KR20160069214A

KR20160069214A - 저연비 성능이 향상된 타이어 고무 조성물

Info

Publication number: KR20160069214A
Application number: KR1020140174916A
Authority: KR
Inventors: 이영득
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-06-16

Abstract

본 발명은 원료고무와 실리카로 마스터 배치를 제조하여 원료 배합시 분산성이 좋고, 로딩의 양을 더욱 늘릴 수 있어 원재료 배합시 분산성이 우수하고, 내마모 성능을 유지하면서 저연비 성능이 우수한 친환경적인 타이어 고무 조성물을 제공한다.

Description

저연비 성능이 향상된 타이어 고무 조성물{Tire Rubber Composition Having Improved Low-Fuel Property}

본 발명은 타이어 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료고무와 실리카로 마스터 배치를 제조하여 원료 배합시 분산성이 좋고, 로딩의 양을 더욱 늘릴 수 있어 원재료 배합시 분산성이 우수하고, 내마모 성능을 유지하면서 저연비 성능이 우수한 친환경적인 타이어 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일반적으로 타이어 고무 조성물에 있어서 천연고무와 실리카는 서로 다른 극성과 특성을 가지고 있어 혼합이 잘 안되며, 고무내 실리카 균질 분산에도 상당한 시간과 에너지가 소요된다. 천연고무는 점도가 매우 높아 고온에서도 실리카 분산효율이 낮으며, 실란커플링제를 사용하기 때문에 매우 높은 온도에서 믹싱하는 것도 쉽지 않은 일이다. 따라서, 점도를 갖는 탄성체들의 혼합시 믹싱로드(mixing load)를 개선하기 위하여 마스터배치를 주로 사용하는데, 이러한 마스터배치는 비교적 배합 에너지 손실을 줄이고, 고무와 고무, 고무와 화학약품 및 충전제 간 분산 및 상용성을 좋게 하기 위해 타이어 원재료 배합시 사용된다.

현재까지는 합성고무에 카본블랙 로딩량을 극대화할 목적으로 용액 상태의 합성고무 라텍스에 웨팅하는 방식이 사용되고 있다.

트럭, 버스용 타이어에는 천연고무가 트레드에 대부분 사용되는데, 하중이 많이 부여되기 때문에 내마모 성능이 매우 우수한 카본블랙을 주요 필러로 사용하고 있다. 그러나, 최근들어 저연비 보완을 위해 충전제로서 실리카의 사용비율이 점점 늘어나고 있으며, 승용차용 타이어에도 비석유계 원료사용 증가가 뚜렷해지면서 트레드 부위 이외에도 실리카를 사용하는 경향이 보이고 있다.

한국 특허공개공보 제2014-0066292호에는 실리카를 이용한 타이어 트레드용 고무 조성물에 대한 발명이 기재되어 있으나, 건조 믹싱할 시에 제대로 믹싱이 되지 않는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 방식인 천연고무 점도를 낮춘 후, 침강형 실리카를 믹싱시키는 방식에서 벗어나 동일한 천연고무 라텍스 상태에서 침강형 실리카를 사용하여 웨팅시키며, 단 2종의 재료만을 사용하여 마스터배치를 만들어 타이어 고무조성물 배합시 분산성이 매우 우수하고, 실리카 로딩도 훨씬 많이 시킬 수 있어, 원재료 배합시 분산성이 우수하고, 내마모 성능을 유지하면서 저연비 성능이 우수한 친환경적인 타이어 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 타이어 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 마스터배치 50~150중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 원료고무는 천연고무 또는 합성고무 또는 천연고무와 합성고무와의 혼합고무를 사용할 수 있으며, 상기 천연고무 및 합성고무의 종류에 특별한 제한은 없다.

본 발명에 있어서, 상기 마스터 배치는 천연고무 100중량부에 대하여 실리카 30~50중량부로 이루어지는 것이 바람직한데, 실리카의 함량이 상기 범위를 벗어나면 천연고무 내 실리카 로딩(loading)이 잘 되지 않아 믹싱(mixing)이 어려워지므로 바람직하지 않다.

