KR930002554B1

KR930002554B1 - 타이어 트레드 고무용 카아본 블랙

Info

Publication number: KR930002554B1
Application number: KR1019890009848A
Authority: KR
Inventors: 야스하류 요시이; 신지 미소노; 히토시 우에
Original assignee: 도오까이 카아본 가부시기가이샤; 이또오 구니지로
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1989-07-11
Publication date: 1993-04-03
Also published as: FR2634491A1; KR900001797A; FR2634491B1; JPH0232136A; JPH0637582B2

Abstract

내용 없음.

Description

타이어 트레드 고무용 카아본 블랙

제1도는 본 발명 카아본 블랙의 제조에 사용되는 반응로(reactor)의 예의 개략단면도. 그리고

제2도는 제1도에 보인 반응로의 필수적 부분의 확대 단면도.

본 발명은 타이어 트레드 고무용 카아본 블랙에 관한 것이며, 특히 타이어 트레드의 발행열을 종래의 수준으로 유지하면서도 타이어 트레드 고무에 고도의 내마모성을 부여하는 카아본 블랙에 관한 것이다.

카아본 블랙에 의한 고무의 보강효과는 지금까지 비표면적(입자경)과 카아본 블랙의 스트럭처에 따라 크게 지배되는 것으로 고찰돼 오고 있다.

따라서, 특성이 많은 등급의 카아본 블랙이 알려져 있다.

고무 구성재에 카아본 블랙을 배합함에 있어서는, 생성될 고무 구성의 적용에 순응하는 특성을 갖는 등급의 카아본 블랙을 적절히 선택된다.

예를들면, N110 또는 N220 따위 경급(hard grade)의 카아본 블랙이 가혹한 주행 상태에 견디는 타이어 트레드 부분 따위 고내마모성이 요구되는 고무 구성요소에 사용된다.

타이어의 주행 상태가 근자에 더욱 더 가혹해지기 때문에 고 내마모성이고 동시에 저발열을 만족시키는 고성능의 타이어 트레드 부분이 요구되고 있다.

일반적으로, 타이어 트레드 부분의 내마모성은 배합된 카아본 블랙이 비표면적(比表面積)과 스트럭처 때문에 향상되고 증대되는 것으로 알려지고 있다.

그렇지만, 카아본 블랙의 비표면적과 스트럭처를 증대하면 타이어 트레드 부분에 발생하는 열이 증대되는 것으로 또한 알려지고 있다.

이처럼, 내마모성은 열의 발생과 이율배반의 관계에 있다.

따라서, 고무조성물에 고 내마모성과 저발열성을 동시에 부여하는 것은 극단으로 어려운 걱으로 고찰돼오고 있다.

여사한 어려움을 해결하고자, 질소흡착 비표면적이 94∼145m²/100g 디부틸프탈레이트 흡수가 89∼107ml/100g 그리고 식 [(-0.0006×N₂SA(m²/g)+1.8379](일본 특허공개공보 제 34,149/1978 참조)에 따라 산출된 값보다 낮은 진비중을 가지는 퍼니스(furnace) 카아본 블랙을 사용함으로써 타이어 트레드의 고내마모성과 저발열성을 부여하려는 시도가 제안되었다.

또한, 그것을 고무에 흩어지게 하는 가동성(可動性)을 개량하고, 아래의 새조건을 만족시키는 카아본 블랙의 사용에 의해 고내마모성 및 저발열성을 동시에 부여하고자 하는 시도도 제안되었다.(일본 특허공개공보 제 112,638/1988 참조) .

N₂SA = 100 ∼ 200m²/g

T=

Dst⁵⁰×

Dst⁷⁵R, 및

4,100-18.1(N₂SA)

T

7,700-25.5(N₂SA)

다만,

Dst는 두 동등 스토오크스(stockes)경의 차 그리고 R은 스토크스 모우드 경에서의 최대 흡수도.

여사한 제안에도 불구하고, 그러한 규정특성을 갖는 카아본 블랙이 배합되어 함유하는 고무 조성물을 내마모성 및 열발생을 만족한 수준에 동시에 부여할 수 없고, 그것은 더 개량이 요구되고 있다.

상기와 같은 상황에서, 본 발명의 발명인들은 N₂SA와 디부틸 프탈레이트 흡착 뿐만아니라 그의 응집체(凝集體)내공간도 또한 연구하였으며, 일정한 수준의스트럭처 및 큰 응집체 내공간 용적을 갖는 응집체로된 카아본 블랙이 고무 구성재에 배합될 때, 결과적인 고무구성재는 고내마모성과 저발열성을 갖는다는 것을 발견하였다.

본 발명은 이 발견을 토대로 완성된 것이다.

