KR100361589B1

KR100361589B1 - 내마모성이 향상된 타이어용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100361589B1
Application number: KR1020000028945A
Authority: KR
Inventors: 김상구; 조영신; 박일용
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2000-05-29
Publication date: 2002-11-22
Also published as: KR20010107421A

Abstract

본 발명은 에멀젼 중합방법으로 제조된 디엔계 고무로서 유리전이 온도가 -40 내지 -20℃ 이며, 미세 구조 조성 중 스티렌 함량이 38 내지 42 중량% 이고, 방향족 오일이 32 내지 36 중량% 유전된 스티렌 부타디엔 고무, 및 용액 중합 방법으로 제조된 디엔계 고무로서 유리 전이 온도가 -110 내지 -100 ℃ 이며, 미세 구조 조성 중 1,4 시스-부타디엔 함량이 96 % 이상인 부타디엔 고무로써 이루어진 고무 기재 100 중량부에 대해, 유용한 보강제로서 카본 블랙 60 내지 110 중량부 및 통상의 첨가제로 이루어진 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 고무 조성물은 디엔계 고무의 분자 구조 특성 및 분자량 특성을 조절하여 일정 범위 내의 무니 점도 유지 및 가공성 향상을 위해 방향족 오일을 유전한 디엔 고무를 사용하여 발열 특성, 회전 저항 특성 및 제동성의 손실 없이 내마모 성능의 향상 및 혼합성을 향상시킬 수 있다.

Description

내마모성이 향상된 타이어용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE WITH IMPROVED ABRASION RESISTANCE}

본 발명은 내마모성이 향상된 타이어용 고무 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 타이어 산업에서 유용하게 사용되는 에멀젼 중합 방법으로 생산되는 스티렌-부타디엔 디엔 고무의 분자 구조 특성 및 분자량 특성을 새롭게 설계하여 만든 새로운 개념의 스티렌-부타디엔 디엔 고무와, 미세구조 조성 중 1,4 시스-부타디엔 함량이 96% 이상인 부타디엔 고무로 이루어진 고무 기재에 대해, 특정한 카본 블랙을 사용하여 다른 성능의 저하 없이 내마모 성능을 향상시킬 수 있는 고무 조성물에 관한 것이다.

타이어 개발의 대부분은 구조적 측면과 타이어에 사용되는 재료의 응용 기술적 측면으로 집약될 수 있으며, 특히 타이어의 재료 부분에 있어서는 에너지 절약과 환경을 고려한 타이어의 개발에 대부분의 연구가 집중되고 있다. 최근, 재료측면에서 이루어지고 있는 타이어 개발 경향은 저연비용 타이어, 고내마모성 타이어와 고제동성 타이어의 개발, 및 이와 같은 특성과 내췹컷 성능을 조합한 타이어의 개발 등이다. 특히, 최근의 타이어 고무 배합 기술은 이들 특성들을 조합하는 기술에 집중되어 있으며, 이를 위해 최근에 개발된 여러 신소재를 다양하게 적용하는 연구 개발이 시도되고 있다.

예를 들면, 일본 특개소55-12133호 및 일본 특개소56-127650호에는 고비닐 부타디엔(이하, V-BR 이라 칭함)을 특히 적용한 고무 배합 조성물이 기재되어 있고, 일본 특개소57-55204호 및 일본 특개소57-73030호에는 고비닐 스티렌 부타디엔(이하, V-SBR 이라 칭함)을 적용한 고무 배합 조성물이 기재되어 있으나, 이들 경우는 고웨트 제동, 저발열 특성을 나타내지만 상당히 열등한 내마모 특성을 나타낸다.

