KR101237758B1 - 지르콘산염 커플링제를 포함하는 타이어용 고무조성물 - Google Patents

지르콘산염 커플링제를 포함하는 타이어용 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지르콘산염 커플링제를 포함하는 타이어용 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 타이어용 고무조성물에 있어서, 하기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제 또는 하기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무, 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
(RO-)n-Zr-(-OXR'Y)4-n ...구조식(1)
상기 구조식(1)에서 n은 0∼4의 정수이고,
R은 말단의 가수분해 가능 작용기이거나 또는 R은 히드록시기(-OH) 및 프로톤(H+)과 반응할 수 있는 작용기이거나 또는 R은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C20 알킬렌기이며,
X는 포스파토(phosphato), 피로포스파토(pyrophosphato), 설포닐(sulfonyl) 및 카르복실(carboxyl) 중에서 선택된 어느 하나이며,
R'은 알리파틱(aliphatic), 비극성 이소프로필(non-polar isopropyl), 부틸(butyl), 옥틸(octyl), 이소스테아로일(isostearoyl), 나프테닉(naphthenic), 도데실벤질(dodecylbenzyl), 아로마틱 벤질(aromatic benzyl), 커밀(cumyl), 페닐(phenyl) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이며,
Y는 아크릴(acryl), 메타크릴(methacryl), 머캅토(mercapto) 및 아미노(amino) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이다.
(RO-)n-Zr-(-OR'Y)4-n ...구조식(2)
상기 구조식(2)에서 n은 0∼4의 정수이고;
R은 말단의 가수분해 가능 작용기이거나 또는 R은 히드록시기(-OH) 및 프로톤(H+)과 반응할 수 있는 작용기이거나 또는 R은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C20 알킬렌기이며;
R'은 알리파틱(aliphatic), 비극성 이소프로필(non-polar isopropyl), 부틸(butyl), 옥틸(octyl), 이소스테아로일(isostearoyl), 나프테닉(naphthenic), 도데실벤질(dodecylbenzyl), 아로마틱 벤질(aromatic benzyl), 커밀(cumyl), 페닐(phenyl) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이며;
Y는 아크릴(acryl), 메타크릴(methacryl), 머캅토(mercapto) 및 아미노(amino) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이다.

Description

지르콘산염 커플링제를 포함하는 타이어용 고무조성물{Rubber composition for tire comprising zirconate coupling agent}
본 발명은 지르콘산염 커플링제를 포함하는 타이어용 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 타이어용 고무조성물에 있어서, 하기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제 또는 하기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무, 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
(RO-)n-Zr-(-OXR'Y)4-n ...구조식(1)
상기 구조식(1)에서 n은 0∼4의 정수이고,
R은 말단의 가수분해 가능 작용기이거나 또는 R은 히드록시기(-OH) 및 프로톤(H+)과 반응할 수 있는 작용기이거나 또는 R은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C20 알킬렌기이며, 바람직하게는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C10 알킬렌기이며, 보다 바람직하게는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌 및 데실렌이며;
X는 포스파토(phosphato), 피로포스파토(pyrophosphato), 설포닐(sulfonyl) 및 카르복실(carboxyl) 중에서 선택된 어느 하나이며,
R'은 알리파틱(aliphatic), 비극성 이소프로필(non-polar isopropyl), 부틸(butyl), 옥틸(octyl), 이소스테아로일(isostearoyl), 나프테닉(naphthenic), 도데실벤질(dodecylbenzyl), 아로마틱 벤질(aromatic benzyl), 커밀(cumyl), 페닐(phenyl) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이며,
Y는 아크릴(acryl), 메타크릴(methacryl), 머캅토(mercapto) 및 아미노(amino) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이다.
