KR101370564B1 - 다공성 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물 - Google Patents

다공성 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다공성 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 다공성 실리카 5∼50중량부를 포함하도록 하여 회전저항 특성, 발열특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력(wet traction)의 특성이 있는 타이어 트레드 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무 및/또는 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
상기에서 다공성 실리카는 이산화탄소를 이용한 초임계 건조공법을 이용하에 제조되며, 기공율(porosity) 50∼90％, 비표면적(specific surface area)이 400∼500m2/g인 것을 사용할 수 있다.

Description

다공성 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물{Tire tread rubber composition comprising porous silica}
본 발명은 다공성 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 다공성 실리카 5∼50중량부를 포함하도록 하여 회전저항 특성, 발열특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력(wet traction)의 특성이 있는 타이어 트레드 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무 및/또는 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
상기에서 다공성 실리카는 이산화탄소를 이용한 초임계 건조공법을 이용하에 제조되며, 기공율(porosity) 50∼90％, 비표면적(specific surface area)이 400∼500m2/g인 것을 사용할 수 있다.
최근 환경 문제 및 고유가 환경속에서 타이어 업계에서도 낮은 연료 비용, 친환경 제품 개발을 위한 타이어에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
타이어의 낮은 연료 비용을 위해서는 단위 연료당 주행하는 거리를 나타낸 연비가 높아야 하며, 이러한 연비를 향상시키기 위해서는 타이어, 특히 지면과 접촉하는 트레드(tread) 고무의 역할이 가장 중요하다.
타이어에 필요한 여러 가지 특성 중에서 타이어의 회전저항을 줄이기 위해서 구조적인 측면에서는 타이어의 접지 면적을 줄이는 방법이 있고, 구성적인 측면에서는 타이어로 사용하는 고무의 구성성분으로 입자가 큰 카본블랙을 사용하는 방법이 있다. 이러한 방법에 의해 타이어의 회전저항을 감소시킬 수는 있으나, 이러한 경우 동시에 타이어의 마모성능이 하락하는 단점이 있다.
따라서 타이어에 있어서, 회전저항 특성과 마모성능을 동시에 향상시키려는 연구가 많이 이루어지고 있으나, 일반적으로 회전저항 특성이 향상되면 마모성능이 하락하고, 마모성능이 향상되면 회전저항 특성이 감소하기 때문에 회전저항 특성과 마모성능을 동시에 만족시킬 수 있는 연구에 대해서는 만족할 만한 결과가 부족한 실정이다.
한편 타이어는 상기에서 언급한 회전저항 특성, 마모특성 이외에 여러 가지 특성을 요구한다.
즉, 타이어 트레드는 지면과 직접 접촉하는 부분이기 때문에 운전을 용이하게 할 수 있는 특성 및/또는 비길(rainy road), 눈길(snowy road), 빙판길(ice road)과 같은 젖은 노면에서의 제동력 또한 중요한 요소이다.
이에 본 발명에서는 타이어 트레드 고무조성물에 사용하는 충진제로서 다공성 실리카(porous silica)를 사용하도록 하여 충진제의 중량을 낮게 하여 연비 및 회전저항 특성을 향상시키고, 발열특성이 우수하며, 동시에 다공성 충진제의 친수성으로 인해 젖은 노면에서의 제동력(wet traction) 또한 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
한편, 본 발명과 관련된 선행기술로서 한국 공개특허공보 제2002-37590호에 마모성능은 유지하면서 회전저항을 낮추기 위한 방법으로 표면적이 적고 구조가 덜 발달한 특성을 가지는 카본블랙을 사용하는 내용이 있으나, 이 경우 마모성능이 하락하는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 제2003-96856호에는 변성 스티렌 부타디엔 고무(SBR)를 사용함으로써 내마모성능을 유지하면서 회전저항 특성을 향상시키고자 하였으나, 변성 스티렌 부타디엔 고무를 적용하여 회전저항 특성을 향상시키면 발열특성이 하락하여 내구성이 하락하는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 10-2010-0039071호에는 실리카 에어로겔을 이용하여 발열 및 회전저항 특성을 향상시키고자 하였으나, 기공율이 95∼99％로 높아 충진제 자체의 경도가 낮고 취성이 약해 장기 타이어 내구력이 취약한 문제점이 있다. 또한, 회전저항 특성 향상을 위해 트레드 고무조성물에서 충진제 함량을 줄이는 것은 타이어 내구성에 심각한 문제가 발생할 수 있다.
