KR100655222B1

KR100655222B1 - 분산성이 우수한 실리카함유 고무 조성물

Info

Publication number: KR100655222B1
Application number: KR1020050061690A
Authority: KR
Inventors: 최윤희; 한승철
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2006-12-08

Abstract

본 발명은 실리카 함유 고무 조성물내에, 분산제로서 소량의 아연화합물이 포함된 아연비누 및 지방산 에스테르를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 분산제를 포함하는 타이어 트레드용 고무조성물은 실리카의 분산성이 향상되어, 스코치 안정성, 내구성 및 내마모성이 개선된 것을 확인할 수 있다

실리카, 고무 조성물, 분산제, 아연비누, 지방산 에스테르

Description

분산성이 우수한 실리카함유 고무 조성물{HIGH DISPERSIVE SILICA REINFORCED RUBBER COMPOUND}

본 발명은 실리카, 실란 커플링제 및 실리카 분산제를 포함하는 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리카 함유 고무 조성물내에 분산제로서 소량의 아연화합물이 포함된 아연비누 및 지방산 에스테르를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

최근 타이어에 사용하는 고무에 있어서 보강 충진제로 실리카를 적용하는 고무 조성물이 증가하고 있다. 그러나 실리카는 고무 조성물에 적용하는 경우에 분산성이 불량하여 점도를 상승시키고, 장기적으로 방치하면 겔화 반응 등의 경시 변화가 일어나서 고무조성물의 안정성이 하락하는 경우가 종종 발생하게 된다. 이러한 물성 변화를 방지하기 위해서, 분산제, 공정오일 및/또는 커플링제를 사용하여 고무와 실리카의 상호작용을 높이므로써 분산성을 향상시키고자 하는 노력이 경주되고 있다.

실란 커플링제는 실리카 표면의 실라놀 그룹과 고무 조성물의 원료고무를 연결하는 가교역할을 하여, 실리카 단독으로 사용할 때의 실리카-실리카간의 강한 응 집력을 해소시키는 역할을 한다. 그러나 고무성분 중의 실리카 함량이 증가되면 커플링제의 첨가에도 불구하고 분산성이 하락하는 경우가 다발한다. 실리카함유 고무 조성물의 분산성을 개선하기 위하여 분산제로서 금속염과 지방산이 혼합된 분산제를 첨가하면, 분산제 중의 금속이온들이 극성을 띄는 실리카의 표면 에너지를 낮추어 실리카-실리카간에 응집하려는 성질을 줄여주어 분산을 돕고, 또한 분산제 중에 포함된 탄화수소류는 고무와의 친화성을 높이는 일종의 가소제 역할을 하여 공정성을 향상시킨다.

현재 가장 일반적으로 적용되고 있는 분산제로는, 아연, 나트륨 및/또는 칼륨비누와 지방산 탄화수소의 혼합물로 구성된 것이다. 그러나 분산제 중에 포함된 나트륨이나 칼륨비누는 강한 극성을 띠기 때문에, 실리카와 커플링제가 반응하기 전에 실리카와 반응하여 스코치 안정성 및 가류시간을 단축시키는 단점이 있었다.

따라서 본 발명에서는 실리카함유 고무 조성물의 분산성을 개선하는 데에 충분한 효과를 가지며, 스코치 안정성, 내구성 및 내마모성에 긍정적인 영향을 미치는 분산제를 포함하는 실리카 함유 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 원료고무 100중량부에 대하여, 카본블랙 10~50중량부, 실리카 10~50중량부, 커플링제 1~10중량부 및 아연비누와 지방산 에스테르의 혼합물 0.5~5.0중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

본 발명은, 또한 원료고무 100중량부에 대하여, 카본블랙 10~50중량부, 실리 카 10~50중량부, 커플링제 1~10중량부 및 아연비누와 지방산 에스테르의 혼합물 0.5~5.0중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물로 제조된 트레드부를 갖는 타이어를 제공한다.

