KR100635615B1

KR100635615B1 - 타이어용 고무조성물

Info

Publication number: KR100635615B1
Application number: KR1020050057218A
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 타이어용 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 타이어용 고무조성물에 연화제로서 하기 구조식(1)의 팜오일 유도체를 포함하도록 하여 인장물성을 비롯한 제반성능은 유지하면서 환경유해성을 개선할 수 있는 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.

......구조식(1)

상기 구조식(1)에서 R은 수소(H) 또는 탄소수가 1 내지 10인 알킬기이고, m,n은 자연수로서 m+n=14 이다.

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

본 발명의 타이어용 고무조성물은 종래 타이어용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 연화제로서 상기 구조식(1)의 팜오일 유도체를 5∼30중량부 포함할 수 있다.

Description

타이어용 고무조성물{rubber composition for tire}

......구조식(1)

오늘날 타이어의 요구수준은 매우 다양하여 조종안정성, 소음, 직진성, 회전저항, 제동력, 내마모성, 내열성, 내노화성, 우수한 외관특성 등의 타이어 자체로서 필요한 특성이외에도 타이어를 제조시의 오염성, 친환경성 등의 모든 특성을 적절히 조절하는 기술이 필요하다.

이중에서 타이어에 대한 친환경성은 타이어의 기본 성능과 더불어 소비자의 요구가 점차 증대되고 있다. 환경에 대한 오염 여부는 인간 생명 유지와 직결되므로 타이어 제조업체 역시 친환경적인 타이어 생산에 많은 연구를 하고 있다.

타이어 제조시 아로마틱 오일(aromatic oil)이나 파라핀 오일(paraffin oil) 또는 나프테닉 오일(naphthenic oil) 등의 연화제를 이용하여 고무배합성과 공정성을 향상시키거나 물성조절을 용이하게 하고 있다.

또한 화학적인 펩타이저(peptizer)나 공정조제(processing oil)를 이용하기도 하고, 저분자량의 폴리머(polymer)를 이용하기도 한다.

그러나 상기에서 언급한 오일들은 고무조성물의 요구 특성을 조절하기에는 적당하지만 오일 중에 폴리사이클릭 아로마틱스(polycyclic aromatics, PCA)가 함유되어 있어 환경적으로 나쁜 영향을 주며, 특히 가장 널리 이용하고 있는 아로마틱 오일은 일반적으로 PCA를 10∼15％ 함유하고 있어 이를 적용한 제품의 환경유해성이 심각한 실정이다.

특히 유럽에서는 2009년부터 발암성분을 함유된 것으로 의심되는 폴리사이클릭 아로마틱스(polycyclic aromatics, PCA)를 함유한 모든 제품에 대한 규제를 실시한다고 유럽집행위에서 2004년 공표하고 있어 타이어 업체에서는 PCA를 함유하지 않은 오일이나 종래 오일을 대체할 수 있는 물질에 대해 많은 연구를 하고 있으나 아직까지 만족할 성과가 부족한 실정이다.

상기에서 언급한 문제를 해결하기 위해 안출된 본 발명은 종래 타이어용 고무조성물에 사용하는 연화제로서 PCA가 함유되지 않은 팜오일(palm oil) 유도체를 포함하는 성분을 연화제로 적용한바, 고무조성물의 물성이나 제반성능에는 영향을 미치지 않으면서 환경유해성을 획기적으로 개선할 수 있음을 알게 되었다.

따라서 본 발명은 타이어용 고무조성물에 있어서, 연화제로서 PCA가 함유되지 않은 팜오일(palm oil) 유도체를 사용하여 고무조성물의 물성이나 제반성능에는 영향을 미치지 않으면서 환경유해성을 획기적으로 개선할 수 있는 타이어용 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어용 고무조성물은 종래 타이어용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 연화제로서 하기 구조식(1)의 팜오일 유도체를 5∼30중량부 포함할 수 있다.