(RO-)n-Zr-(-OR'Y)4-n ...구조식(2)
상기 구조식(2)에서 n은 0∼4의 정수이고;
R은 말단의 가수분해 가능 작용기이거나 또는 R은 히드록시기(-OH) 및 프로톤(H+)과 반응할 수 있는 작용기이거나 또는 R은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C20 알킬렌기이며, 바람직하게는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C10 알킬렌기이며, 보다 바람직하게는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌 및 데실렌이며;
R'은 알리파틱(aliphatic), 비극성 이소프로필(non-polar isopropyl), 부틸(butyl), 옥틸(octyl), 이소스테아로일(isostearoyl), 나프테닉(naphthenic), 도데실벤질(dodecylbenzyl), 아로마틱 벤질(aromatic benzyl), 커밀(cumyl), 페닐(phenyl) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이며;
Y는 아크릴(acryl), 메타크릴(methacryl), 머캅토(mercapto) 및 아미노(amino) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이다.
다양한 분야에서 사용되고 있는 고무는 각각의 제품이 생산 목적에 적합한 물성을 갖도록 하기 위해 다양한 첨가제를 첨가하여 제조되고 있다.
고무를 주요한 재료로 하는 타이어 또한 타이어의 경도, 인장강도, 내마모성 등의 특성을 향상시키기 위하여 충전제(filler)를 첨가하고 있다.
타이어용 고무에 첨가하는 충전제로서 대표적으로 사용되고 있는 것이 카본블랙(carbon black)과 실리카(silica)이다.
상기의 타이어용 고무에 첨가하는 충전제 중에서 고무의 성질과 같은 소수성을 나타내는 카본블랙은 고무와의 친화력으로 인해 물리적인 상호작용을 통해 고무의 보강효과를 나타낼 수 있다. 하지만, 친수성을 나타내는 실리카는 고무와의 계면에서의 물리적인 상호작용은 약하면서 실리카 상호간의 친화력이 강하여 고무조성물 내에서 실리카 상호간의 결합력에 의해 고무조성물 내에서 실라키의 분산이 잘 되지않으며, 실리카와 고무와의 친화력이 약한 문제점으로 인해 카본블랙 보다는 보강효과가 크게 떨어지는 문제가 있다.
상기와 같은 실리카 충전제에 대한 문제점을 해결하기 위해 충전제로 실리카를 사용하는 고무조성물에서는 실란(silane)과 같은 커플링제(coupling agent)를 첨가하는데, 실란 커플링제는 실리카의 표면에 유기성 분자막을 형성하여 실리카의 분산성을 향상시키고 고무와 실리카 간의 화학결합을 형성하여 보강효과를 나타내게 된다.
그러나 실란 커플링제는 히드록실기(hydroxyl group, -OH)와 반응하여 충전제에 유기 분자막을 형성하는데, 히드록실기는 실리카(silica)와 알루미나(alumina) 등의 일부 한정된 충전제에만 존재하고 카본블랙(carbon black)이나 탄산칼슘(CaCO3), 그라파이트(graphite), 아라미드(aramid) 및 유기 충전제 등에는 존재하지 않기 때문에 고무조성물의 물성 향상을 위한 커플링제로서의 실란 커플링제의 사용은 매우 제한적이다.
본 발명은 친수성의 특징을 가지는 충전제 및/또는 소수성의 특징을 가지는 충전제 모두에 사용할 수 있는 커플링제를 타이어용 고무조성물에 첨가하여 이러한 커플링제에 의해 고무조성물 내에서의 충전제의 분산성 및 고무성분과 충전제의 상호작용을 증대시킴으로써 인장강도, 모듈러스(modulus), 신장율 및 내마모성의 물성을 향상시킬 수 있는 타이어용 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기에서 언급한 고무조성물로 이루어져 물성을 향상된 고무를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기에서 언급한 고무조성물로 이루어져 물성을 향상된 고무를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.
본 발명은 타이어용 고무조성물에 있어서, 하기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제 또는 하기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무, 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.
