KR100964308B1

KR100964308B1 - 타이어 고무조성물

Info

Publication number: KR100964308B1
Application number: KR1020080038901A
Authority: KR
Inventors: 이영득
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2010-06-16
Also published as: KR20090113037A

Abstract

본 발명은 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액(Dicarboxylated-CNSL)과 천연유지가 결합한 오일을 포함하는 타이어 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 타이어 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액(Dicarboxylated-CNSL)과 천연유지가 결합한 오일 1∼50중량부를 포함하는 타이어 고무조성물에 관한 것이다.

다이카르복실, 캐슈너트껍질액(CNSL), 고무조성물, 타이어

Description

타이어 고무조성물{Tire rubber composition}

타이어 고무조성물에 있어서 공정오일은 서로 다른 극성과 점도를 갖는 탄성체들의 혼합시 배합 에너지 효율을 개선하고, 고무의 가공 품질을 높이기 위해 사용되고 있다. 이러한 공정오일은 연화제로서 기존 석유계 저급의 고무 배합유를 대체하여 고무와의 상용성을 좋게 하고 오일의 분자량을 높여 마이그레이션(migration) 효과를 줄임으로써 시간에 따른 고무의 노화방지를 가능하게 하였다. 또한 기존의 암갈색의 색상을 지닌 공정오일 대신 흰색의 공정오일을 사용함으로써 고무와의 상용성을 우수할 뿐만 아니라 상기의 공정오일을 포함하는 고무조성 물로 이루어진 고무를 타이어에 적용시 타이어 외관 및 고무 표면의 흑색도를 높이는데 사용된다.

일반적으로 타이어용 고무를 얻기 위해 고무조성물에 첨가하는 공정유는 탄화수소 화합물로서 아로마틱계, 파라핀계, 나프텐계 성분 등으로 구성된 점성유이며, 상기 3성분의 조성비에 따라 공정유의 특성이 달라진다. 그러나 공정유에 아로마틱계 탄화수소 성분이 들어있는 한 유해 성분인 폴리시클릭 아로마틱 하이드로카본류(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs) 또한 공정유에 포함된다. 그러나, 아로마틱계 성분은 상기에서 언급한 공정유의 3성분 중 고무와의 상용성이 가장 우수하므로 공정유의 성분으로 배제될 수 없는 성분이다.

따라서, 타이어 고무조성물에서 공정유의 첨가량을 낮춰 친환경 특성을 높이거나, 공정유의 첨가량은 일정하거나 높일지라도 공정유 중에 아로마틱계 성분비를 낮춰 유해 물질 함량을 줄임으로써 유해 성분인 PAHs를 감소시키려는 연구가 진행되고 있다. 그러나 아직까지 유해 물질인 PAHs를 완전히 제거한 공정유를 적용하지 못한 상태이며, 또한 아로마틱계 성분이 감소된 공정유를 포함하는 고무조성물의 경우 고무조성물의 물성이나 효율성, 경제성면에서도 기존보다 하락하게 되는 문제가 있다.

한편 본 발명과 관련된 종래기술로서 대한민국 특허공개번호 제2005-0002643호에서는 탄성 중합체 100중량부를 기준으로, 38중량% 초과의 스티렌 함량 및 약 -10℃ 내지 약 -25℃의 유리전이온도(Tg)를 갖는 용액중합 스티렌-부타디엔 약 40∼약 90중량부; 1종 이상의 추가 탄성중합체 약 10∼약 60중량부; 및 약 -80℃ 내 지 약 -40℃의 유리전이온도 및 IP346 방법에 의한 측정시 3중량% 미만의 다환식 방향족 함량을 갖는 가공 오일 약 10∼약 70중량부를 포함하는 고무조성물에 대해 개시되어 있다 그러나, 상기의 선행기술에서 사용되는 상기 가공 오일은 PAHs 등의 유해물질을 배출할 수 있는 아로마틱계 성분을 함유하고 있기 때문에 친환경적인 측면에 있어서 여전히 문제가 있다.

