KR100738672B1 - Tire tread rubber composition improved durability - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 70∼90중량부 및 스티렌 함량이 30％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 10∼30중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 보강충진제의 분산제로 지방산 금속염 5∼15중량부 포함하여 내마모성을 향상시킨 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a tire tread rubber composition having improved abrasion resistance, and more particularly, to 70 to 90 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 23.5% and a styrene content of 30% in a conventional tire tread rubber composition. The present invention relates to a tire tread rubber composition having improved abrasion resistance by containing 5 to 15 parts by weight of fatty acid metal salt as a dispersant of a reinforcing filler based on 100 parts by weight of a raw material rubber composed of 10 to 30 parts by weight of butadiene rubber (SBR).
타이어의 요구특성에는 조정안정성, 승차감, 연비성능, 스노우성능, 제동성능, 내마모성 등 여러 가지가 있다.The required characteristics of the tire are various, such as adjustment stability, ride comfort, fuel efficiency, snow performance, braking performance, and wear resistance.
타이어 트레드는 타이어중에서 지면과 접촉하는 유일한 부위로서 카카스(carcass)를 보호하고 지면과의 마찰계수확보로 유효한 제동력 및 조정성 발휘에 기여한다. 이중에서 특히 중요한 요구 특성은 웨트 트랙션, 내마모성, 회전저항이다. 흔히 매직 트라이앵글(magic triangle)에 속하는 위의 3가지 성능은 트레드 오 프(tread off) 관계로 동시에 모든 성능을 만족하는 컴파운드를 개발하는 것은 상당히 어려운 일이다. The tire tread is the only part of the tire that comes into contact with the ground, which protects the carcass and contributes to effective braking force and maneuverability by securing a friction coefficient with the ground. Among these, particularly important requirements are wet traction, wear resistance and rolling resistance. The above three performances, which often belong to the magic triangle, are tread-off, making it difficult to develop a compound that satisfies all performances at the same time.
상기에서 타이어에 필요한 특성중에서 내마모성을 향상시키기 위해 다량의 보강충진제를 사용하는 방법, 원료고무에 Nd-BR을 사용하는 방법, 또는 원료고무에 서로 상이한 특성을 지닌 고무를 혼용해서 사용하는 방법 등이 있다.Among the properties required for tires, a method of using a large amount of reinforcing fillers to improve abrasion resistance, a method of using Nd-BR for raw material rubber, or a method of using a mixture of rubbers having different characteristics in raw material rubber, etc. have.
상기의 내마모성을 향상시키기 위한 방법 중에서 가장 널리 사용하는 방법은 다량의 보강충진제를 사용하는 방법이다.The most widely used method of improving the wear resistance is a method using a large amount of reinforcing fillers.
상기의 내마모성을 향상시키기 위해 사용하는 보강충진제로 카본블랙, 실리카, 나노클레이, 탄산마그네슘 등 여러 가지가 있으나 대부분의 타이어용 고무조성물에서의 보강충진제는 카본블랙과 실리카를 주로 사용하고 있다.As the reinforcing filler used to improve the wear resistance, carbon black, silica, nanoclay, magnesium carbonate and the like are various, but most of the reinforcing filler in rubber compositions for tires mainly use carbon black and silica.
한편 타이어 트레드 고무조성물의 내마모성을 향상시키기 위한 선행기술로 대한민국 특허출원 2004-0001792에서는 원료고무로 SBR과 Nd-BR을 혼용 사용함으로써 연비의 효율성을 증가시킬 수 있다고 하였으나, 일반적으로 부타디엔 고무(BR)는 가공성과 컷앤칩(cut & chip) 성능이 안좋은 문제가 있다.On the other hand, as a prior art for improving the wear resistance of tire tread rubber composition, Korean patent application 2004-0001792 says that the efficiency of fuel efficiency can be increased by using SBR and Nd-BR as a raw material rubber, but in general, butadiene rubber (BR) There is a problem with poor machinability and cut and chip performance.
