KR101444112B1 - 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 대한 것으로서, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 그리고 천연접착제를 포함하는 조개껍질 분쇄물 5 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 저온에서의 접지 면적이 넓고, 트레드가 마모되기 전에는 고무 조성물의 강도가 우수하고, 트레드가 마모될 경우 빙상 마찰 계수를 대폭 향상시킬 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 저온에서의 접지 면적이 넓고, 트레드가 마모되기 전에는 고무 조성물의 강도가 우수하고, 트레드가 마모될 경우 빙상 마찰 계수를 대폭 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
빙상 노면에서의 구동 및 제동력을 높이기 위해 종래의 방법으로는 트레드 표면에 스파이크 핀을 구비함으로써 타이어와 빙설 노면의 마찰력을 증대시키는 원리를 이용하였다.
그러나, 스파이크 타이어는 극한 지역에서 주로 사용되며 일반노면에서는 소음을 유발하고 스파이크가 노면을 손상시켜 분진을 발생시키는 문제로 인해 환경에 대한 관심이 높아지면서 그 사용이 규제되고 있다.
종래의 스터드레스 스노우 타이어도 카본블랙 및 실리카를 충전제로 사용하는 것에 국한되어 있으며 이로 인해 겨울철 빙설노면에서의 구동 및 제동 성능을 극대화하는 데는 한계가 있다. 이를 대체하여 겨울용 타이어의 빙상 노면에서의 제동 성능을 향상시키기 위한 기술로 트레드 고무에 유리섬유를 투입하는 방법, 최근에는 유리섬유를 대체하여 고 경도의 신물질로써 호두 껍질이나 다공질 경석등을 적용시키고 있다.
또한, 고경도 신소재가 적용된 겨울용 타이어의 사용 온도는 유럽 및 한국의 겨울철 노면 온도로 영하 20도 근처로 저온에서 고경도 신물질들이 트레드 표면에 잘 고정되어 스파이크 효과를 내기 위해서는 저온에서 고무의 경도를 조절할 필요가 있다.
대한민국 공개특허 제2007-0014518호(공개일: 2007.02.01) 대한민국 특허등록 제0764560호(등록일: 2007.10.08)
본 발명의 목적은 저온에서의 접지 면적이 넓고, 트레드가 마모되기 전에는 고무 조성물의 강도가 우수하고, 트레드가 마모될 경우 빙상 마찰 계수를 대폭 향상시킬 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, 그리고 천연접착제를 포함하는 조개껍질 분쇄물 5 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 조개껍질 분쇄물은 상기 천연접착제를 상기 조개껍질 분쇄물 전체에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함할 수 있다.
상기 천연접착제는 탄소수 18 이상의 전분, 동물성 아교, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 조개껍질 분쇄물은 평균 입경이 250㎛ 이하일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔 10 내지 50 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 액상 폴리부타디엔은 유리전이온도가 -80 내지 -100℃일 수 있다.
상기 액상 폴리부타디엔은 비닐함량이 5 내지 30 중량%이고, 무니점도(ML1+4(125℃))가 50 내지 70이고, 수평균 분자량이 2000 내지 3000g/mol일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 발포제 1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 발포제는 톨루엔 술포닐 하이드라지드(toluenesulfonyl hydrazide)일 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, 그리고 천연접착제를 포함하는 조개껍질 분쇄물 5 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 천연접착제를 포함하는 조개껍질 분쇄물은 스파이크 역할을 함으로써 상기 타이어 트레드용 고무 조성물의 빙설노면에서 빙상마찰계수를 대폭 향상 시킨다.
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 천연접착제는 조개껍질 분쇄물과 고무와의 친화력을 향상시켜 주기 위한 것으로서, 상기 천연 접착제로는 탄소수가 18개 이상인 전분, 동물성 아교 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 조개껍질 분쇄물은 상기 천연접착제를 상기 조개껍질 분쇄물 전체에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함할 수 있고, 바람직하게 1 내지 3 중량%로 포함할 수 있다. 상기 천연접착제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 상기 천연접착제의 사용 효과가 미미하며, 5 중량%를 초과하는 경우 경도가 급격히 상승될 수 있다.
