KR930002555B1 - 타이어 트레드 고무에 배합하는 카아본 블랙 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

타이어 트레드 고무에 배합하는 카아본 블랙
제1도는 본 발명의 카아본 블랙 제조에 사용되는 오일 퍼니스의 예의 개략도.
본 발명은 타이어 트레드 고무에 배합하는 카아본 블랙에 관한 것이며, 특히 고무 구성재에 우수한 내마모성과 그립성능(grip performance)을 부여하는 카아본 블랙에 관한 것이다.
타이어의 고속 및 안전운행 성능에 대한 요구는, 고성능 자동차의 개발과 더불어, 근자에 증대되고 있다.
그러한 상황하에서, 타이어 트레드 부분의 성능을 개량하려는 적극적인 연구가 진행되고 있다. 고속 안전운행에 잘 견디는 그러한 고내마모성 및 로드 그리핑력을 제공하는 고그립성능을 갖는 타이어 트레드의 개발은 특히 절실하게 필요하다.
카아본 블랙에 의한 고무의 보강효과는 지금까지 비표면적(입자경)과 스트럭처에 의해 크게 지배되는 것으로 고찰돼 오고 있다. 일반적으로는 카아본 블랙의 비표면적과 스트럭처가 클수록 배합된 카아본 블랙을 함유한 고무의 내마모성이 큰 것으로 알려지고 있다.
타이어 트레드의 그립성능을 개량함에는 트레드 부분의 고무 구성재로서 높은 스티렌 알갱이를 가지는 SBR을 사용하는 방법과 트레드 부분의 고무 구성재 안에 많은 양의 프로세스 오일을 배합하는 방법이 제안돼 오고 있으나, 그러한 스트렌이 풍부한 SBR이나 또는 프로세스 오일로는 그립성능을 만족할만큼 향상시킬 수 없고, 내마모성을 현저하게 저하시키는 문제점을 안겨주게 된다.
본 발명의 첫째 목적은 고내마모성을 유지시키는 한편 우수한 그립성능을 부여할 수 있는 타이어 트레드 고무에 배합하는 카아본 블랙을 마련함에 있다.
본 발명의 둘째 목적은 고속 안전운행 성능이 요구되는 타이어 트레드 고무에 배합하는 유용한 카아본 블랙을 마련하는데 있다.
타이어 트레드 고무에 배합하는 본 발명의 카아본 블랙은 질소흡착 비표면적(N2SA)이 120∼165m2/g와 디부틸 프탈레이트 흡수(DBP)가 적어도 120ml/100g인 경급의 영역에 속하고, 그리고 하기의 식(1)으로 정의되는 G의 값이 하기의 (2)식의 관계를 만족시키는 것이다.
Figure kpo00001
다만, [
Figure kpo00002
Dst] : 최대 빈도의 50% 빈도가 얻어지는 대소 두점의 스토크스 상당경의 차
Figure kpo00003
: 응집체 분포곡선의 최대 빈도에서의 스토크스 상당경(nm)
[N2SA] : 질소흡착 비표면적(m2/g)
[24M4] : 24M4디부틸 프탈레이트 흡유량(ml/100g)
[IA] : 옥소흡착량(mg/g)
[DBP] : 디부틸 프탈레이트 흡유량(ml/100g)
[Tint] : 비착색력(%)
[CTAB] : 세틸트리메틸-암모늄 브로마이드 비표면적(m2/g)
이다.
SAF(N110) 및 ISAF(N220) 따위 경급의 각 영역에 속하는 질소흡착 비표면적 120∼165m2/g와 디부틸 프탈레이트 흡수 최소 120ml/100g는 배합고무에 고내마모성을 부여함에 없어서는 아니되는 것이다.
질소흡착 비표면적(N2SA)이 120m2/g에 미치지 못하거나 DBP 흡수가 120m l/100g에 미치지 못할때 카아본 블랙은 타이어 트레드에 고내마모성을 부여할 수 없다. 질소흡착 비표면적(N2SA)이 165m2/g를 초과할때 카아본 블랙의 분산성은 현저하게 빈약하다.
(1)식으로부터 도출된 G의 값은 응집체분포, 비표면적, 스트럭처 및 비착색력등 카아본 블랙의 입자관련특성을 다른것과 연합하는 변수이다. (2)식을 만족시키는 G의 값은 매 비표면적이 종래의 카아본 블랙의 그것보다 분명히 낮다.
