KR20100073855A

KR20100073855A - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR20100073855A
Application number: KR1020080132636A
Authority: KR
Inventors: 박한기; 안용진; 전일환
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-07-01
Also published as: KR101053061B1; CN101759889A; CN101759889B

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 스티렌 함량이 20 내지 50중량%, 및 부타디엔 내의 비닐 함량이 20 내지 50중량%인 회분식 방법에 의해 제조된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 60 내지 80 중량부; 및 네오디윰 부타디엔 고무 10 내지 20 중량부로 이루어지는 원료고무; 및 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 가공조제 1 내지 5 중량부를 포함하고, 상기 가공조제는 이중결합에 하이드록실기(-OH)가 1 내지 5개 치환된 탄소수 5 내지 15의 포화 또는 불포화 지방산인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 실리카의 분산성을 높이고 가공성을 향상시켜 생산성을 증대시키며, 에너지 코스트(cost)를 최소화하고,고무의 기계적 물성을 향상시키는 장점이 있다.

타이어 트레드, 고무 조성물, 네오디윰 부타디엔 고무, 포화 지방산, 불포화 지방산

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리카의 분산성을 높이고 가공성을 향상시켜 생산성을 증대시키며, 에너지 코스트(cost)를 최소화하고, 고무의 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 고무 조성물에 관한 것이다.

타이어 산업이 발달함에 따라 저연비, 저회전저항 및 환경친화적인 제품을 생산하기 위해 기술력을 확대하고 있다. 이를 위한 최초의 관심은 보강제로 가장 널리 사용되는 카본블랙과 폴리머와의 상호작용력을 향상시키는 것에 있다.

그러나 카본블랙의 특성상 차량 주행 중 고무의 발열을 증가시켜 타이어의 내구성을 저하시킬 뿐만 아니라 가공 중에는 높은 열을 발생시켜 고무의 물성을 저하시키는 문제점이 있다.

이에 대한 해결책으로 실리카가 제시되었는데, 실리카는 극성이 강하기 때문에 비극성인 고무와의 혼화성이 용이하지 않아 실란 커플러(silane coupler)라고 하기도 하는 커플링제(coupling agent)를 도입함으로써, 실리카와 고무의 상호작용력을 향상시킬 수 있으며, 이때부터 실리카를 이용한 타이어 기술은 비약적으로 발 달하였다.

타이어 트레드에 실리카를 사용함으로써 저연비, 저회전저항 및 젖은 노면에서의 제동성능은 카본블랙 대비 향상되었으나, 기존 카본블랙에 비하여 실리카는 분산이 상대적으로 어려움에 따라 분산성과 가공성을 향상시키는 새로운 가공조제의 개발이 필요하게 되었다.

그러나 실리카 컴파운드의 분산성을 향상시키기 위하여 사용되는 가공조제는 분산성을 개선하여 가공성은 개선시켰으나, 고무의 물성을 심각하게 저하시켜 제품 품질이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 실리카의 분산성을 높이고 가공성을 향상시켜 생산성을 증대시키며, 에너지 코스트(cost)를 최소화하고, 고무의 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 평균적 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 스티렌 함량이 20 내지 50중량%, 및 부타디엔 내의 비닐 함량이 20 내지 50중량%인 회분식 방법에 의해 제조된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 60 내지 80 중량부; 및 네오디윰 부타디엔 고무 10 내 지 20 중량부로 이루어지는 원료고무; 및 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 가공조제 1 내지 5 중량부를 포함하고, 상기 가공조제는 이중결합에 하이드록실기(-OH)가 1 내지 5개 치환된 탄소수 5 내지 15의 포화 또는 불포화 지방산인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 실리카를 충진제로 사용하는 트레드용 고무의 배합시 실리카의 분산성을 높이고 가공성을 향상시켜 생산성을 증대시키며, 에너지 코스트(cost)를 최소화하고, 고무의 기계적 물성을 동시에 향상시키는 장점이 있다.

본 발명은 실리카 고무 조성물에서 융점이 73 내지 83℃이며 이중결합에 하이드록실기(-OH)가 1 내지 5개 치환된 탄소수 5 내지 15의 포화 또는 불포화 지방산을 가공조제로서 1내지 5 중량부를 사용하여 실리카를 충진제로 사용하는 트레드용 고무의 배합시 실리카의 분산성을 높이고 압출시 가공성을 향상시켜 생산성을 증대시킬 수 있으며 에너지 코스트를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 고무의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 스티렌-부타디엔 고무, 네오디윰 부타디엔 고무, 및 가공조제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

통상적으로 용액중합 스티렌-부타디엔 고무는 연속식과 회분식 방법에 의해 제조가 된다. 연속식 방법에 의해 제조된 스티렌-부타디엔 고무는 회분식 방법에 의해 제조된 스티렌-부타디엔 고무에 비해 가공성은 다소 우수하나, 다량의 저 분자량 물질로 인해 히스테리시스 로스가 많이 발생하여 저 연비 성능에 불리한 문제가 있다.

