KR100407859B1

KR100407859B1 - 내열노화성을 향상시킨 타이어 험프스트립용 고무조성물

Info

Publication number: KR100407859B1
Application number: KR10-2001-0018850A
Authority: KR
Inventors: 이경남
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2003-12-01
Also published as: KR20020078722A

Abstract

본 발명은 원료고무로서 천연고무와 시스 1,4-폴리부타디엔과 더불어 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무를 사용한 타이어 험프스트립용 고무조성물에 관한 것으로서, 경도, 내마멸성, 강성 및 영구압축변형율, 터프니스 등은 유지되면서 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무의 주쇄에 이중결합이 존재하지 않으므로 노화에 의한 주쇄의 절단이 적은 성질이 발휘되어 내열노화성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

내열노화성을 향상시킨 타이어 험프스트립용 고무조성물{Rubber composition for tire}

본 발명은 내열노화성을 향상시킨 타이어 험프스트립용 고무조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 천연고무와 부타디엔 고무 블렌드 중 부타디엔 고무의 일정량을 내열노화성이 우수한 신디오택틱 1,2-부타디엔 고무로 대체함으로써 내열노화성을 향상시킬 수 있는 타이어 험프스트립용 고무조성물에 관한 것이다.

최근 환경보호와 자원절약면에서 타이어의 재생성 향상 요구가 높아지고 있다. 타이어를 재생하여 사용하기 위해서는 비드부의 내구성이 가장 중요하다.

비드부의 내구성 향상에 가장 큰 영향을 미치는 것 중의 하나는 험프스트립으로, 이는 높은 터프니스와 경도, 내마멸성, 상대적으로 낮은 영구압축변형률, 내열노화성 등이 요구되는 고무조성물로 이루어져 있다. 특히 험프스트립용 고무조성물에 있어서 터프니스와 내열노화성은 내구성 향상을 위하여 가장 중요한 물성으로 평가되고 있다.

험프스트립용 고무조성물의 터프니스와 내열노화성을 유지하기 위한 종래의방법으로는 카본블랙, 유황, 가류촉진제와 같은 첨가제를 다량 투입하는 방법을 사용하고 있으나, 다량의 유황 첨가는 압출된 고무에서 다량의 유황이 표면에 석출되어 생산성 및 물성의 저하, 특히 내열노화성의 저하를 유발하게 되며, 다량의 카본블랙을 사용하는 경우 경도는 증가하지만 신장율이 감소하므로 터프니스의 향상을 기대할 수 없다.

또다른 방법으로, 상기와 같은 험프스트립용 고무조성물의 특성을 만족시키기 위하여 천연고무와 시스 1,4-폴리부타디엔 고무를 혼용하고, 그 혼용비율을 조정하거나 카본블랙의 등급을 조정하는 등의 여러 가지 기술들이 사용되고 있다. 특히 최근에는 내마멸성 향상을 위해 천연고무와 합성고무의 혼용 비율에서 시스 1,4-폴리부타디엔 고무의 혼용 비율을 크게 증가시키고 있는 추세로, 이와같이 하면 내마멸성은 어느 정도 향상시킬 수 있었으나 열노화에 의한 터프니스 저하로 인하여 타이어 비드 토우 부분이 떨어져 나가거나 크랙이 발생하여 타이어의 내구성이 크게 저하되는 문제가 있다.

반면에, 터프니스를 올리기 위해 천연고무 혼용 비율을 높이면 내마멸성이 불리하게 되고, 내열노화성을 개선하기 위하여 유황량을 줄이면 경도 저하와 영구압축변형율이 불리하게 된다. 따라서, 험프스트립용 고무조성물의 요구 물성을 만족시키면서 터프니스 및 내열노화성을 향상시키는 것은 현재까지 커다란 난제로 여겨져 왔다.

