KR100692564B1 - 표면개질 카본블랙을 포함하는 트레드 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용액중합-스타이렌 부타디엔 고무 단일 성분 또는 용액 중합-스타이렌 부타디엔 고무 60~90 중량부와 부타디엔 고무 10~40 중량부로 구성되어 있으면서 표면이 개질된 카본블랙은 40~80중량부 포함시켜, 종래의 트레드 고무 조성물 대비 실리카를 함유하지 않고, 카본블랙의 표면을 산화시켜 개질하여 카본블랙으로 하여금 실리카와 저연비 특성을 동등 이상 수준으로 개선할 수 있는 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

타이어, 트레드, 카본블랙

Description

표면개질 카본블랙을 포함하는 트레드 고무 조성물{Tread rubber compound comprising surface modified carbon black}

본 발명은 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용액중합-스타이렌 부타디엔 고무 단일 성분 또는 용액 중합-스타이렌 부타디엔 고무 60~90 중량부와 부타디엔 고무 10~40 중량부로 구성되어 있으면서 표면이 개질된 카본블랙은 40~80중량부 포함시켜, 종래의 트레드 고무 조성물 대비 실리카를 함유하지 않고, 카본블랙의 표면을 산화시켜 개질하여 카본블랙으로 하여금 실리카와 저연비 특성을 동등 이상 수준으로 개선할 수 있는 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

종래 타이어에서 요구되는 주요 특성으로는 내마모성과 저발열 특히 최근 들어서 친환경적 요인으로 인하여 저연비 특성을 우선으로 하는 고무 조성물의 개발이 이루어져 왔다.

일반적으로 타이어의 저연비 특성은 타이어와 노면 사이에서 발생하는 마찰력에 의해 지면과 접지되는 트레드 고무의 표면과의 상호작용에 의해서 나타나는 현상이다.

이러한 현상은 커브를 돌 때의 횡력, 구동 및 제동시의 종력 등 여러 가지 요인에 의해 발생되고 있으며, 타이어의 저연비 특성은 타이어의 수명, 제동성에 큰 영향을 미치게 되므로 안전한 주행과 타이어 비용 절감면에서 저연비 성능이 우수하여야 한다.

또한, 종래의 트레드 고무는 저연비 특성을 개선하기 위하여 베이스 고무의 조성비를 조절하여 고무의 유리전이온도를 낮추는 방법, 고무와 필러와의 상호작용을 증가시키기 위한 방편으로 실리카를 첨가하는 방법, 또 카본블랙 적용시 입자경 분포폭이 넓은 카본블랙의 적용으로 고무의 발열을 줄이는 방법 등이 주로 사용되어 왔었다.

그러나, 타이어 트레드의 경우 타이어의 저연비 특성을 개선하기 위한 필러로 실리카를 사용할 경우 커플링제나 실리카 분산제를 따로 첨가하여야 하며, 또한 실리카-실리카 간의 가한 상호작용을 억제할 수 있도록 고무 배합시에도 세세한 주의를 기울여야 한다.

또한, 고무배합물 중의 필러의 미분산으로 인하여 완제품에서는 편마모 현상이 종종 발생하기도 한다.

따라서, 타이어 트레드의 편마모를 감소하면서 저연비 특성을 구현하기 위해서 실리카를 사용하지 않을 수 있는 기술이 요구된다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 트레드 고무에 산화시킨 카본블랙을 적용하여 입자크기와 구조는 변화가 없으면서 표면의 활성도를 높여 고무 배합물 중에서 카본 블랙이 마치 실리카처럼 작용토록 하여 기존 카본블랙 배합물과 유사한 물성을 유지하면서 저연비, 발열, 마모 특성을 전반적으로 개선할 수 있는 트레드 고무 조성물을 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 용액중합-스타이렌 부타디엔 고무를 중합체의 기저로 하는 트레드 고무 조성물에 있어서, 표면을 산화시킨 카본블랙 40~80중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드 고무 조성물이다.

또 다른 발명은, 용액중합-스타이렌 부타디엔 고무 60~90중량부와, 부타디엔 고무 10~40중량부를 중합체의 기저로 하는 트레드 고무 조성물에 있어서, 표면을 산화시킨 카본블랙 40~80중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드 고무 조성물이다.

상기 발명의 카본블랙은 요오드 흡착가가 110∼130g/㎏, DBP흡유량이 115∼135㎖/100g, 질소 흡착 비표면적 값이 110∼130㎡/g, 착색도가 115∼135％(ITRB(Industry Tint Reference Black) 대비), 수소이온화지수(pH)가 4.0∼5.5인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

본 발명은 타이어 트레드에 종래의 카본블랙 대비 유사한 요오드 흡착가, 질소 흡착 비표면적값, DBP흡유량은 유사하면서 수오이온화지수 값만이 산성쪽으로 낮춰진 특성값을 갖도록 한 카본블랙을 내발열 및 저연비 특성을 개선하였다.

