KR20060126630A - 공기 타이어용 고무 조성물 - Google Patents

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KR20060126630A
KR20060126630A KR1020047015599A KR20047015599A KR20060126630A KR 20060126630 A KR20060126630 A KR 20060126630A KR 1020047015599 A KR1020047015599 A KR 1020047015599A KR 20047015599 A KR20047015599 A KR 20047015599A KR 20060126630 A KR20060126630 A KR 20060126630A
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나오야 아미노
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요코하마 고무 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 생산성 및 전도성에 문제를 야기하지 않으면서 타이어의 습윤 성능을 개선시킬 수 있는, 디엔계 고무 100중량부와 입자 크기가 15 내지 40nm이고 질소 흡수 비표면적(N2SA)이 60 내지 200m2/g이고 pH가 1 내지 5 또는 8.5 내지 13인 카본 블랙 5 내지 120중량부를 포함하는 공기 타이어용 고무 조성물에 관한 것이다.
생산성, 전도성, 타이어의 습윤 성능, 디엔계 고무, 질소 흡수 비표면적(N2SA), 공기 타이어용 고무 조성물

Description

공기 타이어용 고무 조성물{Rubber composition for pneumatic tire}
본 발명은 공기 타이어용 고무 조성물에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 생산성과 전도성에 문제를 야기하지 않으면서 공기 타이어의 습윤 성능을 개선시킬 수 있는 공기 타이어용 고무 조성물에 관한 것이다.
타이어용 고무 조성물로서, 실리카를 고무 조성물로 합성하는 기술은 공기 타이어의 습윤 성능과 낮은 연료 소비량을 수득하는 것으로 공지되어 있다[참조: Akimasa Doi, Nippon Gomu Kyokaishi, vol. 71, p. 588 (1998)]. 실리카가 이러한 특성을 나타내는 이유로는, 실리카 합성 고무가 저변형 영역에서 모듈러스가 낮은 것으로 언급되었다. 그러나, 실리카가 합성되면 가황율이 느려지고 전기 저항이 커져서 다량의 실리카가 합성될 수 없다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 위의 실리카 합성 고무 조성물에서 선행 기술의 문제를 해결할 수 있으며 생산성 및 전도성이 저하되지 않으면서 타이어의 습윤 성 능을 개선시킬 수 있는 공기 타이어용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면,
디엔계 고무(i) 100중량부와
입자 크기가 15 내지 40nm이고 질소 흡수 비표면적(N2SA)이 60 내지 200m2/g이고 pH가 1 내지 5 또는 8.5 내지 13인 카본 블랙(ii) 5 내지 120중량부를 포함하는 공기 타이어용 고무 조성물이 제공된다.
발명을 수행하기 위한 최선의 양태
본 발명에 따르는 고무 조성물로 합성된 디엔계 고무는, 예를 들면, 타이어용 출발 고무로서 사용할 수 있는 임의의 디엔계 고무를 포함한다. 전형적인 디엔계 고무로서, 천연 고무(NR), 폴리이소프렌 고무(IR), 각종 폴리부타디엔 고무(BR), 각종 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원중합체 고무(EPDM) 등이 열거될 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나, 이들의 혼합물로 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무 조성물은 입자 크기가 15 내지 40nm, 바람직하게는 18 내지 35nm이고, 질소 비표면적(N2SA)이 60 내지 200m2/g, 바람직하게는 70 내지 180m2/g이고, pH가 1 내지 5 또는 8.5 내지 13, 바람직하게는 2 내지 4.5 또는 9 내지 12인 카본 블랙 5 내지 120중량부를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 카본 블랙의 입자 크기는 ASTM D 3849 방법에 따라 측정한 평균 입자 크기를 의미한다. 이 값이 너무 작으면 당해 고무에서 카본 블랙의 분산능이 바람직하지 않게 저하된다. 반대로, 이 값이 너무 크면 카본 블랙의 강화능이 바람직하지 않게 불충분해진다.
