KR100542284B1 - 승용차용 트레드 고무조성물 - Google Patents

승용차용 트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 승용차용 트레드 고무조성물에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 연비성능, 마모성능 및 제동성능을 동시에 향상시킨 환경친화적인 승용차용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 공지의 첨가제를 포함하는 승용차용 트레드 고무조성물에 있어서,원료고무로서 주석(Sn)이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무와 실리콘(Si)이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 포함하고, 보강제로서 카본블랙과 실리카를 포함함을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물을 제공한다.

Description

승용차용 트레드 고무조성물{Tread Compound for Motorcar}
본 발명은 승용차용 트레드 고무조성물에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 연비성능, 마모성능 및 제동성능을 동시에 향상시킨 환경친화적인 승용차용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
최근 지구환경을 보호하기 위한 환경친화성 제품에 대한 요구도가 커짐에 따라, 니트로소아민(nitrosoamine) 등과 같은 환경 유해물질이 배출되지 않는 타이어, 연비성능 및 마모성능이 우수한 타이어 등 환경친화적인 타이어 개발의 필요성이 대두되고 있다.
일반적으로 연비성능을 향상시키기 위해서는 트레드 고무조성물의 반발탄성을 높이고 발열을 낮게 유지하여야 하는데, 이는 상대적으로 제동성능을 하락시키는 문제점이 있는데, 이와 같은 상호 대치되는 성능상의 문제점을 모두 만족시키기 위하여 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber)나 부타디엔 고무(butadiene rubber)의 미세구조인 비닐(vinyl)이나 스티렌(styrene)의 함량을 조절하여 고무의 유리 전이온도(Tg)를 높임으로써 제동성능을 향상시키고, 중합후 의 결합반응에 의해 고무사슬 말단의 수를 줄이거나, 충진제와의 상호인력이 높은 관능기를 고무사슬 말단에 반응시킴으로써 회전저항의 주요인자인 고무사슬 말단의 움직임을 감소시키려는 연구가 진행되어 왔다.
미합중국특허 제5,496,883호에서는 보강제로서 실리카를 사용하고 높은 비닐함량을 갖는 용액중합 스티렌-부타디엔 고무와 부타디엔 고무를 사용하여 제동성능의 향상 및 회전저항의 감소라는 두 가지 성능을 동시에 해결하고자 하는 시도가 개시되어 있다.
그러나 상기 선행기술의 경우 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 합성시 어떤 종류의 커플링제를 사용하느냐에 따라 연비성능, 젖은 노면상의 제동성능 및 마모성능에 지대한 영향을 받게 되는데, 예컨대 충진제의 종류가 카본블랙(carbon black)인 경우에는 주석이 함유된(Sn-coupled) 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용하는 것이 카본블랙과의 반응성이 우수하여 마모성능이 우수한 반면, 충진제의 종류가 실리카인 경우에는 실리콘이 함유된(Si-coupled) 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용하는 것이 고무와 실리카와의 반응성을 증가시켜 마모성능, 연비성능 및 제동성능을 극대화시킬 수 있다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 연구를 수행하던 중, 충진제의 종류에 따라 Si 또는 Sn이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무의 조성비를 조정함으로써 승용차용 트레드 고무조성물의 연비성능, 마모성능 및 제동성능을 극 대화시킬 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 연비성능, 마모성능 및 제동성능을 동시에 향상시킨 환경친화적인 승용차용 트레드 고무조성물을 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 공지의 첨가제를 포함하는 승용차용 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무로서 주석(Sn)이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무와 실리콘(Si)이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 포함하고, 보강제로서 카본블랙과 실리카를 포함함을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물을 제공한다.
승용차용 타이어에 요구되어지는 성능을 만족시키기 위해서 일반적으로 트레드 고무조성물의 충진제로 카본블랙 60∼80 중량부 또는 실리카 30∼70 중량부와 카본블랙 10∼50 중량부를 많이 사용하고 있다.
