KR100760824B1 - Rubber composition for truck/bus tire tread - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 트럭/버스 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보강제로서 실리카를 사용함에 따른 내마모 성능 저하를 막기 위하여 분자량과 분자사슬의 선형성이 높은 네오디미움-부타디엔 고무를 천연고무와 혼합 사용함으로써 타 성능의 저하 없이 저연비 성능이 향상된 고무조성물을 제공한다. The present invention relates to a rubber composition for a truck / bus tire tread, and more particularly, in order to prevent deterioration of abrasion resistance caused by using silica as a reinforcing agent, neodymium-butadiene rubber having high molecular weight and molecular chain linearity is made of natural rubber. When used in combination with, it provides a rubber composition with improved low fuel consumption performance without compromising other performance.
트럭/버스용 타이어 트레드를 구성하는 종래의 조성은 중하중에 견딜만한 내구성을 확보하기 위한 개념으로 원료고무로서 분자량이 크고 탄성이 강한 천연고무를 사용하고 보강제로 저 발열성의 카본블랙을 투입하는 방법이 일반적으로 사용되어 왔으며, 이와 더불어 칩컷 성능을 향상시키기 위해 기존의 카본블랙 위주의 보강제에 추가로 실리카를 소량 첨가하는 기술도 개시되어 있다. The conventional composition of the truck / bus tire tread is a concept of securing durability that can withstand heavy loads. The method of using natural rubber having high molecular weight and strong elasticity as a raw material rubber and injecting low-heating carbon black as a reinforcing agent In general, a technique of adding a small amount of silica to an existing carbon black-based reinforcing agent to improve chip cut performance is also disclosed.
최근에는 내구성 위주의 고무 조성물 설계를 벗어나서 내마모 성능 등을 향상시키기 위해 일반적으로 트럭/버스용 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되었던 천연고무에 합성고무를 추가로 사용하는 기술이 개시되고 있다. 그 예로 일본 특허 1995-118443에서는 분자사슬의 높은 선형성 및 좁은 분자량 분포를 가지는 부타디엔 고무의 사용에 관한 기술이 개시되어 있다. Recently, a technique of using synthetic rubber in addition to natural rubber, which has been generally used in a rubber composition for a truck / bus tire tread, to improve wear resistance and the like beyond the design of the rubber composition for durability. As an example, Japanese Patent 1995-118443 discloses a technique relating to the use of butadiene rubber having high linearity of molecular chain and narrow molecular weight distribution.
그 외에도 회전저항 및 제동성능 등의 중요성이 높아짐에 따라 보강제로서 기존의 카본블랙과 함께 실리카를 활용하여 저연비 성능을 향상시키는 연구가 진행되어 왔는데, 그 예로 특정한 입자 특성을 가지는 실리카를 카본블랙과 함께 사용하거나, 나노 구조로 개질된 실리카를 카본블랙과 함께 사용하는 등 실리카와 카본블랙이 혼합된 이종 보강제를 사용하여 저연비 성능을 향상시키는 내용의 특허가 출원된 바 있다.In addition, as the importance of rotational resistance and braking performance increases, researches to improve low fuel efficiency by using silica together with existing carbon black as a reinforcing agent have been conducted. For example, silica having specific particle characteristics together with carbon black Patents have been applied for improving low fuel efficiency by using heterogeneous reinforcing agents in which silica and carbon black are mixed, such as using a silica-modified silica with carbon black.