본 발명의 첫째목적은 타이어 트레드 고무에 발행하는 열을 종래의 수준으로 유지하면서도 타이어 트레드 고무에 고도의 내마모성을 부여할 수 있는 카아본 블랙을 마련하는 데 있다.

본 발명의 둘째 목적은 트럭·버스등 가혹한 운행 상황하에 사용되는 대형차의 트레드 고무에 적절하게 사용할 수 있는 카아본 블랙을 마련하는데 있다.

본 발명에 의한 타이어 트레드 고무용 카아본 블랙은 질소흡착 비표면적(N₂SA) 60∼160m₂/g와 디부틸프탈레이트 흡수(DBP) 90∼150ml/100g의 경급(硬級) : hard grade)의 각 영역에 속하며 그리고 응집체내 공간 용적 Vp(ml/g)가 식[0.00976×DBP-0.0358]에 의해 산출된 값과 적어도 같은 값을 가진다.

위에 언급한 고유성들중, 질소흡착 비표면적(N₂SA) 60∼160m²/g 디부틸 프탈레이트 흡수 90∼150ml/100g 는 각각 입자관련 범위 및 스트럭처 관련 범위이고, 카아본 블랙의 경급의 각 영역에 속하며 배합 고무에 고내마모성을 부여하는 카아본 블랙에 없어서는 안되는 것이다.

질소흡착 비표면적(N₂SA)이 60m²/g보다 작고 디부틸 프탈레이트 흡수가 90ml/100g보다 낮을 때, 카아본 블랙은 타이어 트레드에 고내마모성을 부여할 수 없다.

질소 흡착 비표면적(N₂SA)이 160m²/g를 초과하면, 고무 구성재내의 카아본 블랙의 분산성이 감소되고 내마모성의 개량을 억제하며 높은 열 발생을 초래하게 된다.

디부틸 프탈레이트 흡수가 150ml/100g를 초과하면 카아본 블랙은 타이어 트레드의 빙판 활주 성능을 불리하게 낮게한다.

본 발명의 카아본 블랙의 응집체내 공간 용적 Vp(ml/g)의 하한인 식[0.00976×DBP-0.00358]에 따라 산출된 값은, 고무 구성재에 바합되는 종래의 등급의 카아본 블랙과 비교할때 고 이방성(異方性)을 가지며, 크게 발달된 스트럭처의 응집체 조직 특성을 갖게한다.

응집체내 공간용적 Vp(ml/g)가 위에 언급한 방정식에 의해 산출된 값과 같거나 클때, 카아본 블랙은 타이어 트레드에 뛰어난 내마모성을 부여하는 한편 종래의 등급의 카아본 블랙이 배합되어 함유하고 있는 타이어 트레드와 비교할만한 낮은 열 발행을 유지한다.

큰 응집체내 공간 용적 Vp를 가지는 카아본 블랙은 본래 발달된 스트럭처와 함께 응집체 조직을 가지며, 카아본 블랙이 고무에 배합될 때 고무의 보강특성을 향상시킨다.

식[0.0976×DBP-0.0358]에 의해 산출된 것과 최소한 같은 응집체내 공간 용적 Vp를 가지는 본 발명의 카아본 블랙은 이방성이 눈에 띄게 전개된다.

발전된 이방성은 고무 구성재의 내마모성을 현저하게 개량한다.

질소 흡착 비표면적(N₂SA) 60∼160m²/g와 디부틸 프탈레이트 흡수 90∼150ml/l00g는 위에 설명한 바와같이 고무에 내마모성을 부여하는 카아본 블랙에 없어서는 아니되는 것이며, 위에 언급한 응집체내 공간용적 Vp와 함께 작용할 수 있어, 고무 구성재에 고내마모성을 부여하고, 한편 그안에 종래 수준의 열 발생을 유지시킨다.

본 발명은 고유치(固有値)는 아래의 방식에 따라 측정하였다.

(1) 질소 흡착 비표면적(N₂SA) :

ASTM D 3037-78 "Standard Methods of Testing Carbon Black-Surface Area by Nitrogen Adsorption"Method B.

본 발명에 따라 측정한 IRB No.5의 N₂SA는 80.3m²/g였다.(IRB는 Industry Reference Black의 뜻)

(2) 디부틸 프탈레이트 흡수(DBP) :

JIS K6221(1975)"고무용 카아본 블랙의 시험방법"6.1.2항, A 시험방법(ASTM D2414-82에 상응).

건조 카아본 블랙의 규정된 양을 흡착기(adsorptometer)의 혼합실에 넣는다.

디부딜 프탈레이트는 뷰렛으로 방울로 카아본 블랙에 섞으면서 부가한다.

혼합실 안의 로터의 토크가 미리정한 값에 도달할 때 뷰렛은 제한 스위치의 작동에 의해 자동적으로 닫힌다.

흡수는 다음 방정식에 의해 산출된다.

