KR100815373B1

KR100815373B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용한 타이어

Info

Publication number: KR100815373B1
Application number: KR1020070063479A
Authority: KR
Inventors: 강성일; 이광석; 박중양; 장민영
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2008-03-19

Abstract

본 발명은 저연비 성능, 젖은 노면에서 제동력 및 내마모 성능이 우수한 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용한 타이어에 관한 것이다.

저연비 성능, 제동력, 내마모 성능, 타이어 트레드용 고무 조성물

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용한 타이어{Tire tread rubber composition and a tire using the same}

오늘날 승용차용 타이어 산업에서는 유가급등으로 인한 저연비용 타이어의 개발로 타이어의 환경친화적 성능, 제동거리 성능 및 타이어의 이율배반적인 관계에 있는 내마모 성능의 향상을 도모해야 하는 삼위일체의 타이어 개발을 위하여 노력하고 있는데, 이러한 성능 향상을 위하여 커플링제의 개발이 주종을 이루고 있다. 종래에 일반적으로 사용되는 커플링제로는 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설피드(TESPT) 또는 비스(트리에톡시실릴프로필)디설피드(TESPD) 등이 있으나, 이는 배합공정 및 압출공정인 가공공정 중에 커플링제내의 폴리설파이드가 가황공정이 아닌 배합공정 중에 분해되어 미리 반응하는 등의 문제가 있었고, 이러한 문제를 방지하기 위하여 배합온도를 가능한 낮은 온도에서 배합하였는데, 이는 원료고무와 실리카가 충분히 반응할 수 없는 상태에서 타이어가 제조되어 완제품 타이어가 요구하는 물성을 발현하는데 상당한 어려움을 겪고 있었다.

이와 같이, 종래기술의 가장 큰 문제점은 가공공정 중에 실란 커플링제가 미리 분해/반응을 하여 원치않는 배합고무의 스코치 현상이 발생하고, 이로 인해 고무표면이 울퉁불퉁하게 되어 타이어가 궁극적으로 요구하는 물성을 얻지 못하는 것과, 실란 커플링제로 사용하는 TESPT 혹은 TESPD에서 발생하는 휘발물질 등이 타이어 제조시 심각한 환경문제를 일으키고 있는 것이다.

또한, 종래의 저연비용 혹은 제동성능용 트레드 고무 조성물의 경우, 저연비 성능과 젖은 노면에서의 제동성능을 동시에 향상시키는 것이 매우 어려워서 상기 기술은 대단히 어려운 기술로 분류되었다. 종래에는 젖은 노면에서의 제동성능을 높이기 위해 카본블랙의 첨가량을 증가시키거나 배합고무의 유리전이 온도가 높은 고무를 사용하였는데, 이러한 경우 저연비 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 실란 커플링제로서 N-(4-비닐벤질)-N'-(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민 모노염산염과 보강제로서 고비중의 침강성 실리카를 적용하므로써 고온에서 배합공정이 가능하여 실리카 및 커플링제의 반응율을 높이고, 이로 인해 압출고무의 표면도 매끄럽게 제조할 수 있는, 저연비 성능, 젖은 노면에서 제동성능 및 내마모 성능을 향상시킨 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 이용한 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 타이어 트레드 고무 조성물은 용액중합 스티렌부타디엔 고무 70~95중량부 및 부타디엔 고무 5~30중량부로 이루어지는 원료고무 100중량부에 대 하여, 비중이 2.1~3.6인 실리카 20~40중량부, 카본블랙 20~50중량부 및 N-(4-비닐벤질)-N'-(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민 모노염산염 2~12중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 용액중합 스티렌부타디엔 고무는 70~95중량부 사용하는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 보강용 충전제로 실리카를 사용했을때 실리카가 갖는 높은 충전제간의 상호작용(high filler-filler interaction)과 표면에 존재하는 극성 관능기에 의한 친수성 및 에너지 손실의 영향을 피할 수 없어 실리카의 분산성 및 점도 증가 등의 공정성의 하락이 발생하게 되므로 바람직하지 않다.

상기 부타디엔 고무는 5~30중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 5중량부 미만이면 마모 성능에 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않고, 30중량부를 초과하면 브레이크다운(Breakdown) 특성이 상대적으로 나쁜 부타디엔 고무의 특성 때문에 배합성이 하락할 수 있고, 또한 스키드 저항성능이 하락할 수 있으므로 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 실리카는 비중이 2.1~3.6이고, BET 비표면적이 175~195㎡/g이고, CTAB 비표면적(세틸트리메틸암모늄 브로마이드용액을 사용하여 측정된 값)이 155~175㎡/g인 것이 바람직한데, 상기 수치범위를 벗어나는 경우에는 실리카의 미분산으로 인하여 물성이 하락할 수 있으므로 바람직하지 않다.

상기 실리카의 함량은 20~40중량부인 것이 바람직한데, 20중량부 미만이면 실리카의 첨가에 따른 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 40중량부를 초과하면 실리카 극성관능기로 인하여 분산성 악화의 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 카본블랙은 그 종류에 특별히 제한은 없으나, DBP 흡유량이 106~126ml/100g이고, 요오드 흡착량이 102~122mg/g인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 타이어의 발열이 증가하고, 내마모성이 하락하므로 바람직하지 않다.