(RO-)n-Zr-(-OXR'Y)4-n ...구조식(1)
상기 구조식(1)에서 n은 0∼4의 정수이고,
R은 말단의 가수분해 가능 작용기이거나 또는 R은 히드록시기(-OH) 및 프로톤(H+)과 반응할 수 있는 작용기이거나 또는 R은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C20 알킬렌기이며, 바람직하게는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C10 알킬렌기이며, 보다 바람직하게는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌 및 데실렌이며;
X는 포스파토(phosphato), 피로포스파토(pyrophosphato), 설포닐(sulfonyl) 및 카르복실(carboxyl) 중에서 선택된 어느 하나이며,
R'은 알리파틱(aliphatic), 비극성 이소프로필(non-polar isopropyl), 부틸(butyl), 옥틸(octyl), 이소스테아로일(isostearoyl), 나프테닉(naphthenic), 도데실벤질(dodecylbenzyl), 아로마틱 벤질(aromatic benzyl), 커밀(cumyl), 페닐(phenyl) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이며,
Y는 아크릴(acryl), 메타크릴(methacryl), 머캅토(mercapto) 및 아미노(amino) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이다.
(RO-)n-Zr-(-OR'Y)4-n ...구조식(2)
상기 구조식(2)에서 n은 0∼4의 정수이고;
R은 말단의 가수분해 가능 작용기이거나 또는 R은 히드록시기(-OH) 및 프로톤(H+)과 반응할 수 있는 작용기이거나 또는 R은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C20 알킬렌기이며, 바람직하게는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C10 알킬렌기이며, 보다 바람직하게는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌 및 데실렌이며;
R'은 알리파틱(aliphatic), 비극성 이소프로필(non-polar isopropyl), 부틸(butyl), 옥틸(octyl), 이소스테아로일(isostearoyl), 나프테닉(naphthenic), 도데실벤질(dodecylbenzyl), 아로마틱 벤질(aromatic benzyl), 커밀(cumyl), 페닐(phenyl) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이며;
Y는 아크릴(acryl), 메타크릴(methacryl), 머캅토(mercapto) 및 아미노(amino) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이다.
본 발명의 타이어용 고무조성물은 친수성의 특징을 가지는 충전제 및/또는 소수성의 특징을 가지는 충전제 모두에 사용할 수 있는 상기 구조식(1)의 커플링제를 포함하고 있어 이러한 커플링제에 의해 고무와 충전제 간의 물리적 결합과 동시에 화학적 결합을 형성하게 됨으로써 인장강도, 모듈러스, 신장율 및 내마모성의 물성 이외에 젖은노면에서의 제동력, 회전저항 특성 및 저발열특성이 향상된 타이어용 고무조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 지르콘산염 커플링제를 포함하는 타이어용 고무조성물을 나타낸다.
본 발명은 타이어용 고무조성물에 있어서, 하기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제 또는 하기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제를 포함하는 타이어용 고무조성물을 나타낸다.
(RO-)n-Zr-(-OXR'Y)4-n ...구조식(1)
상기 구조식(1)에서 n은 0∼4의 정수이고,
R은 말단의 가수분해 가능 작용기이거나 또는 R은 히드록시기(-OH) 및 프로톤(H+)과 반응할 수 있는 작용기이거나 또는 R은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C20 알킬렌기이며, 바람직하게는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C10 알킬렌기이며, 보다 바람직하게는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌 및 데실렌이며;
X는 포스파토(phosphato), 피로포스파토(pyrophosphato), 설포닐(sulfonyl) 및 카르복실(carboxyl) 중에서 선택된 어느 하나이며,
R'은 알리파틱(aliphatic), 비극성 이소프로필(non-polar isopropyl), 부틸(butyl), 옥틸(octyl), 이소스테아로일(isostearoyl), 나프테닉(naphthenic), 도데실벤질(dodecylbenzyl), 아로마틱 벤질(aromatic benzyl), 커밀(cumyl), 페닐(phenyl) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이며,
Y는 아크릴(acryl), 메타크릴(methacryl), 머캅토(mercapto) 및 아미노(amino) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이다.
