KR100426955B1 - 타이어용 트레드 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 원료고무 100 phr에 대하여 나노클레이 2∼10 phr 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 나노클레이를 첨가하여 원료고무에 보강제의 분산성을 향상시켜 종래 트레드 고무조성물에 비해 인장물성, 연비성능, 제동력 성능 및 조종안정성은 동등 수준으로 유지하면서 경도 및 내마모 특성을 향상시키는 타이어용 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

Description

타이어용 트레드 고무조성물{Tread rubber composition for tire}
본 발명은 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 원료고무 100 phr에 대하여 나노클레이 2∼10 phr 포함하여 보강제의 분산성을 향상시켜 경도상승과 내마모 특성을 향상시킬 수 있는 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
타이어의 구성성분 중 트레드는 차량의 유지 및 이동, 제동력 등 요구특성을 발현하는 중요한 구성성분 중의 하나로서 이러한 트레드 특성은 트레드 패턴, 트레드 구조 및 트레드 고무조성물에 따라 영향을 받고 있다.
이중에서 트레드 고무조성물은 일반적으로 단일 또는 이종성분의 고무에 부타디엔 고무를 적당량 사용하여 원료고무로 사용하고 단일 또는 이종의 보강제를 첨가하여 인장물성 등 제반특성을 유지하면서 내마노 특성을 향상시키고 있다.
타이어 트레드와 같이 가혹한 주행조건하에서는 고도의 내마모성을 요구하기 때문에 통상적으로 보강제로 하드(hard)계 카본블랙을 적용하고 있다. 최근에는 내마모성 이외에도 저발열성이 특성의 중요하게 생각하고 있으나 일반적으로 카본블랙의 비표면적과 구조가 크면 내마노성을 증가하지만 반면 발열성이 높게 되어 양 특성에는 이율배반적 관계가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 이종의 보강제를 사용하여 문제점을 해결하고자 하고 있다. 즉 내마모성이 좋은 카본블랙을 고무성분에 배합 혼련하여 일차 혼련물을 얻은 다음 내발열성이 좋은 실리카를 첨가하여 내마모성과 내발열성의 특성을 동시에 향상시키고자 하고 있다.
그러나 상기와 같은 방법에서는 보강제인 카본블랙 및 실리카가 고무에 분산이 잘 되어야 하나 원료고무와 보강제로 사용하는 카본블랙 또는 실리카는 서로 상이한 특성으로 인하여 원료고무에 대하여 보강제의 분산성이 좋지않아 원료고무에 보강제의 분산이 어느 수준 이하로 배합이 되면 도리어 제반특성 및 마모특성이 불리해지는 문제점이 있다.
본 발명은 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 나노클레이를 첨가하여 원료고무에 보강제의 분산성을 향상시켜 종래 트레드 고무조성물에 비해 인장물성, 연비성능, 제동력 성능 및 조종안정성은 동등 수준으로 유지하면서 경도 및 내마모 특성을 향상시키는 타이어용 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 타이어용 트레드 고무조성물은 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100 phr에 대하여 나노클레이 2∼10 phr 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고무조성물에서 원료고무는 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR), 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR)를 각각 단독으로 사용하거나, 유화중합 스티렌 부타디엔 고무 및 용액중합 스티렌 부타디엔 고무가 혼합된 혼합고무 50∼95 phr와 부타디엔 고무 5∼50 phr이 혼합된 혼합고무를 사용한다.
또한 나노클레이는 클레이 함량이 10∼30wt%, 수지(resin) 함량이 70∼90wt%로 구성된 것을 사용하는데 나노클레이 중 클레이는 비중이 2.3±0.5, 층간높이가 0.5±5.0nm, 평균입자경이 1.0∼8.0㎛ 인 것을 사용한다.
본 발명에서 원료고무 100 phr에 대하여 나노클레이를 2 phr 미만 사용하면 물성유지가 어렵고 내마모성능의 개선효과가 나타나지 않으며, 10 phr 초과 사용하면 배합시 분산성이 불량하여 물성이 떨어지고 오히려 내마모 성능이 하락할 가능성이 있어 나노클레이의 사용량은 원료고무 100 phr에 대하여 2∼10 phr 유지하는 것이 좋다.
본 발명에서 사용하는 나노클레이중 클레이 함량이 10wt% 미만이면 인장강도 등 물성이 하락하는 문제가 있고, 30wt% 초과하면 유기클레이 자체들이 응집하여 분산이 어려운 문제가 있어 나노클레이 중의 클레이 함량은 10∼30wt% 유지하는 것이 좋으며, 나노클레이중 수지의 함량이 70wt% 미만이면 클레이 분산이 어려운 문제점이 있으며, 90wt% 초과하면 물성이 하락하는 문제가 있어 나노클레이중의 수지 함량은 70∼90wt%를 유지하는 것이 좋다.
또한 나노클레이 중의 클레이는 비중, 층간높이, 평균입자경을 달리하여 실험적으로 사용한 바 비중이 2.3±0.5, 층간높이가 0.5±5.0nm, 평균입자경이 1.0∼8.0㎛ 인 것을 사용시 가장 좋은 효과가 있었으며, 나노클레이 중의 수지는 부틸페놀수지, 옥틸페놀수지, 부틸기와 옥틸기가 1:1로 존재하는 페놀수지 또는 옥틸페놀포름알데히드수지를 사용할 수 있다.
