KR102458481B1 - Rubber composition for tire treade comprising platy type magnesium silicate and tire by using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 판상형 마그네슘 실리케이트가 함유된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 트레드 고무 조성물에서 보강재로 함유된 실리카를 판상형 마그네슘 실리케이트로 일부 대체 적용함으로써 기계적 물성을 향상시킨 판상형 마그네슘 실리케이트 함유 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용한 타이어에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composition for a tire tread containing plate-shaped magnesium silicate, and more particularly, a plate-shaped magnesium silicate-containing tire having improved mechanical properties by partially replacing silica contained as a reinforcing material in the tread rubber composition with plate-shaped magnesium silicate. It relates to a rubber composition for a tread and a tire using the same.
Description
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보강재로 판상형 마그네슘 실리케이트를 적용하여 기계적 물성을 향상시킨 판상형 마그네슘 실리케이트 함유 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용한 타이어에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composition for a tire tread, and more particularly, to a rubber composition for a tire tread containing plate-shaped magnesium silicate having improved mechanical properties by applying plate-shaped magnesium silicate as a reinforcing material, and a tire using the same.
최근 환경 문제에 대한 관심이 높아짐에 따라 전세계적으로 이산화탄소 배출이 규제되고 있다. 이에 따라 자동차의 낮은 연비성을 위해 자동차가 구동할 때 타이어는 지면과의 마찰에 의해 발생하는 타이어의 구름 저항(Rolling Resistance)과 같은 에너지 손실 감소를 통한 저연비성 타이어의 개발이 요구되고 있다. 이러한 타이어의 저연비성 요구를 충족시키기 위해서는 타이어의 구성 성분 중에서 특히 체적이 큰 트레이드부의 에너지 손실을 저감시키는 것이 유리하다.Recently, as interest in environmental issues has increased, carbon dioxide emissions are being regulated worldwide. Accordingly, for low fuel efficiency of the vehicle, the development of low fuel economy tires by reducing energy loss such as rolling resistance of the tire caused by friction with the ground when the vehicle is driven is required. In order to satisfy the demand for low fuel efficiency of the tire, it is advantageous to reduce the energy loss of the large-volume trade part among the components of the tire.
타이어 트레드 배합 고무의 에너지 손실 저감을 위한 가장 일반적인 방법으로는 타이어 트레드 고무 조성물에서 보강재로 사용되던 카본블랙을 대체하여 실리카를 사용하는 기술들이 지속적으로 개발되고 있다. As the most common method for reducing the energy loss of the tire tread compound rubber, technologies using silica as a substitute for carbon black used as a reinforcing material in the tire tread rubber composition are continuously being developed.
그러나 실리카는 카본블랙과 달리 표면 화학적 특성이 극성이므로, 비극성인 고무와 가공성 및 혼합성이 떨어지고, 또한 실리카 표면의 실란올기들은 수소결합으로 강하게 결합되어 있어, 배합과정에서 쉽게 분산되지 않기 때문에, 배합 과정에서 실리카의 고무 내에서 분산을 위하여 더 많은 전단력과 배합공정의 추가에 따른 많은 전력소비의 문제점을 가지고 있다.However, unlike carbon black, since silica has a polar surface chemical property, processability and miscibility with non-polar rubber are poor. Also, since the silanol groups on the silica surface are strongly bound by hydrogen bonds, they are not easily dispersed during the compounding process. In the process, there is a problem of high power consumption due to the addition of more shearing force and compounding process for the dispersion of silica in rubber.
실리카의 분산을 향상시키기 위해 또 다른 방안으로 실리카와 고무의 상호작용을 높이거나 실리카 함량을 낮추는 방안이 있으나, 실리카와 상호작용이 높은 고무는 변성 폴리머로써 가격이 비싸다는 단점이 있고, 또한 타이어 고무 조성물에서 실리카의 함량을 감소시킬 경우에는 배합 고무의 보강성 저하로 타이어의 기계적 물성이 저하되는 문제점이 발생한다.In order to improve the dispersion of silica, another method is to increase the interaction between silica and rubber or to lower the silica content. However, rubber with high interaction with silica is expensive as a modified polymer. When the content of silica in the composition is reduced, there is a problem in that the mechanical properties of the tire are deteriorated due to the deterioration of the reinforcing properties of the compounded rubber.
