KR100401181B1 - 클로로프렌 고무가 함유된 실리카로 보강된 타이어용천연고무조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리카로 보강된 타이어용 천연고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 실리카의 분산성을 개선하기 위해 클로로프렌 고무를 20phr 이하로 적용함으로써 실리카의 분산성을 향상시키고, 실리카 표면에 흡착되는 가류제의 양도 현저히 줄일 수 있어 가황물의 제반물성과 가공성을 향상시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 실리카로 보강된 타이어용 천연고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 실리카의 분산성을 개선하기 위해 극성이 강한 클로로프렌 고무를 적량 첨가한 타이어용 천연고무조성물에 관한 것이다.
실리카는 카본블랙과 더불어 타이어 산업에서 많이 사용되는 보강재이다. 실리카는 카본블랙과 달리 표면에 다량의 실라놀(Si-OH)이 존재하여 강한 극성을 띤다. 보통 타이어 산업에서 사용되는 천연고무(natural rubber, NR), 스티렌 부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 부타디엔 고무(butadiene rubber, BR) 등은 극성이 매우 약한 고분자로 실리카와의 친화성이 적어 고무내에서 실리카의 분산이 용이하지 않은 특성이 있다.
고무내에서 실리카의 분산을 향상시키기 위해 실리카 표면에 극성이 약한 관능기를 도입하거나 고무와의 친화력을 향상시키고 실리카와 고무간의 화학적 결합을 유도하기 위해 실란커플링제를 사용한다. 극성이 약한 관능기가 표면처리된 실리카는 고가이므로 표면이 처리된 실리카를 사용하는 것보다는 일반 실리카에 실란커플링제를 첨가하여 사용하는 것이 보다 일반적이다. 현재 사용하고 있는 대표적인 실란커플링제로는 상품명 Si69로 알려진 비스-(3-(트리에톡시실릴)-프로필)-테트라설파이드(TESPT)가 있다.
하지만 상기와 같은 실란커플링제나 분산제를 가하는 종래의 방법만으로는 실리카의 분산성에 있어서 만족할 만한 효과를 기대하기란 어려운 것이 사실이었다. 이에 실리카의 분산성을 보다 향상시키면서도 제반물성과 가공성을 향상시킬 수 있는 새로운 방안의 모색이야말로 앞으로의 타이어 산업에 있어 매우 중요한 요소라 아니할 수 없다.
본 발명자는 상기와 같은 종래기술이 지니는 한계를 극복하기 위한 방안을 강구하여 오던 중 강한 극성을 지니는 염소기를 가지며, 전체 구조는 천연고무와 유사한 클로로프렌 고무를 원료고무에 적량 첨가하면 상기와 같은 제반 특성을 모두 향상시킬 수 있다는 사실을 발견하고서 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 실리카의 분산성을 향상시키고, 실리카 표면에 흡착되는 가류제의 양도 현저히 줄일 수 있어 가황물의 제반물성과 가공성을 향상시킴이 가능한 신규한 타이어용 천연고무조성물을 제공함에 있다.
본 발명은 실리카로 보강된 타이어용 천연고무조성물로서 실리카의 분산성을 개선하기 위해 강한 극성을 지니는 염소기를 가지며, 전체 구조는 천연고무와 유사한 클로로프렌 고무를 적량 첨가한 고무조성물을 포함한다. 이때 고무조성물은 상기 보강되는 실리카가 고무조성물내에 10∼90phr이 포함된 천연고무조성물을 포함한다.
클로로프렌 고무는 일반구조식이 -(CH2CCl=CHCH2)n-로서 천연고무의 일반구조식인 -(CH2CCH3=CHCH2)n-과 메틸기(-CH3)에서만 차이가 있을 뿐이다. 즉 클로로프렌고무는 상기 메틸기(-CH3)대신 극성이 강한 염소기(-Cl)를 가지고 있어 원료고무의 성분으로 첨가시 실리카표면의 수산화기와 수소결합을 잘 형성하므로 효율적인 실리카분산을 가능하게 한다. 또한 클로로프렌고무는 상기에서와 같이 전체 구조면에서 천연고무와 흡사하므로 상호 친화력이 강하므로 원료고무의 혼용에 따르는 문제가 거의 없다.
상기 고무배합물내에 첨가되는 클로로프렌 고무의 첨가량은 특별한 한정을 요하는 것은 아니지만 보다 바람직한 실시예를 구현하기 위해서는 원료고무대비 20phr 이하로 첨가함이 좋다.
상기와 같이 적량의 클로로프렌 고무를 천연고무배합물에 적용하는 경우 실리카의 분산성 향상은 물론이거니와 실리카 표면에 흡착되는 가류제의 양을 현저히 줄일 수 있어 가황물의 제반물성과 가공성을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 또한 상기 클로로프렌 고무를 함유한 천연고무배합물을 포함하는 자동차용 타이어를 포함한다. 타이어의 제조공정은 일반적으로 공지된 방법의 예에 의해 제조되면 충분하므로 이에 관한 상세한 기재는 생략하기로 한다.
