KR100542283B1 - 마모성능이 우수한 자동차 타이어용 트레드 고무조성물 - Google Patents

마모성능이 우수한 자동차 타이어용 트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마모성능이 우수한 자동차 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 내마모성이 우수한 이소프렌(isoprene)이 함유된 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무로 사용하여 내마모성을 향상시킬 수 있는 자동차 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 자동차 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부 중에 이소프렌을 함유하는 스티렌 부타디엔 고무 20∼60중량부를 원료고무에 포함한다.
본 발명에서 원료고무의 일부인 이소프렌을 함유하는 스티렌 부타디엔 고무는 이소프렌을 40∼60% 함유한다.

Description

마모성능이 우수한 자동차 타이어용 트레드 고무조성물{Tread rubber composition for car tire improved abrasion property}
본 발명은 마모성능이 우수한 자동차 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 내마모성이 우수한 이소프렌(isoprene)이 함유된 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무의 일부로 사용하여 내마모성을 향상시킬 수 있는 자동차 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
최근 소비자의 권리가 강화되면서 상품에 대한 요구성능이 다양해지고 고급화하고 있다. 이러한 경향은 자동차 산업에도 영향을 미처 소비자들은 점차 고급스러우면서 안전성, 기동성 및 경제성의 다양한 기능을 가지는 차량을 요구함에 따라 자동차 제조회사에서도 이에 대한 연구가 진행되고 있다.
따라서 자동차 산업과 밀접한 관련을 가지고 있는 타이어 제조업체에서도 차동차의 안정성, 기동성 및 경제성을 위한 타이어에 대한 연구를 하고 있다. 이러한 타이어를 제공하기 위해 최근 스티렌(styrene) 함량이 많이 함유된 고무를 원료고무로 사용하고, 고무의 보강성 향상을 위해 보강충진제로서 카본블랙 대신 실리카 를 적용하여 타이어의 제동성능 및 연비성능과 같은 기능성 향상에 주력하고 있다.
그러나 스티렌 함량이 많이 함유된 고무와 실리카를 적용하여 제조한 타이어는 제동특성 및 연비특성은 우수한 반면에 마모특성이 상대적으로 하락하는 문제가 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 문제를 해결하기 위해 내마모성이 우수한 이소프렌(isoprene)이 함유된 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무의 일부로 사용하여 제동특성 및 연비특성은 종래 트레드 고무조성물과 동등 수준을 유지하면서 내마모성을 향상시킬 수 있는 자동차 타이어용 트레드 고무조성물을 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 공지의 자동차 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부 중에 이소프렌을 함유하는 스티렌 부타디엔 고무 20∼60중량부를 원료고무에 포함한다.
본 발명에서 원료고무의 일부인 이소프렌을 함유하는 스티렌 부타디엔 고무는 이소프렌을 40∼60% 함유한다.
본 발명에서 원료고무는 이소프렌을 함유하는 스티렌 부타디엔 고무(원료고무(Ⅰ)) 20∼60중량부와 종래 트레드 고무조성물에서 원료고무로 사용할 수 있는 고무(원료고무(Ⅱ)) 40∼80중량부가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무(Ⅱ)는 종래 트레드 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 원료고무(Ⅱ)의 일예로서 본 발명에서는 천연고무나 스티렌 함량이 35∼45%인 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무와 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 천연고무와 위에서 언급한 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 이때 천연고무와 혼합된 합성고무는 위에서 언급한 두 종류의 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 두 종류의 합성고무를 1:9∼9:1의 비로 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 원료고무 중에 이소프렌을 함유하는 스티렌 부타디엔 고무를 20중량부 미만 사용하면 이 고무조성물로 제조한 고무의 마모특성이 감소하는 문제가 있고, 60중량부 초과하여 사용하면 뚜렷한 마모특성의 향상이 없다. 따라서 본 발명에서 이소프렌을 함유하는 스티렌 부타디엔 고무는 원료고무 중에 20∼60중량부 포함되는 것이 좋다.
원료고무의 일부인 이소프렌을 함유하는 스티렌 부타디엔 고무에 있어서 다양한 이소프렌 함량을 가지는 스티렌 부타디엔 고무를 원료고무의 일부로 적용한바 본 발명의 목적을 달성하기 위해 이소프렌을 함유하는 스티렌 부타디엔 고무는 이소프렌 함량을 40%∼60% 함유하는 것이 좋다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무 이외에 종래 자동차 타이어용 트레드 고무조성물에 사용되는 충진제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제, 가류촉진제 및 균질제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 자동차 타이어용 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기의 내마모성이 우수한 트레드 고무조성물을 이용하여 제조한 고무를 함유하는 자동차용 타이어를 포함한다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
