KR100964922B1

KR100964922B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100964922B1
Application number: KR1020080100565A
Authority: KR
Inventors: 김미선; 김종명; 강창환
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2010-06-23
Also published as: KR20100041401A

Abstract

본 발명은 원료 고무 100 중량부; 카본블랙 48 내지 50 중량부; 유황 1.4 내지 1.5 중량부; 및 설펜아미드계 촉진제 1.2 내지 1.3 중량부;를 포함하는 트래드 고무 조성물에 있어서, 상기 원료 고무는 천연 고무 80 중량% 및 폴리부타디엔 고무 20 중량%를 포함하고, 상기 폴리부타디엔 고무는 네오디미움 (Neodymium) 부타디엔 고무로서 무니점도 60 이상이고, 평균 분자량 9.0×105g/mol 이상이며, 분자량 분포도 3.2 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 내발열 및 내마모 성능의 향상의 효과를 동시에 얻을 수 있다.

타이어, 트레드

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 내발열성과 내마모성을 동시에 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

통상 트럭/버스 장거리용 타이어 트래드의 가장 중요한 성능은 내발열성이다. 하지만 고유가로 인한 운행 경비 상승으로 저회전 저항성뿐만 아니라 내마모 성능도 동시에 요구되어 타이어의 Total CPK (Cost per Kilometer)를 높여야 한다. 따라서 내발열성과 내마모성을 동시에 향상할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

일반적으로 내발열성을 향상하고자 천연고무만을 사용하면 폴리부타디엔 고무를 일정 비율 병용한 고무 조성물 대비 내마모성이 낮은 수준이며, 내마모성을 향상하고자 폴리부타디엔의 비율을 높이면 천연고무에 비하여 합성고무인 부타디엔 고무는 곁가지 (Side chain)가 존재하여 발열에 불리한 단점이 있어 내발열성 저하 및 고무 가공성이 어렵게 된다. 따라서 내발열성과 내마모성을 동시에 충족할 수 있는 폴리부타디엔 종류 및 적정 비율을 결정하는 것이 매우 중요하다. 더불어, 내발열성, 내마모성 및 기타 성능 향상을 위하여 타이어 트래드용 고무 조성물 내 의 여러 구성 성분의 종류 및 함량의 최적화가 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 내발열 및 내마모 성능 향상의 효과를 동시에 얻을 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 내발열 및 내마모 성능이 향상된 타이어 트레드를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원료 고무 100 중량부; 카본블랙 48 내지 50 중량부; 유황 1.4 내지 1.5 중량부; 및 설펜아미드계 촉진제 1.2 내지 1.3 중량부;를 포함하는 트래드 고무 조성물에 있어서, 상기 원료 고무는 천연 고무 80 중량% 및 폴리부타디엔 고무 20 중량%를 포함하고, 상기 폴리부타디엔 고무는 네오디미움 (Neodymium) 부타디엔 고무로서 무니점도 60 이상이고, 평균 분자량 9.0×105g/mol 이상이며, 분자량 분포도 3.2 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물로부터 제조된 타이어 트레드를 제공한다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 내마모성 및 내발열성이 우수하고, 내크랙성, 가공성 등의 물성 또한 우수하여, 특히, 트럭/버스 등의 장거리 용 타이어 트레드용으로서 유용하다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 원료 고무 100 중량부; 카본블랙 48 내지 50 중량부; 유황 1.4 내지 1.5 중량부; 및 설펜아미드계 촉진제 1.2 내지 1.3 중량부;를 포함하는 타이어 트래드용 고무 조성물을 제공한다.

상기 원료 고무는 천연 고무 80 중량% 및 폴리부타디엔 고무 20 중량%를 포함한다.

상기 폴리부타디엔 고무는 고분자량, 고 무니 (High Mooney) 네오디미움 (Neodymium) 부타디엔 고무인 것이 바람직하고, 특히, 무니점도 60 이상이고, 평균 분자량 9.0×105 g/mol 이상이며, 분자량 분포도 3.2 내지 3.5인 네오디미움 부타디엔 고무이다.

이러한 네오디미움 부타디엔 고무는, 예를 들여, 분자량 분포가 2.1 내지 3.1인 네오디미움 부타디엔 고무에 비하여, 내마모 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

원료 고무 중 네오디미움 부타디엔 고무가 20 중량% 미만이면 마모 성능 향상 효과를 원하는 만큼 얻을 수 없고, 20 중량% 초과면 합성고무 함량의 증가로 인한 내발열성 저하 및 분자량 큰 부타디엔 고무를 사용함으로서 가공성이 불리해지고 내발열성, 내크랙성 등의 물성이 저하될 수 있다.

