KR100790925B1

KR100790925B1 - 타이어 접지면용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100790925B1
Application number: KR1020060072488A
Authority: KR
Inventors: 다케오 나카조노; 슈이치 사카모토
Original assignee: 스미도모 고무 고교 가부시기가이샤
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-01-03
Also published as: KR20070016974A

Abstract

본 발명은 고온 조건하에 있어서의 그립 성능을 향상시킨 타이어를 제조할 수 있는 타이어 접지면용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

타이어 접지면용 고무 조성물은 (A) 디엔계 고무와, (B) 아세트산마그네슘, 아세트산칼슘, 프로피온산마그네슘 및 프로피온산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 금속염과, (C) 금속 화합물을 함유한다.

Description

타이어 접지면용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD}

본 발명은 타이어 접지면용 고무 조성물에 관한 것이다.

공기가 주입된 타이어의 접지면부는 차의 주행과 동시에 발열이 일어나기 쉽고, 고온 조건하가 됨으로써 그립 성능이 저하되는 문제가 있었다.

종래, 이들의 문제점을 해결하기 위해서, 유리 전이 온도가 높은 수지를 타이어 접지면용 고무 조성물에 배합하는 방법과, 이미다졸 화합물을 타이어 접지면용 고무 조성물에 배합하는 방법이 행해져 왔지만, 고온 조건하에 있어서의 그립 성능을 충분히 향상시킬 수 없었다.

JP-A-2003-213045에는 메타크릴산마그네슘 또는 메타크릴산아연 등의 유기 금속 화합물을 배합한 타이어용 고무 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 이 유기 금속 화합물을 혼련할 때에 메타크릴산이 유리됨으로써 가교 저해가 발생하기 때문에, 고온 조건하에 있어서의 그립 성능을 향상시킬 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 (A) 디엔계 고무와, (B) 아세트산마그네슘, 아세트산칼슘, 프로피온산마그네슘 및 프로피온산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 금속염과, (C) 금속 화합물을 함유하는 타이어 접지면용 고무 조성물에 관한 것이다.

상기 타이어 접지면용 고무 조성물에 있어서, 유기 금속염(B)과 금속 화합물(C)이 동일한 금속 이온을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 타이어 접지면용 고무 조성물은 (A) 디엔계 고무와, (B) 아세트산마그네슘, 아세트산칼슘, 프로피온산마그네슘 및 프로피온산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 금속염과, (C) 금속 화합물을 포함한다.

디엔계 고무(A)로서는 천연 고무(NR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 이소프렌 고무(IR), 부틸 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR), 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM), 클로로프렌 고무(CR) 등을 들 수 있다. 특히, 충분한 강도를 가지며, 우수한 내마모성을 나타낸다는 측면에서, 타이어 접지면용 고무는 SBR, NR 또는 BR인 것이 바람직하며, SBR인 것이 보다 바람직하다.

유기 금속염(B)은 아세트산마그네슘, 아세트산칼슘, 프로피온산마그네슘 및 프로피온산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이다. 이들은 아크릴산염이나 메타크릴산염이 갖는 이중 결합 등의 다중 결합을 포함하지 않는다. 다중 결합을 포함하지 않음으로써 가교의 불균일을 억제하여 가교 밀도를 향상시킬 수 있다. 특히, 고온에 있어서의 tanδ를 향상시킨다고 하는 효과를 얻을 수 있다는 측면에서, 아세트산마그네슘 또는 아세트산칼슘이 바람직하며, 아세트산마그네슘이 보다 바람직하다.

유기 금속염(B)의 함유량은 디엔계 고무 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 이상인 것이 바람직하며, 1 중량부 이상인 것이 보다 바람직하다. 유기 금속염(B)의 함유량이 0.1 중량부 미만에서는, 유기 금속염(B)의 배합 효과를 거의 얻을 수 없는 경향이 있다. 또한, 유기 금속염(B)의 함유량은 디엔계 고무 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하인 것이 바람직하며, 10 중량부 이하인 것이 보다 바람직하다. 유기 금속염(B)의 함유량이 20 중량부를 초과하면, 고무의 가공성이 나빠지는 경향이 있다.

