KR100569874B1 - 압출공정이 우수한 트레드 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압출공정이 우수한 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 충진제로 사용하는 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무를 포함한 전체 고무조성물 중량 대비 충진제 중량에 대한 백분율이 34.0%∼38.0%가 되도록 충진제를 포함하는 압출공정이 우수한 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 실리카를 주요 충진제로 사용하는 고무조성물의 압출공정에서 나타날 수 있는 길이 방향이 수축되는 문제를 해결하기 위하여 충진제의 투입량을 최적화하여 길이 변화가 적어 압출 공정에 대한 안정성이 향상되고 저연비 성능이 우수하며 마모 및 젖은 노면에서의 제동성능이 하락하지 않은 트레드 고무조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

압출공정이 우수한 트레드 고무조성물{Tire tread compound improved stability}
본 발명은 압출공정이 우수한 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 충진제로 사용하는 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무를 포함한 전체 고무조성물 중량 대비 충진제 중량에 대한 백분율이 34.0%∼38.0%가 되도록 충진제를 포함하는 압출공정이 우수한 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
전세계적으로 환경친화적인 제품의 요구가 증대됨에 따라 타이어도 저연비 성능을 매우 중요하게 생각하고 있다. 저연비 성능을 향상시키기 위해서 일반적으로 충진제의 주요 재료로서 실리카를 사용하거나 고무조성물에 투입하는 충진제의 양을 최소화하여 연비성능을 향상시키는 방법이 있다.
타이어를 제조하는 가장 보편화된 공정단계는 크게 정련, 압연, 압출, 성형 및 가류 등으로 나눌 수 있다. 하나의 타이어가 만들어지기 위해서는 각각의 부위별로 정해진 형상을 갖는 반제품을 만들고, 이들 반제품을 조합하는 성형공정을 거쳐 가류공정을 거쳐야만 타이어가 만들어지게 된다. 반제품을 만드는 공정은 성형 공정까지 일정한 형상을 유지하는 것이 제품의 품질을 우수하게 만드는 중요한 인자중의 하나이다.
일반적으로 고무조성물에 투입되는 보강충진제를 너무 많이 과량으로 투입하면 마모성능의 저하를 가져오고, 상대적으로 투입량을 줄이게 되면 연비성능은 향상되지만 압출시 고무조성물에 가해진 전단력(shear force)에 의해 고무조성물이 길이 방향으로 수축되는 문제가 있다.
본 발명은 실리카를 주요 충진제로 사용하는 고무조성물의 압출공정에서 나타날 수 있는 길이 방향이 수축되는 문제를 해결하기 위하여 충진제의 투입량을 최적화하여 길이 변화가 적어 압출 공정에 대한 안정성이 향상되고 저연비 성능이 우수하며 마모 및 젖은 노면에서의 제동성능이 하락하지 않은 트레드 고무조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 충진제를 함유하는 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무를 포함한 전체 고무조성물 중량 대비 충진제 중량에 대한 백분율이 34.0%∼38.0% 되도록 한다.
본 발명에서 전체 고무조성물 중량 대비 충진제 중량의 백분율이 34% 미만으로 충진제를 적용하면 압출 공정 안정성이 감소하는 문제가 있고, 38% 초과하여 실 리카를 적용하면 연비성능과 젖은 노면에서의 제동성능 및 마모성능의 균형이 깨져 성능하락을 가져올 수 있다. 따라서 본 발명은 원료고무를 포함한 전체 고무조성물 중량 대비 충진제 중량에 대한 백분율이 34.0%∼38.0% 되도록 실리카를 적용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 고무조성물에서 충진제는 실리카 또는 카본블랙을 각각 단독으로 사용하거나 또는 실리카와 카본블랙을 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합물을 충진제로 사용할 수 있다.
본 발명에서 충진제의 일예로서 실리카에 대하여 다양한 특성을 가진 것을 적용한바 BET 표면적이 110∼130m2/g, DOP 흡유량 250∼270ml/100g, 미세공극 부피 110∼130cc/g인 특성의 실리카를 적용하였을 때 본 발명의 목적에 부합하는 트레드 고무조성물을 얻을 수 있다. 또한 충진제의 일예로서 카본블랙을 사용할 수 있으며 이때 카본블랙은 타이어 관련 분야에서 보강충진제로서 통상적으로 사용하는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 원료고무의 일예로서 본 발명에서는 천연고무나 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무와 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 둘 이상의 합성고무가 동일한 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 두 가지의 합성고무가 혼합되는 경 우 각각 1:9∼9:1의 비로 혼합할 수 있으며, 세 가지 이상의 합성고무가 혼합되는 경우 각각 1:1:8∼1:8:1∼8:1:1의 비로 혼합할 수 있다. 또한 상기의 천연고무와 합성고무는 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 충진제 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 활성제, 노화방지제, 공정유, 왁스, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<비교예 1>
용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR) 55phr, 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 55phr, 부타디엔 고무(BR) 20 phr을 원료고무로 사용하였다. 이러한 원료고무 및 아연화 3phr, 실리카 60phr, 실란커플링제 9.6phr, 내열노화방지제 2.0phr, 내산화노화방지제 2.0phr, 왁스 2.0phr, 스테아린산 2.0phr을 반버리 믹서 에 넣어 혼합하고 140℃에서 25분 동안 반응시킨 후 방출하여 고무배합물을 얻었다.
이 고무배합물에 가류제(유황) 2.2phr, 가류촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤토티아졸설펜아미트(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) 2.0phr 및 디페닐구아니딘(DPG) 0.8phr을 반버리 믹서에 넣고 110℃에서 10분 동안 가류시켜 고무를 제조하였다.
