KR101747503B1 - 고무조성물 및 이를 포함하는 타이어 트래드용 고무조성물 - Google Patents

고무조성물 및 이를 포함하는 타이어 트래드용 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고무조성물 및 이를 포함하는 타이어 트래드용 고무조성물에 관한 것이다.

Description

고무조성물 및 이를 포함하는 타이어 트래드용 고무조성물{Rubber composition and rubber composition for tyre comprising the same}
본 발명은 고무조성물 및 이를 포함하는 타이어 트래드용 고무조성물에 관한 것이다.
최근의 고유가 및 교토 의정서와 같은 국제적 협약을 통한 지구온난화 물질에 대한 규제가 전 세계적으로 강화되면서 에너지 효율성이 높은 타이어에 대한 수요가 증가되고 있으며, 이러한 요구특성에 의해 타이어사들은 지속적으로 연비 성능이 우수한 타이어에 대한 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 아울러 연비 성능과 더불어 기본적으로 제동특성도 크게 저하되지 않도록 노력하고 있다. 이러한 타이어의 요구 특성을 충분히 발휘하기 위해서는 타이어 자체의 제조 기술뿐만 아니라 기본적으로 타이어를 구성하는 가장 중요한 재료 중 하나인 원료고무가 타이어의 요구특성을 만족시킬 수 있도록 설계하는 것이 매우 중요한 사항이다.
한편, 승용차용 타이어의 노면 접지부분인 트래드는 최근 연비 절감과 제동성능 향상을 위해 실리카를 충진제로 사용하는 추세이나, 실리카 표면의 친수 작용기로 인해 서로간 응집력이 크고 이에 따라 분산이 어려워 마모성능 저하 등의 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 실리카 커플링제나 변성 SSBR 등의 사용에 따라 많은 부분 개선이 이루어졌다. 하지만, 고무의 인장 특성과 히스테리리스 개선에는 한계가 있어, 이를 개선하고자 다양한 보조 충진제가 연구되고 있다.
그 중 아라미드 섬유를 사용하여 고무의 인장강도를 개선하고, 제동 성능을 향상하는 다양한 선행 연구들이 있다.
종래에는 타이어 트래드용 고무 조성물 배합 시, 배합제 중 하나로 아라미드 섬유를 추가로 포함한다. 그러나 이는 아라미드 섬유가 고무내에서 분산되기 어려워 물성의 발현이 어렵고, 고무 물성을 저하시키는 문제가 있다. 이뿐만 아니라, 배합 이후 물리/화학적 결합이 어려워 아라미드 섬유의 물성의 발현 저하로 오히려 피로파괴 및 인장성능 등의 저하, 및 발열특성이 커지는 문제가 있다.
이에 본 발명은 티올기를 포함하는 아라미드 섬유를 포함하는 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 고무 조성물을 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 티올기를 포함하는 아라미드 섬유 및 고무를 포함하는 고무 조성물을 제공한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 고무는 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 변성 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR), 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무(E-SBR) 및 부타디엔 고무(BR) 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR)는 스티렌이 15 ~ 70중량%를 포함할 수 있고, 무니점도는 30 이상 일 수 있다. 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR) 100 중량부에 대하여 티올기를 포함하는 아라미드 섬유는 0.5 ~ 15 중량부로 포함할 수 있다. 상기 아라미드 섬유는 길이가 0.1 ~ 10mm 이고, 두께가 5 ~ 30㎛일 수 있고, 상기 아라미드 섬유는 단섬유(Chopped fiber)일 수 있다. 그리고 상기 고무 조성물은 베일형태일 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 본 발명의 고무 조성물 및 실리카를 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물을 제공한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 고무 조성물 100 중량부에 대하여 상기 실리카를 20 ~ 150 중량부를 포함할 수 있다. 그리고 본 발명의 타이어 트래드용 고무조성물로 제조된 타이어 트래드도 제공한다. 본 발명의 또 다른 태양은 고무 및 용매를 포함하는 고무 중합물에 티올기를 포함하는 아라미드 섬유를 분산시키는 단계를 포함하는 고무 조성물 제조방법을 제공한다.