그러나 이와 같이 보강제로서 기존의 카본블랙 일부를 실리카로 대체할 경우, 실리카는 극성 성질을 가지기 때문에 분산이 좋지 않으며 고무와의 상용성이 저하되고 이와 연관되어 트레드의 내마모 성능이 저하되는 단점이 있으므로 실리카 적용 기술을 트럭/버스용 타이어에 응용하는 데는 한계가 있었다. However, when replacing a portion of the existing carbon black as a silica as a reinforcing agent, since silica has a polarity property, the dispersion is not good, the compatibility with rubber is lowered and the wear resistance of the tread is deteriorated. The application of silica application technology to truck / bus tires has been limited.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 저연비 성능을 향상시키기 위해 보강제로 기존에 주로 사용되던 카본블랙 대신 고분산성 실리카를 포함시킨 고무 조성물에서 원료고무로서 천연고무와 네오디미움 부타디엔 고무를 사용하여 분자량이 크고 브렌치도가 낮고 분자사슬의 선형성이 높은 네오디미움 부타디엔으로 인해 실리카 사용에 의한 내마모성 저하를 보완할 수 있는 트럭/버스 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention is to solve the above problems, natural rubber and neodymium butadiene rubber as a raw material rubber in a rubber composition containing high dispersibility silica instead of carbon black, which is mainly used as a reinforcing agent to improve low fuel efficiency performance The purpose of the present invention is to provide a rubber composition for truck / bus tire treads that can compensate for a decrease in wear resistance caused by silica due to neodymium butadiene having a high molecular weight, a low degree of branching, and a high linearity of a molecular chain.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 트럭/버스 타이어 트레드용 고무 조성물은 천연고무 50 내지 90 중량부와 네오디미움 부타디엔 고무 10 내지 50중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여, 고분산성 실리카를 50 내지 90중량부 되도록 포함하는 것을 그 특징으로 한다. The rubber composition for the truck / bus tire tread of the present invention for achieving the above object is a highly dispersible silica with respect to 100 parts by weight of the raw material rubber consisting of 50 to 90 parts by weight of natural rubber and 10 to 50 parts by weight of neodymium butadiene rubber. It characterized in that it comprises 50 to 90 parts by weight.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. The present invention will be described in more detail as follows.
본 발명의 트럭/버스 타이어 트레드용 고무 조성물에는 고무의 히스테리시스를 낮추는 것과 함께 내마모 성능을 보완하기 위한 방안으로서, 원료고무로서 천연고무와 네오디미움 부타디엔 고무로 이루어진 조성에 고분산성 실리카를 사용한다. 다시 말해 천연고무와 네오디미움 부타디엔 고무에 고분산성 실리카를 보강제로 사용하여 저연비 성능을 향상시키고 내마모 성능을 보완시킨 것이다. In the rubber composition for the truck / bus tire tread of the present invention, a high dispersibility silica is used as a raw material rubber in a composition composed of natural rubber and neodymium butadiene rubber as a method for compensating abrasion resistance while lowering hysteresis of rubber. . In other words, the use of highly dispersible silica as a reinforcing agent in natural rubber and neodymium butadiene rubber improves low fuel efficiency and complements abrasion resistance.
본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 원료고무는 통상 트럭/버스 타이어 트레드에 적합한 천연고무와 함께 추가로 네오디미움-부타디엔 고무를 사용하여 이루어지는데, 이때 천연고무는 50 내지 90중량부로 포함된다. In the tire tread rubber composition of the present invention, the raw rubber is usually made of neodymium-butadiene rubber together with a natural rubber suitable for a truck / bus tire tread, wherein the natural rubber is included in an amount of 50 to 90 parts by weight. .
통상 부타디엔 고무는 제법상 여러 촉매를 사용할 수 있는데, 네오디미움 촉매를 사용하여 제조한 부타디엔 고무는 코발트 또는 니켈 촉매를 사용하여 제조한 부타디엔 고무보다 시스 함량이 높고 분자량이 크며, 브렌치 정도가 낮고 분자사슬의 선형성이 높아 내마모 및 내발열 측면에서 다른 부타디엔 고무보다 유리하다. 따라서, 본 발명에서는 여러 가지 부타디엔 고무 중에서도 네오디미움-부타디엔 고 무를 사용하는 바, 본 발명의 네오디미움-부타디엔 고무는 사슬 내의 시스 함량이 97 내지 98%이고, 분자량 분포가 2.0 내지 3.5이며, 유리전이온도가 -103 내지 -110℃인 것이 바람직하다. In general, butadiene rubber can use several catalysts in the manufacturing process. Butadiene rubber prepared using neodymium catalyst has higher cis content, higher molecular weight, lower branching degree and molecular weight than butadiene rubber produced using cobalt or nickel catalyst. The high linearity of the chain is advantageous over other butadiene rubbers in terms of wear resistance and heat generation. Therefore, in the present invention, among the various butadiene rubbers, neodymium-butadiene rubber is used, and the neodymium-butadiene rubber of the present invention has a cis content in the chain of 97 to 98%, a molecular weight distribution of 2.0 to 3.5, It is preferable that glass transition temperature is -103-110 degreeC.
