KR20060101660A - Tire tread rubber composition including nano calcium carbonate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 탄산칼슘이 함유된 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 지방산(脂肪酸) 또는 수지산(樹脂酸)으로 표면을 처리한 나노 탄산칼슘(calcium carbonate, CaCO3)을 포함하도록 하여 내마모특성 및 회전저항 특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a tire tread rubber composition containing nano calcium carbonate, and more particularly, to include nano calcium carbonate (CaCO 3 ) treated with a fatty acid or resin acid. The present invention relates to a tire tread rubber composition capable of improving wear resistance and rolling resistance.
본 발명은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 평균입자경이 나노크기인 탄산칼슘의 표면을 지방산 또는 수지산으로 처리하고 이를 충전제의 하나로 사용함으로써 내마모특성 및 회전저항 특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.The present invention is a tire tread rubber composition that can improve the wear resistance and rolling resistance characteristics by treating the surface of calcium carbonate having an average particle diameter of nano-size in the conventional tire tread rubber composition with fatty acid or resin acid and using it as a filler. It is for the purpose of providing.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 표면이 지방산 또는 수지산으로 처리되고, 평균입경이 1∼30nm 이고, 비표면적이 10∼100m2/g인 나노 탄산칼슘 1∼20phr 포함할 수 있다.In the tire tread rubber composition of the present invention, in the conventional tire tread rubber composition, the surface is treated with fatty acid or resin acid with respect to 100 phr of raw rubber, the average particle diameter is 1 to 30 nm, and the specific surface area is 10 to 100 m 2 / g. Calcium carbonate may contain 1 to 20 phr.
Description
본 발명은 나노 탄산칼슘이 함유된 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 지방산(脂肪酸) 또는 수지산(樹脂酸)으로 표면을 처리한 나노 탄산칼슘(calcium carbonate, CaCO3)을 포함하여 내마모특성 및 회전저항 특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a tire tread rubber composition containing nano calcium carbonate, and more particularly, including nano calcium carbonate (CaCO 3 ) treated with a surface treated with fatty acid or resin acid. The present invention relates to a tire tread rubber composition capable of improving wear characteristics and rolling resistance characteristics.
종래 타이어 산업은 타이어 트레드의 연비저하와 낮은 회전저항 및 환경 친화적인 제품을 생산하기 위하여 타이어 트레드 고무조성물 내에 셀룰로오스와 같은 섬유질을 함유한 분체 가공품을 첨가하거나 보강제로 카본블랙을 사용하여 물성을 높이는 방법 등으로 발전해 왔다.Conventionally, the tire industry adds a powdered product containing cellulose such as cellulose into a tire tread rubber composition or improves its physical properties by using carbon black as a reinforcing agent in order to produce fuel economy, low rolling resistance and environmentally friendly products of the tire tread. Has evolved.
그러나 트레드 고무조성물에 포함된 셀룰로오스 분체가 고무성분과 화학적 결합을 형성하지 못하여 트레드 표면에서 석출되거나 보강성이 큰 카본블랙만을 첨가하는 경우 차량 주행 중 고무발열을 증가시켜 타이어 내구성을 저하시킬 뿐만 아 니라 타이어 제조 중에 고온을 발생시켜 고무의 점착성을 감소시키는 문제가 있다.However, if the cellulose powder contained in the tread rubber composition does not form a chemical bond with the rubber component and only precipitates on the surface of the tread or adds carbon black having a high reinforcement, the rubber durability increases while driving the vehicle, thereby reducing tire durability. There is a problem of reducing the adhesiveness of the rubber by generating a high temperature during tire manufacturing.
한편 이러한 문제를 해결하기 위해 고무조성물중에 충전제로서 카본블랙 대신 실리카를 적용하고 있다. Meanwhile, in order to solve this problem, silica is used instead of carbon black as a filler in the rubber composition.
충전제로서 실리카를 적용하는 경우 회전저항 성능과 젖은 노면에서의 제동성능이 향상되지만 실리카는 실리카 표면의 실라놀기가 고무와의 반응성이 낮을 뿐만 아니라 응집성이 강하여 분산성이 낮고, 타이어의 내마모성이 저하되는 문제가 발생되고 있다. When silica is used as a filler, rotational resistance and braking performance on wet roads are improved, but silica has low reactivity with rubber due to silanol groups on the surface of silica and low cohesiveness and low abrasion resistance. Problems are occurring.
따라서 보강충전제로 실리카를 사용하는 경우 고분산성 실리카를 첨가하거나 실리카와 고무성분과의 결합력 향상을 위해 실란커플링제나 아민류를 첨가하여 실리카의 분산성을 개선하여 내마모성을 향상시키는 연구가 이루어지고 있다. Therefore, when silica is used as a reinforcing filler, studies have been made to improve the dispersibility of silica by adding highly dispersible silica or adding a silane coupling agent or amines to improve the bonding strength between the silica and the rubber component.
