KR20220018558A - 타이어 트레드 - Google Patents

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KR20220018558A
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carbon black
filler
tire tread
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핑 장
프라치 에이. 다발레
애니 티. 니코바
진쳉 슝
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비욘드 로투스 엘엘씨
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Publication date
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Abstract

타이어 트레드 및 타이어, 보다 특히 탄성률 비, 퍼센트 파단 신율 및/또는 탄젠트 델타를 포함하는 (그러나 이에 제한되지는 않음) 증강된 복합재 물질 특성 내에서 트레드 또는 다른 엘라스토머성 구성요소를 갖는 타이어가 제공되며, 여기서 타이어, 트레드 또는 다른 엘라스토머성 구성요소는 마크로분산에 의해 나타날 수 있는 잘 분산된 강화 충전제를 특징으로 하는 복합재를 포함한다.

Description

타이어 트레드
본 발명은 타이어 트레드 및 타이어에 관한 것이다. 타이어 트레드 및/또는 타이어는 바람직하게는 탄성률 비, 퍼센트 파단 신율, 및/또는 탄젠트 델타 등 (그러나 이에 제한되지는 않음)의 증강된 물질 특성을 갖는다. 타이어 트레드 및 타이어는 엘라스토머 물질 및 잘 분산된 강화 충전제를 포함한다. 타이어는, 트럭, 트랙터, 트레일러 또는 버스와 같은, 중하중을 지탱하고 지속적인 속도로 주행하는 차량에 장착되도록 의도된, 방사상 카커스 보강재 및 엘라스토머 물질의 추가의 층 또는 구역을 갖는 공압 타이어일 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 타이어 및 타이어 트레드는 차량, 예컨대 소형 트럭, 승용차, 고성능 차량, 오토바이, 오프로드 차량, 중장비 차량, 항공기, 및 트랙에 고무 트레드가 탑재된 트랙이 장착된 차량을 포함한 기타 차량에 장착될 수 있다.
트럭 및 버스에 사용되는 대형 타이어에서, 및 다른 타이어 유형에서, 타이어 트레드를 다층 구조, 예를 들어, 트레드의 외측 표면을 제공하는 캡 고무 층 및 캡 고무 층의 방사상 내측에 배치된 베이스 고무 층으로 형성하는 것이 공지되어 있으며, 여기서 탁월한 내마모성을 갖는 고무가 캡 고무 층에 사용되고, 낮은 손실 탄젠트를 갖는 낮은 열-발생 고무가 베이스 고무 층에 사용된다. 증강된 특성을 갖는 선택된 고무 컴파운드는 트레드의 숄더 영역 등 타이어의 다른 더 높은 응력 영역에 사용되어 왔다. 예를 들어, US 10,399,386을 참조한다. 높은 수준의 내마모성 및 내응력성, 낮은 열 축적 (낮은 탄젠트 델타) 및 낮은 구름 저항을 동시에 달성하여 개선된 연료 경제성과 함께 원래의 및 대체 타이어 트레드에서의 개선된 타이어 수명 및 내구성을 달성하도록 하는 타이어 트레드를 제조하는 것이 바람직하다.
차량 중량 및 속도, 표면 조건 및 작동 온도와 같은 전형적인 응력 하에 허용가능한 타이어 성능 및 수명을 얻도록, 열 축적에 대해 기계적 강도 및 인장 강도 등 고무 물질 특성의 균형을 맞추기 위해 많은 타이어 및 트레드 설계 및 배합물이 제안되었다. 예를 들어, US 6,247,512, US 10,479,037, US 10,308,073 및 US 2009/0255613을 참조한다. 일부는 트레드 형성을 위해, 축방향으로 상이한 물질들을 사용할 것을 제안한다. 중앙의 적도방향 평면 물질은 측방향 평면 물질과 상이할 수 있고, 이들 물질은 트레드의 다양한 내부 구역에 사용되는 물질과 상이할 수 있다. 예를 들어, US 9,713,942를 참조한다. 흔히, 지면과 접촉하게 되는 외측 물질은 보다 우수한 마모 성능을 나타내고, 내측 물질은 히스테리시스 특성을 나타내어, 이들 물질이 트래드에 중첩될 때 크라운 영역에서 보다 적은 열 발생 및 보다 낮은 작동 온도를 가능하게 한다. 트레드 내의 공극 패턴은 축 방향으로 다양할 수 있고, 많은 경우에 중앙의 적도방향 평면에서 공극 비율이 보다 낮고, 트레드의 외측 축 부분에서의 홈 또는 사이프의 표면적이 보다 높다. 기계적 강도 및 열 관리를 위한 목표 영역을 위해 추가적인 엘라스토머 물질의 내측 층이 제안되었고, 물질의 각각의 층의 두께는 타이어 수명 및 성능을 최적화하도록 선택되었다. 타이어 성능 지표를 향상시키기 위해, 일부 설계 및 배합물은 타이어 성능을 최적화하기 위한 수단으로서, 액체 엘라스토머 마스터배치 공정에 의해 달성된 충전제 분산 수준이 증진된 엘라스토머 물질을 특정한다. 예를 들어, US 10,308,073B2, US 10,017,612, US 9,834,658 및 US 9,713,942B2를 참조한다.
본 발명은 바람직하게는 탁월한 물질 강도 및 충분히 낮은 구름 저항 및 낮은 열 축적 모두를 가져 연료 경제성 목표를 충족시키는 타이어를 제공한다.
발명의 개요
본 발명의 특징은 하나 이상의 유익한 특성을 갖는 타이어 트레드를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 특징은 탁월한 물질 강도 및/또는 충분히 낮은 구름 저항 및/또는 낮은 열 축적을 제공하여 연료 경제성 목표를 충족시키는 타이어 트레드를 제공하는 것이다.
이들 및 다른 이점을 달성하기 위해 및 본 발명의 목적에 따라, 본원에 구현되고 기재된 바와 같이, 본 발명은 적어도 1종의 엘라스토머 및 40-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하는 타이어 트레이로서, 상기 충전제는 적어도 40 phr의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하고, 상기 타이어 트레드는 하기를 갖는 것인 타이어 트레드에 관한 것이다:
a) 탄성률 비 > 5.60;
b) 퍼센트 파단 신율 > 470, 및
c) 60℃에서의 탄젠트 델타 ≥ 0.10 및 < 0.25.
본 발명은 추가로 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하는 타이어 트레드로서, 상기 충전제는 40 phr 이하의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하고, 상기 트레드는 하기를 갖는 것인 타이어 트레드에 관한 것이다:
a) 탄성률 비 ≥ 5.43;
b) 퍼센트 파단 신율 > 400, 및
c) 60℃에서의 탄젠트 델타 ≥ 0.09 및 < 0.15.
또한, 본 발명은 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하는 타이어 트레드로서, 상기 충전제는 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하고, 상기 트레드는 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율인 마크로분산 값 V가 식 0.01 < V < 0.15를 따르는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하는 타이어 트레드로서, 상기 충전제는 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하고, 상기 트레드는 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율인 마크로분산 값 V가 0.01 초과이고, 상기 트레드는 하기 중 적어도 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드에 관한 것이다:
a) 탄성률 비 ≥ 5.43; 또는
b) 퍼센트 파단 신율 > 400, 또는
c) 60℃에서의 탄젠트 델타 < 0.25.
또한, 본 발명은 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하는 타이어 트레드로서, 상기 충전제는 적어도 40 phr의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하고, 상기 타이어 트레드는 하기를 가지며:
a) 탄성률 비 > 5.60;
b) 퍼센트 파단 신율 > 400, 및
c) 60℃에서의 탄젠트 델타 > 0.09 및 < 0.15,
상기 트레드는 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율인 마크로분산 값 V가 식 0.01 < V < 0.15를 따르는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드에 관한 것이다.
본 발명은 추가로, 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함할 수 있는 타이어 트레드에 관한 것이다. 충전제는 적어도 40 phr의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함할 수 있다. 타이어 트레드는 하기를 가질 수 있다:
a) 탄성률 비 > 5.60;
b) 퍼센트 파단 신율 > 480, 및 임의로
c) 60℃에서의 탄젠트 델타 < 0.25.
타이어 트레드는 추가로, 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율인 마크로분산 값 V가 0.01 초과인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 본 발명의 타이어 트레드를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
본 발명의 추가 특색 및 이점은 하기 설명에서 부분적으로 설명될 것이고, 부분적으로는 그 설명으로부터 명백할 것이거나 또는 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 발명의 목표 및 기타 이점은 상세한 설명 및 첨부된 청구범위에서 특히 지적된 요소 및 조합에 의해 실현되고 달성될 것이다.
상기 일반적 설명 및 하기 상세한 설명은 둘 다 단지 예시적이며, 설명을 위한 것으로, 청구된 바와 같은 본 발명의 추가 설명을 제공하기 위한 의도를 갖는 것임을 이해해야 한다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 타이어 및 타이어 트레드는 원하는 타이어 크기, 등급 및 목적을 위해 선택된 고무 배합물로 컴파운딩된 선택된 복합재를 포함한다. 본 발명의 한 측면에서, 본 발명의 타이어 트레드는, 탄성률 비 및 파단 신율 증가와 함께, 연관되지만 예상치 못한 히스테리시스 (탄젠트 델타)의 감소에 의해 나타나는 바와 같이, 물질 강도, 낮은 열 축적 및 낮은 구름 저항의 증강된 조합을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 타이어 트레드는 오프로드 타이어, 농업용 차량 및 트럭 및 버스 타이어와 같은 중하중 차량용 타이어, 소형 트럭, 승용차, 고성능 차량 및 오토바이와 같은 경량 차량용 타이어, 항공기 타이어 및 기타 타이어, 및 트랙에 고무 트레드가 탑재된 트랙이 장착된 차량에 사용될 수 있다.
다양한 타이어 트레드가 본 발명의 일부를 형성한다. 타이어 트레드는 충전제의 phr 양, 충전제의 일부인 카본 블랙의 phr 양, 탄성률 비 값 또는 범위, 퍼센트 파단 신율 값 또는 범위, 탄젠트 델타 값 또는 범위, 및/또는 마크로분산 값 또는 범위, 및 본원에 추가로 기재된 바와 같은 이들 파라미터 중 임의의 둘 이상의 임의의 조합을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 타이어 트레드는 적어도 1종의 엘라스토머 및 40-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함할 수 있다 (타이어 트레드 A). 충전제는 적어도 40 phr의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함할 수 있다. 타이어 트레드는 하기를 가질 수 있다:
a) 탄성률 비 > 5.60;
b) 퍼센트 파단 신율 > 470, 및
c) 60℃에서의 탄젠트 델타 ≥ 0.10 및 < 0.25.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 A와 관련하여, 탄성률 비, 퍼센트 파단 신율, 및 탄젠트 델타 값은, 시험되는 타이어 트레드가 50 phr로 존재하는 카본 블랙을 갖는 경우의 시험에 기초한 것일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 A와 관련하여, 탄성률 비는, 예를 들어 5.61 이상, 5.62 이상, 5.63 이상, 5.64 이상, 5.65 이상, 5.65 이상, 5.66 이상, 5.67 이상, 5.68 이상, 5.69 이상, 5.7 이상, 5.71 이상, 5.75 이상, 예컨대 5.61 내지 6.3, 또는 5.62 내지 6.3, 또는 5.63 내지 6.3, 또는 5.67 내지 6.3, 또는 5.7 내지 6.3, 또는 이들 범위 중 하나 내의 다른 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 A와 관련하여, 퍼센트 파단 신율은 471 이상, 472 이상, 473 이상, 474 이상, 475 이상, 480 이상, 485 이상, 490 이상, 495 이상, 500 이상, 예컨대 475 내지 550, 또는 480 내지 525, 또는 480 내지 500 또는 이들 범위 중 하나 내의 다른 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 A와 관련하여, 탄젠트 델타는 0.10 내지 0.249, 또는 0.10 내지 0.245, 또는 0.10 내지 0.24, 또는 0.10 내지 0.23, 또는 0.10 내지 0.22, 또는 0.11 내지 0.245, 또는 0.11 내지 0.24, 또는 0.12 내지 0.2, 또는 이들 범위 중 하나 내의 다른 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 A와 관련하여, 엘라스토머는 천연 고무, 관능화 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 관능화 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔 고무, 관능화 폴리부타디엔 고무, 또는 그의 임의의 블렌드를 포함할 수 있다. 또는, 엘라스토머는 본원에 기재되고 하기에 추가로 상세히 기재된 바와 같은 임의의 엘라스토머 또는 그의 블렌드일 수 있다.
본 발명은 추가로 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함할 수 있는 타이어 트레드 (타이어 트레드 B)에 관한 것이다. 충전제는 40 phr 이하의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함할 수 있다. 타이어 트레드는 하기를 가질 수 있다:
a) 탄성률 비 ≥ 5.43;
b) 퍼센트 파단 신율 > 400, 및
c) 60℃에서의 탄젠트 델타 > 0.09 및 < 0.15.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 B와 관련하여, 탄성률 비, 퍼센트 파단 신율, 및 탄젠트 델타 값은, 40 phr의 카본 블랙 양으로 시험되는 타이어 트레드에 기초한 것일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 B와 관련하여, 탄성률 비는 5.43 이상, 5.5 이상, 5.6 이상, 5.7 이상, 5.8 이상, 5.9 이상, 6.0 이상, 예컨대 5.43 내지 6.25, 또는 5.43 내지 6.2, 또는 이들 범위 중 하나 내의 임의의 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 B와 관련하여, 퍼센트 파단 신율은 401 이상, 402 이상, 403 이상, 404 이상, 405 이상, 410 이상, 415 이상, 420 이상, 425 이상, 430 이상, 435 이상, 440 이상, 445 이상, 450 이상, 455 이상, 460 이상, 465 이상, 470 이상, 475 이상, 480 이상, 485 이상, 490 이상, 495 이상, 500 이상, 예컨대 405 내지 550, 또는 425 내지 525, 또는 425 내지 500, 또는 이들 범위 중 하나 내의 임의의 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 B와 관련하여, 탄젠트 델타는 0.091 내지 0.149, 또는 0.091 내지 0.145, 또는 0.091 내지 0.14, 또는 0.092 내지 0.14, 또는 0.095 내지 0.13, 또는 0.095 내지 0.14, 또는 0.10 내지 0.12, 또는 0.10 내지 0.11, 또는 이들 범위 중 하나 내의 임의의 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 A 및/또는 B와 관련하여, 타이어 트레드는 마크로분산 값 V에 의해 추가로 특징화될 수 있다. 이 값 V는 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과인 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율이다. 마크로분산 값 V는 하기 식을 따를 수 있다: 0.01 < V < 0.15. 마크로분산 값 V는 0.011 < V < 0.15, 또는 0.012 < V < 0.15, 또는 0.013 < V < 0.15, 또는 0.014 < V < 0.15, 또는 0.015 < V < 0.15, 또는 0.02 < V < 0.15, 또는 0.05 < V < 0.15, 또는 0.07 < V < 0.15, 또는 0.08 < V < 0.15, 또는 0.09 < V < 0.12, 또는 이들 범위 중 하나 내의 임의의 값일 수 있다.
본 발명은 추가로 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함할 수 있는 타이어 트레드 (타이어 트레드 C)에 관한 것이다. 충전제는 적어도 1종의 카본 블랙을 포함할 수 있다. 타이어 트레드는 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율로서 본원에 정의된, 상기 기재된 마크로분산 값 V를 특징으로 할 수 있다. 마크로분산 값 V는 하기 식을 따를 수 있다: 0.01 < V < 0.15. 마크로분산 값 V는 0.011 < V < 0.15, 또는 0.012 < V < 0.15, 또는 0.013 < V < 0.15, 또는 0.014 < V < 0.15, 또는 0.015 < V < 0.15, 또는 0.016 < V < 0.15, 또는 0.017 < V < 0.15, 또는 0.018 < V < 0.15, 또는 0.019 < V < 0.15, 또는 0.02 < V < 0.15, 또는 0.05 < V < 0.15, 또는 0.07 < V < 0.15, 또는 0.08 < V < 0.15, 또는 0.09 < V < 0.14, 또는 0.01 < V < 0.13, 또는 0.01 < V < 0.12, 또는 0.01 < V < 0.11, 또는 0.01 < V < 0.1, 또는 이들 범위 중 하나 내의 임의의 값일 수 있다.
임의의 마크로분산 값 V에 대해, V는 시험되는 타이어 트레드가 50 phr의 카본 블랙 양을 갖는 경우의 시험에 기초한 것일 수 있다.
본 발명은 추가로 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함할 수 있는 타이어 트레드 (타이어 트레드 D)에 관한 것이다. 충전제는 40 phr 이하의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함할 수 있다. 트레드는, 앞서 기재된 바와 같이, 마크로분산 값 V (투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율)가 0.01 초과인 것을 특징으로 할 수 있다. 타이어 트레드는 하기 중 1개 이상 (또는 하기 중 2개, 또는 3개 모두)을 가질 수 있다:
a) 탄성률 비 ≥ 5.43; 또는
b) 퍼센트 파단 신율 > 400, 또는
c) 60℃에서의 탄젠트 델타 < 0.25.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 D와 관련하여, 타이어 트레드는, 시험되는 타이어 트레드가 40 phr의 양의 카본 블랙을 갖는 경우의 시험에 기초한 탄성률 비, 퍼센트 파단 신율, 및 탄젠트 델타 값을 가질 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 D와 관련하여, 마크로분산 값 V는 0.011 이상, 0.012 이상, 0.013 이상, 0.014 초과, 또는 0.015 초과, 또는 0.016 초과, 또는 0.017 초과, 또는 0.02 초과, 또는 0.03 초과, 또는 0.05 초과, 또는 0.1 초과, 또는 0.11 초과, 또는 0.12 초과, 또는 0.13 초과, 또는 0.14 초과, 또는 0.011 < V < 0.14, 또는 0.012 < V < 0.13, 또는 0.01 < V < 0.14, 또는 0.015 < V < 0.14, 또는 0.02 < V < 0.13, 또는 0.05 < V < 0.12, 또는 0.07 < V < 0.11, 또는 0.01 < V < 0.1, 또는 0.01 < V < 0.09, 또는 이들 범위 중 하나 내의 임의의 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 D와 관련하여, 탄성률 비는 5.43 이상, 5.45 초과, 또는 5.5 초과, 또는 5.6 초과, 또는 5.7 초과, 또는 5.8 초과 또는 5.9 초과 또는 5.9 초과, 예컨대 5.43 내지 6.25, 또는 5.43 내지 6.5, 또는 5.43 내지 6.5, 또는 5.45 내지 6.5, 또는 5.00 내지 6.2, 또는 이들 범위 중 임의의 하나 사이의 임의의 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 D와 관련하여, 퍼센트 파단 신율은 401 이상, 402 이상, 403 이상, 404 이상, 405 이상, 410 이상, 415 이상, 420 이상, 425 이상, 430 이상, 435 이상, 440 이상, 445 이상, 450 이상, 455 이상, 460 이상, 465 이상, 470 이상, 475 이상, 480 이상, 485 이상, 490 이상, 495 이상, 500 이상, 예컨대 405 내지 550, 또는 425 내지 525, 또는 425 내지 500, 또는 이들 범위 중 하나 내의 임의의 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 D와 관련하여, 탄젠트 델타는 0.249 이하, 또는 0.245 이하, 0.24 이하, 또는 0.24 미만, 또는 0.23 미만, 또는 0.22 미만, 또는 0.21 미만, 또는 0.2 미만, 또는 0.18 미만, 또는 0.16 미만, 또는 0.14 미만, 또는 0.12 미만, 또는 0.1 미만, 예컨대 0.09 내지 0.249, 또는 0.09 내지 0.245, 또는 0.09 내지 0.22, 또는 0.10 내지 0.2, 또는 이들 범위 중 임의의 하나 사이의 임의의 값일 수 있다.
본 발명은 추가로 적어도 1종의 엘라스토머 및 40-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함할 수 있는 타이어 트레드 (타이어 트레드 E)에 관한 것이다. 충전제는 적어도 40 phr의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함할 수 있다. 타이어 트레드는 탄성률 비 > 5.60, 퍼센트 파단 신율 > 470, 및 60℃에서의 탄젠트 델타 > 0.10 및 < 0.25를 가질 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 E와 관련하여, 탄성률 비는 5.61 초과, 또는 5.62 초과, 또는 5.65 초과, 또는 5.7 초과, 또는 5.8 초과, 또는 5.9 초과, 또는 6 초과, 또는 6.1 초과, 또는 6.2 초과, 예컨대 5.61 내지 6.2, 또는 5.65 내지 6.1, 또는 5.7 내지 6, 또는 이들 범위 중 임의의 하나 사이의 임의의 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 E와 관련하여, 퍼센트 파단 신율은 471 이상, 472 이상, 473 이상, 474 이상, 475 이상, 480 이상, 485 이상, 490 이상, 495 이상, 500 이상, 예컨대 475 내지 550, 또는 480 내지 525, 또는 480 내지 500 또는 이들 범위 중 하나 내의 다른 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 E와 관련하여, 60℃에서의 탄젠트 델타는 0.101 내지 0.249, 또는 0.105 내지 0.245, 0.11 내지 0.24, 0.12 내지 0.24, 0.13 내지 0.24, 또는 0.14 내지 0.24, 또는 0.15 내지 0.24, 또는 0.16 내지 0.23, 또는 0.17 내지 0.23, 또는 0.18 내지 0.22, 또는 이들 범위 중 하나 내의 다른 값일 수 있다.