본 발명은 티올기를 포함하는 아라미드 섬유를 포함하는 고무 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 고무 조성물을 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명의 고무 조성물을 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물 배합 시, 실리카(Silica)와 같은 충진제 필러가 균일하게 분산될 수 있다. 따라서, 본 발명의 타이어 트래드용 고무 조성물은 가공성을 판단하는 무니점도가 낮아지고, 인장강도가 증가할 수 있다. 그리고 점탄성 성능 개선에 따라 젖은 노면 제동성과 회전저항 감소가 가능하며, 아라미드 섬유의 내마모 특성이 타이어 트래드용 고무 조성물에서 발현될 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 타이어 트래드용 고무 조성물을 포함하는 타이어는 제동성능과 저연비 특성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다. 이뿐만 아니라, 마모 성능 향상을 꾀할 수 있었다. 따라서 본 발명에서는 고성능 타이어를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 고무 조성물 및 실리카를 사용하여, 타이어 트래드용 고무 조성물 배합 시를 반응을 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기의 구체적 설명은 본 발명의 일 실시예에 대한 설명이므로, 비록 한정적 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
본 발명에서 타이어 트래드용 고무 조성물은 고무 조성물 및 충진제인 실리카 등과 같은 기타 성분을 배합한 것을 의미하며, 타이어 제조에 사용되는 조성물을 의미한다.
즉, 본 발명에서는 고무 조성물 및 타이어 트래드용 고무 조성물을 제공한다.
스티렌-부타디엔 고무(SSBR)에 실리카를 충진제로 사용하는 종래기술은, 실리카 표면의 친수 작용기로 인해 서로간 응집력이 크고 이에 따라 분산이 어려워 마모성능 저하 등의 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 실리카 커플링제나 변성 SSBR 등의 사용에 따라 많은 부분 개선이 이루어졌다. 하지만, 고무의 인장 특성, 히스테리리스 및 마모 성능 개선에는 한계가 있다. 그래서 또다른 종래 기술에서는 아라미드 섬유를 타이어 트래드 고무 조성물 제조시 포함하는 방법이 고려되었으나, 이는 아라미드 섬유의 분산이 어렵고 고무 및 충진제와의 상호작용이 없으므로, 인장 성능 개선 및 히스테리시스 감소 효과를 나타내기 어려웠다.
이에 본 발명자들은 아라미드 섬유의 분산 및 특성 발현을 향상시키기 위해서 예의 노력한바, 티올기를 포함하는 아마리드 섬유 및 고무를 포함하는 고무 조성물을 제조하고, 본 발명의 고무 조성물을 타이어 트래드용 고무 조성물 제조 시에 투입함으로써, 종래의 문제점을 해결할 수 있다는 것을 발견하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명에서는 티올기를 포함하는 아라미드 섬유가 고무 조성물에 분산되어 있다.
또한 종래에는 타이어 트래드용 고무 조성물 배합 중에 아라미드 섬유를 첨가하여, 아라미드 섬유의 분산이 어렵고 이로 인해 기대하는 실리카(Silica) 분산 성능을 얻지 못한다.
이에, 본 발명에서는 본 발명의 고무 조성물 및 실리카를 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물을 제공한다. 따라서, 본 발명의 고무 조성물에 포함되어 있는 티올기를 포함하는 아라미드 섬유가 타이어 트래드용 고무 조성물 배합시에 투입되는 실리카와 직접 반응하여 분산을 향상시키게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예로써, 본 발명의 고무 조성물 및 실리카를 사용하여, 타이어 트래드용 고무 조성물 배합시, 충진제로 사용되는 실리카와 티올기를 포함하는 아라미드 섬유간의 반응을 나타낸 모식도이다.
도 1의 메커니즘을 설명하면, 본 발명의 티올기를 포함하는 아라미드 섬유의 -SH기와 실리카(Silica)의 -OH기가 축중합을 일으키고, 이로 인해 실리카 표면의 친수성 치환기들이 실딩(Shielding)되어 실리카 필러(Filler)간 응집력이 약해져 분산성이 개선된다. 즉, 타이어 트래드용 고무 조성물 내부 충진재의 균일한 분산으로 인해 인장물성 및 가공성 발열특성이 개선된다.
