KR101224601B1 - 타이어 트레드 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 바운드 러버가 형성된 충진제(Filler with Bound-Rubber, FBR) 5∼85중량부를 포함하도록 하여 고무조성물에서 일어날 수 있는 히스테리시스를 최소화함으로써 고무조성물의 열손실을 감소시키는 한편 회전저항 특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

Description

타이어 트레드 고무조성물{Tread rubber composition for tire}
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 바운드 러버가 형성된 충진제(Filler with Bound-Rubber, FBR) 5∼85중량부를 포함하도록 하여 고무조성물에서 일어날 수 있는 히스테리시스를 최소화함으로써 고무조성물의 열손실을 감소시키는 한편 회전저항 특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
차량을 지지, 이동하기 위한 타이어는 이러한 목적을 위해 여러 가지 특성을 가지고 있다.
타이어의 여러 가지 특성 중에서 회전저항(rolling resistance)은 차량에 취부된 타이어가 차량의 이동에 따라 지면과 맞닿아 회전을 할 때 타이어 재료의 고유 특성에 의해 발생되는 저항으로 차량주행시 연비에 직접적인 영향을 주게 된다. 이러한 회전저항은 재료가 변형시 발생하는 히스테리시스(hysteresis)에 의해 발생하는데, 특히 타이어는 탄성과 점성을 갖고 있는 고무가황물로 이루어져 있기 때문에 이러한 히스테리시스의 폭이 크다고 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 타이어의 히스테리시스를 줄이는 것이 타이어의 회전저항을 줄이는 주요 방법이라 할 수 있다.
타이어의 히스테리시스를 감소하기 위한 기술의 주요 경향은 타이어용 컴파운드의 주요 조성물이랑 할 수 있는 원료고무와 충진제의 친화성을 높여 충진제의 분산성을 증대시키는 방법이나, 또는 원료고무의 고분자 구조를 바꾸는 방법 등이 있다. 전자의 경우에는 원료고무의 말단을 변성하여 충진제와의 친화성을 높이거나, 또는 충진제에 커플링제를 사용하여 원료고무와 충진제의 혼련성을 높이는 경우가 있으며, 후자의 경우에는 비닐 함량이 높은 부타디엔 고무를 사용하는 방법 등이 제시되어 왔다.
이와 같은 선행기술의 일예로서 대한민국특허공개 2009-0058186호에서는 비닐 함량이 75％ 내지 95％를 갖고 있으며, 중량평균분자량이 700,000 에서 900,000이고, 분자량 분포가 1.5∼2.5인 것을 특징으로 하는 부타디엔 고무(BR)를 포함하는 내용으로 회전저항 성능이 개선되는 것을 제시하였으나, 그에 따라 젖은 노면에서의 접지력 성능이 하락하는 양상을 나타내어 전형적인 트레이드 오프(trade-off) 관계를 보였다.
대한민국특허공개 2009-0055185호에서는 개질된 실리카를 사용하여 충진제인 실리카와 원료고무와의 분산성을 개선하여 젖은 노면 제동성능은 유지하면서 회전저항 성능을 향상시키는 것에 대하여 제시하였다. 이때 실리카 개질은 표면에 폴리머를 중합하여 실시하였다. 그러나, 상기 기술에서는 일반적인 실리카를 적용했을 때보다 인장물성이 하락하는 특성을 보이기 때문에 상기 기술이 적용된 타이어를 최종 소비자가 차량에 장착하여 주행시, 조정 안정성 등의 핸들링 특성이 하락할 우려가 있는 것으로 판단된다.
따라서, 본 발명에서는 바운드 러버가 형성된 충진제(Filler with Bound-Rubber, FBR)를 사용하여 젖은 노면 제동성능에 영향을 주지않고, 회전저항 특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물에 관하여 제시하고자 한다.
