KR100760822B1

KR100760822B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100760822B1
Application number: KR1020060089966A
Authority: KR
Inventors: 송영진; 전일환
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2007-10-04

Abstract

본 발명은 스타이렌 부타디엔 고무 A 25~40 중량%, 스타이렌 부타디엔 고무 B 45~60중량%, 및 부틸 고무 10~20 중량%로 이루어진 원료고무 100중량부에, 카본블랙 70~90중량부, 가공 조제 A 1~4 중량부와 가공 조제 B 1~4 중량부를 포함하는 타이어 트레드 고무 조성물로서, 종래 문제가 되었던 PAH를 함유한 오일 사용을 배제하면서도 내마모 성능의 저하 없이 저연비성, 제동성능 및 조정안정성능을 향상시킬 수 있다.

타이어*트레드*가공조제*오일*내마모성

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}

본 발명은 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 통상의 트레드 고무 조성물에 인체에 유해한 폴리사이클릭 아로마틱 하이드로카본(Polycyclic Aromatic Hydrocarbone:PAH)의 함량을 줄이기 위해 free oil을 사용하지 않는 대신, 특정의 물성을 만족하는 2종의 가공 조제를 혼합 사용함으로써 마모 및 RR 성능은 동등으로 유지하면서 웨트 제동 성능 및 조정 안정 성능을 향상시킨 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

승용차용 타이어의 트레드 고무조성물의 첨가제 중에서 연화제는 여러 종류가 있으나, 일반적으로 방향족 오일(Aromatic Oil)이 정련 및 압출 공정에서 가공성 향상 및 최적의 물성을 구현하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 최근 환경의식 고조와 함께 방향족 오일 안에 폴리사이클릭 아로마틱 함량이 3 중량% 이상일 때는 암유발 가능성이 높은 것으로 알려진 바, 유럽 고무협회(BRIC)에서 이 결과를 수용하여 대책 마련에 나섰으며, EU에서도 구체적인 사용 규제 방안을 마련하여, Benzo(a)pyrene(Polycyclic Aromatic Hydrocarbone) 함량이 1mg/kg이고, 8개 주요 PAH 물질 전체량이 10 mg/kg 보다 많거나, PAH 함량이 3 중량% 이상일 때는 판매를 금지하는 제도를 2010. 01. 01 이후 법규화함으로써 모든 타이어 메이커는 이를 시급히 해결해야 할 문제로 여기고 있다.

현재 유럽지역은 단일 통화를 사용하고 있으며, 동물 및 환경 문제에 매우 민감하여 유독 물질을 함유한 제품은 2010. 01. 01 이후 판매가 금지되기 때문에 타이어 제조에 있어서 낮은 PAH 함량의 컴파운드 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

그래서 구름 저항(RR) 성능은 동등으로 유지하면서 웨트 제동 및 조정 안정 성능을 향상시키키 위해 Tg가 높은 스타이렌 부타디엔 고무를 사용하거나, 카본블랙과 같은 보강제의 사용량을 줄여서 문제 해결을 시도하였으나 이것 역시 제동 및 조정 안정 성능을 크게 향상시키지는 못하였다.

이에 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과, 저온 특성 및 내발열 성능이 우수한 스타이렌 부타디엔 고무를 원료고무로 사용하고, 여기에 혼화성이 좋은 가공 조제를 블랜딩함으로써 내마모성능 향상 뿐만 아니라 웨트 제동 및 조정 안정 성능까지 개선됨을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다. 또한, 인체에 유해한 PAH의 양을 줄이기 위해 Free Oil을 사용하지 않고, 대신 친환경적인 가공조제를 사용한 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 타이어의 RR 및 마모 성능은 동등 수준을 유지하면 서 웨트 제동 및 조정 안정 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 스타이렌 부타디엔 고무 A 25~40 중량%, 스타이렌 부타디엔 고무 B 45~60중량%, 및 부틸 고무 10~20 중량%로 이루어진 원료고무 100중량부에, 카본블랙 70~90중량부, 가공 조제 A 1~4 중량부와 가공 조제 B 1~4 중량부를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 원료고무는 2종의 스타이렌 부타디엔 고무와 부틸 고무를 혼합 사용한다. 구체적으로는, 스타이렌 함량이 22 내지 27%이고, 중량평균분자량이 850,000 이상이며, 유리전이온도가 -50~-53℃인 스타이렌 부타디엔 고무 A와, 스타이렌 함량이 38 내지 45%이고, 중량평균분자량이 1,050,000 이상이며, 유리전이온도가 -36~-39℃인 스타이렌 부타디엔 고무 B, 및 부틸 고무를 사용한다.