상기에서 원료고무로 사용하는 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR)는 스티렌 함량이 35.0%, 비닐함량이 33.0%, 유리전이온도(Tg) -33℃인 것을 사용하였다. 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR)는 스티렌 함량이 40.0%, 유리전이온도(Tg) -25℃인 것을 사용하였다. 부타디엔 고무(BR)는 유리전이온도(Tg) -98℃인 것을 사용하였다.
상기에서 실리카는 BET 표면적이 110∼130m2/g, DOP 흡유량 250∼270ml/100g, 미세공극 부피 110∼130cc/g인 것을 사용하였다.
상기에서 실란커플링제는 Si69와 카본블랙이 5:5의 비로 혼합된 것을 사용하였다.
상기에서 전체 고무조성물 중량 대비 충진제 중량의 백분율[(실리카 함량+실란커플링제 내의 카본블랙 함량)/(전체 고무조성물 함량) X 100]은 30.06% 이었다.
위의 조성성분을 하기의 표 1에 나타내었다.
<비교예 2>
실리카 70phr, 실란커플링제 10.12phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성 및 방법으로 고무를 제조하였다. 이때 전체 고무조성물 중량 대비 충진제 중량의 백분율[(실리카 함량+실란커플링제 내의 카본블랙 함량)/(전체 고무조성물 함량) X 100]은 33.27% 이었다.
<비교예 3>
실리카 90phr, 실란커플링제 14.4phr, N-시클로헥실-2-벤토티아졸설펜아미트(CZ) 2.2phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성 및 방법으로 고무를 제조하였다. 이때 전체 고무조성물 중량 대비 충진제 중량의 백분율[(실리카 함량+실란커플링제 내의 카본블랙 함량)/(전체 고무조성물 함량) X 100]은 38.79% 이었다.
<실시예 1>
실리카 80phr, 실란커플링제 12.8phr, N-시클로헥실-2-벤토티아졸설펜아미트(CZ) 2.2phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성 및 방법으로 고무를 제조하였다. 이때 전체 고무조성물 중량 대비 충진제 중량의 백분율[(실리카 함량+실란커플링제 내의 카본블랙 함량)/(전체 고무조성물 함량) X 100]은 36.15% 이었다.
표 1. 비교예 및 실시예의 조성성분
항목 비교예 1 비교예 2 실시예 1 비교예 3
S-SBR 55 55 55 55
E-SBR 55 55 55 55
BR 20 20 20 20
아연화 3.0 3.0 3.0 3.0
실리카 60 70 80 90
실란커플링제 9.6 10.12 12.5 14.4
내열노화방지제 2.0 2.0 2.0 2.0
내산화노화방지제 2.0 2.0 2.0 2.0
왁스 2.0 2.0 2.0 2.0
스테아린산 2.0 2.0 2.0 2.0
황 2.2 2.2 2.2 2.2
가류촉진제(CZ) 2.0 2.0 2.2 2.2
가류촉진제(DPG) 0.8 0.8 0.8 0.8
실리카 함량 백분율(%)* 30.06 33.27 36.15 38.79
* 실란커플링제 : Si69와 카본블랙이 5:5의 비로 혼합된 것
* 실리카 함량 백분율 = [(실리카 함량+실란커플링제 내의 카본블랙 함량)/(전체 고무조성물 함량) X 100]
<시험예>
상기 비교예 및 실시예 고무를 ASTM 관련규정에 의해 경도, 300%모듈러스, 인장강도, 신율, 유리전이온도(Tg), Tanδ(0℃), Tanδ(70℃), 딘(DIN) 마모, 그린강도(125℃), 디케이 시간(Decay time)과 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 실시예 및 비교예 고무의 물성결과
항목 비교예 1 비교예 2 실시예 1 비교예 3
인장물성 경도(Shore A) 64 65 65 66
300%모듈러스(kg/cm2) 123 125 129 137
인장강도(kg/cm2) 192 189 185 176
신율(%) 439 435 427 402
동적 점탄성 Tg(℃) -15 -15 -15 -15
Tanδ(0℃) 0.420 0.423 0.429 0.431
Tanδ(70℃) 0.105 0.108 0.110 0.143
그린강도 강도(125℃) 0.140 0.135 0.140 0.185
디케이 시간 115 145 189 203
DIN 마모(g) 62초 73초 86초 98초
상기 시험예의 표 2의 결과에서 비교예 1,2와 같이 충진제의 투입량을 줄인 고무조성물로 이루어진 고무의 경우 저연비 성능의 대용 특성인 Tanδ(70℃) 값은 우수하나 길이 안정성을 판단할 수 있는 그린강도(Green Strength)의 강도(Strength)나 디케이 시간이 짧은 것으로 보아 압출 공정 안정성은 감소하여 완제품 사에서의 품질은 유지하기가 어렵게 된다. 또한 비교예 3과 같이 충진제의 함량을 높이게 되면 젖은 노면에서의 제동성능(Tanδ(0℃))은 다소 향상되나 저연비 성능(Tanδ(70℃)) 및 마모성능이 크게 하락하게 된다.
실시예 1처럼 전체 고무조성물 기준으로 충진제의 함량 배분율이 34%∼38%이 되도록 충진제를 고무조성물에 첨가할 경우 제반성능이 유지되면서 길이 안정성이 우수한 고무조성물을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 충진제를 함유하는 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 중에 유리전이온도(Tg)가 -25℃인 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR)가 포함되고, 충진제로서 BET 표면적이 110∼130m2/g, DOP 흡유량 250∼270ml/100g, 미세공극 부피 110∼130cc/g인 실리카가 단독으로 상기 원료고무를 포함한 전체 고무조성물 중량 대비 34.0％∼38.0％ 포함됨을 특징으로 하는 트레드 고무조성물.
  2. 삭제
  3. 특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
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