금속 화합물(C)로서는 금속 산화물, 탄산 화합물 등을 들 수 있다.

금속 화합물(C)로서 금속 산화물을 사용하는 경우, 금속 산화물로서는 산화마그네슘, 산화칼슘 등을 들 수 있다.

또한, 금속 화합물(C)로서 탄산 화합물을 사용하는 경우, 탄산 화합물로서는 탄산칼슘 및 탄산마그네슘 등을 들 수 있다. 또한, 탄산 화합물은 하기 반응식 1에서와 같이 금속 산화물을 생성한다.

CaCO₃→CaO+CO₂

평형에 직접 관여하기 때문에, 금속 화합물(C)로서는 특히 금속 산화물 쪽이 효과적이다. 또한, 금속 화합물(C)에는 유기 금속염(B)을 함유시키지 않는 것으로 한다.

금속 화합물(C)은 이온 결합을 포함한다. 이와 같이, 수소 결합(질소 화합물과 산의 결합 등)보다 결합력이 강한 이온 결합을 포함함으로써, 보다 높은 온도나 큰 왜곡에 의해 손실을 낳을 수 있기 때문에(tanδ를 발생시킬 수 있기 때문에), 고온에서의 그립 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 금속 화합물(C)을 배합함으로써, 고무 조성물의 유리 전이 온도의 변화가 작아지고, 취화(脆化) 파괴의 위험성이 작아진다.

금속 화합물(C)의 함유량은 디엔계 고무 100 중량부에 대하여 1 중량부 이상인 것이 바람직하며, 3 중량부 이상인 것이 보다 바람직하다. 금속 화합물(C)의 함유량이 1 중량부 미만에서는, 유기 금속염(B)의 배합 효과를 거의 얻을 수 없는 경향이 있다. 또한, 금속 화합물(C)의 함유량은 디엔계 고무 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하인 것이 바람직하며, 5 중량부 이하인 것이 보다 바람직하다. 금속 화합물(C)의 함유량이 10 중량부를 초과하면, 고무가 딱딱해져서 마모 외관이 악화되는 경향이 있다.

본 발명의 타이어 접지면용 고무 조성물은 유기 금속염(B) 및 금속 화합물(C)을 함께 함유함으로써 산의 발생을 억제할 수 있다. 이것에 따라, 가교의 저해가 감소된다.

예컨대, 유기 금속염(B)으로서 아세트산마그네슘 및 금속 화합물(C)로서 산화마그네슘을 모두 배합한 경우, 하기 반응식 2로 표시되는 평형이 존재한다.

상기한 평형식으로부터 알 수 있는 바와 같이, MgO가 존재함으로써 평형이 우측에서 좌측으로 이행하기 쉽고, 열이나 자극에 의한 이온 결합의 분해를 막을 수 있어 고온에서의 tanδ를 효율적으로 향상시킬 수 있다.

유기 금속염(B)의 금속 이온과 금속 화합물(C)의 금속 이온은 동일한 것이 특히 바람직하다. 예컨대, 유기 금속염(B)으로서 아세트산마그네슘을 사용한 경우, 금속 화합물(C)로서는 동일한 금속 이온을 갖는 산화마그네슘을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 타이어 접지면용 고무 조성물은 유기 금속염(B) 및 금속 화합물(C)을 함께 함유하여 산의 발생을 억제함으로써, 산의 중화를 억제하기 위해서 사용되고 있는 방향족 제2급 아민계, 아민-케톤계, 벤즈이미다졸계, 티오우레아계 등의 염기성 노화 방지제의 사용량을 감소시키는 것이 가능하다. 종래, 이들 염기성 노화 방지제는 오일을 치환하여 사용되고 있었기 때문에, 저온 부근에서의 타이어의 그립이 감소하는 경향이 있었다. 그러나, 본 발명과 같이 산의 발생을 억제함으로써, 오일 등의 연화제의 사용량을 늘릴 수 있어, 저온 부근에서의 타이어의 그립을 향상시키고, 나아가 고온 부근에서의 타이어의 그립도 향상시킬 수 있다.

