KR20040106801A

KR20040106801A - 내마모성이 향상된 타이어용 고무조성물

Info

Publication number: KR20040106801A
Application number: KR1020030037647A
Authority: KR
Inventors: 이현화
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2004-12-18
Also published as: KR100542280B1

Abstract

본 발명은 타이어용 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 보강충진제로서 나노구조의 카본블랙을 고무조성물에 첨가하여 내마모특성이 향상된 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 공지의 타이어용 고무조성물에 있어서, 입자가 매우 작고, 고구조(high structure)인 나노구조의 카본블랙을 고무조성물에 첨가하여 내마모특성을 향상시킬 수 있는 타이어용 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 타이어용 고무조성물은 공지의 타이어용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 나노구조의 카본블랙 50∼100중량부 포함한다.

본 발명에서 나노구조의 카본블랙은 평균 입자크기가 10∼20nm이며, 요오드 흡착가 175∼185mg/g, DBP 흡유가 128∼138ml/100g, 착색도 140∼150%인 특성을 지니다.

Description

내마모성이 향상된 타이어용 고무조성물{Rubber composition improved abrasion for tire}

타이어 개발의 대부분은 구조적 측면과 재료의 응용기술 개발로 집약된다. 이중 타이어의 구조적 측면에서는 각각의 타이어의 기능성을 강조하는 타이어 구조 개발에 연구하고 있다. 그리고 타이어의 재료부분에서는 에너지 절약 측면과 환경문제를 중시하는 타이어의 개발에 대부분의 연구가 이루어지고 있다.

이중 재료의 응용기술 개발 측면에서 특히 보강충진제로 널리 사용하고 있는 카본블랙을 사용시 입자크기가 작은 것을 사용하든지, 카본블랙의 사용량을 증가하거나 감소시키는 방법이 널리 이용되고 있다. 이러한 방법 이외에도 고무조성물에 카본블랙을 다른 첨가제들과 배합시 카본블랙이 보강효과를 나타내는 최소단위가 어그리게이트 사이즈 수준이라는 연구결과를 응용하여 주로 다른 특성을 유지하며,저연비성 및 혼합가공성을 향상시킨 고무조성물을 연구하고 있으나, 내마모특성은 크게 증가시키지 못하고 있다.

한편, 본 발명과 관련된 종래기술로서 특허출원 제2001-21727호에 평균입자크기가 30∼200nm, 입자분포도 폭이 20∼120nm, 결정자 측면부 평균길이가 0.2∼1.2nm인 나노구조의 카본블랙을 첨가한 트럭/버스용 트레드 고무조성물이 있다. 그러나 위의 종래기술과 본원발명에서의 카본블랙은 평균 입자크기 및 요오드 흡착가, DBP 흡유가 및 착색도와 같은 특성에 있어서 차이가 있어 발명의 구성에 있어서 서로 다른 기술적 구성을 가지고 있다.

한편 본 발명은 보강충진제로 실리카를 사용하는 실리카 화합물에 나노구조의 카본블랙을 사용하여 내마모특성과 건조 및 젖은노면의 제동력(dry & wet traction)을 개선시킬 수 있는 타이어용 고무조성물의 제공을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명에서 원료고무는 천연고무나 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 이소프렌 고무(IR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)와 같은 합성고무를 각각 사용할 수 있다. 또한 천연고무와 위의 합성고무가 5∼6:4∼6의 비로 혼합된 혼합고무를 사용하거나 또는 위의 합성고무들이 균일한 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

