KR100726867B1 - 승용차 타이어 트레드 고무조성물 - Google Patents

승용차 타이어 트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 승용차 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 보강충진제로 스티렌 부타디엔 라텍스가 코팅된 카본블랙을 사용함으로써 타이어에서의 발열을 감소시켜 내노화성능을 유지하여 내마모 특성을 동등 이상 수준으로 유지하면서 회전저항 및 웨트 트랙션(wet traction) 특성을 향상시킬 수 있는 승용차 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무로 포함하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅한 카본블랙 50∼100중량부 포함하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.
트레드, 고무조성물, 스티렌 부타디엔 라텍스, 카본블랙

Description

승용차 타이어 트레드 고무조성물{tire tread rubber composition for automobile}
본 발명은 승용차 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 보강충진제로 스티렌 부타디엔 라텍스가 코팅된 카본블랙을 사용함으로써 타이어에서의 발열을 감소시켜 내노화성능을 유지하여 내마모 특성을 동등 이상 수준으로 유지하면서 회전저항 및 웨트 트랙션(wet traction) 특성을 향상시킬 수 있는 승용차 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
종래 타이어 트레드에서 요구되는 주요 특성으로는 내마모성과 저발열 특성에 의한 회전저항 개선을 우선으로 하여 고무 조성물의 개발이 이루어져 왔다.
일반적으로 타이어의 마모 현상은 타이어와 지면 사이에서 발생하는 마찰력에 의해 지면과 접지되는 트레드 고무의 표면이 닳게 되는 현상이다. 이러한 마모 현상은 커브를 돌 때의 횡력, 구동 및 제동시의 종력 등 여러 가지 요인에 의해 발생되고 있다. 타이어의 마모는 타이어의 수명, 제동성에 큰 영향을 미치게 되므로 안전한 주행과 타이어 비용 절감면에서 타이어 트레드의 내마모성이 우수하여야 한 다.
또한 종래의 승용차 트레드 고무는 내마모성을 동등수준으로 유지하면서 회전저항 및 웨트 트랙션 개선을 우선으로 하였기 때문에 이를 위해서 베이스 고무의 조성비를 조절하여 고무의 유리전이온도를 높이는 방법, 모듈러스를 증가시키기 위한 방편으로 카본블랙의 첨가량을 증가하는 방법, 입자경이 작은 카본블랙의 적용, 실리카 및 공정조제 및 오일의 함량을 줄이는 방법 등이 주로 사용되어 왔었다.
그러나 승용차 타이어 트레드의 경우 스티렌 부타디엔 고무(SBR)를 주 베이스 고무로 하고 있기 때문에, 카본블랙의 첨가량을 증가시키고 입자경을 작게 하는 데는 한계가 있으며, 또한 이러한 요인들로 인하여 공정 중 발열 및 고점도 현상이 발생하게 되고 또한 압출시 실리카 고무의 겔화 현상으로 스코치 현상이 발생하기도 한다.
승용차 트레드의 내마모 특성을 동등 이상 수준으로 유지하면서 회전저항 및 웨트 트랙션을 동시에 개선하기 위한 카본블랙의 특성으로는 DBP 흡유량, 질소 흡착 비 표면적 값이 높아야 하고, 착색도를 높이기 위해 기존의 카본블랙 대비 입자경 분포도를 넓게 하는 것이 일반적이다 그러나, 카본블랙의 입자크기를 줄이거나 구조를 발달시키지 않으면서 카본블랙에 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅하여 고무와의 상호작용을 좋게 하고 실리카와의 친화성까지 높여 배합시 분산성을 개선시켜 점도 및 발열을 하락시키고 내 마모특성 동등수준으로 유지시키면서 회전 저항 특성은 물론 웨트 트랙션 특성까지 개선할 수 있도록 하였다.