또한 대한민국 특허출원 1996-0022739에는 보강성이 우수한 카본블랙을 사용하여 마모성능을 향상시키고자 하였으나 이 경우에는 발열특성이 나빠지는 문제가 있다.In addition, the Republic of Korea Patent Application 1996-0022739 uses carbon black with excellent reinforcement to improve the wear performance, but in this case there is a problem that the heat generation characteristics worsen.
한편 본 발명은 원료고무로서 서로 상이한 스티렌 함량을 지닌 것을 원료고무로 포함하도록 하고, 보강충진제의 분산성을 향상시키기 위한 분산제로 지방산 금속염을 적용하고 있어 상기에서 언급한 선행기술과는 그 기술적 구성을 달리한 다. On the other hand, the present invention is to include as a raw material rubber having a different styrene content as a raw material rubber, and to apply a fatty acid metal salt as a dispersant to improve the dispersibility of the reinforcing filler, the technical configuration of the prior art mentioned above Different.
본 발명은 스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 70∼90중량부 및 스티렌 함량이 30％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 10∼30중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 보강충진제의 분산제로 지방산 금속염 5∼15중량부 포함하여 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.The present invention relates to a dispersant of a reinforcing filler based on 100 parts by weight of raw material rubber consisting of 70 to 90 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 23.5% and 10 to 30 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 30%. It is an object of the present invention to provide a tire tread rubber composition having improved wear resistance, including 5 to 15 parts by weight of a fatty acid metal salt.
한편 본 발명은 상기에서 언급한 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 함유하는 타이어를 포함한다.On the other hand, the present invention includes a tire containing a rubber made of the above-mentioned tire tread rubber composition as a tread.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 70∼90중량부 및 스티렌 함량이 30％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 10∼30중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 보강충진제의 분산제로 지방산 금속염 5∼15중량부 포함한다.The tire tread rubber composition of the present invention for achieving the above-mentioned object is 70 to 90 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 23.5% in a conventional tire tread rubber composition and a styrene content of 30% Butadiene rubber (SBR) It contains 5 to 15 parts by weight of fatty acid metal salt as a dispersant for the reinforcing filler with respect to 100 parts by weight of the raw material rubber consisting of 10 to 30 parts by weight.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무는 스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 스티렌 함량이 30％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR)로 이루어진 혼합고무를 사용할 수 있다.The raw rubber of the tire tread rubber composition of the present invention may be a mixed rubber made of styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 23.5% and styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 30%.
본 발명에서 다양한 종류의 고무성분을 원료고무로 적용한바 스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 스티렌 함량이 30％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR)로 이루어진 혼합고무로 이루어진 것을 원료고무로 적용시 본 발명의 목적에 부합하는 타이어 트레드 고무조성물을 얻을 수 있음을 알게 되어 상기와 같은 조성의 원료고무를 사용하는 것이 좋다.In the present invention, various kinds of rubber components are applied as raw material rubbers, and styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 23.5% and styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 30% are applied as raw material rubber. When the tire tread rubber composition according to the object of the present invention can be obtained can be obtained, it is preferable to use the raw material rubber of the above composition.
또한 상기의 2종류 스티렌 부타디엔 고무를 다양한 조성비에 의해 원료고무로 적용한바, 원료고무 100중량부를 사용하는 경우 스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 70∼90중량부, 스티렌 함량이 30％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 10∼30중량부를 적용하는 것이 본 발명의 목적에 부합하는 고무조성물을 얻을 수 있어 본 발명에서 원료고무는 전술한 수치의 조성으로 이루어진 것을 사용하는 것이 좋다.In addition, the above two kinds of styrene butadiene rubbers were applied as raw material rubbers in various composition ratios. When using 100 parts by weight of raw material rubbers, 70 to 90 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 23.5%, and a styrene content of 30% Applying 10 to 30 parts by weight of phosphorus styrene butadiene rubber (SBR) can obtain a rubber composition in accordance with the object of the present invention, the raw material rubber in the present invention is preferably used that consists of the above-described composition.
