KR100227566B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고무 성분으로 용액 중합 스티렌-부타디엔 공중합체 고무, 유화 중합 스티렌-부타디엔 공중합체 고무 및 천연 고무를 사용하고, 보강재로 카본 블랙과 실리카를 사용한 회전 저항 성능이 낮고 제동 성능 및 내마모 성능이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
실리카를 보강재로 사용하는 종래의 타이어 트레드용 고무 조성물로 제작된 타이어 트레드는 저회전 저항 성능과 내마모 성능이 충분하지 못한 문제점이 있었다.
본 발명에 의한 타이어 트레드용 고무 조성물은 용액 중합 스티렌-부타디엔 공중합체 고무 20 내지 50 중량부, 유화 중합 스티렌-부타디엔 공중합체 고무 35 내지 70 중량부, 천연 고무 5 내지 25 중량부로 이루어지는 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 카본 블랙 40 내지 90 중량부, 실리카 20 내지 50 중량부, 실리카 100 중량부에 대해 5 내지 20 중량부의 커플링제, 방향족 오일 20 내지 50 중량부 및 통상의 타이어의 트레드용 고무 조성물에 사용되는 첨가제로 이루어지는 것으로, 실리카를 보강재로 사용한 종래의 타이어 트레드용 고무 조성물의 일반적인 문제점이었던 내마모성능의 약점을 극복할수 있을 뿐만 아니라 일반적으로 상호모순된 성능으로 알려진 저회전 저항 성능 및 젖은 노면에서의 제동 성능을 동시에 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 타이어의 트레드용 고무 조성물은 승용차용 사계절 타이어의 트레드의 제조에 적합하다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고무 성분으로 용액 중합 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(이하, 용액 중합 SBR), 유화 중합 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(이하, 유화 중합 SBR) 및 천연 고무를 사용하고, 보강재로 카본 블랙과 실리카를 사용한 회전 저항 성능이 낮고 제동 성능 및 내마모 성능이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
실리카를 보강재로 사용하는 종래의 타이어 트레드용 고무 조성물로 제작된 타이어 트레드는 저회전 저항 성능과 내마모 성능이 충분하지 못한 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 개선하기 위해 미국 특허 제 5,227,425호에서는 용액 중합 SBR을 고무 성분으로 사용하고 고분산성 실리카를 보강재로 사용하였으나, 저회전 저항 성능 및 내마모 성능을 향상시키는 데에는 한계가 있었다.
본 발명자들은 고무 성분으로 용액 중합 SBR, 유화 중합 SBR 및 천연 고무를 사용하고, 주보강재로 카본 블랙을 사용하며, 부보강재로 실리카와 커플링제를 사용함으로써 일반적으로 상호 모순된 성능으로 알려져 있는 타이어의 저회전 저항 성능과 젖은 노면에서의 제동 성능을 동시에 향상시킬 수 있고 내마모 성능 또한 우수해짐을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 스티렌 성분 5 내지 30 중량%와 비닐 성분 30 내지 65 중량%를 중합한 용액 중합 SBR 20 내지 50 중량부, 스티렌 성분 15 내지 50 중량%를 중합한 유화 중합 SBR 35 내지 70 중량부, 천연 고무 5 내지 25 중량부로 이루어지는 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 카본 블랙 40 내지 90 중량부, 실리카 20 내지 50 중량부, 실리카 100 중량부에 대해 5 내지 20 중량부의 커플링제, 방향족 오일 20 내지 50 중량부 및 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 첨가제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물인 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 고무 성분으로 용액 중합 SBR, 유화 중합 SBR 및 천연 고무를 사용하고 보강재로 카본 블랙과 실리카를 사용한다.
본 발명에 있어서, 고무 성분은 스티렌 성분 5 내지 30 중량%, 비닐 성분 30 내지 65 중량%를 중합한 용액 중합 SBR 20 내지 50 중량부, 스티렌 성분 15 내지 50 중량%를 중합한 유화 중합 SBR 35 내지 70 중량부 및 천연 고무 5 내지 25 중량부로 이루어져서 전체 100 중량부가 된다.
상기 용액 중합 SBR이 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하로 사용되는 경우에는 저회전 저항 성능이 향상되지만 저회전 저항 성능과 상호 모순된 성능으로 알려져 있는 젖은 노면에서의 제동 성능이 불리해지고, 50 중량부 이상 사용되는 경우에는 내마모 성능이 심각하게 저하된다.
상기 유화 중합 SBR이 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 35 중량부 이하로 사용되는 경우에는 내마모 성능이 불리해지며, 70 중량부 이상 사용되는 경우에는 회전 저항 성능을 낮추기 어렵다.
