KR100667868B1 - Tire tread rubber composition with abrasion resistance and improved snow performance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내마모성 및 스노우 성능이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료고무로서 벤조페논계 변형제를 사용하여 용액중합 스티렌부타디엔 고무 말단기를 히드록시기로 변형시키고, 할로겐으로 치환된 다가 반응성 폴리실록산 화합물을 이용하여 커플링시킨 용액중합 스티렌부타디엔 고무를 포함하므로써 내마모성능 및 스노우 성능을 향상시킨 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a tire tread rubber composition having improved abrasion resistance and snow performance, and more particularly, to a solution-polymerized styrenebutadiene rubber end group using a benzophenone-based modifier as a raw material rubber to a hydroxyl group, and substituted with halogen. The present invention relates to a tire tread rubber composition having improved wear resistance and snow performance by containing a solution-polymerized styrene-butadiene rubber coupled using a reactive polysiloxane compound.
타이어의 구성부위 중 트레드는 타이어의 요구 특성을 발현하는 중요한 부위이다. 트레드의 성능에 영향을 주는 것으로는, 패턴효과, 구조적인 요소 외에도 트레드의 고무 조성물에 의한 효과도 중요한 인자로 작용하고 있다.Among the components of the tire, the tread is an important part that expresses the required characteristics of the tire. Influencing the performance of the tread, in addition to the pattern effect, structural factors, the effect of the tread rubber composition is also an important factor.
일반적으로 타이어의 마모현상은 타이어와 노면 사이에서 발생하는 마찰력에 의해 지면과 접지되는 트레드 고무의 표면이 닳는 현상인데, 이 마모 현상은 주행시 커브를 돌 때의 횡력과 구동 및 제동시의 종력 등의 여러가지 요인에 의해 발생되며, 타이어의 마모는 또한 타이어의 수명, 제동성에 큰 영향을 미치게 되므로, 안전한 주행과 타이어 비용 절감면에서 내마모성이 우수하여야 한다.In general, tire wear is a phenomenon in which the surface of the tread rubber which is grounded to the ground due to frictional force between the tire and the road surface is worn out. This wear phenomenon includes the lateral force when turning a curve while driving and the final force when driving and braking. It is caused by various factors, and wear of tires also has a great influence on the life and braking performance of the tires, and therefore, wear resistance should be excellent in terms of safe running and tire cost reduction.
이러한 내마모성을 향상시키기 위해서는 일반적으로 카본블랙을 적용하였는데, 보강제인 카본블랙에 의한 고무의 보강 성능은 종래부터 카본블랙의 비표면적(입자경)과 구조가 지배적인 요인이라고 생각되어, 구비 특성에 대응한 다양한 품종의 카본블랙이 있다. 고무 성분과의 배합시에는 용도 특성에 적합한 다양한 종류의 카본블랙을 선택하여 사용하고 있는데, 예를 들면, 타이어 트레드부와 같은 가혹한 주행 조건의 경우에는 고도의 내마모성을 요구하는 하드계 카본블랙을 적용하고 있다.In order to improve such wear resistance, carbon black is generally applied. However, the reinforcing performance of rubber by carbon black as a reinforcing agent is considered to be the dominant factor in terms of specific surface area (particle diameter) and structure of carbon black. There are many varieties of carbon black. When mixing with rubber components, various kinds of carbon blacks are selected and used according to the application characteristics.For example, in the case of harsh driving conditions such as tire treads, hard carbon blacks requiring high wear resistance are applied. Doing.
그러나 비표면적과 구조가 큰 하드계 카본블랙을 적용하였을 경우, 내마모성은 증가하나 발열성이 높아지는 문제점이 있다.However, when hard carbon black having a large specific surface area and a large structure is applied, wear resistance is increased, but heat generation is increased.
