KR100534652B1

KR100534652B1 - 왕겨분말을 보강 충진제로 사용하는 트레드 고무 조성물

Info

Publication number: KR100534652B1
Application number: KR10-2003-0014083A
Authority: KR
Inventors: 박병호
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2005-12-08
Also published as: KR20040079145A

Abstract

본 발명은 타이어의 트레드 고무 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 왕겨분말과 트리피페르딘일실란을 포함시켜, 타 성능 하락 없이 저연비 성능과 내마모성이 향상된 타이어의 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

이에, 본 발명은 타이어의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 왕겨분말 5~25중량부와 트리피페르딘일실란 0.5~3.0 중량부가 포함됨을 특징으로 한다.

상기 왕겨분말은 바람직하게는, 입자 크기가 0.01~20μm 범위를 가지며, 비 표면적이 1.45~1.50m²/mg이며, 실 비중이 0.88~0.91g/cm³이다.

상기와 같이, 타이어의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 왕겨분말 5~25중량부와 트리피페르딘일실란 0.5~3.0 중량부를 포함시켰을 때 저연비 성능 및 컷앤 컷칩 성능, 그리고 치수 안정성능, 내마모성 등이 크게 향상되었다.

Description

왕겨분말을 보강 충진제로 사용하는 트레드 고무 조성물{Tread compound recipes of the husk powder reinforced rubber}

현재, 자동차 산업에서는 자원 절약이나 환경 오염에 대한 규제가 강화되고 있는 추세이다. 타이어 산업에서는 진동 저항을 줄이면서 저연비 특성을 가지면서 내마모 특성을 향상시키는 일을 매우 중요한 과제 중의 하나로 여기고 있다. 이에 대한 개선사항으로, 타이어용 트레드 배합물에 기존의 보강 충진제인 카본 블랙 대신 실리카를 사용하는 것이 타이어의 회전저항을 감소시킬 수 있다는 사실은 널리 알려져 있다. 최근 타이어용 고무 재료로서 실리카와 디엔계 고무 그리고 친화성이 있는 알킬 실란기나 아미노기 치환제를 도입하여 실리카의 내마모 성능을 유지하면서 발열특성 개선 및 저연비용 타이어가 소개되고 있다.

한편, 침전 실리카는 타이어 산업에서 보강제로 사용하는 카본블랙을 대체하는 저연비용 보강성 충진제로, 최근 그 사용 추세가 증가하고 있으며, 실란 커플링제를 사용함으로서 카본 블랙 대비 저연비 특성을 나타내는 고온 점탄성 특성인 60℃ 탄젠트 델타(tangent delta)의 특성치를 낮추는데 많이 이용되고 있다.

그러나 실리카의 경우 표면의 극성기와 친수성 때문에 비 극성계로 알려진 고무와의 친화성이 좋지 않고 또한 실리카의 입자간 응집성이 강하여 점도가 상승하게 되어 가공성이 어렵다는 문제점이 발생하였다. 이 뿐만 아니라 분산성이 좋은 실리카(high dispersible silica)의 경우 상대적으로 가격이 매우 비싸다는 단점도 있다.

이에, 본 발명은 타이어의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 왕겨분말 5~25중량부와 트리피페르딘일실란 0.5~3.0 중량부를 포함시켜서 타 성능 하락 없이 저연비 성능과 내마모성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명은 타이어의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 왕겨분말 5~25중량부와 트리피페르딘일실란 0.5~3.0 중량부가 포함됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 왕겨분말의 주요 조성물은 35%의 셀룰로우스와 25%의 해미 셀룰로우스와 20%의 리그닌 및 17%의 실리카를 포함하여 이루어진다.

또한, 왕겨분말은 표면에 히드록시기(-OH)가 함유된 것이 바람직하다.

또한, 상기 왕겨분말은 바람직하게는 5~25중량부이다. 여기서 왕겨분말을 5중량부 미만을 사용하면 물성 성능 향상이 미비하며, 30중량부 이상을 사용하면, 치수 안정성은 우수하나 내 마모 특성 및 내 찢김성이 하락한다.

