KR100879461B1

KR100879461B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100879461B1
Application number: KR1020070076615A
Authority: KR
Inventors: 임기원
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-01-20

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 친수성인 아크릴기를 함유한 디엔계 수지를 함유하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무와 보강제로서의 실리카 및 하기 화학식 1의 아크릴화 디시클로펜타디엔을 포함한다.

화학식 1

여기서, n과 m은 1 내지 10의 정수이고, R 및 R'은 서로 같거나 다른 것으로서 수소기 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며 분자량은 500 내지 3,000 이다.

상기와 같은 타이어 트레드용 고무 조성물에 따르면 원료 고무에 포함되는 실리카의 분산성 향상에 기여하고, 배합고무의 마모 특성을 개선할 수 있다.

타이어*트레드*내마모

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}

타이어에 있어서 트레드는 차량이 이동하면서 지면과 직접 접촉하는 부분으로 타이어와 지면과의 마찰과 이러한 마찰에 의해 발생하는 열로 인해 트레드 부분이 점진적으로 마모되기 때문에 내마모성(abrasion resistance)과 내열성이 필연적으로 확보되어야만 한다.

일반적으로 종래에는 타이어 트레드의 내마모성을 향상시키기 위하여 원료고무를 변화시키거나 보강제를 이용하는 방법이 주로 이용되었다.

여기서, 보강제를 이용하는 방법으로는 입자크기가 작아 높은 표면적을 갖는 카본블랙을 적용하거나 실리콘으로 표면처리된 카본블랙을 이용하거나 분산성이 상이한 이종의 카본블랙을 사용하는 것을 그 예로 들 수 있다.

그러나, 최근 들어 저연비 특성 및 젖은 노면 제동성능을 향상시킬 목적으로 실리카가 보강제로서 각광을 받고 있으며 이는 친환경적인 측면에 있어서도 바람직하다.

한편, 상기와 같은 장점에도 불구하고 보강제로서 실리카를 사용할 경우 카본블랙을 보강제로 사용한 타이어 트레드용 고무 조성물에 비하여 마모특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 또한, 실리카가 고무 조성물에 적용되는 경우 분산성이 불량하여 점도가 상승하며 장기적으로 방치하면 겔화 반응 등의 경시 변화가 발생하여 고무 조성물의 안정성이 저하되는 경우가 빈번하게 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 친수성인 아크릴기를 함유한 아크릴화(Acrylated) 디시클로펜타디엔(Dicyclopentadiene; 이하 ‘DCPD’라 명명하기로 한다) 수지를 사용하여 고무 조성물내 실리카의 분상성 향상에 기여하고 배합고무의 마모 특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무와; 보강제로서의 실리카; 및 하기 화학식 1의 아크릴화 DCPD를 포함한다.

화학식 1

여기서, n과 m은 1 내지 10의 정수이고, R 및 R'은 서로 같거나 다른 것으로 서 수소기 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며 분자량은 500 내지 3,000 이다.

여기서, 상기 아크릴화 DCPD는 원료고무 100 중량부 대비 1 내지 7 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고무 조성물은 가황제, 가황활성제, 연화제, 가공조제 및 가황촉진제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 다음과 같은 효과를 제공한다.

원료 고무에 실리카를 보강제로 사용하며 아크릴화 DCPD 수지를 고무 조성물에 포함시켜 저연비 특성을 유지시키고, 내마모 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 타이어의 장기주행시 발생할 수 있는 타이어 물성의 노화방지에도 유용할 것으로 기대된다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료 고무와 실리카와 아크릴화 DCPD 수지 및 기타 첨가제를 포함한다.

상기 원료 고무는 그 종류에 특별한 제한은 없으며 통상의 타이어 트레드 고무 조성물에서 사용되는 디엔계 폴리머이고, 구체적으로는 천연고무, 합성고무, 천 연고무와 합성고무의 혼합고무를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 예로서의 원료 고무는 용액중합 스타이렌 부타디엔 고무(S-SBR)와 부타디엔 고무(BR)와의 혼합고무가 사용된다.

보강제로의 실리카는 원료고무 100 중량부 대비 20 내지 90 중량부로 사용되는바, 20 중량부 미만일 경우에는 보강제로서의 역할을 기대하기 어렵고, 90 중량부 초과일 경우에는 보강제 함량이 너무 높아져서 분산성이 떨어지므로 바람직하지 못하다.

보강제로 사용되는 실리카에 의해 야기되는 마모 특성 저하를 개선하기 위하여 고무 조성물에 포함되는 아크릴화 DCPD 수지는 하기 화학식 1과 같다.

일반적으로 나프타 크래커에서 분리된 C5에는 18 내지 22% 정도의 시클로펜타디엔을 함유하고 있으며, 이러한 시클로펜타디엔은 상온 상압에서 이합체(dimer)로 존재한다. 시클로펜타디엔 이합체인 DCPD은 순도에 따라 여러 가지 용도로 이용되고 있다.

상기 DCPD로 중합된 물질은 점착부여제(Tackifier)로서 넓은 범위에서 사용되고 있으나 친유성 특징을 지니고 있으므로 실리카와 같은 친수성 보강제와의 혼용성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 친수성인 아크릴기와 같은 반응성기가 도입된 아크릴화 DCPD 수지에 대한 연구가 진행되었으며 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 아크릴화 DCPD 수지를 포함한다.

