KR101000812B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여, 제1 카본블랙 20 내지 65 중량부; 제2 카본블랙 30 내지 95 중량부; 내열 염료 5 내지 40 중량부; 및 내열 안료 5 내지 40 중량부를 포함하고, 상기 제1 카본블랙은 질소흡착 표면적이 60 내지 130m2/g이며 DBP 흡유량이 90 내지 160cc/100g이고, 상기 제2 카본블랙은 질소흡착 표면적이 90 내지 160m2/g이며 DBP 흡유량이 60 내지 140cc/100g인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 핸들링, 드라이그립, 내마모 성능과 같은 기본적인 타이어 성능 이외에도 다량의 발연 및 유색 연막 형성능력을 향상시켜 각종 드리프트 레이스 및 시연행사 또는 이벤트에 적용 가능한 장점이 있다.
타이어 트레드, 고무 조성물, 카본블랙, 안료, 염료

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 타이어가 스핀하면서 발생하는 열로 인해 유색의 연막을 발생시키는 내열 안료와 염료를 첨가하여 각종 드리프트 레이스 및 시연행사 또는 이벤트에 적용 가능한 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
종래, 타이어 트레드 제조에 사용되는 고무 조성물에 있어서는 타이어의 외관 및 소비자들의 개성 표현에 대한 요구가 강해 지고 있다. 또한 이에 대한 개선사항으로, 타이어용 트레드 배합물에 기존의 보강 충진제인 카본 블랙 대신 실리카와 염료를 사용하여 타이어 트레드의 특정 부위에 착색을 한다는 사실은 이미 널리 알려져 있으나, 노면과의 마찰에 의한 유색 발연을 위한 트레드 조성물은 아니었다. 또한, 최근 일본 및 미국 등지에서 차량의 후륜을 미끄러뜨려 코너를 통과하는 기술을 사용한 드리프트 경기가 활성화 됨에 따라, 이러한 경기에서 사용되는 타이어의 트레드 조성물에 기본적인 핸들링, 드라이그립, 내마모 성능과 같은 기본적인 타이어 성능 이외에도 다량의 발연 및 유색 연막 형성능력과 같은 신기술이 요구되고 있는 실정이다.
타이어 트레드부의 노면과의 마찰에 의한 유색의 연막 발생 능력은, 고무 조성물에 염료를 사용 하는 것이 제안되고 있으나, 일반적인 염료들은 연막이 발생하는 시점인 140 내지 180℃ 이상의 온도에서 연막이 발생하나 가혹한 회전 및 하중에 의한 고온(220℃ 이상)에서는 고무와 함께 연소되어 유색의 연막을 형성하는 능력이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 핸들링, 드라이그립, 내마모 성능과 같은 기본적인 타이어 성능 이외에도 다량의 발연 및 유색 연막 형성능력을 향상시켜 각종 드리프트 레이스 및 시연행사 또는 이벤트에 적용 가능한 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 평균적 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원료고무 100 중량부에 대하여, 제1 카본블랙 20 내지 65 중량부; 제2 카본블랙 30 내지 95 중량부; 내열 염료 5 내지 40 중량부; 및 내열 안료 5 내지 40 중량부를 포함하고, 상기 제1 카본블랙은 질소흡착 표면적이 60 내지 130m2/g이며 DBP 흡유량이 90 내지 160cc/100g이고, 상 기 제2 카본블랙은 질소흡착 표면적이 90 내지 160m2/g이며 DBP 흡유량이 60 내지 140cc/100g인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 핸들링, 드라이그립, 내마모 성능과 같은 기본적인 타이어 성능 이외에도 다량의 발연 및 유색 연막 형성능력을 향상시켜 각종 드리프트 레이스 및 시연행사 또는 이벤트에 적용 가능한 장점이 있다.
