KR100771700B1

KR100771700B1 - 타이어 트레드 고무조성물

Info

Publication number: KR100771700B1
Application number: KR1020060101968A
Authority: KR
Inventors: 김현수
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2007-10-31

Abstract

본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 스티렌 함량이 32∼39％이고 비닐(vinyl) 함량이 37∼43％인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 및 1종 이상의 고무로 이루어진 원료고무에 대하여 낮은 함량의 다환방향족탄화수소화합물(PAH)이 함유된 공정오일을 포함하는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 유럽 지역의 환경 규제 법령에 맞추어 다환방향족탄화수소화합물(PAH) 함량이 낮은 공정오일을 사용하는 타이어 트레드 고무조성물을 제공하면서, 기존의 타이어 트레드 고무조성물과 동등 수준 이상의 물성을 제공할 수 있는 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAH

Description

타이어 트레드 고무조성물{Tire tread rubber composition}

1990년대 들어 전 세계적으로 환경문제가 주요 관심사로 등장하면서 유럽 등 주요 선진국을 중심으로 환경규제가 강화되고 있다. 지구온난화, 오존층 파괴, 산성비 등 환경 파괴에 대한 문제 제기를 통하여 이러한 환경 파괴를 억제할 수 있는 각종 환경 규제를 강화하고 있다. 최근 들어서는 각국의 통상과 환경 문제를 연결시킴으로써 친환경적인 제품이 개발되지 않고서는 기업의 생존마저도 위협받을 수 있는 상황에 이른 것이다.

이러한 추세는 자동차의 부품뿐만 아니라 자동차의 타이어도 예외가 아니다. 즉 타이어의 원부재료에도 유해물질에 대한 규제가 강화되고 있는 실정이다. 특히 타이어의 경우 마모에 의해 발생되는 분진, 미세먼지, 빗물에 의해 생태계내로 유입이 가능한 화학약품은 보다 환경 친화적인 약품으로 대체되어야 한다는 요구가 증대되고 있는 상황이다.

그 대표적인 예로 타이어 원부재료 중 타이어내의 고무와 보강충진제와의 상용성을 증진시키고 배합 공정성을 증가시키기 위해 사용하는 공정조제유인 방향성 오일을 들 수 있다.

타이어용 공정오일의 성분은 주로 방향성, 나프텐계, 파라핀계로 구성되어 있다. 타이어용 공정오일로는 주로 방향성 오일이 일반적으로 사용되는데 방향성 오일(Aromatic Oil) 내에 포함된 다환방향족탄화수소화합물(Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAH)이 발알물질의 하나로 알려지면서 이에 대한 규제가 유럽지역을 중심으로 서서히 확산되고 있다.

그러나, 유럽 지역의 환경 규제 법령에 맞추어 다환방향족탄화수소화합물(PAH) 함량이 규제치를 만족하는 공정 오일을 사용하는 경우 기존의 고무 조성물의 성능을 제대로 발휘하지 못하는 문제점이 있는 게 현실이다. 따라서 규제치를 만족하는 수준의 다환방향족탄화수소화합물(PAH)이 함유된 공정오일 사용하면서 기존의 고무조성물 대비 동등 이상의 성능 수준을 유지하는 고무조성물의 개발이 필요하다.

유럽에서는 “2010년 1월 1일부터 아래의 성분을 함유하는 공정조제유는 판매가 금지되어져야 하고, 타이어 제조시 사용되지 말아야 한다”는 법령을 제정 적용을 할 예정이다.

- Bap 1 ppm(mg/kg)이상이거나, 아래에 열거된 PAH 성분의 총 함량이 10ppm(mg/kg) 이상인 경우 규제 대상

- PAH(polycyclic Aromatic Hydrocarbons) List

a. Benzo(a)pyrene (BaP)

b. Benzo(e)pyren (BeP)

c. Benzo(a)anthracene (BaA)

d. Chrysen (CHR)

e. Benzo(b)fluoranthene (BbFA)

f. Benzo(j)fluoranthene (BjFA)

g. Benzo(k)fluoranthene (BkFA)

h. Dibenzo(a,h)anthracene(DBAhA)

이러한 규제 상황을 고려하여 우리나라에서도 주요 수출품중의 하나인 자동차의 중요 구성성분인 타이어에 대해서도 공정조제유에 포함되는 PAH 함량이 규제치를 만족하면서 타이어의 성능은 기존의 타이어에 비해 손색이 없는 타이어 제조가 시급한 실정이지만 아직 까지 이에 대한 연구가 충분히 이루어지고 있지 않다.

따라서 본 발명에서는 점차 강화되고 있는 환경 규제의 규제치를 만족하면서 기존의 타이어에 비해 동등 이상의 성능을 갖는 타이어용 고무 조성물을 개발하고자 한다.