상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 보강재로 실리카를 일부 대체하여 판상형 마그네슘 실리케이트(Platy Magnesium Silicate, PMS)를 첨가하여, 고무 조성물에서 실리카 함량의 저감에 의한 실리카의 분산성 향상에 따라 타이어의 에너지 손실을 저감시키고, 신장율 및 인장강도와 같은 기계적 물성의 저하를 최소화한 판상형 마그네슘 실리케이트 함유 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 대해 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above, the present invention replaces silica as a reinforcing material in a rubber composition for a tire tread and adds Plate Magnesium Silicate (PMS) to improve dispersibility of silica by reducing the silica content in the rubber composition Accordingly, an object of the present invention is to provide a rubber composition for a tire tread containing plate-shaped magnesium silicate, which reduces the energy loss of the tire and minimizes deterioration of mechanical properties such as elongation and tensile strength, and a tire manufactured using the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료 고무, 실리카, 판상형 마그네슘 실리케이트(Platy Magnesium Silicate, 이하, PMS라고도 함), 실란 커플링제, 가황제, 가황 촉진제, 공정오일 및 첨가제를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the rubber composition for a tire tread of the present invention includes raw material rubber, silica, plate-shaped magnesium silicate (Platy Magnesium Silicate, hereinafter also referred to as PMS), a silane coupling agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a process oil, and Additives may be included.
상기 원료 고무의 100 중량부에 대하여 상기 실리카는 40 내지 55 중량부로 포함되고, 상기 판상형 마그네슘 실리케이트는 5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. Based on 100 parts by weight of the raw rubber, the silica may be included in an amount of 40 to 55 parts by weight, and the plate-shaped magnesium silicate may be included in an amount of 5 to 10 parts by weight.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에서 상기 실리카 및 상기 판상형 마그네슘 실리케이트의 합계 함량은 상기 원료 고무 100 중량부에 대하여 50 내지 60 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.In the rubber composition for a tire tread of the present invention, the total content of the silica and the plate-shaped magnesium silicate is preferably included in an amount of 50 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에서 상기 가황제는 원료 고무 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.In the rubber composition for a tire tread of the present invention, the vulcanizing agent may include 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에서 상기 가황 촉진제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.In the rubber composition for a tire tread of the present invention, the vulcanization accelerator may include 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에서 상기 공정오일은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 15 내지 25 중량부로 포함할 수 있다.In the rubber composition for a tire tread of the present invention, the process oil may be included in an amount of 15 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber.
상기 원료 고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 포함하며, 상기 합성고무는 스티렌-부타디엔 공중합체, 폴리 부타디엔 고무, 폴리 이소프렌 고무, 부틸 고무, 및 에틸렌-프로필렌 공중합체 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 사용할 수 있다.The raw rubber includes natural rubber, synthetic rubber, and mixtures thereof, and the synthetic rubber is at least one selected from styrene-butadiene copolymer, polybutadiene rubber, polyisoprene rubber, butyl rubber, and ethylene-propylene copolymer. that can be used
본 발명의 또 다른 목적으로 타이어는 앞서 설명한 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물로 이루어진 것을 특징으로 한다.For another object of the present invention, a tire is characterized in that it is composed of the rubber composition for a tire tread of the present invention described above.
본 발명에 따르면 타이어 트레드용 고무 조성물에서 보강재로 실리카의 일부를 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)로 대체하여 첨가함으로써, 실리카의 분산성을 향상시켜 타이어의 에너지 손실을 저감시키고, 신장율 및 인장강도 등과 같은 기계적 물성이 최소화한 트레드용 고무 조성물을 얻을 수 있다.According to the present invention, by replacing a part of silica with plate-shaped magnesium silicate (PMS) as a reinforcing material in the rubber composition for tire tread, the dispersibility of silica is improved to reduce energy loss of the tire, and mechanical properties such as elongation and tensile strength are added. A rubber composition for tread with minimal physical properties can be obtained.
또한, 이와 같은 특성을 갖는 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하면 에너지 손실이 적어 연비 성능이 우수하고, 기계적 물성이 우수한 타이어를 제조가 가능한 효과가 있다.In addition, when a tire is manufactured using a rubber composition having such characteristics, it is possible to manufacture a tire having excellent fuel efficiency due to low energy loss and excellent mechanical properties.
도 1은 판상형 마그네슘 실리케이트 표면의 화학적 작용기를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 판상형 마그네슘 실리케이트 함유 타이어 트레드용 고무 조성물에서 판상형 마그네슘 실리케이트의 기계적 물성 보강 메커니즘을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic view showing chemical functional groups on the surface of plate-shaped magnesium silicate.
