KR100439876B1 - 실리카가 보강된 고무 조성물의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, 고무, 웨트 실리카 및 실란 커플링제(silane coupling agent)를 고무를 합성하는 과정에서 혼합하여 실리카 웨트 마스터배치를 먼저 제조한 후, 여기에 다른 통상의 첨가제를 배합하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 배합 공정의 단계가 감소되고, 그에 따라 배합 시간이 짧아지고, 가류물의 물성은 향상된다.

Description

실리카가 보강된 고무 조성물의 제조방법{PROCESS FOR PREPARING SILICA REINFORCED TREAD RUBBER COMPOSITION}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, 먼저 실리카 웨트 마스터배치를 제조한 후, 여기에 첨가제를 배합하는 것을 특징으로 한다.
종래 자동차 저연비화의 일환으로 타이어의 회전 저항 감소를 목적으로, 타이어 트레드 고무 조성물에서 큰 비중을 차지하고 있는 카본 블랙을 대신하여 실리카를 사용하는 기술들이 지속적으로 개발되어 왔다.
그러나, 실리카는 표면이 극성 실라놀기(silanol group)로 구성되어 있으므로, 비극성 고무 분자인 천연고무(NR), 스틸렌부타디엔고무(SBR) 또는 부타디엔고무(BR)와 같은 타이어 트레드에 주로 사용되는 중합체와의 반응이 약하다는 문제점이 있다.
또한, 자체적으로 실라놀기들이 수소결합으로 강하게 결합되어 있어, 쉽게 분산되지 않는 단점을 가지고 있다. 배합 과정에서 실리카 구조가 쉽게 분산되지 않기 때문에 더 강한 전단력을 가하여 주거나, 배합 공정을 추가해야 하는 문제점도 있다.
또한, 커플링제(coupling agent)와 실리카의 충분한 반응을 시키기 위하여는 많은 배합 시간이 요구된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 실리카 고무 조성물이 가지고 있는 배합 공정에 있어서의 비효율성을 개선하기 위하여, 실리카 웨트 마스터배치를 먼저 제조하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 고무 조성물의 제조방법은 실리카 웨트 마스터배치(wet masterbatch)를 먼저 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 상기 실리카 웨트 마스터배치는, 웨트 실리카 및 실란커플링제를 고무와 혼합시킨 후, 응집(coagulation) 및 건조하는 공정을 거쳐 얻어질 수 있다.
본 발명에 사용되는 상기 고무로서는 예를 들면, 천연고무(NR), 스틸렌부타디엔고무(SBR) 또는 부타디엔고무(BR)와 같은 일반 디엔계고무 단일 성분 또는 이들의 블렌드가 포함될 수 있다. 특히, 상기 고무 성분은 SBR-1500 급인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 사용되는 실리카는 통상의 실리카-고무 조성물에 사용되는 것이라면 모두 사용가능한 데, 바람직하게는 BET를 이용하여 측정한 비표면적이100∼200m2/g이고, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡착가가 150∼300ml/100g인 침강 실리카가 적합하고, 그 사용량은 고무 성분 100중량부에 대하여 40∼80중량부인 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명에서 사용되는 상기 웨트 실리카(wet silica)는, 통상의 실리카 제조 과정인 침전(precipitation) 후, 여과, 건조, 밀링 그래뉼화(milling granulation)한 다음에 다시 건조하는 공정에서 밀링 그래뉼화 후의 건조 공정을 거치지 않은 것을 말한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 상기 실란 커플링제는 통상의 실란 가교제를 선택사용할 수 있는데, 예를 들면 TESPT(bis-(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfane)가 바람직하다. 4∼14 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 약 8 중량%로 포함되는 것이다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 예시적인 목적일뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
하기 표1에 나타낸 조성으로 하기 표2에 나타낸 배합공정의 조건에서 고무 조성물을 제조한 후, 물성 측정용 시편을 제조하였다. 시편을 가류한 후, 물성은 ASTM 표준 방법에 따라 측정하였고, 그 결과를 표3에 함께 나타내었다.
표2의 배합공정에서, 단계 1은 SBR-1500, 실리카 및 TESPT를 배합하는 단계이다. 단, 실시예1의 경우는 이들 성분이 이미 배합된 웨트 마스터배치를 사용하였기 때문에, 빈칸으로 표시하였다. 단계 2는 상기 단계 1에서 배합된 고무 조성물에아연화 및 스테아린산을 첨가하여 배합하는 단계이다. 단계 3은 상기 단계 2에서 배합된 고무 조성물에 황, CZ(N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide) 및 DPG(N,N-diphenylguanidine)를 첨가하여 배합하는 단계이다.
비교예
본 비교예는 통상의 방법에 따라 고무(SBR-1500), 실리카 및 커플링제(TESPT)를 각각 직접 혼합하여 고무 조성물을 제조한 것이다.
실시예1
본 실시예는 고무(SBR-1500), 웨트 실리카 및 커플링제(TESPT)를 동량씩을 포함하는 웨트 마스터배치를 먼저 제조한 다음, 기타 첨가제를 배합하여 고무 조성물을 제조한 것이다.
표1. 고무 조성물
조성(중량부) 비교예 실시예
실리카 M/B 0 175.6
SBR-1500 100 0
실리카 70 0
TESPT* 5.6 0
아연화(ZNO-S) 4 4
스테아린산 2 2
황 1.5 1.5
CZ** 1.5 1.5
DPG*** 1.5 1.5
* TESPT : bis-(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfane(실란 커플링제)
** CZ : N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide(1차 촉진제)
*** DPG : N,N-diphenylguanidine(2차 촉진제)
표2. 배합공정의 조건
배합 단계 비교예의 덤프(dump) 온도(배합시간) 실시예1의 덤프온도(배합시간)
단계 1 150℃(4분) *
단계 2 150℃(4분) 160℃(5분)
단계 3 100℃(2분) 100℃(2분)
* SBR-1500, 실리카 및 TESPT가 이미 배합된 웨트 마스터배치를 사용함.
표3. 고무 조성물의 물성
물성 비교예 실시예
1. 무니테스트@125℃ 점도 80 90
2. 인장 특성경도300% 모듈러스(kgf/cm2)인장강도(kg/cm2)신율(%) 75130220450 75140270520
3. 동적특성TAN δ0℃TAN δ70℃ 0.3440.153 0.3770.143
4. 마모특성피코손실(g) 0.031 0.021
상기 표3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물은 비교예의 고무 조성물에 비하여 동등한 수준의 경도를 유지하면서 300% 모듈러스, 인장강도, 신율등의 인장특성이 향상되고, 또한 핸들링 성능(TAN δ0℃ 값이 클 수록 우수함)과 회전저항특성(TAN δ70℃ 값이 낮을 수록 우수함)도 우수하며, 내마모성(피코손실 값이 작을 수록 우수함)도 우수하였다.
본 발명에 따르면, 배합 공정의 단계가 감소되고, 그에 따라 배합 시간이 짧아지고, 가류물의 물성은 향상된다.

