2000 년 이후 대기 오염에 대한 규제가 전 세계적으로 제정되고 있으며, 국내에서도 에너지 라벨링 제도가 시행이 되고 있다. 이에 따라, 자동차 분야에서는 운행 중 이산화탄소의 발생을 줄이기 위해 연비 효율을 높임으로써 대응하고 있으며, 여러 방안 중 하나가 바로 노면과 타이어 사이의 회전 저항을 줄임으로써 연비를 개선하는 것이다. 연비 효율의 개선을 위해 1920 년대부터 타이어용 고무 컴파운드의 핵심 보강재로 사용되던 카본블랙 (carbon black) 을 대신하여 실리카 (silica) 가 보강재로 대두되었으며, 이후 연비 효율이 높은 그린타이어에는 ...
2000 년 이후 대기 오염에 대한 규제가 전 세계적으로 제정되고 있으며, 국내에서도 에너지 라벨링 제도가 시행이 되고 있다. 이에 따라, 자동차 분야에서는 운행 중 이산화탄소의 발생을 줄이기 위해 연비 효율을 높임으로써 대응하고 있으며, 여러 방안 중 하나가 바로 노면과 타이어 사이의 회전 저항을 줄임으로써 연비를 개선하는 것이다. 연비 효율의 개선을 위해 1920 년대부터 타이어용 고무 컴파운드의 핵심 보강재로 사용되던 카본블랙 (carbon black) 을 대신하여 실리카 (silica) 가 보강재로 대두되었으며, 이후 연비 효율이 높은 그린타이어에는 실리카가 필수적으로 사용되고 있다. 타이어의 핵심 성능은 크게 3가지로 나뉘며 내마모성, 회전저항 (연비특성), 젖은 노면에서의 제동성능 (빗길 안정성)으로 나뉘게 된다. 그 중에서 회전저항을 개선시키기 위해서는 실리카의 고무 컴파운드 (compound) 내 분산성이 향상되어야 하며, 젖은 노면에서의 제동 성능을 향상시키기 위해서는 실리카의 함량이 증가해야 한다. 하지만 실리카 함량이 증가할수록 분산성이 점차 불리해지므로 이 두 성능은 서로 trade-off 관계이다. 따라서 회전 저항을 개선하면서 젖은 노면에서의 제동 성능 또한 향상 시킬 수 있는 기술 개발을 필요로 하게 되었고, 고함량 고분산 실리카 컴파운드 제조에 특화된 SBR/silica wet masterbatch (WMB) 기술이 개발되고 있다. WMB 기술은 고무 용액 (solution) 또는 라텍스 (latex) 와 실란커플링제 (silane coupling agent) 로 표면 개질 된 실리카를 수상에서 혼합한 뒤 co-coagulation 시켜 WMB 를 제조하는 기술을 말하며 고함량 고분산 실리카 컴파운드의 제조, 가공성 향상, 에너지 효율 증대, 작업 환경 개선, 내마모성 및 인열 강도 개선 등의 연구 결과가 발표되었다. 하지만, 이러한 연구는 대부분이 특허로 발표가 되었고, 논문으로 발표된 경우는 소수에 불과하다. 특히 본 연구에서 적용된 ESBR 을 이용한 WMB 제조 기술은 2 건의 논문만이 발표되었다. 또한, WMB 에 대한 연구는 기술 적용 결과에 대한 내용이 대부분이며, 제조 조건의 최적화나 응용법에 대한 연구는 아직 미비한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 ESBR WMB 의 제조 조건 및 응용 방법에 대한 연구를 실시하였다. 구체적으로는 앞서 발표된 연구 결과를 바탕으로 응용 방안 중 하나인 ESBR WMB 와 BR 의 blend 에 대해 연구하였으며, 분석 결과를 통해 확인된 ESBR WMB 의 단점을 보완하고자 ESBR WMB 제조에 사용되는 응고제 종류를 달리하여 ESBR WMB 의 제조 조건을 확립하고자 하였다. 실험 결과를 분석 시 ESBR WMB 와 BR 을 혼합하는 컴파운딩 방법은 ESBR WMB 와 BR dry masterbatch (DMB) 를 혼합하는 방식이 BR 과 ESBR WMB 의 solubility parameter 차이를 감소시켜 고무 간의 phase separation 이 덜 발생하게 하므로 ESBR WMB 와 BR 의 blending 방법으로 적합한 것을 확인하였다. 하지만, 가류물의 특성을 평가한 결과에서 기존 컴파운딩 방식인 DMB 에 비해 불리한 기계적 특성 및 동적점탄특성을 나타내는 문제점이 발생하였다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 응고제 종류를 달리 투입하여 ESBR WMB 를 제조한 뒤 평가한 결과, 염화칼슘 (CaCl2, calcium chloride) 을 적용한 ESBR WMB 가 실리카의 소수화도 및 분산, filler-rubber interaction 이 우수하여 ESBR WMB 에 제일 적합한 응고제 임을 확인할 수 있었다.