본 발명에 있어서 연화제로서는 아로마 오일 등 타이어 공업에 있어서 일반적으로 사용되고 있는 것을 이용할 수 있다.

본 발명의 타이어 접지면용 고무 조성물은 디엔계 고무(A), 유기 금속염(B), 금속 화합물(C) 및 연화제 이외에도, 카본 블랙 및 실리카 등의 보강제, 스테아르산, 산화아연, 황 등의 가황제, 가황 촉진제 등, 일반적으로 고무 공업에 있어서 사용되는 첨가제를 적절하게 배합할 수 있다.

공기가 주입된 타이어는 본 발명의 타이어 접지면용 고무 조성물을 타이어의 접지면으로 이용하여 통상의 방법에 의해 제조된다. 즉, 상기 고무 조성물을 미가황의 단계에서 타이어의 접지면부의 형상으로 압출 가공하고, 타이어 성형기 상에서 통상의 방법에 의해 접합시켜 미가황 타이어를 성형한다. 이 미가황 타이어를 가황기 속에서 가열 및 가압하여 공기가 주입된 타이어를 얻는다.

실시예

실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예에 있어서 사용한 각종 약품에 대해서 상세히 설명한다.

SBR: 아사히카세이 코교 가부시키가이샤에서 제조한 터프덴 4350(결합 스티렌량 39%, 고무 고형분 100 중량부에 대하여 유분 50 중량부 함유)

카본 블랙: 미쓰비시카가꾸 가부시키가이샤에서 제조한 다이어블랙 A(N110)

노화 방지제 6C: 플렉시스사에서 제조한 산토플렉스 13

노화 방지제 224: 오우치신코우카가꾸 코교 가부시키가이샤에서 제조한 노크랙 224

스테아르산: NOF 가부시키가이샤에서 제조한 스테아르산

산화아연: 미쓰이 킨조꾸 코교 가부시키가이샤에서 제조한 산화아연 2종

아로마 오일: 가부시키가이샤 재팬 에너지에서 제조한 프로세스 X-260

아세트산마그네슘: 키시다 카가꾸 가부시키가이샤에서 제조

산화마그네슘: 교와카가꾸 코교 가부시키가이샤에서 제조한 교와마그

황: 쯔루미카가꾸 코교 가부시키가이샤에서 제조한 분말 황

가황 촉진제: 오우치신코우 카가꾸 코교 가부시키가이샤에서 제조한 노크세라 NS

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1, 비교예 2

(실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1, 비교예 2의 고무 샘플의 제조 방법)

표 1에 나타내는 배합량에 따라 SBR, 카본 블랙, 노화 방지제 6C, 노화 방지제 224, 스테아르산, 산화아연, 아로마 오일, 이온 화합물 및 산화마그네슘을 150℃가 될 때까지 3분간 베이스 혼련하고, 150℃에서 배출하여 혼련물을 얻었다. 상기 혼련물에 황, 및 가황 촉진제를 첨가하고, 오픈 롤에서 약 5분간 혼련하여 미가황 고무 조성물을 얻었다. 얻어진 미가황 고무 조성물로 시트를 제작하여 소정의 몰드로 170℃에서 12분간 가황함으로써, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1, 비교예 2의 고무 샘플을 제조하였다. 얻어진 고무 샘플을 이용하여 이하의 시험을 행하였다.

<가교도(SWELL)>

고무 샘플을 톨루엔 추출하였다. 추출 전후의 체적 변화율을 SWELL이라 부른다. 측정값이 클수록 가교의 불균일이 커서 바람직하지 못한 것을 나타낸다.

