KR101832064B1 - 타이어 트레드용 고무조성물 - Google Patents

타이어 트레드용 고무조성물 Download PDF

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KR101832064B1 KR1020160104843A KR20160104843A KR101832064B1 KR 101832064 B1 KR101832064 B1 KR 101832064B1 KR 1020160104843 A KR1020160104843 A KR 1020160104843A KR 20160104843 A KR20160104843 A KR 20160104843A KR 101832064 B1 KR101832064 B1 KR 101832064B1
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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물을 개시한다.
본 발명에 따르는 타이어 트레드용 고무조성물은 원료고무와 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 침강실리카 50 내지 120 중량부를 포함하며, 상기 침강실리카는 그 0.005 내지 0.15의 중량비로 하기 화학식 1로 표현되는 공정조제로 표면개질되고, 보조보강재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 높은 표면적의 보강재 적용에 따른 설비 변경 및 공정시간 증가에 대한 제조비용을 상승을 방지할 수 있고, 동시에 점도 하락에 따른 배합공정을 원할하게 할 수 있으며, 보강재의 재응집 방지로 고무의 장기보관이 용이하며, 높은 표면적의 보강재 임에도 분산성이 우수한 고무의 사용으로 인장특성, 회전저항, 젖은노면 제동(Wet 특성), 마모특성, 조정성(handling 특성)을 향상시킬 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무조성물{Rubber composite for tread part of tyre}
본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 표면적의 보강재 적용에 따른 설비 변경 및 공정시간 증가에 대한 제조비용을 상승을 방지할 수 있고, 동시에 점도 하락에 따른 배합공정을 원활하게 할 수 있으며, 보강재의 재응집 방지로 고무의 장기보관이 용이하며, 높은 표면적의 보강재 임에도 분산성이 우수한 고무의 사용으로 인장특성, 회전저항, 젖은노면 제동(Wet 특성), 마모특성, 조정성(handling 특성)을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심이 증가하면서 자동차의 연비특성 개선을 위해서 타이어의 트레드의 회전저항을 감소시킨 보강재 고무조성물의 사용이 늘어나고 있는 추세이다.
이에 따라 보강재 적용 고무조성물의 특징인 저연비, 젖은 노면 제동력의 성능 구현과 동시에, 보강재 필러의 단점인 마모성능을 높일 수 있는 높은 표면적의 보강재에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
하지만, 소수성의 고무와 달리 친수성인 보강재의 특징을 조합하여 그 효과를 극대화 시키는 작업이므로, 보강재의 표면적이 높을수록 분산의 어려움이 있으며, 공정 방법 변경 및 혼합(mixing) 시간을 1.2~2 배 증가시켜 분산성을 개선시킨다고 하여도, 보강재의 히드록실기, 실라놀기와 같은, 활성기에 의한 결합으로 시간이 흐름에 따라 쉽게 재응집되어 정상적인 성능 발현이 어려운 현실이다.
예를 들어, 대한민국특허공개공보 제1998-063659호에서는 비교적 고순도의 유기실란 디설파이드/트리설파이드의 형태의 실리카 결합제 또는 접착제를 사용하여, 유기실란 폴리설파이드와 탄성중합체간의 공유 결합 형성을 포함하는 반응을 황공여 효과와 분리시켜, 공정상의 기존의 문제점을 해결하고 우수한 물성을 갖는 고무조성물을 개시하고 있으나, 분산의 어려움, 고무배합물의 물성하락, 즉, 인장특성, 회전저항, 젖은노면 제동(Wet 특성), 마모특성, 조정성(handling 특성)을 확보하는데 어려움이 있어 왔다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 높은 표면적의 보강재 적용에 따른 설비 변경 및 공정시간 증가에 대한 제조비용을 상승을 방지할 수 있고, 동시에 점도 하락에 따른 배합공정을 원활하게 할 수 있으며, 보강재의 재응집 방지로 고무의 장기보관이 용이하며, 높은 표면적의 보강재 임에도 분산성이 우수한 고무의 사용으로 인장특성, 회전저항, 젖은노면 제동(Wet 특성), 마모특성, 조정성(handling 특성)을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 원료고무와 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 침강실리카 50 내지 120 중량부를 포함하며, 상기 침강실리카는 그 0.005 내지 0.15의 중량비로 하기 화학식 1로 표현되는 공정조제로 표면개질되고, 보조보강재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물을 제공한다.
