KR100840345B1 - 다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물 - Google Patents

다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 종래 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서, 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카를 충전제로 사용하여 언더트레드의 중량을 감소시키고 발열특성을 개선할 수 있는 다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물에 관한 것이다.
언더트레드, 다공성 실리카, 타이어

Description

다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물{Tire undertread rubber composition comprising hollowed silica}
본 발명은 다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 종래 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서, 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카를 충전제로 사용하여 언더트레드의 중량을 감소시키고 발열특성을 개선할 수 있는 다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물에 관한 것이다.
타이어에서 언더트레드의 기능은 트레드 고무와 벨트부 사이의 발열을 억제해 타이어의 내구 성능을 보완하는 역할을 한다. 따라서 언더 트레드의 가장 큰 기능은 저발열 특성이라 할 수 있다.
본 발명 관련 종래기술을 살펴보면 보강제 변경에 따른 고강도의 인장특성과 발열 특성 개선에 관한 내용이 있으며, 구조적으로 언더트레드 형상에 변경을 주어 발열 성능을 개선 시킨 사례가 있다.
대한민국 특허출원 2004-0036536와 2001-0092991에서는 승용차용 타이어의 언더트레드 고무에 카본블랙 일부를 실리카로 대체하여 발열 및 인장 강도를 개선했지만, 개선 정도가 미미하고 일부 실리카로 대체하면서 카본블랙보다 높은 비중으로 인해 언더트레드의 중량이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 언급한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서 본 발명은 언더트레드 고무조성물에 있어서, 언더트레드의 중량을 줄이고, 발열 특성을 개선할 수 있는 타이어 언더트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 언더트레드 고무조성물에 있어서, 충전제로 실리카를 사용하되 상기 실리카로서 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형 형태를 가진 다공성 실리카를 대체함으로써, 언더트레드의 중량을 줄이고, 발열 특성을 개선할 수 있는 타이어 언더트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 충전제로서 표면이 커플링제로 코팅되고 속이 빈 구형 형태를 가진 다공성 실리카를 충전제로 사용함으로써 종래 속이 비어있지 않은 비다공성 실리카를 사용하는 언더트레드와 비교시 동등수준의 인장강도를 확보하면서 발열 및 중량감소를 나타낼 수 있는 타이어 언더트레드 고무조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카를 10∼50중량부 포함하는 다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물을 나타낸다.
본 발명의 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서 원료고무는 천연고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서 원료고무는 합성고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서 원료고무는 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서 원료고무는 천연고무와 2종 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서 원료고무는 2종의 서로 다른 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서 원료고무는 3종 이상의 서로 다른 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 부틸고무, 이소프렌 고무, 에피클로로 히드린고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 이소프렌부타디엔고무, 폴리우레탄고무, 불소고무, 실리콘고무, 에틸렌프로필렌고무, EPDM고무, 하이팔론고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세테이트고무, 아크릴고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서 속이 빈 구형의 다공성 실리카는 고무와의 상용성 및 분산성 향 상을 위해 다공성 실리카 표면에 커플링제가 코팅시킬 수 있다.
본 발명에서 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카에 있어서 커플링제는 실란 커플링제를 사용할 수 있다.
본 발명에서 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카에 있어서 커플링제는 아미노실란 커플링제를 사용할 수 있다.
본 발명에서 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카에 있어서 커플링제는 글리시딜실린 커플링제를 사용할 수 있다.
본 발명에서 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카에 있어서 커플링제는 머캅토실란 커플링제를 사용할 수 있다.
본 발명에서 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카에 있어서 커플링제는 실란 커플링제, 아미노실란 커플링제, 글리시딜실린 커플링제, 머캅토실란 커플링제 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카에 있어서 속이 빈 구형의 다공성 실리카는 평균 입자경이 0.2∼50㎛인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카는 Sacrificial core법에 의해 속이 빈 구형의 다공성 실리카를 얻은 후 상기 속이 빈 구형의 다공성 실리카의 표면에 커플링제를 코팅하여 얻을 수 있다.
상기에서 Sacrificial core법은 구형 고분자를 핵(core)으로 선택하고 다양한 코팅(coating) 기술을 이용하여 무기물로 둘러싼 후 핵을 용매에 녹이거나 열분 해 시켜서 중공구를 제조하는 방법으로 균일한 크기의 고분자구를 사용하기 때문에 쉽게 단분산된 중공구를 제조할 수 있다.