상기 조개껍질 분쇄물은 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 10중량부로 포함될 수 있다. 상기 조개껍질 분쇄물의 함량이 5 중량부 미만인 경우 트레드의 마모된 표면에서 스파이크 역할을 충분히 기대할 수 없고, 10 중량부를 초과하는 경우 인장강도가 급격히 향상되어 저온영역에서 유연성이 떨어져 접지면적이 감소될 수 있다.
상기 조개껍질 분쇄물은 각별히 그 입자크기나 종류가 한정되는 것은 아니나 평균 입경이 250㎛이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 조개껍질 분쇄물의 평균 입경이 250㎛를 초과하면 주행 시 고무내에서 조개껍질 분쇄물이 돌출되어 마찰계수 효과를 기대하기 어려울 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔을 더 포함할 수 있다. 상기 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔은 폴리부타디엔의 분자 말단에 실록산기가 위치하므로, 상기 실록산기가 표면이 개질된 조개껍질 분쇄물 및 실리카의 분산성을 높이고, 원료고무에 대한 충진제의 친화성을 강화시켜 타이어의 제동성을 향상시킨다.
상기 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔은 원료고무 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 상기 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔이 원료고무 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만으로 포함되는 경우 표면이 개질된 조개껍질 분쇄물 및 실리카의 분산성 효과가 나타나지 않고, 제동성 향상 효과도 거의 없다. 또한, 50 중량부를 초과하여 포함되는 경우 고무의 물성 유지가 어려워 고무의 내마모성이 저하되므로 이에 따라 제동성이 오히려 감소하는 문제가 발생한다.
상기 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔은 유리전이온도가 -80 내지 -100℃일 수 있고, 비닐함량이 5 내지 30 중량%이고, 무니점도(ML1+4(125℃))가 50 내지 70이고, 수평균 분자량이 2000 내지 3000g/mol일 수 있다. 또한, 바람직하게는 비닐함량이 10 내지 20 중량%이고, 무니점도가 50 내지 60이고, 수평균 분자량이 2200 내지 2800g/mol 인 것을 사용할 수 있다.
상기 액상 폴리부타디엔의 유리전이온도가 -80 내지 -100℃인 경우 상기 타이어 트레드용 고무 조성물이 저온에서 유연성을 갖도록 할 수 있다.
상기 액상 폴리부타디엔의 비닐함량이 5 중량% 미만인 경우 조개껍질 및 실리카와의 반응성이 낮은 문제가 생기며 30중량%를 초과하는 경우 물성유지가 어려운 문제가 생긴다. 상기 액상 폴리부타디엔의 무니점도가 50 미만인 경우 믹싱(mixing) 과정에서 분산에 필요한 응력이 감소하므로 필터 분산에 불리한 문제가 생기며, 무니점도가 70을 초과하는 경우 고무끼리의 혼합이 불리하고 필터 분산의 문제가 생긴다. 또한, 상기 액상 폴리부타디엔의 수평균 분자량이 2200g/mol 미만인 경우 마모가 저조한 문제가 발생하며, 2800g/mol을 초과하는 경우 가공성의 문제가 생긴다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 발포제 1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 발포제는 눈 또는 빙상 노면에서의 제동성 향상시키기 위한 것으로서, 상기 발포제의 함량이 1 중량부 미만이면 발포 생성이 너무 적어 발포로 인한 수막 제거의 효과를 얻을 수 없고, 5 중량부를 초과하면 발포 생성이 많아져 고무 물성이 급격히 저하되는 문제가 있다.
