KR100351022B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 유리전이온도 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 함유하고, 여기에 D50이 5.0 이하이며, BET 비표면적이 400㎡/g이하이고, CTAB 비표면적이 400㎡/g 이하인 실리카를 포함한 것으로, 이는 마모성능이나 회전저항, 그리고 제동성능을 고루 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무를 제공할 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Tire tread composition}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정의 실리카를 사용하고, 유리전이온도가 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 일부 사용함으로써 내마모성, 제동성능 및 연비성능이 고루 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

타이어 산업이 발전함에 따라, 저연비, 저회전저항, 그리고 환경친화적인 제품을 생산하기 위해 기술력을 확대하고 있다. 이를 위한, 최초의 관심은 보강제로 가장 널리 사용되는 카본블랙과 폴리머와의 상호작용력을 향상시키고자 하는 것이다. 그러나, 카본블랙의 특성상 그 한계가 있어, 이에 대한 해결책으로 실리카가 제시되었다. 그런데, 실리카는 극성이 강한 특성으로 인해 비극성인 고무와의 혼화성이 용이하지 않았다. 이를 해결하기 위해, 커플링제를 도입하게 되었다.

따라서, 실리카와 폴리머의 상호작용력을 향상시킬 수 있었는 바, 이때부터 실리카를 응용한 타이어 기술은 비약적으로 발전하기 시작하였다.

한편, 두 개의 작용기를 가지는 커플링제('실란 커플러'라고도 한다)는 고분자의 보강제로 쓰이는 무기필러와의 상호작용을 화학적 결합으로 만드는 작용을 하여, 무기필러의 보강성을 향상시키는 작용을 하는 것으로 알려져 있다.

초기에는 레진의 보강제인 유리섬유의 보강성을 향상시키는 작용을 하였지만, 최근에는 그 용도가 확대되어 무기물의 표면처리, 활성 물질의 고착화, 실리카를 보강제로 사용하는 타이어의 제조 등에 사용되고 있다.

이들 커플링제로, 고분자와 결합할 수 있는 부분에 유황을 포함하는 것이 타이어 제조업체에서 일반적으로 사용하는 것으로서, 고분자와의 반응부가 모노설퍼이드인 경우와 다이설파이드인 경우, 그리고 폴리설파이트인 경우가 있다.

이를 유황을 포함하는 커플링제를 사용한 예로, 미합중국 특허 제3,798,196호, 제3,842,111호, 제3,978,103호, 제4,444,936호, 제4,012,403호, 제4,044,037호, 제5,675,014호, 그리고 유럽특허 제0018094호 등을 들 수 있다.

한편, 종래의 저연비성 타이어에 사용되는 트레드용 고무 조성물의 경우에는, 저연비성과 함께 젖은 노면에서의 제동성능 및 내마모성을 동시에 향상시키는 것이 매우 어렵다.

젖은 노면에서의 제동성능이 낮은 문제를 해결하기 위해서, 종래에는 카본블랙의 사용량을 증가시키거나, 또는 유리전이온도가 높은 고무를 사용함으로써 부분적으로 저연비성을 희생하면서 젖은 노면에서의 제동성능을 향상시키고자 하였다.

그리고, 내마모성이 낮은 문제점을 해결하기 위해서는 부타디엔 고무를 사용하거나 카본블랙 사용량을 증가시켰다. 그러나, 부타디엔 고무의 사용은 젖은 노면에서의 제동성능이 악화되는 문제점을 발생시키고, 카본블랙의 증량은 저연비 성능을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

이에 본 발명자는 종래 내마모성, 제동성능, 그리고 저연비성을 고루 향상시키기 위해 연구 노력하던 중, 특정 유리전이온도를 갖는 고무를 사용하고, 특정한 특성이 발달된 침강성 실리카를 첨가한 결과, 제동성능, 내마모성 및 저연비성능을 고루 향상시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 내마모성능, 저연비성능 및 제동성능을 고루 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무, 보강제, 연화제, 산화아연, 스테아린산, 가공조제, 가황제 및 가류촉진제로 이루어진 고무 조성물로서, 상기 원료고무는 유리전이온도 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 30∼100중량부 포함하며, 실리카는 D50이 5.0㎛ 이하이고, BET 비표면적이 400㎡/g 이하이고, CTAB 비표면적이 400㎡/g 이하인 것임을 그 특징으로 한다.

본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 특정의 실리카를 첨가한다.

본 발명에서 첨가되는 실리카는 D50이 5.0㎛ 이하인 실리카로서, 이때, D50(㎛)의 측정은 실리카가 파우더나 그래뉼, 그리고 마이크로 펄 등의 어떠한 형태를가지고 있더라도 일정한 형태로 전처리를 한 후 측정한다. 전처리한 실리카를 물에 분산시켜 일정한 에너지를 가한다. 약 5분간 초음파처리한 후 레이져 스케터링 장비를 이용하여 실리카 입자 사이즈 분포를 측정한다. 이 값이 작을수록 실리카가 고무에 분산이 잘되는 판단기준으로 사용한다. 또한, 실리카는 BET값이 400㎡/g 이하이고, CTAB값이 400㎡/g 이하인 것이 바람직하다.

