KR101005288B1

KR101005288B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR101005288B1
Application number: KR1020080103952A
Authority: KR
Inventors: 강철한
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2011-01-04
Also published as: KR20100044952A

Abstract

본 발명은 원료고무, 보강성 충진제, 커플링제 및 하기 화학식 1의 아조 화합물을 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

<화학식 1>

상기 식에서, R₁, R₂ 및 R₃은, 각각 독립적으로, 하기 화학식들 중 어느 하나일 수 있고,

,

,

,

,

여기서, n 및 m은, 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수이다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 분산성, 저회전저항 및 내마모성이 향상된다.

타이어, 트레드

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 분산성, 저회전저항 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

최근의 자동차 저연비화 요구에 따라 타이어 회전저항의 감소를 통한 저연비 타이어 개발이 주요 관심사항이며, 이를 실현하기 위해 실리카를 타이어 트레드 고무에 사용하는 기술들이 지속적으로 개발되고 있다.

타이어 트레드 고무의 충전제로 널리 사용되어 오던 카본블랙이 비극성인 것과 달리 실리카의 경우 표면에 수많은 실라놀기 (-SiOH)가 존재하기 때문에 친수성을 나타내고 극성이 강한 특성으로 인해 비극성인 고무와의 혼화성이 용이하지 않다. 이에 실란 커플링제를 사용하여 이러한 문제점을 해결해 나가고 있다. 실란 커플링제는 실리카의 실라놀기와 반응하여 실리카의 극성인 표면화학적 특성을 비극성으로 바꾸어 고무와의 혼합이 용이하게 해주는 역할을 한다. 그러나 이러한 실란 커플링제는 고가의 물질로 비용적 측면에서 불리할 뿐만 아니라, 실리카와 반응 시 에탄올이 발생되어 공정 중 휘발되는 문제점을 갖고 있다. 또한 실리카와 실란 커플링제의 충분한 반응을 위해서는 배합공정에서 온도 및 시간을 적절히 조절해주어야 한다는 문제점도 갖고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 분산성, 저회전저항 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저연비 성능이 향상된 타이어 트레드를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 원료고무, 보강성 충진제, 커플링제 및 하기 화학식 1의 아조 화합물을 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

<화학식 1>

,

,

,

,

여기서, 상기 n 및 m은, 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수이다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물로부터 제조된 타이어 트레드를 제공한다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 고무 내 분산이 잘 되어 가공성이 향상된 효과를 보이며, 내마모성 향상 및 타이어 회전저항의 감소로 인한 자동차 연비의 향상을 기대할 수 있다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

,

,

,

,

상기 화학식 1의 아조 화합물의 중량평균 분자량은 바람직하게는, 100 내지 20,000g/mol 이다.

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 친수성기를 갖는 아조(azo) 화합물을 첨가함으로써 타이어 트레드용 고무 조성물의 분산성 및 마모, 저회전저항 성 능을 향상시킨 것이다. 특히, 본 발명자들은 타이어 트레드용 고무 조성물에 보강성 충진제로서 실리카 및 실란 커플링제가 포함될 경우의 전술한 문제점들을 해결하면서, 배합고무의 저연비 및 마모 특성을 향상시킬 수 있는 방법을 모색하던 중, 친수성기를 갖는 아조 화합물을 첨가하여 실리카 배합을 할 경우 분산성, 저회전저항 및 내마모성을 향상시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었는바, 실리카 분산도를 향상시키고, 실란계 커플링제를 사용함으로써 발생하는 문제점을 해결하는 방안으로서 화학식 1로 표시되는 아조계 화합물을 사용하여 분산성, 저회전저항 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 상기 화학식 1의 아조 화합물은 원료 고무 100 중량부 대비 0.5 내지 20 중량부의 함량으로 포함된다. 상기 상기 화학식 1의 아조 화합물의 함량이 원료 고무 100 중량부 대비 0.5 중량부 미만인 경우 첨가 효과가 미미한 문제점이 있을 수 있고, 20 중량부 초과하는 경우 배합 고무의 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 원료고무는 통상의 타이어 트레드 고무 조성물에서 사용되는 디엔(Diene)계 폴리머이며, 각별히 한정되는 것은 아니다.

