KR100507770B1 - Low Fuel Economy Tire Tread Rubber Composition - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저연비성 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a low fuel consumption tire tread rubber composition.
본 발명은 천연고무 0 내지 20 중량부, 유리 전이 온도가 -50℃ 이상 되는 스타이렌-부타디엔 고무 1종 이상 80 내지 100 중량부로 구성된 원료 고무 100 중량부에 대해, 보강제로는 카본 블랙 0.1 내지 50 중량부, 실리카 10 내지 60 중량부, 실리카에 반응할 수 있는 실란 결합제 0.1 내지 20 중량부 및 통상의 타이어 트레드용 고무 배합제로 이루어진 저연비성 타이어 트레드 고무 조성물인 것이다.The present invention is a carbon black 0.1 to 50 with respect to 100 parts by weight of the raw rubber composed of 0 to 20 parts by weight of natural rubber, one or more 80 to 100 parts by weight of styrene-butadiene rubber having a glass transition temperature of -50 ° C or more. It is a low fuel consumption tire tread rubber composition consisting of parts by weight, 10 to 60 parts by weight of silica, 0.1 to 20 parts by weight of a silane binder capable of reacting with silica, and a rubber compound for a tire tread.
본 발명에 따른 고무 조성물을 사용하여 고무 경도를 일정 수준으로 유지해서 젖은 노면에서의 제동 성능과 회전 마찰 저항에 의한 저연비 성능을 향상시킬 수 있다.By using the rubber composition according to the present invention, the rubber hardness can be maintained at a constant level to improve braking performance on wet road surfaces and low fuel consumption performance due to rotational frictional resistance.
Description
본 발명은 저연비성 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 유리 전이 온도가 -50℃ 이상인 스타이렌-부타디엔 고무 1 종류 이상과 보강제로 카본 블랙 및 실리카로 이루어진 고무 조성물로써 고무 경도를 일정 수준으로 유지해서 젖은 노면에서 제동 성능 및 노면과 회전 마찰 저항에 의한 연비 성능도 함께 개선한 저연비성 타이어 트레드 고무 조성물인 것이다.The present invention relates to a low fuel consumption tire tread rubber composition. More specifically, the present invention is a rubber composition composed of at least one styrene-butadiene rubber having a glass transition temperature of -50 ° C. or more and carbon black and silica as a reinforcing agent, to maintain a certain level of rubber hardness and to prevent braking performance and road surface. It is a low fuel efficiency tire tread rubber composition which also improved the fuel efficiency performance by over-rotational frictional resistance.
종래의 저연비성 타이어에 쓰는 트레드 고무 조성물의 경우에는 저연비성과 함께 젖은 노면에서의 제동 성능을 동시에 향상시키는 것은 매우 어려운 기술로 알려져 있었다.In the case of a tread rubber composition for a conventional low fuel consumption tire, it is known to be a very difficult technique to simultaneously improve the braking performance on the wet road surface with low fuel efficiency.
젖은 노면에서의 제동 성능이 낮은 문제점을 해결하기 위해서 종래에는 보강제(카본 블랙 또는 실리카)의 사용량을 증가하거나 또는 유리 전이 온도가 높은 고무를 사용하였다. In order to solve the problem of low braking performance on wet roads, rubber has been conventionally used to increase the amount of reinforcing agent (carbon black or silica) or to have a high glass transition temperature.
그러나 이때에는 저연비 타이어에 요구되는 저연비 성능이 저하되는 문제점이 수반되었다.However, this was accompanied by a problem that the low fuel consumption performance required for low fuel economy tires is reduced.
이에 본 발명은 재료적인 측면에서 젖은 노면에서의 제동 성능을 고려하기 위해서 유리 전이 온도가 -50℃ 이상인 스타이렌-부타디엔 고무를 1 종류 이상 사용하고, 저연비성을 향상시키기 위해서 보강제로는 입자경이 작고 구조가 발달된 카본 블랙과 실리카를 낮은 배합 분율로 사용하여, 물성적인 측면에서는 젖은 노면에서의 제동 성능을 향상시키기 위해서 가류 후 경도(Hardness)를 63 수준(쇼어 A 유형) 이하로 유지할 수 있는 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention uses at least one type of styrene-butadiene rubber having a glass transition temperature of -50 ° C or higher to consider braking performance on wet roads in terms of materials, and has a small particle size as a reinforcing agent to improve low fuel efficiency. By using carbon black and silica, which have advanced structure at low mixing fraction, in terms of physical properties, rubber can maintain the hardness after vulcanization at 63 or less (Shore A type) to improve braking performance on wet roads. It is an object to provide a composition.