이 경우 실리카를 60∼70 중량부 사용하고 카본블랙을 10∼20 중량부 사용할 경우 젖은 노면에서의 제동성능 및 연비성능이 우수한 반면, 트레드 고무조성물의 생산단가가 올라가고 정전기 방출을 위한 별도의 공정이 요구되는 단점이 있고, 또한 카본블랙을 60∼80 중량부 사용할 경우 생산단가가 낮아지고 공정특성이 우수한 반면, 상대적으로 연비성능 및 젖은 노면에서의 제동성능이 떨어지는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 실리카 30∼50 중량부와 카본블랙 50∼30 중량부를 혼합하여 사용하는 방법이 있는데, 이 경우에 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 커플링제의 종류가 트레드 고무의 성능에 많은 영향을 미치게 되는데, 본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물은 카본블랙과 실리카의 사용량에 따라 특정범위 내의 미세구조를 갖는 Sn이 함유된 스티렌-부타디엔 고무와 Si이 함유된 스티렌-부타디엔 고무를 적절히 혼합함으로써 고무의 성능을 극대화 할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물은 Sn이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무와 실리콘(Si)이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무의 중량부 비율이 100 : 0 ∼ 50 : 50 이고, 카본블랙과 실리카의 중량부 비율이 80 : 0 ∼ 40 : 40 이거나, Sn이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무와 Si이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무의 비율이 50 : 50 ∼ 0 : 100 이고, 카본블랙과 실리카의 비율이 40 : 40 ∼ 10 : 80 일 때 트레드 고무의 연비성능, 마모성능 및 제동성능이 극대화 될 수 있다.
기타 본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물에 포함되는 기타 성분 예를 들면, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제 등은 공지의 승용차용 트레드 고무조성물의 첨가제들로서 이들 각각은 이미 알려진 첨가량의 범위에 따라 적의 선택하여 실시하는 것으로 충분하므로 이들에 관한 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 비교예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 1>
하기 표 1에 개시된 배합비와 같이 원료고무로 Sn이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 100 중량부에 대하여 카본블랙 49 중량부, 실리카 25 중량부, 실란커플링제 4 중량부, 공정오일 15 중량부, 산화아연 3 중량부, 스테아린산 2 중량부, 노화방지제 2 중량부, 왁스 2 중량부를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 혼합시킨 후 1차 배합고무를 방출시켰다. 그런 다음 1차 배합고무에 유황 2 중량부를 첨가하여 배합하고 100℃의 온도에서 방출시켜 승용차용 트레드 고무시편을 제조하였다.
<실시예 2>
카본블랙 22 중량부, 실리카 50 중량부, 실란커플링제 8 중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무시편을 제조하였다.
<실시예 3>
카본블랙을 첨가하지 아니하고, 실리카 70 중량부, 실란커플링제 11.2 중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무시편을 제조하였다.
<비교예 1>
카본블랙 76 중량부를 첨가하고, 실리카 및 실란커플링제를 첨가하지 아니한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무시편을 제조하였다.
<실시예 4>
하기 표 1에 개시된 배합비와 같이 원료고무로 공정오일 37.5 중량부를 포함하고 있는 Si이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 137.5 중량부에 대하여 카본블랙 49 중량부, 실리카 25 중량부, 실란커플링제 4 중량부, 산화아연 3 중량부, 스테아린산 2 중량부, 노화방지제 2 중량부, 왁스 2 중량부를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 혼합시킨 후 1차 배합고무를 방출시켰다. 그런 다음 1차 배합고무에 유황 2 중량부를 첨가하여 100℃의 온도에서 방출시켜 승용차용 트레드 고무시편을 제조하였다.
<실시예 5>
카본블랙 22 중량부, 실리카 50 중량부, 실란커플링제 8 중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 4에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무조성물을 제조하였다.
<실시예 6>
카본블랙을 첨가하지 아니하고, 실리카 70 중량부, 실란커플링제 11.2 중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 4에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차 용 트레드 고무조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
카본블랙 76 중량부를 첨가하고, 실리카 및 실란커플링제를 첨가하지 아니한 것을 제외하고는 실시예 4에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무조성물을 제조하였다.
