KR20040038335A - Ｗｃｍｂ를 함유하는 실리카 트레드 고무조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용액카본블랙마스터뱃치를 함유하는 실리카 트레드 고무조성물로서, 보다 상세하게는 실리카를 고무조성물의 충진제로 활용하기 위하여 용액카본블랙마스터뱃치(wet carbon black masterbatch)를 통상의 원료고무와 병용함으로써 기계적 특성과 동적 특성이 향상된 실리카 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 공지의 첨가제를 포함하는 실리카 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무의 조성 중에 용액카본블랙마스터뱃치가 20∼80중량% 함유됨을 특징으로 하는 실리카 트레드 고무조성물을 개시한다.

Description

ＷＣＭＢ를 함유하는 실리카 트레드 고무조성물{Silica tread compound with WCMB}

본 발명은 용액카본블랙마스터뱃치를 함유하는 실리카 트레드 고무조성물로서, 보다 상세하게는 실리카를 고무조성물의 충진제로 활용하기 위하여 용액카본블랙마스터뱃치(Wet carbon black masterbatch, WCMB)를 통상의 원료고무와 병용함으로써 기계적 특성과 동적 특성이 향상된 실리카 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

타이어는 차량의 견인을 목적으로 하는 것으로서 차량의 성능이 개선되고 사용환경 즉, 차량의 고급화, 고성능화, 또는 사용조건의 다양화에 따라 타이어에 요구되는 기능, 성능도 점점 복잡다양한 형태로 개발되고 있으며, 타이어의 요구특성도 날로 복잡해지는 추세에 있다.

타이어의 트레드부는 노면과 직접 접촉하는 부분으로 두꺼운 고무층으로 되어 있다. 타이어 내부의 카카스 및 벨트층을 보호하기 위해 절상, 충격에 대해 강하고 또한 타이어의 주행 수명을 늘이기 위해 내마모성이 강한 고무를 채용한다.

타이어 산업에서는 그동안 내마모성, 제동성, 연비 등의 목표성능을 향상시키기 위하여 많은 발전을 거듭해 왔는데, 이러한 기술개발의 결과로 최근 각광받고 있는 것 중의 하나로서 실리카를 들 수 있다.

실리카는 제동성과 연비를 동시에 개선시킬 수 있는 신소재 충진제로서 빠른시간에 카본블랙을 대체하고 있으나, 실리카 트레드 고무조성물의 경우는 기존의 카본블랙 고무조성물이 갖는 트레이드오프(trade off) 현상 즉, 한가지 성능이 개선되면 또 다른 한가지 성능이 하락하는 특성을 제거할 수 없는 것이 현실이다.

실리카는 친수성 물질로서 소수성인 일반고무에 비해 배합과정이 복잡할 뿐만 아니라, 공정수율이 저하되고 높은 점도로 인하여 압출과정 등에서 스코치 문제, 압출속도의 저하 등 많은 문제점을 지니고 있다.

이러한 문제점의 개선을 위하여 실리카 표면을 친유성으로 개선시키는 역할을 하는 커플링제 (coupling agent)를 도입하는 화학적인 방법이 사용되고 있으나, 이러한 방법은 실리카를 소수성 고무에 골고루 분산시켜주는 역할을 수행할 수는 있으나, 카본블랙 고무조성물에 비하여 높은 점도수준과 충진제 분산성이 하락하는 근본적인 문제점을 해결하지는 못하고 있다.

또한, 실리카 고무조성물은 화학적으로 혼화도가 낮은 이종재료를 배합하는 것으로 인해 온도/시간 등 배합조건에 매우 민감하여 작업뱃치(batch) 간의 편차가 큰 문제점이 있는데, 그 이유는 커플링제가 실리카 표면과 1차로 결합하고 결합된 가지가 고무사슬과 2차적으로 결합하는 과정에서 크게 영향을 미치는 조건이 온도/시간/압력 등과 같은 배합조건 들이기 때문이다.

본 발명자는 상기와 같은 종래 실리카 트레드 고무조성물이 지니는 문제에 대한 해결방안을 연구하여 오던 중, 실리카를 고무조성물의 충진제로 활용하기 위하여 용액카본블랙마스터뱃치를 일반 합성 고무와 혼용함으로써 이러한 문제점을 해결할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 고무 충진제인 실리카를 함유하는 트레드 고무조성물에 용액카본블랙마스터뱃치를 사용하여 성능 및 공정수율을 개선한 새로운 실리카 트레드 고무조성물을 제공함에 있다.

발명은 공지의 첨가제를 포함하는 실리카 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무의 조성 중에 용액카본블랙마스터뱃치가 20∼80중량% 함유됨을 특징으로 하는 실리카 트레드 고무조성물을 포함한다.

본 발명에 사용되는 원료고무는 합성고무와 카본블랙을 함유하는 마스터뱃치를 포함한다. 합성고무의 예로는 SBR이 대표적이며 이에 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 사용되는 용액카본블랙마스터뱃치는 동일한 등급의 원료 폴리머를 포함하도록 한다.

