일반기술

고무 화합물의 인장강도를 향상시키는 둥지 실리카

본 발명은 지방족, 방향족, 폴리이민, 펩티드 및 폴리에테르기의 가교 결합에 의하여 결합한 10∼100NM의 실리카 알갱이로 구성되는 3차원적인 둥지 실리카에 관한 것이다. 본 발명에 의한 둥지 실리카가 고무에 사용되는 경우, 실리카 및 종래의 결합제가 첨가된 고무에 비하여 인장강도 및 신율이 크게 증가한다. 리지지 않는다. 실리카 알갱이가 유기 물질로 덮여지기 때문에 실리카 알갱이의 표면이 친수성에서 소수성으로 바뀌어 소수성인 고무에 대한 실리카 알갱이의 분산성이 향상된다. 망상 구조의 가교 결합으로 연결된 실리카 알갱이 사이 공간에는 고무가 쉽게 침투할 수 있다. 잘 분산된 실리카 알갱이, 소수성 표면, 고무 분자의 침투를 위한 공간 형성 등으로 둥지 실리카의 분산성이 향상된다.본 발명은 고무 첨가제가 실리카에 흡착되어 비활성화되는 현상을 방지한다. 실리카의 활성 표면에 붙잡혀서 작용하지 못한다. 알콕시 실란과 반응하여 실리카 표면의 실라놀기가 제거되므로 첨가제와 반응할 수 있는 극성 자리가 줄어든다. 이로 인해 둥지 실리카가 들어 있는 배합고무를 제조할 때는 필요한 첨가제의 양이 줄어들어 고가인 첨가제를 절약할 수 있다.고무의 보강재로서 종래의 실리카와 비교하여 둥지 실리카는 인장강도, 신율 및 강도를 향상시키는 월등한 성능을 나타낸다. 나아가, 둥지 실리카를 사용함으로써 첨가제의 양이 줄어들어 비용 절감에도 바람직하다. 둥지 실리카는 환경적인 측면에서도 유리하여, 둥지 실리카를 타이어, 벨트, 컨베이어, 구두 및 호스에 사용되는 고무 제조에 폭넓게 적용할 수 있다.1) 둥지 실리카를 고무에 첨가하면 실리카와 결합제를 첨가한 고무에 비하여 모듈러스는 그리 높아지지 않는 반면에 인장강도와 신율은 크게 향상되었고, 2) 둥지 실리카 첨가로 고무 물성이 보강되어 마모를 감소시키며, 3) 둥지 실리카의 망상 구조와 소수성 표면으로 인해 실리카 알갱이의 고무에 대한 분산성이 높아지며, 4) 둥지 실리카의 안정한 구조와 실리카 알갱이와 고무 분자 사이의 상호 작용에 의하여 열적 안정성이 높아진다. 둥지 실리카 첨가로 고무의 가황 속도가 아주 빨라지는 현상은 바람직하지는 않으나, 이를 산, 아민 및 에폭시기로 후처리하거나, 고무에 지연제를 첨가하여 가황 속도를 적정한 수준으로 조절할 수 있다. 나아가, 둥지 실리카 제조에 필요한 실란의 양은 종래 결합제로서 고무에 첨가되는 실란보다 매우 적어서, 둥지 실리카 도입으로 화학 물질의 비용을 절감할 수 있다. 가황촉진제와 활성화제의 흡착 자리가 되는 둥지 실리카 표면의 실라놀기가 실리카에 비해 매우 적어서, 적절한 가황 속도와 가교 밀도에 이르는데 필요한 화학 물질의 양을 줄일 수 있다. 요약하면, 둥지 실리카를 고무에 적용하면 화학 물질의 비용을 절감하고, 배합고무의 인장 성질 및 실리카의 분산성을 향상시킨다. 실란 결합제를 첨가했을 때 단점인 고무를 나누어 배합해야 하고, 배합 온도를 낮게 유지해야 하는 실리카 첨가 고무의 단점을 극복할 수 있어 고무의 제조비용을 절감할 수 있다. 배합 과정 중에 실리카의 실라놀기와 실란의 알콕시기가 반응하여 알코올을 형성하므로 야기되는 환경적인 문제 역시 둥지 실리카를 사용함으로써 배제할 수 있다.