KR100683957B1 - 내열성이 향상된 실리카 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내열성이 향상된 실리카 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 실리카를 함유하는 고무조성물에 있어서, 엔지니어드 엘라스토머(engineered elastomer)를 포함하도록 하여 내열성을 향상시킬 수 있는 실리카 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 실리카를 함유하는 고무조성물에 있어서, 엔지니어드 엘라스토머를 포함하도록 하여 내열성이 향상된 실리카 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 실리카 고무조성물로 이루어진 트레드를 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명의 실리카 고무조성물은 종래 실리카 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 엔지니어드 엘라스토머(engineered elastomer) 5∼10phr 포함할 수 있다.

Description

내열성이 향상된 실리카 고무조성물{Silica rubber composition for improved heat built up property}
본 발명은 내열성이 향상된 실리카 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 실리카를 함유하는 고무조성물에 있어서, 엔지니어드 엘라스토머(engineered elastomer)를 포함하도록 하여 내열성을 향상시킬 수 있는 실리카 고무조성물에 관한 것이다.
일반적으로 타이어 트레드 컴파운드(tread compound)는 보강성을 위해 보강재로서 카본블랙과 실리카를 각각 단독으로 사용하거나 또는 이들의 혼합물을 사용하고 있다.
카본블랙과 실리카는 각각 고유한 특성이 있어 사용되는 타이어의 종류에 따라 어떠한 보강재를 적용할지 적의 선택되어 사용되고 있다.
이때 타이어 트레드 컴파운드의 친수성을 높이기 위해 보강재로 실리카를 단독으로 사용하거나 또는 실리카와 소량의 카본블랙을 혼합하여 사용하고 있다. 그러나 이러한 경우 트레드 컴파운드의 보강재로 카본블랙을 단독으로 사용하거나 또 는 카본블랙을 주요한 보강재로 사용하는 경우에 비해 고무의 여러 가지 특성이 하락하는 문제가 있는데 특히 발열특성의 두드러지게 감소하고 있다. 또한 고무조성물내에 실리카의 분산성을 향상시키기 위해 고가의 실리카 분산제를 적용하고 있어 비용면에서도 적지 않은 부담이 있다.
타이어에서 트레드는 차량이 이동하면서 지면과 직접 접촉하는 부위로서 타이어와 지면과의 마찰과 발열에 의해 트레드 부분이 점차적으로 마모되기 때문에 내마모 성능(abrasion resistance)과 내열성이 우수해야 한다.
따라서 타이어 트레드 컴파운드는 내열성을 향상시키기 위해 보강재로 실리카를 사용하는 경우 가공조제를 사용하고 있으나, 이때 컴파운드의 내열성이 원하는 수준만큼 향상되지 못하고 도리어 고무의 물성이 하락하는 문제가 발생하고 있다.
상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 안출된 본 발명은 실리카를 함유하는 고무조성물에 있어서, 엔지니어드 엘라스토머를 포함하도록 하여 내열성이 향상된 실리카 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 실리카 고무조성물로 이루어진 트레드를 함유하는 타이어를 포함한다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리카 고무조성물은 종래 실리카 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 엔지니어드 엘라스토머(engineered elastomer) 5∼10phr 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 종래 실리카를 함유하는 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 원료고무의 일예로서 천연고무나 용액중합 스티렌 부타디엔 고무, 유화중합 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무와 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 두 개의 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무, 또는 세 개 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 또한 상기의 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 실리카 고무조성물은 보강재로서 실리카를 단독으로 사용하거나 또는 보강재로 실리카와 카본블랙을 동시에 사용할 수 있다.
본 발명에서 실리카는 종래 실라카를 함유하는 고무조성물에 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 실리카의 일예로서 표면적(surface area)을 나타내는 BET값이 150∼200m2/g이고, 구조(structure)를 나타내는 DBP흡착량이 240∼300ml/100g인 실리카를 원료고무 100phr에 대하여 15∼35phr 사용할 수 있다.
본 발명의 실리카 고무조성물은 보강재로서 실리카 이외에도 일반적으로 보강재로 널리 사용하는 카본블랙을 실리카와 같이 혼용하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 카본블랙의 일예로서 표면적(surface area)을 나타내는 BET값이 120∼160m2/g이고, 구조(structure)를 나타내는 DBP흡착량이 110∼160ml/100g인 카본블랙을 원료고무 100phr에 대하여 30∼50phr 사용할 수 있다.
본 발명의 실리카 고무조성물에서 필수 구성 성분인 엔지니어드 엘라스토머는 원료고무 100phr에 대하여 5∼10phr 사용할 수 있다.
본 발명의 실리카 고무조성물에서 엔지니어드 엘라스토머를 원료고무 100phr에 대하여 5phr 미만 사용하면 실리카 고무조성물의 내열성이 감소하고, 엔지니어드 엘라스토머를 10phr 초과 사용하면 실리카 고무조성물의 내열성이 향상에 뚜렷한 효과 개선이 이루어지지 않는다. 따라서 본 발명에서 엔지니어드 엘라스토머는 원료고무 100phr에 대하여 5∼10phr 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 엔지니어드 엘라스토머는 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 스티렌 고무, 부틸고무, 이소프렌 고무, 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상의 엘라스토머 함량 100중량부에 대해 펄프 20∼30중량부를 함유한 것을 사용할 수 있다. 