본 발명은 승용차 또는 레이싱에 사용되는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 타이어 트레드에 내열 성능이 우수한 안료를 염료와 함께 사용하여 발연 색상의 선명도를 유지하면서 고온에서의 열안정성을 향상시키고, 실리카에 비해 발열이 큰 카본블랙을 충진제로 다량 사용함으로써 보다 빠른 시간내에 연막이 발생할 수 있는 장점을 가진 고무 조성물인 것이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 원료고무, 제1 카본블랙, 제2 카본블랙, 내열 염료, 및 내열 안료를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.
상기 원료 고무는 스티렌-부타디엔 고무, 폴리 이소프렌 고무, 폴리 부타디엔 고무, 부틸 고무, 할로겐화 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 등을 사용할 수 있다.
상기 제1 카본블랙은 질소흡착 표면적이 60 내지 130m2/g이며 DBP 흡유량이 90 내지 160cc/100g인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제1 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 20 내지 65 중량부로 포함된다. 상기 제1 카본블랙의 함량이 20 중량부 미만이면 보강성이 떨어져, 인장물성이 저하되는 문제점이 있고, 65 중량부를 초과하면 가공성이 저하되고, 경도 및 발열 정도가 상승하는 문제가 발생한다.
상기 제2 카본블랙은 질소흡착 표면적이 90 내지 160m2/g이며 DBP 흡유량이 60 내지 140cc/100g인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제2 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 30 내지 95 중량부로 포함된다. 상기 제2 카본블랙의 함량이 30 중량부 미만이면 보강성이 떨어져, 인장물성이 저하되는 문제점이 있고, 95 중량부를 초과하면 가공성이 저하되고, 경도 및 발열 정도가 상승하는 문제가 발생한다.
본 발명에서는 상술한 바와 같이 특정 범위를 가지는 질소흡착 표면적 및 DBP 흡유량을 가지는 상기 제1 카본블랙 및 제2 카본블랙을 상기 조건에 따라 고무 조성물에 사용하면 발열이 큰 카본블랙을 사용함으로써 보다 빠른 시간 내에 연막이 발생하는 효과를 얻을 수 있고, 또한 가공성을 향상시키고, 제조단가를 낮추는 장점이 있다.
상기 내열 염료(heat resistance dye)는 Blue 2N(anthraquinone), Red RR(Disazo) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 Blue 2N은 밝은 녹색을 가진 파우더로서, 융점이 118 내지 119℃, pH가 6.0 내지 8.0, 용해도(in water/solvent)가 불용성/가용성인 특성을 가지는 것이다. 또한, 상기 Red RR은 푸르스름한 붉은색을 가진 파우더로서, 융점이 183 내지 185℃, pH가 6.5 내지 8.5, 용해도(in water/solvent)가 불용성/가용성인 특성을 가지는 것이다.
상기 내열 염료는 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 40 중량부로 포함된다. 상기 내열 염료의 함량이 5 중량부 미만이면 발연 시 형성되는 연막의 색상 선명도가 저하되는 문제점이 있고, 40 중량부를 초과하면 고무 물성이 저하되는 문제가 발생한다.
상기 내열 안료는 Ultramarine Blue(Metal Oxide), RED 120EDS(Metal Oxide) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 Ultramarine Blue는 파란색을 가진 파우더로서, 융점이 1000℃ 이상, pH가 6.5 내지 7.5, 용해도(in water/solvent)가 불용성/ 불용성인 특성을 가지는 것이다. 또한, 상기 RED 120EDS은 산화철로 만든 붉은색(iron red)을 가진 파우더로서, 융점이 1000℃ 이상, pH가 5.3 내지 7, 용해도(in water/solvent)가 불용성/가용성인 특성을 가지는 것이다. 또한, 상기 내열 안료는 220 ℃의 온도 이상에서 상기 내열 안료의 색상을 유지하는 특징을 가진다. 이때, 타이어를 테스트하는 경우 마찰에 의한 상승 온도의 상한값은 측정이 불가능하나, 본 발명에 따른 내열 안료는 테스트의 최고 온도인 320℃부근에서도 색상을 유지할 수 있으며, 내열 안료의 융점(1000℃)까지는 색상을 유지할 수 있다.
