기 식물은 벼, 밀, 대나무, 보리, 옥수수, 콩 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 예를 들어 벼의 껍질인 왕겨 또는 쌀겨 부분이 원료 실리카로서 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 바이오 실리카는 쌀겨(rice husk) 유래 실리카일 수 있다. 상기 쌀겨 유래 실리카는 쌀겨 추출물로부터 제조된 것일 수 있고, 예를 들어 탄화된 쌀겨의 재(ash)에 포함된 천연 상태의 실리카를 규산 나트륨(sodium silicate)으로 전환시킨 후, 이를 가공한 것일 수 있다.
기존의 신발용 고무 조성물에 사용되는 침강 실리카는 모래로부터 1000℃가 넘는 온도를 거쳐 합성되어 에너지 집약적이고, 암석 및 모래 채굴에 의한 환경 파괴의 원인이 되는 반면, 쌀겨 유래 실리카는 쌀겨를 열병합 발전소의 연료로 사용하는 과정에서 부산물로 생성될 수 있으므로, 실리카 생산에 사용되는 에너지를 절감할 수 있는 친환경적 소재이다.
상기 바이오 실리카의 불순물 함량은 3중량% 이하일 수 있고, 예를 들어 3중량%, 2.9중량%, 2.8중량%, 2.7중량%, 2.6중량%, 2.5중량%, 2.4중량%, 2.3중량%, 2.2중량%, 2.1중량%, 2중량%, 1.9중량%, 1.8중량%, 1.7중량%, 1.6중량%, 1.5중량%, 1.4중량%, 1.3중량%, 1.2중량%, 1.1중량%, 1중량%, 0.9중량%, 0.8중량%, 0.7중량%, 0.6중량%, 0.5중량%, 0.4중량%, 0.3중량%, 0.2중량%, 0.1 중량%, 이들 중 두 값의 사이 값 또는 0.1중량% 미만일 수 있다. 상기 바이오 실리카의 불순물 함량이 상기 범위를 초과하면 이를 포함하는 신발용 고무 조성물의 가공성 및 분산성이 저하되어 신발용 소재로서 요구되는 고무 조성물의 물성을 만족하지 못할 수 있다.
상기 불순물은 철(Fe), 어븀(Er), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg) 등 실리카에 함유될 수 있는 미량 원소들을 의미할 수 있다.
상기 바이오 실리카는 철(Fe), 어븀(Er), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg) 원소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 바이오 실리카에 포함된 상기 원소 각각의 함량은 0.3중량% 이하일 수 있고, 예를 들어 0.3중량%, 0.25중량%, 0.2중량%, 0.15중량%, 0.1 중량%, 0.05중량%, 이들 중 두 값의 사이 값 또는 0.05중량% 미만일 수 있다.
상기 바이오 실리카는 철(Fe), 어븀(Er), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg) 원소 중 하나 이상을 포함하지 않을 수 있고, 예를 들어 침강 실리카의 불순물 중 높은 비율을 차지하는 원소인 어븀(Er)을 포함하지 않을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적인 작용 기작이 알려진 것은 아니나, 침강 실리카에 포함된 불순물 또는 불순물 중의 특정 성분이 신발용 고무 조성물의 물성을 저해하는 요인으로 작용할 수 있다. 그에 따라, 불순물 또는 특정 원소의 함량이 낮거나, 일부 원소를 포함하지 않아 순도가 높은 실리카를 사용함으로써 고무 조성물의 가공성 및 분산성이 개선된 것일 수 있다.
상기 바이오 실리카의 함량은 상기 고무 100중량부를 기준으로 50~200중량부일 수 있다. 예를 들어, 50중량부, 55중량부, 60중량부, 65중량부, 70중량부, 75중량부, 80중량부, 85중량부, 90중량부, 95중량부, 100중량부, 105중량부, 110중량부, 115중량부, 120중량부, 125중량부, 130중량부, 135중량부, 140중량부, 145중량부, 150중량부, 155중량부, 160중량부, 165중량부, 170중량부, 175중량부, 180중량부, 185중량부, 190중량부, 195중량부, 200중량부 또는 이들 중 두 값의 사이 값일 수 있다. 상기 바이오 실리카의 함량이 상기 범위 미만이면 신발용 고무 조성물의 가공성, 분산성 및 기계적 강도가 저하될 수 있고, 상기 범위 초과이면 신발용 고무 조성물로서 요구되는 접지력, 논슬립성 등 고무 본래의 특성이 저하될 수 있다.
