KR20050088039A

KR20050088039A - 타이어 트래드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR20050088039A
Application number: KR1020047012119A
Authority: KR
Inventors: 나오야 아미노; 요시히사 이노우에
Original assignee: 요코하마 고무 가부시키가이샤
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-09-01
Also published as: WO2004052984A1; DE60327047D1; EP1466942B1; EP1466942A4; US20050020760A1; EP1466942A1; US7652096B2; JP4190355B2; JP2004238609A

Abstract

디엔계 고무 100중량부와 질소 흡착 비표면적 N₂SA(㎡/g)가 80 내지 150이고 착색도 TINT(%)와 디부틸 프탈레이트 흡유량 DBPA(㎖/100g)가 TINT(%) > 1.4DBPA(㎖/100g)로 되는 관계를 충족시키는 카본 블랙 5 내지 150중량부를 포함하여 이루어진, 타이어 트래드용 고무 조성물은 히스테리시스 손실을 손상시키지 않으면서 마찰력을 증가시킬 수 있다.

Description

타이어 트래드용 고무 조성물 {Rubber composition for tire tread}

본 발명은 타이어 트래드용 고무 조성물, 보다 상세하게는 히스테리시스 손실을 실질적으로 손상시키지 않으면서 마찰력을 증가시킬 수 있는 타이어 트래드용 고무 조성물에 관한 것이다.

타이어 트래드용 고무로서는, 안전성 관점에서 마찰력이 높은 고무가 추구되어 왔다. 다른 한편으로, 환경 및 위생상의 관점에서 구름 저항(rolling resistance)가 작은 타이어, 즉 타이어 회전시 히스테리시스 손실이 작은 고무가 추구되어 왔다. 이러한 성능을 둘 다 성취하기 위해, 실리카를 배합하는 기술이 공지되어 있다[예를 들면, 일본접착학회지(Journal of the Adhesion Society of Japan, Vol. 37, No. 5 (2001), pp. 21 to 26) 참조]. 실리카가 이러한 특성을 나타내는 이유로서, 실리카 함유 고무가 저변형 영역에서 낮은 탄성률을 갖는다는 사실을 언급할 수 있다. 그러나, 실리카는 실란 커플링제를 사용하여 고무와 화학적으로 결합되어야 하기 때문에, 실리카와 실란 커플링제 간의 반응을 제어해야 한다. 특히, 다량의 실리카를 배합하는 경우에 가공상의 제약이 야기되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 히스테리시스 손실을 실질적으로 저하시키지 않으면서 마찰력을 증가시킬 수 있는 타이어 트래드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 디엔계 고무 100중량부와 질소 흡착 비표면적 N₂SA(㎡/g)가 80 내지 150이고 착색도 TINT(%)와 디부틸 프탈레이트 흡유량 DBPA(㎖/100g)가 TINT(%) > 1.4DBPA(㎖/100g)로 되는 관계를 충족시키는 카본 블랙 5 내지 150중량부를 포함하여 이루어진 타이어 트래드용 고무 조성물이 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 평균 유리전이온도(Tg)가 -50 내지 -10℃인 디엔계 고무 100중량부, 질소 흡착 비표면적 N₂SA(㎡/g)가 80 내지 150이고 디부틸 프탈레이트 흡유량 DBPA(㎖/100g)가 30 내지 80인 카본 블랙 5 내지 150중량부 및 기타 임의의 충전제 0 내지 145중량부를 포함하여 이루어진 타이어 트래드용 고무 조성물이 제공된다.

발명을 수행하기 위한 최상의 형태

본 발명에서, 질소 흡착 비표면적 N₂SA(㎡/g)는 JIS K6217-2의 방법에 따라 모델 2300 자동 비표면적 측정 장치를 사용하여 측정한 값을 의미하고, 착색도 TINT(%)는 JIS K6217-5의 방법에 따라 덴시크론(Densichron) 반사율계를 사용하여 필름 연신방법의 조건하에서 측정한 값을 의미하며, 디부틸 프탈레이트 흡유량 DBPA(㎖/100g)는 JIS K6217-4의 방법에 따라 흡수계(Absorptometer) 모델 B를 사용하여 측정한 값을 의미한다.

본 발명자들은 디엔계 고무에 배합시킨 카본 블랙의 유형에 대한 연구를 수행한 결과, 적당한 입자 크기를 갖고 구조의 크기에 비해 착색도가 높은 카본 블랙을 배합함으로써 놀랍게도 저변형 영역에서의 탄성률이 실리카를 배합한 경우와 대략 동일한 정도인 고무 조성물을 수득할 수 있음을 발견하였다.

