KR100456370B1

KR100456370B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100456370B1
Application number: KR10-2002-0031259A
Authority: KR
Inventors: 신경섭
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-11-10
Also published as: KR20030094535A

Abstract

본 발명은 무수화물로 표면처리된 실리카를 보강제로 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물로서, 이는 고무와의 혼합시 분산성을 향상시켜 실리카 컴파운드의 장점인 제동성능 및 저회전저항성을 향상시킬 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Tire tread rubber composition}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리카를 보강제로 사용하는 데 있어서의 단점인 고무에서의 분산성을 향상시켜 저 회전저항성을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

현재 실리카는 타이어 산업 전반에 걸쳐 다용도로 사용되고 있는 추세인데, 이러한 실리카가 함유되어 있는 고무 컴파운드는 타이어의 물성 중 그립성과 저연비성의 장점을 가지고 있다. 그러나, 실리카는 고무와 혼합시 고무와는 극성이 다르기 때문에 혼합이 쉽지 않다. 즉, 실리카는 하이드로필릭(hydrophilic)한 성질을 가지고 있으며, 고무는 하이드로포빅(hydrophobic)한 성질을 가지고 있어 이 두 물질을 혼합할 경우 극성이 다른 차이점 때문에 혼합하는데 많은 문제점을 가지고 있다.

이러한 실리카의 단점을 극복하고자 많은 노력을 기울이고 있는데, 일예로 실리카 제조시 분산이 쉽게 되도록 실리카의 응집체 구조를 변환시키거나 결합력을 약화시킬 수 있는 제조방법에 대한 연구를 들 수 있다.

그러나, 이러한 방법들은 많은 개선효과가 있다 하더라도 결국 고무와의 극성차이로 인해 발생하는 혼합의 어려움을 해결하진 못하였다.

또 다른 방법으로서, 현재 가장 많이 사용되고 있는 방법은 커플링제를 별도로 사용하는 방법이다. 이러한 커플링제의 사용은 실리카가 가지고 있는 하이드로필릭한 성질을 없애 고무와 같은 극성을 가지도록 유도하여 고무와의 혼합시 극성차이로 인해 발생되는 문제점을 해결할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

그러나, 현재 사용되고 있는 커플링제는 가격면에서 비싸다는 단점을 가지고 있어 많은 양을 사용할 수 없다는 단점을 가지고 있다.

이에 본 발명자는 종래 커플링제를 별도로 사용하는 것에 비하여 저렴하면서도 고무와의 혼합시 분산성을 향상시키기 위해 연구노력하던 중, 실리카를 무수화물로 표면처리하여 첨가한 결과, 고무와의 혼합시 분산성을 향상시켜 실리카 컴파운드의 장점인 제동성능 및 저회전저항성을 향상시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 분산성의 문제없이 보강제로서 실리카를 첨가하여 제동성능 및 저회전저항성을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 실리카 100중량부에 대하여 무수화물 0.5∼15중량부 되도록 사용하여 얻어진,무수화물로 표면처리된 실리카를 보강제로 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 보강제로서 무수화물로 표면처리된 실리카를 사용한다.

실리카 표면처리에 사용된 무수화물은 실리카가 함유하고 있는 -OH기와 수소결합 또는 에스테르 결합을 하여 실리카가 가지고 있는 하이드로필릭한 성질을 없애는 역할을 하며, 또한 고무와 정전기력에 의한 반 데르 발스(Van dre Waals) 인력에 의해 고무와 결합하게 된다. 즉, 무수화물은 고무와 실리카 사이에서 다리 역할을 하게 된다.

이같은 무수화물의 역할로 실리카가 가지고 있는 극성을 변화시켜 고무와의 혼합시 혼합을 용이하게 하여 고무에 실리카가 함유되었을 경우 분산성을 증가시킬 수 있다. 이에 따라서, 카본블랙에 비하여 우수한 실리카의 회전저항성과 제동력 등의 물성을 유지하면서 보강성을 더 개선할 수 있고, 커플링제를 사용하는 것보다 원가를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

실리카의 표면처리를 위하여 본 발명에서 사용된 무수화물로는 말레익 안하이드라이드 또는 프탈릭 안하이드라이드를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실리카 표면처리시 무수화물의 사용량은 실리카 100중량부에 대해 0.5∼15중량부를 사용할 수 있으며, 바람직한 배합량은 1∼10중량부가 적당하다. 만일, 0.5중량부 미만으로 무수화물로 표면처리되면 표면처리에 의한 효과가 거의 없고, 15중량부를 초과하면 표면처리에 따른 보강성이 저하됨과 동시에 비용이 높아지는 단점이 있다.

이와같이 표면처리된 실리카를 원료고무 100중량부에 대하여 35∼80중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명 고무 조성물에 있어서 사용고무는 디엔계 천연고무로, 국제 표준 견본에 의한 황색의 리브드 스모크 쉬트(Ribbed smoked sheet) 또는 테크니칼 스탠다드 고무를 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 고무 조성물은 통상 첨가되는 배합제들, 예로서 가류촉진제로서 N-tert-부틸-2-벤조티아질 설펜아미드 1중량부, 가류제인 황 1.7중량부, 스테아린산 3중량부, 산화아연 4중량부, 고무의 노화방지제로서 N-1,3-디메틸부틸 폴리2,2,4-트리메틸 1.5중량부, 1,2-디하이드로 퀴놀린 1중량부, 왁시 하이드로카본 1중량부를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하에서, 본 발명 기술을 실시함으로써 얻어지는 효과를 실시예 및 비교예로 제조된 고무 조성물의 특성을 시험비교하여 효과를 설명하는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

제조예 1∼2

표면처리 실리카를 이하와 같이 제조하였다.