하기의 표 1과 같이 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR) 40중량부, 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 40중량부 및 부타디엔 고무(BR) 20중량부로 이루어진 원료고무 100중량부와 균질제(40MS) 3.0중량부, 산화아연 3.0중량부, 실리카 60.0중량부, 실란커플링제(X-50S) 9.6중량부, 카본블랙 5.2중량부, 스테아린산 2.0중량부, 내산화방지제(Kumanox-13, 금호석유화학) 2.0중량부, 내열노화방지제#2(Kumanox-RD, 금호석유화학) 2.5중량부, 왁스 2.0중량부를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 혼합시킨 후 1차 배합고무를 방출시켰다. 그런 다음 1차 배합고무에 황 1.9중량부, 가류촉진제(CZ) 1.8중량부, 가류촉진제(DPG) 0.5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 100℃에서 가류 후 방출하여 고무를 제조하였다.
상기에서 실리카는 BET 값 160m2/g, CTAB 값 155m2/g, DOP 값 275㎖/100g인 특성을 가지는 것을 사용하였다.
<실시예 1>
하기의 표 1과 같이 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 40중량부, 부타디엔 고무(BR) 20중량부 및 이소프렌 함량이 50% 함유된 스티렌 부타디엔 고무(ISBR) 40중량부로 이루어진 원료고무 100중량부와 균질제(40MS) 3.0중량부, 산화아연 3.0중량부, 실리카 60.0중량부, 실란커플링제(X-50S) 9.6중량부, 카본블랙 5.2중량부, 스테아린산 2.0중량부, 내산화방지제(Kumanox-13, 금호석유화학) 2.0중량부, 내열노화방지제#2(Kumanox-RD, 금호석유화학) 2.5중량부, 왁스 2.0중량부를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 혼합시킨 후 1차 배합고무를 방출시켰다. 그런 다음 1차 배합고무에 황 1.9중량부, 가류촉진제(CZ) 1.8중량부, 가류촉진제(DPG) 0.5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 100℃에서 가류 후 방출하여 고무를 제조하였다.
상기에서 실리카는 BET 값 160m2/g, CTAB 값 155m2/g, DOP 값 275㎖/100g인 특성을 가지는 것을 사용하였다.
<실시예 2>
유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 대신 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성물 및 방법 을 이용하여 고무를 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성물
항목 비교예 실시예 1 실시예 2
S-SBR 40 - 40
E-SBR 40 40 -
BR 20 20 20
ISBR* - 40 40
균질제 3.0 3.0 3.0
산화아연 3.0 3.0 3.0
실리카 60 60 60
X-50S 9.6 9.6 9.6
카본블랙 5.2 5.2 5.2
스테아린산 2.0 2.0 2.0
내산화방지제 2.0 2.0 2.0
내열노화방지제 2.5 2.5 2.5
왁스 2.0 2.0 2.0
유황 1.9 1.9 1.9
CZ* 1.8 1.8 1.8
DPG* 0.5 0.5 0.5
* ISBR : 스티렌/이소프렌/부타디엔이 각각 25%/50%/25% 함유되고, 유리전이온도 -30℃인 것을 사용하였다.
* CZ : N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamide
* DPG : 디페닐구아니딘
<시험예>
상기 비교예 및 실시예에 의해 제조한 고무를 ASTM 관련규정에 의해 비중, 무니점도, 경도, 300%모듈러스, 인장강도 및 신율과 같은 인장물성, 유리전이온도, tanδ(0℃) 및 tanδ(70℃)와 같은 동적점탄성, 발열(HBU), 리바운드(rebound), 마모(pico) 등의 물성을 측정하고 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무의 물성 결과
항목 비교예 실시예 1 실시예 2
비중 1.1889 1.2044 1.1994
무니점도(@100℃) 90 81 88
인장물성 경도 68 70 70
300%모듈러스 114 134 135
인장강도 226 203 206
동적점탄성 Tg(℃) -13.4 -13.4 -13.3
tan δ(0℃) 0.484 0.479 0.467
tan δ(70℃) 0.161 0.143 0.154
HBU(delta t(℃)) 30.6 26.7 26.5
리바운드(1st) 18.4 20.6 20.1
마모(pico) 0.0345 0.0325 0.0310
상기 표 2의 결과에서처럼 본 발명의 트레드 고무조성물을 적용하여 제조한 고무는 종래의 트레드 고무조성물을 적용한 고무에 비해 발열특성, 저연비 특성을 나타내는 동적점탄성(tan δ(70℃))이 동등 수준 이상을 나타내고 있으며, 마모특성이 보다 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 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.

Claims (3)

  1. 자동차 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부 중에 이소프렌이 40∼60％ 함유된 스티렌 부타디엔 고무 20∼60중량부와 천연고무, 스티렌 함량이 35∼45％인 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상이 40∼80중량부로 이루어지는 마모성능이 우수한 자동차 타이어용 트레드 고무조성물.
  2. 삭제
  3. 특허청구범위 제1항의 트레드 고무조성물을 이용하여 제조한 고무를 포함하는 자동차용 타이어.
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