KR20010106743A - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리카를 보강제로 포함하는 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 염기성 화합물중에서 트리알킬아민계 또는 트리알킬포스페이트계 화합물을 첨가한 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 이는 실리카를 보강제로 첨가함에 따른 가공중 점도 상승이나 분산성 저하를 해결하여 가공성이나 분산성을 향상시킬 뿐만 아니라, 1차 아민이나 2차 아민을 첨가하는 경우 발생되는 스코치 시간이 짧아지는 문제를 해결할 수 있으며, 기본적으로 타이어 트레드용 고무로서 요구되는 젖은 노면에서의 제동성능 및 회전저항 성능이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Tire tread composition}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보강제로서 실리카를 함유하는 고무의 실리카 입자 분산을 좋게하고, 가공중 무니점도 상승의 문제를 해결하여 가공성을 향상시킬 수 있도록 특정의 염기성 화합물을 첨가한 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

최근 타이어 산업이 발전됨에 따라 저연비, 저회전저항, 그리고 환경친화적인 제품을 생산하기 위해 기술력을 집중하고 있다. 이를 위한 최초의 관심은 보강제로 널리 사용되는 카본블랙과 폴리머와의 상호작용력을 향상시키기 위한 노력이었다.

카본블랙의 특성상 그 한계점이 있기 때문에 이에 대한 해결책으로 실리카가 제시되었다. 그러나, 실리카의 극성이 강한 특성으로 인해 비극성인 고무와의 혼화성이 용이하지 않았다. 이에 대해 커플링제를 도입함으로써 실리카와 폴리머의 상호작용력을 향상시킬 수 있었으며, 실리카를 응용한 타이어 기술은 비약적으로 발전하기 시작하였다.

두 개의 작용기를 가지는 커플링제('실란 커플러'라고도 한다)는 고분자의 보강제로 쓰이는 무기 필러와의 상호작용을 화학적 결합으로 만드는 작용을 하여 무기필러의 보강성을 향상시키는 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 초기에는 레진의 보강제인 유리섬유의 보강성을 향상시키는 작용을 하였지만, 최근에는 그 용도가 확대되어 무기물의 표면처리, 활성물질의 고착화, 실리카를 보강제로 사용하는 타이어의 제조 등으로 확대되고 있는 추세이다.

한편, 종래 타이어 트레드 부위에는 젖은 노면 제동성능과 회전저항 성능을 개선하기 위해서 표면적이 작고 구조가 큰 카본블랙이나, 실리카를 다량 사용한 고무 조성물을 사용하였다.

그러나, 이러한 고무 조성물은 실리카 표면의 실라놀기가 반응성과 응집력이 강하여 가공 중에 점도가 증가되고 분산성이 좋지 않아서 가공상 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해, 배합물의 밀링 횟수를 증가시키거나 가공조제 등을 첨가하는 바, 이는 생산성 하락과 원가 상승의 요인이 되고 있다. 또한, 연화제나 가소제를 사용하여 가공성을 향상시키는 방법도 있으나, 이 경우 스코치 시간이 짧아지는 단점이 있다.

한편, 1차 아민이나 2차 아민 화합물을 사용하여 분산성이나 점도를 낮추어 가공성을 향상시키고자 하였으나, 이들 화합물을 사용할 경우 무니점도는 떨어지지만 스코치 시간이 짧아지는 단점이 있었다.