2 is a schematic diagram illustrating a mechanism for reinforcing mechanical properties of plate-shaped magnesium silicate in the rubber composition for a tire tread containing plate-shaped magnesium silicate according to the present invention.
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에서 보강재로 함유된 실리카 일부를 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)로 대체 첨가함으로써, 실리카의 분산성과 동시에 신장율과 인장강도와 같은 기계적 물성은 향상시키고, 타이어의 에너지 손실을 저감시킬 수 있는 판상형 마그네슘 실리케이트 함유 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.According to the present invention, the dispersibility of silica and mechanical properties such as elongation and tensile strength are improved and energy loss of the tire is reduced by replacing a part of silica contained as a reinforcing material in a rubber composition for a tire tread with plate-shaped magnesium silicate (PMS). It relates to a rubber composition for a tire tread containing plate-shaped magnesium silicate that can be made.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료 고무, 실리카, 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS), 실란 커플링제, 가황제, 가황 촉진제, 공정오일 및 첨가제를 포함할 수 있다.The rubber composition for a tire tread of the present invention may include raw rubber, silica, plate-shaped magnesium silicate (PMS), a silane coupling agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a process oil, and additives.
상기 원료 고무는 특별히 제한되지 않고 타이어 산업에서 일반적으로 사용되는 고무로 천연 고무, 합성무, 이들을 혼합한 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 합성고무로는 예를 들면, 스티렌-부타디엔 공중합체(SBR), 폴리 부타디엔 고무(BR), 폴리 이소프렌 고무(IR), 부틸 고무(IIR), 및 에틸렌-프로필렌 공중합체 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.The raw rubber is not particularly limited, and a rubber generally used in the tire industry may be used, such as natural rubber, synthetic radish, or a mixture thereof. As the synthetic rubber, for example, any one or more selected from styrene-butadiene copolymer (SBR), polybutadiene rubber (BR), polyisoprene rubber (IR), butyl rubber (IIR), and ethylene-propylene copolymer Can be used.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에서 상기 실리카와 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)는 보강용 충전제로 사용된다.In the rubber composition for a tire tread of the present invention, the silica and plate-shaped magnesium silicate (PMS) are used as reinforcing fillers.
상기 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)는 둘 이상 다수의 판 형태의 입자가 적층된 형태로 이루어지며, 분자식이 3MgO·4SiO2인 것이 바람직하다.The plate-shaped magnesium silicate (PMS) is formed in a form in which two or more plate-shaped particles are stacked, and the molecular formula is preferably 3MgO·4SiO 2 .
본 발명에서 사용되는 실리카의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 습식 실리카(수화규산) 및 건조 실리카(규산 무수물), 규산 칼슘, 규산 알루미늄 등이 있으며, 그 중에서도 파단 물성을 향상시키는 효과 및 에너지 손실의 저감을 달성하는 효과가 우수하기 때문에 습식 실리카가 가장 바람직하게 사용될 수 있다.The type of silica used in the present invention is not particularly limited, but, for example, wet silica (hydrated silicic acid) and dry silica (silicic anhydride), calcium silicate, aluminum silicate, etc., among others, the effect of improving fracture properties and Since the effect of achieving reduction of energy loss is excellent, wet silica can be used most preferably.
상기 원료 고무의 100 중량부에 대하여 상기 실리카는 40 내지 55 중량부로 포함되고, 상기 판상형 마그네슘 실리케이트는 5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 이때, 상기 실리카 및 상기 판상형 마그네슘 실리케이트의 합계 함량은 상기 원료 고무 100 중량부에 대하여 50 내지 60 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.Based on 100 parts by weight of the raw rubber, the silica may be included in an amount of 40 to 55 parts by weight, and the plate-shaped magnesium silicate may be included in an amount of 5 to 10 parts by weight. In this case, the total content of the silica and the plate-shaped magnesium silicate is preferably included in an amount of 50 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber.
만약 상기 실리카가 원료 고무의 100 중량부에 대하여 상기 실리카는 55 중량부를 초과하면 타이어 트레드용 고무 조성물의 파단 강도가 저하되고 다량의 실리카로 인해 조성물의 배합이 어려워 기계적 물성이 저하되고, 40 중량부 미만인 경우에서도 실리카의 적은 함량에 의해 보강재의 효과가 없는 문제점이 발생한다.If the silica exceeds 55 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber, the breaking strength of the rubber composition for tire tread is lowered, and mechanical properties are reduced due to the difficulty in mixing the composition due to a large amount of silica, and 40 parts by weight Even in the case of less than this, there is a problem that the effect of the reinforcing material is not effective due to the small content of silica.
