KR100450989B1 - 고무조성물및공기타이어 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 실리카의 고무로의 분산성, 발열성 및 내마모성이 개량된 고무 조성물이 제공된다. 상기 고무 조성물은 천연고무 및/또는 디엔 염기 합성 고무로 이루어진 고무 성분 100 중량부에 대해, 15 내지 85 중량부의 실리카 및, 상기 실리카의 양에 대해 1 내지 15중량%로 배합한 하기 화학식 I로 나타내어지는 3차 아민 화합물을 함유한다:
[화학식 I]
[식 중에서, R1은 탄소수 1 - 36 의 알킬기, 알케닐기 또는 알콕시기 및 그것들의 히드록시 치환기, 벤질기, 탄소수 4 - 36의 알킬기나 알케닐기로 치환된 벤질기, 또는 하기 화학식 II 중 하나로 나타내어지는 기를 나타내고 ; R2및 R3는 독립적으로 탄소수 1 - 36의 알킬기나 알케닐기, 벤질기, 시클로헥실기 및 그것의 히드록시 치환기를 나타낸다:
[화학식 II]
(식 중에서, R4는 탄소수 1 - 36 의 알킬기 또는 알케닐기를 나타내고 ; R5는 에틸렌기 또는 프로필렌기를 나타내며; X 는 수소, 또는 탄소수 1 - 18의 알킬기, 알케닐기, 알킬로일기 또는 알케닐로일기를 나타내고; A는 탄소수 2 - 6의 알킬렌기 또는 히드록시알킬렌기를 나타내며; m은 1 내지 10의 정수이고, m이 2 이상인 경우, 각각의 A는 동일하거나 상이하며; n은 1 내지 10 의 정수이다)].
Description
이제까지 고무용 보강 충진제로서 카본블랙을 사용해 왔다. 이는 카본블랙이 다른 충진재에 비해 높은 보강성 및 높은 내마모성을 모두 가지기 때문이다. 최근에, 에너지 절약 및 천연자원에 대한 사회적 요구 환경 하에서, 특히 자동차의 연료 소비를 절약하기 위해 고무 조성물이 저발열성을 또한 가질 것이 요구되어 왔다.
카본블랙으로 고무 조성물에 저발열성을 제공하려할 경우, 소량의 카본블랙을 배합하거나 입도(particle size)가 큰 카본블랙의 사용이 고려되었다. 그러나, 어느 경우에 있어서도, 저발열성은 보강성 및 내마모성과 이율배반의 관계가 있다고 공지되어 있다.
한편, 실리카는 저발열성을 제공하기 위한 고무 조성물의 충진제로서 공지되어 있으며, 이에 대해 현재 일본 특개평 3-252431호 공보와 같은 많은 특허들이 출원되어 있다.
그러나, 실리카는 표면 관능기인 실라놀기 간의 수소 결합으로 인해 실리카 입자가 응집하는 경향이 있으므로, 실리카 입자의 고무로의 분산을 개량하기 위해서는 혼합 시간을 연장해야 한다. 또한, 실리카는 실리카 입자의 고무로의 분산이 불충분하기 때문에 고무 조성물의 무니 점도(Mooney viscosity)가 상승하고, 가공성, 예를 들어 압출성(extrusion)이 저하된다는 결점이 있었다.
또한, 실리카는 실리카 입자가 산성 표면을 갖고, 가황촉진제(vulcanization accelerator)로서 사용되는 염기 물질을 흡수하기 때문에, 고무 조성물이 충분히 가황되지 않아 탄성율이 증가하지 않는다는 결점을 가진다.
이러한 결점을 개선하기 위해 실란 커플링제가 개발되었으나, 실리카의 분산이 충분한 수준에 이르지 못한다. 특히, 산업적으로 여구되는 정도로 충분한 수준의 실리카의 분산을 달성하지 못한다.