따라서, 본 발명의 고무 조성물을 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물은 종래에 단순히 스티렌-부타디엔 고무(SSBR)와 충진제 또는/및 아라미드 섬유를 배합시에 투입하여 제조한 타이어 트래드용 고무 조성물보다, 실리카 분산성을 개선하여, 우수한 성능을 나타내는 타이어를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명은 티올기를 포함하는 아라미드 섬유, 고무 및 실리카를 동시에 투입하여 제조하는 타이어 트래드용 고무 조성물보다 분산성이 우수하다.
이하, 상기 구성성분을 설명한다.
먼저, 상기 티올기를 포함하는 아라미드 섬유에 대해 설명한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 티올기를 포함하는 아라미드 섬유는 아라미드 섬유의 표면이 티올기로 개질되어 있다. 상기 티올기를 포함하는 아라미드는 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 티올기를 포함하는 아라미드 섬유의 총중량백분율에서 상기 황(S)은 0.001 ~ 10 중량%를 포함할 수 있다. 만약 0.001 중량% 미만이면, 실리카 표면의 하이드록실기와 반응할 수 없어 충진제의 분산이 어려워지는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 10 중량%를 초과하면 황의 함량 증가에 따라 고무 반제품의 가공 중에 조기 가황이 발생하여 가공성이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로, 상기의 범위가 바람직하다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 티올기를 포함하는 아라미드 섬유는 길이 0.1 ~ 10mm 및 두께가 5 ~ 30㎛ 일 수 있다. 그리고 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 아라미드 섬유는 단섬유일 수 있다.
다음 상기 고무에 대해 설명한다.
본 발명의 상기 고무는 통상적으로 사용 가능한 것이면 무방하다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 고무는 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 변성 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR), 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무(E-SBR) 및 부타디엔 고무(BR) 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR)일 수 있다.
그 중, 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 15 ~ 70 중량%, 바람직하게는 20 ~ 60 중량% 범위 내일 수 있다. 그리고 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR)의 제조방법은 통상적으로 사용 가능한 것이면 무방하다. 예를 들면, 상기 연속 용액중합 공정으로 가능하며, 통상적으로 -20 내지 200℃, 0 ~ 150℃ 혹은 10 내지 120℃ 범위의 온도에서 수행된다. 또한, 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR)의 수평균분자량(Mn)은 1,000 내지 2,000,000 g/mol, 10,000 내지 1,500,000 g/mol, 혹은 100,000 내지 1,200,000 g/mol 일 수 있다. 분자량 비(PDI)는 일례로 0.5 내지 10, 0.5 내지 5, 혹은 1.0 내지 4.0일 수 있다. 그리고 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR)의 무니점도(ML1+4, @100℃)가 30 이상, 바람직하게는 30 내지 150, 더욱 바람직하게는 40 내지 120 혹은 45 내지 100일 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR) 100 중량부에 대하여 상기 티올기를 포함하는 아라미드 섬유는 0.5 ~ 15 중량부로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1 ~ 10 중량부 포함할 수 있다. 만약 상기 티올기를 포함하는 아라미드 섬유가 0.5 중량부 미만이면, 실리카(Silica) 분산 능력 및 아라미드 섬유에 의한 보강성이 저하되어 발열특성 및 인장 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 15 중량부를 초과하면, 리지드한 아라미드 섬유의 비율이 증가함에 따라 타이어 고무 조성물의 모율러스가 지나치게 증가하고 신장율이 급감하여 마모성능이나 피로파괴에 대한 저항성이 저하될 수 있으므로 상기 범위가 바람직하다. 그리고 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 고무 조성물은 베일형태일 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 고무 및 용매를 포함하는 고무 중합물에 티올기를 포함하는 아라미드 섬유를 분산시키는 단계;를 포함하는 고무 조성물 제조방법을 제공한다.
상기 고무; 및 고무 및 용매를 포함하는 고무 중합물;은 통상적으로 사용가능한 것이면 무방하다. 그리고 상기 티올기를 포함하는 아라미드는 통상적으로 사용 가능한 아라미드 섬유에 티올기를 포함하는 것이면 가능하다.
