KR100445835B1

KR100445835B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100445835B1
Application number: KR10-2001-0028876A
Authority: KR
Inventors: 임융; 박동명
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2004-08-25
Also published as: KR20020089889A

Abstract

본 발명은 실리카를 보강제로 포함하는 통상의 타이어 트레드용 고무조성물에 전분/가소제 복합체를 소량 첨가하고, 여기에 트리알킬아민계 또는 트리알킬포스페이트계 화합물을 염기성 화합물로 첨가한 고무 조성물에 관한 것으로서, 이는 칩컷성능과 마모성능을 향상시킬 수 있고 실리카와 전분/가소제 복합체 첨가로 인한 가공중 점도상승이나 분산성 저하를 해결하여 가공성이나 분산성을 향상시킬 뿐만 아니라 1차아민이나 2차아민을 첨가한 경우 발생되는 스코치 시간이 짧아지는 문제를 해결할 수 있으며, 기본적으로 타이어 트레드용 고무로서 요구되는 칩컷성능, 마모성능 외에도 젖은노면에서의 제동성능 및 회전저항 성능이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Tire tread composition}

본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리카를 보강제로 사용하는 통상의 고무 조성물에 전분/가소제 복합체를 첨가하고 염기성 화합물로서 트리알킬아민계 화합물이나 트리알킬포스페이트계 화합물을 첨가하여 이루어진 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.

최근 타이어 산업이 발전됨에 따라 저연비, 저회전저항, 그리고 환경친화적인 제품을 생산하기 위해 기술력을 집중하고 있다. 이를 위한 최초의 관심은 보강제로서 널리 사용되는 카본블랙과 폴리머와의 상호작용을 향상시키기 위한 노력이었다.

카본블랙의 특성상 그 한계가 있기 때문에 이에 대한 해결책으로 실리카가 제시되었다. 그러나, 실리카는 극성이 강하여 비극성인 고무와의 혼화성이 용이하지 않았다. 이를 해결하기 위해 커플링제를 도입함으로써 실리카와 폴리머의 상호작용력을 향상시킬 수 있었으며, 실리카를 응용한 타이어 기술은 비약적으로 발전하기 시작하였다.

두 개의 작용기를 가지는 커플링제('실란 커플러'라고도 한다)는 고분자의 보강제로 쓰이는 무기 필러와의 상호작용을 화학적 결합으로 만드는 작용을 하여 무기필러의 보강성을 향상시키는 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 초기에는 레진의 보강제인 유리섬유의 보강성을 향상시키는 작용을 하였지만, 최근에는 그 용도가 확대되어 무기물의 표면처리, 활성물질의 고착화, 실리카를 보강제로 사용하는 타이어의 제조 등으로 확대되고 있는 추세이다. 또한, 키틴이나 전분 등 환경친화적인 물질을 보강제로 도입하여 타이어에 응용하고도 있다.

한편, 종래 타이어 트레드 부위에는 젖은 노면 제동성능과 회전저항 성능을 개선하기 위해서 표면적이 작고 구조가 큰 카본블랙이나 실리카를 다량 사용한 고무 조성물을 사용하였다. 또한, 전분/가소제 복합 보강제를 다량 첨가하여 이러한 유사성능을 향상시키고 중량을 감소시키는 고무조성물도 사용되었다(미합중국특허 제5,672,639호). 그리고, 가공성 문제를 해결하기 위해서는 실란커플링제를 첨가하는 단계를 변경하여 조절하기도 하였다.

그러나, 이러한 컴파운드는 상용성과 가공성이 떨어지고, 마모나 칩컷 성능이 떨어지기도 하였다. 이를 개선하기 위해, 배합물의 밀링 횟수를 증가시키거나 가공조제, 보강성 레진류 등을 첨가하는 바, 이는 생산성을 떨어뜨리고 원가를 상승시키는 요인이 되고 있다. 또한, 연화제나 가소제를 사용하여 가공성을 향상시키는 방법도 있으나, 이 경우 스코치 시간이 짧아지는 단점이 있다.

한편, 1차 아민이나 2차 아민 화합물을 사용하여 분산성이나 점도를 낮추어 가공성을 향상시키고자 하였으나, 이들 화합물을 사용할 경우 무니점도는 떨어지지만 스코치 시간이 짧아지는 단점이 있었다.

