KR100592516B1

KR100592516B1 - 트레드 고무조성물

Info

Publication number: KR100592516B1
Application number: KR1020030097688A
Authority: KR
Inventors: 강인구
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2006-06-23
Also published as: KR20050066404A

Abstract

본 발명은 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 실리카를 충진제로 적용하는 트레드 고무조성물에 있어서, 실리카의 분산제로서 다이설파이드를 포함하는 실란커플링제를 적용하여 실리카의 분산성을 높여 점도를 하락시키고, 스코치타임을 연장시키며, 회전저항 특성과 및 젖은 노면에서의 제동력을 향상시킬 수 있는 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명의 트레드 고무조성물은 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 실리카 40∼80중량부, 실리카의 분산제로서 다이설파이드가 함유된 실란커플링제를 실리카 중량대비 5∼12% 포함할 수 있다.

Description

트레드 고무조성물{Tread rubber composition for tire}

일반적으로 타이어의 성능을 강화시키기 위해 여러 가지 첨가제들이 사용되고 있으며, 이중에서 타이어의 보강성을 향상시키기 위해 충진제로서 카본블랙과, 실리카를 각각 사용하거나 또는 이들을 일정한 비로 혼합하여 사용하고 있다. 카본블랙과 실리카는 각각 고유한 특성을 가지고 있는데 카본블랙이 충진제로 함유된 고무는 내마모성이 우수하고, 실리카가 충진제로 함유된 고무는 낮은 회전저항을 가지므로 저연비특성이 좋고, 또한 젖은 노면에서의 제동력이 우수한 장점이 있다.

최근 자동차 연료의 가격이 점차적으로 증대됨에 따라 자동차 제조회사에서는 에너지 소비가 적은 저연비 특성의 자동차에 대한 연구가 증가되고 있다. 타이 어 업계에서도 자동차 회사의 요구에 부응하여 에너지소비가 적은 저연비 특성이 우수한 타이어에 대한 연구가 점차 증가하고 있다. 타이어에 있어서, 트레드 부위는 노면과 직접 접촉하는 부위이기 때문에 타이어의 어느 부분보다도 저연비 특성에 중요한 부위이다. 또한 제동력이 우수해야 하는데 특히 일반 노면보다 젖은 노면에서의 제동력이 우수해야 한다. 이러한 타이어를 얻기 위해 트레드 고무조성물의 보강충진제로서 점차적으로 카본블랙 대신 실리카를 사용하고 있다.

그러나 실리카는 실리카 입자끼리 상호작용하여 응집하려는 응집성이 크기 때문에 카본블랙에 비해 분산성이 좋지 않은 단점이 있다. 실리카가 고무배합물내에 골고루 분산이 되지 않는 경우 실리카의 분산 불량에 의한 점도상승 및 장기 방치시 겔화반응에 의한 고무물성이 하락할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 분산조제, 공정오일 및 커플링제를 사용하여 실리카의 분산성을 향상시키고 있다.

고무배합물내에서 실리카의 분산성을 향상시키기 위해 사용하는 조성성분 중 커플링제는 실란커플링제를 주로 사용하고 있다.

실란커플링제는 가격이 비싸고 공정과정에서 에탄올 등이 휘발되는 단점이 있으나, 실리카 표면의 실라놀 그룹과 고무조성물의 원료고무를 연결하는 가교역할을 하여 실리카 상호간의 응집력을 분쇄하여 고무조성물 내에서 실리카의 분산성을 향상시킬 수 있다.

현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 실란커플링제는 테트라에톡시실릴 프로필테트라설파이드(TESPT)로 이지만 고온에서의 배합성과 안정성이 감소하고, 배합시 에너지 소모가 큰 단점이 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 문제를 해결하기 위해 실리카를 보강충진제로 사용하는 트레드 고무조성물에 다이설파이드를 포함하는 실란커플링제를 적용하여 고온에서의 배합성과 안정성을 향상시켜 실리카의 고분산성을 유도함으로써 에너지 소비를 최소화할 수 있는 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 트레드 고무조성물로 이루어진 타이어의 제공을 또 다른 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 트레드 고무조성물은 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 실리카 40∼80중량부, 실리카의 분산제로서 다이설파이드가 함유된 실란커플링제를 실리카 중량대비 5∼12% 포함할 수 있다.

본 발명에서 원료고무는 종래 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 고무, 부틸고무, 클로로부틸고무, 브로모부틸고무와 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 둘 이상의 합성고무가 소정의 혼합비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 또한 상기의 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합되거나 또는 두 개 의 합성고무가 서로 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

본 발명에서 실리카는 CTAB값이 120∼140m²/g인 침강실리카를 사용할 수 있다. 본 발명에서 실리카를 원료고무 100중량부에 대하여 40중량부 미만 사용하면 고무의 보강성이 약하고, 회전저항 특성 및 젖은 노면에서의 제동력이 감소하는 문제가 있다. 80중량부 초과 사용하면 과량의 실리카의 사용에 의해 실리카의 응집성이 증대되어 고무의 물성이 감소할 수 있다. 따라서 본 발명의 고무조성물에서 실리카는 원료고무 100중량부에 대하여 40∼80중량부 첨가되어지는 것이 좋다.

