KR101422829B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 티타늄디옥사이드(TiO2) 10 내지 90 중량부, 및 탄소나노섬유(Carbon nano fiber, CNF) 1 내지 50 중량부를 포함한다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 티타늄디옥사이드와 탄소나노섬유를 첨가하여 기본 물성을 유지 또는 향상시키면서 실리카, 카본블랙을 함유한 고무 조성물 보다 웨트 그립 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 젖은 노면에서 구동 및 제동 성능을 극대화시킬 수 있는 장점을 가진다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{TREAD RUBBER COMPOSITION AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고무 조성물의 보강성을 향상시켜 젖은 노면에서 웨트 그립 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
젖은 노면에서 주행하는 경우 상기 젖은 노면과 타이어 트레드부 사이의 마찰력 감소로 제동성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 이러한 젖은 노면에서의 제동력을 제동력을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물, 즉 웨트 그립이 뛰어난 타이어 트레드용 고무 조성물에 대한 수요는 점차 증가하고 있다.
이러한 웨트 그립 성능을 향상시키기 위해 일반적으로는 스티렌 함량이 높은 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(solution polymerized styrene-butadiene rubber, SSBR)에서 부타디엔을 구성하는 구조 중 비닐의 함량을 높인 고무를 각각 사용하거나 또는 이들을 병용하여 사용한다. 그러나, 이 방법은 복잡한 제조공정에 의한 생산성 저하라는 문제점이 있다.
그 밖에도 웨트 그립을 향상시키는 방법에는 타이어 트레드용 고무 조성물에 카본블랙 대신 친수성이 강한 실리카(silica)나 무기물 블렌드를 사용하는 기술이 알려져 있다. 그러나 상기 실리카는 회전 저항을 감소시키고 웨트 그립 성능을 개선하는 효과가 있지만, 친수성이 강해 비극성 고분자인 천연고무(NR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR) 등 타이어에 주로 사용되는 폴리머와 상호작용이 약해 분산성이 낮아진다는 단점이 있다.
이런 단점을 보완하기 위해 분산조제, 공정오일, 커플링제를 사용하고 있으며 특히, 실란 커플링제 및 침강 실리카를 사용하거나 표면을 개질시키는 등의 발명으로 실리카 분산성 문제를 해결하고 있다.
구체적인 선행기술문헌을 보면, 특허문헌 1(KR10-2003-0042555 A)은 폴리스티렌-부타디엔 고무 및 폴리부타디엔를 포함하는 디엔계 고무에 대하여 보강제 및 규마론 인덴 수지, p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지를 포함하는 트레드용 고무 조성물에 대한 것이다. 상기 특허문헌 2에 따른 발명은 상기 보강제로 표면적 범위를 한정한 카본블랙 및 실리카를 포함하는 것으로서 상기 실리카의 분산성에 따른 공정상 문제 및 실제로 젖은 노면에서의 그립력 개선에 한계가 따르는 문제가 있다.
특허문헌 2(KR10-1999-025414 A)는 스티렌-부타디렌 고무 및 폴리머-카본블랙-오일 습식 마스터배치 및 카본블랙을 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 대한 것이다. 상기 특허문헌 2에 따른 발명은 보강제로 카본블랙을 사용하는 것으로 상기 스티렌-부타디엔 고무와 혼화성은 좋지만, 젖은 노면에서의 제동성 향상 효과는 미미하다는 문제가 있다.
KR 10-2003-0042555 A KR 10-1999-025414 A
본 발명의 목적은 보강제로 티타늄디옥사이드를 사용하여 실리카 또는 카본블랙을 대체함으로써 타이어의 보강성능 및 물성을 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 티타늄디옥사이드의 강한 친수성에 따라 웨트 그립 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 데도 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 티타늄디옥사이드(TiO2) 10 내지 90 중량부, 및 탄소나노섬유(Carbon nano fiber, CNF) 1 내지 50 중량부를 포함한다.
상기 티타늄디옥사이드는 BET 비표면적이 20 내지 150㎡/g인 것일 수 있다.
상기 탄소나노섬유는 BET 비표면적이 100 내지 600㎡/g인 것일 수 있다.