상기 발포제로는 옥시비스 벤젠 설포닐 히드라자이드(oxybis benzene sulfonyl hydrazide)를 포함한 일반적인 발포제가 사용될 수 있지만, 바람직하게는 톨루엔 술포닐 하이드라지드(toluenesulfonyl hydrazide)가 사용될 수 있다. 상기 톨루엔 술포닐 하이드라지드는 발포 형태가 고르기 때문에 옥시비스 벤젠 설포닐 히드라자이드에 비하여 제동성 향상 효과가 훨씬 우수하다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔를 포함함으로써 저온에서의 유연성을 제공하여 저온에서의 접지면적을 확보하고 천연접착제를 조개껍질 분쇄물에 혼입하여 조개껍질 분쇄물이 고무에서 떨어져 나가지 않게 함으로써 트레드가 마모되기 전에는 고무 조성물의 강도를 유지시키고, 트레드가 마모 될 경우 조개껍질 분쇄물이 타이어 표면에서 스파이크 역할을 하여 빙상 마찰 계수를 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 액상 폴리부타디엔의 말단에 존재하는 친수성인 실록산 그룹으로 인해 젖은 노면에서의 마찰계수를 향상시킬 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 충진제, 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 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 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 타이어 트레드용 고무 조성물은 충진제를 더 포함할 수 있다. 상기 충진제는 카본블랙, 실리카, 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 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 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 있고, 설파이드계 실란 화합물을 바람직하게 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 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.
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 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 저온에서의 접지 면적이 넓고, 트레드가 마모되기 전에는 고무 조성물의 강도가 우수하고, 트레드가 마모될 경우 빙상 마찰 계수를 대폭 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.
또한, 하기 표 1의 배합제 이외에 통상적으로 겨울용 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 배합제를 추가적으로 사용하였는데, 원료고무 100 중량부에 대하여 카본블랙 45 중량부, 프로세스 오일 40 중량부, 산화아연 4 중량부, 스테아린산 2 중량부, 노화방지제 2 중량부, 왁스 2 중량부, 유황 2 중량부 및 발포제(톨루엔 술포닐 하이드라지드) 4 중량부를 혼합하였다.
상기 비교예 1은 프로세스 오일을 사용한 경우이고, 상기 비교예 2 내지 4는 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔을 프로세스 오일을 대체하여 사용한 경우로서 비교예 2는 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔의 사용량이 10 내지 50 중량부 이내이고, 비교예 3 및 4는 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔의 사용량이 상기 범위를 벗어나는 경우이다.
상기 실시예 1 내지 3은 천연접착제가 2 중량% 혼합된 조개껍질 분쇄물을 충진제로 추가 적용한 경우로 실시예 1은 그 사용량이 본 발명의 범주에 속하나 실시예 2 및 3은 그 사용량이 발명의 범주에서 벗어난다.
상기 비교예 5는 천연접착제가 혼합되지 않은 조개껍질 분쇄물을 사용한 경우이다.
상기 실시예 1 내지 3에서의 조개껍질 분쇄물의 입자 크기는 250㎛이나, 실시예 4의 조개껍질 분쇄물의 입자 사이즈는 500㎛이다.
실시예 5는 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔과 조개껍질 분쇄물을 동시에 사용한 경우이다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 5 실시예 4 실시예 5
프로세스
오일
40 - 35 - 40 40 40 40 40 -
액상 폴리 부타디엔(1) - 40 5 55 - - - - 40
조개껍질 분쇄물(2) - - - - - - - 10 - 10
조개껍질 분쇄물(3) - - - - 10 3 12 - - -
조개껍질 분쇄물(4) - - - - - - - 10 -
(단위: 중량부)
(1) 액상 폴리부타디엔: 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔
(2) 조개껍질 분쇄물: 입경이 250㎛인 조개껍질분쇄물
(3) 조개껍질 분쇄물: 아교 2 중량%를 포함하고, 입경이 250㎛인 조개껍질 분쇄물
(4) 조개껍질 분쇄물: 아교 2 중량%를 포함하고, 입경이 500㎛인 조개껍질 분쇄물
[ 실험예 : 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 인장 물성: 인스트롱 (Instron)시험기를 이용하여 ASTM D412 시험법에 따라 측정하였다.