또한 일본 특개평 5-51484 호 공보에는 실리카의 분산성을 개량하기 위해 실릴화제를 배합하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 실리카가 짧은 혼합 시간에 실릴화제와 반응해야 하므로, 실릴화는 반응효율이 충분히 높지 않다는 것과 실릴화제가 비점이 낮고 혼합하는 동안 휘발되어 반응이 충분히 진행되지 않는다는 결점이 있다.
또한, 일본 특개소 63-2886 호 공보 및 특개평 6-157825 호 공보에는 소수성 침강 규산을 사용하는 것이 공개되어 있다. 그러나, 그 경우에는 완전한 소수화 처리를 한 침강 규산을 이용하기 때문에, 실란 커플링제가 반응하는 표면상의 실라놀기가 손실됨으로써 고무가 충분히 보강되지 않는다는 결점이 있다.
한편, 일본 특개평 3-197536 호 공보에는, 천연 고무 및 디엔 염기 합성 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고무 100 중량부에 대해, 카본블랙과 같은 보강제를 20 내지 150 중량부, 및 0.05 내지 20 중량부의 알킬아민 화합물을 배합한 고무 조성물이, 개량된 발열성을 갖다고 공개되어 있다.
상기 일본 특개평 3-197536 호 공보에는 발열성을 개량하기 위해 알킬아민 화합물을 배합하는 것이 공개되어 있다. 그러나, 실리카를 함유한 고무 조성물이 발열성 및 내마모성 뿐만 아니라 실리카의 분산성을 개량할 수 있다는 것을 기재하거나 제시하고 있지 않다.
본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하고자 하며, 본 발명의 목적은 실리카의 고무로의 분산성, 발열성 및 내마모성이 개량된 고무 조성물 및 그것을 이용한 공기 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명은 실리카의 고무로의 분산성, 발열성 및 내마모성이 개량(改良)된, 실리카를 배합한 고무 조성물 및 이 고무 조성물을 사용한 공기 타이어에 관한 것이다.
[발명의 개시]
본 발명자들이 상기 문제를 해결하기 위해 집중적으로 연구한 결과, 소정량의 실리카와 함께 특정 분산 개량제를 혼합함으로써 실리카의 고무로의 분산성이 고도로 개량되고, 저발열성 및 고내마모성을 갖는 고무 조성물, 및 이 고무 조성물을 이용한 공기 타이어를 성공적으로 수득하였고, 따라서 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명의 고무 조성물 및, 공기 타이어는 하기 항목 (1) 내지 (7)에 관한 것이다:
(1) 천연고무 및/또는 디엔 염기 합성 고무를 포함하는 고무 성분 100 중량부에 대해 15 내지 85 중량부의 실리카 및, 상기 실리카의 양에 대해 1 내지 15 중량%로 배합한 하기 화학식 I로 나타내어지는 3차 아민 화합물을 함유하는 고무 조성물:
[식 중에서, R1은 탄소수 1 - 36의 알킬기, 알케닐기 또는 알콕시기 및 그것들의 히드록시 치환기, 벤질기, 탄소수 4 - 36의 알킬기나 알케닐기로 치환된 벤질기, 또는 하기 화학식 II 중 하나로 나타내어지는 기를 나타내고; R2및 R3는 독립적으로 탄소수 1 - 36의 알케닐기 또는 알킬기, 벤질기, 시클로헥실기 및 그것의 히드록시 치환기를 나타낸다:
(식 중에서, R4는 탄소수 1 - 36 의 알킬기 또는 알케닐기를 나타내고; R5는에틸렌기 또는 프로필렌기를 나타내며; X는 수소, 탄소수 1 - 18 의 알킬기, 알케닐기, 알카노일기 또는 알케노일기를 나타내고; A는 탄소수 2 - 6의 알킬렌기 또는 히드록시알킬렌기를 나타내며; m은 1 내지 10 의 정수이고, m이 2 이상인 경우, 각각의 A는 동일하거나 상이하며; n은 1 내지 10 의 정수이다)].
