KR20010106828A

KR20010106828A - 스터드레스 타이어 트래드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR20010106828A
Application number: KR1020000027807A
Authority: KR
Inventors: 백한승; 엄진섭
Original assignee: 조충환; 한국타이어 주식회사
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2001-12-07
Also published as: KR100338307B1

Abstract

본 발명은 3,4-이소프렌 고무 10 중량부 이상 및 폴리부타디엔 고무 20 중량부 이상을 포함하는 디엔계 고무 100 중량부에 대해서, 실리카 5 내지 70 중량부, 카본 블랙 5 내지 70 중량부 및 합성 에스테르계 가소제 2 내지 10 중량부를 포함하는 스터드레스 타이어 트래드용 고무 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 조성물은 아이스/스노우 제동성과 가공성을 개선시키고, 마모성 및 웨트 제동성을 현저히 향상시키는데 효과적이다.

Description

스터드레스 타이어 트래드용 고무 조성물 {RUBBER COMPOSITION FOR STUDLESS TIRE TREAD}

본 발명은 스터드레스 타이어 트래드용 고무 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 아이스/스노우 노면에서의 제동성 및 구동성이 개선되고, 특히 웨트 노면에서의 제동성, 마모성 및 가공성을 향상시킨 스터드레스 타이어 트래드용 고무 조성물에 관한 것이다.

스노우 타이어는 보통 스파이크 핀이 타이어 트래드에 박혀있는 스터드 타이어와 스파이크 핀이 없는 스터드레스 타이어가 있다. 근래에 들어 환경 문제에 따른 스터드 타이어의 규제에 따라 아이스/스노우 노면을 주행할 때의 아이스/스노우 제동 성능을 만족시키는 스터드레스 타이어 개발의 필요성이 대두되면서 타이어 트래드 고무 재료에 대한 많은 검토가 이루어지고 있다.

타이어 트래드 고무 재료로 아이스/스노우 제동성의 향상을 시도한 타이어의 예로는 트래드의 유리 전이 온도를 조절하여 상온에서 마이크로 스파이크를 생성하는 제품과 트래드 고무에 물리·화학적으로 이물질 등을 삽입한 제품들이 있다. 그러나 이물질을 삽입한 제품은 이물질의 이탈에 따른 트래드의 불규칙한 마모 등에 의해 타이어의 수명이 감소되고, 성능이 하락되는 현상이 초래되는 문제가 있다.

이 밖에 트래드 표면에 발포 고무를 설치하고, 여기에 천연 고무/폴리부타디엔 고무와 카본 블랙을 주로 배합한 고무 조성물을 사용하는 발포 고무 타이어가 있다. 이 발포 고무는 내마모성 저하의 문제가 있어 이를 개선하기 위해 폴리부타디엔 고무를 증량하는 것이 바람직하나, 폴리부타디엔 고무는 내웨트스키드성을 감소시키는 특성을 갖고 있다.

이 문제를 해결하기 위해 충진제로 실리카를 사용하는 방법이 제시된 바 있으나, 실리카를 사용하게 될 경우, 실리카 표면의 관능기인 실라놀기의 수소 결합에 의해 입자가 서로 응집하는 경향이 있어, 고무내의 실리카 입자의 분산성을 향상시키기 위해서는 혼련 시간을 길게 할 필요가 있어 생산성이 저하되는 문제가 남아 있었다. 또한 고무 내로의 실리카 분산이 불충분하게 되면 고무 조성물의 무늬 점도가 높아지고 압출 등의 가공성이 저하되는 문제도 발생하였다.

이에 본 발명은 상기의 문제점을 개선시키기 위해 폴리부타디엔 고무와 3,4-이소프렌 고무를 함유하는 디엔계 고무에 최적량의 실리카와 카본 블랙 및 합성 에스테르계 가소제를 첨가하여 아이스/스노우 제동성과 가공성을 개선시키고, 동시에 웨트 제동성 및 마모성을 향상시킬 수 있는 스터드레스 타이어용 고무 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 폴리부타디엔 고무 20 중량부 이상 및 3,4-이소프렌 고무 10 중량부 이상을 포함하는 디엔계 고무 100 중량부에 대해서 보강제로서 실리카 5 내지 70 중량부, 카본 블랙 5 내지 70 중량부 및 합성 에스테르계 가소제 2 내지 10 중량부를 첨가하여서 되는 스터드레스 타이어용 고무 조성물임을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 고무 조성물에서 사용하는 고무 성분 중에서 폴리부타디엔 고무는 구체적으로 가공류가 37.5% 함유된 것이 바람직하며, 트래드의 아이스/스노우 제동성 및 구동성과 내마모성을 향상시키는 역할을 하게 되며, 그 사용량은 20 중량부 이상이 바람직하다.

