KR101582209B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 대한 것으로서, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 연속식 방법에 의해 중합되며, TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract) 오일을 포함한 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 10 내지 40 중량부, 회분식 방법에 의해 중합되며, 말단이 아미노 알콕시실릴기로 치환된 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 25 내지 55 중량부, 및 연속식 방법에 의해 중합되며, 말단이 아미노 알콕시실릴기로 치환되며, SRAE 오일을 포함하는 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 30 내지 65 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 그리고 실리카 70 내지 100 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 타이어 트레드의 마모 성능의 트레이드-오프 발생 없이 저연비 성능 및 젖음 성능을 개선하여 마모 및 저연비 성능의 저하 없이 제동 성능 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 타이어 트레드의 마모 성능의 트레이드-오프 발생 없이 저연비 성능 및 젖음 성능을 개선하여 마모 및 저연비 성능의 저하 없이 제동 성능 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
최근 석유 에너지의 고갈 및 환경에 대한 인식이 증가함에 따라, 자동차 및 타이어 산업에 대해 환경 친화적 기술이 요구되고 있는 실정이다. 또한, 환경뿐만이 아닌 타이어의 안전에 관한 성능인 젖음(Wet) 성능 또한 요구되고 있는 실정이다.
이러한 요구 성능의 경우 라벨링(Labeling) 제도가 제도적으로 도입될 뿐만 아니라, 요구성능을 만족시키지 못 할 경우 시장 진출이 불가하며, 기업의 이미지에 큰 타격을 입게 되어, 타이어의 성능은 타이어 산업에서의 성적표와 같은 역할을 하게 되었다. 이러한 라벨링 제도의 경우 유럽, 일본, 한국 뿐 아니라, 중국 등 제 3국으로 확산되고 있는 실정이다.
일반적으로 타이어의 성능은 마른 노면, 젖은 노면에서의 제동 성능과 핸들링&라이드(Handling&Ride) 성능, 저연비 성능, 내마모 성능 등이 있으며 이러한 성능들 중 일부는 서로 상반되는 성능으로 한 가지 성능을 택하다 보면 다른 한 가지 성능은 불리해지는 트레이드-오프(Trade-off) 경향이 발생하게 된다.
특히, 라벨링 제도가 시작되면서 저연비 성능과 젖은 노면 제동 성능을 동시에 향상시키는 기술로 보강성 충진제를 실리카를 사용하게 됨으로써 타이어의 마모 성능이 크게 저하되는 경향을 보여, 타이어 제조 업체에서는 이 문제를 극복하기 위한 노력이 계속되어 왔다.
이러한 실리카를 사용한 조성물의 경우 폴리머와의 화학적 결합을 이루게 되어 물리적 결함을 하는 카본계 조성물에 비해 저연비 성능에는 유리한 반면, 실리카와 폴리머의 화학적 결합을 위한 실란계 화합물을 사용함으로써, 분산 등의 가공성이 불리하여 마모에 취약한 특성을 보인다. 이러한 트레이드-오프 성능을 극복하기 위해 실리카계 고무 조성물에 대한 연구 개발이 이루어지고 있으며, 나아가 새로운 원료를 개발하여 실리카와 폴리머의 친화력을 향상시켜 마모 및 회전저항 성능 저하 없이 젖은 노면 제동성능을 향상시키는 연구가 진행 중이다.
한국특허공개 제2013-0029523호(공개일: 2013.03.25) 한국특허공개 제2012-0061265호(공개일: 2012.06.13) 한국특허공개 제2012-0010468호(공개일: 2012.02.03)
본 발명의 목적은 타이어 트레드의 마모 성능의 트레이드-오프 발생 없이 저연비 성능 및 젖음 성능을 개선하여 마모 및 저연비 성능의 저하 없이 제동 성능 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 연속식 방법에 의해 중합되며, TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract) 오일을 포함한 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 10 내지 40 중량부, 회분식 방법에 의해 중합되며, 말단이 아미노 알콕시실릴기로 치환된 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 25 내지 55 중량부, 및 연속식 방법에 의해 중합되며, 말단이 아미노 알콕시실릴기로 치환되며, SRAE(Solvent residual aromatic extract) 오일을 포함하는 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 30 내지 65 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 그리고 실리카 70 내지 100 중량부를 포함한다.
