KR101312782B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 티타늄 디옥사이드(TiO₂)와 제올라이트를 함유함으로써 티타늄 디옥사이드의 친수성 성질과 다공성 입자로 구성되어 있으며 물을 흡착시키고 제수 효과를 보이며 친수성 성질을 갖는 제올라이트의 특성을 이용하여 웨트 그립(wet grip)과 아이스 그립(ice grip)을 동시에 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것이다

웨트 그립, 아이스 그립, 티타늄 디옥사이드, 제올라이트, 친수성, 다공성 입자, 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 티타늄 디옥사이드(TiO₂)와 제올라이트를 함유함으로써 티타늄 디옥사이드의 친수성 성질과 다공성 입자로 구성되어 있으며 물을 흡착시키고 제수 효과를 보이며 친수성 성질을 갖는 제올라이트의 특성을 이용하여 웨트 그립(wet grip)과 아이스 그립(ice grip)을 동시에 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것이다

젖은 노면에서의 타이어 제동력을 향상시키는 특성 즉, 웨트 그립이 뛰어난 고무 조성물로 종래에는 스티렌 함량이 높은 스티렌부타디엔고무 및 용액 중합 스티렌부타디엔 고무에서 부타디엔을 구성하는 구조 중 비닐의 함량을 높인 고무를 각각 사용하거나 또는 이들을 병용하여 사용하였다. 그러나 이러한 방법은 복잡한 제조공정에 의한 생산성 저하라는 문제점이 있다.

이 외에도 웨트 그립을 향상시키는 방법으로는 트레드 고무 조성물에 카본블랙 대신 친수성이 강한 실리카(silica)나 무기물 블렌드를 사용하는 기술이 알려져 있다. 실리카는 회전 저항을 감소시키고 웨트 그립 성능을 개선하는 효과로 알려져 있지만 친수성이 강해 비극성 고분자인 천연고무(NR), 스티렌부타디엔 고무 (SBR), 부타디엔 고무(BR) 등 타이어에 주로 사용되는 폴리머와 상호작용이 약해 분산성이 낮아지는 단점이 있다. 따라서 이러한 단점을 보완하기 위하여 분산조제, 공정오일, 커플링제 등을 사용하고 있으며 특히, 실란 커플링제 및 침강 실리카를 사용하거나 표면을 개질시키는 등의 방법으로 실리카 분산성 문제를 해결하고 있는 실정이다.

또한 종래에는 빙설노면 위에 있어서 성능을 향상시키기 위하여 스파이크 핀을 포함하는 스파이크 타이어가 사용되었지만 타이어의 분진이 환경을 오염시키고 스파이크 핀이 도로를 손상하게 하는 문제가 있었다. 따라서 근래에는 스파이크 핀을 이용하지 않는 스터드리스 타이어의 개발이 행해지고 있다. 예를 들어 표면의 평균 구멍 지름이 40~1000Å의 다공성 입자를 트레드용 고무 조성물에 배합하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 이러한 기술은 타이어 트레드 표면에 존재하는 해당 다공질 입자의 빙면을 긁는 효과를 이용하여 마찰력을 향상시키려고 하는 기술이지만, 다공성 입자가 커서 물모가 있는 빙면에서는 충분한 마찰력을 발현할 수 없고 웨트 및 아이스 상태에서 제동성 개선의 효과가 없었다. 한편, 구멍 지름이 작은 다공성 입자를 가지는 제올라이트를 이용하는 경우에는 빙상에서의 마찰력을 향상시킬 수는 있었으나 웨트 그립은 개선되지 않는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 젖은 노면과 빙상노면에서의 제동 성능을 향상시키기 위하여 친수성 성질을 나타내는 티타늄 디옥사이드와 제올라이트를 포함시킴으로써, 티타늄 디옥사이드의 친수성기가 수막에 침투하여 부분적으로 건조한 노면을 조성하여 마찰계수를 향상시키고, 초친수성 물질이며 다공성 입자 구조로 이루어진 제올라이트를 사용하여 아이스 그립을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 본 발명에 따른 고무 조성물을 타이어 트레드에 사용함으로서 젖은 노면과 빙상노면에서의 제동 성능을 동시에 향상시킬 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 티타늄 디옥사이드 10~90 중량부 및 제올라이트 5~80 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기 티 타늄 디옥사이드의 BET 값이 20~100 ㎡/g 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기 제올라이트가 결정성이며 평균 구멍 지름이 30 Å인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기 원료 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 충진제에 티타늄 디옥사이드와 제올라이트를 포함시킴으로써 젖은 노면과 빙상노면에서의 제동 성능을 동시에 향상시키는 효과가 있다.