또한, 일본 특개소61-141741호 및 일본 특개소61-42552호도 역시 V-SBR을 사용하였으나, 열등한 내마모 성능을 해결하지 못하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 폴리머를 통한 물성 향상을 기대하기 어렵게 되자 새로운 카본 블랙 적용을 통한 문제 해결을 시도하였다. 예를 들면, 입자 크기가 작은 카본 블랙을 사용하거나, 카본 블랙의 사용량을 줄이는 등의 종래의 방법 뿐만 아니라, 일본 특개소59-2451호에서는 카본 블랙이 배합에서 보강 효과를 나타내는 최소 단위가 어그리게이트사이즈(aggregate size) 수준이라는 연구 결과를 응용하여 주로 다른 특성, 예를 들면 고내마모성, 고제동성을 유지하며, 저연비성 및 현장 혼합 가공성을 향상시킨 배합 조성물을 발명하였으나, 역시 내마모성은 크게 증가하지 못하였다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 기존의 미세구조 함량을 변경하여 제동력을 향상시킬 수 있는 디엔 고무 개발 및 현장 가공성의 어려움을 분자구조 특성, 분자량 분포 조절 및 방향족 오일을 유전하여 극복하였으며, 이를 통하여 내마모성을 향상시키고, 발열 특성, 회전 전항 및 제동성의 손실이 전혀 없는 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 에멀젼 중합방법으로 제조된 디엔계 고무로써 유리전이 온도가 -40 내지 -20 ℃이며, 미세구조 조성 중 스티렌 함량이 38 내지 42 중량%, 방향족 오일 함량이 32 내지 36 중량%, 100℃ 에서의 무니 점도(Mooney Viscosity)가 50 내지 60 인 스티렌 부타디엔 고무 100 내지 50 중량부 (순고무 비율)와, 용액 중합 방법으로 제조된 디엔계 고무로써 유리전이 온도가 - 110 내지 -100℃이며, 미세 구조 조성 중 1,4 시스-부타디엔 함량이 96% 이상인 부타디엔 고무로써 이루어진 부타디엔 고무 0 내지 50 중량부 (순고무 비율)로 이루어진 블렌딩 고무 100 중량부에 대해, CTAB가 132 m²/g , ISA가 140 mg/g, DBP가 130ml/100g, C-DBP가 110 ml/100g 이상, TINT가 125 이상, N2SA가 145 m²/g 인 카본 블랙 60 내지 110 중량부 및 통상의 첨가제로 이루어진 타이어 트레드용 고무 조성물임을 특징으로 한다.

본 발명의 고무 조성물은 바람직하게 에멀젼 중합으로 제조된 디엔계 고무 100 내지 50 중량부 (순고무 비율)와 용액 중합 방법으로 제조된 디엔계 고무 0 내지 50 중량부 (순고무 비율)로 이루어진 블랜딩 고무 100 중량부로 이루어진다.

상기의 에멀젼 중합방법으로 제조된 디엔계 고무는 유리전이 온도가 -40 내지 -20 ℃이며, 미세 구조 조성 중 스티렌 함량이 38 내지 42 중량%인 것이 바람직하며, 방향족 오일 함량이 32 내지 36 중량%이고 100℃에서의 무니 점도(Mooney Viscosity)가 50 내지 60 인 스티렌 부타디엔 고무이다. 또한, 상기의 용액 중합 방법으로 제조된 디엔계 고무는 유리전이 온도가 - 110 내지 -100 ℃이며, 미세 구조 조성 중 1,4 시스-부타디엔 함량이 96% 이상인 부타디엔 고무인 것이 바람직하다.

본 발명의 고무 조성물은 에멀젼 중합방법으로 제조된 디엔계 고무 100 내지 50 중량부 (순고무 비율)와 용액 중합 방법으로 제조된 디엔계 고무 0 내지 50 중량부 (순고무 비율)로 이루어진 블랜딩 고무 100 중량부에 대해 유용한 보강제로서 카본 블랙 60 내지 110 중량부 및 통상의 첨가제로 이루어진다. 상기의 카본 블랙은 CTAB가 132 m²/g , ISA가 140 mg/g, DBP가 130ml/100g, C-DBP가 110 ml/100g 이상, TINT가 125 이상, N2SA가 145 m²/g인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 내마모성 향상을 위해 에멀젼 중합으로 제조된 디엔계 고무로써 유리 전이 온도가 -40 내지 - 20℃이며, 미세구조 조성 중 스티렌 함량이 38 내지 42 중량%, 방향족 오일 함량이 32 내지 36 중량%, 100℃에서 무니 점도가 50 내지 60 수준인 스티렌 부타디엔 고무 100 내지 50 중량부 (순고무 비율)를 사용하는 것이 바람직하다.