본 발명의 목적은 젖은 노면 제동성능에 영향을 주지않고, 회전저항 특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 젖은 노면 제동성능에 영향을 주지않고, 회전저항 특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 젖은 노면 제동성능에 영향을 주지않고, 회전저항 특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 바운드 러버가 형성된 충진제(Filler with Bound-Rubber, FBR) 5∼85중량부를 포함하도록 하여 고무조성물에서 일어날 수 있는 히스테리시스를 최소화함으로써 고무조성물의 열손실을 감소시키는 한편 회전저항 특성을 향상시킬 수 있으며, 젖은 노면 제동성능에 영향을 주지않는 타이어 트레드 고무조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 구성에 의해 고무조성물에서 일어날 수 있는 히스테리시스를 최소화함으로써 고무조성물의 열손실을 감소시키는 한편 회전저항 특성을 향상시킬 수 있으며, 젖은 노면 제동성능에 영향을 주지않는 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 제공할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 구성에 의해 고무조성물에서 일어날 수 있는 히스테리시스를 최소화함으로써 고무조성물의 열손실을 감소시키는 한편 회전저항 특성을 향상시킬 수 있으며, 젖은 노면 제동성능에 영향을 주지않는 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공할 수 있다.
본 발명의 내용을 도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반 충진제를 적용한 고무샘플을 신장시 원료고무 및 충진제 간을 나타낸 모식도이다.
도 1의 (가)는 일반 충진제를 적용한 고무에서 원료고무상에 일반 충진제가 분산된 분산상태를 나타내며, 도 1의 (나)는 일반 충진제를 적용한 고무샘플을 세로방향으로 신장시 일반 충진제와 원료고무 간의 마찰에 의하여 열 손실이 발생되고 있음을 나타내고 있다.
도 2는 본 발명의 바운드 러버가 형성된 충진제를 적용한 고무샘플을 신장시 원료고무 및 바운드 러버가 형성된 충진제 간을 나타낸 모식도이다.
도 2의 (가)는 바운드 러버가 형성된 충진제를 적용한 고무에서 원료고무상에 일반 충진제가 분산된 분산상태를 나타내며, 도 2의 (나)는 바운드 러버가 형성된 충진제를 적용한 고무샘플을 세로방향으로 신장시 충진제 주위에 형성된 바운드 러버가 신축성 있게 변형을 나타내면서, 원료고무와의 마찰 발생을 최소화하여 열손실이 발생되지 않고 있음을 나타내고 있다.
도 3에서 (가)는 일반 충진제를 적용한 고무샘플의 스트레스-스트레인 곡선을 나타낸 그래프이고, (나)는 본 발명의 바운드 러버가 형성된 충진제를 적용한 고무샘플의 스트레스-스트레인 곡선을 나타낸 그래프로서, 상기 (가), (나)의 그래프오서 곡선 내부의 면적이 히스테리시스 구간을 의미하며 열로서 방출되는 구간을 나타낸다. 상기 도 3의 (나)가 도 3의 (가)에 비해 히스테리시스가 상대적으로 감소하고 있어 이러한 히스테리시스 특성의 감소는 결국 타이어 재료상 변형을 반복하며 나타나는 저항을 최소화하여 궁극적으로 타이어의 회전저항 개선을 야기하게 된다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 보강충진제로서 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)를 사용하여 고무조성물에서 일어날 수 있는 히스테리시스를 최소화함으로써 고무조성물의 열손실을 감소시키는 한편 회전저항 특성을 향상시킬 수 있으며, 젖은 노면 제동성능에 영향을 주지않는 타이어 트레드 고무조성물을 제공할 수 있다.
도 1은 일반 충진제를 적용한 고무샘플을 신장시 원료고무 및 충진제 간을 나타낸 모형도이다.
도 2는 본 발명의 바운드 러버가 형성된 충진제를 적용한 고무샘플을 신장시 원료고무 및 바운드 러버가 형성된 충진제 간을 나타낸 모형도이다.
도 3에서 (가)는 일반 충진제를 적용한 고무샘플의 스트레스-스트레인 곡선을 나타낸 그래프이고, (나)는 본 발명의 바운드 러버가 형성된 충진제를 적용한 고무샘플의 스트레스-스트레인 곡선을 나타낸 그래프로서, 상기 (가), (나)의 그래프오서 곡선 내부의 면적이 히스테리시스 구간을 의미하며 열로서 방출되는 구간을 나타낸다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.
