KR100602895B1 - 실리카로 보강된 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리카로 보강된 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이어 트레드에 보강충전제로 실리카를 사용하면서 나타나는 공정상의 문제를 해결하기 위하여 최적화된 혼합고무를 제공하는 것을 특징으로 하는 실리카로 보강된 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
공정성, 침강 실리카, 타이어, 트레드 고무 조성물, 혼합고무

Description

실리카로 보강된 트레드용 고무 조성물{SILICA-REINFORCED TREAD RUBBER COMPOSITION}
본 발명은 실리카로 보강된 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이어 트레드에 보강충전제로 실리카를 사용하면서 나타나는 공정상의 문제를 해결하기 위하여 최적화된 혼합고무를 제공하는 것을 특징으로 하는 실리카로 보강된 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
최근 자동차 매연 및 공장 배출가스 등이 지구 온난화에 미치는 원인중 하나로 심각한 환경문제로서 대두되고 있다. 자동차의 주행중 발생하는 연비손실의 일부가 타이어에 의해서 발생한다고 알려져 있으며, 타이어에서도 트레드 부위가 차지하는 비중이 제일 높아서 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
즉, 주행중 발생하는 타이어의 회전저항 감소를 목적으로, 타이어 트레드의 보강성을 위해서 종래부터 사용되어 왔던 카본블랙을 실리카로 완전히 대체하거나 또는 일부 대체하는 기술이 발전되어 왔다. 뿐만 아니라 트레드 부위에 실리카를 보강 충전제로 사용하면 젖은 노면에서의 제동력이 향상한다고 알려져 있다. 이는 실리카가 갖는 높은 충전제간의 상호작용(high filler-filler interaction) 및 표 면에 존재하는 극성 관능기에 의한 친수성 그리고 낮은 에너지 손실(low energy dissipation) 등에 기인하는 것으로 알려져 있으며, 실리카 사용량이 증가할수록 타이어상에서의 이러한 효과는 커진다.
그러나, 타이어의 트레드 고무 조성물에 실리카를 많이 사용할 수록 이러한 성능들은 향상하지만, 실리카가 지닌 수산기들(hydroxyls)간의 강한 상호작용(interaction) 때문에 조성물이 혼합되는 중에 실리카의 분산성(dispersion) 및 점도 등의 공정성에 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 침강 실리카를 첨가하여도 공정성이 나빠지지 않는 혼합고무를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 고무 조성물은 스티렌 30∼50중량%, 비닐 10∼30중량% 및 아로마틱 오일 20~50중량%를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 및 스티렌 15~40중량%를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무의 혼합고무 100중량부에 대하여 BET가 150∼200㎡/g이고, DBP가 270∼310ml/100g이며, CTAB가 140∼180㎡/g인 침강 실리카를 40∼80중량부 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 고무는 성질이 다른 2개의 유화중합 스티렌-부타디엔 고무(emulsion styrene-butadiene rubber, E-SBR)의 혼합고무로서 그 혼합비에 특별한 제한은 없으나, 10:90~90:10이 바람직하고, 특히 50:50의 혼합비가 바람직하다.
본 발명의 고무는 조성이 다른 두개의 유화중합SBR의 혼합고무로서, 그 중 하나의 유화중합SBR은 스티렌 30∼50중량%, 비닐 10∼30중량% 및 아로마틱 오일 20~50중량%를 포함하는 것이 바람직하고, 다른 하나의 유화중합SBR은 스티렌 15~40중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 유화중합 스티렌-부타디엔 고무라 하더라도 상기 조성비를 벗어나는 고무를 사용하면, 보강용 충전제로 실리카를 사용했을때 실리카가 갖는 높은 충전제간의 상호작용(high filler-filler interaction) 및 표면에 존재하는 극성 관능기에 의한 친수성 그리고 낮은 에너지 손실의 영향을 피할 수 없으므로 실리카의 분산성 및 점도 증가 등의 공정성의 하락이 발생하게 되므로 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 침강 실리카는 BET(보강충전제의 표면적(surface)을 나타내는 값)가 150∼200㎡/g이고, DBP(보강충전제의 구조(structure)를 나타내는 값)가 270∼310ml/100g이며, CTAB(보강충전제의 비표면적(specific surface)을 나타내는 값;cetyltrimethylene ammonium bromide)가 140∼180㎡/g인 것이 바람직하고, BET, DBP 및 CTAB의 수치범위가 상기 범위를 벗어나면, 공정성 개선효과를 기대하기 어렵다. 침강 실리카의 첨가량은 40∼80중량부가 바람직하다. 상기 침강 실리카의 첨가량이 40중량부 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 보강용 충전제를 첨가한 효과를 얻기 어렵기 때문에 바람직하지 않고, 80중량부를 초과할 경우에는 혼합, 압출 등의 공정성에 문제가 야기되기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 고무 조성물에는 통상적인 고무 조성물용 첨가제들, 예로서 아연화, 스테아린산, 노화방지제, 왁스, 아로마틱 오일, 황, 촉진제 등의 첨가제들을 적절히 선택하여 첨가할 수 있으며, 이러한 첨가제들의 선택 및 사용량은 당분야에서는 공지이다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