질소 흡수 비표면적[N2SA(m2/g)]은 카본 블랙 입자 크기를 나타내는 카본 블랙의 비표면적 값이며 JIS-K 6217 방법에 따라 측정한다. 본 발명에서 사용되는 카본 블랙의 N2SA 값이 너무 낮으면 카본 블랙의 강화능이 바람직하지 않게 불충해진다. 반대로, N2SA 값이 너무 크면 당해 고무에서 카본 블랙의 분산능이 바람직하지 않게 저하된다.
본 발명에서 사용되는 카본 블랙은, 위에서 설명한 바와 같이, pH가 1 내지 5 또는 8.5 내지 13이어야 한다. pH 값이 위의 범위내이면, 이의 표면 활성이, 예를 들면, pH 약 6 내지 8의 고무에 대해 통상 사용되는 퍼니스 블랙(furnace black)의 표면 활성과는 상이하므로, 긴밀하게 결합된 고무가 생성되지 않으며 강하게 구속된 고무 분자가 거의 존재하지 않으며, 따라서 실리카의 경우에서와 같이 저변형 영역에서 모듈러스가 낮아져서, 결과적으로 타이어의 습윤 성능이 개선될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 카본 블랙은 바람직하게는 디부틸 프탈레이트 흡수량(DBPA)이 30 내지 80㎖/100g, 보다 바람직하게는 35 내지 75㎖/100g이다. 이러한 범위의 DBPA를 갖는 카본 블랙이 사용되는 경우, 마찰력은 추가로 바람직하게 증가 된다. 습윤 성능을 추가로 개선시킬 수 있도록 생산성에 어떤 문제도 야기하지 않는 범위내에서 실리카를 카본 블랙과 배합하여 사용할 수 있음을 주지해야 한다.
본 발명에 따르는 고무 조성물은 또한 위의 필수 성분 이외에 타이어용으로 일반적으로 배합되는 각종 첨가제, 예를 들면, 가황 또는 가교결합제, 가황 또는 가교결합 촉진제, 각종 오일, 노화 방지제 또는 가소제를 포함할 수 있다. 제형은 일반적인 방법으로 혼합함으로써 조성물로서 가황 또는 가교결합에 사용될 수 있다. 배합되는 이러한 첨가제의 양은 본 발명의 목적을 훼손하지 않는 한 일반적으로 사용되는 통상의 양일 수 있다.
실시예
실시예는 본 발명을 추가로 설명하는 데 사용할 수 있지만, 당해 실시예로써 본 발명의 범위가 제한되지 않는다는 것은 언급할 필요도 없다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6
샘플 제조
표 I에 기재한 제형(중량부)에 따라, 1.7ℓ들이 내부 밤버리 혼합기(Bambury mixer)를 사용하여 고무, 카본 블랙, 및 황 및 가황 촉진제를 제외한 기타 성분들을 5분 동안 혼합함으로써 마스터 배치를 수득하고, 개방 롤을 사용하여 가황 촉진제 및 황을 혼합함으로써 고무 조성물을 수득한다. 이렇게 하여 수득한 고무 조성물은 160℃에서 30분 동안 15 ×15 ×0.2cm의 금형을 사용하여 가황시켜 가황 고무 시트를 수득한다.
이어서, 유량계 시험을 수행하고 수득한 가황 고무 시트의 점탄성(tan δ)을 측정한다. 결과는 표 I에 기재한다.
Figure 112004044629665-PCT00001
표 1에 대한 각주
니폴(Nipol) 9528R : 스티렌-부타디엔 공중합체 고무[제조원: 제온 코포레이션(Zeon Corporation)](37.5phr 오일 증량, Tg = -35℃).
닙실(Nipsil) AQ : 습윤 실리카[제조원: 니폰 실리카 인더스트리얼(Nippon Silica Industrial)].
Si-69 : 실란 커플링제[제조원: 데구사(Degussa)].
디아블랙(Diablack) N234 : 카본 블랙[제조원: 미쓰비시 케미칼(Mitsubishi Chemical)].
#44 : 카본 블랙(제조원: 미쓰비시 케미칼).
#33 : 카본 블랙(제조원: 미쓰비시 케미칼).
MA11 : 카본 블랙(제조원: 미쓰비시 케미칼).
#7400SB : 카본 블랙(제조원: 도카이 카본(Tokai Carbon)].
라벰(Ravem) 1035 : 카본 블랙(제조원: 콜롬비안 카본(Columbian Carbon)].
블랙 펄스(Black Pearls) L : 카본 블랙[제조원: 카보트(Cabot)].
#950 : 카본 블랙(제조원: 미쓰비시 케미칼).
산토플렉스(Santoflex) 6PPD : 산화방지제[제조원: 플렉시스(Flexsys)].
산화아연 No. 3 : 제조원: 세이도 케미칼(Seido Chemical).
스테아르산 : 제조원: 니폰 오일 앤드 패트 캄파니(Nippon Oil and Fat Co.)
방향족 오일 : 제조원: 후지 고산(Fuji Kosan).
산토큐어(Santocure) NS : 가황 촉진제(제조원: 플렉시스).
황 : 제조원: 쓰루미 케미칼(Tsurumi Chemical).
평가 및 시험 방법
1) 점탄성 시험(tan δ/E')
