KR100369614B1

KR100369614B1 - 타이어 트레드 고무조성물

Info

Publication number: KR100369614B1
Application number: KR10-2000-0031460A
Authority: KR
Inventors: 최윤희
Original assignee: 금호산업 주식회사
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2003-01-30
Also published as: KR20010112545A

Abstract

본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 원료고무인 스티렌 부타디엔 고무 100중량부에 대하여 마이크로크리스탈린의 함량이 28.0%∼32.0%, 파라핀 함량이 68.0%∼72.0%으로 이루어진 하이드로카본 왁스를 0.5∼4중량부 첨가한 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 카본 분포도를 넓혀 분자량을 증가시키는 한편, 마이크로크리스탈린 함량을 증가시킨 왁스를 사용함으로써 고무 표면에서 얇고 조밀한 왁스층을 형성하여 고무 표면의 외관개선 및 내오존성능을 향상시킨 타이어 트레드 고무조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 사용하는 하이드로 카본 왁스의 카본분포드는 C₂₀∼C₂₇함량이 10.0∼20.0% 이고, C₂₈∼C₃₄함량이 55.0∼65.0% 이고, C₃₅∼C₄₂함량이 20.0∼30.0%인 것을 특징으로 한다.

Description

타이어 트레드 고무조성물{Tire tread rubber composition}

고무 표면으로 블루밍(blooming) 되는 왁스의 특성과 내오존특성은 왁스첨가량, 노화시간 및 온도, 원료고무, 오일, 기타 공정조제의 종류 및 첨가량에 따라 다르며, 또한 왁스 자체의 기본적인 용해도/운동성(solubility/mobility)에 영향을 받는다. 따라서 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 적절한 왁스의 선택은 고무 외관의 오염없이 최적의 정적 내오존성(static ozone protection)을 발휘하는데 중요한 요소이다.

일반적으로 파라핀계 왁스의 결정구조는 크고 정형적인 구조를 가지는 반면, 마이크로크리스탈린계 왁스는 조밀하고 불규칙한 형상의 구조를 가지고 있다. 따라서 왁스의 마이크로크리스탈린 함량이 증가할수록 고무표면에서 조밀한 층이 형성되어 쉽게 층분리가 일어나지 않아 고무표면에서 조밀한 층이 지속성을 갖게 된다.

왁스는 고무 표면에서 블루밍에 의한 물리적 층을 형성하여 정적 오존에 의한 공격을 방어하는 역할을 하고 왁스에 의해 고무 표면에서 형성된 물리적 층은 왁스의 농도가 평형상태가 될 때까지 진행되며 오존이 고무 표면에 침투하지 못할정도로 충분히 두껍게 형성되어야 한다.

왁스의 농도에 대한 영향은 파라핀계 왁스나 마이크로크리스탈린계 왁스 모두 비례관계에 있다. 마이크로크리스탈린계 왁스는 농도 및 온도에 있어서 파라핀계 왁스에 비해 고무표면으로의 이동속도가 늦은 경향을 보이는 한편 고무 표면으로의 왁스 이동시 적정온도는 녹는점보다 20∼30℃ 정도 낮은 것으로 알려져 있으며 녹는점이 시작되는 온도가 적정온도로 나타나고 있다.

또한 왁스의 함량이 고무와의 용해도를 초과하면 운동성 요소(mobility factor)에 의해 농도가 평형상태가 될 때까지 고무 표면으로의 블루밍이 계속된다. 이때 온도가 상승되면 왁스는 고무와의 용해도가 증가하여 표면의 왁스가 재용해되어 내부로 재이동된다. 반대로 온도를 낮추면 더 많은 블루밍 현상이 발생하게 된다.

본 발명은 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무로 사용하고 카본 분포도를 넓혀 분자량을 증가시키는 한편, 마이크로크리스탈린 함량을 증가시킨 왁스를 사용함으로써 고무 표면에서의 얇고 조밀한 왁스층을 형성하여 고무 표면의 외관개선 및 내오존성능을 향상시킨 타이어 트레드 고무조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 방치기간에 따라 고무 표면으로 블루밍 되는 왁스의 형상을 주사전자현미경으로 나타낸 사진으로,

(a)는 비교예의 시편 방치기간이 10일인 경우이고,

(b)는 비교예의 시편 방치기간이 25일인 경우이고,

(c)는 비교예의 시편 방치기간이 50일인 경우이이다.

도 2는 방치기간에 따라 고무 표면으로 블루밍 되는 왁스의 형상을 주사전자현미경으로 나타낸 사진으로,

(a)는 실시예 1의 시편 방치기간이 10일인 경우이고,

(b)는 실시예 1의 시편 방치기간이 25일인 경우이고,

(c)는 실시예 1의 시편 방치기간이 50일인 경우이다.

