KR100578095B1

KR100578095B1 - 승용차용 트레드 고무조성물

Info

Publication number: KR100578095B1
Application number: KR1020030084684A
Authority: KR
Inventors: 박병호
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2006-05-10
Also published as: KR20050051003A

Abstract

본 발명은 승용차용 트레드 고무조성물에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 보강충진제로서 저가의 왕겨분말을 실리카 대신 카본블랙과 혼용사용함으로써 실리카 함유 트레드 고무조성물의 문제점을 현저히 개선시킨 왕겨분말을 함유하는 승용차용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 천연고무, 합성고무 또는 혼용고무를 원료고무로 하는 승용차용 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 보강충진제로서 카본블랙 10∼80중량부 및 왕겨분말 5∼30중량부, 실란 커플링제 0.5∼3.0중량부를 함유함을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물을 제공한다.

Description

승용차용 트레드 고무조성물{Tread Compound for Pneumatic Tire}

최근 자동차 산업에서는 자원절약이나 환경오염에 대한 규제가 강화됨에 따라 지구환경을 보호하기 위한 환경친화성 제품에 대한 요구도가 커지고 있는 추세이다.

이에 따라 타이어산업에서는 진동저항을 줄이면서 저연비 특성과 내마모 특성을 향상 시키는 것이 매우 중요한 과제중의 하나로 대두되고 있는데, 이에 대한 개선책으로 타이어용 트레드 고무조성물에 종래에 보강충진제로서 카본블랙 대신에 실리카를 사용함으로써 타이어의 회전저항을 감소시킬 수 있다는 것은 널리 알려진 사실이다.

최근 타이어용 고무재료로서 실리카, 디엔계 고무와 함께 친화성이 있는 알 킬 실리카기(일본공개특허 제평1-188501호)나 아미노기 치환체(일본공개특허 제평5-023286호)를 도입하여 실리카의 내마모 특성을 유지하면서 발열특성 및 연비가 개선된 타이어 트레드용 고무조성물이 개시되어 있다.

침전 실리카는 타이어산업에서 보강제로 사용하는 카본블랙을 대체하는 저연비용 보강성 충진제로서 최근 그 사용 추세가 증가하고 있으며, 실란 커플링제를 사용함으로써 카본블랙 대비 저연비 특성을 나타내는 고온 점탄성 특성인 60℃ 탄젠트 델타(tangent delta)의 특성치를 낮추는데 많이 이용되고 있다.

그러나, 실리카의 경우 표면의 극성성질 때문에 비 극성계인 고무와의 친화성 차이로 인해 발생하는 트레드 압출물의 치수안정성 문제 및 분산성 문제 등이 주요 문제점으로 발생하고 있으며, 최근 분산성이 우수한 실리카(high dispersible silica)의 경우 상대적으로 가격이 비싸다는 단점이 있다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 지속적인 연구를 수행하여 보강충진제로서 실리카 대신 저가의 왕겨분말을 카본블랙과 혼용하여 사용함으로써 실리카 사용시 발생하는 상기와 같은 문제점을 해결하고, 티이어의 제반특성을 개선할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 실리카 사용시 발생하는 분산문제 및 치수안정성문제를 해결하고 내마모 특성을 유지하면서 저연비 특성 및 제동력을 개선시킨 왕겨분말을 함유하는 승용차용 트레드 고무조성물을 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 천연고무, 합성고무 또는 혼용고무를 원료고무로 하는 승용차용 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 보강충진제로서 카본블랙 10∼80중량부 및 왕겨분말 5∼30중량부, 실란 커플링제 0.5∼3.0중량부를 함유함을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물을 제공한다.

본 발명에 사용되는 왕겨분말은 저가의 친환경성 재료로서 상기 왕겨분말의 조성은 셀룰로우스(cellulose) 35%, 헤미셀룰로우스(hemicellulose) 25%, 리그닌(lignin) 20%, 실리카(silica) 17% 및 소량의 중금속을 함유하고 있는데, 표면에 수산기(hydroxy group ; -OH)를 다량 포함하고 있다.

