KR101006193B1

KR101006193B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR101006193B1
Application number: KR1020080127855A
Authority: KR
Inventors: 전재현; 정재욱
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2011-01-12
Also published as: KR20100069219A

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 스타이렌 부타디엔 고무 70 내지 90 중량부 및 폴리부타디엔 고무 10 내지 30 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부; 카본블랙 60 내지 80 중량부; 연화제 1 내지 10 중량부; 및 디티오카르바메이트계 촉진제 0.1 내지 2 중량부를 포함하고, 상기 연화제는 PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) 성분이 3 중량% 미만이고, 동점도가 15 내지 25(100℃, cSt), 연화제 내 아로마틱계 성분이 15 내지 25 중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37 중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 친환경적일 뿐만 아니라 내마모성 및 저연비성능을 동시에 향상시키는 장점이 있다.

타이어 트레드, 고무 조성물, 폴리사이클릭아로마틱 하이드로카본, 친환경

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 친환경적이고 내마모 성능 및 저연비 성능을 향상시킬 수 있는 고무 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 유리전이온도(Tg)가 낮은 부타디엔 고무를 블렌딩하여 사용하게 되면 타이어의 마모 성능 및 연비 특성을 향상시킬 수 있다고 알려져 있다. 그러나 고무 사용을 통한 마모 성능 향상에는 한계가 있고 이를 보완하기 위해 구조가 발달되고 입자경이 작은 카본블랙을 소량 배합하거나, 입자경이 큰 카본블랙을 다량 배합하여 최적 성능 구현을 시도하고 있다.

그러나 이는 각각 분산성 문제로 인한 고무물성 저하 및 다량의 보강제 사용으로 인한 발열과 내구성 저하를 불러 일으킬 수 있어 문제 극복을 위한 최적의 배합 기술이 요구되고 있는 실정이다.

한편, 최근 유럽지역에서는 환경규제 관련하여 친환경적인 물질 사용에 대한 요구가 증대 되고 있다. 승용차용 타이어의 트레드 고무 조성물의 첨가제 중 연화제로 사용되는 방향족 오일(Aromatic Oil)은 오일 안에 폴리사이클릭 아로마틱 함 량이 3 중량%를 초과하면 암 유발 가능성이 높은 것으로 알려진 바 있고, 유럽 고무협회(BRIC)에서는 이 결과를 수용하여 대책 마련에 나섰으며, EU에서도 구체적인 사용 규제 방안을 마련하여, DMSO(Dimethylsulfoxide) 추출법에 의해 추출하여 오일내 PAH 총 함량이 3 중량%를 초과하는 경우 판매를 금지하는 제도를 2010년 1월 1일 이후부터 시행하는 것을 법규화 함으로써 모든 타이어 제조회사는 이를 시급히 해결해야 할 문제로 여기고 있다.

또한 Mixing 및 Curing operation 작업 중에 고무 촉진제의 이차 아민이 공기중의 질소산화물과 반응하여 발생되는 나이트로스아민이 인체에 유해한 암을 유발시키는 발암성물질로 알려져 있어 이를 억제시키는 대체 물질 사용도 함께 요구되고 있다.

전술한 바와 같이 시장은 친환경 재료의 발굴과 이를 이용한 타이어 성능 향상에 관한 기술이 최근 업계의 화두로 떠오르고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 환경친화적이며 타이어의 내마모성 및 저연비성능을 향상시키는 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 스타이렌 부타디엔 고무 70 내지 90 중량부 및 폴리부타디엔 고무 10 내지 30 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부; 카본블랙 60 내지 80 중량부; 연화제 1 내지 10 중량부; 및 디티오카르바메이트계 촉진제 0.1 내지 2 중량부를 포함하고, 상기 연화제는 PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) 성분이 3 중량% 미만이고, 동점도가 15 내지 25(100℃, cSt), 연화제 내 아로마틱계 성분이 15 내지 25 중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37 중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58 중량%인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 마모 성능에 유리한 저 유리전이온도의 폴리부타디엔고무를 사용하고, 연화제로서 폴리사이클릭아로마틱 하이드로카본(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon)함량이 3 중량% 미만으로 포함하는 오 일과 인체에 유해성 물질로 알려진 나이트로스아민이 발생되지 않는 촉진제를 사용하여 친환경적일 뿐만 아니라 내마모성 및 저연비성능을 동시에 향상시키는 장점이 있다.