상기 고무 및 상기 바이오 실리카는 예비 혼합되어 건식 마스터배치(dry masterbatch) 또는 습식 마스터배치(wet masterbatch)로 존재할 수 있다. 고무 및 바이오 실리카를 예비 혼합하여 첨가함으로써 신발용 고무 조성물에 포함된 고무와 실리카의 혼합 균일성이 향상될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 “습식 마스터배치”는 구성 성분을 액상으로 혼합하여 제조된 마스터배치를 의미한다.
일 예시에서, 상기 고무 및 상기 바이오 실리카는 용매의 존재 하 예비 혼합되어 습식 마스터배치로 존재할 수 있다.
친수성을 띠는 실리카는 소수성 고무와의 친화성이 낮아 건조 조건에서 배합 시 가공성 및 분산성이 저하될 수 있으나, 고무와 실리카를 액상으로 혼합하여 습식 마스터배치로 배합할 경우 실리카의 분산성이 향상될 수 있다. 상기 습식 마스터배치를 포함하는 신발용 고무 조성물은 바이오 실리카의 분산성 향상으로 인하여 고무와 바이오 실리카의 혼합이 균일해져 배합이 용이할 수 있고, 건식 마스터배치 대비 내마모성, 기계적 강도 등의 물성이 향상되어, 높은 수준의 내마모성이 요구되는 신발 또는 신발창의 제조에 적용될 수 있다.
기존의 침강 실리카 분말을 사용한 고무 조성물의 경우 신발 제조 과정에서 실리카 분진이 발생하여 작업성이 불량한 문제점이 존재하였으나, 상기 고무 및 바이오 실리카를 습식 마스터배치로 첨가한 신발용 고무 조성물은 실리카 분진 문제를 최소화하여 작업 환경을 개선시킬 수 있다.
상기 습식 마스터배치는 고무, 바이오 실리카 및 용매를 혼합하여 제조될 수 있다.
일 예시에서, 상기 습식 마스터배치는 (a) 고무, 바이오 실리카 및 용매를 혼합하는 단계; (b) 스트리핑을 통하여 고형화 시키는 단계; 및 (c) 건조 및 성형하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다. 상기 (a) 단계는 바이오 실리카를 고무 용액 내에 균일하게 분산시키기 위한 것으로, 초고속 믹서를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 (b) 단계는 용매를 제거하는 단계로, 고무 용액 내 바이오 실리카의 분산 정도를 확인한 후 수행될 수 있다. 상기 (c) 단계는 바이오 실리카-고무 복합체인 습식 마스터배치를 제조하는 단계로, 필요에 따라 건조 후 성형 과정을 수행하거나, 성형 후 건조 과정을 수행할 수 있다.
상기 습식 마스터배치는 고무 100중량부, 바이오 실리카 50~200중량부 및 용매 100~500중량부를 혼합하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 습식 마스터배치 제조에 사용된 바이오 실리카의 함량은 상기 습식 마스터배치 제조에 사용된 고무 100중량부를 기준으로 50중량부, 55중량부, 60중량부, 65중량부, 70중량부, 75중량부, 80중량부, 85중량부, 90중량부, 95중량부, 100중량부, 105중량부, 110중량부, 115중량부, 120중량부, 125중량부, 130중량부, 135중량부, 140중량부, 145중량부, 150중량부, 155중량부, 160중량부, 165중량부, 170중량부, 175중량부, 180중량부, 185중량부, 190중량부, 195중량부, 200중량부 또는 이들 중 두 값의 사이 값일 수 있다. 상기 습식 마스터배치 제조에 사용된 바이오 실리카의 함량이 상기 범위 미만이면 상기 습식 마스터배치를 포함하는 고무 조성물의 가공성, 분산성 및 기계적 강도가 저하될 수 있고, 상기 범위 초과이면 신발용 고무 조성물로서 요구되는 접지력, 논슬립성 등 고무 본래의 특성이 저하될 수 있다.