(RO-)n-Zr-(-OR'Y)4-n ...구조식(2)
상기 구조식(2)에서 n은 0∼4의 정수이고;
R은 말단의 가수분해 가능 작용기이거나 또는 R은 히드록시기(-OH) 및 프로톤(H+)과 반응할 수 있는 작용기이거나 또는 R은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C20 알킬렌기이며, 바람직하게는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C10 알킬렌기이며, 보다 바람직하게는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌 및 데실렌이며;
R'은 알리파틱(aliphatic), 비극성 이소프로필(non-polar isopropyl), 부틸(butyl), 옥틸(octyl), 이소스테아로일(isostearoyl), 나프테닉(naphthenic), 도데실벤질(dodecylbenzyl), 아로마틱 벤질(aromatic benzyl), 커밀(cumyl), 페닐(phenyl) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이며;
Y는 아크릴(acryl), 메타크릴(methacryl), 머캅토(mercapto) 및 아미노(amino) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이다.
상기에서 상기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제의 일예로서 하기 구조식(3)으로 표시되는 지르콘산염을 사용할 수 있다.
Figure 112011000124328-pat00001
... 구조식(3)
상기에서 상기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제의 일예로서 하기 구조식(4)로 표시되는 지르콘산염을 사용할 수 있다.
Figure 112011000124328-pat00002
...구조식(4)
본 발명은 타이어용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 충전제 10∼80중량부, 상기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제 0.01∼20중량부 또는 상기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제 0.01∼20중량부를 포함하는 타이어용 고무조성물을 나타낸다.
본 발명에 사용되는 원료고무는 천연고무를 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 원료고무는 합성고무를 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 원료고무는 천연고무 및 합성고무와의 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 원료고무는 천연고무 및 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무의 종류에는 특별한 제한은 없으나, 그 구체적인 일예로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 부틸고무, 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, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세티에트고무, 아크릴고무, 히드린고무, 비닐벤질클로라이드스티렌부타디엔고무, 브로모메틸스티렌부틸고무, 말레인산스티렌부타디엔고무, 카르복실산스티렌부타디엔고무, 이소프렌 고무, 에폭시이소프렌고무, 말레인산에틸렌프로필렌고무, 카르복실산니트릴부타디엔고무 및 BIMS(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합한 혼합고무를 사용할 수 있고, 이때 혼합고무의 경우 그 혼합비율에는 특별히 한정은 없다.
본 발명의 타이어용 고무조성물은 고무조성물의 인장강도, 모듈러스(modulus), 신장율 및 내마모성의 물성 향상을 위해 충전제를 사용한다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 실리카(silica)를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 카본블랙(carbon black)을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 클레이(clay)를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 나노클레이(nano clay)를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 탄소나노튜브(carbon nano tube)를 사용할 수 있다. 이때 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWNT), 이중벽 탄소나노튜브(double-walled carbon nanotube, DWNT) 및 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWNT) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기의 탄소나노튜브는 직경이 5∼100nm인 단일벽 탄소나노튜브, 직경이 5∼100nm인 이중벽 탄소나노튜브 및 직경이 5∼100nm인 다중벽 탄소나노튜브 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 알루미나(alumina)를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 그라파이트(graphite)를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 아라미드(aramid)를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 탄산칼슘(CaCO3)을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)을 사용할 수 있다. 