본 발명은 고무조성물에서 일어날 수 있는 히스테리시스를 최소화하여 고무조성물의 열손실을 감소시키는 한편 회전저항 특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 바운드 러버가 형성된 충진제(Filler with Bound-Rubber, FBR) 5∼85중량부를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.
본 발명에서 원료고무는 천연고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 합성고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 천연고무와 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 천연고무와 2종 이상의 서로 다른 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 천연고무와 2종 이상의 서로 다른 합성고무가 동일한 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 천연고무와 3종 이상의 서로 다른 합성고무가 소정의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 용액중합 스티렌-부타디엔 고무(S-SBR), 유화중합 스티렌-부타디엔 고무(E-SBR), 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 에피클로로하이드린고무, 불소고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로린네이티드 폴리에틸렌고무, 스티렌에틸렌부틸렌스티렌(SEBS)고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌프로필렌디엔(EPDM)고무, 하이팔론고무, 이소프렌 고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세티에트고무, 아크릴고무, 히드린고무, 비닐벤질클로라이드스티렌부타디엔고무, 브로모메틸스티렌부틸고무, 말레인산스티렌부타디엔고무, 카르복실산스티렌부타디엔고무, 에폭시이소프렌고무, 말레인산에틸렌프로필렌고무, 카르복실산니트릴부타디엔고무 및 BIMS(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 본 발명의 원료고무의 일예로서 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 부틸고무 또는 클로로프렌 고무를 사용할 수 있다.
상기 본 발명의 원료고무의 일예로서 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 부틸고무, 클로로프렌 고무 중에서 선택된 1종 이상이 포함된 고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 필수 구성성분인 보강충진제로서 바운드 러버가 형성된 충진제(Filler with Bound-Rubber, FBR)를 사용할 수 있다.
본 발명에서 필수 구성성분인 보강충진제로서 원료고무 100중량부에 대하여 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 5중량부 미만 사용하면 충진제의 역할이 미미하고, 85중량부를 초과하여 사용하는 경우 과량의 충진제의 사용으로 충진제가 서로 응집하여 충진제의 분산성이 낮아져서 고무조성물의 물성이 감소할 우려가 있다. 따라서 본 발명에서 보강충진제인 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)는 원료고무 100중량부에 대하여 5∼85중량부를 사용하는 것이 좋다.
상기에서 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)는 고무 100중량부에 대하여 카본블랙 10∼150중량부, 바람직하게는 30∼100중량부, 보다 바람직하게는 50중량부를 혼합하고 배합하여 두께 1∼5mm, 바람직하게는 두께 2mm의 쉬트(sheet)화 한 다음 20∼100mm×20∼100mm(가로×세로), 바람직하게는 50mm×50mm(가로×세로)의 크기로 절단하고 톨루엔에 침지시켜 고무상 영역을 용매인 톨루엔에 용출시킨다. 이후 100∼200메쉬(mesh)의 체로 걸러서 걸러진 성분을 진공오븐에서 건조시켜 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)를 제조할 수 있다.
상기에서 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)는 고무 100중량부에 대하여 실리카 10∼150중량부, 바람직하게는 30∼100중량부, 보다 바람직하게는 50중량부 및 실란커플링제 1∼15중량부, 바람직하게는 3∼10중량부, 보다 바람직하게는 5중량부를 혼합하고 배합하여 두께 1∼5mm, 바람직하게는 두께 2mm의 쉬트(sheet)화 한 다음 20∼100mm×20∼100mm(가로×세로), 바람직하게는 50mm×50mm(가로×세로)의 크기로 절단하고 톨루엔에 침지시켜 고무상 영역을 용매인 톨루엔에 용출시킨다. 이후 100∼200메쉬(mesh)의 체로 걸러서 걸러진 성분을 진공오븐에서 건조시켜 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)를 제조할 수 있다.
상기의 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 고무는 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)가 사용되는 원료고무와 동일한 고무 성분을 사용할 수 있다.
상기의 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 고무는 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 부틸고무 또는 클로로프렌 고무를 사용할 수 있다.