한국 등록특허 제10-0840345호에는 종래 타이어 언더트레드 고무조성물에 있어서, 표면이 커플링제가 코팅되고 속이 빈 구형의 다공성 실리카를 충전제로 사용하여 언더트레드의 중량을 감소시키고 발열특성을 개선할 수 있는 다공성 실리카를 포함하는 타이어 언더트레드 고무조성물을 나타내고 있다. 그러나 이의 특허에서는 다공성 실리카의 경우 스프레이법을 이용하여 내부를 빈 공간으로 만든 구형의 다공성 실리카로 본 발명이 제시하는 다공성 실리카 제조 방법과 상이하며, 실리카 자체의 고무 결합 인자가 없기 때문에 표면에 실란(Silane)을 코팅 처리하여 사용할 수밖에 없는 문제점이 있다.
그리고, 한국 공개특허공보 제1998-0087358호에 다공성(special porosity property)을 갖는 침강 실리카의 기재(base)를 갖는, 회전에 대한 저항이 증진된 주행 타이어(road tire) 제조용 고무조성물에 관한 내용이 있다. 이때, 침강실리카는 실리케이트를 산성화제(acidifying agent)를 이용하여 반응 매질의 농도가 PH 7∼8.5이 될 때까지 반응시켜 제조하는 것으로써 원재료 제조 과정중에서 발생하는 극소량의 다공성 특성을 의미하는 것이며, 비표면적이 185 내지 250m2/g의 BET 값을 보이며, 다공성 특성을 위해 제조하였다고 볼 수 없으며, 본 발명이 제시한 비표면적 또한 400m2/g 이상 대비 낮은 비표면적 값을 갖고 있어 본 발명이 제시하는 타이어 성능 특성을 구현하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 회전저항 특성, 발열특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력(wet traction)이 우수한 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 회전저항 특성, 발열특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력이 우수한 고무를 제공하고자 한다.
본 발명은 회전저항 특성, 발열특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력이 우수한 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 다공성 실리카, 바람직하게는 이산화탄소를 이용한 초임계 건조공법을 이용하여 제조되며, 기공율 50∼90％, 비표면적이 400∼500m2/g인 다공성 실리카를 포함하도록 하여 회전저항 특성, 발열특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력(wet traction)이 우수한 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기에서 언급한 다공성 실리카를 포함하도록 하여 발열특성, 회전저항 특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력이 우수한 고무를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기에서 언급한 다공성 실리카를 포함하도록 하여 발열특성, 회전저항 특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력이 우수한 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.
본 발명에 의해 발열특성, 회전저항 특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력이 우수한 타이어 트레드 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무 및/또는 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공할 수 있다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 회전저항 특성, 발열특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력(wet traction)의 특성이 있는 타이어 트레드 고무조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 다공성 실리카 5∼50중량부를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.
상기에서 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용하는 원료고무라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 천연고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 합성고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 천연고무 및 합성고무가 혼합된 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 천연고무 및 합성고무가 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합된 혼합 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 서로 다른 2종의 서로 다른 합성고무가 혼합된 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 서로 다른 2종의 서로 다른 합성고무가 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합된 혼합 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 서로 다른 2종의 서로 다른 합성고무가 각각 동일한 중량비로 혼합된 혼합 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 서로 다른 3종의 서로 다른 합성고무가 각각 동일한 중량비로 혼합된 혼합 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 서로 다른 3종의 서로 다른 합성고무가 각각 1:1:8∼1:8:1∼8:1:1의 중량비로 혼합된 혼합 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 서로 다른 3종의 합성고무가 혼합된 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 서로 다른 4종의 합성고무가 혼합된 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 서로 다른 4종의 서로 다른 합성고무가 각각 동일한 중량비로 혼합된 혼합 고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 용액중합 스티렌-부타디엔고무(S-SBR), 유화중합 스티렌-부타디엔 고무(E-SBR), 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 에피클로로하이드린고무, 불소고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 니트릴 부타디엔고무(NBR), 변성 니트릴부타디엔고무, 클로린네이티드 폴리에티렌고무, 스티렌에틸렌부틸렌스티렌(SEBS)고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌프로필렌디엔(EPDM)고무, 하이팔론고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세티에트고무, 아크릴고무, 히드린고무, 비닐벤젠클로라이드스티렌부타디엔고무, 브로모메틸스티렌부틸고무, 말레인산스티렌부타디엔고무, 카르복실산스티렌부타디엔고무, 에폭시이소프렌고무, 말레인산에틸렌프로필렌고무, 카르복실산니트릴부타디엔고무 및 BIMS(Brominated Polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 다공성 실리카는 충진제로 사용할 수 있다.