그러나 이러한 경우 비용이 많이 소요되어 타이어의 생산비용이 증가되므로 최종 제품의 가격 경쟁력이 약해지는 문제가 있다.However, in this case, since the cost is increased, the production cost of the tire is increased, so the price competitiveness of the final product is weakened.
본 발명은 상기에서 언급한 문제를 해결하기 위해 연구하던 중 평균입자경이 나노크기인 탄산칼슘의 표면을 지방산(脂肪酸) 또는 수지산(樹脂酸)으로 처리하면 분산성을 향상시킨 탄산칼슘을 얻을 수 있고, 이 탄산칼슘을 충전제로서 타이어 트레드 고무조성물에 첨가하면 내마모특성 및 회전저항 특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물을 얻을 수 있음을 알게 되었다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention treats the surface of calcium carbonate having an average particle diameter of nano size with fatty acid or resin acid to obtain calcium carbonate with improved dispersibility. In addition, it has been found that addition of this calcium carbonate to the tire tread rubber composition as a filler provides a tire tread rubber composition which can improve wear resistance and rotational resistance characteristics.
따라서 본 발명은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 평균입자경이 나노크기 인 탄산칼슘의 표면을 지방산 또는 수지산으로 처리하고 이를 충전제의 하나로 사용함으로써 내마모특성 및 회전저항 특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.Therefore, the present invention is a tire tread rubber composition that can improve the wear resistance and rolling resistance characteristics by treating the surface of calcium carbonate having an average particle size of nano-size in the conventional tire tread rubber composition with fatty acid or resin acid and using it as a filler. For the purpose of providing
한편 본 발명은 상기의 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하여 내마모특성 및 회전저항 특성이 향상된 타이어의 제공을 다른 목적으로 한다.Meanwhile, another object of the present invention is to provide a tire having improved abrasion resistance and rotation resistance, including a rubber made of the tread rubber composition.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 표면을 지방산(脂肪酸) 또는 수지산(樹脂酸)으로 처리한 나노 탄산칼슘 1∼20phr 포함한다.Tire tread rubber composition of the present invention for achieving the above-mentioned object is a conventional calcium tread rubber composition, nano calcium carbonate 1 surface treated with fatty acid or resin acid with respect to 100phr of raw rubber It contains -20phr.
본 발명에서 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. In the present invention, the raw material rubber can be used as long as it can be used as the raw material rubber of the conventional tire tread rubber composition.
본 발명에서 원료고무의 일예로 천연고무나 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 원료고무로 사용할 수 있다.As an example of the raw material rubber in the present invention, natural rubber or synthetic rubber may be used alone, or mixed rubber mixed with natural rubber and synthetic rubber in a weight ratio of 1: 9 to 9: 1 may be used as the raw material rubber.
본 발명에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.Synthetic rubber in the present invention may be any one or more selected from styrene butadiene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber containing isoprene, styrene butadiene rubber containing nitrile, neoprene rubber.
또한 본 발명에서 원료고무는 상기의 합성고무 중에서 2개 이상을 혼합시킨 혼합고무를 원료고무로 사용할 수 있다. 이때 이들 혼합고무는 각각 1:9∼9:1의 중 량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.In addition, in the present invention, the raw material rubber may be a mixed rubber obtained by mixing two or more of the above synthetic rubbers. At this time, the mixed rubber may be mixed rubber mixed in a weight ratio of 1: 9 to 9: 1.
본 발명에서 필수 구성성분이며 충전제의 하나로 사용하는 나노 탄산칼슘은 표면을 지방산(脂肪酸) 또는 수지산(樹脂酸)으로 처리하여 탄산칼슘의 분산성을 향상시켜 고무의 내마모특성 및 회전저항 성능을 향상시킬 수 있다. Nano calcium carbonate, which is an essential component in the present invention and used as a filler, improves the dispersibility of calcium carbonate by treating the surface with fatty acid or resin acid to improve the wear resistance and rotational resistance performance of rubber. Can be improved.
본 발명에서 나노 탄산칼슘을 원료고무 100phr에 대하여 1phr 미만 사용하면 충전제로서의 역할이 미미하고, 20ph 초과하여 사용하면 충전제로서 뚜렷한 효과의 상승이 없이 과량의 탄산칼슘의 사용으로 인해 탄산칼슘이 서로 응집되어 고무의 물성이 하락할 우려가 있다. In the present invention, when less than 1 phr of nano calcium carbonate is used with respect to 100 phr of raw rubber, the role as a filler is insignificant, and when used in excess of 20 ph, calcium carbonate is agglomerated with each other due to the use of excess calcium carbonate without a noticeable effect as a filler. There is a fear that the physical properties of the rubber may drop.
