KR101213938B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고반응성 폴리부텐(High Reactive Polybutene, HRPB)을 원료고무 100 중량부에 대하여 5~40 중량부 포함함으로써, 그립 성능을 향상시키고 향상된 그립 성능을 지속적으로 유지시킬 수 있는 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것이다

그립 성능, 경주용 자동차, 트레드부, 고반응성 폴리부텐, 탄소-탄소 이중결합, 공기입 타이어.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어 {Rubber Composition for Tire Tread and Air Injection Tire Using The Same}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고반응성 폴리부텐(High Reactive Polybutene, HRPB)을 원료고무 100 중량부에 대하여 5~40 중량부 포함함으로써, 그립 성능을 향상시키고 향상된 그립 성능을 지속적으로 유지시킬 수 있는 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것이다

일반적으로, 자동차의 성능 향상과 함께 고성능 타이어에서 요구되는 대표적인 성능은 고속 내구성, 조종 안정성과 승차감, 소음을 들 수 있다. 그러나, 타이어에 있어서 주행성과 안락함은 동시에 요구되는 항목임에도 두 가지 상반되는 물성을 동시에 만족시키는 것은 매우 어려워 타이어의 연구에 있어 두 성능을 동시에 만족시키는 일은 항상 숙제와도 같은 일이라 할 수 있다.

이러한 타이어의 여러가지 필요한 성능 중에서도 지면과 접촉하는 부위인 타이어 트레드는 우수한 제동 특성이 요구되며, 오랜 시간 동안 안전하게 주행을 하기 위해서는 우수한 내구 성능이 필요하다.

특히 고속 경주용 자동차에 사용되는 타이어 트레드의 경우에는, 타이어 트레드의 많은 성능 중 그립(grip) 성능의 향상 및 향상된 그립 성능의 지속성이 매우 중요하게 요구된다.

이러한 그립 성능을 향상시키기 위하여 종래에는 폴리머의 유리전이온도(Tg)가 높은 원료 고무, 미세한 구조를 가지고 있는 보강제, 낮은 연화점을 갖는 점착제 등의 종류 및 함량을 조절하여 요구되는 성능에 대응하고 있는 실정이다.

그러나, 이러한 종래 기술은 그립 성능의 향상은 가져올 수 있으나, 향상된 그립 성능을 지속적으로 유지키는 것은 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 원료 고무 100 중량부에 대하여 고반응성 폴리부텐 5~40 중량부를 포함함으로써 타이어 트레드의 그립 성능을 향상시키고, 향상된 그립 성능을 지속적으로 유지시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 본 발명에 따른 고무 조성물을 타이어 트레드에 사용함으로서 그립 성능이 우수하고 이를 지속적으로 유지시킬 수 있는 공기입 타이어를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 원료 고무 및 고무 배합제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서 상기 고무 조성물은 원료 고무 100 중량부에 대하여 고반응성 폴리부텐 5~40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기 고반응성 폴리부텐의 수평균 분자량(Mn)은 300~5,000인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기 고반응성 폴리부텐의 말단 이중결합 함량이 80% 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기 원 료 고무가 천연 고무, 합성 고무 또는 천연 고무와 합성 고무의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은, 상기와 같은 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 트레드에 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것이다.

본 발명에 의한 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어는, 고무 조성물에 고반응성 폴리부텐을 포함시킴으로써 자동차 타이어, 특히 고속 경주용 자동차에 사용되는 타이어 트레드부의 그립 성능을 향상시킴과 아울러 향상된 그립 성능을 지속적으로 유지시키는 효과가 있다.

이하, 첨부 도면 및 실시예 등을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 원료 고무 100 중량부에 대하여 고반응성 폴리부텐 5~40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

폴리부텐은 탄소수 4개(C₄)인 올레핀 성분을 프리델-크래프트형 촉매(Friedel-Craft type catalyst)를 사용하여 중합한 것으로서, 일반적으로 수평균 분자량(Mn)이 300 내지 10,000 정도에 이르는 반액상 투명 점착성 물질이다. 이 중 본 발명에서 사용되는 고반응성 폴리부텐(high reactive polybuten, HRPB)이란 탄소-탄소 이중결합의 위치가 주로 폴리부텐의 말단에 위치하는 수평균 분자량 300 내지 5,000의 폴리부텐을 말한다.