이때 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 0.01∼0.1㎛이고, 비표면적이 80∼90m2/g인 것을 사용하거나 또는 직경 1∼10㎛이고, 비표면적이 100∼120m2/g인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제는 실리카(silica), 카본블랙(carbon black), 클레이, 나노클레이(nano clay), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 알루미나(alumina), 그라파이트(graphite), 아라미드(aramid), 탄산칼슘(CaCO3) 및 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB) 중에서 선택된 2종 이상이 소정의 혼합비로 혼합된 혼합 충전제, 바람직하게는 서로 동일한 중량비로 혼합된 혼합 충전제를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제를 원료고무 100중량부에 대하여 10중량부 미만 사용하면 충전제를 사용하는 의미가 없으며, 80중량부를 초과하여 사용하면 과량의 충전제의 사용에 의해 오히려 고무조성물의 물성이 감소될 우려가 있으므로, 본 발명의 타이어용 고무조성물에서 충전제를 원료고무 100중량부에 대하여 10∼80중량부를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에서 상기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제 또는 상기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제는 원료고무와 충전제의 상호작용을 증대시켜 원료고무와 충전제와의 결합력을 향상시키거나 또는 충전제 상호간의 결합력을 감소시켜 충전제의 분산성을 향상시킴으로써 고무조성물의 물성을 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에서 원료고무 100중량부에 대하여 상기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제 또는 상기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제를 0.01중량부 미만 사용하면 충전제와 고무 매트릭스 간의 화학적 결합 형성에 충분하지 못하여 바람직하지 않고, 20중량부를 초과하여 사용하면 과량의 커플링제 사용으로 인해 기타 첨가제 간의 부작용 발생의 소지가 있어서 바람직하지 않다. 따라서 본 발명의 타이어용 고무조성물에서 상기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제 또는 상기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제는 원료고무 100중량부에 대하여 0.01∼20중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 타이어용 고무조성물은 고무조성물의 물성 향상을 위해 첨가제를 추가로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물은 고무조성물의 물성 향상을 원료고무 100중량부에 대하여 첨가제 1∼30중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기의 첨가제는 유리섬유(glass fiber)를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기의 유리섬유는 직경이 1∼10㎛, 길이가 10∼1000㎛인 것을 사용할 수 있다.
상기의 첨가제는 탄소섬유(carbon fiber)를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기의 탄소섬유는 직경이 1∼10㎛, 길이가 10∼1000㎛인 것을 사용할 수 있다.
상기의 첨가제는 유리 플레이크(glass flake)를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기의 유리 플레이크는 10∼200메쉬(mesh)로 분쇄된 유리 플레이크를 사용할 수 있다.
상기의 첨가제는 유리섬유, 탄소섬유 및 유리 플레이크 중에서 선택된 어느 2종 이상을 추가로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무조성물에 있어서, 다양한 성분, 함량 등의 조건에 의해 타이어용 고무조성물을 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 타이어용 고무조성물이 바람직함을 알 수 있었다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 상기에서 언급한 원료고무, 지르콘산염 커플링제, 충젠제 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 활성제, 노화방지제, 공정오일, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어용 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어용 고무조성물로 이루어진 고무를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어용 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어용 고무조성물로 이루어진 고무를 타이어의 트레드부(캡 트레드(Cap Tread) 및/또는 언더 트레드(Under Tread))로 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어용 고무조성물로 이루어진 고무를 타이어의 사이드월(sidewall)부로 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어용 고무조성물로 이루어진 고무를 타이어의 에이펙스(apex)부로 함유하는 타이어를 포함한다.
상기에서 본 발명의 타이어용 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어에 있어서, 타이어는 승용차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어, 오토바이용 타이어, 항공기용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 나타낸다.
이하 본 발명의 내용을 다음의 실시예, 비교예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
천연고무(NR)를 원료고무로 사용하고, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙(HAF (N351)) 50중량부, 하기 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부, 산화아연(ZnO) 4중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부를 밴버리 믹서에서 혼합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 1.75중량부, 가류촉진제로서 N-터셔리-부틸-2-벤조티아질설펜아미드(N-t-butyl-2-benzothiazole sulfenamide, NS) 2중량부를 첨가하여 밴버리 믹서에서 추가 혼합하여 얻은 고무 배합물을 160℃에서 15분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
하기 표 1에 고무성분의 조성을 정리하여 나타내었다.