본 발명에 있어서, 상기 마스터 배치는 천연고무와 실리카를 용액 혼합방식으로 혼합하여 이루어진다. 천연고무는 생산지역에 따라 그 종류가 매우 다양하며, 채취 방식, 가공 방식에 따라서도 여러 가지로 분류되는데, 본 발명에서는 천연고무의 종류와 관계없이 라텍스 상태의 천연고무를 사용하여 얼마든지 마스터배치를 제조할 수 있다. 또한 실리카는 BET에 따라 다양하게 분류되는데, 마찬가지로 본 발명에서의 마스터 배치는 용액 혼합과정을 거쳐 제조되므로, 실리카의 종류에 관계없이 모든 종류의 실리카가 사용가능하다.

본 발명에 있어서, 용액 혼합방식은 라텍스 상태의 천연고무에 실리카를 웨팅(wetting)하여 배합하는 방식으로, 구체적으로 천연고무 라텍스의 온도를 높여 용액 상태가 되도록 한 후, 용액 상태의 천연고무 라텍스에 첨가제 없이 실리카를 배합, 분산시키는 방식이다.

본 발명의 타이어 고무 조성물에 있어서, 상기 마스터 배치는 원료고무 100중량부에 대하여 50~150중량부를 배합하는 것이 바람직한데, 상기 범위내인 경우 분산성 및 타이어 저연비 특성이 효과적으로 향상되므로 바람직하다.

본 발명의 고무 조성물에는 상기한 성분들 이외에, 통상적으로 타이어 고무 조성물에 사용되는 첨가제들을 통상의 사용량 범위로 배합할 수 있다.

본 발명의 타이어 고무 조성물은 특히 트럭 및 버스용에 사용되는 타이어에 적합하다.

본 발명의 타이어 고무 조성물은 친환경적이며 실리카가 충분히 분산된 마스터배치를 적용하므로써 내마모 성능도 향상시키면서 저연비 성능이 우수한 효과를 갖는다.

도 1은 실시예 1과 비교예 1의 고무 조성물의 분산성 효과를 비교한 도면이다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

하기 표 1과 표 2의 조성을 사용하여 실시예 및 비교예의 타이어 고무 조성물을 제조하였다. 이 때 비교예들의 경우는 천연고무와 실리카를 드라이 믹싱 방법으로 배합하였다. 그리고, 실시예에서의 마스터 배치는 천연고무 100중량부에 대하여 실리카 50중량부를 용액 혼합 과정으로 배합하여 제조된 것이다. 각 고무 조성물로 고무 시편을 제조하여, 160℃에서 가류시킨 후 그 물성을 ASTM 규격에 따라 측정하고, 그 결과를 하기 표 1과 표 2에 함께 나타내었다.

(단위: 중량부)

구성			비교예 1	실시예 1	비교예 2	실시예 2
	천연고무		100	100	100	100
	실리카(BET 115)		70	-	-	-
	실리카(BET 200)		-	-	80	-
	실리카-천연고무 마스터배치		-	70	-	80
	카본블랙		20	20	20	20
	실란커플링제		4	4	4	4
	가공오일		9	9	9	9
	산화아연		3.5	3.5	3.5	3.5
	스테아린산		1.5	1.5	1.5	1.5
	노화방지제¹ ⁾		4	4	4	4
	가공조제² ⁾		5	5	5	5
	유황		2.5	2.5	2.5	2.5
	가류촉진제³ ⁾		2.5	2.5	2.5	2.5
물성	인장물성	경도(Shore A)	58	61	58	65
		300%모듈러스 (kgf/c㎡)	95	102	85	133
		인장강도 (kgf/c㎡)	147	163	138	159
		신율(%)	256	267	258	228
	동적물성	Tg(℃)	-42.3	-43.1	-43.2	-43.0
		Tanδ@0℃	0.06	0.065	0.066	0.069
		Tanδ@70℃	0.034	0.023	0.041	0.030
		E”@22℃	0.100	0.160	0.110	0.250
	마모성능	딘(Din) 마모	0.077	0.064	0.056	0.043