3,4-이소프렌 고무는 폴리부타디엔 고무를 사용할 때 생기는 웨트 제동성의 저하 방지 및 웨트 트렉션을 향상시키는 역할을 하며, 그 사용량은 10 중량부 이상이 바람직하다,

디엔계 고무로는 스티렌 부타디엔 공중합체 고무, 부틸 고무, 할로겐화부틸 고무 또는 천연 고무 등을 사용할 수 있다.

한편, 실리카는 이러한 디엔계 고무 100 중량부에 대해 5 내지 70 중량부를 사용하는데, 이는 침강법에 의해 제조된 합성품을 사용한다. 구체적으로는 특별히 한정적이지는 않으나, BET 표면적이 130 내지 250 m²/g이며, CTAB 표면적이 130 내지 190 m²/g이고, DBP 흡유량이 180 내지 280 ml/100g인 것이 바람직하다.

카본 블랙은 디엔계 고무 100 중량부에 대해 5 내지 70 중량부를 사용하며,이는 DBP 흡유량이 110 내지 150 ml/100g, BET 표면적이 110 내지 150 m²/g인 것이 바람직하다.

본 발명에서의 카본 블랙과 실리카의 배합량의 합계는 디엔계 고무 100 중량부에 대해 바람직하게는 86 중량부 이하이며, 실리카와 카본 블랙의 중량비는 2:1 내지 1:20이나, 바람직하게는 0.5:1 내지 1:4이다.

본 발명에서 사용되는 합성 에스테르계 가소제는 디엔계 고무 100 중량부에 대해 2 내지 10 중량부가 사용되며, 분자량이 278 내지 420으로서 에스테르가는 수산화칼륨 250 내지 400 mg/g이다. 이러한 합성 에스테르계 가소제는 저온 영역에서의 트랙션 즉, 아이스/스노우 노면에서의 제동성과 구동성을 향상시키고 고무의 무늬 점도를 저하시켜 가공성을 개선시키기 위해 사용된다.

이하, 다음 실시예로서 본 발명을 더 구체적으로 설명하고자하며, 본 발명은 이 실시예에 제한되는 것은 아니다.

실시예 1 과 2

다음 표 1에 나타난 성분들을 배합하여 실시예 1과 2의 스터드레스 타이어 트래드용 고무 조성물을 제조하였다.

제조한 고무 조성물을 이용해 시험 시편을 제작하여, 경도, 아이스 마찰계수, 람본 마모지수, tanδ 및 ML1+4를 측정하였다. 그 측정 방법은 다음과 같으며, 그 결과는 표 1에 나타냈다.

경도 : ASTM 쇼어-A 경도계로 온도 조절한 체임버내에서 1시간 방치 후 측정함.

아이스 마찰계수 : 동적 마찰 시험기(Sunny Koken사 제품)로 -15℃에서 24시간 얼린 아이스 노면 상에서 측정한 데이터로 30 km/h 속도에서의 마찰계수임.

람본 마모지수 : 실온에서 슬립비 50 °,하중 1.5 kg에서 회전 시켰을 때 마모된 고무의 손실량이며, 지수가 클수록 내마모성이 우수함을 의미함.

tanδ : 동적 손실계수로서 10 Hz의 진동수로 측정하며, 측정 방법은 온도 스윕 방식으로 토션 형태의 점탄성 시험기를 사용하였음.

비교예 1 내지 3

다음 표 1에 나타난 성분들을 배합하여 비교예 1 내지 3의 스터드레스 타이어 트래드용 고무 조성물을 제조하였다.

제조한 고무 조성물을 이용해 시험 시편을 제작하였으며, 측정 종류와 방법은 상기 실시예 1과 2의 내용과 동일하다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.

	비교예 1	비교예 2	비교예3	실시예 1	실시예 2
NR¹/BR²	60 / 40	60 / 40	50 / 50	40 / 50	30 / 55
3,4-이소프렌³	-	-	-	10	15
카본블랙⁴/실리카⁵	55 / -	25 / 30	25 / 30	25 / 30	25 / 30
가공유⁶/커플링제⁷	29 / -	29 / 2.4	29 / 2.4	29 / 2.4	29 / 2.4
산화아연/스테아린산	4 / 2	4 / 2	4 / 2	4/2	4/2
노화방지제⁸	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5
가소제⁹	-	-	-	4	6
황/촉진제1¹⁰/촉진제2¹¹	1.2/1.3/-	1.2/1/0.4	1.2/1/0.4	1.2/1/0.4	1.2/1/0.4
경도 -20℃	59	54	53	53	51
아이스 마찰계수	0.260	0.310	0.334	0.352	0.361
람본 마모지수	100	95	124	120	132
tanδ 0℃	0.184	0.198	0.187	0.215	0.221
ML1+4	47	57	62	49	44
195/65R15T 실차평가
스노우 제동성	100	127	130	138	143
웨트 제동성	100	105	99	123	128
내마모성	100	98	119	117	125