상기 내열 안료는 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 40 중 량부로 포함된다. 상기 내열 안료의 함량이 5 중량부 미만이면 내열성능이 저하되어 온도상승시 연막의 색상이 선명하지 않게되는 문제점이 있고, 40 중량부를 초과하면 고무의 비중이 증가하고, 인장물성이 저하되는 문제가 발생한다.
염료는 안료와 달리 물이나 용매에 용해되어 단분자로 분산되어 섬유나 고무 등에 결합하여 착색되며, 다양하고 선명한 색상이 장점이다. 반면 염료의 대부분은 내열 안정성이 떨어져서 착색물의 온도가 올라갈 경우 색상 유지력이 저하되는 문제가 있다. 안료는 물이나 대부분의 유기 용제에 녹지 않는 분말상의 착색제를 말하고 도료, 인쇄 잉크, 그림 물감 등을 만들어 물체 표면에 착색하거나, 고무나 합성 수지 등에 직접 섞어서 착색하기도 하는 등 용도가 다양하며, 내열 안정성이 보통의 염료에 비해 현저히 높아 고온에서의 색상 유지력이 우수하다.
본 발명에 사용된 염료는 디스아조 또는 안트라퀴논계 염료로 기존 염료에 비해 비교적 융점이 높아 내열안정성이 높은 착색염료이며, 안료들 또한 무기 안료를 사용함으로써 내광성 및 내열성이 우수한 장점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명에서는 충진제로서 다량의 카본블랙을 포함한 고무 조성물에 상술한 내열 염료 및 내열 안료를 첨가 시킴으로써 그 발연 효율을 향상 시킴과 동시에, 220℃ 이상, 바람직하게는 220 내지 320℃의 마찰열에서도 발색 능력이 소멸되지 않는 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바에 따라 본 발명에 따른 고무 조성물은 노면과의 마찰에 의하여 1종 이상의 색상 연막을 나타내며, 고온조건 하에서도 연막의 선명도가 높은 트래드 조성물을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 고무 조성물은 다량의 발연 및 유색 연막 형성능력을 향상시킬 수 있어, 승용차 또는 레이싱 차량에 장착되는 타이어에 적용 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 통상적으로 타이어 트레드용 고무 조성물에 첨가되는 가황제인 유황, 가류활성제인 산화아연, 연화제인 아로마틱 오일과 가공조제, 가황촉진제인 N-사이클로헥실-2-벤조티아조일설폰아미드 (N-cyclohexyl-2-benzothiazoyl sulfonamide:CBS) 및 노화방지제 등을 들 수 있다.
상기 첨가제의 함량은 원하는 물성에 따라 임의로 용이하게 조절될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다.　 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 4 및 비교예 1]
스티렌-부타디엔 고무 100 중량부에 대하여, 실시예 1 내지 2에서는 염료(Blue 2N)와 안료(Ultramarine Blue)의 배합량을 20 중량부 및 30 중량부로 각각 측량하였고, 실시예 3 내지 4에서는 염료(Red RR)와 안료(RED 120EDS)의 배합량을 20 중량부 및 30 중량부로 각각 측량한 후, 반바리 혼합기(Banbury Mixer) 및 오픈 밀 (Open Mill)을 이용하여 고무 조성물의 시험편을 제조하였다. 상기 제조된 고무 조성물의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
구분 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
스티렌 부타디엔 고무 100
카본 블랙 1 30
카본 블랙 2 60
아로마틱 오일 30
염료 (Blue 2 N) 0 10.0 15.0 0 0
안료 (Ultramarine Blue) 0 10.0 15.0 0 0
염료 (Red RR) 0 0 0 10.0 15.0
안료(RED 120EDS) 0 0 0 10.0 15.0
가류제(Ground sulfer) 2.2
(단위: 중량부)
실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따른 고무시편을 ASTM 관련규정에 의하여 물성을 측정하였으며 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 스코치 타임은 무늬 비스코미터로 측정하였다. 무늬 최소치로부터 5포인트 상승될 때까지 걸리는 시간으로 측정된 것으로, 시간이 길수록 스코치 안정성이 향상된 것이다.
