KR101425578B1 - 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, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 천연고무 60 내지 75 중량부, 및 부타디엔 고무 25 내지 40 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부에 대하여 요오드 흡착 비표면적이 162 내지 184mg/g이고, 질소흡착비표면적(Nitrogen Surface Area )이 133 내지 161 m2/g이고, DBP 흡유량이 135 내지 156ml/100g이고, cDBP 흡유량이 108 내지 123 ml/100g이고, TINT 값이 113 내지 141이고, ASD(aggregate size distribution)가 64 내지 83 인 카본블랙 52 내지 76 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 내발열성 및 내마모성이 우수하기 때문에 타이어의 피로 수명을 늘리고. 트래드 패턴 형상에서의 홈 균열 및 고무 노화를 방지할 수 있다. 또한, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 사용하는 경우 회전 저항이 낮기 때문에 저연비성을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마모 및 보강 성능이 우수한 카본블랙을 혼용함으로써 내발열성능, 내마모성 및 저연비성을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
트럭/버스 타이어에서 요구되는 주요 특성으로는 내마모성과 저발열 특성이 있다. 일반적으로 타이어의 마모 현상은 타이어와 노면 사이에서 발생하는 마찰력에 의해 지면과 접지되는 트레드 고무의 표면이 닳게 되는 현상이다. 이러한 마모 현상은 커브를 돌 때의 횡력, 구동 및 제동시의 종력 등 여러가지 요인에 의해 발생되고 있으며, 타이어의 마모는 타이어의 수명, 제동성에 큰 영향을 미치게 되므로 안전한 주행과 타이어의 절감면에서 내마모성이 우수하여야 한다.
이러한 내발열 성능과 저회전 저항 성능을 향상시키기 위해 고무배합물에 카본블랙의 종류 또는 이의 함량을 조절하여 배합하게 되는데, 이 과정에서 내마모 성능이 저하되는 트레드-오프(trade-off)가 발생하게 된다. 이러한 문제를 최소화하기 위한 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이와 같은 내발열, 저회전 저항 및 내마모 성능 구현을 최적화하기 위하여 카본블랙의 종류 및 함량뿐만 아니라 가류제 변경에 따른 가교밀도 및 구조를 변화시키는 방법이 있으나, 가류제를 변경하는 경우 가교밀도와 구조를 적합하게 설정하지 않으면 트래드 고무의 피로 수명 저하 및 인열 강도가 약해져 트래드 패턴(pattern) 형상에서의 홈 균열(groove crack)이 발생하거나 고무 노화를 촉진 유발할 수 있는 문제가 발생한다.
종래 내마모성을 향상시키기 위한 기술들은 분자량이 높은 천연고무에 입자경이 작은 카본블랙을 소량 배합하거나, 입자경이 큰 카본블랙을 다량 배합한 고무 조성물에 관한 것들인데, 입자경이 작은 카본블랙은 분산성이 좋지 않기 때문에 고무 조성물의 물성 저하를 일으키며, 입자경이 큰 카본블랙은 내마모성을 떨어뜨리거나 다량 사용으로 인해 내부발열이 불리하여 내구성 저하를 초래할 우려가 있다. 또한, 고무성분으로서 단지 유리전이온도가 낮은 부타디엔 고무를 천연고무와 블렌딩시 내마모 성능을 향상시킬 수는 있으나 그 한계가 있다.
따라서, 카본블랙의 사용량을 줄인다든지 입자경이 작은 카본블랙을 사용하는 전통적인 방법만으로는 부족하고, 고내마모성, 고제동성은 유지하면서 저연비성 및 현장 가공성을 향상시킬 수 있는 새로운 개념의 카본블랙을 적용하여 문제를 해결하기 위한 시도가 활발하게 이루어지고 있다.
구체적인 선행기술을 보면, 특허문헌 1(KR 10-2005-0121354 A)은 내마모성 향상을 위해 질소흡착 비표면적이 115 내지 135mg/g, DBP 흡유량이 125 내지 145, TINT 값이 110 내지 130, ASD(aggregate size distribution)가 54 내지 64인 카본블랙을 사용한 것이다. 상기 특허문헌 1에 따른 발명은 내마모성이 다소 향상되는 효과가 있으나, 내발열성능이 저하되므로, 상기 내발열성능과 함께 내마모성을 향상시키는데에는 한계가 있다.