본 발명은 친환경적인 연화제를 포함하는 스타이렌 부타디엔 고무와 시스 함량(cis content)(중량%) 및 분자량 분포가 높은 폴리부타디엔 고무를 혼합하고 동시에 인체에 무해한 촉진제를 적용함으로써 환경 친화적이며 타이어의 내마모성 및 저연비성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 스타이렌 부타디엔 고무 및 폴리부타디엔 고무를 포함하는 원료고무; 카본블랙; 연화제; 및 디티오카르바메이트계 촉진제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

상기 원료고무는 합성고무, 또는 천연고무와 합성고무의 혼합물로 된 배합고무를 사용할 수 있다. 상기 합성고무로는 스티렌-부타디엔 고무, 폴리 부타디엔 고무 등을 사용할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 스타이렌 부타디엔 고무는 에멀젼 중합 방식으로 제조되는 것으로서, 스타이렌 함량이 22 내지 27 중량%이고 중량 평균 분자량이 1,200,000 이상, 바람직하게는 1,200,000 내지 1,500,000이며 유리전이온도가 -51 내지 -55℃인 것이다. 상기 스타이렌 부타디엔 고무가 상기 조건들을 모두 충족하는 경우에 본 발명이 원하는 효과를 얻을 수 있다.

상기 스타이렌 부타디엔 고무는 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 70 내지 90 중량부로 포함된다. 상기 스타이렌 부타디엔 고무의 함량이 70 중량부 미만이면 폴리부타디엔 고무 함량 증가로 작업성 및 제동 성능의 저하가 발생될 수 있고, 90 중량부를 초과하면 내마모성 및 저연비성의 저하가 발생될 수 있다.

상기 폴리부타디엔 고무는 니켈 촉매를 이용한 부타디엔 고무로서, 유리전이온도가 -105 내지 -110℃, 시스 함량(cis content)이 96 중량% 이상, 바람직하게는 95 내지 96 중량%, 분자량 분포도가 6.0 내지 7.0인 것이다.

상기 폴리부타디엔 고무가 상기 조건들을 모두 충족하는 경우에 본 발명이 원하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 상기 폴리부타디엔 고무를 내마모성이 우수한 카본블랙과 혼용 함으로서 더 좋은 마모 특성 및 히스테리시스(hysteresis)가 감소(60℃ tanδ)된 타이어 트레드용 고무 조성물을 얻을 수 있다.

상기 폴리부타디엔 고무는 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 30 중량부로 포함된다. 상기 폴리부타디엔 고무의 함량이 10 중량부 미만이면 내마모성 및 저연비성이 저하되는 문제가 있고, 30 중량부를 초과하면 작업성 및 제동성능이 저하되는 문제점이 있다.

상기 카본블랙은 충진제로서 첨가되는 것으로 질소 흡착 비표면적이 130 내지 150m²/g이며 DBP 흡유량이 120 내지 140cc/100g이고, 틴트(Tint) 값이 120 내지 140인 것이다.

상기 질소 흡착 비표면적이 130m²/g 미만이면 최적의 마모성능 구현에 문제가 있고, 150m²/g을 초과하면 분산성 문제로 인한 고무 물성 저하 및 저연비성 저하의 문제가 발생될 수 있다.

이러한 콜로이드(colloidal) 특성을 가지는 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 60 내지 80 중량부로 포함된다. 상기 카본블랙의 함량이 60 중량부 미만이면 최적의 마모성능 구현에 문제가 있고, 80 중량부를 초과하면 분산성 문제로 인한 고무물성 저하 및 다량의 보강제 사용으로 인한 발열과 내구성 저하를 불러 일으킬 수 있다.