본 발명은 천연고무 0 내지 20 중량부와 유리 전이 온도가 -50℃ 이상 되는 스타이렌-부타디엔 고무 1종 이상 80 내지 100 중량부로 구성된 원료 고무 100 중량부에 대해, 보강제로는 카본 블랙 0.1 내지 50 중량부, 실리카 10 내지 60 중량부, 실리카에 반응할 수 있는 실란 결합제(coupling agent) 0.1 내지 20 중량부 및 통상의 타이어 트레드용 고무 배합제로 이루어진 저연비성 타이어 트레드 고무 조성물임을 특징으로 한다.The present invention is based on 100 parts by weight of the raw rubber composed of 0 to 20 parts by weight of natural rubber and 80 to 100 parts by weight of styrene-butadiene rubber having a glass transition temperature of -50 ° C or higher. A low fuel efficiency tire tread rubber composition comprising a weight part, 10 to 60 parts by weight of silica, 0.1 to 20 parts by weight of a silane coupling agent capable of reacting with silica, and a rubber compound for a conventional tire tread.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 저연비성 타이어 트레드 고무 조성물은 천연고무 0 내지 20 중량부와 유리 전이 온도가 -50℃ 이상 되는 스타이렌-부타디엔 고무 1종 이상 80 내지 100 중량부로 구성된 원료 고무 100 중량부에 대해, 보강제로는 카본 블랙 0.1 내지 50 중량부, 실리카 10 내지 60 중량부, 실리카에 반응할 수 있는 실란 결합제 0.1 내지 20 중량부 및 통상의 타이어 트레드용 고무 배합제로 이루어진다.The low fuel efficiency tire tread rubber composition of the present invention is reinforced with respect to 100 parts by weight of raw rubber composed of 0 to 20 parts by weight of natural rubber and 80 to 100 parts by weight of styrene-butadiene rubber having a glass transition temperature of -50 ° C or higher. Zero consists of 0.1 to 50 parts by weight of carbon black, 10 to 60 parts by weight of silica, 0.1 to 20 parts by weight of a silane binder capable of reacting with silica and a rubber compound for conventional tire treads.
상기 스타이렌-부타디엔 고무는 용액중합 또는 유화중합 비닐 결합량과 스타이렌의 결합량과는 관계없이, 유리 전이 온도가 -50℃ 이상이면 된다. The styrene-butadiene rubber may have a glass transition temperature of -50 ° C or higher, regardless of the amount of the solution polymerization or emulsion polymerization vinyl bond and the styrene bond.
또한 이들 디엔계 고무를 사용하는데 있어서, 사용량과 유리전이 온도만 동일하면 종류에는 관계 없다. In addition, in using these diene rubbers, as long as the usage amount and the glass transition temperature are the same, the type is not relevant.
본 발명의 고무 조성물에서 사용되는 스타이렌-부타디엔 고무의 예로는 스타이렌의 결합량이 20% 이고, 부타디엔부의 비닐 결합량이 62%인 용액중합 스타이렌-부타디엔 고무와 스타이렌의 결합량이 40% 이고 부타디엔부의 비닐 결합량이 60%인 유화 중합 스타이렌-부타디엔 고무 등을 들 수 있다.Examples of the styrene-butadiene rubber used in the rubber composition of the present invention include a 20% bond of styrene and a 62% vinyl bond amount of butadiene in a solution-polymerized styrene-butadiene rubber and a styrene bond of 40% and butadiene. Emulsion polymerization styrene butadiene rubber etc. whose negative vinyl bond amount is 60% is mentioned.
상기의 스타이렌-부타디엔 고무를 천연 고무와 함께 원료 고무로 사용함으로써 젖은 노면에서의 제동 성능을 향상시킬 수 있다.By using the styrene-butadiene rubber as a raw material rubber together with natural rubber, braking performance on wet road surface can be improved.