Figure 112011000124328-pat00003
...구조식(4)
<비교예>
천연고무(NR)를 원료고무로 사용하고, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙(HAF (N351)) 50중량부, 실란 커플링제인 비스-(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설판[Bis-(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfane] 4중량부, 산화아연(ZnO) 4중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부를 밴버리 믹서에서 혼합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 1.75중량부, 가류촉진제(NS) 2중량부를 첨가하여 밴버리 믹서에서 추가 혼합하여 얻은 고무 배합물을 160℃에서 15분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
하기 표 1에 고무성분의 조성을 정리하여 나타내었다.
실시예 1 및 비교예의 고무조성(단위: 중량부)
구분 비교예 실시예 1
천연고무 100 100
카본블랙1 ) 50 50
실란 커플링제2 ) 4 -
지르콘산염 커플링제3 ) - 4
산화아연 4 4
스테아린산 2 2
황 1.75 1.75
가류촉진제14 ) 2 2
1) HAF(N351)
2) 비스-(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설판
3) 지르콘산염 커플링제
4) N-터셔리-부틸-2-벤조티아질설펜아미드(NS)
<시험예>
상기 실시예 1 및 비교예에서 제조한 각각의 고무에 대한 물성을 ASTM 관련 규정에 따라 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 1 및 비교예 고무의 물성
구분 비교예 실시예 1
300％ 모듈러스 100 103
인장강도 100 133
신장율 100 124
동적점탄성1(Tan δ70℃)1) (회전저항관련) 100 92
동적점탄성2( Tan δ0℃)2) (견인력관련) 100 100
내마모특성3 ) 100 95
발열특성4 ) 100 90
연료소비율(205/60R16, 트레드부 적용)5 ) 100 97
*상기 표 2에서 실시예의 물성 측정값은 비교예의 물성 측정값을 100으로 하였을 때의 상대적인 값으로 나타낸 것으로서, 300％ 모듈러스, 인장강도, 신장율은 수치가 높을 수록 물성이 우수함을 의미한다.
*상기 표 2에서 Tan δ(0℃)는 타이어의 성능 중 젖은 상태의 제동력(wet traction) 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 높을수록 물성이 우수하며, Tan δ(70℃)는 타이어의 성능 중 회전저항 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 낮을수록 물성이 우수함을 의미한다.
*상기 표 2에서 내마모특성, 발열특성, 연료소비율은 수치가 낮을수록 물성이 우수함을 나타낸다.
상기 표 2에서 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에서 제조한 고무시편은 종래 비교예에서 제조한 고무시편 보다 300％ 모듈러스, 인장강도, 신장율의 물성이 우수하며, 특히 내마모성능 및 발열성능이 향상되고 회전저항력을 감소시켜 연료소비율을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
<실시예 2>
카본블랙 대신 실리카를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
상기에서 실리카는 BET 표면적이 200±20㎡/g인 것을 사용하였다.
<실시예 3>
카본블랙 대신 클레이를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 4>
카본블랙 대신 나노클레이(nano clay)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 5>
카본블랙 대신 탄소나노튜브(carbon nano tube)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
상기에서 탄소나노튜브는 직경이 30nm인 단일벽 탄소나노튜브를 사용하였다.
<실시예 6>
카본블랙 대신 알루미나(alumina)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 6>
카본블랙 대신 그라파이트(graphite)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 7>
카본블랙 대신 아라미드(aramid)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 8>
카본블랙 대신 탄산칼슘(CaCO3)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 9>
카본블랙 대신 직경 0.05±0.01㎛이고, 비표면적이 85±1m2/g인신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 10>
카본블랙 대신 직경 5±1㎛이고, 비표면적이 110±2m2/g인 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 11>
카본블랙 50중량부 대신 카본블랙과 실리카가 1:1의 중량비(카본블랙 25중량부 및 실리카 25중량부)로 혼합된 혼합 충전제를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 12>
구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 하기 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
Figure 112011000124328-pat00004
... 구조식(3)
<실시예 13>
카본블랙 대신 실리카를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
상기에서 실리카는 BET 표면적이 200±20㎡/g인 것을 사용하였다.
