KR100782279B1 - 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고무 나노복합체를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 삽입 또는 부분적으로 박리된 구조를 갖는 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 타이어 트레드 고무에 첨가함으로써 기계적 물성이 현저하게 개선되고, 더욱이 내마모성을 유지하면서 월등한 접지마찰력과 저 발열성능, 저연비 특성 갖는 환경 친화성 타이어 트레드 고무 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법은 층상 실리케이트/고무 나노복합체, 원료고무 및 보강제를 첨가하고, 상기 층상 실리케이트/고무 나노복합체 및 원료고무를 내부 혼합기를 이용하여 초기온도 60∼120℃에서 전단속도 40∼200/sec, 전단응력 0.75×109 ∼2.5×109 kJ/kg으로 100∼1000초 동안 용융, 혼합 용융, 혼합하고 가류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

타이어 트레드 고무조성물의 제조방법{Manufacturing method of rubber compound for Tire Tread}
도 1은 제조예에서 층상 실리케이트/고무 나노복합체 제조에 사용전의 층상 실리케이트 층간간격을 XRD로 측정한 것과 층상 실리케이트/고무 나노복합체 제조에 사용후의 층상 실리케이트 층간간격을 XRD로 측정한 그래프이다.
도 2a는 제조예에서 층상 실리케이트/고무 나노복합체 제조 전의 층상 실리케이트 TEM 사진이다.
도 2b는 제조예에서 층상 실리케이트/고무 나노복합체 제조 후의 고무 내 층상 실리케이트 TEM 사진이다.
본 발명은 고무 나노복합체를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 삽입 또는 부분적으로 박리된 구조를 갖는 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 타이어 트레드 고무에 첨가함으로써 기계적 물성이 현저하게 개선되고, 더욱이 내마모성을 유지하면서 월등한 접지마찰력과 저 발열성능, 저연비 특성 갖는 환경 친화성 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법에 관 한 것이다.
초기 타이어의 기능은 자동차 하중을 지탱하고 엔진 구동력을 지면으로 전달하는 기본적인 역할이 주였으나 현대 산업화 사회에 접어들어 더욱 가속화된 산업기술 발전은 자동차의 고성능화, 대형화로 이어졌고 이와 더불어 차량용 타이어의 조종안정성, 고속주행성에 대한 성능 요구가 매우 높아졌다. 그리고 삶의 질 향상과 레져 생활 확대는 고속도로망과 자동차 보급률 증가, 환경오염 문제 등의 새로운 주행 환경과 이에 따른 변화된 성능을 필요로 하기에 이르렀다. 이러한 요구들은 높은 접지마찰력 등의 조종안정성과 고속주행 안정성이 뛰어난 초고성능 타이어(ultra high performance tire)의 개발로 이어졌고 그 수요가 급격히 증가하고 있다. 또한 자동차 경주의 저변 확대로 각종 대회 개최가 증가하면서 고도의 성능을 요구하는 레이싱용 타이어나 랠리용 타이어의 수요가 늘어나 극한의 접지마찰력과 저발열, 내블로우 아웃 특성이 뛰어난 트래드부를 갖는 타이어의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
초고성능 타이어나 경주용 타이어는 시속 250km 이상의 혹독한 주행조건에서도 극한의 접지마찰력으로 우수한 고속 선회능력과 향상된 견인/제동력 그리고 안정된 고속주행 성능 등을 나타내어야 한다. 이러한 특성에 영향을 주는 인자로는 타이어 패턴, 구조 등과 함께 중요한 타이어 구성 요소 중 하나인 트레드가 있으며 주행면과의 접지마찰력에 직접적인 영향을 주고 그러한 영향 크기는 고무 조성물의 특성에 크게 좌우된다.
가혹한 사용 환경과 높은 접지마찰력으로 인한 지면과의 마찰 증가로 고가의 초고성능 타이어의 수명은 일반타이어의 절반 이하 수준에 머무르고 있어 경제적 손실과 함께, 폐타이어가 새로운 환경 오염원으로 대두되고 있다.
근래 이러한 초고성능 타이어의 문제점을 해소하기 위해 저 발열성과 내마모성의 손상없이 높은 접지마찰력을 갖는 타이어를 개발에 많은 노력과 연구가 진행되어 왔으나 현재까지도 그 성능은 만족스럽지 못한 형편이다.