(2) 상기 항목 (1)에 있어서, 상기 화학식 I 로 나타내어지는 3차 아민 화합물이 180 이상의 분자량을 갖는 고무 조성물.
(3) 상기 항목 (1)에 있어서, 상기 화학식 I로 나타내어지는 3차 아민 화합물이 R1및 R2가 모두 메틸기이고, R3가 탄소수 12 - 36의 알킬기인 디메틸알킬아민인 고무 조성물.
(4) 상기 항목 (1)에 있어서, 화학식 I로 나타내어지는 3차 아민 화합물이 디메틸스테아릴아민인 고무 조성물.
(5) 상기 항목 (1)에 있어서, 실리카 양에 대해 1 내지 15 중량%의 비율로 배합된 실란 커플링제를 더 함유하는 고무 조성물.
(6) 상기 항목 (1)에 있어서, 고무 조성물 100 중량부에 대해 20 내지 80 중량부의 카본블랙을 더 함유하는 고무 조성물.
(7) 트레드부(tread part)가 상기 항목 (1) 내지 (6)에 기재된 고무 조성물을 함유하는, 트레드부, 사이드월부(side wall part) 및 비이드부(bead part)로 이루어진 공기 타이어.
[본 발명의 최적의 실시예]
이하, 본 발명의 실시양태를 상세히 설명한다.
본 발명의 고무 성분으로는, 천연고무(NR) 또는 합성 고무를 단독으로 또는 그것들을 배합하여 사용할 수 있다. 합성 고무의 예로는 합성 폴리이소프렌 고무(IR), 폴리이소부타디엔 고무(BR) 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 포함한다.
예를 들면, 본 발명에 사용되는 실리카로는 침강 실리카가 바람직하나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다. 실리카의 배합비는 상기 고무 조성물 100 중량부에 대해 15 내지 85 중량부이다. 실리카의 배합비가 15 중량부 미만인 경우, 보강성이 불충분하고, 배합량이 85 중량부를 초과한 경우는 워밍업 및 압출과 같은 가공성이 저하된다. 실리카의 배합량은 보충성, 저발열성 및 가공성의 측면에서 20 내지 65 중량부가 바람직하다.
본 발명의 분산 개량제로서 사용되는 아민 화합물은 하기 화학식 I 로 나타내어지는 3차 아민이다:
[화학식 I]
[식 중에서, R1은 탄소수 1 - 36의 알킬기, 알케닐기 또는 알콕시기 및 그것들의 히드록시 치환기, 벤질기, 탄소수 4 - 36의 알킬기나 알케닐기로 치환된 벤질기, 또는 하기 화학식 II 중 하나로 나타내어지는 기를 나타내고 ; R2및 R3는 독립적으로 탄소수 1 - 36의 알케닐기나 알킬기, 벤질기, 시클로헥실기 및 그것의 히드록시 치환기를 나타낸다:
[화학식 II]
(식 중에서, R4는 탄소수 1 - 36의 알킬기 또는 알케닐기를 나타내고; R5는 에틸렌기 또는 프로필렌기를 나타내며; X는 수소, 탄소수 1 - 18의 알킬기, 알케닐기, 알카노일기 또는 알케노일기를 나타내고; A는 탄소수 2 - 6의 알킬렌기 또는 히드록시알킬렌기를 나타내며; m은 1 내지 10 의 정수이고, m이 2 이상인 경우, 각각의 A는 동일하거나 상이하며; n은 1 내지 10의 정수이다)].
상세하게는, R1로는 메틸, 에틸, 프로필, 라우릴, 스테아릴, 라우롤릴아미노에틸렌, 스테아로일옥시에틸렌, 아크릴로일옥시프로필렌, 메트아크릴로일옥시프로필렌, 2-히드록시메틸, 2-히드록시도데실, 벤질 및 시클로헥실기를 포함한다.