본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물은 왕겨분말을 실리카 대신 카본블랙과 혼용하여 사용하는데, 입자크기 0.01∼20㎛, 비표면적 1.45∼1.50㎡/㎎, 실비중 0.88∼0.91g/㎤인 왕겨분말을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 왕겨분말의 입자크기가 작을수록 고무조성물의 물성이 개선되나, 20㎛ 이상일 경우 인장강도가 급격히 하락하는 문제점이 있고, 원료고무 100중량부에 대하여 상기 왕겨분말을 30중량부 이상 과량 사용할 경우 내마모특성, 인장강도 등의 물성이 하락하는 문제점을 갖는다.

본 발명에 보강충진제로 왕겨분말과 함께 사용되는 카본블랙은 요오드 흡착가 60∼150mg/g, DBP 흡유가가 80∼150㎤/100g인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물은 왕겨분말의 보강성을 향상을 위하여 실란 커플링제로 비스-(트리에톡시실릴-프로필)-테트라설파이드{Bis-(triethoxysilyl-propyl)-tetrasulfide ; 이하 TESPT라 한다)를 사용하여 원료고무와 보강제간의 결합력을 향상시킬 수 있는데, 왕겨분말 대비 5∼10%, 좀더 바람직하게는 7∼9% 범위로 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 TESPT는 고무조성물 내에 왕겨분말 표면에 풍부하게 존재하는 수산기(-OH)와 커플링제로 반응하거나, 직접적으로 가교반응에 참여하기 때문에 물성개선이 가능하고 특히 왕겨의 경우 다공성 구조로서 미립자가 모여 구성된 응집체 형태의 집합체(aglomerate)가 아닌 다공성 구조의 단일입자로 구성되어 있기 때문에 실리카 대비 분산도가 매우 우수한 특징을 지니고 있다.

기타 본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물에 포함되는 기타 성분 예를 들면, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제 등은 공지의 승용차용 트레드 고무조성물의 첨가제들로서 이들 각각은 이미 알려진 첨가량의 범위에 따라 적의 선택하여 실시하는 것으로 충분하므로 이들에 관한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물은 왕겨분말 표면에 풍부하게 존재하는 수산기가 실란 커플링제와의 반응을 최대화하기 위하여 원료고무에 보강제인 왕겨분말과 실란 커플링제를 혼합하여 왕겨가 함유된 마스터배치(master batch)를 만든 후, 상기 왕겨분말이 함유된 마스터 배치에 카본블랙, 산화아연, 노화방지제, 활성제 등과 같은 기타 첨가제를 첨가하여 배합하고, 최종 혼합과정에서 가황제, 촉진제를 첨가하여 제조한다.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 비교예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그 러나 다음의 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니다.

<실시예 1>

하기 표 1에 개시된 배합비와 같이 원료고무로 스티렌 부타디엔 고무(SBR1500) 100중량부에 대하여 왕겨분말 5 중량부, 비스-(트리에톡시실릴-프로필)-테트라설파이드(TESPT) 0.8중량부를 혼합하여 왕겨가 함유된 마스터배치를 만든 다음, 상기 왕겨분말이 함유된 마스터 배치에 카본블랙(N335) 65중량부, 산화아연 3중량부, 노화방지제(RD/6C/Wax=2/2/2 중량부) 6중량부, DPG(Diphenyl guanidine) 0.5중량부를 첨가하여 배합하고, 최종 혼합과정에서 황 1.8중량부와 촉진제(CZ) 1.7중량부를 첨가하여 승용차용 트레드 고무조성물을 제조하였다.

<실시예 2>

왕겨분말 15중량부, 카본블랙 55중량부, TESPT 1.6중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무조성물을 제조하였다.

<실시예 3>

왕겨분말 30중량부, 카본블랙 40중량부, TESPT 2.4중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무조성물 을 제조하였다.

<실시예 4>

카본블랙 55중량부, 실리카(Z-175) 10중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무조성물을 제조하였다.

