KR100886380B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무와 보강성 충진제로서 실리카 및 하기 화학식 1의 말단이 하이드록실기인 에폭시화 폴리부타디엔을 포함한다.

화학식 1

여기서, a는 1 내지 5, b는 1 내지 3, c는 0 내지 3, d는 1 내지 5, e는 1 내지 3의 정수이고, 분자량은 2,000 내지 30,000 이다.

본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에 따르면 실란계 커플링제를 대체함으로써 탄화수소 배출량을 감소시킬 수 있는 동시에 배합온도의 제한을 극복할 수 있으며 배합고무의 저연비 특성 및 마모도 향상에 기여할 수 있다.

타이어*트레드*탄화수소*실란커플링제

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실란계 커플링제를 대체하여 탄화수소 물질 배출량을 감소시킴과 동시에 배합온도의 제한을 극복할 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 회전저항을 감소시키는 기술로 보강성 충진제의 양을 감소함으로써 보강제간의 상호 작용을 감소시키고, 그 결과 히스테리시스 로스(hysteresis loss)를 줄여 회전저항을 향상시켰다. 그러나 이 기술은 보강성 충진제양이 감소됨에 따라서 타이어 트레드의 중요한 특성인 제동성능 및 조정 안정성능이 저감되는 단점이 있다.

그리고 회전저항을 감소시키기 위한 또 다른 방법으로 보강성 충진제로 사용중인 카본블랙과 고무와의 상호작용을 향상시키기 위해 많은 노력을 하였으나, 카본블랙의 특성상 그 한계가 있어 이에 대한 해결책으로 실리카가 제시되었다.

실리카를 사용함으로써 타이어의 저연비 특성 및 제동성능과 같은 특성을 동 시에 향상시킬 수 있다.

실리카를 고무 충진제로 사용하기 위하여 실리카 표면의 친수성기인 하이드록실기(hydroxyl) 및 그 유도체와의 물리적 화학적 반응을 통하여 친유성화 시키는 것이 중요하다. 이러한 실리카 표면의 친유성화 및 고무와 실리카의 화학적 결합을 유도하기 위하여 사용되는 커플링제로서 실란계 커플링제를 대표적으로 사용하고 있다.

그러나, 실란계 커플링제는 실리카 표면의 하이드록실기와 실란계 커플링제의 알콕실기가 반응하여 알코올을 부산물로서 배출하게 되므로 카본블랙을 충진제로 사용한 배합고무 대비 탄화수소 배출량이 많은 문제점이 있다.

또한, 실란계 커플링제의 대표적인 예로 사용되는 비스-(트리에톡시 실릴프로필)디설파이드(TESPD) 나 비스-(트리에톡시실릴프로필)테드라설파이드(TESPT)는 분자구조 내부에 황이 존재하므로 160℃ 이상의 고온에서 배합할 경우 스코치 발생의 문제가 있으므로 고무 배합시 배합온도의 제한이 따른다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 창출된 것으로서, 실란커플링제를 대체하여 말단이 하이드록실기인 에폭시화 폴리부타디엔을 사용하여 고무 내의 탄화수소 배출량 감소 및 배합온도의 제한을 극복함과 동시에 배합고무의 저연비 특성 및 내마모 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제 공하는 것을 그 목적으로 한다.

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 보강성 충진제로서 실리카 및 하기 화학식 1의 말단이 하이드록실기인 에폭시화 폴리부타디엔을 포함한다.

여기서, a는 1 내지 5, b는 1 내지 3, c는 0 내지 3, d는 1 내지 5, e는 1 내지 3의 정수이고, 분자량은 2,000 내지 30,000 이다.

본 발명의 일 예로써 사용되는 원료고무는 타이어 트레드용 고무 조성물에서 일반적으로 사용되는 디엔계 폴리머이나 반드시 이에 한정되지는 않는다.

또한, 보강성 충진제로 실리카를 사용하는바, 그 함량은 원료고무 100 중량부에 대해 20 내지 90 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 화학식 1로 표시되는 말단이 하이드록실기인 에폭시화 폴리부타디엔를 사용하여 탄화수소의 배출량 감소 및 배합온도 제한을 극복하고 동시에 저연비 특성 및 내마모특성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 화학식 1의 말단의 하이드록실기는 실리카 표면과 수소결합을 하며 에폭시기는 실리카 표면과 에폭시 링이 열리면서 화학적 결합을 이루게 되므로 탄화수소와 같은 부산물이 생성되지 않습니다.