구성			비교예 3	실시예 3	비교예 4	실시예 4
	천연고무		100	100	100	100
	카본블랙		38	38	38	38
	실리카(BET 115)		50	-	-	-
	실리카(BET 200)		-	-	85	-
	실리카-천연고무 마스터배치		-	50	-	85
	카본블랙		20	20	20	20
	실란커플링제		4	4	4	4
	가공오일		9	9	9	9
	산화아연		3.5	3.5	3.5	3.5
	스테아린산		1.5	1.5	1.5	1.5
	노화방지제¹ ⁾		4	4	4	4
	가공조제² ⁾		5	5	5	5
	유황		2.5	2.5	2.5	2.5
	가류촉진제³ ⁾		2.2	2.2	2.2	2.2
물성	인장물성	경도(Shore A)	65	70	64	68
		300% 모듈러스 (kgf/c㎡)	139	154	129	146
		인장강도 (kgf/c㎡)	320	303	319	319
		신율(%)	575	532	588	571
	동적물성	Tg(℃)	-44.8	-46.1	-49	-44.4
		Tanδ@0℃	0.154	0.156	0.182	0.159
		Tanδ@70℃	0.080	0.068	0.087	0.070
		E”@22℃	1.560	2.390	1.750	2.210
	마모성능	딘(Din) 마모	0.256	0.237	0.244	0.227

주) 1) 6PPD(제조사 KKPC)

2) 40MS(제조사 STROKTOL)

3) NS(제조사 Flexsys)

상기 표 1과 표 2에서 경도는 수치가 높을수록 딱딱함을 의미하고, 300％ 모듈러스, 인장강도 및 신율에 대한 수치는 높을수록 각각의 특성이 우수함을 의미한다. 또한, E"(손실탄성모듈러스) 수치는 높을수록 제동성능이 우수함을 의미하고, Tanδ @ 0℃ 수치는 높을수록 젖은 노면에서의 제동력이 우수함을 의미하고, Tanδ @ 70℃ 수치는 낮을수록 낮은 회전저항을 나타내어 회전저항 특성이 우수함을 나타낸다. 그리고, 딘 마모는 수치가 낮을수록 마모성능이 우수함을 나타낸다.

표 1과 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예의 고무 조성물들이 가황 시편의 발열 특성, 인장 물성, 마모 성능, 동적 점탄성 특성 등에서도 상대적으로 매우 우수한 결과를 얻어 향후 타이어에 실 적용시 매우 우수한 친환경 제품 제조 및 저연비 성능, 내마모 성능의 타이어를 예상할 수 있다. 실시예들에 사용된 마스터배치는 용액(solution) 상태에서 가공되므로 분산성이 우수하며, 배합시 공정성에 특이한 문제점이 없었고, 믹싱공정성에서도 실시예들의 실리카-천연고무 마스터배치가 수축률 및 치수안정성에서 훨씬 우수하였다.

따라서, 기존 타이어의 물성을 유지, 향상시키면서 고무 배합시 분산성 향상 및 타이어 저연비 특성 향상을 목적으로 마스터 배치를 사용하는 것이 훨씬 경제적이고 유리하다는 것을 확인할 수 있다.

Claims

원료고무 100중량부에 대하여, 천연고무와 실리카를 용액 혼합 방식으로 배합한 마스터배치 50~150중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 마스터 배치는 라텍스 상태의 천연고무 100중량부에 대하여 실리카 30~50중량부를 배합한 것임을 특징으로 하는 타이어 고무 조성물.
제1항 또는 제2항에 따른 고무 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어.