이하 본 발명을 비교예, 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예에 불과한 것으로 이들이 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
<비교예>
아래의 표 1과 같이 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 50 phr, 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR) 20 phr 및 부타디엔 고무(BR) 30 phr로 구성된 원료고무 100 phr에 대하여 공지의 트레드 고무조성물에 사용하는 첨가제인 카본블랙(N330) 30 phr, 실리카(Z-175P) 30 phr, 커플링제(Si-69) 3 phr, 공정오일 25 phr, 스테아린산 2 phr, 노화방지제 2 phr, 아연화 3 phr, 가류제 2.0 phr, 가류촉진제 2.0 phr을 반버리 믹서에 넣고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을제조하였다.
상기에서 카본블랙은 DBP 흡착가가 1.01 cm2/gm, 요오드 흡착가가 82 mg/gm, IRB 대비 착색도가 104%인 것을 사용하였으며, 실리카는 표면적 161 m2/g, 구조가 191 ㎖/100g, 미세공극부피 0.018 cc/g, 결합고무량이 27.5%인 것을 사용하였다.
<실시예 1>
아래의 표 1과 같이 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 50 phr, 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR) 20 phr 및 부타디엔 고무(BR) 30 phr로 구성된 원료고무 100 phr에 대하여 공지의 트레드 고무조성물에 사용하는 첨가제인 카본블랙(N330) 30 phr, 실리카(Z-175P) 30 phr, 커플링제(Si-69) 3 phr, 공정오일 25 phr, 스테아린산 2 phr, 노화방지제 2 phr, 아연화 3 phr, 가류제 2.0 phr, 가류촉진제 2.0 phr 및 나노클레이 2 phr을 반버리 믹서에 넣고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
상기에서 상기에서 카본블랙은 DBP 흡착가가 1.01 cm2/gm, 요오드 흡착가가 82 mg/gm, IRB 대비 착색도가 104%인 것을 사용하였고, 실리카는 표면적 161 m2/g, 구조가 191 ㎖/100g, 미세공극부피 0.018 cc/g, 결합고무량이 27.5%인 것을 사용하였다.
나노클레이는 클레이 함량이 20wt%, 알킬페놀포름알데히드 수지 함량이80wt%로 구성된 것으로 나노클레이 중 클레이는 비중이 2.3±0.5, 층간높이가 0.5±5.0nm, 평균입자경이 1.0∼8.0㎛ 인 것을 사용하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서 사용한 나노클레이 5 phr 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 고무시편을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서 사용한 나노클레이 8 phr 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 고무시편을 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성물
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
E-SBR* 50 50 50 50
S-SBR** 20 20 20 20
부타디엔 고무 30 30 30 30
카본블랙(N330) 30 30 30 30
실리카(Z-175P) 30 30 30 30
커플링제(Si-69) 3 3 3 3
공정오일 25 25 25 25
스테아린 산 2 2 2 2
노화방지제 2 2 2 2
아연화 3 3 3 3
나노클레이 - 2 5 8
가류제 2.0 2.0 2.0 2.0
가류촉진제 2.0 2.0 2.0 2.0
* SBR-1500
** Nippon Jeon NS-116
<시험예>
상기 비교예 및 실시예의 고무시편을 공지의 방법(ASTM 규정)을 이용하여 인장물성, 리바운드, 발열특성, 피코마모(PICO abrasion)를 측정한 후 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무시편의 물성측정 결과
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
인장물성 경도 68 69 70 71
300% 모듈러스(kgf/cm2) 115 120 120 120
인장강도(kgf/cm2) 220 220 220 210
신장율(%) 500 510 510 500
리바운드(%) 28 28 26 25
발열(℃) 28 28 28 28
피코마모(mg) 23 21 19 19
상기 표 2에서처럼 나노클레이를 첨가한 본 발명의 트레드 고무조성물에 의해 제조한 고무시편과 종래 고무조성물을 이용하여 제조한 고무시편을 비교시 인장물성은 동등 수준으로 유지하면서 경도가 상승하고, 내마모 특성이 향상됨을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서,
    유화중합 스테렌 부타디엔 고무(E-SBR), 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR)를 각각 단독으로 사용하거나, 유화중합 스테렌 부타디엔 고무와 용액중합 스테렌 부타디엔 고무가 혼합된 혼합고무 50∼95phr와 부타디엔 고무 5∼50phr의 혼합고무인 원료고무 100phr에 대하여 비중이 2.3±0.5, 층간높이가 0.5±5.0nm, 평균입자경이 1.0∼8.0㎛인 클레이 함량이 10∼30wt％, 수지 함량이 70∼90wt％로 구성된 나노클레이 2∼10phr 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드 고무조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 수지는 부틸페놀수지, 옥틸페놀수지, 부틸기와 옥틸기가 1:1로 존재하는 페놀수지 또는 옥틸페놀포름알데히드수지 임을 특징으로 하는 타이어용 트레드 고무조성물.
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