스티렌 41중량%, 비닐 17중량% 및 아로마틱 오일 37.5중량%를 포함하는 유화중합SBR1과 스티렌 23.5중량%를 포함하는 유화중합SBR2를 1:1의 비율로 블렌드한 혼합고무 100중량부에, BET가 170㎡/g이고, DBP가 200ml/100g이며, CTAB가 160㎡/g인 침강 실리카 50중량부, 카본블랙 30중량부, 실리카커플링제 8.0중량부 및 표 1에 기재된 기타 첨가제 등을 인터널 믹서(Internal Mixer)를 이용하여 혼합하였고, 시편의 가류는 160℃에서 분석된 레오미터 결과를 이용하였으며, 최적 가류시간으로 핫프레스를 이용하여 고온에서 고압으로 가류하여 타이어용 트레드 고무 조성물을 제조하였다.
상기에 제조된 조성물의 물성을 조사하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
침강 실리카 60중량부, 카본블랙 20중량부 및 실리카커플링제 11.2중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 타이어용 트레드 고무 조성물을 제조하였다.
상기에 제조된 조성물의 물성을 실시예 1과 동일하게 조사하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 3
침강 실리카 70중량부, 카본블랙 10중량부 및 실리카커플링제 12.8중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 타이어용 트레드 고무 조성물을 제조하였다.
상기에 제조된 조성물의 물성을 실시예 1과 동일하게 조사하여 하기 표 1에 나타내었다.
비교예
SBR 80중량부, BR 20중량부 및 실리카커플링제 9.6중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 타이어용 트레드 고무 조성물을 제조하였다.
상기에 제조된 조성물의 물성을 실시예 1과 동일하게 조사하여 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
폴리머(중량부) E-SBR11)=50 E-SBR11)=50 E-SBR11)=50 SBR=80
E-SBR22)=50 E-SBR22)=50 E-SBR22)=50 BR=20
충전 보강제 침강실리카(중량부) 50 60 70 60
카본블랙(중량부) 30 20 10 20
기타 실리카커플링제 (중량부) 8.0 11.2 12.8 9.6
공통 K-RD:2중량부, K-13:3중량부, Sunnoc:2중량부, ZnO#S:3중량부, S/A:2중량부, SDA:2중량부, A#2:3중량부, Sulfur:2중량부, CZ:2중량부, DPG:0.3중량부
다이나믹응력완화 시그마-2 153 153 155 209
무늬점도 점도(125℃) 61 63 62 78
점도(100℃) 80 79 82 105
인장강도 경도(HARD'S) 75 76 73 72
모듈러스-300%(kg/cm2) 144 141 134 156
인장강도(kg/cm2) 231 220 215 195
파단신장율(kg/cm2) 480 469 480 395
유리전이온도(℃) -21 -21 -20 -27
tanδ tanδ0℃ 0.326 0.324 0.318 0.245
tanδ70℃ 0.158 0.150 0.145 0.136
온도상승(HBU) 36.9 36.0 35.8 37.5
1)E-SBR1:스티렌 41중량%, 비닐 17중량% 및 아로마틱 오일 37.5중량%를 포함하는 유화중합 스티렌 부타디엔 고무
2)E-SBR2:스티렌 23.5중량%를 포함하는 유화중합 스티렌 부타디엔 고무
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 공정성 개선의 지표인 무늬점도 항목을 보면, 무늬점도가 낮을수록 공정성이 개선됨을 의미하는데, 본 발명의 실시예들이 비교예에 비하여 공정성이 개선되었음을 알 수 있다.
이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 고무 조성물은 특정의 유화중합 스티렌 부타디엔 고무의 혼합고무를 사용하므로써 공정성이 개선되는 효과를 갖는다.

Claims (2)

  1. 스티렌 30∼50중량%, 비닐 10∼30중량% 및 아로마틱 오일 20~50중량%를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 및 스티렌 15~40중량%를 포함하는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무의 혼합고무 100중량부에 대하여, BET가 150∼200㎡/g이고, DBP가 270∼310ml/100g이며, CTAB가 140∼180㎡/g인 침강 실리카를 40∼80중량부 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리카로 보강된 트레드용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합고무에 있어서 상기 유화중합 스티렌-부타디엔 고무의 혼합비는 중량비로 50:50인 것을 특징으로 하는 실리카로 보강된 트레드용 고무 조성물.
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