본 발명에 따른 스티렌-부타디엔 고무는 회분식 방법으로 제조되는 것으로서, 상기 회분식 방법으로 제조하는 경우 보다 우수한 회전 저항 성능을 얻을 수 있다.

상기 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 20 내지 50중량%, 및 부타디엔 내의 비닐 함량이 20 내지 50중량%인 것이다. 상기 스티렌 함량과 부타디엔 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 제동성능의 저하 없이 저연비 성능을 향상시킬수 있는 장점이 있다.

상기 스티렌-부타디엔 고무는 원료고무 내 60 내지 80 중량부로 포함된다. 상기 스티렌-부타디엔 고무의 함량이 60 중량부 미만인 경우 저연비 성능이 저하되는 문제가 있고, 80 중량부를 초과하는 경우 마모 성능 및 제동성능이 저하되는 문제가 있다.

상기 네오디윰 부타디엔 고무는 코발트 부타디엔 고무(Co-BR) 또는 니켈 부타디엔 고무(Ni-BR)에 비해 분자량 분포가 좁고, 분자구조가 선형(Linear)이여서 고무의 히스테리시스가 낮아 회전저항이 우수하며, 마모 성능에 우수한 장점이 있다.

상기 네오디윰 부타디엔 고무는 원료고무 내 10 내지 20 중량부로 포함된다. 상기 네오디윰 부타디엔 고무의 함량이 10 중량부 미만인 경우 마모 성능 및 제동성능이 저하되는 문제가 있고, 20 중량부를 초과하는 경우 성능이 저하되는 문제가 있다.

상기 가공조제는 이중결합에 하이드록실기(-OH)가 1 내지 5개 치환된 탄소수 5 내지 15의 포화 또는 불포화 지방산인 것이다. 상기 하이드록실기가 상기 범위 내에 있는 경우 경우 하이드록실기에 의한 실리카와의 친화력이 향상되어 실란 커플링제와 같이 실리카의 분산을 향상 시킬 수 있는 장점이 있고, 상기 탄소수가 상기 범위 내에 있는 경우 가공조제 자체의 분산에 유리한 장점이 있다.

상기 가공조제는 융점이 73 내지 83℃인 것이 바람직하다. 상기 융점이 상기 범위 내에 있는 경우 가공조제의 보관 온도인 20 ~ 40℃ 보다 높기 때문에 보관시 녹을 위험이 없고 배합 시 온도인 100 ~ 200℃ 보다 낮기 때문에 배합 시 효과적으로 녹아서 분산에 유리한 장점이 있다.

상기 가공조제로는 바람직하게는 OH기를 갖는 지방산, Zn 염을 포함하는 지방산 에스테르, 고분자량을 가진 친수성 지방산 에스테르 등을 들 수 있다.

상기 가공조제는 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 5 중량부로 포함된다. 상기 가공조제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 실리카의 분산에 향상시킬 수 없으며, 5 중량부를 초과하는 경우 배합 고무의 물성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 보강성 충진제로서 실리카를 포함한다. 상기 실리카는 단독으로 사용하는 것이 좋고, 실리카의 분산성 향상을 위해 실란커플링제를 첨가할 수 있 다.

본 발명의 목적에 적합한 트레드 고무 조성물을 얻기 위해 질소 흡착량이 155 내지 185 ㎡/g, CTAB값 150 내지 170㎡/g의 특성을 가지는 실리카는 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 60 내지 90 중량부로 포함한다. 상기 실리카의 함량이 60 중량부 미만인 경우 제동성능이 저하되는 문제가 있고, 90 중량부를 초과하는 경우 저연비 성능이 저하되는 문제가 있다.

상기 실란 커플링제로는 알콕시폴리설파이드 실란 화합물 중 비스-(트리 알콕시 실릴 프로필)폴리설파이드(TESPD) 및 비스-3-트리에톡시 실릴프로필 테트라설파이드(TESPT) 등을 들 수 있다.

상기 실란 커플링제는 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 10 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 가황제, 가황촉진제, 노화방지제를 더 포함할 수 있다.

상기 가황제는 유황 가황제를 사용한다. 유황 가황제의 예는 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황이다. 본 발명에서 사용한 유황 가황제는 원소 유황이며, 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 1.5 내지 2.5 중량부로 포함한다.

상기 가황촉진제는 아민(Amine), 이황화물, 구아니딘(guanidine), 티오(thio) 요소, 티아졸(thiazole), 티우람(thiuram), 설펜 아미드(sulfene amide)에서 선택된 화합물을 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 0.8 내지 2.0 중량부로 포함한다.

