KR100526256B1 - 타이어 백색 사이드월용 고무 조성물 - Google Patents

타이어 백색 사이드월용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원료고무, 충전제, 연화제, 가황제 및 가황 촉진제를 포함하는 타이어 백색 사이드월 고무조성물에 있어서, 원료고무는 천연고무, 스타이렌-부타디엔 고무 및 에틸렌-프로필렌-디엔 고무로 이루어지며, 스타치를 원료고무 100중량부에 대해 3 내지 20 중량부 되도록 더 포함한 타이어 백색 사이드월용 고무조성물을 제공하는 바, 이는 고무모듈러스 수준이 주변 흑색 사이드월부와 유사하고 압출시 경계면의 구배가 잘 보존되면서 내균열성, 내피로성 및 내한성 또한 우수하다.

Description

타이어 백색 사이드월용 고무 조성물{Rubber composition for white sidewall of tire}
본 발명은 타이어의 백색 사이드월용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원료고무로서 천연고무, 스타이렌-부타디엔 고무 및 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체 고무를 함유하며, 여기에 스타치(녹말) 분말을 첨가함으로써 고무 모듈러스 수준이 주변 흑색 사이드월부와 유사하고 압출시 경계면의 구배가 잘 보존되면서 내균열성, 내피로성 및 내한성이 우수한 타이어의 백색 사이드월용 고무 조성물에 관한 것이다.
타이어의 백색 사이드월에 대한 종래기술들은 외관과 색도를 유지하기 위한 기술들이 주류를 이루고 있다. 일예로, 국내특허 공개 제1998-85940호, 제1998-44209호, 제2000-1875호 등을 들 수 있다. 이들 기술을 보면 외관과 색도를 유지하기 위해, 노화방지제에 의한 변색을 방지하는 방법, 그리고 기본적으로 디엔계 폴리머를 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체(이하, EPDM이라 함) 고무로 소량 대체하여 내오존성능을 향상시키는 방법, 그리고 액상 EPDM 고무를 첨가하여 상기의 목적을 달성시키는 방법들로 대별될 수 있다.
타이어의 사이드월은 내후성, 내오존성 및 내균열성이 요구되는 부분이므로, 디엔계 고무 성분에 아민계 노화방지제나 왁스 등을 변화시켜가며 개발한 고무조성물에 관한 기술들도 개시되어 있다.
그러나, 상기한 고무 조성물로 제조된 타이어의 백색 사이드월은 외관이 양호하게 유지되고 내후성 및 내오존성은 우수하지만, 기본적으로 카본블랙 조성물에 비해 모듈러스 수준이 낮고 압출 특성, 압출 후 형상 보존 능력, 인장, 내균열성, 내피로성 및 내한성 등에서는 불리한 성질을 갖는다.
이에 본 발명자는 타이어의 백색 사이드월용 고무조성물들이 모듈러스 수준이 낮고 압출 특성, 압출 후 형상 보존 능력, 인장, 내균열성, 내피로성 및 내한성 등에서 불리한 점을 극복하기 위해 연구노력하던 중, 원료고무로서 천연고무, 스타이렌-부타디엔 고무 및 EPDM 고무를 포함하고, 여기에 보강성능을 향상시키고 외관을 유지하는 스타치 분말을 첨가시킨 결과, 고무모듈러스 수준이 주변 흑색 사이드월부와 유사하고 압출시 경계면의 구배가 잘 보존되면서 내균열성, 내피로성 및 내한성이 우수해짐을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 타이어 사이드월부의 변형에서 모듈러스 차이에 의한 응력집중 현상을 막기 위해 흑색 사이드월부의 고무모듈러스값과 유사한 수준으로 고무 모듈러스값을 올리고, 백색 사이드월부의 압출특성을 개선하여 경계면의 구배가 잘 보존되면서 내균열성, 내피로성 및 내한성이 우수한 타이어의 백색 사이드월용 고무조성물을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 백색 사이드월용 고무조성물은 원료고무, 충전제, 연화제, 가황제 및 가황 촉진제를 포함하는 것으로서, 이때 원료고무는 천연고무, 스타이렌-부타디엔 고무 및 에틸렌-프로필렌-디엔 고무로 이루어지며, 스타치를 원료고무 100중량부에 대해 3 내지 20 중량부 되도록 더 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 백색 사이드월용 고무조성물에 있어서, 원료고무는 천연고무, 스타이렌-부타디엔 고무 및 EPDM 고무로 이루어진다.