본 발명에 사용되는 상기 고반응성 폴리부텐은 당업계에서 공지된 발법에 의하여 제조될 수 있으며, 이를 간단히 설명하면 이소부텐 또는 이소부텐을 10 중량% 이상 포함하는 납사 분해과정에서 파생되는 탄소수 4의 탄화수소 혼합물 또는 이소부텐을 10 중량% 이상 포함하는 원유정제 과정에서 파생되는 탄소수 4의 탄화수소 혼합물로부터 2차 알킬에테르, 3차 알코올 및 삼불화붕소를 포함하는 촉매를 사용하여 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 고반응성 폴리부텐은 탄소-탄소 이중결합의 위치가 주로 폴리부텐의 말단에 위치하기 때문에 반응시 원료고무와의 결합성이 증가하여 기존의 폴리부텐을 사용하는 것에 비하여 내구력 측면에서 매우 유리하게 작용한다.

즉, 원료고무에 통상적인 폴리부텐을 첨가하는 경우에도 트레드의 그립 성능을 향상시키는 효과는 있으나, 기존의 폴리부텐은 원료고무와의 결합성이 약하여 향상된 그립 성능을 지속적으로 유지시키는 것에는 한계가 있었다. 그러나 본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 탄소-탄소 이중결합의 위치가 주로 폴리부텐의 말단에 위치하는 고반응성 폴리부텐을 포함하기 때문에 반응시 원료고무와의 결합성이 증가하여 타이어 트레드의 향상된 그립 성능을 지속적으로 유지시키는 것이 가능하게 된다. 이러한 효과를 위하여는 말단 이중결합의 함량이 80% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 상기 고반응성 폴리부텐은 수평균 분자량이 300 내지 5000이고, 원료고무 100 중량부에 대하여 5~40 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 고반응성 폴리부텐의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 고반응성 폴리부텐 특성을 구현하기가 어려우며, 40 중량부를 초과하는 경우에는 고무 조성물 내 혼합특성에 불리하여 완제품상 불균일 마모 특성이 발생될 염려가 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물의 원료 고무로는 천연고무, 합성 고무 또는 천연 고무와 합성 고무의 혼합물을 사용할 수 있다.

천연 고무는 말 그대로 자연에서 얻은 고무를 지칭하며, 합성 고무로는 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 니트릴-부타디엔 고무(NBR), 클로로프렌 고무(CR) 및 부타디엔 고무(BR) 등을 들 수 있다. 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료 고무로서 이상과 같은 고무들을 단독으로, 또는 용도에 따라 적절히 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기한 원료고무 및 고반응성 폴리부텐 이외에도 보강충전제인 실리카 및/또는 카본 블랙, 연화제인 프로세스 오일, 가황제인 유황, 가황 촉진제인 CBS와 1,3-디페닐구아니딘(DPG), 가류활성제인 산화아연, 스테아린산, 분산성 향상을 위한 커플링제 및 노화방지제 등 타이어 트레드용 고무 조성물에 일반적으로 사용되는 고무배합제를 포함할 수 있다.

본 발명에서 보강충전제로 사용될 수 있는 실리카는 그 종류에는 특별한 제한이 없으나, 표면적이 175 ± 5 ㎡/g, 수분 함량은 6.0 ± 0.5 중량%, 이산화규소(SiO₂) 함량은 90 중량% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 카본 블랙은, 그 종류에 특별한 제한은 없으나, BET(Brunauer, Emmett, Teller) 비표면적이 80~90 ㎡/g 이고, DBP(Di-n-bibutyl Phthalate)흡착가가 100~110 g/100g이며, 요오드 흡착가가 90~120 mg/g 범위인 것이 바람직하다. 상기 카본 블랙은 원료 고무 100 중량부에 대하여 40~100 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 그 사용량이 40 중량부 미만이면 충분한 보강 효과를 나타내지 못하여 바람직하지 않고, 100 중량부를 초과하면 발열 및 내마모 효과를 나타내지 못하여 바람직하지 않다.

상기 프로세스 오일은 연화제 역할을 하며, 오일내 방향족계 함량이 5~25 중량%이고, 나프탈렌 함량이 25~45 중량%이며, 파라핀계 함량이 35~65 중량%인 것이 바람직하다. 기타 본 발명에서 사용되는 다양한 첨가제에 대하여는 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 그 자세한 내용은 생략한다.

이상과 같이 하여 본 발명에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 타이어의 제반 기본 물성에 영향을 주지 않으면서 자동차 타이어 특히 고속 경주용자동차용 타이어의 트레드부에 그립 성능을 향상시키는 반면 이를 지속적으로 유지 가능하게 한다.