그리고 상기 판상형 마그네슘 실리케이트도 원료 고무의 100 중량부에 대하여 판상형 마그네슘 실리케이트가 10 중량부를 초과하는 경우, 상대적으로 실리카의 함량이 줄어들어 보강재의 효과가 없고, 판상형 마그네슘 실리케이트가 5 중량부 미만이면 그 함량이 적어 신장율 및 인장강도와 같은 기계적 물성의 향상 효과가 없다.In addition, when the plate-shaped magnesium silicate exceeds 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the raw rubber, the content of the silica is relatively reduced and there is no effect of the reinforcing material, and the content of the plate-shaped magnesium silicate is less than 5 parts by weight. There is no effect of improving mechanical properties such as elongation and tensile strength.
실란 커플링제(silane couping agent)는 실리카의 실란올(Si-OH)기와 반응하여 실리카가 가지고 있는 극성인 성질을 비극성으로 바꾸어 비극성인 고무와의 혼합이 용이하도록 해주는 역할을 한다.The silane coupling agent reacts with the silanol (Si-OH) group of silica to change the polar property of silica to non-polar, and serves to facilitate mixing with non-polar rubber.
상기 실랑 커플링제로는 바람직하게 비스(3-트리에톡시실릴프로필)폴리술피드, 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아졸테트라술피드 등을 사용할 수 있다.As the silane coupling agent, preferably, bis(3-triethoxysilylpropyl)polysulfide, 3-trimethoxysilylpropylbenzothiazoletetrasulfide, or the like may be used.
상기 실란 커플링제의 종류, 실리카의 배합량 등에 따라 실란 커플링제의 배합량은 달라지지만, 바람직하게 원료 고무의 100 중량부에 대하여 실란 커플링제는 1 내지 20 중량부로 포함할 수 있다.The amount of the silane coupling agent varies depending on the type of the silane coupling agent, the amount of silica, and the like, but preferably, the silane coupling agent may be included in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에서 상기 가황제와 가황 촉진제는 고무 조성물에 포함되어 가황 반응으로 고무 조성물을 경화시키는 것이다.In the rubber composition for a tire tread of the present invention, the vulcanizing agent and the vulcanization accelerator are included in the rubber composition to harden the rubber composition through a vulcanization reaction.
상기 가황제로는 유황을 사용할 수 있다. 가황제의 양은 고무 성분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.1 중량부 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 1 중량부 내지 5 중량부로 사용할 수 있다. 만약 가황제 함량이 고무 성분 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만일 경우 파괴 강도, 내마모성 및 내열 블로우 아웃 등의 성능이 악화되고, 반대로 가황제 함량이 10 중량부를 초과하면 고무 탄성이 손실된다.Sulfur may be used as the vulcanizing agent. The amount of the vulcanizing agent is preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 1 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the rubber component. If the content of the vulcanizing agent is less than 0.1 parts by weight based on 100 parts by weight of the rubber component, performance such as breaking strength, abrasion resistance and heat-resistant blowout is deteriorated. Conversely, if the content of the vulcanizing agent exceeds 10 parts by weight, rubber elasticity is lost.
상기 가황 촉진제는 가황제의 가교 시간을 단축시키기 위하여 사용하며, 사용될 수 있는 가황 촉진제는 특별히 제한되지는 않지만 바람직하게는 2-머캅토 벤조 티아졸(2-Mercapto benzo thiazole), 테트라메틸티우람 디술페이드(Tetramethylthiuram disulfide), 및 징크 디부틸 디티오카바메이트(Zinc dibutyl dithiocarbamate) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.The vulcanization accelerator is used to shorten the crosslinking time of the vulcanization agent, and the vulcanization accelerator that can be used is not particularly limited, but preferably 2-Mercapto benzo thiazole, tetramethylthiuram disul Any one or more selected from fade (Tetramethylthiuram disulfide), and zinc dibutyl dithiocarbamate may be used.