본 발명은 추가로 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함할 수 있는 타이어 트레드 (타이어 트레드 F)에 관한 것이다. 충전제는 적어도 40 phr의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함할 수 있다. 타이어 트레드는 하기를 가질 수 있다:
a) 탄성률 비 > 5.60;
b) 퍼센트 파단 신율 > 480, 및 임의로
c) 60℃에서의 탄젠트 델타 < 0.25.
타이어 트레드 F의 경우, 탄젠트 델타 파라미터는 임의적이다. 추가로, 일반적으로 및 타이어 트레드 F와 관련하여, 타이어 트레드는, 앞서 기재된 바와 같은 (투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율) 마크로분산 값 V가 0.01 초과인 것을 특징으로 할 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 F와 관련하여, 타이어 트레드는, 시험되는 타이어 트레드가 50 phr의 양의 카본 블랙을 갖는 경우의 시험에 기초한 탄성률 비, 퍼센트 파단 신율 및 탄젠트 델타 값을 가질 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 F와 관련하여, 탄성률 비는 5.61 이상, 5.62 이상, 5.63 이상, 5.64 이상, 5.65 이상, 5.66 이상, 5.67 이상, 5.68 이상, 5.69 이상, 5.7 이상, 5.8 초과, 또는 5.9 초과, 또는 6.0 초과, 또는 6.1 초과, 또는 6.2 초과 또는 5.65 초과 또는 5.75 초과, 예컨대 5.61 내지 6.25, 또는 5.65 내지 6.5, 또는 5.63 내지 6.2, 또는 이들 범위 중 임의의 하나 사이의 임의의 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 F와 관련하여, 퍼센트 파단 신율은 481 이상, 482 이상, 483 이상, 484 이상, 485 이상, 490 이상, 495 이상, 500 이상, 505 이상, 510 이상, 예컨대 481 내지 550, 또는 485 내지 525, 또는 490 내지 500 또는 이들 범위 중 하나 내의 다른 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 F와 관련하여, 탄젠트 델타는 0.25 미만, 또는 0.24 미만, 또는 0.23 미만, 또는 0.22 미만, 또는 0.21 미만, 또는 0.2 미만, 또는 0.19 미만, 또는 0.18 미만, 또는 0.17 미만, 또는 0.16 미만, 또는 0.15 미만, 예컨대 0.09 내지 0.249, 또는 0.09 내지 0.24, 또는 0.09 내지 0.23, 또는 0.09 내지 0.22, 또는 0.09 초과 및 0.24 미만, 또는 0.1 초과 및 0.24 미만, 또는 0.1 내지 0.24, 또는 0.1 내지 0.23, 또는 0.11 내지 0.23, 0.09 내지 0.145, 또는 0.095 내지 0.14, 또는 0.095 내지 0.13, 또는 0.11 내지 0.14, 또는 0.09 내지 0.13, 또는 0.09 내지 0.12, 또는 0.10 내지 0.14 또는 0.10 내지 0.13, 또는 이들 범위 중 임의의 하나 사이의 임의의 값일 수 있다.
일반적인 타이어 트레드 및 타이어 트레드 F와 관련하여, 마크로분산 값 V는 0.011 내지 0.149, 또는 0.012 내지 0.145, 또는 0.014 내지 0.145, 0.015 내지 0.14, 0.02 내지 0.14, 0.03 내지 0.14, 0.04 내지 0.14, 0.03 내지 0.06, 0.02 내지 0.12, 0.02 내지 0.11, 0.02 내지 0.1, 0.02 내지 0.09, 0.02 내지 0.08, 0.02 내지 0.07, 0.02 내지 0.06, 0.011 내지 0.099, 0.01 초과 및 0.1 미만, 0.011 내지 0.099, 또는 0.012 내지 0.095, 또는 0.012 내지 0.09, 또는 0.015 내지 0.09, 또는 0.02 내지 0.09, 또는 0.02, 내지 0.085, 또는 0.02 내지 0.08, 또는 0.025 내지 0.07 또는 이들 범위 중 임의의 하나 사이의 임의의 값일 수 있다.
타이어 트레드 A 내지 F 중 임의의 하나를 포함하는 타이어 트레드 중 임의의 하나에 대해, 충전제는 탄소질 물질, 카본 블랙, 실리카, 나노셀룰로스, 리그닌, 점토, 나노점토, 금속 산화물, 금속 탄산염, 열분해 탄소, 그래핀, 그래핀 산화물, 환원된 그래핀 산화물, 탄소 나노튜브, 단일벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 또는 그의 조합, 및 그의 코팅 및 처리된 물질, 또는 그의 임의의 조합으로부터 선택된 적어도 1종의 물질을 포함할 수 있다.
타이어 트레드 A 내지 F 중 임의의 하나를 포함하는 타이어 트레드 중 임의의 하나에 대해, 충전제는 카본 블랙 및 실리카를 2.7:1 초과, 또는 2.8:1 초과 또는 2.9:1 초과, 또는 3:1 초과, 또는 3.5:1 초과, 또는 4:1 초과, 또는 4.5:1 초과, 또는 5:1 초과, 예컨대 2.75:1 내지 10:1의 카본 블랙 대 실리카 중량비 또는 이들 범위 중 임의의 하나 내의 다른 중량비로 포함할 수 있다.
타이어 트레드 A 내지 F 중 임의의 하나를 포함하는 타이어 트레드 중 임의의 하나에 대해, 엘라스토머는 천연 고무, 관능화 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 관능화 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔 고무, 관능화 폴리부타디엔 고무, 폴리이소프렌 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 이소부틸렌계 엘라스토머, 폴리클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 수소화 니트릴 고무, 폴리술피드 고무, 폴리아크릴레이트 엘라스토머, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머, 실리콘 엘라스토머, 또는 이들 중 2종 이상의 임의의 블렌드로부터 선택될 수 있다.
타이어 트레드 A 내지 F 중 임의의 하나를 포함하는 타이어 트레드 중 임의의 하나에 대해, 타이어 트레드는 분해방지제, 가공 보조제 및 활성화제, 산화아연, 지방산, 지방산의 아연 염, 왁스, 촉진제, 수지 및/또는 가공 오일로부터 선택된 1종 이상의 고무 화학물질을 추가로 포함할 수 있다. 이들 중 임의의 하나 이상이 존재할 수 있다.
타이어 트레드 A 내지 F 중 임의의 하나를 포함하는 타이어 트레드 중 임의의 하나에 대해, 타이어 트레드는 충전제로서 또는 충전제들 중 하나로서 존재하는 카본 블랙을 가질 수 있다. 카본 블랙은 STSA > 140 m2/g, 또는 STSA > 150 m2/g, 또는 110 m2/g 내지 220 m2/g의 STSA, 또는 120 m2/g 내지 180 m2/g의 STSA, 또는 140 m2/g 내지 180 m2/g의 STSA, 또는 150 m2/g 내지 160 m2/g의 STSA를 가질 수 있다. 카본 블랙을 포함하는 충전제의 다른 세부사항은 하기에 제공되며, 임의의 타이어 트레드 배합물에 사용될 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드는, 엘라스토머 복합재를 형성하고, 이어서 이를 타이어 트레드 배합물로 컴파운딩한 다음, 타이어 트레드로 제조할 수 있는 하기 방법 단계 중 하나 이상을 사용하여 형성할 수 있다. 본 발명은 본원에 기재된 방법 중 임의의 하나 또는 그의 임의의 조합에 의해 형성된 임의의 타이어 트레드 및/또는 타이어를 포함한다.
하기와 같은 방법 단계 (1)을 사용하여 본 발명의 타이어 트레드를 제조할 수 있다:
(a) 혼합기에, 1종 이상의 고체 엘라스토머(들)를 포함하는 물질 및 1종 이상의 습윤 충전제(들)를 충전하며, 상기 습윤 충전제(들)는 충전제(들), 및 총 습윤 충전제(들) 중량 기준으로 적어도 15 중량%의 액체를 포함하는 것인 단계;
(b) 적어도 하나의 온도-제어 수단에 의해 제어되는 혼합기 온도에서 임의로 상기 제어 수단에 의해 30℃ 내지 150℃ 범위의 온도 Tz로 설정하며, 혼합 기간의 적어도 50% 동안 0.6 m/s 이상의 혼합기 로터 팁 속도로, 충전된 물질을 혼합하여 혼합물을 형성하고, 동시에 혼합물로부터 증발에 의해 액체의 적어도 일부, 임의로는 액체의 적어도 50 중량%를 제거하는 단계; 및
(c) 혼합기로부터, 엘라스토머(들) 중에 적어도 20 phr의 로딩으로 분산된 충전제(들)를 포함하는 엘라스토머 복합재를, 10% 이하의 충전제 수율 손실로 배출시키며, 여기서 복합재는 총 엘라스토머 복합재 중량 기준으로 10 중량% 이하의 액체 함량을 갖는 것인 단계.
하기와 같은 방법 단계 (2)를 사용하여 본 발명의 타이어 트레드를 제조할 수 있다:
(a) 제1 혼합기에 1종 이상의 고체 엘라스토머(들)를 포함하는 물질 및 1종 이상의 습윤 충전제(들)를 충전하며, 상기 습윤 충전제(들)는 충전제(들), 및 총 습윤 충전제(들) 중량 기준으로 적어도 15 중량%의 액체를 포함하는 것인 단계;
(b) 하나 이상의 혼합 단계에서, 물질을 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합 단계 중 적어도 하나에서, 혼합 기간의 적어도 50% 동안 적어도 0.6 m/s의 혼합기 로터 팁 속도로 상기 혼합을 수행하고, 동시에 혼합물로부터 증발에 의해 액체의 적어도 일부, 임의로 액체의 적어도 50 중량%를 제거하는 단계;
(c) 제1 혼합기로부터, 엘라스토머(들) 중에 분산된 적어도 20 phr의 충전제(들)를 포함하는 혼합물을 배출시키며, 여기서 혼합물은 초기 액체 함량 미만의 양으로 감소된 액체 함량을 가지며, 혼합물은 100℃ 내지 180℃ 범위의 물질 온도를 갖는 것인 단계;
(d) 제2 혼합기에 (c)로부터의 혼합물을 충전하고 혼합하여 엘라스토머 복합재를 수득하며, 여기서 제2 혼합기는 하기 조건 중 적어도 하나에서 작동되는 것인 단계:
(i) 5 psi 이하의 램 압력;
(ii) 최고 수준의 적어도 75%로 상승된 램;
(iii) 부유 모드로 작동되는 램;
(iv) 혼합물과 실질적으로 접촉하지 않도록 위치된 램;
(v) 혼합기가 무-램(ram-less)임; 및/또는;
(vi) 혼합물의 충전율이 25% 내지 70%의 범위임; 및
(e) 제2 혼합기로부터, 총 엘라스토머 복합재 중량 기준으로 3 중량% 미만의 액체 함량을 갖는 엘라스토머 복합재를 배출시키는 단계.
본 발명의 타이어 트레드를 제조하는 데 사용되거나 포함될 수 있는 방법의 보다 구체적인 예는 하기와 같을 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드를 제조하는 한 가지 방법은 하기를 포함할 수 있다:
(a) 하기에 의해 제조된 습윤-혼합된 복합재를 제공하는 단계:
(i) 1개 이상의 로터를 갖는 혼합기에 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제를 충전하며, 상기 습윤 충전제는 충전제, 및 습윤 충전제의 총 중량을 기준으로 15 중량% 내지 65 중량% 범위의 양으로 존재하는 액체를 포함하는 것인 단계;
(ii) 하나 이상의 혼합 단계에서, 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제를 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합 단계 중 적어도 하나에서, 혼합기가 65℃ 이상의 온도 Tz로 설정된 적어도 하나의 온도-제어 수단을 갖는 것인 상기 혼합을 수행하고, 혼합물로부터 증발에 의해 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계;
및
(iii) 혼합기로부터, 엘라스토머 중에 적어도 20 phr의 로딩으로 분산된 충전제를 포함하는 습윤-혼합된 복합재를, 10% 이하의 충전제 수율 손실로 배출시키며, 여기서 습윤-혼합된 복합재는 상기 복합재의 총 중량을 기준으로 5 중량% 이하의 액체 함량을 갖는 것인 단계;
(b) 적어도 하나의 혼합 스테이지에서, 습윤-혼합된 복합재를 타이어 트레드 배합물로 컴파운딩하는 단계; 및
(c) 타이어 트레드 배합물을 타이어 트레드로 제조하는 단계.
본 발명의 타이어 트레드를 제조하는 또 다른 방법은 하기를 포함할 수 있다:
(a) 하기에 의해 제조된 습윤-혼합된 복합재를 제공하는 단계:
(i) 혼합기에 적어도, 적어도 50 중량%의 천연 고무를 포함하는 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제를 충전하며, 상기 습윤 충전제는 충전제, 및 습윤 충전제의 총 중량을 기준으로 적어도 15 중량%의 양으로 존재하는 액체를 포함하고, 여기서 건조 중량 기준으로 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제의 충전율이 68% 이하인 단계;
(ii) 하나 이상의 혼합 단계에서, 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 미립자 충전제를 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합 단계 중 적어도 하나에서, 적어도 하나의 온도-제어 수단에 의해 제어되는 혼합기 온도에서 상기 혼합을 수행하고, 혼합물로부터 증발에 의해 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계;
(iii) 혼합기로부터, 엘라스토머 중에 적어도 20 phr의 로딩으로 분산된 충전제를 포함하는 복합재를, 10% 이하의 충전제 수율 손실로 배출시키며, 여기서 복합재는 상기 복합재의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하의 액체 함량을 갖는 것인 단계;
(b) 적어도 하나의 혼합 스테이지에서, 습윤-혼합된 복합재를 타이어 트레드 배합물로 컴파운딩하는 단계; 및
(c) 타이어 트레드 배합물을 타이어 트레드로 제조하는 단계.
본 발명의 타이어 트레드를 제조하는 추가의 방법은 하기를 포함할 수 있다:
(a) 하기에 의해 제조된 습윤-혼합된 복합재를 제공하는 단계:
(i) 혼합기에 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제를 충전하며, 상기 습윤 충전제는 충전제, 및 습윤 충전제의 총 중량을 기준으로 적어도 15 중량%의 양으로 존재하는 액체를 포함하는 것인 단계;
(ii) 하나 이상의 혼합 단계에서, 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제를 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합 단계 중 적어도 하나에서, 적어도 하나의 온도-제어 수단에 의해 제어되는 혼합기 온도에서 혼합 시간의 적어도 50% 동안 적어도 0.6 m/s의 팁 속도로 작동하는 1개 이상의 로터를 사용하여 상기 혼합을 수행하고, 혼합물로부터 증발에 의해 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및
(iii) 혼합기로부터, 엘라스토머 중에 적어도 20 phr의 로딩으로 분산된 충전제를 포함하는 습윤-혼합된 복합재를, 10% 이하의 충전제 수율 손실로 배출시키며, 여기서 습윤-혼합된 복합재는 상기 습윤-혼합된 복합재의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하의 액체 함량을 갖는 것인 단계;
(b) 적어도 하나의 혼합 스테이지에서, 습윤-혼합된 복합재를 타이어 트레드 배합물로 컴파운딩하는 단계; 및
(c) 타이어 트레드 배합물을 타이어 트레드로 제조하는 단계.
본 발명의 타이어 트레드를 제조하는 또 다른 방법은 하기를 포함할 수 있다:
(a) 하기에 의해 제조된 습윤-혼합된 복합재를 제공하는 단계:
(i) 1개 이상의 로터를 갖는 제1 혼합기에, 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제를 충전하며, 상기 습윤 충전제는 충전제, 및 습윤 충전제의 총 중량을 기준으로 적어도 15 중량%의 양으로 존재하는 액체를 포함하는 것인 단계;
(ii) 하나 이상의 혼합 단계에서, 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제를 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합 단계 중 적어도 하나에서, 적어도 하나의 온도-제어 수단에 의해 제어되는 혼합기 온도에서 혼합 시간의 적어도 50% 동안 적어도 0.6 m/s의 팁 속도로 작동하는 1개 이상의 로터를 사용하여 상기 혼합을 수행하고, 혼합물로부터 증발에 의해 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계,
(iii) 제1 혼합기로부터, 엘라스토머 중에 적어도 20 phr의 로딩으로 분산된 충전제를 포함하는 혼합물을 배출시키며, 여기서 혼합물은 상기 복합재의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 20 중량% 범위의 액체 함량을 가지며, 여기서 복합재는 100℃ 내지 180℃ 범위의 물질 온도를 갖는 것인 단계;
(iv) (iii)으로부터의 혼합물을 제2 혼합기에서 혼합하여 복합재를 수득하며, 여기서 제2 혼합기는 하기 조건 중 적어도 하나 하에 작동되는 것인 단계:
- 5 psi 이하의 램 압력;
- 최고 수준의 적어도 75%로 상승된 램;
- 부유 모드로 작동되는 램;
- 혼합물과 실질적으로 접촉하지 않도록 위치된 램;
- 혼합기가 무-램임; 및/또는
- 혼합물의 충전율이 25% 내지 70%의 범위임; 및
(v) 제2 혼합기로부터, 습윤-혼합된 복합재의 총 중량을 기준으로 3 중량% 미만의 액체 함량을 갖는 습윤-혼합된 복합재를 배출시키는 단계;
(b) 적어도 하나의 혼합 스테이지에서, 습윤-혼합된 복합재를 타이어 트레드 배합물로 컴파운딩하는 단계; 및
(c) 타이어 트레드 배합물을 타이어 트레드로 제조하는 단계.
본 발명의 타이어 트레드를 제조하는 추가의 방법은 하기를 포함할 수 있다:
(a) 하기에 의해 제조된 습윤-혼합된 복합재를 제공하는 단계:
(i) 1개 이상의 로터를 갖는 제1 혼합기에, 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제를 충전하며, 상기 습윤 충전제는 충전제, 및 습윤 충전제의 총 중량을 기준으로 적어도 15 중량%의 양으로 존재하는 액체를 포함하는 것인 단계;
(ii) 하나 이상의 혼합 단계에서, 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제를 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합 단계 중 적어도 하나에서, 적어도 하나의 온도-제어 수단에 의해 제어되는 혼합기 온도에서 혼합 시간에 걸쳐 적어도 2.5 kW/kg의 평균 비전력(specific power)을 적용하여 상기 혼합을 수행하고, 혼합물로부터 증발에 의해 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계;
(iii) 제1 혼합기로부터, 엘라스토머 중에 적어도 20 phr의 로딩으로 분산된 충전제를 포함하는 혼합물을 배출시키며, 여기서 혼합물은 단계 (ii)의 시작 시 액체 함량 미만의 양으로 감소된 액체 함량을 갖고, 혼합물은 100℃ 내지 180℃ 범위의 물질 온도를 갖는 것인 단계;
(iv) (iii)으로부터의 혼합물을 제2 혼합기에서 혼합하여 복합재를 수득하며, 여기서 제2 혼합기는 하기 조건 중 적어도 하나 하에 작동되는 것인 단계:
- 5 psi 이하의 램 압력;
- 최고 수준의 적어도 75%로 상승된 램;
- 부유 모드로 작동되는 램;
- 혼합물과 실질적으로 접촉하지 않도록 위치된 램;
- 혼합기가 무-램임; 및/또는
- 혼합물의 충전율이 25% 내지 70%의 범위임; 및
(v) 제2 혼합기로부터, 상기 복합재의 총 중량을 기준으로 3 중량% 미만의 액체 함량을 갖는 복합재를 배출시키는 단계;
(b) 적어도 하나의 혼합 스테이지에서, 습윤-혼합된 복합재를 타이어 트레드 배합물로 컴파운딩하는 단계; 및
(c) 타이어 트레드 배합물을 타이어 트레드로 제조하는 단계.
또한, 본원에 사용된 용어 "습윤-혼합된 복합재"는 방법 단계 (1) 또는 방법 단계 (2) 또는 본원에 기재된 임의의 다른 방법의 세트와 조합된 임의적인 추가의 가공 단계에 의해 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제로부터 제조된 엘라스토머 복합재 물질을 의미한다. 추가의 가공 단계는 하기를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다:
(a) 충전제의 적어도 50 중량% 또는 적어도 40 중량%가 카본 블랙 물질을 포함하고/거나; 카본 블랙 물질이 엘라스토머(들) 중에 30 내지 150 phr의 로딩으로 분산되고/거나; 카본 블랙 물질이 60 m2/g 내지 200 m2/g 범위의 STSA 및/또는 60 mL/100 g 내지 120 mL/100 g 범위의 COAN을 갖는 것인 충전제의 선택;
(b) 엘라스토머 복합재 혼합 온도에서 휘발성인 액체의 선택; 및/또는 물을 포함하는 액체의 선택; 및/또는 산, 염기, 염, 계면활성제 및 가공 조제로부터 선택된 성분을 포함하는 액체의 선택;
(c) 적어도 1,400 KJ/Kg 엘라스토머 복합재의 혼합 총 비에너지를 얻기 위한 혼합기 조건의 선택; 및/또는 엘라스토머 복합재의 kg 건조 중량 기준으로 0.01 내지 0.14 kg/(minㆍkg)의 액체 시간 평균 방출 속도 및/또는 엘라스토머 복합재의 총 중량을 기준으로 5 wt% 이하의 배출된 엘라스토머 복합재 액체 함량을 얻기 위한 혼합기에의 에너지의 적용;
(d) 배치식, 반연속식 및/또는 연속식 혼합기 및 혼합 단계의 선택; 및/또는 혼합 단계 및 배출된 엘라스토머 복합재에서의 1종 이상의 고무 화학물질의 생략; 및/또는 5 psi 이하의 램 압력 및/또는 60℃ 내지 110℃ 범위, 또는 65℃ 내지 100℃ 범위, 또는 50℃ 내지 100℃ 범위의 온도 Tz에서의 제2 혼합기의 작동; 및/또는 50 내지 70%의 충전율에서의 제1 혼합기의 작동; 및/또는
(e) 하기 조건 중 적어도 하나 하에 작동되는 제2 혼합기로서의 혼합기의 선택, 및
(i) 5 psi 이하의 램 압력;
(ii) 최고 수준의 적어도 75%로 상승된 램;
(iii) 부유 모드로 작동되는 램;
(iv) 혼합물과 실질적으로 접촉하지 않도록 위치된 램;
(v) 혼합기가 무-램임; 및/또는;
(vi) 혼합물의 충전율이 25% 내지 70%의 범위임.
