KR101132532B1

KR101132532B1 - 내마모성과 회전저항 성능을 향상시킨 타이어용 고무 조성물과 그의 제조방법

Info

Publication number: KR101132532B1
Application number: KR1020090111308A
Authority: KR
Inventors: 박형우
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2012-04-02
Also published as: KR20110054596A

Abstract

본 발명은 타이어용 고무 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내마모성과 회전저항 성능을 향상시킨 타이어용 고무 조성물과 그의 제조방법에 관한 것이다.

고무 조성물, 타이어, 내마모성, 회전저항

Description

내마모성과 회전저항 성능을 향상시킨 타이어용 고무 조성물과 그의 제조방법{A TREAD RUBBER COMPOSITION HAVING IMPROVED ANTIABRATION PROPERTY AND ROLLING RESISTANCE PROPERTY AND A METHOD FOR PREPARATION OF THE SAME}

종래에는, 카본블랙의 입자경에 따른 특성을 이용하거나, 무기필러인 실리카를 사용하여, 타이어용 고무 조성물의 회전저항 성능을 향상시켜 왔으나, 이는 마모성능의 하락을 동반하여, 결국은 타이어 수명의 단축으로 이어지는 등의 문제점이 있었다. 즉, 카본블랙의 특성변화 및 새로운 화학적 실리카의 특성변화를 이용하는 종래의 타이어용 고무 조성물은 내마모성과 회전저항 성능의 효과를 동시에 향상시키기에는 한계가 있었다. 따라서 내마모성과 회전저항 성능을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 접근방식의 기술이 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 가황고무와 고성능 플라스틱을 물리/화학적으로 결합시킴으로써, 타이어의 마모 성능과 회전저항 성능을 동시에 향상시킬 수 있는 고무 조성물을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 타이어용 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 25~35중량부, 실리카 15~20중량부, 입자경이 20~50㎛인 폴리비닐리덴플루오라이드 파우더 1~10중량부, 지연제 0.5~3.0중량부, 가류촉진제 1.0~3.0중량부 및 황 2.0~4.0중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 원료고무는 그 종류에 특별히 한정이 없고, 천연고무, 합성고무 또는 이들의 혼합고무를 사용할 수 있는데, 예로서, 천연고무, 스티렌부타디엔고무, 부타디엔고무를 단독 또는 이들의 혼합물로 된 혼합고무를 사용하는 것이 바람직하다. 혼합고무의 경우, 천연고무와 합성고무의 혼합비율에는 특별히 한정이 없다.

본 발명에서 사용되는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 파우더의 입자경은 20~50㎛인 것이 바람직한데, 20㎛ 미만이면 가황고무의 배합특성상 분산성에 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않고, 50㎛를 초과하면 압출 치수(dimension)의 불균형을 초래할 수 있어 바람직하지 않다.

상기 폴리비닐리덴플루오라이드 파우더는 1~10중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 1중량부 미만이면 마모성능 향상이 미미하여 바람직하지 않고, 10중량부를 초과하면 회합(aggregation)을 일으키거나 미반응으로 인하여 인열저항이 하락하여 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 타이어용 고무 조성물에는 카본블랙을 포함할 수 있고, 상기 카본블랙의 함량은 25~35중량부인 것이 바람직한데, 25중량부 미만이면 트랙션과 마모성능이 하락하여 바람직하지 않고, 35중량부를 초과하면 내크랙성능이 하락하여 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 타이어용 고무 조성물에는 실리카를 포함할 수 있는데, 상기 실리카는 보강제로서의 역할뿐만 아니라, 실란반응을 통한 PVDF와의 결합을 도와주는 역할을 한다.

상기 실리카의 함량은 15~20중량부인 것이 바람직한데, 15중량부 미만이면 회전저항 성능이 하락하여 바람직하지 않고, 20중량부를 초과하면 마모성능이 하락하여 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 고무 조성물에는 지연제를 포함할 수 있는데, 그 구체예로는 N-시클로헥실티오프탈이미드(PVI) 등이 있다.

상기 지연제의 함량은 0.5~3.0중량부인 것이 바람직한데, 0.5중량부 미만이면 가류시 고무 흐름성이 하락하여 바람직하지 않고, 3.0중량부를 초과하면 PVDF- 실란간의 반응을 방해하여 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 고무 조성물에는 가류촉진제를 포함할 수 있는데, 그 구체예 로는 N-tert-부틸-2-벤조티아졸설펜아미드(NS), N,N-디페닐구아니딘(DPG), N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(CZ) 및 2,2-디벤조티아질디설파이드(DM) 등이 있다.

상기 가류촉진제의 함량은 1.0~3.0중량부인 것이 바람직한데, 1.0중량부 미만이면 실란-PVDF간의 충분한 반응이 이루어지지 못하여 바람직하지 않고, 3.0중량부를 초과하면 PVDF-가황결합이 이루어지지 못하여 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용되는 황은, 가류제로서 사용되며, 상기 황의 함량은 2.0~4.0중량부인 것이 바람직한데, 2.0중량부 미만이면 인장물성이 하락하여 바람직하지 않고, 4.0중량부를 초과하면 PVDF와의 결합으로 내열성이 하락하여 바람직하지 않다.

본 발명의 고무 조성물에는 상기한 성분들 이외에, 통상적으로 타이어용 고무 조성물에 사용되는 첨가제들, 예로서 활성제, 노화방지제, 스테아린산, 공정유 등의 첨가제를 통상의 사용량 범위로 배합할 수 있다.