이와 같은 역할을 하는 네오디미움-부타디엔 고무의 첨가량은 10 내지 50중량부, 바람직하기로는 20 내지 40중량부로 포함된다. 만일, 네오디미움-부타디엔의 함량이 원료고무 중 10 중량부 미만이면 내마모 성능의 향상효과가 적고, 50중량부를 초과하면 내구성의 저하가 심해지고 실리카의 분산을 저하시켜 고무의 히스테리시스를 충분히 낮출 수 없다. The amount of neodymium-butadiene rubber which plays such a role is included in 10 to 50 parts by weight, preferably 20 to 40 parts by weight. If the content of neodymium-butadiene is less than 10 parts by weight of the raw material rubber, the effect of improving the wear resistance is small. If the content of the content of neodymium-butadiene is less than 10 parts by weight, the degradation of durability is severe and the dispersion of silica is lowered to sufficiently reduce the hysteresis of the rubber. Can't.
통상의 트럭/버스 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 강도를 보강시키기 위해 사용하는 보강제로는 카본블랙만을 사용하거나 다량의 카본블랙과 소량의 실리카를 혼용하는 것이 일반적이지만, 본 발명의 트럭/버스 타이어 트레드용 고무 조성물에는 고분산성 실리카를 보강제로 전량 사용하는 것을 특징으로 한다. In conventional truck / bus tire tread rubber compositions, it is common to use only carbon black or to mix a large amount of carbon black with a small amount of silica as a reinforcing agent used for reinforcing strength, but the truck / bus tire tread of the present invention is used. The rubber composition for use is characterized by using a high amount of highly dispersible silica as a reinforcing agent.
실리카는 커플링제와의 반응을 통해 고무 내에서 친유기성으로 개질되면서 고무와 화학결합으로 연결되기 때문에 외력에 의한 변형시 고무 내에서 실리카의 움직임이 제한되어 히스테리시스가 낮은 특징을 보이므로 발열과 회전저항을 낮추는 역할을 수행한다. 그러나 상기한 바와 같이 고무 내에서 실리카의 분산이 충분히 이뤄지지 않으면 발열 및 회전저항을 낮추기가 힘들고 내마모 성능이 저하되는 단점을 가진다. Silica is lipophilic in the rubber through the reaction with the coupling agent and is connected to the rubber by chemical bonding. Therefore, the movement of silica is limited in the rubber when deformation due to external force, which shows low hysteresis. It serves to lower. However, as described above, if the silica is not sufficiently dispersed in the rubber, it is difficult to lower heat generation and rotational resistance and has a disadvantage in that wear resistance is lowered.
따라서 본 발명에 적합한 실리카는 분산에 유리한 입자 특징을 가지는 고분산성 실리카로 BET 비표면적 130 내지 250㎡/g이며, CTAB 비표면적 130 내지 190 ㎡/g이고, DBP 흡유량 150 내지 350ml/100g이며, 평균 입자경이 10 내지 20nm인 것으로, 상기 원료고무 100중량부에 대해 50 내지 90중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 실리카의 함량이 원료고무 100중량부에 대해 50중량부 미만이면 보강성이 떨어지고, 90중량부를 초과하면 내마모 성능이 급격하게 저하된다. Therefore, the silica suitable for the present invention is a highly dispersible silica having favorable particle characteristics for dispersion, and has a BET specific surface area of 130 to 250 m 2 / g, CTAB specific surface area of 130 to 190 m 2 / g, and a DBP oil absorption of 150 to 350 ml / 100 g, an average of It is preferable to use it as 50-90 weight part with respect to 100 weight part of said raw material rubbers that particle diameter is 10-20 nm. If the content of silica is less than 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the raw material rubber, the reinforcement is inferior, and if it exceeds 90 parts by weight, the wear resistance is drastically lowered.
