KR100639884B1 - 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원료고무, 보강제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함하는 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에 원료고무 100중량부에 대해 조개껍질 분쇄물 10 내지 50중량부와 아밀로즈와 아밀로펙틴으로 이루어진 전분 5 내지 20중량부를 포함하는 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 바, 이는 트레드가 마모될 경우 조개껍질의 분쇄물이 떨어져 나가 그로인해 기공이 형성되면서 고무 내부에는 기공이 형성되지 않아 고무의 강도를 유지할 수 있도록 하며, 트레드의 마모이전에는 전분 입자가 고무 표면에 친수성 거대분자를 형성하여 빙상에 존재하는 수막을 흡수하여 고무와 빙상의 점착력을 높여 결과적으로는 마모전후의 빙상마찰계수를 대폭 향상시켜 겨울철 타이어로서 유용하다.

Description

스노우 타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for snow tire tread}

도 1은 본 발명에서 사용된 전분 입자의 구조를 나타낸 것이다.

본 발명은 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발포 고무에 조개껍질 분쇄물 및 전분 입자를 사용함으로써 마모전후의 빙상마찰계수를 모두 향상시킬 수 있는 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

타어어의 빙상제동성을 향상시키기 위한 종래의 방법으로는 트레드 표면에 스파이크(spike)를 부착시키는 방법이 사용되어 왔으나, 스파이크가 노면을 손상시켜 분진을 발생시키는 문제로 인해 환경에 대한 관심이 높아지면서 그 사용이 규제되고 있다.

이를 대체하여 겨울용 타이어의 빙상 노면에서의 제동성능을 향상시키기 위한 기술들은 트레드 고무에 발포형태의 기공을 만들거나, 글래스 화이버와 같은 물질을 투입하는 방법 등으로 발전되었으며, 최근에는 글래스 화이버를 대체하여 다 공질 경석이나 층상 구조의 실리카 등을 추가하는 기술도 개시되어 있다.

또한, 발포고무의 성능을 향상시키기 위하여, 발포와 함께 글래스 화이버, 실리카 등을 동시에 사용하는 기술이 개시되어 있으며, 발포와 함께 분쇄 가루로서 폐타이어 가루를 이용하는 방안 등이 제시되고 있다.

그러나, 이와같이 발포제를 첨가시켜 발포에 의해 고무 내부에 기공을 형성시킬 경우, 고무 전체의 강도가 저하되어 변형에 저항하는 힘이 약해지면서 타이어의 마모성능을 저하시키기 쉽고, 차량의 조향에 따라 트레드 고무의 급격한 변형으로 조정안정성이 급격히 저하되는 문제가 있었다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같이 겨울철 노면에서의 제동 성능을 향상시키기 위해 발포제를 포함시켜 발포시킨 발포고무를 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용하는 문제점을 극복하기 위해 연구 노력하던 중, 발포제 이외에 조개껍질의 분쇄물을 사용하면서 친수성 물질인 전분 입자를 추가로 사용한 결과, 고무의 마모시에는 조개껍질의 분쇄물이, 마모이전에는 전분 입자가 작용하여 빙상마찰계수를 대폭 향상시키면서, 고무의 강도 저하도 없음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 조개껍질의 분쇄물과 더불어 전분 입자를 포함함으로써, 트레드가 마모될 경우 조개껍질의 분쇄물이 떨어져 나가 그로인해 기공이 형성되면서 고무 내부에는 기공이 형성되지 않아 고무의 강도를 유지할 수 있도록 하며, 트레드의 마모이전에는 전분 입자가 고무 표면에 친수성 거대분자를 형성하여 빙상에 존재하는 수막을 흡수하여 고무와 빙상의 점착력을 높여 결과적으로는 마모전후의 빙상마찰계수를 대폭 향상시킬 수 있는 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무, 보강제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함하는 것으로서, 원료고무 100중량부에 대해 조개껍질 분쇄물 10 내지 50중량부와 아밀로즈와 아밀로펙틴으로 이루어진 전분 5 내지 20중량부를 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에는 고무의 강도를 저하시키지 않고 빙상제동성능을 향상시키기 위한 방안으로서, 발포고무를 사용하면서 더불어서 조개껍질 분쇄물과 전분을 혼용한다.

다시 말해 발포제를 사용하여 발포시킨 발포고무로써 겨울철 눈이나 빙상 노면에서의 제동성능을 향상시키던 것에 더하여, 조개껍질 분쇄물과 전분을 혼용한 것이다.

조개껍질 분쇄물은 조개껍질을 일정크기로 분쇄시켜 얻어진 것으로서, 각별히 그 입자크기나 종류가 한정되는 것은 아니나 평균입경이 0.500mm 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 조개껍질 분쇄물의 평균입경이 0.500mm보다 클 경우에 는 인장강도 등의 급격한 저하로 타이어 마모 성능이 급격히 저하될 가능성이 있다.