상기 보강성 충진제는, 바람직하게는, 카본 블랙, 실리카 등이 사용될 수 있고, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 보강성 충진제의 함량은 원료고무 100 중량부 대비 약 10 내지 100 중량부이다.

상기 커플링제는 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 것으로서 공지된 것들이 사용될 수 있고, 예를 들면, 3,3'-bis(trimethoxysilylpropyl)disulfide, 3,3'-bis(triethoxysilylpropyl)disulfide, 3,3'-bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfide, 3,3'-bis(trimethoxysilylpropyl)tetrasulfide, 3,3'-bis(tributoxysilylpropyl)disulfide 등이 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 상기 커플링제의 함량은 원료고무 100 중량부 대비 약 0.1 내지 20 중량부 정도이다.

또한, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 가황제, 가류활성제, 연화제, 가공조제, 가황촉진제 및 노화방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 배합제를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 추가적인 배합제의 함량은 원료고무 100 중량부 대비 0.1 내지 20 중량부이다.

상기 가황제는 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 것으로서 공지된 것들이 사용될 수 있고, 예를 들면, 유황 등이 있으며, 이에 한정되지는 않는다.

상기 가류활성제는 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 것으로서 공지된 것들이 사용될 수 있고, 예를 들면, 산화아연, 스테아린산 등이 있으며, 이에 한정되지는 않는다.

상기 연화제는 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 것으로서 공지된 것들이 사용될 수 있고, 예를 들면, 아로마틱 오일 등이 있으며, 이에 한정되지는 않는다.

상기 가공조제는 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 것으로서 공지된 것들이 사용될 수 있고, 예를 들면, N-nitrosodiphenylamine, cyclohexylthiophthalamide 등이 있으며, 이에 한정되지는 않는다.

상기 가류촉진제는 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 것으로서 공지된 것들이 사용될 수 있고, 예를 들면, diphenylguanidine, 2-mercaptobenzothiazole, dibenzothiazyldisulfide 등이 있으며, 이에 한정되지는 않는다.

상기 노화방지제는 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 것으로서 공지된 것들이 사용될 수 있고, 예를 들면, N,N-diphenly-p-phenylenediamine, N,N-dinaphthyl-p-phenylenediamine, N-isopropyl-N-phenyl-p-phenylenediamine, 2,2,4-trimehtyl-1,3-dihydroxylolyn 등이 있으며, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명은, 또한 상기 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에 의해 제조된 타이어 트레드를 제공한다. 이러한 본 발명에 따른 타이어 트레드는 우수한 전연비 특성을 갖는다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

실시예

비교예 1

표 1에 개시된 바와 같이 스타이렌-부타다이엔 고무 80 중량부와 부타디엔 고무 20 중량부를 사용한 원료고무 100 중량부에 대해서 실리카 80 중량부, 실란커플링제 8 중량부, 연화제 35 중량부, 산화아연 3 중량부, 스테아린산 1 중량부, 노화방지제 2.5 중량부, 가황 촉진제 1.8 중량부, 유황 2 중량부를 첨가하여 반바리 믹서에서 배합하여 고무 조성물을 제조하였다.

비교예 2 및 실시예 1 내지 4

사용한 실리카 커플링제와 아조 화합물의 투입량이 다른 것 이외에 비교예 1과 동일한 조성 및 방법에 의해 고무 조성물을 제조하였다.

표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성 (단위 : phr)

화합물	비교예1	비교예2	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
스타이렌-부타다이엔 고무 ¹⁾	80	80	80	80	80	80
부타다이엔 고무 ²⁾	20	20	20	20	20	20
실리카 ³⁾	80	80	80	80	80	80
실란커플링제 ⁴⁾	8	5	5	5	3	3
아조 화합물 ⁵⁾	0	0	1	3	5	10
연화제	35	35	35	35	35	35
산화아연 ⁶⁾	3	3	3	3	3	3
스테아린산 ⁷⁾	1	1	1	1	1	1
노화방지제 ⁸⁾	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
가황 촉진제 ⁹⁾	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8
유황 ¹⁰⁾	2	2	2	2	2	2

1) VSL5025(Lanxess)

2) KBR01(금호석유화학)

3) Ultrasil 7000Gr(Degussa)

4) Si75(Degussa)

5) 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid) (Aldrich)

6) 산화아연(한일화학공업)

7) 스테아린산(LG)

8) N-1,3-dimethylbuthyl-N-phenyl-p-phenylenediamine (Lanxess)

8) N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamide (Lanxess)

9) Ground sulfur(미원상사)

상기 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 4에서 제조한 고무 시편의 각종 평가 결과는 하기 표 2와 같으며 측정은 하기의 방법에 따랐다.

