KR930002761B1 - 타이어 트레드용 카번 블랙 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

타이어 트레드용 카번 블랙

첨부의 도면은 본 발명의 카번 블랙을 생산하기 위한 오일 퍼니스의 종단면도.

본 발명은 타이어 트레드용 카번 블랙에 관한 것이며, 더 상세하게는 타이어 트레드의 내마모성을 현저하게 개량할 수 있는 카번 블랙에 관한 것이다.

각종 고성능 차량의 개발에 따라, 덤프트럭이나 오프로드 차(off road car)마저도, 산간 오솔길과 쇄석장 따위 극단적으로 나쁜길 뿐만이 아니라, 일반 도로와 같은 좋은길을 주행하는 기회가 증대하고 있는 것이다. 반대로, 여가시간 활동의 다양화에 따라 일반 차량도 좋은 상태로 정비된 고속도로 뿐 아니라 산간 지역의 나쁜길을 운행하는 기회가 증대되고 있는 것이다.

그러한 상황하에서, 타이어 트레드에 사용되는 카번 블랙도 역시 좋은 길에서 나쁜길에 걸친 다양한 표면 상황의 도로하에서 타이어 트레드에 고내마모성을 부여할 수 있는 것이 요구되는 것이다.

일반적으로, 고내마모성이 요구되는 고무의 적용에는 SAF(N-110) 및 ISAF(N-220)과 같은, 작은 입자경과 큰 비표면적을 가지는 그러한 급(grade)의 카번 블랙이 사용된다.

그렇지만, 이들 급의 카번 블랙은 스트럭처(structure)의 발달이 저해되고 특히 압축 프탈산 디부틸 흡유(24M4DBP)가 저하되어 발열성을 현저히 증대시키는 한편 나쁜길에서 충분한 내마모성을 부여하지 못한다.

대조적으로, 카번 블랙의 스트럭처가 잘 발달되면, 카번 블랙은 타이어 트레드의 보강 효과를 개량하고 발열성과 내마모성의 개량에 다소 이바지한다고 해도, 비착색력(tinting strength)를 매우 저하시켜, 좋은길의 상황에서의 타이어 트레드에 충분한 내마모성을 부여하지 못한다. 따라서, 발열성의 상승을 수반하지 않고 나쁜길에서 좋은길에 걸친 모든 노면 상황에 있어서 고도의 내마모성을 부여할 수 있는 카번 블랙이 개발된다면, 현상태의 요구에 적절히 대응할 수 있다. 이런 요구에 대응하기 위해서는 어쨌든 고착색력과 고압축 흡유량이라고 하는 2율 배반의 특성이 양립되어야 하는 것이다.

본 발명의 발명자들은 고무에 대하여 균질분산성과 고내마모성을 동시에 부여할 수 있는 특성의 대형 타이어 트레드용 카번 블랙을 전에 제안(일본특허 출원 제63-195850호 참조)한바 있는데, 본 발명은 그 선행 출원을 토대로하여 타이어 트레드의 내마모성을 더 개량하려는 관점하에 연구하였으며, 그 결과 고착색력과 고 24M4DBP의 양측을 부여하는 카번 블랙을 발견한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 첫째, 타이어 트레드에 현저히 개량된 내마모성을 부여할 수 있는 카번 블랙을 제공하는데 있고, 둘째는 좋은길에서 나쁜길에 걸친 모든 가능한 환경적 도로의 운행 상태에서, 뛰어난 내마모성을 타이어 트레드에 부여할 수 있는 카번 블랙을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 카번 블랙은 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드 비표면적(CTAB)가 120 내지 160㎡/g, 압축프탈산 디부틸 흡유량(24M4DBP)이 100 내지 145ml/100g, 비착색력(Tint)이 100 내지 150%이고, 그리고 아래의 (1)식으로 정의되는 Ma의 값이 아래의 (2)식으로 표시된 관계를 만족시키는 것이다.

다만, N₂SA는 질소흡착 비표면적(㎡/g), 그리고

는 원심침강법에 의한 응집체 스토크스 상당경 분포에 있어서의 최대빈도의 스토크스 당당경(nm)을 가리키는 것으로 한다.

120 내지 160㎡/g의 CTAB의 값, 100 내지 145ml/100g의 24M4DBP의 값, 그리고 100 내지 150%의 Tint의 값은 모두 고무 배합에 적절한 내마모성과 발열성을 부여하기 위한 본 발명의 카번 블랙에 대한 기본적 전제요건으로, 이들 각 값이 상기에 언급한 범위 이하일때에는 본 발명이 목적으로 하는 고도의 내마모성을 얻을 수가 없다.

CTAB 및 Tint의 값이 상기에 언급한 범위를 초가하면, 배합고무의 발열성이 현저히 감퇴하며, 24M4DBP가 상기의 범위를 초과하면 배합고무의 경도(hardness)가 증대되고 카번 블랙의 분산 가공성이 저하되어 내마모성을 감퇴시킨다.