상기 티올기를 포함하는 아라미드의 제조방법을 예를 들면, 통상적으로 사용 가능한 표준파라-아라미드섬유(트와론 또는 테크노라)를 표준 슬릿 어플리케이터(slit applicator)를 사용하여, 톨루엔 용매에 티올기 화합물과 함께 넣어 혼합용액을 제조한다. 그리고 상기 혼합용액을 관 오븐(190℃ 이상)에서 건조시키면, 티올기를 포함하는 아라미드 섬유를 얻을 수 있다. 제조된 티올기를 포함하는 아라미드 섬유는 표준 절단 기계를 사용하여 원하는 길이로 절단하여 사용할 수 있다. 상기 고무 중합물은 총 중량백분율에서 상기 고무가 5 ~ 30 중량%를 포함할 수 있으며, 잔량은 용매이다. 상기 용매는 통상적으로 사용 가능한 것이면 무방하다. 그리고 상기 분산하는 방법은 통상적으로 사용 가능한 것이면 무엇이든 가능하나, 바람직하게는 고전단 분산으로 수행할 수 있다. 이는 티올기를 포함하는 아라미드 섬유를 점도가 높은 고무에 고르게 분산시키기 위함이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 고무 및 용매를 포함하는 고무 중합물에 티올기를 포함하는 아라미드 섬유를 분산시키는 단계를 (1)단계로 하여, (2) 상기 티올기를 포함하는 아라미드 섬유가 분산된 고무 용액을 스트리핑하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 티올기를 포함하는 아라미드 섬유가 분산된 고무 중합물의 스트리핑하는 단계로써, 고무 중합물의 용매를 제거하여 고무 조성물을 제조하는 단계이다. 본 단계를 통해서 고무 중합물에 사용된 용매를 제거하여 고형의 최종 제품을 수득할 수 있다. 본 발명의 상기 스트리핑은 통상적으로 사용 가능한 방법이면 무방하나, 바람직하게는 고무 용액의 용매 비점보다 높은 고온의 수증기(Steam)을 이용하여 수행할 수 있다. 그리고 상기 (2)단계에서 수증기를 이용하여 스트리핑하여, 용매를 제거할 수 있는데, 이로 인해 용매가 제거된 고무 조성물에 수증기가 남아있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2)단계 이후에 (3) 수증기를 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제조방법으로 제조된 (4) 고무 조성물을 압착 및 성형하여 베일 형태로 된 고무 조성물을 제조할 수 있다. 상기 압착 및 성형하는 단계는 통상적으로 사용 가능한 것이면, 무방하다.
본 발명의 또 다른 태양은 본 발명의 고무 조성물 및 실리카(Silica)를 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물을 제공한다. 상기 실리카는 타이어 트래드용 고무 조성물의 보강제 역할을 하는 충진제로 사용된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 실리카는 상기 고무 조성물 100 중량부에 대하여 20 내지 150 중량부, 바람직하게는 25 내지 130 중량부로 포함될 수 있다. 만약, 상기 실리카가 20 중량부 미만인 경우에는 고무의 강도 향상이 부족하고 타이어의 웨트(Wet)제동 성능이 저하될 수 있다. 그리고, 상기 실리카가 150 중량부를 초과하는 경우에는 마모 성능이 저하될 수 있다. 상기 실리카는 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 150 내지 230 ㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide) 값이 150 내지 230 ㎡/g일 수 있다. 상기 실리카의 질소흡착 비표면적이 150 ㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 230 ㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 실리카의 CTAB 값이 150 ㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 230 ㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 상기 실리카는 습식법 또는 건식법으로 제조된 것을 모두 사용할 수 있다. 시판품으로는 울트라실 VN2(Degussa Ag사제), 울트라실 VN3(Degussa Ag사제), 울트라실 U-7000Gr(Degussa Ag사제), 울트라실 U-9000Gr(Degussa Ag사제) Z1165MP(Rhodia사제), Z165GR(Rhodia사제) 및 Z200MP(Rhodia사제) 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 타이어 트래드용 고무 조성물에는 카본블랙(Carbon black), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB), 산화티탄(titanium dioxide), 클레이(clay), 층상실리케이트(layered silicate), 중석(tungsten), 탈크(Talc), 운모(mica), 탄산칼슘, 탈크, 버미큘라이트, 하이드로탈사이트로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 보조 충진제를 더 포함할 수 있다. 그 중에서 상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 30 내지 300m2/g일 수 있고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 60 내지 180cc/100g 일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적이 300m2/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있고, 30m2/g미만이면 보강성 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 카본블랙의 DBP 흡유량이 180cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 60cc/100g 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다. 상기 카본블랙의 대표적인 예로는 N110, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, S315, N326, N330, N332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990 또는 N991 등을 들 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 본 발명의 타이어 트래드용 고무 조성물로 제조된 타이어 트래드를 제공한다.
