KR101434667B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 관한 것으로서, 원료고무 100 중량부, 요오드 흡착 비표면적이 255 내지 285m2/g이고, OAN(Oil Absorption Number)이 88 내지 98m2/g이고, 틴트값이 140 내지 170인 카본블랙 6 내지 6.8 중량부, 그리고 액상 실란 6 내지 6.8 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 타이어 트레드의 흑색도를 향상시켜, 타이어의 외관 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어 트레드의 흑색도를 향상시켜, 타이어의 외관 품질을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 관한 것이다.
타이어에 있어서 트레드 부위는 타이어의 성능을 크게 지배하는 부위로 성능 향상을 위하여 많은 개발이 이루어져왔다. 예전에는 타이어 트레드 부위에 보강제로서 카본블랙이 많이 사용되어 왔지만 연비효율이 중요시 되면서 최근 들어서는 보강제로서 실리카를 사용하게 되었다.
특히, 승용차용 타이어에 있어서 트레드 부위는 대부분 실리카를 이용하여 개발이 되었고, 이로 인해 연비 성능에 있어서는 큰 향상을 가져 왔다.
그러나, 기존에 사용하던 카본블랙과는 달리 실리카의 경우 기본적으로 하얀색을 띄게 되어 까만 타이어의 색상이 다소 밝은 색상을 띄게 되었다. 타이어는 까맣다는 인식이 보편화 되어있는 현실에 있어서 실리카 사용으로 인한 색상의 변질은 타이어 품질 저하로 인식이 되고 있다.
한국특허등록 제0932973호(등록일: 2009년 12월 11일)
본 발명의 목적은 타이어 트레드의 흑색도를 향상시켜, 타이어의 외관 품질을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 요오드 흡착 비표면적이 255 내지 285m2/g이고, OAN(Oil Absorption Number)이 88 내지 98m2/g이고, 틴트값이 140 내지 170인 카본블랙 6 내지 6.8 중량부, 그리고 액상 실란 6 내지 6.8 중량부를 포함한다.
상기 원료고무는 스티렌-부타디엔 고무 70 내지 90 중량부 및 부타디엔 고무 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 180㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)흡착 비표면적이 110 내지 170㎡/g인 실리카 20 내지 90 중량부를 더 포함할 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, 요오드 흡착 비표면적이 255 내지 285m2/g이고, OAN(Oil Absorption Number)이 88 내지 98m2/g이고, 틴트(tint)값이 140 내지 170인 카본블랙 6 내지 6.8 중량부, 그리고 액상 실란 6 내지 6.8 중량부를 포함한다. 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 고 틴트(tint)의 카본블랙을 액상 실란과 함께 적용함으로써 타이어 트레드 부위의 타 물성 성능 저하 없이 흑색도를 향상시킬 수 있다.
상기 카본블랙은 요오드 흡착 비표면적이 255 내지 285m2/g이고, OAN이 88 내지 98m2/g이고, 틴트값이 140 내지 170이다.
상기 카본블랙의 요오드 흡착 비표면적이 255m2/g 미만이면 흑색도 증가 효과가 미미하며, 285m2/g을 초과하면 분산이 저하되고 LRR 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
상기 카본블랙의 OAN이 88m2/g 미만이면 분산이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 98m2/g을 초과하면 흑색도 증가 효과가 미미할 수 있다. 상기 카본블랙의 OAN은 ISO 4656에 의하여 측정할 수 있다.
상기 틴트값은 착색도를 나타내는 것으로서, 상기 틴트값이 140 미만인 경우 타이어 트레드 부위의 흑색도 증가 효과가 미미하며, 틴트값이 170을 초과하는 경우 트레드의 물성 저하, 즉 타이어 연비 저하가 발생할 수 있다.
상기 액상 실란은 카본블랙에 흡착되어 고무 매트릭스(rubber matrix) 내에 원활히 분포될 수 있으며, 실리카와 작용하여 실리카와 고무 사이의 상호작용을 증가시켜 물성을 향상 시켜 준다.
상기 액상 실란은 테트라설파이드계 실란을 바람직하게 사용할 수 있고, 구체적으로 비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]테트라설파이드(bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide; Si-69)를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 액상 실란은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 6 내지 6.8 중량부로 포함된다. 상기 액상 실란의 함량이 6 중량부 미만인 경우 실리카 대비 너무 소량이어서 고무와 실리카 사이의 상호 작용 증가 효과가 미미할 수 있고, 6.8 중량부를 초과하는 경우 실리카 대비 너무 과량 투입되어 프리 실란(free silane)으로 인한 물성이 저하될 수 있다.
