KR20010106744A - Tire tread composition - Google Patents
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Abstract
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 유리전이온도 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 함유하고, 여기에 D50이 5.0 이하이며, BET 비표면적이 400㎡/g이하이고, CTAB 비표면적이 400㎡/g 이하인 실리카를 포함한 것으로, 이는 마모성능이나 제동성능을 유지시키면서 회전저항을 향상시킬 수 있어 연비를 낮출 수 있는 타이어 트레드용 고무를 제공할 수 있다.The present invention relates to a rubber composition for tire treads, comprising styrene-butadiene rubber having a glass transition temperature of -50 to -10 ° C, wherein D50 is 5.0 or less, BET specific surface area is 400 m 2 / g or less, and CTAB Silica having a specific surface area of 400 m 2 / g or less, which can improve the rolling resistance while maintaining the wear performance or the braking performance can provide a rubber for tire tread that can lower fuel economy.
Description
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정의 실리카를 사용하고, 유리전이온도가 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 일부 사용함으로써 내마모성, 제동성능 및 연비성능이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber tread rubber composition, and more particularly, by using a specific silica, and by using a part of the styrene-butadiene rubber having a glass transition temperature of -50 to -10 ℃, wear resistance, braking performance and fuel efficiency performance An improved rubber composition for tire treads.
타이어 산업이 발전함에 따라, 저연비, 저회전저항, 그리고 환경친화적인 제품을 생산하기 위해 기술력을 확대하고 있다. 이를 위한, 최초의 관심은 보강제로 가장 널리 사용되는 카본블랙과 폴리머와의 상호작용력을 향상시키고자 하는 것이다. 그러나, 카본블랙의 특성상 그 한계가 있어, 이에 대한 해결책으로 실리카가 제시되었다. 그런데, 실리카는 극성이 강한 특성으로 인해 비극성인 고무와의 혼화성이 용이하지 않았다. 이를 해결하기 위해, 커플링제를 도입하게 되었다.As the tire industry develops, we are expanding our technology to produce low fuel consumption, low rolling resistance, and environmentally friendly products. For this purpose, the first concern is to improve the interaction between the carbon black and the polymer which is most widely used as a reinforcing agent. However, there is a limit in the nature of the carbon black, silica has been proposed as a solution. However, silica was not easily miscible with nonpolar rubber due to its strong polarity. In order to solve this problem, coupling agents have been introduced.
따라서, 실리카와 폴리머의 상호작용력을 향상시킬 수 있었는 바, 이때부터 실리카를 응용한 타이어 기술은 비약적으로 발전하기 시작하였다.Therefore, it was possible to improve the interaction between the silica and the polymer, and from this point on, tire technology using silica began to develop remarkably.
한편, 두 개의 작용기를 가지는 커플링제('실란 커플러'라고도 한다)는 고분자의 보강제로 쓰이는 무기필러와의 상호작용을 화학적 결합으로 만드는 작용을 하여, 무기필러의 보강성을 향상시키는 작용을 하는 것으로 알려져 있다.On the other hand, a coupling agent having two functional groups (also referred to as a silane coupler) acts to enhance the reinforcement of the inorganic filler by acting to chemically bond the interaction with the inorganic filler used as a polymer reinforcement agent. Known.
초기에는 레진의 보강제인 유리섬유의 보강성을 향상시키는 작용을 하였지만, 최근에는 그 용도가 확대되어 무기물의 표면처리, 활성 물질의 고착화, 실리카를 보강제로 사용하는 타이어의 제조 등에 사용되고 있다.Initially, the glass fiber, which is a resin reinforcing agent, was used to improve the reinforcement properties. However, its use has recently been expanded, and has been used for surface treatment of inorganic materials, solidification of active materials, and production of tires using silica as a reinforcing agent.
이들 커플링제로, 고분자와 결합할 수 있는 부분에 유황을 포함하는 것이 타이어 제조업체에서 일반적으로 사용하는 것으로서, 고분자와의 반응부가 모노설퍼이드인 경우와 다이설파이드인 경우, 그리고 폴리설파이트인 경우가 있다.In these coupling agents, the inclusion of sulfur in a portion capable of bonding with a polymer is commonly used by tire manufacturers, where the reaction with the polymer is monosulfide, disulfide, and polysulfite. have.
이를 유황을 포함하는 커플링제를 사용한 예로, 미합중국 특허 제3,798,196호, 제3,842,111호, 제3,978,103호, 제4,444,936호, 제4,012,403호, 제4,044,037호, 제5,675,014호, 그리고 유럽특허 제0018094호 등을 들 수 있다.Examples of using a coupling agent containing sulfur include U.S. Patent Nos. 3,798,196, 3,842,111, 3,978,103, 4,444,936, 4,012,403, 4,044,037, 5,675,014, and European Patent No. 0018094. Can be.
한편, 종래의 저연비성 타이어에 사용되는 트레드용 고무 조성물의 경우에는, 저연비성과 함께 젖은 노면에서의 제동성능 및 내마모성을 동시에 향상시키는 것이 매우 어렵다.On the other hand, in the case of a tread rubber composition used in a conventional low fuel efficiency tire, it is very difficult to simultaneously improve braking performance and wear resistance on wet road surfaces with low fuel efficiency.