이같은 조개껍질 분쇄물은 고무 성분과는 친화력이 없기 때문에 트레드가 마모될 경우 고무로부터 쉽게 떨어져 나가게 되며 이탈된 부분에는 발포시켰을 때와 같이 기공이 형성된다. 결국, 노면 접촉 부위에서는 떨어져 나간 조개껍질 분쇄물로 인해 기공이 형성되어 발포고무와 동일한 효과를 얻을 수 있으면서도, 고무 내부에는 기공이 없으므로 고무의 강도를 유지할 수 있다.

이같은 역할을 하는 조개껍질 분쇄물의 첨가량은 원료고무 100중량부에 대해 10 내지 50중량부, 바람직하기로는 15 내지 40중량부이다. 만일, 조개껍질 분쇄물의 첨가량이 원료고무 100중량부에 대해 10중량부 미만이면 트레드의 마모된 표면에서 발포제에 의한 기공과 큰 차이가 없고, 50중량부 초과면 인장강도가 급격히 저하될 수 있다.

그런데, 발포고무에 조개껍질 분쇄물을 사용함으로써 기존의 발포고무를 사용하는 경우에 발생하는 내마모성의 저하를 해결하면서 트레드 표면이 일정 두께 이상 마모한 후의 빙상제동성능을 어느 정도 향상시킬 수 있었으나 트레드 마모전의 빙상제동성능을 향상시키기에는 미흡하다.

이에, 본 발명에서는 전분 입자를 병용한 것이다. 본 발명에서 사용한 전분 입자는 도 1과 같이 아밀로즈(amylase)와 아밀로펙틴(amylopectin)으로 구성된 것으로서, 이러한 거대분자가 빙상 노면에 존재하는 수막을 흡수하여 타이어 트레드와 빙상의 점착력을 높이고 빙상마찰계수를 향상시킨다. 즉, 트레드 마모 이전의 빙상제동성능은 전분 입자의 사용으로 달성될 수 있다.

이같은 역할을 하는 전분 입자는 원료고무 100중량부에 대해 5 내지 20중량부로 첨가하는 바, 그 첨가량이 원료고무 100중량부에 대해 5중량부 미만이면 마모전후의 빙상마찰계수 향상 효과가 미미하고, 20중량부 초과면 신장율이 급격히 저하되며 경도가 크게 증가하여 마모전후의 빙상마찰계수를 향상시킬 수 없게 된다.

본 발명의 스노우 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 원료고무는 통상 겨울철 타이어 트레드에 적합한 천연고무와 부타디엔 고무로 이루어지며, 이때 부타디엔 고무는 전체 원료고무 중 10~60중량%로 포함된다.

발포제는 눈이나 빙상 노면에서의 제동성능을 향상시키기 위해 스노우 타이어 트레드용 발포 고무 조성물에 통상 포함되는 것이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 그 함량은 통상 원료고무 100중량부에 대해 1 내지 5중량부이다. 발포제의 함량이 원료고무 100중량부에 대해 1중량부 미만이면 발포의 생성이 너무 작고, 5중량부 초과면 발포 생성이 많아져 고무 물성이 급격히 저하된다.

또한, 본 발명의 스노우 타이어 트레드 고무 조성물 중에는 강도를 보강시키기 위해 카본블랙과 같은 보강제를 포함하는 바, 보강제의 함량은 원료고무 100중량부에 대해 40 내지 80중량부인 것이 바람직하다. 보강제의 함량이 상기 범위를 벗어나면 타이어 마모성능의 급격한 저하 또는 젖은 노면에서의 제동성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

그밖에, 본 발명의 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에는 상기한 조성 이외에도 프로세스 오일, 활성제로서 스테아린산이나 산화아연, 노화방지제, 가류제 및 가류촉진제 등과 같은 통상의 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에 포함되는 첨가제를 포함할 수 있음은 물론이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4

본 발명에서는 발포제로 OBSH(p,p-oxybis benzene sulfonyl hydrazide)를 사용하였으며, 조개껍질은 0.125mm 이하로 분쇄하여 사용하였다. 또한 본 발명에서 사용한 전분 입자는 도 1에 나타낸 바와 같이 아밀로스와 아밀로펙틴으로 이루어진 것으로서, 구체적으로는 대상(주)의 제품인 아밀로스와 아밀로펙틴의 구성비가 25:75인 옥수수 전분이다. 그러나, 본 발명의 효과를 갖는 것이라면 어떠한 종류의 전분 입자라도 좋다.