따라서 본 발명에서 표면을 지방산 또는 수지산으로 처리한 나노 탄산칼슘은 원료고무 100phr에 대하여 1∼20ph 사용하는 것이 좋다.Therefore, in the present invention, the nano calcium carbonate treated with the fatty acid or the resin acid may be used in an amount of 1 to 20 ph based on 100 phr of the raw rubber.
본 발명의 나노 탄산칼슘은 평균입경이 1∼30nm인 것을 사용할 수 있다. The nano calcium carbonate of this invention can use the thing whose average particle diameter is 1-30 nm.
본 발명에서 탄산칼슘의 평균입경이 1nm 미만인 것을 사용하면 탄산칼슘의 분산성이 향상되지 못하고, 탄산칼슘의 평균입경이 30nm 초과한 것을 사용하면 탄산칼슘의 분산성 향상에 대해 뚜렷한 효과의 상승이 없다. When the average particle diameter of calcium carbonate is less than 1 nm in the present invention, the dispersibility of calcium carbonate is not improved, and when the average particle diameter of calcium carbonate is more than 30 nm, there is no significant effect on the dispersibility improvement of calcium carbonate. .
따라서 본 발명에서 나노크기의 탄산칼슘은 평균입경이 1∼30nm인 것을 사용하는 것이 좋다.Therefore, in the present invention, the nano-scale calcium carbonate is preferably used having an average particle diameter of 1 ~ 30nm.
또한 본 발명에서 전술한 평균입경의 탄산칼슘은 비표면적이 10∼100m2/g인 것을 사용할 수 있다. In addition, the calcium carbonate of the average particle diameter mentioned above can use the specific surface area of 10-100m <2> / g.
본 발명에서 탄산칼슘의 비표면적이 10m2/g 미만인 것을 사용하면 충전제로 서의 역할이 미미하고, 100m2/g 초과한 것을 사용하면 충전제로서의 뚜렷한 효과의 상승이 없다. In the present invention, when the specific surface area of calcium carbonate is used less than 10m 2 / g, the role as a filler is insignificant, and when using more than 100m 2 / g there is no increase in the effect as a filler.
따라서 본 발명에서 나노크기의 탄산칼슘은 평균입경이 1∼30nm 이고, 비표면적이 10∼100m2/g인 것을 사용하는 것이 좋다.Therefore, in the present invention, the nano-scale calcium carbonate may have an average particle diameter of 1 to 30 nm and a specific surface area of 10 to 100 m 2 / g.
본 발명은 평균입경이 1∼30nm 이고, 비표면적이 10∼100m2/g인 탄산칼슘은 네오아비에트산, 레포피마르산, 히드로아비에트산, 피마르산, 덱스톤산 중에서 선택된 어느 하나 이상의 수지산(樹脂酸)으로 표면을 처리하거나 또는 미트산, 스테아르산 중에서 선택된 어느 하나 이상의 지방산(脂肪酸)으로 표면을 처리하여 탄산칼슘의 분산성을 향상시킬 수 있다.In the present invention, the calcium carbonate having an average particle diameter of 1 to 30 nm and a specific surface area of 10 to 100 m 2 / g is any one selected from neoavietic acid, repopimaric acid, hydroabietic acid, fimaric acid, and dextonic acid. The surface can be treated with the above resin acid or the surface can be treated with any one or more fatty acids selected from mist acid and stearic acid to improve the dispersibility of calcium carbonate.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 탄산칼슘 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 충전제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.According to the present invention, various additives such as fillers, activators, anti-aging agents, process oils, vulcanizing agents, and vulcanization accelerators, which are used in conventional tire tread rubber compositions, in addition to the above-mentioned raw rubber and calcium carbonate are appropriately selected as necessary Can be used as However, these are general components used in conventional tire tread rubber compositions, and thus are not essential components of the present invention, and thus the detailed descriptions thereof will be omitted.
한편 본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.On the other hand, the present invention includes a tire containing a rubber made of the tire tread rubber composition. In this case, the tire includes any one selected from tires for automobiles, tires for trucks, and tires for buses.
이하 본 발명을 다음의 실시예, 비교예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described by the following examples, comparative examples and test examples. However, these are not limited to the scope of the present invention by these as an embodiment of the present invention.
