KR100635614B1

KR100635614B1 - 내오존성이 향상된 타이어용 고무조성물

Info

Publication number: KR100635614B1
Application number: KR1020050057217A
Authority: KR
Inventors: 박제환
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2006-10-18

Abstract

본 발명은 내오존성이 향상된 타이어용 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 타이어용 고무조성물에 폴리에틸렌 왁스(polyethylene wax) 및 내오존방지제로서 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민(N,N'-diphenyl-para-phenylenediamin

e)을 포함하도록 하여 내오존성과 내오염성을 향상시킬 수 있는 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 타이어용 고무조성물에 있어서, 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민를 포함하도록 하여 내오존성과 내오염성을 향상시킬 수 있는 타이어용 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어의 제공을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 타이어용 고무조성물은 종래 타이어용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 폴리에틸렌 왁스(polyethylene wax) 0.5∼5중량부, N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민(N,N'-diphenyl-para-phenylenediamine) 0.3∼3중량부 포함할 수 있다.

Description

내오존성이 향상된 타이어용 고무조성물{rubber composition for tire improved anti-ozone property}

도 1은 실시예 및 비교예에서 제조한 고무의 내오존 특성을 측정한 사진이다.

본 발명은 내오존성이 향상된 타이어용 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 타이어용 고무조성물에 폴리에틸렌 왁스(polyethylene wax) 및 내오존방지제로서 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민(N,N'-diphenyl-para-phenylenediamine)을 포함하도록 하여 내오존성과 내오염성을 향상시킬 수 있는 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.

오늘날 타이어의 요구수준은 매우 다양하여 조종안정성, 소음, 직진성, 회전저항, 제동력, 내마모성, 내열성 등의 모든 특성을 적절히 조절하는 기술이 필요하며 이와 동시에 내노화성 및 외관성능 또한 우수해야 한다.

환경오염에 따른 오존(ozone, O₃) 발생량의 증가로 인하여 외부환경에 노출되어 있는 타이어는 오존에 의한 크랙(crack) 발생이 심해져 안전성이 떨어지고 외관상으로도 좋지 않아 상품성이 떨어지는 문제가 있어, 타이어 제조사들은 이를 해결하기 위한 연구를 꾸준히 추진하고 있다.

이런 오존에 의한 크랙 발생을 억제하기 위해 파라핀계 왁스(paraffine wax), 아민계(amine) 오존노화방지제 또는 페놀계(phenol) 오존노화방지제를 사용하거나, 원료고무로 내노화성이 우수한 이피디엠 고무(EPDM rubber)나 부틸고무(butyl rubber)를 사용하기도 한다. 그러나 왁스나 오존노화방지제를 사용하는 경우에는 그 효과가 크지 않거나 시간이 경과됨에 따라 오존과의 반응에 의해 고무가 변색되어 외관이 나빠지는 단점이 있다. 그리고 이피디엠 고무나 부틸고무를 사용하는 경우 고무물성이 감소할 우려가 있고, 비용도 상승하는 문제가 있다.

상기에서 언급한 문제를 해결하기 위해 발명자들이 다양한 연구를 실시한바, 종래 타이어용 고무조성물에 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민를 포함하도록 하면 내오존성과 내오염성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 타이어용 고무조성물을 얻을 수 있음을 알게 되었다.

따라서 본 발명은 타이어용 고무조성물에 있어서, 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민를 포함하도록 하여 내오존성과 내오염성을 향상시킬 수 있는 타이어용 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어용 고무조성물은 종래 타이어용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 폴리에틸렌 왁스(polyethylene wax) 0.5∼5중량부, N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민(N,N'-diphenyl-para-phenylenediamine) 0.3∼3중량부 포함할 수 있다.