다음 표 1은 통상적인 겨울용 스노우 타이어 트레드용 고무에 발포제와 분쇄 조개껍질, 전분 입자를 배합하여 성능 평가한 결과로, 비교예 1은 발포고무, 비교예 2는 발포고무에 조개껍질 분쇄물만을 사용한 경우이고, 실시예 1 내지 3은 조개껍질 분쇄물과 전분 입자를 병용한 경우로서 전분 입자의 사용량이 원료고무 100중량부에 대해 5 내지 20중량부 범주인 것이며, 비교예 3 내지 4는 조개껍질 분쇄물과 전분입자를 병용하되 전분 입자의 사용량이 원료고무 100중량부에 대해 5 내지 20중량부 범주를 벗어난 경우이다.

다음 표 1의 배합제 외에 통상적으로 겨울용 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 천연고무 65중량부, 1,4-시스폴리부다디엔 고무 35중량부, 카본블랙 55중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 아로마틱 오일 25중량부, 노화방지제 3중량부, 왁스 2중량부, 유황 2중량부 및 TBBS(N-t-부틸-2-벤토티아졸 설펜아미드) 1중량부를 혼합하였다.

얻어진 스노우 타이어 트레드용 고무에 대한 인장물성, 빙상마찰성능에 대한 측정은 다음과 같은 방법으로 수행하였다.

(1)인장물성: 경도는 Shore A 경도계를 사용하였으며, 인장물성은 인스트롱(Instron)으로 측정하였다.

(2)빙상마찰성능은 Dynamic Friction Tester를 이용하여 0℃, 빙상에서의 마찰계수를 측정한 결과를 비교예 1을 100으로 하여, 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 빙상마찰성능은 그 값이 클수록 좋은 것이다. 구체적으로, 마모전의 빙상마찰성능은 시편이 노면에 닿는 부분을 마모시키지 않고 측정한 것이고, 마모후의 빙상마찰성능은 시편이 노면에 닿는 부분의 일정량을 마모시키기 위하여 아스팔트 노면에서 5분간 주행한 후에 Dynamic Friction Tester를 이용하여 측정한 것이다.

			실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
배 합 (원료고무 100중량부에 대하여)		발포제	3	3	3	3	3	3	3
		조개껍질 분쇄물	30	30	30	-	30	30	30
		전분 입자	7	12	17	-	-	3	25
인 장 물 성	경도 (ShoreA)		51	52	54	48	50	50	56
	300% 모듈러스 (kg/㎠)		54	55	55	55	52	53	59
	신율(%)		450	430	410	500	460	450	350
	인장강도 (kg/㎠)		138	133	129	139	134	135	115
빙상 마찰 성능	마모전		110	119	114	100	102	103	98
	마모후		123	128	121	100	113	114	99

상기 표 1의 결과로부터, 비교예 2에서와 같이 발포제와 더불어 조개껍질 분쇄물을 사용한 경우 발포제만을 사용한 경우(비교예 1)에 비하여 마모전 빙상마찰계수의 향상은 거의 없으며 마모후에 빙상마찰계수가 증가하는 양상을 보여준다.

실시예 1~3 및 비교예 3~4는 조개껍질 분쇄물을 사용한 발포고무에 전분 입자를 사용한 것으로, 비교예 3은 전분 입자를 원료고무 100중량부에 대해 5중량부 미만으로 사용한 것으로서 비교예 2에 비해서 마모전후의 빙상마찰계수 향상 효과가 거의 없고, 비교예 4에서와 같이 전분 입자를 원료고무 100중량부에 대해 25중량부로 사용하면 신장율이 급격히 저하되며 경도가 크게 증가하여 마모전후의 빙상마찰계수를 향상시킬 수 없다.

실시예 1~3의 경우는 마모전후의 빙상마찰계수를 향상시킬 수 있으며 특히 전분 입자를 원료고무 100중량부에 대해 12중량부로 사용한 실시예 2의 경우 빙상마찰계수가 크게 향상됨을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 발포고무에 조개껍질 분쇄물과 전분 입자를 사용한 스노우 트레드 고무 조성물은 트레드가 마모될 경우 조개껍질의 분쇄물이 떨어져 나가 그로인해 기공이 형성되면서 고무 내부에는 기공이 형성되지 않아 고무의 강도를 유지할 수 있도록 하며, 트레드의 마모이전에는 전분 입자가 고무 표면에 친수성 거대분자를 형성하여 빙상에 존재하는 수막을 흡수하여 고무와 빙상의 점착력을 높여 결과적으로는 마모전후의 빙상마찰계수를 대폭 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 원료고무, 보강제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함하는 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

   원료고무 100중량부에 대해 조개껍질 분쇄물 10 내지 50중량부와 아밀로즈와 아밀로펙틴으로 이루어진 전분 5 내지 20중량부를 포함하는 것임을 특징으로 하는 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물.

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