상기 탄소나노섬유는 평균 길이가 10 내지 30㎛ 이고, 평균 직경이 50 내지 200nm인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 티타늄디옥사이드(TiO2) 10 내지 90 중량부 및 탄소나노섬유(Carbon nano fiber, CNF) 1 내지 50 중량부를 포함한다.
상기 원료고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 바람직하게는 스티렌-부타디엔 고무를 사용할 수 있다.
상기 천연고무는 일반적인 천연고무 또는 변성 천연고무일 수 있다.
상기 일반적인 천연고무는 천연고무로서 알려진 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않는다. 상기 천연고무는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스-1,4-폴리이소프렌을 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 천연고무에는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무 외에, 예컨대 남미산 사포타과의 고무의 일종인 발라타 등, 트랜스-1,4-이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무도 포함할 수 있다.
상기 변성 천연고무는, 상기 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예컨대, 상기 변성 천연고무로는 에폭시화 천연고무(ENR), 탈단백 천연고무(DPNR), 수소화 천연고무 등을 들 수 있다.
상기에서 합성고무는 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로 술폰화 폴리에틸렌 고무, 에피클로로 하이드린 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 수소화된 니트릴 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무, 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS) 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔(EPDM) 고무, 하이팔론 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌 비닐아세테이트 고무, 아크릴 고무, 히드린 고무, 비닐 벤질 클로라이드 스티렌-부타디엔 고무, 브로모 메틸 스티렌 부틸 고무, 말레인산 스티렌-부타디엔 고무, 카르복실산 스티렌-부타디엔 고무, 에폭시 이소프렌 고무, 말레인산 에틸렌 프로필렌 고무, 카르복실산 니트릴 부타디엔 고무, 브로미네이티드 폴리이소부틸 이소프렌-코-파라메틸 스티렌(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene, BIMS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여 티타늄디옥사이드(TiO2) 10 내지 90 중량부를 포함한다.
상기 티타늄디옥사이드(TiO2)는 살균 및 항균 작용을 하는 물질로서 일반적으로는 타이어 사이드월 부분에 백색 안료의 한 성분으로 사용된다. 또한, 상기 티타늄디옥사이드는 친수성이 매우 강하고, 물을 흡착하는 작용으로 최근에 세척과 건조가 용이한 자결 기능을 이용하여 방수 및 방무 유리 등에 사용되는 것이 보통이다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 실리카 또는 카본블랙을 대체하여 상기 티타늄디옥사이드를 보강성 충진제로 사용하는 경우 친수성이 높은 상기 티타늄디옥사이드에 의해 친수성이 유지되므로 젖은 노면에서의 제동 특성이 향상될 수 있다.
상기 티타늄디옥사이드는 친수성을 가지며, 입경이 1 내지 100nm인 것일 수 있다. 상기 티타늄디옥사이드의 입경이 1nm 미만인 경우 티타늄디옥사이드에 의한 보강 성능이 저하되며, 100nm 이상인 경우 조성물의 가공성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 티타늄디옥사이드의 입경은 바람직하게 10 내지 50nm인 것일 수 있으며, 더 바람직하게는 20 내지 50 nm인 것일 수 있다.
상기 티타늄디옥사이드는 루타일형, 아나타제형 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 아나타제형과 루타일형의 혼합 비율이 7:3 내지 8:2의 비율로 혼합된 것을 사용할 수 있다.
상기 티타늄디옥사이드는 증발응축법, 기상합성법, 기상산화법, 기상분해법 등으로 제조한 것일 수 있고, 바람직하게 기상산화법으로 제조한 것일 수 있으나, 그 제조 방법이 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 티타늄디옥사이드는 BET 비표면적이 20 내지 150㎡/g인 것일 수 있다. 상기 티타늄디옥사이드의 BET 비표면적이 상기의 범위인 경우에 티타늄디옥사이드의 분산성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 티타늄디옥사이드는 BET 비표면적은 바람직하게 50 내지 150㎡/g인 것일 수 있다.
상기 특성을 가지는 티타늄디옥사이드는 기존의 보강성 충진제의 중량 범위와 동일하게 적용시킬 수 있고, 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 10 내지 90 중량부로 포함할 수 있다. 상기 티타늄디옥사이드를 10 중량부 미만으로 포함하는 경우에는 젖은 노면에서의 제동 성능 향상의 효과가 미미할 수 있고, 90 중량부를 초과하여 포함하는 경우 분산성이 떨어질 수 있다. 상기 티타늄디옥사이드는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 40 내지 80 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 55 내지 65 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 탄소나노섬유(Carbon nano fiber, CNF) 1 내지 50 중량부를 포함한다.