특허문헌 2(KR 10-0635799 B1)는 질소흡착 비표면적 125 내지 145mg/g, DBP 흡유량 115 내지 135ml/100g, TINT값 120 내지 140인 카본블랙을 사용한 것이다. 상기 특허문헌 2에 따른 발명은 내마모성 및 내발열성이 다소 향상되는 효과가 있으나, 그 향상 정도에 한계가 따른다는 문제점가 있다.
KR 10-2005-0121354 A KR 10-0635799 B1
본 발명의 목적은 타이어의 내발열성 및 내마모성을 향상시킬 뿐만 아니라, 낮은 회전저항으로 저연비성이 높은 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 천연고무 60 내지 75 중량부, 및 부타디엔 고무 25 내지 40 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부에 대하여 요오드 흡착 비표면적이 162 내지 184mg/g이고, 질소흡착비표면적(Nitrogen Surface Area )이 133 내지 161 m2/g이고, DBP 흡유량이 135 내지 156ml/100g이고, cDBP 흡유량이 108 내지 123 ml/100g이고, TINT 값이 113 내지 141이고, ASD(aggregate size distribution)가 64 내지 83 인 카본블랙 52 내지 76 중량부를 포함한다.
상기 카본블랙은 입경이 150nm 미만의 입자를 97.7 내지 98.6 중량%로 포함하는 카본블랙인 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 천연고무 60 내지 75 중량부, 및 부타디엔 고무 25 내지 40 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부에 대하여 요오드 흡착 비표면적이 162 내지 184mg/g이고, 질소흡착비표면적(Nitrogen Surface Area )이 133 내지 161 m2/g이고, DBP 흡유량이 135 내지 156ml/100g이고, cDBP 흡유량이 108 내지 123 ml/100g이고, TINT 값이 113 내지 141이고, ASD(aggregate size distribution)가 64 내지 83 인 카본블랙 52 내지 76 중량부를 포함한다.
상기 원료고무는 천연고무 및 부타디엔 고무를 포함한다.
상기 천연고무는 일반적인 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 부타디엔 고무는 시스-1,4 부타디엔의 함량이 95 중량% 이상이고, 무니점도(ML1 +4, 100℃)가 35 내지 50이고, 수평균분자량이 100,000 내지 500,000g/mol이고, 분자량 분포가 3.0 내지 4.0일 수 있다. 즉, 상기 부타디엔 고무는 분자쇄의 선형성이 높고, 시스-1,4 부타디엔의 함량이 높으며, 분자량 분포가 좁다. 이러한 부타디엔 고무를 사용하는 경우 발열 특성 및 반발 탄성이 우수하다.
상기 원료고무는 상기 천연고무 60 내지 75 중량부, 및 상기 부타디엔 고무 25 내지 40 중량부를 포함한다. 상기 천연고무의 함량이 60 중량부 미만인 경우 부타디엔 고무가 상대적으로 증가하여 가공성에 불리해질 수 있고, 75 중량부를 초과하는 경우 가공성은 유리하나 반발탄성 또는 발열 등의 물성이 저하될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 보강제로 카본블랙을 포함한다. 상기 카본블랙은 요오드 흡착 비표면적이 162 내지 184mg/g이고, 질소흡착비표면적(Nitrogen Surface Area )이 133 내지 161 m2/g이고, DBP 흡유량이 135 내지 156ml/100g이고, cDBP 흡유량이 108 내지 123 ml/100g이고, TINT 값이 113 내지 141이고, ASD(aggregate size distribution)가 64 내지 83이다.
상기 요오드 흡착 비표면적이 162mg/g 미만인 경우 보강성 및 마모성이 저하되는 문제가 발생하며, 184mg/g을 초과하는 경우 발열 성능이 저하되는 문제가 발생한다.
상기 질소 흡착 비표면적이 133m2/g 미만이면 내마모성이 저하가 되는 문제가 있고, 161m2/g을 초과하면 내발열성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 DBP 흡유량 및 상기 cDBP 흡유량이 상기 범위 내에 있는 경우 내발열성에 유리한 장점이 있고, 상기 TINT 값이 상기 범위 내에 있는 경우 내발열성과 내마모성이 최적화 되는 장점이 있다.