본 발명은 타이어 고무조성물의 공정오일로서 아로마틱계 성분을 배제한 친환경적이며 경제적인 변성 천연계 오일을 적용함으로써 원재료 배합시 가공성이 우수하고, 가교반응 이후에 트랙션 성능, 경도 물성 증가 등의 효과가 있는 타이어 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무, 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.

본 발명은 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액(Dicarboxylated-CNSL)과 천연유지가 결합한 오일을 포함하는 타이어 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 타이어 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액(Dicarboxylated-CNSL)과 천연유지가 결합한 오일 1∼50중량부를 포함하는 타이어 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무, 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.

본 발명은 타이어의 물성을 유지, 향상시키면서 고무 배합시 공정성 향상을 위해 필수적으로 사용되는 천연 공정유로서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액(Dicarboxylated-CNSL)과 천연유지가 결합한 오일을 사용함으로써 환경 친화적이 고, 경제적인 성능을 갖으며, 원재료 배합시 가공성이 우수하고, 가교반응 이후에 트랙션 성능, 경도 물성 증가 등의 효과가 있는 타이어 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무, 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공할 수 있다.

본 발명은 타이어 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액(Dicarboxylated-CNSL)과 천연유지가 결합한 오일 1∼50중량부를 포함하는 타이어 고무조성물을 나타낸다.

본 발명에서 원료고무는 천연고무, 합성고무의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명에서 원료고무는 천연고무와 합성고무가 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

본 발명에서 원료고무는 서로 다른 2종 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

본 발명에서 원료고무의 일예로 서로 다른 2종의 합성고무를 사용하는 경우 서로 다른 2종의 합성고무가 각각 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기에서 천연고무, 합성고무는 타이어 고무조성물에 사용할 수 있는 것이라면 특별한 제한을 두지 않으나, 합성고무의 일예로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 에피클로로하이드린고무, 불소고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로린네이티드 폴리에틸렌고무, 스티렌에틸렌부틸렌스티렌(SEBS)고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌프로필렌디엔(EPDM)고무, 하이팔론고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세티에트고무, 아크릴고무, 히드린고무, 비닐벤질클로라이드스티렌부타디엔고무, 브로모메틸스티렌부틸고무, 말레인산스티렌부타디엔고무, 카르복실산스티렌부타디엔고무, 에폭시이소프렌고무, 말레인산에틸렌프로필렌고무, 카르복실산니트릴부타디엔고무 및 BIMS(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명에서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액은 타이어 고무조성물과의 혼합성, 상용성 향상을 위해 사용할 수 있다.

본 발명에서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액은 캐슈너트껍질액(Cashew Nut Shell Liquid, CNSL)에 다이카르복시산(Dicarboxylic acid) 또는 다이카르복시산염(Dicarboxylic acid salt)을 반응시켜 얻을 수 있다.

본 발명에서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액은 캐슈너트껍질액(CNSL) 100중량부에 대하여 다이카르복시산 또는 다이카르복시산염 50∼200중량부를 300∼350℃에서 3∼6시간 동안의 가열반응에 의해 얻을 수 있다.

본 발명에서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일은 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액 50∼99중량％과 천연유지 1∼50중량％가 결합한 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일은 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액 50∼99중량％과 천연유지 1∼50중량％가 300∼350℃에서 3∼6시간 동안의 가열반응에 의해 얻을 수 있는 것을 사용할 수 있다.

상기의 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일에서 천연유지의 함량이 1중량％ 미만 사용되면 물성 보완이 미미하고, 50중량％를 초과하여 사용하는 경우 배합 공정성이 하락되며, 모듈러스가 상승되고, 마모 성능이 하락되며. 발열특성, 트랙션 등도 하락되어 본 발명의 목적에 적합하지 않다.

한편 상기에서 천연유지는 팜유, 올리브유, 대두유, 유채유, 해바라기유, 포도씨유, 면실유, 카놀라유의 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

본 발명에서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일은 원료고무 100중량부에 대하여 1∼50중량부를 사용할 수 있다. 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일을 원료고무 100중량부에 대하여 1중량부 미만 사용하면 공정 연화제로써 역할이 미미하고, 50중량부를 초과하여 사용하면 배합도중 고무와의 슬립으로 인한 에너지 손실이 커 바람직하지 않다.

