KR102356721B1 - 타이어 트레드용 고무조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물을 개시한다.
본 발명에 따르는 타이어 트레드용 고무조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여 침강실리카 50 내지 150 중량부를 포함하며, 하기 화학식 1로 표현되는 공정조제를 첨가하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때 고분자 친화형 분산제 적용에 따라 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 공정성, 회전저항을 향상시킬 수 있다.
<화학식 1>

(R, R' : 탄소 수가 2 이상 20 이하의 알콕시, 알칸, 알콜 또는 이들의 화합물)

Description

타이어 트레드용 고무조성물{Rubber composite for tread part of tyre}

본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리머(Polymer)와 친화성이 높고 트레드 점도 하락에 따른 배합 공정을 원활하게 할 수 있으며, 보강재 재응집 방지로 고무의 장기보관이 용이하며, 보강재 분산성을 향상시켜 고무의 장기보관이 용이하고, 회전저항을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.

최근 환경에 대한 관심과 타이어 효율등급제가 강화되면서 자동차의 젖은 노면 제동성(wet grip)과 연비특성 개선을 위해서 타이어의 트레드에 실리카(Silica) 보강재 사용량이 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, 보강재의 히드록실기, 실라놀기와 같은, 활성기에 의한 결합으로 시간이 흐름에 따라 쉽게 재응집되어 정상적인 성능 발현이 어려운 현실이다.

또한 기존의 지방산 금속염 공정조제는 실리카와 직접 반응하지 않으며 과량 사용시 고분자의 전단응력(Shear stress)를 현저히 낮추어 인장물성을 하락시키는 단점이 있었다.

1. 특허문헌 : US 특허등록공보 US 2020-0016932 A1 2. 특허문헌 : 대한민국 특허공개공보 KR 10-1701848 B1

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 높은 표면적의 보강재 적용을 하면서도 점도를 유지하여 배합공정을 원할하게 할 수 있으며, 보강재의 재응집 방지로 고무의 장기보관이 용이하며, 극성이 다양한 고분자에 친화성을 가져 고무 물성을 하락시키지 않고 공정성, 회전저항을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 원료고무 100 중량부에 대하여 침강실리카 50 내지 150 중량부를 포함하며, 하기 화학식 1로 표현되는 공정조제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물을 제공한다.

<화학식 1>

(R, R' : 탄소 수가 2 이상 20 이하의 알콕시, 알칸, 알콜 또는 이들의 화합물)

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 침강실리카의 그 0.005 내지 0.15의 중량비로 원료고무 100중량부로 환산시 0.25 내지 22.5 중량부로 하기 화학식 1로 표현되는 공정조제를 첨가하는 것일 수 있다.

또 한편, 상술한 타이어 트레드용 고무조성물로 제조된 타이어를 제공한다.

본 발명에 의하면, 고분자 친화형 분산제 적용에 따라 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 공정성, 회전저항을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.

이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하며 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 한다.

또한, 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 것이다.

아울러, 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 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따르는 타이어 트레드용 고무조성물은 원료고무와 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 침강실리카 50 내지 150 중량부 및 하기 화학식 1로 표현되는 공정조제를 첨가하여, 침강실리카의 비표면적(BET)에 따른 상기 공정조제의 사용량을 조절하는 것을 특징으로 한다.

<화학식 1>

(R, R' : 탄소(C)수가 2 이상 20 이하의 알콕시, 알칸, 알콜 혹은 이들의 화합물)

상기 원료고무는 타이어 트레드고무로 사용할 수 있는 종래의 고무로서, 천연고무나 합성고무 또는 이들의 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기 침강실리카는 원료고무 100 중량부에 대하여 침강실리카 50 내지 150 중량부를 사용할 수 있는데, 만일 침강실리카가 50 중량부 미만이면, 50 중량부 미만이면 일반적으로 분산에 문제가 없으므로 공정조제를 첨가하지 않으며, 150 중량부를 초과하면 인장물성 특성이 급격히 증가하여 타이어 고무에 적용하기 어려울 수 있다.

상기 공정조제는 침강실리카와 중량비로 0.005 내지 0.15로 사용할 수 있고, 이를 원료고무와 중량부 환산하면, 원료고무 100 중량부에 0.25 내지 22.5 중량부를 사용할 수 있는데, 만일 0.25 미만의 공정조제는 보강성이 거의 없어 원료고무의 내마모성과 인장물성이 급격히 하락할 수 있고, 반대로 원료고무 100중량부에 대하여 22.5 중량부를 초과하면 첨가 시 분산 효과가 미미할 수 있다.