타이어의 특성인 내구력, 승차감, 소음과 진동, 조종안정성, 내마모 특성 등은 그 중 어느 하나에 대한 성능 향상이 나머지 특성들 중 하나의 성능 저하를 초래하는 트래드-오프(Trade-Off)적인 특성이 있다. 이러한 문제점 때문에 조종안정성 향상을 위해 극한의 접지마찰력을 갖도록 제조된 초고성능 타이어는 내마모성과 내구력이 현저히 저하되고 이는 타이어 수명단축으로 이어진다.
종래 타이어 접지마찰력을 향상시키는 통상적인 기술로는 유리전이 온도가 높은 중합체, 즉 스티렌 양이 많은 고스티렌 SBR(스티렌-부타디엔 공중합체 고무) 또는 비닐 결합량이 많은 고비닐 SBR을 원료고무로 사용하고 비교적 입자경이 작은 카본블랙과 아로마틱 오일 등의 연화제를 다량으로 배합하였다. 그러나 이와 같은 고무조성물은 혼합이나 가공 시에, 혼합기의 벽, 로터, 드롭 도어 또는 투 롤 밀 등에 지나치게 점착하는 등 제조상의 결점이 있고 타이어 성능 상에 있어서도 유리전이 온도가 높은 원료고무로 이루어진 고무 조성물의 경도는 온도 의존성이 매우 크기 때문에 차량 주행시 타이어의 온도가 증가할수록 경도가 저하하며 강인성이 낮아지고 접지마찰력이 저하되는 문제가 있다. 그리고 입자경이 작은 미세한 카본블랙은 더 큰 히스테리시스 현상을 나타내며 높은 열 발생과 같은 역학적 취약성을 가져 고속 내구성이 현저히 낮아지는 단점이 있다.
또한 트레드 고무 조성물은 2종 혹은 3종의 폴리머 블렌드와 단일 또는 이종이상의 보강제를 혼용 사용하여 타이어의 사용조건 및 요구 특성을 만족시키는 혼합물을 사용하고 있으나 가공조건에 상당한 제약 조건이 존재하고 요구 조건에 따라 혼합물 간의 최적 비율을 결정하기가 쉽지가 않기 때문에 그 성능 역시 만족할만한 수준에 미치지 못하고 있는 실정이다.
이외에 수산화알루미늄과 같은 각종 첨가제를 이용하여 접지마찰력과 저연비 특성을 개선한 기술들이 나와 있으나 첨가제의 낮은 보강특성이 내마모 성능 저하를 초래하거나 높은 비중으로 타이어의 중량을 증가시켜 오히려 연비 상승요인으로 작용할 가능성이 있다.
상기에서 언급한 문제를 해결하기 위해 본 발명자들이 예의 연구한 결과, 물을 분산매질로 사용하여 고무 라텍스와 층상 실리케이트를 특정온도에서 교반하고, 그 중간에 삽입/박리를 촉진하는 핵심 물질인 특정 금속 소프(metal soap)를 첨가하여 교반 제조된 고무 나노복합체가 기계적 물성이 현저하게 향상되며, 더욱이 내열성과 내마모성도 동시에 개선할 수 있음을 앞서 발견하였다.
본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 고강도의 박리 구조 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 타이어 트레드 고무조성물에 사용함으로서, 높은 그립력을 유지한 채로 가공성과 저발열성, 내마모 특성, 회전저항 특성을 현저하게 개선한 고무조성물을 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 이용한 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 층상 실리케이트/고무 나노복합체가 강화점으로 작용하여 높은 그립력을 유지하면서 가공성과 저발열성, 내마모 특성, 회전저항 특성이 현저히 개선된 타이어 트레드 고무조성물을 제공할 수 있다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법을 포함한다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법은 타이어 트레드 고무조성물 제조에 있어서, 층상 실리케이트/고무 나노복합체 단독 또는 원료고무와 보강제를 첨가하고 용융, 혼합하고 가류하는 단계를 포함한다.
상기에서 층상 실리케이트/고무 나노복합체는 친수성인 층상 실리케이트, 고무 라텍스 및 금속소프를 첨가한 후 교반하고 건조하여 얻을 수 있다.