<화학식 1>
Figure 112016080217470-pat00001
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 보조보강재는 상기 공정조제를 흡착 또는 혼입하고 있는 카본블랙 또는 왁스(wax)인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 카본블랙은 상기 공정조제에 대하여 0.3 내지 5 중량비로 공정조제를 흡착하고 있는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 왁스는 상기 공정조제에 대하여 0.1 내지 5 중량비로 공정조제를 혼입하고 있는 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 높은 표면적의 보강재 적용에 따른 설비 변경 및 공정시간 증가에 대한 제조비용을 상승을 방지할 수 있고, 동시에 점도 하락에 따른 배합공정을 원할하게 할 수 있으며, 보강재의 재응집 방지로 고무의 장기보관이 용이하며, 높은 표면적의 보강재 임에도 분산성이 우수한 고무의 사용으로 인장특성, 회전저항, 젖은노면 제동(Wet 특성), 마모특성, 조정성(handling 특성)을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.
다만, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 하며, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이며, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 하고, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하며, 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하고, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따르는 타이어 트레드용 고무조성물은 원료고무와 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 침강실리카 50 내지 120 중량부를 포함하며, 상기 침강실리카는 그 0.005 내지 0.15의 중량비로 하기 화학식 1로 표현되는 공정조제로 표면개질되고, 보조보강재를 더 포함하는 특징이 있다.
<화학식 1>
Figure 112016080217470-pat00002
상기 공정조제는 화학식 1에 의한 화합물로, 액상으로 존재하며, R, R', R", R"'는 동일하거나 상이한 C1-C12 분지 또는 미분지 일가 알킬 또는 알케닐기, 아릴기, 아랄킬기 또는 수소(H)일 수 있다.
상기 공정조제의 알콕시는 보강재와 결합할 수 있는 작용기를 지니며, 반응시 알콜을 부산물로 낼 수 있다. 이러한 예로 트리메톡시, 트리에톡시 그룹이 반응성이 우수하고, 배합고무의 히스테리시스 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 침강실리카와 공정조제는 1:0.005 내지 1:0.15 중량비로 혼합될 수 있는데, 1:0.005 미만이면 공정조제의 특성발현이 어려울 수 있으며, 반대로 1:0.15를 초과하면 공정성 개선 및 보강재 분산에 유리할 수는 있으나, 타이어 고무배합물의 인장물성과 마모성능이 급격히 낮아질 수 있다.
이러한 공정조제는 타이어트레드 원료고무와 침강실리카와의 균일한 배합이 용이하도록 하며, 공정조제를 첨가하지 않은 고무배합물과 비교하여 물성저하 없이 점도를 하락시켜서 공정진행을 용이하도록 하며, 보강재의 활성화기(-OH)를 차폐하여 보강재의 재응집율을 하락시키며, 특히 카본블랙이나 왁스와 같은 보조보강재에 흡착하거나 혼입된 형태의 분말상이나 고체상으로 제조하여 공정 중 투입이 용이하게 투입, 혼합할 수 있고, 높은 표면적을 갖는 보강재를 사용할 수 있고, 공정수 확장이나 제조설비의 추가 없이 타이어 트레드 컴파운드의 인장물성, 내마모성, 젖은노면(wet) 제동력, 조정성능(handling) 향상을 도모하는데 도움이 크다 할 수 있다.
상기 공정조제는 바람직하게, R, R’ R"가 에틸기이며, R"'가 옥틸기인 고분자 미반응 유기실리콘(organosilicon)일 수 있다.