본 발명은 스티렌 부타디엔 라텍스로 코팅된 카본블랙을 고무와의 상호작용을 증가시키고 실리카를 적용하여 반제품에서는 카본블랙 분진 감소에 따른 정련 작업 환경 개선 및 압출 공정성 개선은 물론 완제품에서는 내마모 성능을 동등으로 유지하면서 회전저항 및 웨트 트랙션 성능 개선을 동시에 가능하게 하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 고무조성물을 포함하는 고무를 트레드로 함유하는 승용차 타이어를 포함한다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무로 포함하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅한 카본블랙 50∼100중량부 포함하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.
본 발명의 승용차 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR)를 단독으로 사용하거나 또는 스티렌 부타디엔 고무와 천연고무 및/또는 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 스티렌 부타디엔 고무는 용액중합 스티렌 부타디엔 고무 및/또는 유화중합 스티렌 부타디엔 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무의 일예로 부타디엔 고무, 부틸고무, 할로겐화 부틸 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에서 부타디엔 라텍스를 코팅한 카본블랙은 카본블랙 중량 대비 스티렌 부타디엔 라텍스 3∼15％를 카본블랙에 코팅하여 분진이 적게 비산하는 카본블랙을 사용할 수 있다.
상기에서 스티렌 부타디엔 라텍스가 코팅된 카본블랙은 스티렌 부타디엔 라텍스를 스프레이(spray), 또는 분무장치를 이용하여 분사시켜 카본블랙에 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅할 수 있다. 한편 본 발명에서 스티렌 부타디엔 라텍스를 카본블랙에의 코팅은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 적의 선택하여 사용할 수 있으므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에서 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅한 카본블랙은 요오드 흡착가 55∼85g/kg, DBP흡유량 80∼120ml/100g, BET 흡착가 45∼75g/kg, 착색도 65∼105％(ITRB 대비)인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에 사용하는 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅한 카본블랙은 카본블랙에 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅함으로써 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅하기 이전의 카본블랙과는 다른 물성을 지니게 된다. 일예로 요오드 흡착가 100∼140g/kg, DBP흡유량 100∼130ml/100g, BET 흡착가 90∼130g/kg, 착색도 90∼130％(ITRB 대비)인 카본블랙을 스티렌 부타디엔 라텍스로 코팅하여 요오드 흡착가 55∼85g/kg, DBP흡유량 80∼120ml/100g, 착색도 65∼105％(ITRB 대비)으로 되는 스티렌 부타디엔 라텍스로 코팅된 카본블랙을 얻고, 이를 승용차 타이어 트레드 고무조성물에 사용할 수 있다.
본 발명의 승용차 타이어 트레드 고무조성물은 상기에서 언급한 스티렌 부타디엔 라텍스로 코팅된 카본블랙 이외에 실리카를 추가로 더 포함하도록 하여 타이어 반제품에서는 카본블랙 분진 감소에 따른 정련 작업 환경 개선 및 압출 공정성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 타이어 완제품에서는 내마모 성능을 종래의 타이어와 동등 수준 이상으로 유지하면서 회전저항, 및 웨트 트랙션의 성능을 향상시킬 수 있다.
상기에서 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 BET 흡착가 90∼130g/kg인 실리카 5∼30중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
따라서 본 발명의 승용차 타이어 트레드 고무조성물은 스티렌 부타디엔 라텍스를 카본블랙 중량 대비 3~15%으로 카본블랙에 코팅하여 분진이 적게 날리는 카본블랙을 얻을 뿐만 아니라, 원래의 카본블랙 요오드 흡착가, DBP 흡유량, 착색도 등이 완전히 다른 특성을 보이는 카본블랙과 실리카를 적용하여 회전저항 특성은 물론 웨트 트랙션까지 개선할 수 있는 타이어 트레드 고무믈 제조할 수 있다.