상기에서 층상 실리케이트/고무 나노복합체 단독 또는 원료고무와 보강제를 첨가하고 용융, 혼합은 일정온도 조건에서 최적화된 전단속도, 전단응력으로 특정시간 동안 원료고무와 보강제를 혼합하고 가류하여 층상 실리케이트/고무 나노복합체가 포함된 타이어 트레드 고무조성물을 제조할 수 있다.
이하 본 발명의 고강도의 박리구조 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 이용한 타이어 트레드 고무조성물을 제조방법을 단계별로 나누어 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
제1단계 : 층상 실리케이트/고무 나노복합체의 제조
1단계는 친수성인 층상 실리케이트, 고무 라텍스 및 금속소프를 첨가한 후 교반하고 건조하여 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 제조하는 단계이다.
층상 실리케이트가 분산되어 있는 수성 점토 분산물과 고무 라텍스의 혼합물에 층상 실리케이트를 박리하고 고무내로 삽입을 촉진하는 물질인 금속 소프를 첨가하고 교반하여 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 제조한다.
상기에서 층상 실리케이트는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 헥토라이트(hectorite), 플루오로헥토라이트(fluorohectorite) 및 사포나이트(saponite)로 구성된 그룹으로 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 사용할 수 있다. 이때 본 발명의 목적을 달성하기 위해 다양한 특성의 층상 실리케이트를 적용한바, 층상 실리케이트는 층간 간격이 7 내지 12Å, 종횡비가 10 내지 1000인 것이 바람직하다.
본 발명에서 고무 나노복합체 제조시 사용하는 층상 실리케이트는 상기에서 언급한 층간 간격이 7∼12Å, 종횡비가 10∼1000인 층상 실리케이트에 유기화제로 반응시켜 얻은 유기화된 층상 실리케이트를 사용할 수 있다.
상기에서 유기화된 층상 실리케이트에서 유기화제는 메틸아민 하이드로클로라이드, 프로필 아민, 부틸 아민, 옥틸 아민, 데실 아민, 도데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, 6-아미노 헥사노익산, 12-아미노 도데카노익산, 테트라메틸 암모늄 클로라이드, N-메틸 옥타데실 아민, 옥타데실 트리메틸 암모늄 브로마이드, 도데실 트리메틸 암모늄 브로마이드, 디옥타데실 디메틸 암모늄 브로마이드, 비스(2-하이드록시에틸)메틸 옥타데실 암모늄 클로라이드, 1-헥사메틸렌 디아민, 1,12-도데칸 디아민 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서 유기화제로 유기화된 층상 실리케이트는 종래 선행기술(Preparation of inorganic-organic nanocomposites through intercalation of organoammonium ions into layered silicates,Bull.Chem.Soc.Jpn.,70,2593-2619(1997) )에 의해 얻을 수 있으면 족할 뿐 이러한 유기화제로 유기화된 층상 실리케이트를 얻는 방법은 본 발명에서 핵심적인 내용이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
상기에서 고무는 특별히 한정되지 아니하고 종래 층상 실리케이트/고무 나노복합체 제조시 사용할 수 있는 고무라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 고무의 일예로서 천연고무, 디엔계 중합체 합성고무, 디엔계 공중합체 합성고무, 니트릴고무, 실리콘 고무, 네오프렌 고무, 부틸 고무, 티오콜(Thiokol)(폴리알킬렌술파이드), 우레탄 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 에피클로로히드린 고무, 에피클로로히드린-에틸렌 옥사이드 고무, 클로로술포네이트화-폴리에틸렌(Hypalon) 고무, 폴리아크릴레이트 고무, 불소 고무로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 고무를 사용할 수 있다.
상기 디엔계 중합체 합성고무 또는 공중합체의 합성고무의 일예로 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리이소프렌 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 우레탄고무의 일예로 폴리에스테르 고무 또는 폴리에테르 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 층상 실리케이트의 박리/삽입 촉진 물질인 금속소프(metal soap)는 금속이온과 오일 혼합물 또는 금속이온과 유지 혼합물이 사용된다. 본 발명에서 이러한 금속소프의 일예로서 알칼리금속과 C10 내지 C40의 길이 사슬로 이루어진 지방산의 결합물, 보다 바람직하게는 알칼리금속과 C12 내지 C20의 길이와 다분산도를 갖는 사슬로 이루어진 지방산과 알칼리 금속의 결합물이 사용된다.