이에 본 발명자는 종래 1차 아민이나 2차 아민이 아닌 3차아민인 트리알킬아민계 화합물이나 트리알킬포스페이트계 화합물을 첨가한 결과, 스코치 시간이 짧아지지 않고 분산성을 좋게 하며, 고무 점도가 낮아져 가공성이 향상되고 기타의 물성이 향상됨을 알게되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 트리알킬아민계 또는 트리알킬포스페이트계 화합물을 첨가하여 TBR 또는 PCR 타이어의 트레드 부위 마모성능, 젖은 노면 제동성능 및 회전저항 성능을 향상시키고, 가공성능과 실리카 분산성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 스티렌-부타디엔 고무, 실리카, 커플링제, 연화제, 산화아연, 스테아린산, 가황제 및 가류촉진제로 이루어진 것으로서, 여기에 염기성 화합물인 트리알킬아민 또는 트리알킬포스페이트를 첨가한 것에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 고무 조성물은 원료고무에 보강제로서 실리카, 커플링제, 연화제, 산화아연, 스테아린산, 가황제 및 가류촉진제를 첨가한 통상의 타이어 트레드용 고무 조성에 염기성 화합물로서 트리알킬아민이나 트리알킬포스페이트를 첨가한 것이다.

구체적으로, 원료고무는 유리전이온도가 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 포함하는 바, 그 함량은 전체 고무 조성물 중 30∼100중량부인 것이 바람직하다. 상기 범위의 유리전이온도를 갖는 스티렌-부타디엔 고무를 원료고무 중 30중량부 이상으로 사용함으로써 젖은 노면에서의 제동성능을 높일 수 있게 된다. 본 발명에서 사용할 수 있는 스티렌-부타디엔 고무는 상기 범위의 유리전이온도를 갖는 것이면 어떤 것이나 사용할 수 있다.

상기의 스티렌-부타디엔 고무를 제외한 원료고무는 부타디엔 고무인 것이 바람직하다.

그리고, 보강제로 사용되는 실리카는 CTAB값이 400㎡/g 이하이며, BET 값도 400㎡/g 이하이고, DOP값이 400㎖/100g 이하인 침강성 실리카를 포함한다.

실리카의 첨가량은 원료고무 100중량부에 대하여 10∼120중량부로 함유하는 것이 바람직하다.

염기성 화합물로 첨가되는 트리알킬아민계 화합물이나 트리알킬포스페이트계 화합물은 보강제로 첨가되는 실리카 표면의 실라놀기와 친화성이 좋아서, 실리카-실리카 상호작용을 약하게 함으로써 실리카 입자 분산성이 좋아지고, 공정 중 무니점도를 떨어뜨려 가공성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 종래 분산성이나 가공성 향상을 위해 첨가되온 1차 아민이나 2차 아민이 스코치 시간이 짧아지는 문제를 해결할 수 있다..

이와같은 트리알킬아민계 화합물과 트리알킬포스페이트 화합물은 각각 탄소수 3∼36의 알킬기를 갖는 것으로서, 트리알킬아민계 화합물의 구체적인 예로는, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리펜틸아민 등을 들 수 있으며, 트리알킬포스페이트계 화합물로는 트리프로필포스페이트, 트리부틸포스페이트, 트리펜틸포스페이트 등을 들 수 있다.

상기 트리알킬아민계 화합물이나 트리알킬포스페이트계 화합물은 전체 고무조성 중 2∼8 중량부로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 그 첨가량이 2중량부 미만이면 목적하는 고무조성물의 무니점도의 저하와 분산성이 향상되지 않고, 10중량부 초과면 분산계량효과, 가공성에 관련된 무니점도 저하, 그리고 회전저항 개선 효과가 포화하고 스코치 시간이 짧아지는 문제가 발생하거나, 거꾸로 내마모성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.

그밖에 본 발명의 고무 조성물은 상기한 바와 같이 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에서 첨가되는 커플링제, 연화제, 가류활성제인 산화아연과 스테아린산, 가황제 및 가류촉진제를 첨가할 수 있음은 물론이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼4 및 비교예 1

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 배합비와 같이 원료고무, 실리카, 연화제, 가류활성제인 산화아연과 스테아린산, 트리알킬아민 또는 트리알킬포스페이트, 가황제 및 가류촉진제, 커플링제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 배합한 후 일정온도에서 방출하였다.

구체적으로, 원료고무 2/3에 해당하는 보강제 및 커플링제, 산화아연, 스테아린산, 그리고 연화제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 160℃에서 방출하였다. 배합된 고무에 1/3의보강제 및 커플링제, 연화제, 그리고 트리알킬아민 또는 트리알킬포스페이트를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 160℃에서 방출하였다.