이때 펄프는 길이가 1∼10mm, 지름이 5∼20㎛인 섬유상태의 제지펄프, 비스코스레이온, 셀로판, 초산셀룰로오스 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에서 엔지니어드 엘라스토머는 시중에서 상품화되어 시판중인 것을 입수하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 고무조성물에서 보강재로서 사용하는 실리카와 카본블랙, 엔지니어드 엘라스토머에 대하여 다양한 특성 및 함량을 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 보강재, 엔지니어드 엘라스토머는 상기에서 언급한 각각의 특성 및 함량으로 사용하는 것이 좋다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 보강재, 엔지니어드 엘라스토머 이외에 종래 실리카 고무조성물에 사용되는 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 실리카 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성 성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명은 상기의 실리카 고무조성물을 타이어의 구성 성분인 트레드부, 사이드부, 비드부, 인너라이너, 벨트, 카카스 중에서 선택된 어느 하나 이상의 컴파운드로 사용할 수 있다. 일예로 본 발명은 상기의 실리카 고무조성물로 이루어진 컴파운드를 트레드에 적용하여 상기의 실리카 고무조성물로 이루어진 트레드를 포함하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 오토바이용 타이어, 비행기용 타이어, 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나에 사용할 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>
스티렌 부타디엔 고무(SBR)를 원료고무로 하고, 이 원료고무 100phr에 대하여 카본블랙 45phr, 실리카 30phr, 실리카 분산제(SI-69) 3phr, 산화아연(ZnO) 3phr, 스테아린산(Stearic acid) 4phr, 공정오일(A#2 oil) 8phr를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.
그런 다음 가류제로서 유황 1.8phr, 가류촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamide, CZ) 3.0phr를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 카본블랙은 BET값이 130∼150m2/g, DBP흡착량이 140∼150ml/100g이고, 실리카는 BET값이 180∼200m2/g이고, 구조(structure)를 나타내는 DBP흡착량이 240∼280ml/100g인 것을 사용하였다.
하기의 표 1에 비교예 고무의 성분을 정리하여 나타내었다.
<실시예 1>
스티렌 부타디엔 고무(SBR)를 원료고무로 하고, 이 원료고무 100phr에 대하여 카본블랙 45phr, 실리카 30phr, 산화아연(ZnO) 3phr, 스테아린산(Stearic acid) 4phr, 공정오일(A#2 oil) 8phr, 엔지니어드 엘라스토머 5phr를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.
그런 다음 가류제로서 유황 1.8phr, 가류촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(CZ) 3.0phr를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 카본블랙은 BET값이 130∼150m2/g, DBP흡착량이 140∼150ml/100g이고, 실리카는 BET값이 180∼200m2/g이고, 구조(structure)를 나타내는 DBP흡착량이 240∼280ml/100g인 것을 사용하였다.
엔지니어드 엘라스토머는 하기 (1) 내지 (5)와 같은 특성을 가진 것을 사용하였다.
(1)스티렌 부타디엔 고무(SBR) 함량 100중량부에 대하여 펄프 25중량부를 함유한 것
(2)물에 대한 용해도는 무시할 정도임
(3)비중 : 1.05g/cc
(4)색상 : 노란색(yellowish)
(5)휘발성(Volatiles) : 수용액에서 3.5％ 미만
(6)분해온도 : 200℃ 이상.
<실시예 2>
엔지니어드 엘라스토머를 10phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 3>
분산제를 2.5phr 사용하고, 엔지니어드 엘라스토머를 10phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
표 1. 실시예 및 비교예 고무의 조성
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
SBR 100 100 100 100
카본블랙 45 45 45 45
실리카 30 30 30 30
실리카 분산제 3 3 3 2.5
산화아연 3 3 3 3
스테아린산 4 4 4 4
공정오일 8 8 8 8
엔지니어드 엘라스토머 - 5 10 10
가류제(유황) 3 3 3 3
가류촉진제 3 3 3 3
<시험예 1>
상기 실시예 및 비교예 고무에 대하여 ASTM 관련 규정에 의해 인장물성(경도, 300％모듈러스, 인장강도, 신장율), 내열특성(발열(Heat Built Up, HBU), 거리(km) 및 절단유무)와 같은 내열특성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 실시예 및 비교예 고무의 물성
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
경도(Shore A) 71 71 72 72
300％ 모듈러스(kg/cm3) 140 152 165 162
인장강도(kg/cm3) 190 197 220 215
신장율(％) 420 430 471 455
발열(온도상승,℃) 30.8 26.2 21.2 22.2
거리(km) 및 절단유무 365, 절단발생 390, 절단없음 415, 절단없음 407, 절단없음
* 거리 및 분리유무는 실시예 및 비교예의 고무를 실차시험기에 감고 100km/hr의 속도로 주행하는 것으로 측정시 거리 및 고무의 절단 여부를 나타낸 것이다.
상기 시험예의 결과에서처럼 엔지니어드 엘라스토머를 적용한 본 발명의 실시예 고무는 엔지니어드 엘라스토머를 적용하지 않은 비교예의 고무와 대비시, 동등 수준 이상의 물성을 가지고 있으며, 내열특성(발열(Heat Built Up, HBU), 거리(km) 및 절단유무)이 향상되었음을 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 (3)

  1. 실리카를 함유하는 실리카 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100phr에 대하여 펄프를 함유한 엘라스토머인 엔지니어드 엘라스토머를 5∼10phr 포함함을 특징으로 하는 실리카 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 엔지니어드 엘라스토머는 엘라스토머 함량 100중량부에 대하여 20∼30중량부의 펄프를 함유한 것 임을 특징으로 하는 실리카 고무조성물.
  3. 특허청구범위 제1항 또는 제2항의 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드를 포함하는 타이어.
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