상기 원료고무는 스타이렌 부타디엔 고무 A 25~40 중량%, 스타이렌 부타디엔 고무 B 45~60중량%, 및 부틸 고무 10~20 중량%로 이루어진 것이다.

또한, 본 발명에서는 유해물질을 최소화하기 위하여 PAH 대신 이와 동등 이상의 성능을 발휘할 수 있는 2종의 친환경적인 가공 조제를 상기 원료고무 100중량부에 대하여 각각 1~4 중량부를 첨가함으로써 환경 친화적인 고무 조성물을 얻고자 한다.

상기 2종의 가공 조제로는, 요오드가(I₂) 75~85 ml/100g, 연화점 75~95℃, Zn 함량이 7~10% 인 상기 가공 조제 A와 분자 구조내 파라-메틸 스티렌 함량이 70% 이상인 가공 조제 B를 사용한다.

본 발명에서는 상기 2종의 가공 조제를 반드시 혼합 사용하는 것이 바람직한 바, 만일 상기 가공 조제 A, B를 혼합하지 않고 둘 중의 한 종류만 포함시킬 경우 제동성능이나 핸들링 성능이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

본 발명의 트레드 고무 조성물은 보강제로서 질소흡착 비표면적이 115 ~ 135 mg/g, DBP 흡유량이 125 ~ 145인 카본블랙을 사용하며, 저연비 성능 및 혼합 가공성 측면에서 상기 원료고무 100중량부에 대하여 70 내지 90중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 조성 이외에도 통상의 트레드 고무 조성물에 포함되는 노화방지제, 가류제, 가류촉진제와 같은 첨가제를 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범주 내에서 첨가할 수 있음은 물론이다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하며, 본 발명이 다음의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

하기의 표 1과 같은 조성으로 배합하여 각 실시예 및 비교예의 고무 조성물 을 제조하여 이를 160℃에서 가류시켜 고무 시편을 제조하였다. 제조된 고무 시편의 물성 측정은 다음과 같은 방법으로 수행하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

(1)내마모 지수 : 람본 마모시험기로 시험한 것으로, 그 값이 클수록 내마모성이 우수한 것이다.

(2)웨트 제동성 및 히스테리시스 로스(HYSTERESIS LOSS) : 0.5% strain, 10 Hz, Temp. sweep에 의하여 0℃ tanδ 및 60℃ tanδ를 RHEOMETRICS DYNAMIC SPECTROMETER로 측정, 지수값이 클수록 제동 및 내발열 성능이 우수한 것이다.

(3)핸들링 특성 : 상기 고무 조성물을 타이어 트레드부에 적용하여 시험 타이어를 준비하고 준비된 시험 타이어를 차량에 직접 장착하여 여러 가지 조종성 및 안정성을 평가한 결과로 수치가 높을수록 양호하다.

성분(중량부)	기존예	비교예				실시예
성분(중량부)	기존예	1	2	3	4	1	2	3
E-SBR 1	55	-	-	-	-	-	-	-
E-SBR 2	68.75	-	-	-	-	-	-	-
E-SBR 3	-	55	55	55	55	44.69	44.69	32.5
E-SBR 4	-	68.75	68.75	68.75	68.75	65.31	79.06	79.06
부틸 고무	10	10	10	10	10	20	10	10
카본블랙	85	85	80	80	85	85	75	80
Oil-A⁽¹⁾	3	-	-	-	-	-	-	-
Oil-B⁽²⁾	-	3	-	-	1.5	-	-	-
가공조제-A⁽³⁾	-	-	3	-	1.5	1.5	2	1
가공조제-B⁽⁴⁾	-	-	-	3		1.5	1	2
노화방지제	4	4	4	4	4	4	4	4
산화아연	2	2	2	2	2	2	2	2
스테아린산	1	1	1	1	1	1	1	1
유황	2	2	2	2	2	2	2	2
가류촉진제	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
내마모성	100	101	103	102	104	104	103	105
연비특성	100	101	104	105	103	104	107	107
제동특성	100	98	99	102	103	105	106	108
핸들링 성능	5.5	5.5	5.5+	6.0	6.0	6.5+	6.5+	7.0
(주) (1)Oil-A : PAH 함량 1.0중량%, 동점도 90℃, 아로마틱계 성분 40중량%, 나프텐계 성분 35중량% 및 파라핀계 성분 25중량% 함유된 것. (2)Oil-B : PAH 함량 0.3중량% 이하, 동점도 95℃, 아로마틱계 성분 20중량%, 나프텐계 성분 32중량% 및 파라핀계 성분 48중량% 함유된 것. (3)가공조제 A : 요오드가 75~85ml/100g, 연화점 75~95℃, Zn 7~10% 함유된 것. (4)가공조제 B : 분자 구조 내 파라-메틸 스티렌 함량 70% 이상 함유된 것. 또한, 상기 E-SBR 1 내지 4는 137.5 phr 중 오일이 37.5phr 함유되어 있음.