상기 카본블랙의 함량은 20~50중량부인 것이 바람직한데, 20중량부 미만이면 인장물성 하락으로 인해 내마모성능이 하락하여 바람직하지 않고, 50중량부를 초과하며 히스테레시스 및 발열성능이 저하하여 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 N-(4-비닐벤질)-N'-(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민 모노염산염은 실란커플링제로서, 고무 조성물의 배합공정 중 높은 온도에서 배합시에도 안정하며, 상기 N-(4-비닐벤질)-N'-(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민 모노염산염의 함량은 2~12중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 2중량부 미만이면 너무 소량으로 반응이 일어나지 않으므로 바람직하지 않고, 12중량부를 초과하면 실란 커플링제가 미반응 상태로 남게 되어 고무의 물성을 저하시켜 바람직하지 않다.

본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물에는 통상의 첨가제들, 예를 들어 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 연화제, 유황 및 가황촉진제 등의 첨가제를 통상의 사용량 범위로 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 타이어는 상기의 타이어 트레드 고무 조성물로 이루어진 트레드부를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

비교예 및 실시예

하기 표 1의 조성대로 실시예 및 비교예의 타이어 트레드 고무 조성물을 밴리 믹서에서 배합하고 160℃에서 혼련하여 고무 조성물을 제조한 후, 각 고무 조성물로 고무 시편을 제조하여, ASTM 규격에 따라 그 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

표 1

(단위 : 중량부)

구분		비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	실시예 1	실시예 2
용액중합 스티렌부타디엔 고무¹ ⁾		80	70	80	70	80	70
부타디엔 고무² ⁾		20	30	20	30	20	30
실리카³ ⁾		35	35	35	35	35	35
카본블랙⁴ ⁾		35	35	35	35	35	35
커플링제	TESPD⁵ ⁾	5.6	5.6	-	-	-	-
	TESPT⁶ ⁾	-	-	5.6	5.6	-	-
	Z6032⁷ ⁾	-	-	-	-	5.6	5.6
산화아연⁸ ⁾		3	3	3	3	3	3
스테아린산⁹ ⁾		1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
노화방지제¹⁰ ⁾		3.0	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0
연화제¹¹ ⁾		40	40	40	40	40	40
유황¹² ⁾		1.4	1.4	1.4	1.4	1.4	1.4
가황촉진제 1¹³⁾		2.2	2.2	2.2	2.2	2.2	2.2
가황촉진제 2¹⁴⁾		0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5

주) 1) 유리전이온도가 -20℃이고, 무니점도가 60인 용액중합 스티렌부타디엔 고무

2) 유리전이온도가 -100℃인 부타디엔 고무

3) 비중 2.2, BET 비표면적이 185m²/g이고, CTAB 비표면적이 165m²/g인 Ultrasil 7000Gr(Degusa AG)

4) DBP 흡유량이 116ml/100g, 요오드 흡착량이 112mg/g인 카본블랙(코리아 카본블랙 N220)

5) X75S(데구사제)

6) X50S(데구사제)

7) N-(4-비닐벤질)-N'-(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민 모노염산염(미국 다우코닝사제)

8) Special Grade 산화아연(한일아연화)

9) 평화유지사제

10) N-1,3-디메틸부틸-N-페닐-파라-페닐렌디아민

11) 미창석유공업(주)제

12) 미원상사(주)제

13) N-사이클로헥실-2-벤조티아질 설펜아마이드(동양화학(주)제)

14) 1,3-디페닐 구아니딘(금호석유화학(주)제)

표 2

구 분			비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	실시예1	실시예2
무니점도 @125℃	점도		65	67	65	68	65	67
무니점도 @125℃	스코치 타임(T5)		15	18	16	18	25	28
레오미터@160℃	Tmax(분)		50	48	51	49	53	51
레오미터@160℃	T40(분)		3.6	3.9	3.6	3.8	3.7	3.9
가황물성	경도		68	65	69	65	69	67
	300% 모듈러스(kg/cm²)		135	129	138	130	140	138
	인장강도(kg/cm²)		192	185	195	186	196	192
	신장율(%)		420	426	425	428	430	420
상대지수	동적점탄성	Tanδ0℃	100	102	101	103	105	107
	동적점탄성	Tanδ70℃	100	101	102	102	118	115
	마모도		100	110	102	109	119	122
	발열특성		100	102	102	103	115	119

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예는 스코치 안정성이 현저하게 개선되었고, 저연비 성능 향상 및 젖은 노면에서의 제동성능 및 내마모 성능이 크게 향상되었음을 알 수 있다.

이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고비중 실리카, 내마모용 카본블랙 및 실란 커플링제인 N-(4-비닐벤질)-N'-(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민 모노염산염을 적용하므로써 저연비 성능, 젖은 노면에서 제동성능 및 내마모 성능을 크게 향상시키는 효과가 있고, 특히 공기입 타이어용으로 적합하다.

Claims

용액중합 스티렌부타디엔 고무 70~95중량부 및 부타디엔 고무 5~30중량부로 이루어지는 원료고무 100중량부에 대하여, 비중이 2.1~3.6인 실리카 20~40중량부, 카본블랙 20~50중량부 및 N-(4-비닐벤질)-N'-(3-(트리메톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민 모노염산염 2~12중량부를 포함하는 타이어 트레드 고무 조성물.
제1항에 따른 타이어 트레드 고무 조성물로 이루어진 트레드부를 갖는 타이어.