KR101440099B1 - 타이어 벨트토핑용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 벨트토핑용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 벨트토핑용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 관한 것으로서, 원료고무 100 중량부, 그리고 2가닥 이상의 아라미드 단섬유가 꼬아져 있고, 상기 꼬아진 아라미드 단섬유 사이에 침투된 고무를 포함하는 아라미드 단섬유 펠렛 0.01 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 타이어 벨트토핑용 고무 조성물은 벨트토핑용 고무의 강성을 향상시켜 토핑게이지를 줄일 수 있고, 이에 따라 상기 벨트토핑용 고무의 히스테리시스를 감소시킴으로써 타이어의 회전시 일어나는 에너지 손실을 감소시킬 수 있다.

Description

타이어 벨트토핑용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE BELT TOPPING AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 벨트토핑용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 벨트토핑용 고무의 강성을 향상시켜 토핑게이지를 줄일 수 있고, 이에 따라 상기 벨트토핑용 고무의 히스테리시스를 감소시킴으로써 타이어의 회전시 일어나는 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 타이어 벨트토핑용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
일반적으로 카카스에서 트레드까지의 중간 부분을 레디얼 타이어에서는 벨트층이라고 부르고 있는데, 이 벨트층의 재료는 유기물과 스틸 코드가 사용되고 있다.
상기 벨트는 타이어 바깥 부위에 원형에 가까운 각도로 배치되며, 토핑고무로 토핑되는 단단한 벨트코드가 복수로 겹치어 배열되어 있다. 상기 벨트층은 레디얼 타이어에서는 강도층으로서 매우 중요한 부위이다.
상기 벨트를 구성하는 스틸코드는 직경이 매우 작은 여러 개의 필라멘트를 조밀하게 꼬아 스틸코드를 형성시키는 복선코드인 것과, 직경이 큰 하나의 필라멘트로 스틸코드를 형성시키는 단선코드인 것이 있다. 여러 개의 필라멘트를 꼬아 형성되는 스틸코드는 이에 토핑되는 고무가 꼬아진 스틸코드의 틈새 사이로 스며들어 토핑고무와 스틸코드와의 결합력이 좋으나, 단선으로 형성되는 스틸코드는 토핑 고무와의 결합력이 상대적으로 낮은 단점이 있다.
상기 스틸코드와 이에 토핑되는 고무와의 결합력은 타이어의 내구성에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 실제 타이어의 파손은 타이어에 가해지는 반복적인 하중에 의해 스틸코드와 스틸코드를 둘러싼 토핑고무의 결합이 약해져서 크랙의 형태로 시작되며, 이러한 크랙이 성장하여 스틸코드와 토핑고무의 박리로 연결되어 차량 안전사고를 불러일으키는 요인 중 하나로 작용하였다.
또한, 타이어의 제동 성능을 개선시키기 위해서는 타이어와 노면 사이에서 발생하는 열로 인해 손실되는 에너지를 감소시킬 필요가 있다. 이를 위해서는 타이어를 구성하는 고무의 함량을 줄임으로써 고무에서 발생하는 히스테리시스를 감소시키는 것이 중요하다. 상기 타이어를 구성하는 고무의 함량을 줄이는 방법으로 벨트의 토핑게이지를 감소시키는 것이다.
그러나, 벨트의 토핑게이지를 감소시키는 경우 상기 스틸코드와 토핑고무의 결합이 약해지는 문제를 피할 수 없다.
한국공개특허 제2004-0043538호(공개일: 2004년 4월 24일) 한국공개특허 제2006-0134483호(공개일: 2006년 12월 28일) 한국공개특허 제2007-0000860호(공개일: 2007년 1월 3일) 한국공개특허 제2007-0095546호(공개일: 2007년 10월 1일)
본 발명의 목적은 벨트토핑용 고무의 강성을 향상시켜 토핑게이지를 줄일 수 있고, 이에 따라 상기 벨트토핑용 고무의 히스테리시스를 감소시킴으로써 타이어의 회전시 일어나는 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 타이어 벨트토핑용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 벨트토핑용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 벨트토핑용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 그리고 2가닥 이상의 아라미드 단섬유가 꼬아져 있고, 상기 꼬아진 아라미드 단섬유 사이에 침투된 고무를 포함하는 아라미드 단섬유 펠렛 0.01 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 아라미드 단섬유는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 수화물 및 폴리설파이드로 표면처리될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112011104534711-pat00001
상기 화학식 1에서, 상기 Me는 알칼리금속이고, 상기 n은 1 내지 10의 정수이고, 상기 m은 1 내지 6의 정수이다.