상기 알칼리금속의 일예로 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 프란슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 지방산의 일예로 라우릭 산(Lauric acid), 미리스틱 산(Myristic acid), 팔미틱 산(Palmitic acid), 스테릭 산(Stearic acid), 올레익 산(Oleic acid), 린데익 산(Lindeic acid), 리놀레닉 산(Linolenic acid)으로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
이하에서 금속소프를 이용한 층상 실리케이트/고무 나노복합체 제조에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다.
먼저 층상 실리케이트를 물에 분산, 교반시킨다. 분산용액의 농도는 2∼15wt%, 바람직하게는 2∼5wt%가 되도록 상온에서 6∼24시간 동안 교반한다. 6시간 미만으로 교반할 경우 층상 실리케이트의 층간간격이 충분히 넓어지지 않으며, 시간이 길어질수록 층상 실리케이트의 간격이 넓어지나 24시간 이상 교반시키더라도 더 이상 층간 간격의 증대 효과는 나타나지 않으므로 6∼24시간동안 교반시키는 것이 바람직하다.
그런 다음 층상 실리케이트가 함유된 용액에 고무라텍스를 첨가하고 상온∼ 100℃ 온도에서 2∼20시간 동안, 바람직하게는 70∼100℃ 온도에서 13∼17시간 동안 교반하여 층상 실리케이트 및 고무라텍스의 혼합물을 얻는다.
다음으로 금속소프를 상기의 층상 실리케이트와 고무라텍스의 혼합물에 첨가하고 교반한다. 이때 고무 100중량부에 대하여 2∼12중량부, 보다 바람직하게는 2∼8중량부의 금속 소프를 혼합한다. 고무 100중량부에 대하여 금속 소프를 2중량부 미만으로 첨가하여 혼합하는 경우 후단계에서 층간으로 고무사슬이 유도되지 않으며, 12중량부를 초과할 경우 후단계에서 물성의 저하를 초래한다. 수성 금속 소프를 층상실리케이트와 수성 고무 라텍스의 혼합물에 첨가하고 상온∼100℃ 온도에서 2∼20시간 동안, 바람직하게는 70∼100℃ 온도에서 13∼17시간 동안 교반한다.
층상 실리케이트/고무 나노복합체 전체 조성에서 층상 실리케이트는 고무 100중량부에 대하여 3∼30중량부, 바람직하게는 5∼15중량부를 첨가한다. 층상 실리케이트/고무 나노복합체에서 층상 실리케이트를 3중량부 미만 첨가하면 보강효과를 얻기 힘들고, 30중량부 초과하여 사용하는 경우 박리되었던 층상 실리케이트의 응집이 일어나 오히려 물성이 저하되는 현상이 발생한다. 분당 승온속도와 교반 온도, 교반 속도등은 반응기의 크기와 투입량, 재료에 따라 적절히 조절할 수 있다.
상기 고무, 금속 소프 및 층상 실리케이트 혼합물을 건조시킨 다음 내부혼합기(Internal mixer) 또는 오픈밀(Open mill)을 이용하여 50∼70℃에서 2∼20분, 보다 바람직하게는 50∼60℃에서 5∼15분 동안 혼련을 실시하여 층상 실리케이트/고무 나노복합체 시트를 제조한다.
상기에서 고무, 금속 소프 및 층상 실리케이트 혼합물을 50℃ 미만의 낮은 온도 조건에서 2분 미만으로 혼련 할 경우 고분자 분절들을 활성화시킬 만큼의 충분한 원동력이 공급되지 않아 추가적인 분산이 일어나지 않으며, 혼련 시간 또한 용융상태의 충분한 혼련이 필요하다.
제2단계 : 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물 제조.