천연 고무는 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 5 중량부 이하로 사용되는 경우에는 타이어를 가황한 후에 주형 틀로부터의 인출이 어려워져서 트레드 블록이 떨어져 나가는 현상이 발생하기 쉽고, 25 중량부 이상으로 사용되는 경우에는 젖은 노면에서의 제동 성능이 저하된다.
카본 블랙은 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에서 주보강재로 사용되며, 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 40 내지 90 중량부를 사용한다.
상기 카본 블랙으로는 질소 흡착가가 100 내지 150㎡/g이고, 요오드가가 90 내지 140㎡/g인 동시에 질소 흡착가와 요오드가의 차이가 10 내지 30이고, 응집체 크기 분포(△D50)가 40 내지 70㎚이며, DBP 흡유량이 110 내지 140㎖/100g인 카본 블랙이 바람직하게 사용되며, 구체적인 예에 카본 블랙 B가 있다.
카본 블랙의 질소 흡착가가 100㎡/g 이하인 경우에는 내마모 성능이 불리해지고, 150㎡/g 이상인 경우에는 고무 내부에서 분산성이 저하되어 내마모 성능 및 저회전 저항 성능이 불리해질 수 있다. 또한, 질소 흡착가와 요오드가의 차이가 10 이하인 경우에는 카본 블랙의 활성도를 기대할 수 없으므로 내마모 성능이 불량해질 수 있고, 카본 블랙의 응집체 크기 분포(△D50)가 40㎚ 이하인 경우에는 회전 저항 성능을 낮추기 어렵고, 70㎚ 이상인 경우 보강성이 떨어진다.
실리카는 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에서 부보강재로 사용되며, 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 20 내지 50 중량부를 사용한다.
상기 실리카로는 CTAB 표면적이 100 내지 250㎡/g이고 DOP 흡유량이 100 내지 250㎖/100g인 실리카가 바람직하게 사용된다.
상기 실리카를 표면 처리하기 위한 커플링제로서 트리에톡시실릴프로필테트라설파이드를 사용한다. 트리에톡시실릴프로필테트라설파이드는 실리카 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부사용한다.
본 발명에서 사용되는 방향족 오일은 연화제이며 방향족 화합물을 30%이상 함유한 방향족 오일이 바람직하고, 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 20 내지 50 중량부를 사용한다.
본 발명에서 사용되는 타이어 트레드용 고무 조성물의 통상적인 첨가제로는 황, N-시클로헥실-2-벤조티아질 설펜아미드, N,N-디페닐 구아니딘 등이 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 있어서는, 용액 중합 SBR 20 내지 50 중량부, 유화 중합 SBR 35 내지 70 중량부, 천연 고무 5 내지 25 중량부로 이루어지는 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 카본 블랙 40 내지 90 중량부, 실리카 20 내지 50 중량부, 실리카 100 중량부에 대해 5 내지 20 중량부의 커플링제, 방향족 오일 20 내지 50 중량부 및 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 첨가제인 산화 아연, 스테아린산, N-페닐-N'-(1,3-디메틸부틸)p-페닐렌디아민, 파라핀 왁스, 황, N-시클로헥실-2-벤조티아질 설펜아미드, N,N-디페닐 구아니딘을 배합한다.
배합한 각각의 타이어 트레드용 고무 조성물을 반바리 혼합기를 사용하여 최대 온도를 130 내지 165℃의 범위로 하여 제 1단계 혼합한다. 제 1 단계 혼합시의 온도가 130℃ 이하인 경우에는 실리카와 커플링제의 반응이 충분하지 못하여 타이어 트레드용 고무 조성물에서 요구되는 물성을 얻기 어렵고, 165℃이상인 경우에는 커플링제 내의 황이 고무와 반응하여 제조 공정에서 문제를 유발하게 된다.
다음으로, 황, 촉진제 등의 가교제를 최대 온도를 110℃로 하여 제 2단계 혼합하였다. 제 2 단계 혼합시의 온도가 110℃를 초과하는 경우에는 스코치 발생의 가능성이 있다.
실시예
실시예 1과 실시예 2
표 1에 기재된 성분과 함량을 배합하는 것을 제외하고 제조예와 동일한 방법으로 고무 조성물을 혼합하여 각각을 실시예 1과 실시예 2로 하였다.
고무 조성물을 혼합하여서 규격이 185/65R 14인 타이어를 제조하였다.
제조된 타이어에 대하여 저회전 저항 지수, 젖은 노면 제동 지수, 내마모 성능 지수를 시험하고, 그 결과를 표 1에 기재하였다.
비교예 1 내지 비교예 3
표 1에 기재된 성분과 함량을 배합하는 것을 제외하고 제조예와 동일한 방법으로 고무 조성물을 혼합하여 각각을 비교예 1 내지 비교예 3으로 하였다.
