KR20010086957A - 저히스테리시스 카본블랙을 사용한 타이어용 트레드 고무조성물 - Google Patents

저히스테리시스 카본블랙을 사용한 타이어용 트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저히스테리시스 카본블랙을 사용한 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 저연비 타이어의 단점인 마모성능을 유지 및 향상시키고, 친화력을 증진시켜 저연비 성능이 우수한 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

저히스테리시스 카본블랙을 사용한 타이어용 트레드 고무 조성물{Tire tread rubber composition with low hysterisis carbon black}
본 발명은 저히스테리시스 카본블랙을 사용한 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 저연비 타이어의 단점인 마모성능을 유지 및 향상시키고, 친화력을 증진시켜 저연비 성능이 우수한 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.
현재까지 타이어의 저연비 성능을 향상시키기 위해 히스테리시스가 적은 원료고무, 저연비 특성을 가진 보강제로서 입자경이 큰 카본블랙이나 커플링 시킨 실리카를 사용하여 타이어를 제조해 왔는데, 저연비 성능을 향상시키려면 보강제를 적용할 경우 입자경이 큰 것이나 구조가 잘 발달된 것을 사용하였다. 그러나, 이로 인해 타이어의 저연비 특성은 향상되지만 타이어의 마모 특성은 하락하여, 양자는 트레드 오프(trade-off) 관계에 있어 두가지 특성(저연비와 마모)중 하나는 손해를 보면서 타이어를 제조해왔다.
이러한 시스템은 타이어의 성능에서 가장 중요한 두가지 특성을 모두 갖추지 못하는 단점으로 존재하여, 특히 카본블랙을 원료고무와 같이 컴파운딩 할 경우 히스테리시스가 증가되어 저연비 타이어 제조시 기술적인 한계로 간주되어 왔다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 개선하여 히스테리시스가 적은 타이어를 제조하기 위하여 입자경이 크고 구조가 잘 발달된 카본블랙을 산화시켜서 카본블랙의 표면을 개질시켜 원료고무와의 반응 면적을 넓히고, 산화에 의한 입자경 감소로 인해 마모성능을 향상시키며, 카본블랙의 히스테리시스를 낮게 유지시켜 타이어 제조시 저연비 특성을 향상시킨 저히스테리시스 카본블랙을 사용한 타이어용 트레드 고무 조성물을 제공하는 것이다.
도 1은 오존 챔버 내의 카본블랙을 도시한 것이고,
도 2는 오존 산화 및 투 롤 밀에 의한 크랙킹 완료 후 카본블랙 입자 모양의 예이다.
****** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ******
1...오존 챔버
2...카본블랙
3...히터
4...프로펠러
가...최초 카본블랙
나...산화 및 크랙킹 완료후 카본블랙
본 발명의 트레드 고무 조성물은 범용의 원료고무 100phr에 ASTM 기준 N550이상, N774 이하의 카본블랙을 오존 챔버에서 산화시켜 50∼100phr 정도 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 원료고무는 NR(천연고무), BR(부타디엔 고무), SBR(스티렌-부타디엔 고무)를 각각 또는 혼용하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 입자경이 크고 구조가 발달된 카본블랙(ASTM 기준 N-550 이상, N-774 이하)은 산화를 위해서 오존 챔버에 2∼4시간 정도 머무르게 하는데, 이는 카본블랙의 표면을 개질시키기 위함이고, 이때 산화를 촉진시키기 위하여 온도는 약 100∼150℃ 정도를 유지시킨다. 오존 챔버중에서의 오존에 의한 카본블랙의 산화중 온도에 의한 영향으로 수분이 카본블랙 표면으로부터 이탈하여 더욱더 산화 반응은 가속되며, 수분에 의한 카본의 친수성질이 감소하여 원료고무와의 친화력이 향상된다. 또한 온도는 산소 원자가 카본블랙 표면에 쉽게 도달할 수 있도록 하는 공정 안정제 역할을 한다. 이때 오존 챔버내에 프로펠러를 장착하여 20∼100rpm으로 작동시키면 산화반응을 더욱 촉진시킬 수 있다.
표면개질된 카본블랙을 50∼100phr 정도 사용할 경우 마모특성이 우수하며, 100phr을 초과하거나, 50phr 미만을 사용할 경우 마모성능이 하락한다.
오존 챔버에서 처리한 카본블랙은 입자경의 표면 개질의 효율을 높이기 위해 투 롤 밀(Two Roll Mill)을 통과시켜 크랙킹 처리될 수 있다.
이때 사용되는 투 롤 밀은 약 80∼100℃ 정도로 가동되며, 속도는 20∼30rpm 정도이고, 가동중 전단력(Shear Force)이 발생하도록 1∼10mm까지 간극을 조정한다.
도 2에는 오존 챔버 및 투 롤 밀을 통과한 카본블랙의 형태를 나타내었으며, 최초의 모습과 비교해 볼 경우 오존에 의한 산화 및 투 롤 밀에 의한 크랙킹 처리에 의해 표면이 개질되어 표면적이 넓어지고 입자경이 감소되었음을 알 수 있고, 이러한 변화는 무늬점도계, 레오미터 및 동적 측정기를 통해 확인할 수 있다.
[실시예]
스티렌-부타디엔 고무 100phr에 개질되지 않은 통상의 N550을 80phr 적용한 고무 조성물(Ⅰ)과 오존 챔버 및 투 롤 밀을 통과시켜 표면이 개질된 N550을 80phr 적용한 고무 조성물(Ⅱ)에 대한 물성 비교를 하기 표에 나타내었다.
구분 100℃무늬점도 JIS 경도 300% 모듈러스 인장강도 PICO 마모
Ⅰ 68.0 65 83.0 168Mpa 0.034
Ⅱ 70.0 67 86.0 175Mpa 0.030
이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 트레드 고무 조성물은 저연비 타이어의 단점인 마모성능을 유지 및 향상시키고, 입자의 구조를 더욱 발전시켜 카본블랙과 원료고무간의 친화력을 증진시켜 저연비 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 원료고무 100phr에 대하여, ASTM 기준 N550이상, N774 이하의 카본블랙을 100∼150℃의 오존 챔버에서 2∼4시간 정도 산화시킨 표면 개질된 카본블랙을 50∼100phr 배합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 원료고무는 천연고무, 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무를 각각 또는 혼용하여 사용하는 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드 고무 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 표면개질된 카본블랙은 오존 챔버에서 산화시킨 후 투 롤 밀을 통과시켜 크랙킹 처리된 것임을 특징으로 하는 타이어용 트레드 고무 조성물.
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KR100451863B1 (ko) * 2002-06-29 2004-10-08 금호타이어 주식회사 트럭 및 버스용 바이어스 타이어의 에이팩스 고무조성물
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