상세하게는, R2및 R3로는 메틸, 에틸, 라우릴, 스테아릴, 비닐, 알릴, 3-알릴옥시-2-히드록시프로필, 벤질 및 히드록시에틸기를 포함한다.
상세하게는, R4로는 메틸, 에틸, 라우릴, 스테아릴, 비닐, 알릴기를 포함한다.
상세하게는, X로는 수소 원자, 에틸, 라우릴, 스테아릴, 비닐, 알릴, 라우로일, 스테아로일, 아크릴로일 및 메트아크릴로일기를 포함한다.
본 발명에 사용되는 3차 아민 화합물의 특정예는 트리옥틸아민, 디메틸데실아민, 디메틸미리스틸아민, 디메틸옥타데세닐아민, 디메틸헥사데세닐아민, 디메틸메트아크릴옥시프로필아민, 메틸디비닐아민, N,N,N-트리라우릴아민, N,N,N-트리스테아릴아민, N,N-디메틸-N-라우릴아민, N,N-디메틸-N-스테아릴아민, N-메틸-N,N-디라우릴아민, N-메틸-N,N-디스테아릴아민, N,N-디벤질-N-스테아릴아민, N-벤질-N,N-디라우릴아민, N,N-디알릴-N-스테아릴아민, N,N-디알릴-N-라우릴아민, N,N-디메틸-N-라우릴로일옥시에틸아민, N,N-디메틸-N-스테아로일옥시에틸아민, N,N-디메틸-N'-라우로일-프로필아민, N,N-디히드록시에틸-N-스테아릴아민, N,N-디히드록시에틸-N-라우릴아민, N,N-디히드록시에틸-N-2-히드록시도데실아민, N,N-폴리옥시에틸렌-N-스테아릴아민, N,N-디(-2-히드록시-3-알릴옥시프로필)-N-헥사데실아민, N,N-디(-2-히드록시-3-알릴옥시프로필)-N-옥타데실아민, N,N-디(-2-히드록시-3-아크릴옥시카르보닐)프로필-N-헥사데실아민, N,N-디(-2-히드록시-3-아크릴옥시카르보닐)프로필-N-옥타데실아민, N,N-디(-5-히드록시-3,7-디옥시-9-데실-1-일)-N-옥타데실아민, 및 아크릴산, 메트아크릴산 및 지방산으로 에스테르화된 화합물을 포함한다.
바람직하게는 3차 아민 화합물은 R1및 R2가 모두 메틸기이고, R3가 탄소수 12 - 36의 알킬기인 디메틸알킬아민이고, 더욱 바람직하게는 인화점, 저발열성 및 분산 개량의 측면에서 디메틸스테아릴아민이다.
상기 3차 아민 화합물의 배합량은 실리카의 양에 대해 1 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 10 중량% 이다. 상기 3차 아민 화합물의 배합량이 1 중량% 미만인 경우, 의도된 분산성, 저발열성 및 내마모성이 충분히 개량할 수 없다. 반대로, 배합량이 15 중량%를 초과한 경우는, 실리카 상의 분산 개량 효과가 포화되고, 3차 아민 화합물이 가소제로서 작용하여, 내마모성이 감소한다(이 문제는 실시예에서 더욱 상세히 설명된다).
본 발명에서 사용되는 3차 아민 화합물은 바람직하게 180 이상의 분자량을 가진다. 3차 아민 화합물이 180 미만의 분자량을 가질 경우, 인화점이 낮아져, 가공 공정 중에 발화 위험이 있다. 따라서, 바람직하지 않다.