본 발명에서 원료고무는 종래 타이어용 고무조성물의 원료고무로 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

본 발명에서 이러한 타이어용 고무조성물의 원료고무로서 천연고무와 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용하거나 또는 두 개 이상의 합성고무를 혼합한 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 이소프렌 고무(IR), 클로로프렌 고무(CR), 니트릴 고무(NBR), 부틸고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 폴리에틸렌 왁스는 녹는점이 낮고, 고무와의 상용성이 매우 좋아 고무조성물에 잘 분산되고, 고분자량으로 인해 고무조성물 표면으로의 이동(migration)이 지연되어 얇고 균일한 피막을 형성함으로써 외부로부터의 오존공격을 차단하여 크랙발생을 억제하고, 변색에 대한 지속적인 저항성을 갖게 한다.

본 발명에서 오존노화방지제로 사용하는 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민은 고무와의 상용성이 좋아 고무조성물 내에 잘 분산되고, 녹는점이 높아 고무조성물을 단시간에 포화시키기 않고 고무조성물 표면으로의 이동성도 지연되어 2차 피막의 형성하여 외부로부터의 오존공격을 차단하는 역할을 한다.

본 발명의 타이어용 고무조성물에서 상기와 같은 역할을 하는 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민은 원료고무 100중량부에 대하여 각각 0.5∼5중량부, 0.3∼3중량부 사용할 수 있다.

본 발명의 타이어용 고무조성물에서 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민을 전술한 수치 범위를 벗어나 사용할 경우 내오존성의 개선효과가 충분히 나타나지 않거나, 외관특성이 오히려 나빠질 수 있다.

따라서 본 발명의 타이어용 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 폴리에틸렌 왁스 0.5∼5중량부, N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민 0.3∼3중량부 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 내오존성과 외관특성을 향상시키기 위해 사용하는 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민의 일예로서 폴리에틸렌 왁스는 분자량이 400∼800, 밀도가 850∼910kg/m³, 녹는점이 50∼75℃인 것을 사용할 수 있으며, N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민은 분자량이 260, 비중이 1.18∼1.24, 녹는점이 131 ∼141℃인 것을 사용할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 폴리에틸렌 왁스 및 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민에 대하여 다양한 특성, 함량의 원료고무, 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민를 타이어용 고무조성물에 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 특성, 함량의 원료고무, 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민를 사용하는 것이 좋다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민 이외에 종래 타이어용 고무조성물에 사용되는 보강재, 활성제, 연화제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어용 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성 성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명은 상기의 타이어용 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 승용차용 타이어, 버스용 타이어, 트럭용 타이어, 항공기용 타이어 중에서 선택된 어느 하나의 타이어를 나타낸다.

이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<비교예>

유화중합 스티렌 부타디엔 고무(SBR-1721, 금호석유화학) 50중량부 및 천연고무 50중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙(N-103, 코리아카본블랙) 50중량부, 공정오일(Aromatic-2) 4중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부, 노화방지제(N-(1,3-Dimethylbutyl)- N'-phenyl-p-phenylene diamine, Kumanox-13) 5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.

그런 다음 가류제로서 유황 1.9중량부, 가류촉진제로서 N-부틸벤조티아졸 설펜아미드(N-t-butylbenzothiazole sulfenamide, NS) 2.5중량부를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 20분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

<비교예 2>

밴버리 믹서에서 원료고무와 실리카, 실란커플링제, 카본블랙, 공정오일, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제를 배합시 폴리에틸렌 왁스 0.4중량부와 오존노화방지제로서 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민 0.2중량부 더 첨가하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.

<비교예 3>

밴버리 믹서에서 원료고무와 실리카, 실란커플링제, 카본블랙, 공정오일, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제 및 왁스를 배합시 폴리에틸렌 왁스 6중량부와 오존노화방지제로서 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민 4중량부 더 첨가하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.

<실시예>

유화중합 스티렌 부타디엔 고무(SBR-1721) 50중량부 및 천연고무 50중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙(N-103) 50중량부, 공정오일(Aromatic-2) 4중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부, 노화방지제(Kumanox-13) 5중량부, 폴리에틸렌 왁스 3중량부, 오존노화방지제로서 N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민(DPP) 1.5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.

