KR100635604B1 - 마모특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물 - Google Patents

마모특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마모특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 보강재로 탄소나노튜브를 사용하고, 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위해 소디움 디옥틸 설포숙시네이트(Sodium dioctyl sulfosuccinate, SDS)를 적용하여 마모특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 탄소나노뉴브를 10∼40phr, 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위해 소디움 디옥틸 설포숙시네이트(Sodium dioctyl sulfosuccinate, SDS) 1∼3phr 포함할 수 있다.

Description

마모특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물{Tire tread rubber composition for improving wear resistance property}
본 발명은 마모특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 보강재로 탄소나노튜브를 사용하고, 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위해 소디움 디옥틸 설포숙시네이트(Sodium dioctyl sulfosuccinate, SDS)를 적용하여 마모특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
타이어에 있어서 트레드는 차량이 이동하면서 지면과 직접 접촉하는 부위로서 타이어와 지면과의 마찰에 의해 트레드 부분이 점차적으로 마모되기 때문에 내마모 성능(abrasion resistance)이 우수해야 한다. 또한 차량은 직진 뿐만 아니라 곡선으로 회전하기 때문에 차량의 회전에 따라 회전저항(rolling resistance) 성능 및 비에 의해 노면이 젖거나, 동절기에 발생하는 결빙이나 빙판에 의해 노면이 젖는 경우가 많으므로 젖은 노면에서의 미끄럼 방지 성능(wet traction)이 우수해야 한다.
타이어의 마모는 타이어의 수명, 제동성에 큰 영향을 미치게 되므로 안전 주행과 타이어의 비용 절감면에서 타이어의 내마모성이 우수해야 한다.
타이어 제조사들은 타이어 트레드의 마모특성을 향상시키기 위해 타이어 고무조성물의 재료 측면과 타이어 트레드 패턴에 대한 타이어 구조 측면에서 여러 가지 연구를 진행하였으며, 현재에도 이러한 방법을 주로 하여 타이어 트레드의 마모특성을 향상시키는 다양한 연구가 이루어지고 있다.
타이어 트레드의 마모특성을 향상시키기 위해서 타이어 트레드의 구조에 대한 패턴 연구 역시 중요하지만 일차적으로 지면과 직접 접촉하는 타이어 트레드가 지면에 대한 마모가 잘 이루어지지 않아야 마모특성이 향상되기 때문에 타이어를 구성하고 있는 고무조성물의 재료 측면 분야에서 더욱 많은 연구가 이루어지고 있다.
이러한 타이어 트레드 재료 분야에 대한 연구로 타이어 트레드 고무조성물의 조성비를 조절, 보강재 함량의 증가, 보강성이 좋은 보강재의 사용, 공정조제의 함량 감소 등의 방법을 적용하여 타이어의 트레드의 마모특성을 향상시키는 방법이 연구되고 있다. 그러나 상기의 방법들은 타이어 제조공정, 비용, 기타 다른 타이어 트레드 특성과의 관계로 인해 아직까지 만족할 만한 타이어 트레드 고무조성물에 대한 결과는 알려져 있지 않고 있다.
상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 안출된 본 발명은 종래 트레드 고무 조성물에 보강재로 탄소나노튜브를 사용하고, 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위해 소디움 디옥틸 설포숙시네이트(Sodium dioctyl sulfosuccinate) 1∼3phr 포함하여 마모특성이 향상된 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 고무조성물로 이루어진 트레드를 함유하는 타이어를 포함한다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 탄소나노뉴브 10∼40phr, 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위해 소디움 디옥틸 설포숙시네이트(Sodium dioctyl sulfosuccinate, SDS) 1∼3phr 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 원료고무의 일예로서 천연고무나 용액중합 스티렌 부타디엔 고무, 유화중합 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무와 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 두 개의 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무, 또는 세 개 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 또한 상기의 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 필수 구성 성분인 탄소나노튜브는 보강재로 사용되며, 이러한 탄 소나노튜브는 원료고무 100phr에 대하여 10∼40phr 사용할 수 있다. 이때 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.
본 발명에서 탄소나노튜브를 원료고무 100phr에 대하여 10phr 미만 사용하면 보강재로 탄소나노튜브를 사용하는 의미가 없으며, 탄소나노튜브를 40phr 초과 사용하면 탄소나노튜브의 가격에 비해 물성 개선 효과가 크지 않다. 따라서 본 발명에서 탄소나노튜브는 원료고무 100phr에 대하여 10∼40phr 사용하는 것이 좋다.
한편 본 발명은 보강재로 사용하는 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위해서 소정의 첨가제를 적의 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위해 원료고무 100phr에 대하여 소디움 디옥틸 설포숙시네이트(Sodium dioctyl sulfosuccinate) 1∼3phr 사용할 수 있다.