본 발명에 사용되는 실란 커플링제는 고무산업에 통상적인 방식에 따라 사용되는한, 특별히 한정되지 않는다. 상세하게는, 실란 커플링제로는 비스(3-트리에톡시실릴프로필)폴리술피드, γ-메르캅토프로필트리에톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란 및 N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란이 포함된다. 실란 커플링제의 배합량은 실리카 중량에 대해 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 12 중량% 이다. 실란 커플링제의 배합량이 1 중량% 미만인 경우, 커플링 효과가 적고, 배합량이 15 중량%를 초과한 경우는, 중합체가 겔화되게 된다. 따라서, 두 경우 모두 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 카본블랙으로는 SAF, ISAF 및 HAF가 바람직하게 사용될 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다. 카본블랙의 배합량은 보강성 및 저발열성의 측면에서 고무 성분 100 중량부에 대해 바람직하게는 20 내지 80중량부이다.80중량부를 초과하는 카본블랙의 배합량은 매우 발열성을 나쁘게 한다. 25 내지 60중량부의 배합량이 효과가 현저하다.
본 발명에서, 상기 기재된 고무 성분, 실리카, 3차 아민 화합물, 실란 커플링제 및 카본블랙 외에도, 연화제, 항산화제, 가황제, 가황촉진제 및 가황 촉진 보조제와 같이 고무 산업에서 통상 사용되는 배합제가 필요에 따라 적당히 배합될 수 있다.
상기 기재된 고무 성분, 실리카, 3차 아민 화합물, 실란 커플링제 및 카본블랙, 및 필요에 따라 배합하는 상기 배합제를 반버리(banbury) 믹서 등으로 혼합함으로써 본 발명의 고무 조성물 및 공기 타이어를 제조할 수 있다.
본 발명의 고무 조성물 및 공기 타이어는, 하기 작용 메카니즘에 의해 발열성 및 내마모성 뿐만 아니라 실리카의 고무로의 분산성이 매우 개량됨을 추정할 수 있다.
통상, 실리카는 표면상의 관능기인 실라놀기의 수소 결합으로 인해 그 입자가 응집되어, 고무로의 분산성이 저하된다.
또한, 고무 산업에서 통상적으로 사용되는 실란 커플링제는, 실라놀기와, 실란 커플링제의 알콕시기를 가수분해하는 것에 의해 제조되는 실라놀기와의 탈수-축합 반응으로 인해, 실리카 입자의 표면상에 존재하는 실라놀기의 수를 감소시켜, 실리카의 고무 내에서의 분산을 개량시킨다. 그러나, 이 반응은 저온에서 일어나기 어렵고, 140℃ 이상의 온도에서 진행되는 것으로 보인다. 한편, 고무의 3차원 가교 반응이 170℃ 이상의 온도에서 실란 커플링제에 의해 일어나고, 점도가 격렬하게 높아진다. 실질적으로, 고무 혼합 온도가 고무 혼합 공정에서 급속히 증가함로써, 실란 커플링제와 실리카 간의 상당히 긴 반응시간을 소비할 필요가 없다.
한편, 상기 3차 아민 화합물 중의 질소 원자는 실리카의 표면상에 존재하는 실라놀기와의 수소 결합능이 높아, 실리카의 표면상에 존재하는 실라놀기를 마스킹(masking)하는 효과가 생겨, 실리카 입자가 서로 응집하는 것을 방지할 수 있다. 이 반응은 1차 결합이 아닌 화학적 흡착이므로, 이 효과는 실온과 근접한 저온 영역에서도 수행될 수 있다.
따라서, 저온 영역에서 고무 혼합 초기에 실리카 입자가 응집하는 것을 막는 효과가 있다. 결과적으로, 본 발명의 고무 조성물 및 공기 타이어는 발열성 및 내마모성을 비롯하여 실리카의 고무로의 분산성이 매우 개량된다.
이하, 본 발명은 실시예를 참조로 보다 상세히 설명되나, 이에 의해 본 발명이 결코 한정되지는 않는다.
실시예 1 내지 13 및 참조예 1 내지 8
하기 표 1 에 나와 있는 기초 배합식 및 표 2와 표 3에 나와 있는 배합 조성물에 따라 고무 조성물을 제조한다. 표에 나와 있는 중량 단위는 중량부이다.
