KR100869256B1

KR100869256B1 - 타이어 트레드 고무조성물

Info

Publication number: KR100869256B1
Application number: KR1020070113165A
Authority: KR
Inventors: 임동한
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2008-11-18
Anticipated expiration: 2027-11-07

Abstract

본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 오가노 실란(Ogano silane) 커플링제를 포함하도록 하여 보강충진제인 실리카의 분산성을 개선하여 내마모특성과 회전저항 특성이 우수한 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

타이어, 트레드, 고무, 오가노 실란 커플링제

Description

타이어 트레드 고무조성물{Tire tread rubber composition}

타이어는 트레드, 사이드월의 타이어 외부와 언더트레드, 카카스, 비드 등의 타이어 내부로 크게 구분된다.

타이어는 차량을 지지하고 차량이 이동하기 때문에 타이어에서 지면과 접촉하는 트레드 부위에 대한 연구가 가장 많이 이루어지고 있다.

타이어에 대한 연구로서 타이어 트레드 부위의 회전저항을 감소시키기 위해 입자경이 크고 표면의 작용기가 발달한 카본블랙을 사용하거나 실리카 및 실란 커플링제를 사용하여 회전저항을 낮추려는 연구가 꾸준히 진행되고 있으며, 이러한 트레드 고무조성물은 이미 적용단계에 들어서 있다.

일반적으로 타이어 트레드 부위에 사용되는 고무조성물은 여러 가지 첨가제가 사용되고 있으며, 이러한 첨가제 중에서 고무의 보강성을 위해 보강충진제를 사용하고 있으며, 이러한 보강충진제는 비용, 구입성의 용이 등 여러가지 여건 때문에 주로 카본블랙과 실리카를 사용하고 있다.

타이어 트레드 고무조성물은 보강충진제의 카본블랙 및 실리카의 종류, 사용량에 따라 반발특성 및 발열특성은 개선이 되지만, 회전저항의 지표인 70℃ 탄델타(Tan δ) 값이 고무조성물의 특성에 따라 전이되는 경향이 있다.

회전저항의 지표인 70℃ 탄델타(Tan δ) 값이 향상되면 제동성의 지표인 0℃ 탄델타(Tan δ) 값이 저하되는 상반된 성능을 나타내며, 이때 주로 사용되는 고무조성물은 유화중합 스타이렌-부타디엔 고무 블렌드(blend)로 카본블랙 및 실리카 성분과의 친화도가 떨어짐에 따라 분산이 최대로 이루어지지 못해 고무조성물의 물성이 최대한 발휘되지 못하는 문제점이 있다.

이들의 문제점을 해소하기 위해서 각종 실란커플링제가 개발되었는데 실란커플링제를 보강제로서 사용하는 것이 개발되어 있다. 그러나 이 실란커플링제계 보강제에 의해서도 고무조성물의 파괴특성, 작업성 및 가공성을 고수준으로 하는데는 불충분하였다. 또한 이 실란 커플링제중 가장 널리 이용되는 실란 커플링제로 비스-(트리에톡시실릴-프로필)-테트라설파이드{Bis-(triethoxysilyl-propyl)-tetrasulfide ; 이하 TESPT라 한다)는 150℃ 이상의 고온에서 배합시 실란커플링제 내의 황(Sulfur)이 분해되어 유리 황(Free sulfur)이 되며 이렇게 유리된 황(Sulfur)에 의해 고무배합물의 인장물성이 현저하게 하락하며, 유동성이 현저하 게 떨어져서 작업성 및 가공성의 저하를 초래한다는 결점이 있다. 한편 이의 개선을 위해 옥타노일티오 트리에톡시 실란(Octanoylthio triethoxy silane)이 개발되어 고온배합이 가능하나, 이 경우 가류속도가 늦고 물성이 하락하는 결점이 있다.

본 발명은 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 오가노 실란(Ogano silane) 커플링제를 포함하도록 하여 보강충진제인 실리카의 분산성을 개선하고 특히 내마모특성과 회전저항 특성이 우수한 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 상기에서 언급한 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어의 제공하고자 한다.

본 발명은 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 오가노 실란(Ogano silane) 커플링제 3∼15중량부를 포함하도록 하여 보강충진제인 실리카의 분산성을 개선하고 특히 내마모특성과 회전저항 특성이 우수한 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.

본 발명은 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 오가노 실란 커플링제를 사용함으로써 충진제인 실리카의 분산성이 개선되고, 고온배합이 가능하여 인장물성을 비롯한 제반물성과 스노우성능(웨트스키드저항), 내마모특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물을 제공할 수 있다.

