KR100856732B1 - A rubber composition for tire and a method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리카 혼합 타이어용 고무 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, The present invention relates to a rubber composition for a silica mixed tire and a manufacturing method thereof.
고무 라텍스 상에 실리카 또는 실리카 슬러리와 실란커플링제, 계면 활성제, 가황 촉진제, 프로세스 오일 및 응고제를 혼합한 다음 이들을 함께 응고, 건조시키는 일련의 단계를 거쳐 제조되는 고무 조성물 및 제조 방법에 있어서, In a rubber composition and a manufacturing method, which is prepared through a series of steps of mixing a silica or silica slurry with a silane coupling agent, a surfactant, a vulcanization accelerator, a process oil and a coagulant on a rubber latex, and then solidifying and drying them together.
-S2-(CH2)6-S2- 구조의 실란커플링제(A)를 아로메틱 오일과 미리 혼합하여 에멀젼 상으로 만든 다음 그 안정된 상태에서 고무 라텍스와 혼합하는 특징적 공정을 거침으로써, -S 2 - (CH 2) 6 -S 2 - as by previously mixing a silane coupling agent (A) of the structure and Aro matic made five days in the emulsion, and then the roughness characterizing step of mixing with the rubber latex in the stable state,
종래의 실란커플링제, 즉 TESPT를 전처리 없이 고무 라텍스 상에 혼합하여 제조한 실리카 고무 조성물에 비하여 현저히 우수한 물성을 갖는 타이어용 실리카 고무 조성물을 얻을 수 있다. It is possible to obtain a silica rubber composition for a tire having significantly superior physical properties compared to a silica rubber composition prepared by mixing a conventional silane coupling agent, ie, TESPT on rubber latex without pretreatment.
고무 라텍스, 실리카, 실란커플링제, 타이어. Rubber latex, silica, silane coupling agent, tires.
Description
본 발명은 타이어용 고무 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, -S4- 폴리설파이드 구조의 실란커플링제로 인한 혼합 공정 또는 건조 공정 중의 스코치 발생 및 그에 따른 타이어 품질 불량을 크게 개선할 수 있는 타이어용 고무 조성물 및 그 제조 방법에 관한 발명이다. The present invention relates to a rubber composition for a tire and a method of manufacturing the same, and more particularly, to significantly improve scorch generation during a mixing process or a drying process due to a silane coupling agent of -S 4 -polysulfide structure and a resultant tire quality defect. It is invention which concerns on the rubber composition for tires which can be made, and its manufacturing method.
전통적으로, 고무의 기계적 물성을 보강하기 위한 충진재로서 카본 블랙(carbon black)이 사용되어 왔다. Traditionally, carbon black has been used as a filler to reinforce the mechanical properties of rubber.
1990 년대 이후 타이어의 제동성과 조정 안정성을 향상시키고 연료 소모를 줄이기 위하여 카본 블랙을 일부 대체하여 실리카(silica)가 혼합되기 시작했다. Since the 1990s, silica has begun to be mixed with some carbon black to improve tire braking, steering stability and reduce fuel consumption.
실리카 혼합 마스터 뱃치(master batch)를 이용하여 제조된 타이어는, 저온 및 고온 하의 동적 점탄성 특성이 향상되는 관계로, 젖은 노면에서의 제동성이 증대되는 동시에 회전 저항 또한 개선됨에 따라 연료 소모가 적은 장점이 있다. Tires manufactured using a silica-mixed master batch improve the dynamic viscoelastic properties at low and high temperatures, resulting in lower fuel consumption due to increased braking performance on wet roads and improved rolling resistance. There is this.
이는 카본 블랙에 비하여 실리카의 충진재 간 상호 작용이 강하기 때문이다.This is because the interaction between the fillers of silica is stronger than that of carbon black.
실리카의 혼합 방법으로서는, 반바리 믹서를 사용하여 고형 고무를 용융시킨 다음 실리카, 실란 커플링제, 가황 촉진제 및 기타 고무 첨가제를 투입하고 강제 혼합하는 건식 혼합 방법을 예로 들 수 있다. As a mixing method of silica, the dry mixing method of melt | dissolving a solid rubber using a short-barrier mixer, then adding a silica, a silane coupling agent, a vulcanization accelerator, and other rubber additives, and forcibly mixing is mentioned.