G의 값이 (2)식을 만족시킬때, 카아본 블랙은 내마모성을 저해하지 않고 배합고무의 그립성능을 효과적으로 개선할 수 있다.
그와는 달리, G의 값이 200-0.555[N2SA]보다 낮을때는 내마모성이 현저히 빈약하다.
G의 값이 255-0.555[N2SA]를 초과할때 그립성능은 충분하게 유지될 수 없다.
이처럼, 어느 경우에서나 타이어 트레드에 필요한 성능을 만족시킬 수 없다.
고내마모성은 배합된 카아본 블랙의 질소흡착 비표면적[N2SA] 및 비착색력[Tint]을 증대시킴으로써뿐아니라 배합된 카아본 블랙의 디부틸 프탈레이트 흡수량, 매 디부틸 프탈레이트 흡수를 증대시키는 한편 그의 계면활성(N2SA/IA)을 높은 수준에 유지시킴으로써도 또한 효과적으로 부여할 수 있다. 다른 한편으로는, 타이어 트레드의 그립성능은 카아본 블랙의 입자경이 작고 한편 그의 계면활성이 억제될때 효과적으로개선된다.
본 발명에서 정의하는 G의 값은 이러한 요인들의 조정변수이다. 따라서, 카아본 블랙이 질소흡착 비표면적[N2SA] 120∼165m2/g, 디부틸 프탈레이트 흡수 최소 120ml/100g 및 (2)식을 만족시키는 G의 값에 의해 특성지워질때 타이어 트레드 고무에 만족할만한 고내마모성과 고그립성능을 동시에 부여할 수 있는 것이다.
본 발명의 카아본 블랙의 특성치는 하기의 방법에 의해 측정하였다.
(1) 질소흡착 비표면적(N2SA):
ASTM D3037-78 "Standard Methods of Testing Carbon Black-Surface Area by Nitrogen Adsorption" Method B.
이 방법에 따라 측정한 IBR No.5의 N2SA는 80.3m2/g였다(IBR는 Industry Reference Black의 뜻).
(2) 디부틸 프탈레이트 흡수(DBP) :
JIS K6221(1975) "고무용 카아본, 블랙의 시험방법" 6.1.1항 A 시험방법(ASTM D2414-82에 상응).
규정된 양의 건조 카아본 블랙을 흡착기의 혼합실에 넣는다. 디부틸 프탈레이트를 뷰렛으로 방울로 떨어뜨려 섞으면서 카아본 블랙에 부가한다. 혼합실내의 로터의 토크가 미리 정한 값에 도달하면 뷰렛은 제한 스위치의 작동에 의해 자동적으로 닫힌다.
흡수는 다음의 식에 의해 산출된다.
Figure kpo00004
다만, DBP : 디부틸 프탈레이트 흡수(ml/100g)
V : 부가한 디부틸 프탈레이트의 용적(ml)
WD: 건조 카아본 블랙의 양(g)이다.
(3)
Figure kpo00005
,△Dst
카아본 블랙 시료를 JIS K6221(1975), 6.2.1항 A 시험방법에 따라 건조시킨다.
건조된 카아본 블랙 시료는 정확하게 계량해서 소량의 계면활성제를 포함하는 20%의 에타놀 수용액에 분산시켜 50mg/ℓ 농도의 카아본 블랙 분산액을 준비하며, 완전한 분산액은 초음파로 충분히 분산시켜 얻는다.
그런 다음, 디스크 센트리퓨지 장치(영국 Joyes Loebl Co., 제)를 8,000rpm의 속도에 설치하고, 10∼20ml의 스핀액(2%의 글리세린 수용액)을 부가하며 1ml의 버퍼(에타놀 수용액)도 부가한다.
마지막으로 0.5ml의 카아본 블랙 분산액을 주사기로 부가하고 원심침강을 개시한다.
동시에 기록계가 또한 시동하여 응집체의 분포 곡선을 작성한다.
얻어진 분포곡선에서의 최대 빈도의 스토크스 상당경은
Figure kpo00006
(nm)로 하고, 최대빈도의 50%의 빈도가 얻어지는 대소 2점의 스토크스 상당경의 차를 △Dst(nm)로 한다.
ASTM D-24 Standard Reference BIack C-3 N234의
Figure kpo00007
및 △Dst는 각각 80nm 및 60nm이다.
(4) 24M4
ASTM D3493-85a "Standard Test Method for Carbon Black Dibutyl Phthalate Absorption Number fo Compresed Sample."