젖은 노면에서의 제동성능이 낮은 문제를 해결하기 위해서, 종래에는 카본블랙의 사용량을 증가시키거나, 또는 유리전이온도가 높은 고무를 사용함으로써 부분적으로 저연비성을 희생하면서 젖은 노면에서의 제동성능을 향상시키고자 하였다.In order to solve the problem of low braking performance on wet roads, conventionally, the use of carbon black is increased, or by using rubber with high glass transition temperature, the braking performance is improved on wet roads while partially sacrificing low fuel consumption. I wanted to.
그리고, 내마모성이 낮은 문제점을 해결하기 위해서는 부타디엔 고무를 사용하거나 카본블랙 사용량을 증가시켰다. 그러나, 부타디엔 고무의 사용은 젖은 노면에서의 제동성능이 악화되는 문제점을 발생시키고, 카본블랙의 증량은 저연비 성능을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.In order to solve the problem of low wear resistance, butadiene rubber is used or carbon black is used. However, the use of butadiene rubber causes a problem that the braking performance on the wet road surface is deteriorated, the increase of carbon black has a problem of lowering the low fuel consumption performance.
이에 본 발명자는 종래 내마모성과 제동성능을 향상시키기 위한 방법이 저연비성을 얻지 못함을 해결하기 위해 연구 노력하던 중, 특정 유리전이온도를 갖는 고무를 사용하고, 특정한 특성이 발달된 침강성 실리카를 첨가한 결과, 제동성능, 내마모성 및 저연비성능을 향상시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention are trying to solve the problem that the conventional method for improving wear resistance and braking performance does not achieve low fuel efficiency, using rubber having a specific glass transition temperature, and adding precipitated silica with specific characteristics. As a result, it was found that braking performance, abrasion resistance, and low fuel efficiency can be improved, and thus, the present invention has been completed.
따라서, 본 발명의 목적은 내마모성능과 제동성능을 유지하면서 회전저항을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a rubber tread rubber composition having improved rolling resistance while maintaining wear resistance and braking performance.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무, 보강제, 연화제, 산화아연, 스테아린산, 가공조제, 가황제 및 가류촉진제로 이루어진 고무 조성물로서, 상기 원료고무는 유리전이온도 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 30∼100중량부 포함하며, 실리카는 D50이 5.0㎛ 이하인 것임을 그 특징으로 한다.The rubber composition for tire treads of the present invention for achieving the above object is a rubber composition consisting of a raw material rubber, a reinforcing agent, a softener, zinc oxide, stearic acid, a processing aid, a vulcanizing agent and a vulcanization accelerator, wherein the raw material rubber has a glass transition temperature- 30 to 100 parts by weight of styrene-butadiene rubber having a temperature of 50 to 10 ° C, and silica is characterized by having a D50 of 5.0 µm or less.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 특정의 실리카를 첨가한다.The rubber composition for tire treads of this invention adds specific silica to the rubber composition for tire treads normally.
본 발명에서 첨가되는 실리카는 D50이 5.0㎛ 이하인 실리카로서, 이때, D50(㎛)의 측정은 실리카가 파우더나 그래뉼, 그리고 마이크로 펄 등의 어떠한 형태를가지고 있더라도 일정한 형태로 전처리를 한 후 측정한다. 전처리한 실리카를 물에 분산시켜 일정한 에너지를 가한다. 약 5분간 초음파처리한 후 레이져 스케터링 장비를 이용하여 실리카 입자 사이즈 분포를 측정한다. 이 값이 작을수록 실리카가 고무에 분산이 잘되는 판단기준으로 사용한다. 또한, 실리카는 BET값이 400㎡/g 이하이고, CTAB값이 400㎡/g 이하인 것이 바람직하다.The silica added in the present invention is a silica having a D50 of 5.0 μm or less, wherein the measurement of D50 (μm) is performed after pretreatment in a constant form even if the silica has any form such as powder, granule, and micro pearl. The pretreated silica is dispersed in water and constant energy is applied. After sonication for about 5 minutes, the silica particle size distribution is measured using a laser scatterer. The smaller this value is, the better the silica is used as a criterion for dispersion. Moreover, it is preferable that silica has a BET value of 400 m <2> / g or less, and a CTAB value of 400 m <2> / g or less.
만일, 실리카가 상기의 기준을 벗어나면 가류 시간이 느려지는 문제뿐만 아니라 현장에서의 가공이 불가능한 문제를 야기할 수 있다.If the silica deviates from the above standard, it may cause not only the problem of slowing the vulcanization time but also the problem of impossible processing in the field.