상기에서 다공성 실리카는 이산화탄소를 이용한 초임계 건조공법을 이용하여 제조한 것을 사용할 수 있다.
상기에서 다공성 실리카는 실리카를 메탄올 용액 내에서 가수분해시켜 습윤 겔(gel)을 제조한 후 상기의 습윤 겔을 이산화탄소(CO2)를 용매로 하고 상기 이산화탄소의 초임계 상태 조건에서 건조함으로써 실리카의 표면이 하이드록실기(-OH)와 결합되어 친수성 성질을 갖게 되도록 제조한 것을 사용할 수 있다.
상기의 실리카는 출발원료인 TMOS(Tetramethylorthosilicate)와 같은 Si 전구체를 사용한다.
상기에서 다공성 실리카는 기공율 50∼90％인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 다공성 실리카는 비표면적이 400∼500m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 다공성 실리카는 실리카를 메탄올 용액 내에서 가수분해시켜 습윤 겔(gel)을 제조한 후 상기의 습윤 겔을 이산화탄소를 용매로 하여 이산화탄소의 초임계 상태 조건(온도:32∼40℃ 및 압력 73.8bar 이상)에서 건조함으로써 실리카의 표면이 하이드록실기(-OH)와 결합되어 친수성을 갖으며, 기공율 50∼90％, 비표면적이 400∼500m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 다공성 충진에 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물의 충진제로 사용된 것을 추가로 사용할 수 있다.
상기에서 다공성 충진에 이외에 사용할 수 있는 충진제로 실리카, 카본블랙, 탄산칼슘(calcium carbonate), 산화티탄(titanium dioxide), 클레이(clay), 층상실리케이트(layered silicate), 중석(tungsten), 탈크(Talc), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB), 판상흑연 중에서 선택된 어느 하나 이상을 추가로 더 포함할 수 있다.
상기의 카본블랙은 요오드 흡착가 120∼150g/kg, DBP 흡착가 120∼150ml/100g인 것을 사용할 수 있다.
상기의 카본블랙은 요오드 흡착가 140g/kg, DBP 흡착가 130ml/100g인 것을 사용할 수 있다.
상기의 실리카는 BET 표면적이 100∼130m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기의 실리카는 BET 표면적이 115m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기의 실리카는 표면이 실란트리올(silanetriol)로 처리된 실리카를 사용할 수 있다.
상기의 표면이 실란트리올로 처리된 실리카는 BET 표면적이 100∼130m2/g인 실리카의 표면에 실란트리올이 실리카 중량 대비 5∼50％ 처리된 것을 사용할 수 있다.
상기의 층상실리케이트는 층간 간격이 0.1∼10nm인 것을 사용할 수 있다.
상기의 층상실리케이트는 두께(d)에 대한 평면폭(l)의 비를 나타낸 편평비(aspect ratio, l/d)가 5 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기의 층상실리케이트는 편평비가 5∼100인 것을 사용할 수 있다.
상기의 층상실리케이트는 층간 간격이 0.1∼10nm이고, 편평비가 5∼100인 것을 사용할 수 있다.
상기의 층상실리케이트는 양이온 교환반응 및/또는 음이온 교환반응이 가능한 천연 층상실리케이트를 사용할 수 있다.
상기의 층상실리케이트는 양이온 교환반응 및/또는 음이온 교환반응이 가능한 합성 층상실리케이트를 사용할 수 있다.
상기의 층상실리케이트는 양이온기를 갖는 물질 및/또는 음이온기를 갖는 물질로 유기화 처리된 유기화 층상실리케이트를 사용할 수 있다.
상기의 층상실리케이트는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 사포나이트(saponite), 헥토라이트(hectorite), 렉토나이트(rectorite), 버미큘라이트(vermiculite), 마이카(mica), 일라이트(illite), 카올린나이트(kaolinite), 소디움 몬모릴로나이트(sodium montmorillonite, Na-MMT) 및 클로이지트 15A(Cloisite 15A)의 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기의 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 0.01∼0.1㎛이고, 비표면적이 80∼90m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기의 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔은 직경 1∼10㎛이고, 비표면적이 100∼120m2/g인 것을 사용할 수 있다.