상기 연화제는 PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) 성분이 3 중량% 미만이고, 동점도가 15 내지 25(100 ℃, cSt), 연화제 내 아로마틱계 성분이 15 내지 25 중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37 중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58 중량%인 것이다.

본 발명에 따른 고무 조성물은 PAH 함량을 3 중량% 미만으로 감소시킨 연화제를 적용시킴으로써 친환경적인 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 마모성능 개선을 위해, 유황으로는 오일 처리된 황, 바람직하게는 0.8 내지 1.2중량%의 나프텐 오일로 처리된 황 1.5 내지 2.0 중량부, 설펜아미드 및 디티오카르바메이트계 촉진제 0.1 내지 2.0 중량부를 고무 조성물에 첨가하여 내마모성 및 저연비 성능이 향상되는 효과를 얻을 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.

비교예 1

하기 표 1과 같이 스타이렌 부타디엔(SBR 1) 고무 70 중량부, 부타디엔 고무로는 니켈 촉매를 이용한 폴리부타디엔 고무(Ni-BR) 30 중량부에 대하여 통상적으로 고무 조성물의 첨가제로 사용하는 질소흡착 비표면적이 140 m²/g, DBP 흡유량이 130 cc/100g, TINT 값이 130인 카본블랙 70 중량부, 아연화 3.0 중량부, 스테아린산 2.0 중량부, 오일로 처리된 유황 1.5 중량부, 설펜아미드계 촉진제 1.1 중량부, 티우람계 촉진제 0.1 중량부 및 PAH 함량이 15중량%, 동점도가 18 (100 ℃, cSt), 아로마틱계 성분이 40 중량%, 나프텐계 성분이 30% 및 파라핀계 성분이 25 중량%인 폴리사이클릭 아로마틱 오일 4 중량부의 배합비로 고무 조성물을 제조하였고 이를 160℃에서 가류시켜 고무 시편을 제조하였다.

실시예 1

스타이렌 부타디엔(SBR 2) 고무 70 중량부에 대하여 PAH 함량이 2중량%, 동점도가 20 (100 ℃, cSt), 아로마틱계 성분이 20 중량%, 나프텐계 성분이 32 중량% 및 파라핀계 성분이 48 중량%인 연화제 4 중량부, 디티오카르바메이트계 촉진제 0.1 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다.

실시예 2

질소 흡착 비표면적이 140 m²/g, DBP 흡유량이 130 cc/100g, TINT 값이 130인 카본블랙 65 중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다.

실시예 3

스타이렌 부타디엔(SBR 2) 고무 65 중량부, 니켈 촉매를 이용한 부타디엔 고무 35 중량부, 연화제 5.87 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다.

항목	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3
SBR 1	70	0	0	0
SBR 2	0	70	70	65
Ni-BR	30	30	30	35
카본블랙	70	70	65	70
Oil-A¹	4	0	0	0
Oil-B²	0	4	4	5.87
산화아연	3.0	3.0	3.0	3.0
스테아린산	2.0	2.0	2.0	2.0
유황	1.5	1.5	1.5	1.5
1차 촉진제	1.1	1.1	1.1	1.1
2차 촉진제 A³	0.1	0	0	0
2차 촉진제 B⁴	0	0.1	0.1	0.1
경도	62	63	60	61
100% Mod.	18	19	18	18
내마모성⁵	100	95	98	116
저연비성능⁶	100	112	119	111

　(단위: 중량부)

주)

1. Oil-A : PAH 함량이 15중량%, 동점도가 18 (100 ℃, cSt), 아로마틱계 성분이 40 중량%, 나프텐계 성분이 35 중량% 및 파라핀계 성분이 25 중량% 함유된 것이다.

2. Oil-B : PAH 함량이 2중량%, 동점도가 20 (100 ℃, cSt), 아로마틱계 성분이 20 중량%, 나프텐계 성분이 32 중량% 및 파라핀계 성분이 48 중량% 함유된 것이다.

3. 2차 촉진제 A : Tetramethylthiuram disulfide (TMTD)

4. 2차 촉진제 B : Zinc Dibenzyldithiocarbamate (ZBEC)

5. 내마모성 : 람본 마모 시험기로 시험, 지수가 클수록 내마모성이 향상된다.