상기 가황 촉진제의 사용량은 원료 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 만약 상기 제시된 함량 범위를 가황 반응이 충분히 일어나지 못해 미가황 현상이나 조기 가황으로 가공작업 중에 가황을 일으켜 가소성이 감소하여 탄성이 증가되어 제품의 가공이 불가능하게 되는 문제점이 발생되므로, 상기 제시된 함량 범위를 만족하는 것이 바람직하다.The amount of the vulcanization accelerator used is preferably in the range of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber. If the vulcanization reaction does not occur sufficiently within the content range presented above, vulcanization occurs during processing due to unvulcanization or early vulcanization, which causes a problem in that plasticity is reduced and elasticity is increased, making it impossible to process the product. It is desirable to be satisfied.
가황 촉진제를 활성화시켜서 가황 반응을 한층 더 촉진 시키는 역할을 하는 가황 활성제를 추가로 사용할 수 있으며, 상기 가황 활성제는 산화 아연(ZnO)을 사용할 수 있으며, 산화 아연(ZnO)은 스테아린산(Stearic acid)과 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.A vulcanization activator serving to further accelerate the vulcanization reaction by activating the vulcanization accelerator may be additionally used, and the vulcanization activator may use zinc oxide (ZnO), and zinc oxide (ZnO) is stearic acid and It is preferable to use it by mixing.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에서 공정 오일은 고무에 가소성을 부여하여 배합제의 혼입이나 분산을 도와 압출 또는 사출 시 가공성을 좋게 하기 위한 연화제이며, 단순히 유리전이온도를 내리는 것이 아닌 경도 자체를 낮춰주는 것이다.In the rubber composition for a tire tread of the present invention, the process oil is a softener for improving processability during extrusion or injection by providing plasticity to the rubber to help mixing or dispersing compounding agents. will be
상기 공정 오일의 예는 파라핀 계, 나프텐계 및 방향족 오일을 포함한다. 방향족 타입의 공정 오일은 인장 강도와 내마모성이 중요시되는 용도에 사용되며, 나프텐 타입 또는 파라핀 타입은 히스테리시스 손실 및 저온 특성에 중요성이 부여되는 것에 사용된다.Examples of the process oil include paraffinic, naphthenic and aromatic oils. Aromatic type process oil is used for applications where tensile strength and abrasion resistance are important, and naphthenic type or paraffin type is used for hysteresis loss and low temperature characteristics.
상기 공정 오일의 함량은 원료 고무 100 중량부에 대하여 15 내지 25 중량부 범위로 사용하며 15 중량부 미만 시 가소성이 떨어져 가공성이 다소 떨어지는 문제점을 가지게 되고, 25 중량부 초과 시 너무 부드러워져서 경도가 떨어지는 문제점이 발생한다.The content of the process oil is used in the range of 15 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber, and when it is less than 15 parts by weight, the plasticity is lowered and the workability is slightly deteriorated, and when it exceeds 25 parts by weight, it becomes too soft and the hardness decreases A problem arises.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 제시된 성분 이외에 고무 산업에서 일반적으로 사용되는 열 안정제, 노화 방지제, 산화 방지제, 고무 안정제, 가공 조제, 기포 방지제, 난연제, 대전방지제 및 내 오존 열화 방지제 등의 첨가제가 추가로 사용될 수 있다.The rubber composition for a tire tread of the present invention is an additive such as a heat stabilizer, an anti-aging agent, an antioxidant, a rubber stabilizer, a processing aid, an anti-foam agent, a flame retardant, an antistatic agent, and an ozone-resisting agent, which are generally used in the rubber industry in addition to the components presented above. may be additionally used.
상기와 같은 조성의 타이어 트레드용 고무 조성물은 혼합기를 사용하여 충분히 혼합하여 제조된 타이어 트레드용 고무 조성물은 성형 후, 타이어 트레드 등을 얻기 위해 가황이 수행될 수 있으며, 당 분야에서 타이어 제조시 사용하는 일반적인 방법으로 제조하는 것으로 그 방법은 특별히 한정하지 않는다.The rubber composition for a tire tread prepared by sufficiently mixing the rubber composition for a tire tread having the above composition using a mixer may be vulcanized to obtain a tire tread after molding, and is used in tire manufacturing in the art. It is manufactured by a general method, and the method is not specifically limited.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물을 타이어의 트레드에 적용하여 승용차, 승합차, 화물자동차 및 대형 상용차 등을 포함한 다양한 자동차의 타이어를 제조할 수 있다.By applying the rubber composition for a tire tread of the present invention to the tread of a tire, it is possible to manufacture tires for various automobiles, including passenger cars, vans, trucks, and large commercial vehicles.