(5) IA
이 값은 JIS K6221(1975) "고무배합용 카아본 블랙의 시험 방법" 6.1.1항(ASTM D1510-81에 상응)에 따랐다.
즉 0.5±0.0005g의 건조 카아본 블랙 시료를 에를렌메이어 플래스크에 정밀히 계량해 넣은 다음 25ml의 0.0473N 옥소용액을 그에 부가하고 그리고 그 결과의 혼합물은 실내 온도에서 120스트로크/분 이상으로 1분간 흔들었다.
카아본 블랙은 분리되었고 20ml의 여과액이 0.0394N 나트륨 티오황산 염과 함께 적정(titrated)되었다(aml). 따로, 같은 절차에 따라 공시험(blank test)하였다(b ml). 건조된 카아본 블랙의 g당 옥소흡착량은 다음의 식에 따라 산출하였다.
IA=(b-a)/b× (V/WD)×N×126.91×f
다만, IA : 옥소흡착량(mg/g)
WD: 건조 카아본 블랙의 무게(g)
V : 첨가한 옥소용액량(ml)
N : 옥소용액의 규정도(normality)(0.047)
f : 옥소용액의 계수이다.
(6) Tint
JIS K622l-82 "고무 배합용 카아본 블랙의 시험방법" 6.1.3항에 따랐다. IRB*3은 컨트롤 시료에 사용되었다.
총 0.1000g(±0.0002g)의 건조 카아본 블랙 시료를 3.000g의 산화아연 및 l.50ml의 아마인(亞麻仁)유와 후버 타이프 멀러(Hoover type muller)로 125회전(1회전 혼합 25회전, 5회 반복)하여 혼합한다.
그 결과의 페이스트(paste)는 필름 앰플러 케이터를 사용하여 정해진 두께로 유리판 위에 바른다(0.002인치).
유리판 위에 바른 카아본 블랙 페이스트의 반사율(T)은 표준 카아본 블랙 시료의 페이스트의 50%의 반사율을 지시하게 조정된 반사 광도계(Densicron A9155, 웰시화학사제. 반사헤드*3832A)를 가지고 측정한다.
카아본 블랙 시료의 착색력은 다음의 식에 의해 산출된다.
착색력=50/T×[표준 카아본 블랙의 착색력(%)]
(7) CTAB
ASTM D3765-80 "Standard Test Nethod for Carbon Black CTAB(cetyltrimethy lammonium Bromide) Surface Area."
전술한 고유성을 갖는 본 발명의 카아본 블랙은 예를들어, 제1도에 보이는 바와 같은 오일 퍼니스를 사용하여 반응온도, 반응시간, 연료가스흐름율 및 반응로 체재 시간등 여러가지 조건을 조정함으로써 제조할수 있다.
이 오일 퍼니스는 그의 접선방향의 공기공급 인렛(8), 퍼니스의 축방향에 안으로 삽입된 버너(6)와 원료유 분사노즐(5), 연소실(1)로부터 연장된 좁은 반응실(2 및 3), 그리고 반응실(3)로부터 연장되고 그 안에 냉각수 분사노즐(7)이 마련돼 있는 넓은 반응실(4)로 구성된다.
본 발명의 카아본 블랙은 종래의 방법에 따라 천연고무, 스티렌-부타디엔고무, 폴리부타디엔고무, 이소프렌고무, 부틸고무 그리고 통상의 카아본 블랙으로 보강할 수 있는 여러가지의 합성고무와 혼합고무따위 타탄성 중합체에 배합할 수 있다.
카아본 블랙의 배합량은 100중량부의 고무 구성재에 25∼150중량부이며, 가황제, 가황촉진제, 노화방지제, 가황조제, 연화제 및 가소제 따위 다필요성분과 함께 배합하여 타이어 트레드용 고무를 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예를 비교예와 함께 설명한다. 실시예와 비교예의 고무의 여러가지 고유성의 측정은 다음과 같은 방법으로 하였다.
(1) 히스터리시스 손(tan δ)과 동적 탄성률(E') :
히스터리시스 손은 점탄성 스펙트로미터(이와모토세이사쿠쇼제)로 아래의 조건하에 측정하였다.
시험편 : 길이 35mm, 나비 5mm, 두께 2mm
주파수 : 50Hz
온도 : 25℃
동적뒤틀림률 ε(진폭) : 1.2%
(2) 마모량
마모량은 기계식 슬립 장치를 가진 Lambourne 마모시험기로 아래의 조건하에 측정하였다.
