KR100871991B1 - 타이어 트레드 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 하기 구조식(1)로 나타내는 브로모 아이소부틸렌(Brominated copolymer of isobutylene), 아이소프렌(isoprene) 및 파라메틸스티렌(para-methylstyrene)으로 이루어진 코폴리머(IB-IP-pMeSt Terpolymer)가 원료고무에 포함되고, 상기 원료고무 이외에 실리카, 커플링제를 포함하도록 하여 마모성능, 연비성능 및 제동성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
Figure 112007069652245-pat00001
<구조식(1)>
Brominated copolymer of isobutylene, isoprene and para-methylstyrene, 타이어

Description

타이어 트레드 고무조성물{Tire tread rubber composition}
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 하기 구조식(1)로 나타내는 브로모 아이소부틸렌(Brominated copolymer of isobutylene), 아이소프렌(isoprene) 및 파라메틸스티렌(para-methylstyrene)으로 이루어진 코폴리머(IB-IP-pMeSt Terpolymer)가 원료고무에 포함되고, 상기 원료고무 이외에 실리카, 커플링제를 포함하도록 하여 마모성능, 연비성능 및 제동성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
Figure 112007069652245-pat00002
<구조식(1)>
일반적으로 부틸고무는 젖음 마찰성이 우수한 고무로 알려져 있지만, 타이어 고무조성물의 보강제로 널리 사용되는 카본블랙과 실리카와의 결합력이 약하며, 인장물성 및 마모성능이 저하되는 문제점이 있어 최근까지 타이어 트레드에 적용하지 못하였다.
부틸고무의 젖음 마찰성과 연비성능에 대해 우수한 성능에도 불구하고 인장물성 및 마모성능이 저하되는 문제를 보완하고자 커플링제를 사용하여 고무와 실리카의 상호작용을 향상시키는 배합시스템을 사용하였으나 기존의 실란 커플링제는 특별한 효과가 없어 부틸고무 적용은 우수한 내공기 투과성을 요구하는 타이어 인너라이너에 주로 사용되어 왔다.
이에 본 발명에서는 타이어 고무조성물에 있어서, 원료고무로서 상기 구조식(1)로 나타내는 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌 코폴리머(IB-IP-pMeSt Terpolymer)가 원료고무에 포함되고, 상기 원료고무 이외에 실리카, 커플링제를 포함하도록 하여 마모성능, 연비성능 및 제동성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 마모성능, 연비성능 및 제동성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 타이어 고무조성물에 있어서, 원료고무로서 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌로 이루어진 코폴리머가 원료고무에 포함되고, 상기 원료고무 이외에 실리카, 커플링제를 포함하도록 하여 마모성능, 연비성능 및 제동성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 타이어 고무조성물에 있어서, 원료고무로서 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 코폴리머가 원료고무에 포함되고, 상기 원료고무 이외에 실리카와 커플링제로서 다이메틸 아미노 에탄올(Dimethyl amino ethanol, DMAE), 헥사메틸다이실라잔(Hexamethyldisilazane, HMDZ) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하도록 하여 마모성능, 연비성능 및 제동성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌 코폴리머(IB-IP-pMeSt Terpolymer)가 원료고무에 포함하되, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 실리카 30∼80중량부, 커플링제 0.5∼3.0중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.
본 발명에서 원료고무는 하기 구조식(1)의 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 코폴리머를 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 하기 구조식(1)의 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 코폴리머와 천연고무가 혼합된 혼합고무를 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 하기 구조식(1)의 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 코폴리머와 천연고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 하기 구조식(1)의 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 코폴리머와 천연고무가 3:7∼7:3의 중량비로 혼합된 혼합고무를 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 하기 구조식(1)의 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 코폴리머(IB-IP-pMeSt Terpolymer)와 합성고무가 혼합된 혼합고무를 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 하기 구조식(1)의 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 코폴리머와 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합 된 혼합고무를 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 하기 구조식(1)의 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 코폴리머와 합성고무가 3:7∼7:3의 중량비로 혼합된 혼합고무를 포함한다.
상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 부틸고무, 할로겐화 부틸 고무, 이소프렌 고무, 에피클로로 히드린고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 이소프렌부타디엔고무, 폴리우레탄고무, 불소고무, 실리콘고무, 에틸렌프로필렌고무, EPDM고무, 하이팔론고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세테이트고무, 아크릴고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 부틸고무를 사용할 수 있다.
Figure 112007069652245-pat00003
<구조식(1)>
상기 구조식(1)로 나타낼 수 있는 브로머 아이소부틸렌, 아이소프렌, 파라 메틸스티렌으로 이루어진 코폴리머(IB-IP-pMeSt Terpolymer)는 0.8∼0.9mol%의 브롬화와 0.1∼0.5 mol% 아이소프렌, 5∼20mol% p-MeSt을 함유한 것을 사용할 수 있 다.
상기 구조식(1)로 나타낼 수 있는 브로머 아이소부틸렌, 아이소프렌, 파라 메틸스티렌으로 이루어진 코폴리머(IB-IP-pMeSt Terpolymer)는 0.85mol%의 브롬화와 0.3mol% 아이소프렌, 10mol% p-MeSt을 함유한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에 있어서 충전제는 실리카를 사용할 수 있다.
상기에서 실리카는 BET 115∼140m2/g인 고분산성 실리카를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 충전제로서 상기에서 언급한 실리카 이외에 카본블랙, 탄산칼슘(CaCO3), 클레이(Clay), 탈크(Talc), 운모(mica), 일라이트(illite), 카올린(kaolin), 토르말린(tourmaline), 맥반석(elvan), 자수정(amethyst), 황토(yellow stone), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 추가로 더 사용할 수 있다.