또한, 본원에 사용된 용어 "습윤-혼합된 복합재"는 본원에 참조로 포함된 미국 특허 가출원 62/857,779 및 PCT 출원 번호 PCT/US20/36168 (발명의 명칭: "METHODS OF PREPARING A COMPOSITE HAVING ELASTOMER AND FILLER")에 개시된 임의의 방법에 의해 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제로부터 제조된 임의의 엘라스토머 복합재 물질을 의미한다.
본 발명의 설명에서, 용어 "고무" 및 "엘라스토머"는 달리 규정되지 않는 한 상호교환가능하게 사용된다. 용어 "고무 조성물", "컴파운드", "컴파운딩된 고무" 및 "고무 컴파운드"는, 본원에 사용된 경우에, "다양한 성분과 블렌딩 또는 혼합된 고무"를 지칭하기 위해 상호교환가능하게 사용되고, 용어 "컴파운드"는 달리 나타내지 않는 한 "고무 조성물"에 관한 것이다. 이러한 용어는 고무 혼합 또는 고무 컴파운딩 분야의 통상의 기술자에게 널리 공지되어 있다. 용어 "phr"은 고무 또는 엘라스토머의 건조 중량 100부당 각각의 물질의 부를 지칭한다. 용어 "경화된" 및 "가황된" 또는 "가황물"은 달리 나타내지 않는 한 타이어에서의 가교된 고무 컴파운드에 대해 상호교환가능하게 사용된다.
본 발명의 타이어 트레드는 우수한 충전제 분산을 특징으로 한다. 충전제 분산은 경화되거나 또는 가황된 고무 컴파운드에서, 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율을 나타내는 마크로분산 값 "V"를 결정하기 위해 투과 모드의 광학 현미경검사를 사용하는 기술에 의해 측정될 수 있다. 이러한 복합재는 고유한 제품 속성을 갖는다. 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하며, 상기 충전제는 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하는 것인 본 발명의 타이어 트레드는, 하기 실시예에 기재된 전형적인 산업 시험 방법에 의해 결정된 바와 같은, 마크로분산 값 V, 탄성률 비, 퍼센트 파단 신율, 또는 60℃에서의 탄젠트 델타를 특징으로 할 수 있다.
고체 엘라스토머
습윤-충전제 복합재에 유용한 고체 엘라스토머는 타이어 성분 또는 타이어 트레드에 적합한 천연 엘라스토머 또는 합성 엘라스토머의 임의의 고체 형태를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
옵션으로서, 본 발명의 복합재에 사용되는 고체 엘라스토머는 적어도 1종의 천연 고무 및 그의 처리 및 관능화된 유도체일 수 있다. 예를 들어, 천연 고무는 다양한 비고무 성분을 감소시키거나, 또는 화학적으로 또는 효소적으로 개질되도록 처리될 수 있거나, 또는 고무 분자 자체가 다양한 단량체 또는 다른 화학적 기, 예컨대 염소에 의해 개질될 수 있다. 옵션으로서, 에폭시화 천연 고무가 사용될 수 있고, 천연 고무는 PCT 공개 번호 WO 2017/207912에 기재된 바와 같이 0.3 wt% 이하의 질소 함량을 갖는다. 본원에서 유용한 천연 고무의 기술적 설명은 예컨대 리핀코트 앤드 페토, 인크.(Lippincott and Peto, Inc.)(미국 오하이오주 아크론)에 의해 공개된 문헌 [Rubber World Magazine's Blue Book]으로부터 널리 이용가능하다. 본 발명의 복합재에 사용되는 고체 엘라스토머는 천연 고무, 관능화 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 관능화 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔 고무, 관능화 폴리부타디엔 고무, 폴리이소프렌 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 이소부틸렌계 엘라스토머, 폴리클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 수소화 니트릴 고무, 폴리술피드 고무, 폴리아크릴레이트 엘라스토머, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머, 실리콘 엘라스토머 및 그의 블렌드로부터 선택된 적어도 1종의 엘라스토머일 수 있다.
예시적인 엘라스토머는 고무, 1,3-부타디엔, 스티렌, 이소프렌, 이소부틸렌, 2,3-디알킬-1,3-부타디엔 (여기서, 알킬은 메틸, 에틸, 프로필 등일 수 있음), 아크릴로니트릴, 에틸렌, 프로필렌 등의 중합체 (예를 들어, 단독중합체, 공중합체 및/또는 삼원공중합체)를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 엘라스토머는 시차 주사 열량측정법 (DSC)에 의해 측정 시 약 -120℃ 내지 약 0℃ 범위의 유리 전이 온도 (Tg)를 가질 수 있다. 예는 스티렌-부타디엔 고무 (SBR), 천연 고무 및 그의 유도체, 예컨대 염소화 고무, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리 (스티렌-코-부타디엔), 및 이들 중 임의의 것의 오일 증량 유도체를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 중 임의의 것의 블렌드가 또한 사용될 수 있다. 특정한 적합한 합성 고무는 약 10 내지 약 70 중량 퍼센트의 스티렌 및 약 90 내지 약 30 중량 퍼센트의 부타디엔의 공중합체, 예컨대 19부 스티렌 및 81부 부타디엔의 공중합체, 30부 스티렌 및 70부 부타디엔의 공중합체, 43부 스티렌 및 57부 부타디엔의 공중합체, 및 50부 스티렌 및 50부 부타디엔의 공중합체; 공액 디엔의 중합체 및 공중합체, 예컨대 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌 등, 및 이러한 공액 디엔과, 그와 공중합가능한 에틸렌 기-함유 단량체, 예컨대 스티렌, 메틸 스티렌, 클로로스티렌, 아크릴로니트릴, 2-비닐-피리딘, 5-메틸-2-비닐피리딘, 5-에틸-2-비닐피리딘, 2-메틸-5-비닐피리딘, 알릴-치환된 아크릴레이트, 비닐 케톤, 메틸 이소프로페닐 케톤, 메틸 비닐 에테르, 알파-메틸렌 카르복실산 및 그의 에스테르 및 아미드, 예컨대 아크릴산 및 디알킬아크릴산 아미드와의 공중합체를 포함한다. 또한, 에틸렌 및 다른 고 알파 올레핀, 예컨대 프로필렌, 1-부텐 및 1-펜텐의 공중합체가 본원에서 사용하기에 적합하다. 다른 충전제는 미국 특허 출원 공보 2018/0282523 및 유럽 특허 2423253B1 (이들의 개시내용은 본원에 참조로 포함됨)에 개시되어 있다. 다른 중합체는 실리콘 및 탄화수소 도메인을 갖는 실리콘계 엘라스토머 또는 하이브리드 시스템을 포함한다. 습윤 충전제와 함께 사용 및 혼합된 고체 엘라스토머와 관련하여, 고체 엘라스토머는 건조 엘라스토머 또는 실질적으로 건조 엘라스토머로 간주될 수 있다. 고체 엘라스토머는 고체 엘라스토머의 총 중량을 기준으로 5 중량% 이하, 예컨대 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 1 중량% 이하, 또는 0.1 중량% 내지 5 중량%, 0.5 중량% 내지 5 중량%, 1 중량% 내지 5 중량%, 0.5 중량% 내지 4 중량% 등의 물 함량 (또는 수분 함량)을 갖는다. 고체 엘라스토머는 전적으로 엘라스토머일 수 있거나 (출발 물 함량이 5 중량% 이하임), 또는 1종 이상의 충전제 및/또는 다른 성분을 또한 포함하는 고체 엘라스토머 마스터배치일 수 있다. 예를 들어, 고체 엘라스토머는 건조 중량 기준으로 0.1 중량% 내지 50 중량%의 충전제가 엘라스토머 중에 예비-분산된, 50 중량% 내지 99.9 중량%의 엘라스토머일 수 있으며, 여기서 예비-분산된 충전제는 복합재에 혼입된 습윤 충전제에 추가로 존재한다.
습윤 충전제와 함께 사용 및 혼합된 고체 엘라스토머 마스터배치와 관련하여, 고체 엘라스토머 마스터배치는 건조 엘라스토머 마스터배치 또는 실질적으로 건조 엘라스토머 마스터배치로 간주될 수 있다. 고체 엘라스토머 마스터배치는 5 wt% 이하, 4 wt% 이하, 3 wt% 이하, 2 wt% 이하, 1 wt% 이하, 또는 0.1 wt% 내지 5 wt%, 0.5 wt% 내지 5 wt%, 1 wt% 내지 5 wt%, 0.5 wt% 내지 4 wt% 등의 물 함량 (또는 수분 함량)을 갖는다.
고체 엘라스토머 마스터배치 (예를 들어, 출발 고체 엘라스토머 마스터배치)는 1종 이상의 충전제 및 임의로 다른 성분을 포함하는 엘라스토머이다. 예를 들어, 고체 엘라스토머 마스터배치는 엘라스토머에 예비-분산된 1 phr 내지 100 phr 충전제, 또는 엘라스토머에 예비-분산된 20 phr 내지 80 phr 충전제, 또는 엘라스토머에 예비-분산된 30 phr 내지 70 phr 충전제, 또는 엘라스토머에 예비-분산된 40 phr 내지 60 phr 충전제 등을 포함할 수 있다. 다른 성분, 예컨대 추가의 엘라스토머, 산화방지제 및 다른 고무 화학물질 및 첨가제가 0.1 phr 내지 50 phr 미만의 양으로 고체 엘라스토머에 존재할 수 있다. 고체 엘라스토머 마스터배치는 본원에 기재되고 예시된 바와 같이 및 관련 기술분야에 공지된 바와 같이, 임의의 엘라스토머, 임의의 충전제, 임의의 첨가제 및 그의 임의의 조합을 임의의 양으로 함유할 수 있다. 최종 고무 컴파운드에 함유된 총 충전제는 첨가된 습윤 충전제 이외에 고체 엘라스토머 마스터배치 중에 예비-분산된 충전제를 포함한다. 고체 엘라스토머 마스터배치는 건조 및/또는 습윤-혼합된 복합재, 또는 건조 마스터배치 공정에 의해 제조된 건조 혼합물 또는 컴파운드일 수 있다.
2차 엘라스토머성 물질이, 습윤 충전제가 고체 엘라스토머 (또는 마스터배치)와 조합되기 전에, 그와 동시에, 또는 그 후에 고체 엘라스토머 (또는 마스터배치)와 조합될 수 있다. 2차 엘라스토머성 물질은 적어도 1종의의 고체 엘라스토머; 적어도 1종의 추가의 고체 엘라스토머 마스터배치일 수 있다. 2차 엘라스토머 물질은 고체 엘라스토머와 동일한 엘라스토머, 또는 본원에 기재되거나 관련 기술분야에 공지된 엘라스토머 중 하나 이상으로부터 선택된 적어도 1종의 상이한 엘라스토머를 포함할 수 있다. 2차 엘라스토머 물질은 본원에 기재되거나 관련 기술분야에 공지된 바와 같은 적어도 1종의 고무 화학물질을 포함할 수 있다.
충전제
본 발명의 타이어 트레드를 위한 고무 컴파운드를 제조하는 데 있어서, 습윤-혼합된 복합재가 사용될 수 있다. 습윤 충전제 (예를 들어, 충전제 및 액체를 포함함)를 사용한 습윤-혼합된 복합재는 배치 시간 및 온도가 공지된 건조 혼합 공정으로 달성가능한 것 이상으로 제어될 수 있도록 하며, 충전제 분산을 증진시키고/거나 고무-충전제 상호작용을 용이하게 하고/거나 고무 컴파운드 성능을 개선시키는 것 등 다른 이점을 제공한다. 습윤 충전제는 고체 엘라스토머와 혼합하기 전에 충전제 표면의 상당 부분 또는 실질적으로 전부를 습윤시키기에 충분한 액체를 사용하는 경우에 효과적일 수 있다. 일반적으로, 또한 본원에 기재된 바와 같이, 혼합 공정은 하나 이상의 혼합기 또는 공정 파라미터, 예컨대 혼합기 표면 온도 및/또는 로터 속도, 충전율, 혼합 사이클 이후 시간에서의 고무 화학물질 (존재하는 경우)의 혼입, 복합재 배출 온도, 및/또는 2개 이상의 혼합 스테이지의 적용을 제어함으로써 관리될 수 있다.
습윤-혼합된 복합재를 제조하는 방법은 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제, 예를 들어 a) 1종 이상의 고체 엘라스토머 및 b) 적어도 1의 충전제 또는 적어도 1종의 충전제의 일부가 고체 엘라스토머와의 혼합 전에 액체로 습윤된 것인 1종 이상의 충전제 (습윤 충전제)를 고무 혼합기에 충전 또는 도입하는 단계를 포함한다. 고체 엘라스토머와 습윤 충전제의 조합은 혼합 단계(들) 동안 혼합물을 형성한다. 방법은, 하나 이상의 혼합 단계에서, 액체의 적어도 일부가 혼합 동안 발생하는 증발 또는 증발 공정에 의해 제거되는 상기 혼합을 수행하는 것을 추가로 포함한다. 습윤 충전제의 액체는 증발에 의해 제거될 수 있고 (적어도 일부는 언급된 혼합 조건 하에 제거될 수 있음), 휘발성 액체일 수 있고, 예를 들어 벌크 혼합물 온도에서 휘발성일 수 있다. 예를 들어, 액체는 1 atm에서 60℃ 내지 110℃, 60℃ 내지 100℃, 60℃ 내지 90℃, 90℃ 내지 110℃, 90℃ 내지 100℃, 95℃ 내지 120℃, 또는 95℃ 내지 110℃의 비점을 가질 수 있다. 예를 들어, 휘발성 액체는 혼합의 적어도 일부 동안 존재할 수 있는 오일 (예를 들어, 증량제 오일, 공정 오일)과 구별될 수 있는데, 이러한 오일은 배출되는 복합재 중에 존재하며, 혼합 시간의 상당 부분 동안 증발하지 않는다.
습윤 충전제와 관련하여, 한 실시양태에서, 습윤 충전제는 고체의 점조도를 갖는다. 바람직하게는, 건조 충전제는 생성된 습윤 충전제가 분말, 미립자, 펠릿, 케이크 또는 페이스트의 형태, 또는 유사한 점조도를 유지하고/거나 분말, 미립자, 펠릿, 케이크 또는 페이스트의 외관을 갖도록 하는 정도로만 습윤된다. 습윤 충전제는 액체처럼 유동하지 않는다 (예를 들어, 적용된 응력이 0일 때). 옵션으로서, 습윤 충전제는 개별 입자, 응집체, 펠릿, 케이크, 또는 페이스트와 같은 형상으로 성형될 때 25℃에서 형상을 유지할 수 있다. 습윤 충전제는 액체 마스터배치 공정에 의해 제조된 복합재가 아니며, 엘라스토머가 연속 상인 고체 엘라스토머 중에 분산된 충전제의 임의의 다른 예비-블렌딩된 복합재가 아니다. 또 다른 실시양태에서, 습윤 충전제는 슬러리일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 습윤 충전제는 충전제의 슬러리가 아니며 액체 또는 슬러리의 점조도를 갖지 않는다.
충전제는, 건조 상태에서, 그의 표면 상에 흡착된 소량의 액체 (예를 들어 물)를 함유할 수 있다. 예를 들어, 카본 블랙은 1 내지 3 중량% 또는 4 중량%의 수분을 가질 수 있고, 침강 실리카는 4 내지 7 중량%의 수분 함량을 가질 수 있다. 이러한 충전제는 본원에서 건조 또는 비-습윤 충전제로 지칭된다. 본 습윤 충전제의 경우, 추가의 액체가 충전제에 첨가되었고, 이는 액체에 접근가능한 내측 표면 또는 세공을 비롯한 충전제의 표면 상에 존재한다. 혼합 동안, 습윤 충전제가 고체 엘라스토머 중에 분산되면서 액체의 적어도 일부가 증발에 의해 제거되고, 이어서 충전제의 표면은 고체 엘라스토머와 상호작용하는 데 이용가능하게 될 수 있다. 습윤 충전제는 습윤 충전제의 총 중량에 대해 적어도 20 중량%, 예를 들어 습윤 충전제의 총 중량에 대해 적어도 30 중량%, 적어도 40 중량%, 적어도 50 중량%, 또는 20 중량% 내지 80 중량%, 30 중량% 내지 80 중량%, 30 중량% 내지 70 중량%, 30 중량% 내지 60 중량%, 40 중량% 내지 80 중량%, 40 중량% 내지 70 중량%, 40 중량% 내지 60 중량%의 액체 함량을 가질 수 있다.
충전제를 습윤시키는 데 사용되는 액체는 수성 액체, 예컨대 비제한적으로 물일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 액체는 염기(들), 산(들), 염(들), 용매(들), 계면활성제(들), 커플링제(들), 및/또는 가공 보조제(들) 및/또는 그의 임의의 조합과 같은 (이에 제한되지는 않음) 적어도 1종의 다른 성분을 포함할 수 있다.
옵션으로서, 혼합물은 1종 이상의 비-습윤 충전제 (예를 들어, 본원에 기재된 바와 같이 습윤되지 않은 임의의 충전제, 예컨대 건조 충전제, 예컨대 10 중량% 이하의 액체를 갖는 충전제)를 추가로 포함할 수 있다.
습윤-충전제 복합재를 제조하는 데 사용되는 충전제는 엘라스토머와 함께 사용되는 임의의 통상적인 충전제, 예컨대 카본 블랙, 실리카, 카본 블랙을 포함하는 충전제, 실리카를 포함하는 충전제, 및/또는 그의 임의의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는 강화 충전제일 수 있다. 충전제는 미립자 또는 섬유상 또는 판상일 수 있다. 예를 들어, 미립자 충전제는 별개의 몸체로 제조된다. 이러한 충전제는 흔히 3:1 이하, 또는 2:1 이하, 또는 1.5:1 이하의 종횡비 (예를 들어, 길이 대 직경)를 가질 수 있다. 섬유상 충전제는, 예를 들어 2:1 이상, 3:1 이상, 4:1 이상, 또는 그 초과의 종횡비를 가질 수 있다. 전형적으로, 엘라스토머를 강화하는 데 사용되는 충전제는 미시적 (예를 들어, 수백 마이크로미터 이하) 또는 나노규모 (예를 들어, 1 마이크로미터 미만)인 치수를 갖는다. 카본 블랙의 경우에, 미립자 카본 블랙의 별개의 몸체는 1차 입자로부터 형성된 응집체 또는 집합체를 지칭하며, 1차 입자 자체를 지칭하지 않는다. 다른 실시양태에서, 충전제는 그래핀 및 환원된 그래핀 산화물과 같은 판상 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드에 사용되는 카본 블랙은 비처리된 카본 블랙 또는 처리된 카본 블랙 또는 그의 혼합물일 수 있다. 충전제는 펠릿, 솜털모양 분말, 과립 및/또는 응집체 형태의 습윤 카본 블랙일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 습윤 카본 블랙은, 예를 들어 펠릿화기, 유동층 또는 습윤 충전제를 제조하기 위한 다른 장비에서 펠릿, 과립 또는 응집체로 형성될 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드에 사용되는 충전제는 화학적으로 처리 (예를 들어 화학적으로 처리된 카본 블랙, 화학적으로 처리된 실리카, 규소-처리된 카본 블랙)되고/거나 화학적으로 개질될 수 있다. 충전제는 부착된 유기 기(들)를 갖는 카본 블랙일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 충전제는 충전제 상에 존재하는 하나 이상의 코팅을 가질 수 있다 (예를 들어 규소-코팅된 물질, 실리카-코팅된 물질, 탄소-코팅된 물질). 충전제는 산화될 수 있고/거나 다른 표면 처리를 가질 수 있다. 충전제는 탄소질 물질, 카본 블랙, 실리카, 나노셀룰로스, 리그닌, 나노점토, 금속 산화물, 금속 탄산염, 열분해 탄소, 재생 탄소, 회수된 탄소, rCB, 그래핀, 그래핀 산화물, 환원된 그래핀 산화물, 탄소 나노튜브, 단일벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 또는 그의 조합, 또는 상응하는 코팅된 물질 또는 그의 화학적으로 처리된 물질로부터 선택된 적어도 1종의 물질을 포함할 수 있다. 실리카, 카본 블랙, 또는 사용될 수 있는 다른 충전제의 유형에 대해서는 제한이 없다. 충전제에 관한 보다 상세한 내용은 본원의 다른 부분에 제공된다. 충전제는 임의의 중량비, 예컨대 1:99 내지 99:1 또는 25:75 내지 75:25 또는 45:55 내지 55:45의 중량비 범위의 카본 블랙 및 실리카의 블렌드일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다.
습윤 카본 블랙은 하기 중 하나 이상일 수 있다:
- 미건조 카본 블랙 펠릿; 및/또는
- 펠릿화기 내에서 예컨대 물로 재습윤된 건조된 카본 블랙 펠릿; 및/또는
- 분쇄된 후 펠릿화기에서 물로 재습윤된 건조된 카본 블랙 펠릿; 및/또는
- 물과 조합된 건조된 카본 블랙 펠릿; 및/또는
- 물과 조합된 솜털모양 분말, 과립 또는 응집체.