이 문제를 보완하기 위한 방법으로, 트레드 고무 조성물에 2~3종류의 폴리머 블렌드와 단일 또는 이종의 카본블랙을 사용하여 사용조건 및 요구특성을 만족하는 컴파운드를 사용하였다. 그러나 이는 내구력, 승차감, 소음과 진동, 조종 안정성, 내마모특성의 트레이드-오프(TRADE-OFF)적인 특성을 조절하기에는 한계가 있다. As a method to solve this problem, a compound that satisfies the conditions of use and required properties using two or three kinds of polymer blends and a single or different types of carbon black in the tread rubber composition was used. However, there is a limit to controlling the trade-off characteristics of durability, ride comfort, noise and vibration, steering stability, and wear resistance.
한편, 제동 거리 및 스노우 성능을 향상시키는 종래의 기술로서, 스노우 타이어용 트레드 고무 조성물에 주로 활성카본, 탄산칼슘, 경화고무분말, 소성된 조개껍질, 피혁분쇄물 및 섬유질분쇄물 등의 이물질 적용, 셀룰로오즈와 아라미드 등의 코드 단섬유 등의 섬유질 적용, 실리콘, 부틸폴리머 등의 특수 고무 적용, 실릴화제, 기포제, 발포제 등의 특수 약품 적용 및 이중 레이어(double-layer)로의 트레드 구조변경(2종의 컴파운드 적용) 등의 방법들이 사용되어 왔다. 그러나 이러한 종래의 기술들은 제동 거리 및 스노우 성능은 향상시키지만, 트레드 고무 조성물의 기계적 물성에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 문제점이 있다.On the other hand, as a conventional technique for improving the braking distance and snow performance, mainly applied to the tread rubber composition for snow tires, such as active carbon, calcium carbonate, hardened rubber powder, calcined shells, leather grinding and fiber grinding, Application of fiber such as short cords such as cellulose and aramid, application of special rubber such as silicone and butyl polymer, application of special chemicals such as silylating agent, foaming agent, foaming agent, and tread structure change to double-layer (two types) Compound application). However, these conventional techniques improve the braking distance and snow performance, but there is a problem that can negatively affect the mechanical properties of the tread rubber composition.
일반적으로 트레드 고무 조성물의 원료고무는 천연고무/유화중합 스티렌부타디엔 고무/부타디엔 고무의 혼합물로 구성되어 진다. 유화중합 스티렌부타디엔 고무는 웨트트랙션은 유리하나 스노우 성능은 불리하고, 천연고무 및 부타디엔 고무는 낮은 유리전이온도로 스노우 성능은 유리하나 웨트트랙션은 불리하다. 따라서 일반적인 폴리머 블렌드 시스템에서는 웨트트랙션 특성을 희생시키지 않고 스노우 성능을 개선시키는 것은 불가능하다.Generally, the raw rubber of the tread rubber composition is composed of a mixture of natural rubber / emulsion polymerization styrenebutadiene rubber / butadiene rubber. Emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber has a favorable wettability but has a disadvantage in snow performance. Natural rubber and butadiene rubber has a low glass transition temperature, which has a favorable snow performance but has a disadvantage in wettraction. Thus, it is not possible to improve snow performance in a typical polymer blend system without sacrificing wet traction characteristics.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 알킬 리튬 개시제를 사용한 용액중합 스티렌부타디엔 고무에 다양한 분자 설계를 가능하게 하여 스티렌 함량, 비닐 함량 및 분자량 분포 등의 마이크로 구조를 조절하고 있으며, 또한 최근 보강성 충전제인 실리카와의 반응성을 향상시키기 위해 다양한 관능기를 도입하는 방법이 지속적으로 개발되고 있으나, 아직까지 뚜렷한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.In order to solve these problems, various molecular designs are possible for solution-polymerized styrene-butadiene rubber using alkyl lithium initiators to control microstructures such as styrene content, vinyl content, and molecular weight distribution. Methods of introducing various functional groups have been continuously developed to improve reactivity, but have not yet obtained a clear result.
본 발명의 목적은 타이어의 사용 조건 및 다양한 요구 특성을 만족시키기 위하여, 인장 물성 등 제반 물성을 유지하면서 스노우 성능과 내마모성능이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a tire tread rubber composition having improved snow performance and wear resistance while maintaining various physical properties such as tensile properties in order to satisfy tire use conditions and various required characteristics.