그런 다음 가류제로서 유황 1.9중량부, 가류촉진제로서 N-부틸벤조티아졸 설펜아미드(NS) 2.5중량부를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 20분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

표 1. 실시예 및 비교예 고무의 조성(단위 : 중량부)

항 목	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예
SBR-1721	50	50	50	50
천연고무(1)	50	50	50	50
카본블랙	50	50	50	50
공정오일	4	4	4	4
산화아연	3	3	3	3
스테아린산	2	2	2	2
노화방지제	5	5	5	5
왁스(2)	-	0.4	6	3
DPP(3)	-	0.2	4	1.5
가류제	1.9	1.9	1.9	1.9
가류촉진제	2.5	2.5	2.5	2.5

(1)SMR-20(Standard Malaysian Rubber-20)

(2)폴리에틸렌 왁스는 분자량이 400∼800, 밀도가 850∼910kg/m³, 녹는점이 50∼75℃인 것을 사용하였다.

(3)N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민(DPP)은 분자량이 260, 비중이 1.18∼1.24, 녹는점이 131∼141℃인 것을 사용하였다.

<시험예 1>

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무에 대하여 ASTM 관련 규정에 의해 무니시험, 레오미터, 인장물성, 발열시험, 리바운드 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

표 2. 실시예 및 비교예 고무의 물성

항 목		비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예
무니점도 (125℃)	점도	37	35	34	36
무니점도 (125℃)	스코치시간(분)	34.3	32.9	36.0	36.4
레오미터 (160℃)	최대토크	32.9	31.7	29.0	30.3
레오미터 (160℃)	가황시간(T90, 분)	11.0	10.6	9.7	9.9
인장물성	경도	52	52	52	53
	300％모듈러스(kgf/cm²)	71	71	67	69
	인장강도(kgf/cm²)	179	167	181	180
	신장율(％)	604	570	635	607
발열시험	발열(℃)	21.4	22.0	24.3	25.0
리바운드	index	24.1	26.1	25.4	25.9

<시험예 2>

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무에 대하여 ASTM 관련 규정에 의해 내오존 특성을 측정하고 그 결과를 도 1에 나타내었다.

이때 오존 시험은 오전 시험전 72시간 암실 방치후 50pphm, 40℃에서 18시간 동안 실시하였다.

도 1에서처럼 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐린디아민을 병용한 실시예 고무(S)는 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐린디아민을 사용하지 않은 비교예 1(C-1)의 고무에 비해 내오존 특성(오링상태, 동적상태, 정적상태)이 현저히 우수하였다. 그리고, 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐린디아민을 적절히 사용하지 않은 비교예 2 고무(C-2)와 비교예 3의 고무(C-3)는 비교예 1의 고무(C-1)에 비해 다소 내오존 특성이 향상되었으나, 만족할 만한 수준에는 이르지 못했다.

상기 시험예의 결과에서처럼 적절한 함량의 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐린디아민을 포함하는 실시예의 고무는 폴리에틸렌 왁스와 N,N'-디페닐-파라-페닐린디아민를 사용하지 않거나 또는 적절한 함량으로 사용하지 않은 비교예의 고무와 대비시, 무니시험, 레오미터, 발열시험, 리바운드 같은 물성은 동등 수준을 유지하면서 내오존특성이 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

타이어용 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 폴리에틸렌 왁스 0.5∼5중량부, N,N'-디페닐-파라-페닐렌디아민 0.3∼3중량부 포함함을 특징으로 하는 내오존성이 향상된 타이어용 고무조성물.
제1항에 있어서, 폴리에틸렌 왁스는 분자량이 400∼800, 밀도가 850∼910kg/m³, 녹는점이 50∼75℃이고, N,N'-디페닐-파라-페닐린디아민은 분자량이 260, 비중이 1.18∼1.24, 녹는점이 131∼141℃ 임을 특징으로 하는 내오존성이 향상된 타이어용고무조성물.
특허청구범위 제1항 또는 제2항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.