본 발명에 사용되는 카본블랙은 요오드 흡착가가 60~150mg/g, DBP 흡유가가 80~150Cm³/100g인 것이 사용되며, 바람직하게는 N220 등이 있다.

또한 본 발명에 사용되는 실리카는 BET가 100~180m²/g, CTAB가 100~200m²/g, DBP가 150~250cm³/100g이고 흡착 평균 면적(Aggregate mean area)이 배합 전 8500nm², 배합 후 7000~8400nm²인 것이 바람직하다.

상기 트리피페르딘일실란(tripiperdinylsilane)은 다음 식(1) 내지 식(3)에 나타난 것과 같이 트리클로로실란(trichlorosilane)에다 과량의 피페리딘(piperidine)을 반응시킨 것이다.

SiHCl₃ + C₅H₁₁N(Express) -> (C₅H₁₀N) ₃ - SiH ·······(1)

(C₅H₁₀N)₃ - SiH + H₂O -> 3C₅H₁₁N + Si(OH)₃·······(2)

(C₅H₁₀N)₃ - SiH + CH₃CH₂OH -> 3C₅H₁₁N + Si(OCH₂CH₃)₃·····(3)

상기 트리피페르딘일실란은 고무 배합물 내에 실리카나 왕겨 표면에 존재하는 히드록시기(-OH)와 커플링제와 반응시 부산물로 발생하는 알코올이나 혹은 물과 반응을 하여 피폐르딘과 트리하리드록시실란 혹은 트리에톡시실란을 생성하게 한다.

보다 상세히 설명하면, 트리피폐리딘일실란은 부산물인 알코올이나 물을 잡아먹는 역할을 하며 그 부산물로 생겨나는 피폐르딘은 반응 활성제로 작용하게 되고 트리하이드록실란이나 트리에톡시실란은 커플링제로 작용하여 물성 향상제로 작용함을 하기에 나타난 실험 결과(실시예 및 비교예)에서 확인할 수 있었다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이들 실시예에 국한되는 것은 아니다.

(비교예 )

다음 표 1에 지시된 배합비와 같이 본 발명은 원료고무(SBR1500) 100중량부에 대하여 실리카 30중량부, 카본 블랙(N-220) 30중량부, Si-69 2.4중량부, 촉진제(CZ) 1중량부, 황(S) 1.8중량부, DPG 0.5중량부, 아연화 3중량부, 스테아린산 1중량부, 노방제 RD/6C/Wax 각각 2중량부씩 포함하여 이루어지며, 이를 혼합한 후 밴버리믹서를 사용하여 트레드 고무시편을 제조하였다.

(실시예 1)

비교예에 비해 실리카는 20중량부 사용되며, Si-69는 사용하지 않았으며, 추가로 왕겨분말 10중량부와 트리피폐리딘일실란(TPS) 1.4중량부를 사용하였다.

왕겨가 포함된 고무시편 제조방법은 원료고무에 보강제인 실리카/왕겨 혼합물을 실란커플링제에 혼합하여 왕겨가 함유된 마스터벳치를 만든 후 상기 실리카가 함유된 마스터벳치에 카본블랙, 산화아연, 노방제, 활성제 등을 첨가하고 최종 혼합공정에서 가황제, 촉진제를 첨가 혼합하며 밴버리믹서를 사용하였다.

(실시예 2)

비교예에 비해 실리카는 10중량부 사용되며, Si-69는 사용하지 않았으며, 추가로 왕겨분말 20중량부와 TPS 2.4중량부를 사용하였으며, 실시예 1과 같이 트레드 고무시편을 제조하였다.

(실시예 3)

비교예에 비해 실리카와 Si-69는 사용하지 않았으며, 추가로 왕겨분말 30중량부와 TPS 2.4중량부를 사용하였으며, 실시예 1과 같이 트레드 고무시편을 제조하였다.

(실시예 4)

비교예에 비해 실리카는 사용하지 않았으며, 추가로 왕겨분말 30중량부를 사용하였으며, 실시예 1과 같이 트레드 고무시편을 제조하였다.

