KR100375656B1 - 실리카를 보강 충진제로 사용하는 타이어용 고무조성물 - Google Patents

실리카를 보강 충진제로 사용하는 타이어용 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리카를 보강 충진제로 사용하는 타이어용 고무조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스 고무로서 천연고무, 합성고무 또는 천연고무와 합성고무의 혼합물에 카본블랙과 실리카 및 실리카 흡착제로서 N',N',N',N",N",N"-헥사메틸-1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민(HMMM) 흡착제를 포함하는 타이어용 고무조성물에 관한 것이다. 본 발명의 고무조성물은 충진제로서 카본블랙과 함께 실리카를 적용하고, 또한 특정의 실리카 흡착제를 함께 적용함으로써 충진제의 분산성을 향상시키고, 물성을 개선하는 것으로서, 촉진제와 실리카의 흡착현상을 최소화하면서 타이어에 보강 효과, 저연비 및 트래드 고무의 찢김 현상을 개선할 수 있다.

Description

실리카를 보강 충진제로 사용하는 타이어용 고무조성물{Silica reinforced rubber compound for tire}
본 발명은 실리카를 보강 충진제로 사용하는 타이어용 고무조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스 고무로서 천연고무, 합성고무 또는 천연고무와 합성고무의 혼합물에 카본블랙과 실리카 및 N',N',N',N",N",N"-헥사메틸-1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민(HMMM) 흡착제를 포함하는 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.
보강 충진제로서 타이어의 트래드 부위에 실리카의 사용은 젖은 노면에서의 제동력 향상 및 저연비 특성을 주는 회전 저항 특성을 현저히 감소시킬 수 있기 때문에, 승용차 타이어에서는 광범위하게 적용되고 있으며, 현재 트럭 및 버스용 타이어에서 종래의 완제품 타이어의 경우 저연비 특성과 고무의 찢겨짐 등을 방지하기 위하여 실리카를 적용하는 방법이 적용되고 있으나 실제 적용시 문제점을 내포하고 있다.
실리카를 보강 충진제로 사용하는 고무조성물에 있어서, 실리카의 극성기(-OH)와 타이어 산업에서 널리 사용하는 설펜 아마이드계의 촉진제와의 흡착으로 가교시간의 지연 및 물성 하락을 가져온다. 이러한 이유때문에 실리카를 사용할 경우 또한 가류속도를 증가시키기 위하여 과량의 촉진제를 적용해야 하는 문제점을 내포하고 있다. 과량의 촉진제 사용시 모노설파이드(monosulfide) 혹은 다이설파이드(disulfide)의 결합이 상대적으로 폴리설파이드(polysulfide) 결합보다 많아짐으로 물성중 특히 인장강도, 피로특성 및 파괴특성의 현저한 하락을 초래하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고무조성물중에 충진제로서 카본블랙과 함께 실리카와 특정의 실리카 흡착제를 적용하여, 이러한 충진제의 분산성을 향상시키고, 물성을 개선하는 것으로서, 촉진제와 실리카의 흡착현상을 최소화하면서 타이어에 보강 효과, 저연비 및 트래드 고무의 찢김 현상을 개선할 수 있는 고무조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 타이어용 고무조성물은 베이스 고무로서 천연고무, 합성고무 또는 천연고무와 합성고무의 혼합물 100중량부, 카본블랙 30∼60중량부, 실리카 3∼30중량부 및 N',N',N',N",N",N"-헥사메틸-1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민(HMMM) 흡착제 0.3∼3중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에 있어서, 바람직하게는 요오드 흡착가 60∼150mg/g, DBP 흡유가 80∼150㎤/100g인 카본블랙 및 BET 100∼180㎡/g, CTAB 100∼200㎡/g, DBP 흡유가 150∼250㎤/100g인 실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 카본블랙의 사용함량은 베이스 고무 100중량부에 대하여 30∼60중량부가 바람직하며, 이는 본 발명의 목적하는 효과를 달성하기 위함이다. 또한 상기 실리카의 사용함량은 3∼30중량부가 바람직하며, 상기와 같이 실리카를 소량 사용시 균열성장속도(crack growth ratio)를 늦출 수 있다. 실리카의 함량이 3중량부 미만일 경우 본 발명의 목적하는 효과가 미비하며, 30중량부를 초과할 경우 컷팅 특성 하락 및 칩핑이 증가해서 바람직하지 못하다.