상기 1단계에서 제조한 층상 실리케이트/고무 나노복합체 단독 또는 원료고무와 보강제의 혼합물을 내부 혼합기에 투입하여 먼저 용융, 혼합한다. 이때 내부 혼합기의 초기온도는 60∼120℃에서 전단속도 40∼200/sec, 전단응력 0.75×109∼2.5×109 kJ/kg으로 100∼1000초 동안, 바람직하게는 95∼105℃에서 전단속도 70∼150/sec, 전단응력 1.0×109 ∼2.0×109 kJ/kg으로 200∼600초 동안 상기 1단계에서 제조한 층상 실리케이트/고무 나노복합체 단독 또는 원료고무와 보강제의 혼합물을 용융, 혼합시킨다.
이때 층상 실리케이트/고무 나노복합체는 10∼100중량부, 바람직하게는 20∼80중량부를 사용할 수 있다. 고무 나노복합체를 10중량부 이하로 첨가시에는 타이어 트레드 고무 조성물 내에서 강화점으로 작용할 수 있는 충분한 양을 공급하지 못해 성능의 변화를 보이지 않는다.
본 발명에 사용되는 원료고무는 0∼90중량부, 바람직하게는 20∼80중량부를 사용할 수 있다.
상기에서 본 발명에 사용하는 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 원료고무의 일예로 천연고무, 디엔계 중합체 합성고무, 디엔계 공중합체 합성고무 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 고무를 사용할 수 있다.
상기 디엔계 중합체 합성고무 또는 디엔계 공중합체 합성고무의 일예로 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리이소프렌 고무 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 고무를 사용할수 있다.
상기에서 타이어 트레드 고무조성물 제조시 보강제로는 카본블랙 및/또는 실리카들을 적절히 선택하여 첨가할 수 있으며 이러한 보강제들의 선택 및 사용량은 당업자가 적의 선택하여 실시할 수 있으므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
또한 상기에서 혼합기 내에서 층상 실리케이트/고무 나노복합체 단독 또는 원료고무와 보강제의 혼합물을 용융, 혼합시 전단속도를 40/sec 미만으로 하거나 및/또는 전단응력 0.75×109 kJ/kg 미만으로 혼합할 경우 원료 고무의 승온 속도가 낮아 용융상태까지의 생산 공정이 길어지며, 전단속도 200/sec 초과하거나 및/또는 전단응력 2.5×109 kJ/kg 초과하여 혼합할 경우 혼합물의 온도가 급격히 상승하여 원료 고무의 열화 현상과 고무가 내부 혼합기 챔버(chamber)의 벽면으로 붙어 전단응력이 공급되지 않는 현상을 보인다. 또한 혼합 시간이 100초 보다 짧을 경우 고무가 충분히 혼합되지 못하며 1000초 이상 투입하여도 더 이상 변화를 보이지 않는다. 따라서 고무 나노복합체 단독 또는 다른 합성고무 및/또는 천연고무를 포함하는 원료고무와 보강제의 혼합은 80∼120℃에서 전단속도 40∼200/sec, 전단응력 0.75×109∼2.5×109kJ/kg으로 100∼1000초 동안 실시하는 것이 좋다.
상기에서 층상 실리케이트/고무 나노복합체 단독 또는 원료고무와 보강제를 용융, 혼합하여 미가류 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 포함하는 고무조성물을 얻은 후 70℃ 이하의 온도에서 2∼20분 동안, 바람직하게는 오픈밀(Open mill)을 이용하여 60∼70℃에서 5∼15분 동안 추가적인 혼련을 실시하여 미가류 타이어 트레드 고무조성물 시트를 제조한다. 60℃ 미만의 낮은 온도 조건으로 혼련할 경우 고무가 용융되지 않아 추가적인 분산이 일어나지 않으며 혼련시간 또한 용융상태의 충분한 혼련이 필요하다.
상기에서 얻은 미가류 타이어 트레드 고무조성물에 통상적인 고무 조성물용 첨가제들, 예로서 커플링제, 공정오일, 스테아린산, 노화방지제, 아연화, 가류제, 가황촉진제등의 첨가제들을 적절히 선택하여 첨가하고 가류하여 타이어 트레드 고무조성물을 얻을 수 있다. 이때 첨가제들은 당업자가 적의 선택하여 실시할 수 있으므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
이와 같이 제조된 나노복합체를 함유한 타이어 트레드 고무는 지금까지 여러 발명자들이 구현한 나노복합체 함유의 타이어 트레드 고무조성물보다 기계적 물성이 현저하게 개선되고, 더욱이 내마모성을 유지하면서 월등한 접지마찰력과 저 발열성능, 저연비 특성을 보여주었다. 이는 현저히 향상된 나노화율을 갖는 고무 나노복합체에 기인한 것임을 여러 가지 방법으로 확인 할 수 있었다.