구체적으로 천연고무 30∼60중량%, 스타이렌-부타디엔 고무 10∼40중량% 및 EPDM 고무 5∼40중량%로 이루어진다.
본 발명에서 사용되는 EPDM 고무는 일반적으로 타이어용 고무 조성물에서 사용되는 EPDM 고무이다.
일반적으로, 타이어 사이드월부에서의 오존 균열은 천연 고무에서 발생하여 천연 고무 상에 입자 또는 영역으로 분산되어 존재하는 EPDM 고무 영역에 접할 때까지 성장을 지속하는 것으로 알려져 있다. 천연고무 상에서 발생한 균열에는 오존 균열의 성장이 EPDM 고무 영역에 접하여 멈추게 되는 임계 균열의 길이가 존재하여, 임계 균열 길이 미만의 오존 균열은 EPDM 고무 영역에 접하여 성장을 지속하다가 임계 균열 길이에서 성장을 멈추게 되나, 임계 길이 이상으로 성장한 오존 균열은 EPDM 고무 영역에 접하면 고분자 에틸렌 프로필렌 입자를 우회하여 계속 성장하게 된다.
따라서, 천연 고무에서 EPDM 고무의 농도가 낮더라도 천연 고무 매트릭스상에 잘 분산되어 있으면, 오존 균열이 임계균열 길이 이상으로 성장하기 전에 EPDM 고무의 입자 또는 영역과 접하여서 오존 균열의 성장이 임계 균열 길이에서 중지되게 할 수 있다.
천연 고무 중의 EPDM 고무의 농도를 높이기 위하여 다량의 EPDM 고무를 사용한 고무 조성물로 제조된 백색 사이드월은 외관이 양호하게 유지되고 내후성 및 내오존성은 우수하지만, 내균열성, 내피로성 및 내한성이 저하된다.
이에, 본 발명에서는 EPDM 고무를 상기한 바와 같이 소량으로 사용하나, 그 분산성을 향상시켜 내균열성, 내피로성 및 내한성 저하를 초래하지 않는 방안으로서, 스타치 분말을 사용하여 향상된 보강성능을 나타내며 가공성 향상으로 EPDM 고무의 분산성을 향상시킴으로써 백색 사이드월용 고무 조성물의 내균열성, 내피로성, 내한성을 향상시킨 것이다. 또한, 스타치 분말은 노화방지제 또는 가교제 등의 기타 첨가제의 분산성 또한 향상시키는 역할을 한다.
다시 말해, 스타치 분말의 첨가로 인해 백색 사이드월용 고무의 모듈러스 값을 흑색 사이드월부의 고무 모듈러스 값과 유사한 수준으로 올릴 수 있게 되어 타이어 사이드월부의 변형에서 모듈러스 차이에 의한 응력집중현상을 막을 수 있고, 동시에 백색 사이드월부의 압출특성을 개선하여 경계면의 구배가 잘 보존될 수 있게 된다.
이와같은 역할을 하는 스타치 분말로서 본 발명에서는 옥수수 전분으로서 아밀로스와 아밀로 펙틴의 구성비가 25:75인 제품을 사용하였지만, 통상의 다른 전분(사탕수수, 고구마 등)을 사용할 수 있음은 물론이다.