<비교예>

왕겨분말과 TESPT를 첨가하지 않고, 카본블랙 70중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무조성물을 제조하였다.

<표1> 실시예 및 비교예의 고무배합비(단위:중량부)

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예
SBR 1500	100	100	100	100	100
왕겨분말	5	15	30	15	-
실리카	-	-	-	10	-
카본블랙	65	55	40	40	70
TESPT	0.8	1.6	2.4	0.8	-
산화아연	3	3	3	3	3
스테아린산	1	1	1	1	1
노화방지제	6	6	6	6	6
DPG	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
황	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8
촉진제	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7

<시험예>

상기 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예에서 제조한 고무조성물을 160℃에서 15분 동안 가류시켜 인장시편을 제조한 다음, ASTM 규격에 준하여 스트레스-스트레인, 마모성능, 저연비 특성, 제동력, 치수안정성 등과 같은 가황특성 및 물성측정한 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.

마모성능 시험은 PICO 시험기기를 이용하여 내마모 정도를 평가한 것으로 80회 회전후 손실된 분량을 나타내며, 탄델타(60℃)는 타이어의 성능 중 저연비 특성을 예측할 수 있는 값으로서 Elastomerics(model 1332) 기기를 이용하여 측정하였다.

또한, 탄델타(0℃)는 타이어의 성능 중 제동력 특성을 예측할 수 있는 값으로 Elastomerics(model 1332) 기기를 이용하여 측정하였으며, 치수안정성은 압출 다이(die) 직경비 대비 압출물이 팽창(swelling)되는 비를 나타내는 것으로서 값이 클수록 치수안정성이 하락함을 의미한다.

<표 2> 가황특성 및 물성측정 결과

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예
카본분산도	84	84	83	75	85
무늬점도(125℃)	62	63	64	65	62
스코치타임(t5,분, 180℃)	11.3	11.1	11.1	10.7	11.5
인장강도(kgf/㎠)	254	261	260	257	256
300%모듈러스(kgf/㎠)	131	128	128	129	130
신장률(%)	531	525	532	519	520
탄델타 60℃	0.118	0.108	0.101	0.117	0.121
탄델타 0℃	0.372	0.370	0.369	0.364	0.301
마모(PICO)	0.226	0.229	0.233	0.227	0.213
치수안정성	124	126	129	132	121

상기 결과에서 보듯이, 실시예 1 내지 실시예 4에서 왕겨분말의 사용량이 증 가할수록 저연비 특성이 우수하면서 내마모 특성 및 인장강도의 하락이 거의 나타나지 아니하나, 왕겨분말을 과량(30중량부 이상) 사용시 내마모 특성과 기타 물성은 하락하는 경향을 보이고 있음을 알 수 있다.

본 발명에 의한 고무조성물은 보강충진제로서 실리카 대신 저가의 왕겨분말을 카본블랙과 혼용하여 사용함으로써 실리카 사용시 발생하는 분산문제 및 치수안정성 문제를 해결하고 내마모 특성을 유지하면서 저연비 특성 및 제동력을 향상시킨 환경친화적인 승용차용 트레드 고무조성물을 제공할 수 있다.

Claims

삭제
천연고무, 합성고무 또는 혼용고무를 원료고무로 하는 승용차용 트레드 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 보강충진제로서 카본블랙 10∼80중량부 및 셀룰로우스, 헤미셀룰로우스, 리그닌, 실리카 및 소량의 중금속을 함유하고 표면에 수산기를 다량 포함하고 있는 것으로서, 입자크기 0.01∼20㎛, 비표면적 1.45∼1.50㎡/㎎, 실비중 0.88∼0.91g/㎤인 왕겨분말 5∼30중량부, 실란 커플링제 0.5∼3.0중량부를 함유함을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물.
제2항에 있어서, 실란 커플링제는 비스-(트리에톡시실릴-프로필)-테트라설파이드 임을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물.
제2항에 있어서, 카본블랙은 요오드 흡착가 60∼150mg/g, DBP 흡유가가 80∼150㎤/100g 임을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물.