KR101140835B1 - 타이어 검 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 검 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 검 스트립(gum strip)용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 원료고무 100 중량부, 카본블랙 40 내지 50 중량부, 로진(rosin) 수지 및 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지를 포함하는 점착제 8 내지 15 중량부, 그리고 가류제 및 가류촉진제 3.0 내지 4.0 중량부를 포함하는 타이어 검 스트립(gum strip)용 고무 조성물을 제공한다.
상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물은 타이어 성형 공정 전반에서 걸쳐, 즉 미가류 상태에서 가류 공정까지 트레드 접합부의 벌어짐이 없도록 점착성을 가지며, 완제품 타이어의 가혹한 제동이나 구동이 가해 지는 주행 조건에서도 트레드 접합부의 벌어짐 문제가 없다.
타이어, 트레드, 검스트립, 카본블랙, 점착제, 로진수지, p-터트-알킬페놀포름알데하이드수지, 가류제, 가류촉진제, 연화제

Description

타이어 검 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE GUM STRIP AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 검 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트럭 또는 버스용 타이어의 트래드 접합부의 접합을 위해 사용하는 타이어 검 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
통상 승용차 및 레이싱용 타이어의 트레드 접합부는 타이어 제조 공정상 시멘트 형태의 접합 조성물을 사용하여 접합한다.
대한민국출원 제2002-0038280호는 타이어 트레드 접합부의 접착성을 향상시킨 접착용 시멘트 조성물에 관한 것으로서, 천연고무 0 내지 50 중량부, 스티렌-부타디엔 고무 50 내지 100 중량부로 이루어진 순고무분 100 중량부에 대해, DBP 흡유량이 110 내지 140ml/100g이고, 요오드 흡착량이 85 내지 125mg/g인 카본블랙 50 내지 70 중량부, p-페닐렌 디아민계 노화방지제 0 내지 2.0 중량부, p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지 20 내지 50 중량부 및 가공유 0 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기 대한민국출원 제2002-0038280호의 고무 조성물은 승용차용 타이어에는 적합하지만 가공오일의 함량이 적고 천연고무를 주로 사용하는 트럭 또는 버스용 타이어의 트레드 접합부의 접합제로는 적합하지 않다.
또한, 대한민국출원 제2002-0091942호는 트레드 고무 조성물에 비해 30 내지 40% 감소된 함량으로 오일을 함유하고, 점착제를 순고무 100 중량부에 대하여 20 내지 40 중량부로 포함하며, 트레드 고무 조성에 비해 50 내지 100% 증가된 함량으로 유황과 촉진제를 포함하는 고무 조성물에 대하여 개시하고 있다. 상기 대한민국출원 제2002-0091942호는 트레드 접합부에 가공오일 및 노화방지제가 마이그레이션되면 트레드 접합부 계면의 물성이 저하되어 주행시 동적 피로가 불리해지는 바, 이를 해결하고자 오일의 함량을 줄인 것이다.
그러나, 상기 대한민국출원 제2002-0091942호는 과량의 점착제와 과량의 오일을 함유하는 레이싱용 타이어에는 효과적으로 적용될 수 있으나, 미가류 상태에서의 점착력 보완을 위해 다량의 점착제를 사용했기 때문에 점착제를 소량으로 한정하여 사용하는 트럭 또는 버스용의 트레드와는 물성 균형(Balance)이 맞지 않으며, 이로 인하여 주행 중 트레드 접합부에 응력 집중시 트레드 접합부가 벌어질 수 있다. 또한, 상기 특허는 가류 후 트레드 접합부의 화학적 결합 밀도를 증가시키기 위해 다량의 유황 및 촉진제를 사용하는데, 이 또한 트레드와 접합 고무 사이의 물성 불균형으로 트레드 접합부의 접착을 유지하는데 불리하다.
또한, 종래에 트럭 또는 버스용 타이어 트레드 접합부는 성형시에 유기 용제만을 트레드 접합부에 사용하여 제조 과정 동안 미가류 상태에서의 접착을 유지하 는 방식으로 제조한다. 그러나, 인체에 무해하다고 알려진 유기 용제라도 공정 작업장내에서 인체 흡입에 따른 환경 문제가 발생할 수 있는 바, 이러한 유기 용제를 대체하여 트레드 접합부의 접착을 유지할 수 있는 고무 조성물이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 타이어 성형 공정 전반에서 걸쳐, 즉 미가류 상태에서 가류 공정까지 트레드 접합부의 벌어짐이 없도록 점착성을 가지며, 완제품 타이어의 가혹한 제동이나 구동이 가해 지는 주행 조건에서도 트레드 접합부의 벌어짐 문제가 없는 타이어 검 스트립용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 검 스트립(gum strip)용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 카본블랙 40 내지 50 중량부, 로진(rosin) 수지 및 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지를 포함하는 점착제 8 내지 15 중량부, 그리고 가류제 및 가류촉진제 3.0 내지 4.0 중량부를 포함한다.
상기 원료고무는 천연고무 80 내지 100 중량부 및 부타디엔 고무 0 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.
