KR20030042891A

KR20030042891A - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR20030042891A
Application number: KR1020010073708A
Authority: KR
Inventors: 김상구; 이병조; 원철연
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-02

Abstract

본 발명은 천연고무 단독 또는 부타디엔 고무와의 혼합고무를 원료고무로 하고 보강제로서 카본블랙을 포함하며, 그외 통상의 배합제로 이루어진 타이어 트레드용 고무 조성물로서 여기서 카본블랙은 CTAB 비표면적이 120∼160㎡/g, IA 흡착량이 120∼170mg/g, DBP 흡유량이 70∼130㎖/100g, CDBP 흡유량이 60∼110㎖/100g, STSA 비표면적이 120∼160㎡/g, N2SA 비표면적이 130∼170㎡/g, 틴트 착색력이 120∼150%인 것으로서, 그 표면이 개질된 것을 원료고무 100중량부에 대하여 30∼90중량부 되도록 함유하는 것임을 그 특징으로 하는 타이어 트레드 고무 조성물로서, 이는 마모성능이 우수하고 개선된 저발열특성 및 향상된 내컷앤칩 효과를 가지므로 덤프트럭과 같은 포장, 비포장 도로 겸용의 타이어나 건설현장, 탄광지역, 골재채취지역 등의 비포장 도로에서 사용되는 ORT 및 TBR 타이어로서 유용하게 사용할 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}

본 발명은 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면개질된 카본블랙을 사용하여 마모성능, 저발열특성 및 내컷앤칩 성능이 개선된 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

덤프트럭과 같은 포장, 비포장 도로(on & off road) 겸용으로 사용되는 타이어나 건설현장, 탄광지역, 골재 채취 지역 등의 비포장 도로에서 사용되는 OTR 및 TBR 타이어의 표면은 관통 또는 절상될만큼의 충분한 힘으로 날카로운 물체에 부딪혔을 때 고무가 떨어져 나가는 컷팅 앤 칩핑(cutting and chipping) 현상이 많이발생한다.

이를 개선하기 위하여 한국특허 제253121호에서는 고무 조성물에 루테늄 착물을 첨가하여 내컷앤칩 성능을 개선한 타이어용 고무 조성물을 제공하였으며, 제291263호에서는 방향족 탄화수소계 수지, 말레익 변성 로진 에스테르 수지 또는 이들의 혼합수지를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물을 제공하였으나, 이는 단가의 상승을 초래하였다.

한편, 내 컷앤칩 특성을 개선하기 위해서, 종래의 타이어 트레드 고무조성물에서는 SBR을 혼용하거나 저구조(low structure)를 갖거나 입자경이 작은 카본블랙과 실리카 등의 보강재를 사용하였다. 그러나, 많은 하중이 부여되는 OTR이나 TBR(트럭버스용) 타이어 트레드 고무에 내 컷앤칩 특성만을 고려하여 SBR 고무를 너무 많이 사용할 경우, 주행시 온도가 상승하여 발열되므로 큰 사고의 위험이 있어 제한적으로 사용되고 있다.

또한, 저구조 및 입자경이 작은 카본블랙을 다량 사용할 경우, 발열로 인한 벨트간 세퍼레이션 발생의 위험이 커지게 된다. 이러한 현상을 보완하기 위하여 카본블랙의 함량을 줄이고, 실리카 등의 폴리머겔을 다량 형성시키는 무기 충전제를 첨가하기도 하였으나, 이를 포함하는 고무 조성물은 정련 작업성의 저하, 에너지 소모량의 증가 및 분산불량을 일으키기 쉬워 원하는 물성을 얻기 어려운 단점이 있다.

상술한 바와 같이 현재까지의 기술은 생산원가 부담이 매우 높아지는 문제점을 가지고 있다.

이에, 본 발명자들은 종래 일반적으로 사용되온 카본블랙을 대체하여 신규한 카본블랙을 적용한 결과, 내마모성능을 유지하면서 동시에 내 컷앤칩 성능을 향상시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 우수한 마모성능 뿐만 아니라 개선된 저발열특성 및 향상된 내컷앤칩 특성을 갖는 타이어 트레드 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물은 CTAB 비표면적이 120∼160㎡/g, IA 흡착량이 120∼170mg/g, DBP 흡유량이 70∼130㎖/100g, CDBP 흡유량이 60∼110㎖/100g, STSA 비표면적이 120∼160㎡/g, N2SA 비표면적이 130∼170㎡/g, 틴트 착색력이 120∼150%인 것으로서, 그 표면이 개질된 카본블랙을 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.