이에 본 발명자들은 실리카 보강 타이어 트레드 고무조성물의 칩컷성능과 마모성능 향상을 위해서 전분/가소제 복합체를 첨가하고 종래 첨가되온 1차 아민이나 2차 아민이 아닌 3차아민인 트리알킬아민계 화합물이나 트리알킬포스페이트계 화합물을 첨가한 결과, 스코치 시간이 짧아지지 않고 분산성을 좋게하며 고무점도가 낮아져 가공성이 향상되고 기타의 물성이 향상됨을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전분/가소제 복합체와 트리알킬아민계 또는 트리알킬포스페이트계 화합물을 첨가하여 TBR 또는 PCR 타이어의 트레드 부위 마모성능, 칩컷성능, 젖은노면 제동성 및 회전저항 성능을 향상시키고 가공성능과 실리카 분산성이 향상된 타이어 트레드용 고무조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물은 원료고무, 실리카, 전분/가소제 복합체 및 첨가제로 이루어진 것으로서, 이때 전분/가소제 복합체는 전분으로서 사탕무우 가공처리 중에 수득되는 효모껍질, 건조, 분쇄 및 분말화된 사탕무우 과육, 목재분말 및 셀룰로오즈 분말로부터 추출된 전분 중에서 선택된 1종 이상의 것을 사용하고 가소제로서 폴리비닐알코올, 비닐알코올, 비닐아세테이트, 아크릴산 및 메타크릴산으로부터 선택된 단량체와 올레핀계 단량체의 공중합체, 지방족 폴리에스테르 및 지방족 폴리아미드로부터 선택된 중합체를 사용하여 얻어진 것으로, 그 함량은 원료고무 100중량부에 대하여 5∼20중량부이며, 여기에 염기성 화합물인 트리알킬아민계 화합물 또는 트리알킬포스페이트계 화합물을 원료고무 100중량부에 대하여 2∼8중량부 되도록 첨가하여 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 고무 조성물의 원료고무는 통상의 트레드용 고무에 사용되는 것이면 되나, 구체적으로는 유리전이온도가 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 포함한다. 스티렌-부타디엔 고무의 함량은 원료고무 중 30∼100중량부로서, 이는 젖은노면에서의 제동성능을 높이는 역할을 한다.

상기와 같은 스티렌-부타디엔 고무를 제외한 나머지의 원료고무는 부타디엔 고무인 것이 바람직하다.

그리고, 보강제로서 실리카를 사용하는 바, CTAB값이 400㎡/g 이하이며, BET 값도 400㎡/g 이하이고, DOP값이 400㎖/100g 이하인 침강성 실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 그 함량은 원료고무 100중량부에 대하여 10∼120중량부인 것이 바람직하다.

한편, 전분과 가소제의 복합체는 연화점이 120∼150℃인 생분해성 전분 수지로서, 이는 칩컷 성능과 마모성능을 향상시키는 역할을 한다.

전분/가소제의 복합체를 이루는 전분은 사탕무우 가공처리 중에 수득되는 효모껍질, 건조, 분쇄 및 분말화된 사탕무우 과육, 목재분말 및 셀룰로오즈 분말로부터 추출된 전분 중에서 선택된 1종 이상의 것이며, 가소제는 폴리비닐알코올, 비닐알코올, 비닐아세테이트, 아크릴산 및 메타크릴산으로부터 선택된 단량체와 올레핀계 단량체의 공중합체, 지방족 폴리에스테르 및 지방족 폴리아미드로부터 선택된 중합체를 들 수 있다. 이와같은 가소제와 전분을 사용하여 얻어진 전분/가소제의 복합체를 원료고무 100중량부에 대하여 5∼20중량부로 첨가하는 것이 바람직하다.

만일, 전분/가소제의 복합체 함량이 원료고무 100중량부에 대하여 5중량부 미만이면 칩컷이나 마모성능 등의 원하는 물성 향상이 미약하고, 20중량부 초과면 오히려 마모성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

전부/가소제의 복합체는 상업화되어 있는 제품을 사용할 수 있음은 물론이다.