본 발명의 또 다른 양상은, 상기와 같은 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고 무 조성물을 트레드에 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것으로, 상기 본 발명에 따른 공기입 타이어는 특히 고속 경주용 자동차 타이어로 사용하는 경우 트레트부의 그립 성능을 향상시키며 향상된 그립 성능을 지속적으로 유지할 수 있다.

이하에서는 구체적인 실시예와 비교예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 다만, 이는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

원료 고무로는 (E-SBR, SBR1721)를 사용하였으며, 원료고무 100 중량부에 대하여 고반응성 폴리부텐 5 중량부, 카본 블랙 85 중량부, 산화아연 2 중량부, 스테아린산 1 중량부, 가류제로서 유황 0.7 중량부, 가황 촉진제 2.2 중량부, 프로세스 오일 (A#2 Oil) 5 중량부, 노화방지제 2 중량부, 디페닐구아닌 2.1 중량부를 밀폐식 반바리 믹서에서 혼합하여 마스터 배치를 제조한 후, 개방형 2축 롤밀에서 혼합 고무를 제조하여 165℃에서 10분간 가류하여 고무 시편을 제조하였다.

하기 표 1에 상기에서 언급한 조성을 다시 나타내었다.

[실시예 2-4]

하기 표 1에 도시한 바와 같이 고반응성 폴리부텐을 각각 10 중량부, 20 중량부, 40 중량부 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.

[비교예 1]

고반응성 폴리부텐을 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.

[비교예 2]

고반응성 폴리부텐 대신 종래의 폴리부텐을 20 중량부 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.

[표 1]실시예 및 비교예의 각 조성성분 함량비

상기와 같이 제조된 비교예와 실시예의 고무시편을 ASTM 관련규정에 의하여 다음과 같이 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

[표 2] 물성 측정 결과

** 물성 측정 방법 **

(1)모듈러스 측정은 시편을 아령형으로 잘라서 인스트론사에서 제작한 인장시험기로 실시하였다. 300% 모듈러스는 시편을 300% 신장시켰을 경우 시편에 작용하는 스트레스를 일컫는다.

(2)고온모듈러스 측정은 시편을 아령형으로 잘라서 인스트론사에서 제작한 인장시험기로 100℃ 조건하에서 실시하였다. 300% 모듈러스는 시편을 300% 신장시켰을 경우 시편에 작용하는 스트레스를 일컫는다.

(3)0℃ tanδ 는 타이어의 제동 성능의 대용 수치로 이용되며, 그 수치가 높을수록 우수한 성능을 나타낸다. 60℃ tanδ는 타이어 회전 저항값의 대용 수치로 사용되며, 그 수치가 낮을수록 회전저항이 우수한 것을 나타낸다.

(4)마모는 상온에서 미끄럼비 25%, 하중 1.5kg에서 회전시켜 마모된 고무의 손실량을 나타내는 람본 마모(Lambourn abrasion)을 의미하는 것으로, 상대지수로 표시하여 그 수치가 클수록 마모성능이 우수함을 나타낸다.

상기 표2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 고반응 폴리부텐을 사용한 실시예 1-4는 폴리부텐을 사용하지 않은 비교예 1 에 비해 인장 물성에서 모듈러스가 감소하는 경향을 보이나, 그립 성능을 나타내는 점탄성 결과를 보면 비교예 1 대비 향상된 결과를 나타내어 그립성능 측면에서도 우수함을 알 수 있다. 또한 통상의 폴리부텐을 사용한 비교예 2에 대비해서는 모듈러스가 향상되는 특성을 보여 기계적 성능 측면에서 비교예 2보다 우수함을 알 수 있다. 특히 100℃ 인장물성 결과(300% 고온 모듈러스)에서 비교예2 에 비하여 모듈러스 값이 높게 나타나 고온에서 장시간 운용이 되는 고속 경주용 자동차 타이어 특성에서도 유리함을 알 수 있다.

도 1에 점탄성 측정 결과를 도시하였으며 0℃ tanδ, 60℃ tnaδ 값이 향상됨을 확인 할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1-4 및 비교예 1-2의 점탄성 측정 결과를 도시한 그래프이다.

Claims (5)

1. 원료 고무 및 고무 배합제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

   상기 고무 조성물은 원료 고무 100 중량부에 대하여 말단 이중결합의 함량이 80% 이상인 고반응성 폴리부텐(HRPB)을 5~40 중량부 포함하며, 상기 고반응성 폴리부텐은 수평균 분자량(Mn)이 300~5,000 인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 원료 고무는 천연 고무, 합성 고무 또는 천연 고무와 합성 고무의 혼합물인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
5. 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항의 고무 조성물을 트레드에 사용하여 제조되는 공기입 타이어.

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