한편, 본 발명의 원료고무는 부타디엔 고무 또는 스티렌-부타디엔 고무로서, 적어도 -50∼-10℃의 유리전이온도를 갖는 스티렌-부타디엔 고무를 전체 고무 성분 중 30∼100중량부로 함유하여야 한다. 유리전이온도가 -50∼-10℃인 고무를 30중량부 이상 사용함으로써 젖은 노면에서의 제동성능을 높일 수 있게 된다. 본 발명에서 사용되는 스티렌-부타디엔 고무는 유리전이온도가 -50∼-10℃인 모든 스티렌-부타디엔 고무를 사용할 수 있다.On the other hand, the raw material rubber of the present invention is a butadiene rubber or styrene-butadiene rubber, it should contain 30 to 100 parts by weight of styrene-butadiene rubber having a glass transition temperature of at least -50 ~ -10 ℃. By using 30 parts by weight or more of a rubber having a glass transition temperature of -50 to -10 ° C, it is possible to improve braking performance on wet road surfaces. As the styrene-butadiene rubber used in the present invention, any styrene-butadiene rubber having a glass transition temperature of -50 to -10 ° C can be used.
상기한 원료고무와 실리카 외에 본 발명의 고무 조성물은 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 첨가되는 연화제, 가류활성제인 산화아연 및 스테아린산, 가공조제, 가황제, 가류촉진제, 그리고 커플링제를 함유함은 물론이다.In addition to the raw material rubber and silica described above, the rubber composition of the present invention contains a softening agent, a zinc oxide and stearic acid as a vulcanizing agent, a processing aid, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, and a coupling agent which are added to a rubber composition for a tire tread. to be.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the Examples.
실시예 1∼4 및 비교예 1∼3Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3
실시예 및 비교예에서 사용된 실리카의 조건은 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.The conditions of the silica used in the Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below.
이와같은 실리카를 포함하여, 다음 표 2에 나타낸 바와 같이 원료고무, 연화제, 가류활성제인 산화아연 및 스테아린산, 가공조제, 가황제 및 가류촉진제, 그리고 커플링제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 배합한 후 일정온도에서 방출하였다.Including such silica, as shown in the following Table 2, the raw material rubber, softener, zinc oxide and stearic acid as a vulcanizing agent, processing aids, vulcanizing agent and vulcanization accelerator, and coupling agent were added in a banbury mixer after mixing Emitted at
단계별로 상세히 설명하면, 우선 원료고무 2/3의 보강제 및 커플링제, 산화아연, 스테아린산, 그리고 연화제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합 한 후 100℃에서 방출하였다. 그 다음, 얻어진 배합고무에 1/3의 보강제 및 커플링제, 연화제, 그리고 가공조제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 160℃에서 방출하였다. 마지막으로, 여기에 가황제 및 가류촉진제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 1분 30초 후 방출하였다.To explain in detail step by step, first of all the raw material rubber 2/3 reinforcing agent and coupling agent, zinc oxide, stearic acid, and softener was added in a Banbury mixer and then mixed at 100 ℃. Then, 1/3 of the reinforcing agent, the coupling agent, the softening agent, and the processing aid were added to the obtained compound rubber, mixed in a Banbury mixer, and then discharged at 160 ° C. Finally, the vulcanizing agent and the vulcanization accelerator were added thereto, mixed in a Banbury mixer, and released after 1 minute and 30 seconds.
실험예Experimental Example
상기 실시예 1∼4 및 비교예 1∼3에 따라 얻어진 고무제품에 대한 물성을 측정하여 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.The physical properties of the rubber products obtained according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were measured, and the results are shown in Table 3 below.
상기 표 3에 있어서, 마모도는 피코마모도(PICO abrasion)이고, 0℃ tanδ는 제동특성을 나타내는 것으로서, 수치가 높을수록 제동성능이 우수함을 의미한다. 60℃ tanδ는 회전저항을 나타내는 것으로서, 수치가 낮을수록 성능이 우수함을 의미한다.In Table 3, the wear degree is PICO abrasion, 0 ° C tan δ indicates the braking characteristics, the higher the value means the better braking performance. 60 ° C tan δ represents rotational resistance, and the lower the value, the better the performance.
상기 표 3의 결과로부터, 실시예 1∼4의 경우 D50이 5.0 이하인 것을 사용함으로써 그렇지 못한 비교예 1∼3에 비하여 마모성능이나 제동성능은 동등이상이면서 회전저항 성능은 향상되었음을 알 수 있다.From the results of Table 3, it can be seen that in the case of Examples 1 to 4, the use of a D50 of 5.0 or less improved the rotational resistance performance while the abrasion performance and the braking performance were equal or more than those of the Comparative Examples 1 to 3, which were not.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 유리전이온도 -50∼-10℃인 스티렌-부타디엔 고무를 전체 고무 조성 중 30∼100중량부 원료고무로서 함유하고, D50이 5.0㎛ 이하인 실리카를 첨가한 고무 조성물의 경우, 마모성능이나 제동성능을 유지시키면서 회전저항을 향상시킬 수 있어 연비를 낮출 수 있는 타이어 트레드용 고무를 제공할 수 있다.As described in detail above, according to the present invention, styrene-butadiene rubber having a glass transition temperature of -50 to -10 ° C is contained as a raw material rubber of 30 to 100 parts by weight in the total rubber composition, and a silica having a D50 of 5.0 µm or less is added. In the case of the rubber composition, it is possible to provide a tire tread rubber which can improve the rolling resistance while maintaining the wear performance or the braking performance.
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