이와 같은 아크릴화 DCPD 수지는 원료고무 100 중량부에 대해 1 내지 7 중량부로 포함되는바, 만일 그 함량이 1 중량부 미만이면 그 효과가 미미하며 7 중량부를 초과하면 제조되는 고무의 기계적 물성 및 저연비 특성이 크게 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

한편, 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 가황제인 유황, 가류활성제인 산화아연, 연화제로서 아로마틱 오일, 가황촉진제인 CBS와 DPG 및 노화방지제와 같은 첨가제를 1종 이상 포함할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명하도록 하나 본 발명의 보호범위가 이러한 실시예에 의해 한정되지 않음은 주지되어야 할 것이다.

실시예

하기 [표 1]에서와 같은 조성으로 실시예 및 비교예의 고무 조성물을 반바리 믹서에서 배합하고, 150℃에서 방출하여 제조하였으며 미가류된 고무시편을 160℃에서 가류시켜 물성시험을 하였으며 그 결과는 [표 2]에 나타내어진다.

고무 조성물 배합비(단위: 중량부)

조성	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
S-SBR⁽¹⁾	75.00	75.00	75.00	75.00	75.00	75.00	75.00
BR⁽²⁾	25.00	25.00	25.00	25.00	25.00	25.00	25.00
실리카⁽³⁾	80.00	80.00	80.00	80.00	80.00	80.00	80.00
TESPT⁽⁴⁾	7.00	7.00	7.00	7.00	7.00	7.00	7.00
석유수지⁽⁵⁾	-	3.00	7.00	-	-	-	-
아크릴화 DPCD 수지⁽⁶⁾	-	-	-	3.00	7.00	0.5	10
연화제	35.00	35.00	35.00	35.00	35.00	35.00	35.00
산화아연	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00
스테아린산	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00
노화방지제⁽⁷⁾	2.50	2.50	2.50	2.50	2.50	2.50	2.50
DPG⁽⁸⁾	1.50	1.50	1.50	1.50	1.50	1.50	1.50
유황	1.10	1.10	1.10	1.10	1.10	1.10	1.10
CBS⁽⁹⁾	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00	2.00
(주) (1) S-SBR : Tg가 -20℃인 용액중합 스타이렌-부타디엔 고무 (2) BR : Tg가 -106℃인 부타디엔 고무 (3) 실리카 : Ultra 7000Gr(Degussa AG(社) 회사명이 맞는지 확인요청) (4) TESPT(비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드) : Si69(Degussa(社)) (5) 석유수지 : C9계 석유수지 (6) 아크릴화 DCPD 수지 : (상기 화학식 1에서 n=2~4, m=1~4이고, R는 탄소수가 1~4인 알킬기이고, R'은 부틸기임.) (7) 노화방지제 : N-1,3-디메틸부틸-N-페닐-p-페닐렌디아민 (8) DPG : 디페닐렌구아니딘 (9) CBS : N-사이클로헥실-2-벤조티아질 설펜아마이드

상기 [표 1]에 기재된 비교예 및 실시예에 따라 얻어진 고무시편의 물성에 대한 표준시험 결과를 [표 2]에 나타내었으며, 여기서 마모도는 람본 마모도로서 상온에서 미끄럼비 25%, 하중 1.5kg에서 회전시켜 마모된 고무의 손실량을 의미하며 수치가 작을수록 우수한 마모성능을 나타내며 마모 Index의 경우 비교예1의 마모량을 분모한 비율이므로 100이상일수록 마모성능이 우수한 것을 나타낸다. 60℃ Tan δ는 젖은 노면 상태에서의 제동성능을 나타내는 척도로서 수치가 높을수록 우수한 젖은 노면 제동성능을 나타낸다.

물성시험 결과

항목	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
마모 Index	100	108	111	118	125	100	128
60℃ Tan δ	0.134	0.142	0.146	0.134	0.139	0.135	149

상기 [표 2]의 결과에서 실시예 3과 같이 1중량부 이하로 함유될 경우 특별한 물성변화를 찾기 어려우며 실시예 4와 같이 10중량부의 경우는 마모성능은 증가하나 저연비 특성에는 불리한 특성을 나타내었다. 반면에 실시예 1과 2의 60℃ Tan δ는 비교예 1과 동등수준으로 유지하면서 마모도에서 실시예 1과 2는 비교예에 비하여 현저히 향상되었음을 알 수 있었다.

또한, 아크릴화 DCPD 수지를 사용함으로 인하여 다른 고무 첨가제와는 달리 분자구조내에 다수의 이중결합을 지니고 있으므로 타이어 장기 주행 중 고무첨가제 손실에 의한 노화방제에도 탁월한 효과를 있을 것으로 기대된다.

따라서, 상술한 바와 같이 실리카를 보강제로 사용하면서 아크릴화 DCPD 수지를 고무 조성물에 적용시켜 저연비 특성을 유지하면서 내마모 특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물이 제공될 수 있다.

Claims

원료고무와;

충진제로서의 실리카; 및

하기 화학식 1의 아크릴화 디시클로펜타디엔(Dicyclopentadiene)을 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.

화학식 1

여기서, n과 m은 1 내지 10의 정수이고, R 및 R'은 서로 같거나 다른 것으로서 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며 분자량은 500 내지 3,000 이다.
제 1항에 있어서,

상기 아크릴화 디시클로펜타디엔은 원료고무 100 중량부 대비 1 내지 7 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 고무 조성물은 가황제, 가황활성제, 연화제, 가공조제 및 가황촉진제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.