이하 실시예, 비교예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 비교예는 본 발명의 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 비교예에 한정되지 않고 본 발명의 요지를 넘지 않은 한 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and Comparative Examples. However, these Examples and Comparative Examples are merely illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these Examples and Comparative Examples and may be variously modified and changed as long as it does not exceed the gist of the present invention.
하기 표 1에 기재된 성분과 함량을 혼합하여 실시예 및 비교예에 대한 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 하기 표 1에서 각 재료의 함량 단위는 원료고무 중량 100에 대한 혼합재료의 중량을 나타내는 phr(part per hundred rubber)이다.By mixing the components and contents shown in Table 1 below, rubber compositions for tire treads for Examples and Comparative Examples were prepared. In Table 1 below, the content unit of each material is phr (part per hundred rubber) indicating the weight of the mixed material with respect to the raw rubber weight 100.
상기 표 1에서 SBR은 본 발명의 타이어 트리드용 고무 조성물의 원료 고무인 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber)의 함량을 나타내고, PMS는 판상형 마그네슘 실리케이트(Platy Magnesium Silicate)를 나타내는 것으로, 본 발명에서 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)는 분자식이 3MgO·4SiO2으로, 분자량이 379.27 g/mol이며, 비중이 2.75±0.11인 것을 사용하였다.In Table 1, SBR represents the content of styrene-butadiene rubber, which is the raw material rubber of the rubber composition for tire tread of the present invention, and PMS represents Platy Magnesium Silicate. Magnesium silicate (PMS) has a molecular formula of 3MgO·4SiO 2 , a molecular weight of 379.27 g/mol, and a specific gravity of 2.75±0.11.
상기 표 1의 조성에 따라 제조된 비교예 및 실시예의 타이어 트레드용 고무 조성물의 물성 평가를 위해 하기 다음과 같은 항목의 물성을 평가하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.For the evaluation of the physical properties of the rubber compositions for tire treads of Comparative Examples and Examples prepared according to the composition of Table 1, the physical properties of the following items were evaluated, and the results are shown in Table 2.
구체적으로 상기 비교예 1 및 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 가황하여 제조된 고무시편을 통해 고무 조성물의 물성으로, 쇼아 A 경도(Shore A Hardness), 300% 신장시의 인장응력인 300% 모듈러스, 인장강도 및 신장율, 인열강도 및 에너지 손실을 평가하였다.Specifically, as the physical properties of the rubber composition through a rubber specimen prepared by vulcanizing the rubber composition for a tire tread according to Comparative Example 1 and Examples 1, 2, and 3, Shore A Hardness, 300 The tensile stress at % elongation, 300% modulus, tensile strength and elongation, tear strength, and energy loss were evaluated.
Instron사의 Universal Test Machine 4204 인장 시험기를 이용하였으며 실온에서 50cm/min의 인장속도로 ASTM 412의 인장시험법에 의해 시험편의 절단시의 인장강도 및 300% 신장시의 인장응력인 300% 모듈러스, 신장율을 측정하였다.Instron's Universal Test Machine 4204 tensile tester was used, and the tensile strength at the time of cutting the specimen and the tensile stress at 300% elongation of 300% modulus and elongation were measured by the tensile test method of ASTM 412 at a tensile speed of 50 cm/min at room temperature. measured.
GABO사의 동적 기계 분석 시험기(Dynamic Mechanical Thermal Analyzer)를 이용하여 온도는 -80 내지 70℃ 구간, 주파수는 10Hz, 동적 변형은 0.2% 조건에서 시험편의 점탄성 특성을 측정하였으며, 에너지 손실 값은 60℃ 영역에서의 tan δ 값을 이용하였다.Using GABO's Dynamic Mechanical Thermal Analyzer, the viscoelastic properties of the specimen were measured under the conditions of -80 to 70 ℃ temperature, 10 Hz frequency, and 0.2% dynamic deformation, and the energy loss value was 60 ℃ region. The value of tan δ was used.
여기서 tan δ(thangent delta) 값은 저장되는 탄성계수에 대한 손실되는 탄성계수의 비를 의미하는 것으로, 고무시편의 에너지 손실 특성을 측정에 사용하였으며, 에너지 손실 값이 낮을수록 에너지 손실이 적어 연비 성능이 우수함을 나타낸다.Here, the value of tan δ (transient delta) means the ratio of the lost elastic modulus to the stored elastic modulus, and the energy loss characteristics of the rubber specimen were used to measure the energy loss. This indicates excellence.