결론적으로 본 발명에서는 고무 조성물, 이를 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물을 제공한다.
이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다. 또한, 이하의 실시예, 비교예에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
실시예 1
1) 고무조성물 제조
SSBR이 15중량%인 LG chem. F3626 SSBR 시멘트(표 1의 SSBR과 n-Hexane 용매를 포함하는 고무 중합물)를 고전단 믹서(Silverson사 L4RT)에 이송시킨 후, 시멘트상에 티올기를 포함하는 아라미드 섬유를 표 1의 성분 및 조성으로 넣어, 3시간 가동하여 균일하게 분산되도록 하였다. 그리고 시멘트 내부에 아라미드 섬유가 균일하게 분산이 되면, 스트리핑 및 수분제거 공정을 거쳐 최종 베일(Bale) 형태로 하여 고무조성물을 제조하였다.
2) 타이어 트래드용 고무 조성물 제조
타이어 트래드용 고무 조성물의 혼련 방법으로 온도 제어 장치를 부속한 밴버리 믹서(1.6L)를 사용하였다. 1차 배합에서는 80rpm의 조건으로 상기에서 제조한 고무 조성물을 먼저 넣고 30초간 혼련시켰다. 그 후, 표 1의 실리카, 가공오일, 산화아연, 스테아린산 및 노화방지제를 투입하고 60초간 80rpm으로 혼련하였다. 그리고 1회 Ram Sweep(Ram 상승 및 하강) 및 세척(Cleaning) 후 온도를 150℃까지 상승시켜 150℃를 300초간 유지시키는 실라니제이션(Silanization) 반응시켰다. 반응이 끝나면 덤프 아웃(Dump out)하여 마스터 배치(Master Batch)를 얻었다. 2차 배합에서는 앞서 얻은 마스터 배치(Master Batch)고무를 4시간 동안 충분히 냉각시킨 후, 밴버리 믹서에 마스터 배치(Master Batch)와 표 1의 가류제 및 촉진제를 함께 투입하고 40rpm에서 약 90초간 혼련하여 타이어 트래드용 고무 조성물을 제조하였다. 그리고 160℃에서 MDR로 가류 특성을 측정하여 가류 시간을 결정하였다. 고온 고압의 압력(Press)을 통해 결정된 시간 동안 제조된 타이어 트래드용 고무 조성물을 가류하여 물성 측정용 시편을 얻었다.
비교예 1 및 2
하기 표 1의 구성 및 성분을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
중량부 실시예 1 비교예 1 비교예 2
고무 조성물 SSBR 100 100 100
아라미드 섬유 - - 2.0
티올기를 포함하는 아라미드 섬유 2.0 - -
실리카 70 70 70
커플링제 12.5 12.5 12.5
가공오일 37.5 37.5 37.5
산화아연 3 3 3
스테아린산 2 2 2
노화방지제 5 5 5
가류제 1.5 1.5 1.5
촉진제 1.5 1.5 1.5
촉진제(DPG) 2.0 2.0 2.0
1) 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR): 스티렌 함량이 36중량%, 부타디엔 내의 비닐 함량이 26중량% 이며, 유리전이온도(Tg)가 -30℃이고, 중량 평균 분자량이 800,000g/mol이고, 분자량 분포가 1.9이며, 말단이 알콕실릴기로 치환.
2) 아라미드섬유: Teijin사 Twaron short fiber
3) 티올기를 포함하는 아라미드 섬유: Teijin사 Sulfron 3000
4) 실리카: 질소 흡착가가 175㎡/g, CTAB값 160㎡/g 인 침강성 실리카 Ultra 7000Gr
5) 커플링제: 알콕시폴리설파이드 실란 화합물 중 비스-트리 알콕시 실릴프로필폴리설파이드(TESPD)로서 커플링제와 카본블랙이 1: 1 중량비로 혼합되어 있는 X-50S(Degussa).
