KR100360940B1

KR100360940B1 - 스터드리스 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100360940B1
Application number: KR1020000067612A
Authority: KR
Inventors: 채명직; 신경섭; 안용진
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-11-23
Also published as: KR20020037594A

Abstract

본 발명은 통상의 조성에 셀룰로오스를 점착마찰력 증가를 위해 첨가한 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 첨가되는 셀룰로오스의 표면을 실리콘계 화합물로 표면처리한 것으로, 이는 고무 조성 중 카본블랙과의 분산성의 문제없이 눈이나 얼음과 같은 노면에 대한 마찰력을 증대시켜 제동성이 향상되며, 별도의 실리카나 커플링제를 첨가하지 않아도 되므로 내마모성을 향상시킬 수 있어 겨울용 스터드리스 타이어용으로 적합하다.

Description

스터드리스 타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}

본 발명은 스터드리스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 얼음이나 눈내린 노면에서의 제동성능이 우수하며, 내마모성의 저하가 없을 뿐만 아니라 분산성이 우수한 겨울용 스터드리스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

현재 스터드 타이어에 의한 분진 공해를 막기 위해 이의 사용에 대한 금지가 법제화되고 있는 추세로서, 스터드 타이어를 대신하여 스터드리스 타이어의 사용이 급속도로 증가하고 있다.

그러나, 동결 노면에서 스터드 타이어와 비교하여 스터드리스 타이어는 그립성이 떨어지는 경우가 있어 개선이 요구되고 있다.

겨울철 노면에서 그립성을 향상시키기 위해서는 트레드와 노면 사이의 마찰력을 향상시킬 필요가 있다.

이러한 마찰력을 향상시키기 위해, 발포고무로 트레드를 구성한 스터드리스타이어가 개발되어 있다. 이 스터드리스 타이어는 발포공에 의한 에지 성분으로 마찰력을 증대시키고, 에지에 의한 수막 제거 작용으로 점착 마찰력을 증대시키는 것을 목적으로 하고 있다. 그러나, 이와같은 스터드리스 타이어는 마찰력을 증대시키기 위하여 발포공의 비율, 즉 발포율을 높여야만 하는 단점을 가지고 있는데, 발포율의 증대는 트레드 전체의 연화에 관련되고, 더 나아가서는 비 적설지로의 운동성능이나 내마모성 저하의 원인이 된다.

또 다른 방법으로는, 셀룰로오스 물질을 함유한 분체 가공품을 고무 조성물로 하여 트레드를 구성한 타이어의 경우가 있다. 이 타이어에 사용된 고무 조성물에 포함된 셀룰로오스 분체는 고무 성분과 화학적 결합을 형성하지 않기 때문에 트레드 표면에 석출되고, 주행 중에 탈락하고 탈락공이 생긴다. 이 탈락공은 상기의 발포공과 마찬가지로 점착 마찰력의 증대에 기여할 수 있다. 또한, 이같은 셀룰로오스 분체는 트레드 표면에 석출되고 탈락할 때까지는 고무 조성물 중의 첨가제로서 존재하기 때문에 상기의 발포고무의 경우와 다르고, 트레드 표면의 연화를 초래하는 경우는 없으며, 비 적설지로의 내구성의 저하를 초래하지도 않는다.

그러나, 타이어 고무 조성물 중의 카본블랙은 하이드로포빅(hydrophobic)하며, 셀룰로오스는 하이드로필릭(hydrophilic)하므로 분산에 문제가 발생되어 탈락공이 불규칙하고 어느 한 부분에 치우치는 문제가 있어, 그 특성을 충분히 발휘할 수가 없게 된다.

또 다른 방법으로는, 카본블랙의 대체로서 실리카와 실란 커플링제를 이용하여 저온시의 모듈러스를 저하시켜 점착마찰력을 향상시키는 기술이 있으나, 고하중시에 내마모성이 저하되는 문제가 발생된다.