용액카본블랙마스터뱃치는 바람직하게는 물분산공정하에서 SBR 라텍스, 카본블랙, 오일을 적량 혼합하여 상호응고한 마스터뱃치(WCMB)이며, 바람직하게는 SBR 라텍스 100phr에 대해, 카본블랙은 60∼150phr, 공정오일은 40∼100phr 포함된다.

일반적으로 SBR 고무에 실리카를 충진시킬 경우 공정률(process ratio)은 약 3.9로서 유황배합까지 약 4번의 뱃치배합을 실시하여야 하지만, 본 발명에 의한 WCMB를 함유하는 실리카 트레드 고무조성물의 경우 유황배합까지 약 3번의 뱃치배합으로도 통상의 방법에 비해 훨씬 높은 인장물성을 얻을 수 있다.

WCMB를 적용한 실리카 고무조성물이 공정율을 단축시키고, 기계적인 강도를 증가시키는 이유를 명확히 알 수는 없으나, WCMB의 제조과정 중에 일반고무에 비해 실리카의 친화성이 높아졌을 가능성과 WCMB 내에 포함되어 있는 카본블랙 등으로 인하여 WCMB 자체의 점도가 상승하여 배합시 보다 높은 전단력이 작용함으로써 실리카의 분산이 용이하게 된 것으로 보인다.

기타 본 발명에 의한 실리카 고무조성물에 포함되는 기타 성분 예를 들면, 산화아연, 스테아린산, 공정오일, 유황, 가황촉진제 등은 공지의 실리카 고무조성물의 첨가제들로서 이들 각각은 이미 알려진 첨가량의 범위에 따라 적의 선택하여 실시하는 것으로 충분하므로 이들에 관한 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 비교예를 통해 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리 범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니다.

<실시예 1>

하기 표 1에 개시된 배합비와 같이 SBR 50 중량%와 WCMB(카본블랙:80phr, 공정오일: 50phr) 50 중량%로 구성되는 원료고무 100 중량%에 대하여, 실리카 80phr, 커플링제 8 phr, 산화아연 3 phr, 스테아린산 2 phr, 공정오일 7 phr, 유황 1.5 phr, 가류촉진제 0.7 phr와 구아니딘(guanidine) 2 phr를 첨가하여 밴버리믹서에 배합하고 125℃의 온도에서 방출하여 실리카 고무조성물을 제조하였다.

<비교예 1>

원료고무를 SBR 100 중량%로 구성한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건 하에 실시하여 실리카 고무조성물을 제조하였다.

<표 1> 고무배합 (단위: 중량부)

구분	실시예 1	비교예 1
SBR	50	100
WCMB	50	-
카본블랙	-	-
실리카	80	80
커플링제	8	8
산화아연	3	3
스테아린산	2	2
공정오일	7	7
유황	1.5	1.5
가류촉진제	0.7	0.7
구아니딘	2	2

<시험예>

실시예 및 비교예에서 제조한 고무조성물을 160℃에서 30분 동안 가류시켜 인장시편을 제조한 다음, 시편의 공정율, 점도, 경도 인장강도, 신장율, 내마모성능 및 탄제트델타와 같은 물성시험을 ASTM 표준규격에 따라 측정하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.

이때 내마모성능의 지수값은 비교예 1을 100으로 한 값이며, 공정율은 그 값이 작을수록 양호함을 의미하는데, 다음과 같은 식에 의해 그 값을 구하였다.

공정율= 총 배합스텝 중량 / 총 유황배합 중량

<표 2> 물성시험 결과

구분	실시예 1	비교예 1
공정율	2.95	3.9
점도 (ML1+4)100℃125℃	13597	150113
경도	72	71
인장강도	238	220
신장율(%)	486	480
내마모성능	115	100
tan δ0℃70℃	0.3590.137	0.3060.145

상기 결과에 의하면 본 발명에 의한 실리카 고무조성물은 WCMB를 사용함으로써 실리카 고무조성물의 분산성이 개선되어 물성이 향상되는 부분은 타이어 완제품의 요구특성에 비추어 볼 때, 고무조성물의 내마모성이 증가되며 타이어 제동성의 대용특성인 0℃ 탄제트델타 값이 높게 나타나 WCMB/실리카 고무조성물의 제동성능이 향상되었음을 알 수 있다.

본 발명에 의한 WCMB를 함유하는 실리카 고무조성물은 고무조성물의 인장물성, 내마모성능, 제동성능과 같은 기계적특성 및 배합생산성, 압출생산성과 같은 공정수율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 공지의 첨가제를 포함하는 실리카 트레드 고무조성물에 있어서,

   원료고무의 조성 중에 용액카본블랙마스터뱃치가 20∼80중량% 함유됨을 특징으로 하는 실리카 트레드 고무조성물
2. 제 1항에 있어서,

   마스터뱃치는 SBR 라텍스 100phr에 대해, 카본블랙은 60∼150phr, 공정오일은 40∼100phr을 포함함을 특징으로 하는 실리카 트레드 고무조성물