상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 2와 같이 보강재의 총 함량이 비교예 1과 같을 경우, 보강재에 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)의 함량이 많을 수록 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신장율 및 인열강도 값이 비교예 1에서보다 향상되는 것을 나타나는 것을 알 수 있다. As shown in Table 2, when the total content of the reinforcing material is the same as in Comparative Example 1 as in Examples 1 to 2, the greater the content of plate-shaped magnesium silicate (PMS) in the reinforcing material, the greater the hardness, 300% modulus, and tensile strength , it can be seen that the elongation and tear strength values are improved compared to Comparative Example 1.
실시예 1 내지 실시예 2에서와 같이 에너지 손실은 비교예 1과 동일하거나 작게 나타나고, 타이어 트레드용 고무 조성물에 첨가되는 보강재로 첨가되는 실리카와 PMS의 총 함량이 가장 적게 첨가된 실시예 3에서는 에너지 손실 값이 가장 낮게 나타나 인장강도, 신장율, 인열강도 값의 저하 없이 연비 성능을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.As in Examples 1 to 2, the energy loss was the same as or smaller than that of Comparative Example 1, and in Example 3 in which the total content of silica and PMS added as reinforcing materials added to the rubber composition for tire tread was added the least. As the loss value was the lowest, it was confirmed that the fuel efficiency performance was improved without lowering the tensile strength, elongation rate, and tear strength values.
도 1에 도시된 바와 같이 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)는 둘 이상 다수의 판 형태의 입자가 적층된 형태로 이루어지고 이와 같은 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)의 입자 표면에 실란올(Si-OH) 그룹이 존재한다.As shown in FIG. 1, plate-shaped magnesium silicate (PMS) is formed in a form in which two or more plate-shaped particles are stacked, and a silanol (Si-OH) group is formed on the particle surface of such plate-shaped magnesium silicate (PMS). exist.
도 2는 본 발명에 따른 판상형 마그네슘 실리케이트 함유 타이어 트레드용 고무 조성물에서 판상형 마그네슘 실리케이트의 기계적 물성 보강 메커니즘을 나타낸 것으로, 상기 도 1에 도시된 바와 같은 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)의 표면에 실란올 그룹이 실란 커플링제와 실란화 반응 후, 원료 고무 사슬과 커플링을 이룬 PMS-고무 커플링을 형성하고, 이와 마찬가지로 실리카도 실리카 표면의 실린올 그룹이 실란 커플링제와 실란화 반응 후, 원료 고무 사슬과 커플링을 이룬 실리카-고무 커플링을 이뤄 고무 조성물 내에서 실리카와 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)가 고루 분산되는 것을 알 수 있다.2 is a view showing a mechanism for reinforcing mechanical properties of plate-shaped magnesium silicate in the rubber composition for a tire tread containing plate-shaped magnesium silicate according to the present invention, wherein silanol groups are formed on the surface of plate-shaped magnesium silicate (PMS) as shown in FIG. After the silanization reaction with the silane coupling agent, a PMS-rubber coupling coupled with the raw rubber chain is formed. It can be seen that silica and plate-shaped magnesium silicate (PMS) are uniformly dispersed in the rubber composition by forming the coupling silica-rubber coupling.
이처럼 실리카와 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)가 고루 분산되어 함유된 타이어 트레이드용 고무 조성물을 통해 제조된 타이어에 만약 강한 외부 힘이 적용하여 대 변형(large deformation)이 이루어진다면 힘이 가해진 대 변형 영역에서는, 실리카-고무 커플링에서 실리카와 고무사슬간의 미끄러짐과 함께 PMS-고무 커플링을 이루는 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS) 입자에서 서로 적층된 층간이 표면 미끄러짐(surface slipping) 현상으로 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)와 고무사슬 간의 상호작용에 의해 신장율 및 인장강도와 같은 기계적 물성이 우수하게 나타난다.As such, if large deformation occurs when a strong external force is applied to a tire manufactured through the rubber composition for tire trade containing silica and plate-like magnesium silicate (PMS) evenly dispersed, in the large deformation region where the force is applied, In the silica-rubber coupling, with the slip between silica and rubber chains, plate-shaped magnesium silicate (PMS) and rubber are laminated on each other in the plate-shaped magnesium silicate (PMS) particles that form the PMS-rubber coupling. Mechanical properties such as elongation and tensile strength are excellent due to the interaction between the chains.
