KR100558963B1

KR100558963B1 - 전분이 함유된 트레드 고무조성물

Info

Publication number: KR100558963B1
Application number: KR1020030083129A
Authority: KR
Inventors: 박병호
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20050049219A

Abstract

본 발명은 전분이 함유된 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 카본블랙을 보강충진제로 사용하는 트레드 고무조성물에 있어서 전분과 트리피페리딘일실란을 첨가하여 저연비특성과 젖은 노면에서의 제동력을 향상시킬 수 있는 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 카본블랙을 함유하는 트레드 고무조성물에 있어서, 전분과 트리피페리딘일실란을 첨가하여 젖은 노면에서의 제동력과 저연비특성을 향상시킬 수 있는 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 상기의 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 포함하는 타이어의 제공을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 트레드 고무조성물은 보강충진제로서 카본블랙이 함유된 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 전분(starch) 5∼30중량부, 트리피페리딘일실란(Tripiperidinylsilane, TPS) 0.5∼2.5중량부 포함한다.

Description

전분이 함유된 트레드 고무조성물{Tread rubber composition with corn starch}

일반적으로 타이어 관련 분야에서 타이어의 보강충진제로서 카본블랙과 실리카를 사용하고 있다.

카본블랙을 보강충진제로 하는 타이어는 내마모특성이 우수하나 젖은 노면에서의 제동력이 하락하고, 저연비특성을 개선시키는데 한계성을 보여주고 있다.

이에 대한 해결방안으로 카본블랙 대신 실리카를 사용하거나, 카본블랙과 실리카를 혼용하여 사용하고 있으며 최근 그 사용 추세가 증가하고 있다. 하지만 실리카는 표면의 극성기와 친수성 성질 때문에 비극성계로 알려진 원료고무와의 친화성이 좋지 않고, 실리카의 입자간 응집성이 강하여 점도가 상승하게 되어 가공성이 어려우며, 실리카는 절연성 물질로 타이어를 통한 정전기의 외부 배출이 용이하지 않고, 분산성이 좋은 실리카(high dispersible silica)는 가격이 매우 비싸다는 단점이 있다.

따라서 실리카 대신에 트레드 고무조성물에 첨가하여 젖은 노면에서의 제동력과 저연비특성을 향상시킬 수 있는 첨가제의 개발이 아쉬운 실정이다.

본 발명은 보강충진제로서 카본블랙을 함유하는 트레드 고무조성물에 있어서, 젖은 노면에서의 제동력과 저연비특성을 향상시킬 수 있는 트레드 고무조성물을 얻기 위해 연구하던 중 전분과 트리피페리딘일실란을 첨가한 트레드 고무배합물이 저연비특성과 젖은 노면에서의 제동력을 향상시킬 수 있음을 알게 되었다.

따라서 본 발명은 카본블랙을 함유하는 트레드 고무조성물에 있어서, 전분과 트리피페리딘일실란을 첨가하여 젖은 노면에서의 제동력과 저연비특성을 향상시킬 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 발명의 트레드 고무조성물은 보강충진제로서 카본블랙이 함유된 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 전분(starch) 5∼30중량부, 트리피페리딘일실란(Tripiperidinylsilane, TPS) 0.5∼2.5중량부 포함한다.

상기에서 전분은 고무조성물에 첨가되어 젖은 노면에서의 제동력과 저연비특성을 향상시킬 수 있는 환경 친화적인 재료이다. 본 발명에서는 이러한 전분의 일예로서 밀전분, 감자전분, 고구마전분, 옥수수전분 중에서 선택된 어느 하나이거나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 전분이 둘 이상이 혼합되는 경우에 있어서, 두 종류의 전분을 혼합하는 경우 1:9∼9:1의 비로 혼합하여 사용할 수 있고, 세 종류의 전분을 혼합하는 경우 1:1:8∼1:8:1∼8:1:1의 비로 혼합하여 사용할 수 있다. 둘 이상의 전분을 혼합하는 경우 전분의 혼합비는 본원발명에서 필수 구성성분이 아니며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 적의 선택하여 실시할 수 있으므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

본 발명에서 원료고무 100중량부에 대하여 전분을 5중량부 미만 사용하는 경우 고무배합물이 젖은 노면에서의 제동력과 연비특성이 향상되지 못하는 문제가 있고, 30중량부 초과 사용하는 경우 고무배합물의 내마모특성과 기계적 물성 등이 하락하는 문제가 있다. 따라서 본 발명에서 원료고무 100중량부에 대하여 전분을 5∼30중량부 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 전분은 입자크기가 0.01∼10㎛인 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 전분의 크기가 0.01㎛ 미만이거나 10㎛ 초과하는 경우 인장강도가 급격히 감소하는 한 문제가 있다. 따라서 본 발명에서 전분은 입자크기가 0.01∼10㎛인 것을 사용하는 것이 좋다.