따라서 본 발명에서는 네오디미움 부타디엔 고무 20 중량%와 천연고무 80 중 량%을 혼용하여 내마모성 및 내발열성을 개선하고 내크랙성, 가공성 등의 물성 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 보강제로서 입자경이 작고 스트럭쳐 (Structure)가 발달한 카본블랙을 사용한다. 이는 상기한 원료고무와 더불어 내마모성을 향상시키는 등 보강효과를 가지고, 또한, 내발열성은 향상시키는 역할을 한다.

내발열 성능과 저회전 저항 성능을 향상하고자 카본블랙의 종류 또는 함량을 조절할 수 있는데, 카본블랙의 입자경이 작을수록 보강성에는 유리하나, 내발열성에서는 불리하며 카본블랙의 스트럭쳐가 발달할수록 내발열성은 유리하나, 입자 크기가 커져 내발열성은 불리해진다.

한편, 카본블랙의 함량에 있어서, 카본블랙 함량이 많아질수록 보강성은 향상되지만 내발열 성능은 불리해지는 경향을 보인다. 발열을 적게 하기 위해서는 입자경이 큰 카본블랙을 천연고무에 소량 배합하는 것이 최선이나, 이는 내마모성에는 매우 취약한 단점이 있다.

본 발명에서는 입자경과 구조가 최적인 카본블랙을 특정 함량으로 사용함으로써 내발열 성능과 저회전 저항 성능 향상의 효과를 동시에 얻고자 한다.

본 발명에 따른 타이어 트래드용 고무 조성물은 바람직하게는, 질소 흡착 비표면적이 122 내지 132m²/g이고, DBP 흡유량이 130 내지 140cc/100g이고, TINT값이 110 내지 120인 특성을 갖는 카본블랙을 포함한다. 이러한 본 발명의 타이어 트래 드용 고무 조성물에 포함되는 카본블랙은 저회전 저항 (Low Rolling Resistance) 성능을 향상시켜 저회전 저항 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 그 함량을 최적화하여 내마모 성능도 동시에 향상시킬 수 있다.

본 발명에서의 카본블랙 함량은 원료고무 100 중량부에 대해 48 내지 50 중량부인 바, 만일 그 함량이 원료고무 100중량부에 대해 48 중량부 미만이면 내마모성이 저하되고, 50 중량부 초과면 히스테리시스 감소 효과를 얻어낼 수 없다.

한편, 가류제에 따른 가교밀도 및 구조가 내발열, 저회전 저항 및 내마모 최적 성능 결정에 중요한 요소이다. 본 발명의 타이어 트래드용 고무 조성물에 있어서, 합성고무 사용량이 증대될 경우 천연고무만을 사용하는 경우에 비해 일반적으로 가류타임이 길어지므로 유황으로는 오일 처리된 황, 바람직하게는 1% 나프텐 오일로 처리된 황을 원료고무 100 중량부에 대해 1.4 내지 1.5 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 촉진제는, 바람직하게는, 설펜아미드계 종류 중 N-t-부틸벤조티아졸-2-설펜아미드 (N-t-butyl benzothiazole-2-sulfenamide: TBBS) 또는 N-시클로헥실벤조티아졸-2-설펜아미드 (N-cyclohexyl benzothiazole-2-sulfen amide: CBS)이고, 그 함량은 원료고무 100 중량부에 대해 1.2 내지 1.3 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 배합제를 더 포함할 수 있다. 상기 배합제는, 공지된 타이어 트레드용 고무 조성물에 통상적으로 포함되는 것들이 사용될 수 있는바, 예를 들면, 스테아린산, 산화아연, 노화방지제 등 이 통상적인 방법에 의해 첨가될 수 있다. 상기 배합제는의 함량은, 바람직하게는 원료 고무 100 중량부 기준으로 하여 10 내지 20 중량부이다.

본 발명은 또한 상기 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에 의해 제조된 타이어 트레드를 제공한다. 상기 본 발명에 따른 타이어 트레드는 내마모성 및 내발열성이 우수하고, 내크랙성, 가공성 등의 물성 또한 우수하무고, 트럭/버스 등의 장거리용으로서, 연료 절감형 타이어 트레드로서 유용하다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

실시예

이하에서 물성 측정은 다음과 같은 방법에 의하여 행하였다.

1)내마모성지수 : 람본 마모 시험기로 시험하였고, 지수가 클수록 내마모성이 향상됨을 나타낸다.

2)히스테리시스 로스 (HYSTERESIS LOSS) : RHEOMETRICS DYNAMIC SPECTROMETER로 측정하였고, 지수 값이 클수록 발열 감소를 나타낸다.