본 발명은 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 오가노 실란(Ogano silane) 커플링제 3∼15중량부 포함하는 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.

상기에서 원료고무는 천연고무 또는 합성고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기에서 원료고무는 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기에서 원료고무는 천연고무와 2종 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기에서 원료고무는 2종의 서로 다른 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기에서 원료고무는 3종 이상의 서로 다른 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 부틸고무, 이소프렌 고무, 에피클로로 히드린고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 이소프렌부타디엔고무, 폴리우레탄고무, 불소고무, 실리콘고무, 에틸렌프로필렌고무, EPDM고 무, 하이팔론고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세테이트고무, 아크릴고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기에서 원료고무는 스티렌 30∼50중량％, 비닐 10∼30중량％ 및 아로마틱 오일 20∼50중량％를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무와 스티렌 15∼40중량％를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무가 10:90∼90:10의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기에서 원료고무로서 유화중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용하는 경우 상기 조성비를 벗어나는 고무를 사용하면, 보강용 충전제로 실리카를 사용했을 때 실리카가 갖는 높은 충전제간의 상호작용(high filler-filler interaction) 및 표면에 존재하는 극성 관능기에 의한 친수성 그리고 낮은 에너지 손실의 영향을 피할 수 없으므로 원료고무로서 유화중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용시 상기에서 언급한 조성의 유화중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 충전제로서 실리카를 사용할 수 있다.

상기에서 실리카는 원료고무 100중량부에 대하여 30∼80중량부를 사용할 수 있다.

상기에서 실리카는 BET값이 100∼200m²/g, DBP흡착량이 240∼300ml/100g인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 충전제로서 상기 실리카 이외에 카본블랙, 탄산칼슘(CaCO₃), 클레이(Clay), 탈크(Talc), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 추가로 더 사용할 수 있다.

상기에서 실리카 이외에 충전제는 원료고무 100중량부에 대하여 10∼50중량부를 추가로 더 사용할 수 있다.

상기 카본블랙은 BET값이 120∼160m²/g, DBP흡착량이 110∼160ml/100g인 것을 사용할 수 있다.

상기 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB)은 직경 0.01∼0.1㎛이고, 비표면적이 80∼90m²/g인 것을 사용할 수 있다.

상기 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 1∼10㎛이고, 비표면적이 100∼120m²/g인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 충전제인 실리카의 분산성을 향상시키기 위해 오가노 실란 커플링제를 사용할 수 있다.

상기에서 오가노 실란 커플링제는 하기 화학식(1)의 물질을 사용할 수 있다.

Z-S-A-Si(OC₂H₅)₃... 화학식(1)

상기 화학식(1)에서 Z는 C7-C15 알킬기이고, 보다 바람직하게는 C7-C10 알킬 기이고, A는 C=0 또는 CH₂-CH-(OH)이고, 황(Sulfur) 함량이 3∼10％이다.

본 발명의 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에서 상기 오가노 실란 커플링제는 원료고무 100중량부에 대하여 3중량부 미만 사용할 경우에는 그 첨가량이 미미하여 보강용 충전제를 첨가한 효과를 얻기 어렵고, 15중량부를 초과할 경우에는 혼합, 압출 등의 공정성에 문제가 야기되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에서 오가노 실란 커플링제는 원료고무 100중량부에 대하여 3∼15중량부를 사용하는 것이 좋다.

상기 화학식(1)의 오가노 실란 커플링제에서 황(Sulfur) 함량이 3∼10％인 것이 바람직한데, 황 함량이 상기 범위를 벗어나면 커플링제의 성능을 기대하기 어렵다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 첨가제로서 디페닐구아니딘(Dipheny guanidine, DPG)을 포함할 수 있다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 첨가제로서 디페닐구아니딘(DPG)을 원료고무 100중량부에 대하여 0.05∼3.0중량부 포함할 수 있다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에 대하여 다양한 성분, 함량을 적용한바, 본 발명의 목적에 부합하는 타이어 트레드 고무조성물을 얻기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 타이어용 고무조성물이 바람직하다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 충전제, 커플링제 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 충전제, 노화방지제, 활성제, 공정오일, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함한다.

본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.

본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 함유하는 타이어를 포함한다.

상기에서 본 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어에 있어서, 타이어는 승용차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어, 오토바이용 타이어, 항공기용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 나타낸다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

<실시예 1>

스티렌 40±5중량％, 비닐 20±5중량％ 및 아로마틱 오일 35±5중량％를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 50중량부와 스티렌 30±5중량％를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 50중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 10중량부, 실리카(로디아사, 1200MP) 70중량부, 실란커플링제(Organoic silane) 7중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산(Stearic acid) 1중량부 밴버리 믹서에 넣고 165℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.

