다양한 소비재 분야에서 바이오 기반 부품의 비중을 높이는 것에 대해 관심이 커지고 있습니다. 우리는 이전에 PLA와 같은 소수성 매트릭스가 있는 복합재료(COMPOSITE)에 셀룰로스 피브릴 (MFC) 을 통합하는 것에 대해 논의했습니다. 오늘 우리는 한 단계 더 나아가, 고성능과 내구성을 갖춘 환경 친화적인 타이어 개발을 MFC가 어떻게 지원할 수 있는지 살펴볼 것입니다.
타이어 산업은 낮은 회전 저항(ROLLING RESISTANCE) 의 결과로, 연료 소비가 적고 CO2 배출량이 적은 타이어를 개발해 왔습니다. 업계에서의 발전에도 불구하고, 유럽에서만 300,000 000 개의 중고 타이어가 매년 제거됨에 따라 중고 타이어가 거대한 재활용 문제를 야기하고 있습니다.
MFC가 친환경 타이어 제조의 핵심 구성 요소가 될 수 있을까요?
TIRE TREAD
타이어 트레드가 무엇인지 처음부터 살펴 보겠습니다. 타이어 트레드의 주요 구성 요소는 고무 (천연 및 합성), 충전제 (카본 블랙 및 실리카), 실란 및 첨가제입니다. 천연 검과 합성 검의 비율은 타이어의 최종 용도에 달려 있습니다. 천연 고무의 양은 트럭이나 트랙터와 같은 타이어의 경우 타이어에 더 많은 기계적 저항력을 부여하기 때문에 높습니다. 필러의 양은 타이어 트레드의 약 30 %이며 이론적으로 필러를 MFC와 같은 재생 가능 물질의 폴리머로 대체하여 바이오 기반 부분을 크게 증가시킬 수 있습니다. 이것은 타이어의 환경적 부담과 탄소 발자국을 상당히 감소시킬 것입니다.
GREENER TIRE TREAD DEVELOPMENT
친환경 타이어를 만들기 위한 첫 번째 시작은 1992년 Michelin이 전통적인 카본 블랙 대신에, 실리카 필러와 bi-functional 실란을 기본으로 하는 친환경 타이어 기술을 도입했을 때입니다. 이 기술은 ROLLING RESISTANCE를 줄이는 동시에 다른 특성을 희생시키지 않으면 서 타이어의 WET GRIP을 증가시킵니다. ROLLING RESISTANCE, WET GRIP, 및 내마모성 사이의 균형을 이룬, 이른바 매직 트라이앵글의 경계를 넘어서는 것이 가능했던 것은 최초의 발전이었습니다. 이러한 실리카 기반 타이어의 "친환경 성"은 재생 가능한 물질의 사용이 아닌 연료 소모량이 더 적다는 사실에 주목해야 합니다.
굿이어 (Goodyear)는 2001 년에 옥수수 전분을 기본으로 하는 필러가 들어있는 타이어를 소개하면서 한걸음 더 나아갔습니다. 낮은 ROLLING RESISTANCE와 향상된 WET GRIP 외에도 CO2 배출량은 7.7 g/km 감소했습니다.
우리는 이전에 흄드 실리카와 MFC를 비교했을 뿐만 아니라, 흄드 실리카 대신 MFC를 사용하여 겔 코트의 성질을 향상시킬 수있는 방법을 설명했습니다.
TIRE TREAD에서 SILLICA 대신 MFC를 사용
고무는 기름진 느낌이 들며 처음에는 고무에다가, 친수성이 큰 MFC를 혼합하는 것이 불가능한 것처럼 들릴 수도 있습니다. 그러나 주로 시스 -1,4- 폴리 이소프렌으로 구성된 천연 고무는 고무 나무에서 나온 액체 현탁액으로 수집됩니다. 고무는 산에 의해 액체로부터 응고되고, 물로 여과되고, 시트로 형성되고 건조됩니다.
그러므로 실제로 천연 고무 혼합물에 MFC를 도입하는 것은 아주 쉽습니다. Yano et al. 특허 출원에서 MFC가 타이어에 어떻게 통합될 수 있는지를 보여줍니다. 그들은 크래프트 펄프에서 유래된 MFC를 천연 고무와 혼합하고, 고전단 혼합 후에 생성된 혼합물을 수성 포름산으로 응고시켰습니다. 건조 후, 마스터 배치를 나머지 타이어 성분과 혼합하고 가황합니다. 이렇게 만들어진 재료의 물리적 평가는 양호한 주행 안정성 및 낮은 ROLLING RESISTANCE 를 나타냈습니다.
실리카는 타이어의 친수성을 증가시킴으로써 타이어의 WET GRIP 을 증가시키는 것으로 알려져 있습니다. MFC 또한 거대한 양의 하이드록실 그룹을 가지고 있기 때문에 실리카와 동일한 방식으로 기능할 것이라고 추정할 수 있습니다. 또한 MFC의 하이드록실기는 실리카와 같은 방식으로 고무와의 상용성을 높이기 위해 BI-FUNCTIONAL 실란을 사용할 수 있습니다.