KR100464985B1 - 내열노화성을 향상시킨 타이어 험프스트립용 고무조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원료고무로 천연고무와 함께 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 혼용한 타이어 험프스트립용 고무조성물에 관한 것으로서, 이는 경도, 인열강도 및 영구압축변형율, 터프니스 등은 유지되면서 고무의 주쇄에 이중결합이 존재하는 부타디엔의 함량이 적은 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 사용함으로써 노화에 의한 주쇄의 절단이 적은 성질이 발휘되어 고무조성물의 내열노화성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

내열노화성을 향상시킨 타이어 험프스트립용 고무조성물{Rubber composition for tire hump strip improved thermal aging property}

본 발명은 내열노화성을 향상시킨 타이어 험프스트립용 고무조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주쇄에 이중결합이 존재하는 부타디엔의 함량이 적은 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 천연고무와 함께 혼용함으로써 내열노화성을 향상시킨 타이어 험프스트립용 고무조성물에 관한 것이다.

최근 환경보호와 자원절약 면에서 타이어의 재생성을 향상시키고자 하는 요구가 높아지고 있는 추세인 바, 타이어를 재생하여 사용하기 위해서는 비드부의 내구성 향상이 가장 중요시할 점이다.

비드부의 내구성 향상에 가장 큰 영향을 미치는 것 중의 하나는 험프스트립으로서, 이는 높은 터프니스(toughness)와 경도, 내마멸성, 상대적으로 낮은 영구압축변형율, 내열노화성 등이 요구되는 고무조성물로 이루어져 있다. 특히, 험프스트립용 고무조성물에 있어서 내열노화성은 내구성 향상을 위하여 가장 중요한 물성 중의 하나로 평가되고 있다.

험프스트립용 고무조성물의 내열노화성을 유지하기 위한 종래의 방법으로는 카본블랙, 유황, 가류촉진제와 같은 첨가제를 다량 투입하는 방법을 사용하고 있으나, 유황을 다량 첨가할 경우 압출된 고무에서 다량의 유황이 표면에 석출되어 생산성 및 물성의 저하, 특히 내열노화성의 저하를 유발하며, 카본블랙을 다량 사용할 경우 경도는 증가하지만 신장율이 급격히 감소하므로 터프니스의 저하를 유발하게 된다.

또 다른 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 혼용비율을 크게 증가시키고 있는 추세로서, 이와같이 하면 내마멸성은 어느 정도 향상시킬 수 있었으나, 열노화에 의한 터프니스 저하로 인하여 타이어 비드 토우(toe) 부분이 떨어져 나가거나 크랙이 발생하여 타이어의 내구성이 크게 저하되는 문제가 있다.

반면에, 터프니스를 올리기 위해 천연고무 혼용비율을 높이면 내마멸성이 불리하게 되고, 내열노화성을 개선하기 위하여 유황량을 줄이면 경도저하와 영구압축변형율이 불리해진다. 따라서, 험프스트립용 고무조성물의 요구물성을 만족시키면서 내열노화성을 향상시키는 것은 현재까지 커다란 난제로 여겨져 왔다.

이에, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 유발하지 않고 타이어 험프스트립용 고무조성물의 내열노화성을 향상시키기 위한 연구를 수행하던 중, 통상적으로 사용하는 시스 1,4-폴리부타디엔 고무 대신에 고무의 주쇄에 이중결합이 존재하는 부타디엔의 함량이 적은 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 사용한 결과, 열노화로 인한 주쇄의 절단을 감소시켜 험프스트립용 고무조성물의 내열노화성을 향상시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

일부 타이어 트레드용 고무 조성물에서는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 스티렌-부타디엔 고무와 함께 사용하거나, 또한 특별히 천연고무 80∼90phr에 니트릴 고무 10∼20phr인 원료고무를 사용하여 트럭·버스용 트레드 고무 조성물에 적합하도록 조성한 예(대한민국특허공개 제1995-26926호)가 있기는 하나, 본 발명에서 요구하는 험프스트립용 고무에서 요구하는 물성에 적합한 정도는 아니었다.

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

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 험프스트립용 고무조성물은 원료고무 100phr 당 천연고무 40∼70phr과 아크릴로니트릴 함량이 25∼45%인 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 30∼60phr로 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 천연고무와 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 원료고무로 사용하여 내열노화성을 향상시킨 타이어 험프스트립용 고무조성물에 관한 것이다.

내열노화성은 열적 분위기 하에서 일정시간 노화 후의 물성저하에 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 물성저하를 유발시키는 것을 의미한다.

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

-[-CH₂-CH=CH-CH₂-]_n-

반면에, 본 발명에서 사용된 아크릴로니트릴 부타디엔 고무는 다음 화학식 2로부터 알 수 있듯이 주쇄의 이중결합이 감소된 구조로서, 산소와의 반응에 의한 주쇄 절단을 방지하게 되어 내열노화성이 크게 향상된다.