상기와 같은 건식 실리카 혼합 방법에 따르면, 가황 촉진제의 실리카 흡착 등으로 인하여 원료비가 많이 들고, 혼합 시간이 길어지는 등 생산 공정 비용이 카본 블랙의 경우에 비하여 증가하게 된다. According to the dry silica mixing method as described above, the cost of the production process increases due to the adsorption of silica and the like of the vulcanization accelerator, and the mixing time is increased.
또한, 제동성 및 연비를 향상시킬 목적으로 실리카를 더욱 많이 혼합하게 되면, 친수성인 실리카의 표면 특성 때문에 그 분산성이 급격히 저하되어 타이어의 내마모성이 저하되는 문제점이 발생한다. In addition, when more silica is mixed for the purpose of improving braking performance and fuel efficiency, the dispersibility is sharply lowered due to the surface characteristics of the hydrophilic silica, which causes a problem that the wear resistance of the tire is lowered.
상기 건식 혼합 방법이 갖는 문제점을 보완하기 위하여, 충진재를 고무 라텍스(latex) 상에서 혼합한 다음 이들을 함께 응고시키는 제조 방법(습식 혼합 마스터 뱃치(wet mixing master batch))이 개발되었다. In order to supplement the problems with the dry mixing method, a manufacturing method (wet mixing master batch) has been developed in which fillers are mixed on rubber latex and then solidified together.
충진재로서의 카본 블랙을 고무 라텍스 상에서 혼합한 다음 응고 및 건조시키는 상기 습식 혼합 방법은 1970 년대부터 고무 산업에 이용되고 있다. The wet mixing method of mixing carbon black as a filler on rubber latex, then solidifying and drying, has been used in the rubber industry since the 1970s.
응고 후 건조 방법으로서는 상온 또는 고온 하에서 롤 밀(roll mill), 압출기 사용 등의 다양한 방법이 있을 수 있으나, 미국특허(No.6,040,364) 상에는 압출기 사용에 의한 카본 블랙 습식 마스터 뱃치 연속 제조법이 기재되어 있다. As a method of drying after solidification, there may be various methods such as using a roll mill or an extruder at room temperature or high temperature.However, on US Patent No. 6,040,364, a method of continuously manufacturing carbon black wet master batches by using an extruder is described. .
한편, 또 다른 충진재로서의 실리카 혼합량을 증가시키는 동시에 타이어의 내마모성을 향상시키는 동시에 생산 공정을 안정화하기 위하여, 실리카를 고무 라텍스(latex) 상에서 혼합한 다음 이들을 함께 응고시키는 제조 방법(실리카 습식 혼합 마스터 뱃치(silica wet mixing master batch))이 최근 개발되어 있다. On the other hand, in order to increase the amount of silica mixed as another filler and at the same time to improve the wear resistance of the tire and to stabilize the production process, the silica is mixed on a rubber latex and then coagulated together (silica wet mixing master batch ( silica wet mixing master batch) has recently been developed.
상기 실리카 습식 혼합 마스터 뱃치를 이용하는 고무 조성물 제조 방법의 경우, 카본 블랙 대신 실리카를 사용하는 점에서 차이가 있지만, 충진재를 고무 라텍스 상에서 분산시킨 다음 이들을 함께 응고시키는 점에 있어서는 본질적으로 동일한 개념이다. The method of preparing a rubber composition using the silica wet mixed master batch is different in that silica is used instead of carbon black, but is essentially the same in terms of dispersing the filler on rubber latex and then solidifying them together.
상기 실리카 습식 혼합 방법에 의한 실리카 혼합 마스터 뱃치를 이용한 고무 조성물은, 고무 라텍스 상에 실리카 또는 실리카 슬러리와 실란커플링제, 계면 활성제, 가황 촉진제, 프로세스(process) 오일 및 응고제를 혼합한 다음 이들을 함께 응고, 건조시킴으로써 제조된다. The rubber composition using a silica mixing master batch by the silica wet mixing method is a mixture of silica or silica slurry with a silane coupling agent, a surfactant, a vulcanization accelerator, a process oil and a coagulant on a rubber latex, and then solidify them together. It is manufactured by drying.