스타치 분말 첨가시 그 함량은 원료고무 100중량부에 대해 3 내지 20중량부인 것이 바람직한 바, 만일 그 함량이 원료고무 100중량부에 대해 3중량부 미만이면 첨가 효과가 미미하고, 20중량부 초과면 내피로성능과 인장강도가 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 고무 조성물에는 임의로 충전제, 연화제, 가황제 및 가황 촉진제 등의 통상적인 고무 조성물의 첨가제를 사용할 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
다음 표 1에 기재된 성분과 함량을 배합하여 고무 조성물을 제조하고 실시예 1로 하였으며, 실시예 1은 기본 배합에서의 스타치 분말의 영향을 효율적으로 파악하기 위한 배합이다.
고무 조성물을 반바리 혼합기를 사용하여 혼합한 다음, 가류전 고무 시이트를 제조하였다. 제조된 고무 시이트를 스팀 프레스를 사용하여 170℃에서 20분 동안 가류하였다.
가류된 고무 시이트에 대하여 경도, 인장 강도, 정변형 피로, 정하중 피로, 균열 성장 속도, 저온 파괴 온도, 내오존성 및 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체 고무의 입자 크기를 측정하고 그 결과를 다음 표 2에 기재하였다.
인장강도는 통상의 UTM 기계를 사용하여 시편이 끊어질때의 하중을 측정하였고, 정변형피로는 일정 변형(100%)을 반복하여 오랫동안 지속되는 시편이 우수한 것으로 판단하였으며, 정하중 피로 역시 동일하게 정하중 반복시험 방법에 의거 측정하였다. 균열성장속도는 통상의 피로시험 중 피로사이클과 크랙성장 값을 측정하여 표기하는 방법으로 측정하였고, 저온파괴온도는 드라이 아이스를 이용하여 온도를 떨어뜨려 파괴시험을 실시하여 측정하였다. 본 실시예 1의 내오존성은 오존 농도 50PPHM에서의 균열 발생 시점을 표시한 것이다.
실시예 2 내지 4
다음 표 1에 기재된 성분과 함량을 배합하여 고무 조성물을 제조하고, 각각을 실시예 2 내지 4로 하였다. 본 예들은 스타치 양과 충진제 양을 변량 시험함으로 본 발명에서 원하는 최적 성능을 나타내는 부분을 확인하고자 한 것이다.
실시예 1과 동일한 방법으로 고무 시이트를 제조하여 가류하고, 경도, 인장 강도, 정변형 피로, 정하중 피로, 균열 성장 속도, 저온 파괴 온도 및 내오존성을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여 그 결과를 표 2에 기재하였다. 다만, 본 실시예들의 내오존성은 오존 농도 200PPHM하에서 시편이 파단되기 시작하는 시점을 표시한 것이다.
비교예 1
표 1에 기재된 성분과 함량을 배합하여 고무 조성물을 제조하고, 비교예 1로 하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 고무 시이트를 제조하여 가류하고, 경도, 인장 강도, 정변형 피로, 정하중 피로, 균열 성장 속도, 저온 파괴 온도 및 내오존성을 상기 실시예 1과 동일하게 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 기재하였다. 비교예 1의 내오존성은 실시예 1과 동일한 오존 농도 50PPHM에서의 균열 발생 시점을 표시한 것이다.
비교예 2 내지 3
표 1에 기재된 성분과 함량을 배합하여 고무 조성물을 제조하고, 비교예 2 내지 3으로 하였다. 본 예들은 스타치 분말의 첨가량에 따른 영향을 보이기 위한 것이다.
실시예 1과 동일한 방법으로 고무 시이트를 제조하여 가류하고, 경도, 인장 강도, 정변형 피로, 정하중 피로, 균열 성장 속도, 저온 파괴 온도 및 내오존성을 상기 실시예 1과 동일하게 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 기재하였다. 본 비교예들의 내오존성은 실시예 1과 동일한 오존 농도 50PPHM에서의 균열 발생 시점을 표시한 것이다.