-[-CH₂-CH(CN)-]_m―[-CH₂-CH=CH-CH₂-]_n-

단, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무에 있어서 아크릴로니트릴 함량이 높을수록 주쇄의 절단은 감소되는 반면, 고무의 경도가 증가하므로 신장율은 떨어지게 된다. 따라서, 내열노화성을 향상시키기 위해서는 아크릴로니트릴 함량을 일정수준으로 조절하는 것이 필요하다.

여기서, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 아크릴로니트릴 함량은 다음 수학식 1을 이용하여 계산한다. 여기에서 아크릴로니트릴 부타디엔 성분과 아크릴로니트릴 성분은 핵자기공명분광법을 이용하여 측정한다.

이에, 본 발명에서는 통상적으로 사용하는 시스 1,4-폴리부타디엔 대신에 상기 화학식 2의 구조를 갖는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 사용하는 바, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 아크릴로니트릴 함량은 25∼45%, 바람직하게는 30∼40%가 좋다. 만일, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무에 있어서 아크릴로니트릴 함량이 25% 미만이면 내열노화성의 향상을 기대할 수 없고, 45% 초과면 신장율의 급격한 감소로 터프니스가 떨어지게 된다.

또한, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 함량은 전체 원료고무 100phr 당 30∼60phr, 바람직하게는 40∼50phr이 좋다. 만일, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 함량이 전체 원료고무 중 30phr 미만이면 내열노화성의 향상을 기대할 수 없고, 60phr 초과면 신장율의 급격한 감소로 터프니스가 떨어지게 된다.

이와같은 아크릴로니트릴 부타디엔 고무와 함께 통상적으로 타이어의 험프스트립용 고무조성물에서 사용되는 원료고무, 즉 천연고무를 원료고무로 사용한다.

그리고, 통상적으로 타이어의 험프스트립용 고무조성물에 사용되는 배합제를 첨가할 수 있는 바, 일예로 산화아연, 스테아린산, 카본블랙, 아로마틱 오일, 레진, 가공조제, 유황부, TBBS(N-t-butyl-2-benzothiazole sulfenamide) 등을 첨가할 수 있다.

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

실시예 1∼4 및 비교예 1∼5

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 물성결과를 다음 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 고무조성물로 만들어진 실시예 1 내지 4의 가류시편은 노화 후의 터프니스, 즉 매우 우수한 인장강도와 일정한 수준의 신장율을 가지며 마멸량도 매우 적은 반면, 시스 1,4-폴리부타디엔 고무를 사용한 비교예 1은 노화 후의 신장율과 인장강도가 크게 떨어진다. 그리고, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 아크릴로니트릴 함량이 본 바명의 범위보다 적은 비교예 2는 시스 1,4-폴리부타디엔 고무를 사용한 비교예 1에 비하여 노화 후의 터프니스 향상을 기대할 수 없고 마멸량도 그다지 차이를 보이지 않는다. 또한, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 아크릴로니트릴 함량이 본 발명의 범위보다 많은 비교예 3의 경우는 노화 전의 신장율이 크게 떨어지고 인장강도도 그다지 크게 증가하지 않으므로 비교예 1에 비하여 노화 후의 터프니스가 감소, 즉 내열노화성이 감소함을 알 수 있다. 그리고, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 함량이 본 발명의 범위보다 적은 비교예 4는 비교예 1에 비하여 노화 후의 터프니스 향상을 기대할 수 없으며 내마멸성도 떨어진다. 또한, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 함량이 본 발명의 범위보다 많은 비교예 5의 경우는 노화 전의 신장율이 크게 떨어지고 인장강도도 그다지 크게 증가하지 않으므로 비교예 1에 비하여 노화 후의 터프니스가 감소, 즉 내열노화성이 감소하게 됨을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 원료고무로서 천연고무와 일정 아크릴로니트릴 함량을 갖는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 사용한 경우 통상의 타이어 험프스트립용 고무에서 요구되는 경도, 인열강도 및 영구압축변형율, 터프니스, 내마멸성 등은 유지되면서 내열노화성을 크게 향상시킬 수 있게 되었다.

Claims (2)

1. (2회정정)천연고무와 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 원료고무로 하고 여기에 통상의 첨가제를 배합하여 이루어진 고무 조성물에 있어서,

   상기 원료고무는 아크릴로니트릴 함량이 25∼45%인 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 원료고무 100phr당 30∼60phr로 함유하고,보강제로서 카본블랙 60phr을 함유하며 유황 3phr,촉진제, 스테아린산, 산화아연, 가공조제, 아로마틱 오일 및 레진으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 타이어의 험프스트립용 고무조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무는 아크릴로니트릴 함량이 30∼40%인 것임을 특징으로 하는 타이어의 험프스트립용 고무조성물.