이에, 본 발명자는 상기한 바와 같은 문제점을 유발하지 않고 타이어의 험프스트립용 고무조성물의 내열노화성을 향상시키기 위한 연구를 수행하던 중, 통상적으로 사용하는 천연고무, 시스 1,4-폴리부타디엔 고무에 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무를 혼용한 결과, 열노화로 인한 주쇄의 절단을 감소시켜 험프스트립용 고무조성물의 내열노화성을 향상시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 험프스트립의 요구 물성인 경도, 내마멸성, 강성 및 영구압축변형율, 터프니스 등을 유지시키면서 내열노화성을 크게 향상시킨 타이어 험프스트립용 고무조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 험프스트립용 고무조성물은 천연고무와 시스 1,4-폴리부타디엔 고무를 원료고무로 하고, 여기에 산화아연, 스테아린산, 카본블랙, 아로마틱 오일, 유황, 설펜아미드계 가류촉진제를 첨가하여 이루어진 것으로서, 이 원료고무는 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무를 10∼40중량부로 함유하는 것임을 그 특징으로 한다.

본 발명은 천연고무, 시스 1,4-폴리부타디엔 고무, 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무를 혼용함으로써 터프니스를 유지하면서 내열노화성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 타이어 험프스트립용 고무조성물에 관한 것이다.

터프니스(toughness)라 함은 외부의 파괴 스트레스(stress)에 대응하는 재료의 저항 능력을 말하며, 터프니스의 척도는 신장율과 인장강도로서 신장율과 인장강도가 크다는 것은 터프니스가 크다는 것을 의미한다.

또한, 내열노화성은 열적 분위기 하에서 일정시간 노화 후의 물성 저하에 대한 저항능력을 말하며, 내열노화성을 평가하는 항목은 노화후의 경도, 터프니스, 인열강도, 영구압축변형율 등 여러 가지가 있으나, 통상적으로 노화 후의 터프니스를 측정함으로써 내열노화성을 평가하고 있다.

통상적으로 고무의 열노화는 열적 분위기 하에서 산소가 주쇄의 이중결합과 반응하여 고무의 주쇄를 절단함으로써 고무조성물의 물성 저하를 유발시키는 것을 의미한다.

타이어의 험프스트립용 고무조성물에 통상적으로 사용되는 시스 1,4-폴리부타디엔 고무는 다음 화학식 1로부터 알 수 있듯이 주쇄에 이중결합이 많이 존재하므로 노화에 의한 주쇄 절단이 크고 내열노화성이 떨어진다.

반면에 본 발명에서 사용된 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무는 다음 화학식 2로부터 알 수 있듯이 주쇄에 이중결합이 존재하지 않으므로 산소와의 반응에 의한 주쇄 절단이 발생하지 않게 되어 내열노화성이 크게 증가한다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 구조를 갖는 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무를 시스 1,4-폴리부타디엔의 일부를 대체하여 첨가하는 바, 그 함량은 전체 원료고무 중 10∼40중량부, 더욱 좋게는 15∼35중량부가 적당하다. 만일, 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무의 함량이 10중량부 미만이면 내열노화성의 향상을 기대할 수 없고, 40중량부를 초과하면 신장율의 급격한 감소로 터프니스가 떨어지게 되어 내마멸성이 저하되며 노화 후의 터프니스도 감소하게 된다.

이와같은 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무와 함께 통상적으로 타이어의 험프스트립용 고무조성물에 사용되는 원료고무, 즉 천연고무와 시스 1,4-폴리부타디엔을 원료고무로 사용한다.

그리고, 통상의 타이어용 배합제를 첨가할 수 있는 바, 일예로 산화아연, 스테아린산, 카본블랙, 아로마틱 오일, 유황부, TBBS(N-t-buty1-2-benzothiazole sulfenamide) 등을 첨가할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예의 의하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼4 및 비교예 1∼3

가류 전 고무 시트는 다음 표 1에 기재된 배합비율로 고무와 첨가제를 통상적인 혼합방법에 의하여 혼합하였으며, 혼합된 고무를 150℃에서 30분 동안 가류하여 측정시편을 준비하였다. 상기 방법에 의하여 준비된 고무조성물의 물성 결과를 다음 표 1에 기재하였다.

