KR100274905B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리카와 카본의 2개상을 가진 카본블랙 표면 제조 공정중 실라놀 성분기체를 반응로에 통과시켜 카본 블랙표면에 실라놀 성분을 카본블랙 대비 3 내지 30중량비로 개질시킨 실리카와 이상 충진제로 질소흡착 표면적이 1그람당 90 내지 190평방미터, 디비피값이 100그람당 70 내지 150㎖인 이상 충진제를 10 내지 100중량부 사용함을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 방벙에 의해 제조된 고무 조성물은 기존 실리카 배합의 특징인 연비성능과 젖은 노면에서의 제동성능에 대해서는 더욱 향상된 성능을 가지며, 실리카 배합의 문제점인 가공성능, 내마모성능은 크게 개선시키는 효과를 나타낸다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카본 블랙-실리카의 이상 충진제를 함유하는 연비 및 제동성능이 우수한 타이어 트레드용 고무 조성물인 것이다.

최근 지구의 온난화 현상이 문제화 되면서 이의 주요인으로 지목된 이산화탄소의 방출량을 규제하려는 움직임이 높아가고 있는 상황이다. 이에 따라 화석 연료의 소비량을 감소시키기 위한 기술이 과제로 되어 있으며, 차량에 있어서도 차량연비를 올림으로써 이 문제를 해결코자 추진중인 바 차량과 지면과의 사이에서 차량의 동력을 지면에 전달함으로써 차량을 구동시키는 타이어는 연비성능을 좌우하는 가장 중요한 인자중의 하나로 대두되어 타이어의 회전 저항을 줄여 연비를 올리려는 연구가 중요시 되고 있다.

종래에 제조된 타이어의 트레드용 고무 조성물은 천연고무, 용액중합 스티렌 부타디엔 공중합 고무 또는 부타디엔 고무만을 주성분으로 사용하고, 보강제로써 카본블랙을 사용하여 어느 정도의 제동성능과 연비성능을 만족하였다.

타이어는 여러 부품 및 부위로 이루어져 있지만 그 중에서도 특히 지면과 접하는 트레드는 타이어의 연비성능에 가장 중요한 영향을 미친다. 일반적으로 타이어의 제동성능과 연비 성능은 고무의 물성인 점탄성 특성과 높은 상관관계를 가지며, 점탄성 특성 중에서 0℃에서의 동적 손실계수는 젖은 노면에서의 제동성능 그리고 60℃에서의 동적손실계수는 회전저항 즉, 연비성능과 매우 밀접한 관계를 갖고 있다. 즉, 0℃에서의 동적 손실계수가 높을수록 제동성능이 유리하며, 60℃에서의 동적 손실계수는 낮을수록 연비성능에서 유리한 것으로 알려져 있다.

따라서, 0℃에서의 동적 손실계수를 젖은 노면의 제동성능 대응치로, 60℃에서의 동적 손실계수를 회전 저항 즉, 연비성능의 대응치로서 이용할 때, 0℃에서의 동적 손실계수가 크고, 60℃에서의 동적 손실계수가 작으면 제동성능 및 연비성능을 모두 만족시킬 수 있음을 알 수 있다.

연비성능을 개선시키기 위해서는 타이어와 노면과의 마찰을 줄여야 하는데 이 경우에 타이어의 제동성능이 저하되는 상반된 특성이 나타나게 된다. 이러한 상반된 특성을 동시에 만족시키는 방법으로써 실리카 배합이 연구 개발되어 왔으나, 실리카는 자체적으로 표면에 기능기가 과다하게 집중되어 산도가 높고, 충진제-충진제 간에 높은 반응성을 보이고 상대적으로 충진제-고무와는 낮은 반응성을 보임으로써 이상적인 가류 물성을 얻기 위해서는 특별한 가공조건을 필요로 하며, 또한 다량의 커플링 에이전트를 필요로 한다.

그리고, 실리카 물질 자체적인 비중등의 이유로 인하여 폴리머와의 배합시 비산되어 분산이 어렵고 가류물성에서는 저조한 마모성의 문제등 여러 가지 문제점을 안고 있어 널리 사용되고 있지 못하는 상황이다. 따라서, 이러한 문제를 해결하고자 하는 연구노력이 다방면으로 진행되고 있다.

상기 문제들을 해결하기 위해 본 발명에서는 실리카의 구성 물질인 실라놀 성분을 카본블랙 표면에 접목시켜 표면을 개질한 특수 충진제인 카본블랙-실리카의 2상 충진제를 사용함으로써 카본블랙 배합의 문제점인 젖은 노면에서의 제동성능과 연비성능, 실리카 배합물이 갖고 있는 가공성능과 마모성능의 문제점을 동시에 개선할 수 있다.