상기 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 30 내지 60 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 15 내지 30 중량%이고, 중량평균분자량이 1,000,000g/mol 이상이고, Tg가 -20 내지 -30℃일 수 있다.
상기 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 20 내지 40 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 30 내지 50 중량%이고, Tg가 -20 내지 -40℃이고, 중량평균분자량이 600,000 내지 800,000g/mol이고, 분자량 분포가 1.1 이하일 수 있다.
상기 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 30 내지 50 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 20 내지 40 중량%이고, Tg가 -30 내지 -50℃이고, 분자량이 1,200,000 내지 1,700,000g/mol이고, 분자량 분포가 1.5 이상일 수 있다.
상기 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 상기 TDAE 오일을 20 내지 50 PHR(parts per hundred rubber) 포함할 수 있다.
상기 TDAE 오일은 폴리사이클릭 아로마틱 하이드로카본(polycyclic aromatic hydrocarbon)의 함량이 10mg/kg 미만이고, 아로마틱계 성분의 함량이 15 내지 25 중량%이고, 나프텐계 성분의 함량이 27 내지 37 중량%이고, 파라핀계 성분의 함량이 38 내지 58 중량%이고, 동점도가 95 이상(210℉ SUS)일 수 있다.
상기 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 상기 SRAE 오일을 20 내지 40 PHR(parts per hundred rubber) 포함할 수 있다.
상기 SRAE 오일은 폴리사이클릭 아로마틱 하이드로카본(polycyclic aromatic hydrocarbon)의 함량이 3mg/kg 미만이고, 아로마틱계 성분의 함량이 20 내지 30 중량%이고, 나프텐계 성분의 함량이 35 내지 50 중량%이고, 파라핀계 성분의 함량이 27 내지 37 중량%이고, 동점도가 210 내지 225(210℉ SUS)일 수 있다.
상기 실리카는 질소흡착 비표면적이 160 내지 180㎡/g이고, CTAB값이 150 내지 170㎡/g일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 연속식 방법에 의해 중합되며, TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract) 오일을 포함한 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 10 내지 40 중량부, 회분식 방법에 의해 중합되며, 말단이 아미노 알콕시실릴기로 치환된 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 25 내지 55 중량부, 및 연속식 방법에 의해 중합되며, 말단이 아미노 알콕시실릴기로 치환되며, SRAE 오일을 포함하는 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 30 내지 65 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 그리고 실리카 70 내지 100 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기와 같은 구성을 통하여 타이어 트레드의 마모 성능의 트레이드-오프 발생 없이 저연비 성능 및 젖음 성능을 개선하여 마모 및 저연비 성능의 저하 없이 제동 성능 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 30 내지 60 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 15 내지 30 중량%이고, 중량평균분자량이 1,000,000g/mol 이상이고, Tg가 -20 내지 -30℃일 수 있다.
일반적으로 스티렌의 함량이 높으면 마찰에 의한 히스테리시스 열손실이 높아 마른 노면이나 젖은 노면에서의 제동 성능이 우수하다. 또한, 상기 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 연속식 방법으로 중합되어 다량의 저분자 물질로 인해 가공성이 우수하고 제동 성능에도 다소 유리한 특징이 있다.
상기 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 함량은 10 내지 40 중량부일 수 있고, 바람직하게 15 내지 25 중량부 일 수 있다. 상기 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 함량이 10 중량부 미만인 경우 제동성능 및 가공성에 불리하게 작용할 수 있으며, 40 중량부를 초과하는 경우 회전저항에 불리한 영향을 미칠 수 있다.
상기 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 상기 TDAE 오일을 20 내지 50PHR(parts per hundred rubber), 바람직하게 30 내지 40PHR 포함할 수 있다. 상기 TDAE 오일의 함량이 20PHR 미만인 경우 가공성이 저하될 수 있고, 50 PHR을 초과하는 경우 오일의 함량 증가로 인하여 타이어 성능 저하가 있을 수 있다. 상기 PHR(parts per hundred rubber)은 상기 오일의 함량을 제외한 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 100 중량부에 대하여 상기 오일이 차지하는 중량부를 의미한다.