이하 본 발명을 다음의 제조예, 실시예, 비교예 및 시험예에 의하여 설명하 고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<제조예> 층상 실리케이트/고무 나노복합체 제조
고속 혼합기(Volume 100L, Impeller 7.5KW, Chopper 3.7KW)에서 6시간 동안 교반된 유기화 층상 실리케이트(Southernclay, Cloisite 15A) 수분산액에 스티렌 부타디엔 수성고무 라텍스(KSL 341, 금호석유화학, 고형분 69wt%, pH 10.5)를 넣고 90℃에서 3시간동안 교반하였다. 이때 고무 20중량부에 대하여 유기화 층상 실리케이트 2.23중량부가 되도록 유기화 층상 실리케이트에 고무를 첨가하였다.
그런 다음 칼륨소프 0.46중량부를 유기화 층상 실리케이트와 스티렌 부타디엔 수성고무 라텍스의 혼합물에 첨가하고 90℃에서 2시간 교반하고 건조하였다. 건조된 유기화 층상 실리케이트 나노복합체를 내부혼합기(FARREL, Volume 414L)에서 초기온도 60℃조건으로 5분간 혼련하여 층상 실리케이트/고무 나노복합체 시트를 제조하였다.
상기에서 칼륨소프는 금속으로서 칼륨(K)를 사용하고 지방산으로서 탄소 구성이 C18 65%, C16 30%, C14 5%인 지방산을 사용하였다.
상기에서 층상 실리케이트/고무 나노복합체 제조에 사용전의 층상 실리케이트 층간간격을 XRD로 측정한 것과 층상 실리케이트/고무 나노복합체 제조에 사용후의 층상 실리케이트 층간간격을 XRD로 측정한 그래프를 도 1에 나타내었다. 도 1의 그래프를 보면 나노복합체 제조 이전의 층상 실리케이트가 갖는 고유의 층간 간격은 3.15nm 인데 비하여 제조 후에 나노복합체 내에 분산되어 있는 층상 실리케이트 의 층간 간격은 6.3nm 로서 2배 이상 확장되었음을 확인할 수 있었고 고무 사슬이 삽입되었음을 간접 확인할 수 있다.
상기 층상 실리케이트/고무 나노 복합체 제조에 적용전후의 층상 실리케이트 분산상태를 나타낸 TEM 사진을 도 2에 나타내었다. 층상 실리케이트/고무 나노 복합체를 제조하기 전의 층상 실리케이트에서는 검은색을 띄는 적층 구조들을 관찰할 수 있으나(도 2a), 층상 실리케이트/고무 나노 복합체를 제조 후에는 층상 실리케이트 적층 구조의 층간 사이로 고무 사슬이 삽입되어 층상 실리케이트가 검은색의 짧은 실모양으로 고무 내에 박리/분산되어 있음을 직접적으로 확인할 수 있다.
<실시예 1>
용액중합 스티렌 부타디엔 80중량부와 상기 제조예에서 얻은 층상 실리케이트/고무 나노복합체 22.69중량부(유화중합 스티렌 부타디엔 20중량부, 유기화 층상 실리케이트 2.23중량부, 칼륨소프 0.46중량부), 카본블랙 59중량부, 실리카 21중량부를 넣고 초기온도 80℃에서 전단속도 70/sec, 전단응력 1.35×109 kJ/kg으로 200초 동안 혼합한 후 방출하였다.
상기에서 방출된 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 함유한 고무조성물을 투롤밀에서 70℃의 온도조건으로 5분 동안 혼합한 다음 내부 혼합기에 넣고 여기에 첨가제로서 커플링제(SI-69) 1.7중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 1중량부, 노화방지제 2중량부 및 가류시스템으로 유황 2.10중량부, 가류촉진제(N-Cyclohexyl-2-benzothiazolesulfenamide, CZ) 2.5중량부를 첨가하고 혼합하여 층상 실리케이트/고무 나노복합체가 함유된 타이어 트레드 고무조성물을 제조하였다.