만일, 실리카가 상기의 기준을 벗어나면 가류 시간이 느려지는 문제뿐만 아니라 현장에서의 가공이 불가능한 문제를 야기할 수 있다.

한편, 본 발명의 원료고무는 부타디엔 고무 또는 스티렌-부타디엔 고무로서, 적어도 -50∼-10℃의 유리전이온도를 갖는 스티렌-부타디엔 고무를 전체 고무 성분 중 30∼100중량부로 함유하여야 한다. 유리전이온도가 -50∼-10℃인 고무를 30중량부 이상 사용함으로써 젖은 노면에서의 제동성능을 높일 수 있게 된다. 본 발명에서 사용되는 스티렌-부타디엔 고무는 유리전이온도가 -50∼-10℃인 모든 스티렌-부타디엔 고무를 사용할 수 있다.

상기한 원료고무와 실리카 외에 본 발명의 고무 조성물은 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 첨가되는 연화제, 가류활성제인 산화아연 및 스테아린산, 가공조제, 가황제, 가류촉진제, 그리고 커플링제를 함유함은 물론이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼3 및 비교예 1∼4

실시예 및 비교예에서 사용된 실리카의 조건은 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.

이와같은 실리카를 포함하여, 다음 표 2에 나타낸 바와 같이 원료고무, 연화제, 가류활성제인 산화아연 및 스테아린산, 가공조제, 가황제 및 가류촉진제, 그리고 커플링제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 배합한 후 일정온도에서 방출하였다.

단계별로 상세히 설명하면, 우선 원료고무 2/3의 보강제 및 커플링제, 산화아연, 스테아린산, 그리고 연화제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합 한 후 100℃에서 방출하였다. 그 다음, 얻어진 배합고무에 1/3의 보강제 및 커플링제, 연화제, 그리고 가공조제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 160℃에서 방출하였다. 마지막으로, 여기에 가황제 및 가류촉진제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 1분 30초 후 방출하였다.

	CTAB(㎡/g)	BET(㎡/g)	D50(㎛)
실리카	A	157	156	6.5
	B	150	218	5.4
	C	167	179	4.6
	D	160	159	2.3
	E	147	216	2.6
	F	110	111	3.7

(단위: 중량부)
	실시예	비교예
	1	2	3	1	2	3	4
합성고무	KBR31	33	33	33	33	33	33	33
	s-SBR	76	76	76	76	76	76	76
실리카	A	-	-	-	-	80	85	-
	B	-	-	-	-	-	-	80
	C	80	-	-	-	-	-	-
	D	-	80	-	-	-	-	-
	E	-	-	80	-	-	-	-
	F	-	-	-	80	-	-	-
커플링제(Si-69)	6.4	6.4	6.4	6.8	6.4	6.4	6.4
연화제(A#2 Oil)	31	31	31	31	31	31	31
산화아연	3	3	3	3	3	3	3
스테아린산	2	2	2	2	2	2	2
가공조제	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
유황	1.4	1.4	1.4	1.4	1.4	1.4	1.4
촉진제	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7
촉진제(DPG)	2	2	2	2	2	2	2
(주)KBR31: A#2 Oil 37.5 phr extended BRs-SBR: 유리전이온도 -20℃인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무

실험예

상기 실시예 1∼3 및 비교예 1∼4에 따라 얻어진 고무제품에 대한 물성을 측정하여 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

	실시예	비교예
	1	2	3	1	2	3	4
300% 모듈러스(MPa)	12.1	13.0	11.8	13.3	12.0	12.5	12.2
신장율(%)	385	395	413	385	412	390	405
마모도(g)	0.087	0.087	0.090	0.079	0.090	0.089	0.090
tanδ	0℃	0.630	0.624	0.636	0.499	0.616	0.610	0.584
	60℃	0.141	0.143	0.142	0.125	0.142	0.145	0.143

상기 표 3에 있어서, 마모도는 피코마모도(PICO abrasion)이고, 0℃ tanδ는 제동특성을 나타내는 것으로서, 수치가 높을수록 제동성능이 우수함을 의미한다. 60℃ tanδ는 회전저항을 나타내는 것으로서, 수치가 낮을수록 성능이 우수함을 의미한다.

상기 표 3의 결과로부터, 실시예 1∼3의 경우 D50이 5.0 이하인 것을 사용함으로써 그렇지 못한 비교예 1∼4에 비하여 마모성능이나 회전저항 성능 및 제동성능이 고루 향상되었음을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 유리전이온도 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 전체 고무 조성 중 30∼100중량부 원료고무로서 함유하고, D50이 5.0㎛ 이하인 실리카를 첨가한 고무 조성물의 경우, 마모성능, 회전저항 및 제동성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. (정정)원료고무, 보강제, 연화제, 산화아연, 스테아린산, 가공조제, 가황제, 가류촉진제 및 커플링제로 이루어진 고무 조성물에 있어서,

   상기 원료고무는 유리전이온도 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 30∼100중량부 포함하며, 실리카는 D50이 5.0㎛ 이하이고,BET 비표면적이 400㎡/g 이하이고, CTAB 비표면적이 400㎡/g 이하인 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
2. (삭제)
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 실리카는 원료고무 100중량부에 대하여 10∼120중량부 되도록 포함하는 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.