상기 TDAE 오일은 DAE(Distillate Aromatic Extract)오일과 비교할 때, 아로마틱계 성분, 나프텐계 성분, 파라핀계 성분의 차이로 인해여 유리전이화 온도(Tg)가 서로 다르고, 내마모성이나 연비성능 측면에서 우수한 효과가 있다. 상기 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무가 상기 TDAE오일을 포함하는 경우, 스티렌의 영향으로 저하된 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 유연성 상승과 함께 발암물질 배출량을 최소화하는 등 환경적으로도 우수한 효과를 기대할 수 있다.
상기 TDAE 오일은 PAHs인 벤조(a)피렌(Benzo(a)pyrene, C20H12), 벤조(a)피렌, 벤조(e)피렌(Benzo(e)Pyrene, C20H12), 벤조(b)플루오란텐(Benzo(b)Fluoranthene, C20H12), 벤조(j)플루오란텐 (Benzo(j)Fluoranthene, C20H12), 벤조(b)플루오란텐(Benzo(a)Anthtacene, C20H12), 벤조(k)플루오란텐(Benzo(k)Fluoranthene, C20H12), 크리센(Chrysene, C18H12) 및 디벤조(a,h)안트라센(Dibenzo(a,h)Anthracene, C20H12)의 함량의 합이 10mg/kg 미만이고, 아로마틱계 성분의 함량이 15 내지 30 중량%이고, 나프텐계 성분의 함량이 27 내지 37 중량%이고, 파라핀계 성분의 함량이 38 내지 58 중량%이고, 동점도가 95 이상(210℉ SUS)인 것일 수 있다.
상기 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 20 내지 40 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 30 내지 50 중량%이고, Tg가 -20 내지 -40℃이고, 중량평균분자량이 600,000 내지 800,000g/mol이고, 분자량 분포가 1.1 이하일 수 있다.
또한, 상기 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 말단에 아미노 알콕시실릴기가 치환되며, 오일을 함유하지 않은 것이 바람직하다. 상기 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 비교적 낮은 수준이며 일반적으로 스티렌의 구조가 비닐의 구조보다 크기 때문에 스티렌의 함량이 낮으면 마찰에 의한 히스테리시스 열손실이 낮아 저연비 성능이 우수하다. 또한, 비공유 전자쌍을 가지는 아미노 알콕시실릴기가 치환되어 보강성 충진제와의 결합을 향상시켜 우수한 결합성으로 마모 및 저연비 성능에 더욱 유리할 수 있다. 반면, 오일을 함유하지 않았기 때문에 오일을 함유한 고무 대비 히스테리시스가 다소 높아져 제동 성능 또한 보완할 수 있는 장점이 있다.
상기 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 함량은 25 내지 55 중량부이고, 바람직하게 30 내지 50 중량부일 수 있다. 상기 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 함량이 25 중량부 미만이면 저연비 성능이 저조할 수 있고, 55 중량부를 초과하면 제동 성능이 저하될 수 있다.
상기 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 30 내지 50 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 20 내지 40 중량%이고, Tg가 -30 내지 -50℃이고, 분자량이 1,200,000 내지 1,700,000g/mol이고, 분자량 분포가 1.5 이상일 수 있다.
또한, 상기 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 말단에 아미노 알콕시실릴기가 치환되며, SRAE 오일을 20 내지 40PHR 포함한다. 상기 PHR은 상기 오일의 함량을 제외한 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 100 중량부에 대하여 상기 오일이 차지하는 중량부를 의미한다.
상기 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 역시 비공유 전자쌍을 가지는 아미노 알콕시실릴기가 치환되어 보강성 충진제와의 우수한 결합성으로 마모성능에 유리할 수 있으며 회분식 방법에 의해 중합된 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무와 달리 연속식 방법으로 중합되어 다량의 저분자 물질들로 인한 높은 히스테리시스 열손실로 제동 성능에 또한 우수하다. 이는 트레이드-오프 성능인 저연비 성능과 제동 성능의 균형을 잘 이룬 최적화된 원료로 볼 수 있다.
상기 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 함량은 30 내지 65 중량부일 수 있고, 바람직하게 30 내지 50 중량부일 수 있다. 상기 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 함량이 30 중량부 미만이면 제동 성능 및 마모 성능 향상 효과가 미미할 수 있고, 65 중량부를 초과하면 저연비 성능 및 가공성에 불리할 수 있다.