한편, 염기성 화합물로 첨가되는 트리알킬아민계 화합물이나 트리알킬포스페이트계 화합물은 보강제로 첨가되는 실리카 표면의 실라놀기와 친화성이 좋아서 실리카-실리카 상호작용을 약하게 함으로써 실리카 입자 분산성이 좋아지고 공정 중 무니점도를 떨어뜨려 가공성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 종래에 분산성이나 가공성 향상을 위해 첨가되온 1차아민이나 2차아민에서 나타나는 스코치 시간이 짧아짐으로 인한 문제를 해결할 수 있다.

이와같은 역할을 하는 트리알킬아민게 화합물과 트리알킬포스페이트계 화합물은 각각 탄소수 3∼36의 알킬기를 갖는 것으로서, 보다 구체적으로 트리알킬아민계 화합물은 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리펜틸아민 등을 들 수 있고, 트리알킬포스페이트계 화합물로는 트리프로필포스페이트, 트리부틸포스페이트, 트리펜틸포스페이트 등을 들 수 있다.

이같은 트리알킬아민계 화합물 또는 트리알킬포스페이트계 화합물은 원료고무 100중량부에 대하여 2∼8중량부 되도록 첨가하는 것이 바람직한 바, 만일 그 첨가량이 2중량부 미만이면 목적하는 고무조성물의 무니점도의 저하와 분산성 향상을 기대할 수 없고, 10중량부 초과면 분산계량 효과, 가공성에 관련된 무니점도 저하, 그리고 회전저항 개선 효과가 포화하고 스코치 시간이 짧아지는 문제가 발생하거나 거꾸로 내마모성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.

그밖에 본 발명의 고무조성물은 통상의 타이어 트레드용 고무조성물에 참가되는 첨가물, 즉 커플링제, 연화제, 가류활성제인 산화아연과 스테아린산, 가황제 및 가류촉진제 등을 첨가할 수 있음을 물론이다.

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

실시예 1∼8 및 비교예 1

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 배합비와 같이 원료고무, 실리카, 전분/가소제 복합체, 연화제, 가류활성제인 산화아연과 스테아린산, 트리알킬아민 또는 트리알킬포스페이트, 가황제 및 가류촉진제, 커플링제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 배합한 후 일정온도에서 방출하였다.

보다 구체적으로는, 원료고무 2/3에 해당하는 보강제 및 커플링제, 산화아연, 스테아린산, 그리고 연화제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 160℃에서 방출하였다. 배합된 고무에 나머지 1/3의 보강제 및 커플링제, 연화제, 그리고 트리알킬아민 또는 트리알킬포스페이트를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 160℃에서 방출하였다.

배합된 고무에 가황제 및 가류촉진제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 `1분 30초 후 방출하였다.

이와같이 얻어진 고무 제품에 대한 물성을 평가하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

그리고, 고무 혼합물의 가공특성을 평가하여 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

	비교예 1	실 시 예
	비교예 1	1	2	3	4	5	6	7	8
합성고무(KBR31)	33
합성고무(s-SBR)	76
실리카	80	75	70	65	60	75	70	75	80
전분/가소제 복합체	-	5	10	15	20	5	10	5	10
트리펜틸아민(TAA)	-	2	2	2	2	-	-	-	-
트리펜틸포스페이트(TAP)	-	-	-	-	-	2	6	2	6
커플링제(Si-69)	6.4
연화제(A#2 Oil)	31
산화아연	3
스테아린산	2
산화방지제	1.5
유황	1.4
촉진제	1.7
촉진제(DPG)	2
(주) KBR31: A#2 Oil 37.5중량부 유전된 부타디엔 고무, 무니점도 30∼40s-SBR: 유리전이온도 -50∼-10℃인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무실리카: CTAB값 165, BET값 175, DOP값 280인 침강성 실리카전분/가소제 복합체: (주)대상 제품 생분해성 전분수지 TAA:트리알킬아민(트리펜틸아민), TAP:트리알킬포스페이트(트리펜틸포스페이트)