본 발명에서 주요 구성성분인 나노구조의 카본블랙은 원료고무 100중량부에 대하여 50∼100중량부 포함한다. 만일 원료고무 100중량부에 대하여 50중량부 미만 사용하면 고무의 보강성이 하락하는 문제가 있고, 100중량부 초과하여 사용하면 가공성 불량으로 발열이 증가하고 내마모성이 하락하는 문제가 발생한다. 따라서 본 발명에서 나노구조의 카본블랙은 원료고무 100중량부에 대하여 50∼100중량부 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 다양한 입자크기와 특성을 가진 카본블랙을 사용한바 전술한 수치 범위의 입자크기와 특성을 가지는 카본블랙을 사용하는 것이 본 발명의 목적과 부합한다. 따라서 본 발명에서 나노구조의 카본블랙은 평균 입자크기가 10∼20nm이며, 요오드 흡착가 175∼185mg/g, DBP 흡유가 128∼138ml/100g, 착색도 140∼150%인 것을 사용하는 것이 좋다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 카본블랙 이외에 종래 타이어용 고무조성물에 사용되는 보강충진제, 활성제, 노화방지제, 공정오일, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 선택적으로 포함할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어용 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본원발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<비교예 1>

하기의 표 1과 같이 천연고무 50중량부 및 스티렌-부타디엔 고무 50중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 50중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 공정오일 3중량부, 노화방지제(K-RD) 2중량부, 황 2중량부, 가황촉진제(CZ) 2중량부를 160℃에서 20분간 가류하여 트럭 및 버스용 타이어 트레드 고무를 제조하였다.

상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가 140mg/g, DBP 흡유가 130ml/100g, 착색도 127%인 것을 사용하였다.

<비교예 2>

요오드 흡착가 117mg/g, DBP 흡유가 136ml/100g, 착색도 126%인 카본블랙을사용하는 것을 제외하는 상기 비교예 1과 같은 조성, 함량 및 방법을 이용하여 트럭 및 버스용 타이어 트레드 고무를 제조하였다.

<비교예 3>

요오드 흡착가 160mg/g, DBP 흡유가 123ml/100g, 착색도 134%인 카본블랙을 사용하는 것을 제외하는 상기 비교예 1과 같은 조성, 함량 및 방법을 이용하여 트럭 및 버스용 타이어 트레드 고무를 제조하였다.

<비교예 4>

하기의 표 2와 같이 천연고무 100중량부에 대하여 실리카 20중량부, 카본블랙 56중량부, 실리카 커플링제(Si-69) 3.2중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 공정오일 3중량부, 노화방지제(K-RD) 2중량부, 황 2중량부, 가황촉진제(CZ) 2중량부를 160℃에서 30분간 가류하여 고무를 제조하였다.

상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가(Iodine adsorption) 140mg/g, DBP 흡유가(DBP Absorption) 130ml/100g, 착색도(Tint strength) 127%인 것을 사용하였다.

<비교예 5>

요오드 흡착가 117mg/g, DBP 흡유가 136ml/100g, 착색도 126%인 카본블랙을 사용하는 것을 제외하는 상기 비교예 4와 같은 조성, 함량 및 방법을 이용하여 고무시편을 제조하였다.

<비교예 6>

요오드 흡착가 160mg/g, DBP 흡유가 123ml/100g, 착색도 134%인 카본블랙을 사용하는 것을 제외하는 상기 비교예 4와 같은 조성, 함량 및 방법을 이용하여 고무시편을 제조하였다.

<실시예 1>

상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가 175mg/g, DBP 흡유가 128ml/100g, 착색도 140%, 평균 입자크기가 10∼20nm인 것을 사용하였다.

<실시예 2>

표 1. 비교예 1∼3 및 실시예 1 고무의 조성

항목	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 1
천연고무	50	50	50	50
스티렌-부타디엔 고무	50	50	50	50
카본블랙	50	50	50	50
산화아연	3	3	3	3
스테아린산	2	2	2	2
공정오일	3	3	3	3
노화방지제	2	2	2	2
황	2	2	2	2
가황촉진제	2	2	2	2

표 2. 비교예 4∼6 및 실시예 2 고무의 조성

항목	비교예 4	비교예 5	비교예 6	실시예 2
천연고무	100	100	100	100
실리카	20	20	20	20
카본블랙	56	56	56	56
실리카 커플링제	3.2	3.2	3.2	3.2
산화아연	3	3	3	3
스테아린산	2	2	2	2
공정오일	3	3	3	3
노화방지제	2	2	2	2
황	2	2	2	2
가황촉진제	2	2	2	2

상기 표 1 및 표 2에서 노화방지제(K-RD)는 2,2,4-trimethly-1,2-dihydro quinoline 이고, 가황촉진제(CZ)는 N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide 이다.