본 발명에 따른 타이어 트레드 고무 조성물은, 원료고무로서 벤조페논계 변형제를 사용하여 용액중합 스티렌부타디엔 고무 말단기를 히드록시기로 변형시키 고, 할로겐으로 치환된 다가 반응성 폴리실록산 화합물을 이용하여 커플링시킨 스티렌 함량이 15~25중량%, 비닐 함량이 55~70중량%인 용액중합 스티렌부타디엔 고무를 포함하는 것을 특징으로 한다.The tire tread rubber composition according to the present invention is a styrene in which a solution-polymerized styrenebutadiene rubber end group is modified with a hydroxy group using a benzophenone-based modifier as a raw material rubber, and is coupled using a polyvalent reactive polysiloxane compound substituted with halogen. The content of 15 to 25% by weight, the vinyl content of 55 to 70% by weight characterized in that it comprises a solution-polymerized styrene butadiene rubber.
본 발명의 고무 조성물에 사용되는 상기 용액중합 스티렌부타디엔 고무는 스티렌 함량이 15~25중량%, 비닐 함량이 55~70중량%인 용액중합 스티렌부타디엔 고무 1분자당 0.1~1.5몰의 벤조페논계 변형제를 사용하여 이 고무의 말단기를 히드록시기로 변형시키고, 할로겐으로 치환된 다가 반응성 폴리실록산 화합물을 이용하여 커플링시킨 용액중합 스티렌부타디엔 고무로서, 이는 고무의 말단에 히드록시기를 갖고 있어 원료고무에 극성을 제공하며, 이러한 고무의 극성은 보강성 충전제, 특히 그 사용이 지속적으로 증가하고 있는 실리카와의 반응성을 증가시키는데, 히드록시기 변형률이 70~80%인 것이 보강성 충전제인 실리카와의 친화성에서 가장 우수하며, 최종적으로 제동력과 스노우 성능을 개선시키는 효과를 나타낸다.The solution-polymerized styrene-butadiene rubber used in the rubber composition of the present invention has a benzophenone-based modification of 0.1-1.5 mole per 1 molecule of the solution-polymerized styrene-butadiene rubber having a styrene content of 15 to 25% by weight and a vinyl content of 55 to 70% by weight. A solution-polymerized styrene-butadiene rubber in which the end group of the rubber is transformed into a hydroxyl group by coupling with a halogen and a polyvalent reactive polysiloxane compound substituted with halogen, which has a hydroxyl group at the end of the rubber and thus has a polarity in the raw material rubber. The polarity of these rubbers increases the reactivity with reinforcing fillers, especially silicas, which are constantly increasing in use, with 70-80% hydroxyl group strain being best in affinity with reinforcing fillers silica. Finally, it has the effect of improving braking force and snow performance.
상기 벤조페논계 변형제의 사용량이 용액중합 스티렌부타디엔 고무 1분자당 0.1몰 미만이면, 충분한 히드록시기로의 변형이 일어나지 않아 바람직하지 않으며, 1.5몰을 초과할 경우에는 스티렌부타디엔 고무 말단기의 히드록시기의 변형율에 대한 차이가 더 이상 없어 바람직하지 않다. If the amount of the benzophenone-based modifier is less than 0.1 mole per molecule of solution-polymerized styrene-butadiene rubber, it is not preferable because no sufficient hydroxy group is deformed, and if it exceeds 1.5 mole, the deformation rate of hydroxy group of the styrene-butadiene rubber end group It is not desirable that there is no difference for.
상기 벤조페논계 변형제로는, 예로서 4,4'-비스-(디에틸아미노)벤조페논 또는 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭디언하이드라이드를 사용할 수 있다.As the benzophenone-based modifier, for example, 4,4'-bis- (diethylamino) benzophenone or 3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dihydride can be used.