도 3은 방치기간에 따라 고무 표면으로 블루밍 되는 왁스의 형상을 주사전자현미경으로 나타낸 사진으로,

(a)는 실시예 2의 시편 방치기간이 10일인 경우이고,

(b)는 실시예 2의 시편 방치기간이 25일인 경우이고,

(c)는 실시예 2의 시편 방치기간이 50일인 경우이다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 원료고무인 스티렌 부타디엔 고무 100중량부에 대하여 마이크로크리스탈린의 함량이 28.0%∼32.0%, 파라핀 함량이 68.0%∼72.0%으로 이루어진 하이드로카본 왁스를 0.5∼4중량부 첨가한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 사용하는 하이드로 카본 왁스의 카본분포드는 C₂₀∼C₂₇함량이 10.0∼20.0% 이고, C₂₈∼C₃₄함량이 55.0∼65.0% 이고, C₃₅∼C₄₂함량이 20.0∼30 0%으로써 종래 트레드 고무조성물에 사용하는 왁스에 대하여 특히 C₃₅∼C₄₂함량을 증가시킴으로써 전체적으로 왁스의 분자량을 증가시켜 고무 표면에서 얇고 조밀한 왁스층을 형성하여 고무의 외관개선 및 내오존성능을 향상시킨 트레드 고무조성물을 제공한다.

발명에서 사용하는 하이드로 카본 왁스를 구성하는 마이크로크리스탈린의 분자량은 500∼800이며 분자식은 CH₃-(CH₂)_n-CH(CH₃)-(CH₂)_n-CH(CH₃)-CH₃이며, 파라핀의 분자량은 350∼400이며 분자식은 CH₃-(CH₂)_n-CH₃이다.

아래의 표 1에 종래 사용하는 왁스인 sunprax-652(왁스 1)와 본원에서 사용하는 왁스(왁스 2)의 카본 분포, 마이크로크리스탈린과 파라핀 함량 및 녹는점을 나타내었는데 왁스의 카본 분포 및 마이크로크리스탈린과 파라핀 함량은 GC(gas chromatography)를 이용하고, 녹는점은 DSC(differential scanning calorimetry)로 측정한 것이다.

표 1. 종래 및 본원에 사용된 왁스의 카본 분포, 함량 및 녹는점

	왁스 1(종래)*	왁스 2(본원)**
Max. Carbon No.	C_30,31	C_30,31
C₂₀∼C₂₇	9.0∼23.0%	10.0∼20.0%
C₂₈∼C₃₄	65.0∼79.0%	55.0∼65.0%
C₃₅∼C₄₂	4.0∼18.0%	20.0∼30.0%
마이크포크리스탈린	20.0∼26.0%	28.0∼32.0%
파라핀	74.0∼80.0%	68.0∼72.0%
녹는점(℃)	60∼66	65∼75

*왁스 1: 하이드로카본 왁스(sunprax-652)

**왁스 2: 마이크로크리스탈린 함량이 증가된 하이드로카본 왁스

이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들이 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

<비교예>

원료고무인 스티렌 부타디엔 고무 100중량부에 대해 카본블랙 78중량부, 아연화 3중량부, 스테아린산 2중량부, 열노화방지제 2중량부, 오존노화방지제 2중량부, 공정오일 13중량부, 가류촉진제 2.3중량부, 가류제 2.0중량부 및 상기 표 1에서 언급한 하이드로카본 왁스sunprax-652(왁스 1) 2중량부로 타이어 트레드 고무조성물을 구성하고 이를 밴부리 믹서에서 160℃의 온도로 13분 동안 배합하여 트레드 고무시편을 제조하였으며 아래 표 2에 조성물의 조성 및 함량을 정리하여 나타내었다.

<실시예 1>

상기 표 1에서 언급한 하이드로 카본 왁스(왁스 2)를 원료고무인 스티렌 부타디엔 고무 100중량부에 대하여 2중량부 사용하는 것을 제외하고는 비교예와 같은 방법으로 트레드 고무시편을 제조하였으며 아래 표 2에 조성물의 조성 및 함량을 정리하여 나타내었다.

<실시예 2>

상기 표 1에서 언급한 하이드로 카본 왁스(왁스 2)를 원료고무인 스티렌 부타디엔 고무 100중량부에 대하여 4중량부 사용하는 것을 제외하고는 비교예와 같은 방법으로 트레드 고무시편을 제조하였으며 아래 표 2에 조성물의 조성 및 함량을 정리하여 나타내었다.

표 2. 비교예 및 실시예의 고무조성물 배합비

항 목	비교예	실시예 1	실시예 2
스티렌 부타디엔 고무	100	100	100
카본블랙	78	78	78
아연화	3	3	3
스테아린산	2	2	2
열노화방지제*	2	2	2
오존노화방지제**	2	2	2
공정오일	13	13	13
가류촉진제	2.3	2.3	2.3
가류제	2.0	2.0	2.0
왁스 1(sunprax-652)	2	-	-
왁스 2	-	2	4

*2,2,4-트리메틸-1,2디하이드로퀴놀린(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline)

**엔-(1,3-디메틸부틸)-엔'-페닐-파라-페닐렌디아민(N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine)

<시험예 1>

상기 비교예 및 실시예에 의해 배합한 고무시편을 ASTM 관련규정에 의해 100℃점도, 스코치타임 및 가류시간 등의 가류특성과 경도, 300% 모듈러스, 인장강도 및 신율 등의 물성을 측정하여 그 결과를 아래의 표 3에 정리하여 나타내었다.