상기 카본블랙은 상기 액상 실란의 캐리어(carrier)로서 작용하므로, 상기 카본블랙의 사용량은 상기 액상 실란 사용량과 동일하게 사용되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 카본블랙의 함량도 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 6 내지 6.8 중량부로 사용될 수 있다.
상기 원료고무는 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 70 내지 90 중량부 및 부타디엔 고무 10 내지 30 중량부를 포함하고, 바람직하게 스티렌-부타디엔 고무 70 내지 85 중량부 및 부타디엔 고무 15 내지 30 중량부를 포함하며, 더욱 바람직하게 스티렌-부타디엔 고무 75 내지 85 중량부 및 부타디엔 고무 15 내지 25 중량부를 포함하고, 더 더욱 바람직하게 스티렌-부타디엔 고무 78 내지 82 중량부 및 부타디엔 고무 18 내지 22 중량부를 포함할 수 있다.
상기 원료고무는 내커트-치핑성 향상을 위하여, 기계적 강성이 높은 상기 스티렌-부타디엔 고무를 70 내지 90 중량부로 사용할 수 있고, 내마모성 향상을 위하여 상기 부타디엔 고무를 10 내지 30 중량부로 사용할 수 있다. 상기 부타디엔 고무의 함량이 30 중량부를 초과하면 내커트-치핑성이 저하될 수 있고, 상기 부타디엔 고무의 함량이 15 중량부 미만이면 내마모성이 저하될 수 있다.
상기 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌과 부타디엔의 공중합으로 얻어지는 합성 고무의 일종으로, 구체적으로 스티렌 함량이 22 내지 25중량%이고, 비닐 함량이 15 내지 18중량%이며, 수평균 분자량(Mn)이 55,000 내지 59,000이고, 중량평균 분자량(Mw)이 260,000 내지 320,000이며, 분자량 분포(MWD)가 3.8 내지 4.2인 것일 수 있다.
또한, 상기 부타디엔 고무는 시스-1,4 부타디엔의 함량이 96중량% 이상이고, 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃인 고시스 부타디엔 고무(High Cis-Butadiene rubber)일 수 있다. 또한, 상기 부타디엔 고무는 100℃에서의 무니점도가 43 내지 47인 것일 수 있다. 상기 고시스 부타디엔 고무를 사용하는 경우에는 내마모 성능 및 동적 스트레스(Dynamic Stress)하에서의 열축적 제어(Heat Build Up) 면에서 유리한 효과가 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 보강성 충진제로서 실리카를 더 포함할수 있다. 상기 실리카는 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 180㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)흡착 비표면적이 110 내지 170㎡/g일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 실리카의 질소흡착 비표면적이 100㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 180㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 실리카의 CTAB흡착 비표면적이 110㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 170㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 실리카는 습식법 또는 건식법으로 제조된 것을 모두 사용할 수 있으며, 시판품으로는 울트라실 VN2(Degussa Ag사제), 울트라실 VN3(Degussa Ag사제), Z1165MP(Rhodia사제) 또는 Z165GR(Rhodia사제) 등을 사용할 수 있다.
상기 실리카는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 20 내지 90 중량부로 포함될 수 있고, 30 내지 70 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 40 내지 60 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 실리카의 함량이 20 중량부 미만인 경우에는 고무의 강도 향상이 부족하고 타이어의 제동 성능이 저하될 수 있으며, 상기 실리카의 함량이 90 중량부를 초과하는 경우에는 마모 성능이 저하될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 노화방지제 또는 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 가류제와, 테트라메틸티우람 디설파이드(tetramethylthiuram disulfide, TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(tetraethyltriuram disulfide, TETD), 디티오디모르폴린(dithiodimorpholine) 등의 유기 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 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 5 중량부 및 0.5 내지 3 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 0 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.
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 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 타이어 트레드의 흑색도를 향상시켜, 타이어의 외관 품질을 향상시킬 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 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐다.