	실 시 예	비 교 예
	1	2	3	4	1	2	3
배합제⁽¹⁾
천연고무	30	30	30	30	30	30	30
시스 1,4-폴리부타디엔 고무	60	50	40	30	70	65	20
신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무⁽²⁾	10	20	30	40	-	5	50
경도(Shore A)	72	73	74	74	70	71	76
인장강도(㎏/㎠)	노화전	194	200	208	205	182	185	190
인장강도(㎏/㎠)	노화후	141	144	150	147	130	132	135
신장율(%)	노화전	405	403	400	401	400	395	350
신장율(%)	노화후⁽³⁾	165	172	185	175	150	151	138
인열강도(㎏/㎠)	노화전	49	48	50	48	50	51	45
인열강도(㎏/㎠)	노화후	25	34	40	35	18	20	15
영구압축 변형율⁽⁴⁾(%)	48	47	45	47	52	52	50
마멸량⁽⁵⁾(㏄)	0.219	0.217	0.218	0.220	0.223	0.222	0.225
(주)1. 상기한 고무성분 외에 통상적으로 타이어 험프스트립용 고무조성물에 사용되는 산화아연 5중량부, 스테아린산 2중량부, 카본블랙 60중량부, 아로마틱 오일 4중량부, 유황 3중량부, TBBS(N-t-buty1-2-benzothiazole sulfenamide)1중량부를 사용하였다.2. 일본합성고무의 JSR RB를 사용하였다.3. 노화조건은 100℃, 96시간이다.4. 영구압축변형율은 100℃에서 24시간 동안 12㎜ 두께의 시편을 9.5㎜로 압축시켰을 때, 압축길이(2.5㎜)에 대한 줄어든 길이의 비를 지수로 나타낸 것이며, 수치가 작을수록 변형율이 적다.5. 마멸량이 적을수록 성능이 우수하다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 타이어의 험프스트립용 고무조성물로 만들어진 실시예 1 내지 4의 가류시편은 노화 후의 터프니스, 즉 신장율과 인장강도가 우수하고 영구압축변형율과 마멸량도 비교적 적은 반면, 시스 1,4-폴리부타디엔 고무만을 사용한 비교예 1은 노화 후의 신장율과 인장강도가 크게 떨어질 뿐 아니라 영구압축변형율 및 마멸량도 높다. 그리고, 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무의 함량이 본 발명의 범위보다 적은 비교예 2는 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무를 사용하지 않은 비교예 1에 비하여 노화 후의 터프니스 향상을 기대할 수 없고 영구압축변형율과 마멸량도 그다지 차이를 보이지 않는다. 또한, 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무의 함량이 본 발명의 범위보다 많은 비교예 3은 노화 전의 신장율이 크게 떨어지고 인장강도도 그다지 크게 증가하지 않으므로 비교예 1에 비하여 노화 후의 터프니스가 감소, 즉 내열노화성이 감소하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 원료고무로서 천연고무와 시스 1,4-폴리부타디엔과 더불어 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무를 사용한 경우 통상의 타이어 험프스트립용 고무에서 요구되는 경도, 내마멸성, 강성 및 영구압축변형율, 터프니스 등은 유지되면서 내열노화성을 크게 향상시킬 수 있게 되었다.

Claims

(정정)천연고무와 시스 1,4-폴리부타디엔 고무를 원료고무로 하고, 여기에산화아연, 스테아린산, 카본블랙, 아로마틱 오일, 유황, 설펜아미드계 가류촉진제를 첨가하여 이루어진 타이어의 험프스트립용 고무조성물에 있어서,

상기 원료고무는 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무를 10∼40중량부 되도록 함유하는 것임을 특징으로 하는 타이어의 험프스트립용 고무조성물.