상기 탄소나노섬유는 우수한 기계적 특성과 내열성, 화학 안정성, 높은 열전도율 등의 특성이 있으며 고강도, 내마모 성능이 필요한 산업 즉, 우주항공, 윤활유 산업에서 사용되고 있다.
상기 탄소나노섬유는 실리카보다 높은 경도를 가지므로, 고무의 보강성을 개선에 유리한 효과를 가진다. 따라서 상기 탄소나노섬유는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부로 포함된다. 상기 탄소나노섬유가 1 중량부 미만으로 포함되는 경우 고무의 보강성 개선 효과가 미미하며, 50 중량부를 초과하는 경우 분산성 및 가공성이 저하되는 문제가 발생한다. 상기 탄소나노섬유는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 3 내지 30 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 3 내지 20 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 탄소나노섬유는 BET 비표면적이 100 내지 600㎡/g인 것일 수 있다. 상기 탄소나노섬유의 BET 비표면적 값이 100㎡/g 미만인 경우 분산성 문제가 있을 수 있고, 또한, 상기 탄소나노섬유의 BET 비표면적 값이 600㎡/g을 초과하는 경우 가공성 문제가 발생할 수 있다. 상기 탄소나노섬유는 비표면적 값이 100 내지 300㎡/g인 것이 바람직하다. 상기 범위에 따르는 경우 분산성 및 가공성이 우수하다.
상기 탄소나노섬유는 평균 길이가 10 내지 30㎛이고, 평균 직경이 50 내지 200nm인 것일 수 있다. 상기 탄소나노섬유는 상기 범위에 따르는 경우 분산성 및 가공성이 우수하다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 커플링제, 노화방지제, 연화제 등의 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 각종의 첨가제는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 이들의 함량은 통상적인 타이어 트레드용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
상기 가류제로는 유황계 가류제를 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 유황계 가류제는 분말 황(S), 불용성 황(S), 침강 황(S), 콜로이드(colloid) 황 등의 무기 가류제를사용할 수 있다. 상기 유황 가류제로는 구체적으로 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 4.0 중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
상기 가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제(accelerator)를 의미한다.
상기 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 술펜아미드계 가류촉진제로는, 예컨대 N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS), N-tert-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS), N,N-디시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질술펜아미드, N,N-디이소프로필-2-벤조티아졸술펜아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 술펜아미드계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티아졸계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아질디설파이드(MBTS), 2-머캅토벤조티아졸의 나트륨염, 2-머캅토벤조티아졸의 아연염, 2-머캅토벤조티아졸의 구리염, 2-머캅토벤조티아졸의 시클로헥실아민염, 2-(2,4-디니트로페닐)머캅토벤조티아졸, 2-(2,6-디에틸4-모르폴리노티오)벤조티아졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티아졸계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티우람계 가류촉진제로는, 예컨대 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티우람계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티오우레아계 가류촉진제로는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티오우레아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 구아니딘계 가류촉진제로는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구아니딘계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 디티오카르밤산계 가류촉진제로는, 예컨대 에틸페닐디티오카르밤산아연, 부틸페닐디티오카르밤산아연, 디메틸디티오카르밤산나트륨, 디메틸디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산아연, 디부틸디티오카르밤산아연, 디아밀디티오카르밤산아연, 디프로필디티오카르밤산아연, 펜타메틸렌디티오카르밤산아연과 피페리딘의 착염, 헥사데실이소프로필디티오카르밤산아연, 옥타데실이소프로필디티오카르밤산아연 디벤질디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산나트륨, 펜타메틸렌디티오카르밤산피페리딘, 디메틸디티오카르밤산셀레늄, 디에틸디티오카르밤산텔루늄, 디아밀디티오카르밤산카드뮴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 디티오카르밤산계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 가류촉진제로는, 예컨대 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 아세트알데히드-암모니아 반응물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 이미다졸린계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물을 사용할 수 있고, 상기 크산테이트계 가류촉진제로는, 예컨대 디부틸크산토겐산아연 등의 크산테이트계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1.0 내지 6.0 중량부로 포함될 수 있다.
