KR100558958B1 - 타이어 표면의 외관을 개선하기 위한 트레드 고무조성물 - Google Patents

타이어 표면의 외관을 개선하기 위한 트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 표면의 외관을 개선하기 위한 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 공지의 트레드 고무조성물에 계면활성제를 첨가하여 타이어의 표면으로 이동하는 저분자량 물질과 트레드 표면층 사이에 계면장력을 감소시켜 트레드 표면에 석출되는 물질들이 타이어 트레드 표면에 균일하게 분산하도록 하여 타이어 표면의 외관을 개선할 수 있는 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 공지의 트레드 고무조성물에 친수성과 소수성을 동시에 가지는 계면활성제를 첨가하여 타이어 표면의 외관을 개선할 수 있는 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 상기의 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 포함하는 타이어의 제공을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 왁스 1∼2.5중량부, 계면활성제로서 디메칠알킬포스포늄클로라이드(dimethyl alkyl phosphonium chloride, R(CH3)2P+Cl-) 0.5∼3.0중량부 포함한다.

Description

타이어 표면의 외관을 개선하기 위한 트레드 고무조성물{Tread compound for improving appearance of tire surface}
본 발명은 타이어 표면의 외관을 개선하기 위한 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 공지의 트레드 고무조성물에 계면활성제를 첨가하여 타이어의 표면으로 이동하는 저분자량 물질과 트레드 표면층 사이에 계면장력을 감소시켜 트레드 표면에 석출되는 물질들이 타이어 트레드 표면에 균일하게 분산하도록 하여 타이어 표면의 외관을 개선할 수 있는 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
타이어 산업에서 외관의 색상은 소비자가 제품을 구입시 매우 중요한 역할을 한다. 일반적으로 타이어 트레드 표면의 색상변화를 살펴보면 제조일로부터 4주 후 일반적인 외관오염이 관찰된다. 이러한 외관오염은 내후성 및 내오존특성을 개선하기 위하여 사용하는 노화방지제나 혹은 왁스가 트레드 표면부위로 과량의 석출시 변색되어 부분적으로 검댕이(Black spot)처럼 보이거나 또는 이들의 과량 석출물이 트레드 표면의 색상을 회색상태로 변화시킨다.
일반적으로 타이어 제조 후 타이어가 외부공기에 노출되면 트레드 표면에는 극성의 산화막이 형성되며, 시간이 지남에 따라 배합물 내에 존재하는 비극성 물질의 왁스가 트레드 표면으로 이동한다. 트레드 표면으로 이동하는 왁스는 트레드 표면의 극성산화층 때문에 균일한 피막을 형성하지 못하고 불규칙한 배열의 왁스층을 형성하는데 이런 불규칙한 배열의 왁스층이 햇빛 등에 노출시 햇빛의 산란으로 인해 검댕이처럼 보이는 것이다.
한편 트레드 고무조성물중에서 다량의 왁스나 노화방지제가 표면으로 석출시에는 타이어 트레드 표면층에 피막을 형성하게 되는데 피막층이 1.75㎛ 이상일 때 타이어의 표면이 회색으로 보이게 되나 1.75㎛ 이하의 피막층을 형성하게 되면 트레드 표면의 변색에 영향을 주지 않는다. 일예로 타이어 표면에 검댕이 부위가 있거나 또는 회색으로 변한 타이어를 70℃ 이상에 보관하게 되면 변색부위가 사라지고 흑색도가 증가하는데 이는 타이어 표면으로 석출된 저분자량 물질이 용해되어 타이어 표면에 균일한 피막을 형성하기 때문이다.
타이어 트레드에 적정량의 노화방지제와 왁스를 사용하면 타이어 제조 후 트레드 표면은 회색으로의 변색을 막을 수 있으나 표면에 부분적으로 나타나는 검댕이 문제는 타이어 산업에서 흔히 품질문제로 접하게 된다.
따라서 타이어 트레드 고무를 제조한 후 트레드 표면에 부분적으로 나타나는 검댕이 문제를 해결하여야 하나 아직 이에 대한 처리가 충분하지 못한 문제가 있다.
본 발명자는 타이어 표면의 외관을 개선하기 위해 연구하던 중 공지의 트레드 고무조성물에 친수성과 소수성을 동시에 가지는 계면활성제를 첨가하면 타이어의 표면으로 이동하는 왁스와 같은 저분자량 물질과 타이어 표면층 사이에 계면장력을 감소시켜 저분자량 물질에 의해 타이어 표면에 석출되는 물질들이 타이어 트레드 표면에 균일하게 분산되어 검댕이와 같은 타이어 표면의 외관오염을 감소할 수 있음을 알게 되었다.
따라서 본 발명은 공지의 트레드 고무조성물에 친수성과 소수성을 동시에 가지는 계면활성제를 첨가하여 타이어 표면의 외관을 개선할 수 있는 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 포함하는 타이어의 제공을 또 다른 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 왁스 1∼2.5중량부, 계면활성제로서 디메칠알킬포스포늄클로라이드(dimethyl alkyl phosphonium chloride, R(CH3)2P+ Cl-) 0.5∼3.0중량부 포함한다.
상기의 계면활성제에서 알킬기(R)는 C8∼C14인 알킬기이다.
본 발명에서 원료고무 100중량부에 대하여 디메칠알킬포스포늄클로라이드를 0.5중량부 미만 사용하면 타이어 트레드 표면의 외관 개선 효과가 상대적으로 미미하고, 3.0중량부 초과하여 사용하면 트레드 고무배합물의 물성이 하락하는 문제가 있다. 따라서 본 발명에서 계면활성제인 디메칠알킬포스포늄클로라이드는 원료고무 100중량부에 대하여 0.5∼3.0중량부 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 원료고무의 일예로서 본 발명에서는 천연고무나 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무와 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 둘 이상의 합성고무가 동일한 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 또한 상기의 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무 및 계면활성제 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 충진제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 가지는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타 이어 중에서 선택된 어느 하나를 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 1>