스티렌 부타디엔 고무의 무니 점도가 50 미만이거나, 무니 점도가 60 이상인 경우에는 스티렌 부타디엔 고무 첨가에 따른 내마모 증대 효과가 크지 않다. 특히, 무니 점도가 60 이상일 경우에는 부타디엔 고무와의 혼합성 및 카본 블랙 혼입량증가에 따른 현장 가공성에서 많은 문제점을 나타낸다.

또한, 스티렌 부타디엔 고무에 유전된 방향족 오일 함량이 32 중량% 미만이면 카본 블랙 혼입 및 가공이 불량하게 되며, 방향족 오일 함량이 37 중량% 이상이면 내마모 성능이 저하되며, 분자량 증가에 따른 내마모 향상 효과도 나타나지 않는다. 스티렌 부타디엔 무니 점도가 50 내지 60 으로 높으므로 부타디엔 순고무 중량비를 50 PHR 이상 사용하는 것은 바람직하지 못하다.

본 발명에서 보강제로 사용되는 카본 블랙은 사용량이 너무 적으면, 즉 60 PHR 미만이며, 저발열 조성물을 얻을 수는 있으나 보강효과가 떨어져 내마모 성능이 향상되지 않으며, 110 PHR을 초과하여 사용하면 카본 블랙의 분산 불량으로 인하여 가공성이 불량해지며 발열이 증가하여 내마모성이 떨어지는 역효과가 발생한다.

본 발명에서 통상의 첨가제로서 아연화, 스테아린산, 유황, 촉진제등이 사용된다.

이하, 본 발명을 실시예로서 다음과 같이 설명하였으나 본 발명이 이것으로제한되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 4

스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 카본 블랙 및 통상의 첨가제를 표 1에 나타낸 성분비로 배합하여 고무 조성물을 제조하였다. 이를 가류시켜 고무 시편을 제조하였다. 본 배합 방식은 편의상 ASTM 3185-99 에서 사용하는 방식을 사용하였다. 표 1에서 조성물의 성분비의 단위는 PHR이다.

비교예1 내지 7

스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 카본 블랙 및 통상의 첨가제를 표 1에 나타낸 성분비로 배합하여 고무 조성물을 제조하였다. 이를 가류시켜 고무 시편을 제조하였다.

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 7에서 사용된 배합 고무 조성물의 특성은 표 2에 나타내었다.

시험예

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 고무 조성물의 시편을 가지고 물성을 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.

표 1 (단위 : 중량부)

	실시예 1	실시예 2	실시예3	실시예 4	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	비교예7
부타디엔 고무	0	0	30	40	0	0	0	0	60	30	40
스티렌부타디엔고무A					137.5
스티렌부타디엔고무B						137.5
스티렌부타디엔고무C	154
스티렌부타디엔고무D		148	104	89					60	104	89
스티렌부타디엔고무E							161
스티렌부타디엔고무F								137.5
카본블랙	70	70	100	80	70	70	70	70	70	120	55
방향족오일	11	17	31	36	27.5	27.5	4	27.5	45	31	36
ZnO	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
스테아린산	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
유황	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5.	1.5
촉진제	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

