KR100635791B1

KR100635791B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100635791B1
Application number: KR1020050102781A
Authority: KR
Inventors: 임기원
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2006-10-18

Abstract

본 발명은 원료고무, 실리카, 실란 커플링제 및 기타첨가제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서 추가로 양 말단이 하이드록실기(Hydroxyl)로 변성된 폴리에테르(hydroxyl terminated polyether)를 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1~20 중량부로 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물로서, 비교적 친수성인 양 말단이 하이드록실기(Hydroxyl)로 변성된 폴리에테르(hydroxyl terminated polyether)를 사용하여 실란 커플링제의 사용량을 감량시키면서 실리카의 분산도를 높임으로서 저연비 특성 및 마모 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 또한 전도성 고분자의 특성을 가지고 있으므로 실리카 타이어의 정전기 발생을 감소시킬 수 있는 효과도 있으므로 실리카 타이어 트레드 조성물에 유용하다.

실리카*폴리에테르*하이드록실기*저연비*마모특성

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Tire tread rubber composition}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디엔고무와 실리카를 보강제로 사용하는 통상의 트레드 고무 조성물에 양 말단이 히드록실기로 치환된 폴리에테르를 실리카 분산제로 더 첨가하여 디엔 고무와 실리카간의 분산성을 향상시켜 저연비 특성 및 마모특성이 우수한 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

저연비 및 마모성능과 같은 타이어의 특성을 동시에 향상시키기 위하여 용액 중합된 스티렌-부타디엔 고무(SBR)과 충진제로서 실리카를 사용하게 되었으나 실리카 표면에 다수의 친수성기인 하이드록실기(hydroxyl)가 존재하므로 소수성인 고무와의 상용성이 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 실리카와 고무와의 상용성이 떨어지는 문제는 배합시 고무 내 실리카가 분산되지 않고 서로 응집되는 문제를 초래한다. 이를 해결하기 위한 방안으로 실리카를 보강제로 사용한 고무 조성물에 실란 커플링제 및 여러 분산제를 사용함으로서 실리카를 소수화시켜 실리카의 분산성을 높이고 있으나, 이에는 한계가 있 으며 이를 극복하고자 고분산성 실리카 및 친수성기로 변성된 용액 중합 SBR을 사용할 뿐만 아니라 실란 커플링제 및 분산제에 대한 연구, 개발이 활발히 진행되고 있다.

이에 본 발명자는 상기와 같은 타이어 트레드 조성물 제조시 실리카와 고무의 분산성 문제를 해결하기 위하여 연구하던 중, 1종 이상의 디엔계 폴리머를 원료고무로 사용하고, 여기에 실리카를 보강제로서 사용한 고무 조성물에 있어서 실리카 분산제로서 실란 커플링제 이외에, 특별히 양 말단이 하이드록실기(Hydroxyl)로 변성된 폴리에테르(polyether)를 사용함으로서 실리카 분산성을 높임으로서 타이어의 저연비 특성 및 마모 특성을 향상시킨 타이어 트레드 조성물을 제조할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 타이어의 저연비 특성 및 마모 특성을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무, 실리카, 실란 커플링제 및 기타첨가제를 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물에 있어서, 추가로 다음 화학식 1로 표시되는 양 말단이 하이드록실기(Hydroxyl)로 변성된 폴리에테르(hydroxyl terminated polyether)를 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1~20 중량부로 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

상기 식에서 x는 1 내지 6 이고, n은 10 내지 500이다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 원료고무에, 실리카를 보강제로 사용하고, 실란 커플링제 및 통상의 첨가제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에서 디엔계 고무와 실리카의 배합시 분산성을 향상시키기 위하여 양 말단이 하이드록실기(Hydroxyl)로 변성된 폴리에테르(hydroxyl terminated polyether)를 실리카 분산제로 더 포함하는 저연비 특성 및 마모 특성을 높인 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 원료고무는 용액중합된 스티렌-부타디엔 고무와 부타디엔 고무 등과 같은 디엔계 고무를 사용한다. 상기 용액중합된 스티렌-부타디엔 고무는 유리전이온도가 -40 내지 0℃인 것이다. 또한, 부타디엔 고무는 유리전이온도가 -110 내지 - 60℃인 것이다.

