KR20050115650A - 내마모성이 향상된 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물 - Google Patents

내마모성이 향상된 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내마모성이 향상된 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유화중합 스티렌부타디엔 고무, 용액중합 스티렌부타디엔 고무 및 천연고무중에서 선택된 2종 또는 3종의 혼합물로 된 혼합고무에 클레이와 폴리이소프렌 고무로 이루어진 나노복합재료를 첨가하므로써 내마모성이 향상된 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

내마모성이 향상된 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물{TREAD RUBBER COMPOSITION OF WEAR IMPROVEMENT FOR PCR TIRE}
본 발명은 내마모성이 향상된 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유화중합 스티렌부타디엔 고무, 용액중합 스티렌부타디엔 고무 및 천연고무중에서 선택된 2종 또는 3종 혼합고무에, 클레이와 폴리이소프렌 고무로 이루어진 나노복합재료를 첨가하므로써 내마모성이 향상된 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 폴리머는 단일 또는 이종의 블렌드에 부타디엔 고무를 적정량 적용하면 인장물성 등 제반특성을 유지하면서 내마모 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 보강성 필러인 카본블랙에 의한 고무의 보강성능 향상에 있어서는 비표면적(입자경)과 구조가 지배적인 요인이라 생각되고, 구비특성에 대응하여 다양하다. 그래서 고무성분과의 배합에 있어서 용도특성에 적합한 다양한 종류의 카본블랙을 선택하여 사용하고 있다.
최근 타이어 주행의 가혹 조건하에서 요구되어지는 성능도 고도화되고, 특히 고내마모성과 저발열성을 겸비하는 것이 무엇보다 중요하므로, 타이어 트레드부와 같이 가혹한 주행조건하에서는 고도의 내마모성을 요구하는 하드계 카본블랙을 적용하고 있다. 그러나, 일반적으로 카본블랙의 비표면적과 구조가 크면 내마모성은 증대하지만, 반면 발열성이 높게 되어 양 특성에는 이율배반적 관계가 있으므로, 트레드 고무 조성물에 고내마모성과 저발열성을 동시에 부여하는 것은 상당히 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해서는 일정한 특성을 갖는 카본블랙을 사용하는 것이 종종 제안되고 있었다.
승용차용 타이어의 구성성분중 트레드는 조종안정성 및 제반특성을 발현하는 중요한 구성성분이다. 패턴 및 구조적인 효과에 의한 성능 이외에 트레드 고무의 조성물에 의한 효과도 중요한 인자로서 작용하고 있다. 트레드 고무 조성물은 2종 또는 3종의 폴리머 블렌드와 단일 또는 이종의 보강제(예컨대, 카본블랙, 실리카)를 혼용 사용하여 타이어의 사용조건 및 요구특성을 만족시키는 화합물을 사용하였다. 이는 내구력, 승차감, 소음과 진동, 조종안정성, 내마모 특성의 트래드-오프(TRADE-OFF)적인 특성을 조절하는데 어려움이 있으며, 가공 조건에도 상당히 많은 제약이 따른다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유화중합 스티렌부타디엔 고무, 용액중합 스티렌부타디엔 고무 및 천연고무중에서 선택된 2종 또는 3종의 혼합물로 된 혼합고무에 클레이와 폴리이소프렌 고무로 이루어진 나노복합재료를 첨가하므로써 내마모성이 향상된 승용차 타이어 트레드용 실리카 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 고무 조성물은 유화중합 스티렌부타디엔 고무, 용액중합 스티렌부타디엔 고무 및 천연고무중에서 선택된 2종 또는 3종의 혼합물로 된 혼합고무 100중량부에 대하여, 클레이 함량이 50~80중량%이고, 폴리이소프렌 고무 함량이 20~50중량%인 나노복합재료를 2~50중량부 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 배합고무로는 유화중합 스티렌부타디엔 고무(E-SBR), 용액중합 스티렌부타디엔 고무(S-SBR) 및 천연고무(NR)중에서 선택된 2종 또는 3종 혼합물로 된 고무중 어느 고무나 사용이 가능하며, 그 함량비율은 유화중합 스티렌부타디엔 고무가 10~90중량부, 용액중합 스티렌부타디엔 고무가 10~90중량부, 천연고무가 10~90중량부인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 나노복합재료는 50~80중량%의 클레이와 20~50중량%의 폴리이소프렌 고무로 구성되며, 비중은 1.5±0.2인 것이 바람직하다. 상기 나노복합재료는 나노클레이를 적용하여 물성을 증진시키고자 하는 목적으로 적용되고, 본체는 나노클레이이고 폴리이소프렌 고무는 나노클레이 표면을 둘러싸는 역할을 하여 캡슐화되는데, 상기 중량%가 나노복합재료가 형성되기 위한 임계수준이므로, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 나노복합재료가 형성되기 어렵다.
상기 클레이는 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 비중이 2.3±0.5, 층간높이가 0.5~5.0nm, 평균입자경이 1.0~8.0㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 나노복합재료의 사용량은 2~50중량부가 바람직하고, 사용량이 2중량부 미만일 경우 물성 및 내마모 성능의 개선효과가 나타나지 않으며, 50중량부를 초과할 경우, 배합시 분산성이 불량하여 물성이 떨어지고 오히려 내마모 성능이 하락할 가능성이 있다.
상기 나노복합재료는 수용액상에서 계면활성제들이 고체 기재(나노 입자)의 표면에 이중층을 만들고, 이들 이중층에 모노머들이 농축된 후, 모노머로 포화된 이중층에서 중합이 개시되어 나노입자 핵인 고체 기재위에 나노두께의 고분자 박막을 형성시키는, 저렴하고 간단하게 나노복합재료를 제조할 수 있는 통상의 기술에 의해 제조된다.
구체적으로 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 나노복합재료의 제조과정은 우선 수용액상에 나노클레이 입자들이 분산된 나노클레이 용액을 제조하고, pH를 조절하여 표면에 음전하를 생성시킨 후, 가장 많은 음이온을 형성하는 pH에서 양이온 계면활성제를 첨가하여, 나노클레이 입자 위에 계면활성제로 미셀과 유사한 성질을 지니는 이중층을 형성시키고, 이소프렌 모노머를 첨가하면 열역학적 안정성을 위해서 모노머가 이중층 속으로 들어가게 되고, 개시제를 넣고 중합을 하면, 나노클레이 입자상에 나노두께의 폴리이소프렌이 코팅된 나노복합재료를 얻을 수 있다.
본 발명의 고무 조성물에는 보강제로서 카본블랙과 실리카, 그 외의 통상적인 고무 조성물용 첨가제들, 예로서 커플링제, 공정오일, 스테아린산, 노화방지제, 아연화, 가류제, 가황촉진제 등의 첨가제들을 적절히 선택하여 첨가할 수 있으며, 이러한 첨가제들의 선택 및 사용량은 당분야에서는 공지이다.
본 발명에서 보강제로서 바람직하게 사용될 수 있는 각종의 카본블랙, 실리카의 특징은 각각 하기 표 2, 표 3에 나타낸 바와 같다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
1. 시험고무의 준비
시험고무 배합물의 배합사양은 하기의 표 4와 같다.
1) SBR-1500
2) NIPPON JEON NS-116
3) 클레이 함량이 70중량%이고, 폴리이소프렌 고무 함량이 30중량%로 구성되며, 비중이 1.5로, 이에 함유된 클레이는 비중 2.3, 층간높이 3.3nm, 평균입자경 6.5㎛ 특성을 갖는 나노 클레이이다.
2. 물성결과
배합고무의 가황조건 및 시험은 ASTM 규격에 준하여 시험하였고, 그 결과는 하기 표 5와 같았다.
상기 표 5에 나타난 결과로 알 수 있는 바와 같이, 나노복합재료 첨가량이 증가함에 따라 필러의 분산성이 개선되어 인장물성을 비롯한 제반물성과 내마모 특성이 향상됨을 알 수 있다.
이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물은 클레이와 폴리이소프렌 고무로 이루어진 나노복합재료를 첨가하므로써 연비성능, 웨트성능, 조종안정성을 동등 수준 이상으로 유지하면서 내마모성이 개선되는 효과를 갖는다.
도 1은 나노복합재료를 제조하는 과정을 나타내는 도면이다.