상기 로진 수지와 상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지의 중량비는 0.5:1 내지 1.5:1일 수 있다.
상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지는 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적이 75 내지 87m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 95 내지 110cc/100g일 수 있다.
상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물은 연화제를 더 포함하며, 상기 연화제와 상기 점착제의 함량의 합은 8 내지 15 중량부일 수 있다.
상기 가류제와 상기 가류촉진제의 중량비는 1:0.3 내지 1:0.7일 수 있다.
상기 가류촉진제는 N-터트-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS), N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 카본블랙 40 내지 50 중량부, 로진(rosin) 수지 및 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지를 포함하는 점착제 8 내지 15 중량부, 그리고 가류제 및 가류촉진제 3.0 내지 4.0 중량부를 포함한다.
상기 원료고무는 천연고무 80 내지 100 중량부 및 부타디엔 고무 0 내지 20 중량부를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 상기 원료고무에서 상기 천연고무의 함량이 높은 것은 트럭 또는 버스용 타이어의 트레드가 대부분 천연고무로 이루어지 므로 상기 트럭 또는 버스용 타이어 트레드와의 상용성을 높이기 위한 것이다.
상기 원료고무는 부타디엔을 20 중량부까지 포함할 수 있으나, 상기 부타디엔의 함량이 20 중량부를 초과하는 경우 미가류 고무의 점착성이 저하될 수 있다.
상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적(N2SA, nitrogen surface area per gram)값이 75 내지 87m2/g일 수 있다. 상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 87m2/g을 초과하면 카본블랙의 분산에 불리하여 점착성이 저하될 수 있고, 75m2/g미만을 사용하는 경우는 모듈러스 물성이 저하될 수 있다.
상기 카본블랙은 DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 95 내지 110cc/100g 일 수 있다. 상기 카본블랙의 DBP 흡유량이 110cc/100g을 초과하면 가공성이 저하되어 카본블랙의 분산성이 낮아지고, 95cc/100g미만이면 모듈러스 물성이 저하될 수 있다.
상기 콜로이드 성질을 가지는 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 40 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 상기 카본블랙의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 40 중량부 미만이면 모듈러스 물성이 저하될 수 있고, 50 중량부를 초과하면 카본블랙의 분산이 저하되어 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 점착제는 로진 수지와 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지를 포함한다. 상기 점착제는 고무의 점착력을 증가시켜 줄 뿐만 아니라 충전제와 같은 기타 첨가제들의 혼합성, 분산성 및 가공성을 개선시켜 고무의 물성 향상에 기여한다.
상기 로진 수지는 천연 로진 수지, 로진 에스터 수지, 수첨 로진 에스터 수지, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다.
또한, 상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지는 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다.
상기 점착제로 상기 로진 수지와 상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지를 병용하는 경우 미가류 상태에서 가류 공정까지 트레드 접합부의 벌어짐이 없도록 점착성을 가지며, 완제품 타이어의 가혹한 제동이나 구동이 가해 지는 주행 조건에서도 트레드 접합부의 벌어짐이 발생하지 않을 수 있다.
또한, 상기 로진 수지와 상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지의 중량비는 0.5:1 내지 1.5:1일 수 있고, 바람직하게는 1:1일 수 있는데, 상기 범위를 벗어나는 경우 미가류 고무의 점착 성능이 낮아질 수 있다.
상기 가류제로는 분말 황(S) 또는 불용성 황(S)을 사용할 수 있으며, 상기 가류촉진제로는 술펜아미드(sulfenamide)계 가류촉진제 중에서 N-터트-부틸-2-벤조티아졸술펜아미드(N-tert-butyl-2-benzothiazole sulfenamide, TBBS) 또는 N-시클로헥실-2-벤조티아졸술펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide, CBS)를 사용할 수 있다.
상기 가류제와 상기 가류촉진제의 함량의 합은 3.0 내지 4.0 중량부이다. 상기 가류제와 상기 가류촉진제의 함량의 합이 3.0 중량부 미만이면 가교 밀도가 낮아져 트레드 접합부에서의 접착력이 저하되고, 4.0 중량부를 초과하면 가교 밀도는 높아지나 트레드와 검 스트립 고무 사이의 물성 균형이 맞지 않아 주행 중에 트레드 접합부가 벌어지는 현상이 발생할 수 있다.
또한, 상기 가류제와 상기 가류촉진제의 중량비는 1:0.3 내지 1:0.7일 수 있고, 바람직하게는 1:0.5일 수 있는데, 상기 가류제와 상기 가류촉진제의 중량비가 상기 범위를 벗어나는 경우 가류 속도에 영향을 주어 트래드 접합부 사이의 공가류에 지장을 초래할 수 있다.
상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물은 연화제를 더 포함할 수 있으며, 상기 연화제와 상기 점착제의 함량의 합은 8 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 연화제와 상기 점착제의 함량의 합이 8 중량부 미만이면 가공성이 불리하여 검 스트립으로 제조가 어려울 수 있으며, 15 중량부를 초과하면 타이어의 모듈러스 물성이 저하될 수 있다.