......구조식(1)

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 연화제로 사용하는 팜오일 유도체는 고무와의 상용성(compatibility)이 매우 좋아 모든 고무에 효과적이며 에폭시화된 관능기로 인해 고무조성물의 보강재로서 자주 사용하는 카본블랙이나 실리카와의 친화력이 높고, 강한 가교결합을 갖으면서도 PCA를 함유하지 않아 친환경적인 장점을 가진다.

본 발명의 타이어용 고무조성물에서 팜오일 유도체는 원료고무 100중량부에 대하여 5∼30중량부 사용할 수 있다.

본 발명의 타이어용 고무조성물에서 연화제로 사용하는 팜오일 유도체를 원료고무 100중량부에 대하여 5중량부 미만 사용하면 연화제가 갖는 제반 특성을 나타내지 않으며, 원료고무 100중량부에 대하여 30중량부 초과하여 사용하면 오히려 고무조성물의 배합성이나 고무 제조시 공정성이 하락하거나 또는 기계적 물성이 감소할 우려가 있다.

따라서 본 발명의 타이어용 고무조성물에서 연화제로 사용하는 팜오일 유도체는 원료고무 100중량부에 대하여 5∼30중량부 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 연화제로 사용하는 팜오일 유도체는 폴리사이클릭 아로마틱스(PCA)가 함유되지 않고, 상기에서 언급한 구조식(1)의 성분이 99％ 이상, 보다 바람직하게는 구조식(1)의 성분이 100％로 이루어진 것을 사용할 수 있다. 또한 팜오일 유도체의 특성은 비중 0.97∼1.03, 점도(@25℃) 100∼200cps, 산가(mgKOH/g) 1 이하 보다 바람직하게는 0.1∼1, 수분함량 0.5％ 이하 보다 바람직하게는 0.01∼0.5％인 것을 사용할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 팜오일 유도체에 대하여 다양한 특성, 함량의 원료고무, 팜오일 유도체를 타이어용 고무조성물에 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 특성, 함량의 원료고무, 팜오일 유도체를 사용하는 것이 좋다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 팜오일 유도체 이외에 종래 타이어용 고무조성물에 사용되는 보강재, 활성제, 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 필 수 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 1>

유액중합 부타디엔 고무(BR-01, 금호석유화학) 50중량부 및 천연고무(Standard Malaysian Rubber-20, SMR-20) 50중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙(N-375, 코리아카본블랙) 45중량부, 공정오일 28중량부, 아연화(ZnO) 5중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부, 노화방지제(N-(1,3-Dimethylbutyl)- N'-phenyl-p-phenylene diamine, Kumanox-13) 5중량부, 왁스 2중량부, 점착제 3중량부를 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 15분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

<비교예 2>

밴버리 믹서에서 원료고무, 카본블랙, 공정오일, 아연화, 스테아린산, 노화방지제, 왁스, 점착제를 배합시 팜오일 4중량부 더 첨가하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.

<비교예 3>

밴버리 믹서에서 원료고무, 카본블랙, 공정오일, 아연화, 스테아린산, 노화방지제, 왁스, 점착제를 배합시 팜오일 32중량부 더 첨가하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.

<실시예>

유액중합 부타디엔 고무(BR-01) 50중량부 및 천연고무(SMR-20) 50중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙(N-375) 45중량부, 공정오일 28중량부, 팜오일 28중량부, 아연화(ZnO) 5중량부, 스테아린산(Stearic acid) 2중량부, 노화방지제(Kumanox-13) 5중량부, 왁스 2중량부, 점착제 3중량부를 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 15분 동안 가류하 여 고무를 제조하였다.