<실시예 14>
카본블랙 대신 클레이를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 15>
카본블랙 대신 나노클레이(nano clay)를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 16>
카본블랙 대신 탄소나노튜브(carbon nano tube)를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
상기에서 탄소나노튜브는 직경이 30nm인 단일벽 탄소나노튜브를 사용하였다.
<실시예 17>
카본블랙 대신 알루미나(alumina)를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 18>
카본블랙 대신 그라파이트(graphite)를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 19>
카본블랙 대신 아라미드(aramid)를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 20>
카본블랙 대신 탄산칼슘(CaCO3)를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 21>
카본블랙 대신 직경 0.05±0.01㎛이고, 비표면적이 85±1m2/g인신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 22>
카본블랙 대신 직경 5±1㎛이고, 비표면적이 110±2m2/g인 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 23>
카본블랙 50중량부 대신 카본블랙과 실리카가 1:1의 중량비(카본블랙 25중량부 및 실리카 25중량부)로 혼합된 혼합 충전제를 사용하고, 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부 대신 실시예 12에 나타낸 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 24>
천연고무(NR)를 원료고무로 사용하고, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙(HAF (N351)) 50중량부, 하기 구조식(4)의 지르코산염 커플링제 4중량부, 산화아연(ZnO) 4중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부, 100메쉬(mesh)의 유리 플레이크(glass flake) 10중량부를 밴버리 믹서에서 혼합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 1.75중량부, 가류촉진제로서 N-터셔리-부틸-2-벤조티아질설펜아미드(N-t-butyl-2-benzothiazole sulfenamide, NS) 2중량부를 첨가하여 밴버리 믹서에서 추가 혼합하여 얻은 고무 배합물을 160℃에서 15분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
Figure 112011000124328-pat00005
...구조식(4)
<실시예 25>
유리 플레이크 10중량부 대신 직경이 3±0.5㎛, 길이가 200±5㎛인 유리섬유(glass fiber) 15중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 12와 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 26>
유리 플레이크 10중량부 대신 직경이 2±0.5㎛, 길이가 100±5㎛인 탄소섬유(carbon fiber) 25중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 12와 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 27>
유리 플레이크 10중량부 대신 유리섬유와 탄소섬유의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 12와 동일한 방법으로 고무를 제조하였다. 이때 유리섬유는 직경이 3±0.5㎛, 길이가 200±5㎛인 유리섬유 10중량부를 사용하였고, 탄소섬유는 직경이 2±0.5㎛, 길이가 100±5㎛인 탄소섬유 10중량부를 사용하였다.
<실시예 28>
천연고무(NR)를 원료고무로 사용하고, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙(HAF (N351)) 50중량부, 하기 구조식(3)의 지르코산염 커플링제 4중량부, 산화아연(ZnO) 4중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부, 100메쉬(mesh)의 유리 플레이크(glass flake) 10중량부를 밴버리 믹서에서 혼합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 1.75중량부, 가류촉진제로서 N-터셔리-부틸-2-벤조티아질설펜아미드(N-t-butyl-2-benzothiazole sulfenamide, NS) 2중량부를 첨가하여 밴버리 믹서에서 추가 혼합하여 얻은 고무 배합물을 160℃에서 15분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
Figure 112011000124328-pat00006
... 구조식(3)
<실시예 29>
유리 플레이크 10중량부 대신 직경이 3±0.5㎛, 길이가 200±5㎛인 유리섬유(glass fiber) 15중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 28과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 30>
유리 플레이크 10중량부 대신 직경이 2±0.5㎛, 길이가 100±5㎛인 탄소섬유(carbon fiber) 25중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 28과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 31>
유리 플레이크 10중량부 대신 유리섬유와 탄소섬유의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 28과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다. 이때 유리섬유는 직경이 3±0.5㎛, 길이가 200±5㎛인 유리섬유 10중량부를 사용하였고, 탄소섬유는 직경이 2±0.5㎛, 길이가 100±5㎛인 탄소섬유 10중량부를 사용하였다.