상기 Sacrificial core법은 당업계에서 통상의 지식을 가진 당업자가 적의 선택하여 실시할수 있으므로, Sacrificial core법에서 사용하는 무기물, 용매 또한 당업자가 적의 선택하여 실시할 수 있다.
상기에서 속이 빈 구형의 다공성 실리카의 표면에 커플링제를 코팅방법은 종래 알려진 방법을 이용할 수 있다. 일예로 분무기(spray)를 이용한 코팅방법, 코팅기를 이용한 코팅방법을 사용할 수 있다.
본 발명에서 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카의 일예로 도 1에 나타내었다. 도 1에서 다공성 실리카의 표면은 실란 커플링제로 코팅하였다.
본 발명의 타이어 언더트레드 고무조성물에 대하여 다양한 성분, 함량을 적용한바, 본 발명의 목적에 부합하는 타이어 언더트레드 고무조성물을 얻기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 타이어 언더트레드 고무조성물이 바람직하다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 보강충전제, 노화방지제, 활성제, 공정오일, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타 이어 언더트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
본 발명은 상기의 타이어 언더트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함한다.
본 발명은 상기의 타이어 언더트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기의 타이어 언더트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 언더트레드로 함유하는 타이어를 포함한다.
상기에서 본 타이어 언더트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어에 있어서, 타이어는 승용차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어, 오토바이용 타이어, 항공기용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 나타낸다.
이하 본 발명의 내용을 실시예, 비교예 및 시험예에 의해 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 내용을 보다 이해하기 쉽게 하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
천연고무 40중량부와 스티렌 부타디엔 고무 40중량부 및 부틸고무 20중량부가 혼합된 원료고무 100중량부에 대하여 실리카(Zeosil-115) 10중량부, 표면이 실 란 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카 30중량부, 카본블랙 40중량부, 산화아연 4중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제(Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, TMDQ) 1중량부를 밴버리 믹서에서 배합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 2중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide, CZ) 1중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
하기 표 1에 고무성분의 조성을 정리하여 나타내었다.
상기에서 실리카는 표면적이 170±5㎡/g, 수분 함량은 6.0±0.5중량%, 이산화규소(SiO2) 함량은 98±1중량%인 것을 사용하였다.
상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가가 100㎎/g이고 DBP흡착가가 130㏄/100g인 것을 사용하였다.
표면이 실란 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카는 Sacrificial core법에 의해 속이 빈 구형의 다공성 실리카를 얻은 후 상기 속이 빈 구형의 다공성 실리카의 표면에 커플링제를 코팅하여 얻은 것이다.
<비교예>
표면이 실란 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카를 사용하지 않고, 실리카(Zeosil-115) 40중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동 일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성물 (단위 : 중량부)
구분 비교예 실시예
원료고무 100 100
카본블랙 40 40
실리카(Zeosil-115) 40 10
구형실리카 0 30
산화아연 4 4
스테아린산 2 2
노화방지제 1 1
황 2 2
가류촉진제 1 1
<시험예>
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무시편에 대해 ASTM 관련 규정에 의해 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신장율, 발열, 중량과 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무시편 물성시험 결과
구 분 비교예 실시예
물성 경도 300% 모듈러스 인장강도 신장율 100 100 100 100 101 103 105 101
발열 100 118
중량 100 90
*상기 실시예의 측정값은 비교예의 고무시편의 값을 100으로 하였을 때 환산한 수치로서 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신장율, 발열에 대한 물성 수치는 수치가 높을 수록 우수한 결과를 의미한다.
*상기 실시예의 측정값은 비교예의 고무시편의 값을 100으로 하였을 때 환산한 수치로서 중량에 대한 물성 수치는 수치가 낮을 수록 우수한 결과를 의미한다.
도 1은 본 발명의 타이어 언더트레드 고무조성물에 사용된 다공성 실리카의 구조를 나타낸 단면도이다.

Claims (4)

  1. 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카를 10∼50중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 커플링제는 실란 커플링제, 아미노실란 커플링제, 글리시딜실린 커플링제, 머캅토실란커플링제 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물.
  3. 제1항에 있어서, 속이 빈 구형의 다공성 실리카는 평균 입자경이 0.2∼50㎛인 것을 특징으로 하는 다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물.
  4. 특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
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