본 발명에서 입자경이 작고 구조가 발달된 카본 블랙 및 실리카의 보강제를 낮은 배합분율로 사용하게 되면 내마모 성능을 일정 수준 이상 유지하면서 동시에 연비성능을 기존의 저연비성 트레드 고무 조성물 보다 더 낮거나 동등 수준을 유지시킬 수 있다.In the present invention, when the reinforcing agent of carbon black and silica having a small particle size and a developed structure is used at a low blending fraction, the fuel efficiency is lower than or equivalent to that of a conventional low fuel efficiency tread rubber composition while maintaining a certain level of wear resistance. Can be maintained.
따라서, DBP흡유량 115 내지 145㎖/100g이고, 질소흡착 비표면적이 117 내지 137㎡/g인 카본 블랙 0.1 내지 50 중량부, N2SA 150-190 ㎡/g이고, CTAB 150 내지 190 ㎡/g인 분말이나 과립 형태의 실리카 10 내지 60 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.Thus, the powder having a DBP oil absorption of 115 to 145 ml / 100 g, a carbon black having a nitrogen adsorption specific surface area of 117 to 137 m 2 / g, 0.1 to 50 parts by weight, N2SA 150-190 m 2 / g, and a CTAB 150 to 190 m 2 / g It is preferable to use 10 to 60 parts by weight of silica in the form of granules.
그러나, 상기의 실리카와 카본 블랙 양을 조절하는 것만으로는 저연비 성능과 젖은 노면에서 제동 성능을 동시에 향상시키기 위해서는 한계가 있게 된다. However, only adjusting the amount of silica and carbon black has a limit in order to simultaneously improve low fuel efficiency and braking performance on wet roads.
젖은 노면에서 제동 성능을 높이게 위해 많은 양의 실리카와 카본 블랙의 보강제를 사용하게 되면 저연비 성능이 낮아지는 결과가 나타나고, 반대로 저연비 성능을 향상시키기 위해서 보강제의 사용량을 줄이게 되면 젖은 노면에서 제동 성능이 낮아지는 결과가 나타나게 된다. The use of a large amount of silica and carbon black reinforcement to improve braking performance on wet roads results in lower fuel efficiency. On the contrary, reducing the use of reinforcing agents to improve low fuel economy results in lower braking performance on wet roads. Losing results will result.
즉 보강제의 사용량 뿐 만 아니라 고무 조성물의 경도를 일정한 값으로 낮추어야 저연비 성능과 젖은 노면에서의 제동 성능이 동시에 향상되게 된다. That is, not only the amount of reinforcing agent but also the hardness of the rubber composition should be lowered to a certain value so that the low fuel consumption performance and the braking performance on the wet road surface may be improved at the same time.
따라서, 경도를 63 이하로 유지하는 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable to maintain the hardness at 63 or less.
상기 실리카에 반응할 수 있는 실란 결합제는 비스(3-트리에톡시실릴프로필)-테트라-술판(Bis(3-triethoxysilylpropyl)-tetra-sulfane) 또는 메르캅토 프로필 트리에톡시 실란이다. The silane binder that can react with the silica is bis (3-triethoxysilylpropyl) -tetra-sulfane (Bis) or mercapto propyl triethoxy silane.
이러한 실란 결합제는 실리카와 고무 사이의 계면을 활성화 시켜서 두 물질의 결합력을 높이는 작용을 한다. These silane binders act to activate the interface between silica and rubber to increase the bonding strength of the two materials.
이들을 0.1 내지 20 중량부로 사용한 경우 고무 조성물의 물성값이 가장 좋아진다.When these are used at 0.1 to 20 parts by weight, the physical properties of the rubber composition are the best.
본 발명의 고무 조성물에 사용된 통상의 첨가제로는 가공유, 황 및 촉진제를 사용한다.Common additives used in the rubber compositions of the present invention include processed oils, sulfur and accelerators.
이하 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 다음의 실시예에 본 발명은 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. The present invention is not limited to the following examples.
실시예 1 및 2Examples 1 and 2
다음 표 1 과 같은 조성으로 고무 조성물을 제조하였다.Next, a rubber composition was prepared in the composition shown in Table 1.