상기 할로겐으로 치환된 다가 반응성 폴리실록산 커플링제는 분자량이 400~100,000이고, 할로겐으로 치환된 다가 반응성 폴리실록산 화합물로서, 그 구조 식은 하기 화학식(1)로 표시된다.The halogen-substituted polyvalent reactive polysiloxane coupling agent has a molecular weight of 400 to 100,000, and is a polyvalent reactive polysiloxane compound substituted with halogen, and the structural formula is represented by the following general formula (1).
Y-{C(R3)(R4)}c-Si(R1)(R2)-{0-Si(R1)(R2)}d-{C(R3)(R4)}c-Y -----------(1)Y- {C (R3) (R4)} c -Si (R1) (R2)-{0-Si (R1) (R2)} d- {C (R3) (R4)} c -Y ---- -------(One)
상기 식(1)에서, Y는 (X)a(R)bSi 또는 (X)a(R)bSi 또는 (X)a(R)Bc 또는 (X)e(R1)fBz-X이고, 여기서 X는 하나 이상의 불소, 염소, 브롬 또는 요오드와 같은 할로겐 원자이고, R은 메틸, 에틸, 프로필기 등을 포함하는 탄소원자수 25이하의 저급 알킬기이며, Bz-X는 벤질할로겐이고, R1, R3, R4는 R과 같거나, 수소원자, 할로겐으로 치환된 알킬기 또는 할로겐으로 치환된 실란기이며, R2는 X 또는 R1과 같거나, (X)g(R3)hC-{C(R3)(R4)}c-1이고, a는 1~3이며, b는 0~2이고, a+b=3이며, c는 1~1000, d는 1~50000이고, e와 f는 각각 0~4이며, e+f=4이고, g와 h는 각각 0~3이며, g+h=3이다.In formula (1), Y is (X) a (R) b Si or (X) a (R) b Si or (X) a (R) B c or (X) e (R1) f Bz-X X is a halogen atom such as one or more fluorine, chlorine, bromine or iodine, R is a lower alkyl group having 25 or less carbon atoms, including methyl, ethyl, propyl, etc., Bz-X is benzylhalogen, R1 , R3, R4 is the same as R, or a hydrogen atom, an alkyl group substituted by halogen or a silane group substituted by halogen, R2 is equal to X or R1, or (X) g (R3) h C- {C (R3 ) (R4)} c-1 , a is 1 to 3, b is 0 to 2, a + b = 3, c is 1 to 1000, d is 1 to 50000, e and f are each 0 ˜4, e + f = 4, g and h are each 0 to 3, and g + h = 3.
상기 다가 반응성 폴리실록산 커플링제는 유기용매에 대한 용해도가 높으며, 다가의 반응기를 가짐으로써 리빙 중합체 이온과의 반응성이 높고, 열안정성이 우수하며, 또한 활성의 이탈기를 포함함으로써 음이온 중합체 반응시 리빙 상태의 중합체 용액에 첨가할 경우, 온화한 반응조건에서 원활한 치환반응에 참여함으로써 일정한 단량체의 반복단위로 구성된 고분자의 말단에 제3의 작용기를 도입할 수 있을 뿐만 아니라 하나의 고분자에 유기 및 무기 화합물이 접목된 혼성 고분자를 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한, 고무 배합시에 함께 사용되는 무기충전제 및 보강제와의 상용성을 증진시킬 수 있으며, 유기 실리콘으로 개질된 엘라스토머를 제공할 수 있는 다가 반응성 폴리실록산 화합물이다. The polyvalent reactive polysiloxane coupling agent has a high solubility in organic solvents, and has a polyvalent reactor, which has high reactivity with living polymer ions, excellent thermal stability, and includes an active leaving group, thereby maintaining a living state during anionic polymer reaction. When added to a polymer solution, by participating in a smooth substitution reaction under mild reaction conditions, not only the third functional group can be introduced at the end of the polymer composed of repeating units of a certain monomer, but also organic and inorganic compounds are combined in one polymer. There is an advantage to produce a hybrid polymer. In addition, it is a polyvalent reactive polysiloxane compound that can enhance the compatibility with the inorganic filler and reinforcing agent used together in the rubber compounding, and can provide an elastomer modified with organic silicone.