본 발명의 고무조성물에 사용되는 실리카 표면 흡착제인 N',N',N',N",N",N"-헥사메틸-1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민(N',N',N',N",N",N"-hexamethyl-1,3,5-triazine-2,4,6-triamine: HMMM)은 1차 마스터배치(masterbatch) 배합에서 HMMM/실리카의 사용 비율을 0.1∼1.0으로 하여 사용하는 것이 바람직하며, 흡착 평균 면적이 배합전 8500n㎡, 배합후 7000∼8400n㎡인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 실리카와 HMMM을 함께 사용함으로써 스코치 안정성을 주면서 고무의 가류 속도를 증가시킬 수 있다. 상기 HMMM을 사용하는 목적은 1차로 실리카의 분산성을 향상시키지만 또한 고무의 고경도, 고 신장율을 제공하여 주기 때문이며, HMMM의 사용함량은 0.3∼3중량부가 바람직하다. HMMM의 사용함량이 0.3중량부 미만일 경우 본 발명이 목적하는 기대 효과가 미비하며, 3중량부를 초과할 경우 가격상승 및 찢겨짐 특성이 오히려 하락하므로 바람직하지 못하다.
이하 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예
하기 표 1에 나타낸 조성에 따라 고무조성물을 제조한 후 물성을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
표 1
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3
고무(SMR 5CV) 100 100 100 100 100
실리카 10 20 5 10 20
N220 카본블랙 40 40 45 40 40
HMMM 0 5 0.5 1 3
NS 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
S 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8
기타* 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5
*아연화 3중량부, 스테아린산 1중량부, RD/6C/왁스(노방제) = 2/1/0.5 중량부를 사용함.
표 2
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3
무늬 시험(125℃에서의스코치 시간, 분) 10.8 11.7 10.2 11.4 11.4
유량계 시험(145℃에서 최종 가류시, 분) 28.2 22.6 24.3 22.4 22.6
최소 토크(ibs.in) 11.4 10.2 10.8 10.2 10.1
최대 토크(ibs.in) 36.6 39.2 42.1 38.3 39.1
인장강도(kgf/㎠) 256 260 260 261 267
인장률(%) 560 573 562 571 569
60℃ 탄델타* 0.102 0.901 0.981 0.932 0.904
컷 칩(g) 1.664 1.359 1.547 1.427 1.321
마모저항도** 0.523 0.513 0.516 0.489 0.487
*60℃ 탄델타(Tandelta at 60℃): 타이어의 성능중 저연비 특성을 예측할 수 있는 값으로, 엘라스토메릭스(elastomerics, 모델 1332) 기기를 이용하여 측정함(주파수: 11Hz, 평균레벨: 10%, 진폭: 5%).
**마모저항도(abrasion resistance): PICO 시험기기를 이용하여 내마모정도를 평가한 것으로, 80회 회전후 손실된 분량을 나타냄.
상기 표 2와 같이, HMMM을 사용할 경우 스코치 안정성을 주면서 고무의 가류속도를 증가시키는 역할을 하고 있음을 보여주고 있다. HMMM을 사용하지 않은 비교예 1에 비하여, HMMM을 0.5 중량부, 1중량부, 3중량부를 사용한 실시예 1, 2 및 3의 경우 저연비 특성을 나타내는 60℃ 탄델타 값이 0.981, 0.932와 0.904로서 비교예 1(0.102)에 비하여 현저히 높은 값을 보여주고 있다. 또한 저연비 특성이 우수하면서 내마모 특성 및 찢김 정도를 나타내는 BFG 컷 칩(cut chip) 시험결과가 모두 우수함을 나타내고 있다.
동일한 실리카 함량에 대하여 HMMM을 3중량부 사용한 실시예 3과 HMMM을 5중량부 사용한 비교예 2의 비교시 HMMM을 과량 사용한 비교예 2의 경우 저연비, 내마모 특성 및 찢김 정도가 오히려 하락함을 보여주고 있다.
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 고무조성물은 보강 충진제로서 카본블랙과 함께 실리카를 적용하여 충진제의 분산성을 향상시키고, 물성을 개선하는 것으로서, 촉진제와 실리카의 흡착현상을 최소화하면서 타이어에 보강 효과, 저연비 및 트래드 고무의 찢김 현상을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 베이스 고무로서 천연고무, 합성고무 또는 천연고무와 합성고무의 혼합물 100중량부, 카본블랙 30∼60중량부, 실리카 3∼30중량부 및 N',N',N',N",N",N"-헥사메틸-1,3,5-트리아진 -2,4,6-트리아민(HMMM) 흡착제 0.3∼3중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 카본블랙은 요오드 흡착가 60∼150mg/g, DBP 흡유가 80∼150㎤/100g이고, 실리카는 BET 100∼180㎡/g, CTAB 100∼200㎡/g, DBP 흡유가 150∼250㎤/100g임을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실리카는 흡착 평균 면적이 배합전 8500n㎡, 배합후 7000∼8400n㎡인 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
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