표 1 에서 보여지는 바와 같이 보강제는 입자경이 작고 구조가 발달한 카본 블랙 및 실리카를 낮은 배합 분율을 사용하였다. As shown in Table 1, the reinforcing agent used a low blending ratio of carbon black and silica having a small particle diameter and a developed structure.
여기서 말하는 낮은 배합 분율이란 총 보강제(카본 + 실리카)의 양이 적다는 것을 뜻한다. 즉, 범용 고무에 사용되는 총 보강제의 양 보다 적다는 것을 의미한다.The low blending fraction here means that the total amount of reinforcing agent (carbon + silica) is low. That means less than the total amount of reinforcing agents used in general purpose rubber.
실시예 1과 실시예 2는 또한 경도를 고려해서 만든 저연비 성능과 동시에 젖은 노면에서 제동 성능 향상을 고려하여 제조한 고무 조성물이다.Example 1 and Example 2 are also rubber compositions manufactured in consideration of the low fuel consumption performance made in consideration of hardness and the improvement in braking performance on wet road surfaces.
비교예 1 내지 2Comparative Examples 1 and 2
다음 표 1 에 나타낸 바와 같이 비교예 1과 2는 본 발명에서 개발한 저연비성 타이어 트레드 고무 조성물과 성능을 비교하기 위해 현재 사용되고 있는 각각 범용 트레드 고무 조성물과 저연비 고무 조성물이다. As shown in Table 1, Comparative Examples 1 and 2 are general-purpose tread rubber compositions and low-fuel rubber compositions, which are currently used to compare performance with the low-fuelability tire tread rubber compositions developed in the present invention.
SBR1502 : 스타이렌 결합량이 20%인 유화중합 스타이렌-부타디엔 고무(SBR)SBR1502: Emulsion polymerization styrene-butadiene rubber with 20% styrene bond
고무 ① : 스타이렌 결합량이 20%이고, 부타디엔부의 비닐결합량이 62%인 용액중합 SBR(유리 전이 온도 -50℃ 이상)Rubber ①: solution polymerization SBR having a styrene bond amount of 20% and a vinyl bond amount of butadiene portion 62% (glass transition temperature of -50 ° C or higher)
고무 ② : 스타이렌 결합량이 40%이고, 부타디엔부의 비닐 결합량이 40%인 유화중합 SBR(유리 전이 온도 -50℃ 이상)Rubber (2): Emulsion polymerization SBR having a styrene bond of 40% and a vinyl bond of 40% in the butadiene portion (glass transition temperature of -50 ° C or higher)
카본 블랙 ① : DBP흡유량 100 내지 120㎖/100g이고, 질소흡착 비표면적이 86 내지 106㎡/gCarbon black (1): DBP oil absorption amount is 100-120 mL / 100 g, nitrogen adsorption specific surface area is 86-106 m <2> / g
카본 블랙 ② : DBP흡유량 115 내지 145㎖/100g이고, 질소흡착 비표면적이 117 내지 137㎡/gCarbon black (2): DBP oil absorption 115-145 mL / 100g, nitrogen adsorption specific surface area 117-137m <2> / g
실리카 : N2SA 150 내지 190 ㎡/g이고, CTAB 150 내지 190 ㎡/g이고 분말이나 과립 형태Silica: N2SA 150 to 190 m 2 / g, CTAB 150 to 190 m 2 / g and in powder or granule form
X50S : 비스(3-트리에톡시실릴프로필)-테트라-술판 또는 메르캅토 프로필 트리에톡시 실란X50S: bis (3-triethoxysilylpropyl) -tetra-sulfan or mercapto propyl triethoxy silane
시험예Test Example
실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 2의 고무 조성물에 대하여 다음과 같은 실험을 실행하였다.The following experiments were carried out on the rubber compositions of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
경도 : 168℃에서 10분간 가류 후 상온 20℃에서 쇼어 A 유형 경도계로 측정하였다.Hardness: After vulcanization at 168 ° C. for 10 minutes, it was measured with a Shore A type durometer at 20 ° C.