<실시예 1><Example 1>
원료고무로서 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 100phr에 대하여 카본블랙 70phr, 나노 탄산칼슘 5phr, 스테아린산 2phr, 공정오일 15phr, 노화방지제(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 4phr, 왁스 2phr, 아연화 3phr를 반버리 믹서에 넣어 혼합하고 150℃에서 20분 동안 반응시킨 후 방출하여 고무배합물을 얻었다. As raw material rubber, 70 black carbon black, 5 phr nano calcium carbonate, 2 phr stearic acid, 15 phr process oil, antioxidant (2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) for 100 phr of emulsion-polymerized styrene butadiene rubber (E-SBR) 4phr, 2phr wax and 3phr zinc were added to a Banbury mixer, mixed and reacted at 150 ° C. for 20 minutes to obtain a rubber compound.
이 고무배합물에 가류제(유황) 2.0phr 및 가류촉진제(CZ) 2.1phr을 반버리 믹서에 넣고 160℃에서 20분 동안 가류시켜 고무를 제조하였다. The rubber compound was prepared by adding 2.0 phr of a vulcanizing agent (sulfur) and 2.1 phr of a vulcanization accelerator (CZ) to a Banbury mixer and vulcanizing at 160 ° C. for 20 minutes.
상기에서 나노 탄산칼슘은 평균입경이 25∼30nm, 비표면적이 80∼100m2/g이고, 지방산의 일종인 스테아린산으로 표면처리한 것을 사용하였다. In the above, nano calcium carbonate was used having a mean particle diameter of 25 to 30 nm, specific surface area of 80 to 100 m 2 / g, and surface treatment with stearic acid, a kind of fatty acid.
<실시예 2><Example 2>
나노 탄산칼슘 10phr 사용하는 것을 제외하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 고무를 제조하였다.A rubber was manufactured in the same composition and method as in Example 1, except that 10 phr of nano calcium carbonate was used.
<실시예 3><Example 3>
수지산의 일종인 피마르산으로 표면 처리한 나노 탄산칼슘 5phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 고무를 제조하였다.A rubber was manufactured in the same composition and method as in Example 1, except that 5 phr of nano calcium carbonate surface-treated with fimaric acid, which is a kind of resin acid, was used.
<실시예 4><Example 4>
수지산의 일종인 피마르산으로 표면 처리한 나노 탄산칼슘 10phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 고무를 제조하였다.A rubber was manufactured in the same composition and method as in Example 1, except that 10 phr of nano calcium carbonate surface-treated with fimaric acid, a kind of resin acid, was used.
<비교예>Comparative Example
나노 탄산칼슘을 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 고무를 제조하였다.Except that the nano calcium carbonate is not used, the rubber was prepared in the same composition and method as in Example 1.
표 1. 실시예 및 비교예의 조성성분Table 1. Composition Components of Examples and Comparative Examples
* 지방산으로 표면 처리된 나노 탄산칼슘* Nano calcium carbonate surface treated with fatty acids
** 수지산으로 표면 처리된 나노 탄산칼슘** Nano calcium carbonate surface treated with resin acid
<시험예><Test Example>
상기 실시예 및 비교예 고무에 대하여 무니점도, 스코치시간, 300%모듈러스, 인장강도, 신장율, 경도, 딘(DIN) 마모, 피코(PICO) 마모, tanδ(70℃)와 같은 물성을 ASTM 관련 규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.ASTM-related properties such as Mooney viscosity, scorch time, 300% modulus, tensile strength, elongation rate, hardness, DIN wear, PICO wear, tanδ (70 ° C.) It was measured by and the results are shown in Table 2 below.
표 2. 실시예 및 비교예 고무시편의 물성Table 2. Properties of Rubber Samples of Examples and Comparative Examples
*레오바이브론 테스트(Rheovibron test)를 이용하여 측정한 것으로 타이어의 성능 중 회전저항 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 낮을수록 우수하다.* Measured using the Rheovibron test (Rheovibron test) is a value that can predict the rolling resistance characteristics of the tire performance, the lower the value is excellent.
상기 표 2의 시험예의 결과에서처럼 표면을 지방산(脂肪酸) 또는 수지산(樹脂酸)으로 처리한 나노 탄산칼슘을 충전제로 하는 고무조성물로 이루어진 고무는 탄산칼슘을 사용하지 않은 종래 고무조성물로 이루어진 고무에 비해 동등 수준 이상의 물성을 유지하는 한편 내마모특성과 회전저항 특성이 향상됨을 알 수 있다.As a result of the test example of Table 2, the rubber composition consisting of nano calcium carbonate treated with a fatty acid or resin acid on the surface thereof as a filler is used in a rubber made of a conventional rubber composition without using calcium carbonate. It can be seen that the wear resistance and rotational resistance characteristics are improved while maintaining the physical properties of the equivalent level or more.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |