KR100746327B1 - 타이어 트레드용 고무조성물 - Google Patents

타이어 트레드용 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 종래 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서, 실리콘카바이드를 포함하는 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 보강재로 카본블랙 또는 실리카를 각각 단독으로 사용하거나 또는 카본블랙과 실리카가 혼합된 혼합물을 사용하는 트레드 고무조성물에 실리콘카바이드를 적용하여 내마모 성능, 젖은 노면에서의 미끄럼 방지 성능, 회전저항 성능을 향상시킬 수 있는 타이어용 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 고무조성물로 이루어진 트레드를 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물은 종래 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 실리콘카바이드 5∼30phr 포함한다. 이때 실리콘카바이드는 입자크기가 0.5∼10㎛이고, 비중이 2.7∼3.2인 것을 사용할 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무조성물{Tread rubber composition for tire}
본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 종래 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서, 실리콘카바이드를 포함하는 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
타이어의 구성 성분 중에서 트레드는 차량이 이동하면서 지면과 직접 접촉하는 부위로서 타이어와 지면과의 마찰과 이러한 마찰에 의해 발생되는 발열에 의해 트레드 부분이 점차적으로 마모되기 때문에 내마모 성능(abrasion resistance)이 우수해야 한다. 또한 차량은 직진 뿐만 아니라 곡선으로 회전하기 때문에 차량의 회전에 따라 회전저항(rolling resistance) 성능이 좋아야 한다. 그리고, 비에 의해 노면이 젖거나, 동절기에 발생하는 결빙이나 빙판에 의해 노면이 젖는 경우가 많으므로 젖은 노면에서의 미끄럼 방지 성능(wet traction)이 우수해야 한다.
이처럼 타이어의 트레드에서 필요한 특성을 향상시키기 위해 다양한 연구가 개발되었으며, 현재에도 이러한 타이어 트레드의 특성을 발전시키기 위한 연구가 계속적으로 이루어지고 있다.
타이어의 특성은 타이어의 재료 부분, 타이어의 패턴(pattern) 부분으로 연구가 진행되고 있다. 이중 타이어의 재료 부분에 대한 연구로서, 원료고무와 충진제, 활성제, 가류제, 가류촉진제와 같은 첨가제에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
한편, 본 발명과 관련된 종래 기술로서 한국공개특허 2003-0021609호 및 한국 공개특허공보 2002-0096378호의 경우처럼 스티렌(styrene) 함량이 높은 스티렌-부타디엔 고무를 사용하거나, 시스(cis-) 함량이 높은 부타디엔 고무를 사용하였다. 그리고, 타이어의 보강재로 주로 사용하는 카본블랙 또는 실리카의 특성을 강화시키거나, 카본블랙과 실리카를 동시에 사용하는 경우 이들 상호간의 친화성을 높이기 위해서 원료고무의 말단 관능기를 변성하거나 또는 이러한 역할을 할 수 있는 첨가제를 더 첨가하여 사용하고 있다.
그러나 이러한 방법을 이용하여 트레드의 성능 향상에는 한계가 있어 젖은 미끄럼 방지성능이 개선되면 회전저항 성능이 감소되는 이율배반성 관계를 극복하지 못한 문제가 있다.
상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 안출된 본 발명은 보강재로 카본블랙 또는 실리카를 각각 단독으로 사용하거나 또는 카본블랙과 실리카가 혼합된 혼합물을 사용하는 트레드 고무조성물에 실리콘카바이드를 적용하여 내마모 성능, 젖은 노면에서의 미끄럼 방지 성능, 회전저항 성능을 향상시킬 수 있는 타이어용 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 고무조성물로 이루어진 트레드를 함유하는 타이어를 포함한다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물은 종래 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 실리콘카바이드 5∼30phr 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 원료고무의 일예로서 천연고무나 용액중합 스티렌 부타디엔 고무, 유화중합 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무와 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 두 개의 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무, 또는 세 개 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 또한 상기의 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물은 보강재로서 카본블랙과 실리카를 각각 단독으로 사용하거나 또는 카본블랙과 실리카를 동시에 사용할 수 있다.
본 발명에서 보강재로 카본블랙을 단독으로 사용하는 경우 카본블랙은 원료고무 100phr에 대하여 30∼65phr 사용할 수 있으며, 이때 카본블랙은 표면적 (surface area)을 나타내는 BET값이 120∼160m2/g이고, 구조(structure)를 나타내는 DBP흡착량이 110∼160ml/100g인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 보강재로 실리카를 단독으로 사용하는 경우 실리카는 원료고무 100phr에 대하여 25∼55phr 사용할 수 있으며, 이때 실리카는 표면적(surface area)을 나타내는 BET값이 150∼200m2/g이고, 구조(structure)를 나타내는 DBP흡착량이 240∼300ml/100g인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 보강재로 카본블랙과 실리카의 혼합물을 사용하는 경우 상기에서 언급한 각각의 특성을 지닌 카본블랙은 원료고무 100phr에 대하여 20∼40phr 사용할 수 있으며, 실리카는 원료고무 100phr에 대하여 15∼25phr 사용할 수 있다.
한편, 본 발명은 보강재로서 사용하는 카본블랙과 실리카에 대하여 다양한 특성의 카본블랙, 실리카를 각각 단독으로 사용하거나 또는 카본블랙과 실리카의 혼합물을 타이어 트레드용 고무조성물에 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 카본블랙과 실리카는 상기에서 언급한 각각의 BET값, DBP흡착량의 특성을 지닌 것을 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 필수 구성 성분인 실리콘카바이드는 원료고무 100phr에 대하여 실리콘카바이드 5∼30phr 사용할 수 있다. 이때 본 발명에서 사용하는 실리콘카바이드는 입자크기가 0.5∼10㎛이고, 비중이 2.7∼3.2인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 실리콘카바이드를 원료고무 100phr에 대하여 5phr 미만 사용하면 본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물에 실리콘카바이드를 사용하는 의미가 없 으며, 실리콘카바이드를 30phr 초과 사용하면 과량의 실리콘카바이드의 사용에 의해 오히려 트레드 고무의 물성이 감소할 우려가 있다. 따라서 본 발명에서 실리콘카바이드는 원료고무 100phr에 대하여 5∼30phr 사용하는 것이 좋다.
한편, 본 발명에서 다양한 특성의 실리콘카바이드를 타이어 트레드용 고무조성물에 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 입자크기가 0.5∼10㎛이고, 비중이 2.7∼3.2인 실리콘카바이드를 적용하는 것이 좋다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 보강재, 실리콘카바이드 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성 성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 가지는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 오토바이용 타이어, 비행기용 타이어, 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되 는 것은 아니다.
<실시예 1>
용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR) 70phr 및 부타디엔 고무(BR) 30phr로 이루어진 원료고무 100phr에 대하여 카본블랙 25phr, 실리카 20phr, 실란커플링제(SI-69) 3.6phr, 산화아연(ZnO) 3phr, 스테아린산(Stearic acid) 1phr, 실리콘카바이드 25phr을 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.
그런 다음 가류제로서 유황 1.75phr, 가류촉진제로서 N-t-부틸벤조티아졸 설펜아미드(N-t-butylbenzothiazole sulfenamide, NS) 1.0phr을 상기의 배합물에 첨가하고 110℃에서 10분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 카본블랙은 BET값이 120∼160m2/g, DBP흡착량이 110∼160ml/100g, 실리카는 BET값이 150∼200m2/g, DBP흡착량이 240∼300ml/100g인 것을 사용하였으며, 실리콘카바이드는 입자크기가 5㎛이고, 비중이 3.0인 것을 사용하였다.
하기의 표 1에 실시예 1 고무의 성분을 정리하여 나타내었다.
<실시예 2>
입자크기가 1㎛이고, 비중이 3.0인 실리콘카바이드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 3>
입자크기가 0.5㎛이고, 비중이 3.0인 실리콘카바이드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<비교예>
용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR) 70phr 및 부타디엔 고무(BR) 30phr로 이루어진 원료고무 100phr에 대하여 카본블랙 50phr, 실리카 20phr, 실란커플링제(SI-69) 1.6phr, 산화아연(ZnO) 3phr, 스테아린산(Stearic acid) 1phr을 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.
그런 다음 가류제로서 유황 1.75phr, 가류촉진제로서 N-t-부틸벤조티아졸 설펜아미드(NS) 1.0phr을 상기의 배합물에 첨가하고 110℃에서 10분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 카본블랙은 BET값이 120∼160m2/g, DBP흡착량이 110∼160ml/100g, 실리카는 BET값이 150∼200m2/g, DBP흡착량이 240∼300ml/100g인 것을 사용하였다.
하기의 표 1에 비교예 고무의 성분을 정리하여 나타내었다.
표 1. 실시예 및 비교예 고무의 조성
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
S-SBR 70 70 70 70
BR 30 30 30 30
카본블랙 25 25 25 50
실리카 20 20 20 20
실란커플링제 (SI-69) 3.6 3.6 3.6 1.6
산화아연 3 3 3 3
스테아린산 1 1 1 1
실리콘카바이드 25 25 25 -
황 1.75 1.75 1.75 1.75
가류촉진제(NS) 1.0 1.0 1.0 1.0
<시험예>
상기 실시예 및 비교예 고무에 대하여 ASTM 관련 규정에 의해, 경도, 300％모듈러스, 인장강도, 유리전이온도, 동적점탄성, 마모(DIN마모)와 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 실시예 및 비교예 고무의 물성
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
경도(Shore A) 54 58 54 57
300％모듈러스 (kg/cm2) 59.7 70.6 64.5 64.4
인장강도 (kg/cm2) 147 184.5 163.2 188.9
유리전이온도(Tg) -25.1 -25 -25 -27.1
Tanδ(0℃)(1) 0.294 0.296 0.291 0.290
Tanδ(70℃)(2) 0.127 0.146 0.124 0.161
마모(DIN마모)(3) 0.2755 0.2525 0.1960 0.1535
(1)Tan δ(0℃) : 타이어의 성능 중 젖은 상태의 제동력(wet traction) 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 높을수록 우수하다.
(2)Tan δ(70℃) : 타이어의 성능 중 회전저항 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 낮을수록 우수하다.
(3)DIN 마모 : 마모 특성을 측정하는 지수로서 수치가 높을 수로 내마모 성능이 우수하다.
상기 시험예의 결과에서처럼 실리콘카바이드를 적용한 본 발명의 실시예의 고무는 실리콘카바이드를 적용하지 않은 비교예의 고무에 비해 젖은 상태의 제동력, 회전저항 특성, 내마모 성능이 우수함을 알 수 있다.
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.

Claims (3)

  1. 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100phr에 대하여 입자크기가 0.5∼1㎛이고, 비중이 2.7∼3.2인 실리콘카바이드 5∼30phr, BET값이 150∼200m2/g이고, DBP흡착량이 240∼300ml/100g인 실리카 25∼55phr 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
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