KR100709974B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통상의 타이어 트레드용 고무조성물에 커플링된 조개껍질 분쇄물 을 더 포함함으로써 트레드가 마모되기 전에는 고무조성물의 강도를 유지시키고, 트레드가 마모될 경우 조개껍질의 분쇄물이 타이어 표면에서 떨어져 나가지 않고 스파이크 역할을 함으로써 빙상마찰계수를 대폭 향상시킬 수 있다.

타이어*트레드*조개껍질*마모*스파이크

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}

본 발명은 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료고무, 보강제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함하는 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 커플링된 조개껍질 분쇄물을 더 포함시켜 트레드가 마모될 경우 커플링된 조개껍질 분쇄물이 트레드 표면에서 스파이크 역할을 함으로써 트레드 고무 조성물의 빙상마찰계수를 대폭 향상시킬 수 있는 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, 유리섬유와 같은 물질을 투입하는 방법 등으로 발전되었으며, 최근에는 유리섬유를 대체하여 다공질 경석이 나 층상 구조의 실리카 등을 추가하는 기술도 개시되어 있다.

또한, 발포고무의 성능을 향상시키기 위하여, 발포와 함께 유리섬유, 실리카 등을 동시에 사용하는 기술이 개시되어 있으며, 분쇄 가루로 발포와 함께 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 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용하는 문제점을 극복하기 위해 연구 노력하던 중, 발포제 이외에 조개껍질의 분쇄물을 커플링제로 커플링시킨 커플링된 조개껍질 분쇄물을 사용한 결과, 고무의 마모시에 커플링된 조개껍질의 분쇄물이 타이어 표면에서 스파이크 역할을 함으로써 빙상 마찰계수를 대폭 향상시킴을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 커플링된 조개껍질의 분쇄물을 포함함으로써, 트레드가 마모되기 전에는 고무조성물의 강도를 유지시키고, 트레드가 마모될 경우 조개껍질의 분쇄물이 타이어 표면에서 떨어져 나가지 않고 스파이크 역할을 함으로써 빙상마찰계수를 대폭 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있 다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무, 보강제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대해 커플링된 조개껍질 분쇄물 10 내지 60중량부를 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명 타이어 트레드용 고무 조성물에는 고무의 강도를 저하시키지 않고 빙상제동성능을 향상시키기 위한 방안으로서, 통상의 트레드용 고무 조성물에 커플링된 조개껍질 분쇄물을 사용한다.

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

조개껍질 분쇄물을 커플링시키는 데 사용되는 커플링제는 고무조성물에 사용되는 대부분의 커플링제를 사용하는 것이 가능하며, 각별히 그 종류가 한정되는 것은 아니다. 단, 커플링제의 사용량은 조개껍질 분쇄물 100중량부에 대하여 20중량부 이하인 것이 바람직하며, 그 이상을 사용하는 경우 커플링 후 커플링제가 남아있게 된다. 커플링된 조개껍질 분쇄물의 제조는 우선 조개껍질을 일정크기로 분쇄시켜, 그 조개껍질 분쇄물을 공기중에 떠오르게 한 후 커플링제를 분사시켜 조개껍 질 분쇄물의 표면에 커플링시킨 후 포집함으로써 제조할 수 있다.

이때 사용되는 커플링된 조개껍질 분쇄물은 각별히 그 입자크기나 종류가 한정되는 것은 아니나 평균입경이 0.500mm 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 커플링된 조개껍질 분쇄물의 평균입경이 0.500mm보다 클 경우에는 인장강도 등의 급격한 저하로 타이어 마모 성능이 급격히 저하될 가능성이 있다.

이와같은 커플링된 조개껍질 분쇄물은 고무와 조개껍질 분쇄물간의 결합을 형성하기 때문에 트레드가 마모되어 표면에 노출되어도 쉽게 떨어져 나가지 않게 된다. 따라서 표면에 노출된 커플링된 조개껍질 분쇄물이 스파이크 역할을 함으로써 빙상제동성능을 향상시킬 수 있으며, 또한 고무 내부에 존재하는 커플링된 조개껍질 분쇄물은 충전제의 역할을 함으로써 고무의 강도를 유지할 수 있다.