또한, 상기 카본블랙은 상기 공정조제에 대하여 0.3 내지 5 중량비로 공정조제를 흡착하고 있는 것일 수 있으며, 만일 하한치 미만이면, 공정조제의 함유량에 편차가 발생할 수 있고, 특성 발현이 어려울 수 있으며, 반대로 상한치를 초과하면, 점도 감소로 고체상으로 투입하는 특성이 약화될 수 있고, 바람직하게는 DBP 120인 카본 블랙과 중량비 1:1로 혼합하여 건조된 분말형태로 준비할 수 있고, 이 경우 카본블랙은 DBP가 70 내지 140이며, N2SA 30 내지 290이며, 응집입자 평균입도(aggregate size)가 50 내지 200㎛인 경우에 공정조제를 흡착하는데 용이하다.
아울러, 상기 왁스는 상기 공정조제에 대하여 0.1 내지 5 중량비로 공정조제를 혼입하고 있는 것일 수 있고, 상기 왁스는 폴리에틸렌(PE) 또는 파라핀(paraffin) 왁스일 수 있으며, 만일 하한치 미만이면, 공정조제의 함유량에 편차가 발생할 수 있고, 특성 발현이 어려울 수 있으며, 반대로 상한치를 초과하면, 점도 감소로 고체상으로 투입하는 특성이 약화될 수 있다.
실시예 및 비교예
공정조제로 R, R’ R"가 에틸기이며, R"'가 옥틸기인 유기실리콘을 사용하여, 아래 표1, 표3의 조성으로 혼합하고 압출하여 실시예와 비교예의 타이어트레드 샘플을 제조하였다.
항목 비교예1 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
원료고무
(SSBR/BR)		 70/30 70/30 70/30 70/30 70/30
실리카(보강재) 80 80 80 80 80
실란 8 8 8 8 8
카본블랙 10 8 6 4 2
공정조제1 2 0 0 0 0
공정조제2 0 4 8 12 16
스테아린산 2 2 2 2 2
노화방지제 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
황 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
가류촉진제 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
* 실리카: 비표면적 약 250 m2/g
* 공정조제1: 범용 공정조제로 Zinc-free fatty acid esters and soap
* 공정조제2: 공정조제와 카본블랙을 중량비 1:1로 흡착후 건조된 분말상
상기 표 1에서 제조한 각각의 고무시편에 대해 무니(Mooney)점도, 가공성(MDR), 인장물성(Tensile), 분산도(Payne Effect), 동적점탄성(DMA), 마모(DIN Abrasion)의 물성을 ASTM 관련규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
항목 비교예1 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
무니점도 MV@125℃ 88.2 81.6 76.4 73.4 71.1
T05 25.9 27.0 27.5 27.4 28.6
MV@100℃ 93.4 83.1 79.5 76.9 75.1
가공성
(MDR)		 TOQ(MAX) 27.9 27.5 27.7 27.1 26.1
분산도 △G 1034.3 998.8 963.8 871.6 784.3
인장물성 경도 69 69 69 68 66
M-300% 87.3 88.1 89.2 90.6 91.2
T.S 172.4 173.2 176.6 175.3 172.4
E.B 483.6 484.3 481.8 479.2 495.9
DMA Tg -23.0 -23.1 -22.9 -22.7 -22.9
Tand@0℃ 0.305 0.313 0.321 0.327 0.322
Tand@70℃ 0.133 0.132 0.128 0.126 0.125
E"@22℃ 4.51 4.28 4.20 4.21 3.82
마모 Loss(g) 0.085 0.081 0.083 0.084 0.086
Index 100 105 102 101 99
상기 표 2를 참고하면, 실시예에 의한 타이어 트레드 고무가 비교예 1과 비교하여 무니점도, 가공성, 분산도, 마모성능이 우수함을 알 수 있다.
항목 실시예5 실시예6 실시예7
원료고무(SSBR/BR) 70/30 70/30 70/30
실리카(보강재) 80 80 80
실란 8 8 8
카본블랙 10 10 10
공정조제1 0 0 0
공정조제3 2.5 5 7.5
스테아린산 2 2 2
노화방지제 2.5 2.5 2.5
황 1.5 1.5 1.5
가류촉진제 3.5 3.5 3.5
* 실리카: 비표면적 약 250 m2/g
* 공정조제1: 범용 공정조제, Zinc-free fatty acid esters and soap
* 공정조제3: 공정조제와 파라핀 왁스를 중량비 4:1로 혼입함
상기 표 3에서 제조한 각각의 고무시편에 대해 무니(Mooney)점도, 가공성(MDR), 인장물성(Tensile), 분산도(Payne Effect), 동적점탄성(DMA), 마모(DIN Abrasion)의 물성을 ASTM 관련규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 4에 정리하여 나타내었다.