앞서 언급한 바 있듯이, 실리카 습식 혼합 마스터 뱃치 제조에 있어서, 실란커플링제를 제외한 계면 활성제, 가황 촉진제, 프로세스 오일, 응고제의 혼합 및 또는 건조 등의 사항은 상기 카본 블랙 습식 혼합 마스터 뱃치의 경우와 동일한 개념으로 이해하면 된다. As mentioned above, in the preparation of silica wet mixed master batches, the mixing and drying of surfactants, vulcanization accelerators, process oils, coagulants and the like except for silane coupling agents are the same as those of the carbon black wet mixed master batches. You can understand it as a concept.
상기 실란커플링제는 친수성인 실리카와 소수성인 고무를 상호 연결시켜 주기 위하여 오래전부터 사용되고 있다. The silane coupling agent has long been used to interconnect hydrophilic silica and hydrophobic rubber.
현재 타이어용 고무 제조 공정 상에 있어 실란커플링제로 주로 사용되고 있는 것은 TESPT(Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfan)이며, 그 분자식은 아래와 같다. Currently, TESPT (Bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfan) is mainly used as a silane coupling agent in the rubber manufacturing process for tires, and the molecular formula thereof is as follows.
상기 TESPT는 -S4-의 폴리설파이드(polysulfide) 구조로 되어 있는데, 해리 에너지(Dissociation energy)가 낮다 The TESPT has a polysulfide structure of -S 4- , and has a low dissociation energy.
낮은 해리 에너지는, 가황 공정에 앞선 혼합 공정 도중 황(S)이 유리됨에 따른 가교를 야기할 수 있으며, 이는 스코치(scorch) 발생 및 그에 따른 타이어의 품질 불량으로 이어지게 되는 문제가 있다. Low dissociation energy may cause crosslinking as sulfur (S) is liberated during the mixing process prior to the vulcanization process, which leads to scorch generation and hence poor quality of the tire.
실란커플링제가 갖는 이러한 문제점은 습식 혼합 마스터 뱃치 제조 공정에서는 더욱 커질 수 있는데, 건식 혼합 방법 상에는 없는 수분 제거 공정, 즉 건조 공정 중 많은 열이 가해짐에 따라 스코치 발생 및 그로 인한 타이어의 품질 불량 및 재가공율이 높아지기 때문이다. This problem with the silane coupling agent can be even greater in the wet mixing master batch manufacturing process, where the moisture removal process that is not present in the dry mixing process, i.e. due to the large amount of heat applied during the drying process, results in scorching and the resulting poor quality of the tire and This is because the reprocessing rate increases.
또한, 실리카 습식 혼합 마스터 뱃치 제조 시에 있어 실란커플링제는 실리카 슬러리 또는 고무 라텍스 내의 수분 때문에 가수 분해를 일으킴으로써 그 특성을 저하시키는 문제점도 있다. In addition, in the production of a silica wet mixed master batch, the silane coupling agent also has a problem of degrading its properties by causing hydrolysis due to moisture in the silica slurry or rubber latex.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, -S4- 폴리설파이드 구조의 실란커플링제로 인한 혼합 공정 또는 건조 공정 중의 스코치 발생 및 그에 따른 타이어 품질 불량을 크게 개선할 수 있는 타이어용 고무 조성물 및 그 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, a tire that can greatly improve the occurrence of scorch during the mixing process or drying process due to the -S4- polysulfide structure silane coupling agent and the resulting poor tire quality An object of the present invention is to provide a rubber composition and a method for producing the same.
본 발명에 따른 실리카 습식 혼합 마스터 뱃치를 이용한 타이어용 고무 조성물 및 그 제조 방법은 다음과 같은 특징적 요소를 갖는다. The rubber composition for a tire using the silica wet mixed master batch according to the present invention and a method for producing the same have the following characteristic elements.