Claims (3)

  1. 유화중합 스티렌부타디엔 고무, 용액중합 스티렌부타디엔 고무 및 천연고무중에서 선택된 2종 또는 3종의 혼합물로 된 혼합고무 100중량부에 대하여, 클레이 함량이 50~80중량%이고, 폴리이소프렌 고무 함량이 20~50중량%인 나노복합재료 2~50중량부를 포함하는 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합고무는 유화중합 스티렌부타디엔 고무 10~90중량부, 용액중합 스티렌부타디엔 고무 10~90중량부 및 천연고무 10~90중량부 중에서 선택된 2종 또는 3종의 고무로 이루어진 것을 특징으로 하는 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 클레이는 비중이 2.3±0.5, 층간높이가 0.5~5.0nm, 평균입자경이 1.0~8.0㎛인 것을 특징으로 하는 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100771692B1 (ko) * 2006-09-28 2007-10-31 금호타이어 주식회사 회전저항 성능이 우수한 타이어 트레드 고무조성물
KR100872116B1 (ko) * 2007-09-28 2008-12-05 부산대학교 산학협력단 내마모성이 향상된 타이어 트레드용 고무조성물

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KR100751828B1 (ko) * 2006-09-26 2007-08-23 금호타이어 주식회사 합성고무계 타이어 시멘트 고무 조성물
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