또한, 분자구조내에 황이 존재하지 않으므로 황에 의한 스코치 발생 위험을 방지할 수 있으므로 배합온도 제한의 문제점이 극복된다.

상기와 같은 역할을 하는 에폭시화 하이드록실 터미네이트 폴리부타디엔를 원료고무 100중량부에 대해 3 내지 20 중량부를 포함하는바 만일 그 함량이 원료고무 100중량부에 대해 3중량부 미만이면 그 첨가의 효과가 미미하며 20중량부 초과면 배합 고무의 기계적 물성을 저하하는 문제가 있을 수 있다.

본 발명에서 통상의 가황제인 유황, 가류활성제인 산화아연, 스테아린산, 연화제로서 아로마틱 오일, 가황촉진제 및 노화방지제 등을 포함할 수 있는 것은 물론이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

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

조정 안정성, 제동 성능 및 마모성능과 같은 타이어의 물성을 하락시키지 않고 동동 수준으로 유지하면서 미 가류 상태에서 가공성이 개선되고, 그로 인하여 회전저항이 현저히 감소되어 저연비 성능을 발휘할 수 있다.

이하, 하기 실시예에 의해 본 발명을 보다 자세하게 설명하도록 하나, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아님을 주지되어야 할 것이다.

실시예 및 비교예

[표 1]에서와 같은 조성으로 배합제를 반바리 믹서에서 배합하여 비교예는 150℃에서 방출하였으며 실시예의 경우 150℃와 170℃에서 방출하였으며 미가류 물성 및 얻어진 고무시편을 160℃에서 가류하여 물성시험을 하였다.

〔표 1〕

상기 [표1]에서 실란 커플링제는 분자구조내에 황을 함유하고 있으므로 황을 함유하지 않은 말단이 하이드록실기인 에폭시화 폴리부타디엔의 적용을 위하여 비교예에 비하여 실시예에서 약간의 황을 증량하였으며 배합온도의 극복 여부를 확인하기 위하여 실시예2에서 방출온도를 170℃로 조절하였다.

비교예와 실시예에 따라 얻어진 고무시편의 물성을 [표2]에 나타내었으며 여기서 마모 Index는 람본 마모도비로서 상온에서 미끄럼비 25%, 하중 1.5kg에서 회전시켜 마모된 고무의 손실량을 비교예를 100으로 하여 나타낸 값으로 수치가 높을수록 우수한 마모성능을 나타낸다.

* 마모 Index = ( 비교예의 마모량/ 실시예의 마모량) × 100

0℃ Tan δ 는 젖은 노면 제동성능을 나타내는 척도로서 수치가 높을수록 우수한 것을 의미하며 60℃ Tan δ 는 60℃에서의 회전저항을 나타내는 척도로서 수치가 낮을수록 우수한 저연비 특성을 나타낸다.

탄화수소 배출량은 가류된 배합고무 시편 일정량을 160℃에서 일정시간 보관하며 배출된 휘발분을 포집하여 농도를 측정하여 Index화 하였으며 수치가 낮을수록 탄화수소 배출량이 적음을 의미한다.

* 탄화수소 배출량 Index = ( 실시예의 휘발분 농도/ 비교예의 휘발분 농도) × 100

〔표 2〕

상기의 [표 2]를 통하여 알 수 있듯이 실시예 1 내지 4는 탄화수소 배출량, 마모 및 60℃ tan δ가 이 비교예에 비하여 우수함을 알 수 있으며 방출온도가 170℃인 실시예 2이 동일한 조성의 실시예1(방출온도 150℃) 대비 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다.

위에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 실리카를 보강제로 사용하면서 말단이 히드록실기인 에폭시화 폴리부타디엔을 도입하면 실란계 커플링제를 대체함으로써 탄화수소 배출량을 감소시킬 수 있는 동시에 배합온도 제한을 극복할 수 있으며 배합고무의 저연비 특성 및 마모도 향상에 기여할 수 있으므로 트레드 조성물에 유용하다.

Claims (4)

1. 원료고무;

   보강성 충진제로서 실리카; 및

   하기 화학식 1의 말단이 하이드록실기인 에폭시화 폴리부타디엔을 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.

   화학식 1

   

   여기서, a는 1 내지 5, b는 1 내지 3, c는 0 내지 3, d는 1 내지 5, e는 1 내지 3의 정수이고, 분자량은 2,000 내지 30,000 이다.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 화학식 1의 말단이 하이드록실기인 에폭시화 폴리부타디엔은, 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 고무 조성물은 160내지 180℃의 온도에서 배합되는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 고무 조성물은 실란커플링제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.