2000 년 이후 대기 오염에 대한 규제가 전 세계적으로 제정되고 있으며, 국내에서도 에너지 라벨링 제도가 시행이 되고 있다. 이에 따라, 자동차 분야에서는 운행 중 이산화탄소의 발생을 줄이기 위해 연비 효율을 높임으로써 대응하고 있으며, 여러 방안 중 하나가 바로 노면과 타이어 사이의 회전 저항을 줄임으로써 연비를 개선하는 것이다. 연비 효율의 개선을 위해 1920 년대부터 타이어용 고무 컴파운드의 핵심 보강재로 사용되던 카본블랙 (carbon black) 을 대신하여 실리카 (silica) 가 보강재로 대두되었으며, 이후 연비 효율이 높은 그린타이어에는 실리카가 필수적으로 사용되고 있다. 타이어의 핵심 성능은 크게 3가지로 나뉘며 내마모성, 회전저항 (연비특성), 젖은 노면에서의 제동성능 (빗길 안정성)으로 나뉘게 된다. 그 중에서 회전저항을 개선시키기 위해서는 실리카의 고무 컴파운드 (compound) 내 분산성이 향상되어야 하며, 젖은 노면에서의 제동 성능을 향상시키기 위해서는 실리카의 함량이 증가해야 한다. 하지만 실리카 함량이 증가할수록 분산성이 점차 불리해지므로 이 두 성능은 서로 trade-off 관계이다. 따라서 회전 저항을 개선하면서 젖은 노면에서의 제동 성능 또한 향상 시킬 수 있는 기술 개발을 필요로 하게 되었고, 고함량 고분산 실리카 컴파운드 제조에 특화된 SBR/silica wet masterbatch (WMB) 기술이 개발되고 있다. WMB 기술은 고무 용액 (solution) 또는 라텍스 (latex) 와 실란커플링제 (silane coupling agent) 로 표면 개질 된 실리카를 수상에서 혼합한 뒤 co-coagulation 시켜 WMB 를 제조하는 기술을 말하며 고함량 고분산 실리카 컴파운드의 제조, 가공성 향상, 에너지 효율 증대, 작업 환경 개선, 내마모성 및 인열 강도 개선 등의 연구 결과가 발표되었다. 하지만, 이러한 연구는 대부분이 특허로 발표가 되었고, 논문으로 발표된 경우는 소수에 불과하다. 특히 본 연구에서 적용된 ESBR 을 이용한 WMB 제조 기술은 2 건의 논문만이 발표되었다. 또한, WMB 에 대한 연구는 기술 적용 결과에 대한 내용이 대부분이며, 제조 조건의 최적화나 응용법에 대한 연구는 아직 미비한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 ESBR WMB 의 제조 조건 및 응용 방법에 대한 연구를 실시하였다. 구체적으로는 앞서 발표된 연구 결과를 바탕으로 응용 방안 중 하나인 ESBR WMB 와 BR 의 blend 에 대해 연구하였으며, 분석 결과를 통해 확인된 ESBR WMB 의 단점을 보완하고자 ESBR WMB 제조에 사용되는 응고제 종류를 달리하여 ESBR WMB 의 제조 조건을 확립하고자 하였다. 실험 결과를 분석 시 ESBR WMB 와 BR 을 혼합하는 컴파운딩 방법은 ESBR WMB 와 BR dry masterbatch (DMB) 를 혼합하는 방식이 BR 과 ESBR WMB 의 solubility parameter 차이를 감소시켜 고무 간의 phase separation 이 덜 발생하게 하므로 ESBR WMB 와 BR 의 blending 방법으로 적합한 것을 확인하였다. 하지만, 가류물의 특성을 평가한 결과에서 기존 컴파운딩 방식인 DMB 에 비해 불리한 기계적 특성 및 동적점탄특성을 나타내는 문제점이 발생하였다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 응고제 종류를 달리 투입하여 ESBR WMB 를 제조한 뒤 평가한 결과, 염화칼슘 (CaCl2, calcium chloride) 을 적용한 ESBR WMB 가 실리카의 소수화도 및 분산, filler-rubber interaction 이 우수하여 ESBR WMB 에 제일 적합한 응고제 임을 확인할 수 있었다.
Since 2000, regulations on air pollution have been established on worldwide, and the energy labeling system is being implemented in Korea. As a result, the tire industry is responding by increasing fuel efficiency in order to reduce the generation of carbon dioxide during operation. One of the vario...