본 발명에 따르는 타이어 트래드용 고무 조성물에 블렌딩할 수 있는 디엔계 고무에는, 예를 들면, 타이어용 원료 고무로서 사용될 수 있는 모든 디엔계 고무가 포함된다. 대표적인 디엔계 고무로서는, 각종 유형의 천연 고무(NR), 각종 유형의 폴리이소부틸렌 고무(IR), 각종 유형의 폴리부타디엔 고무(BR), 각종 유형의 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체(EPDM) 등을 들 수 있다. 이러한 고무는 단독으로 사용되거나 이의 혼합물로 사용될 수 있다. 평균 유리전이온도가 바람직하게는 -50 내지 -10℃, 보다 바람직하게는 -45 내지 -20℃인 본 발명에 사용되는 디엔계 고무가 마찰력 향상 측면에서 특히 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 양태에 따르는 타이어 트래드용 고무 조성물은 질소 흡착 비표면적 N₂SA(㎡/g)가 80 내지 150, 바람직하게는 82 내지 140이고 TINT(%)와 디부틸 프탈레이트 흡유량 DBPA(㎖/100g)이 TINT(%) > 1.4DBPA(㎖/100g)로 되는 관계를 충족시키는 카본 블랙을 5 내지 150중량부, 특히 10 내지 140중량부 포함한다.

카본 블랙의 질소 흡착 비표면적 N₂SA(㎡/g)는 카본 블랙의 입자 크기를 나타내는 값이며 JIS-K6217에 따라 측정한다. 착색도 TINT(%)는 카본 블랙을, 예를 들면, 칼라 잉크에 사용하는 경우에 중요한 지표이다. 이는 카본 블랙을 백색 안료와 함께 혼합하여 피복하는 경우의 명도를 나타낸다(JIS-K6217에 의해 측정). 색이 진할수록 착색력이 크다. DBPA(㎖/100g)는 카본 블랙 입자의 구조를 나타내는 값이며 JIS-K6217에 따라 측정한다.

본 발명에 사용되는 카본 블랙의 입자 크기, 즉 N₂SA 값이 너무 작으면, 수득된 고무 조성물의 파단 특성 또는 내마모성이 불충분하고, 반면에 너무 크면, 고무 등과의 혼합시에 카본 블랙을 충분히 분산시키기가 곤란하여 파단 특성 또는 내마모성이 불충분해진다. 본 발명에 사용되는 카본 블랙의 DBPA는 바람직하게는 30 내지 80(㎖/100g), 보다 바람직하게는 40 내지 78(㎖/100g)이다. 이러한 범위의 DBPA를 사용하여 마찰력을 훨씬 더 증가시킬 수 있다. 또한, 가공상의 문제를 야기하지 않는 범위에서 실리카를 카본 블랙과 함께 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 카본 블랙의 TINT(%)는 DBPA(㎖/100g)의 1.4배 이상, 바람직하게는 1.5배 이상, 보다 바람직하게는 1.6배 이상이어야 한다. 구조의 크기에 비해 큰 착색도를 갖는 카본 블랙으로서는, 예를 들면, 종래 잉크용으로 사용되었던 카본 블랙을 들 수 있다. 이러한 카본 블랙은 종래의 고무용 카본 블랙과는 표면 활성이 다르므로 블렌딩 후에 단단하게 결합된 고무가 형성되지 않는다. 또한, 고무 분자가 그다지 강하게 구속되지 않아, 저변형 영역에서의 탄성률이 실리카를 배합한 경우에서와 동일한 방법으로 낮아진다. 또한, 카본 블랙의 구조가 작으면, 카본 블랙이 고무에서 망상을 형성하기가 곤란해지고 저변형 영역에서의 탄성률이 더욱 감소되는 경향이 있다.