실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 8에서 수득된 고무 조성물의 패인 효과 (Payne effect; ΔE'), 저발열성 및 내마모성을 하기 평가법으로 평가한다.
그 결과는 하기 표 2 및 3에 나타나 있다.
(1) 패인 효과 (ΔE')
도요 세이끼 세아사꾸쇼(주) 제조의 점강성 스펙트로미터를 사용하여, 주파수 50Hz, 초기 하중 100g, 25℃의 조건 하에서 반응 속도론적 인장 스트레인이 0.1 내지 5%의 범위 내에서 변화할 경우, E'(동적 저장 강성률) 변화를 측정한다.
두께 2mm 및 폭 5mm 의 슬랩 시트를 시험물로 사용하고, 집게 간의 거리를 2cm로 설정한다. 초기 하중을 100g으로 한다. ΔE'는 다음과 같고, 대조물과 비교하여 수득된 지수로서 표시한다:
Δ = E'max- E'min.
패인 효과는 고무로의 충진재의 분산 정도를 나타내고, 그 지수값이 작을수록 ΔE' 가 작고, 고무로의 충진재의 분산이 더 좋다.
(2) 저발열성
JIS K6255-1996(3)에 따라, 상기 JIS의 참고 2의 장치를 이용하여 25℃의 온도에서 측정되는 반발 강성율은, 대조물과 비교하여 얻어지는 지수로서 저발열성을 나타내기 위해 사용되었다. 지수값이 작을수록, 반발 강성율이 높고 저발열성이 좋다.
(3) 내마모성
람본(Lamborn) 마모 시험기를 사용하여 JIS K6264-1993에 따라 타이어 표면상의 접지압 5kg/cm2, 슬립율 40%에서 측정하여, 내마모성을 표시하는 내마모성 지수를 하기 식으로 계산한다:
내마모성 지수 = [(대조물의 손실 중량)/(시험물의 손실 중량)] x 100
이 지수가 클수록 내마모성이 좋음을 알 수 있다. 상기 평가에 있어서, 비교예 1의 고무 조성물을 대조물로서 설정한다.
(4) 롤링 저항 성능의 측정
고무 조성물을 195/65R15의 크기를 갖는 승용차용 타이어의 트래드에 적용한다. 상기 제조된 타이어를 내압 2.0kg/cm2로 부풀리고, 하중 440kg 하에 림(rim) 6JJ에 부착하고, 외경 1.7m의 드럼과 접촉시키며, 그 드럼을 회전시킨다. 속도를 고정 속도로 늘린 후, 드럼을 관성 회전시킨다. 속도가 시속 80km에 도달할 때 관성 모멘트를 측정한다. 하기 식에 따라 수득된 관성 모멘트로부터 롤링 저항성을 구한다:
지수 = [(대조 타이어의 관성 모멘트)/(시험 타이어의 관성 모멘트)] x 100.
비교예 1의 값을 100으로 설정하여 지수로서 표시한다. 그 지수가 클수록 롤링 저항성이 좋다.
값이 클수록 바람직하다.
(5) 필드 내마모성의 측정
2000cc의 국산(일제)차에 타이어를 장치하고, 10,000km 주행 후에 남은 바퀴 자국의 깊이를 측정하고, 하기 식에 따라 필드 내마모성을 구한다:
[(비교예 1에서 제조된 타이어의 바퀴 자국 깊이)/(시험 타이어의 바퀴 자국 깊이)] x 100.