상기 표 1에서 사용된 원료고무의 구체적인 특징을 다음 표 2에 나타내었다.

E-SBR 종류	Styrene 함량(%)	중량평균분자량	Tg(℃)	Extended Oil 종류
E-SBR 1	20~25	700,000	-48 ~ -51	A#2
E-SBR 2	37~43	900,000	-34 ~ -37	A#2
E-SBR 3	22~27	880,000	-50 ~ -53	TDAE
E-SBR 4	38~45	1,100,000	-36 ~ -39	TDAE

Oil-A(Aromatic oil)와 Oil-B(TDAE oil)는 구성 성분의 차이로 유리전이온도(Tg)가 서로 달라 고무 조성물 내에서 서로 다른 성능을 발휘한다. Oil-B의 경우는 Oil-A에 비하여 유리전이온도가 낮아 내마모 성능이나 연비 성능 측면에서 Oil-A에 비해 우수하지만 제동 성능 측면에서는 불리한 경향을 보인다. 이는 표 1의 기존예와 비교예 1의 성능 시험 결과에서 잘 나타나고 있다.

그러나, Oil-B 역시 PAH를 포함하고 있으므로 친환경적이지 못하고, 제동 성능이나 핸들링 성능이 떨어진다. 또한, 이러한 Oil-B와 가공 조제를 혼합 사용한 비교예 4의 경우 다른 성능은 동등 수준이지만 핸들링 성능이 떨어지고, 환경에 유해하다. 또한, 가공 조제 A와 가공 조제 B를 각각 단독으로 사용한 비교예 2와 3의 경우 제동 성능과 핸들링 성능이 떨어진다.

본 발명의 실시예에서는 스타이렌 함량이 서로 다른 고분자와 접착력 및 Dry/Wet 제동이 우수한 가공 조제를 적용함으로써 내마모 성능의 저하 없이 저연비성, 제동성능 및 조정안정 성능의 향상을 획득할 수 있었다. 또, 실시예 3에서와 같이 실시예 2 대비 스타이렌 함량이 높은 고분자를 더 사용하면서 낮은 카본 블랙 함량 및 제동 성능이 우수한 가공 조제를 동시에 적용함으로서 제동 성능의 저하 없이 저연비 및 조정 안정 성능이 향상시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 물성이 상이한 2종의 스타이렌 부타디엔 고무와 부틸고무를 원료고무로 사용하고, 여기에 2종의 가공 조제를 혼합 사용함으로써 종래 문제가 되었던 PAH를 함유한 오일 사용을 배제하면서도 내마모 성능의 저하 없이 저연비성, 제동성능 및 조정안정성능을 향상시킬 수 있다.

Claims

타이어 트레드 고무 조성물에 있어서,

스타이렌 부타디엔 고무 A 25~40 중량%, 스타이렌 부타디엔 고무 B 45~60중량%, 및 부틸 고무 10~20 중량%로 이루어진 원료고무 100중량부에, 카본블랙 70~90중량부, 가공 조제 A 1~4 중량부와 가공 조제 B 1~4 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무 조성물.

여기서, 상기 스타이렌 부타디엔 고무 A는 스타이렌 함량이 22 내지 27%이고, 중량평균분자량이 850,000 이상이며, 유리전이온도가 -50~-53℃이고,

상기 스타이렌 부타디엔 고무 B는 스타이렌 함량이 38 내지 45%이고, 중량평균분자량이 1,050,000 이상이며, 유리전이온도가 -36~-39℃이다.
삭제
삭제
제 1항에 있어서, 상기 카본 블랙은 질소흡착 비표면적이 115~135mg/g, DBP 흡유량이 125~145인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 가공 조제 A는 요오드가(I₂) 75~85 ml/100g, 연화점 75~95℃, Zn 함량이 7~10% 인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 가공 조제 B는 분자 구조내 파라-메틸 스티렌 함량이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무 조성물.