시험편 : 두께10mm, 외경 44mm
에머리휠 : GC형 ; 입도: #80 ; 경도 : H
첨가 Carborundum분 : 입도 : #80
부가율 : 약 9g/분
에머리휠의 시험편에 대한 상대 슬립율 : 24%, 60%
시험편 회전수 : 535rpm
시험편상 하중 : 4kg
(3) 기타
기타의 모든 측정은 JIS K6301-75 "이반 고무의 물리적 시험방법"에 따랐다.
[실시예 1∼4 및 비교예 1∼4]
제1도에 보이는 바와 같이, 그의 접선 방향의 공기공급 인렛(8)을 가진 퍼니스 두부 그리고 퍼니스의 축방향으로 그에 삽입된 버너(6) 및 원료유 공급노즐(5)이 마련된 연소실(1)(경 400mm,길이 500mm) ; 연소실(1)과 동축으로 통합된 좁은 반응실(2 및 3)전실 : 경 170mm 및 길이 150mm, 그리고 후실 : 경 150mm 및 길이 1,000mm) ; 및 반응실(3)로부터 연장되는 넓은 반응실(4)(경 300mm)로 구성된 오일 퍼니스를 사용하여 다양한 형성조건하에 4종의 카아본 블랙을 제조하였다.
사용한 원료유는 비중(15/4℃) 1.073, 엥을러 점도(40/20℃) 2.10, 톨루엔 불용분 0.03% 상관계수(BMCI) 140 및 초기비점 103℃의 방향족 탄화수소였다.
연료유는 비중(15/4℃) 0.903, 점도(50℃에서) 16.1cSt, 잔탄분 5.4%, 유황분 1.8% 및 인화점 96℃의 탄화수소였다.
표 I 및 표 II는, 본 발명의 실시예의 번호에 따른 4종의 카아본 블랙의 형성조건과 고유성을 보이고 있다.
표 II의 비교예 1∼4의 그의 고유성에 있어서는 본 발명의 범위를 벗어나는 재래의 카아본 블랙의 급에 관한 것들이다.
[표 1]
Figure kpo00008
주 :*=카아본 블랙 함유가스의 물냉각 점 7(제1도)에 이르는 체류시간(밀리초)
[표 2]
Figure kpo00009
그런 다음, 각 카아본 블랙 시료는 유전(油展) SBR 및 타성분과 표 III의 배합비로 배합하였다.
[표 3]
Figure kpo00010
표 III에 보인 배합은 온도 145℃에서 가황하여 고무 구성재를 준비하였고, 여러가지 고무 성질에 관하여 시험하였다.
그 결과는 표 IV와 같다.
그중에서 히스터리시스 손(tanδ)이 그립성능의 변수이며, 히스터리시스 손이 높으면 그립성능이 높다.
[표 4a]
Figure kpo00011
[표 4b]
Figure kpo00012
표 IV에서 명확해진 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 고무배합은 비교예의 것들과 같은 수준의 내마모성을 유지하는 한편 비표면적 당 그립성능을 나타내는 히스터리시스 손(tanδ)이 개량되었고, 그리고 나아가서 운행안전성을 나타내는 동적 탄성률(E')도 높아졌다.

Claims (1)

  1. 질소흡착 비표면적(N2SA)이 120∼165m2/g와 디부틸 프랄레이트 흡수(DBP) 가 적어도 120ml/100g의 경급의 영역에 속하고, 그리고 하기의 (1)식으로 정의되는 G의 값이 하기의 (2)식의 관계를 만족시키는 특성의, 타이어 트레드 고무에 배합하는 카아본 블랙 :
    Figure kpo00013
    다만, 상기의 식에서 [△Dst]는 최대빈도의 50% 빈도가 얻어지는 대소 두점의 스토크스 상당경의 차, [
    Figure kpo00014
    ]는 응집체 분포곡선의 최대 빈도에서의 스토크스 상당경(nm),[N2SA]는 질소흡착 비표면적(m2/g), [24M4]는 24M4 디부틸 프탈레이트 흡유량(ml/100g),[IA]는 옥소흡착량(mg/g), [DBP]는 디부틸 프탈레이트 흡유량(ml/100g),[Tint]는 미착색력(%),[CTAB]는 CTAB 비표면적(m2/g)를 가리키는 것으로 한다.
KR1019890010057A 1988-07-21 1989-07-14 타이어 트레드 고무에 배합하는 카아본 블랙 KR930002555B1 (ko)

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