KR100578098B1 - 타이어 트레드용 고무조성물 - Google Patents

타이어 트레드용 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 실리카를 보강충전제로 사용하는 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서, 말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무에 포함하도록 하여 회전저항 성능과 제동력(traction) 성능을 개선시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 실리카를 보강충전제로 사용하고, 고비닐 함량의 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무로 하는 고무조성물에 말단을 염기성계 기능기로 개질시킨 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무 중에 소정의 함량으로 포함하도록 하여 실리카와의 결합력을 향상시킴으로써 회전저항 성능과 제동력 성능을 개선시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무조성물 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물은 실리카를 보강충전제로 사용하는 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr 중에서 말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무 30∼60phr 포함된다.

Description

타이어 트레드용 고무조성물{Rubber composition for tire tread}
본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 실리카를 보강충전제로 사용하는 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서, 말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무에 포함하도록 하여 회전저항 성능과 제동력(traction) 성능을 개선시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
타이어 고무의 보강충전제로서 일반적으로 카본블랙과 실리카를 적용하고 있다. 카본블랙을 단독으로 사용한 고무에 비해 카본블랙과 실리카를 혼용하여 사용한 고무는 마모특성, 회전저항과 제동력과 같은 제반특성에 대한 성능이 개선되는 것으로 알려져 실리카의 사용량이 증가하고 있다.
그러나 실리카는 친수성 특성이 있는 반면, 타이어 고무의 원료고무 및 기타 첨가제는 소수성 특성이 있어 실리카는 원료고무 및 기타 첨가제와의 결합력이 하락하고, 충전제의 분산성 약화로 고무조성물에 적용하는 실리카의 첨가량이 한계가 있으며, 기대되는 물성을 얻기 어려운 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 실리카를 보강충전제로 사용하는 경우 고비닐이 함유된 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무 중에 일부 첨가하여 사용하고 있으나, 실리카와 원료고무의 결합력의 한계로 인해 실리카의 첨가량이 제한적 한계를 나타내어 기대하는 물성 및 여러 가지 제반특성을 얻기 어려운 문제가 있다.
상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 안출된 본 발명은 실리카를 보강충전제로 사용하고, 고비닐 함량의 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무로 하는 고무조성물에 말단을 염기성계 기능기로 개질시킨 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무 중에 소정의 함량으로 포함하도록 하여 실리카와의 결합력을 향상시킴으로써 회전저항 성능과 제동력 성능을 개선시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무조성물 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 타이어 트레드용 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물은 실리카를 보강충전제로 사용하는 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr 중에서 말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무 30∼60phr 포함된다.
본 발명에서 원료고무는 종래 타이어 트레드용 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, 비닐 함량이 높은 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무와 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 둘 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 또한 상기의 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 상기의 합성고무중 비닐 함량이 높은 스티렌 부타디엔 고무는 통상적으로 타이어 트레드용 고무조성물에 사용되는 스티렌 부타디엔 고무 보다 비닐 함량이 높은 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 스티렌 부타디엔 고무의 일예로서 비닐 함량이 30∼40%인 스티렌 부타디엔 고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 필수 구성성분인 말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무는 원료고무 100phr 중에서 30∼60phr 포함될 수 있다. 본 발명의 고무조성물에서 원료고무 100phr 중에서 말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무가 30phr 미만 사용되면 보강충전제인 실리카와의 결합력이 약해지는 문제가 있고, 60phr 초과 사용되면 보강충전제인 실리카와의 결합력의 향상이 더 이상 이루어지지 않는다. 따라서 본 발명에서 말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무는 원료고무 100phr 중에서 30∼60phr 포함되는 것이 좋다.
본 발명의 필수 구성성분인 말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무에 대하여 다양한 특성을 가지는 것을 적용한바, 본 발명의 목적에 부합하는 고무조성물을 얻기 위해 말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 함량 40∼45%, 비닐기 함량 15∼20%인 것을 사용할 수 있다.