상기 가류촉진조제는 상기 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 무기계 가류촉진조제, 유기계 가류촉진조제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 무기계 가류촉진조제로는 산화아연(ZnO), 탄산아연(zinc carbonate), 산화마그네슘(MgO), 산화납(lead oxide), 수산화 칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 유기계 가류촉진조제로는 스테아르산, 스테아르산 아연, 팔미트산, 리놀레산, 올레산, 라우르산, 디부틸 암모늄-올레이트(dibutyl ammonium oleate), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
특히, 상기 가류촉진조제로서 상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아르산에 녹아 상기 가류촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.
상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 8 중량부로 사용할 수 있다. 상기 산화아연과 상기 스테아르산의 함량이 상기 범위 미만인 경우 가황 속도가 느려 생산성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 스코치 현상이 발생하여 물성이 저하될 수 있다.
상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가되는 것으로, 고무 배합시나 고무 제조시에 사용되는 오일류 기타 재료를 의미한다. 상기 연화제는 가공오일(Process oil) 또는 기타 고무 조성물에 포함되는 오일류를 의미한다. 상기 연화제로는 석유계 오일, 식물유지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 석유계 오일로는 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 파라핀계 오일의 대표적인 예로 미창 오일 주식회사의 P-1, P-2, P-3, P-4, P-5, P-6 등을 들 수 있고, 상기 나프텐계 오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 N-1, N-2, N-3 등을 들 수 있으며, 상기 방향족계 오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 A-2, A-3 등을 들 수 있다.
그러나, 최근 환경 의식의 고조와 함께 상기 방향족계 오일에 포함된 폴리사이클릭 아로마틱 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, 이하 PAHs라 한다)의 함량이 3 중량% 이상일 때는 암 유발 가능성이 높은 것으로 알려진바, TDAE(treated distillate aromatic extract) 오일, MES(mild extraction solvate) 오일, RAE(residual aromatic extract) 오일 또는 중질 나프텐성 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
특히, 상기 연화제로서 사용하는 오일은 상기 오일 전체에 대하여 PAHs 성분의 총 함량이 3중량% 이하이고, 동점도가 95 이상(210℉ SUS), 연화제 내의 방향족 성분이 15 내지 25중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58중량%인 TDAE 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 TDAE 오일은 상기 TDAE 오일을 포함한 타이어 트레드의 저온 특성, 연비 성능을 우수하게 하면서도 PAHs의 암 유발 가능성 등의 환경적 요인에 대해서도 유리한 특성을 갖는다.
상기 식물유지로는 피마자유, 면실유, 아마인유, 카놀라유, 대두유, 팜유, 야자유, 낙화생유, 파인유, 파인타르, 톨유, 콘유, 쌀겨기름, 홍화유, 참기름, 올리브유, 해바라기유, 팜핵유, 동백유, 호호바유, 마카다미아너트유, 사플라워 오일, 동유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 연화제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 150 중량부로 사용하는 것이 원료고무의 가공성을 좋게 한다는 점에서 바람직하다.
상기 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키기 위하여 사용되는 첨가제이다. 상기 노화방지제로는 아민계, 페놀계, 퀴놀린계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염, 왁스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
상기 아민계 노화방지제로는 N-페닐-N'-(1,3-디메틸)-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-디아릴-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-사이클로헥실 p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 페놀계 노화방지제로는 페놀계인 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-이소부틸리덴-비스(4,6-디메틸페놀), 2,6-디-t-부틸-p-크레졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 퀴놀린계 노화방지제로는 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 및 그 유도체를 사용할 수 있고, 구체적으로 6-에톡시-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린, 6-아닐리노-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린, 6-도데실-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 왁스로는 바람직하게 왁시 하이드로카본을 사용할 수 있다.
상기 노화방지제는 노화 방지 작용 이외에 고무에 대한 용해도가 커야 하고, 휘발성이 작고 고무에 대하여 비활성이어야 하며, 가황을 저해하지 않아야 한다는 등의 조건을 고려할 때, 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스) 에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수 있다. 상기 고무 구성 요소로는 사이드월, 사이드월 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer), 와이어 코트 또는 이너라이너 등을 들 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 타이어는 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 트럭 타이어 또는 버스 타이어 등일 수 있다. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 티타늄디옥사이드와 탄소나노섬유를 첨가하여 기본 물성을 유지 또는 향상시키면서 실리카, 카본블랙을 함유한 고무 조성물 보다 웨트 그립 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 젖은 노면에서 구동 및 제동 성능을 극대화시킬 수 있는 장점을 가진다.