이에, 본 발명자는 종래 기술 중 셀룰로오스를 사용함에 따른 분산의 문제점을 해결함과 동시에 얼음이나 눈이 내린 노면에서의 제동성능을 향상시키며, 내마모성의 저하를 가져오지 않는 다른 방법을 모색하던 중, 실리콘계 화합물로 셀룰로오즈의 표면을 처리하여 첨가한 결과, 셀룰로오즈와 카본블랙의 극성을 같게 함으로써 분산성을 향상시키고 실리콘계 화합물이 트레드 표면에 석출되고, 동결 노면에서 트레드면과 노면과의 사이에 존재하는 수막을 제거하여 마찰력을 증대시킴으로써 제동성을 향상시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 셀룰로오스의 표면을 실리콘계 화합물로 표면처리하여 분체로서 첨가함으로써 통상적으로 셀룰로오스와 카본블랙의 극성이 다름으로 인해 발생되는 분산성의 저하를 해결하고, 제동성을 향상시켜 스터드리스 타이어 트레드용으로 적합한 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스터드리스 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무, 셀룰로오스, 카본블랙 및 기타 배합제를 포함하는 것으로, 이때 셀룰로오스는 3-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란을 셀룰로오스 중량에 대해 3∼15중량부 되도록 사용하여 표면처리한 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 고무 조성물은 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물과 그 조성이 동일 또는 유사하나, 점착마찰력 증대를 위해 첨가되는 셀룰로오스의 표면을 처리한 것에 그 특징이 있다.

상술한 바와 같이 셀룰로오스 분체는 고무 성분과 화학적 결합을 형성하지 않기 때문에 트레드 표면에 석출되고, 주행중에 탈락하여 탈락공이 생긴다. 이 탈락공은 점착마찰력의 증대에 기여할 수 있다. 또한, 셀룰로오스 분체는 트레드 표면에 석출하여 탈락될 때까지는 고무 조성물 중의 첨가제로서 존재하기 때문에 트레드 표면의 연화를 초래하지도 않으며, 비 적설지로의 내구성 저하도 초래하지 않는다.

그러나, 셀룰로오스는 하이드로필릭하여 고무 조성 중 카본블랙과의 분산성에 문제가 있었던 바, 이를 해결하기 위해 셀룰로오스 표면을 실리콘계 화합물로 처리한다.

셀룰로오스 표면처리에 사용되는 실리콘계 화합물은 다른 고무 성분과는 화학적 결합을 하지 않기 때문에 트레드 표면에 석출되기가 쉽고, 또한 발수성이 극히 높기 때문에 트레드 표면에 석출된 실리콘 화합물이 동결 노면에서 트레드면과 노면과의 사이에 존재한 수막을 제거하기 때문에 마찰력을 증대시키는 역할을 한다. 또한, 트레드 표면에 석출된 실리콘계 화합물은 주행중에 탈락하여 탈락공이 생기고, 이 탈락공이 종전의 발포공과 마찬가지로 마찰력의 증대에 기여한다.

그리고, 실리콘계 화합물은 우수한 tanδ(동적손실계수) 온도의존성을 구비하고, 스터드리스 타이어용 트레드 고무조성물에 적용할 경우에는 고가의 실리카의 사용을 줄이고도 회전저항성과 제동력 등의 물성을 유지하면서, 보강성을 더 개선할 수 있으며, 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 카본블랙과 같이 하이드로포빅하므로 셀룰로오tm와 카본블랙간의 분산성 문제를 해결할 수 있다.

이와같이 표면처리된 셀룰로오스를 첨가할 경우, 종전과 같이 실리카와 커플링제를 사용하지 않아도 되므로, 내마모성의 저하를 일으키지 않는다.

이와같은 역할을 하는 실리콘계 화합물로 셀룰로오스의 표면을 처리하는 데 있어서, 구체적으로 사용된 실리콘계 화합물은 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란이다. 표면처리시 그 사용량은 셀룰로오스 중량에 대해 1∼35중량부, 바람직하게는 3∼15중량부이다. 만일, 표면처리된 실리콘계 화합물의 함량이 셀룰로오스 중량에 대하여 3중량부 보다 적으면 그 효과가 미미하고, 15중량부를 초과하면 탈락공이 너무 많이 발생되어 얼음이나 눈과 같은 노면에서 제동성능은 향상시킬 수 있으나, 내마모성이 저하되는 단점이 있다.

이와같은 표면처리된 셀룰로오스를 원료고무 100중량부에 대하여 3∼20중량부로 첨가하는 바, 만일 그 함량이 원료고무 100중량부에 대하여 3중량부 미만이면 셀룰로오스의 특성을 이용한 효과가 충분히 얻어지지 않고, 20중량부 초과하면 내마모성이 저하되는 단점이 있다.

본 발명 고무 조성물에는 통상의 카본블랙을 30∼60중량부 되도록 첨가할 수 있으며, 기타 배합제들로는 통상 사용되는 가류촉진제, 가류제, 스테아린산, 산화아연, 노화방지제 등을 첨가할 수 있다.