상기의 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 고무는 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 부틸고무, 클로로프렌 고무 중에서 선택된 1종 이상이 포함된 고무를 사용할 수 있다.
상기의 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 카본블랙은 DBP값이 80∼130㎡/g이며 CTAB은 70∼100㎡/g인 카본블랙을 사용할 수 있다.
상기의 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 카본블랙은 DBP값이 114㎡/g이며 CTAB은 96㎡/g인 카본블랙을 사용할 수 있다.
상기의 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 실리카는 BET 표면적이 100∼150㎡/g이며 CTAB은 100∼150㎡/g인 실리카를 사용할 수 있다.
상기의 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 실리카는 BET 표면적이 120㎡/g이며 CTAB은 120㎡/g인 실리카를 사용할 수 있다.
상기의 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 실리카는 표면 처리된 실리카를 사용할 수 있다.
상기 표면 처리된 실리카는 BET 표면적이 100∼150㎡/g이며 CTAB은 100∼150㎡/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 10∼30％의 3-글리시독시프로필트리메톡시실란으로 스프레이(spray) 코팅하여 처리한 것을 사용할 수 있다.
상기 표면 처리된 실리카는 BET 표면적이 120㎡/g이며 CTAB은 120㎡/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 10∼30％의 3-글리시독시프로필트리메톡시실란으로 스프레이(spray) 코팅하여 처리한 것을 사용할 수 있다.
상기의 표면 처리된 실리카는 BET 표면적이 100∼150㎡/g이며 CTAB은 100∼150㎡/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 10∼30％의 3-아미노프로필트리에톡시실란으로 스프레이 코팅하여 처리한 것을 사용할 수 있다.
상기의 표면 처리된 실리카는 BET 표면적이 120㎡/g이며 CTAB은 120㎡/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 10∼30％의 3-아미노프로필트리에톡시실란으로 스프레이 코팅하여 처리한 것을 사용할 수 있다.
상기의 표면 처리된 실리카는 BET 표면적이 100∼150㎡/g이며 CTAB은 100∼150㎡/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 10∼30％의 실란트리올로 스프레이 코팅하여 처리한 것을 사용할 수 있다.
상기의 표면 처리된 실리카는 BET 표면적이 120㎡/g이며 CTAB은 120㎡/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 10∼30％의 실란트리올로 스프레이 코팅하여 처리한 것을 사용할 수 있다.
상기의 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 실란커플링제는 하기 화학식(1)로 표시되는 커플링제, 감마 머캅토 프로필 다이 펜타에톡시 트리데카옥시 에톡시 실란(gamma mercapto propyl di-penta-ethoxy tridecaoxy ethoxy silane) 또는 비스 트리실릴 프로필 테트라설파이드(bis trisilyl propyl tetrasulfide, TESPT)를 사용할 수 있다.
Z-S-A-Si(OCH2H2)3...화학식(1)
상기 화학식(1)에서 Z는 C7-C15 알킬기, 바람직하게는 C7-C10 알킬기이고, A는 C=O 또는 CH2-CH-(OH)이다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물은 물성 향상을 위해 옥수수전분, 감자전분, 고구마전분, 타피오카전분, 쌀전분 또는 밀전분을 추가로 더 사용할 수 있다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물의 물성 향상을 위해 옥수수전분, 감자전분, 고구마전분, 쌀전분, 타피오카전분 또는 밀전분을 원료고무 100중량부에 대하여 5∼20중량부를 추가로 더 사용할 수 있다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물의 물성 향상을 위해 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 옥수수전분, 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 감자전분, 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 고구마전분, 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 쌀전분, 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 타피오카전분 또는 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 밀전분을 사용할 수 있다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물의 물성 향상을 위해 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 옥수수전분, 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 감자전분, 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 고구마전분, 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 쌀전분, 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 타피오카전분 또는 표면적이 BET 측정값으로 2∼50m2/g인 밀전분을 원료고무 100중량부에 대하여 5∼20중량부를 추가로 더 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 고무조성물은 보강성 향상을 위해 상기에서 언급한 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 이외에 보강충진제를 추가로 더 사용할 수 있다.