이하 본 발명의 내용을 하기 비교예, 실시예 및 시험예를 통해 구체적으로 설명하기로 하나 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<비교예> 고무시편의 제조 1
표 1에서와 같이 원료고무로 천연고무(SMR 20)을 100phr로 하고 원료고무 대비 실리카 60.0phr, TESPT 3.0phr, 스테아린산 2.0phr, 산화아연 4.0phr, 노화방지제로 HPPD 2.0phr, 왁스 2.0phr, 가류촉진제로 TBBS(N-tert-butyl-2-benzothiazole sulfenamide) 1.4phr 및 황 1.2phr를 배합한 것을 160℃에서 20분간 가류하여 고무시편을 얻었다.
<실시예 1> 고무시편의 제조 2
표 1에서와 같이 천연고무(SMR 20) 95phr와 클로로프렌 고무(Neoprene-W, 듀폰사) 5.0phr로 조성된 원료고무 100phr, 원료고무 대비 실리카 60.0phr, TESPT 3.0phr, 스테아린산 2.0phr, 산화아연 4.0phr, 노화방지제로 HPPD 2.0phr, 왁스 2.0phr, 가류촉진제로 TBBS(N-tert-butyl-2-benzothiazole sulfenamide) 1.4phr 및 황 1.2phr를 배합한 것을 160℃에서 20분간 가류하여 고무시편을 얻었다.
<실시예 2> 고무시편의 제조 3
표 1에서와 같이 천연고무(SMR 20) 85phr와 클로로프렌 고무(Neoprene-W, 듀폰사) 15.0phr로 조성된 원료고무 100phr, 원료고무 대비 실리카 60.0phr, TESPT 3.0phr, 스테아린산 2.0phr, 산화아연 4.0phr, 노화방지제로 HPPD 2.0phr, 왁스 2.0phr, 가류촉진제로 TBBS(N-tert-butyl-2-benzothiazole sulfenamide) 1.4phr 및 황 1.2phr를 배합한 것을 160℃에서 20분간 가류하여 고무시편을 얻었다.
<표 1> 배합고무조성(단위: phr)
| 종류 | 비교예 | 실시예 1 | 실시예 2 |
| 천연고무(SMR 20) | 100.0 | 95.0 | 85.0 |
| 클로로프렌 고무 | 0.0 | 5.0 | 15.0 |
| 실리카 | 60.0 | 60.0 | 60.0 |
| TESPT(Si69) | 3.0 | 3.0 | 3.0 |
| 스테아린산 | 2.0 | 2.0 | 2.0 |
| 산화아연 | 4.0 | 4.0 | 4.0 |
| HPPD | 2.0 | 2.0 | 2.0 |
| 왁스 | 2.0 | 2.0 | 2.0 |
| TBBS | 1.4 | 1.4 | 1.4 |
| 황 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
<시험예 1>
상기의 시험예 및 실시예에 의한 고무시편을 대상으로 공지의 방법에 따라 무늬점도를 측정한 실험결과는 하기 표 2와 같다.
<표 2> 무늬점도
| 배합물 종류 | 비교예 | 실시예 1 | 실시예 2 |
| ML 1+4(100℃) | 91.0 | 91.8 | 97.6 |
상기 표 2의 결과에서 알 수 있듯이 클로로프렌 고무를 사용하면 배합물의 점도는 높아지지만, 스코치 타임이 안정되고 가교밀도는 증가함을 알 수 있다.
<시험예 2>
상기의 시험예 및 실시예에 의한 고무시편을 대상으로 공지의 방법에 따라 제반물성을 측정한 실험결과는 하기 표 3과 같다.
<표 3> 고무시편의 물성측정결과
| 가류물종류 | 비교예 | 실시예 1 | 실시예 2 |
| 경도(ShoreA) | 71.0 | 71.0 | 70.0 |
| 300%모듈러스(kg/㎠) | 103.2 | 104.3 | 104.8 |
| 인장강도(kg/㎠) | 246.2 | 261.3 | 258.4 |
| 절단시의 신장율(%) | 542.8 | 566.7 | 573.5 |
상기 표 3과 같이 클로로프렌 고무를 첨가하면 경도는 거의 변하지 않으나 모듈러스와 인장강도 등이 증가함을 알 수 있다. 모듈러스와 인장강도의 증가와 더불어 신장율의 증가는 바람직한 물성의 향상을 반영하는 것으로 이는 실리카의 분산이 상당히 효율적으로 이루어졌음을 확인시켜 주는 것이다.
본 발명에 의한 천연고무배합물은 보강제로 첨가되는 실리카의 분산성을 향상시키고, 실리카 표면에 흡착되는 가류제의 양도 현저히 줄일 수 있어 가황물의 제반물성과 가공성을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (3)
- 실리카로 보강된 타이어용 천연고무조성물에 있어서, 원료고무로서 실리카의 분산성 개선을 위해 클로로프렌 고무를 20phr 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 천연고무조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 고무조성물에 함유되는 실리카는 10∼90phr를 포함함을 특징으로 하는 타이어용 천연고무조성물.
- 제 1항 또는 제 2항에 의한 고무조성물을 포함하는 자동차용 타이어.
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