그밖에, 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에는 상기한 조성 이외에도 실란 커플링제, 프로세스 오일, 활성제로서 스테아린산이나 산화아연, 노화방지제, 가류제 및 가류촉진제 등과 같은 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 포함되는 첨가제를 포함할 수 있음은 물론이다. In addition, the rubber composition for tire tread of the present invention, in addition to the above-mentioned composition, additives contained in conventional tire tread rubber compositions such as silane coupling agent, process oil, and activator such as stearic acid, zinc oxide, antioxidant, vulcanizing agent and vulcanization accelerator, etc. Of course, it may include.
이때, 통상적으로 사용되는 실란 커플링제는 가공성을 목적으로 소량의 카본블랙과 섞여 있는 형태로 제조되기 때문에 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에는 실란 커플링제의 사용에 의해 카본블랙이 원료고무 100중량부에 대해 10중량부 이내의 범위에서 소량 첨가될 수 있다. At this time, since the commonly used silane coupling agent is manufactured in a form mixed with a small amount of carbon black for the purpose of processability, the rubber composition for tire tread of the present invention is carbon black 100 parts by weight of the raw material rubber by the use of the silane coupling agent A small amount may be added within a range of 10 parts by weight relative to.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following Examples, but the present invention is not limited by the Examples.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 Examples 1 to 3 and Comparative Example 1
본 발명에서는 고분산성 실리카로 U7000Gr을 사용하였으며, 네오디미움-부타디엔 고무는 시스 함량이 97 내지 98%이고, 유리전이온도가 -103 내지 -110℃이며 분자량 분포가 2.0 내지 3.5인 것을 사용하였다. In the present invention, U7000Gr was used as the highly dispersible silica, and neodymium-butadiene rubber had a cis content of 97 to 98%, a glass transition temperature of -103 to -110 ° C, and a molecular weight distribution of 2.0 to 3.5.
다음 표 1은 통상적인 트럭/버스 타이어 트레드용 고무에 고분산성 실리카와 네오디미움-부타디엔 고무를 배합하여 성능 평가한 결과로, 비교예 1은 천연고무에 카본블랙을 보강제로 사용한 경우이고, 실시예 1 내지 3은 고분산성 실리카와 네오디미움 부타디엔 고무를 동시에 사용한 경우로서 고분산성 실리카의 사용량이 원료고무 100중량부에 대해 60 내지 80중량부 범주인 것이다. 실리카를 사용한 실시예 1~3의 경우에는 실란 커플링제로 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드(bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfide) 계열의 X50S를 사용하였다. Table 1 shows the results of the performance evaluation of the highly dispersible silica and neodymium-butadiene rubber in a conventional truck / bus tire tread rubber, and Comparative Example 1 is a case where carbon black is used as a reinforcing agent in natural rubber. Examples 1 to 3 are cases in which highly dispersible silica and neodymium butadiene rubber are used simultaneously, and the amount of highly dispersible silica is in the range of 60 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw material rubber. In Examples 1 to 3 using silica, bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide (X50S) -based X50S was used as the silane coupling agent.
다음 표 1의 배합제 외에 본 발명의 실시예와 비교예에서는 공통적으로, 통상적으로 트럭/버스 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 산화아연 5중량부, 스테아린산 2중량부, 프로세스 오일 3중량부, 노화방지제 3중량부, 왁스 2중량부, 유황 및 촉진제를 혼합하였다. In the Examples and Comparative Examples of the present invention, in addition to the compounding agent of Table 1, commonly 5 parts by weight of zinc oxide, 2 parts by weight of stearic acid, 3 parts by weight of process oil, commonly used in the rubber composition for truck / bus tire tread 3 parts by weight of inhibitor, 2 parts by weight of wax, sulfur and an accelerator were mixed.
얻어진 타이어 트레드용 고무에 대한 인장물성, 저연비 성능, 내마모 성능에 대한 측정은 다음과 같은 방법으로 수행하였다. Measurement of the tensile property, low fuel consumption performance, and abrasion resistance of the obtained tire tread rubber was performed in the following manner.