이때 추가로 더 사용되는 보강충진제는 원료고무 100중량부에 대하여 산화티탄(titanium dioxide), 클레이(clay), 층상실리케이트(layered silicate), 중석(tungsten), 탈크(Talc), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB)의 군으로부터 선택된 어느 하나를 10∼30중량부 사용할 수 있다.
상기에서 클레이는 입자크기가 0.1∼1.0㎛이고, 비표면적이 10∼30m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 클레이는 입자크기가 0.5㎛이고, 비표면적이 20m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경이 0.01∼0.1㎛이고 비표면적이 80∼90m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경이 1∼10㎛이고 비표면적이 150∼200m2/g인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 다양한 성분, 함량 등의 조건에 의해 타이어 트레드 고무조성물을 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 타이어 트레드 고무조성물이 바람직함을 알 수 있었다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 상기에서 언급한 원료고무, 보강충진제인 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본 발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어 트레드 고무조성물에 의해 제조된 고무를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어 트레드 고무조성물에 의해 제조된 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어 트레드 고무조성물에 의해 제조된 고무를 트레드로 함유하는 타이어를 포함한다.
상기에서 타이어는 자동차용 타이어, 버스용 타이어, 트럭용 타이어, 항공기용 타이어, 오토바이용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 나타낸다.
이하 본 발명은 다음을 다음의 실시예, 비교예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로써 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
하기의 표 1과 같이 원료고무로 스티렌 부타디엔 고무(SBR)를 사용하고, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 70중량부를 혼합하여 1차 배합을 완성한 후 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제(N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylene diamine, Kumanox-13, 금호석유화학, 대한민국) 2중량부를 첨가하여 2차 배합을 145℃에서 30분간 배합한 후 방출하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 1.8중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamide, CZ) 1.8중량부, 가류촉진제(Diphenyl guanidine, DPG) 0.5중량부를 첨가하여 100℃에서 20분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
상기에서 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)는 스티렌 부타디엔 고무 100중량부에 대하여 DBP값이 114㎡/g이며 CTAB은 96㎡/g인 카본블랙 50중량부를 혼합하고 배합하여 2mm의 두께로 쉬트(sheet)화 한 다음 50mm×50mm(가로×세로)의 크기로 절단하고 톨루엔에 침지시켜 고무상 영역을 용매인 톨루엔에 용출시킨 후 200메쉬(mesh)의 체로 걸러서 걸러진 성분을 진공오븐에서 건조시켜 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)를 사용하였다.
<실시예 2>
바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 75중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
<실시예 3>
바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 80중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
<비교예>
원료고무로 스티렌 부타디엔 고무(SBR)를 사용하고, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 70중량부를 혼합하여 1차 배합을 완성한 후 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제(Kumanox-13) 2중량부를 첨가하여 2차 배합을 145℃에서 30분간 배합한 후 방출하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 1.8중량부, 가류촉진제(CZ) 1.8중량부, 가류촉진제(DPG) 0.5중량부를 첨가하여 100℃에서 20분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
상기에서 카본블랙은 DBP값이 114㎡/g이며 CTAB은 96㎡/g인 카본블랙을 사용하였다.
비교예 및 실시예 1 내지 실시예 3의 고무조성(단위:중량부)
구분 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
SBR 100 100 100 100
카본블랙 70 - - -
FBR - 70 75 80
산화아연 3 3 3 3
스테아린산 2 2 2 2
아로마틱 오일 37.5 37.5 37.5 37.5
노화방지제 2 2 2 2
가류제(유황) 1.8 1.8 1.8 1.8
가류촉진제(CZ) 1.8 1.8 1.8 1.8
가류촉진제(DPG) 0.5 0.5 0.5 0.5
1) SBR : SBR1721로서 스타이렌 40.5％, 부타디엔 59.5％ 함유한 스티렌 부티디엔 고무이다.