또한, 본 발명에서는 보강제로서 실리카를 사용하는 바, 이때 사용되는 실리카는 N₂SA 값이 160 내지 200이며, 수소이온지수가 6 내지 8인 특징을 만족하는 것으로서, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 40 내지 90 중량부로 사용하는 것이 타이어에 적용하기 위한 물성을 만족시키기 위하여 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 실리카의 분산제로서 실란 커플링제를 상기 실리카 100중량부에 대하여 6 내지 20 중량부로 포함하는 것이 바람직하다.

특별히, 본 발명에서는 디엔계 고무를 원료고무로 사용하고 실리카로 보강제로 사용하여 트레드 고무 조성물을 제조시, 원료고무와 실리카 간의 분산성을 향상시키기 위하여 상기 실란 커플링제 이외에, 다음 화학식 1로 표시되는 양 말단이 하이드록실기(Hydroxyl)로 변성된 분자량 2,000 ~ 50,000인 폴리에테르(hydroxyl terminated polyether)를 사용한다.

화학식 1

상기 식에서 x는 1 내지 6 이고, n은 10 내지 500이다.

상기 화학식 1로 표시되는 양 말단이 히드록시기로 치환된 폴리에테르는 디엔계 폴리머에 실리카를 보강제로서 사용한 고무 조성물 배합시 실리카의 분산성을 높임으로서 저연비 특성 및 마모 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 폴리에테르는 전도성 고분자이므로 실리카 타이어에 적용할 경우 발생하는 정전기를 억제할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서는 상기 양 말단이 히드록시기로 치환된 폴리에테르를 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부로 포함되는 바, 1 중량부 미만에서는 그 분산효과가 미흡하고, 또한 20중량부를 초과할 경우에는 과량첨가에 의한 물성저하 의 위험이 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 양 말단이 히드록시기로 치환된 폴리에테르의 중량평균분자량은 2,000 내지 50,000인 것이 바람직한 바, 2,000 미만인 경우 저분자량의 폴리에테르가 실리카 응집체 내에 포획되어 분산성을 발휘하기 어려우며 중량평균분자량이 50,000을 초과하는 폴리에테르 사용시 고무의 물성 저하를 일으키는 원인이 될 수 있다.

또한, 상기 화학식 1로 표시되는 양 말단이 히드록시기로 치환된 폴리에테르의 반복단위 내의 알킬 그룹 x의 반복단위는 1 내지 6인 것이 바람직한 바, 그 범위를 벗어날 경우 분자 내에 산소원자의 수가 감소하므로 실리카와의 상용성이 떨어진다.

본 발명의 타이어 트레드 조성물은 상기한 조성 이외에도 통상의 가황제인 유황, 가류활성제인 산화아연, 스테아린산, 연화제로서 오일, 가황촉진제 및 노화방지제등을 포함할 수 있는 것은 물론이다.

이하, 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 하기와 같고 본 발명의 보호범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.

비교예 및 실시예 1 내지 5

다음 표 1과 같은 조성으로 배합제를 반바리 믹서에서 배합하여 고무 조성물을 제조하였으며 미가류 물성 및 얻어진 고무시편을 160℃에서 가류하여 물성시험을 하였다.