(1) 실란커플링제의 제조 (1) Preparation of Silane Coupling Agent
-S4-의 폴리설파이드(polysulfide) 구조를 갖는 종래의 TESPT 대신 아래 구조식의 실란커플링제(A)를 사용한다. Instead of the conventional TESPT having a polysulfide structure of -S 4- , a silane coupling agent (A) having the following structural formula is used.
상기 실란커플링제(A)는 -S4- 구조의 TESPT 보다 해리 에너지가 높은 -S2-(CH2)6-S2- 구조로 구성되어 열적으로 안정하다. The silane coupling agent (A) is -S 4 - than the dissociation energy of the TESPT high structure -S 2 - (CH 2) 6 -S 2 - consists of a structure is thermally stable.
(2) 실란커플링제의 전처리 (2) pretreatment of silane coupling agent
실란커플링제는 수용액 상에서 가수 분해를 일으키기 쉬우므로, 본 발명에 있어서는, 실란커플링제를 타이어 제조용 연화제로서의 아로메틱(aromatic) 오일과 미리 혼합하여 에멀젼 상으로 만든 다음 그 안정된 상태에서 고무 라텍스와 혼합함으로써 가수분해로 인한 실란커플링제 효과 저하를 방지한다. Since the silane coupling agent is liable to cause hydrolysis in an aqueous solution, in the present invention, the silane coupling agent is premixed with an aromatic oil as a softener for making tires to make an emulsion phase and then mixed with rubber latex in its stable state. It prevents the silane coupling agent from deteriorating due to hydrolysis.
이하, 본 발명 실시예의 타이어 제조용 고무 조성물을 그 제조 과정과 함께 상세히 설명한다. Hereinafter, the rubber composition for tire production according to the embodiment of the present invention will be described in detail together with the manufacturing process.
[표 1] 실시예의 실리카 고무 조성물 (단위 : phr) Table 1 Silica Rubber Compositions of Examples (Unit: phr)
제조 방법Manufacturing method
1) 반응기에 실리카 슬러리 200 phr을 투입하고 교반한다.1) Add 200 phr of silica slurry to the reactor and stir.
2) 실란커플링제(A) 4 phr과 아로메틱 오일 50 phr을 교반하여 제조된 실란커플링제(A)-아로메틱 오일 에멀젼 용액 54 phr을 1)항의 실리카 슬러리에 적가 투입하며 교반한다.2) 4 phr of the silane coupling agent (A) and 50 phr of the aromatic oil were stirred, dropwise adding 54 phr of the silane coupling agent (A) -aromatic oil emulsion solution to the silica slurry of 1).
3) 상기 2)항의 혼합물에 SBR 라텍스 400 phr과 노화 방지제 0.4 phr을 적가 투입하며 교반한다. 3) Add 400 phr of SBR latex and 0.4 phr of anti-aging agent to the mixture of 2) above, and stir.
4) 응고제 0.6 phr을 서서히 적가 투입하며 교반한다. 4) Slowly add 0.6 phr of coagulant and stir.
5) 응고물은 여과기로 1 차 수분 제거한 다음, 원심분리기로 2 차 수분 제거하고 진공-압출기로 건조시켜 실리카 고무 조성물(샘플 1)을 얻었다. 5) The coagulum was firstly removed with a filter, then secondly with a centrifuge and dried with a vacuum-extruder to obtain a silica rubber composition (sample 1).
[표 2] 비교예 1의 실리카 고무 조성물 (단위 : phr)Table 2 Silica rubber composition of Comparative Example 1 (Unit: phr)
제조 방법 Manufacturing method
실란커플링제를 종래의 TESPT로 하며, 실란커플링제와 아로메틱 오일을 미리 에멀젼 상으로 혼합하지 않고 순차적으로 투입하는 점을 제외하면, 상기 실시예의 경우와 동일하다. The silane coupling agent is a conventional TESPT, except that the silane coupling agent and the aromatic oil are sequentially added without mixing into the emulsion phase in the same manner as in the above embodiment.