<표1> 배합비 (단위:중량부)
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 실시예4 실시예5 실시예6 비교예2
합성고무#1 100 100 100 100 - - - -
합성고무#2 - - - - 137.5 137.5 137.5 137.5
카본블랙 49 22 - 76 49 22 - 76
실리카 25 50 70 - 25 50 70 -
실란커플링제 4 8 11.2 - 4 8 11.2 -
공정오일 15 15 15 15 - - - -
산화아연 3 3 3 3 3 3 3 3
스테아린산 2 2 2 2 2 2 2 2
노화방지제 2 2 2 2 2 2 2 2
왁스 2 2 2 2 2 2 2 2
유황 2 2 2 2 2 2 2 2
(주) 합성고무 #1 : Sn이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무
합성고무 #2 : Si이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무(공정오일 37.5 중량부 포함)
<시험예>
상기 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 1 내지 비교예 2에서 제조한 고무조성물을 160℃에서 15분 동안 가류시켜 인장시편을 제조한 다음, ASTM 규격에 준하 여 스트레스-스트레인 시험, 마모성능 시험 및 동점탄성 시험과 같은 가황특성 및 물성측정한 결과를 하기의 표 2-1, 2-2에 나타내었다.
<표 2-1> 가황특성 및 물성측정 결과
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1
스트레스-스트레인시험 경도 300%모듈러스(Kgf/㎠) 인장강도(Kgf/㎠) 신장율(%) 77 169 190 338 77 182 175 281 77 190 164 281 76 160 202 362
PICO 시험 손실(㎎) 23 25 26 21
동점탄성 시험(RV) 탄델타 0℃ 탄델타 70℃ Tg(℃) 0.551 0.164 -10 0.581 0.142 -10 0.582 0.125 -10 0.472 0.185 -11
<표 2-2> 가황특성 및 물성측정 결과
구분 실시예4 실시예5 실시예6 비교예2
스트레스-스트레인시험 경도 300%모듈러스(Kgf/㎠) 인장강도(Kgf/㎠) 신장율(%) 72 131 192 402 70 148 175 347 70 150 165 342 73 117 184 453
PICO 시험 손실(㎎) 26 25 23 28
동점탄성 시험(RV) 탄델타 0℃ 탄델타 70℃ Tg(℃) 0.773 0.168 3 0.833 0.152 3 0.867 0.134 3 0.713 0.206 3
상기 결과에 의하면 본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물은 실시예1 내지 실시예 3과 같이 Sn이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용한 고무조성물의 경우는 카본블랙의 양이 줄어들수록 젖은 노면에서의 제동성능과 연비성능이 향상되기는 하지만 마모성능이 하락하는 것을 볼 수 있는데, 이는 Sn이 함유 된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무는 카본블랙과의 반응성이 우수하여 마모성능이 향상되기 때문이다.
반면, 실시예 4 내지 실시예 6과 같이 Si이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용한 고무조성물의 경우는 카본블랙의 양이 줄어들수록 적은 노면에서의 제동성능 및 마모성능이 향상됨을 볼 수 있는데, 이는 Si이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무가 실리카와의 반응성이 우수하여 마모성능, 연비성능 및 제동성능이 극대화되기 때문이다.
본 발명에 의한 고무조성물은 카본블랙과의 친화도가 높은 Sn이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무와 실리카와의 친화도가 높은 Si이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무의 혼합비를 조절함으로써 연비성능, 젖은 노면에서의 제동성능 및 마모성능을 향상시킨 환경친화적인 승용차용 트레드 고무조성물이라고 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 승용차용 트레드 고무조성물에 있어서,
    주석(Sn)이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무와 실리콘(Si)이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무의 중량부 비율이 100 : 0 ∼ 50 : 50인 원료고무와, 보강제로서 카본블랙과 실리카의 중량부 비율이 80 : 0 ∼ 40 : 40인 보강제를 포함하는 승용차용 트레드 고무조성물.
  3. 승용차용 트레드 고무조성물에 있어서,
    주석(Sn)이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무와 실리콘(Si)이 함유된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무의 중량부 비율이 50 : 50 ∼ 0 : 100인 원료고무와, 카본블랙과 실리카의 중량부 비율이 40 : 40 ∼ 10 : 80인 보강제를 포함하는 승용차용 트레드 고무조성물.
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