6. 저연비성능 : RHEOMETRICS DYNAMIC SPECTROMETER로 0.5% strain, 10 Hz, Temp. sweep하여 60℃ tanδ를 측정하였으며 지수가 클수록 성능이 향상된다.

하기 표 2는 SBR의 특성을 나타낸 것이다.

SBR 종류	Styrene 함량(중량%)	분자량	Tg(℃)	Extended Oil 종류	Extended Oil 함량(중량%)
SBR 1	23.5	1,200,000	-52	A#2	27.3
SBR 2	23.5	1,200,000	-54	TDAE	27.3

Oil-A (Aromatic oil)와 Oil-B (TDAE oil)는 구성 성분의 차이로 인해 유리전이온도(Tg)가 서로 달라 고무 조성물 내에서 서로 다른 성능을 발휘한다.

Oil-B의 경우는 Oil-A에 비하여 유리전이온도가 낮아 연비 성능 측면에서 Oil-A에 비해 우수한 경향을 보였다. 이는 상기 표 1의 비교예 1과 실시예 1의 성능 시험 결과에서 알 수 있다. 이러한 Oil-B의 장점을 살리면서 내마모성을 보완하기 위해 본 발명에서는 니켈 촉매를 이용한 폴리부타디엔 고무(Ni-BR)를 증량 사용하였고 실시예 3과 같이 내마모성이 향상됨을 알 수 있었다.

또한, 실시예 2 및 3을 통해 고무 조성물의 성능을 극대화 시키는 카본블랙 함량 및 합성고무 배합 조성을 확인할 수 있었고 성능 저하 없이 비교예 1 대비 동등 이상의 값을 구현해 낼 수 있었다.

이상의 결과에서 보는 바와 같이 본 발명은 낮은 PAH의 함량을 가지는 Oli를 함유한 스타이렌 부타디엔 고무(SBR 2)에 니켈 촉매를 이용한 부타디엔 고무(Ni-BR) 35중량부, 카본블랙 70 중량부, 유황 1.5 중량부, 설펜아미드 및 디티오카르바메이트계 촉진제 0.1 내지 2.0 중량부를 첨가함으로써 종래의 고무 조성물에 비하여 친환경적이며 내마모성 및 연비성능을 동시에 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무 조성물을 획득할 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.　

Claims

스타이렌 부타디엔 고무 70 내지 90 중량부 및 폴리부타디엔 고무 10 내지 30 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부;

카본블랙 60 내지 80 중량부;

연화제 1 내지 10 중량부; 및

디티오카르바메이트계 촉진제 0.1 내지 2 중량부를 포함하고,

상기 연화제는 PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) 성분이 3 중량% 미만이고, 동점도가 15 내지 25 (100 ℃, cSt), 연화제 내 아로마틱계 성분이 15 내지 25 중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37 중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58 중량%인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 스타이렌 부타디엔 고무는 에멀젼 중합 방식으로 제조되며, 스타이렌 함량이 22 내지 27 중량%이고 중량 평균 분자량이 1,200,000 이상이며 유리전이온도가 -51 내지 -55℃인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폴리부타디엔 고무는 유리전이온도가 -105 내지 -110℃, 시스 함량(cis content)이 96 중량% 이상, 분자량 분포도가 6.0 내지 7.0인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 카본블랙은 질소 흡착 비표면적이 130 내지 150m²/g이며 DBP 흡유량이 120 내지 140cc/100g이고, 틴트(Tint) 값이 120 내지 140인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.