본 발명의 고무조성물에 사용되는 원료고무로는, 그 종류에 특별한 제한이 없으며, 천연고무, 합성고무, 천연고무와 합성고무의 혼합고무를 사용할 수 있지만, 용액중합 스티렌부타디엔 고무 단독, 또는 용액중합 스티렌부타디엔 고무와 유화중합 스티렌부타디엔 고무와의 혼합고무, 또는 용액중합 스티렌부타디엔 고무와 부타디엔 고무와의 혼합고무를 사용하는 것이 바람직하다. 혼합고무인 경우 그 혼합비에는 특별한 제한이 없다.

본 발명의 고무조성물에 사용되는 카본블랙과 실리카는 그 종류에 특별한 제한이 없이, 타이어 트레드 고무조성물에 사용될 수 있는 종류들을 적절히 선택해서 사용할 수 있다. 카본블랙과 실리카는 각각 10~50중량부 사용하는 것이 바람직한데, 각각 그 함량이 10중량부 미만이면, 보강재로서의 역할을 하기 어렵고, 50중량부를 초과하면, 보강재 함량이 너무 높아져서 분산성이 떨어지므로 바람직하지 않다.

본 발명의 고무조성물에 사용되는 커플링제는, 그 종류에 특별한 제한은 없으며, 예로서 X50S, X75S 등을 들 수 있다. 커플링제의 사용량은 1~10중량부가 바람직한데, 그 함량이 1중량부 미만이면, 커플링 반응을 충분히 할 수 없고, 10중량부를 초과하면, 커플링 반응에 한계가 있어 바람직하지 않다.

본 발명의 고무 조성물에 사용되는 아연비누와 지방산 에스테르의 혼합물은 고무조성물 내에서의 실리카의 분산성을 높여 점도를 떨어뜨리는 분산제로서 작용하며, 나아가서는 동등 이상의 스코치 안정성과 내구성 및 내마모성을 개선시키는 역할을 한다.

상기 아연비누는 지방산 아연염으로서, 일반식 RCOOZnCOOR(여기에서, R은 탄소수 13~22의 알킬기)로 표시되며, 아연함량이 1~6중량%인 것이 바람직하며, 아연함량이 1중량% 미만이면 분산효과가 미흡하고, 아연함량이 6중량%를 초과하는 경우에는, 아연염을 많이 생성하므로 바람직하지 않다.
상기 지방산에스테르로서는 탄소수 C12~C22의 포화 또는 불포화 지방산의 에스테르 또는 그 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아연비누와 지방산 에스테르의 혼합물은 고무조성물내에 0.5~5.0중량부 함유되는 것이 바람직한데, 그 함량이 0.5중량부 미만이면, 실리카의 분산효과가 불충분하게 되고, 5.0중량부를 초과하여도 더 이상의 분산성의 증가가 없으므로 바람직하지 않다. 상기 혼합물내에서 아연비누와 지방산 에스테르의 혼합비는 중량기준으로 20:80~40:60의 범위인 것이 분산성 향상의 측면에서 바람직하다.

본 발명의 고무 조성물에는 상기한 성분들 이외에, 통상적으로 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 첨가제들, 예로서 아연화, 노방제, 가류제, 촉진제, 연화제 등의 첨가제를 통상의 사용량 범위로 배합할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예

표 1의 배합비에 따라 실시예 및 비교예의 고무조성물을 제조하고, 시편을 제작한 후 타이어의 제반 물성에 대한 표준시험법에 따라 공정성, 인장물성등의 시험을 실시하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

또한 각 실시예 및 비교예의 타이어 트레드 조성물로부터 완제품 타이어를 제조하고, 내구력 및 마모성에 대한 시험을 실시하여, 그 결과를 각각 표 3 및 표 4에 나타내었다.