다만, DBP : 디부틸 프탈레이트의 흡수(ml/100g)

V : 부가한 디부틸 프탈레이트의 용적(ml)

W_D: 건조 카아본 블랙의 양(g)

(3) 응집체내 공간 용적 Vp(mg/g) :

Micromeritics 제 수은포로시미터 Poresizer 9300을 사용하여, 카아본 블랙 시료를 수은에 가라 앉힌다. 거기에 서서히 증대하는 압력을 가하여, 압력에 따라 수은이 카아본 블랙의 미시공(微視孔)에 차차 스며들게 한다.

응집체내 공간 용적은 압력 및 스며든 수은의 총량의 관계에서 식(I)에 의해 산출된다.

다만, X₁: 25psi에서의 수은 포로시미터의 눈금 읽음

X₂: 30,000psi에서의 수은 포로시미터의 눈금 읽음

W : 카아본 블랙 시료의 무게(g)

CF : 측정에 사용된 셀(cell)에 의해 결정된 상수

거기에 나타난 것은, 25psi부가 압력에 상응하는 응집체내 공간 크기가 7.2μm이고, 한편 30,000psi의 부가 압력에 상응하는 그것은 0.006μm이다.

본 발명의 카아본 블랙은 예를들어, 제1도에 보이는 바와같은 Y꼴로된 오일 퍼니스(oil furnace)를 사용하여 제조된다.

(일본 특허공개공보 제 10,581/1987호 참조), 이 오일 퍼니스는 두 발생로(generator)(1 및 1') 및 두 발생로가 한점에 모여지는 위치로 부터 이어져 있는 주 반응 구역(2)으로 구성된다.

각 발생로는 바람통(4), 버너(5), 원료유 분사 노즐(6)을 가지는 연소실(7) 그리고 연소실(7)과 통합된 열분해 도관(8)으로 이루어진다.

탄화수소 원료유는 원료유 분사노즐(6)을 거쳐 연료의 연소가스에 분사되고 그로 말미암아 오일 비말(飛沫)은 열분해되어 카아본 블랙 중간 물의 가스 흐름을 형성한다.

카아본 블랙 중간물의 두 가스흐름은 고속으로 반응실(2)안으로 동시에 편승하며 공간(9)의 점 P에서 상호 부딪친다.

그런다음, 결과의 흐름은 냉각수 분사(3)의 위치에 분사된 불로 냉각되고 카아본 블랙은 이때 그로부터 분리된다.

발생로(1 및 1')안의 카아본 블랙 중간물의 가스흐름 형성의 상태는 제어되어 결과로 얻어지는 카아본 블랙의 응집체내 공간 용적 Vp를 조정하는 한편 퍼니스 내의 연소 상태, 생성되는 카아본 블랙의 흐름의 퍼니스내 체재시간등은 제어되어 그의 질소 흡착 비표면적(N₂SA)과 디부틸 프탈레이트 흡수를 조정한다.

이상과 같은 방법으로, 본 발명에 지정된 고유성을 갖는 카아본 블랙은 제조될 수 있다.

상술한 바와같이, 크게 발달된 스트럭처와 더불어 높은 이방성의 응집체 조직을 가지는 본 발명의 카아본 블랙은 배합고무에 고내마모성을 부여하고 그안에 종래 수준의 열발생을 유지케한다.

따라서, 본 발명의 카아본 블랙은 가혹한 주행 상태하에 사용되는 트럭·버스등 큰 타이어의 트레드 고무에 안정적으로 사용될 수 있다.

재래의 방법에 따라 본 발명의 카아본 블랙은 탄성중합체 이를테면, 천연고무, 스티렌부타디엔고무, 폴리부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 부틸 고무 및 여타 여러가지의 합성 고무를 포함하는 탄성 중합체에 배합되고 공통 카아본 블랙으로 보강될 수 있는 고무에 배합된다.

본 발명의 카아본 블랙 30∼100중량부를 고무 구성재 100중량부에 배합한다.

카아본 블랙과 고무 구성재는 가황제, 가황촉진제, 노화방지제, 가황조력제, 연화제 및 가소제(可塑劑)따위 타 필수 구성재와 함께 혼련(混練)하여 타이어 트레드용 고무 조성물을 마련한다.

본 발명의 실시예를 비교예와 비교하여 설명한다.

실시예와 비교예의 가황 고무의 여러가지 고유성의 측정방법은 아래와 같다.

(a) 마모량

마모량은 Lambourne 마모시험기(기계식 슬립 기구)로 아래의 조건하에서 측정하였다.