상기 SRAE 오일은 PAHs인 벤조(a)피렌(Benzo(a)pyrene, C20H12), 벤조(a)피렌, 벤조(e)피렌(Benzo(e)Pyrene, C20H12), 벤조(b)플루오란텐(Benzo(b)Fluoranthene, C20H12), 벤조(j)플루오란텐 (Benzo(j)Fluoranthene, C20H12), 벤조(b)플루오란텐(Benzo(a)Anthtacene, C20H12), 벤조(k)플루오란텐(Benzo(k)Fluoranthene, C20H12), 크리센(Chrysene, C18H12) 및 디벤조(a,h)안트라센(Dibenzo(a,h)Anthracene, C20H12)의 함량의 합이 3mg/kg 미만이고, 아로마틱계 성분의 함량이 20 내지 30 중량%이고, 나프텐계 성분의 함량이 35 내지 50 중량%이고, 파라핀계 성분의 함량이 27 내지 37 중량%이고, 동점도가 210 내지 225(210℉ SUS)인 것일 수 있다. 즉, 상기 SRAE 오일은 상기 TDAE 오일과 비교하여 점도가 낮다는 점에서 주요한 차이가 있다.
상기 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 상기 SRAE 오일을 20 내지 40PHR, 바람직하게 30 내지 40PHR 포함할 수 있다. 상기 SRAE 오일의 함량이 20PHR 미만인 경우 혼합 가공이 어려울 수 있고, 40PHR을 초과하는 경우 고무의 경도가 낮아질 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 보강성 충진제로 카본 블랙을 사용하지 않고 고분산성 실리카를 단독 사용한다. 또한, 상기 실리카의 분산성 향상을 위해 실란 커플링제도 사용할 수 있다.
본 발명의 목적에 적합한 타이어 트레드용 고무 조성물을 얻기 위해서는 질소흡착 비표면적이 160 내지 180㎡/g이고, CTAB값이 150 내지 170㎡/g인 고분산성 실리카를 상기 원료고무 100 중량부에 대해 70 이내 100 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 실리카의 함량이 70 중량부 미만이면 제동 성능이 저조할 수 있고, 100 중량부를 초과하면 내마모 성능 및 저연비 성능이 불리해질 수 있다.
상기 실란 커플링제로는 알콕시폴리설파이드 실란 화합물 중 비스-(트리 알콕시 실릴 프로필) 폴리설파아드(TESPD) 및 비스-3-트리에톡시 실릴프로필 테트라설파이드(TESPT)등을 사용할 수 있으며, 상기 TESPD는 TESPT와 카본 블랙 50%를 블랜드한 것이다. 이러한 실란 커플링제는 상기 고무 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 타이어 트레드용 고무에 가소성을 부여하고 가공을 용이하게 하기 위해 사용하는 연화제로서 가공 오일은 PAH(Polycyclic Aromatic Hydocarbon) 성분의 총 함량이 3 중량% 이하이고, 동점도가 95 이상(210 ℉ SUS), 연화제 내 방향족 성분이 15 내지 25 중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37 중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58 중량%인 오일을 5 내지 10 중량부로 사용하는 것이 바람직하다
또한, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 가류제로 유황 가류제를 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 유황 가류제의 예로는 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황을 사용할 수도 있다. 상기 유황 가류제는 원소 유황을 바람직하게 사용할 수 있으며, 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2.0 중량부로 사용할 수 있다.
또한, 가류촉진제로는 아민(Amine), 이황화물, 구아니딘(guanidine), 티오(thio) 요소, 티아졸(thiazole), 티우람(thiuram), 설펜 아미드(sulfene amide)에서 선택된 화합물을 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1.5 내지 3.5 중량부로 사용할 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 노화방지제로 N-(1,3-Dimethybytyl)-N-phenyl-p-phenlenediamine(6PPD), N-phenyl-n-isopropyl-p-phenylenediamine(3PPD) 및 Poly(2.2.4-trimethyl-1.2-dihydroquinoline(RD)로 이루어진 군에서 선택된 화합물을 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 6 중량부로 더 포함할 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기에서 언급한 조성 이외에도 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 산화아연, 스테아린산, 가공조제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 선택하여 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 통상적인 2단계의 연속 제조 공정을 통하여 제조될 수 있다. 즉, 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1 단계 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스)에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수 있다. 상기 고무 구성 요소로는 사이드월, 사이드월 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer), 와이어 코트 또는 이너라이너 등을 들 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 타이어는 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 트럭 타이어 또는 버스 타이어 등일 수 있다. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 타이어 트레드의 마모 성능의 트레이드-오프 발생 없이 저연비 성능 및 젖음 성능을 개선하여 마모 및 저연비 성능의 저하 없이 제동 성능 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[ 제조예 : 고무 조성물의 제조]
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐다.