상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 각종의 첨가제는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 그 함량 또한 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 타이어 검 스트립용 고무 조성물은 타이어 성형 공정 전반에서 걸쳐, 즉 미가류 상태에서 가류 공정까지 트레드 접합부의 벌어짐이 없도록 점착성을 가지며, 완제품 타이어의 가혹한 제동이나 구동이 가해 지는 주행 조건에서도 트레드 접합부의 벌어짐 문제가 없다.
또한, 상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물은 별도의 유기 용제를 사용하지 않고, 검 스트립 고무 자체를 성형 공정에서 트레드 접합부에 붙여서 작업할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예: 고무 조성물의 제조]
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 실시예 및 비교예에 따른 타이어 검 스트립용 고무 조성물을 제조하였다. 타이어 검 스트립용 고무 조성물의 제조는 통상의 타이어 트레드 고무의 제조방법에 따랐다.
하기 표 1에서, 비교예 1은 프로세스 오일(연화제) 및 점착제의 총 합이 5 중량부이며 점착제 I만 사용한 경우이고, 비교예 2는 불용성 유황과 촉진제의 총 합이 4.0 이상인 경우이다.
[표 1](단위: 중량부)
배합제 비교예 1 비교예 2 실시예 1
천연고무 100 100 100
카본블랙(1) 47 47 47
산화아연 5.0 5.0 5.0
스테아린산 2.0 2.0 2.0
연화제 3 4 4
점착제 I(2) 2 4 4
점착제 II(3) 0 4 4
노화방지제 2.0 2.0 2.0
불용성 유황 2.0 4.0 2.0
가류촉진제(4) 1.0 2.0 1.0
(1) 카본블랙: 질소흡착 비표면적이 75 내지 87m2/g이고, DBP 흡유량이 95 내지 110cc/100g
(2) 점착제 I: 로진 수지
(3) 점착제 II: p-터트-알킬-페놀 포름알데하이드 수지
(4) 가류촉진제: N-시클로헥실-2-벤조티아질 술펜아마이드
[실험예: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 고무 조성물을 12R22.5 타이어 규격으로 제조하여 물성을 측정하였다.
또한, 실내 내구, 즉 가류 후의 완제품 상에서의 이상 유무 및 덤프 트럭용 차량에 취부하여 트래드 접합부에서, 즉 실차 상태에서의 이상 유무를 확인하였다.
[표 2]
성 능 비교예 1 비교예 2 실시예 1
점착력 100
(Joint부 벌어짐)		 150
(미발생)		 150
(미발생)
부착력 100 70 105
실내 내구 미발생 Joint부 벌어짐 미발생
실차 미발생 Joint부 벌어짐 미발생
상기 표 2를 참조하면, 비교예 1은 가류 후의 완제품 상에서의 내구 및 실차에서는 트레드 접합부의 벌어짐이 없으나, 미가류 상태에서의 점착력 저하로 인하여 성형 공정에서 트레드 접합부가 벌어졌다. 이와 같이 성형 공정에서 트레드 접합부가 벌어져 있을 경우 가류 공정에서 이형재 및 이물 혼입시 사고를 유발할 가능성이 있다.
비교예 2는 미가류 상태에서의 점착력은 우수하나 검 스트립 고무와 트래드 고무 사이에 가류 물성 균형이 맞지 않아 실내 내구 및 실차 상태에서 트레드 접합부가 벌어졌다.
반면, 실시예 1 내지 3의 경우 비교예 1 및 2에 비하여 점착력이 우수하여 미가류 상태에서도 트레드 접합부의 벌어짐이 없으며, 실내 내구 및 실차 상태에서도 트레드 접합부의 이상이 없음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (9)

  1. 원료고무 100 중량부,
    카본블랙 40 내지 50 중량부,
    로진(rosin) 수지 및 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지를 포함하는 점착제 8 내지 15 중량부, 그리고
    가류제 및 가류촉진제 3.0 내지 4.0 중량부
    를 포함하며
    상기 로진 수지와 상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지의 중량비는 0.5:1 내지 1.5:1 이고,
    상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지는 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지 및 p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드의 조합으로 이루어진 것인
    타이어 검 스트립(gum strip)용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료고무는 천연고무 80 내지 100 중량부 및 부타디엔 고무 0 내지 20 중량부를 포함하는 것인 타이어 검 스트립용 고무 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적이 75 내지 87m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 95 내지 110cc/100g인 것인 타이어 검 스트립용 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 검 스트립용 고무 조성물은 연화제를 더 포함하며,
    상기 연화제와 상기 점착제의 함량의 합은 8 내지 15 중량부인 것인
    타이어 검 스트립용 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가류제와 상기 가류촉진제의 중량비는 1:0.3 내지 1:0.7인 것인
    타이어 검 스트립용 고무 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가류촉진제는 N-터트-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS), N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 타이어 검 스트립용 고무 조성물.
  9. 제1항, 제2항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 타이어 검 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
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