또 한편, 만일 0.005 중량비 미만이면 일반적으로 공정조제의 분산성 향상 및 공정성 개선 효과가 미미하며, 0.15 중량비를 초과하면 공정조제가 실리카의 Siloxane group의 반응성을 고무와 실리카의 화학반응부가 사라져 보강성이 급격히 하락할 수 있다.

본 발명에서의 공정조제는 침강실리카의 비표면적(BET)에 비례하여 적용량을 조절할 수 있는데, 종래 주로 사용되는 에스터계 비누(ester soap)의 금속염 공정조제나 메탈프리(Metal-free) 공정조제에 대하여 본 발명의 공정조제의 alkyl acetate 그룹(partial anion site)이 원료고무의 스타이렌 부분(Styrene group)과의 편극 유도를 통한 정전기적 상호작용을 할 수 있어서, 양자간 혼용성을 향상시키게 되어 고무 물성의 하락 없이 공정성을 개선하고 회전저항 극대화시키고, 또한 젖은 노면에서 트레드의 고변형이 일어날 시 분산되어있는 아세테이트(Alkyl acetate) 부분이 필러 응집력을 막아 연비를 극대화할 수 있다.

실시예 및 비교예

아래 표1에서와 같은 조성으로 혼합하고 압출하여 타이어트레드 고무 시편을 제조하였다.

항목	비교예1	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
원료고무 (SSBR/BR)	70/30	70/30	70/30	70/30	70/30	70/30
실리카(보강재)	80	80	80	80	80	80
Silane	8	8	8	8	8	8
카본블랙	10	9	8	7	6	6
공정조제1	2
공정조제2		2	4	8	14	0.3
스테아린산	2	2	2	2	2	2
노화방지제	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
우황	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
가류촉진제	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5

* 실리카: 비표면적 약 200 m²/g

* 공정조제1: 범용 공정조제, Zinc-free fatty acid esters and soap

* 공정조제2: (ethylphenoxy-4-isopropylbenzyl)hexyl acetate(아래 화학식 2로 나타낼 수 있다)

<화학식 2>

(분자량, 녹는점, 180℃ 이상에서의 결정 안정성, 고무조성물의 변형량을 기준으로 적절한 실시예임)

실험예

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	비교예2	비교예3
무니점도	MV@125℃	87.3	82.6	78.9	76.7	68.1	87.0
	T05	24.8	25.8	26.1	25.4	22.9	24.5
	MV@100℃	92.1	81.5	78.0	73.9	70.1	91.8
가공성 (MDR)	TOQ(MAX)	26.5	25.7	24.3	22.9	21.1	26.7
분산도	△G	1022	996	962	876	783	1034
인장물성	경도	68	68	67	67	63	68
	M-300%	107	106	104	104	95	105
	T.S	172	176	178	175	166	176
	E.B	512	514	501	509	458	510
DMA	Tg	-23	-23	-23	-23	-23	-23
	Tand@0℃	0.311	0.316	0.317	0.321	0.332	0.307
	Tand@70℃	0.128	0.122	0.119	0.116	0.120	0.129
	E"@22℃	4.67	4.62	4.70	4.63	4.22	4.62
마모	Loss(g)	0.088	0.082	0.083	0.085	0.096	0.087
	Index	100	107	106	103	91	101

상기 표 2를 참고하면, 실시예 1, 실시예 2에 의한 타이어 트레드 고무가 비교예 1과 비교하여 무니점도, 가공성, 분산도, 마모성능이 우수하고, 또한 비교예 2에서 처럼 (ethylphenoxy-4-isopropylbenzyl)hexyl acetate 공정조제가 실리카 대비 0.15 중량비를 초과하는 경우에는 인장물성이 하락됨을 알 수 있다.

이렇게 성능이 하락되는 것은 (Phenoxy-4-isopropylbenzyl)alkyl acetate 공정조제의 R'''의 Alkyl chain 길이에 따라 차이나 나며, 일반적으로 Alkyl chain이 길고 Branch가 많을수록 적은 중량부을 사용할 수 있다.

또한, 비교예3에서 처럼 (ethylphenoxy-4-isopropylbenzyl)hexyl acetate 공정조제가 실리카 대비 0.005중량비(0.35중량부) 미만 첨가 시 실리카 분산 효과가 미미함을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 원료고무 100 중량부에 대하여 침강실리카 50 내지 150 중량부를 포함하며, 하기 화학식 1로 표현되는 공정조제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
   <화학식 1>
   

   

   
   (R, R' : 탄소(C)수가 2 이상 20 이하의 알콕시, 알칸, 알콜 혹은 이들의 화합물)
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 화학식 1로 표현되는 공정조제는 원료고무 100 중량부에 0.25 내지 22.5 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
   
3. 제 1 또는 2 항 중 어느 한 항의 타이어 트레드용 고무조성물로 제조된 타이어.