	비교예 1	실 시 예
	비교예 1	1	2	3	4	5	6	7	8
300% 모듈러스(Mpa)	12.0	12.9	12.8	12.7	12.5	12.5	13.0	12.5	12.9
신장률(%)	412	395	398	399	397	398	385	395	392
마모도(g)	0.089	0.091	0.092	0.092	0.091	0.092	0.090	0.092	0.091
Tear	100	105	107	106	105	106	105	107	105
tanδ	0℃	0.616	0.625	0.630	0.632	0.632	0.630	0.633	0.629	0.630
tanδ	60℃	0.142	0.140	0.138	0.138	0.139	0.136	0.138	0.136	0.139

상기 표 2에 있어서 마모도는 피코 마모도(PICO abrasion)이며, 0℃ tanδ는 제동특성을 나타내는 것으로서 수치가 높을수록 제동성능이 우수함을 나타내며, 60℃ tanδ는 회전저항 특성을 나타내는 것으로서 수치가 낮을수록 성능이 우수함을 나타낸다.

상기 표 2의 결과로부터, 본 발명에 따른 고무조성물의 경우 칩컷 성능이 향상되고 마모성능이나 제동성능 및 회전저항 성능이 트리알킬아민이나 트리알킬포스페이트를 첨가하지 않은 것에 비하여 동등이상임을 알 수 있다. 칩컷 지수는 Tear 시험수행 후 비교예 1을 100으로 환산해서 나타낸 것으로, 수치가 높을수록 칩컷성능이 우수함을 나타낸다.

	비교예 1	실 시 예
	비교예 1	1	2	3	4	5	6	7	8
무니점도(@125℃)	61.2	55.8	56.2	56.4	56.5	56.4	54.5	56.7	54.4
스코치시간(분)	20.6	20.4	20.5	20.5	20.6	20.3	19.9	20.0	19.8
T90(레오미터 결과)	14.3	14.2	14.2	14.3	14.3	14.1	13.9	14.2	13.8

상기 표 3의 결과로부터, 본 발명에 따른 고무조성물은 고무점도가 낮아져 가공성이 향상되었고, 스코치 시간이 짧아지지 않았음을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 실리카를 보강제로 포함하는 통상의 타이어 트레드용 고무조성물에 전분/가소제 복합체를 소량 첨가하고, 여기에 트리알킬아민계 또는 트리알킬포스페이트계 화합물을 염기성 화합물로 첨가한 경우 칩컷성능과 마모성능을 향상시킬 수 있고 실리카와 전분/가소제 복합체 첨가로 인한 가공중 점도상승이나 분산성 저하를 해결하여 가공성이나 분산성을 향상시킬 뿐만 아니라 1차아민이나 2차아민을 첨가한 경우 발생되는 스코치 시간이 짧아지는 문제를 해결할 수 있으며, 기본적으로 타이어 트레드용 고무로서 요구되는 칩컷성능, 마모성능 외에도 젖은노면에서의 제동성능 및 회전저항 성능이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

(정정)원료고무, 실리카, 전분/가소제 복합체 및 첨가제로 이루어진 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

상기 전분/가소제 복합체는전분으로서 사탕무우 가공처리 중에 수득되는 효모껍질, 건조, 분쇄 및 분말화된 사탕무우 과육, 목재분말 및 셀룰로오즈 분말로부터 추출된 전분 중에서 선택된 1종 이상의 것을 사용하고가소제로서 폴리비닐알코올, 비닐알코올, 비닐아세테이트, 아크릴산 및 메타크릴산으로부터 선택된 단량체와 올레핀계 단량체의 공중합체, 지방족 폴리에스테르 및 지방족 폴리아미드로부터 선택된 중합체를 사용하여 얻어진 것으로, 그 함량은 원료고무 100중량부에 대하여 5∼20중량부이며, 여기에 염기성 화합물인 트리알킬아민계 화합물 또는 트리알킬포스페이트계 화합물을 원료고무 100중량부에 대하여 2∼8중량부 되도록 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 원료고무는 유리전이온도 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 30∼100중량부 되도록 포함하는 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 실리카는 CTAB값이 400㎡/g 이하이고, BET값도 400㎡/g 이하이며, DOP값이 400㎖/100g 이하인 침강성 실리카인 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 염기성 화합물은 탄소수 3∼36의 알킬기를 갖는 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.