상기 폴리설파이드는 하기 화학식 2 내지 6으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112011104534711-pat00002
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
Figure 112011104534711-pat00005
[화학식 6]
Figure 112011104534711-pat00006
상기 화학식 2 내지 6에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 니트로, 히드록시, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 1 내지 12의 알콕시 및 탄소수 1 내지 12의 아르알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고, 상기 m은 1 내지 6의 정수이다.
상기 아라미드 단섬유는 평균길이가 1 내지 10mm이고, 평균직경이 0.01 내지 1.0mm일 수 있다.
상기 아라미드 단섬유 펠렛은 상기 아라미드 단섬유 100 중량부에 대하여 상기 침투된 고무 10 내지 50 중량부를 포함할 수 있다.
상기 타이어 벨트토핑용 고무 조성물은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 200㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)흡착 비표면적이 100 내지 200㎡/g인 실리카를 20 내지 90 중량부로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 벨트토핑용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 벨트토핑용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 그리고 2가닥 이상의 아라미드 단섬유가 꼬아져 있고, 상기 꼬아진 아라미드 단섬유 사이에 침투된 고무를 포함한다.
상기 원료고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 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 아라미드 단섬유 펠렛은 2가닥 이상의 아라미드 단섬유가 꼬아져 이루어지고, 상기 꼬아진 아라미드 단섬유 사이에 침투된 고무를 포함한다. 상기 아라미드 단섬유는 2가닥 이상, 바람직하게는 2 내지 10가닥, 더욱 바람직하게는 2 내지 5가닥의 아라미드 단섬유가 꼬아져 이루어진 것이다.
상기 꼬아진 아라미드 단섬유 사이에 침투된 고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 천연고무 또는 합성고무에 대한 설명은 상기 원료고무에서 설명한 바와 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략한다. 상기 꼬아진 아라미드 단섬유 사이에 침투된 고무는 상기 원료고무와 동일한 성분으로 이루어지는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 꼬아진 아라미드 단섬유 사이에 침투된 고무는 상기 꼬아진 아라미드 단섬유의 중심부의 빈 공간에 위치할 수도 있고, 상기 꼬아진 여러 가닥의 아라미드 단섬유 표면의 굴곡 사이에 위치할 수도 있다.
상기 아라미드 단섬유 펠렛은 2가닥 이상의 아라미드 단섬유를 꼰 후, 상기 꼬아진 아라미드 단섬유 사이에 고무 조성물을 침투시켜 제조하거나, 상기 꼬아진 아라미드 단섬유를 고무 조성물에 침지시켜 제조하거나, 또는 얇은 고무 막대를 중심에 두고 상기 고무 막대를 감싸면서 상기 아라미드 단섬유들을 꼬아서 제조할 수 있다.
상기 아라미드 단섬유 펠렛은 상기 아라미드 단섬유 100 중량부에 대하여 상기 침투된 고무 10 내지 50 중량부, 바람직하게 30 내지 40 중량부를 포함할 수 있다. 상기 침투된 고무의 함량이 10 중량부 미만인 경우 공기입 문제가 발생할 수 있고, 50 중량부를 초과하는 경우 단섬유간 분리가 발생할 수 있다.