시험편 : 두께 100mm, 외경 44mm

에머리 휠 : GC형, 입도 ; #80, 경도 : H

첨가 카보런덤 : 입도 : #80, 첨가량 ; 약 9g/min

에머리휠과 시험편의 상대 슬립율 : 24%, 60%

시험편 회전수 : 535rpm

시험하중 : 4kg

(b) 히스터리시스 손(tam δ)

히스터리시스 손(hysteresis loss)은 점탄성(粘彈性) 스펙트로미터(이와모토 제작소 제)로 아래의 조건하에 측정하였다.

시험편 : 두께 2mm, 길이 30mm, 나비 5mm

온도 : 실온(室溫)

주파수 : 50Hz

동적변형(歪率) : ±1%

(c) 여타특성

여타 측정은 JIS K6301"일반고무 물리적 시험 방법"에 따랐다.

[실시예 1]

[카아본 블랙의 제조]

사용된 오일 퍼니스는, 제1도에 보이는 바와같이, Y꼴 구조를 가지고 내경 90mm 길이 700mm의 앞 좁은 부분(9)과 내경 200mm 길이 2,000mm의 뒤 넓은 부분(10)을 가지는 주반응 구역(2)이 앞에 60°의 각으로 서로 한점에 모이도록 배열된 둘의 발생로(1 및 1')로 구성된다.

각 발생로는 열분해도관(8)(내경 60mm, 길이 500mm)과 그의 앞 부분 주변에 있는 바람통(4)를 통해 버너(5)와 서로 같은 축상에 배열된 원료유 분사노즐(6)이 마련된 연소실(7)(내경 400mm, 200mm의 원주부분들을 포함하는 길이 800mm)로 구성된다.

수축비 0.65의 링 멤버가, 제2도에 보이는 바와같이, 앞 좁은 부분(9)안에 교차점 P의 하류 50mm에 마련된다.

링멤버(11)는 내화벽으로 돼 있다.

수축비(m)는 다음의 방정식에 의해 나타낸다.

다만, D = 90mm, D_O= 72.5mm

사용한 원료유는 비중(15/4℃)1.0703, 엥을러 점도(40/20℃)2.10, 벤젠 불용분 0.03%, 상관계수(BMCI)140 및 초기비점 103℃의 방향족 탄화수소 였다.

또한 연료유는 비중(15/4℃)0.903, 점도(50℃)에서 16.1 cSt, 잔탄분 5.4%, 유황분 1.8% 및 인화점 96℃의 탄화수소 였다.

본 발명에 따른 3종의 카아본 블랙(Runs No. 1∼3)은 상술한 오일 퍼니스와 연료유를 사용하여 상술한 원료유로 하기 표 1의 조건하에서 만들어졌다.

[표 1]

표 2는 이와같이 만들어진 3종의 카아본 블랙의 질소 흡착 비표면적(N₂SA)에 관계되는 자료 DBP 흡수, 응집체내 공간용적 Vp 및, 식[0.00976×DBP-0.0358]에 따라 산출된 값을 보이고 있다.

표 2에 비교예로는 Run No.4∼7의 데이터는 종래의 기술에 의해 제조된 카아본 블랙의 경급의 것이고, 적어도 60m²/g의 질소흡착 비표면적을 갖는 것들로서, 본 발명이 지정하는 범위를 벗어나는 응집체내 공간용적 Vp의 것이다.

[표 2]

[실시예 2]

실시예 1에서 제조된3종의 각 카아본 블랙을 표 3에 보이는 배합비로 천연고무 및 기타 구성재들과 배합하였다.

[표 3]

표 3의 배합물을 145℃온도에서 40분간 가황처리하여 얻은 고무 조성물에 대해 각종 고무 특성을 측정하였고, 그 결과를 표 2의 카아본 블랙과 같은 Run No로 표4에 보이고 있다.

[표 4]

표 4의 결과에서 명확해진 바와같이, 본 발명에 따른 실시예의 고무 구성은 재래 카아본 블랙과 실질적으로 동급의 것으로 된 것을 사용한 비교예의 그것들과 실질적으로 같은 수준의 히스터리시스 손(tan δ)을 확실하게 하는 한편 히스터리시스 손(tan δ) 당의 내마모성에서 향상되었다.

히스터리시스 손은 열발생의 한 지표이다.

이와같이 본 발명은 배합고무에 대하여 고도의 내마모성과 상대적으로 낮은 발열성을 동시에 부여할 수있는 것으로서, 가혹한 주행 환경하에서 사용되는 트럭·버스등 대형 타이어용 트레드 고무에 배합하여 그 요구성능을 충분히 만족시키는 유용성을 갖는 것이다.

Claims

질소흡착 비표면적(N₂SA) 60∼160m²/g 및 디부틸 프탈레이트 흡수(DBP) 90∼150mg/100g의 경급의 각영역에 속하며 그리고 응집체내 공간 용적 Vp(ml/g)가 [0.00976×DBP-0.0358]식에 의해 산출된 값과 적어도 같은 타이어 트레드 고무용 카아본 블랙.