고무 조성물을 혼합하여서 규격이 185/65R 14인 타이어를 제조하였다.
타이어를 제조한 후에 각각을 비교예 1 내지 비교예 3으로 하였다. 제조된 타이어에 대하여 저회전 저항 지수, 젖은 노면 제동 지수, 내마모 성능 지수를 시험하고, 그 결과를 표 1에 기재하였다.
(단위 : 중량부)
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
SBR1712/SBR1721(유화 중합 SBR) 61.9/- 61.9/- 137.5/- 75.6/61.9 S-SBR 75BR 25
용액 중합 SBR1) 40 40 - -
천연 고무 15 15 - -
카본블랙N339/카본블랙B 65/- -/60 95/- -/60 -/-
실리카 35 35 - 35 고분산성실리카 80
커플링제2) 5.6 5.6 - 5.6 6.4/32.5
방향족 오일 25 25 10 10 -
산화 아연/스테아린산 -/- -/- 2.5/10 -/- -
6PPD3)/파라핀왁스 -/- -/- 2.0/1.5 -/- -/-
황/CBS4) 1.8/1.2 1.8/1.2 1.8/1.6 1.8/1.2 1.4/1.7
DPG5) 0.4 0.4 - 0.4 2.0
저회전 저항 지수 108 107 100 95 89
젖은 노면 제동지수 105 106 100 107 106
내마모 성능 지수 88 110 100 70 87
* SBR : 스티렌-부타디엔 공중합체 고무
1) 용액 중합 SBR : NIPON ZEON사 NS116
2) 커플링제 : Si-69(DEGUSSA사제)(트리에톡시실릴프로필테트라설파이드)
3) 6PPD : N-페닐-N'-(1,3-디메틸부틸)-p-페닐렌디아민
4) CBS : N-시클로헥실-2-벤조티아질 설펜아미드
5) DPG : N,N-디페닐 구아니딘
상기에서 저회전 저항 지수, 젖은 노면에서의 제동 지수 및 내마모 성능 지수의 수치가 클수록 저회전 저항 성능, 젖은 노면에서의 제동 지수 및 내마모 성능이 우수함을 나타낸다.
상기 표 1에서 알수있는 바와 같이, 본 발명에 따른 타이어의 트레드용 고무 조성물은 종래의 타이어의 트레드용 고무 조성물에 비해 저회전 저항 지수, 젖은 노면 제동 지수 및 내마모 성능 지수가 우수하다.
본 발명에 의한 타이어 트레드용 고무 조성물은 용액 중합 SBR 20 내지 50 중량부, 유화 중합 SBR 35 내지 70 중량부, 천연 고무 5 내지 25중량부로 이루어지는 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 카본 블랙 40 내지 90 중량부, 실리카 20 내지 50 중량부, 실리카 100 중량부에 대해 5 내지 20 중량부의 커플링제, 방향족 오일 20 내지 50 중량부 및 통상의 타이어의 트레드용 고무 조성물에 사용되는 첨가제로 이루어지는 것으로, 종래에 실리카를 보강재로 사용한 타이어의 트레드용 고무 조성물의 일반적인 문제점이었던 내마모 성능의 약점을 극복할 수 있을 뿐만 아니라 일반적으로 상호 모순된 성능으로 알려진 저회전 저항 성능 및 젖은 노면에서의 제동 성능을 동시에 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 타이어의 트레드용 고무 조성물은 승용차용 사계절 타이어의 트레드의 제조에 적합하다.

Claims (3)

  1. 스티렌 성분 5 내지 30 중량%와 비닐 성분 30 내지 65 중량%를 중합한 용액 중합 SBR 20 내지 50 중량부, 스티렌 성분 15 내지 50을 중합한 유화 중합 SBR 35 내지 70 중량부, 천연 고무 5 내지 25 중량부로 이루어지는 전체 고무 성분 100 중량부에 대하여 카본 블랙 40 내지 90 중량부, 실리카 20 내지 50 중량부, 실리카 100 중량부에 대해 5 내지 20 중량부의 커플링제, 방향족 오일 20 내지 50 중량부 및 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 첨가제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 카본 블랙의 질소 흡착가가 100 내지 150㎡/g, 요오드가가 90 내지 140㎡/g인 동시에 질소 흡착가와 요오드가의 차이가 10 내지 30이고, 응집체 크기 분포(△D50)가 40 내지 70㎚이며 DBP 흡유량이 110 내지 140㎖/100g인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 실리카의 CTAB 표면적이 100 내지 250㎡/g이며 DOP 흡유량이 100 내지 250㎖/100g이고, 실리카 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부의 트리에톡시실릴프로필테트라설파이드를 사용한 타이어 트레드용 고무 조성물.
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