KR101442215B1 - 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 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 실리카 20 내지 90 중량부, 그리고 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)(alkoxyl silane modified poly(acrylate-styrene)) 2 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 고무의 젖은 노면 제동 성능과 마모 성능을 향상시키면서 저연비 특성을 유지시킬 수 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, 보다 상세하게는 고무의 젖은 노면 제동 성능과 마모 성능을 향상시키면서 저연비 특성을 유지시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
최근 유럽 연합, 한국 및 일본 등에서 타이어의 성능을 타이어에 라벨로서 표시하는 제도가 발족되었다. 이와 같이 타이어의 성능에 대한 요구가 지속적으로 증대되고 타이어 제조사간의 경쟁이 치열해 질수록 저연비 특성과 젖은 노면 제동성능이 우수한 실리카 타이어에 대한 개발이 활발히 진행 중이다.
한편, 실리카를 충진제로 사용한 고무 배합물에서 친수성인 실리카를 친유성인 고무에 어떻게 잘 분산시키느냐가 가장 중요한 기술이며 이러한 기술에 의하여 그 회사의 타이어 성능의 차이를 나타낸다.
대표적으로 실리카를 고무에 분산시키고 고무와 실리카의 화학적 결합을 유도하기 위하여 실란계 커플링제를 사용하고 있으나, 실리카 타이어에 대한 경쟁이 심화되고 요구 조건이 강화되면서 다른 첨가제를 통한 실리카 타이어의 성능을 보다 향상시키고자 각지에서 노력 중이다.
대한민국 공개특허 제2012-0058297호(등록일: 2012.06.07) 대한민국 공개특허 제2011-0073055호(등록일: 2011.06.29)
본 발명의 목적은 고무의 젖은 노면 제동 성능과 마모 성능을 향상시키면서 저연비 특성을 유지시킬 수 있는 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 원료고무 100 중량부, 실리카 20 내지 90 중량부, 그리고 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)(alkoxyl silane modified poly(acrylate-styrene)) 2 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112012096612078-pat00001
상기 화학식 1에서, 상기 R1은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 30의 아릴기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고, 상기 R2 내지 R5는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, 상기 n은 5 내지 20의 정수이고, 상기 m은 3 내지 20의 정수이다.
상기 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)의 중량 평균 분자량은 1000 내지 10000g/mol일 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, 실리카 20 내지 90 중량부, 그리고 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)(alkoxyl silane modified poly(acrylate-styrene)) 2 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 실리카를 보강제로 사용하면서 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)을 포함함에 따라 배합 고무의 젖은 노면 제동 성능과 내마모 성능을 향상시키면서 저연비 성능의 손해를 최소화할 수 있다.
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.
특히, 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 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 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)은 구체적으로 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112012096612078-pat00002
상기 화학식 1에서, 상기 R1은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 30의 아릴기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 R1은 바람직하게 수소, 메틸기, 에틸기 또는 페닐기 등일 수 있다.
상기 R2 내지 R5는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기일 수 있고, 바람직하게 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소-프로필기, 부틸기, 이소-부틸기 또는 터트-부틸기 등일 수 있다.
상기 n은 5 내지 20의 정수이고, 상기 m은 3 내지 20의 정수일 수 있다. 또한, 상기 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)의 중량 평균 분자량은 1000 내지 10000g/mol일 수 있는데, 상기 n 및 m은 상기 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)의 중량 평균 분자량에 의하여 적절하게 조절될 수 있다. 한편, 상기 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)의 중량 평균 분자량이 1000g/mol 미만인 경우 저연비 특성이 저하될 수 있으며, 10000g/mol을 초과하는 경우 고무 배합물 내에서의 분선성이 저하될 수 있다.
상기 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 2 내지 10 중량부로 포함될 수 있는데, 상기 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)의 함량이 2 중량부 미만인 경우 그 첨가 효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하면 배합 고무의 저연비 특성 및 기타 제반 물성이 저하될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 커플링제, 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 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 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 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 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.
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 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 고무의 젖은 노면 제동 성능과 마모 성능을 향상시키면서 저연비 특성을 유지시킬 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. 구체적으로, 표 1과 같은 조성으로 배합제를 반바리 믹서에서 배합하여 150℃에서 방출하였으며, 얻어진 고무 시편을 160℃에서 가류하여 물성시험을 하였다.