항목 실시예5 실시예6 실시예7
무니점도 MV@125℃ 81.7 75.6 73.7
T05 26.0 27.5 27.5
MV@100℃ 86.1 75.6 70.8
가공성
(MDR)		 TOQ(MAX) 27.7 27.2 27.1
분산도 △G' 989.9 968.7 866.7
인장물성 경도 69 69 68
M-300% 88.4 89.1 88.6
T.S 172.8 175.5 170.5
E.B 486.5 482.6 487.9
DMA Tg -23.4 -22.6 -25.7
Tand@0℃ 0.320 0.319 0.322
Tand@70℃ 0.134 0.132 0.130
E"@22℃ 4.32 4.21 4.54
마모 Loss(g) 0.084 0.081 0.082
Index 100 105 104
상기 표 4를 참고하면, 실시예에 의한 타이어 트레드 고무가 비교예 1과 비교하여 무니점도, 가공성, 분산도, 마모성능이 우수함을 알 수 있다.
항목 실시예8 실시예9 실시예10
원료고무
(SSBR/BR)		 70/30 70/30 70/30
실리카(보강재) 80 80 80
실란 8 8 8
카본블랙 8 8 8
공정조제1 0 0 0
공정조제2 4 4 4
공정조제3 0 1.25 2.5
스테아린산 2 2 2
노화방지제 2.5 2.5 2.5
황 1.5 1.5 1.5
가류촉진제 3.5 3.5 3.5
* 실리카: 비표면적 약 250 m2/g
* 공정조제1: 범용 공정조제, Zinc-free fatty acid esters and soap
* 공정조제2: 공정조제와 카본블랙을 중량비 1:1로 흡착후 건조된 분말상
* 공정조제3: 공정조제와 파라핀 왁스를 중량비 4:1로 혼입함
상기 표 5에서 제조한 각각의 고무시편에 대해 무니(Mooney)점도, 가공성(MDR), 인장물성(Tensile), 분산도(Payne Effect), 동적점탄성(DMA), 마모(DIN Abrasion)의 물성을 ASTM 관련규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 6에 정리하여 나타내었다.
항목 실시예8 실시예9 실시예10
무니점도
 T05 26.5 26.6 27.7
MV@100℃ 84.1 76.7 70.2
가공성
(MDR)		 TOQ(MAX) 27.5 26.9 25.9
분산도 △G' 973.5 922.0 877.1
인장물성 경도 69 69 69
M-300% 89.1 88.2 87.6
T.S 174.5 175.4 176.9
E.B 489.4 487.7 489.1
DMA Tg -23.5 -23.9 -23.8
Tand@0℃ 0.322 0.323 0.339
Tand@70℃ 0.129 0.130 0.127
E"@22℃ 4.33 4.34 4.37
마모 Loss(g) 0.081 0.079 0.082
Index 105 107 104
상기 표 6를 참고하면, 실시예에 의한 타이어 트레드 고무가 비교예 1과 비교하여 무니점도, 가공성, 분산도, 마모성능이 우수하며, 특히 공정조제 3은 고무배합의 초기 혼입성이 유리하므로 공정조제 2 공정조제 3의 동시 사용시 분산성과 효율이 향상할 수 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 원료고무와 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 침강실리카 50 내지 120 중량부를 포함하며, 상기 침강실리카는 그 0.005 내지 0.15의 중량비로 옥틸트리에톡시실란을 공정조제로 사용하여 그 에톡시기로 침강실리카를 표면개질시키고, 상기 공정조제를 혼입하고 있는 왁스(wax)인 보조보강재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 왁스는 상기 공정조제에 대하여 0.1 내지 5 중량비로 공정조제를 혼입하고 있는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
KR1020160104843A 2016-08-18 2016-08-18 타이어 트레드용 고무조성물 KR101832064B1 (ko)

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