상기 습식 마스터배치는 첨가제 및 오일을 추가로 혼합하여 제조될 수 있다.
상기 습식 마스터배치는 상기 습식 마스터배치 제조에 사용된 고무 100중량부를 기준으로, 첨가제 0.01~10중량부 및 오일 0.01~38중량부를 추가로 혼합하여 제조될 수 있다.
상기 신발용 고무 조성물은 상기 습식 마스터배치에 포함된 고무 이외에 추가로 배합된 고무를 포함할 수 있다. 상기 추가로 배합된 고무는 상기 습식 마스터배치에 포함된 고무와 동일 또는 상이한 종류의 고무일 수 있다.
상기 신발용 고무 조성물은 오일, 첨가제, 황, 가황촉진제 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 더 포함할 수 있다.
성형품
본 명세서의 다른 일 측면에 따른 성형품은 전술한 신발용 고무 조성물로부터 제조될 수 있다.
상기 성형품은 신발 또는 신발창일 수 있고, 예를 들어 신발의 아웃솔(outsole) 또는 미드솔(midsole)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 명세서의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 명세서의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 명세서의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예 1
용액중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR, Solution Polymerized Styrene-Butadiene Rubber) 100중량부에 쌀겨(rice husk) 유래 바이오 실리카 100중량부, 실란커플링제(Si-69) 10.6중량부, 오일 45중량부, 산화방지제(6PPD) 1중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부 및 스테아린산(St-A) 2중량부를 첨가하여 1차 고무 조성물을 제조하였다. 그 후, 상기 1차 고무 조성물에 황(Sulfur) 1.5중량부, 가황촉진제로서 1,3-디페닐구아니딘(DPG) 2중량부 및 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설폰아미드(CBS) 2중량부를 첨가하여 2차 고무 조성물을 제조하였다.
비교예 1
쌀겨 유래 바이오 실리카 대신 모래(sand)로부터 유래된 침강 실리카를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 고무 조성물 제조에 사용된 성분 및 함량을 하기 표 1에 나타내었다.
조성 (중량부) 실시예 1 비교예 1
바이오 실리카 100.00 0.0
침강 실리카 0.00 100.0
SSBR 100.0 100.0
Si-69 10.6 10.6
Oil 45.0 45.0
6PPD 1.0 1.0
ZnO 3.0 3.0
St-A 2.0 2.0
Sulfur 1.5 1.5
DPG 2.0 2.0
CBS 2.0 2.0
실험예 1
상기 실시예 1의 고무 조성물 제조에 사용된 쌀겨 유래 바이오 실리카 및 상기 비교예 1의 고무 조성물 제조에 사용된 모래 유래 침강 실리카의 미량 원소 분석을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
원소 측정 파장 (nm) 농도 (중량%)
바이오 실리카 침강 실리카
Fe 238.204 0.09 0.15
Er 337.271 미검출 2.65
Ti 334.94 미검출 0.15
Zr 343.823 미검출 0.37
Mg 285.213 0.15 0.30
상기 표 2를 참고하면, 모래로부터 유래된 침강 실리카에서 발견된 어븀(Er), 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr)이 쌀겨 유래 바이오 실리카에서는 검출되지 않았으며, 침강 실리카 대비 바이오 실리카의 철(Fe) 및 마그네슘(Mg) 원소 검출량이 적은 것을 확인하였다.
특히, 희토류 원소인 어븀(Er)의 경우 침강 실리카에서는 2.65중량%의 높은 비율로 검출되었으나, 바이오 실리카에서는 검출되지 않아 바이오 실리카의 불순물 함량이 낮은 것을 확인하였다.
실험예 2
상기 실시예 1 및 비교예 1의 고무 조성물의 가공성, 가교 특성 및 분산성을 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
가공성은 고무 조성물의 무니 점도(Mooney Viscosity)를 측정하여 평가하였다. 무니 점도는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미가류 고무의 가공성이 우수한 것을 나타낸다.