본 발명에 사용되는 상기 다가 반응성 폴리실록산 화합물은 수소-규소 결합을 가지는 유기 폴리실록산 또는 비닐-규소 결합을 가지는 유기 폴리실록산을 할로겐기로 치환된 불포화 화합물 또는 할로겐기로 치환된 하이드로실란 화합물과 반응시킴으로써 제조될 수 있다. The polyvalent reactive polysiloxane compound used in the present invention may be prepared by reacting an organic polysiloxane having a hydrogen-silicon bond or an organic polysiloxane having a vinyl-silicon bond with an unsaturated compound substituted with a halogen group or a hydrosilane compound substituted with a halogen group. .
본 발명의 트레드 고무 조성물은 원료고무로서 상기 용액중합 스티렌부타디엔 고무를 단독으로 사용하는 것이 바람직하지만, 원료고무 100중량부 중에 상기 용액중합 스티렌부타디엔 고무 50~90중량부와, 천연고무, 유화중합 스티렌부타디엔 고무, 부타디엔 고무 및 부타디엔 고무/신디오탁틱 폴리부타디엔 컴퍼지트(composite) 중 1종 이상을 10~50중량부 포함하여 이루어질 수도 있다.The tread rubber composition of the present invention preferably uses the solution-polymerized styrene-butadiene rubber alone as the raw material rubber, but 50-90 parts by weight of the solution-polymerized styrene-butadiene rubber in 100 parts by weight of the raw material rubber, natural rubber, emulsion-polymerized styrene It may comprise 10 to 50 parts by weight of one or more of butadiene rubber, butadiene rubber and butadiene rubber / syndiotactic polybutadiene composite (composite).
본 발명의 고무 조성물에 있어서, 원료고무로서 상기 용액중합 스티렌부타디엔과 상기 다른 합성고무와의 혼합고무를 사용하는 경우, 천연고무 및 부타디엔 고무는 낮은 유리전이온도로 스노우 성능은 유리하나 웨트트랙션은 불리하고, 상기의 유화중합 스티렌부타디엔 고무는 웨트트랙션은 유리하나 스노우 성능은 불리하고, 부타디엔 고무/신디오탁틱 폴리부타디엔 컴퍼지트는 분산성은 유리하나 내마모성이 불리하므로, 상기 한 1종 이상의 고무 성분들을 상기한 함량 범위로 병용 채용함으로써 각각의 단점을 보완할 수 있다. In the rubber composition of the present invention, when the mixed rubber of the solution-polymerized styrene-butadiene and the other synthetic rubber is used as the raw material rubber, natural rubber and butadiene rubber have a low glass transition temperature, but snow performance is advantageous, but wet traction is disadvantageous. In addition, the emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber has a favorable wet traction but has a disadvantage in snow performance, but the butadiene rubber / syndiotactic polybutadiene composite has a dispersibility but a disadvantage in wear resistance, so that the at least one rubber component is By employing the combination in one content range, each disadvantage can be compensated.
또한 상기 부타디엔 고무/신디오탁틱 폴리부타디엔의 컴퍼지트는 무늬점도가 30~70이며, 시스 함량이 98중량% 이상, 신디오탁틱 폴리부타디엔(SPB)의 함량이 1~40중량% 범위인 것이 바람직하고, 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 부타디엔 고무/신디오탁틱 폴리부타디엔 컴퍼지트의 종류 및 그 특성을 하기 표1에 나타 내었다.In addition, the butadiene rubber / syndiotactic polybutadiene composite has a pattern viscosity of 30 to 70, the sheath content of 98% by weight or more, the content of syndiotactic polybutadiene (SPB) is preferably in the range of 1 to 40% by weight. In addition, the types and properties of butadiene rubber / syndiotactic polybutadiene composite which can be preferably used in the present invention are shown in Table 1 below.