그런 다음 가류제로서 유황 1.75중량부, 가류촉진제로서 N-t-부틸벤조티아졸 설펜아미드(N-t-butylbenzothiazole sulfenamide, NS) 1.0중량부을 상기의 배합물에 첨가하고 110℃에서 10분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

상기에서 카본블랙은 BET값이 140±5m²/g, DBP흡착량이 140±5ml/100g인 것을 사용하였다.

상기에서 실리카는 BET값이 150±5m²/g, DBP흡착량이 270±5ml/100g인 것을 사용하였다.

상기에서 실란 커플링제는 Z-S-CH₂-CH-(OH)-Si(OC₂H₅)₃인 것을 사용하였으며, 이때 실란 커플링제에서 Z는 C7 알킬기이고, 황(Sulfur) 함량은 5±1％이다.

하기의 표 1에 실시예 1 고무 성분을 정리하여 나타내었다.

<실시예 2>

실란커플링제(Organoic silane) 7중량부, DPG(Dipheny guanidine) 0.05중량부사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.

<비교예>

실란 커플링제로서 비스-(트리에톡시실릴-프로필)-테트라설파이드(Bis-(triethoxysilyl-propyl)-tetrasulfide, TESPT) 7중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.

표 1. 비교예 및 실시예 고무 조성

	비교예	실시예1	실시예2
스티렌-부타디엔 고무(A)	70	70	70
스티렌-부타디엔 고무(B)	30	30	30
카본블랙	10	10	10
실리카	70	70	70
실란 커플링제(Organoic silane)	-	7	7
실란 커플링제(TESPT)	7	-	-
산화아연	3	3	3
DPG(Diphenyl guanidine)	-	-	0.05
스테아린산	1	1	1
유황	1.75	1.75	1.75
가류촉진제	1.0	1.0	1.0

* A : 스티렌 40±5중량％, 비닐 20±5중량％ 및 아로마틱 오일 35±5중량％를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무

* B : 스티렌 30±5중량％를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무

<시험예>

상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예에서 제조한 고무시편을 ASTM 관련 규정 에 의해 경도, 300％모듈러스, 인장강도, 신장율, 리바운드, 발열, PICO마모, 웨트 스키드 저항 및 분산성의 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

표 2. 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 고무의 물성

항목	비교예	실시예1	실시예2
경도	70	70	71
300％모듈러스	85	95	110
인장강도	190	200	280
신장율(％)	300	380	330
리바운드(％)	15	20	20
발열	30	25	27
PICO마모	45	35	33
웨트스키드 저항	43	45	52
가류속도(T40,min)	2.5	4.5	3.0
Tan δ(0℃)	1.35	0.98	1.02

*Tan δ(0℃) : 회전저항을 나타내는 수치로 낮을수록 물성이 우수하다.

상기 표 2의 결과에서처럼 본 발명의 고무조성물의 일예인 실시예 1, 실시예 2에서 제조한 고무는 종래 고무조성물인 비교예에서 제조한 고무와 비교시 인장물성을 비롯한 제반물성과 스노우성능(웨트스키드저항), 내마모특성이 향상되었음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 충전제인 실리카의 분산성이 개선되고, 고온배합이 가능하여 인장물성을 비롯한 제반물성과 스노우성능(웨트스키드저항), 내마모특성이 향상되어 이러한 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제조할 수 있어 차량 운전자들에게 우수한 타이어를 제공할 수 있다.

Claims

실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서,

스티렌 30∼50중량％, 비닐 10∼30중량％ 및 아로마틱 오일 20∼50중량％를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무와 스티렌 15∼40중량％를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무가 10:90∼90:10의 중량비로 혼합된 혼합고무를 원료고무로 하되, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 오가노 실란(Ogano silane) 커플링제 3∼15중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
제1항에 있어서, 오가노 실란 커플링제는 하기 화학식(1)의 물질인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.

Z-S-A-Si(OC₂H₅)₃... 화학식(1)

상기 화학식(1)에서 Z는 C7-C15 알킬기이고, A는 C=0 또는 CH₂-CH-(OH)이고, 황(Sulfur) 함량이 3∼10％이다.
삭제
제1항에 있어서, 첨가제로서 디페닐구아니딘(DPG)을 원료고무 100중량부에 대하여 0.05∼3중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.