SBR 라텍스, 노화 방지제, 응고제 및 건조 방법을 실시예의 경우와 동일하게 하여 실리카 고무 조성물(샘플 2)을 얻었다. A silica rubber composition (sample 2) was obtained in the same manner as in the example of SBR latex, anti-aging agent, coagulant and drying method.
[표 3] 비교예 2의 실리카 고무 조성물 (단위 : phr) Table 3 Silica rubber composition of Comparative Example 2 (unit: phr)
제조 방법Manufacturing method
반바리 믹서를 사용하여 상기 SBR 고무 100 phr과 실리카 50 phr, 실란커플링제 4 phr, 아로메틱 오일 50 phr, 노화 방지제 0.4 phr을 순차적으로 투입한 후 110 ℃에서 혼합하여 실리카 고무 조성물(샘플 3)을 얻었다. Silica rubber composition (Sample 3) by adding 100 phr of SBR rubber, 50 phr of silica, 4 phr of silane coupling agent, 50 phr of aromatic oil, 0.4 phr of anti-aging agent, and then mixed at 110 ℃ using a Bunbari mixer. Got.
상기 실시예, 비교예 1 및 비교예 2 의 실리카 고무 조성물을 사용하여 아래와 같은 가류 고무를 제조한 다음 물성 시험을 실시했다. The following vulcanized rubbers were prepared using the silica rubber compositions of Examples, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and then physical properties were tested.
[표 4] 가류 고무 성분 [Table 4] Vulcanized Rubber Components
* SDA : Flow polymer 제품 * SDA: Flow polymer product
* 가류 촉진제 : N-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide * Vulcanization accelerator: N-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide
* 가류 조건 : 150 ℃ × 20 분 Curing condition: 150 ℃ × 20
상기 물성 시험 결과는 아래와 같다. The physical property test results are as follows.
[표 5] 물성 시험 결과 [Table 5] Property test results
상기 인장 물성과 마모 특성은 비교예 2' 의 경우를 100으로 하여 각각의 상대적 물성을 나타낸 것으로서, 본 발명 실시예에 따른 고무 조성물의 경우 그 물성이 현저히 우수한 것으로 나타났다. The tensile properties and wear characteristics are shown as the relative physical properties of each of the case of Comparative Example 2 '100, the physical properties of the rubber composition according to the embodiment of the present invention was found to be remarkably excellent.
또한, 동적 특성은 레오비브론(Rheovibron) 시험기를 사용하여 측정한 값으로서, 0 ℃ tanδ 값이 클수록 젖은 노면에서의 제동 성능이 우수함을 의미하는 한편, 60 ℃ tanδ 값이 작을수록 회전 저항 특성이 우수함을 의미한다.In addition, the dynamic characteristics are measured using a Rheovibron tester, which means that the higher the 0 ° C tanδ value, the better the braking performance on the wet road surface, while the lower the 60 ° C tanδ value, the more the rotational resistance characteristics. It means excellent.
시험 결과표에 나타난 바와 같이, 본 발명 실시예에 따른 실리카 고무 조성 물은 동적 특성 면에 있어서도 역시 우수한 것으로 나타났다. As shown in the test results table, the silica rubber composition according to the embodiment of the present invention was also found to be excellent in terms of dynamic properties.
상기와 같이, 본 발명의 고무 조성물 및 그 제조 방법에 따르면, 건식 방법에 의해 제조된 실리카 고무 조성물, 또는 종래의 실란커플링제, 즉 TESPT를 전처리 없이 고무 라텍스 상에 혼합하여 제조한 실리카 고무 조성물에 비하여 현저히 우수한 물성을 갖는 타이어용 실리카 고무 조성물을 얻을 수 있다. As described above, according to the rubber composition of the present invention and a method for producing the same, to a silica rubber composition prepared by mixing a silica rubber composition prepared by a dry method, or a conventional silane coupling agent, ie TESPT on the rubber latex without pretreatment In comparison, a silica rubber composition for tires having significantly superior physical properties can be obtained.
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KR20080078971A (en) | 2008-08-29 |
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