본 발명에 따른 타이어용 고무 조성물은 가황고무와 폴리비닐리덴플루오라이드 파우더의 배합을 좋게 하기 위한 방법으로서, 다음의 단계들을 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다:

1) 원료고무와 카본블랙 및 실리카를 포함하는 원료고무 마스터배치를 제조하는 단계;

2) 상기 1)단계에서 얻은 혼합물을 총 사용량의 1/2양의 지연제, 가류촉진제 및 폴리비닐리덴플루오라이드 파우더와 함께 120~125℃에서 배합한 후, 50~70℃에 서 유지하는 단계;

3) 상기 2)단계에서 얻은 폴리비닐리덴플루오라이드 파우더 혼합물에, 황 및 총 사용량의 1/2양의 지연제를 100~110℃에서 배합하는 단계.

본 발명에 따른 타이어용 고무 조성물의 제조방법의 2)단계에 있어서, 상기 가류촉진제 및 폴리비닐리덴플루오라이드 파우더와 함께 120~125℃에서 배합한 후, 50~70℃에서 유지하는 것이 바람직한데, 120℃ 미만에서 배합하면 폴리비닐리덴플루오라이드 파우더의 분산불량이 야기되어 바람직하지 않고, 125℃를 초과하여 배합하면 원료고무와 첨가약품이 과도한 열이력을 받아 바람직하지 않으며, 50~70℃의 범위를 벗어나서 유지하면 배합시 축적된 열에 의해 충분한 반응을 유도하지 못하므로 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 타이어용 고무 조성물의 제조방법의 3)단계에 있어서, 상기 황 및 총 사용량의 1/2양의 지연제를 100~110℃에서 배합하는 것이 바람직한데, 100℃ 미만이면 약품의 충분한 분산이 이루어지지 않아 바람직하지 않고, 110℃를 초과하면 배합 시 국부적인 가류(가교)반응을 초래할 수 있으므로 바람직하지 않다.

본 발명의 타이어용 고무 조성물의 제조방법에 따르면, 상기와 같은 3단계의 배합과정을 거치므로써, 고무와 PVDF의 분산성을 현저히 향상시켜, 본 발명의 효과를 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 타이어용 고무 조성물은 내마모성과 회전저항 특성이 동시에 우수한 효과를 나타낸다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

비교예 및 실시예

하기 표 1의 조성대로, 원료고무 마스터배치를 배합하여, 여기에 PVDF와 지연제/가류촉진제를 120℃에서 배합하여 50℃에서 보관한 후, 여기에 황과 지연제를 100℃에서 배합하여 실시예의 타이어용 고무 조성물을 제조하였다. 비교예의 고무 조성물은 원료고무 마스터배치에 황, 지연제, 가류촉진제를 배합하여 제조하였다. 각 고무 조성물을 160~165℃에서 15분 동안 가류시켜 고무 시편을 제조하고, 내마모성, 리바운드, 회전저항, 컷/칩(cut/chip) 및 블로우 아웃을 ASTM 규격에 따라 측정하고, 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다.

표 1

	구분	비교예	실시예
마스터 배치	천연고무	100	100
	카본블랙	30	30
	산화아연	4	4
	스테아린산	2	2
	노화방지제¹ ⁾	4	4
	공정유	7	7
	실리카	15	15
PVDF 배치	폴리비닐리덴플루오라이드 파우더² ⁾	-	5
	지연제³ ⁾	-	1.0
	가류촉진제⁴ ⁾	-	1.0
2단계 배치	황	2.5	2.5
	지연제³ ⁾	1.5	1.0
	가류촉진제⁴ ⁾	1.5	-
내마모성(%)		100	90
리바운드(index)		35	50
회전저항(%)		100	80
컷/칩(g)		3.3	3.0
블로우 아웃(분)		8	9

주) 1) Kumanox-13(금호석유화학)

2) 입자경 30㎛

3) N-시클로헥실티오프탈이미드

4) 1,3-디페닐구아니딘

5) 내마모성, 회전저항(%), 및 컷/칩(g)은 수치가 낮을수록 우수함.

6) 리바운드 및 블로우 아웃은 수치가 높을수록 우수함.

상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 실시예는 비교예에 비하여 내마모성과 회전성능이 동시에 우수하다.

Claims

원료고무로서 합성고무 또는 천연고무 또는 합성고무와 천연고무의 혼합고무 100중량부에 대하여 카본블랙 25~35중량부, 실리카 15~20중량부, 입자경이 20~50㎛인 폴리비닐리덴플루오라이드 파우더 1~10중량부, 지연제 0.5~3.0중량부, 가류촉진제 1.0~3.0중량부 및 황 2.0~4.0중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무 조성물.
다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1항에 따른 타이어용 고무 조성물의 제조방법:

1) 원료고무로서 합성고무 또는 천연고무 또는 합성고무와 천연고무의 혼합고무와 카본블랙 및 실리카를 포함하는 원료고무 마스터배치를 제조하는 단계;

2) 상기 1)단계에서 얻은 혼합물을 총 사용량의 1/2양의 지연제, 가류촉진제 및 폴리비닐리덴플루오라이드 파우더와 함께 120~125℃에서 배합한 후, 50~70℃에서 유지하는 단계;

3) 상기 2)단계에서 얻은 폴리비닐리덴플루오라이드 파우더 혼합물에, 황 및 총 사용량의 1/2양의 지연제를 100~110℃에서 배합하는 단계.