상기 ASD에 따른 카본블랙의 입경분포가 넓게 형성될수록 분산에서 우수하여 타이어의 물성이 향상되는 특성이 있으며, ASD가 상기 범위 내에 있는 경우 분산성을 크게 향상되는 장점이 있다.
또한, 상기 카본블랙은 입경이 150nm 미만의 입자를 97.7 내지 98.6 중량%로 포함하는 카본블랙인 것일 수 있다. 상기 카본블랙의 입경 분포에 있어 입경이 150nm 이상인 입자가 적게 포함될수록 일반적으로 타이어의 내마모성이 우수해질 수 있는데, 입경이 150nm 미만인 입자가 97.7 중량% 미만으로 포함되는 경우 내마모성능이 저하하는 문제가 발생할 수 있으며, 98.6 중량%을 초과하여 포함되는 경우 발열성능이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 카본블랙은 원료고무 100 중량부에 대하여 52 내지 76 중량부로 포함된다. 상기 카본블랙의 함량이 52 중량부 미만이면 내마모성능이 저하되고, 76 중량부를 초과하면 내발열성이 높아지고 회전저항 높아지는 문제점이 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 커플링제, 노화방지제, 연화제 또는 점착제 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 가류제를 사용할 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 0.5 내지 4.0 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 스테아린산, 스테아린산 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 스테아린산을 함께 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아린산에 녹아 상기 가류촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.
상기 산화아연과 상기 스테아린산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 사용할 수 있다. 상기 산화아연과 상기 스테아린산의 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 통상적인 2단계의 연속 제조 공정을 통하여 제조될 수 있다. 즉, 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1 단계 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
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.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 내발열성 및 내마모성이 우수하기 때문에 타이어의 피로 수명을 늘리고. 트래드 패턴 형상에서의 홈 균열 및 고무 노화를 방지할 수 있다. 또한, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 사용하는 경우 회전 저항이 낮기 때문에 저연비성을 높일 수 있는 장점이 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 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 비교예5
천연고무 70 70 70 70 70 70 70 70
BR 30 30 30 30 30 30 30 30
카본블랙11 ) 60 70 - - 80 50 - -
카본블랙22 ) - - 60 - - - - -
카본블랙33 ) - - - 60 - - - -
카본블랙44 ) - - - - - - 60
카본블랙55 ) - - - - - - - 60
산화아연 4 4 4 4 4 4 4 4
스테아린산 3 3 3 3 3 3 3 3
연화제 3 3 3 3 3 3 3 3
유황 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
노화방지제 2 2 2 2 2 2 2 2
촉진제 1 1 1 1 1 1 1 1
(단위: 중량부)
1) 카본블랙 1: 요오드 흡착 비표면적이 172mg/g이고, 질소흡착비표면적(Nitrogen Surface Area )이 143m2/g이고, DBP 흡유량이 148ml/100g이고, TINT 값이 128이고, ASD(aggregate size distribution)가 72이고, 입경이 150nm 미만의 입자를 95.3 중량%로 포함하는 카본블랙.
2) 카본블랙 2: 요오드 흡착 비표면적이 172mg/g이고, 질소흡착비표면적이 143m2/g이고, DBP 흡유량이 148ml/100g이고, TINT 값이 128이고, ASD가 72 이고, 입경이 150nm 미만의 입자를 98.1 중량%로 포함하는 카본블랙.
3) 카본블랙 3: 요오드 흡착 비표면적이 115mg/g이고, 질소흡착비표면적이 119m2/g이고, DBP 흡유량이 78ml/100g이고, TINT 값이 117이고, ASD가 22인 카본블랙.
4) 카본블랙 4: 질소흡착 비표면적이 115mg/g이고, DBP 흡유량이 133이고, TINT 값이 110이고, ASD(aggregate size distribution)가 60인 카본블랙.
5) 카본블랙 5: 질소흡착 비표면적이 124mg/g이고, DBP 흡유량이 119이고, TINT 값이 120이고, ASD(aggregate size distribution)가 22인 카본블랙.