전형적인 카본 블랙 제조에서, 카본 블랙은 초기에 건조 미세 미립자 (솜털모양) 물질로서 제조된다. 솜털모양 카본 블랙은 통상적인 펠릿화 공정에 의해, 예를 들어 카본 블랙을 액체와 조합하고, 예컨대 물을 첨가하고 혼합물을 핀 펠릿화기에 공급함으로써 치밀화될 수 있다. 핀 펠릿화기는 관련 기술분야에 널리 공지되어 있고, 미국 특허 번호 3,528,785에 기재된 핀 펠릿화기를 포함한다. 이어서 생성된 습윤 펠릿을 제어된 온도 및 시간 파라미터 하에 가열하여 펠릿으로부터 액체를 제거한 후에 추가로 취급 및 운송한다. 대안적 방법에서, 카본 블랙 펠릿은 건조 단계를 생략한 방법에 의해 제조될 수 있다. 이러한 방법에서, 펠릿화 카본 블랙은 습윤 카본 블랙의 총 중량을 기준으로 적어도 20 중량%의 공정수를 함유한다. 이들 "미건조 카본 블랙" 펠릿은 펠릿화 후에, 청구된 방법에 직접 사용될 수 있다. 대안적으로, 건조된 카본 블랙 펠릿 (예컨대 상업적으로 입수가능한 카본 블랙 펠릿)은 펠릿화기에서 재습윤될 수 있다. 펠릿은, 예를 들어 제트 밀에서 과립화, 분쇄, 분류 및/또는 밀링될 수 있다. 생성된 카본 블랙은 솜털모양 형태이고, 펠릿화기에서 재-펠릿화되거나 또는 다르게는 물의 존재 하에 습윤 카본 블랙으로 압축 또는 응집될 수 있다. 대안적으로, 솜털모양의 카본 블랙은 관련 기술분야에 공지된 장비로 다른 형태로, 예를 들어 벽돌 형태로 압축될 수 있다. 또 다른 옵션으로서, 솜털모양 카본 블랙은, 예를 들어, 유동층, 분무기, 혼합기, 또는 회전 드럼 등을 사용함으로써 습윤될 수 있다. 액체가 물인 경우, 미건조 카본 블랙 또는 재습윤된 카본 블랙은 습윤 카본 블랙의 총 중량에 대하여 20 중량% 내지 80 중량%, 30 중량% 내지 70 중량%, 또는 다른 범위, 예를 들어 55 중량% 내지 60 중량% 범위의 물 함량을 달성할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드에 사용되는 카본 블랙은 임의의 등급의 강화 카본 블랙 및 반-강화 카본 블랙일 수 있다. ASTM 등급 강화 등급의 예는 N110, N121, N134, N220, N231, N234, N299, N326, N330, N339, N347, N351, N358, 및 N375 카본 블랙이다. ASTM 등급 반강화 등급의 예는 N539, N550, N650, N660, N683, N762, N765, N774, N787, N990 카본 블랙 및/또는 N990 등급 써멀 블랙이다.
카본 블랙은 20 m2/g 내지 250 m2/g 또는 그 초과의 범위, 예를 들어 적어도 60 m2/g, 예컨대 60 m2/g 내지 150 m2/g 또는 70 m2/g 내지 250 m2/g, 또는 80 m2/g 내지 200 m2/g 또는 90 m2/g 내지 200 m2/g, 또는 100 m2/g 내지 180 m2/g, 110 m2/g 내지 150 m2/g, 120 m2/g 내지 150 m2/g 등, 140 m2/g 내지 180 m2/g, 150 m2/g 내지 180 m2/g, 140 m2/g 내지 170 m2/g, 150 m2/g 내지 170 m2/g, 140 m2/g 내지 160 m2/g, 또는 150 m2/g 내지 160 m2/g의 범위와 같은 임의의 통계적 두께 표면적 (STSA)을 가질 수 있다. STSA (통계적 두께 표면적)는 ASTM 시험 절차 D-6556 (질소 흡착에 의해 측정됨)에 기초하여 결정된다.
카본 블랙은 약 30 mL/100g 내지 약 150 mL/100g, 예를 들어 약 30 mL/100g 내지 약 125 mL/100g, 약 30 mL/100g 내지 약 115 mL/100g, 약 50 mL/100g 내지 약 150 mL/100g, 약 50 mL/100g 내지 약 125 mL/100g, 약 50 mL/100g 내지 약 115 mL/100g, 약 70 mL/100g 내지 약 150 mL/100g, 약 70 mL/100g 내지 약 125 mL/100g, 약 70 mL/100g 내지 약 115 mL/100g, 약 80 mL/100g 내지 약 150 mL/100g, 약 80 mL/100g 내지 약 125 mL/100g, 약 80 mL/100g 내지 약 115 mL/100g 또는 약 80 mL/100g 내지 약 100 mL/100g 범위의 압축 오일 흡수가 (COAN)를 가질 수 있다. 압축 오일 흡수가 (COAN)는 ASTM D3493에 따라 결정된다. 옵션으로, 카본 블랙은 60 m2/g 내지 1555 m2/g 범위의 STSA와 70 mL/100g 내지 115 mL/100g의 COAN을 가질 수 있다.
언급된 바와 같이, 카본 블랙은 고무 블랙, 및 특히 강화 등급의 카본 블랙 또는 반강화 등급의 카본 블랙일 수 있다. 캐보트 코포레이션(Cabot Corporation)으로부터 입수가능한 리갈(Regal)®, 블랙 펄스(Black Pearls)®, 스페론(Spheron)®, 스털링(Sterling)®, 프로펠(Propel)®, 엔듀어(Endure)®및 불칸(Vulcan)® 상표, 비를라 카본(Birla Carbon)으로부터 입수가능한 라벤(Raven)®, 스타텍스(Statex)®, 퍼넥스(Furnex)®및 네오텍스(Neotex)® 상표 및 CD 및 HV 라인 (이전에 콜럼비안 케미칼스(Columbian Chemicals)로부터 입수가능함), 및 오리온 엔지니어드 카본스(Orion Engineered Carbons)(이전에 에보닉 앤드 데구사 인더스트리즈(Evonik and Degussa Industries))로부터 입수가능한 코락스(Corax)®, 듀락스(Durax)®, 에코락스(Ecorax)®및 퓨렉스(Purex)® 상표 및 CK 라인 하에 판매되는 카본 블랙, 및 고무 또는 타이어 적용에 사용하기에 적합한 다른 충전제가 또한 다양한 구현으로 사용하기 위해 이용될 수 있다. 적합한 화학적으로 관능화된 카본 블랙은 WO 96/18688 및 US2013/0165560 (이들의 개시내용은 본원에 참조로 포함됨)에 개시된 것들을 포함한다. 이들 카본 블랙 중 임의의 것의 혼합물이 사용될 수 있다. ASTM 등급을 넘어서는 표면적 및 구조 및 고무와의 혼합을 위해 선택되는 전형적인 값을 갖는 카본 블랙, 예컨대 미국 공보 2018/0282523 (이의 개시내용은 본원에 참조로 포함됨)에 기재된 것이 본 발명의 타이어 트레드에 사용될 수 있다.
카본 블랙은 산화된 카본 블랙, 예컨대 산화제를 사용하여 표면 처리된 카본 블랙일 수 있다. 산화제는 공기, 산소 기체, 오존, NO2 (NO2 및 공기의 혼합물 포함), 퍼옥시드, 예컨대 과산화수소, 퍼술페이트, 예컨대 소듐, 포타슘 또는 암모늄 퍼술페이트, 하이포할라이트, 예컨대 소듐 하이포클로라이트, 할라이트, 할레이트 또는 퍼할레이트 (예컨대 소듐 클로라이트, 소듐 클로레이트 또는 소듐 퍼클로레이트), 산화 산, 예컨대 질산, 및 전이 금속 함유 산화제, 예컨대 퍼망가네이트 염, 사산화오스뮴, 산화크로뮴 또는 질산암모늄세륨을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 산화제의 혼합물, 특히 기체상 산화제, 예컨대 산소 및 오존의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 이온성 또는 이온화성 기를 안료 표면 상에 도입하기 위해 염소화 또는 술포닐화와 같은 다른 표면 개질 방법을 사용하여 제조된 카본 블랙이 또한 사용될 수 있다. 산화된 카본 블랙을 생성하는 데 사용될 수 있는 방법은 관련 기술분야에 공지되어 있고, 여러 유형의 산화된 카본 블랙이 상업적으로 입수가능하다.
카본 블랙은 퍼니스 블랙, 가스 블랙, 써멀 블랙, 아세틸렌 블랙, 램프 블랙, 플라즈마 블랙, 또는 재생 블랙 (또는 rCB), 또는 규소-함유 종 및/또는 금속 함유 종을 함유하는 탄소 생성물 등일 수 있다. 카본 블랙은, 본 발명의 목적을 위해, 적어도 하나의 탄소 상 및 적어도 하나의 금속-함유 종 상 또는 규소-함유 종 상, 즉, 규소-처리된 카본 블랙을 포함하는 다상 집합체일 수 있다. 규소-처리된 카본 블랙에서, 규소 함유 종, 예컨대 규소의 산화물 또는 탄화물이 카본 블랙 집합체의 적어도 일부를 통해 카본 블랙의 고유 부분으로서 분포된다. 규소-처리된 카본 블랙은 코팅되거나 달리 개질된 카본 블랙 집합체가 아니라, 실제로 2상 집합된 입자를 나타낸다. 하나의 상은 흑연 결정자 및/또는 무정형 탄소로서 여전히 존재할 탄소이고, 제2 상은 실리카 (및 가능하게는 다른 규소-함유 종)이다. 따라서, 규소-처리된 카본 블랙의 규소-함유 종 상은 집합체의 고유 부분이고; 이것은 집합체의 적어도 일부에 걸쳐 분포된다. 에코블랙(ECOBLACK)TM 규소-처리된 카본 블랙은 캐보트 코포레이션으로부터 입수가능하다. 이들 규소-처리된 카본 블랙의 제조 및 특성은 미국 특허 번호 6,028,137 (이의 개시내용은 본원에 참조로 포함됨)에 기재되어 있다.
규소-처리된 카본 블랙은 주로 카본 블랙의 집합체 표면에 규소-함유 영역을 포함 (이는 여전히 카본 블랙의 일부임) 할 수 있고/거나 규소-처리된 카본 블랙은 카본 블랙 집합체 전체에 분포된 규소-함유 영역을 포함할 수 있다. 규소-처리된 카본 블랙은 산화될 수 있다. 규소-처리된 카본 블랙은 규소-처리된 카본 블랙의 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량% 규소를 함유할 수 있다. 이들 양은, 모두 규소-처리된 카본 블랙의 중량을 기준으로, 약 0.5 wt% 내지 약 25 wt%, 약 1 wt% 내지 약 15 wt% 규소, 약 2 wt% 내지 약 10 wt%, 약 3 wt% 내지 약 8 wt%, 약 4 wt% 내지 약 5 wt% 또는 약 6 wt%일 수 있다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는, 규소-처리된 카본 블랙의 규소 함량과 별도로, 입자의 표면이 또한 다양한 양의 실리카 및 카본 블랙을 가질 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 규소-처리된 카본 블랙의 표면적은 약 5% 내지 약 95%의 실리카, 예를 들어 약 10% 내지 약 90%, 약 15% 내지 약 80%, 약 20% 내지 약 70%, 약 25% 내지 약 60%, 약 30% 내지 약 50%, 또는 약 35% 내지 약 40%, 예를 들어 약 20% 이하 또는 약 30% 이하의 실리카를 포함할 수 있다. 표면에서의 실리카의 양은 아이오딘가 (ASTM D-1510) 및 질소 흡착 (즉, BET, ASTM D6556)에 의해 측정된 입자의 표면적 사이의 차이에 의해 결정될 수 있다.
또 다른 옵션으로서, 충전제, 예를 들어 카본 블랙은 화학적으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 카본 블랙은 부착된 하나 이상의 유기 기를 가질 수 있다. 부착은, 예를 들어 미국 특허 번호 5,554,739; 5,630,868; 5,672,198; 5,707,432; 5,851,280; 5,885,335; 5,895,522; 5,900,029; 5,922,118 (이들의 개시내용은 본원에 참조로 포함됨)에 상술된 바와 같이, 적어도 1개의 유기 기가 디아조늄 염 치환기를 갖는 디아조늄 반응을 통해 일어날 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드의 경우, 1종 초과의 충전제의 조합이 본 발명의 복합재 또는 복합재를 포함하는 컴파운드에 사용될 수 있다. 조합물은 고무 강화 카본 블랙(들) 및 실리카, 예를 들어 침강 실리카를 포함할 수 있고, 조합물은 적어도 2.7 대 1.0의 카본 블랙 대 실리카의 중량비를 포함할 수 있다.
충전제와 관련하여, 1종 이상의 유형의 실리카, 또는 실리카(들)의 임의의 조합이 본 발명의 임의의 실시양태에서 사용될 수 있다. 실리카는 침강 실리카, 흄드 실리카, 실리카 겔, 및/또는 콜로이드성 실리카를 포함할 수 있거나 또는 그것일 수 있다. 실리카는 비처리된 실리카 및/또는 화학적으로-처리된 실리카일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 실리카는 엘라스토머 복합재를 강화하는 데 적합할 수 있고, 약 20 m2/g 내지 약 450 m2/g; 약 30 m2/g 내지 약 450 m2/g; 약 30 m2/g 내지 약 400 m2/g; 또는 약 60 m2/g 내지 약 250 m2/g, 약 60 m2/g 내지 약 250 m2/g, 약 80 m2/g 내지 약 200 m2/g의 브루나우르 에메트 텔러 표면적 (BET)을 특징으로 할 수 있다. 고도 분산성 침강 실리카가 본 방법에서 충전제로서 사용될 수 있다. 고도 분산성 침강 실리카 ("HDS")는 엘라스토머 매트릭스에서 응집체를 해제하고 분산시키는 실질적인 능력을 갖는 임의의 실리카를 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 분산 결정은, 엘라스토머 복합재의 얇은 섹션에 대한 전자 또는 광학 현미경검사에 의해 공지된 방식으로 관찰될 수 있다. 상업용 등급의 HDS의 예는 더블유알 그레이스 앤드 캄파니(WR Grace & Co)로부터의 퍼카실(Perkasil)® GT 3000GRAN 실리카, 에보닉 인더스트리즈(Evonik Industries)로부터의 울트라실(Ultrasil)® 7000 실리카, 솔베이 에스.에이.(Solvay S.A.)로부터의 제오실(Zeosil)® 1165 MP, 1115 MP, 프리미엄(Premium) 및 1200 MP 실리카, 피피지 인더스트리즈, 인크.(PPG Industries, Inc.)로부터의 하이-실(Hi-Sil) ®EZ 160G 실리카, 및 에보닉 인더스트리즈로부터의 제오폴(Zeopol)® 8741 또는 8745 실리카를 포함한다. 통상적인 비-HDS 침강 실리카가 또한 사용될 수 있다. 통상적인 침강 실리카의 상업용 등급의 예는 더블유알 그레이스 앤드 캄파니로부터의 퍼카실® KS 408 실리카, 솔베이 에스.에이.로부터의 제오실(Zeosil)® 175GR 실리카, 에보닉 인더스트리즈로부터의 울트라실® VN3 실리카, 및 피피지 인더스트리즈, 인크.로부터의 하이-실® 243 실리카를 포함한다. 표면 부착된 실란 커플링제를 갖는 침강 실리카가 또한 사용될 수 있다. 상업용 등급의 화학적으로-처리된 침강 실리카의 예는 피피지 인더스트리즈, 인크.로부터의 애질론(Agilon)®400, 454, 또는 458 실리카 및 에보닉 인더스트리즈로부터의 쿱실(Coupsil) 실리카, 예를 들어 쿱실® 6109 실리카를 포함한다.
상기 기재된 바와 같은 충전제 중의 액체 양은 실리카에 동등하게 적용될 수 있지만, 보다 특정한 예로서, 실리카가 습윤 충전제로서 부분적으로 사용되거나, 또는 전체적으로 습윤 충전제로서 사용되는 경우에, 실리카는 총 습윤 충전제의 중량을 기준으로 또는 존재하는 습윤 실리카만의 중량을 기준으로 약 25 중량% 내지 약 75 중량%, 예를 들어 약 30 중량% 내지 약 75 중량%, 약 40 중량% 내지 약 75 중량%, 약 45 중량% 내지 약 75 중량%, 약 50 중량% 내지 약 75 중량%, 약 30 중량% 내지 약 70 중량%, 약 40 중량% 내지 약 70 중량%, 약 45 중량% 내지 약 70 중량%, 약 50 중량% 내지 약 70 중량%, 약 30 중량% 내지 약 65 중량%, 약 40 중량% 내지 약 65 중량%, 약 45 중량% 내지 약 65 중량%, 약 50 중량% 내지 약 65 중량%, 약 30 중량% 내지 약 60 중량%, 약 40 중량% 내지 약 60 중량%, 약 45 중량% 내지 약 60 중량%, 또는 약 50 중량% 내지 약 60 중량%의 양으로 존재하는 액체를 가질 수 있다.
전형적으로 실리카 (예를 들어, 실리카 입자)는, 모두 입자의 총 중량을 기준으로, 적어도 20 wt%, 적어도 25 wt%, 적어도 30 wt%, 적어도 35 wt%, 적어도 40 wt%, 적어도 50 wt%, 적어도 60 wt%, 적어도 70 wt%, 적어도 80 wt%, 적어도 90 wt%, 또는 거의 100 wt% 또는 100 wt%, 또는 약 20 wt% 내지 약 100 wt%의 실리카 함량을 갖는다. 임의의 실리카(들)는, 예컨대 부착 또는 흡착된 화학적 기, 예컨대 부착 또는 흡착된 유기 기를 갖도록 화학적으로 관능화될 수 있다. 실리카(들)의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 실리카는 부분적으로 또는 전체적으로 소수성 표면을 갖는 실리카일 수 있으며, 이는 소수성인 실리카일 수 있거나 또는 처리 (예를 들어, 화학적 처리)에 의해 실리카의 표면을 소수성으로 만듦으로써 소수성이 되는 실리카일 수 있다. 소수성 표면은 실리카 입자를 이온성 기가 없는 소수성화 실란, 예를 들어 비스-트리에톡시실릴프로필테트라술피드로 화학적으로 개질시킴으로써 얻을 수 있다. 본원에 사용하기에 적합한 소수성 표면-처리된 실리카 입자는 상업적 공급원, 예컨대 피피지 인더스트리즈로부터의 애질론® 454 실리카 및 애질론® 400 실리카로부터 얻을 수 있다. 낮은 표면 실란올 밀도를 갖는 실리카, 예를 들어 150℃ 초과의 온도에서, 예를 들어 하소 공정을 통해 탈히드록실화를 통해 수득된 실리카가 본원에서 사용될 수 있다. 건조 없이 케이크 또는 페이스트 형태로 침전 공정으로부터 수득된 중간체 형태의 실리카 (미건조 실리카)를 습윤 충전제로서 혼합기에 직접 첨가할 수 있으므로, 침강 실리카의 통상적인 제조에 사용되는 복잡한 건조 및 기타 하류 가공 단계를 없앨 수 있다.
임의의 실시양태에서 및 임의의 단계에서, 커플링제는, 커플링제가 복합재에 분산될 기회를 갖는 한, 임의의 단계에서 (또는 다수의 단계 또는 위치에서) 도입될 수 있다. 커플링제는 1종 이상의 실란 커플링제, 1종 이상의 지르코네이트 커플링제, 1종 이상의 티타네이트 커플링제, 1종 이상의 니트로 커플링제, 또는 그의 임의의 조합일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 커플링제는 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술판 (예를 들어, 에보닉 인더스트리즈로부터의 Si 69, 스트룩톨 캄파니(Struktol Company)로부터의 스트룩톨 SCA98), 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디술판 (예를 들어, 에보닉 인더스트리즈로부터의 Si 75 및 Si 266, 스트룩톨 캄파니로부터의 스트룩톨 SCA985), 3-티오시아네이토프로필-트리에톡시 실란 (예를 들어, 에보닉 인더스트리즈로부터의 Si 264), 감마-메르캅토프로필-트리메톡시 실란 (예를 들어, 에보닉 인더스트리즈로부터의 VP Si 163, 스트룩톨 캄파니로부터의 스트룩톨 SCA989), 감마-메르캅토프로필-트리에톡시 실란 (예를 들어, 에보닉 인더스트리즈로부터의 VP Si 263), 지르코늄 디네오알칸올레이토디(3-메르캅토) 프로피오네이토-O, N,N'-비스(2-메틸-2-니트로프로필)-1,6-디아미노헥산, S-(3-(트리에톡시실릴)프로필) 옥탄티오에이트 (예를 들어, 모멘티브, 웨스트 버지니아주 프랜들리로부터의 NXT 커플링제), 및/또는 화학적으로 유사하거나 또는 하나 이상의 동일한 화학적 기를 갖는 커플링제일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 상업적 명칭에 따른 커플링제의 추가의 구체적 예는 모멘티브로부터의 NXT Z 및 NXT Z-50, 에보닉 인더스트리즈로부터의 VP Si 363을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 본원에 기재된 커플링제는 실리카 (사전-커플링된 또는 사전-처리된 실리카)의 소수성 표면 개질을 제공하는 데 사용될 수 있다. 엘라스토머, 첨가제 및 추가의 복합재의 임의의 조합이, 예를 들어 컴파운더에서 엘라스토머 복합재에 첨가될 수 있음을 인지해야 한다.