이하, 실시예 등을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 원료 고무 및 고무 배합제를 포함하는 고무 조성물에 있어서 원료 고무 100 중량부에 대하여 티타늄 디옥사이드 10~90 중량부 및 제올라이트 5~80 중량부를 포함하는 것을 특징으 로 한다.

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, 상기 합성고무로는 스티렌-부타디엔 고무, 폴리 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 부틸 고무 및 에틸렌-프로필렌 고무 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기와 같은 원료 고무 100 중량부에 대하여 티타늄 디옥사이드 10~90 중량부 및 제올라이트 5~80 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용하는 티타늄 디옥사이드는 현재 백색 안료, 광촉매, 자외선 차단제 등으로 많이 사용되고 있으며, 살균 및 향균 작용을 하고 초친수성 성능을 나타내어 물을 화학 흡착하는 작용으로 최근에 세척과 건조가 용이한 자결 기능을 이용하여 방수 및 방무 유리 등에 사용되고 있다. 한편, 제올라이트는 결정성 알루미노 규산염으로서, 세공크기의 제한으로 인하여 분자크기에 따라 선택적으로 흡착된다는 현상이 알려지면서 흡착제와 촉매분야에 많이 사용되고 있으며, 이 또한 초친수성 성질을 나타내어 물을 화학 흡착하는 작용으로 최근에 세척과 건조가 용이한 자결 기능을 이용하여 방수 및 방무 유리 등에 사용되고 있다.

본 발명은 실리카와 마찬가지로 친수성 성질이 강한 티타늄 디옥사이드와 제올라이트를 충진제로 사용하는 것에 발명의 특징이 있다. 즉, 티타늄 디옥사이드의 친수성기가 수막에 침투하여 부분적으로 건조한 노면을 조성해 실리카 고무 조성물보다 마찰계수를 크게 하여 웨트 그립을 향상시키며, 초친수성 물질이며 다공성 입자 구조로 인해 물을 흡착하는 특성을 가지는 제올라이트를 사용하여 아이스 그립을 향상시킴으로써, 젖은 노면과 빙상 노면에서 구동 및 제동 성능을 극대화시킬 수 있게 된다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 타이어 트레드용 고부 조성물에서, 상기 티타늄 디옥사이드는 원료고무 100 중량부에 대해 10~90 중량부가 바람직하다. 티타늄 디옥사이드의 함량이 10 중량부 미만인 경우에는 필러로서 작용하지 못해 웨트 트랙션(wet traction) 성능에 문제점이 있고 90 중량부를 초과하는 경우에는 분산성의 문제점이 있다. 또한 상기 티타늄 디옥사이드는 평균 입자크기가 10 내지50 nm이고, 그 종류로는 P 25, PF 2, NK T90, TiO2 (아나타제 상, 루타일 상) 등을 들 수 있으며, 특별히 그 입자 크기나 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 타이어 트레드용 고부 조성물에서, 상기 제올라이트는 원료고무 100 중량부에 대해 바람직하게는 5~80 중량부, 더욱 바람직하게는 10~50 중량부를 사용하는 것이 좋다. 제올라이트의 함량이 5 중량부 미만인 경우에는 필러로 작용하지 못해 아이스 트랙션(ice traction) 성능에 문제가 있으며, 80 중량부를 초과하는 경우에는 분산성 문제점이 있다. 또한, 상기 제올라이트의 평균 구멍 지름이 2 ~ 30 Å 범위인 것이 바람직하다. 제올라이트의 평균 구멍 지름이 2 Å 미만인 경우에는 필러로 작용하지 못하는 문제가 있으며, 30 Å 을 초과하는 경우에는 선택적으로 물을 흡착하는데 문제점이 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 고무 배합제 로서 프로세스 오일 및 분산성 향상을 위한 커플링제, 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 또한 기타 첨가제로는 통상 타이어 트레드용 고무 조성물에 첨가되는 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 유황, 촉진제 등을 첨가할 수 있다.