(점탄성)

가부시키가이샤 이와모토 세이사꾸쇼에서 제조한 점탄성 스펙트로미터를 이용하여 10% 초기 왜곡을 부여하고, 주파수 5 Hz로 100℃에서 2%의 동적 왜곡을 부여했을 때의 점탄성(복소 탄성율 E' 및 손실 계수 tanδ)을 측정하였다. tanδ의 값이 클수록 타이어로 했을 때의 그립이 크고, 그립 성능이 우수한 것을 나타낸다.

(인장 시험)

JIS 인장 시험법 K6251에 기초하여 70℃에서 덤벨 3호 샘플로써 시험을 행하고, 비교예 1의 값을 100으로 하여 각각 지수 표시하였다. M300(300% 신장시 응력)이 클수록 내마모 성능이 향상되고 있는 것을 나타낸다.

(실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1, 비교예 2의 타이어 제조 방법)

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1, 비교예 2의 고무 샘플의 제조 방법에 있어서 얻어진 미가황 고무 조성물로 시트를 제작하고, 소정의 형상으로 접착하여 얻어진 미가황 타이어를 170℃에서 12분간 가황함으로써, 11×7.10^-5사이즈의 카트 타이어를 제조하였다.

얻어진 카트 타이어를 차에 장착하여 이하의 실차 평가를 행하였다.

(그립 시험)

카트에 상기 타이어를 장착하고, 1주 약 2 ㎞의 코스를 8주(round) 주행하여 그립 필링을 평가하였다. 그립 필링은, 비교예 1의 타이어의 그립 필링을 3점으로 하여 5점 만점으로 평가하였다. 초기 그립은 1∼4주째, 후반 그립은 5∼8주째 평가하였다.

(마모 외관)

카트에 상기 타이어를 장착하고, 1주 약 2 km의 코스를 8주 주행하여 마모 외관을 평가하였다. 마모 외관은, 비교예 1의 타이어의 외관을 3점으로 하여 5점 만점으로 상대 평가하였다.

각 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

	실시예		비교예
	1	2	1	2
배합량(중량부) SBR 카본 블랙 노화방지제 6C 노화방지제 224 스테아르산 산화아연 아로마 오일 아세트산마그네슘 산화마그네슘 황 가황 촉진제	150 100 7.5 1.5 2 4 45 5 5 1 2.5	150 100 2.5 1.5 2 4 50 5 5 1 2.5	150 100 2.5 1.5 2 4 55 0 0 1 2.5	150 100 7.5 1.5 2 4 45 5 0 1 2.5
평가 결과 SWELL 점탄성 E' tanδ 인장 시험 M300 실차 평가 초기 그립 평가 후반 그립 평가 마모 외관	221 3.1 0.36 98 2.5 4 3.5	223 2.9 0.36 95 3 4 3	223 3 0.31 100 3 3 3	230 2.6 0.34 90 2.5 4 2.5

본 발명에 따르면, 유기 금속염(B) 및 금속 화합물(C)을 혼련함으로써, 혼련시에 생성되는 산에 기인한 가교 저해를 억제하여 고온 환경에서 우수한 그립 성능 을 나타낼 수 있는 타이어 접지면용 고무 조성물을 제공할 수 있다.

Claims

(A) 디엔계 고무,

(B) 아세트산마그네슘, 아세트산칼슘, 프로피온산마그네슘 및 프로피온산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 금속염을, 디엔계 고무 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 이상, 20 중량부 이하로 함유하고, 그리고

(C) 금속 산화물 또는 탄산 화합물을, 디엔계 고무 100 중량부에 대하여 1 중량부 이상, 10 중량부 이하로 함유하는 타이어 접지면용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 유기 금속염(B)과 금속 산화물 또는 탄산 화합물(C)이 동일한 금속 이온을 갖는 타이어 접지면용 고무 조성물.