Since 2000, regulations on air pollution have been established on worldwide, and the energy labeling system is being implemented in Korea. As a result, the tire industry is responding by increasing fuel efficiency in order to reduce the generation of carbon dioxide during operation. One of the various measures is to improve the fuel efficiency by reducing the rotation resistance between the road surface and the tire. In order to increase fuel efficiency, silica has been used as a reinforcing material in place of carbon black, which has been used as a key reinforcing material for rubber compound for green tires since the 1990s. The key performance of the tire is divided into three major categories: abrasion resistance, rolling resistance (fuel efficiency) and braking performance on wet roads, in order to reduce the rolling resistance, the dispersion of the silica in the rubber compound should be improved, and in order to improve the braking performance on the wet road, the silica content should be increased. However, as the silica content increases, the dispersion of silica becomes disadvantageous therefore, these two performances are in a trade-off relationship with each other. Therefore, it is necessary to develop a technique for improving the braking performance on a wet road surface while reducing the rolling resistance. So, SBR/silica wet masterbatch (WMB) technique specialized in producing a high silica loading & highly disperse silica compound is being developed. WMB technology refers to a technique of preparing WMB, by mixing surface-modified silica with a rubber solution or a latex. Researches have been made on the production of high-content highly dispersed silica compounds, improvement of processability, energy efficiency, working environment, abrasion resistance and tear strength. However, most of these studies have been published as patents, and only a few are published as papers, Especially, WMB manufacturing technology using ESBR applied in this study was published only two articles. In addition, research on WMB is mostly about the result of technology application, and research on optimization and application method of manufacturing condition is still insufficient. Therefore, in this study, the manufacturing conditions and application methods of ESBR WMB were studied. Specifically, we studied the blend of ESBR WMB and BR, which is one of the application methods. And then, in order to overcome the disadvantages of ESBR WMB, we tried to establish ESBR WMB production conditions by different kinds of coagulants used for ESBR WMB. Analysis of experiments results, the best compounding method of ESBR WMB with BR is that the mixing method of ESBR WMB with BR dry masterbatch (DMB), this method is reducing the solubility parameter difference between BR and ESBR WMB. However, as a result of the WMBs vulcanizate, ESBR WMBs had a problem that poor mechanical characteristics and dynamic viscoelastic characteristics as compared with the conventional compounding method (DMB). Therefore, ESBR WMB was manufactured by different kinds of coagulants to solve this problem. As a result, ESBR WMB with calcium chloride (CaCl2, calcium chloride) was found to be the most suitable coagulant for ESBR WMB because of its excellent hydrophobation, dispersion and filler-rubber interaction.
Since 2000, regulations on air pollution have been established on worldwide, and the energy labeling system is being implemented in Korea. As a result, the tire industry is responding by increasing fuel efficiency in order to reduce the generation of carbon dioxide during operation. One of the various measures is to improve the fuel efficiency by reducing the rotation resistance between the road surface and the tire. In order to increase fuel efficiency, silica has been used as a reinforcing material in place of carbon black, which has been used as a key reinforcing material for rubber compound for green tires since the 1990s. The key performance of the tire is divided into three major categories: abrasion resistance, rolling resistance (fuel efficiency) and braking performance on wet roads, in order to reduce the rolling resistance, the dispersion of the silica in the rubber compound should be improved, and in order to improve the braking performance on the wet road, the silica content should be increased. However, as the silica content increases, the dispersion of silica becomes disadvantageous therefore, these two performances are in a trade-off relationship with each other. Therefore, it is necessary to develop a technique for improving the braking performance on a wet road surface while reducing the rolling resistance. So, SBR/silica wet masterbatch (WMB) technique specialized in producing a high silica loading & highly disperse silica compound is being developed. WMB technology refers to a technique of preparing WMB, by mixing surface-modified silica with a rubber solution or a latex. Researches have been made on the production of high-content highly dispersed silica compounds, improvement of processability, energy efficiency, working environment, abrasion resistance and tear strength. However, most of these studies have been published as patents, and only a few are published as papers, Especially, WMB manufacturing technology using ESBR applied in this study was published only two articles. In addition, research on WMB is mostly about the result of technology application, and research on optimization and application method of manufacturing condition is still insufficient. Therefore, in this study, the manufacturing conditions and application methods of ESBR WMB were studied. Specifically, we studied the blend of ESBR WMB and BR, which is one of the application methods. And then, in order to overcome the disadvantages of ESBR WMB, we tried to establish ESBR WMB production conditions by different kinds of coagulants used for ESBR WMB. Analysis of experiments results, the best compounding method of ESBR WMB with BR is that the mixing method of ESBR WMB with BR dry masterbatch (DMB), this method is reducing the solubility parameter difference between BR and ESBR WMB. However, as a result of the WMBs vulcanizate, ESBR WMBs had a problem that poor mechanical characteristics and dynamic viscoelastic characteristics as compared with the conventional compounding method (DMB). Therefore, ESBR WMB was manufactured by different kinds of coagulants to solve this problem. As a result, ESBR WMB with calcium chloride (CaCl2, calcium chloride) was found to be the most suitable coagulant for ESBR WMB because of its excellent hydrophobation, dispersion and filler-rubber interaction.
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