추가로 설명하자면, 종래에 타이어 트래드용으로 사용되던 카본 블랙은 입자 크기가 작고(즉, N₂SA가 크고) 구조가 큰(즉, DBPA가 큰) 것이 바람직한 것으로 간주되었다. 그 이유는 이러한 카본 블랙이 다량의 단단하게 결합된 고무를 형성하여 높은 보강 특성을 나타내는 것으로 간주되었기 때문이다. 이와 달리, 본 발명에 사용되는 카본 블랙은 적당한 입자 크기(즉, 80 내지 150㎡/g의 N₂SA)와 작은 구조(즉, 30 내지 80㎖/100g의 DBPA)를 가지며 지금까지 타이어 트래드용으로 사용되지 않았다. 또한, TINT와 관련하여, DBPA가 크고 TINT가 높은 카본 블랙은 타이어 트래드용으로 사용되었지만 TINT가 높고 DBPA가 작은 카본 블랙은 타이어 트래드용으로 사용되지 않았다. 즉, 본 발명에 사용되는 카본 블랙은 타이어 트래드 용도에는 사용되지 않았으며, 타이어 트래드에 사용하는 것은 전적으로 신규하다. 이러한 방법으로, 구조가 작은 카본 블랙은 보강성의 측면에서 바람직하지 않지만, 본 발명자들은 적당한 입자 크기와 높은 TINT를 갖는 카본 블랙을 사용함으로써 종래의 카본 블랙과 비교하더라도 습윤 성능이 우수하고 보강성 측면에서도 타이어 트래드에 사용하기에 충분한 고무 조성물을 수득할 수 있음을 발견하였다.

본 발명의 제2 양태에서, Tg가 -50 내지 -10℃, 바람직하게는 -45 내지 -20℃인 디엔계 고무 100중량부에 N₂SA가 80 내지 150㎡/g, 바람직하게는 82 내지 140㎡/g이고 DBPA가 30 내지 80㎖/100g, 바람직하게는 40 내지 78㎖/100g인 카본 블랙을 첨가함으로써, 카본 블랙의 TINT와 관련없이 본 발명의 목적하는 효과를 수득할 수 있다. 본 발명의 제2 양태에 따르는 고무 조성물이, 디엔계 고무 100중량부와 상기한 카본 블랙 5 내지 150중량부 이외에, 기타 임의의 충전제(예를 들면,일반적인 카본 블랙 또는 실리카) 0 내지 145중량부, 바람직하게는 5 내지 135중량부를 포함할 수 있음을 주지해야 한다.

본 발명에 따르는 고무 조성물은, 상기한 필수 성분들 이외에, 타이어에 일반적으로 사용되는 각종 첨가제, 예를 들면, 가황제, 가교결합제, 가황 및 가교결합 촉진제, 각종 유형의 오일, 노화방지제 및 가소제를 함유할 수 있다. 제형을 일반적인 방법으로 혼합하여, 그후에 가황 또는 가교결합에 사용할 수 있는 조성물을 형성할 수 있다. 이러한 첨가제의 양은, 본 발명의 목적에 불리한 영향을 미치지 않는 한, 통상의 일반적인 양일 수 있다. 본 발명의 고무 조성물은 히스테리시스 손실을 손상시키지 않으면서 마찰력이 증가된 타이어 트래드용 고무 조성물로서 유용하다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 물론 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 4 및 비교 실시예 1 및 2

샘플의 제조

표 1에 제시된 각각의 제형에 따라 16ℓ내부 뱀버리 혼합기를 사용하여, 황 및 가황 촉진제를 제외한, 고무 및 카본 블랙 등의 배합제를 5분 동안 혼합하여 마스터 배치를 수득하고, 이어서 오픈 롤(open roll)을 사용하여 그 안에 가황 촉진제와 황을 혼합시켜 고무 조성물을 수득한다. 이렇게 하여 수득한 각각의 고무 조성물을 160℃의 온도에서 30분 동안 15 X 15 X 0.2cm의 금형 속에서 가황시켜 가황된 고무 시트를 수득한다.

그후, 이렇게 하여 수득한 각각의 가황된 고무 시트에 대해 다음의 방법에 따라 △E'(20℃) 및 습윤 제동 성능을 측정한다. 결과가 표 1에 제시되어 있다.

△E'의 측정

점탄성 분광계(제조원; Toyo Seiki)를 사용하여, 저장 탄성률(E')과 손실 탄성률(E")을 0.2% 내지 8.2%의 동적 변형을 변수로 사용하여 측정한다. 0변형에서의 탄성률(E'₀) 및 무한대 변형에서의 탄성률(E'_∞)을 Cole-Cole 플롯에 의해 구하여(문헌 참조; G. Kraus, Reinforcement of Elastomers, Interscience Publishers, p. 81 (1965)) E'₀-E'_∞의 값을 △E'로 한다. △E'값이 작을수록 노면에서의 요철의 추종성(followability)이 양호해지고 그립력(grip force)이 더욱 향상된다.