본 발명에서 탄소나노튜브는 종래 선행기술로서 널리 알려진 방법에 의해 얻거나 또는 현재 시중에 상품화되어 있는 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 소디움 디옥틸 설포숙시네이트를 원료고무 100phr에 대하여 1phr 미만 사용하면 탄소나노튜브의 분산성이 향상되지 않으며, 3phr 초과하여 사용하면 탄소나노튜브의 분산성 향상에 뚜렷한 효과의 상승이 없다. 따라서 본 발명에서 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위해 사용하는 소디움 디옥틸 설포숙시네이트는 원료고무 100phr에 대하여 1∼3phr 사용하는 것이 좋다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 보강재 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러 나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성 성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 가지는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 오토바이용 타이어, 비행기용 타이어, 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>
스티렌 부타디엔 고무 85phr 및 천연고무 15phr로 이루어진 원료고무 100phr에 대하여 착해제 0.12phr, 산화아연 5.0phr, 스테아린산(Stearic acid) 2.0phr, 노화방지제(RD) 2phr, 왁스 1phr, 상용화제 3.0phr, 공정오일 2.0phr, 카본블랙 5.0phr를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.
그런 다음 가류제로서 유황 2.0phr, 가류촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamide, CZ) 1.0phr를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 10분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 보강재로 사용하는 카본블랙은 BET값이 120∼160m2/g, DBP흡착량이 110∼160ml/100g인 것을 사용하였다.
<실시예 1>
스티렌 부타디엔 고무 85phr 및 천연고무 15phr로 이루어진 원료고무 100phr에 대하여 착해제 0.12phr, 산화아연 5.0phr, 스테아린산(Stearic acid) 2.0phr, 노화방지제(RD) 2phr, 왁스 1phr, 상용화제 3.0phr, 공정오일 2.0phr, 보강재로서 탄소나노튜브(CM-95, 일진나노텍, 대한민국) 10phr, 소디움 디옥틸 설포숙시네이트(Sodium dioctyl sulfosuccinate, SDS) 2phr를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.
그런 다음 가류제로서 유황 2.0phr, 가류촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamide, CZ) 1.0phr를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 10분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
하기의 표 1에 실시예 1 고무의 성분을 정리하여 나타내었다.
<실시예 2>
탄소나노튜브 15phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 3>
탄소나노튜브 25phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
표 1. 실시예 및 비교예 고무의 조성(단위 : phr)
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
원료고무 100 100 100 100
착해제 0.12 0.12 0.12 0.12
노화방지제 2.0 2.0 2.0 2.0
산화아연 5.0 5.0 5.0 5.0
스테아린산 2.0 2.0 2.0 2.0
상용화제 3.0 3.0 3.0 3.0
공정오일 2.0 2.0 2.0 2.0
카본블랙 50 - - -
SDS - 2 2 2
탄소나노튜브 - 5 15 25
황 2.0 2.0 2.0 2.0
가류촉진제 1.0 1.0 1.0 1.0
<시험예>
상기 실시예 및 비교예 고무에 대하여 ASTM 관련 규정에 의해 경도, 300％모듈러스, 인장강도, 신장율, 마모(PICO 마모)와 같은 물성과 보강재의 분산도를 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 실시예 및 비교예 고무의 물성
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
경도 70 60 64 64
300％모듈러스 (kg/cm3) 150 148 176 182
인장강도(kg/cm3) 181 183 198 197
신장율(％) 360 372 335 284
PICO 마모(1) 1.382 1.355 1.324 1.281
보강재 분산도(2) 79 82 85 87
(1)피코(PICO) 마모는 PICO 시험기기를 이용하여 고무의 내마모 정도를 평가한 것으로 80회 회전 후 손실된 고무의 양을 나타낸 것으로 수치가 높을수록 내마모 특성이 감소함을 나타낸다.
(2)카본 분산 분석기(carbon dispersion analyzer)(2AS-4400-W1, Fedral, USA)를 이용하여 분석한 것으로 수치가 높을수록 분산도가 우수함을 의미한다.
상기 시험예의 결과에서처럼 보강재로 탄소나노튜브를 적용한 본 발명의 실시예 고무는 보강재로 카본블랙을 적용한 비교예의 고무와 대비시, 동등 수준 이상의 물성을 가지고 있으며, 보강재의 분산성이 향상되고 마모 특성이 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. 타이어 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100phr에 대하여 탄소나노튜브를 10∼40phr, 탄소나노튜브의 분산성 향상을 위해 소디움 디옥틸 설포숙시네이트(Sodium dioctyl sulfosuccinate) 1∼3phr 포함함을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브 임을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
  3. 특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 트레드를 포함하는 타이어.
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