온도 0℃, 초기 정적 변형률 10%, 동적 변형률 ±2% 및 진동수 20Hz의 조건하에 점탄성 분광계[제조원: 일본에 소재하는 도요 세이키 세이사쿠쇼(Toyo Seiki Seisakusho)]를 사용하여 값을 측정한다. 결과는 비교예 1의 값을 100으로 한 지수로서 나타낸다. 값이 클수록 타이어 습윤 성능은 보다 탁월하다.
2) 유량계 시험(T95)
JIS K6300에 따라, 160℃에서 95% 가황에 도달하기 위한 시간을 측정한다. 이 시간이 짧을수록 생산성이 보다 양호함을 나타낸다.
실시예 5 내지 8 및 비교예 1 내지 6
표 2에 기재한 제형(중량부)에 따라, 실시예 1 내지 4에서와 동일한 과정을 수행하여 샘플을 제조하고, 위의 시험 방법을 수행하여 이들을 평가한다. 결과는 표 2에 기재되어 있다. 표 2에 기재한 비교예 1 내지 6은 표 1의 것과 동일함을 주지해야 한다.
Figure 112004044629665-PCT00002
표 2에 대한 각주
니폴 9528R : 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(제조원: 제온 코포레이션)(37.5phr 오일 증량, Tg = -35℃).
닙실 AQ : 습윤 실리카(제조원: 니폰 실리카).
Si-69 : 실란 커플링제(제조원: 데구사).
디아블랙 N234 : 카본 블랙(제조원: 미쓰비시 케미칼).
#44 : 카본 블랙(제조원: 미쓰비시 케미칼).
#33 : 카본 블랙(제조원: 미쓰비시 케미칼).
프린텍스(Printex) 300 : 카본 블랙(제조원: 데구사).
#7400SB : 카본 블랙(제조원: 도카이 카본).
라벰 1000 : 카본 블랙(제조원: 콜롬비아 카본).
리갈(Reagal) 660 : 카본 블랙(제조원: 카보트).
#950 : 카본 블랙(제조원: 미쓰비시 케미칼).
산토플렉스 6PPD : 산화방지제(제조원: 플렉시스).
산화아연 No. 3 : 제조원: 세이도 케미칼.
스테아르산 : 제조원: 니폰 오일 앤드 패트 캄파니.
방향족 오일 : 제조원: 후지 고산.
산토큐어 NS : 가황 촉진제(제조원: 플렉시스).
황 : 제조원: 쓰루미 케미칼.
본 발명에 사용된 카본 블랙은 pH가 1 내지 5 또는 8.5 내지 13이거나 고무에 사용되는 종래의 퍼니스 블랙(pH 약 6 내지 8)과는 표면 활성이 다르며, 단단히 결합된 고무를 형성하지 않고, 강하게 구속된 고무 분자를 거의 포함하지 않으므로, 실리카와 혼합하는 경우에서와 같이 저변형 영역에서 모듈러스가 감소한다. 본 발명에서 사용된 카본 블랙은 입자 크기가 15nm 미만이면 고무로의 분산 저하로 인해 바람직하지 않고, 입자 크기가 40nm 이상이면 강화 능력이 불충분하다. 또한, 카본 블랙의 구조가 작으면, 충전제가 고무 속에서 망상 구조를 형성하기가 곤란하고 저변형 영역에서 탄성 모듈러스가 저하된다. 결과적으로, 문헌[참조; N. Amino, Y. Uchiyama : Tire Science and Technol., vol. 28, p. 178(2000)]에 기재되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 타이어용 고무 조성물에서는 습윤 마찰력과 높은 상관성이 있는 tan δ/E'가 개선되고 실리카와 동일하거나 보다 양호한 습윤 마찰력을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 실리카의 경우에서와는 달리 전도성 저하의 문제가 없고 가황 속도가 빨라져, 생산성이 크게 향상되는 이점이 있다. 따라서, 본 발명의 조성물은 공기 타이어의 트래드 부품에 유용하다.

Claims (4)

  1. 디엔계 고무(i) 100중량부와 입자 크기가 15 내지 40nm이고 질소 흡수 비표면적(N2SA)이 60 내지 200㎡/g이며 pH가 1 내지 5 또는 8.5 내지 13인 카본 블랙(ii) 5 내지 120중량부를 포함하는, 공기 타이어용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 카본 블랙의 디부틸 프탈레이트 흡수량(DBPA)이 30 내지 80㎖/100g인 고무 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 디엔계 고무가 천연 고무, 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 공중합체 고무 및 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분인 고무 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 카본 블랙이, 입자 크기가 18 내지 35nm이고 질소 흡수 비표면적(N2SA)이 70 내지 180㎡/g이며 디부틸 프탈레이트 흡수량(DBPA)이 35 내지 75㎖/100g이고 pH가 2 내지 4.5 또는 9 내지 12인 고무 조성물.
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