상기에서 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB)은 직경 0.01∼0.1㎛이고, 비표면적이 80∼90m2/g인 단섬유상인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 1∼10㎛이고, 비표면적 이 100∼120m2/g인 단섬유상인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 실리카를 원료고무 100중량부에 대하여 30중량부 미만 사용하면 제동력 향상에 대한 효과가 미미하고, 80중량부를 초과하여 사용하며 가공성 및 마모성능이 감소할 우려가 있다.
상기에서 추가로 더 사용할 수 있는 충전제는 원료고무 100중량부에 대하여 10∼50중량부를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에 있어서 커플링제는 하기 구조식(2)의 다이메틸 아미노 에탄올(Dimethyl amino ethanol, DMAE), 하기 구조식(3)의 헥사메틸다이실라잔(Hexamethyldisilazane, HMDZ) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
(EtO)3-Si-CH2CH2CH2-S-CO(CH2)6CH3...구조식(2)
(CH3)3Si-HN-Si(CH3)3....구조식(3)
상기에서 커플링제를 원료고무 100중량부에 대하여 0.5중량부 미만 사용하면 실리카 및/또는 실리카 이외에 추가로 사용할 수 있는 충전제와 고무와의 결합이 용이하지 않아 물성상승 효과가 크지 않으며, 3.0중량부를 초과하여 사용할 경우 단가상승 및 물성이 감소하는 역효과가 발생할 우려가 있다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에 대하여 다양한 성분, 함량을 적용한 바, 본 발명의 목적에 부합하는 타이어 트레드 고무조성물을 얻기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 타이어용 고무조성물이 바람직하다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 충전제, 커플링제 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 충전제, 노화방지제, 활성제, 공정오일, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함한다.
본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 함유하는 타이어를 포함한다.
상기에서 본 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어에 있어서, 타이어는 승용차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어, 오토바이용 타이어, 항공기용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 나타낸다.
이하 본 발명을 다음의 실시예, 비교예, 시험예에 의하여 보다 상세히 설명 하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 설명하기 위한 하나의 일예일 뿐 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
부틸 고무(BR) 30중량부와 용액중합 스티렌-부타디엔 고무(S-SBR) 70중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 실리카 80중량부, 실란커플링제(실란(트리에톡시실리테트라설파이드, TESPT)) 6.4중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부, 노화방지제(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 4중량부를 밴버리 믹서에서 혼합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 2.2중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) 2.8중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
상기에서 실리카는 BET 130±5m2/g인 고분산 실리카를 사용하였다.
하기 표 1에 고무성분의 조성을 정리하여 나타내었다.
<실시예>
부틸 고무(BR) 50중량부와 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌, 파라 메틸스티렌의 코폴리머(IB-IP-pMeSt Terpolymer) 50중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 50중량부, 실리카 30중량부, 커플링제제로서 다이메틸 아미노 에탄올(DMAE) 1.5중량부 및 헥사메틸다이실라잔(HMDZ) 0.75중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부, 노화방지제(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 4중량부를 밴버리 믹서에서 혼합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 2.2중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) 2.8중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
상기에서 실리카는 BET 130±5m2/g인 고분산 실리카를 사용하였다.
하기 표 1에 고무성분의 조성을 정리하여 나타내었다.
표 1. 비교예 및 실시예 고무조성의 성분(단위 : 중량부)
성분 비교예 실시예
S-SBR1 70 -
BR 30 50
IB-IP-pMeSt Terpolymer - 50
실리카 80 30
카본블랙 - 50
실란 커플링제 6.4 -
DMAE - 1.5
HMDZ - 0.75
산화아연 3 3
스테아린산 2 2
노화방지제 4 4
황 2.2 2.2
촉진제 2.8 2.8
1 : STYRENE 25%, VINYL 25%인 S-SBR VSL-5025-0(by Lanxess)
<시험예>
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무시편에 대해 ASTM 관련규정에 의해 경도, 인장강도, 300%모듈러스(300% modulus) 등의 인장물성, 마모 및 tan δ -20℃, tan δ 0℃, tan δ 60℃ 등의 동적특성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무시편의 물성
비교예 실시예
경도 68 66
인장물성(MPa) 13.8 15.1
300% 모듈러스(MPa) 13.8 13.4
DIN ABRASION(mm3) 117 103
tan δ -20℃ 100 102
tan δ 0℃ 100 185
tan δ 60℃ 100 87
* 상기 표 2에서 Tan δ -20℃, Tan δ 0℃ 및 Tan δ 60℃에 대한 실시예의 값은 비교예의 고무시편의 값을 100으로 하였을 때 환산한 수치이다.
* Tan δ -20℃, Tan δ 0℃ : 타이어의 성능 중 젖은 상태의 제동력(wet traction) 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 높을수록 우수하다.
* Tan δ 60℃ : 타이어의 성능 중 회전저항 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 낮을수록 우수하다.
상기 표 2의 결과에서처럼 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라 메틸스티렌 코폴리머를 포함하는 원료고무에 실리카를 충전제로 사용하고, 커플링제로서 다이메틸 아미노 에탄올(Dimethyl amino ethanol, DMAE), 헥사메틸다이실라잔(Hexamethyldisilazane, HMDZ)를 첨가함으로써 여러 가지 물성이 우수할 뿐만 아 니라, 고온에서 이력손실(tanδ 60℃)이 낮아져 연비성능이 유리하며, 또한 제동성능(tanδ 0℃)도 우수함을 알 수 있다.
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.