형성된 엘라스토머 복합재에 존재하는 실리카의 양 (고무 100부 당 부, 또는 phr)은 약 0 phr 내지 약 200 phr, 약 1 phr 내지 약 200 phr, 또는 1 phr 내지 10 phr, 또는 1 phr 내지 20 phr, 또는 1 phr 내지 25 phr, 또는 5 내지 190 phr, 또는 10 내지 180 phr, 또는 약 15 phr 내지 약 180 phr, 약 55 phr 내지 약 150 phr, 약 10 phr 내지 약 100 phr, 약 20 phr 내지 약 150 phr, 약 30 phr 내지 약 100 phr, 약 25 phr 내지 약 100 phr, 약 25 phr 내지 약 80 phr, 약 35 phr 내지 약 115 phr, 약 35 phr 내지 약 100 phr, 약 40 phr 내지 약 110 phr, 약 40 phr 내지 약 100 phr, 약 40 phr 내지 약 90 phr, 약 40 phr 내지 약 80 phr 등일 수 있다.
다른 충전제는 미국 특허 출원 공보 2018/0282523 및 유럽 특허 2423253B1 (이들의 개시내용은 본원에 참조로 포함됨)에 개시되어 있다.
습윤-충전제 복합재 및 트레드 고무 컴파운드에 로딩되는 충전제 (예를 들어 습윤 충전제 단독 또는 다른 충전제를 갖는 습윤 충전제)의 양은 30 phr 내지 150 phr, 예컨대 약 5 phr 내지 100 phr, 10 phr 내지 100 phr, 20 phr 내지 100 phr, 30 phr 내지 100 phr, 40 phr 내지 100 phr, 50 phr 내지 100 phr, 또는 5 phr 내지 70 phr, 10 phr 내지 70 phr, 20 phr 내지 70 phr, 30 phr 내지 70 phr, 35 phr 내지 70 phr, 40 phr 내지 70 phr, 5 phr 내지 65 phr, 10 phr 내지 65 phr, 20 phr 내지 65 phr, 30 phr 내지 65 phr, 35 phr 내지 65 phr, 40 phr 내지 65 phr, 5 phr 내지 60 phr, 10 phr 내지 60 phr, 20 phr 내지 60 phr, 30 phr 내지 60 phr, 35 phr 내지 60 phr, 40 phr 내지 60 phr, 5 phr 내지 50 phr의 범위, 또는 이들 범위 중 하나 이상 내 또는 외의 다른 양일 수 있다. 다른 범위는 약 15 phr 내지 약 180 phr, 약 20 phr 내지 약 150 phr, 약 25 phr 내지 약 80 phr, 약 30 phr 내지 약 150 phr, 약 35 phr 내지 약 115 phr, 약 35 phr 내지 약 100 phr, 약 40 phr 내지 약 100 phr, 약 40 phr 내지 약 90 phr, 약 40 phr 내지 약 80 phr, 약 29 phr 내지 약 175 phr, 약 40 phr 내지 약 110 phr, 약 50 phr 내지 약 175 phr, 약 60 phr 내지 약 175 phr 등을 포함한다. 충전제는 본원에 개시된 임의의 충전제, 예컨대 카본 블랙, 실리카 또는 규소-처리된 카본 블랙 (단독이든 또는 1종 이상의 다른 충전제와 함께이든)일 수 있다.
예로서, 카본 블랙은 엘라스토머 중에 30 phr 내지 70 phr, 또는 40 phr 내지 65 phr, 또는 40 phr 내지 60 phr 범위의 로딩으로 분산될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 엘라스토머는 천연 고무 단독이거나 또는 하나 이상의 다른 엘라스토머와 함께이고, 충전제는 카본 블랙 단독이거나 또는 하나 이상의 다른 충전제 (예를 들어, 실리카 또는 규소-처리된 카본 블랙)와 함께이고, 카본 블랙은 30 phr 내지 70 phr, 또는 40 phr 내지 65 phr, 또는 40 phr 내지 60 phr 범위의 로딩으로 천연 고무에 분산될 수 있다.
본 발명의 타이어 및 트레드는 특정 습윤-혼합된 복합재를 경화시킴으로써 제조된 컴파운드로 제조될 수 있다. 이러한 복합재는 혼합기에 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제를 하나의 단계 또는 다수의 단계 또는 첨가로 충전하여 제조할 수 있다. 고체 엘라스토머는, 습윤 충전제를 혼합기에 충전하기 전에 소련될 수 있고, 약 90℃ 또는 100℃ 이상의 온도가 될 수 있다. 대안적으로, 고체 엘라스토머는 충전제의 임의의 실제 분산이 시작되기 전에 습윤 충전제의 적어도 일부와 함께 약 90℃ 또는 100℃ 이상의 온도로 소련될 수 있다.
혼합과 관련하여, 혼합은 하나 이상의 혼합 단계로 수행될 수 있다. 혼합은 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제가 혼합기에 충전되고, 혼합기의 1개 이상의 로터를 구동하는 혼합 시스템에 에너지가 적용될 때 개시된다. 하나 이상의 혼합 단계는 충전 단계가 완료된 후에 일어날 수 있거나, 또는 임의의 길이의 시간 동안 충전 단계와 중첩될 수 있다. 본 발명의 목적상, 충전 단계는 혼합 단계가 완료되기 전에 완료된다.
혼합 동안, 혼합물 중에 존재하는 적어도 일부 액체 및/또는 도입된 습윤 충전제가 적어도 부분적으로 증발에 의해 제거된다. 옵션으로서, 혼합물로부터의 임의의 액체의 대부분 (중량%)의 제거는 증발에 의해 일어난다. 예를 들어, 혼합 동안 제거된 액체의 총 중량을 기준으로 적어도 50 중량%의 액체가 증발에 의해 제거된다. 제거된 액체의 총 중량은, 습윤 충전제의 액체 함량과, 혼합기로부터 배출될 때 복합재에 남아있는 임의의 액체 및 복합재가 혼합기로부터 배출될 때 혼합기 내에 존재하거나 그로부터 배수된 임의의 액체 사이의 차이로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 복합재가 배출될 때, 추가의 액체 (예를 들어, 증발되지 않은 액체)가 또한 복합재와 함께 또는 복합재 내에서, 또는 혼합기에 제공된 유출구를 통해 배출될 수 있다. 증발에 의한 액체 제거는 혼합기에 충전된 습윤 충전제에 함유된 총 액체의 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 또는 51 중량% 내지 100 중량%, 또는 51 중량% 내지 95 중량%를 나타낼 수 있다. 옵션으로서, 하나 이상의 혼합 단계 또는 스테이지는 짜내기, 압착, 및/또는 비틀기, 또는 그의 임의의 조합에 의해 혼합물로부터 액체의 일부를 추가로 제거할 수 있다.
복합재를 제조하는 데 사용될 수 있는 혼합기와 관련하여, 충전제를 고체 엘라스토머와 조합 (예를 들어, 함께 혼합 또는 함께 컴파운딩)할 수 있는 임의의 적합한 혼합기가 사용될 수 있다. 혼합기(들)는 배치식 혼합기 또는 반연속식 또는 연속식 혼합기일 수 있다. 혼합기 및 공정의 조합이 사용될 수 있고, 혼합기는 탠덤 순서로 사용되고/거나 다른 가공 장비와 통합될 수 있다. 혼합기는 내부 또는 폐쇄 혼합기 또는 개방 혼합기, 또는 압출기 또는 연속 컴파운더 또는 혼련 혼합기 또는 그의 조합일 수 있다. 혼합기는 충전제를 고체 엘라스토머에 혼입시킬 수 있고/거나 충전제를 엘라스토머 중에 분산시킬 수 있고/거나 충전제를 엘라스토머에 분포시킬 수 있다. 고무 컴파운드를 제조하기 위한 상업용 혼합기 중 임의의 하나 또는 조합이 본 방법에 사용될 수 있다.
전형적인 배치식 혼합 챔버의 상단은 공압 또는 유압 피스톤 (통상적으로 "부유 추(floating weight)" 또는 "램"으로 지칭됨)에 의해 상승 및 하강될 수 있다. 램이 상승되면 물질 (예를 들어, 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제)이 공급되고, 하강하면 혼합물에 압력이 적용되어 혼합물이 혼합 챔버 내에 가두어 진다. 전형적으로, 배치의 충전율 및 램 압력은 램이 그의 최저 위치에 도달하여 램과 로터 사이의 간격을 최소화할 수 있도록 선택되며, 이는 우수한 충전제 분산을 가능하게 할 수 있다. 램의 최소 위치로부터 위로의 램의 수직 거리는 "램 편향"으로 알려져 있다.
혼합기는 1개 이상의 로터 (적어도 1개의 로터)를 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 로터는 다른 로터(들)의 챔버(들)에 연결될 수 있는 자체 원통형 챔버 내에서 회전할 수 있다. 샤프트는 에너지 (전기 에너지)가 적용되는 혼합 시스템에 의해 제어된다. 로터는 혼합물, 및/또는 혼합물을 형성하는 성분에 에너지를 부여하는 장치로 간주될 수 있다. 로터는 냉각 및/또는 가열을 위해 스팀 또는 물 또는 다른 유체의 내부 회로 또는 채널을 갖도록 설계될 수 있다. 적어도 1개의 로터 또는 1개 이상의 로터는 스크류형 로터, 치합형 로터, 탄젠셜 로터, 혼련 로터(들), 압출기에 사용되는 로터, 유의한 총 비에너지를 부여하는 롤 밀, 또는 크레이퍼 밀일 수 있다.
하나 이상의 혼합 단계는 단일 혼합 단계, 예를 들어, 혼합이 하기 조건 중 하나 이상 하에 수행되는 하나의-스테이지 또는 단일-스테이지 혼합 단계 또는 공정일 수 있다: 혼합기 온도 중 적어도 하나가, 혼합 시간의 적어도 50% 동안 적어도 0.6 m/s의 팁 속도로 작동하는 1개 이상의 로터와 온도 제어 수단, 또는 65℃ 이상의 온도, Tz로 설정된 적어도 하나의 온도-제어 수단에 의해 제어되거나, 또는 혼합이, 혼합기가 지시된 온도에 도달하기 전에 1종 이상의 고무 화학물질이 실질적으로 부재한 상태에서 수행된다. 특정 경우에, 단일 스테이지 또는 단일 혼합 단계에서 복합재는 10 중량% 이하의 액체 함량으로 배출될 수 있다. 다른 실시양태에서, 혼합 단계 중 하나가 언급된 조건 중 하나 이상 하에 수행되는 한, 둘 이상의 혼합 단계 또는 혼합 스테이지가 수행될 수 있다.
다중-스테이지 혼합의 경우, 옵션으로서, 제2 또는 임의의 수의 후속 혼합 단계는 물질의 제1 스테이지 혼합만으로 혼합된 복합재에 비해 컴파운드 (또는 복합재) 특성을 개선시킬 수 있다. 다른 방식으로 말하자면, 단일 스테이지 혼합으로부터 형성된 복합재를, 예를 들어 제2 스테이지를 적용한 추가적 스테이지 혼합 공정으로부터 형성된 복합재와 비교할 수 있다. 이러한 다중-스테이지 혼합이 이용될 때, 하나 이상의 복합재 특성 (예를 들어, 탄젠트 델타 및/또는 탄성률 비)이 개선될 수 있다. 개선은 단일 스테이지 혼합만으로부터의 복합재와 비교하여 하나 이상의 특성에서의 5%, 10% 또는 15% 또는 그 초과의 개선일 수 있다. 이러한 개선은 사용된 충전제의 유형과 무관하게 및 사용된 엘라스토머의 유형과 무관하게 얻어질 수 있다.
특정 실시양태에서, 방법은 제어된 혼합기 온도에서, 예를 들어 적어도 하나의 온도-제어 수단의 사용을 통해 혼합을 수행하는 것을 포함한다. 혼합기 온도를 제어하는 것은 혼합기의 적어도 하나의 표면의 온도를 제어하는 것을 지칭한다. 옵션으로서, 혼합기 온도는 충전 및 적어도 하나의 혼합 단계 둘 다에서 제어될 수 있다. 온도-제어 수단은 혼합기 상의 및/또는 혼합기 내의, 또는 혼합기와 달리 연관된 (예를 들어, 혼합기에 연결된) 온도-제어 장치일 수 있으며, 이는 혼합기의 적어도 하나의 표면 및/또는 하나 이상의 부분을 가열 또는 냉각시킨다.
온도-제어 수단은 혼합기의 하나 이상의 부분에 있는 채널을 통한 열 전달 유체의 유동 또는 순환일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 열 전달 유체는 물 또는 열 전달 오일일 수 있다. 예를 들어, 열 전달 유체는 로터, 혼합 챔버 벽, 램 및 드롭 도어를 통해 유동할 수 있다.
적어도 하나의 온도-제어 수단의 온도는 예로서 하나 이상의 온도 제어 유닛 ("TCU")에 의해 설정 및 유지될 수 있다. 이 설정 온도, 또는 TCU 온도는 또한 본원에서 "Tz"로 지칭된다. 열 전달 유체를 혼입하는 온도-제어 수단의 경우에, Tz는 유체 자체의 온도의 지표이다. 온도 제어 수단에 의해 제공되는 가열 또는 냉각은, Tz에 따라, 혼합기의 적어도 하나의 표면 또는 혼합기의 하나 이상의 부분으로 전달되고; 열은 적어도 하나의 표면으로 또는 그로부터 전달된 다음, 혼합기 내의 물질로 또는 그로부터 전달되어, 혼합물의 또는 그의 일부의 벌크 온도, 예를 들어 혼합물의 국부 온도에 영향을 준다.
혼합기는 혼합기 부분(들) 또는 혼합물의 온도를 보다 정확히 측정하기 위해 혼합기의 상이한 부분에 위치한 열전쌍을 가질 수 있다.
최적의 Tz 값은 충전제 유형에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 카본 블랙 및 규소-처리된 카본 블랙을 포함하는 충전제 (예를 들어, 충전제의 적어도 50%, 적어도 75%, 적어도 90%, 또는 모두 또는 실질적으로 모두가 카본 블랙임)의 경우에, Tz는 본원에 기재된 값, 예를 들어 65℃ 이상 또는 65℃ 내지 100℃를 가질 수 있다. 충전제가 실리카인 경우에, Tz 값은 40℃ 내지 100℃, 예를 들어 40℃ 내지 90℃, 40℃ 내지 80℃, 40℃ 내지 75℃, 50℃ 내지 100℃, 50℃ 내지 90℃, 50℃ 내지 80℃, 또는 50℃ 내지 75℃의 범위일 수 있다.
혼합 단계 동안 혼합물에 적용되는 에너지는 혼합기 설정 및 공정 제어를 통해 제어될 수 있다. 예를 들어, 배치식 혼합기에서, 총 비에너지는 고체 엘라스토머 및/또는 습윤 충전제의 충전과, 건조 중량 기준 복합재 kg 당 배출 사이의 로터(들)에 적용되는 에너지를 고려한다. 연속식 혼합기의 경우, 총 비에너지는 정상 상태 조건에서 건조 중량 기준의 산출물 kg당 전력 입력이다. 다중-스테이지 혼합을 갖는 공정의 경우, 총 비에너지는 각각의 혼합 공정으로부터의 비에너지의 합이다. 총 비에너지의 결정은 바람직하게는 배출된 복합재를 형상화 또는 형성하는 데 사용되는 에너지의 양을 포함하지 않는다 (예를 들어, 복합재의 롤 밀링의 에너지는 제외함). 본원에 정의된 바와 같은 결과적 "총 비에너지"는 건조 중량 기준 복합재의 질량당, 1개 이상의 로터를 구동하는 혼합 시스템에 적용된 에너지, ER (예를 들어, 전기 에너지)이다. 이러한 총 비에너지는 또한 E총로 지정될 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 본 발명의 방법은 더 긴 혼합 시간과 합리적 양의 시간 내의 물의 증발 또는 제거 사이에서 균형을 이루는 선택된 작동 조건 하에 총 비에너지를 제공한다.
옵션으로서, 방법은, 혼합 단계 중 적어도 하나에서, 결과적 총 비에너지가 복합재 kg 당 적어도 1,400 kJ 또는 적어도 1,500 kJ, 예를 들어 적어도 1,600 kJ/kg, 적어도 1,700 kJ/kg, 적어도 1,800 kJ/kg, 적어도 1,900 kJ/kg, 적어도 2,000 kJ/kg, 적어도 2,500 kJ/kg, 또는 적어도 3,000 kJ/kg이 되도록 혼합을 수행하는 것을 포함한다. 옵션으로서, 총 비에너지는 약 1,400 kJ/kg 복합재 또는 약 1,500 kJ/kg 복합재 (또는 혼합기에 존재하는 혼합물의 kg 당) 내지 약 10,000 kJ/kg 복합재 (또는 혼합기에 존재하는 혼합물의 kg 당), 예컨대 2,000 kJ/kg 내지 약 5,000 kJ 또는 1,500 kJ/kg 내지 8,000 kJ/kg, 1,500 kJ/kg 내지 7,000 kJ/kg, 1,500 kJ/kg 내지 6,000 kJ/kg, 1,500 kJ/kg 내지 5,000 kJ/kg, 1,500 kJ/kg 내지 3,000 kJ/kg, 1,600 kJ/kg 내지 8,000 kJ/kg, 1,600 kJ/kg 내지 7,000 kJ/kg, 1,600 kJ/kg 내지 6,000 kJ/kg, 1,600 kJ/kg 내지 5,000 kJ/kg, 1,600 kJ/kg 내지 4,000 kJ/kg, 1,600 kJ/kg 내지 3,000 kJ/kg, 또는 임의의 이들 범위의 다른 값의 범위일 수 있다.
옵션으로서, 방법은, 혼합 단계 중 적어도 하나에서, 1개 이상의 로터가 혼합 시간의 적어도 50% 동안 적어도 0.5 m/s의 팁 속도로, 또는 혼합 시간의 적어도 50% 동안 적어도 0.6 m/s의 팁 속도로 작동하도록 혼합을 수행하는 것을 포함한다. 혼합 시스템에 투입되는 에너지는 적어도 부분적으로 적어도 1개의 로터의 속도 및 로터 유형의 함수이다. 로터 직경 및 로터 속도를 고려한 팁 속도는 하기 식에 따라 계산될 수 있다:
팁 속도, m/s = π x (로터 직경, m) x (회전 속도, rpm) / 60.
팁 속도가 혼합 과정에 걸쳐 달라질 수 있으므로, 옵션으로서, 적어도 0.5 m/s 또는 적어도 0.6 m/s의 팁 속도가 혼합 시간의 적어도 50%, 예를 들어, 혼합 시간의 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 실질적으로 전부 동안 달성된다. 팁 속도는 혼합 시간의 적어도 50%, 또는 상기 열거된 혼합의 다른 부분 동안 적어도 0.6 m/s, 적어도 0.7 m/s, 적어도 0.8 m/s, 적어도 0.9 m/s, 적어도 1.0 m/s, 적어도 1.1 m/s, 적어도 1.2 m/s, 적어도 1.5 m/s 또는 적어도 2 m/s일 수 있다. 팁 속도는 혼합 시간을 최소화하도록, 또는 0.6 m/s 내지 10 m/s, 0.6 m/s 내지 8 m/s, 0.6 내지 6 m/s, 0.6 m/s 내지 4 m/s, 0.6 m/s 내지 3 m/s, 0.6 m/s 내지 2 m/s, 0.7 m/s 내지 4 m/s, 0.7 m/s 내지 3 m/s, 0.7 m/s 내지 2 m/s, 0.7 m/s 내지 10 m/s로 (예를 들어, 혼합 시간 또는 본원에 기재된 다른 혼합 시간의 적어도 50% 동안) 선택될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 팁 속도는 처리량을 최대화하도록 선택될 수 있다.
습윤-혼합된 복합재는 엘라스토머 중에 적어도 20 phr의 로딩으로 분산된 충전제를 갖고, 10% 이하의 충전제 수율 손실 및 총 복합재의 10 중량% 이하의 액체 함량으로 혼합기로부터 배출될 수 있다. 배출 (배치식 혼합에서 "덤핑")은 고무 분해를 최소화하기 위해 선택된 시간 또는 온도 또는 비에너지 또는 전력 파라미터에 기초하여 수행될 수 있다. 한 실시양태에서, 혼합 시간은 충전 완료에서부터 배출 시간까지의 기간으로부터 결정될 수 있다. 배치식 내부 혼합기의 경우, 혼합 시간은 램 다운 시간, 즉 램이 최저 위치에서 작동되고 완전히 닫힌 시간으로부터 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 램의 최저 위치 (즉, 그 완전 안착 위치)는 특정량의 램 편향을 허용할 수 있다. 혼합 시간은 엘라스토머 및/또는 충전제의 하나 이상의 추가의 부분의 충전과 같은 추가의 성분을 충전하는 시구간을 포함하지 않는다. 옵션으로서, 연속식 혼합기의 경우, 공칭 혼합 시간 (또는 체류 시간)은 혼합기 챔버 부피 및 용적식(volumetric) 제조 속도로부터 계산될 수 있다.
옵션으로서, 배출은 규정된 혼합 시간에 기초하여 일어난다. 혼합의 시작과 배출 사이의 혼합 시간은 약 1분 이상, 예컨대 약 1분 내지 40분, 약 1분 내지 30분, 약 1분 내지 20분, 또는 1분 내지 15분, 또는 5분 내지 30분, 또는 5분 내지 20분, 또는 5분 내지 15분, 또는 1분 내지 12분, 또는 1분 내지 10분, 또는 3분 내지 30분, 또는 다른 시간일 수 있다. 대안적으로, 배치식 내부 혼합기의 경우, 램 다운 시간을 파라미터로 사용하여 배치식 혼합 시간에 대한 시간을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 램 다운 시간은 3분 내지 30분, 3분 내지 20분, 3분 내지 10분, 5분 내지 30분, 5분 내지 20분, 5분 내지 10분의 범위일 수 있다.