가교 특성은 고무 가공특성 분석기(rubber process analyzer, RPA)를 이용하여 평가하였다.
분산성은 고무 조성물의 페인 효과(Payne effect)를 측정하여 평가하였다. 페인 효과는 실리카의 분산성을 나타내는 지표로, 그 값이 낮을수록 실리카의 분산성이 우수한 것을 나타낸다.
인덱스(Index)는 각각의 물성 평가 결과를 비교예 1을 기준으로 지수화하여 나타낸 것으로, 인덱스 값이 높을수록 각각의 물성이 우수함을 나타낸다.
구분 실시예 1 비교예 1
가공성 Init. MV 146.1 173.0
ML1+4 (100℃) 76.4 99.7
Index 130% 100%
가교 특성 Min. Torque (dNm) 4.8 6.0
Max. Torque (dNm) 30.2 31.0
ΔTorque (Max.-Min.) 25.4 25.0
Ts1 (min) 3.1 3.1
T10 (min) 4.4 4.3
T50 (min) 9.1 9.1
T90 (min) 29.5 28.4
분산성 G'(1-10%) 260 393
Index 151% 100%
상기 표 3을 참고하면, 실시예 1의 고무 조성물은 비교예 1에 비하여 낮은 무니 점도를 나타내었으며, 이를 통해 침강 실리카를 사용한 고무 조성물 대비 바이오 실리카를 사용한 고무 조성물의 가공성이 30% 이상 우수한 것을 확인하였다.
실시예 1 및 비교예 1의 고무 조성물의 가교 특성은 유사한 결과를 나타내었다.
실시예 1의 고무 조성물은 비교예 1에 비하여 낮은 페인 값을 나타내었다. 이를 통해 바이오 실리카의 고무 조성물 내 분산성이 침강 실리카에 비하여 50% 이상 우수한 것을 확인하였다.
제조예
3,000 RPM이상의 초고속 믹서에 고무 48중량부, 쌀겨 유래 바이오 실리카 60중량부, 첨가제 2.4중량부, 용매 120중량부 및 오일 10중량부를 투입하고, 온도 RT-100°C, 압력 0-2 bar의 조건에서 믹싱하여 균일화시켰다. 고무로는 디엔계 중합체인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR) 또는 부타디엔 고무(BR)를 사용하였다. 초고속 믹싱 후, 스트리핑을 통하여 고형화 시키고, 건조 후 성형 또는 성형 후 건조하여 바이오 실리카-고무 복합체인 습식 마스터배치(wet masterbatch, WMB)를 제조하였다.
실시예 2
하기 표 4에 나타낸 구성 및 함량에 따른 고무 조성물을 제조하였다. 실시예 2의 고무 조성물에 사용된 Silica-SSBR WMB는 상기 제조예에 따라 제조된 것으로, 바이오 실리카 및 용액중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR)를 포함하는 습식 마스터배치 복합체이다.
비교예 2
하기 표 4에 나타낸 구성 및 함량에 따른 고무 조성물을 제조하였다. 비교예 2의 고무 조성물은 건식 마스터배치(dry masterbatch, DMB)로 제조되었으며, 실리카(silica)는 상기 제조예와 동일하게 쌀겨 유래 바이오 실리카를 사용하였다.
조성 (중량부) 실시예 2 비교예 2
KBR-01 20.00 20.00
Silica-SSBR WMB 120.00 0.00
SSBR 0.00 60.00
KNB40H 20.00 20.00
Silane 3.00 3.00
PEG4000 1.67 1.67
60NS 0.67 0.67
Stearic Acid 0.67 0.67
BHT 0.67 0.67
wax 0.33 0.33
Bio silica 0.00 60.00
white oil 6.00 6.00
Sulfur 1.06 1.06
MBTS(DM) 0.37 0.37
TBzTD 0.17 0.17
ZnO 3.33 3.33
실험예 3
상기 실시예 2 및 비교예 2의 고무 조성물의 가공성, 가교 특성, 분산성, 기계적 물성 및 내마모성을 평가하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
가공성은 고무 조성물의 무니 점도(Mooney Viscosity)를 측정하여 평가하였다. 무니 점도는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미가류 고무의 가공성이 우수한 것을 나타낸다.