따라서 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 2에서처럼 보강재로 실리카와 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)를 포함하는 조합에 의해 300% 모듈러스, 인장강도, 신장율 및 인열강도와 같은 기계적 물성이 우수한 타이어 트레드용 고무 조성물을 얻을 수 있으며, 실시예 3에서와 같이 타이어 고무 조성물에서 총 보강재의 함량이 상기 실시예 1과 실시예 2보다 적게 첨가되어도 인장강도, 신장율, 인열강도와 같은 기계적 물성을 유지하면서도 에너지 손실은 적어 연비 성능이 향상됨을 확인할 수 있다.Therefore, as in Examples 1 to 2 of the present invention, a rubber composition for tire tread having excellent mechanical properties such as 300% modulus, tensile strength, elongation and tear strength by a combination containing silica and plate-shaped magnesium silicate (PMS) as a reinforcing material As in Example 3, even when the content of the total reinforcing material in the tire rubber composition is less than that of Examples 1 and 2, as in Example 3, while maintaining mechanical properties such as tensile strength, elongation rate, and tear strength, the energy loss is small It can be seen that the fuel efficiency is improved.
Claims (8)
실리카;
판상형 마그네슘 실리케이트;
실란 커플링제;
가황제;
가황 촉진제;
공정 오일; 및
첨가제;를 포함하되,
상기 원료 고무 100 중량부에 대하여,
상기 실리카는 40 내지 55 중량부;
상기 판상형 마그네슘 실리케이트는 5 내지 10 중량부; 및
상기 실란 커플링제는 3 내지 9 중량부;를 포함하고,
상기 실리카 및 상기 판상형 마그네슘 실리케이트의 합계 함량은 상기 원료 고무 100 중량부에 대하여 50 내지 60 중량부이고,
상기 원료 고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 것을 포함하며,
상기 합성고무는 스티렌-부타디엔 공중합체, 폴리 부타디엔 고무, 폴리 이소프렌 고무, 부틸 고무, 및 에틸렌-프로필렌 공중합체 중에서 선택된 어느 하나 이상이며,
상기 판상형 마그네슘 실리케이트는 외부 힘이 적용하여 대 변형(large deformation)이 이루어진다면 상기 외부 힘이 가해진 대 변형 영역에서는, 실리카-고무 커플링에서 상기 실리카와 고무사슬간의 미끄러짐과 함께 판상형 마그네슘 실리케이트(PMS)-고무 커플링을 이루는 상기 판상형 마그네슘 실리케이트 입자에서 서로 적층된 층간이 표면 미끄러짐(surface slipping)이 발생하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.raw rubber;
silica;
plate-shaped magnesium silicate;
silane coupling agents;
vulcanizing agent;
vulcanization accelerator;
process oil; and
Additives; including,
Based on 100 parts by weight of the raw rubber,
The silica is 40 to 55 parts by weight;
The plate-shaped magnesium silicate is 5 to 10 parts by weight; and
The silane coupling agent comprises 3 to 9 parts by weight;
The total content of the silica and the plate-shaped magnesium silicate is 50 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber,
The raw rubber includes those selected from natural rubber, synthetic rubber, and mixtures thereof,
The synthetic rubber is at least one selected from styrene-butadiene copolymer, polybutadiene rubber, polyisoprene rubber, butyl rubber, and ethylene-propylene copolymer,
If the plate-shaped magnesium silicate undergoes large deformation by applying an external force, in the region of large deformation to which the external force is applied, the plate-shaped magnesium silicate (PMS) with sliding between the silica and the rubber chain in the silica-rubber coupling - A rubber composition for a tire tread, characterized in that surface slipping occurs between the laminated layers in the plate-shaped magnesium silicate particles constituting the rubber coupling.
상기 가황제는 상기 원료 고무 100 중량부에 대해서 1 내지 5 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.According to claim 1,
The rubber composition for a tire tread, wherein the vulcanizing agent is included in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber.
상기 가황 촉진제는 상기 원료 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.According to claim 1,
The rubber composition for a tire tread, wherein the vulcanization accelerator is included in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber.
상기 공정 오일은 상기 원료 고무 100 중량부에 대하여 15 내지 25 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.According to claim 1,
The rubber composition for tire tread, characterized in that the process oil is included in an amount of 15 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber.
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