본 발명의 타이어 고무조성물은 고무조성물의 보강성을 위해 보강 충진제를 사용할 수 있다.

본 발명에서 보강 충진제는 원료고무 100중량부에 대하여 30∼80중량부를 사용할 수 있다.

상기에서 보강 충진제는 원료고무 100중량부에 대하여 30중량부 미만 사용하면 보강성이 미미하고, 80중량부를 초과하여 사용하면 공정성이 감소할 우려가 있으므로, 보강 충진제는 원료고무 100중량부에 대하여 30∼80중량부를 사용하는 것이 좋다.

상기에서 보강 충진제는 카본블랙(carbon black), 실리카(silica), 산화티탄(titanium dioxide), 클레이(clay), 층상실리케이트(layered silicate), 중석(tungsten), 탈크(Talc), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 카본블랙은 입자경이 10∼100nm인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 카본블랙은 요오드 흡착가가 70∼120mg/g인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 카본블랙은 DBP 흡착가가 80∼150mg/100g인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 카본블랙은 입자경이 10∼100nm, 요오드 흡착가가 70∼120mg/g, DBP 흡착가가 80∼150mg/100g인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 실리카는 BET 흡착가가 140∼200(m²/g)인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 실리카는 DBP 흡착가가 170∼230(ml/100g)인 것 을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 실리카는 미세공극 부피가 0.005∼0.020(cc/g)인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 실리카는 BET 흡착가가 140∼200(m²/g), DBP 흡착가가 170∼230(ml/100g), 미세공극 부피가 0.005∼0.020(cc/g)인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 층상실리케이트는 층간 간격이 0.1∼10nm인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 층상실리케이트는 두께(d)에 대한 평면폭(l)의 비를 나타낸 편평비(aspect ratio, l/d)가 5 이상인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 층상실리케이트는 편평비가 5∼100인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 층상실리케이트는 양이온 교환반응 및/또는 음이온 교환반응이 가능한 천연 층상실리케이트를 사용할 수 있다.

상기에서 층상실리케이트는 양이온 교환반응 및/또는 음이온 교환반응이 가능한 합성 층상실리케이트를 사용할 수 있다.

상기에서 층상실리케이트는 양이온기를 갖는 물질 및/또는 음이온기를 갖는 물질로 유기화 처리된 유기화 층상실리케이트를 사용할 수 있다.

상기에서 층상실리케이트는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 사포나이 트(saponite), 헥토라이트(hectorite), 렉토나이트(rectorite), 버미큘라이트(vermiculite), 마이카(mica), 일라이트(illite), 카올린나이트(kaolinite), 소디움 몬모릴로나이트(sodium montmorillonite, Na-MMT) 및 클로이지트 15A(Cloisite 15A)의 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 0.01∼0.1㎛이고, 비표면적이 80∼90m²/g인 것을 사용할 수 있다.

상기의 보강 충진제 중에서 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 1∼10㎛이고, 비표면적이 100∼120m²/g인 것이다.

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

본 발명의 타이어 고무조성물에 있어서, 다양한 성분, 함량 등의 조건에 의해 타이어 고무조성물을 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 타이어 고무조성물이 바람직하다.

본 발명은 상기의 타이어 고무조성물로 이루어진 고무를 포함한다.

본 발명은 상기의 타이어 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.

본 발명은 상기의 타이어 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드(tread)로 함유하는 타이어를 포함한다.

본 발명은 상기의 타이어 고무조성물로 이루어진 고무를 사이드월(sidewall)로 함유하는 타이어를 포함한다.

상기에서 타이어 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어는 승용차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어, 오토바이용 타이어 및 항공기용 타이어의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 나타낸다.

이하 본 발명을 다음의 실시예, 비교예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

스티렌 부타디엔 고무(SBR)을 원료고무로 하고, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 실리카 70중량부, 공정유로서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일 10중량부를 혼합하여 고무배합물을 얻었다.