Claims (5)

  1. 타이어 트레드 고무조성물에 있어서,
    브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 하기 구조식(1)의 코폴리머(IB-IP-pMeSt Terpolymer)와 합성고무 또는 천연고무 중 어느 하나의 고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 원료고무 100중량부에 대하여 실리카 30∼80중량부; 실리카 커플링제로서 하기 구조식(3)의 헥사메틸다이실라잔(HMDZ) 0.5∼2.0중량부; 충전제로서 탄산칼슘(CaCO3), 클레이(Clay), 탈크(Talc), 운모(mica), 일라이트(illite), 토르말린(tourmaline), 맥반석(elvan), 자수정(amethyst), 황토(yellow stone), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 10∼50중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
    Figure 112008062124265-pat00004
    <구조식(1)>
    (CH3)3Si-HN-Si(CH3)3....구조식(3)
    상기에서 브로머 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 구조식(1)의 코폴리머(IB-IP-pMeSt Terpolymer)는 0.8∼0.9mol%의 브롬화와 0.1∼0.5 mol% 아이소프렌, 10∼20mol% 파라메틸스티렌(p-MeSt)을 함유한 것이다.
  2. 제1항에 있어서, 원료고무 100중량부 중에 브로모 아이소부틸렌, 아이소프렌 및 파라메틸스티렌으로 이루어진 구조식(1)의 코폴리머가 30∼70중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
  3. 제1항에 있어서, 실리카는 BET 115∼140m2/g인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
  4. 삭제
  5. 특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함한 타이어.
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Citations (4)

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