가교 특성은 고무 가공특성 분석기(rubber process analyzer, RPA)를 이용하여 평가하였다.
분산성은 고무 조성물의 페인 효과(Payne effect)를 측정하여 평가하였다. 페인 효과는 실리카의 분산성을 나타내는 지표로, 그 값이 낮을수록 실리카의 분산성이 우수한 것을 나타낸다.
기계적 물성은 경도기 및 만능시험기를 이용하여 경도(Hardness), 인장강도, 신장률(Elongation) 등을 측정하여 평가하였다.
내마모성은 DIN 마모시험을 통해 평가하였다.
인덱스(Index)는 각각의 물성 평가 결과를 비교예 2를 기준으로 지수화하여 나타낸 것으로, 인덱스 값이 높을수록 각각의 물성이 우수함을 나타낸다.
구분 실시예 2 비교예 2
가공성 Init. MV 113.5 131.6
ML1+4 (100℃) 97.2 114.4
Index 118 100
가교 특성 Min. Torque (dNm) 14.8 18.6
Max. Torque (dNm) 34.9 40.1
ΔTorque (Max.-Min.) 20.2 21.5
Ts1 (min) 2.5 2.7
T10 (min) 3.0 2.9
T50 (min) 4.9 4.7
T90 (min) 18.3 21.5
분산성 G'1%-G'10% 1201 2666
Index 222% 100%
기계적 물성 Hardness 72 74
100% M. (kgf/cm2) 36 38
200% M. (kgf/cm2) 62 52
300% M. (kgf/cm2) 83 58
T.S (kgf/cm2) 209 187
Elongation (%) 751 1079
toughness 317 365
내마모성 DIN (g) 0.0871 0.1661
Index 191 100
상기 표 5를 참고하면, 실시예 2의 고무 조성물은 비교예 2에 비하여 낮은 무니 점도를 나타내었다. 이를 통해, 고무 및 바이오 실리카를 습식 마스터배치로 제조하여 배합할 경우, 건식 마스터배치 방식에 비하여 고무 조성물의 가공성을 18% 이상 향상시킬 수 있는 것을 확인하였다.
실시예 2 및 비교예 2의 고무 조성물의 가교 특성은 유사한 결과를 나타내었다.
실시예 2의 고무 조성물은 비교예 2에 비하여 낮은 페인 값을 나타내었다. 이를 통해, 고무 및 바이오 실리카를 습식 마스터배치로 제조하여 배합할 경우, 건식 마스터배치 방식에 비하여 고무 조성물에서의 실리카 분산성을 120% 이상 향상시킬 수 있는 것을 확인하였다.
실시예 2 및 비교예 2의 고무 조성물의 기계적 물성은 유사한 수준을 나타내었다.
실시예 2의 고무 조성물은 비교예 2에 비하여 마모시험에 따른 마모량이 적게 나타났다. 이를 통해, 건식 마스터배치 방식으로 제조된 고무 조성물 대비 습식 마스터배치로 제조된 바이오 실리카-고무 복합체를 포함하는 고무 조성물의 내마모성이 90% 이상 우수한 것을 확인하였다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 일 측면이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기재된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 명세서의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 고무 및 바이오 실리카를 포함하는, 신발용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고무는 천연고무, 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 니트릴 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 이소부틸-이소프렌 고무(IIR), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 신발용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 실리카는 쌀겨 유래 실리카인, 신발용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 실리카의 불순물 함량은 3중량% 이하인, 신발용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 실리카의 함량은 상기 고무 100중량부를 기준으로 50~200중량부인, 신발용 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고무 및 상기 바이오 실리카는 예비 혼합되어 마스터배치로 존재하는, 신발용 고무 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마스터배치는 고무, 바이오 실리카 및 용매를 혼합하여 제조되는 습식 마스터배치인, 신발용 고무 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 습식 마스터배치는 첨가제 및 오일을 추가로 혼합하여 제조되는, 신발용 고무 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    오일, 첨가제, 황, 가황촉진제 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 더 포함하는, 신발용 고무 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 신발용 고무 조성물로부터 제조된, 성형품.
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