값이 클수록 바람직하다.
| 배합 성분 | 중량부 |
| 고무 성분실리카카본블랙방향족 오일스테아르산실란 커플링제 Si69*13차 아민 화합물산화아연항산화제*2가황촉진제*3황 | 100변량변량202변량변량311.51.5 |
| *1 : 데구사 AG 사제의 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술피드*2 : N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민*3 : N-옥시디에틸렌-2-벤조티아졸술펜아미드 |
| 비교예1 | 실시예 | 비교예2 | 실시예 | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |||
| 배합 성분BR01*1SBR1500*1NR실리카 (Nipsil AQ)*2카본블랙 (Seast 3H)*3Si69*4디메틸스테아릴아민 (M.W. 297)디메틸데실아민 (M.W. 185)디메틸미리스틸아민 (M.W. 241)트리옥틸아민 (M.W. 354)트리아우릴아민 (M.W. 521) | 6535606 | 65356061 | 65356063 | 65356069 | 653560612 | 65356063 | 65356063 | 65356063 | 65356063 | 65358084 |
| 평가패인 효과저발열성내마모성롤링 저항성필드 내마모성 | 100100100100100 | 9889710698107 | 889010496106 | 828310194103 | 8182959492 | 808110293105 | 868810496105 | 929210597108 | 969810598107 | 989911899120 |
| *1 : 일본 합성 고무 (주) 제*2 : 일본 실리카 공업 (주) 제*3 : 도까이 카본 (주) 제*4 : 데구사 AG 사제의 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술피드 |
| 비교예3 | 실시예 | 비교예4 | 실시예11 | 비교예5 | 실시예 12 | ||
| 9 | 10 | ||||||
| 배합 성분BR01*1SBR1500*1NR실리카 (Nipsil AQ)*2카본블랙 (Seast 3H)*3Si69*4디메틸스테아릴아민 (M.W. 297)디메틸데실아민 (M.W. 185)디메틸미리스틸아민 (M.W. 241)트리옥틸아민 (M.W. 354)트리아우릴아민 (M.W. 521) | 65359094.5 | 40606063 | 2045356063 | 10030603 | 100306031.5 | 100108011 | 100207022 |
| 평가패인 효과저발열성내마모성롤링 저항성필드 내마모성 | 114112124105122 | 929210597108 | 878611495112 | 100100100100100 | 929110496104 | 102104112102110 | 989810897107 |
| *1 : 일본 합성 고무 (주) 제*2 : 일본 실리카 공업 (주) 제*3 : 도까이 카본 (주) 제*4 : 데구사 AG 사제의 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술피드 |
총괄적 관점에서, 본 발명의 영역 외에 속하는 비교예 1 내지 8 과 비교하여 본 발명의 영역 내에 속하는 실시예 1 내지 12에서는 실리카의 고무로의 고분산성, 저발열성 및 우수한 내마모성이 나타난다.
개별적으로 살펴보면, 실시예 1 내지 3에서는 본 발명의 영역 내에 각기 속하는 고무 성분, 실리카, 실란 커플링제 및 3차 아민 화합물들을 배합하여 얻어지는 고무 조성물 및 공기 타이어를 제공하고, 3차 아민 화합물을 배합하지 않았다는 것을 제외하고는 실시예 1 내지 3과 동일한 배합을 갖는 조성물인 비교예 1(대조군)과 비교하여, 실시예 1 내지 3의 조성물은 실리카의 고무로의 고분산성, 저발열성 및 우수한 내마모성이 제공됨이 명확하다.
비교예 2는 본 발명의 영역 외에 있고, 여기에서 3차 아민 화합물은 실리카의 중량에 대해 20 중량%(>15 중량 %)의 비율로 배합된다. 실리카의 분산 개량 효과가 포화될 뿐만 아니라, 내마모성이 저하된다.
비교예 4 내지 12에서는 본 발명의 영역 내에 각기 속하는 고무 성분, 실리카, 실란 커플링제 및 각종 3차 아민 화합물을 배합하여 얻어지는 고무 조성물, 및 그것을 이용한 공기 타이어가 제공되고, 3차 아민 화합물을 배합하지 않는 것을 제외하고는 실시예 4 내지 13의 배합 조성물과 동일한 조성물인 대조군(비교예 1 및 4)과 비교하여 실시예 4 내지 12의 조성물은 실리카의 고무로의 분산성, 저발열성 및 우수한 내마모성이 제공됨이 명확하다.