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 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
원료고무1 ) 100 100 100 100 100 100 100
카본블랙2 ) - - - - - 70 -
실리카 - - - 70 - - -
티타늄디옥사이드3 ) 70 70 70 - 70 - -
탄소나노섬유4 ) 3 5 10 - - - 70
아로마틱 오일 12 12 12 12 12 12 12
산화아연 4 4 4 4 4 4 4
스테아린산 2 2 2 2 2 2 2
노화방지제5 ) 2 2 2 2 2 2 2
왁스 2 2 2 2 2 2 2
유황 2 2 2 2 2 2 2
(단위: 중량부)
1) 원료고무: 유리전이온도가 -65 내지 -10℃인 용액중합 스티렌 부타디엔 고무 80 중량부 및 유리전이온도가 -110 내지 -80 ℃인 부타디엔 고무 20 중량부.
2) 카본블랙: HP1107(에보닉 카본블랙 코리아).
3) 티타늄디옥사이드: BET 값이 20 내지 150㎡/g인 티타늄디옥사이드.
4) 탄소나노섬유: 비표면적이 100 내지 300 ㎡/g이고, 10 내지 30㎛이고, 평균 직경이 50 내지 200nm인 탄소나노섬유.
5) 노화방지제: N-(1,3- 디메틸부틸)- N'페닐-페닐렌디아민(금호석유화학, KUMANOX-13).
[ 실험예 : 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
인장
물성		 경도 103 105 107 100 99 103 105
인장강도
(kgf/㎠)		 102 104 107 100 98 103 105
마찰계수 젖은노면 103 106 110 100 95 90 90
- 경도는 DIN 53505에 의해 측정하였다. 경도는 조종 안정성을 나타내는 것으로 마른 노면 및 젖은 노면에서는 그 값이 높을수록 조종 안정성이 우수하다.
- 인장강도: 인스트롱(Instron)시험기를 이용하여 ASTM D412 시험법에 따라 측정하였다.
- 마찰계수: Dynamic Friction Tester를 이용하여 마찰 계수를 측정한 결과로서, 비교예 1을 100으로 하고, 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 웨트 그립 성능은 그 값이 클수록 좋은 것이다.
상기 표 2를 참조하면, 티타늄디옥사이드에 탄소나노섬유를 적용한 실시예 1 내지 3은 인장물성이 전반적으로 향상될 뿐만 아니라 젖은 노면에서의 마찰계수가 향상되어 웨트 그립 성능이 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 탄소나노섬유 함량이 증가할수록 고무 조성물의 보강성을 향상시키며 젖은 노면에서 마찰계수가 높아진다는 것을 확인할 수 있다.
반면, 충진제로 실리카, 카본블랙을 사용한 비교예 1 및 3은 인장물성 및 젖은 노면에서의 마찰계수가 상기 실시예 1 내지 3에 비하여 저하되는 것을 알 수 있다.
한편, 티타늄디옥사이드를 단독 사용하는 비교예 2의 경우 보강성이 저하되어 젖은 노면에서 제동 성능이 크게 향상되지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 탄소나노섬유 단독 사용하는 경우인 비교예 4의 경우 가공성이 불리할 뿐만 아니라 친수성 성질이 티타늄디옥사이드보다 약하므로 젖은 노면에서의 제동성이 저하됨을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 원료고무 100 중량부,
    티타늄디옥사이드(TiO2) 10 내지 90 중량부, 및
    탄소나노섬유(Carbon nano fiber, CNF) 1 내지 50 중량부를 포함하며,
    상기 티타늄디옥사이드와 상기 탄소나노섬유의 중량비는 70:5 내지 70:10이고,
    상기 티타늄디옥사이드는 BET 비표면적이 20 내지 150㎡/g이고,
    상기 탄소나노섬유는 BET 비표면적이 100 내지 600㎡/g이고, 평균 길이가 10 내지 30㎛이고, 평균 직경이 50 내지 200nm인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
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