　 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
천연고무 50 50 50 50 50 50 50
스타이렌-부타디엔 고무 20 20 20 20 20 20 20
EPDM 고무 30 30 30 30 30 30 30
충진제 50 49 40 50 47.5 45 40
스타치 　- 2 25 5 5 10 20
안료 30 30 30 30 30 30 30
산화아연 4 4 4 4 4 4 4
스테아린산 2 2 2 2 2 2 2
왁스 2 2 2 2 2 2 2
노방제 2 2 2 2 2 2 2
유황 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
촉진제 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
유황공여체 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
1) EPDM : 에틸렌 프로필렌 디엔 삼원 공중합체 고무2) 충진제: N330 계열 카본블랙3)Starch : 대상㈜ 제품으로 아밀로스와 아밀로 펙틴의 구성비가 25:75 인 옥수수 전분4) 촉진제 : NS, N-tert-부틸-2-벤조디아질-설펜아미드5)유황공여체 : 알킬페놀 디설파이드
　 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
경도 56 56 59 58 58 59 59
인장강도(kg/㎠) 120 120 120 130 128 133 136
정변형피로(kcycle) 9.0 8.9 7.8 9.5 10.0 9.8 9.1
정하중피로(kcycle) 12.0 12.2 11 14.0 13.9 14.2 13.8
균열성장속도(㎛/cycle) 0.312 0.311 0.38 0.12 0.08 0.09 0.15
저온파괴온도(℃) -46 -46 -45 -49 -50 -50 -49
내오존성(정적, 일) 25 26 28 30 31 32 30
내오존성(동적, 일) 25 25 25 29 30 30 29
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 고무 조성물은 종래의 고무 조성물(비교예 1)과 비교하여 모듈러스를 대변하는 경도와 인장 강도 및 내오존성이 동등 이상으로 우수하고, 종래의 고무 조성물보다 정변형 피로, 정하중 피로, 균열 성장 속도 및 저온 파괴 온도에서 우수함을 알 수 있다. 즉, 상기한 바와 같이 본 발명의 고무 조성물은 내후성 및 내오존성이 종래의 고무 조성물의 동등 이상이고 내균열성, 내피로성 및 내한성이 특히 우수하였다.
또한, 본 발명의 고무 조성물에서는 스타치 입자가 첨가됨으로써 보강효과가 향상되었고 압출 특성이 우수하고 고무 매트릭스에서의 다른 성분의 분산성이 향상됨을 알 수 있다.
그러나, 스타치 분말이 첨가되더라도 그 함량이 적은 경우(비교예 2)의 경우는 첨가 효과가 미미한 결과를 보이고 있으며, 그 함량이 과량이 경우(비교예 3)는 내피로성과 인장강도가 급격히 떨어지는 결과를 나타냄을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 타이어의 백색 사이드월용 고무 조성물에 보강효과를 높이고 압출시 성형성을 향상시키며 다른 성능에서도 동등이상을 유지하기 위해서 천연고무, 스타이렌-부타디엔 고무 및 EPDM 고무를 원료고무로 하고, 여기에 스타치 분말을 첨가하여 얻어진 백색 사이드월 고무조성물은 고무모듈러스 수준이 주변 흑색 사이드월부와 유사하고 압출시 경계면의 구배가 잘 보존되면서 내균열성, 내피로성 및 내한성 또한 우수하다.

Claims (3)

  1. 원료고무, 충전제, 연화제, 가황제 및 가황 촉진제를 포함하는 타이어 백색 사이드월 고무조성물에 있어서,
    상기 원료고무는 천연고무, 스타이렌-부타디엔 고무 및 에틸렌-프로필렌-디엔 고무로 이루어지며, 스타치를 원료고무 100중량부에 대해 3 내지 20 중량부 되도록 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 타이어 백색 사이드월용 고무조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 원료고무는 천연고무 30∼60중량%, 스타이렌-부타디엔 고무 10∼40중량% 및 EPDM 고무 5∼40중량%로 이루어진 것임을 특징으로 하는 타이어 백색 사이드월용 고무조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 스타치는 아밀로스와 아밀로펙틴의 구성비가 25:75인 옥수수 전분인 것임을 특징으로 하는 타이어 백색 사이드월용 고무조성물.
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