함량(중량부)		비교예	실시예
함량(중량부)		비교예	1	2	3	4	5
원료고무	S-SBR⁽¹⁾	75.0	75.0	75.0	75.0	75.0	75.0
원료고무	BR⁽²⁾	25.0	25.0	25.0	25.0	25.0	25.0
양말단 변성 폴리에테르⁽³⁾		-	1	3	3	5	5
실리카⁽⁴⁾		80.0	80.0	80.0	80.0	80.0	80.0
실란 커플링제(TESPT)⁽⁵⁾		10	10	10	8	8	6
산화아연		3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00
스테아린산		1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00
노화방지제(6C)⁽⁶⁾		2.50	2.50	2.50	2.50	2.50	2.50
DPG⁽⁷⁾		1.50	1.50	1.50	1.50	1.50	1.50
유황		1.10	1.10	1.10	1.10	1.10	1.20
CBS⁽⁸⁾		2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00
TMTD⁽⁹⁾		0.20	0.20	0.20	0.20	0.20	0.20
(주) (1)S-SBR :유리전이온도 -20℃인 용액중합된 스타이렌-부타디엔 고무. (2)BR : 유리전이온도 -106℃인 부타디엔 고무. (3)양말단 변성 폴리에테르 : 상기 화학식 1로 표시되는 양 말단이 하이드록실기로 변성된 폴리에테르로서, 화학식 1에서 x는 1∼6이고, n은 2∼500인 것임. (4)실리카 : Ultra 7000Gr(Degussa AG) (5)실란 커플링제(TESPT) : Si69(Degussa) (6)노화방지제(6C) : N-1,3-디메틸부틸-N-페닐-p-페닐렌디아민 (7)DPG : 디페닐렌구아니딘 (8)CBS : N-사이클로헥실-2-벤조티아질 설펜아마이드 (9)TMTD : 테트라메틸 티우람 디설파이드

상기 표 1의 비교예와 실시예에 따라 얻어진 고무시편의 물성을 다음과 같이 측정하고, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

(1)300% 모듈러스는 시편을 아령형으로 잘라서 인스트론사에서 제작한 인장시험기를 이용하여 시편을 300% 신장시켰을 경우 시편에 작용하는 스트레스를 측정하였다.

(2)마모도는 람본 마모도로서 상온에서 미끄럼비 25%, 하중 1.5kg에서 회전시켜 마모된 고무의 손실량을 의미하며 수치가 작을수록 우수한 마모성능을 나타낸다.

(3)60℃ Tan δ 는 60℃에서의 회전저항을 나타내는 척도로서 수치가 낮을수록 우수한 저연비특성을 나타낸다. 또한, 0℃ Tan δ 는 제동성능을 나타내는 척도로서 수치가 높을수록 제동성능이 우수한 것이다.

	비교예	실시예
	비교예	1	2	3	4	5
300% 모듈러스	127	125	126	123	124	125
마모도(g)	0.38	0.35	0.32	0.30	0.28	0.27
0℃ tan δ	0.232	0.232	0.230	0.228	0.231	0.229
60℃ tan δ	0.123	0.115	0.112	0.109	0.105	0.103

상기 표 2의 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 대비 실시예의 마모도 및 저연비 특성(60℃ tan δ)가 우수하고, 제동 성능(0℃ tan δ)은 동등 수준임을 알 수 있는 바, 이는 본 발명에서는 비교적 친수성인 분자량이 2,000 ~ 50,000인 양 말단이 하이드록실기(Hydroxyl)로 변성된 폴리에테르(hydroxyl terminated polyether)를 사용하여 실리카의 분산도를 향상시키고 실란 커플링제의 효율이 증가되어 실란 커플링제의 사용량을 감소시켜도 별도의 유황보정 없이도 고무 제반 물성 및 제동성능을 희생하지 않으면서 저연비 특성 및 마모 특성을 향상시킬 수 있었다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 비교적 친수성인 양 말단이 하이드록실기(Hydroxyl)로 변성된 폴리에테르(hydroxyl terminated polyether)를 사용하여 실란 커플링제의 사용량을 감량시키면서 실리카의 분산도를 높임으로서 저연비 특성 및 마모 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 또한 폴리에테르의 경우 전도성 고분자이므로 실리카 타이어의 정전기 발생을 감소시킬 수 있는 효과도 있으므로 실리카 타이어 트레드 조성물에 유용하다.

Claims

원료고무, 보강제로서 실리카, 실란 커플링제 및 기타첨가제를 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물에 있어서,

추가로 다음 화학식 1로 표시되는 양 말단이 하이드록실기(Hydroxyl)로 변성된 폴리에테르(hydroxyl terminated polyether)를 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1~20 중량부로 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.

화학식 1

상기 식에서 x는 1 내지 6 이고, n은 20 내지 500이다.
제 1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 양 말단이 하이드록실기(Hydroxyl)로 변성된 폴리에테르의 중량평균분자량은 5,000 내지 20,000인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.