상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 스티렌 함량이 32∼39％이고 비닐(vinyl) 함량이 37∼43％인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 및 1종 이상의 고무로 이루어진 원료고무에 대하여 다환방향족탄화수소화합물(PAH) 함량이 10ppm 미만인 공정오일을 포함하는 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 스티렌 함량이 32∼39％이고 비닐(vinyl) 함량이 37∼43％인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 20∼90중량부 및 1종 이상의 고무 10∼80중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 다환방향족탄화수소화합물(PAH) 함량이 10ppm 미만인 공정오일 1∼50중량부 포함하는 타이어 트레드 고무조성물을 나타낸다.

본 발명의 원료고무 중에서 1종 이상의 고무는 상기 스티렌 함량이 31∼38％이고 비닐(vinyl) 함량이 50∼57％인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 이외에 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사 용할 수 있다.

상기 본 발명의 원료고무 중에서 1종 이상의 고무의 일예로 천연고무 또는 합성고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기 본 발명의 원료고무 중에서 1종 이상의 고무의 일예로 2종 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기에서 본 발명의 원료고무 중에서 1종 이상의 고무의 일예로 사용하는 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 부틸고무, 할로겐화 부틸 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명의 고무조성물에서 공정오일은 처리된 증류 방향족 추출물(treated distillate aromatic extracts, TDAE)을 사용할 수 있다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 유럽 지역의 환경 규제 법령에 맞추어 다환방향족탄화수소화합물(PAH) 함량이 10ppm 미만인 공정오일을 포함하는 타이어 트레드 고무조성물 제조시 다양한 성분, 함량의 원료고무를 적용한바, 바람직하게는 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무 성분이 100중량부인 경우 스티렌 함량이 32∼39％이고 비닐(vinyl) 함량이 37∼43％인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 20∼90중량부 및 1종 이상의 고무 10∼80중량부로 이루어진 원료고무 100중량부를 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에서 다환방향족탄화수소화합물(PAH) 함량이 10ppm 미만인 공정오일은 원료고무 100중량부에 대하여 1∼50중량부 사용할 수 있다. 다환방향족탄화수소화합물(PAH) 함량이 10ppm 미만인 공정오일은 원료고무 100중량부에 대하여 1중량부 미만 사용하면 공정오일의 역할을 하기에 미미하고, 50중량부 초과하여 사용하면 과량의 공정오일 적용에 따른 뚜렷한 효과의 상승이 없고, 고무의 물성이 도리어 감소할 우려가 있다. 따라서 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에서 다환방향족탄화수소화합물(PAH) 함량이 10ppm 미만인 공정오일은 원료고무 100중량부에 대하여 1∼50중량부 사용하는 것이 좋다.

본 발명은 상기 공정오일 이외에 보강충진제로서 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

본 발명은 상기 보강충진제의 일예로서 카본블랙, 실리카, 탄산칼슘, 클레이(clay), 탈크(talc) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 원료고무 100중량부에 대하여 30∼90중량부를 사용할 수 있다.

상기에서 보강충진제의 하나인 카본블랙의 일예로 요오드 흡습량이 85∼95mg/g이고, DBP 흡유량이 110∼120ml/100g인 것을 사용할 수 있다.

상기에서 보강충진제의 하나인 실리카의 일예로 표면적(surface area)을 나타내는 BET값이 110∼130m²/g이고, 구조(structure)를 나타내는 DOP흡착량이 250∼270ml/100g인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에 대하여 다양한 성분, 함량을 적용한바, 본 발명의 목적에 부합하는 타이어 트레드 고무조성물을 얻기 위해서는 상기에서 언급한 성분, 함량의 타이어 트레드 고무조성물이 바람직하다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 공정오일, 보강충진제 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 노화방지제, 활성제, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

본 발명은 상기의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무는 타이어의 고무 부위에 적용하여 사용할 수 있다. 이러한 타이어의 적용부위의 일예로 트레드 부위에 적용할 수 있다.

상기에서 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어는 승용차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어, 오토바이용 타이어, 항공기용 타이어 중에서 선택된 어느 하나 이상을 나타낸다.

이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예 및 시험예에 의하여 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 실시를 위한 하나의 일예일 뿐 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

하기 표 1의 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(용액중합 SBR #2) 40중량부, 유 화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 40중량부, 부타디엔 고무 20중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 표 2의 PAH의 함량이 3.6ppm인 TDAE 공정오일 30중량부, 실리카 80중량부, 실란커플링제(SI-69) 12.8중량부, 아연화 3중량부, 스테아린산 3중량부, 노화방지제 4중량부, 왁스 2중량부를 밴버리 믹서에 넣고 140℃에서 5분 동안 배합하여 고무배합물을 얻었다.

상기의 고무배합물에 가류제로서 황 1.5중량부, 가류촉진제로서 사이클로헥실벤조티아졸 설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide, CZ) 1.9중량부, 다이페닐구아니딘(Diphenylguanidine, DPG) 0.6중량부를 첨가하고 160℃에서 20분 동안 가류하고 고무시편을 제조하였다.