(1) 무니 점도 (ML1+4, 125℃) : Mooney MV2000 (Alpha Technology) 기기를 이용하여 Large Rotor, 예열 1분, 로터 작동시간 4분, 온도 125℃에서 구하였다.

(2) 인장 물성 : 경도는 Shore A 경도계를 사용하였으며, 인장 물성은 ASTM D412 시험법에 따라 인스트론 (Instron)시험기를 이용하여 측정하였다.

(3) 점탄성 물성 : DMTS(Dynamic Material Testing System) 시험기를 이용하여 10Hz, static strain 5%, dynamic strain 0.5% 조건으로 -60℃에서 80℃까지 temperature sweep을 하며 측정하였다. 이 때, 0℃ tanδ값이 높을수록 젖은 노 면에서의 제동성능이 우수하며, 60℃ tanδ값이 낮을수록 낮은 회전저항성능을 갖게 된다.

(4) 내마모 성능 : 내마모 성능을 예측하기 위해 람본 마모 시험기를 사용하여 슬립률 25%의 조건에서 마모량을 측정한 후 비교예 1을 100으로 하여, 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 내마모 성능은 그 값이 클수록 좋은 것이다.

상기 표 2의 결과로부터, 무니점도의 경우 친수성기를 갖는 아조 화합물을 사용한 실시예 1 내지 4의 시편이 비교예 1 내지 2의 시편에 비하여 낮은 값을 보이고 있다. 이는 친수성기를 갖는 아조 화합물을 사용함에 따라 실리카의 고무 내 분산이 용이해져 무니점도가 낮아지는 결과를 나타내는 것이다. 따라서 고무의 가공성 측면에서 우수한 특성을 보인다고 할 수 있다.

인장 물성의 경우, 실시예 1 내지 4의 물성이 비교예 1 내지 2의 물성과 비교할 때 전반적으로 상승하여 경도, 100% 모듈러스, 300%모듈러스, 인장강도 측면에서 우수한 성능을 나타내고 있다.

점탄성 물성의 경우, 실시예 1 내지 4의 경우가 비교예 1 내지 2의 경우에 비 해 비슷한 0℃ tanδ값을 가지면서 60℃ tanδ값은 낮아져 회전저항 성능이 향상되는 결과를 나타내고 있다. 이는 타이어의 회전저항을 낮춰 자동차의 연비향상에 도움이 되는 역할을 할 수 있다.

내마모성능 역시 실시예 1 내지 4의 경우가 비교예 1 내지 2의 경우보다 높은 값을 나타내 우수한 마모 성능을 나타내고 있다.

Claims

원료고무, 실리카를 포함하는 보강성 충진제, 커플링제 및 친수성 기를 갖는 하기 화학식 1의 아조 화합물을 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물:

<화학식 1>

상기 식에서, R₁, R₂ 및 R₃은, 각각 독립적으로, 하기 화학식들 중 어느 하나이고,

,
,
,
,

,
,

상기 n 및 m은, 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수이다.
제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 아조 화합물의 함량이 원료 고무 100 중량부 대비 0.5 내지 20 중량부의 함량으로 포함된 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 보강성 충진제는 실리카 또는 실리카와 카본 블랙의 혼합물이고, 그 함량이 원료고무 100 중량부 대비 10 내지 100 중량부임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 커플링제는 실란계 화합물이고, 그 함량이 원료고무 100 중량부 대비 0.1 내지 20 중량부임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 가황제, 가류활성제, 연화제, 가공조제, 가황촉진제 및 노화방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 배합제를 더 포함하고, 그 함량이 원료고무 100 중량부 대비 0.1 내지 20 중량부임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물로부터 제조된 타이어 트레드.