상기의 판상흑연은 입자크기가 0.1∼20㎛인 것을 사용할 수 있다.
상기의 판상흑연은 층간 간격이 0.1∼10nm인 것을 사용할 수 있다.
상기의 판상흑연은 두께(d)에 대한 평면폭(l)의 비를 나타낸 편평비(aspect ratio, l/d)가 5 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기의 판상흑연은 편평비가 5∼100인 것을 사용할 수 있다.
상기의 판상흑연은 입자크기가 0.1∼20㎛, 층간 간격이 0.1∼10nm, 편평비가 5∼100인 것을 사용할 수 있다.
상기의 판상흑연은 하기 (가)단계 및 (나)단계로부터 얻은 것을 사용할 수 있다.
(가)흑연을 황산과 질산이 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합용액에 투입하여 침지시키는 단계,
(나)침지 후 수세하고 건조한 흑연을 700∼900℃에서 1∼5분 동안 가열하는 단계.
상기 (가)단계에서 침지는 60∼80℃에서 10∼48시간 동안, 바람직하게는 70℃에서 10시간 동안 침지하여 판상흑연 층간에 상기 황산의 -SO42 - 이온 또는 질산의 -NO3 - 이온이 충분히 삽입되도록 한다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 상기에서 충진제로 사용하는 다공성 실리카의 분산성 향상을 위해 실리카 분산제로서 커플링제를 원료고무 100중량부에 대하여 0.5∼10중량부를 사용할 수 있다.
상기에서 커플링제는 본 발명의 분야에서 통상적으로 적용하는 실란 커플링제를 사용할 수 있다.
상기에서 실란커플링제는 감마 머캅토 프로필 다이 펜타에톡시 트리데카옥시 에톡시 실란(gamma mercapto propyl di-penta-ethoxy tridecaoxy ethoxy silane), 비스 트리실릴 프로필 테트라설파이드(bis trisilyl propyl tetrasulfide, TESPT), TESPT(Bis-(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfane, Si-69), TESPD(Bis-(3-ethoxysilylpropyl)disulfane), TPMA(trimethoxysilylpropylmethacrylate), 3-티오시아네이토프로필-트리에톡시 실란(Si-264), g-메르캅토프로필-트리메톡시 실란(A189), 지르코늄 디네오알칸올레이토디(3-메르캅토)프로피오네이토-O(NZ 66A), (EtO)3-Si-CH2CH2CH2-S-CO(CH2)6CH3, 헥사메틸다이실라잔((CH3)3Si-HN-Si(CH3)3, HMDZ) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 충진제로 사용하는 다공성 실리카의 분산성을 향상시키기 위해 실리카 분산조제를 추가로 더 사용할 수 있다.
상기의 실리카 분산조제는 원료고무 100중량부에 대하여 0.1∼5중량부를 사용할 수 있다.
상기의 실리카 분산조제는 하이드로카본(hydrocarbon), 아연 솝(Zn soap) 및 필러(filler)가 혼합된 혼합물을 사용할 수 있다.
상기의 실리카 분산조제는 탄소수가 1 내지 10개인 하이드로카본; 아연 솝; 및 유리섬유(glass fiber), 규석, 목분, 초크(chalk)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 필러;가 1∼8:1∼8:1∼8의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용할 수 있다.
상기의 실리카 분산조제에서 하이드로카본은 사슬모양 하이드로카본 및/또는 고리모양 하이드로카본을 사용할 수 있다.
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물은 고무조성물의 물성 향상을 위해 고무조성물의 구성 성분으로 전분을 추가로 더 포함할 수 있다.
상기의 전분은 원료고무 100중량부에 대하여 1∼5중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기에서 전분은 옥수수전분, 감자전분, 고구마전분, 타피오카전분, 쌀전분 또는 밀전분 중에서 선택된 어느 하나 이상의 전분을 원료고무 100중량부에 대하여 1∼5중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기에서 전분은 BET 비표면적이 2∼100m2/g, 바람직하게는 15∼75m2/g, 보다 바람직하게는 30∼50m2/g인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 다양한 성분, 함량 등의 조건에 의해 타이어 고무조성물을 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 타이어 트레드 고무조성물이 바람직함을 알 수 있었다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 상기에서 언급한 원료고무, 다공성 실리카 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 접착제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기에서 언급한 타이어 트레드 고무조성물에 의해 제조된 고무를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어 트레드 고무조성물에 의해 제조된 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 타이어 고무조성물에 의해 제조된 고무를 트레드로 함유하는 타이어를 포함한다.