상기 아라미드 단섬유는 평균길이가 1 내지 10mm이고, 평균직경이 0.01 내지 1.0mm일 수 있고, 바람직하게 평균길이가 4 내지 5mm이고, 평균직경이 0.1 내지 0.15mm일 수 있다. 상기 아라미드 단섬유의 평균길이가 1mm 미만인 경우 상기 아라미드 단섬유를 감싸는 고무의 함량이 부족할 수 있고, 10mm를 초과하는 경우 상기 아라미드 단섬유와 고무의 비접착 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 아라미드 단섬유의 평균직경이 0.01mm 미만인 경우 상기 아라미드 단섬유의 강도 부족으로 끊어짐 문제가 발생할 수 있고, 1.0mm를 초과하는 경우 벨트 코드(belt cord)를 감싸는 함량이 부족할 수 있다.
상기 아라미드 단섬유 펠렛은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부, 바람직하게 0.05 내지 5.5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 아라미드 단섬유 펠렛의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우 벨트 토핑 고무의 강성이 저하될 수 있고, 10 중량부를 초과하는 경우 벨트 토핑 고무에 균열이 발생할 수 있다.
상기 아라미드 단섬유는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 수화물 및 폴리설파이드로 표면처리될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 수화물 및 폴리설파이드로 표면처리된 아라미드 단섬유는 고무에 대한 분산성이 매우 뛰어나기 때문에, 벨트토핑용 고무 전반에 균등하게 분포되고, 이로 인하여 토핑게이지를 낮출 수 있다.
상기 아라미드 단섬유는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 수화물과 상기 폴리설파이드를 혼합하여 표면처리 용액을 제조하고, 상기 제조된 표면처리 용액을 상기 아라미드 단섬유에 도포하거나 상기 아라미드 단섬유를 상기 표면처리 용액에 침지시켜 제조할 수 있다. 또한, 상기 표면처리된 아라미드 단섬유는 아라미드 섬유에 표면처리를 한 후 이를 절단하여 제조할 수도 있고, 상기 아라미드 섬유를 절단한 후 표면처리하여 제조할 수도 있다.
[화학식 1]
Figure 112011104534711-pat00007
상기 화학식 1에서, 상기 Me는 알칼리금속이고, 예를들어 나트륨 또는 칼륨일 수 있으며, 바람직하게는 나트륨일 수 있다.
상기 n은 1 내지 10의 정수이고, 상기 m은 1 내지 6의 정수일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 수화물 또는 이수화물 형태의 것도 사용 가능하다.
상기 폴리설파이드는 하기 화학식 2 내지 6으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112011104534711-pat00008
[화학식 3]
Figure 112011104534711-pat00009
[화학식 4]
Figure 112011104534711-pat00010
[화학식 5]
Figure 112011104534711-pat00011
[화학식 6]
Figure 112011104534711-pat00012
상기 화학식 2 내지 6에서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 니트로, 히드록시, 탄소수 1 내지 12의 알킬기, 탄소수 1 내지 12의 알콕시 및 탄소수 1 내지 12의 아르알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 수소 또는 알킬기일 수 있다.
상기 m은 1 내지 6의 정수이고, 바람직하게는 1 내지 4의 정수일 수 있다.
상기 표면처리된 아라미드 단섬유는 상기 아라미드 단섬유 100 중량부에 대하여 상기 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 수화물 1 내지 2 중량부, 바람직하게 1.55 내지 1.65 중량부 및 상기 폴리설파이드 1 내지 2 중량부, 바람직하게 1.45 내지 1.55 중량부로 표면처리될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 표면처리에 사용되는 함량이 상기 아마리드 단섬유 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만인 경우 상기 아라미드 단섬유가 고무 내에 고르게 분포되지 않을 수 있고, 2 중량부를 초과하는 경우 상기 아라미드 단섬유의 가닥 꼬임을 이룰 수 없다. 또한, 상기 폴리설파이드의 표면처리에 사용되는 함량이 상기 아마리드 단섬유 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만인 경우 상기 아라미드 단섬유가 고무 내에 고르게 분포되지 않을 수 있고, 2 중량부를 초과하는 경우 상기 아라미드 단섬유의 가닥 꼬임을 이룰 수 없다.