본 발명의 목적은 실리카가 가진 가공성능 및 배합물의 내마모 성능의 문제점을 개선하면서, 젖은 노면에서의 제동성능과 연비성능을 동시에 향상시키는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 고무 100중량부에 대하여, 실리카-카본블랙 이상 충진제 10 내지 100중량부 및 통상의 첨가제로 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 실리카-카본블랙 이상 충진제는 카본블랙 제조 공정 중 실라놀 기체를 반응로에 통과시켜 카본블랙 표면에 실라놀 성분을 카본블랙에 대하여 3 내지 20 중량비로 표면 개질시킨 것이다.

상기 이상 충진제는 질소흡착 표면적이 1그람당 90 내지 190평방미터 및 디비피값이 100그람당 70 내지 150㎖이고, 타이어 트레드용 고무 조성물 제조시 10 내지 100 중량부 사용함을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 통상 고무용 배합제로 사용되는 다른종류의 충진제(블랙포함)도 함께 사용할 수가 있으며, 가교 결합을 용이하게 형성하도록 하기 위하여 커플링 에이전트, 노화 방지제, 연화제, 가황제, 가황 촉진제 등을 적정 배합하는 것은 물론이다.

본 발명에서는 고무 보강제로 사용하는 통상의 고무 보강용 카본 블랙에 실리카 성분인 실라놀 성분을 접목시킨 실리카-카본블랙 이상 충진제를 고무에 배합함으로써 실리카의 특성인 저연비 성능 및 제동 성능을 지님과 동시에 카본 블랙의 보강성을 동시에 만족시키고, 카본블랙 배합의 문제점인 젖은 노면에서의 제동성능과 연비성능, 실리카 배합물이 갖고 있는 가공성능과 마모성능의 문제점을 동시에 개선할 수 있다.

즉, 카본-실리카의 이상충진제는 카본블랙 제조공정에서 오일과 공기가 투입되는 기존의 공정을 변경하여 실라놀 성분의 기체가 오일, 공기와 함께 반응로에 투입되도록 하여 제조된 충진제로 카본블랙 응집체에 실라놀 성분이 물리적, 화학적 결합을 통하여 결합되어 있는 카본블랙-실리카의 2 개상을 가진 이상 충진제로써 기존의 카본블랙보다도 더욱 발달된 기공면적인 5m²/g 이상을 갖는 특성을 보인다.

이상 충진제는 실리카 성분이 카본 응집체에 분산 결합되어 있어서 실리카-실리카, 카본-카본간의 거리가 멀게되어 고무 메트릭스에 분산될 때 이들끼리 마주칠 확률이나 가능성이 감소됨으로써 실리카가 배합물에서 보여주는 실리카 고유의 특성인 충진제-충진제간의 고반응성을 낮추어 주고 충진제-폴리머간의 저반응성을 증가시킴으로써 충진제 네트워크 발달을 감소시킴으로써 충진제의 가장 중요한 보강 특성을 갖는 바운드러버의 생성을 증가시켜 각각의 카본블랙과 실리카 배합물이 지닌 특성을 유지하면서 문제점에 대하여는 개선 효과를 나타낸다.

즉, 실리카의 저조한 가공성능, 비산 등의 문제점과 기존의 실리카 배합물이 가진 저조한 마모성능 문제점을 개선하면서 동시에 젖은 노면에서의 제동성능과 연비성능은 향상됨을 알게되어 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

가류전 고무 시트는 표 1에 나타낸 고무와 첨가제를 사용하여 통상적인 과정에 의해 준비되었으며, 이러한 고무는 160℃에서 20분 가류하였다. 얻어진 결과는 표 1과 같다.

이하의 실시예와 비교예에서 실시된 타이어 성능 평가시험은 다음과 같은 방법으로 실시하였다.

[람본 마모량 측정 방법]

상온에서 슬립율 25%일 때 고무 산업에서 통상 사용하는 마모 시험기로 측정하였다.

[동적 손실계수(tanδ) 측정 방법]

온도를 변화시키면서 트위스타입 점탄성 시험기를 사용하여, 0.5% 변형율에 10 Hz 주파수로 측정하였다.

[실시예 1]

하기 표1과 같이 천연 고무 20중량부, 합성 고무 80중량부 및 고무 100중량부에 대하여, 카본블랙 30중량부, 이상 충진제 40중량부, 연화제 40중량부, 커플링 에이전트 5중량부, 유황 1.8중량부, 촉진제 2.0중량부 및 가류 지연제 0.2중량부의 조성으로 통상적인 과정에 의해 준비되었으며, 160℃에서 20분 가류하여 제조된 고무 조성물로 시험 시편을 제조하여 람본 마로량 및 동적 손실계수를 측정하였다.