표 1 고무 조성물 배합비 (단위:중량부)

배합비	실시예	비교예
용액중합 스티렌부타디엔고무 부타디엔고무 카본블랙 실리카 실란커플링제 아연화 노화방지제	80(오일포함:110) 20 40 40 6.4 2 2	좌동 좌동 좌동 좌동 좌동 좌동 좌동
스테아르산 분산제1¹ ⁾ 분산제2² ⁾	2.0 3.0 -	2.0 - 3.0
가류제 촉진제1 촉진제2	2.0 1.9 0.4	좌동 좌동 좌동

¹⁾분산제1 : 아연비누 중의 아연함량이 4.7중량%이고, 아연비누(RCOOZnCOOR(R=탄소수 20의 알킬기)):지방산에스테르(지방산의 탄소수 18)의 중량혼합비가 3:7인 지방산염계 분산제

²⁾ 분산제2 : 아연비누 중의 아연함량이 14.5중량%이고, 아연비누(RCOOZnCOOR(R=탄소수 20의 알킬기)):지방산에스테르(지방산의 탄소수 18)의 중량혼합비가 3:7인 지방산염계 분산제

표 2 물성 시험 결과표

	실시예	비교예
공정성 100℃ 점도 125℃ 점도 스코치 타임(t5) 최대토크 최소토크 가류시간(t90, 분) 인장물성 경도 300% 모듈러스(kg/㎠) 인장강도(kg/㎠) 신율(%)	85 66 20.9 42.2 15.0 8.0 68 143 211 426	88 67 19.5 42.8 15.0 7.7 68 136 191 402
발열(온도차) 리바운드(1st)	25.9 31.4	26.7 30.8
피코(PICO) 마모손실량(mg) 딘(DIN) 마모손실량(mg)	30 199	35 212

표 3 완제품 타이어 성능 평가표

구분	실시예	비교예
ECE-R30(내구력) (규정시간 1:20)	1:49 1:57	1:26 1:52

표 4 완제품 타이어 실차 마모 평가 결과

	마모성 평가
	W.I	W.I%	Est-M
실시예 비교예	16,176 15,796	102.4 100.0	86,383 85,180
실제 주행거리	43,114km

※ W.I : 마모 지수(Wear Index)

Est-M : 추정 거리(Estimated mileage)

상기 표 2 ~ 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 분산제를 적용한 실시예는 비교예에 비하여 스코치 안정성, 및 기본 물성인 인장강도, 300% 모듈러스가 비교예에 비하여 동등 이상의 수준을 나타내었다. 또한, 실시예의 경우 발열 및 리바운드 특성이 개선되었으며, 특히 완제품 타이어에서의 내구력은 물론 실차 마모 결과에서도 개선된 효과를 나타내고 있다.

본 발명에 따른 분산제를 포함하는 타이어 트레드용 고무조성물은, 실리카의 분산성이 향상되므로써 스코치 안정성, 내구성 및 내마모성이 개선된 것을 확인할 수 있다.

Claims

원료고무 100중량부에 대하여, 카본블랙 10~50중량부, 실리카 10~50중량부, 커플링제 1~10중량부, 및 분산제로서 아연비누와 지방산 에스테르의 혼합물 0.5~5.0중량부를 포함하고, 상기 아연비누는 일반식 RCOOZnCOOR(여기에서, R은 탄소수 13~22의 알킬기)로 표시되는 지방산 아연염으로서, 아연함량이 1~6중량%이고, 상기 지방산에스테르는 탄소수 C12~C22의 포화 또는 불포화 지방산의 에스테르인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 원료고무는 용액중합 스티렌부타디엔 고무 단독, 또는 용액중합 스티렌부타디엔 고무와 유화중합 스티렌부타디엔 고무와의 혼합고무, 또는 용액중합 스티렌부타디엔 고무와 부타디엔 고무와의 혼합고무인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
삭제
제1항 또는 제2항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물로 이루어진 트레드부를 갖는 타이어.