하기의 표 1에 실시예에서 언급한 각각의 조성성분 및 함량을 정리하여 나타내었다.
<비교예 1> 유기화 층상 실리케이트를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물
유화중합 스티렌 부타디엔 고무(SBR 1500, 금호석유화학) 80중량부 및 용액중합 스티렌 부타디엔 80중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 보강제로 유기화 층상 실리케이트 2.69중량부, 카본블랙 64중량부, 실리카 18.31중량부를 넣고 여기에 첨가제로서 커플링제(SI-69) 1.7중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 1중량부, 노화방지제 2중량부 및 가류시스템으로 유황 2.10중량부, 가류촉진제(CZ) 2.5중량부를 첨가하고 혼합하여 타이어 트레드 고무조성물을 제조하였다.
상기 타이어 트레드 고무조성물 제조시 초기온도 60℃의 내부 혼합기(FARREL, Volume 414L)에 첨가하여 로터속도를 200/sec으로 고정하고 300초간 혼합하여 제조하였다.
하기의 표 1에 비교예 1에서 언급한 각각의 조성성분 및 함량을 정리하여 나타내었다.
<비교예 2> 타이어 트레드 고무조성물
유화중합 스티렌 부타디엔 고무(SBR 1500, 금호석유화학) 80중량부 및 용액중합 스티렌 부타디엔 80중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 보강제로 카본블랙 64중량부, 실리카 21중량부를 넣고 여기에 첨가제로서 커플링제(SI-69) 1.7중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 1중량부, 노화방지제 2중량부 및 가류시 스템으로 유황 2.10중량부, 가류촉진제(CZ) 2.5중량부를 첨가하고 혼합하여 트레드 고무조성물을 제조하였다.
상기 타이어 트레드 고무조성물 제조시 초기온도 60℃의 내부 혼합기(FARREL, Volume 414L)에 첨가하여 로터속도를 200/sec으로 고정하고 300초간 혼합하여 제조하였다.
하기의 표 1에 비교예 2에서 언급한 각각의 조성성분 및 함량을 정리하여 나타내었다.
표 1. 실시예 및 비교예의 고무조성
항목 실시예 1 비교예 1 비교예 2
유화중합 SBR - 20 20
나노복합체 22.69 - -
유기화 층상 실리케이트 - 2.69 -
용액중합 SBR 80 80 80
카본블랙 59 64 64
실리카 21 18.31 21
산화아연 3 3 3
스테아린산 1 1 1
노화방지제 2 2 2
커플링제 1.7 1.7 1.7
유황 2.1 2.1 2.1
가류촉진제 2.5 2.5 2.5
<시험예>
상기 실시예 1, 비교예 1, 비교예 2에서 제조한 고무조성물을 핫프레스(hot press)로 10분간 누른 후 두께 3mm의 판을 만든 다음 ASTM 관련 규정에 의해 고무의 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 실시예 1, 비교예 1, 2 고무의 물성
항목 실시예 비교예 1 비교예 2
경도 71 71 71
인장강도(kgf/cm2) 235 219 223
300％모듈러스(kgf/cm2) 186 157 167
인열강도(kgf/cm2) 32 30 28
SP.GR 1.193 1.196 1.197
Tanδ(0℃) 0.6636 0.5815 0.5094
Tanδ(70℃) 0.1244 0.1483 0.1435
윌리암 마모(％) 2.65 6.09 4.97
발열(℃) 34.9 38 39.0
변형율(%) 2.94 4.34 4.97
*인장물성(경도, 인장강도, 300％모듈러스, 신율)에 대한 수치는 높을수록 각각의 특성이 우수함을 의미한다.
*Tanδ(0℃) : 타이어의 성능 중 젖은 상태의 제동력(wet traction) 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 높을수록 우수함을 의미한다.
*Tanδ(70℃) : 타이어의 성능 중 회전저항 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 낮을수록 우수함을 의미한다.
*윌리암 마모(％)은 수치가 낮을 수록 마모 특성이 우수함을 의미한다.
*발열(℃)과 변형율(%)은 타이어의 고속 주행 안정성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 낮을 수록 우수함을 의미한다.