Claims (4)

  1. 원료 고무에 실리카, 실란 커플링제 및 첨가제를 배합하여 이루어지는 실리카-보강 고무 조성물의 제조방법에 있어서, 고무, 웨트 실리카 및 실란 커플링제(silane coupling agent)를 혼합한 실리카 웨트 마스터배치(wet masterbatch)를 제조한 후, 여기에 첨가제를 배합하는 것을 특징으로 하는 실리카가 보강된 고무 조성물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 웨트 실리카는 통상의 실리카 제조 과정에 있어서, 밀링 그래뉼화 공정 후 건조를 거치지 않은 것임을 특징으로 하는 실리카가 보강된 고무 조성물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨트 마스터배치는 웨트 실리카와 실란 커플링제를 고무와 혼합시킨 후, 응집 및 건조 공정을 거쳐 제조되는 것임을 특징으로 하는 실리카가 보강된 고무 조성물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 실리카는 BET를 이용하여 측정한 비표면적이 100∼200m2/g, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡착가가 150∼300ml/100g인 침강 실리카로서, 그 사용량은 고무 성분 100중량부에 대하여 40∼80중량부이고, 상기 고무는 SBR-1500 이고, 상기 실란 커플링제는 TESPT인 것을 특징으로 하는 실리카가 보강된 고무 조성물의 제조방법.
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