[ 실험예 : 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
경도 70 71 70 69 72 68 71 70
300%모듈러스 164 168 162 153 163 143 152 153
내마모성 113 118 109 100 109 102 103 88
내발열성 96 98 92 100 108 102 99 86
카본 분산도 95 97 100 87 88 90 92 91
60℃ tanδ 0.113 0.115 0.110 0.125 0.128 0.120 0.119 0.130
(1) 인장물성: 인스트롱(Instron) 시험기를 이용하여 ASTM D412 시험법에 따라 측정하였다.
(2) 내발열성: Gahometer4000을 이용하여 시험하였고 비교예 1을 100으로 하고, 상기 비교예 1을 기준으로 지수화 하여 표현하였다. 상기 지수가 낮수록 발열이 적어 내발열성능이 우수하다는 것을 나타낸다.
(3) 내마모성: 람본 마모 시험기로 시험하였고, 지수가 클수록 내마모성이 향상됨을 나타낸다.
(4) 카본 분산도: Dispergrader를 사용하여 시험하였고 지수가 클수록 분산성이 향상됨을 나타낸다.
(5) 60℃ tanδ: 고무의 동적 점탄성은 시편을 직사각형(10mm×30×2.5mm) 형태로 제작하여 진동수 10Hz, 스트레인 0.5조건으로 비틀림 변형력을 가하였을 때 얻어지는 동적 점탄성 성질 중 손실 모듈러스(G'') 및 저장 모듈러스(G') 값을 측정하여 점탄성값을 구하였다(tanδ=G''/G') 60℃에서 측정한 tanδ값이 낮을수록 우수하다.
상기 표 2를 참조하면, 본 발명에서 한정한 카본블랙을 사용하는 경우 내발열성 및 내마모성이 우수하고, 회전저항이 낮아진다는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 3은 입경이 150nm 미만의 입자를 97.7 내지 98.6 중량%로 포함하는 카본블랙(카본블랙2)을 사용한 것으로 분산성이 향상되어 내발열성 및 회전저항이 크게 향상된다는 것을 확인하였다.
비교예 1, 4 및 5는 본 발명에서 한정한 범위를 벗어나는 카본블랙을 사용한 것으로 비교예 1 및 4는 내마모성 및 내발열성 향상이 거의 없고, 비교예 5는 내발열성은 우수하지만, 내마모성이 크게 저하되어 회전저항이 높아지는 문제가 있음을 알 수 있다.
비교예 2은 본 발명이 한정한 카본블랙 함량을 초과한 경우로 내마모성은 우수하나, 내발열성이 저하되어, 회전저항이 높아지는 문제가 있음을 알 수 있다. 또한, 비교예 3은 카본블랙이 발명이 한정한 카본블랙 함량 미만으로 포함된 것으로, 내마모성 및 내발열성의 향상효과가 거의 없고, 회전저항 역시 높게 나타난다는 것을 알 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 (3)

  1. 천연고무 60 내지 75 중량부, 및 부타디엔 고무 25 내지 40 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부에 대하여
    요오드 흡착 비표면적이 162 내지 184mg/g이고, 질소흡착비표면적(Nitrogen Surface Area)이 133 내지 161m2/g이고, 디부틸프탈레이트 흡유량(dibutyl phthalate adsorption value, DBP 흡유량)이 135 내지 156ml/100g이고, 클러쉬된 카본블랙의 디부틸프탈레이트 흡유량(dibutyl phthalate adsorption value of the crushed carbon black, cDBP 흡유량)이 108 내지 123ml/100g이고, 틴트값(Tinting strength value, TINT 값)이 113 내지 141이고, 응집체의 입경 분포(aggregate size distribution, ASD)가 64 내지 83이며, 입경이 150nm 미만인 입자를 97.7 내지 98.6중량%로 포함하는 카본블랙 52 내지 76 중량부를 포함하며,
    상기 부타디엔 고무는 시스-1,4 부타디엔의 함량이 95중량% 이상이고, 무니점도(ML1+4, 100℃)가 35 내지 50이고, 수평균분자량이 100,000 내지 500,000g/mol이고, 분자량 분포가 3.0 내지 4.0인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
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