비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3 비교예4 비교예5
S-SBR(1)1) 110
(80)		 55
(40)		 27.5
(20)		 27.5
(20)		 27.5
(20)		 27.5
(20)		 27.5
(20)		 27.5
(20)
S-SBR(2)2) 0 40 40 40 50 30 60 20
S-SBR(3)3) 0 0 27.5
(20)		 55
(40)		 41.25
(30)		 68.75
(50)		 27.5
(20)		 82.5
(60)
BR4 ) 20 20 20 0 0 0 0 0
실리카5 ) 90 90 90 90 90 90 90 90
커플링제 15 15 15 15 15 15 15 15
가공오일6 ) 5 5 5 5 5 5 5 5
노화방지제 6 6 6 6 6 6 6 6
가류제 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
가류촉진제 3 3 3 3 3 3 3 3
(단위: 중량부)
1) S-SBR(1): 스티렌 함량이 40 중량%, 부타디엔 내의 비닐 함량이 27 중량%이며, Tg가 -25℃인 연속식 방법에 의해 제조된 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SBR), TDAE 오일 37.5 PHR 포함(괄호 안의 숫자는 오일의 함량을 제외한 SBR의 중량부임).
2) S-SBR(2): 스티렌 함량이 25 중량%, 부타디엔 내의 비닐 함량이 45 중량%이며, Tg가 -30℃이고 말단에 아미노 알콕시실릴기가 치환된 회분식 방법에 의해 제조된 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SBR).
3) S-SBR(3): 스티렌 함량이 35 중량%, 부타디엔 내의 비닐 함량이 25 중량%이며, Tg가 -35℃이고 말단에 아미노 알콕시실릴기가 치환된 연속식 방법에 의해 제조된 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SBR), SRAE 오일 37.5 PHR 포함(괄호 안의 숫자는 오일의 함량을 제외한 SBR의 중량부임).
4) BR: 네오디움 촉매로 제조한 부타디엔 고무.
5) 실리카: 질소 흡착가가 175㎡/g, CTAB값 160㎡/g인 침강성 실리카.
6) 가공오일: PAH(PolyCyclic Aromatic Hydocarbo) 성분 총 함량이 3 중량% 이하이고, 동점도가 95(210℉ SUS), 연화제 내 방향족 성분이 25 중량%, 나프텐계 성분이 32.5 중량% 및 파라핀계 성분이 47.5 중량%인 오일.
* 상기 S-SBR(1)과 S-SBR(3)에서 사용된 TDAE 오일과 SRAE 오일의 차이를 하기 표 2에 정리하였다.
동점도(210℉ SUS) 방향족 성분 함량(중량%) 나프텐계 성분 함량(중량%) 파라핀계 성분 함량(중량%)
TDAE 오일 98 25 36 39
SRAE 오일 215 23 48 32
[ 실험예 : 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3 비교예4 비교예5
무니점도 64 65 69 81 80 83 74 88
경도 66 65 63 67 66 66 67 66
300% 모듈러스 141 151 153 139 142 154 149 146
파단 에너지 250 271 283 284 281 291 279 291
0 ℃ tanδ 0.316 0.254 0.258 0.337 0.331 0.427 0.297 0.441
60℃ tanδ 0.107 0.082 0.085 0.091 0.074 0.093 0.068 0.111
- 무니점도(ML1+4(125℃))는 ASTM 규격 D1646에 의해 측정하였다.
- 경도(ShoreA)는 DIN 53505에 의해 측정하였다.
- 300% 모듈러스(kgf/cm2)와 파단에너지(kgf/mm2)는 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.
- 점탄성은 RDS 측정기를 사용하여 0.5% 변형(strain)에 10Hz Frequency 하에서 -60℃에서 70℃ 까지 G', G" tan δ를 측정하였다.