본 발명에서 지방산 금속염은 고무조성물에 함유되어 있는 보강충진제를 고무조성물 내에서 고루 분산시키는 분산제의 역할을 함으로써 상기의 원료고무 조성 이외에 본 발명의 트레드 고무조성물의 내마모성을 향상시킬 수 있다.Fatty acid metal salt in the present invention can improve the wear resistance of the tread rubber composition of the present invention in addition to the raw material rubber composition by acting as a dispersant to evenly disperse the reinforcing filler contained in the rubber composition in the rubber composition.
상기에서 지방산 금속염은 지방산에 금속염을 부가하여 얻은 것을 사용할 수 있다. 이때 지방산은 초산, 프로피온산, 낙산, 길초산, 카프로산, 에난트산, 카프릴산, 페라르곤산, 카프린산, 운데실산, 라우린산, 트리데실산, 미리스틴산, 펜타데실산, 파르치민산, 헵타데실산, 스테아린산, 노나데칸산, 아라킨산, 아크릴산, 크로톤산, 운데시렌산, 올레인산, 세트레인산, 에르카산, 브러쉬 진산, 소르빈산, 리놀산, 리노렌산, 아라키존산 중에서 선택된 어느 1종 이상을 사용할 수 있고, 금속염은 아연, 칼륨중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속염을 포함하는 것을 사용할 수 있다.The fatty acid metal salt in the above can be used by adding a metal salt to the fatty acid. At this time, the fatty acids are acetic acid, propionic acid, butyric acid, gilacetic acid, caproic acid, enanthate, caprylic acid, perargonic acid, caprinic acid, undecylic acid, lauric acid, tridecylic acid, myristic acid, pentadecylic acid, parchamine Any one selected from acid, heptadecyl acid, stearic acid, nonadecanoic acid, arachinic acid, acrylic acid, crotonic acid, undecylenic acid, oleic acid, setleinic acid, ercaic acid, brushzine acid, sorbic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid Species or more may be used, and the metal salt may be one containing one or more metal salts selected from zinc and potassium.
상기에서 지방산 금속염의 일예로 아연염이 초산에 부가되면 아연 아세테이트(zinc acetate)가 되고, 칼륨염이 초산에 부가되면 칼륨 아세테이트가 된다.As an example of the fatty acid metal salt in the above, when zinc salt is added to acetic acid, it becomes zinc acetate, and when potassium salt is added to acetic acid, it becomes potassium acetate.
본 발명에서 지방산 금속염을 스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 70∼90중량부 및 스티렌 함량이 30％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 10∼30중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 5중량부 미만 사용하면 고무조성물의 내마모성이 감소할 우려가 있으며, 15중량부 초과하면 지방산 금속염의 함량 증가에 따른 뚜렷한 내마모성 향상이 없다. 따라서 본 발명에서 지방산 금속염은 상기의 원료고무 100중량부에 대하여 5∼15중량부 사용하는 것이 좋다.In the present invention, the fatty acid metal salt is based on 100 parts by weight of the raw material rubber consisting of 70 to 90 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 23.5% and 10 to 30 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR) having a styrene content of 30% by weight. If the amount is less than 5 parts by weight, there is a fear that the wear resistance of the rubber composition may be reduced. Therefore, the fatty acid metal salt in the present invention is preferably used 5 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw material rubber.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 지방산 금속염 이외에 종래 타이어 언더트레드 고무조성물에 사용되는 보강충전제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 언더트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.According to the present invention, various additives such as reinforcing fillers, activators, anti-aging agents, process oils, vulcanizing agents, and vulcanization accelerators, which are used in conventional tire undertread rubber compositions, in addition to the above-mentioned raw rubbers and fatty acid metal salts are appropriately selected as necessary. Can be used in the content of. However, these are general components used in the tire under tread rubber composition of the related art and are not essential components of the present invention.