본 발명의 고무조성물의 일부인 실리카에 있어서 다양한 특성의 실리카를 적용한바 고무의 보강성을 강화시키고, 회전저항 특성 및 젖은 노면에서의 제동력을 향상시키기 위해 CTAB값이 120∼140m²/g인 침강실리카를 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 실리카의 분산성을 향상시키기 위해 적용하는 분산제로서 실란커플링제는 다이설파이드가 함유된 실란커플링제를 사용할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 실란커플링제의 일예로서 테트라에톡시실릴 프로필다이설파이드를 사용할 수 있다.

본 발명에서 실란커플링제는 실리카 중량 대비 5∼12% 첨가하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 실란커플링제를 실리카 중량 대비 5% 미만 사용하면 실리카의 분산성을 향상시키기에 어려우며, 실리카 중량 대비 12% 초과 사용하면 실리카의 분산성 향상에 대한 뚜렷한 효과의 상승이 없고 비용만 증대하는 문제가 있다. 따라서 본 발명에서 실란커플링제는 실리카 중량 대비 5∼12% 첨가되어지는 것이 바 람직하다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 실리카, 실란커플링제 이외에 종래 트레드 고무조성물에 사용되는 충진제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

한편 본 발명은 상기의 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 하는 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>

원료고무로서 스티렌 부타디엔 고무 100중량부에 대하여 실리카 72중량부, 아연화 4.0중량부, 스테아린산 2.0중량부, 노화방지제(Kumanox-RD, 금호석유화학) 2.0중량부, 실란커플링제로서 실리카 중량 대비 5.8%의 비스-(3-트리에톡시실릴)-프로필-테트라설파이드(Si69)를 밴버리 믹서에 넣고 160℃에서 30분 동안 반응시켜 1차 배합물을 얻었다. 그런 다음 밴버리 믹서에 가류제로서 유황 1.5중량부, 가류촉진제(CZ) 1.5중량부, 가류촉진제(DPG) 1.0중량부를 첨가한 다음 110℃에서 20분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

<실시예 1>

실란커플링제로서 실리카 중량 대비 5.8%의 테트라에톡시실릴 프로필다이설파이드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예와 동일한 조성성분 및 방법으로 고무를 제조하였다.

<실시예 2>

가류제인 유황 2.0중량부 및 실란커플링제로서 실리카 중량 대비 5.8%의 테트라에톡시실릴 프로필다이설파이드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예와 동일한 조성성분 및 방법으로 고무를 제조하였다.

표 1. 비교예 및 실시예 고무의 조성

항목	비교예	실시예 1	실시예 2
원료고무	100	100	100
실리카	72	72	72
아연화	4.0	4.0	4.0
스테아린산	2.0	2.0	2.0
노화방지제	2.0	2.0	2.0
테트라설파이드(SI-69)	5.8	-	-
다이설파이드	-	5.8	5.8
가류제(유황)	1.5	1.5	2.0
가류촉진제(CZ)	1.5	1.5	1.5
가류촉진제(DPG)	1.0	1.0	1.0

<시험예>

상기 비교예 및 실시예의 고무에 대해 100℃ 점도, 125℃ 점도, 스코치타임, 최대토크, 최소토크, 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신율, 발열, 리바운드, 유리전이온도(Tg), 동적점탄성(tanδ(0℃) 및 tanδ(70℃))과 같은 물성을 ASTM 관련규정에 의해 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

표 2. 비교예 및 실시예 고무의 물성

항목	비교예	실시예 1	실시예 2
100℃ 점도	101	96	95
125℃ 점도	98	71	70
스코치타임(t5)	15.9	22.9	22.4
최대토크	38	36	38
최소토크	16	16	17
가류시간(t90)	10.3	10.3	10.3
경도	77	75	77
300% 모듈러스	153	120	161
인장강도	218	212	211
신율(%)	367	526	407
발열(온도차)	32.5	31.7	30.8
리바운드(1st)	11.9	12.0	11.8
유리전이온도(Tg)	-10.1	-9.8	-8.3
tanδ(0℃)*	0.531	0.572	0.621
tanδ(70℃)*	0.198	0.187	0.199

*동적 점탄성(Tan δ) : 레오바이브론 테스트(Rheovibron test)를 이용하여 11Hz, 1.25% 스트레인(Strain) 조건으로 온도를 변화시키면서 측정한 후 그 값을 나타낸 것이다. 여기서 Tanδ(0℃) 수치는 클수록 젖은 노면에서의 제동성능이 우수함을 의미한다. 또한 Tanδ(70℃) 수치가 작을수록 낮은 회전저항을 나타내어 회전저항 특성이 우수함을 의미한다.

상기 시험예의 결과인 표 2에서처럼 본 발명의 고무조성물에 의해 제조한 실시예 고무는 종래 고무조성물에 의해 제조한 비교예의 고무에 비해 점도, 발열, 리 바운드 특성이 개선되었음을 알 수 있다. 또한 동적 점탄성 특성에 있어서도 Tanδ(0℃) 값은 높아 젖은 노면에서의 제동력과 Tanδ(70℃) 값은 낮아 회전저항 특성이 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

실리카를 충진제로 적용하는 트레드 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 실리카로서 CTAB값이 120∼140m²/g인 침강실리카 40∼80중량부, 실리카의 분산제로서 테트라에톡시실릴 프로필다이설파이드를 실리카 중량 대비 5∼12％ 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물..
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특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 포함하는 타이어.