본 발명의 승용차 타이어 트레드 고무조성물에 대하여 다양한 조성, 함량으로 타이어 트레드 고무조성물에 적용한바 상기에서 언급한 조건에 의해 스티렌 부타디엔이 코팅된 카본블랙, 실리카를 사용하여 본 발명의 목적에 부합하는 승용차 타이어 트레드 고무성물을 얻을 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 스티렌 부타디엔 라텍스로 코팅된 카본블랙, 실리카, 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 활성제, 노화 방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
본 발명의 상기에서 언급한 고무조성물은 승용차 타이어 트레드 뿐만 아니라 오토바이 타이어 트레드, 비행기 타이어 트레드, 버스 타이어 트레드, 트럭 타이어 트레드에도 적용할 수 있다.
한편 본 발명은 상기에서 언급한 고무조성물을 포함하는 고무를 트레드로 함유하는 승용차 타이어를 포함한다.
이하 본 발명을 다음의 실시예, 비교예 및 시험예에 의하여 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 실시를 위한 하나의 일예일 뿐 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
하기 표 1에 언급된 성분 및 함량을 이용하여 승용차 타이어 트레드 고무시편을 제조하였다.
용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR) 80중량부 및 부타디엔 고무 20중량부 로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 아연화 3중량부, 상용화제 5중량부, 스테아린산 2.0중량부, 노화방지제(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 3.6중량부, 왁스 1.0중량부, 공정오일 2.0중량부, 커플링제(SI-69) 3.2중량부, 스티렌 부타디엔 라텍스가 코팅된 카본블랙 70중량부, 실리카 20중량부를 밴버리 믹서에 넣고 130℃에서 40분간 배합하여 배합물을 얻었다.
상기의 배합물에 가류제(유황) 2중량부, 가류촉진제(N-t-butylbenzothiazole sulfenamide, NS) 0.65중량부, 가류지연제 0.2중량부를 첨가하고 160℃에서 20분간 가류하여 고무 시편을 제조하였다.
상기에서 스티렌 부타디엔 라텍스가 코팅된 카본블랙은 카본블랙에 스티렌 부타디엔 라텍스를 스프레이로 코팅하여 스티렌 부타디엔 라텍스가 코팅된 카본블랙의 물성이 요오드 흡착가 70g/kg, DBP 흡유량 102ml/100g, BET 흡착가 65g/kg, 착색도 90％(ITRB 대비)이 되도록 한 것을 사용하였다.
상기에서 실리카는 BET 흡착가 110g/kg인 것을 사용하였다.
<비교예>
요오드 흡착가 122g/kg, DBP 흡유량 116ml/100g, BET 흡착가 110g/kg, 착색도 115％(ITRB 대비)인 카본블랙 70중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 고무 시편을 제조하였다.
표 1. 실시예 및 비교예의 조성
성분 실시예 비교예
용액중합 스티렌 부타디엔 고무 80 80
부타디엔 고무 20 20
아연화 3 3
상용화제 5 5
스테아린산 2 2
노화방지제 3.6 3.6
왁스 1 1
공정오일 2 2
커플링제 3.2 3.2
카본블랙(1) - 70
카본블랙(2) 70 -
실리카 20 20
가류제 2 2
가류촉진제 0.65 0.65
가류지연제 0.2 0.2
카본블랙(1) : 요오드 흡착가 122g/kg, DBP 흡유량 116ml/100g, BET 흡착가 110g/kg, 착색도 115％(ITRB 대비)인 카본블랙
카본블랙(2) : 요오드 흡착가 70g/kg, DBP 흡유량 102ml/100g, BET 흡착가 65g/kg, 착색도 90％(ITRB 대비)이고, 스티렌 부타디엔 라텍스가 코팅된 카본블랙
<시험예>
상기 실시예 및 비교예의 고무시편에 대해 공정성, 인장물성, 발열, 마모, 동적점탄성과 같은 물성을 ASTM 관련 규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
표 2. 실시예 및 비교예 고무의 물성
항목 실시예 비교예
공정성 100℃ 점도 85 95
125℃ 점도 63 75
스코치 타임(t5) 32.9 31.1
가류시간 t90(@160℃) 10.9 11.3
인장물성 경도(shore A) 72 72
300%모듈러스(kg/cm 2 ) 140 145
인장강도(kg/cm 2 ) 287 290
신율(%) 485 492
발열 발열(온도차, ℃) 28.5 32.0
리바운드 리바운드(1st) 38.3 35.5
DIN 마모 초기/노화 마모량(g) 0.12/0.2 0.14/0.22
컷앤칩(cut&chip) 마모량(mg) 2.0289 2.093
동적점탄성 유리전이온도(Tg)(℃) -42.1 -43.8
Tanδ(0℃) 0.185 0.169
Tanδ(70℃) 0.094 0.019
*표 2에서 노화는 105℃에서 하루(24시간) 동안 노화시킨 것임
상기 표 2에서 실시예 고무의 미가류특성 및 기본물성인 인장강도, 300% 모듈러스는 비교예의 고무에 비해 다소 낮은 수치를 나타내고 있다.