회전 저항(RR) : 실내 시험으로 속도 80㎞/h, 공기압 2.0㎏/㎠의 조건 하에서 드럼(durm)상에서의 타이어 회전 저항(RR)을 측정하였고, 회전 저항 값이 낮을수록 저연비 성능에 유리하다. Rolling resistance (RR): The tire rolling resistance (RR) on the drum was measured under the conditions of 80 km / h and 2.0 kg / cm2 of air pressure by an indoor test. The lower the rolling resistance, the better the fuel efficiency. .
LRR 성능 지수는 회전 저항의 역수이다.The LRR figure of merit is the inverse of the rolling resistance.
웨트(wet) 제동 거리 : 젖은 노면에서 70㎞/h 속도에서 제동 거리를 측정하였고, 이 제동 거리는 짧을수록 유리하다. Wet Braking Distance: The braking distance was measured at a speed of 70 km / h on a wet road surface. The shorter the braking distance is, the better.
제동 지수는 19.3을 기준 100으로 했을 때의 상대값이다.The braking index is a relative value when 19.3 is set to 100.
내마모성 : 실내 마모 시험기인 람본 마모 시험기로 측정하였으며, 시험시 상대 비교값이 높을수록 내마모성이 유리한 것이다. Abrasion resistance: It was measured by a rambon abrasion tester, which is an indoor abrasion tester, and the higher the relative comparison value in the test, the more abrasion resistance is favorable.
내마모 성능 지수는 100,000㎞를 기준 100으로 했을 때의 상대값이다.The abrasion resistance index is a relative value when 100 is based on 100,000 km.
실시예 1 및 2와 비교예 1 내지 3의 시험 결과를 다음 표 2에 기재하였다.The test results of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 2 below.
* 참고 : 시험에 사용된 타이어의 크기 : 205/65R14H* Note: Tire size used in test: 205 / 65R14H
실시예 1 및 2에서, 보강제로는 입자경이 작고 구조가 발달된 카본 블랙 및 실리카를 낮은 배합분율로 사용하여 내마모 성능을 일정 수준 이상 유지하면서 동시에 연비성능을 기존의 저연비성 트레드 고무 조성물인 비교예 2와 비교해서 더 낮거나 동등 수준을 유지시켰다.In Examples 1 and 2, as the reinforcing agent, carbon black and silica having a small particle size and high structure were used at a low blending ratio to maintain abrasion resistance at a certain level while comparing fuel efficiency with a conventional low fuel efficiency tread rubber composition. Lower or equivalent levels were maintained compared to example 2.
실시예 1 및 2에서, 유리 전이 온도가 -50℃ 이상 되는 고무를 사용하였고(여기서는 고무①,②), 트레드 고무 조성물의 경도는 63 이하로 유지하여, 젖은 노면에서의 제동 성능을 높였다. In Examples 1 and 2, rubber having a glass transition temperature of -50 ° C. or more was used (here rubber 1 and 2), and the hardness of the tread rubber composition was kept at 63 or less, thereby improving braking performance on wet road surfaces.
경도를 낮춤으로써 젖은 노면에서 제동 성능이 높아진다는 것은 다음의 식 (1)에 의해서 증명된다.It is proved by the following equation (1) that the braking performance is improved on wet roads by lowering the hardness.
식 (1) : 젖은 노면에서 제동 성능 = A * tanδ- B * 경도 + CEquation (1): braking performance on wet roads = A * tanδ- B * hardness + C
A, B, C : 상수 (A, B ＞ 0), tanδ : 손실지수A, B, C: Constant (A, B> 0), tanδ: Loss Index
식에서 보는 바와 같이 경도를 낮추게 되면 젖은 노면에서 제동 성능이 향상하게 된다. As shown in the equation, lowering the hardness improves braking performance on wet roads.
본 발명에 따른 실시예 1과 2의 고무 조성물은 회전 저항(RR)에 있어서도 향상됨을 알 수 있었다. The rubber compositions of Examples 1 and 2 according to the present invention was found to be improved also in the rotational resistance (RR).
본 발명에 따른 고무 조성물을 사용하여 고무 경도를 일정 수준으로 유지하여 젖은 노면에서의 제동 성능과 회전 마찰 저항에 의한 저연비 성능을 향상시킬 수 있다.By using the rubber composition according to the present invention it is possible to maintain the rubber hardness at a certain level to improve the braking performance on the wet road surface and low fuel consumption performance due to rotational frictional resistance.
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