본 발명의 커플링된 조개껍질 분쇄물의 첨가량은 원료고무 100중량부에 대해 10 내지 60중량부, 바람직하기로는 15 내지 50중량부이다. 커플링된 조개껍질 분쇄물의 첨가량이 원료고무 100중량부에 대해 10중량부 미만이면 트레드의 마모된 표면에서 스파이크 역할을 충분히 기대할 수 없고, 60중량부 초과면 인장강도가 급격히 저하될 수 있다.

본 발명의 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 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 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 타이어 트레드용 고무 조성물에는 상기한 조성 이외에도 프로세스 오일, 활성제로서 스테아린산이나 산화아연, 노화방지제, 가류제 및 가류촉진제 등과 같은 통상의 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 p,p-옥시비스 벤젠 설포닐 히드라자이드(p,p-oxybis benzene sulfonyl hydrazide, OBSH)를 사용하였으며, 조개껍질은 0.125mm 이하로 분쇄하고, 커플링제는 Degussa 사의 Si69를 사용하였다.

제조된 커플링된 조개껍질 분쇄물을 다음 표 1과 같이 통상적인 겨울용 타이어 트레드용 고무 조성에 발포제와 배합하여 성능 평가한 결과로, 비교예 1은 커플링되지 않은 조개껍질 분쇄물을 사용한 경우이고, 실시예 1 내지 3은 커플링된 조개껍질 분쇄물을 사용한 경우로서 커플링된 조개껍질 분쇄물의 사용량이 본 발명의 범주에 속하는 것이고, 비교예 2 내지 3은 커플링된 조개껍질 분쇄물의 사용량이 본 발명의 범주를 벗어나는 경우이다.

다음 표 1의 배합제 외에 통상적으로 겨울용 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 천연고무 65중량부와 1,4-시스폴리부다디엔 고무 35중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 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 타이어 트레드용 고무에 대한 인장물성, 마모성능에 대한 측정은 다음과 같은 방법으로 수행하였다.

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

(2)마찰계수 : 빙상마찰성능은 Dynamic Friction Tester를 이용하여 0℃에서 마모후의 빙상마찰계수를 측정한 결과로서, 비교예 1을 100으로 하여 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 빙상마찰성능은 그 값이 클수록 좋은 것이다.

구체적으로, 마모후의 빙상마찰성능은 시편이 노면에 닿는 부분의 일정량을 마모시키기 위하여 아스팔트 노면에서 5분간 주행한 후에 Dynamic Friction Tester 를 이용하여 측정하였다.

(단위:중량부)
		실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3
배합조성	발포제	3	3	3	3	3	3
	조개껍질 분쇄물	-	-	-	35	-	-
	커플링된 조개껍질 분쇄물	20	35	50	-	5	65
인장물성	경도(shore A)	50	53	57	51	43	61
	300% 모듈러스 (Kg/cm2)	51	57	60	54	46	65
	신율(%)	500	470	400	440	530	340
	인장강도(Kg/cm2)	128	142	129	132	112	105
마찰계수	아이스 노면	110	121	112	100	101	98

상기 표 1의 결과로부터, 실시예 1~3 및 비교예 2~3은 발포고무에 커플링된 조개껍질 분쇄물을 사용한 것으로, 비교예 2는 커플링제된 조개껍질 분쇄물을 원료고무 100중량부에 대해 10중량부 미만으로 사용한 것으로서 비교예 1에 비해서 빙상마찰계수 향상 효과가 거의 없고 모듈러스 및 인장강도가 감소하며, 비교예 3에서와 같이 커플링된 조개껍질 분쇄물을 원료고무 100중량부에 대해 60중량부를 초과하여 사용하면 신장율이 급격히 저하되며 경도가 크게 증가하여 빙상마찰계수를 향상시킬 수 없다. 실시예 1~3의 경우는 빙상마찰계수를 향상시킬 수 있으며 특히 커플링된 조개껍질 분쇄물을 원료고무 100중량부에 대해 35중량부로 사용한 실시예 2의 경우 빙상마찰계수가 크게 향상됨을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 발포고무에 커플링된 조개껍질 분쇄물을 사용한 트레드 고무 조성물은 트레드가 마모될 경우 커플링된 조 개껍질 분쇄물이 트레드 표면에서 스파이크 역할을 함으로써 트레드 고무 조성물의 빙상마찰계수를 대폭 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

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

   소성되지 않고 분쇄된 것이되, 조개껍질 분쇄물 100중량부에 대하여 커플링제를 20중량부 이내로 첨가하여 커플링된 조개껍질 분쇄물을 상기 원료고무 100중량부에 대해 10 내지 60중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.