(1)인장물성: 경도는 Shora A 경도계를 사용하였으며, 인장물성은 인스트롱(Instron)으로 측정하였다. (1) Tensile Properties: Hardness was measured using a Shora A hardness tester, and tensile properties were measured by Instron.
(2)저연비 성능: 저연비 성능을 예측하기 위해 점탄성 시험 결과를 사용하였다. 점탄성은 Dynamic Mechanical Thermal Spectroscopy(DMTS) 측정기를 사용하여 0.1% 동적 변위에 10Hz 진동수 조건 하에서 60℃의 tan δ를 측정하였다. 60℃의 tan δ가 낮을수록 저연비 성능이 향상된다고 예측할 수 있는데 비교예 1을 100으로 하여, 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 여기서 60℃의 tan δ가 낮을수록 저 연비 성능 지수를 높게 계산하여 나타냈으므로, 저연비 성능은 그 값이 클수록 좋은 것이다.(2) Low fuel consumption performance: Viscoelastic test results were used to predict low fuel efficiency. Viscoelasticity was measured at 60 ° C tan δ at 10% frequency at 0.1% dynamic displacement using Dynamic Mechanical Thermal Spectroscopy (DMTS). The lower the tan δ of 60 ℃ can be predicted to improve the low fuel consumption performance. Comparative Example 1 was expressed as 100, based on this index. The lower the tan δ of 60 ° C., the higher the low fuel efficiency figure was calculated and shown. Therefore, the higher the value, the better.
(3)내마모 성능: 내마모 성능을 예측하기 위해 람본 마모 시험기를 사용하여 슬립률 25%의 조건에서 마모량을 측정한 후 비교예 1을 100으로 하여, 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 내마모 성능은 그 값이 클수록 좋은 것이다.(3) Wear resistance: In order to predict wear resistance, the amount of wear was measured under a condition of a slip ratio of 25% using a rambon abrasion tester, and then Comparative Example 1 was expressed as 100 based on this. Abrasion resistance is the better the value.
상기 표 1의 결과로부터, 고분산성 실리카와 네오디미움 부타디엔 고무를 사용한 본 발명의 실시예 1~3은 천연고무에 카본블랙을 보강제로 사용한 비교예 1에 비해서 내마모 성능 저하가 뚜렷하지 않으면서 저연비 성능의 향상 효과가 월등한 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로는 실시예 1~3 중 실시예 2 조건이 저연비 성능과 내마모 성능의 최적화 측면에서 가장 적합하다는 것을 알 수 있다. From the results of Table 1, Examples 1 to 3 of the present invention using highly dispersible silica and neodymium butadiene rubber do not have a noticeable decrease in abrasion resistance compared to Comparative Example 1 using carbon black as a reinforcing agent in natural rubber. It can be seen that the effect of improving the low fuel efficiency is excellent. More specifically, it can be seen that the conditions of Example 2 of Examples 1 to 3 are most suitable in terms of optimization of low fuel consumption performance and wear resistance performance.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 보강제로 고분산성 실리카를 사용하고 네오디미움 부타디엔 고무와 천연고무를 사용한 트레드 고무 조성물은 고분산성 실리카의 사용으로 인해 기존의 카본블랙을 적용한 경우보다 저연비 성능을 월등히 향상시킬 수 있으며, 이 때 야기되는 내마모 성능 저하의 문제는 내마모성 향상에 효과가 있는 네오디미움 부타디엔 고무의 사용으로 보완 가능하여, 결과적으로 타 성능이 동등한 상태에서 저연비 성능을 대폭 향상시킨 트럭/버스 타이어 트레드 고무 조성물을 제공할 수 있다. As described in detail above, the tread rubber composition using highly dispersible silica as a reinforcing agent and neodymium butadiene rubber and natural rubber according to the present invention has a lower fuel efficiency than the conventional carbon black due to the use of highly dispersible silica. The problem of abrasion resistance deterioration caused by this can be supplemented by the use of neodymium butadiene rubber, which is effective in improving abrasion resistance, and consequently a significant improvement in low fuel consumption performance at the same level of other performance. Truck / bus tire tread rubber compositions can be provided.
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