6) 가공오일: PAHs 성분 총 함량이 3중량% 이하이고, 동점도가 95(210 ℉ SUS), 연화제 내 방향족 성분이 25 중량%, 나프텐계 성분이 32.5 중량% 및 파라핀계성분이 47.5 중량%인 오일
7) 산화아연: ZnO
8) 스테아린산: Stearic-acid
9) 노화방지제: N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine (6PPD),
2,2,4-Thimethyl-1,2-Dihydropuinoline(RD) 및 Paraffin wax
10) 가류제: G-Sulfur
11) 촉진제: N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS)
11) 촉진제(DPG): DIPHENYL GUANIDINE (DPG)
실험예 : 상기 실시예 1 및 비교예 1 및 2의 타이어 트래드용 고무 조성물의 물성 측정
1) 무니점도(ML1+4(125℃))는 ASTM 규격 D1646에 의해 측정하였다.
2) 경도는 DIN 53505에 의해 측정하였다.
3) 300% 모듈러스와 파단에너지는 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.
4) 점탄성은 GABO사 DMA 측정기를 사용하여 0.5% 변형(strain)에 10Hz Frequency
하에서 -30℃에서 65℃까지 E', E", tanδ를 측정하였다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2
무니점도 75 79 78
경도(ShoreA) 57 58 54
300% 모듈러스 111 105 95
파단에너지 207 197 190
점탄성 0℃ tanδ 0.810 0.790 0.797
60℃ tanδ 0.119 0.132 0.131
일반적으로 무니점도는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미가류 고무의 가공성이 우수하다. 경도는 조종 안정성을 나타내는 것으로 그 값이 높을수록 조종 안정성이 우수하다. 파단에너지는 고무가 파단될 때 필요한 에너지를 나타내는 것으로 값이 높을수록 필요한 에너지가 높아 마모 성능이 우수하다. 0℃ tanδ는 젖은 노면에서의 제동 특성을 나타낸 것으로 수치가 높을수록 제동 성능이 우수함을 나타낸다. 또한, 60℃ tanδ는 회전저항 특성을 나타내는 것으로서 수치가 낮을수록 성능이 우수함을 나타낸다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 2의 경우, 점탄성 성능에서는 큰 영향은 없으나, 모듈러스 및 파단에너지가 감소함을 볼 수 있다. 그러나, 실시예 1 은 비교예 1 대비 무니 점도(Mooney viscosity)가 감소하여 가공성이 향상된 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 300% 모듈러스 및 파단에너지가 증가하여 기계적 물성이 증가함을 알 수 있다. 또한 젖은 노면에서의 제동 성능과 저연비 성능의 우수한 향상 결과를 보임을 알 수 있다.

Claims (14)

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  8. 고무 및 용매를 포함하는 고무 중합물에 티올기를 포함하는 아라미드 섬유를 분산시키는 단계;
    상기 티올기를 포함하는 아라미드 섬유가 분산된 고무 용액을 스트리핑하는 단계;
    티올기를 포함하는 아라미드 섬유가 분산된 고형의 고무 조성물을 수득하는 단계; 및
    상기 수득된 고형의 고무 조성물과 실리카를 혼련시키는 단계;를 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 고무는 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 변성 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SSBR), 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무(E-SBR) 및 부타디엔 고무(BR) 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트래드용 고무 조성물 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 분산은 고전단 분산으로 수행되는 것을 특징으로 하는 타이어 트래드용 고무 조성물 제조방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 아라미드 섬유는 길이가 0.1 ~ 10mm 이고, 두께가 5 ~ 30㎛인 단섬유(Chopped fiber)인 것을 특징으로 하는 타이어 트래드용 고무 조성물 제조방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 실리카는 상기 고형의 고무 조성물 100 중량부에 대하여 20 ~ 150 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 타이어 트래드용 고무 조성물 제조방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 고형의 고무 조성물과 실리카를 혼련시키는 단계는 카본블랙(Carbon black), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB), 산화티탄(titanium dioxide), 클레이(clay), 층상실리케이트(layered silicate), 중석(tungsten), 탈크(Talc), 운모(mica), 탄산칼슘, 버미큘라이트 및 하이드로탈사이트로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 보조 충진제를 더 포함하여 실시되는 것을 특징으로 타이어 트래드용 고무 조성물 제조방법.
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