한편 본 발명에서 전분으로 옥수수전분을 사용하는 경우 녹는점이 240℃ 이상이고, 입자크기가 0.01∼10㎛이며, 아밀로우스(Amyluse)/아밀로펙틴(Amylopectin)=25/75∼50/50으로 이루어진 옥수수전분을 사용할 수 있다.

본 발명에서 트리피페리딘일실란은 전분과 고무사이에 가교제 역할을 하여 전분과 고무와의 결합력을 증가시켜 고무 물성의 향상 및 가류후 고무배합물이나 고무압출물 내에 결함이나 기포를 줄여 고무의 치수 안정성을 확보하기 위해 사용한다. 본 발명에서 사용하는 트리피페리딘일실란은 트리클로로실란(Trichlorosilane)과 과량의 피페리딘(piperidine)을 반응시켜 얻을 수 있으며, 또한 시중에서 상품으로 판매되고 있는 것을 사용할 수 있다.

삭제

본 발명에서 원료고무 100중량부에 대해 트리피페리딘일실란을 0.5중량부 미만 사용하면 전분과 고무와의 결합력을 증가시키기에 부족하고, 2.5중량부 초과 사용하면 과량의 트리피페리딘일실란의 사용으로 인해 고무의 기계적 물성이 감소할 수 있다. 따라서 본 발명에서 트리피페리딘일실란은 원료고무 100중량부에 대해 0.5∼2.5중량부 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 트레드 고무조성물은 보강충진제로서 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 10∼80중량부 포함할 수 있다. 카본블랙 함량이 10중량부 미만 사용하면 보강충진제로서의 역할이 미미하고, 80중량부 초과하여 사용하면 고무의 물성에 있어서 뚜렷한 상승효과가 없다. 따라서 본 발명에서 카본블랙은 원료고무 100중량부에 대하여 10∼80중량부 포함할 수 있다.

상기에서 카본블랙에 대하여 다양한 특성을 가진 것을 적용한바 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 요오드 흡착가가 60∼150mg/g, DBP 흡유가가 80∼150cm³/100g인 카본블랙을 사용할 수 있다.

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, 전분, 트리피페리딘일실란(TPS) 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.

본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 가지는 타 이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 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) 100중량부에 대해 카본블랙 60중량부, 아연화(ZnO) 2.0중량부, 스테아린산 2.5중량부, 노화방지제(kumanox RD, 금호석유화학) 3.0중량부, 공정유 12.0중량부, 유황 2.0중량부, 가류촉진제 1.5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가가 60∼150mg/g, DBP 흡유가가 80∼150cm³/100g인 것을 사용하였다.

하기의 표 1에 조성성분을 정리하여 나타내었다.

<실시예 1>

원료고무로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 100중량부에 대해 카본블랙 60중량부, 옥수수전분 5중량부, 트리피페리딘일실란(TPS) 1.5중량부, 아연화(ZnO) 2.0중량부, 스테아린산 2.5중량부, 노화방지제(kumanox RD) 3.0중량부, 공정유 12.0중량 부, 유황 2.0중량부, 가류촉진제 1.5중량부의 조성으로 고무를 제조하였다.

먼저 밴버리 믹서에 원료고무, 옥수수전분 및 트리피페리딘일실란을 첨가하여 1차 마스터 배치 배합을 하고, 그 다음 카본블랙, 아연화, 스테아린산, 노화방지제, 공정유를 100℃에서 20분간 2차 마스터 배치 배합을 실시하였다. 2차 마스터 배치 배합 후 유황, 가류촉진제를 밴버리 믹서에 넣고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가가 60∼150mg/g, DBP 흡유가가 80∼150cm³/100g인 것을 사용하였다. 그리고 옥수수전분은 녹는점이 240℃ 이상이고, 입자크기가 5∼8㎛이며, 아밀로우스/아밀로펙틴=50/50으로 이루어진 것을 사용하였다.