한편 본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 함유하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.On the other hand, the present invention includes a tire containing the rubber made of the tire tread rubber composition as a tread. In this case, the tire includes any one selected from tires for automobiles, tires for trucks, and tires for buses.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described by the following comparative examples, examples and test examples. However, these are not limited to the scope of the present invention by these as an embodiment of the present invention.
<비교예1>Comparative Example 1
하기의 표 1과 같이 스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR 1712) 80중량부와 스티렌 함량이 45％인 스티렌 부타디엔 고무(EO-1Z) 20중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 실리카(Z-175), 커플링제(Bis-(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfane, TESPT) 7중량부, 카본블랙(N330) 40중량부, 노화방지제(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, TMQD) 2중량부, 노화방지제(N-phenyl-N'-(1,3-dimethylbutyl)-P-phenylenediamine, 6PPD) 2중량부, 왁스(SUNNOC) 2중량부, 산화아연 3중량부를 밴버리 믹서에서 배합하고 140℃에서 20분 동안 혼련하고 방출하여 고무배합물을 얻었다. As shown in Table 1, based on 100 parts by weight of the raw material rubber consisting of 80 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR 1712) having a styrene content of 23.5% and 20 parts by weight of styrene butadiene rubber (EO-1Z) having a styrene content of 45%, Z-175), coupling agent (Bis- (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfane, TESPT) 7 parts by weight, carbon black (N330) 40 parts by weight, anti-aging agent (2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, TMQD ) 2 parts by weight, 2 parts by weight of anti-aging agent (N-phenyl-N '-(1,3-dimethylbutyl) -P-phenylenediamine, 6PPD), 2 parts by weight of wax (SUNNOC), 3 parts by weight of zinc oxide in a Banbury mixer And kneaded and released for 20 minutes at 140 ℃ to obtain a rubber compound.
그런 다음 상기의 고무배합물에 가류제로 유황 2중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) 1중량를 첨가하고 160℃에서 20분간 가류하여 고무시편을 제조하였다.Then, 2 parts by weight of sulfur, a vulcanization accelerator (N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) was added to the rubber compound as a vulcanizing agent, and vulcanized at 160 ° C. for 20 minutes to prepare a rubber specimen.
<비교예2>Comparative Example 2
스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR 1712) 80중량부와 스티렌 함량이 35.5％인 스티렌 부타디엔 고무(Tufdene-3335) 20중량부로 이루어진 원료고무 100중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.Comparative Example 1 except that 80 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR 1712) having a styrene content of 23.5% and 20 parts by weight of styrene butadiene rubber (Tufdene-3335) having a styrene content of 35.5% were used. Rubber specimens were prepared in the same manner as described above.
<실시예><Example>
하기의 표 1과 같이 스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무(SBR 1712) 80중량부와 스티렌 함량이 30％인 스티렌 부타디엔 고무(ST-6360) 20중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 실리카(Z-175), 커플링제(TESPT) 7중량부, 카본블랙(N330) 40중량부, 노화방지제(TMQD) 2중량부, 노화방지제(6PPD) 2중량부, 왁스(SUNNOC) 2중량부, 산화아연 3중량부, 지방산 금속염으로 징크 아세테이트 10중량부를 밴버리 믹서에서 배합하고 140℃에서 20분 동안 혼련하고 방출하여 고무배합물을 얻었다. As shown in Table 1 below, based on 100 parts by weight of raw material rubber consisting of 80 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR 1712) having a styrene content of 23.5% and 20 parts by weight of styrene butadiene rubber (ST-6360) having a styrene content of 30%, Z-175), 7 parts by weight of coupling agent (TESPT), 40 parts by weight of carbon black (N330), 2 parts by weight of antioxidant (TMQD), 2 parts by weight of antioxidant (6PPD), 2 parts by weight of wax (SUNNOC), oxidation 3 parts by weight of zinc and 10 parts by weight of zinc acetate with fatty acid metal salts were combined in a Banbury mixer, kneaded and released at 140 ° C. for 20 minutes to obtain a rubber compound.