상기 노화방지제는 N-(1,3-Dimethybytyl)-N-phenyl-p-phenlenediamine(6PPD), N-phenyl-n-isopropyl-p-phenylenediamine(3PPD) 및 Poly(2.2.4-trimethyl-1.2-dihydroquinoline(RD)에서 선택된 화합물을 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부로 포함한다.

한편, 본 발명은 상기에서 언급한 조성 이외에도 통상의 타이어 트레드용 조성물에 사용되는 활성제, 가공유, 가류제 및 가류 촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 선택하여 사용할 수 있음은 물론이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다.　 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2]

하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에 따른 타이어 고무 조성물을 제조하였다. 타이어 고무 조성물의 제조는 통상의 타이어 제조방법에 의해 제조되었다.

	비교예		실시예
	1	2	1	2
S-SBR(1)	85
Nd-BR(2)	15
실리카(3)	85
커플링제(Si69)	7
가공조제 A(4)	2	0	0	0
가공조제 B(5)	0	2	0	0
가공조제 C(6)	0	0	2	4
연화제(TDAE오일)	3
산화아연	3
스테아린산	2
산화방지제(7)	2
유황	1.5
촉진제(8)	1.4
촉진제(DPG)(9)	2

(단위: 중량부)

㈜

(1) S-SBR : 스티렌 함량이 25중량%, 부타디엔 내의 비닐 함량이 50중량%인 연속식 방법에 의해 제조된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무(SBR), TDAE Oil 37.5Phr extended

(2) Nd-BR : Lanxess제 네오디윰 부타디엔 고무

(3) 실리카 : 질소 흡착가가 170㎡/g, CTAB값 160㎡/g 인 침강성 실리카

(4) 가공조제 A : Zn 염을 포함하는 지방산 에스테르(A series. Struktol사 제품)

(5) 가공조제 B : 높은 분자량을 가진 친수성 지방산 에스테르이다. (WB series, Struktol사 제품)

(6) 가공조제 C : -OH기를 갖는 지방산(동은화학제 DF924)

(7) 산화방지제: Lanxess제 Vulkanox HS/LG

(8) 촉진제: Lanxess제 NS

(9) 촉진제(DPG): Lanxess제 Vulkacit D/EG-C

상기 제조된 시편에 대하여 물성 테스트를 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

항목	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
ML1+4(125℃)	112	107	92	84
경도 (Shore A)	75	71	75	76
300% 모듈러스(Mpa)	15.0	13.7	15.3	15.4
신장율 (%)	370	392	393	389
0℃ tanδ	0.286	0.270	0.292	0.287
60℃ tanδ	0.168	0.186	0.167	0.165

㈜

- 무늬점도(ML1+4(125℃))는 ASTM 규격 D1646에 의해 측정하였다.

- 경도는 DIN 53505에 의해 측정하였다

- 300% 모듈러스, 신장율은 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.

- 점탄성은 RDS 측정기를 사용하여 0.1% 변형(strain)에 10Hz Frequency 하에서　-60℃에서 80℃까지 tan δ값을 측정하였다.

상기 표 2에서 ML1+4는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미 가류 고무의 가공성이 우수하다. 0℃ tanδ는 제동 특성을 나타내는 것으로 수치가 높을수록 제동성능이 우수함을 나타내며, 60℃ tanδ는 회전저항 특성을 나타내는 것으로서 수치가 낮을수록 성능이 우수함을 나타낸다. 그리고 경도는 조정 안정성을 나타내는 것으로 수치가 높을수록 조정 안정성능이 우수하다.

상기 표 2의 결과를 통하여 알 수 있듯이, 본 발명의 트레드 고무 조성물에 의해 제조된 실시예 1 내지 2는 종래의 가공조제를 사용한 트레드 고무 조성물인 비교예 1 내지 2에 비하여 ML1+4를 통해 확인할 수 있는 가공성 측면에서 동일 중량부 사용시 가공성이 매우 향상되었으며, 다른 고무 물성에서는 종래의 가공조제를 사용한 비교예 대비 실시예는 동등 이상의 우수한 물성을 나타냄을 알 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.　

Claims

스티렌 함량이 20 내지 50중량%, 및 부타디엔 내의 비닐 함량이 20 내지 50중량%인 회분식 방법에 의해 제조된 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 60 내지 80 중량부; 및 네오디윰 부타디엔 고무 10 내지 20 중량부로 이루어지는 원료고무; 및

상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 가공조제 1 내지 5 중량부를 포함하고,

상기 가공조제는 이중결합에 하이드록실기(-OH)가 1 내지 5개 치환된 탄소수 5 내지 15의 포화 또는 불포화 지방산인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 가공조제는 융점이 73 내지 83℃인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 가공조제는 OH기를 갖는 지방산, Zn 염을 포함하는 지방산 에스테르 및 고분자량을 가진 친수성 지방산 에스테르의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.