<시험예>
상기 비교예 및 실시예 1 내지 실시예 3에 의해 제조한 각각의 고무시편에 대하여 ASTM 관련 규정에 의하여 경도(Shore-A), 300％ 모듈러스, 인장강도, 신율, 유리전이온도(Tg), 동적점탄성(0℃tanδ 및 70℃tanδ), 마모(DIN 마모) 등의 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
비교예 및 실시예 1 내지 실시예 3의 고무 물성
구분 비교예 실시예1 실시예2 실시예3
경도 100 96 99 103
300％ 모듈러스 100 91 98 100
인장강도 100 99 102 105
신장율 100 101 106 109
유리전이온도(Tg) -10.5 -10.8 -10.2 -11
0℃tanδ 0.795 0.801 0.792 0.791
70℃tanδ 0.113 0.084 0.092 0.108
DIN마모 131 128 139 130
*실시예 1 내지 실시예 3의 고무시편에 대한 경도, 300％ 모듈러스, 인장강도, 신장율 등의 물성값은 비교예의 고무시편에 대한 경도, 300％ 모듈러스, 인장강도, 신장율 등의 물성값을 100으로 하였을 때 환산한 수치로서 수치가 높을수록 물성이 우수함을 의미한다.
*0℃tanδ: 젖은 노면 제동력(Wet skid) 지수이며, 수치가 높을수록 특성이 우수함을 의미한다.
*70℃tanδ: 회전저항 지수이며, 수치가 낮을수록 특성이 우수함을 의미한다.
DIN마모: 시편을 일정조건하에 마모시킨 후, 마모 시키기 전과의 부피차 이를 나타내며, 수치가 낮을수록 마모 특성이 우수함을 의미한다.
상기 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, FBR을 카본블랙과 동량으로 첨가한 실시예 1의 경우 카본블랙을 첨가하여 혼련한 비교예에 비하여 경도가 다소 하락한 결과를 보이나, 회전저항 특성, 젖는 노면 제동력 특성은 우수함을 알 수 있었다. 한편, 이러한 경도 등의 특성은 FBR의 함량을 증가시킨 실시예 2와 실시예 3의 경우에서는 비교예 대비 동등 수준의 경도, 인장강도를 확보하였으며, 회전저항의 지표라 할 수 있는 70℃tanδ 및 젖은 노면 제동력의 지표인 0℃tanδ에서는 보다 우수하여 회전저항 특성 및 젖은 노면 제동력의 특성이 우수함을 알 수 있었다.
<실시예 4>
원료고무로 스티렌 부타디엔 고무(SBR)를 사용하고, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 85중량부를 혼합하여 1차 배합을 완성한 후 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제(Kumanox-13) 2중량부를 첨가하여 2차 배합을 145℃에서 30분간 배합한 후 방출하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 1.8중량부, 가류촉진제(CZ) 1.8중량부, 가류촉진제(DPG) 0.5중량부를 첨가하여 100℃에서 20분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
상기에서 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)는 스티렌 부타디엔 고무 100중량부에 대하여 BET 표면적이 120㎡/g이며 CTAB은 120㎡/g인 실리카 50중량부, 감마 머캅토 프로필 다이 펜타에톡시 트리데카옥시 에톡시 실란(gamma mercapto propyl di-penta-ethoxy tridecaoxy ethoxy silane) 5중량부를 혼합하고 배합하여 2mm의 두께로 쉬트(sheet)화 한 다음 50mm×50mm(가로×세로)의 크기로 절단하고 톨루엔에 침지시켜 고무상 영역을 용매인 톨루엔에 용출시킨 후 200메쉬(mesh)의 체로 걸러서 걸러진 성분을 진공오븐에서 건조시켜 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)를 사용하였다.