도 1은 ASTM에서 규정하고 있는 카본블랙의 STM 사진이며,

도 2는 본 발명에서 사용한 표면개질 카본블랙의 STM 사진이고,

도 3은 ASTM에서 규정하고 있는 카본블랙의 TEM 사진이고,

도 4는 본 발명에서 사용한 표면개질 카본블랙의 TEM 사진이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물은 통상의 타이어 트레드 고무 조성에서와 같이 천연고무 단독 또는 천연고무와 부타디엔 고무의 혼합고무일 수 있다.

이같은 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙을 30∼90중량부로 포함하는 바, 본 발명에서 사용하는 카본블랙에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

통상의 내 컵앤칩 특성을 향상시키기 위한 트레드 고무에 사용되는 카본블랙은 N115와 같이 구조가 낮고 비표면적이 큰 카본블랙을 주로 사용하였다. 그러나, 이는 가공성 및 마모성능 저하를 수반하였다.

본 발명에서 사용하는 신규한 카본블랙의 특성은 N115에 비하여 더욱 낮은 구조이며 동등 이상의 비표면적을 갖는 것이다. 일반적으로 비표면적이 커지면 마모성능이 향상되지만, 카본블랙의 구조발달이 덜 될수록 가공성이 어려워 카본블랙 분산도가 낮아 결국엔 마모성능이 저하되는 결과를 가져온다. 그러나, 일반적으로 구조발달이 덜 될수록 내컷앤칩 성능에는 유리하다. 따라서, 가공성 및 내마모 성능 저하를 방지하기 위해 카본블랙 표면을 개질하여 이를 보완하였다. 즉, 표면의 형상이 다음에서 설명하는 바와 같이 기존의 카본블랙(ASTM 카본블랙)과 상이한 특징을 가진다.

카본블랙의 표면형상은 STM(Scanning Tunneling Microscope)과 TEM 사진에 의한 분석을 수행하는 바, STM으로는 카본블랙 표면의 굴곡을 관찰할 수 있으며, TEM으로는 표면의 결정(Crystallite)의 질서 정연한 정도를 관찰할 수 있다.

일반적으로 ASTM에서 규정하고 있는 카본블랙과 본 발명에서 사용하고 있는 표면개질 카본블랙의 STM 사진은 각각 도 1 및 2와 같다.

도 1과 2를 비교하여 볼 때 ASTM에서 규정하고 있는 것에 비하여 본 발명의 카본블랙은 매우 거친 표면을 가지고 있음을 알 수 있다.

그리고, ASTM에서 규정하고 있는 카본블랙과 본 발명에서 사용하고 있는 표면개질 카본블랙의 TEM 사진을 도 3 및 4에 각각 나타내었다.

도 3과 4의 사진에서 검정색으로 분리가 되어 있는 것들이 모두 결정들이다.표면개질한 카본블랙이 무질서하게 분포하고 있는 것을 관찰할 수 있다. 현재까지 연구된 바에 의하면 표면이 개질된 카본블랙의 결정크기가 다소 작다고 알려져 있지만, 아직까지는 완벽하게 정량화된 수치로 나타내기는 어렵다.

이같은 표면특성을 갖는 본 발명의 카본블랙은 CTAB 비표면적이 120∼160㎡/g, IA 흡착량이 120∼170mg/g, DBP 흡유량이 70∼130㎖/100g, CDBP 흡유량이 60∼110㎖/100g, STSA 비표면적이 120∼160㎡/g, N2SA 비표면적이 130∼170㎡/g, 틴트 착색력이 120∼150%이다.

이같은 카본블랙의 첨가량이 원료고무 100중량부에 대하여 30중량부 미만이면 내마모 성능이 저하되고, 90중량부를 초과하여 첨가할 경우 발열특성이 급격하게 나빠지게 되며 또한 내컵앤칩 성능도 저하된다.

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

실시예 1

다음 표 2에 나타낸 바와 같이 천연고무(NR) 100중량부, 카본블랙은 SM카본1을 55중량부로 배합하고, 이외에는 통상의 트레드 고무 조성물에서 사용되는 프로세스 오일, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 왁스, 가황촉진제 및 유황을 표 2와 같이 배합하여 트레드 고무조성물을 제조하였다.

