KR20060102731A - 표면개질 카본블랙을 포함하는 트럭／버스용 트레드 고무조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중합체(polymer)의 기저(base)가 천연고무로 되어 있고, 완제품 타이어에서의 발열을 감소시켜 내노화성능을 유지하여 내마모 특성을 동등 이상 수준으로 유지하면서 컷앤치핑 특성 개선을 위해 카본 블랙이 입자 크기와 구조 발달 정도가 유사하면서 표면 산화에 의해 산성도가 증가한 카본블랙을 포함하는 트럭/버스용 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

타이어, 트레드, 카본블랙, 내마모

Description

표면개질 카본블랙을 포함하는 트럭／버스용 트레드 고무 조성물{Tread rubber compound comprising surface modified carbon black for truck and bus}

본 발명은 트럭/버스용 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중합체(polymer)의 기저(base)가 천연고무로 되어 있고, 완제품 타이어에서의 발열을 감소시켜 내노화성능을 유지하여 내마모 특성을 동등 이상 수준으로 유지하면서 컷앤치핑 특성 개선을 위해 카본 블랙이 입자 크기와 구조 발달 정도가 유사하면서 표면 산화에 의해 산성도가 증가한 카본블랙을 포함하는 트럭/버스용 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

종래 트럭/버스용 타이어에서 요구되는 주요 특성으로는 내마모성과 컷앤치핑 특성을 우선으로 하여 고무 조성물의 개발이 이루어져 왔다.

일반적으로 타이어의 마모 현상은 타이어와 노면 사이에서 발생하는 마찰력에 의해 지면과 접지되는 트레드 고무의 표면이 닳게 되는 현상이다.

이러한 마모 현상은 자동차가 방향을 전환할 때의 횡력, 구동 및 제동시의 종력 등 여러 가지 요인에 의해 발생하고 있으며, 타이어의 마모는 타이어의 수명, 제동성에 큰 영향을 미치게 되므로 안전한 주행과 타이어 비용 절감 면에서 내마모성이 우수하여야 한다.

또한, 공사장에 드나드는 덤프 트럭의 컷앤치핑 특성을 개선하기 위해서는 실리카와 같은 필러를 첨가해 주기도 한다.

또한, 종래의 트레드 고무는 내마모성을 최우선으로 하였기 때문에 이를 개선시키기 위해서 베이스 고무의 조성비를 조절하여 고무의 유리전이온도를 낮추는 방법, 모듈러스를 증가시키기 위한 방편으로 카본블랙의 첨가량을 증가하는 방법, 입자경이 작은 카본블랙의 적용, 공정조제 및 오일의 함량을 줄이는 방법 등이 주로 사용되어 왔었다.

그러나, 트럭/버스용 타이어 트레드의 경우 타이어의 수명 및 하중을 고려하여 천연고무를 주 베이스 고무로 하고 있어서, 카본블랙의 첨가량을 증가시키고 입자경을 작게 하는 데는 한계가 있다.

또한, 이러한 요인들로 인하여 공정 중 발열 및 고점도 현상이 발생하게 되고 또한 게이지가 두꺼운 트레드의 압출시 스코치 현상이 발생하기도 한다.

그러나, 트럭/버스용 트레드의 컷앤치핑 특성을 동등 이상 수준으로 유지하면서 내마모 특성을 개선하기 위한 카본블랙의 특성으로는 DBP 흡유량, 질소 흡착비 표면적 값이 커야 하고, 착색도를 높이기 위해 기존의 카본블랙 대비 입자경 분포도를 좁게 하는 것이 일반적이다.

하지만, 트럭/버스용 트레드의 내마모성을 향상시키기 위하여 입자경이 작고 구조가 발달한 카본블랙의 적용으로 첨가량 증가시 미가류 고무 배합물에서는 점도 및 발열이 증가하여 공정성 하락의 문제가 발생한다.

또, 소량의 실리카 첨가로는 상기 컷앤치핑 특성을 개선하는 효과가 미미한 것으로 알려져 왔다.

따라서, 카본블랙의 입자크기를 줄이거나 구조를 발달시키지 않으면서 고무와 카본블랙과의 상호 작용을 증가시켜 내마모특성, 발열 컷앤칩 특성까지 개선할 수 있는 기술이 요구된다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 중합체(polymer)의 기저(base)가 천연고무로 되어 있고, 완제품 타이어에서의 발열을 감소시켜 내노화성능을 유지하여 내마모 특성을 동등 이상 수준으로 유지하면서 컷앤치핑 특성 개선을 위해 카본 블랙이 입자 크기와 구조 발달 정도가 유사하면서 표면 산화에 의해 산성도가 증가한 카본블랙을 포함하는 트럭/버스용 타이어 트레드 고무 조성물을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 천연고무를 중합체의 기저로 하는 트럭/버스용 트레드 고무 조성물에 있어서, 표면을 산화시킨 카본블랙 40~80중량부와, 상기 카본블랙의 5~10중량%인 실란커플링제 X50S를 포함하는 것을 특징으로 하는 트럭/버스용 트레드 고무 조성물이다.

상기 카본블랙은 요오드 흡착가가 110~130 g/㎏, DBP 흡유량이 122~142㎖/100g, 질소 흡착 비표면적 값이 115~135㎡/g, ITRB 대비의 착색도가 110~130%, 수소이온화지수가 3.5~5.0pH인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

본 발명의 주요한 특징은 카본블랙의 입자크기를 줄이거나 구조를 발달시키지 않으면서 카본블랙의 표면을 산화시켜 점도 및 발열을 하락시켜 고무와 카본블랙과의 상호 작용을 증가시켜 내마모특성, 발열 컷앤칩 특성까지 개선할 수 있도록 하는 데에 있다.