하기의 표 1에 조성성분을 정리하여 나타내었다.

<실시예 2>

옥수수전분 15중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법에 의해 고무를 제조하였다.

<실시예 3>

옥수수전분 25중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법에 의해 고무를 제조하였다.

<실시예 4>

옥수수전분 15중량부 사용하고, 트리피페리딘일실란을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법에 의해 고무를 제조하였다.

표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성

항목	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
SBR	100	100	100	100	100
카본블랙	60	60	60	60	60
옥수수전분	-	5	15	25	15
TPS	1.5	1.5	1.5	1.5	-
아연화	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
스테아린산	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
노화방지제	3.0	3.0	3.0	3.0	3.0
공정유	12.0	12.0	12.0	12.0	12.0
유황	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
가류촉진제	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5

<시험예 1>

상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무에 대하여 ASTM 관련 규정에 의하여 경도, 인장강도 및 신율과 같은 인장물성과 발열특성, 내마모성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

이때 측정수치는 비교예 1의 값을 100으로 하였을 때 상대적인 수치를 나타낸 것으로서 수치가 높을수록 각각의 항목이 우수함을 의미한다.

표 2. 비교예 및 실시예 고무의 물성

항목	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
경도 (Shore A)	100	107	110	115	101
인장강도 (kgf/cm²)	100	109	113	117	102
신율(%)	100	107	110	114	102
발열특성	100	109	112	116	101
내마모성	100	109	113	116	101

<시험예 2>

상기 비교예 및 실시예 1∼3의 고무조성물로 이루어진 트레드 고무를 215/65R22.5 규격의 타이어 트레드로 하고 이 타이어를 차량에 취부하였다. 이 차량을 이용하여 하기와 같은 방법으로 타이어의 저연비특성, 젖은 노면에서의 제동력을 측정하고 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.

저연비특성은 완제품 타이어에 비교예 및 실시예의 고무를 트레드로 적용하여 자동차에 장착 후 인도어 드럼 측정(Indoor Drum teat)을 통해 측정한 값이다. 비교예 1의 측정치를 100으로 하였을 때의 상대적인 값으로 나타내었다. 수치가 클수록 연비가 우수함을 의미한다.

젖은 노면 제동거리는 완제품 타이어에 비교예 및 실시예의 고무를 트레드로 적용하여 자동차에 장착 후 물기가 있는 아스팔트 노면에서 직진주행 중 80km/hr 정속주행시 제동(braking)하였을 때 미끄러지는 거리를 측정한 값이다. 비교예 1의 측정치를 100으로 하였을 때의 상대적인 값으로 나타내었다. 수치가 클수록 제동거리 특성이 우수함을 의미한다.

표 3. 비교예 및 실시예 고무의 특성

항목	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3
저연비특성	100	104	108	112
젖은 노면 제동거리	100	107	112	118

상기 표 2,3에서처럼 본 발명의 실시예 1∼3의 고무조성물로 이루어진 고무배합물은 종래 비교예의 고무조성물로 이루어진 고무배합물에 비해 인장물성과 발열특성, 내마모성과 저연비특성, 젖은 노면에서의 제동거리 특성이 우수함을 알 수 있다. 그러나 표 1에서 트리피페리딘일실란을 사용하지 않은 실시예 4의 고무배합물은 실시예 1∼3의 고무배합물에 비해 인장물성, 발열특성 및 내마모특성이 감소하고 있어 본 발명에서 트리피페리딘일실란은 물성 향상에 중요한 역할을 하고 있음을 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

보강충진제로서 카본블랙을 사용하는 트레드 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 녹는점이 240℃ 이상이고, 입자크기가 0.01∼10㎛이며, 아밀로우스/아밀로펙틴=25/75∼50/50으로 이루어진 옥수수전분 5∼30중량부, 트리피페리딘일실란 0.5∼2.5중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드 고무조성물.
삭제
제1항에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 요오드 흡착가 60∼150mg/g, DBP 흡유가 80∼150cm³/100g인 카본블랙 10∼80중량부 포함함을 특징으로 하는 트레드 고무조성물.
삭제