상기 무니점도는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미 가류 고무의 가공성이 우수하다. 상기 경도는 조종 안정성을 나타내는 것으로 그 값이 높을수록 조종 안정성이 우수하다. 상기 파단에너지는 고무가 파단될 때 필요한 에너지를 나타내는 것으로 값이 높을수록 필요한 에너지가 높아 마모 성능이 우수하다. 상기 0℃ tanδ는 마른 노면 또는 젖은 노면에서의 제동 특성을 나타낸 것으로 수치가 높을수록 제동 성능이 우수함을 나타낸다. 또한, 60℃ tanδ는 회전저항 특성을 나타내는 것으로서 수치가 낮을수록 성능이 우수함을 나타낸다.
또한, 상기 비교예 및 실시예의 고무로 트레드를 만들고 이 트레드 고무를 반제품으로 포함하는 225/45ZR19 규격의 타이어를 제조하여 이 타이어에 대한 젖은 노면에서의 제동 거리, 회전 저항에 따른 저연비 성능 및 마모 성능에 대한 상대 비율을 표 4에 나타내었다.
비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3 비교예4 비교예5
마모 성능 100 102 103 103 103 103 102 102
젖은노면 제동성능 100 90 92 102 102 105 98 106
저연비 성능 100 105 105 103 105 103 107 97
상기 표 3 및 4를 참조하면, 상기 연속식 방법에 의해 제조된 용액 중합에 의해 생성된 스티렌-부타디엔 고무와 말단에 아미노 알콕시실릴기가 치환된 스티렌-부타디엔 고무의 회분식 방법에 의해 중합된 고무와 연속식 방법에 의해 중합된 고무를 삼원화하여 사용한 경우 마모 및 회전저항의 저하 없이 젖은 노면에서의 제동 성능이 우수하게 향상된 결과를 보인다. 다만, 말단에 아미노 알콕시실릴기가 치환되고 회분식 방법에 의해 중합된 스티렌-부타디엔 고무의 경우 적정 중량부 이상으로 증량하면 젖은 노면 제동 성능이 불리해 지고, 연속식 반응에 의해 중합된 스티렌-부타디엔 고무의 함량이 증가할 경우 저연비 성능과 가공성이 상당히 불리해짐을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 연속식 방법에 의해 중합되며, TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract) 오일을 포함한 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 10 내지 40 중량부,
    회분식 방법에 의해 중합되며, 말단이 아미노 알콕시실릴기로 치환된 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 25 내지 55 중량부, 및
    연속식 방법에 의해 중합되며, 말단이 아미노 알콕시실릴기로 치환되며, SRAE(Solvent Residual Aromatic Extract) 오일을 포함하는 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 30 내지 65 중량부
    를 포함하는 원료고무 100 중량부, 그리고
    실리카 70 내지 100 중량부를 포함하며,
    상기 TDAE 오일은 폴리사이클릭 아로마틱 하이드로카본(polycyclic aromatic hydrocarbon)의 함량이 10mg/kg 미만이고, 아로마틱계 성분의 함량이 15 내지 25 중량%이고, 나프텐계 성분의 함량이 27 내지 37 중량%이고, 파라핀계 성분의 함량이 38 내지 58 중량%이고, 동점도가 95 이상(210℉ SUS)이고,
    상기 SRAE 오일은 폴리사이클릭 아로마틱 하이드로카본(polycyclic aromatic hydrocarbon)의 함량이 3mg/kg 미만이고, 아로마틱계 성분의 함량이 20 내지 30 중량%이고, 나프텐계 성분의 함량이 35 내지 50 중량%이고, 파라핀계 성분의 함량이 27 내지 37 중량%이고, 동점도가 210 내지 225(210℉ SUS)인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 30 내지 60 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 15 내지 30 중량%이고, 중량평균분자량이 1,000,000g/mol 이상이고, Tg가 -20 내지 -30℃인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 20 내지 40 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 30 내지 50 중량%이고, Tg가 -20 내지 -40℃이고, 중량평균분자량이 600,000 내지 800,000g/mol이고, 분자량 분포가 1.1 이하인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 30 내지 50 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 20 내지 40 중량%이고, Tg가 -30 내지 -50℃이고, 분자량이 1,200,000 내지 1,700,000g/mol이고, 분자량 분포가 1.5 이상인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 상기 TDAE 오일을 20 내지 50PHR(parts per hundred rubber) 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 상기 SRAE 오일을 20 내지 40PHR(parts per hundred rubber) 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실리카는 질소흡착 비표면적이 160 내지 180㎡/g이고, CTAB값이 150 내지 170㎡/g인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  10. 제1항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
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