그런 다음 상기의 고무배합물에 가류제로 유황 2중량부, 가류촉진제(CZ) 1중량를 첨가하고 160℃에서 20분간 가류하여 고무시편을 제조하였다.Then, 2 parts by weight of sulfur and 1 part of vulcanization accelerator (CZ) were added to the rubber compound as a vulcanizing agent, and vulcanized at 160 ° C. for 20 minutes to prepare a rubber specimen.
표 1. 실시예 및 비교예 고무시편의 조성Table 1. Composition of Rubber Samples of Examples and Comparative Examples
<시험예><Test Example>
상기 비교예 및 실시예의 고무시편에 대하여 ASTM 관련 규정에 의하여 레오미터, 무니, 인장물성, 동적점탄성, 내마모성, 내발열성에 대한 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다. For the rubber specimens of the Comparative Examples and Examples, physical properties for rheometer, Mooney, tensile properties, dynamic viscoelasticity, abrasion resistance, and heat resistance were measured according to ASTM-related regulations, and the results are summarized in Table 2 below.
표 2. 실시예 및 비교예 고무시편의 물성Table 2. Properties of Rubber Samples of Examples and Comparative Examples
*tanδ(0℃)는 타이어의 성능 중 젖은 상태의 제동력(wet traction) 특성을 예측할 수 있는 값으로, Elastomerics(model 1332) 기기를 이용하여 측정함, 수치 가 높을수록 우수하다.* tanδ (0 ℃) is a value that can predict the wet traction characteristics of the tire during the performance of the tire, measured using Elastomerics (model 1332) device, the higher the value.
*tanδ(70℃)는 타이어의 성능 중 회전저항 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 낮을수록 우수하다.* tanδ (70 ℃) is a value that can predict the rolling resistance characteristics of the tire performance, the lower the value is excellent.
*마모시험(Pico Abrasion)은 비.에프.굿리치 어브레이젼 테스트(B.F goodrich Abrasion Test)를 이용하여 측정한 후 마모된 값을 나타낸 것으로 수치가 낮을수록 내마모특성이 우수함을 의미한다.* Pico Abrasion is a value measured by using the B.F goodrich Abrasion Test and shows the wear value. The lower the value, the better the wear resistance.
*내발열시험(H.B.U.)은 페리기계사의 히스테리시스 시험기(hystetsis testing machine)를 이용하여 일정한 스트로크를 고무시편에 부여하여 상승된 온도를 측정하는 방법으로 측정한 것으로 수치가 낮을수록 내발열성이 우수함을 의미한다.* The heat resistance test (HBU) is a method of measuring the elevated temperature by applying a certain stroke to rubber specimens using Perry Machinery's hysteresis testing machine. The lower the value, the better the heat resistance. do.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.
상기 시험예의 결과를 나타낸 표 2에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예 고무시편은 종래 고무시편을 나타낸 비교예 고무시편을 비교시 레오미터, 무니, 인장물성, 동적점탄성에서 동등 수준 이상의 물성을 지니고 있음을 알 수 있다.As can be seen from Table 2 showing the results of the test example, the rubber sample of the present invention has physical properties equivalent to or higher in rheometer, Mooney, tensile properties, and dynamic viscoelasticity when comparing the rubber sample of the conventional rubber sample. It can be seen.
한편 내마모성, 내발열성의 물성에 대해서는 본 발명의 실시예 고무시편이 비교예의 고무시편 보다 월등히 우수함을 알 수 있었다.On the other hand, it can be seen that the rubber specimens of the present invention are significantly superior to the rubber specimens of the comparative example in terms of wear resistance and heat resistance.
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