(2) 마찰계수: Dynamic Friction Tester를 이용하여 빙상 마찰 계수를 측정한 결과로서, 비교예 1을 100으로 하여 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 마찰계수는 그 값이 클수록 좋은 것이다.
(3) 유리전이온도(Tg): Differential Scanning Calorimetry 시험기를 이용하여 측정한 결과로, 온도가 저온일수록 유리하다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9
유리전이온도 (℃) -70.1 -75.0 -70.3 -76.3 -70.2 -70.2 -70.1 -70.3 -70.3 -75.5
인장
물성
경도 51 50 50 45 52 51 55 49 43 50
300% 모듈러스
(kgf/cm2)
63 61 62 55 64 62 70 58 52 62
인장강도
(kgf/cm2)
150 146 147 130 152 149 175 142 125 152
마찰계수 아이스 노면 100 110 100 95 105 99 94 97 93 119
젖은 노면 100 105 101 98 103 100 98 99 99 107
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 2 내지 4는 실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔를 사용한 것으로서, 비교예 3은 상기 액상 폴리부타디엔을 원료고무 100 중량부에 대해 10 중량부 미만 사용한 것으로 비교예 1에 비하여 유리전이온도 및 마찰계수의 상승 효과가 없음을 알 수 있다. 비교예 4는 상기 액상 폴리부타디엔의 함량이 50 중량부를 초과하는 것으로 인장 물성 및 마찰 계수가 비교예 1에 비해서 급격히 감소함을 알 수 있다.
실시예 1 내지 3은 천연접착제를 2 중량% 포함하는 조개껍질 분쇄물을 사용한 것으로 실시예 2는 상기 조개껍질 분쇄물을 원료고무 100 중량부에 대해 5 중량부 미만으로 사용함에 따라 비교예 1에 비해서 빙상마찰계수의 향상이 거의 없음을 알 수 있다. 실시예 3은 상기 조개껍질 분쇄물을 원료고무 100 중량부에 대해 10 중량부를 초과하여 사용한 것으로 비교예 1에 비해서 인장물성이 급격히 올라 접지면적의 미확보로 마찰계수가 급격히 감소함을 알 수 있다.
한편, 비교예 5는 천연접착제를 포함하지 않는 조개껍질 분쇄물을 사용함으로써 아이스 노면에서의 마찰계수 향상이 없음을 알 수 있다.
실시예 4는 평균 입경이 250㎛를 초과하는 조개껍질 분쇄물을 사용한 것으로 비교예 1에 비하여 경도 및 인장강도가 현저히 떨어지며 빙상마찰계수가 감소함을 알 수 있다.
한편, 실시예 1의 경우 비교예 1에 비하여 빙상마찰계수가 향상되었으며, 실시예 9의 경우 마찰계수가 더 크게 향상됨을 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 (10)

  1. 원료고무 100 중량부,
    실록산기를 포함하는 액상 폴리부타디엔 10 내지 50 중량부, 그리고
    천연접착제를 포함하는 조개껍질 분쇄물 5 내지 10 중량부
    를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조개껍질 분쇄물은 상기 천연접착제를 상기 조개껍질 분쇄물 전체에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 천연접착제는 탄소수 18 이상의 전분, 동물성 아교, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조개껍질 분쇄물은 평균 입경이 250㎛ 이하인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액상 폴리부타디엔은 유리전이온도가 -80 내지 -100℃인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액상 폴리부타디엔은 비닐함량이 5 내지 30 중량%이고, 무니점도(ML1+4(125℃))가 50 내지 70이고, 수평균 분자량이 2000 내지 3000g/mol인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 발포제 1 내지 5 중량부를 더 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발포제는 톨루엔 술포닐 하이드라지드(toluenesulfonyl hydrazide)인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  10. 제1항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
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