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
S-SBR(1) 75 75 75 75 75
BR(2) 25 25 25 25 25
실리카(3) 80 80 80 80 80
TESPT(4) 8 8 8 8 8
폴리(아크릴레이트-스티렌)(5) - 2 4 6 10
가공조제(6) 4 4 - - -
프로세스 오일(7) 26 26 26 24 22
산화아연 3 3 3 3 3
스테아린산 1 1 1 1 1
노화방지제(8) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
DPG(9) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
유황 1.1 1.2 1.4 1.4 1.4
CBS(10) 2 2 2 2 2
(주)
(단위: 중량부)
(1) S-SBR: 유리전이온도(Tg)가 -25 내지 20℃인 스티렌-부타디엔 고무
(2) BR: 유리전이온도(Tg)가 -106℃인 부타디엔 고무
(3) 실리카: Ultra 7000Gr(Degussa AG)
(4) TESPT: Si69(Degussa)
(5) 폴리(아크릴레이트-스티렌): 알콕시 실란으로 개질된 아크릴레이트와 스티렌의 랜덤 공중합체로서, 상기 화학식 1에서 상기 R1과 상기 R2는 메틸기이고, 상기 R3 내지 R5는 에틸기이고, 상기 n은 12이고, 상기 m은 10임. 중량 평균 분자량은 3000g/mol임
(6) 가공조제: Struktol A60 (Struktol)
(7) 프로세스 오일: TDAE 오일(H&R사 Vivatec 500 제품)
(8) 노화방지제: N-1,3-디메틸부틸-N-페닐-p-페닐렌디아민(6C)
(9) DPG: 디페닐렌구아니딘
(10) CBS: N-사이클로헥실-2-벤조티아질 설펜아마이드
[ 실험예 : 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
하기 표 2에서 300% 모듈러스(Mpa)는 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.
마모 인덱스는 람본 마모도비로서 상온에서 미끄럼비 25%, 하중 1.5kg에서 회전시켜 마모된 고무의 손실량을 비교예를 100으로 하여 나타낸 값으로 수치가 높을수록 우수한 마모 성능을 나타낸다.
* 마모 인덱스 = (비교예의 마모량/실시예의 마모량) × 100
점탄성은 RDS 측정기를 사용하여 0.5% 변형(strain)에 10Hz Frequency하에서 -60℃에서 80℃까지 tanδ를 측정하였다. 0℃ tanδ 는 젖은 노면 제동성능을 나타내는 척도로서 수치가 높을수록 우수한 것을 의미하며 60℃ tanδ 는 60℃에서의 회전저항을 나타내는 척도로서 수치가 낮을수록 우수한 저연비 특성을 나타낸다.
또한, 분산도(%)는 Dispergrader로 측정하였으며 수치가 높을수록 뷴산도가 우수한 것을 의미한다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4
300% 모듈러스 115 112 117 116 115
마모 인덱스 100 106 111 108 103
0℃ tanδ 0.290 0.309 0.312 0.318 0.327
60℃ tanδ 0.145 0.141 0.146 0.151 0.148
분산도 91 93 95 96 94
상기 표 3을 참조하면, 실시예에서 제조된 고무 시편은 300% 모듈러스 및 60℃ tanδ를 유지하면서, 0℃ tanδ, 마모 인덱스 및 분산도가 비교예에 비하여 우수함을 알 수 있다.
위에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 실리카를 보강제로 사용하면서 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)을 포함함에 따라 배합 고무의 저연비 특성을 유지하면서 젖은 노면 제동 성능 및 마모 성능 향상에 기여할 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,
    실리카 20 내지 90 중량부, 그리고
    알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)(alkoxyl silane modified poly(acrylate-styrene)) 2 내지 10 중량부를 포함하며,
    상기 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112014019324862-pat00003

    (상기 화학식 1에서,
    상기 R1은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 30의 아릴기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,
    상기 R2 내지 R5는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
    상기 n은 5 내지 20의 정수이고,
    상기 m은 3 내지 20의 정수이다)
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알콕시 실란으로 개질된 폴리(아크릴레이트-스티렌)의 중량 평균 분자량은 1000 내지 10000g/mol인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제1항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
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