상기에서 실리카는 BET값이 120m²/g이고, DOP흡착량이 260ml/100g인 것을 사용하였다.

<비교예>

하기 표 1의 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(용액중합 SBR #1) 40중량부, 유화중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 40중량부, 부타디엔 고무 20중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 표 2의 PAH의 함량이 280ppm인 DAE 공정오일 30중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.

표 1. 실시예 및 비교예의 고무시편 제조시 사용된 폴리머의 특징

구분	용액중합 SBR #1	용액중합 SBR #2
OIL TYPE	기존공정오일	TDAE Type의 낮은 PAH 함량을 갖는 공정오일
Tg	-34	-35
Styrene(％)	35.5	35.5
Vinyl(％)	33.0	40.0

표 2. 실시예 및 비교예의 고무시편 제조시 사용된 공정오일의 특징

구분	기존 공정오일	TDAE Type의 낮은 PAH 함량을 갖는 공정오일	비고
Type	DAE	TDAE
PAH 함량(ppm)	280	3.6	유럽규제8종
Ca	37	25
Cp	19	30
Cn	44	45
아닐린점('C)	43.5	65.0

* DAE (distillate aromatic extracts, DAE),증류 방향족 추출물

* TDAE (treated distillate aromatic extracts, TDAE),처리된 증류 방향족 추출물

* Ca/Cp/Cn은 각각 아로마틱(Aromatic)계 오일, 파라핀(Paraffine)계 오일, 나프텐(Naphthene)계 오일 함량을 나타낸다.

* 아닐린점(℃)은 극성을 나타내는 수치로써, 대표적인 극성물질인 아닐린과의 혼용성을 측정하여 고무와의 가공성, 친화성의 관리기준이 된다.

표 3. 비교예와 실시예의 조성(단위 : 중량부)

구분	비교예	실시예
용액중합 SBR #1	40	-
용액중합 SBR #2	-	40
유화중합 SBR	40	40
BR	20	20
DAE Oil	30	-
TDAE Oil	-	30
실리카	80	80
실란커플링제	6.4	6.4
아연화	3	3
스테아린산	3	3
노방제	4	4
확스	2	2
황	1.5	1.5
가류촉진제(NS)	1.9	1.9
가류촉진제(DPG)	0.6	0.6

<시험예>

상기 비교예와 실시예에서 제조한 고무시편을 ASTM 관련규정에 의하여 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 4에 나타내었다.

표 4. 비교예 및 실시예의 고무시편의 물성 결과

구분		비교예	실시예
Hardness		70	72
300％ Modulus(kg/cm^2)		130	140
Rebound(％)		27	25
동적점탄성	유리전이온도(Tg)(℃)	-15	-13
	0℃ Tangent Delta	0.416	0.438
	70℃ Tangent Delta	0.129	0.120

*Tan δ(0℃) : 타이어의 성능 중 젖은 상태의 제동력(wet traction) 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 높을수록 우수하다.

*Tan δ(70℃) : 타이어의 성능 중 회전저항 특성을 예측할 수 있는 값으로, 수치가 낮을수록 우수하다.

상기 시험예의 표 4의 결과에서 보는 바와 같이 높은 경도 값은 개선된 견인력을 예측해준다. 또한 높은 300％ modulus 값은 유익한 핸들링 특성을 예측해주며, 낮은 리바운드를 갖는다는 것은 젖은 노면에서의 그립 특성이 우수함을 보여주고 있다. 즉 기존 고무조성물에 낮은 PAH 함량을 갖는 공정오일만을 대체 하였을 경우 성능이 하락하는 문제점을 TDAE Type 공정오일을 사용하고 용액중합 폴리머의 미세구조를 일부 변경함으로써 개선할 수 있는 것을 보여주는 것이다.

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.

본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 공정오일로서 환경규제치를 만족하는 낮은 다환방향족탄화수소화합물(PAH)을 함유하는 공정오일을 사용하고 원료고무의 구조, 조성을 조절함으로써, 기존 타이어 트레드 고무조성물에 낮은 다환방향족탄화수소화합물(PAH)을 함유하는 공정오일 만을 대체하였을 경우 타이어의 성능이 하락하는 기존의 문제점을 해결하고 오히려 기존 대비 성능을 개선할 수 있다.

Claims

타이어 트레드 고무조성물에 있어서,

스티렌 함량이 32∼33％이고 비닐(vinyl) 함량이 37∼39％인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 60∼80중량부 및 1종 이상의 고무 20∼40중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 다환방향족탄화수소화합물(PAH) 함량이 10ppm 미만인 공정오일 1∼50중량부와 탄산칼슘, 클레이(clay), 탈크(talc) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 충진제 41∼50중량부를 포함하는 타이어 트레드 고무조성물.
삭제
특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.