이상과 같이 하여 본 발명에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 포함하는 공기입 타이어는, 타이어의 제반 기본 물성에 영향을 주지 않으면서 실리카 고무 조성물보다 웨트 그립을 향상시킴과 동시에 제올라이트를 사용하여 아이스 그립 역시 향상시키고 이로 인해 젖은 노면과 빙상 노면에서 구동 및 제동 성능을 극대화시킬 수 있게 된다.

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

[실시예 1-3]

하기 표 1에 도시한 함량과 같이 원료 고무 100 중량부에 대하여 티타늄 디옥사이드와 제올라이트를 배합하여 고무 시편을 제조하였다. 원료 고무로는 스티렌부타디엔 고무와 부타디엔 고무를 사용하였다.

상기 성분 이외에 원료고무 100중량부에 대하여 통상적으로 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 고무 배합제로서 아로마틱 오일 12중량부, 산화아연 4중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제 2중량부, 왁스 2중량부, 유황 2중량부, 커플링제 8중량부를 혼합하여 배합하였다.

[비교예 1-3]

하기 표 1에 도시한 바와 같이 비교예 1, 2, 3은 각각 실리카, 티타늄 디옥사이드, 카본블랙 충진제만 사용하여 고무 시편을 제조하였으며, 그 밖의 다른 조건은 실시예 1-3과 동일하다.

<표1> 비교예 및 실시예의 고무조성(단위: 중량부)

상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무 시편에 대한 물성을 측정하여 하기 표2에 도시하였다.

<표 2> 물성 측정 결과 (단위: 지수)

** 측정 방법 **

(1) 인장 물성: 인스트롱 (Instron)시험기를 이용하여 ASTM D412 시험법에 따 라 측정하였다.

(2) 마찰계수: Dynamic Friction Tester를 이용하여 마찰 계수를 측정한 결과로서, 비교예 1을 100으로 하여 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 웨트, 아이스 그립 성능은 그 값이 클수록 좋은 것이다.

상기 <표 2>에 나타난 바와 같이 티타늄 디옥사이드를 첨가한 실시예 1,2,3과 비교예 2는 종래의 충진제인 실리카, 카본블랙를 사용한 비교예 1,3 보다 젖은 노면에서 마찰계수가 향상되는 것을 알 수 있다. 티타늄 디옥사이드를 가장 많이 사용한 실시예1이 젖은 노면에서의 마찰계수가 가장 높았으며, 제올라이트 역시 사용양이 증가할수록 빙상노면에서 마찰계수가 증가하였고, 가장 많은 제올라이트를 함유한 실시예3이 빙상노면에서 마찰계수가 가장 높았다. 티타늄 디옥사이드만을 사용한 비교예2의 경우 실시예에 비래 웨트 그립은 향상되지만, 제올라이트를 함유한 실시예 1,2,3보다는 아이스 그립 성능은 떨어지는 것을 알 수 있다. 실시예의 기본 물성은 비교예의 인장강도, 경도와 동등 수준을 유지한다.

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.

Claims (5)

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

   상기 고무 조성물은 원료 고무 100 중량부에 대하여 티타늄 디옥사이드 10~90 중량부 및 제올라이트 5~80 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 티타늄 디옥사이드는 BET 값이 20~100 ㎡/g 인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 제올라이트는 결정성이며 평균 구멍 지름이 2 ~ 30 Å인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
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 내지 제4항 중 어느 한 항의 고무 조성물을 트레드에 사용하여 제조되는 공기입 타이어.