옵션으로서, 배출은 덤프 또는 배출 온도에 기초하여 수행한다. 예를 들어, 혼합기는 120℃ 내지 180℃, 120℃ 내지 190℃, 130℃ 내지 180℃, 예컨대 140℃ 내지 180℃, 150℃ 내지 180℃, 130℃ 내지 170℃, 140℃ 내지 170℃, 150℃ 내지 170℃ 범위의 덤프 온도, 또는 이들 범위 내 또는 외의 다른 온도를 가질 수 있다.
배출된 복합재는 하기 식에 요약된 바와 같이, 복합재의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하의 액체 함량을 가질 수 있다:
복합재의 액체 함량% = 100*[액체의 질량] / [액체의 질량 + 건조 복합재의 질량]
배출된 습윤-혼합된 복합재는 복합재의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하, 예컨대 복합재의 총 중량을 기준으로 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하, 6 중량% 이하, 5 중량% 이하, 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 액체 함량을 가질 수 있다. 이 양은 공정의 마지막에 혼합기로부터 배출된 복합재의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 10 중량% 또는 약 0.5 중량% 내지 9 중량% 또는 약 0.5 중량% 내지 약 7 중량%의 범위일 수 있다. 액체 함량 (또는 "수분 함량")은 복합재의 총 중량을 기준으로 복합재에 존재하는 액체의 측정된 중량%일 수 있다. 임의로, 배출되는 복합재에 보유되지 않는 추가의 액체가 혼합기에 존재할 수 있다. 이러한 과량의 액체는 복합재에 대해 계산된 임의의 액체 함량의 일부가 아니다.
충전제 수율 손실은 엘라스토머 중의 충전제의 이론적 최대 phr (혼합기에 충전된 모든 충전제가 복합재에 혼입되는 것으로 가정함)에서 배출된 복합재 중의 충전제의 측정된 phr을 차감하는 것에 기초하여 결정된다. 엘라스토머로의 충전제의 불량한 혼입으로 인해 복합재의 표면 상에 존재하는 느슨한 충전제는 충전제 수율 손실에 포함된다. 이러한 측정된 양은 열중량 분석 (TGA)으로부터 얻을 수 있다. 따라서, 충전제 수율 손실 (%)은 하기와 같이 계산된다:
[((이론적 phr 충전제)-(측정된 phr 충전제))/((이론적 phr 충전제))]×100
옵션으로서, 습윤 충전제 및 천연 고무를 포함하는 고체 엘라스토머의 충전율 (건조 중량 기준)은 70% 이하 또는 68% 이하, 예를 들어 60% 내지 70%, 60% 내지 68%, 또는 65% 내지 68% 범위일 수 있다. 이러한 조건은 적어도 50%, 적어도 75%, 적어도 90% 또는 적어도 95%의 천연 고무를 포함하는 고체 엘라스토머, 예를 들어 천연 고무 및 적어도 1종의 추가의 엘라스토머, 예컨대 폴리부타디엔 및/또는 스티렌-부타디엔 고무의 블렌드, 또는 본원에 개시된 바와 같은 다른 엘라스토머에 대해 사용될 수 있다.
옵션으로서, 혼합 동안 복합재로부터의 액체의 증발 속도를 포함하나 이에 제한되지는 않는 액체 방출 속도는 복합재의 kg당 액체의 시간 평균 방출 속도로서 측정될 수 있고, 이 속도는 0.01 내지 0.14 kg/(minㆍkg) 또는 0.01 내지 0.07 kg/(minㆍkg) 또는 이 범위 미만 또는 초과의 다른 속도일 수 있다. 이러한 방출 속도는 혼합 동안의 임의의 수단에 의한 액체 제거의 전체 방출 속도일 수 있거나, 또는 단지 증발에 의한 방출 속도일 수 있다. 수성 액체의 경우에, 증발 속도는 스팀 방출 또는 스팀 발생 속도로 간주될 수 있다. 0.01 kg/(minㆍkg) 미만의 방출 속도는 일반적으로, 예를 들어 65℃ 미만의 Tz 및/또는 1,500 kJ/kg 미만의 비에너지 수준, 및/또는 0.5 m/s 미만 또는 0.6 m/s 미만의 팁 속도에서 액체를 제거하기 위한 시구간이 보다 길다는 것을 반영할 수 있다. 0.15 kg/(minㆍkg) 초과의 방출 속도는 혼합 시간이 보다 짧다는 것을 반영할 수 있다. 최적화되지 않은 시간 평균 방출 속도는 불량한 분산 및 고무 특성을 유발할 수 있다.
옵션으로서, 최대 압력이 제어될 수 있다. 혼합기가 램을 갖는 배치식 혼합기인 경우, 혼합기 챔버 내부의 압력은 램 실린더에 적용되는 압력을 제어함으로써 영향을 받을 수 있다.
옵션으로서, 적어도 2개의 혼합 단계 또는 스테이지로, 다중-스테이지 혼합 공정을 사용하여 습윤-혼합된 복합재를 제조할 수 있다. 이들 2개 (또는 그 초과)의 혼합 단계는 제1 혼합 단계 또는 스테이지 및 적어도 제2 혼합 단계 또는 스테이지를 갖는 다단계 또는 다중-스테이지 혼합으로 간주될 수 있다. 다중-스테이지 혼합 공정 중 하나 이상은 배치식, 연속식, 반연속식 및 그의 조합일 수 있다.
다중-스테이지 공정에 대해, 복합재를 제조하는 방법은 적어도 a) 1종 이상의 고체 엘라스토머 및 b) 적어도 1종의 충전제 또는 적어도 1종의 충전제의 일부가 본원에 기재된 바와 같은 습윤 충전제인 1종 이상의 충전제 (예를 들어, 습윤 충전제는 충전제, 및 습윤 충전제의 총 중량을 기준으로 적어도 15 중량%의 양으로 존재하는 액체를 포함함)를 본원에 기재된 임의의 방법에 의해 제1 혼합기에 충전 또는 도입하는 단계를 포함한다. 고체 엘라스토머와 습윤 충전제의 조합은 이 혼합 단계(들) 동안 혼합물 또는 복합재를 형성하며, 이는 제1 혼합 단계 또는 스테이지로서 간주될 수 있다. 방법은 이러한 제1 혼합 단계에서, 혼합 동안 발생하는 증발 또는 증발 공정에 의해 액체의 적어도 일부가 제거될 정도로 혼합물을 혼합하는 것을 추가로 포함한다. 이러한 제1 혼합 단계 (하나 이상의 혼합 단계 중) 또는 스테이지는, 제1 혼합의 완료 후, 제1 혼합 단계 후에 혼합기로부터 배출된 혼합물 (예를 들어, 배출된 혼합물)이 10 wt% 이하의 액체 함량을 가질 필요는 없다는 이해 하에, 복합재를 형성하는 앞서 기재된 방법 중 하나 이상을 사용하여 수행된다. 다시 말해서, 다중-스테이지 공정(들)에서, 제1 혼합기로부터의 제1 혼합 (또는 제1 혼합 단계)의 완료로부터 생성된 혼합물은 10 중량% 초과의 액체 함량을 가질 수 있지만, 제1 혼합 단계의 시작에서의 합한 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제의 액체 함량에 비해 감소된 (중량%) 액체 함량, 예를 들어 임의의 후속 혼합 단계의 시작에서의 액체 함량보다 적은 양으로 감소된, 예를 들어 적어도 50 중량% 감소된 액체 함량을 갖는다.
이어서 방법은 동일한 혼합기 (즉, 제1 혼합기)를 사용하고/거나 제1 혼합기와 상이한 제2 혼합기(들)를 사용하는 적어도 제2 혼합 단계 또는 스테이지에서 혼합물을 혼합 또는 추가로 혼합하는 것을 포함한다.
제1 혼합 후에, 다중-스테이지 혼합을 위해 수행되는 추가의 혼합 단계(들)는 본원에 기재된 바와 같은 제1 혼합 단계에서 이용되는 혼합 절차 또는 파라미터 또는 단계 중 임의의 하나 이상을 이용할 수 있다. 따라서, 추가의 혼합 단계 또는 스테이지의 수행에서, 제1 혼합기에 대한 것과 동일하거나 상이한 혼합기 설계 및/또는 동일하거나 상이한 작동 파라미터가 추가의 혼합 스테이지에서 사용될 수 있다. 제1 혼합 단계에 대해 앞서 기재된 혼합기 및 그의 옵션 및/또는 혼합 단계에 대해 앞서 기재된 작동 파라미터는 추가의 또는 제2 혼합 단계 (예를 들어, 시간의 적어도 50% 동안의 적어도 0.5 m/s의 팁 속도, 또는 시간의 적어도 50% 동안의 적어도 0.6 m/s의 팁 속도, 및/또는 적어도 50℃, 적어도 60℃, 또는 적어도 65℃의 Tz를 포함하는, 본원에 기재된 바와 같은 혼합 단계)에서 임의로 사용될 수 있다. 따라서, 하기 파라미터 중 하나 이상이 혼합 단계 중 적어도 하나, 혼합 단계 중 적어도 둘, 또는 혼합 단계 모두에서 이용될 수 있는, 다중-스테이지 혼합으로 복합재를 제조하는 방법:
적어도 하나의 온도-제어 수단이 상기 혼합 동안 65℃ 이상의 온도, Tz로 설정됨; 및/또는
상기 혼합 동안, 1개 이상의 로터가, 혼합 시간의 적어도 50% 동안, 0.5 m/s 이상의 팁 속도로 작동하고, 결과적 총 비에너지가 적어도 1500 kJ/kg 복합재이도록 혼합을 수행함; 및/또는
임의로 상기 충전 (a) 또는 상기 혼합 (b) 동안 분해방지제 및 커플링제로부터 선택된 적어도 1종의 첨가제를 첨가하고, 임의로 혼합기가 120℃ 이상의 온도에 도달한 후에 1종 이상의 고무 화학물질을 첨가함; 및/또는
혼합기가 지시된 온도에 도달하기 전에 상기 충전 (a) 및 상기 혼합 (b)를 1종 이상의 고무 화학물질의 실질적인 부재 하에 수행함; 및/또는
혼합기가 충전율을 가지며, 건조 중량 기준으로 적어도 고체 엘라스토머 및 습윤 충전제의 충전율이 72% 이하임.
제2 혼합기에서의 혼합 동안, 램 압력이 완화될 수 있고, 이는 예를 들어 하기 조건 중 하나 이상 하에 일어날 수 있다:
(i) 램이 안착될 수 있지만, 본질적으로 램에 압력이 가해지지 않는다 (예를 들어 5 psi 이하의 압력).
(ii) 램이 그의 최고 수준의 적어도 75%로 상승된다. 일부 혼합기는 램이 특정 높이에 위치되도록 한다. 완전히 안착된 위치에 있는 램은, 물질이 혼합기에 충전될 때의 램의 전형적인 위치인, 램이 최고 수준으로 상승되거나 완전히 열린 위치와 대조적으로, 그의 최고 수준의 0%이다. 그의 최고 수준의 적어도 75%의 높이에 위치한 램은, 예를 들어 최고 수준의 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95% 또는 그의 최고 수준 (100%)으로 완전히 상승된 램은, 램과 혼합기에 충전된 엘라스토머 사이의 접촉을 최소화한다.
(iii) 혼합 챔버에 압력이 가해지지 않는 경우, 특정 램이 부유 추, 예를 들어 부유 모드로서 작동할 수 있다. 램이 엘라스토머와 접촉할 수 있지만, 가해지는 압력은 최소이다.
(iv) 램이 혼합물과 실질적으로 접촉하지 않도록 램이 위치된다. 내용물이 낮은 충전율, 예를 들어 약 25% 정도로 낮은 충전율을 갖는 경우, 램 높이를 그의 최고 수준의 적어도 75%로 위치시키는 것이 필요하지 않을 수 있다. 램은 그가 혼합물과 실질적으로 접촉하지 않도록 하는 높이, 예를 들어 램 표면의 10% 이하 (면적 기준)가 혼합물과 접촉하는 높이, 예를 들어 램의 표면의 5% 이하가 혼합물과 접촉하는 높이, 또는 램 표면의 0%가 혼합물과 접촉하지 않는 높이에 위치할 수 있다.
(v) 램이 구비되지 않은 혼합기를 선택한다.
(vi) 혼합물의 충전율이, 건조 중량 기준으로, 25% 내지 70%, 예를 들어, 25% 내지 60%, 25% 내지 55%, 25% 내지 50%, 25% 내지 45%, 25% 내지 40%, 30% 내지 70%, 30% 내지 60%, 30% 내지 55%, 30% 내지 50%, 30% 내지 45%, 30% 내지 40%, 35% 내지 70%, 35% 내지 60%, 35% 내지 55%, 35% 내지 50%, 35% 내지 45%, 또는 35% 내지 40%의 범위이다. 충전율을 제어함으로써, 램 동작 또는 위치를 조작할 필요가 없을 수도 있다.
옵션으로서, 복합재가 제2 혼합기로부터 배출된 후에, 복합재를, 예를 들어 제1 또는 제2 혼합기, 또는 제3 혼합기에서 혼합함으로써 추가의 소련에 적용할 수 있다.
타이어, 트레드 및 컴파운드
트레드 및 타이어는 다양한 방법에 의해 컴파운딩, 구축, 형상화, 성형 및 경화될 수 있으며, 이는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 용이하게 명백할 것이다.
본 발명의 타이어 트레드는 하나 이상의 중첩된 엘라스토머성 층, 예컨대 도로 표면에 접촉하는 외측 층 또는 캡과, 타이어 카커스 또는 벨트 사이의 내측 층 또는 하층으로 압출된 1종 이상의 고무 컴파운드를 포함할 수 있다. 캡 또는 내측 층 내부에 중첩된 하나 이상의 추가의 층 또는 구역화된 층이 사용될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 타이어 트레드는 다중-구역 엘라스토머 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 타이어 트레드를 가로지르는 축방향 구역은 적도방향 평면에서의 1종의 고무 컴파운드 및 측방향 외측 평면에서의 1종 이상의 상이한 고무 컴파운드(들)로 제조될 수 있다. 유사한 구역화된 구조가 하나 이상의 트레드 내측 층에 사용될 수 있다. 공극 (홈 또는 사이프)의 부피는 다중-구역 구조에 걸쳐 다양할 수 있으며, 이러한 구역에서 상이한 고무 컴파운드를 선택하거나 또는 선택하지 않는다. 엘라스토머 층의 두께는 다양할 수 있다. 본 발명의 복합재는 트레드의 외측 층 및 다중-구역 트레드의 적도방향 평면 구역을 위한 고무 컴파운드에 사용되어, 타이어의 작동 동안 과도한 열 축적을 발생시키지 않으면서 최대 응력의 영역에서 내마모성 및 고무 성능을 개선시킬 수 있다.
추가로, 본 발명의 타이어 및 타이어 트레드는, 특히 트럭 및 대형 차량에서 기계적 응력이 높은 경향이 있는 내측 트레드 및 카커스 구조의 숄더 영역에서 복합재로 제조된 고무 컴파운드를 포함할 수 있다. 이러한 고무 컴파운드의 구역 또는 비드는, 예를 들어 트레드의 내측 층의 보다 낮은 기계적 응력 부분에서 매우 낮은 탄젠트 델타, 우수한 낮은 열 축적 고무 컴파운드와 함께 다중-구역 내측 층 설계에 사용될 수 있다. 이러한 숄더 영역에서의 본 발명의 사용은 또한 리트레딩(re-treading)을 용이하게 하여, 트럭 및 다른 대형 차량 타이어에 대한 유용한 타이어 수명을 연장시킨다.
본 발명에 따른 트레드 및 타이어의 고무 컴파운드는, 본 발명의 복합재 이외에, 예를 들어 가공 오일 및 수지를 비롯한 가소제, 안료, 산화방지제, 오존방지 왁스, 황 및/또는 퍼옥시드 및/또는 비스말레이미드를 기재로 하는 가교 시스템, 일산화아연 및 스테아르산을 포함하는 가교 활성화제, 증량제 오일, 실리카를 피복하기 위한 1종 이상의 작용제, 예컨대 알콕시실란, 폴리올 또는 아민을 포함할 수 있다.
고무 조성물 (예를 들어, 본 발명의 복합재로부터 제조된 것들)은 고무 컴파운딩 분야에 일반적으로 공지된 방법에 의해, 예컨대 황-가황성 구성성분 고무를 다양한 통상적으로 사용되는 고무 첨가제, 예를 들어 경화 보조제, 예컨대 황, 활성화제, 지연제 및 촉진제, 가공 첨가제, 예컨대 고무 가공 오일, 수지, 예컨대 점착부여 수지, 실리카, 및 가소제, 충전제, 안료, 지방산, 산화아연, 왁스, 산화방지제 및 오존분해방지제, 해교 작용제 및 강화 물질, 예컨대 강화 입자, 섬유, 과립 및 소판, 예를 들어 카본 블랙 및 실리카 및 그의 조합과 혼합하는 것에 의해 컴파운딩될 것임이 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해된다. 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 황 가황성 및 황 가황된 물질 (고무)의 의도된 용도에 따라, 상기 언급된 첨가제가 선택되고, 통상적으로 유효량으로 사용되고, 혼합 공정의 최적화된 스테이지에서 컴파운드에 혼입된다.
고무 컴파운드는 파라핀계, 방향족 또는 나프텐계 오일을 사용하여, 0 내지 50 phr의 증량제 오일의 양으로 증량될 수 있다. 본 발명의 복합재에 의해 가능하게 되는 옵션으로서, 증량제 오일 및 수지는 고무 컴파운드 및 타이어 트레드에서 보다 우수한 기계적 특성 및 내마모성을 얻기 위해 적은 양, 예컨대 고무 컴파운드의 5 phr 이하, 또는 2 phr 이하로 사용될 수 있고, 매우 낮은 수준의 오일 또는 수지를 갖는 컴파운드의 가공성을 개선시킨다.
컴파운드에 사용되는 경우, 지방산, 예를 들어 스테아르산은 약 0.5 내지 약 3 phr의 양으로 첨가될 수 있다. 산화아연의 전형적인 양은 약 1 내지 약 5 phr일 수 있다. 왁스의 전형적인 양은 약 1 내지 약 5 phr일 수 있다. 미세결정질 왁스가 사용될 수 있다. 해교제의 전형적인 양은 약 0.1 내지 약 1 phr일 수 있다. 전형적인 해교제는, 예를 들어 펜타클로로티오페놀 및 디벤즈아미도디페닐 디술피드일 수 있다.
가황은 황 가황제의 존재 하에 수행된다. 적합한 황 가황제의 예는 원소 황 (유리 황) 또는 황 공여 가황제, 예를 들어 아민 디술피드, 중합체 폴리술피드 또는 황 올레핀 부가물을 포함한다. 바람직하게는, 황 가황제는 원소 황이다. 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 황 가황제는 약 0.5 내지 약 4 phr, 또는 심지어, 일부 상황에서, 약 8 phr 이하의 범위의 양으로 사용되며, 약 1.5 내지 약 2.5 phr, 때때로 약 2 내지 약 2.5 phr의 범위가 바람직하다.
촉진제는 가황에 요구되는 시간 및/또는 온도를 제어하고 가황물의 특성을 개선하는 데 사용된다. 한 실시양태에서, 단일 촉진제 시스템, 즉 1차 촉진제가 사용될 수 있다. 1차 촉진제(들)는 약 0.5 내지 약 4 phr, 바람직하게는 약 0.8 내지 약 2.5 phr 범위의 총량으로 사용될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 1차 및 2차 촉진제의 조합이 사용될 수 있으며, 2차 촉진제는 가황물을 활성화시키고 그의 특성을 개선시키기 위해 보다 적은 양 (약 0.05 내지 약 3 phr)으로 사용된다. 이들 촉진제의 조합은 최종 특성에 대한 상승작용적 효과를 생성할 것으로 예상될 수 있고, 어느 하나의 촉진제를 단독으로 사용하여 생성된 것보다 다소 더 우수할 수 있다. 또한, 보통의 가공 온도에 의해서는 영향을 받지 않지만 보통의 가황 온도에서 만족스러운 경화를 달성하는 지효성(delayed action) 촉진제가 사용될 수 있다. 가황 지연제가 또한 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 촉진제의 적합한 유형은 아민, 디술피드, 구아니딘, 티오우레아, 티아졸, 티우람, 술펜아미드, 디티오카르바메이트 및 잔테이트이다. 바람직하게는, 1차 촉진제는 술펜아미드이다. 2차 촉진제가 사용된다면, 2차 촉진제는 바람직하게는 구아니딘, 디티오카르바메이트 또는 티우람 컴파운드이다.
실제로, 트레드 고무 조성물은, 예를 들어, 내부 고무 혼합기에서의 적어도 하나의 비-생산적 혼합 단계로, 종종 순차적 시리즈의 적어도 하나의, 통상적으로 두 개의 개별적 예비 내부 고무 혼합 단계 또는 스테이지로 제조될 수 있으며, 여기서 복합재가 먼저 임의의 추가의 충전제 또는 엘라스토머 또는 다른 첨가제 ("소량물질")와 혼합되고, 이어서 내부 고무 혼합기, 또는 임의로 개방 밀 혼합기에서의 최종 혼합 단계 ("생산적" 혼합 단계)가 이어지고, 여기서 경화제 (황 및 황 가황 촉진제)가 보다 낮은 온도에서 및 실질적으로 보다 짧은 기간의 시간 동안 블렌딩된다.