표 3. 비교예 및 실시예 시편의 가류특성과 물성 시험 결과

항 목	비교예	실시예 1	실시예 2
100℃ 점도	71.3	72.0	71.0
스코치타임(t5)	21.0	20.5	22.5
가류시간(t90)	8.7	9.0	8.9
경도(SHORE A)	68	68	67
300%-모듈러스(kg/cm²)	140	142	140
인장강도(kg/cm²)	195	198	196
신율(%)	450	430	445

상기 표 3에서처럼 비교예와 실시예의 고무시편에 대한 가류특성과 물성특성은 별다른 차이가 없이 동등 수준을 나타내고 있어 왁스가 고무의 가류 및 물성특성에 미치는 영향은 미미한 것을 알 수 있다.

<시험예 2>

비교예 및 실시예에 의해 배합한 고무시편의 정적오존 테스트(Static ozone test)와 오링 테스트(O-ring test)의 내오존 시험을 하여 그 결과를 아래의 표 4에 정리하여 나타내었다.

정적오존 테스트는 시편 초기길이의 25%를 신장하여 40℃, 오존농도 50pphm의 오존챔버(ozone chamber)에서 72시간 동안 방치시키고, 오링 테스트는 시편을 환(ring)모양으로 절단하여 40℃, 오존농도 50pphm의 오존챔버에서 72시간 동안 방치시켰다.

표 4. 내오존 시험 결과(단위: Crack rate)

항목	비교예	실시예 1	실시예 2
정적오존 테스트	eB1	N/A	N/A
오링 테스트	C5	N/A	N/A

*Crack test

크랙 크기 및 길이 : 1<2<3<4<5

크랙 수 : A<B<C

크랙이 시편의 가장자리에 발생 : e

N/A : Not Available(크랙이 발생하지 않았다는 의미)

표 4의 결과에서처럼 정적오존 테스트 및 오링 테스트에 의한 내오존성 시험결과 종래 왁스 1을 사용한 비교예의 시편에 비해 본원의 왁스 2를 사용한 실시예의 시편의 크랙 크기 및 크랙 수가 현저히 적어 내오존성능이 우수함을 알 수 있다.

<시험예 3>

비교예 및 실시예에 의해 배합한 고무시편을 이용하여 방치기간별 고무 표면에 형성된 왁스층의 두께를 측정한 결과 비교예 대비 실시예에서 왁스층의 두께가 얇았다. 이는 고무 외관에 블루밍되는 양이 적은 것으로 블루밍에 의한 고무 외관오염 개선측면에서 유리하다. 아래의 표 5에 이를 정리하여 나타내었다.

한편 도 1(a)(b)(c), 도 2(a)(b)(c) 및 도 3(a)(b)(c)는 각각 10일, 25일, 50일의 방치기간에 따라 고무 표면으로 블루밍되는 왁스의 형상을 주사전자현미경으로 나타낸 사진으로 비교예인 도 1(a)(b)(c)의 사진에 비해 실시예인 도 2(a)(b)(c) 및 도 3(a)(b)(c)사진에서 훨씬 조밀하고 균일한 왁스층의 형상이 관찰됨을 알 수 있다.

표 5. 고무 표면에 형성된 왁스층의 두께(단위: ㎛)

방치기간(일)	비교예	실시예 1	실시예 2
10일	0.75∼1.00	0.25∼0.75	0.50∼1.00
25일	0.75∼1.25	0.50∼1.50	1.00∼1.75
50일	1.00∼1.50	0.75∼1.50	1.25∼2.00

상기 시험예의 결과에서처럼 본 발명의 마이크로크리스탈린 함량을 증가시킨 왁스를 사용한 트레드 고무조성물은 고무 표면에서의 얇고 조밀한 왁스층을 형성하여 고무 표면의 외관개선 및 내오존성능을 향상시킨 타이어 트레드 고무를 제공할 수 있다.

Claims

공지의 트레드 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 분자량이 500∼800이며 분자식이 CH₃-(CH₂)_n-CH(CH₃)-(CH₂)_n-CH(CH₃)-CH₃인 마이크로크리스탈린 함량이 28∼32%, 분자량이 350∼400이며 분자식이 CH₃-(CH₂)_n-CH₃인 파라핀 함량이 68.0∼72.0%으로 구성된 하이드로 카본 왁스 0.5∼4중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
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제 1항에 있어서, 하이드로 카본 왁스의 카본분포드는 C₂₀∼C₂₇함량이 10.0∼20.0% 이고, C₂₈∼C₃₄함량이 55.0∼65.0% 이고, C₃₅∼C₄₂함량이 20.0∼30.0%인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
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