그러나, 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅한 카본블랙을 적용한 실시예의 고무의 발열온도가 비교예의 고무에 비해 낮아 발열특성이 우수하고, 리바운드 특성은 동등 수준을 보이고 있다. 또한 노화 전/후의 마모량에 있어서는 비교예 대비 실시예에서 동등수준을 보이고 있어 카본블랙에 코팅된 라텍스와 원료고무 중의 용액중합 스티렌 부타디엔 고무와의 상호작용 및 실리카와의 친화성이 개선되고 있음을 알 수 있다.
동적특성에 있어서 70℃ tanδ는 회전저항 특성과 관계가 매우 큰 측정치가 그 수치가 낮을수록 저연비특성이 우수하고, 0℃ tanδ는 웨트 트랙션 성능과 관계가 매우 크며 그 수치가 높을수록 웨트 트랙션이 우수하다. 상기 표 2에서 알 수 있듯이 실시예의 고무는 비교예의 고무에 비해 70℃ tanδ는 그 수치가 현저히 낮은 값을 보이고 있어 회전저항 특성이 개선되고 있고, 0℃ tanδ값이 현저히 높아 웨트 트랙션 특성도 개선되었음을 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.
본 발명의 승용차 타이어 트레드 고무조성물은 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 스티렌 부타디엔 라텍스로 코팅된 카본블랙을 사용함으로써 카본블랙과 원료고무의 상호작용에 따라 카본블랙 사용시 고질적 문제였던 정련공정에서의 분진 감소에 의한 작업환경이 개선될 수 있고 압출 작업시에는 점도하락으로 인한 압출성능 개선될 수 있다.
또한 완제품 타이어에서는 스티렌 부타디엔 라텍스로 코팅된 카본블랙과 원료고무 중의 스티엔 부타디엔 고무와의 친화성은 물론 실리카와의 우수한 상호작용으로 회전저항 및/또는 웨트트랙션이 개선되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 스티엔 부타디엔 고무를 원료고무로 포함하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅한 카본블랙 50∼100중량부 포함함을 특징으로 하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅한 카본블랙은 카본블랙 중량 대비 스티렌 부타디엔 라텍스 3∼15％를 카본블랙 코팅한 것 임을 특징으로 하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물.
  3. 제1항에 있어서, 스티렌 부타디엔 라텍스를 코팅한 카본블랙은 요오드 흡착가 55∼85g/kg, DBP흡유량 80∼120ml/100g, BET 흡착가 45∼75g/kg, 착색도 65∼105％(ITRB 대비)인 것을 특징으로 하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물.
  4. 제1항에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 BET 흡착가 90∼130g/kg인 실리카 5∼30중량부를 추가로 더 포함함을 특징으로 하는 승용차 타이어 트레드 고무조성물.
  5. 특허청구범위 제1항 내지 제4항 중 선택된 어느 한 항의 고무조성물을 포함 하는 고무를 트레드로 함유하는 승용차 타이어.
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