표 2

합성고무종류	무니점도 ML1+4@100	오일함량(%)	스티렌 함량(%)	Tg(-℃)
스티렌부타디엔고무 A	52	27.3	23.5	52
스티렌부타디엔고무 B	48	27.3	40.0	37
스티렌부타디엔고무 C	54	33.3	38.0	39
스티렌부타디엔고무 D	59	32.0	42.0	31
스티렌부타디엔고무 E	65	38.0	42.0	30
스티렌부타디엔고무 F	65	27.4	23.5	51
부타디엔고무	45	1,4 시스 부타디엔 함량 96% 이상

표 3

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	비교예7
Scorch Safety t5 (min)	22.3	21.5	22.4	29.6	24.5	26.5	17.4	18.2	26.3	16.5	35.3
Rheometer t90 (min)	12.6	12.0	12.4	12.1	13.7	14.6	8.1	10.5	14.2	9.6	15.5
Comp'd M.V. @125	66	70	78	76	62	56	78	75	64	84	48
인장물성(실온)	경도(쇼어 A)	64	66	66	69	60	54	76	72	62	79	46
	M300지수(kg/cm²)	126	145	155	136	100	96	151	121	98	161	76
	절단강도지수	118	136	150	119	100	94	121	112	78	186	87
	절단신율지수	109	118	111	112	100	87	78	85	99	77	125
	Tear지수	110	121	145	104	100	94	89	89	78	98	78
	파단에너지지수	120	126	138	111	100	86	92	91	86	81	76
인장물성(노화)	경도(쇼어 A)	67	69	78	72	64	66	82	77	64	88	53
	M300지수(kg/cm²)	130	134	144	132	100	92	145	118	108	168	77
	절단강도지수	119	124	161	128	100	92	114	105	98	152	80
	절단신율지수	110	105	94	109	100	86	75	78	89	81	121
	Tear지수	105	118	122	109	100	93	86	89	86	83	87
	파단에너지지수	120	124	132	131	100	87	89	85	88	79	76
피코 마모 지수	125	159	189	111	100	94	119	102	98	108	75
람본 마모 지수	145	145	190	121	100	84	97	91	101	99	76
딘 마모 지수	122	131	214	115	100	79	104	100	89	94	84
발열 지수	100	99	102	119	100	98	89	82	124	79	125
표면 거칠기	5	5	4	4	4	5	1	2	3	1	5
0 ℃ tanδ	0.25	0.25	0.22	0.25	0.24	0.27	0.269	0.26	0.21	0.26	0.19
60℃ tan δ	0.15	0.15	0.14	0.15	0.14	0.18	0.19	0.19	0.11	0.20	0.16

본 발명은 디엔계 고무의 분자 구조 특성 및 분자량 특성을 조절하여 일정 범위 내의 무늬 점도 유지 및 가공성 향상을 위해 방향족 오일을 유전한 디엔 고무를 사용하여 발열 특성, 회전 저항 특성 및 제동성의 손실없이 내마모 성능 향상 및 벳치 마스터의 혼합성 향상 고무 조성물을 얻을 수 있다.

Claims

에멀젼 중합방법으로 제조된 디엔계 고무로서 유리 전이 온도가 -40℃ 내지 -20℃ 이며, 미세 구조 조성중 스티렌 함량이 38 내지 42 중량%, 방향족 오일 함량이 32 내지 36 중량%, 100℃ 무니 점도가 50 내지 60인 스티렌 부타디엔 고무 100 중량부를 기재 고무로 사용하고, 보강제 카본 블랙 60 내지 110 중량부, 및 통상의 첨가제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제 1항에 있어서, 스티렌 부타디엔 고무 100 중량부 (순고무 비율) 내지 50 중량부와 용액 중합으로 제조된 디엔계 고무로써 유리전이 온도가 -110 내지 -100 ℃이며, 미세구조 조성 중 1, 4 시스-부타디엔 함량이 96 % 이상인 부타디엔 고무 0 내지 50 중량부로 이루어진 블렌딩 고무 100 중량부에 카본 블랙을 60 내지 110 중량부 및 통상의 첨가제로 이루어진 타이어 트레드용 고무 조성물.