일반적으로, CTAB를 크게 하면 배합고무의 내마모성 향상에 유효하게 작용한다. 그렇지만, 가공성의 현저한 저하 분아니라 24M4DBP의 감퇴 및 N₂SA의 증대를 초래하여 본 발명에서 정의하는 Ma의 값은 감소된다. 본 발명이 정의한 Ma값은 정비표면적당 24M4DBP 및 Tint간의 관계를 나타내는 지표이다. 본 발명의 카번 블랙의 Ma값은 종래의 카번 블랙의 그런 급보다 높다.

좋은길의 상황하에 있어서의 고내마모성은 CTAB를 증대시켜 Tint의 상승과

의 저하를 가져오게 함으로써 가능하지만, 이러한 커번 블랙의 사용은 타이어 트레드에 발열성의 증대를 초래하고, 24M4DBP의 저하를 초래하여, 나쁜길에서의 타이어 트레드에 내마모성을 손상한다.

따라서, 단지 입자경의 미세화와 그에 따른 비표면적의 증대만으로는 타이어 트레드 고무에 대하여 좋은 길과 나쁜길의 양 상황에 양호한 내마모성을 부여하기는 어려운 것이다.

예를들어, CTAB를 증대시키면 N₂SA의 증가와 24M4DBP가 저하하고, 다른 한편 24M4DBP를 증대시키면 Tint가 저하하고

는 증대한다. 이와 같으므로, 종래의 카번 블랙의 급은 일반적으로 Ma의 값이 1.7-0.005[CTAB]의 값 이하의 값을 가지는 급에 속한다.

본 발명의 카번 블랙은 비표면적의 기초에 비할때 Tint 및 24M4DBP 둘다 높은 수준을 갖추고 있다.

그러한 특성요건이 앞서 언급한 CTAB, 24M4DBP, Tint 및 Ma의 값과 서로 작용하여, 좋은길 및 나쁜길의 상이한 내마모 시베러티(severities)에 있어, 타이어 트레드를 발열성의 증대를 예방하는 한편 항상 고내마모성을 부여할 수 있게 한다.

상기에 언급한 카번 블랙의 특성치는 하기의 방법에 따라 측정되었다.

(1) CATB

ASTM D3765-80 "Standard Test Method for Carbon Black-CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) Surface Area."

(2) 24M4DBP

ASTM D3493-85a "Standard Test Method for Carbon Black-Dibutyl Phthalate Absorption Number of Compressed Sample."

(3) Tint

JIS K6221-82 "고무용 카번 블랙의 시험방법" 6.1.3항 상세한 방법은 아래와 같다. 대비시료는 IRB #3이 사용되었다.

후버형 멀러(Hoover type muller)를 사용하여, 0.1000g(±0.0002g)의 건조 카번 블랙을 3.000g의 산화 아연 및 1.50ml의 아마인 유와 6.8kg의 하중하에 125회전(1회 혼합 25회전, 5번 반복)으로 섞는다.

그렇게해서 얻은 페이스트(paste)를 필름 도포기(0.002인치)로 유리판 위에 정해진 두께로 부가한다. 유리판 위에 부가된 카번 블랙 페이스트의 반사율(T)을 표준 카번 블랙 페이스트의 50% 반사율을 지시하도록 조정된 리플렉션 포토미터(덴시크론, Welch Scientific Co., A9155, 반사기 헤트 #3832A)로 측정한다. 카번 블랙의 비착색력은 아래의 식으로 산출한다.

비착색력=50/T×[표준 카번 블랙의 비착색력(%)}

(4) N₂SA

ASTM D3037-86 "Standard Test Methods for Carbon Black-Surface Area by Nitrogen Adsorption" Method B.

(5)

카번 블랙 시료는 JIS K6221(1975), 6.2.1항 A방법에 따라 건조된다.

건조 카번 블랙 시료를 정확히 계량하여 소량의 계면활성제를 함유하는 20%의 에타놀 수용액과 혼합하여 카번 블랙 농도 50mg/ℓ의 분산액을 만들고 이것을 초음파로 분산시켜 시료로 한다.

그런 다음, 디스크 원심분리장치(영국, Joyes Loevl Co.제)를 8,000rpm에 설정하고 스핀액(2% 글리세린 수용액)을 10ml 가한 후, 1ml의 버퍼액(에타놀 수용액)을 주입한다. 최종적으로 0.5ml의 시료액을 주사기로 가하고 웜심침강을 개시함과 동시에 기록계를 작동시켜 광학적으로 응집체 상당경의 분포곡선을 만든다. 얻어진 분포곡선에 있어서의 최대 빈도의 스토크스 상당경을

(nm)로 한다.

이 측정 방법에 의한 ASTM D-24 Standard Reference Black C-3 N234의

는 80nm이 된다.