본 발명에 사용된 카본블랙은 일반적인 카본블랙의 표면을 열에 의해서 산화시킨 것으로 카본블랙의 입자크기나 구조는 거의 유사하면서 표면에 관능기를 부여하여 활성화를 높여 고무와의 상호작용이 좋게 하는 역할을 하는 표면개질 카본블랙이다.

상기 높은 온도에서 표면이 개질된 카본블랙의 특성은 기존의 ASTM 카본블랙과 동등 수준의 DBP 흡유량, 질소 흡착, 요오드 흡착 비표면적 값 등의 물리화학적 특성이 동일하며, 카본블랙의 표면산화에 의한 과능기의 도입으로 수소이온화 지수값이 산성 특성을 가지게 된다.

본 발명에 사용된 카본블랙의 특성은 요오드 흡착가가 110~130 g/㎏, DBP흡유량이 115~135㎖/100g, 질소 흡착 비표면적 값이 110~130㎡/g, 착색도가 115~135%(ITRB대비), 수소이온화지수(pH)가 4.0~5.5인 카본블랙을 40~80중량부로 한다.

상기 카본블랙의 특성을 다음의 표 1에 정리하였다.

콜로이드 특성	카본블랙1	카본블랙2
요오드 흡착가(g/㎏):IA 질소 흡착 비표면적 값(㎡/g):N2SA DBP흡유량(㎖/100g):DBP 착색도(%, IRB 대비):Tint 수소이온화지수(pH)	119 120 125 123 7.5	119 120 125 123 4.9

상기 카본블랙1과 카본블랙2는 수소이온지수가 상이하고, 다른 특성은 동일하다.

표 2는 본 발명에 사용된 실시예와 비교예의 고무 조성물의 배합비를 나타낸 것이다.

배합비	비교예	실시예
용액중합 스타이렌-부타디엔 고무 부타디엔 고무 아연화 스테아르산 노화방지제	110 20 5.0 2.0 2.0	110 20 5.0 2.0 2.0
카본블랙1 카본블랙2	50 -	- 50
촉진제1 촉진제2 가류제	1.5 1.0 1.5	1.5 1.0 1.5

상기 비교예는 카본블랙1 50중량%를 포함하고, 실시예는 카본블랙2 50중량%를 포함하며, 기타의 조성은 동일하다.

표 3은 상기 실시예와 비교예의 물성치를 비교한 결과를 나타내었다.

구분		비교예	실시예
공정성	100℃점도 125℃점도 스코치타임(t5)	74 62 15.6	77 63 17.8
가류시간	t90, @145℃	10.7	10.5
인장물성	경도 300% 모듈러스 인장강도 신율	58 80 179 517	57 84 193 547
발열 리바운드	발열(온도차) 리바운드(1st)	25.2 35.7	19.0 40.8
동적 점탄성	Tg 0℃tanδ 70℃tanδ	-43.8 0.258 0.116	-42.1 0.254 0.095

상기 표 3에서 보는 바와 같이, 미가류특성 및 기본물성인 인장강도, 300% 모듈러스는 비교예 대비 실시예는 동등 수준을 보이고 있다.

특히, 표면개질 카본블랙을 적용한 실시예에서 발열은 하락하고 리바운드 특성은 개선되는 수준을 보이고 있다.

동적특성에 있어서 70℃tanδ는 회전저항 특성과 관계가 매우 큰 측정치가 그 수치가 낮을수록 저연비특성이 우수하다고 할 수 있으며, 0℃tanδ는 웨트 트랙션 성능과 관계가 매우 크며 그 수치가 높을수록 웨트 트랙션이 우수하다고 할 수 있다.

또한, 비교예 대비 실시예에서 보는 바와 같이 70℃tanδ는 그 수치가 현저히 낮은 값을 보이고 있어 회전 저항 특성 또한 개선되고 있음을 알 수 있다.

이를 뒷받침하기 위하여 표 4에 완제품 타이어에서 실시예와 비교예의 회전저항을 측정 평가한 결과를 나타내었다.

구분	비교예	실시예
R/R(N)	42.3	40.1

표 4에서 나타넨 바와 같이, 실시예가 비교예보다 현저히 낮은 회전저항값을 보이고 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니다.

본 발명을 통하여 종래의 트레드 고무 조성물 대비 실리카를 함유하지 않고, 카본블랙의 표면을 산화시켜 개질하여 카본블랙으로 하여금 실리카와 저연비 특성을 동등 이상 수준으로 개선할 수 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 용액중합-스타이렌 부타디엔 고무 60∼90중량부와, 부타디엔 고무 10∼40중량부를 중합체의 기저로 하는 트레드 고무 조성물에 있어서,

   표면을 산화시키고, 요오드 흡착가 110∼130g/㎏, DBP흡유량 115∼135㎖/100g, 질소 흡착 비표면적 값 110∼130㎡/g, 착색도 115∼135%(ITRB(Industry Tint Reference Black) 대비), 수소이온화지수(pH)가 4.0∼5.5인 카본블랙 40∼80중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드 고무 조성물.
3. 삭제