말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무는 아민계의 기능기 중에서 -NH2기, NRR'기, NRH-기 및 히드록시기(-OH) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 염기성계 기능기를 스티렌 부타디엔 말단에 결합된 것을 사용할 수 있다. 상기 아민계의 기능기 중에서 R, R'은 C1∼C10의 알킬기 또는 아릴기이다.
말단이 염기성계 기능기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무는 스타이렌과 부타디엔 고무를 중합시 음이온 중합개시제를 첨가함으로써 스티렌 부타디엔 고무를 중합시 상기의 염기성계 기능기를 가지는 물질을 첨가하여 말단이 염기성계 기능기를 가지는 스티렌 부타디엔 고무를 얻을 수 있다.
본 발명에서 보강충전제는 상기에서 언급한 바와 같이 실리카 이외에도 고무의 물성과 제반특성을 향상시키기 위해 통상적으로 첨가되는 첨가량 만큼의 카본블랙을 혼용하여 사용할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 보강충전제 이외에 종래 타이어 트레드용 고무조성물에 사용되는 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본 원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기의 타이어 트레드용 고무조성물로 이루어진 고무가 함유된 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
하기의 표 1과 같은 특성을 가지는 고비닐 함유 스티렌 부타디엔 고무(HV-SBR) 30phr, 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 60phr, 시스-부타디엔 고무(cis-BR) 10phr로 이루어진 원료고무 100phr에 대하여 실리카(Z175) 35phr, 실란커플링제 3.0phr, 카본블랙(N375) 40phr, 산화아연 2phr, 스테아린산 2phr, 노화방지제 2phr, 공정오일 4phr를 밴버리 믹서에 넣어 혼합하고 140℃에서 25분 동안 반응시킨 후 방출하여 고무배합물을 얻었다.
이 고무배합물에 가류제(유황) 2.0phr, 가류촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) 1.9phr를 밴버리 믹서에 넣고 110℃에서 10분 동안 가류시켜 고무를 제조하였다.
상기에서 실리카는 비중 2.0, BET 표면적 200m2/g, DBP 흡착가 300ml/100g인 것을 사용하였다.
상기에서 카본블랙은 비중 1.80, DBP 흡착가 102ml/100g, 요오드 흡착가 90mg/g, 색강도(tint strength) 102%인 것을 사용하였다.
하기의 표 2에 비교예 고무의 조성성분을 정리하여 나타내었다.
<실시예 1>
유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 대신 말단이 아민기(-NH2)로 개질된 말단변성 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(말단변성 E-SBR) 60phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예와 동일한 조성성분 및 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 2>
유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 대신에 말단이 아민기(-NH2)로 개질된 말단변성 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(말단변성 E-SBR) 60phr를 사용하고, 실리카 50phr, 실란커플링제 3.5phr 첨가하는 것을 제외하고는 상기 비교예와 동일한 조성성분 및 방법으로 고무를 제조하였다.
표 1. 원료고무 특성
항목 HV-SBR 말단변성 E-SBR* E-SBR
스티렌 함량(%) 30∼35 40∼45 40∼45
비닐 함량(%) 30∼40 15∼20 15∼20
시스 함량(%) 20∼25 - -
무니점도 50∼60 - -
Tg(℃) -40 ∼ -30 -25 ∼ -20 -25 ∼ -20
표 2. 비교예 및 실시예 고무의 조성성분(단위 : phr)
항목 비교예 실시예 1 실시예 2
고비닐-SBR 30 30 30
E-SBR 60 - -
Cis-BR 10 10 10
말단변성 E-SBR - 60 60
실리카(Z175) 35 35 50
실란커플링제 3.0 3.0 3.5
카본블랙(N375) 40 40 40
산화아연 2 2 2
스테아린산 2 2 2
노화방지제 2 2 2
공정오일 4 4 4
가류제 2.0 2.0 2.0
가류촉진제 1.9 1.9 1.9
<시험예>
상기 비교예 및 실시예의 고무의 무니점도(125℃), 무니점도(100℃), 인장물성(경도, 300%모듈러스, 인장강도, 신율), 유리전이온도(Tg), tanδ(0℃), tanδ(70℃), DIN마모, 건조 제동력 지수, 건조 조종성 지수와 같은 특성을 ASTM 관련규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.
표 3. 비교예 및 실시예 고무의 특성
항목 비교예 실시예 1 실시예 2
무니점도 (125℃) T05 36 38 38
MV 67 368 68
무니점도(100℃) 90 92 93
인장물성 경도 69 68 70
300%모듈러스 97 99 100
인장강도 212 211 220
신율 570 571 575
GAbo Tg(℃) -20 -20 -21
tanδ(0℃) 0.360 0.370 0.375
tanδ(70℃) 0.131 0.125 0.120
DIN 마모 0.176 0.172 0.165
건조 제동력 지수 E"/[E*]^2 (20℃) 9.75E-10 10E-10 1.5E-9
E"/[E*]^1.8 (0℃) 7.9E-0.8 5.2E-0.8 5.5E-0.8
건조 조종성 지수 [E*](70℃) 0.11E09 0.11E09 0.23E09
상기 표 3에서처럼 말단이 염기성계 기능기를 가져 개질된 스티렌 부타디엔 구무를 적용한 본원발명의 경우 마모성능이 우수하고 제동력(tanδ(0℃)) 및 회전저항(tanδ(70℃))의 성능면에서도 우수함을 알 수 있다.
특히 실리카의 첨가량을 증가시킨 실시예 2에서도 마모성능, 제동력 및 회전저항 성능이 종래 타이어 트레드용 고무조성물에 비해 향상됨을 알 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 (4)

  1. 실리카를 보강충전제로 사용하는 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100phr 중에서 말단이 히드록시기(-OH)로 개질된 스티렌 부타디엔 고무 30∼60phr 포함됨을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 말단이 히드록시기로 개질된 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 함량 40∼45%, 비닐기 함량 15∼20% 임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
  3. 삭제
  4. 특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
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