상기에서 타이어는 자동차용 타이어, 버스용 타이어, 트럭용 타이어, 항공기용 타이어, 오토바이용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 나타낸다.
본 발명의 다공성 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 다양한 성분, 함량 등의 조건에 의해 다공성 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물을 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 다공성 실리카를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물이 바람직함을 알 수 있었다.
이하 본 발명은 다음을 다음의 실시예, 비교예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로써 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
스티렌 부타디엔 고무(SBR) 70중량부와 부타디엔 고무(BR) 30중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 다공성 실리카 20중량부, 일반 실리카 30중량부, 카본블랙 10중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제 TMDQ(Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline) 2중량부, 커플링제로써 (EtO)3-Si-CH2CH2CH2-S-CO(CH2)6CH3 3중량부를 밴버리 믹서에서 배합하였고, 가류제로써 유황 2중량부, 가류촉진제 CZ(N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide) 1 중량부를 첨가하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 배합고무를 160℃에서 15분간 가류하여 고무시편을 제조하였다.
상기에서 다공성 실리카는 TMOS(Tetramethylorthosilicate)를 메탄올 용액 내에서 가수분해시켜 습윤 겔(gel)을 제조한 후 상기의 습윤 겔을 이산화탄소(CO2)를 용매로 하고 상기 이산화탄소의 초임계 상태 조건(온도:32℃ 및 압력 75bar)에서 건조함으로써 실리카의 표면이 하이드록실기(-OH)와 결합되어 친수성 성질을 갖으며, 기공율이 80％, 비표면적이 500m2/g인 것을 사용하였다.
상기에서 일반 실리카는 BET 표면적이 115m2/g인 것을 사용하였다.
상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가 140g/kg, DBP 흡착가 130ml/100g인 것을 사용하였다.
<실시예 2>
다공성 실리카 30중량부, 일반 실리카 20중량부, 커플링제로써 헥사메틸다이실라잔((CH3)3Si-HN-Si(CH3)3, HMDZ) 3중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
<비교예>
다공성 실리카를 첨가하지 않고, 일반 실리카 50중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
비교예 및 실시예1,2의 고무조성물(단위 : 중량부)
비교예 실시예1 실시예2
원료고무 100 100 100
카본블랙 10 10 10
일반 실리카
(Zeosil-115)		 50 30 20
다공성 실리카
(기공율 80％)		 - 20 30
커플링제 3 5 5
산화아연 3 3 3
스테아린산 2 2 2
노화방지제 2 2 2
황 2 2 2
가류촉진제 1 1 1
<시험예>
상기 비교예 및 실시예1,2에서 제조한 각각의 고무시편에 대해 ASTM 관련 규정에 의해 경도, 300％ 모듈러스, 인장강도, 신장율, 마모특성, 발열특성 및 회전저항 특성과 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
비교예 및 실시예1,2의 고무시편 물성시험 결과
구 분 비교예 실시예 1 실시예 2
인장물성 경도 100 101 102
300％ 모듈러스 100 103 105
인장강도 100 101 101
신장율 100 100 100
마모특성 100 99 98
발열특성 100 95 93
회전저항 특성
[Tan δ(70℃)]		 100 95 93
젖은 노면에서의 제동력
[Tan δ(0℃)]		 100 106 108
*상기 표 2에서 실시예1,2 및 비교예 값은 비교예의 물성 시험 결과를 100으로 하였을 때 환산한 수치로써 표시한 것으로 인장물성(경도, 300％ 모듈러스, 인장강도, 신장율) 및 젖은 노면의 제동력(wet traction)[Tan δ(0℃)]은 수치가 높을수록 우수한 결과를 의미하고, 마모특성, 발열특성, 회전저항 특성[Tan δ(70℃)] 및 젖은 노면에서의 제동력은 수치가 낮을수록 물성이 우수한 것을 의미한다.
