KR100542281B1

KR100542281B1 - 마모특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물

Info

Publication number: KR100542281B1
Application number: KR1020030039216A
Authority: KR
Inventors: 최석주
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2006-01-11
Also published as: KR20040108291A

Abstract

본 발명은 마모특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 분산특성이 개선된 실리카를 고무조성물에 포함하도록 하여 고무내에서 실리카의 분산성을 향상시킴으로서 마모특성을 향상시킨 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 공지의 타이어 트레드 고무조성물에 있어서,

원료고무 100phr에 대하여 BET 값 110-140m²/g, DBP 값 250∼270ml/100g, CTAB 값 110∼150m²/g의 특성을 가지는 분산성이 개선된 실리카 50∼80phr 포함하도록 하여 고무 내의 실리카 분산성을 증가시켜 마모특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

Description

마모특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물{Tire tread rubber composition for improved abrasion property}

자동차의 주행 중 발생되는 연비손실의 일부가 타이어에 의해 발생된다고 알려져 있으며, 이중에서 트레드 고무가 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 주행중 발생되는 타이어의 회전저항 감소와 트레드 고무의 보강성을 위해 종래 사용하여 왔던 카본블랙을 실리카로 전량 대체하거나 또는 일부만 대체하는 기술이 발전되어 왔다.

트레드 부위에 실리카를 보강 충진제로 사용하면 타이어의 회전저항 감소와 함께 젖은 노면에서의 제동력을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 이는 실리카가 갖는 높은 충진제 상호간의 상호작용(interaction) 및 표면에 존재하는 극성 관능기 에 의한 친수성 그리고 낮은 에너지 손실(low energy dissipation) 등에 기인하는 것으로 알려져 있다. 그리고 이러한 타이어 성능에의 영향은 실리카 사용량이 많아질수록 증가하게 된다.

타이어의 트레드 고무조성물에 이러한 실리카의 사용량이 증가할수록 타이어의 회전저항 감소, 젖은 노면에서의 제동성 성능은 향상된다. 그러나 이러한 장점 이외에도 실리카는 서로간의 강한 상호작용에 의해 응집하려는 성질이 강해 다량의 실리카를 사용하게 되면 실리카의 응집이 발생하여 고무 내에 실리카의 분산성이 저하되고 고무의 점도가 증가되어 제품생산시 공정성이 하락하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 하락하기 위해 연구하던중 타이어 트레드 고무조성물에 일반 실리카가 아닌 분산성이 개선된 실리카를 적절하게 사용하면 고무 내에서 실리카가 응집되지 않고 고루 분산되어 고무의 마모특성이 향상되고 점도가 감소되어 공정성이 하락하지 않음을 알게 되었다.

따라서 본원발명은 분산성이 개선된 침강 실리카를 고무조성물에 포함하도록 하여 마모특성이 향상되고 공정성이 하락하지 않은 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

원료고무 100phr에 대하여 분산성이 개선된 실리카 50∼80phr 포함하도록 하여 고무 내의 실리카 분산성을 증가시켜 마모특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 원료고무는 천연고무나 유화중합 스티렌-부타디엔 고무(E-SBR), 용액중합 스티렌-부타디엔 고무(S-SBR), 부타디엔 고무(BR)와 같은 합성고무를 각각 사용하거나, 천연고무와 위의 합성고무가 균일한 비로 혼합된 혼합고무를 사용하거나 또는 위의 합성고무들이 균일한 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

본 발명에서 분산성이 개선된 실리카는 표면적을 나타내는 BET값이 110-140m²/g이고, 구조를 나타내는 DBP흡착량(Dibuty phthalate)이 250∼270ml/100g이며, 비표면적을 나타내는 CTAB 값(cetyltrimdethlene ammonium bromide)이 110∼150m²/g의 특성을 가진 것을 사용한다. 본 발명에서 다양한 특성의 실리카에 대하여 조사한바 전기의 BET, DBP, CTAB의 값을 가지는 실리카가 분산성이 우수함을 알게 되었으며, 이러한 특성을 가지는 실리카를 본 발명에 사용함이 바람직하다.

본 발명에서 상기의 특성을 가지는 실리카를 원료고무 100phr에 대하여 50phr 미만 사용하면 실리카 사이의 충분한 상호작용이 일어나지 않아 타이어의 회전저항 특성 및 마모특성을 개선하기 어렵다. 또한 실리카를 80phr 초과하여 사용하면 과량의 실리카에 의해 실리카 상호간에 응집이 증가하여 고무 내에 실리카의 분산성이 감소한다. 따라서 본 발명에서 분산성이 개선된 실리카는 원료고무 100phr에 대하여 50∼80phr 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 고무내에서 실리카의 역할을 향상시키기 위해 실리카 커플링제를 원료고무 100phr에 대하여 8∼15phr 포함하도록 한다. 실리카 커플링제를 8phr 미만 사용하면 실리카의 역할을 향상시키기 어려우며, 15phr 초과하여 사용하면 과량의 실리카 커플링제의 사용으로 고무의 물성을 감소시킬 수 있다. 따라서 실리카 커플링제는 전술한 수치로 고무조성물 내에 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 이러한 실리카 커플링제는 비닐트리메톡시실란(Vinyltrimethoxysilane), 비닐트리에톡시실란(Vinyltriethoxysilane), 감마-아미노프로필트리에톡시실란(γ-Aminopropyltriethoxysilane), N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노에틸메틸이메톡시실란(N-β-(Aminoethyl)-γ-aminoethylmethyldimethoxysilane), N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노에틸트리메톡시실란(N-β-(Aminoethyl)-γ-aminoethyltrimethoxy silane), 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란(γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilane), 감마-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilane), 감마-머캅토프로필트리메톡시실란(γ-Mercaptopropyltrimethoxysilane), Si-69 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 실리카, 실리카 커플링제 이외에 종래 타이어 트레드용 실리카 고무조성물에 사용되는 카본블랙, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 선택적으로 포함할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드용 실리카 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본원발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<비교예 1>