본 발명의 타이어용 고무조성물은 친수성의 특징을 가지는 충전제 및/또는 소수성의 특징을 가지는 충전제 모두에 사용할 수 있는 지르콘산염 커플링제를 포함하고 있어 이러한 커플링제에 의해 고무와 충전제 간의 물리적 결합과 동시에 화학적 결합을 형성하게 됨으로써 인장강도, 모듈러스, 신장율 및 내마모성의 물성 이외에 젖은노면에서의 제동력, 회전저항 특성 및 저발열특성이 향상된 타이어용 고무조성물을 제공할 수 있어 이러한 고무조성물을 타이어에 적용시 우수한 물성을 지닌 타이어를 제공할 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (5)

  1. 타이어용 고무조성물에 있어서,
    하기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제 또는 하기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
    (RO-)n-Zr-(-OXR'Y)4-n ...구조식(1)
    상기 구조식(1)에서 n은 0∼4의 정수이고,
    R은 말단의 가수분해 가능 작용기이거나 또는 R은 히드록시기(-OH) 및 프로톤(H+)과 반응할 수 있는 작용기이거나 또는 R은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C20 알킬렌기이며,
    X는 포스파토(phosphato), 피로포스파토(pyrophosphato), 설포닐(sulfonyl) 및 카르복실(carboxyl) 중에서 선택된 어느 하나이며,
    R'은 비극성 이소프로필(non-polar isopropyl), 부틸(butyl), 옥틸(octyl), 이소스테아로일(isostearoyl), 나프테닉(naphthenic), 도데실벤질(dodecylbenzyl), 아로마틱 벤질(aromatic benzyl), 커밀(cumyl), 페닐(phenyl) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이며,
    Y는 아크릴(acryl), 메타크릴(methacryl), 머캅토(mercapto) 및 아미노(amino) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이다.
    (RO-)n-Zr-(-OR'Y)4-n ...구조식(2)
    상기 구조식(2)에서 n은 0∼4의 정수이고;
    R은 말단의 가수분해 가능 작용기이거나 또는 R은 히드록시기(-OH) 및 프로톤(H+)과 반응할 수 있는 작용기이거나 또는 R은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-C20 알킬렌기이며;
    R'은 비극성 이소프로필(non-polar isopropyl), 부틸(butyl), 옥틸(octyl), 이소스테아로일(isostearoyl), 나프테닉(naphthenic), 도데실벤질(dodecylbenzyl), 아로마틱 벤질(aromatic benzyl), 커밀(cumyl), 페닐(phenyl) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이며;
    Y는 아크릴(acryl), 메타크릴(methacryl), 머캅토(mercapto) 및 아미노(amino) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 작용기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 충전제 10∼80중량부, 상기 구조식(1)의 지르콘산염 커플링제 0.01∼20중량부 또는 상기 구조식(2)의 지르콘산염 커플링제 0.01∼20중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    충전제는 실리카(silica), 카본블랙(carbon black), 클레이, 나노클레이(nano clay), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 알루미나(alumina), 그라파이트(graphite), 아라미드(aramid), 탄산칼슘(CaCO3) 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
  4. 청구항 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항의 고무조성물로 이루어진 고무.
  5. 청구항 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
KR1020110000148A 2011-01-03 2011-01-03 지르콘산염 커플링제를 포함하는 타이어용 고무조성물 KR101237758B1 (ko)

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