상기 표 2의 결과에서처럼 본 발명의 실시예 1,2에서 제조한 고무시편은 비교예에서 제조한 고무시편과 대비시 동등 수준 이상의 인장물성을 나타내는 한편, 마모특성, 발열특성, 회전저항 특성 및 젖은 노면의 제동력(wet traction)이 우수하여 본 발명의 목적에 부합하는 고무조성물 및 고무를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
<실시예 3>
스티렌 부타디엔 고무(SBR) 60중량부, 부타디엔 고무(BR) 30중량부 및 천연고무(NR) 10중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 다공성 실리카 25중량부, 표면 처리된 실리카 30중량부, 카본블랙 10중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산(stearic acid) 2중량부, 노화방지제(TMDQ) 2중량부, 커플링제로써 (EtO)3-Si-CH2CH2CH2-S-CO(CH2)6CH3 3중량부, 실리카 분산조제 2.5중량부, 옥수수전분 2.5중량부를 밴버리 믹서에서 배합하였고, 가류제로써 유황 2중량부, 가류촉진제(CZ) 1 중량부를 첨가하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 배합고무를 160℃에서 15분간 가류하여 고무시편을 제조하였다.
상기에서 다공성 실리카는 TMOS(Tetramethylorthosilicate)를 메탄올 용액 내에서 가수분해시켜 습윤 겔(gel)을 제조한 후 상기의 습윤 겔을 이산화탄소(CO2)를 용매로 하고 상기 이산화탄소의 초임계 상태 조건(온도:32℃ 및 압력 75bar)에서 건조함으로써 실리카의 표면이 하이드록실기(-OH)와 결합되어 친수성 성질을 갖으며, 기공율이 80％, 비표면적이 500m2/g인 것을 사용하였다.
상기에서 표면 처리된 실리카는 BET 표면적이 115m2/g인 실리카의 표면을 실리카 중량 대비 30％의 실란트리올로 처리한 것을 사용하였다.
상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가 140g/kg, DBP 흡착가 130ml/100g인 것을 사용하였다.
상기에서 실리카 분산조제는 탄소수가 2개인 사슬모양 하이드로카본(hydrocarbon), 아연 솝(Zn soap) 및 유리섬유의 필러(filler)가 1:1:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용하였다.
상기에서 옥수수전분은 BET 비표면적이 35±1m2/g인 것을 사용하였다.
<실시예 4>
표면 처리된 실리카 대신 직경이 0.05±0.01㎛, 비표면적이 85±1m2/g인 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)을 사용하고, 옥수수 전분 대신 BET 비표면적이 50±1m2/g인 타피오카전분을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
<실시예 5>
표면 처리된 실리카 대신 직경이 5±1㎛, 비표면적이 115±5m2/g인 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)을 사용하고, 옥수수전분 대신 BET 비표면적이 30±1m2/g인 감자전분을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
<실시예 6>
표면 처리된 실리카 대신 탈크(talc)를 사용하고, 옥수수전분 대신 BET 비표면적이 45±1m2/g인 고구마전분을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
<실시예 7>
표면 처리된 실리카 대신 층상실리케이트(layered silicate)를 사용하고, 옥수수전분 대신 BET 비표면적이 40±1m2/g인 쌀전분을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
상기의 층상실리케이트는 층상 간격이 10±1nm이고, 편평비(aspect ratio)가 35인 헥토라이트(hectorite)를 사용하였다.
<실시예 8>
표면 처리된 실리카 대신 판상흑연 사용하고, 옥수수전분 대신 BET 비표면적이 55±2m2/g인 밀전분을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
상기의 판상흑연은 하기 (가)단계 및 (나)단계에 의해 제조되며, 입자크기가 10±2㎛, 층간 간격이 10±nm이고, 편평비(aspect ratio)가 40인 것을 사용하였다.
(가)흑연을 황산과 질산이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합용액에 투입하고 70℃에서 10시간 동안 침지시켜 흑연 층간에 상기 황산의 -SO42 - 이온 또는 질산의 -NO3 - 이온이 충분히 삽입되도록 하는 단계,
(나)침지 후 수세하고 건조한 흑연을 800℃에서 4분 동안 가열하는 단계.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예, 비교예 및 시험예를 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.
본 발명에 의해 발열특성, 회전저항 특성 및/또는 젖은 노면에서의 제동력이 우수한 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공할 수 있으므로, 타이어 관련 산업분야에서 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (4)

  1. 타이어 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 다공성 실리카 5∼50중량부를 포함하고,
    다공성 실리카는 TMOS(Tetramethylorthosilicate)를 메탄올 용액 내에서 가수분해시켜 습윤 겔(gel)을 제조한 후 상기의 습윤 겔을 이산화탄소(CO2)를 용매로 하고, 상기 이산화탄소의 초임계 상태 조건에서 건조하여 얻은 것으로서, 표면이 친수성이고, 기공율이 50∼90％이며, 비표면적이 400∼500m2/g인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무.
  4. 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
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