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

제조예 1: 표면처리 셀룰로오스의 제조

표면처리용 셀룰로오스 1kg에 각각 3-메타크릴록시프로필트리메톡시 실란 (A-174) 100g 및 테트라클로로카본을 첨가하고, 이 혼합물을 1시간 동안 일정온도에서 믹서에서 혼합하고, 건조하여 표면처리된 셀룰로오스를 제조하였다.

실시예 1∼3 및 비교예 1∼3

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 배합제를 반바리 믹서를 이용하여 배합하여 고무 시트를 제조하였다. 얻어진 고무 시트를 150℃의 가류 프레스에서 30분간 가류하여 시험 시편을 준비한 뒤, 모듈러스와 내마모성 및 점탄성을 측정하여 가황 물성을 측정하였다. 그 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다.

	실 시 예	비교예
	1	2	3	1	2	3
디엔계 천연고무⁽¹⁾	100	100	100	100	100	100
카본블랙⁽²⁾	40	40	40	45	40	-
실리카⁽³⁾	-	-	-	-	-	45
셀룰로오스⁽⁴⁾	-	-	-	-	15	-
표면처리 셀룰로오스⁽⁵⁾	5	10	15	25	-	-
산화아연	4	4	4	4	4	4
스테아린산	3	3	3	3	3	3
노화방지제⁽⁶⁾	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
노화방지제⁽⁷⁾	1	1	1	1	1	1
노화방지제⁽⁸⁾	1	1	1	1	1	1
실리카 커플링제⁽⁹⁾	-	-	-	-	-	7
가류촉진제	1	1	1	1	1	1
유황	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7
(주)(1)디엔계 천연고무로 국제 표준 견본에 의한 암갈색 내지 황색 리브드 스모크 시이트(2)N2SA값이 95∼㎡/g이고, DBP 흡유량이 90∼130㎖/100g인 카본블랙(3)N2SA값이 175㎡/g이고, CTAB 비표면적이 166㎡/g인 실리카(4)입자경이 10∼50㎛인 셀룰로오스 분체(5)실리콘 화합물을 10중량부 처리한 셀룰로오스(6)N-1,3-디메틸부틸폴리 2,2,4-트리메틸(7)1,2-디하이드로 퀴놀린(8)왁시 하이드로카본(9)X-50S

	실 시 예	비교예
	1	2	3	1	2	3
인장물성	경도	65	66	67	68	66	65
	300% 모듈러스	169	175	170	209	177	169
	파단시 신장율(%)	425	418	422	386	375	413
	인장강도(kg/㎠)	239	241	244	264	222	237
내마모성(람본 마모)	110	102	105	90	93	85
tanδ-20℃	0.270	0.275	0.280	0.292	0.232	0.272

본 발명에서 카본 블랙과 셀룰로오스의 분산성 문제는 표면처리하지 않은 경우와 처리한 경우의 인장 물성 및 내 마모성등의 물성 차이에 의해 설명되어질 수 있다.

상기 표 2의 결과로부터, 본 발명에 따라 표면처리된 셀룰로오스를 첨가한경우 tan -20℃ 값이 증가하는 결과를 나타내므로 눈이나 얼음과 같은 노면에서 제동성능이 향상된 것을 알 수 있다. 그리고, 람본 마모시험에서도 유리한 결과를 나타내었는 바, 내마모성도 우수함을 알 수 있다. 그리고, 카본블랙과의 분산성 면에서도 우수한 결과를 얻을 수 있다.

그러나, 표면처리되지 않은 셀룰로오스를 첨가한 비교예 2의 경우는 분산성이 떨어지고, 내마모성이나 제동성도 떨어짐을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 실리콘 화합물로 표면처리한 셀룰로오스를 점착마찰력 증가를 위해 첨가하는 경우, 고무 조성 중 카본블랙과의 분산성의 문제없이 눈이나 얼음과 같은 노면에 대한 마찰력을 증대시켜 제동성이 향상되며, 별도의 실리카나 커플링제를 첨가하지 않아도 되므로 내마모성을 향상시킬 수 있어 겨울용 스터드리스 타이어용으로 적합하다.

Claims

원료고무, 셀룰로오스, 카본블랙 및 기타 배합제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

상기 셀룰로오스는 3-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란을 셀룰로오스 중량에 대해 3∼15중량부 되도록 사용하여 표면처리한 것임을 특징으로 하는 스터드리스 타이어 트레드용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 표면처리된 셀룰로오스는 원료고무 100중량부에 대하여 3∼20중량부 되도록 첨가한 것임을 특징으로 하는 스터드리스 타이어 트레드용 고무 조성물.