¹NR : 상품명이 SIR20인 천연 고무

²BR : 가공유가 37.5% 포함된 폴리부타디엔 고무로서 상품명은 KBR31 (금호석유화학제)

³3,4-이소프렌 : 3,4-이소프렌 고무로 상품명은 Isogrip (Karbochem 제)

⁴카본블랙 : 상품명은 N234 (코리아본제)

⁵실리카 : 상품명은 Zeosil 175GR (코프랑제)

⁶가공유 : 상품명은 Aromatic #2 Oil (미창석유제)

⁷커플링제 : 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드 (데구사제)

⁸노화방지제 : 6-C(N-페닐-N´-(1,3-디메틸부틸)-p-페닐렌디아민)

⁹가소제 : 폴리에틸렌 글리콜 에스테르, 상품명은 KW400 (Stucktol사 제)

¹⁰촉진제1 : CBS (N-시클로헥실-2-벤조티아졸릴 술펜아미드)

¹¹촉진제2 : DPG (N,N-디페닐 구아니닌)

상기 표에서, 비교예 1은 통상적인 스터드레스 타이어용 캡 트래드용 고무 조성물로서 카본 블랙이 함유된 것이며, 비교예 2는 실리카가 함유된 스터드레스 타이어 캡 트래드용 고무 조성물이다.

실시예 1과 2는 본 발명과 관련된 고무 조성물로서 스노우 스터드레스 타이어 캡 트래드의 아이스/스노우 제동성 및 마모성을 향상시키기 위해서 폴리부타디엔 고무의 함량을 증량 하였으며, 폴리부타디엔 고무의 함량 증량에 따른 웨트 노면에서의 제동성 저하 방지 및 웨트 트랙션의 향상을 위해 3,4-이소프렌 고무를 사용하였다.

표 1에서 볼 때, 합성 에스테르계 가소제의 사용으로 고무 조성물의 저온에서의 경도가 감소되어 아이스/스노우 노면에서의 제동성 및 구동성이 향상되었으며, 무늬 점도가 감소되어 가공성이 향상되었음을 알 수 있다.

폴리부타디엔 고무를 증량하고 적정량의 3,4-이소프렌 고무와 실리카를 첨가한 실시예 1과 2의 경우, 통상적인 스터드레스 타이어 캡 트래드용 고무 조성물인 비교예 1,2보다 스노우 제동성 및 웨트 제동성과 내마모성이 모두 현저히 증가되었으며, 3,4-이소프렌 고무와 가소제가 첨가되지 않고 폴리부타디엔 고무만을 증량한 비교예 3의 경우에도 스노우 제동성과 내마모성이 증가되었다.

본 발명에 따른 고무 조성물은 폴리부타디엔 고무의 증량과 적절량의 3,4-이소프렌 고무의 첨가 및 합성 에스테르계 가소제의 사용으로 아이스/스노우 노면에서의 제동성 및 마모성의 향상과 함께 웨트 노면에서의 제동성 및 마모성이 우수한 효과가 있다.

Claims

3,4-이소프렌 고무 10 중량부 이상, 폴리부타디엔 고무 20 중량부 이상을 포함하는 디엔계 고무 100 중량부에 대하여 보강제로서 실리카 5 내지 70 중량부, 카본 블랙 5 내지 70 중량부, 합성 에스테르계 가소제 2 내지 10 중량부로 이루어지되, 상기 실리카는 BET 표면적이 130 내지 250 m²/g이며, CTAB 표면적은 130 내지 190 m²/g이고, DBP 흡유량은 110 내지 150 ml/100g인 합성 실리카이고, 상기 카본 블랙은 BET 표면적이 110내지 150 m²/g이며, DBP 흡유량은 110 내지 150 ml/100g 인 것을 특징으로 하는 스터드레스 타이어 트래드용 고무 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 가소제는 분자량이 278 내지 420으로서 에스테르가는 250 내지 400 KOH mg/g인 것을 특징으로 하는 스터드레스 타이어 트래드용 고무 조성물
제 1항에 있어서, 상기 카본 블랙과 실리카의 합은 디엔계 고무 100 중량부에 대해 85 중량부 이하이며, 실리카와 카본 블랙의 중량비는 2:1 내지 1:20 인 것을 특징으로 하는 스터드레스 타이어 트래드용 고무 조성물.