<시험예 1>

상기 비교예 1∼3 및 실시예 1의 고무시편을 ASTM 관련 규정에 의해 무니점도, 인장물성, Rheovibron, Heat Built-up, 블로우아웃 및 마모(pico)와 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.

표 3. 비교예 1∼3 및 실시예 1 고무의 물성측정 결과

항목	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 1
무니(125℃)	점도	62	64	66	60
무니(125℃)	T05	37.47	39.73	42.93	44.80
무니(100℃)	T35	43.47	44.67	47.73	53.73
무니(100℃)	점도	71	75	77	72
인장물성	경도	63	67	66	67
	300% 모듈러스	111	138	120	113
	인장강도	304	308	298	301
	신장율	607	535	581	597
Rheovibron	Tg	-43.2	-43.2	-45.2	-45.2
	Tanδ(0℃)	0.116	0.117	0.105	0.108
	Tanδ(70℃)	0.079	0.080	0.076	0.087
Heat Built-up	Temp. Rise	22.3	22.1	25.5	24.1
Heat Built-up	Comp. Set	96.8	96.8	95.6	96.5
블로우아웃(50℃)	19.3	13.7	13.7	19.5
마모(pico)	0.0315	0.0307	0.0305	0.0300

<시험예 2>

상기 비교예 4∼6 및 실시예 2의 고무시편을 ASTM 관련 규정에 의해 무니점도, 인장물성, Rheovibron, Heat Built-up, 마모(pico)와 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 4에 나타내었다.

표 4. 비교예 4∼6 및 실시예 2 고무의 물성측정 결과

항목	비교예 4	비교예 5	비교예 6	실시예 2
무니(125℃)	점도	70	71	73	71
무니(125℃)	T05	26.27	26.40	24.27	23.33
무니(100℃)	T35	32.13	32.13	30.13	29.33
무니(100℃)	점도	91	96	99	97
인장물성	경도	78	80	80	97
	300% 모듈러스	152	163	145	154
	인장강도	237	241	240	242
	신장율	459	449	478	458
Rheovibron	Tg	-14.8	-16.8	-16.8	-15.0
	Tanδ(0℃)	0.218	0.220	0.0210	0.241
	Tanδ(70℃)	0.131	0.125	0.131	0.146
Heat Built-up	Temp. Rise	40.9	40.8	41.9	40.8
Heat Built-up	Comp. Set	95.6	96.0	95.2	96.4
마모(pico)	0.0260	0.0255	0.0275	0.0245

상기 표 1에서처럼 트럭 및 버스용 트레드 고무에 본 발명의 주요 구성성분인 카본블랙을 첨가한 실시예의 고무는 비교예보다 경도가 높아지며, 회전저항(R/R)이나 마모특성은 비교예와 동등 수준을 유지함을 알 수 있다.

그리고 보강제로 카본블랙과 실리카를 함께 사용한 고무의 물성을 나타낸 표 2에서처럼 본 발명의 고무조성물에 의한 고무는 종래 고무조성물에 의한 고무와 비교시 동등 수준의 물성을 유지하면서 저발열성을 나타내고, 내마모특성이 우수함을 알 수 있다.

Claims

공지의 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 나노구조의 카본블랙 50∼100중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
제1항에 있어서, 카본블랙은 평균 입자크기가 10∼20nm 이고, 요오드 흡착가 175∼185mg/g, DBP 흡유가 128∼138ml/100g, 착색도 140∼150% 임을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.