상기 타이어 벨트토핑용 고무 조성물은 충진제로서 실리카를 더 포함할 수 있다. 상기 실리카는 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 200㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)흡착 비표면적이 100 내지 200㎡/g일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 실리카의 질소흡착 비표면적이 100㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 200㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 실리카의 CTAB흡착 비표면적이 100㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 200㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 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 부족할 수 있고, 상기 실리카의 함량이 90 중량부를 초과하는 경우에는 고무에 크랙(crack)이 발생할 수 있다.
상기 타이어 벨트토핑용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 기타 충진제, 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 벨트토핑용 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 타이어 벨트토핑용 고무 조성물은 충진제를 더 포함할 수 있다. 상기 충진제는 카본블랙, 탄산칼슘, 점토(수화규산알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 30 내지 300m2/g일 수 있고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 60 내지 180cc/100g 일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 300m2/g을 초과하면 타이어용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있고, 30m2/g미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 카본블랙의 DBP 흡유량이 180cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 60cc/100g 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다.
상기 카본블랙의 대표적인 예로는 N110, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, S315, N326, N330, N332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990 또는 N991 등을 들 수 있다.
상기 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 30 내지 80 중량부로 포함될 수 있고, 45 내지 65 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 53 내지 57 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 카본블랙의 함량이 30 중량부 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 80 중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 커플링제로는 설파이드계 실란 화합물, 머캅토계 실란 화합물, 비닐계 실란 화합물, 아미노계 실란 화합물, 글리시독시계 실란 화합물, 니트로계 실란 화합물, 클로로계 실란 화합물, 메타크릴계 실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 설파이드계 실란 화합물은 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)테트라설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)테트라설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)테트라설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)테트라설파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)트리설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)트리설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)트리설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)트리설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)트리설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)트리설파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)디설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)디설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)디설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)디설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리에톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 2-트리에톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 2-트리메톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아졸릴테트라설파이드, 3-트리에톡시실릴프로필벤조티아졸테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 머캅토 실란 화합물은 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 2-머캅토에틸트리메톡시실란, 2-머캅토에틸트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 비닐계 실란 화합물은 에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 아미노계 실란 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리에톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 글리시독시계 실란 화합물은 γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 니트로계 실란 화합물은 3-니트로프로필트리메톡시실란, 3-니트로프로필트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 클로로계 실란 화합물은 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 2-클로로에틸트리메톡시실란, 2-클로로에틸트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 메타크릴계 실란 화합물은 γ-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 메틸디메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 디메틸메톡시실란 및 이들의 조합로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 커플링제는 상기 실리카의 분산성 향상을 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 커플링제의 함량이 1 중량부 미만일 경우 실리카의 분산성 향상이 부족하여 고무의 가공성이 저하되거나 저연비 성능이 저하될 수 있으며, 20 중량부를 초과하는 경우 실리카와 고무의 상호작용이 너무 강하여 저연비 성능은 우수할 수 있으나 제동 성능이 매우 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 벨트의 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 타이어 벨트토핑용 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 벨트토핑용 고무 조성물은 타이어 벨트부에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수 있다. 상기 고무 구성 요소로는 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스), 사이드월, 사이드월 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer), 와이어 코트 또는 이너라이너 등을 들 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 벨트토핑용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 벨트토핑용 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 벨트토핑용 고무 조성물은 벨트토핑용 고무의 강성을 향상시켜 토핑게이지를 줄일 수 있고, 이에 따라 상기 벨트토핑용 고무의 히스테리시스를 감소시킴으로써 타이어의 회전시 일어나는 에너지 손실을 감소시킬 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 벨트토핑용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐다.
단위: 중량부 비교예 1 실시예 1 실시예 2
제1 원료고무(1) 80 80 80
제2 원료고무(2) 20 20 20
실리카(3) 70 70 70
오일(4) 25 25 25
아라미드
단섬유 펠렛(5) 		- 1 2.5
(1) 제1 원료고무: 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무.
(2) 제2 원료고무: 부타디엔 고무.
(3) 실리카: 질소흡착 비표면적이 150㎡/g이고, CTAB흡착 비표면적이 150㎡/g임.