하기의 표 1과 같이 스티렌-부타디엔 고무(SBR-1500) 50phr 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR-1712) 50phr이 혼합된 원료고무 100 phr에 대하여 실리카 20phr, 카본블랙 60phr, 실리카 커플링제(Si-69) 3.2phr, 산화아연 3phr, 스테아린산 2phr, SDA 2phr, 공정오일 3phr, 노화방지제(K-RD) 2phr, 노화방지제(K-13) 3phr, 산화방지제(sunnoc) 2phr, 황 2phr, 가황촉진제(CZ) 2phr, 디페닐구아니딘(DPG) 0.3phr의 고무조성물을 준비하였다. 이 고무조성물을 160℃에서 30분간 가류하여 고무를 제조하였다.

<비교예 2>

실리카 55phr, 카본블랙 25phr, 실리카 커플링제 8.8phr 첨가하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성 및 방법으로 고무를 제조하였다.

<실시예>

하기의 표 1과 같이 스티렌-부타디엔 고무(SBR-1500) 50phr 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR-1712) 50phr이 혼합된 원료고무 100 phr에 대하여 실리카 55phr, 카본블랙 25phr, 실리카 커플링제(Si-69) 8.8phr, 산화아연 3phr, 스테아린산 2phr, SDA 2phr, 공정오일 3phr, 노화방지제(K-RD) 2phr, 노화방지제(K-13) 3phr, 산화방지제(sunnoc) 2phr, 황 2phr, 가황촉진제(CZ) 2phr, 디페닐구아니딘(DPG) 0.3phr의 고무조성물을 준비하였다. 이 고무조성물을 160℃에서 30분간 가류하여 고무를 제조하였다.

상기에서 실리카는 BET값이 120m²/g, DBP흡착량이 260ml/100g, CTAB 값이 130m²/g의 특성을 가지는 분산성이 개선된 실리카를 사용하였다.

표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성물

항목	비교예 1	실시예 1	실시예 2
SBR-1500	50	50	50
SBR-1712	50	50	50
실리카	20	55	55
카본블랙	60	25	25
실리카 커플링제	3.2	8.8	8.8
K-RD	2	2	2
K-13	3	3	3
Sunnoc	2	2	2
산화아연	3	3	3
스테아린산	2	2	2
SDA	2	2	2
공정오일	3	3	3
황	2	2	2
CZ	2	2	2
DPG	0.3	0.3	0.3

*K-RD : 2,2,4-trimethly-1,2-dihydro quinoline

*K-13 : N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'phenyl-p-phenylene diamine

*CZ : N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide

<시험예>

상기 비교예 및 실시예의 고무를 ASTM 관련규정에 의하여 DSR(Dynamic stress relaxation), 점도, 인장강도, 유리전이온도(Tg), 탄젠트 델타(Tan δ), 마모와 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

표 2. 비교예 및 실시예 고무의 물성

항목		비교예 1	실시예 1	실시예 2
DSR(SIG)		181	170	140
무니점도(125℃)		65	69	55
무니점도(100℃)		90	83	70
인장강도	경도	77	77	76
	300%모듈러스(kg/cm²)	158	160	156
	인장강도(kg/cm²)	230	228	230
	신율(%)	437	427	440
Tg(℃)		-20	-21	-22
Tan δ(0℃)		0.299	0.301	0.316
Tan δ(70℃)		0.182	0.185	0.151
마모(g)	PICO	0.032	0.030	0.025
마모(g)	DIN	0.274	0.271	0.168

상기 표 2의 고무 물성 측정결과를 보면 본 발명의 실리카 고무조성물에 의한 고무는 종래 고무조성물에 의한 비교예의 고무에 비해 점도가 낮고, 마모특성이 향상되고, 기타 여러 가지 물성은 동등 수준을 유지하고 있음을 알 수 있다.

Claims

트레드 고무조성물에 있어서,

원료고무 100phr에 대하여 BET 값 110∼140m²/g, DBP 값 250∼270ml/100g, CTAB 값 110∼150m²/g의 특성을 지닌 분산성이 개선된 실리카 50∼80phr 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무 조성물.
제1항에 있어서, 원료고무는 천연고무, 유화중합 스티렌-부타디엔 고무(E-SBR), 용액중합 스티렌-부타디엔 고무(S-SBR), 부타디엔 고무(BR)와 같은 합성고무를 각각 사용하거나, 천연고무와 위의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용하거나 또는 위의 합성고무들이 혼합된 혼합고무 임을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
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