<비교예>

하기의 표 1과 같이 천연고무 80중량부와 폴리부타디엔 고무로는 중량평균 분자량이 6.5 × 10⁵ g/mol인 네오디미움 부타디엔 고무(Nd-BR) 20 중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대하여 통상적으로 고무조성물의 첨가제로 사용하는 질소 흡착 비표면적이 45 m²/g이고 DBP 흡유량이 110cc/100g이고, TINT값이 135인 카본블랙 50 중량부, 산화아연 4.0중량부, 스테아린산 1.5 중량부, 1% 나프텐 오일로 처리된 황 1.1중량부 및 N-t-부틸-2-벤조티아질-설펜아미드 1.0 중량부의 배합비로 배합하여 고무 조성물을 제조하여 이를 150℃로 가류시켜 고무 시편을 제조하였다.

<실시예>

하기의 표 1과 같이 천연고무 80 중량부와 폴리부타디엔 고무로는 평균 중량평균 분자량이 9.5 × 10⁵ g/mol인 네오디미움 부타디엔 고무(Nd-BR) 20중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대하여 질소 흡착 비표면적이 130 m²/g이고 DBP 흡유량이 135 cc/100g이고, TINT값이 112인 카본블랙 50 중량부를 사용하고 1% 나프텐 오일로 처리된 황 1.4 중량부와 촉진제로서, N-t-부틸-2-벤조티아질-설펜아미드 를 1.3 중량부 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예와 동일하게 하여 시편을 제조하였다.

구체적인 조성 및 물성평가 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

항목	비교예	실시예
천연고무(NR)	80	80
합성고무 A (Nd-BR)¹	20	-
합성고무 B(Nd-BR)²	-	20
카본블랙 A³	48	-
카본블랙 B⁴	-	49
산화아연	4.0	4.0
스테아린산	1.5	1.5
유황	1.3	1.4
N-t-부틸-2-벤조티아질-설펜아미드	1.2	1.3
경도	66	67
100% Mod.	29	30
내마모성지수	100	110
히스테리시스 로스⁵	100	129
단위: 중량부

1. 합성고무 A (Nd-BR) : 무니점도 45, 평균 분자량 6.5 × 10⁵ g/mol, 분자량 분포도 2.2

2. 합성고무 B (Nd-BR) : 무니점도 65, 평균 분자량 9.5 × 10⁵ g/mol, 분자량 분포도 3.3

3. 카본블랙 A : 질소 흡착 비표면적이 145 m²/g, DBP 흡유량이 110 cc/100g, TINT값이 135

4. 카본블랙 B : 질소 흡착 비표면적이 130 m²/g, DBP 흡유량이 135 cc/100g, TINT값이 112

5. 히스테리시스 로스 : 0.5% strain, 10Hz, Temp. sweep에 의하여 60 tanδ 측정

상기 표 1의 결과로부터, 실시예와 같이 무니점도 60 이상, 평균 분자량 9.0×105g/mol 이상이면서 분자량 분포도 3.2~3.5인 네오디미움 부타디엔 고무 B(Nd-BR)에 카본블랙 B를 첨가하고 유황 1.4중량부, 촉진제 1.3중량부를 첨가한 경우 비교예보다 히스테리시스 로스가 감소할 뿐만 아니라 우수한 내마모 특성을 유지할 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 타이어 트래드용 고무 조성물에 천연고무와 네오디미움 부타디엔 고무를 원료고무로 사용하면서 통상 사용되던 카본블랙에 비하여 새로 적용한 카본블랙을 사용한 고무 조성물은 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 비해 내마모성도 향상되고 히스테리시스 로스도 감소하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

원료 고무 100 중량부; 카본블랙 48 내지 50 중량부; 유황 1.4 내지 1.5 중량부; 및 설펜아미드계 촉진제 1.2 내지 1.3 중량부;를 포함하는 트래드 고무 조성물에 있어서, 상기 원료 고무는 천연 고무 80 중량% 및 폴리부타디엔 고무 20 중량%를 포함하고, 상기 폴리부타디엔 고무는 네오디미움 (Neodymium) 부타디엔 고무로서 무니점도 60 이상이고, 평균 분자량 9.0×105g/mol 이상이며, 분자량 분포도 3.2 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 카본블랙은 질소 흡착 비표면적이 122 내지 132m2/g이고, DBP 흡유량이 130 내지 140cc/100g이며, TINT값이 110 내지 120인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 설펜아미드계 촉진제는 N-t-부틸벤조티아졸-2-설펜아키드 (N-t-butyl benzothiazole-2-sulfenamide: TBBS) 또는 N-시클로헥실벤조티아졸-2-설펜아미드 (N-cyclohexyl benzothiazole-2-sulfen amide: CBS)인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항 내지 제3항에 있어서, 스테아린산, 산화아연 및 노화방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 배합제를 원료 고무 100 중량부 기준으로 하여 10 내지 20 량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물로부터 제조된 타이어 트레드.