원료고무로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR 1502) 100중량부에 대해 카본블랙(N351) 60중량부, 왁스 1.0중량부, 공정유 7.0중량부, 아연화 3.0중량부, 스테아린산 1.0중량부, 노화방지제(kumanox RD, 금호석유화학) 2.0중량부, 노화방지제(6C) 2.0중량부, 유황 1.8중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) 1.0중량부, 가류촉진제(diphenyl guanidine, DPG) 0.5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 155℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
하기의 표 1에 조성성분을 나타내었다.
<비교예 2>
왁스 2.0중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성성분 및 방법을 이용하여 고무를 제조하였다.
<비교예 3>
왁스 3.0중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성성분 및 방법을 이용하여 고무를 제조하였다.
<실시예 1>
원료고무로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR 1502) 100중량부에 대해 카본블랙 (N351)60중량부, 계면활성제 2.0중량부, 왁스 1.0중량부, 공정유 7.0중량부, 아연화 3.0중량부, 스테아린산 1.0중량부, 노화방지제(kumanox RD, 금호석유화학) 2.0중량부, 노화방지제(6C) 2.0중량부, 유황 1.8중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) 1.0중량부, 가류촉진제(diphenyl guanidine, DPG) 0.5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 155℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 계면활성제는 디메칠알킬포스포늄클로라이드(R(CH3)2P+Cl -, R=C13H27)를 사용하였다. 하기의 표 1에 조성성분을 나타내었다.
<실시예 2>
계면활성제 5.0중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성성분 및 방법을 이용하여 고무를 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예 조성성분
항목 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1 실시예 2
SBR 1502 100 100 100 100 100
카본블랙 60 60 60 60 60
왁스 1.0 2.0 3.0 2.0 2.0
계면활성제 - - - 2.0 5.0
공정유 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0
아연화 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
스테아린산 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
RD 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
6C 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
유황 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8
CZ 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
DPG 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
<시험예 1>
상기 비교예 및 실시예 고무에 대해 ASTM 관련규정에 의해 점도, 인장강도, 300%모듈러스, 신율, 마모, 블로우아웃(Blow out)과 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무의 물성 측정
항목 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1 실시예 2
점도(@125℃) 54 52 50 52 50
인장강도(kgf/cm2) 250 248 232 248 238
300%모듈러스(kgf/cm2) 118 115 109 116 106
신율(%) 528 539 536 527 529
마모(g) 0.234 0.241 0.291 0.233 0.300
블로우아웃(@100℃) 5.6분 5.4분 4.8분 5.9분 4.5분
*점도는 무니 측정기(Mooney tester)를 이용하여 측정.
*마모는 PICO 시험기기를 이용하여 내마모정도를 평가한 것으로 80회 회전 후 손실된 분량을 나타냄
<시험예 2>
상기 비교예 및 실시예 고무조성물로 이루어진 트레드 고무를 제조한 후 통상적인 타이어 제조방법을 이용하여 상기의 트레드를 가지는 215/65R22.5 규격의 타이어를 의해 제조하였다.
상온의 온도를 유지하는 창고에 상기에서 제조한 타이어를 3개월 동안 보관한 후 이 타이어 표면에 생성된 왁스의 석출물이 이루는 피막층의 두께와 내오존성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다. 한편 타이어 표면의 외관등급은 실제 눈에 보이는 대로 등급을 매겨 측정하였다.
표 3. 비교예 및 실시예 고무의 물성 측정
항목 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1 실시예 2
피막층 두께(㎛) 0.61 1.32 2.01 1.20 1.13
내오존성 3등급 2등급 1등급 1등급 1등급
외관등급 1등급 3등급 5등급 2등급 1등급
*피막층 두께는 트레드 표면 왁스가 석출되어 형성된 두께를 전자현미경을 통해 측정하고 그 평균값을 나타낸 것.
* 내오존성 및 외관등급 : 1등급은 매우 우수, 3등급은 보동, 5등급은 열세로 수치가 높을수록 특성이 열세임을 나타냄.
상기 표 2에서처럼 본 발명에서 계면활성제를 5중량부 사용하는 실시예 2는 계면활성제를 2중량부 사용하는 실시예 1에 비해 물성이 감소함을 알 수 있어 본 발명에서 바람직한 계면활성제는 0.5∼3.0중량부 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
또한 표 3에서처럼 왁스를 2.0중량부를 사용한 비교예 2의 경우 왁스가 석출된 피막층의 표면 두께가 1.32㎛로 표면의 변색에 영향을 주지 않으나, 왁스를 3.0중량부 사용한 비교예 3의 경우 왁스가 석출된 피막층의 표면 두께가 2.01㎛로 표면의 변색에 영향을 줄 수 있는 과량의 피막층이 형성됨을 알 수 있다. 따라서 트레드 고무조성물에 있어서 왁스의 적정 사용량은 2.0중량부 임을 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. 삭제
  2. 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 왁스 1∼2.5중량부, 계면활성제로 디메칠알킬포스포늄클로라이드(R(CH3)2P+Cl-) 0.5∼3.0중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드 고무조성물.
    상기에서 알킬기(R)는 C8∼C14인 알킬기이다.
  3. 특허청구범위 제2항의 고무조성물로 이루어진 트레드를 포함하는 타이어.
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