KR100814553B1 - 타이어 트레드용 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기화 나노클레이가 포함된 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염화황으로 4급화된 디메틸스테아릴아민으로 Na-몬모릴로나이트를 유기화한 유기화 나노클레이(이하, SMMT라 칭함)를 적용한 것으로서, 원료고무와 클레이와의 상용성을 높일 뿐 아니라 클레이의 삽입 및 박리도를 극대화하여 고무물성을 향상시켜 우수한 내마모성을 갖는 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
유기화 나노클레이, 타이어 트레드용 고무 조성물, 내마모성

Description

타이어 트레드용 고무조성물{Tire Tread Rubber Composition}
본 발명은 유기화 나노클레이가 포함된 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염화황으로 4급화된 디메틸스테아릴아민으로 Na-몬모릴로나이트(Na-Montmorillonite, 이하, Na-MMT라 칭함.)를 유기화한 유기화 나노클레이(이하, SMMT라 칭함)를 적용한 것으로서, 원료고무와 클레이와의 상용성을 높일 뿐 아니라 클레이의 삽입 및 박리도를 극대화하여 고무물성을 향상시켜 우수한 내마모성을 갖는 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
종래에는 클레이 함량이 98중량% 이상인 순수 벤토나이트 클레이(일반 클레이)만을 타이어용 고무조성물에 첨가하여 사용하고 있는데, 이는 충전제인 카본블랙이나 실리카와 비교하여 볼 때 일반 클레이의 가격이 매우 저렴하여 고무조성물에 적용시 물성을 향상시키기보다는 부피를 증가시켜주어 고무제품의 가격을 낮추어 주는 역할을 주로 한다. 하지만 일반 클레이 함량이 일정 수준 이상일 경우 급격한 물성 하락을 초래하기 때문에 일반 클레이 사용시에는 그 함량을 적정한 수준으로 유지해야 하는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 일반 클레이 대신 나노 클레이를 사용하게 되었는데, 일반 나노 클레이인 Na-MMT는 강한 친수성을 띄고 있기 때문에 소수성을 띄고 있는 고무 기질내에 분산시키기가 어려워 물성 하락을 초래하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 염화황으로 4급화된 디메틸스테아릴아민으로 Na-MMT를 유기화한 SMMT를 적용함으로써 고무와 클레이의 상용성을 높이고, 분산의 문제점을 해결함으로써 우수한 내마모성을 가지는 타이어 트레드용 고무조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 실리카 20~60중량부, 카본블랙 30~70중량부 및 유기화 나노클레이(SMMT) 1~10중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 원료고무는 그 종류에 특별히 한정이 없고, 천연고무, 합성고무 또는 이들의 혼합고무를 사용할 수 있는데, 혼합고무의 경우, 천연고무 및 합성고무의 혼합비율에는 특별한 한정이 없고, 합성고무의 예로서는, 스티렌부타디엔고무(SBR), 부타디엔고무(BR), 부틸고무, 에피클로로히드린고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 브롬화 폴리이소부틸이소프렌-co-파라메틸스티렌고무(BIMS), 우레탄고무, 불소고무, 실리콘고무, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌고무(SEBS), 에틸렌프로필렌디엔(EPDM)고무, 하이팔론고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세테이트고무, 아크릴고무 등이 있다.
본 발명에 사용되는 실리카는 보강충전제의 역할을 하며, 그 종류에는 특별 한 제한은 없으나, 표면적이 170±5㎡/g, 수분 함량은 6.0±0.5중량%, 이산화규소(SiO2) 함량은 90중량% 이상, 바람직하게는 97~99중량%인 것이 바람직하고, 원료고무 100중량부에 대하여 20~60중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 20중량부 미만이면 실리카 배합의 장점인 구름저항(Rolling Resistance)의 감소를 나타내지 못하여 바람직하지 않고, 60중량부를 초과하면 충분한 내마모 효과 및 내트랙션 효과를 나타내지 못하여 바람직하지 않다.