상기 고무배합물에 가류제로서 유황 2.5중량부, 가류촉진제로서 N,N-디시클 로헥실-2-벤조티아졸(N,N-dicyclohexyl-2-benzothiazole, DCBS) 1.0중량부를 첨가하고 160℃에서 25분 동안 가류하여 고무 시편을 제조하였다.

상기에서 실리카는 BET 흡착가가 150±10m²/g, DBP 흡착가가 190±10ml/100g인 것을 사용하였다.

상기에서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일은 캐슈너트껍질액(CNSL) 100중량부에 대하여 다이카르복시산 100중량부를 첨가하고 330℃에서 5시간 동안의 가열반응에 의해 얻은 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액 70중량％와 천연유지로서 팜유 30중량％가 350℃에서 4시간 동안의 가열반응에 의해 얻은 것을 사용하였다.

하기의 표 1에 상기 고무시편의 성분을 정리하여 나타내었다.

<비교예>

공정유로서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일 대신 통상적으로 사용하는 아로마틱계 오일(A#2 오일) 10중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.

표 1. 실시예 및 비교예의 고무조성

조성	실시예	비교예
합성고무	100	100
실리카	70	70
천연 변성 오일*	10	-
아로마틱계 오일	-	10
가류제	2.5	2.5
가류촉진제	1.0	1.0

*다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일

<시험예>

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 고무시편에 대해 ASTM 관련규정에 의해 하기 표 2에 기재된 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.

표 2. 실시예 및 비교예의 고무 물성

항목		비교예	실시예
비중	SG	1.2018	1.1963
레오메타 (180℃)	Toq(Max)	37.5	39.6
	Toq(Min)	7.8	8.4
	T40	1.78	1.33
	T90	6.07	5.22
무늬점도 (125℃)	Viscosity	90	88
	T05	33.26	24.25
	T35	48.39	32.00
인장물성 초기/노화 (24hr)	경도	72/79	75/83
	100％모듈러스	36/51	34/47
	300％모듈러스	146/-	135/-
	인장강도(T.S.)	151/157	141/159
발열	Temp. Rise	28.0	31.8
마모	DIN	0.126	0.097
점탄성	Tg	-21.9	-27.9
	Tand@0℃	0.297	0.314
	Tand@70℃	0.123	0.126

* 표 2에서 인장물성 중 노화 : 각각의 고무시편을 105℃에서 24시간(hr) 동안 열노화 시킨 다음 상온에서 방치한 후 측정

* 표 2에서 - : 측정불가를 의미한다.

상기 표 2의 결과에서처럼 본 발명의 공정유로서 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일을 사용한 실시예의 고무시편은 공정유로서 종래 아로마틱계 오일을 사용한 비교예의 고무시편과 비교시 믹싱 공정성, 분산성, 가황 속도, 트랙션 특성, 경도, 보강 성능 등이 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 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 고무조성물로 이루어진 고무를 타이어에 적용시 매우 종래 아로마틱계 성분을 포함하는 공정유를 사용한 제품에 비해 우수한 친환경 타이어를 얻을 수 있다.

Claims

타이어 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액(Dicarboxylated-CNSL)과 팜유, 올리브유, 대두유, 유채유, 해바라기유, 포도씨유, 면실유, 카놀라유의 군으로부터 선택된 어느 하나인 천연유지가 결합한 오일 1∼50중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 고무조성물.
제1항에 있어서, 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액은 캐슈너트껍질액(CNSL)에 다이카르복시산(Dicarboxylic acid) 또는 다이카르복시산염을 300∼350℃에서 3∼6시간 동안 가열반응시켜 얻은 것임을 특징으로 하는 타이어 고무조성물.
제1항에 있어서, 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액과 천연유지가 결합한 오일은 다이카르복실화한 캐슈너트껍질액 50∼99중량％과 천연유지 1∼50중량％가 결합한 것 임을 특징으로 하는 타이어 고무조성물.
삭제
청구항 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무.
청구항 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
제6항에 있어서, 고무는 타이어의 트레드 또는 사이드월 부위인 타이어.