비교예 실시예1 실시예2 실시예3
합성고무(1) 70
(25)		 70
(25)		 70
(25)		 70
(25)
BR 30 30 30 30
실리카 80 80 80 80
액상 실란(2) 6.5 6.5 6.5 6.5
카본블랙1(3) 6.5 - - -
카본블랙2(4) - 6.5 - -
카본블랙3(5) - - 6.5 -
카본블랙4(6) - - - 6.5
ZnO 2 2 2 2
스테아르산 1 1 1 1
가공오일(7) 5 5 5 5
노화방지제(8) 1 1 1 1
유황 0.7 0.7 0.7 0.7
CZ(9) 2 2 2 2
ZBEC(10) 0.2 0.2 0.2 0.2
(주)
(단위: 중량부)
(1) 합성고무: 스티렌-부타디엔 고무, TDAE oil 포함(괄호 안의 수치는 오일의 함량임)
(2) 액상 실란: 비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]테트라설파이드(bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide; Si-69)
(3) 카본블랙1: 요오드 흡착 비표면적이 70 내지 90m2/g이고, OAN이 90 내지 110m2/g이고, 틴트값이 90 내지 110임(ASTM 규격 N330)
(4) 카본블랙2: 요오드 흡착 비표면적이 255 내지 285m2/g이고, OAN이 88 내지 98m2/g이고, 틴트값이 140 내지 170임
(5) 카본블랙3: 요오드 흡착 비표면적이 120 내지 170m2/g이고, OAN이 120 내지 140 m2/g이고, 틴트값이 110 내지 140임
(6) 카본블랙4: 요오드 흡착 비표면적이 285 내지 305m2/g이고, OAN이 78 내지 88m2/g이고, 틴트값이 170 내지 190임
(7) 가공오일: 테트라키스(디메틸아미노)에틸렌(tetrakis(dimethylamino)ethylene; TDAE)
(8) 노화방지제: N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-dimethylbutyl)-N-phenyl-p-phenlenediamine; 6PPD)
(9) CZ(촉진제): 시클로헥실-2-벤조티아조일 술펜아미드(cyclohexyl-2-benzothiazoyl sulfenamide)
(10) ZBEC(촉진제): 징크 디벤질디티오카바메이트(zinc dibenzyldithiocarbamate)
[ 실험예 : 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 표 1의 조성물을 반바리 믹서를 이용하여 배합하여 고무 시트를 제조하였으며, 168℃ 가류 온도하 15분간 가류하여 모듈러스, 점탄성 등의 가황 물성을 측정하였고, 모듈러스 측정 시편 제작을 위해 제작하는 가류판을 이용하여 흑색도 수치 정도를 측정하였다. 그 결과는 아래의 표 2에 나타내었다.
비교예 실시예1 실시예2 실시예3
경도 65 66 66 65
300% 모듈러스 115 113 114 117
발열 인덱스 100 98 99 102
60℃ tanδ 0.132 0.130 0.134 0.139
명도 25.2 24.2 25.3 24.0
채도 0.8 1.3 0.9 1.4
색도 263.3 263.6 262.3 262.1
(주) 흑색도 인자: 명도 및 채도(수치가 높을수록 흑색도가 개선됨)
상기 표 2를 참조하면, 현재 사용 중인 카본블랙1을 사용한 비교예에 비해 고 틴트값을 가지는 카본블랙2를 사용한 실시예 1의 경우, 경도, 300% 모듈러스, 60℃ tanδ 등의 물성을 동등한 수준으로 유지하면서 흑색도는 높아지는 결과를 보여주었다.
한편, 실시예 2와 같이 틴트값이 140 이하인 카본블랙을 사용한 경우에는 물성 측면에 큰 영향을 미치지 않으나, 흑색도도 비교예와 큰 차이가 없는 수준을 보였다. 반면, 170을 초과하는 더 높은 틴트값을 가지는 카본블랙을 사용한 경우에는 흑색도는 가장 개선되는 결과를 보이지만 60℃ tanδ 값이 증가하여 연비에 불리한 영향을 보였다.
따라서 틴트값이 140 내지 170인 고 틴트값을 가지는 카본블랙을 사용하여 제조한 타이어 트레드용 고무 조성물은 타이어의 물성은 동등 수준으로 유지하면서 흑색도를 개선시켜 타이어 외관을 개선시켜 줌으로써, 고객의 감성적인 면에서의 요구(needs)에 충족하는 타이어를 만드는데 유용함을 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 (4)

  1. 원료고무 100 중량부,
    요오드 흡착 비표면적이 255 내지 285m2/g이고, OAN(Oil Absorption Number)이 88 내지 98m2/g이고, 틴트값이 140 내지 170인 카본블랙 6 내지 6.8 중량부, 그리고
    액상 실란 6 내지 6.8 중량부
    를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료고무는 스티렌-부타디엔 고무 70 내지 90 중량부 및 부타디엔 고무 10 내지 30 중량부를 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 180㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)흡착 비표면적이 110 내지 170㎡/g인 실리카 20 내지 90 중량부를 더 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
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