배합된 고무에 가황제 및 가류촉진제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 1분 30초 후 방출하였다.

이와같이 얻어진 고무 제품에 대한 물성을 평가하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

그리고, 고무 혼합물의 가공특성을 평가하여 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

	비교예 1	실 시 예
		1	2	3	4
합성고무(KBR31)	33
합성고무(s-SBR)	76
실리카	80
TAA	-	2	6	-	-
TAP	-	-	-	2	6
커플링제(Si-69)	6.4
연화제(A#2 Oil)	31
산화아연	3
스테아린산	2
산화방지제	1.5
유황	1.4
촉진제	1.7
촉진제(DPG)	2
(주)KBR31:A#2 Oil 37.5phr extended BR, 무니 점도 30 ~ 40s-SBR: 유리전이온도 -50∼-10 ℃인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무실리카: CTAB값 165, BET값 175, DOP값 280인 침강성 실리카TAA:트리알킬아민(트리펜틸아민), TAP:트리알킬포스페이트(트리펜틸포스페이트)

	비교예 1	실 시 예
		1	2	3	4
300모듈러스(MPa)	12.0	12.9	13.1	12.3	12.9
신장률()	412	395	385	400	391
마모도(g)	0.089	0.090	0.091	0.090	0.090
tanδ	0℃	0.616	0.625	0.633	0.621	0.630
	60℃	0.142	0.140	0.138	0.141	0.139

상기 표 2에 있어서 마모도는 피코 마모도(PICO abrasion)이며, 0℃ tanδ는 제동특성을 나타내는 것으로서 수치가 높을수록 제동성능이 우수함을 나타내며, 60℃ tanδ는 회전저항 특성을 나타내는 것으로서 수치가 낮을수록 성능이 우수함을 나타낸다.

상기 표 2의 결과로부터, 본 발명에 따른 고무 조성물의 경우 마모성능이나 제동성능 및 회전저항 성능이 트리알킬아민이나 트리알킬포스페이트를 첨가하지 않은 것에 비하여 동등 이상임을 알 수 있다.

	비교예 1	실 시 예
		1	2	3	4
무니점도(@125℃)	61.2	55.8	53.6	56.6	54.5
스코치시간(분)	20.6	20.4	20.1	20.2	19.9
T90(레오미터 결과)	14.3	14.2	14.1	14.1	13.9

상기 표 3의 결과로부터, 본 발명에 따른 고무 조성물은 고무 점도가 낮아져 가공성이 향상되었고, 스코치 시간이 짧아지지 않음을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 실리카를 보강제로 포함하는 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 트리알킬아민계 또는 트리알킬포스페이트계 화합물을 염기성 화합물로 첨가한 경우, 실리카 첨가로 인한 가공중 점도 상승이나 분산성 저하를 해결하여 가공성이나 분산성을 향상시킬 뿐만 아니라, 1차 아민이나 2차 아민을 첨가하는 경우 발생되는 스코치 시간이 짧아지는 문제를 해결할 수 있으며, 기본적으로 타이어 트레드용 고무로서 요구되는 젖은 노면에서의 제동성능 및 회전저항 성능이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 원료고무, 실리카, 커플링제, 연화제, 산화아연, 스테아린산, 가황제 및 가류촉진제로 이루어진 고무 조성물에 있어서,

   상기 조성물은 염기성 화합물인 트리알킬아민계 화합물 또는 트리알킬포스페이트계 화합물을 전체 고무 조성물 중 2∼8중량부로 함유하는 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 원료고무는 유리전이온도가 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 30∼100중량부 되도록 포함하는 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 실리카는 CTAB값이 400㎡/g 이하이고, BET 값도 400㎡/g 이하이며, DOP값이 400㎖/100g 이하인 침강성 실리카인 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 트리알킬아민계 화합물과 트리알킬포스페이트계 화합물은각각 탄소수 3∼36의 알킬기를 갖는 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.