표 1Table 1
본 발명에서는 고무 조성물에 보강제로서 통상적으로 사용되는 카본블랙 및/또는 실리카를 통상적인 양으로 첨가할 수 있는데, 그 종류에는 특별한 제한이 없으며, 바람직하게 사용될 수 있는 것들의 예를 각각 하기 표2(카본블랙)와 표3(실리카)에 나타낸다.In the present invention, carbon black and / or silica commonly used as a reinforcing agent may be added to the rubber composition in a conventional amount. Carbon black) and Table 3 (silica).
표 2TABLE 2
표 3TABLE 3
그 밖에 본 발명의 고무 조성물은 통상의 타이어 트레드 고무 조성물에 사용되는 기타첨가제 및 배합제를 포함할 수 있음은 물론이다.In addition, the rubber composition of the present invention may include other additives and compounding agents used in conventional tire tread rubber compositions.
본 발명은 하기 실시예와 비교예에 의하여 보다 구체적으로 이해될 수 있고, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.The present invention can be understood in more detail by the following examples and comparative examples, the following examples are only for illustrating the present invention, and are not intended to limit the protection scope of the present invention.
실시예Example
1)시험 고무의 준비1) preparation of test rubber
시험 고무 배합물의 원료고무의 특성은 하기의 표4에, 배합사양은 하기의 표5에 나타내었다. The properties of the raw material rubber of the test rubber compound are shown in Table 4 below, and the compounding specifications are shown in Table 5 below.
표 4Table 4
표 5Table 5
(단위 : 중량부)(Unit: parts by weight)
⑤ 유화중합 스티렌부타디엔 고무 : 금호석유화학의 SBR-1500.⑤ Emulsion polymerization styrene butadiene rubber: SBR-1500 of Kumho Petrochemical.
2)물성 결과2) Physical property result
배합 고무의 가황조건 및 시험은 ASTM 규격에 준하여 시험하였고, 그 결과를 하기 표6에 나타내었다. Vulcanization conditions and tests of the blended rubber was tested according to ASTM standards, the results are shown in Table 6 below.
표 6Table 6
상기 표6의 물성 시험에 나타난 결과로 알 수 있는 바와 같이, 용액중합 스티렌부타디엔 고무의 히드록시기 변형비율과 할로겐으로 치환된 다가 반응성 폴리실록산 화합물의 커플링화가 본 발명의 범위내에 속하는 용액중합 스티렌 부타디엔 고무를 사용한 실시예의 고무시편을 기존의 유화중합 스티렌부타디엔 고무를 원료고무로 사용한 비교예의 고무시편과 비교해 볼 때, 인장물성은 동등이상 수준을 유지하면서 분산성 및 웨트 스키드(wet skid)저항은 향상되어 스노우 성능이 향상됨을 보였다.As can be seen from the results of the physical property test of Table 6, the solution-polymerized styrene butadiene rubber of the hydroxy group modification ratio of the solution-polymerized styrene butadiene rubber and the coupling of the polyvalent reactive polysiloxane compound substituted with halogen is within the scope of the present invention. When the rubber specimen of the used example is compared with the rubber specimen of the comparative example which uses the conventional emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber as the raw material rubber, the tensile properties are maintained at the same level or higher, and the dispersibility and the wet skid resistance are improved. Performance has been improved.
본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물은 인장물성 및 마모특성은 동등 수준을 유지하면서 내마모성 및 스노우 성능이 향상됨을 보여준다.The tire tread rubber composition of the present invention shows that the wear resistance and the snow performance are improved while the tensile properties and the wear characteristics are maintained at the same level.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100975878B1 (en) | 2008-11-12 | 2010-08-16 | 한국타이어 주식회사 | Rubber composition of tire tread |
KR20220033062A (en) * | 2020-09-07 | 2022-03-16 | 금호타이어 주식회사 | Rubber composition for tire tread and tire manufactured by using it |
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- 2005-10-25 KR KR1020050100710A patent/KR100667868B1/en not_active IP Right Cessation
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