(4) 오일: 오존 저항성 특징을 가지는 오일임.
(5) 아라미드 단섬유 펠렛: 아라미드 단섬유(평균길이는 4mm이고, 평균직경은 0.125mm이며, 아라미드 단섬유 100 중량부에 대하여 상기 화학식 1로 표시되는 화합물(Me는 Na이고, m은 1이고, n은 6임)의 이수화물 1.6 중량부 및 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물(R1 및 R2는 수소이고, m은 2임) 1.5 중량부로 표면처리됨) 3가닥을 꼰 후, 상기 꼬아진 아라미드 단섬유 사이에 고무(용액 중합 스티렌-부타디엔 고무) 35 중량부를 침투시켜 제조됨.
[실험예: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
- 경도는 쇼어 A(Shore A) 타입 경도계로 측정한 값이다. 경도는 조종 안정성을 나타내는 것으로 그 값이 높을수록 조종 안정성이 우수함을 나타낸다.
- 100% 및 300% 모듈러스(kgf/㎠): 모듈러스(Modulus)는 100% 또는 300% 신장시의 인장강도로서, ISO 37 규격에 의해 측정하였고, 수치가 높을수록 우수한 강도를 나타낸다.
- 마모 손실량(g): 마모 손실량은 람본 마모도(Lambourn abrasion tester)로서 상온에서 미끄럼비 25%, 하중 1.5kg에서 회전시켜 마모된 고무의 손실량 나타낸 값으로서, 수치가 높을수록 우수한 마모성능을 나타낸다.
- tan δ는 ARES(10Hz, 0.5% 스트레인)을 이용하여 측정하였고, 60℃ tan δ는 수치가 낮을수록 회전저항에 유리하고, 0℃ tan δ는 수치가 높을수록 제동 성능이 우수하다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2
경도 69 71 72
100% 모듈러스 8.23 9.29 9.99
300% 모듈러스 121.3 139.2 144.3
람본 마모 손실량 1.009 0.799 0.891
0℃ Tan δ 0.280 0.305 0.335
60℃ Tan δ 0.102 0.098 0.098
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 및 2는 비교예 1에 비하여 마모성능 및 회전저항의 손실없이 제동 성능이 크게 향상된 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 아라미드 단섬유 펠렛을 벨트토핑용 고무 조성물에 첨가하는 경우 벨트의 강성이 높아질 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 (7)

  1. 원료고무 100 중량부, 그리고
    3 가닥의 아라미드 단섬유가 꼬아져 있고, 상기 꼬아진 아라미드 단섬유 사이에 침투된 고무를 포함하는 아라미드 단섬유 펠렛 0.01 내지 10 중량부를 포함하며,
    상기 아라미드 단섬유는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 이수화물 및 하기 화학식 6으로 표시되는 폴리설파이드로 표면처리된 것인 타이어 벨트토핑용 고무 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112014047672218-pat00019

    (상기 화학식 1에서, 상기 Me는 Na이고, 상기 n은 6이고, 상기 m은 1이다)
    [화학식 6]
    Figure 112014047672218-pat00020

    (상기 화학식 6에서, 상기 R1 및 R2는 수소이고, 상기 m은 2이다)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아라미드 단섬유는 평균길이가 1 내지 10mm이고, 평균직경이 0.01 내지 1.0mm인 것인 타이어 벨트토핑용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아라미드 단섬유 펠렛은 상기 아라미드 단섬유 100 중량부에 대하여 상기 침투된 고무 10 내지 50 중량부를 포함하는 것인 타이어 벨트토핑용 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 벨트토핑용 고무 조성물은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 200㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)흡착 비표면적이 100 내지 200㎡/g인 실리카를 20 내지 90 중량부로 더 포함하는 것인 타이어 벨트토핑용 고무 조성물.
  7. 제1항에 따른 타이어 벨트토핑용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
KR1020110144831A 2011-12-28 2011-12-28 타이어 벨트토핑용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 KR101440099B1 (ko)

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