전형적으로 각각의 내부 고무 혼합 단계 후에, 고무 혼합물 (조성물)을 고무 혼합기로부터 제거하고, 40℃ 미만의 온도, 예를 들어 약 20℃ 내지 약 40℃ 범위의 온도로 냉각시키고, 이어서 다음 순차적 혼합 단계 또는 스테이지를 위해 내부 고무 혼합기에 다시 첨가한다. 비-생산적 혼합 스테이지에 이은 생산적 혼합 스테이지에서의 이러한 온도 선택 및 취급 기술은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 널리 공지되어 있다.
최종 고무 조성물의 혼합은 이러한 순차적 혼합 공정에 의해 달성될 수 있다. 성분은 적어도 2개의 스테이지에서, 즉, 적어도 하나의 "비-생산적" 또는 제조 스테이지에 이어서 생산적 혼합 단계에서 혼합될 수 있다. 최종 경화제는 전형적으로 생산적 또는 최종 혼합 스테이지에서 혼합되며, 여기서 혼합은 전형적으로 선행 비-생산적 혼합 단계(들)의 혼합 온도(들)보다 낮은 온도 (최대 또는 극한 온도)에서 일어난다.
타이어 트레드 또는 다른 구성요소의 형성은, 통상적인 수단에 의해, 예컨대 예를 들어 고무 조성물의 압출 또는 캘린더링 또는 성형에 의해 수행되어, 형상화된 미가황 고무 물품 또는 구성요소, 예컨대 타이어 트레드 층, 또는 조립을 위해 준비된 완전한 트레드를 제공하는 것으로 고려된다. 이러한 성형 및 제조 작업은 통상의 기술자에게 널리 공지되어 있다.
제조된 물품으로서의 타이어는 적합한 금형에서 승온 (예를 들어, 140℃ 내지 170℃) 및 승압에서 그의 구성요소의 조립체를 형상화 및 경화시킴으로써 제조되는 것으로 이해된다.
일반적으로, 본원에 기재된 임의의 타이어 트레드에 대해, 타이어 트레드 중 하나를 포함하는 타이어가 본 발명의 또 다른 측면이다.
타이어 및 타이어 트레드는, 트럭, 트랙터, 트레일러 또는 버스와 같은, 중하중을 지탱하고 지속적인 속도로 운전하는 차량과 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는 차량에 장착될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 타이어는, 트럭, 트랙터, 트레일러 또는 버스와 같은, 중하중을 지탱하고 지속적인 속도로 운전하는 차량에 장착되도록 의도된, 엘라스토머 물질 (즉, 고무 컴파운드)의 추가의 층 또는 구역을 갖는 방사상 카커스 보강재 및 트레드를 갖는 공압 타이어일 수 있다.
대안적으로, 타이어 및 타이어 트레드는 소형 트럭, 승용차, 고성능 차량, 오토바이, 오프로드 차량, 중장비 차량, 항공기, 및 트랙에 고무 트레드가 탑재된 트랙이 장착된 차량을 포함한 기타 차량 등의 차량에 장착될 수 있다.
본 발명의 타이어 및 충전제, 엘라스토머, 및/또는 다른 파라미터의 구체적 예는 하기를 포함한다.
타이어는 오프로드 또는 중장비 차량 타이어일 수 있고, 트레드는 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌을 포함하는 60-100 phr 엘라스토머, 및 적어도 130 m2/g의 BET 및 115 ml/g 이하의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함한다.
타이어는 오프로드 또는 중장비 차량 타이어일 수 있고, 트레드는 적어도 1종의 스티렌 부타디엔 공중합체, 또는 부타디엔 중합체, 또는 그의 조합을 추가로 포함한다.
타이어는 오프로드 또는 중장비 차량 타이어일 수 있고, 트레드는 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌을 포함하는 60-100 phr 엘라스토머, 및 적어도 130 m2/g의 BET 및 115 ml/g 이하의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 5-10 phr의 적어도 1종의 실리카를 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함한다. 예를 들어, 타이어는 오프로드 또는 중장비 차량 타이어일 수 있고, 트레드는 150 m2/g 초과의 BET, 100 ml/g 미만의 OAN, 및 90 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙을 추가로 포함한다.
타이어는 고성능 차량 또는 오토바이 타이어일 수 있고, 트레드는 용액 스티렌 부타디엔 공중합체 및 부타디엔 중합체 및 그의 조합으로부터 선택된 적어도 1종의 중합체를 포함하는 100 phr 엘라스토머, 및 150 내지 220 m2/g의 STSA를 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 150 내지 200 m2/g의 BET를 갖는 적어도 1종의 실리카를 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함한다.
타이어는 트럭 또는 버스 타이어일 수 있고, 트레드는 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 및 적어도 115 m2/g의 STSA 및 110 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 1-25 phr의 적어도 1종의 실리카 충전제를 포함하는 적어도 30 phr 충전제를 포함한다.
타이어는 트럭 또는 버스 타이어일 수 있고, 트레드는 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 및 115 m2/g 이상의 STSA 및 110 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 1-25 phr의 적어도 1종의 실리카 충전제를 포함하는 45-60 phr 충전제를 포함한다.
타이어는 트럭 또는 버스 타이어일 수 있고, 트레드는 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 및 150 m2/g 초과의 BET, 100 ml/g 미만의 OAN, 및 90 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 1-25 phr의 적어도 1종의 실리카 충전제를 포함하는 적어도 30 phr 충전제를 포함한다.
타이어는 트럭 또는 버스 타이어일 수 있고, 트레드의 숄더 구성요소는 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 및 적어도 120 m2/g의 BET 및 110 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 1-20 phr의 적어도 1종의 실리카 충전제를 포함하는 적어도 40 phr 충전제 포함한다.
타이어는 트럭 또는 버스 타이어일 수 있고, 트레드의 숄더 구성요소는 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 및 150 m2/g 초과의 BET, 100 ml/g 미만의 OAN, 및 90 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 1-25 phr의 적어도 1종의 실리카 충전제를 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함한다.
타이어는 트레드의 하층이 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 폴리부타디엔 엘라스토머, 또는 그의 조합, 및 100 m2/g 미만의 BET 및 110 g/kg 미만의 I2 수를 갖는 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함할 수 있다.
타이어는 표면 개질된 카본 블랙, 산화된 카본 블랙, 다상 응집체 카본 블랙 (예를 들어, 에코블랙(ECOBLACK)TM 물질) 및 적어도 2000 ppm의 표면 수소 함량을 갖는 카본 블랙으로부터 선택된 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하는 적어도 20 phr 충전제를 포함하는 타이어 트레드를 갖는 타이어일 수 있다.
옵션으로서, 습윤-혼합된 복합재는 타이어 트레드 이외의 타이어의 다양한 부분, 예를 들어 베이스, 언더트레드, 이너라이너, 타이어 측벽, 타이어 측벽 삽입물, 타이어용 와이어-스킴, 및 리트레드 타이어용 쿠션 검, 공압 타이어 뿐만 아니라 비-공압 또는 중실 타이어에서 사용되거나, 또는 사용되기 위해 (예를 들어, 혼입될 가황물을 형성하기 위해) 제조될 수 있다.
일부 실시양태에서, 본원에 기재된 복합재 및 배합물은 미국 특허 번호 3,157,218; 6,247,512; 8,936,056; 9,713,943; 10,308,073; 6,540,858; 9,649,883; 8,302,643; 9,713,942; 8,720,508; 8,939,183; 9,387,728; 9,783,004; 10,245,891; 10,336,140; 7,028,734; 7,735,533; 8,695,662; 8,936,056; 10,399,386; 10,543,718; 미국 공개 특허 출원 번호 2019/0351716 및 2020/0070577; 및 WO 2018/122496A1; WO 2014/102136A1; WO 2019/092361A1; 및 WO 2019/122618A1 (모두 그 전문이 본원에 참조로 포함됨)에 기재된 것과 같은 다양한 타이어 설계에 사용되거나, 또는 사용되기 위해 (예를 들어, 혼입될 가황물을 형성하기 위해) 제조된다.
본 발명과 관련하여, 임의의 '옵션' 또는 '임의적 특징'은 다른 임의적 특징과 조합가능하다. 본원의 개시내용이 특정하게 예시된 실시양태를 언급하더라도, 이들 실시양태는 예로서 나타낸 것이지 제한으로서 나타낸 것은 아님을 이해하여야 한다. 상기 상세한 설명는 비록 예시적인 실시예를 논의하지만, 상기 상세한 설명의 의도는 추가의 개시내용에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 취지 및 범주 내에 속할 수 있는 실시예의 모든 변형, 대안 및 등가물을 포괄하는 것으로 해석되어야 한다.
본 개시내용에서 인용된 모든 참고문헌의 전체 내용은 본 개시내용과 모순되지 않는 정도로 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 문장 및/또는 단락에 기재된 바와 같이 위에서 및/또는 하기 청구범위에서 기재된 다양한 특색 또는 실시양태의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 특징의 임의의 조합은 본 발명의 일부로 여겨지며, 조합가능한 특징에 대해 어떠한 제한도 의도되지 않는다.
본 발명의 다른 실시양태는 본 명세서 및 본원에 개시된 본 발명의 실시의 고려를 통해 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 간주되며, 본 발명의 진정한 범주 및 취지는 하기 청구범위 및 그의 등가물에 의해 나타내어지는 것으로 의도된다.
실시예
실시예는 습윤-혼합된 복합재 (마스터배치), 마스터배치로부터 제조된 컴파운드, 및 본 발명의 상응하는 가황 타이어 트레드 (샘플 E1, E3), 및 비교 물질 (샘플 C1 및 C2)의 제조를 기재한다.
실시예 1-3
샘플 E1 습윤 혼합된 복합재의 제조
본 발명의 타이어 트레드를 위한 고무 컴파운드를 제조하는 데 사용되는 습윤-혼합된 복합재 (샘플 E1)의 경우, N234 카본 블랙 펠릿 (캐보트 코포레이션(Cabot Corporation)으로부터 입수한 불칸(Vulcan)® 7H 카본 블랙)을 제트 밀링하고, 건조한 밀링된 카본 블랙을 핀 펠릿화기에서 역삼투 (RO) 처리된 물로 재펠릿화 및 습윤시킴으로써 습윤 카본 블랙을 수득하였다. 습윤 카본 블랙의 물 함량은 습윤 카본 블랙의 54-60 중량% 범위였다.
습윤 카본 블랙 및 고체 천연 고무를 사용한 습윤-혼합된 복합재의 혼합을 51 phr의 목표 충전제 로딩에서 2-스테이지 혼합 공정으로 수행하였다. 복합재를 형성하기 위한 제1 스테이지 혼합을 4WN 로터가 장착된 코벨코(Kobelco) BB-72 탄젠셜 혼합기에서 66.2 L의 순 용량으로 표 1A의 혼합 프로토콜에 따라 수행하였다. 생성된 혼합물을 추가의 가공을 위해 고정 나이프 (코벨코 코베 스틸 그룹(Kobelco Kobe Steel Group))가 장착된 TSR-125 이축 스크류 덤프 압출기로 옮기고, 제2 스테이지의 혼합을 위해 제2 혼합기로 배출시켰다. 제2 스테이지의 혼합은 6WI 로터가 장착된 코벨코 BB-16 탄젠셜 혼합기 (14.4 L 용량)에서 표 1B의 혼합 프로토콜에 따라 수행하였으며, 여기서 소련 및 물의 증발을 완료하여 복합재를 수득하였고, 자동 제어 유닛을 사용하여, 혼합기 rpm을 변화시킴으로써 혼합물의 온도를 (135℃의 설정점에서) 유지하였다. 생성된 혼합물을 복합재 시트로의 전환을 위해 롤러 다이 (코벨코 코베 스틸 그룹)가 장착된 이축 스크류 덤프 압출기로 옮겼다. 표준 등급 RSS3 천연 고무 (폰 분디트 캄파니(Von Bundit Co.), 태국)를 사용하고, 분해방지제 (2phr 6PPD)를 제1 스테이지의 혼합 동안 첨가하였다.
표 1A
습윤 혼합된 복합재 - E1 샘플 제1 스테이지 공정
Figure pct00001
표 1B
습윤 혼합된 복합재 - E1 샘플 제2 스테이지 공정
Figure pct00002
샘플 C2 건조 혼합 복합재의 제조
비교 건조 혼합 복합재 및 컴파운드의 혼합 및 컴파운딩을 하기 표 2 및 4-5에 기재된 바와 같이 수행하였다. 사용된 고무는 달리 나타내지 않는 한 표준 등급 RSS3 천연 고무 (폰 분디트 캄파니, 태국)였다.
샘플 C1 고체 엘라스토머 마스터배치의 제조
C1 비교 고체 엘라스토머 마스터배치 샘플을 하기 언급된 것을 제외하고는 미국 특허 번호 8,586,651, 실시예 2의 액체 마스터배치 공정에 따라 제조하였다.
엘라스토머 라텍스 (희석 및 탈-슬러징된 MVL 필드 라텍스)는 28 중량%의 건조 고무 함량을 가졌고, 충전제 슬러리는 13-14 중량%의 카본 블랙 (캐보트 코포레이션, 매사추세츠주 보스톤으로부터 입수된 불칸® 7H 카본 블랙 (N234 등급))을 함유하였다. 유량을 조정하여 목적하는 제조 속도에서 50 phr의 목표 최종 카본 블랙 로딩을 얻었다. 생성된 복합재의 평균 카본 블랙 로딩 수준은 50.8 phr이었다. 탈수된 복합재를 소련하고, 2 phr 산화방지제 (6PPD)와 혼합하고, 연속 컴파운더 (2개의 #15 로터가 구비된 패럴 유니믹스 연속식 혼합기 (FCM); 190-320 rpm으로 작동됨, 패럴 코포레이션, 코네티컷주 안소니아)에서 건조시키고, 추가로 소련하고, 냉각시키고, 개방 밀에서 건조시켰다.
생성된 고체 엘라스토머 마스터배치 복합재를 표 3의 배합 및 표 2 및 4에 요약된 방법에 따라 컴파운딩하였다.
컴파운드 제조
모든 컴파운드 혼합 공정을 하기 표 2 및 4-5에 기재된 바와 같이 수행하였다. 320 리터 치합형 혼합기 (하르부르크 푸덴베르거(Harburg Feudenberger) GK 320) 및 55 리터 치합형 혼합기 (인터스월(Interswirl) 로터를 갖는 카터(Carter) 55 L 치합형)를 복합재 및 컴파운드 배치를 혼합하는 데 사용하였다. 비교 실시예 C1 및 C2의 제1 스테이지 혼합을 320 L 혼합기를 사용하여 달성하였고, 하류 혼합 작업은 55 L 혼합기를 사용하여 수행하였다. 본 발명의 샘플 E1에 대한 모든 혼합 단계는 55 L 혼합기를 사용하여 수행하였다. 최종 컴파운드에서 6565 내지 80 MU (100℃에서 ML(1+4)) 범위의 목적하는 무니 점도 값을 달성하도록 혼합 스테이지를 선택하였다.
컴파운드 (C1, E1 및 C2 샘플)의 제1 스테이지 혼합을 표 2에 제시된 바와 같이 수행하였다.
표 2
제1 스테이지 컴파운드 혼합
Figure pct00003
경화 전에 배출된 복합재 중의 물 함량을 수분 저울을 사용하여 측정하였다 (모델: HE53, 제조업체: 오하이오주 메틀러 톨레도 NA). 복합재를 작은 조각 (크기: 길이, 폭, 높이 < 5 mm)으로 슬라이싱하고, 수분 저울 내부에 위치된 일회용 알루미늄 디스크/플레이트 상에 2 내지 2.5 g의 물질을 위치시켰다. 중량 손실을 125℃에서 30분 동안 기록하였다. 30분의 종료 시, 복합재에 대한 수분 함량을 하기와 같이 기록하였다:
Figure pct00004
.
복합재 중의 카본 블랙 로딩을 열중량 분석 (모델 Q500 유닛, 제조업체: TA 인스트루먼츠, 독일)에 의해 결정하였다. 약 15-20 mg의 고무 샘플을 사용하였다. 샘플을 먼저 질소 분위기 하에 30℃/분으로 실온에서 125℃까지 가열하고, 30분 동안 등온으로 가열하여 수분을 제거한 다음, 30℃/분으로 550℃까지 가열하고, 5분 동안 등온으로 가열하여 고무 함량을 결정하였다. 그 후, 분위기를 공기로 전환시키고, 이어서 샘플을 30℃/분으로 800℃까지 가열하고, 15분 동안 등온으로 가열하여 카본 블랙 (CB) 함량 및 다른 잔류물을 결정하였다. 이어서 고무 및 CB 함량 데이터에 기초하여 CB 로딩을 계산하였다.
하기 시험을 사용하여 각각의 가황 타이어 트레드에 대한 고무 특성을 얻었다:
- 100% 신율에서의 인장 응력 (M100) 및 300% 신율에서의 인장 응력 (M300)을 ASTM D412에 의해 23℃(RT), 50% 상대 습도에서 평가하였다. 탄젠트 델타는 동적 기계적 분석 온도 스위프에 의해, 10Hz에서의 0.5% 변형 하의 장력 모드로 0.5 N의 사전-장력에서 측정하였다. 결과는 60℃의 온도에서 보고된다.
트레드 컴파운딩 절차
최종 컴파운드를 표 3의 배합에 따라 제조하였다. 이들 배합물을 표 2 및 4에 제시된 바와 같이 혼합하였다.
C2 건조 혼합 복합재를 컴파운드 및 가황 타이어 트레드로 전환시키기 위해, 표 5에 기재된 바와 같이 적어도 하나의 추가의 혼합 스테이지를 수행하였다.
모든 배합물에 사용된 성분은 카본 블랙 충전제 (캐보트 코포레이션으로부터 입수된 불칸® 7H (N234) 카본 블랙), 산화방지제 6PPD [N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민] 및 TMQ, 표준 고무 등급의 산화아연, 스테아르산 및 황, 및 TBBS 촉진제 (모두 아크로켐(Akrochem, 오하이오주 아크론)으로부터 입수됨)를 포함하였다. 고체 건조 RSS3 천연 고무는 < 1 wt%의 수분 함량을 가졌다.
표 3
타이어 트레드를 위한 컴파운드 배합물
Figure pct00005
표 4
스테이지 2 컴파운드 혼합
Figure pct00006
표 5
스테이지 3-4 혼합: C2 건조 혼합
Figure pct00007
트레드 컴파운드 C1, E1 & C2로 제조된 타이어
본 발명의 트레드 컴파운드 및 비교 컴파운드로 제조되는 타이어의 제조를 공지된 방법에 의해 수행하였다.
오르비트리드(ORBITREAD)® 리트레딩 장치 (맥네일 앤드 엔알엠, 인크.(McNeil & NRM, Inc.), 오하이오주 아크론) 및 공정을 사용하여 타이어를 구축하였다 (타이어 크기: 195/55R15). 하기 단계를 포함하는 관련 기술분야에 공지된 표준 기술에 의해 타이어를 제조하고 경화시켰다: (1) 새로운 상업용 타이어를 버핑하여 트레드 컴파운드를 제거하는 단계; (2) 고무 컴파운드를 압출하여 버핑된 타이어에 적용하는 단계; (3) 적용된 스트립을 갖는 타이어를 경화 곡선, 타이어 온도 프로파일의 열전쌍 측정, 및 타이어 경화 거동의 모델링에 기초하여, 150℃에서 미리 결정된 경화 조건 (경화 시간)을 사용하여 경화시키는 단계.
표 6은 실험 C1, E1 및 C2 경화된 타이어 트레드의 시험된 특성을, 트럭과 같은 대형 차량을 위해 설계된 일련의 32개의 비교 상업용 타이어 트레드 (천연 고무 및 카본 블랙을 각각 유일한 고무 및 강화 충전제로서 함유함)에 대해 측정된 동일 특성과 함께 제시한다.
표 6
타이어 트레드 특성
Figure pct00008
표 6의 데이터는 본 발명에 따른 천연 고무 및 습윤 카본 블랙을 함유하는 타이어 트레드 컴파운드가, 액체 마스터배치 복잡성 및 제약을 제거함으로써 달성되는 상당한 습윤-혼합된 복합재 가공 이점을 가지면서, 통상적인 건조 혼합 공정에 의해 제조된 비교 실시예 C2보다 (a) 더 높은 인장 응력 비 (M300/M100), 및 (b) 더 낮은 tan δ 값; 및 액체 마스터배치 공정에 의해 제조된 비교 실시예 C1의 것과 (a) 동등한 파단 신율 및 (b) 근접한 M300/M100 값을 갖는다는 것을 입증한다.
표 6의 데이터는 추가로 본 발명의 타이어 트레드가, 대등한 강화 등급의 카본 블랙 충전제를 갖는 유사한 충전제 로딩 수준의 천연 고무/카본 블랙 배합물로부터 제조된 광범위 상업용 트럭 타이어 트레드 컴파운드에 비해 (a) 보다 높은 파단 신율, 및 2개의 경우를 제외한 모든 경우에 보다 높은 인장 응력 비 (M300/M100); 및 (b) 보다 낮거나 대등한 tan δ 값의 조합을 가짐을 입증한다.
실시예 4
트레드 컴파운드 중의 충전제 분산
대등한 고무 배합물을 포함하는 상업용 트럭 타이어 트레드의 샘플과 함께, 실시예 1-3의 컴파운드로 제조된 타이어 트레드 중의 카본 블랙 충전제 분산의 품질을 하기 방법에 의해 측정하였다. 가황 컴파운드에 대한 마크로분산은 트레드 샘플에서, 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율인 V에 의해 나타내어진다.