표 1. 실시예 및 비교예 고무의 조성(단위 : 중량부)

항목	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예
BR-01	50	50	50	50
천연고무	50	50	50	50
카본블랙	45	45	45	45
공정오일(1)	28	24	-	-
팜오일(2)	-	4	32	28
아연화	5	5	5	5
스테아린산	2	2	2	2
노화방지제	5	5	5	5
왁스	2	2	2	2
점착제	3	3	3	3
가류제	1.9	1.9	1.9	1.9
가류촉진제	2.5	2.5	2.5	2.5

(1)공정오일 : 아로마틱계 탄화수소가 35∼50％, 파라핀계 탄화수소가 22∼32％, 타프텐계 탄화수소가 28∼33％이며, 비중이 0.98∼1.00, 점도(@98.9℃) 86∼104, 아닐린점이 41∼46℃인 것을 사용함

(2)팜오일 유도체 : 하기 구조식(1)에서 R이 수소(H)이고, m=7, n=7인 팜오일 유도체가 100％이고, 비중 0.97∼1.03, 점도(@25℃) 100∼200cps, 산가(mgKOH/g) 1 이하, 수분함량 0.5％ 이하이며, 폴리사이클릭 아로마틱스(PCA)가 함유되지 않은 것을 사용함.

......구조식(1)

<시험예>

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

표 2. 실시예 및 비교예 고무의 물성

항목		비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예
무니점도 (125℃)	점도	32	65	28	33
무니점도 (125℃)	스코치시간(분)	20.0	15.3	21.0	21.4
레오미터 (160℃)	최대토크	33.1	36.3	32.4	33.8
레오미터 (160℃)	가황시간(T90, 분)	8.8	7.5	9.5	9.3
인장물성	경도	50	55	48	50
	300％모듈러스(kgf/cm²)	60	74	53	62
	인장강도(kgf/cm²)	173	194	157	186
	신장율(％)	564	467	550	583
발열시험	발열(℃)	50.3	44.6	51.0	51.2
마모시험 (손실량)(1)	DIN마모(g)	0.197	0.178	0.223	0.199
레오비브론 시험(2)	Tanδ(0℃)	0.343	0.247	0.358	0.357
레오비브론 시험(2)	Tanδ(70℃)	0.194	0.214	0.208	0.196

(1)마모시험(딘(DIN) 마모)은 시편의 마모된 값을 나타낸 것으로, 수치가 낮을수록 내마모성이 우수함을 의미한다.

(2)레오비브론 시험 중 Tan δ(70℃)은 타이어의 성능 중 회전저항 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 낮을수록 우수하고, Tan δ(0℃)은 타이어의 성능 중 젖은 상태의 제동력(wet traction) 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 높을수록 우수하다.

상기 시험예의 결과에서처럼 연화제로서 팜오일 유도체를 사용한 실시예의 고무는 팜오일 유도체를 사용하지 않고 아로마틱 오일의 공정오일을 사용한 비교예 1의 고무와 대비시 대비시, 동등 수준 이상의 물성을 유지하면서 PCA를 함유하지 않아 친환경성의 고무조성물을 얻을 수 있음을 보여주고 있다.

한편, 적절한 함량의 팜오일 유도체를 사용하지 않은 비교예 2의 고무는 점도가 높아지고, 스코치 안정성 등의 고정성이 떨어지고 원하는 물성 조절의 효과 역시 미미함을 알 수 있다. 그리고, 적절한 함량의 팜오일 유도체를 사용하지 않은 비교예 3의 고무는 인장물성과 마모성능이 하락하고 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

타이어용 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 연화제로서 하기 구조식(1)로 나타낼 수 있는 팜오일 유도체 5∼30중량부 포함함을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.

......구조식(1)

상기 구조식(1)에서 R은 수소(H) 또는 탄소수가 1 내지 10인 알킬기이고, m,n은 자연수로서 m+n=14 이다.
제1항에 있어서, 팜오일은 비중이 0.97∼1.03, 점도(@25℃) 100∼200cps, 산가(mgKOH/g) 1 이하, 수분함량 0.5％ 이하이고, 폴리사이클릭 아로마틱스(PCA)가 함유되지 않은 것 임을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
특허청구범위 제1항 또는 제2항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.