본 발명에 사용되는 카본블랙은, 그 종류에 특별한 한정은 없으나, 요오드 흡착가가 90~120㎎/g이고, DBP흡착가가 130~140㏄/100g인 것이 바람직하고, 원료고무 100중량부에 대하여 30~70중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 30중량부 미만이면 충분한 보강효과를 나타내지 못하여 바람직하지 않고, 70중량부를 초과하면 발열 및 내마모 효과를 나타내지 못하여 바람직하지 않다.
본 발명에 사용되는 유기화 나노클레이는 소수성을 띄고 있어 원료고무와의 상용성을 높이기 위해 사용되는데, 이는 하기 반응 개략도에 나타낸 바와 같이, 염화황으로 4급화된 디메틸스테아릴아민 중의 Cl-이온과 Na-MMT의 판상 사이의 Na+이온이 이온교환으로 치환되어, NaCl로 빠져나오고, 4급화된 디메틸스테아릴아민이 몬모릴로나이트의 판상 사이로 들어간, 유기화된 몬모릴로나이트이다.
Figure 112006079661571-pat00001
상기 유기화 나노클레이는 원료고무 100중량부에 대하여 1~10중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 1중량부 미만이면 나노 충전제의 효과를 나타내지 못하여 바람직하지 않고, 10중량부를 초과하면 분산이 되지 못하여 바람직하지 않다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물에는 통상의 첨가제들, 예를 들어 실란커플링제, 실리카분산제, 노화방지제, 산화아연, 스테아린산, 공정오일, 황 및 가황촉진제 등의 첨가제를 통상의 사용량 범위로 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
하기 표 1의 조성대로 실시예 및 비교예의 타이어 트레드 고무조성물을 제조한 후, 각 고무조성물을 160℃에서 가류시켜 고무 시편을 제조하고, 그 물성을 ASTM 규격에 따라 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
표 1
(단위: 중량부)
구분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1
스티렌부타디엔고무1 ) 100 100 100 100
카본블랙2 ) 40 40 40 40
실리카3 ) 35 35 35 35
클레이14 ) 0 5 0 0
클레이25 ) 0 0 5 0
클레이36 ) 0 0 0 5
실란커플링제7 ) 3.2 3.2 3.2 3.2
아로마틱오일 37.5 37.5 5 37.537.5
실리카분산제8 ) 2 2 2 2
노화방지제9 ) 2 2 2 2
산화아연 2 2 2 2
스테아린산 2 2 2 2
황 2 2 2 2
가황촉진제10 ) 2 2 2 2
주) 1) 스티렌 함량이 23±0.5중량%인 스티렌부타디엔고무
2) 요오드 흡착가가 115mg/g, DBP 흡착가가 135cc/100g인 카본블랙
3) 표면적이 175m2/g, 수분 함량 6.5중량%, SiO2 함량 97중량%인 실리카
4) 클레이1 : 벤토나이트 함량이 98중량% 이상인 일반 클레이
5) 클레이2 : 양이온 교환능력이 98 mequiv./100g 인 Na-MMT
6) 클레이3 : 염화황으로 4급화된 디메틸스테아릴아민으로 Na-MMT를 유기화한 유기화 나노클레이(SMMT)
7) 비스-(3-(트리에톡시실릴)-프로필)-테트라설판(TESPT)
8) SDA: 아연-칼륨비누
9) 고분자화된 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린(RD), 약칭 TMDQ
10) CZ: N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드
표 2
구 분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1
무니점도 t5 (분) 100 21 101 25 102 26 104 20
경도 100 101 102 102
300% 모듈러스(kg/cm2) 100 97 98 114
인장강도(kg/cm2) 100 95 99 117
신장율(%) 100 93 96 115
DIN마모지수 100 95 97 112
주) DIN마모 지수는 상대치로서 높을수록 유리한 수치임.
이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 일반 클레이 또는 일반 나노클레이(Na-MMT)를 사용한 고무조성물에 비해 유기화 나노클레이를 적용한 고무조성물이 모듈러스, 인장강도, 신장율 및 마모성능에서 개선되었음을 알 수 있다.

Claims (2)

  1. 원료고무 100중량부에 대하여 실리카 20~60중량부, 카본블랙 30~70중량부 및 염화황으로 4급화된 디메틸스테아릴아민으로 Na-몬모릴로나이트를 유기화시킨 유기화 나노클레이 1~10중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
  2. 삭제
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