따라서, 본 발명은 트럭/버스용 타이어 트레드 고무에 표면을 산화시킨 카본블랙을 적용하여 입자크기와 구조는 변화가 없으면서 표면의 활성도를 높여 고무 배합물 중에서 카본블랙이 마치 실리카처럼 작용토록 하여 실리카의 추가 첨가 없이 기존 카본블랙 배합물과 유사한 물성을 유지하면서 저연비, 발열, 마모, 컷앤트치핑 특성을 전반적으로 개선시킬 수 있다.

본 발명에 사용된 카본블랙의 특성은 요오드 흡착가가 110~130 g/㎏, DBP흡유량이 122~142㎖/100g, 질소 흡착 비표면적 값이 115~135㎡/g, 착색도가 110~130%(ITRB대비), 수소이온화지수(pH)가 3.5~5.0인 카본블랙을 40~80중량부로 한다.

상기 카본블랙의 특성을 다음의 표 1에 정리하였다.

콜로이드 특성	카본블랙1	카본블랙2
요오드 흡착가(g/㎏):IA 질소 흡착 비표면적 값(㎡/g):N2SA DBP흡유량(㎖/100g):DBP 착색도(%, IRB 대비):Tint 수소이온화지수(pH)	120 125 132 121 7.9	120 125 132 121 4.1

상기 카본블랙1과 카본블랙2는 수소이온지수가 상이하고, 다른 특성은 동일하다.

표 2는 본 발명에 사용된 실시예와 비교예의 고무 조성물의 배합비를 나타낸 것이다.

배합비	비교예	실시예
천연고무 아연화 스테아르산 노화방지제 커플링제(X50S)	100 5.0 2.0 2.0 1.6	100 5.0 2.0 2.0 6.0
카본블랙1 카본블랙2 실리카	50 - 10	- 60 -
촉진제1 촉진제2 가류제	1.5 1.0 1.5	1.5 1.0 1.5

커플링제 X50S(DEGUSSA, 독일)는 액상 실란 커플링제(설파이드 실란(Sulfidsilane, Si-69))와 카본블랙 N330의 1:1비율의 혼합물이다.

상기 비교예는 카본블랙1 50중량%와 실리카 10중량%를 포함하고, 실시예는 카본블랙2 60중량%를 포함하며, 커플링제(X50S)의 경우 비교예는 1.6중량%, 실시예는 6.0중량%을 포함하고, 기타의 조성은 동일하다.

표 3은 상기 실시예와 비교예의 물성치를 비교한 결과를 나타내었다.

구분		비교예	실시예
공정성	100℃점도 125℃점도 스코치타임(t5)	84 67 31.1	80 64 35.1
가류시간	t90, @145℃	23.4	24.5
인장물성	경도 300% 모듈러스 인장강도 신율	58 84 124 393	59 80 179 512
발열 리바운드 DIN마모 컷앤치핑	발열(온도차) 리바운드(1st) 초기/1일노화마모량(g) 마모량	24.2 34.7 0.13/0.21 2.093	19.0 37.8 0.10/0.18 2.005
동적 점탄성	Tg 0℃tanδ 70℃tanδ	-43.8 0.258 0.112	-42.1 0.263 0.090

상기 표 3에서 보는 바와 같이, 미가류특성 및 기본물성인 인장강도, 300% 모듈러스는 비교예 대비 실시예는 동등 수준을 보이고 있다.

특히, 표면 산화 카본 블랙을 적용한 실시예에서 발열은 하락하고 리바운드 특성은 개선되는 수준을 보이고 있다.

또한, 노화 전/후의 마모량에 있어서는 비교예 대비 실시예에서 현저히 개선된 효과를 보이고 있다.

그리고, 컷앤치핑 특성에 있어서도 표면 산화 블랙 적용 고무 배합물이 현저히 개선된 효과를 보이고 있다.

동적특성에 있어서 70℃tanδ는 회전저항 특성과 관계가 매우 큰 측정치가 그 수치가 낮을수록 저연비특성이 우수하다고 할 수 있으며, 0℃tanδ는 웨트 트랙션 성능과 관계가 매우 크며 그 수치가 높을수록 웨트 트랙션이 우수하다고 할 수 있다.

또한, 비교예 대비 실시예에서 보는 바와 같이 70℃tanδ는 그 수치가 현저히 낮은 값을 보이고 있어 회전 저항 특성 또한 개선되고 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니다.

본 발명을 통하여 종래의 트레드 고무 조성물 대비 실리카를 함유하지 않고, 카본블랙의 표면을 산화시켜 개질하여 카본블랙으로 하여금 실리카를 적용한 트럭/버스 트레드에서의 마모는 물론 컷앤치핑 특성을 동등 이상 수준으로 개선할 수 있다.

Claims (2)

1. 천연고무를 중합체의 기저로 하는 트럭/버스용 트레드 고무 조성물에 있어서, 표면을 산화시킨 카본블랙 40~80중량부와, 상기 카본블랙의 5~10중량%인 실란커플링제 X50S를 포함하는 것을 특징으로 하는 트럭/버스용 트레드 고무 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 카본블랙은 요오드 흡착가가 110~130 g/㎏, DBP 흡유량이 122~142㎖/100g, 질소 흡착 비표면적 값이 115~135㎡/g, ITRB 대비의 착색도가 110~130%, 수소이온화지수가 3.5~5.0pH인 것을 특징으로 하는 트럭/버스용 트레드 고무 조성물.