표 1. 실시예 및 비교예의 트레드 고무조성물

	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
원료고무(SBR 1500)	100	100	100	100	100
왕겨분말	0	10	20	30	30
실리카	30	20	10	0	0
카본블랙(N220)	30	30	30	30	30
Si-69	2.4	0	0	0	2.4
TPS	0	1.4	2.4	2.4	0
CZ	1	1	1	1	1
S	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8
DPG	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
아연화	3	3	3	3	3
스테아린산	1	1	1	1	1
노방제(RD/6C/Wax)	2/2/2	2/2/2	2/2/2	2/2/2	2/2/2

<시험예>

비교예와 실시예 1~4의 고무시편을 ASTM 관련규정에 의하여 물성을 측정하였으며 그 결과는 다음 표2에 나타난 바와 같다.

<시험방법>

1)내컷팅성 및 내칩성

비.에프.굿리치 커트 및 칩 테스터(B.F. Goodrich cut chip tester)를 이용하여 날카로운 칼날이, 회전하는 시편을 일정한 속도로 내리치면서 시험하는 방법으로, 최초의 시편 무게와 시험후의 시편 무게와의 무게차가 적을수록 성능이 우수함을 나타낸다.

2)내마모성

PICO 시험기기를 이용하여 내 마모정도를 평가한 것으로 80회 회전 후 손실된 분량을 나타낸 것으로, 수치가 적을수록 성능이 우수함을 나타낸다.

3)tanδ(60℃)

타이어의 성능 중 저연비 특성을 예측할 수 있는 값으로 Elastomerics(model 1332)기기를 이용하여 측정하며, 수치가 적을수록 성능이 우수함을 나타낸다. (주파수 : 11kHz, mean level : 10%, 진폭 : 5%)

4)치수 안정성

압출 다이(die)직경 비 대비 압출물의 팽창(swelling)되는 비로서 값이 클수록 치수 안정이 하락함을 나타낸다.

표2. 비교예 및 실시예1-4의 물성측정결과

	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
스코치 타임(분)	10.5	10.4	10.2	10.1	10.2
가류 시간(분)	8.3	8.2	8.1	8.0	8.3
최소 토크	11.7	10.9	10.3	10.0	9.8
최대 토크	37.6	37.9	39.1	39.2	36.5
인장 강도	256	254	261	260	257
신장율(%)	520	519	525	530	519
tanδ(60℃)	0.131	0.128	0.118	0.101	0.122
Cut chip(g)	2.664	2.647	2.457	2.559	2.621
Abrasion resistance(g)	0.423	0.416	0.389	0.413	0.417
치수 안정성	121	115	106	105	109

상기 표 2에 나타난 바와 같이 물성측정결과는 다음과 같다.

첫째, 왕겨 분말의 사용량이 증가할수록 저연비 특성이 우수하면서 내 마모 특성 및 인장강도 그리고 치수안정성 등에서 모두 우수함을 알 수 있으며, 왕겨 30중량부 이상일 경우에는 치수 안정성은 우수하나 내 마모 특성 및 내 찢김성은 하락함을 알 수 있다.

둘째, 트리피폐리딘일실란(TPS)을 사용할 경우, 스코치 특성에는 큰 영향을 주지 않으면서 고무의 가류 속도를 미소하게나마 향상됨을 알 수 있다. 이는 피폐리딘이 가류반응을 활성화시키기 때문이다.

셋째, 실란커플링제로 TPS를 사용한 실시예3과 Si-69를 사용한 실시예4를 비교분석해 보면, 저연비 성능, 내컷칩성, 내 마모성능면에서 실시예 3가 실시예 4보다 우수함을 알 수 있다.

상기 시험예의 결과인 표 2을 종합 분석하면, 타이어의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 왕겨분말 5~25중량부와 트리피페르딘일실란 0.5~3.0 중량부를 포함시켰을 때 저연비 성능 및 컷앤 컷칩 성능, 그리고 치수 안정성능, 내마모성 등이 크게 향상되었다.

Claims

타이어의 트레드 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 입자크기가 0.01∼20μm, 비 표면적이 1.45∼1.50m²/mg, 실 비중이 0.88∼0.91g/cm³인 왕겨분말 5∼25중량부와 트리피페르딘일실란 0.5∼3.0중량부가 포함됨을 특징으로 하는 타이어의 트레드 고무조성물.
삭제