상기에 언급한 특성 요건을 만족시키는 본 발명의 카번 블랙은 도면에 보인 바와 같은 통상의 오일 퍼니스 장치의 반응로를 사용하여 발생로온도(연료유 연소율), 카번 블랙 생성반응이 퍼니스의 구멍(11)을 통해 도입되는 물에 의해 정지되는 때까지 걸리는 시간, 전단 협경 반응실과 후단 광경 반응실을 통과하는 연소가스의 유속등 다양한 상황 설정에 의해 제조할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 설명한다.

실시예와 비교예의 가황고무 조성물의 여러가지 특성의 측정 방법은 아래와 같다.

(a) 마모량

Lambourne 마모시험기(기계식 슬립기구)를 사용하여 다음의 조건하에 측정하였다.

시험편 : 두께 10mm, 외경 44mm

에머리 휠 : GC형, 입도 #80, 경도 H

첨가 카보런덤 : 입도 #80, 첨가량 9g/분

슬립율 : 24%, 60%

시험편 회전수 : 535rpm

시험하중 : 4kg

(b) 무늬 점도(Mooney viscosity)

JIS K6300 "미가황고무 물리시험 방법"에 따랐다.

(c) 기타

JIS K6301-75 "가황고무 물리시험 방법"에 따랐다.

[실시예 및 비교예]

첨부의 도면에 보이는 바와 같이, 두부에 접선 방향의 공기 공급구(8 및 8') 2개를 갖고 퍼니스의 축방향에 삽착된 연소버너(9) 및 원료유 분사노즐(10)을 갖는 연소실(2)(직경 550mm, 길이 600mm)을 설치하고 그 연소실(9)과 동축으로 연결하는 협경 반응실[제 1 반응실(3) : 직경 220mm, 길이 150mm, 제 2 반응실(4) : 직경 140mm, 길이 600mm, 제 3 반응실(5) : 직경 220mm, 길이 150mm, 제 4 반응실(6) : 직경 150mm, 길이 500mm] 및 이들에 계속하여 연결된 광경 반응실(7)(직경 300mm)로 구성된 오일 퍼니스를 이용하여 발생조건을 변화시켜, 카번 블랙을 제조하였다.

원료유로서는, 비중(15/4℃) 1.073, 점도(엥을러 40/20℃) 2.10, 톨루엔 불용분 0.03%, 상관계수(BMCI) 140, 초기비점 103℃의 방향족 탄환수소유를, 그리고 연료유에 비중(15/4℃) 0.903, 점도(CST 50℃) 16.1, 잔탄분 5.4%, 황분 1.8%, 인화점 96℃의 탄화수소유를 썼다.

표 Ⅰ에 발생조건, 표 Ⅱ에 얻어진 본 발명 카번 블랙의 특성을 각각 실시예 No.와 대비하여 나타내었다.

더우기, 표 Ⅱ의 비교예 1~5는 본 발명의 특성 요건을 벗어나는 품종의 카번 블랙을 나타낸 것이다.

[표 Ⅰ]

(표주) * 생성 카번 블랙 함유가스의 수랭점 까지의 체류기간

[표 Ⅱ]

다음에, 이들 카번 블랙을 표 Ⅲ에 보인 바와 같은 배합 비율로 각각 천연고무에 배합하였다.

[표 Ⅲ]

표 Ⅲ에 보인 배합물을 145℃의 온도로 가황처리 하였으며, 그 고무 조성물에 대하여 각종 고무 특성을 측정하였다.

그 결과를 실시예 및 비교예의 No.와 대응시켜 표 Ⅳ에 나타내었다.

[표 Ⅳ]

표 Ⅳ에서 명확해지는 바와 같이, 적용한 카번 블랙의 CTAB가 동일 수준의 위치에 있을 경우, 실시예에 의한 고무 조성물은 비교예에 비해 같은 수준의 발열성을 유지하면서 좋은길 및 나쁜길에서의 LA24%, LA60% 마모량이 어느 것이나 개선되고 있음을 알 수 있다. 특히 실시예에 있어서는 좋은 길에서의 내마모성을 손상함이 없이, 나쁜 길에서의 내마모성이 향상되고 있으며 좋은길 나쁜길에 대한 내마모성능의 밸런스가 분명히 개선되고 있다.

위의 설명에서와 같이, 본 발명의 카번 블랙은 트레드용 배합 고무에 대하여 좋은길에서 나쁜길에 걸친 온갖 환경의 주행조건에 있어서도 고내마모성을 부여할 수가 있어, 각종 차량의 타이어 트레드용으로 유용한 것이다.

Claims (1)

1. CTAB가 120~160㎡/g, 24M4DBP가 100~145ml/100g, Tint가 100~150%의 범위에 있고, 그리고 아래의 (1)식으로 정의되는 Ma의 값이 아래의 (2)식의 관계로 만족시키는 특성의 타이어 트레드용 카번 블랙.

   

   다만, N₂SA는 질소흡착 비표면적(㎡/g), 그리고

   

   는 원심침강법에 의한 응집체 스토크스 상당경 분포에 있어서의 최대빈도의 스토크스 상당경(nm)을 가리키는 것이며, 그리고

   

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