[실시예 2]

실시예 1에 비교하여, 카본블랙이 포함되지 않았고 이상 충진제 70중량부 및 커플링 에이전트 10 중량부를 포함하며 그외의 조성은 실시예 1과 동일하며 같은 제조 조건에서 제조된 고무 조성물로 시험 시편을 제조하여 람본 마모량 및 동적 손실계수를 측정하였다.

[비교예 1]

실시예 1에 비교하여, 이상 충진제가 포함되지 않았고 카본블랙 60중량부, 실리카 50중량부 및 커플링 에이전트 10중량부를 포함하며 그외의 조성은 실시예 1과 동일하며 같은 제조 조건에서 제조된 고무 조성물로 시험 시편을 제조하여 람본 마모량 및 동적 손실계수를 측정하였다.

[표 1]

합성고무 : 용액중합 스타이렌 부타디엔 고무와 유화중합 스타이렌 부타디엔 고무

연화제 : 아로마틱 오일

커플링에이전트 : 에스아이-69(N300 카본블랙에 비스-(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설판이 50% 혼합된 배합제.

촉진제 : CZ, N-사이클로헥실-2-벤조티아질 설펜아마이드

혼합전력 : 코베스틸(일본)제 비비-4, 혼합고무량 2,200그람

tan δ : 동적 손실계수

상기 실시예 1은 비교예 1과 차이를 비교해 보면 이상 충진제의 사용으로 0℃에서 동적 손실계수가 증가됨을 알 수 있으며, 따라서 젖은 노면에서의 제동성능이 향상되고 60℃에서 동적 손실계수의 감소로부터 연비성능이 개선됨을 알 수 있다. 동시에 람본 마모량으로 부터 내마모성도 뚜렷이 개선됨을 알 수 있다. 실시예 2를 비교예 1과 비교해 보면 성분면에서 실리카를 제외하고 더 많은 이상 충진제를 사용한 경우이고, 이 비교에 의해 연비성능과 제동성능 및 내마모성이 더욱더 향상됨을 알 수있다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 고무 조성물은 기존 실리카 배합의 특징인 연비성능과 젖은 노면에서의 제동 성능에 대해서는 더욱 향상된 성능을 가지며, 실리카 배합의 문제점인 가공성능, 내마모성능은 크게 개선시킨다.

본 발명의 방법에 의한 제조의 구체적인 향상된 점은 다음과 같다.

상기 실시예 1은 비교예 1과 차이를 비교해 보면 두 개의 배합은 충진제로써 카본블랙과 동시에 사용되고 실리카를 포함하지 않고 이상 충진제(40중량부)를 사용하여 0℃에서 동적 손실계수가 0.2427에서 0.2766으로 증가됨을 알 수있으며, 따라서 젖은 노면에서의 제동성능이 향상되고, 60℃에서 동적 손실계수가 0.1937에서 0.1644로 감소됨으로부터 연비성능이 개선됨을 알 수있다. 또한 람본 마모량이 0.405에서 0.344로 감소됨으로 부터 비교예 1보다 내마모성이 대폭 개선됨을 알 수있다. 실시예 2는 비교예 1과 차이를 비교해 보면 충진제로써 카본블랙은 동시에 사용하지 않고 실리카를 포함하지 않고 더 많은 이상 충진제(70중량부)를 사용한 경우이고, 이 비교에 의해 0℃에서 동적 손실계수가 0.2427에서 0.2723으로 감소함을 알수 있으며, 따라서 젖은 노면에서의 제동성능은 더욱 향상되고, 60℃에서 동적 손실계수가 0.1937에서 0.1314로 감소됨 으로 부터 연비성능도 더욱 개선됨을 알 수 있다. 람본 마모량은 0.405에서 0.403으로 감소됨으로부터 비교예 1과 대등한 내마모성을 보여준다.

Claims (2)

1. 고무 100중량부에 대하여 실리카-카본블랙 이상 충진제 10 내지 100중량부 및 통상의 첨가제인 아로마틱 오일, 유황, 촉진제로서 N-사이클로헥실-2-벤조티아질 설펜아마이드, 커플링 에이전트로서 카본블랙에 비스-(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설판이 50% 혼합된 배합제로 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 이상 충진제는 카본블랙 표면 제조공정중 실라놀 성분기체를 반응로에 투입시켜서 반응로내에서 카본블랙 표면에 실라놀 성분을 카본블랙 대비 3 내지 20중량비로 개질시킨 실리카와 카본으로 이루어지며, 질소흡착 표면적이 1그람당 90 내지 190평방미터, 디비피값이 100그람당 70 내지 150㎖인 이상 충진제를 10 내지 100중량부 사용함을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.