습윤 제동 시험

상이한 고무 조성물을 트레드 부분에 사용하여 사이즈 195/65R15 타이어를 제작하여 아스팔트 노면에서 100km/h의 초기 속도로부터의 제동 거리를 측정한다. 비교 실시예 1을 100으로 한 지수로 결과를 나타낸다. 숫자가 클수록 제동 거리가 짧으므로 양호하다.

	비교실시예 1	실시예 1	실시예 2	비교실시예 2	실시예 3	실시예 4
제형(중량부)
니폴(Nipol) 9528R^*1	68.75	68.75	68.75	68.75	68.75	68.75
니폴 1502^*2	50	50	50	50	50	50
N234^*3	80	-	-	40	-	-
닙실(Nipsil) AQ^*4	-	-	-	40	20	20
RCF#44^*5	-	80	-	-	60	-
RCF#45L^*6	-	-	80	-	-	60
산토플렉스(Santoflex) 6PPD^*7	1	1	1	1	1	1
산화아연 no.3^*8	3	3	3	3	3	3
스테아르산^*9	1	1	1	1	1	1
방향족 오일^*10	16.25	16.25	16.25	16.25	16.25	16.25
산토큐어(Santocure) NS^*11	2	2	2	2	2	2
황^*12	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7
평가된 특성△E'(20℃)습윤 제동 지수	35.9100	25.9108	23.2106	32.6105	25.7110	21.7107

표 1의 각주

*1 :27.3% 오일 연장된 SBR(Tg = =35℃)(제조원; Nippon Zeon)

*2 : SBR(Tg = -51℃)(제조원; Nippon Zeon)

*3 : 카본 블랙(제조원; Showa Cabot)(표 2 참조)

*4 : 실리카(제조원; Nippon Silica Industrial)

*5 : 카본 블랙(제조원; Mitsubishi Chemical)(표 2 참조)

*6 : 카본 블랙(제조원; Mitsubishi Chemical)(표 2 참조)

*7 : 노화방지제(제조원; FLEXSYS)

*8 : 공업용 산화아연(제조원; Seido Chemical)

*9 : 스테아르산(제조원; Nippon Oil and Fat)

*10 : 방향족 오일(제조원 Showa Shell Oil Sekiyu)

*11 : 설펜아미드계 가황 촉진제(제조원; FLEXSYS)

*12 : 황(제조원; Tsurumi Chemical)

	N234	RCF#44	RCF#45L
N₂SA(㎡/g)DBP(㎖/100g)1.4 ×DBPTINT(%)	112121169122	99.776106129	1175476141

니폴 9528R(Tg=-35℃) 및 니폴 1502(Tg=-51℃)의 평균 Tg는 -35 ×0.5 + (-51 ×0.5) = -43℃임을 주지해야 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라, 히스테리시스 손실의 악화를 야기하지 않으면서 고무의 마찰력을 증가시킬 수 있고, 따라서, 조성물은 타이어 트레드용 고무 조성물로서 사용하기에 바람직하다.

Claims

디엔계 고무 100중량부와 질소 흡착 비표면적 N₂SA(㎡/g)가 80 내지 150이고 착색도 TINT(%)와 디부틸 프탈레이트 흡유량 DBPA(㎖/100g)가 TINT(%) > 1.4DBPA(㎖/100g)로 되는 관계를 충족시키는 카본 블랙 5 내지 150중량부를 포함하여 이루어진, 타이어 트래드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 카본 블랙의 DBPA가 30 내지 80(㎖/100g)인, 타이어 트래드용 고무 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 디엔계 고무의 평균 유리전이온도(Tg)가 -50 내지 -10℃인, 타이어 트래드용 고무 조성물.
평균 유리전이온도(Tg)가 -50 내지 -10℃인 디엔계 고무 100중량부, 질소 흡착 비표면적 N₂SA(㎡/g)가 80 내지 150이고 디부틸 프탈레이트 흡유량 DBPA(㎖/100g)가 30 내지 80인 카본 블랙 5 내지 150중량부 및 기타 임의의 충전제 0 내지 145중량부를 포함하여 이루어진, 타이어 트래드용 고무 조성물.
제1항에 따르는 고무 조성물을 타이어 트래드로서 사용한 공기 타이어(pneumatic tire).