이때, 사용한 카본블랙의 조건은 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.

실시예 2

다음 표 1에 나타낸 특성을 갖는 카본블랙 SM카본2을 55중량부 사용한 것을제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 고무조성물을 제조하였다.

비교예 1

다음 표 1에 나타낸 특성을 갖는 카본블랙 N115 30중량부 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 고무조성물을 제조하였다.

비교예 2

다음 표 1에 나타낸 특성을 갖는 카본블랙 N115 55중량부 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 고무조성물을 제조하였다.

비교예 3

다음 표 1에 나타낸 특성을 갖는 카본블랙 N115 80중량부 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 고무조성물을 제조하였다.

비교예 4

다음 표 1에 나타낸 특성을 갖는 카본블랙 N134 55중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 고무조성물을 제조하였다.

	N115	N134	SM카본1	SM카본2
CTAB(ASTM D3765-99), ㎡/g	129	132	135	141
IA(ASTM D1510-99), mg/g	159	141	152	158
DBP(ASTM D2414-99), ㎖/100g	113	123	106	90
CDBP(ASTM D3493-99), ㎖/100g	98	101	91	82
TINT(ASTM D3265-99a), %	121	130	137	144
STSA(ASTM D5816-99), ㎡/g	123	134	138	146
N2SA(ASTM D4820-99), ㎡/g	137	139	145	159
*SM 카본은 표면개질 제품으로서 모두 DEGUSSA 제품임.

(단위:중량부)
	비 교 예	실시예
	1	2	3	4	1	2
천연고무(NR)	100	100	100	100	100	100
카본블랙	N115	30	55	80	-	-	-
	N134	-	-	-	55	-	-
	SM-카본1	-	-	-	-	55	-
	SM-카본2	-	-	-	-	-	55
프로세스 오일	6	6	6	6	6	6
산화아연	3	3	3	3	3	3
스테아린산	1	1	1	1	1	1
노화방지제	5	5	5	5	5	5
왁스	1	1	1	1	1	1
촉진제(TBBS)	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7
유황	2	2	2	2	2	2

실험예

상기 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 고무제품에 대한 물성을 측정하여 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

발열특성은 Goodrich Flexometer로 측정하였으며, 그 값이 낮을수록 저발열 성능이 우수함을 나타내며, 마모도는 Lambourn Abrader로 측정하였으며, 값이 클수록 마모성능이 우수함을 나타내고, 컷앤칩은 BF Goodrich Chip-cut Tester로 측정하였으며, 그 값이 클수록 성능이 우수함을 나타낸다.

	비 교 예	실시예
	61	2	3	4	1	2
무니점도(ML₁₊₄)	51	63	79	63	62	61
발열특성	115	145	165	140	109	113
마모도	100	110	105	110	115	120
컷앤칩	100	105	95	105	110	116

상기 표 3의 결과로부터, 본 발명에 따른 표면개질된 카본블랙을 사용할 경우 통상의 ASTM 카본블랙을 사용한 것에 비하여 마모성능이 우수하고 저발열특성이개선되며 내컵앤칩이 향상됨을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 통상의 트레드 고무 조성에서 사용되는 카본블랙을 대체하여 표면개질된 카본블랙을 사용한 경우 마모성능이 우수하고 개선된 저발열특성 및 향상된 내컷앤칩 효과를 가지므로 덤프트럭과 같은 포장, 비포장 도로 겸용의 타이어나 건설현장, 탄광지역, 골재채취지역 등의 비포장 도로에서 사용되는 ORT 및 TBR 타이어로서 유용하게 사용할 수 있다.

Claims

천연고무 단독 또는 부타디엔 고무와의 혼합고무를 원료고무로 하고 보강제로서 카본블랙을 포함하며, 그외 통상의 배합제로 이루어진 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

카본블랙은 CTAB 비표면적이 120∼160㎡/g, IA 흡착량이 120∼170mg/g, DBP 흡유량이 70∼130㎖/100g, CDBP 흡유량이 60∼110㎖/100g, STSA 비표면적이 120∼160㎡/g, N2SA 비표면적이 130∼170㎡/g, 틴트 착색력이 120∼150%인 것으로서, 그 표면이 개질된 것을 원료고무 100중량부에 대하여 30∼90중량부 되도록 함유하는 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무 조성물.