표면처리용 실리카 1kg에 말레익안하이드라이드 또는 프탈릭안하이드라이드각각을 10g, 150g 첨가하고 테트라클로로 카본(CCl₄)을 용매로서 첨가하고, 이 혼합물을 1시간 동안 일정 온도에서 믹서에서 혼합한 후, 건조하였다. 이로써 각각 무수화물이 각각 실리카에 대하여 1중량부, 15중량부 되도록 표면처리된 실리카를 얻었다.

실시예 1∼5

다음 표 1의 조성에 따라 고무 시편을 제조하였다.

비교예 1∼2

표면처리하지 않은 카본블랙과 실리카를 사용하여 다음 표 1의 조성에 따라 고무 시편을 제조하였다.

	실 시 예	비교예
	1	2	3	4	5	1	2
디엔계 천연고무⁽¹⁾	100	100	100	100	100	100	100
카본블랙⁽²⁾	-	-	-	-	-	45	-
실리카⁽³⁾	-	-	-	-	-	-	45
표면처리 실리카⁽⁴⁾	40	45	-	-	-	-	-
표면처리 실리카⁽⁵⁾	-	-	40	45	60	-	-
산화아연	4	4	4	4	4	4	4
스테아린산	3	3	3	3	3	3	3
노화방지제⁽⁶⁾	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
노화방지제⁽⁷⁾	1	1	1	1	1	1	1
노화방지제⁽⁸⁾	1	1	1	1	1	1	1
노화방지제⁽⁹⁾	1	1	1	1	1	1	1
유황⁽¹⁰⁾	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7
(주)(1)디엔계 천연고무로 국제 표준 견본에 의한 암갈색 내지 황색 리브드 스모크 쉬트(2)N2SA값이 95∼150㎡/g이고, DBP 흡유량이 90∼130㎖/100g인 카본블랙(3)N2SA값이 175㎡/g이고, CTAB 표면적이 166㎡/g인 실리카(4)제조예 1에서 얻어진 무수화물 1중량부로 표면처리된 실리카(5)제조예 2에서 얻어진 무수화물 15중량부로 표면처리된 실리카(6)N-1,3-디메틸부틸폴리 2,2,4-트리메틸(7)1,2-디하이드로 퀴놀린 (8)왁시 하이드로카본(9)N-tert-부틸-2-벤조티아질 설펜아미드(10)불용성 유황(Insoluble sulfur)

상기 표 1과 같이 배합제를 반바리 믹서를 이용하여 배합하여 고무 시트를 제조하였다. 이 고무 시트를 150℃의 가류 프레스에서 30분간 가류하여 시험시편을 준비한 뒤 모듈러스와 내마모성, 및 점탄성을 측정하여 가황 물성을 측정하였다. 그 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다.

	실 시 예	비교예
	1	2	3	4	5	1	2
인장물성	경도	65	66	67	67	68	66	65
	300% 모듈러스	169	175	170	168	162	177	160
	파단시 신장률(%)	400	411	408	409	386	415	372
	인장강도(kg/㎠)	239	241	244	245	231	248	237
내마모성(람본 마모) 지수	100	102	101	95	925	103	90
tanδ	60℃	0.123	0.121	0.119	0.115	0.112	0.139	0.130
분산도(%)	90	89	94	92	89	94	82

상기 표 2의 결과로부터, 표면처리한 실리카 사용시 인장물성과 내마모성의경우 처리하지 않은 카본블랙과 대비하여 큰 물성의 차이가 없으며, 표면처리를 하지 않은 실리카에 비하여 향상되었음을 알 수 있다. 실시예 2의 경우, 실리콘 화합물 무수화물 1중량부로 표면처리한 경우로서 표면처리한 실리카의 양이 증가함에 따라 tanδ(60℃)에서는 감소하여 저회전저항성이 향상되는 것을 알 수 있다.

실시예 4의 경우 15중량부로 표면처리한 실리콘 화합물을 사용한 것으로서, 실시예 2에 비하여 tanδ(60℃)가 감소하여 저회전저항성에 우수한 효과를 나타내고 있는 것을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 표면을 무수화물로 표면처리한 실리카를 보강제로 첨가하는 경우 고무와의 혼합시 분산성을 향상시켜 실리카 컴파운드의 장점인 제동성능 및 저회전저항성을 향상시킬 수 있어 타이어 트레드용 고무로서 바람직하다.

Claims

디엔계 천연고무를 원료고무로 하고 실리카를 보강제로 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

상기 실리카는 무수화물로 표면처리된 실리카로서, 이는 실리카 100중량부에 대하여 무수화물 0.5∼15중량부 되도록 처리하여 얻어진 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 무수화물은 말레익 안하이드라이드 또는 프탈릭 안하이드라이드인 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 실리카는 원료고무 100중량부에 대하여 35∼80중량부 되도록 포함하는 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.