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.
상기 표 2의 결과로부터, 본 발명의 실시예에서와 같이 삽입 또는 부분적으 로 박리된 구조를 갖는 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 최적화된 임계온도와 전단속도, 전단응력에서 첨가하여 제조한 타이어 트레드 고무조성물의 경우 고강도의 층상 실리케이트/고무 나노복합체가 특정의 온도와 전단속도, 전단응력에 의해 원료고무내에서 균일하게 분산되어 강화점 역할을 함으로써 동량 기존 보강재가 나타내는 물성보다 월등히 뛰어난 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 삽입 또는 부분적으로 박리된 구조를 갖는 층상 실리케이트/고무 나노복합체를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물은 임계온도와 전단속도, 전단응력을 이용하여 기계적 물성이 현저하게 개선되고, 더욱이 내마모성을 유지하면서 월등한 접지마찰력과 저 발열성능, 저연비 특성 갖는 환경 친화성 타이어 트레드 고무 조성물을 효과적으로 제조할 수 있다.

Claims (6)

  1. 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법에 있어서,
    층상 실리케이트/고무 나노복합체, 원료고무 및 보강제를 첨가하고, 상기 층상 실리케이트/고무 나노복합체 및 원료고무를 내부 혼합기를 이용하여 초기온도 60∼120℃에서 전단속도 40∼200/sec, 전단응력 0.75×109 ∼2.5×109 kJ/kg으로 100∼1000초 동안 용융, 혼합 용융, 혼합하고 가류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 층상 실리케이트/고무 나노복합체는 20∼80중량부, 원료고무 20∼80중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 층상 실리케이트는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 헥토라이트(hectorite), 플루오로헥토라이트(fluorohectorite), 사포나이트(saponite) 중에서 선택된 어느 하나 이상 임을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물의 제조방법.
  6. 삭제
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101150775B1 (ko) 2009-10-29 2012-06-08 넥센타이어 주식회사 판상 필러/고무 나노복합체의 제조방법, 이를 포함하는 타이어 인너라이너용 고무조성물 및 그의 제조방법
KR101509478B1 (ko) * 2013-07-22 2015-04-06 넥센타이어 주식회사 수분 함량이 조절된 실리카를 포함하는 타이어 트레드용 고무의 제조방법 및 조성물

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050064494A (ko) * 2003-12-24 2005-06-29 동일고무벨트주식회사 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법
KR100497459B1 (ko) 2004-12-02 2005-07-01 넥센타이어 주식회사 고무/층상 실리케이트 나노복합체 제조방법
KR20060002641A (ko) * 2004-07-03 2006-01-09 금호타이어 주식회사 타이어용 트레드 고무 조성물
KR100542275B1 (ko) 2003-04-11 2006-01-11 금호타이어 주식회사 타이어 트레드 고무조성물
KR100642002B1 (ko) 2005-11-09 2006-11-02 넥센타이어 주식회사 층상 실리케이트를 포함하는 고무 나노복합체의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100542275B1 (ko) 2003-04-11 2006-01-11 금호타이어 주식회사 타이어 트레드 고무조성물
KR20050064494A (ko) * 2003-12-24 2005-06-29 동일고무벨트주식회사 이피디엠 고무-유기점토 나노복합체 제조방법
KR20060002641A (ko) * 2004-07-03 2006-01-09 금호타이어 주식회사 타이어용 트레드 고무 조성물
KR100497459B1 (ko) 2004-12-02 2005-07-01 넥센타이어 주식회사 고무/층상 실리케이트 나노복합체 제조방법
KR100642002B1 (ko) 2005-11-09 2006-11-02 넥센타이어 주식회사 층상 실리케이트를 포함하는 고무 나노복합체의 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101150775B1 (ko) 2009-10-29 2012-06-08 넥센타이어 주식회사 판상 필러/고무 나노복합체의 제조방법, 이를 포함하는 타이어 인너라이너용 고무조성물 및 그의 제조방법
KR101509478B1 (ko) * 2013-07-22 2015-04-06 넥센타이어 주식회사 수분 함량이 조절된 실리카를 포함하는 타이어 트레드용 고무의 제조방법 및 조성물

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