(2) 모듈러스 측정은 시편을 아령형으로 잘라서 인스트론사에서 제작한 인장시험기로 실시하였다. 300% 모듈러스는 시편을 300% 신장시켰을 경우 시편에 작용하는 스트레스를 의미한다.
구분 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
가공성 스코치 타임
(t5, min)		 31.0 29.2 27.0 27.1 26.3
가류 시간
(t90, min)		 9.6 9.1 9.3 9.5 9.4
인장물성 경도 (Shore A) 75 76 78 75 75
300% 모듈러스 (Kgf/cm2) 119 122 122 118 114
신율 (%) 514 501 454 491 472
인장강도(Kgf/cm2) 197 195 179 190 178
상기 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4와 비교예1를 준비하였으며, 이렇게 배합된 배합물을 160℃에서 20분 가류하여 시험편을 얻었다. 이 시험편을 가지고 아스팔트 노면에서 발연 시험을 실시하였다.
상기 발연 시험은 상기 실시예 1 내지 4와 비교예1를 배합 고무를 시험편으로 가류하고 에어 그라인더를 사용하여 아스팔트 노면에서 실시하였다.
상기 에어 그라인더의 회전속도는 실제 드리프트용 차량의 종감속비(3.2 내지 3.5:1)와 드리프팅시의 엔진 운행 회전수(4000 내지 6000rpm)를 고려하여 약 1000rpm으로 설정하여 시험하였다.
도 1은 실시예 2의 발연 현상 사진이고, 도 2는 실시예 4의 발연 현상사진이며, 도 3은 비교예 1의 발연 현상 사진으로서, 아스팔트 노면과의 마찰에 의해 유색의 발연 현상을 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 실시예 2 및 4에 따른 시험편에서는 붉은색 및 푸른색의 연막이 얻어짐을 알 수 있었다. 실시예 1 및 실시예 3에서도 이와 같은 붉은 색 및 푸른색을 얻을 수 있었다. 그러나, 도 3에서 보는 바와 같이, 비교예 1에 따른 시험편에서는 붉은색 및 푸른색의 연막이 나타나지 않음을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.　
도 1은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 시험편의 발연 현상 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 시험편의 발연 현상 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 시험편의 발연 현상 사진이다.

Claims (7)

  1. 원료고무 100 중량부에 대하여,
    제1 카본블랙 20 내지 65 중량부;
    제2 카본블랙 30 내지 95 중량부;
    내열 염료 5 내지 40 중량부; 및
    내열 안료 5 내지 40 중량부를 포함하고,
    상기 제1 카본블랙은 질소흡착 표면적이 60 내지 130m2/g이며 DBP 흡유량이 90 내지 160cc/100g이고,
    상기 제2 카본블랙은 질소흡착 표면적이 90 내지 160m2/g이며 DBP 흡유량이 60 내지 140cc/100g인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원료고무는 스티렌-부타디엔 고무, 폴리 이소프렌 고무, 폴리 부타디엔 고무, 부틸 고무, 할로겐화 고무 및 에틸렌-프로필렌 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내열 염료는 Blue 2N 및 Red RR로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성 물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 내열 안료는 Ultramarine Blue 및 RED 120EDS로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 내열 안료는 220 내지 320℃의 온도에서 상기 내열 안료의 색상을 유지하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고무 조성물은 노면과의 마찰에 의하여 1종 이상의 색상 연막을 발생하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고무 조성물은 승용차 또는 레이싱 차량에 장착되는 타이어에 이용되는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
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