마크로분산 시험 방법:
마크로분산 특징은 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정하였다. 고무 샘플의 냉동-마이크로톰(Cryo-microtome) 슬라이스 (1 μm 두께)를 PTPC 파워톰(PowerTome) 울트라마이크로톰 기기 (RMC 뵈켈러(Boeckeler)) 상에서 다이아몬드 나이프를 사용하여 절단하였다. 0.55 mm2의 영상 영역에 대한 0.65 μm/픽셀 해상도의 투과 광학 영상화를 위해 슬라이스를 유리 슬라이드 상에 놓았다. 동일한 샘플의 상이한 슬라이스로부터 각각의 영상을 찍어 각각의 샘플에 대해 적어도 10개의 광학 영상을 획득하였다. 먼저 가우시안 블러(Gaussian blur)를 기초로 하는 유사 평면 보정으로 영상의 고르지 않은 배경을 보정함으로써 영상을 프로세싱하였다. 에지 보존 양측 필터를 사용하여 영상 노이즈를 줄이고, 필요 시 영상 콘트라스트 증강을 적용한다. 영상에서 어두운 대상체 및 밝은 대상체는 각각 비분산된 입자 및 공극을 나타내는 반면, 회색 영상 배경은 카본 블랙이 잘 분산된 고무의 영역을 나타냈다. 비분산된 입자 및 공극을 각각 나타내는 2개의 이원 영상을 생성하는 적합한 전역 또는 국부 임계화 방법을 사용하여 영상을 세그먼트화하여 대상체를 영상으로부터 분리하였다. 세그먼트화된 영상과 원래 영상 간의 시각적 비교에 의해 공극 및 비분산된 입자의 경계가 잘 규정되도록 영상 필터링 및 세그먼트화를 최적화하였다. 이어서 비분산된 입자의 크기 분포를 그의 각각의 이원 영상으로부터 분석하였다. 비분산된 입자의 크기는 이원 영상에서 상응하는 대상체의 면적 등가 직경을 사용하여 결정하였고, 여기서 면적 등가 직경은 하기와 같다: 면적 등가 직경 = (4 * 어두운 대상체의 면적/π)1/2. 본원에 사용된 용어 "입자"는 카본 블랙 응집체 입자를 나타내고, 카본 블랙의 개별 1차 입자가 아니다. 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율 (값 "V")이 표 7에 제시된다.
표 7
타이어 트레드 컴파운드 충전제 분산 특징
Figure pct00009
마크로분산 특징을 보면, 비교 액체 마스터배치 샘플인 샘플 C1은, 본 발명의 샘플 E1에 비해, 적은 수의 비분산된 큰 입자에 의해 나타난 바와 같이, 보다 우수한 마크로분산을 갖는다. 본 발명의 타이어 트레드는 C1 액체 마스터배치 샘플보다는 더 많은 비분산된 큰 충전제 입자를 가졌지만, 모든 상업용 트레드 비교 샘플보다 더 우수한 분산 및 더 적은 비분산된 큰 충전제 입자를 가졌다. 타이어 트레드에 대해 우수한 카본 블랙 마크로분산 및 수반되는 우수한 고무 물질 특성을 제공하는 것으로 공지된 방법에 의해 제조된 샘플 C1에 비해 약간 덜 유익한 마크로분산 특징을 나타냄에도 불구하고, 본 발명의 샘플 E1은 표 6에 제시된 데이터에 의해 나타난 바와 같이, 예기치 않게 샘플 C1의 것과 대등한 고무 특성을 나타냈다.
대등한 상업용 타이어 트레드의 특성에 비해 우수한 본 발명의 샘플 E1의 마크로분산 특징과 일치하게, 샘플 E1의 고무 물질 특성은 비교 상업용 트레드 컴파운드의 특성에 비해 우수하다.
실시예 5
엘라스토머 및 충전제의 블렌드를 갖는 트레드 컴파운드
습윤 혼합된 복합재 제조
본 실시예에서, 2종의 엘라스토머 (RSS1 천연 고무, RCMA 그룹, 싱가포르로부터 입수함, 및 부나® CB 22 부타디엔 고무, 란세스, 독일로부터 입수함, 80/20 phr의 NR/BR 비) 및 2종의 충전제 (프로펠®X25 카본 블랙, 캐보트 코포레이션으로부터 입수함, 및 제오실® Z1165 MP 침강 실리카, 솔베이 유에스에이 인크. (뉴저지주 크랜버리)로부터 입수함)의 블렌드를 사용하여 샘플 E3, 습윤-혼합된 복합재를 제조하였다. 2종의 습윤-혼합된 복합재 (파트 A 및 파트 B)를 제조하여 E3 샘플 컴파운드를 제조하였다. 총 습윤 카본 블랙의 55-58 중량%의 물 함량을 갖는 미건조 카본 블랙 펠릿을 천연 고무와 혼합하여 표 8A에 제시된 파트 A 배합물을 제조하였다. 표 8A에 제시된 파트 B 배합물을 제조하기 위해, Z1165 MP 실리카 (5-7% 수분)를 5 갤런 용기에 넣고, 물 (역삼투 처리됨)을, 물 및 실리카가 균질화되어 습윤 페이스트를 형성할 때까지 이카 실험실 혼합기(Ika Laboratory Mixer)에 탑재된 와너 페인트 교반기(Warner Paint Stirrer)를 사용하여 다양한 속도로 혼합하면서 천천히 첨가하였다. 습윤 실리카의 용기를 24시간 동안 밀봉한 후, 파트 B 습윤-혼합된 복합재의 제조 동안 실란 (Si69) 커플러를 포함한, 파트 B의 다른 성분에 첨가하였다.
표 8A
파트 A 및 파트 B용 습윤-혼합된 복합재 배합물
Figure pct00010
a. 충전제 함량은 건조 중량 기준이다.
BR-1600 밴버리(Banbury)® 실험실 혼합기 ("BR1600" 혼합기; 패럴 코포레이션(Farrel Corporation), 코네티컷주 안소니아)를 사용하여 습윤-혼합된 복합재 파트 A 및 B를 제조하였다. BR1600 혼합기를 1.6L의 용량을 제공하는, 2개의 2-날개 탄젠셜 로터 (2WL)로 작동시켰다. 2종의 습윤-혼합된 복합재를 제조하는 데 사용된 방법이 표 8B에 제시된다.
표 8B
습윤-혼합된 복합재를 제조하는 방법
Figure pct00011
컴파운드 제조
E3 샘플 컴파운드에 사용된 배합물이 표 9에 제시된다. 사용된 성분은 산화방지제 6PPD [N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민](또한 파트 A 및 파트 B에서 사용됨) 및 TMQ, 표준 고무 등급의 산화아연, 스테아르산, 왁스 비드, 황 및 TBBS 촉진제 (모두 아크로켐(Akrochem), 오하이오주 아크론으로부터 입수됨)를 포함한다. 고체 건조 천연 고무는 < 1 중량%의 수분 함량을 가졌다.
E3 샘플 컴파운드를 혼합하기 위해 치합형 혼합기 (인터스월 로터(Interswirl Rotors)를 갖는 카터 55L 치합형 혼합기, 영국 맨체스터 카터)를 사용하였다. 컴파운딩 공정을 표 10에 기재된 바와 같이 수행하였다.
E3 샘플 컴파운드를 함유하는 트레드를 갖는 타이어를 실시예 1-3에 기재된 바와 같이 제조하였다.
표 9
타이어 트레드용 컴파운드 배합물
Figure pct00012
표 10
샘플 E3 컴파운드의 스테이지 1-3 혼합
Figure pct00013
표 11
타이어 트레드 특성 - E3 샘플
Figure pct00014
본 발명의 E3 샘플 트레드에 대한 표 7의 마크로분산 데이터로부터 관찰할 수 있는 바와 같이, 엘라스토머 및 카본 블랙 충전제 뿐만 아니라 실리카의 블렌드를 포함하는 본 발명의 타이어 트레드는, 대등한 상업용 타이어 트레드에 비해, 고품질 충전제 분산을 나타내며, 이는 고유한 제품 특성을 입증한다. 표 11에 제시된 데이터는 엘라스토머의 블렌드, 및 카본 블랙 및 실리카 충전제의 블렌드를 포함하는 이러한 타이어 트레드의 고무 특성이 광범위한 13개의 대등한 상업용 트럭 타이어 트레드의 특성보다 우수함을 제시한다.
본 출원인은 구체적으로 본 개시내용에 인용된 모든 참고문헌의 전체 내용을 포함시킨다. 추가로, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위, 또는 바람직한 상한 값 및 바람직한 하한 값의 목록으로서 주어지는 경우에, 이는 범위가 개별적으로 개시되었는지 여부에 관계없이, 임의의 범위 상한 또는 바람직한 값 및 임의의 범위 하한 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 수치 값의 범위가 본원에 언급되는 경우에, 달리 언급되지 않는 한, 범위는 그의 종점, 및 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 범주는 범위를 정의할 때 언급된 특정 값으로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명의 다른 실시양태는 본 명세서 및 본원에 개시된 본 발명의 실시의 고려를 통해 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 간주되며, 본 발명의 진정한 범주 및 취지는 하기 청구범위 및 그의 등가물에 의해 나타내어지는 것으로 의도된다.

Claims (61)

  1. 적어도 1종의 엘라스토머 및 40-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하는 타이어 트레드이며, 상기 충전제는 적어도 40 phr의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하고, 상기 타이어 트레드는
    a. 탄성률 비 > 5.60;
    b. 퍼센트 파단 신율 > 470, 및
    c. 60℃에서의 탄젠트 델타 ≥ 0.10 및 < 0.25
    를 갖는 것인
    타이어 트레드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄성률 비, 상기 퍼센트 파단 신율, 및 상기 탄젠트 델타 값이 50 phr의 상기 카본 블랙으로 시험되는 상기 타이어 트레드에 기초한 것인 타이어 트레드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄성률 비가 5.60 내지 6.30인 타이어 트레드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탄성률 비가 5.70 내지 6.30인 타이어 트레드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 퍼센트 파단 신율이 475 내지 550인 타이어 트레드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 퍼센트 파단 신율이 480 내지 525인 타이어 트레드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 퍼센트 파단 신율이 480 내지 500인 타이어 트레드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 탄젠트 델타가 0.10 내지 0.22인 타이어 트레드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 탄젠트 델타가 0.12 내지 0.20인 타이어 트레드.
  10. 제1항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무, 관능화 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 관능화 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔 고무, 관능화 폴리부타디엔 고무 및 그의 블렌드로부터 선택된 엘라스토머의 블렌드를 포함하는 것인 타이어 트레드.
  11. 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하는 타이어 트레드이며, 상기 충전제는 40 phr 이하의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하고, 상기 트레드는
    a) 탄성률 비 ≥ 5.43;
    b) 퍼센트 파단 신율 > 400, 및
    c) 60℃에서의 탄젠트 델타 > 0.09 및 < 0.15
    를 갖는 것인
    타이어 트레드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 탄성률 비, 상기 퍼센트 파단 신율, 및 상기 탄젠트 델타 값이 40 phr의 상기 카본 블랙으로 시험되는 상기 타이어 트레드에 기초한 것인 타이어 트레드.
  13. 제11항에 있어서, 상기 탄성률 비가 5.43 내지 6.25인 타이어 트레드.
  14. 제11항에 있어서, 상기 탄성률 비가 5.43 내지 6.20인 타이어 트레드.
  15. 제11항에 있어서, 상기 퍼센트 파단 신율이 405 내지 550인 타이어 트레드.
  16. 제11항에 있어서, 상기 퍼센트 파단 신율이 425 내지 525인 타이어 트레드.
  17. 제11항에 있어서, 상기 퍼센트 파단 신율이 425 내지 500인 타이어 트레드.
  18. 제11항에 있어서, 상기 탄젠트 델타가 0.095 내지 0.14인 타이어 트레드.
  19. 제11항에 있어서, 상기 탄젠트 델타가 0.10 내지 0.12인 타이어 트레드.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율인 마크로분산 값 V가 식: 0.01 < V < 0.15를 따르는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드.
  21. 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하는 타이어 트레드이며, 상기 충전제는 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하고, 상기 트레드는 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율인 마크로분산 값 V가 식 0.01 < V < 0.15를 따르는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드.
  22. 제21항에 있어서, 상기 V가 50 phr의 상기 카본 블랙으로 시험되는 상기 타이어 트레드에 기초한 것인 타이어 트레드.
  23. 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하는 타이어 트레드이며, 상기 충전제는 40 phr 이하의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하고, 상기 트레드는 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율인 마크로분산 값 V가 0.01 초과인 것을 특징으로 하고, 상기 트레드는
    a) 탄성률 비 ≥ 5.43; 또는
    b) 퍼센트 파단 신율 > 400, 또는
    c) 60℃에서의 탄젠트 델타 < 0.25
    중 적어도 하나를 갖는 것인
    타이어 트레드.
  24. 제23항에 있어서, 상기 탄성률 비, 상기 퍼센트 파단 신율, 및 상기 탄젠트 델타 값이 40 phr의 상기 카본 블랙으로 시험되는 상기 타이어 트레드에 기초한 것인 타이어 트레드.
  25. 제23항에 있어서, 상기 탄성률 비가 5.43 내지 6.25인 타이어 트레드.
  26. 제23항에 있어서, 상기 탄성률 비가 5.43 내지 6.2인 타이어 트레드.
  27. 제23항에 있어서, 상기 퍼센트 파단 신율이 405 내지 550인 타이어 트레드.
  28. 제23항에 있어서, 상기 퍼센트 파단 신율이 425 내지 525인 타이어 트레드.
  29. 제23항에 있어서, 상기 퍼센트 파단 신율이 425 내지 500인 타이어 트레드.
  30. 제23항에 있어서, 상기 탄젠트 델타가 0.09 내지 0.22인 타이어 트레드.
  31. 제23항에 있어서, 상기 탄젠트 델타가 0.10 내지 0.20인 타이어 트레드.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 충전제가 탄소질 물질, 카본 블랙, 실리카, 나노셀룰로스, 리그닌, 점토, 나노점토, 금속 산화물, 금속 탄산염, 열분해 탄소, 그래핀, 그래핀 산화물, 환원된 그래핀 산화물, 탄소 나노튜브, 단일벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 또는 그의 조합, 및 그의 코팅 및 처리된 물질로부터 선택된 적어도 1종의 물질을 포함하는 것인 타이어 트레드.
  33. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 충전제가 카본 블랙, 실리카, 및 그의 코팅 및 처리된 물질로부터 선택된 적어도 1종의 물질을 포함하는 것인 타이어 트레드.
  34. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 충전제가 카본 블랙 및 실리카를 2.7:1 초과의 카본 블랙 대 실리카 중량비로 포함하는 것인 타이어 트레드.
  35. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무, 관능화 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 관능화 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔 고무, 관능화 폴리부타디엔 고무, 폴리이소프렌 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 이소부틸렌계 엘라스토머, 폴리클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 수소화 니트릴 고무, 폴리술피드 고무, 폴리아크릴레이트 엘라스토머, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머, 실리콘 엘라스토머 및 그의 블렌드로부터 선택되는 것인 타이어 트레드.
  36. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 엘라스토머가 스티렌-부타디엔 고무, 관능화 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔 고무, 폴리이소프렌 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 니트릴 고무, 수소화 니트릴 고무 또는 그의 블렌드인 타이어 트레드.
  37. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무 또는 관능화 천연 고무 또는 둘 다인 타이어 트레드.
  38. 제37항에 있어서, 충전제가 카본 블랙, 실리카, 및 그의 코팅 및 처리된 물질로부터 선택되는 것인 타이어 트레드.
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 분해방지제, 가공 보조제 및 활성화제, 산화아연, 지방산, 지방산의 아연 염, 왁스, 촉진제, 수지 및 가공 오일로부터 선택된 1종 이상의 고무 화학물질을 추가로 포함하는 타이어 트레드.
  40. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 카본 블랙이 > 140 m2/g의 STSA를 갖는 것인 타이어 트레드.
  41. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 카본 블랙이 > 150 m2/g의 STSA를 갖는 것인 타이어 트레드.
  42. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 카본 블랙이 120 m2/g 내지 180 m2/g의 STSA를 갖는 것인 타이어 트레드.
  43. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 카본 블랙이 150 m2/g 내지 160 m2/g의 STSA를 갖는 것인 타이어 트레드.
  44. 적어도 1종의 엘라스토머 및 20-80 phr의 적어도 1종의 충전제를 포함하는 타이어 트레드이며, 상기 충전제는 적어도 40 phr의 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하고, 상기 타이어 트레드는
    a) 탄성률 비 > 5.60;
    b) 퍼센트 파단 신율 > 480, 및 임의로
    c) 60℃에서의 탄젠트 델타 < 0.25
    를 가지며,
    상기 트레드는 투과 모드의 광학 현미경검사에 의해 결정된 10 μm 초과의 비분산된 카본 블랙 입자의 면적 백분율인 마크로분산 값 V가 0.01 초과인 것을 특징으로 하는
    타이어 트레드.
  45. 제44항에 있어서, 상기 V가 0.02 초과인 타이어 트레드.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서, 상기 탄젠트 델타를 가지며, 여기서 60℃에서의 상기 탄젠트 델타는 ≤ 0.20인 타이어 트레드.
  47. 제1항 내지 제46항 중 어느 한 항의 타이어 트레드를 포함하는 타이어.
  48. 제47항에 있어서, 트럭, 트랙터, 트레일러, 버스, 승용차, 고성능 차량, 오토바이, 오프로드 차량, 중장비 차량 및 항공기 타이어로부터 선택되는 타이어.
  49. 제47항에 있어서, 타이어가 오프로드 또는 중장비 차량 타이어이고, 트레드가 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌을 포함하는 60-100 phr 엘라스토머, 및 적어도 130 m2/g의 BET 및 115 ml/g 이하의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함하는 것인 타이어.
  50. 제49항에 있어서, 타이어가 오프로드 또는 중장비 차량 타이어이고, 트레드가 적어도 1종의 스티렌 부타디엔 공중합체, 또는 부타디엔 중합체, 또는 그의 조합을 추가로 포함하는 것인 타이어.
  51. 제47항에 있어서, 타이어가 오프로드 또는 중장비 차량 타이어이고, 트레드가 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌을 포함하는 60-100 phr 엘라스토머, 및 적어도 130 m2/g의 BET 및 115 ml/g 이하의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 5-10 phr의 적어도 1종의 실리카를 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함하는 것인 타이어.
  52. 제49항에 있어서, 타이어가 오프로드 또는 중장비 차량 타이어이고, 트레드가 150 m2/g 초과의 BET, 100 ml/g 미만의 OAN, 및 90 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙을 추가로 포함하는 것인 타이어.
  53. 제47항에 있어서, 타이어가 고성능 차량 또는 오토바이 타이어이고, 트레드가 용액 스티렌 부타디엔 공중합체 및 부타디엔 중합체 및 그의 조합으로부터 선택된 적어도 1종의 중합체를 포함하는 100 phr 엘라스토머, 및 150 내지 220 m2/g의 STSA를 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 150 내지 200 m2/g의 BET를 갖는 적어도 1종의 실리카를 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함하는 것인 타이어.
  54. 제47항에 있어서, 타이어가 트럭 또는 버스 타이어이고, 트레드가 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 및 적어도 115 m2/g의 STSA 및 110 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 1-25 phr의 적어도 1종의 실리카 충전제를 포함하는 적어도 30 phr 충전제를 포함하는 것인 타이어.
  55. 제54항에 있어서, 타이어가 트럭 또는 버스 타이어이고, 트레드가 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 및 적어도 115 m2/g의 STSA 및 110 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 1-25 phr의 적어도 1종의 실리카 충전제를 포함하는 45-60 phr 충전제를 포함하는 것인 타이어.
  56. 제54항에 있어서, 타이어가 트럭 또는 버스 타이어이고, 트레드가 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 및 150 m2/g 초과의 BET, 100 ml/g 미만의 OAN, 및 90 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 1-25 phr의 적어도 1종의 실리카 충전제를 포함하는 적어도 30 phr 충전제를 포함하는 것인 타이어.
  57. 제47항에 있어서, 타이어가 트럭 또는 버스 타이어이고, 트레드의 숄더 구성요소가 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 및 적어도 120 m2/g의 BET 및 110 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 1-20 phr의 적어도 1종의 실리카 충전제를 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함하는 것인 타이어.
  58. 제57항에 있어서, 타이어가 트럭 또는 버스 타이어이고, 트레드의 숄더 구성요소가 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 및 150 m2/g 초과의 BET, 100 ml/g 미만의 OAN, 및 90 ml/g 미만의 COAN을 갖는 적어도 1종의 카본 블랙 및 1-25 phr의 적어도 1종의 실리카 충전제를 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함하는 것인 타이어.
  59. 제47항에 있어서, 트레드의 하층이 60-100 phr의 적어도 1종의 천연 또는 합성 폴리이소프렌 엘라스토머, 폴리부타디엔 엘라스토머, 또는 그의 조합, 및 100 m2/g 미만의 BET 및 110 g/kg 미만의 I2 수를 갖는 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하는 적어도 40 phr 충전제를 포함하는 것인 타이어.
  60. 제47항에 있어서, 트레드가, 표면 개질된 카본 블랙, 산화된 카본 블랙, 다상 응집체 카본 블랙 및 적어도 2000 ppm의 표면 수소 함량을 갖는 카본 블랙으로부터 선택된 적어도 1종의 카본 블랙을 포함하는 적어도 20 phr 충전제를 포함하는 것인 타이어.
  61. 트랙이 장착되고 트랙 상에 탑재된 고무 트레드를 포함하는 차량이며, 상기 트레드는 제1항 내지 제46항 중 어느 한 항의 타이어 트레드를 포함하는 것인 차량.
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