비교예 3은 본 발명의 영역 외에 있고, 여기에서 실리카의 배합량이 고무 성분 100 중량부에 대해 90 중량부(> 85중량부)이다. 내마모성이 개량되는 반면, 실리카의 고무로의 분산성이 저하되고, 발열성도 또한 나빠짐이 명확하다.
비교예 4 내지 5, 및 실시예 11 내지 12는 실리카와 카본블랙을 같이 사용한 것이고, 비교예 4는 대조군이다.
비교예 5는 본 발명의 영역 외에 있고, 여기에서 실리카의 배합량은 하한량인 15중량부 미만이다. 고무 조성물의 저발열성이 저하되고, 공기 타이어의 롤링 저항성도 또한 나빠진다.
상기 결과를 요약컨대, 본 발명의 고무 조성물 및 공기 타이어는 천연 고무및/또는 디엔 염기 합성 고무 100 중량부에 대해 15 내지 85 중량부의 실리카와, 상기 실리카의 양에 대해 1 내지 15 중량%로 상기 화학식 I로 나타내어지는 3차 아민 화합물을 배합할 때, 고무 실리카의 고무로의 분산성, 발열성 및 내마모성이 개량됨이 명확하게 되었다.
본 발명의 고무 조성물 및 공기 타이어는 저발열성 및 고내마모성이 필요한 용도로 적절하게 사용할 수 있다. 특히, 타이어, 컨베이어 벨트 및 호스와 같은 고무 제품에 적절하게 사용할 수 있다.
Claims (7)
- 천연고무 및/또는 디엔 염기 합성 고무로 이루어진 고무 성분 100 중량부에 대해 15 내지 85 중량부의 실리카 및, 상기 실리카의 양에 대해 1 내지 15 중량%로 배합된 하기 화학식 I로 나타내어지는 3차 아민 화합물을 함유하는 고무 조성물:[화학식 I]
[식 중에서, R1은 탄소수 1 - 36의 알킬기, 알케닐기 또는 알콕시기 및 그것들의 히드록시 치환기, 벤질기, 탄소수 4 - 36의 알킬기나 알케닐기로 치환된 벤질기, 또는 하기 화학식 II 중 하나로 나타내어지는 기를 나타내고 ; R2및 R3는 독립적으로 탄소수 1 - 36의 알케닐기나 알킬기, 벤질기, 시클로헥실기 및 그것의 히드록시 치환기를 나타낸다 :[화학식 II]
(식 중에서, R4는 탄소수 1 - 36 의 알킬기 또는 알케닐기를 나타내고; R5는 에틸렌기 또는 프로필렌기를 나타내며 ; X는 수소, 탄소수 1 - 18의 알킬기, 알케닐기, 알킬로일기 또는 알케닐로일기를 나타내고; A는 탄소수 2 - 6의 알킬렌기 또는 히드록시알킬렌기를 나타내며; m은 1 내지 10 의 정수이고, m이 2 이상인 경우, 각각의 A는 동일하거나 상이하며; n은 1 내지 10 의 정수이다)]. - 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 I로 나타내어지는 3차 아민 화합물이 180 이상의 분자량을 갖는 고무 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 I로 나타내어지는 3차 아민화합물이 R1및 R2가 모두 메틸기이고, R3가 12 내지 36의 탄소수를 갖는 알킬기인 디메틸알킬아민인 고무 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 I로 나타내어지는 3차 아민 화합물이 디메틸스테아릴아민인 고무 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 실리카의 양에 대해 1 내지 15중량%의 비율로 실란 커플링제를 함유하는 고무 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 100 중량부의 고무 성분에 대해 20 내지 80 중량부의 카본블랙을 함유하는 고무 조성물.
- 트레드부(tread part)가 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 고무 조성물을 함유하는 트레드부, 사이드월부(side wall part) 및 비이드부(bead part)를 포함하는 공기 타이어.
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