<실시예 5>
원료고무로 스티렌 부타디엔 고무(SBR)를 사용하고, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 80중량부를 혼합하여 1차 배합을 완성한 후 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제(Kumanox-13) 2중량부, 표면적이 BET 측정값으로 35±2m2/g인 타피오카전분 10중량부, 중석(tungsten) 20중량부를 첨가하여 2차 배합을 145℃에서 30분간 배합한 후 방출하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 1.8중량부, 가류촉진제(CZ) 1.8중량부, 가류촉진제(DPG) 0.5중량부를 첨가하여 100℃에서 20분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
상기에서 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)는 스티렌 부타디엔 고무 100중량부에 대하여 BET 표면적이 120㎡/g이며 CTAB은 120㎡/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 25％의 실란트리올로 스프레이 코팅하여 표면 처리된 실리카 50중량부, 하기 화학식(1)의 실란커플링제 5중량부를 혼합하고 배합하여 2mm의 두께로 쉬트(sheet)화 한 다음 50mm×50mm(가로×세로)의 크기로 절단하고 톨루엔에 침지시켜 고무상 영역을 용매인 톨루엔에 용출시킨 후 200메쉬(mesh)의 체로 걸러서 걸러진 성분을 진공오븐에서 건조시켜 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)를 사용하였다.
Z-S-A-Si(OCH2H2)3...화학식(1)
상기 화학식(1)에서 Z는 C10 알킬기이고, A는 CH2-CH-(OH)이다.
<실시예 6>
바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 BET 표면적이 120㎡/g이며 CTAB은 120㎡/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 25％의 3-아미노프로필트리에톡시실란으로 스프레이 코팅하여 표면 처리된 실리카 50중량부, 하기 화학식(1)의 실란커플링제 5중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
Z-S-A-Si(OCH2H2)3...화학식(1)
상기 화학식(1)에서 Z는 C12 알킬기이고, A는 C=O이다.
<실시예 6>
바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 제조시 BET 표면적이 120㎡/g이며 CTAB은 120㎡/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 25％의 3-글리시독시프로필트리메톡시실란으로 스프레이 코팅하여 표면 처리된 실리카 50중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 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.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 보강충진제로서 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)를 사용하여 고무조성물에서 일어날 수 있는 히스테리시스를 최소화함으로써 고무조성물의 열손실을 감소시키는 한편 회전저항 특성을 향상시킬 수 있으며, 젖은 노면 제동성능에 영향을 주지않는 타이어 트레드 고무조성물을 제공할 수 있다.
또한 상기의 특성을 지니는 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무와 이러한 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공할 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (3)

  1. 타이어 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR) 5∼85중량부; 옥수수전분, 감자전분, 고구마전분, 쌀전분, 타피오카전분 또는 밀전분의 전분 5∼20중량부; 산화티탄(titanium dioxide), 입자크기가 0.1∼1.0㎛이고 비표면적이 10∼30m2/g인 클레이(clay), 층상실리케이트(layered silicate), 중석(tungsten), 탈크(Talc), 직경이 0.01∼0.1㎛이고 비표면적이 80∼90m2/g인 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB), 직경이 1∼10㎛이고 비표면적이 150∼200m2/g인 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)의 군으로부터 선택된 어느 하나의 보강충진제 10∼30중량부;를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물.
    상기에서 바운드 러버가 형성된 충진제(FBR)는 고무 100중량부에 대하여 표면 처리된 실리카 10∼150중량부 및 실란커플링제 1∼15중량부를 혼합하고 배합하여 두께 1∼5mm의 쉬트(sheet)화 한 다음 20∼100mm×20∼100mm(가로×세로)의 크기로 절단하고 톨루엔에 침지시켜 고무상 영역을 용매인 톨루엔에 용출시킨 후 100∼200메쉬(mesh)의 체로 걸러서 걸러진 성분을 진공오븐에서 건조시킨 것으로서, 상기의 표면 처리된 실리카는 BET 표면적이 100∼150m2/g이며 CTAB은 100∼150m2/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 10∼30％의 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 또는 실란트리올로 스프레이(spray) 코팅하여 처리한 것이고, 상기의 실란커플링제는 하기 화학식(1)로 표시되는 커플링제 또는 감마 머캅토 프로필 다이 펜타에톡시 트리데카옥시 에톡시 실란(gamma mercapto propyl di-penta-ethoxy tridecaoxy ethoxy silane)이다.
    Z-S-A-Si(OCH2H2)3...화학식(1)
    상기 화학식(1)에서 Z는 C7-C15 알킬기이고, A는 C=O 또는 CH2-CH-(OH)이다.
  2. 청구항 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무.
  3. 청구항 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
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