KR101457863B1 - 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물, 이를 이용하여 제조한 비공기입 타이어 및 이의 제조 방법 - Google Patents

비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물, 이를 이용하여 제조한 비공기입 타이어 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물, 이를 이용하여 제조한 비공기입 타이어 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 보강성 충진제 10 내지 100 중량부, 그리고 수산기 말단 폴리부타디엔(hydroxy terminated polybutadien, HTPB)를 포함하는 가공오일 5 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물은 우레탄 재질의 스포크과의 접착력을 친환경적으로 대폭 향상시킬 수 있다.

Description

비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물, 이를 이용하여 제조한 비공기입 타이어 및 이의 제조 방법{RUBBER COMPOSITION FOR NON-PNEUMATIC TIRE TREAD, TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물, 이를 이용하여 제조한 비공기입 타이어 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우레탄 재질의 스포크과의 접착력을 친환경적으로 대폭 향상시킬 수 있는 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물, 이를 이용하여 제조한 비공기입 타이어 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
비공기입 타이어 제조시 우레탄 재질의 타이어를 제작할 경우 노면 접촉시 제동 성능은 고무 타이어의 절반 수준으로 나타나 비공기입 타이어를 고무 타이어로 대체하기에는 기술적인 개선이 필요하다.
이를 개선하기 위하여 우레탄 재질의 스포크(spoke)를 고무 타이어의 트레드에 접착시켜 제동 성능을 높이고자 하였다.
비공기입 타이어의 우레탄 스포크와 트레드의 접착력을 향상시키기 위한 방법으로는 트레드 표면에 접착제를 도포하여 스포크를 접착시키는 방법이 사용되어 왔으나, 접착제 제조 및 도포 시 많은 원료의 손실과 함께 접착제 자체의 유효기간이 짧은 접착제를 사용시 마다 제조하여야 하며, 접착제 제조 시 인체에 해로운 유기용매를 사용하여 접착제의 트레드로의 침투를 야기시켜야 하기 때문에 접착제를 현장에서 사용함에 있어 환경적 제약이 따른다.
대한민국 공개특허 제2012-0070469호(공개일: 2012.06.29) 대한민국 공개특허 제2012-0096149호(공개일: 2012.08.30) 대한민국 공개특허 제2012-0096132호(공개일: 2012.08.30)
본 발명의 목적은 우레탄 재질의 스포크과의 접착력을 친환경적으로 대폭 향상시킬 수 있는 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 비공기입 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 비공기입 타이어의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 보강성 충진제 10 내지 100 중량부, 그리고 수산기 말단 폴리부타디엔(hydroxy terminated polybutadien, HTPB)를 포함하는 가공오일 5 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 수산기 말단 폴리부타디엔은 수산기값(hydroxyl number)이 44.9 내지 56.1mgKOH/g이고, 점도(25℃)가 60 내지 100poise이고, 비중(상온25℃/수온4℃)이 0.8911 내지 0.9111이고, 수산기의 관능기수(functionality)가 2.3 내지 2.5일 수 있다.
상기 수산기 말단 폴리부타디엔은 물의 함량이 0.1 중량% 이하이고, 과산화물(peroxide)의 함량이 500ppm 이하이고, 비휘발성 물질의 함량이 99.90 중량% 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 제조 방법은 상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물을 가류시켜 가류 고무를 제조하는 단계, 그리고 상기 가류 고무에 접착제를 도포하고 우레탄 재질의 스포크를 접착시키는 단계를 포함한다.
상기 비공기입 타이어의 제조 방법은 상기 스포크를 접착시키는 단계 이전에 상기 가류 고무를 100 내지 110℃에서 3 내지 5 시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비공기입 타이어는 상기 비공기입 타이어의 제조 방법에 의하여 제조될 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 보강성 충진제 10 내지 100 중량부, 그리고 수산기 말단 폴리부타디엔(hydroxy terminated polybutadien, HTPB)를 포함하는 가공오일 5 내지 10 중량부를 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.
상기 천연고무는 이물 함량이 0.2 중량% 이하이고, 비중이 0.90 내지 0.99인 것을 타이어 림쿠션용 고무 조성물로서 바람직하게 사용할 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 500,000이고, 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 20 내지 80 중량부 및 부타디엔 고무 20 내지 80 중량부를 포함한다. 상기 천연고무의 함량이 20 중량부 미만인 경우 부타디엔 고무가 상대적으로 증가하여 가공성에 불리해질 수 있고, 80 중량부를 초과하는 경우 가공성은 유리하나 반발탄성 또는 발열 등의 물성이 저하될 수 있다.
상기 보강성 충진제는 실리카일 수 있고, 상기 실리카의 분산성 향상을 위하여 상기 비공기입 타이어는 커플링제를 더 포함할 수 있다.
상기 실리카는 BET 비표면적이 100 내지 180m2/g이고, DBP 흡유량이 180 내지 200cc/100g인 침강성 실리카를 사용할 수 있다. 상기 실리카의 BET질 비표면적이 100㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 180㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 실리카의 DBP 흡유량이 180cc/100g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 200cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 실리카는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 10 내지 100 중량부, 바람직하게 70 내지 90 중량부로 포함될 수 있다. 상기 실리카의 함량이 90 중량부를 초과하는 경우 회전저항 성능이 감소할 수 있으며, 10 중량부 미만일 경우 마모 성능과 웨트(wet) 및 드라이(dry) 핸들링 성능이 불리해질 수 있다.
상기 실리카의 분산성 향상을 위해 사용되는 커플링제는 실란 커플링제일 수 있다. 상기 실란 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 원료고무 100 중량부에 대하여 6.3 내지 7.2 중량부로 포함될 수 있다. 상기 커플링제의 함량이 6.3 중량부 미만일 경우 실리카와의 반응이 부족하여 고무의 가공성이 저하되거나 저연비 성능이 저하될 수 있으며, 7.2 중량부를 초과하는 경우 실리카와 고무의 상호작용이 너무 강하여 저연비 성능은 우수할 수 있으나 제동 성능이 저하될 수 있다.
한편, 비공기입 타이어의 트레드가 우레탄으로 제조되는 경우 제동 성능이 공기압 타이어의 절반에도 미치지 못하는 수준을 나타내기 때문에, 상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물은 공기압 타이어 재질이며, 우레탄 재질의 스포크(spoke)와 접착되어 비공기입 타이어를 제조할 수 있다.
이때, 상기 수산기 말단 폴리부타디엔(hydroxy terminated polybutadien, HTPB)를 포함하는 가공오일은 상기 우레탄 재질의 스포크와 접착시 유기용매의 사용 없이도 접착제가 트레드에 침투가 용이하도록 하고, 트레드와 우레탄 재질의 스포크의 접착력을 매우 향상시킬 수 있다.
상기 수산기 말단 폴리부타디엔은 수산기값(hydroxyl number)이 44.9 내지 56.1mgKOH/g이고, 점도(25℃)가 60 내지 100poise이고, 비중(상온25℃/수온4℃)이 0.8911 내지 0.9111이고, 수산기의 관능기수(functionality)가 2.3 내지 2.5이며, 물의 함량이 0.1 중량% 이하이고, 과산화물(peroxide)의 함량이 500ppm 이하이고, 비휘발성 물질의 함량이 99.90 중량% 이상일 수 있다. 상기와 같은 물성을 가지는 수산기 말단 폴리부타디엔을 사용하는 경우 수산기와 이소시아네이트의 반응으로 인해 접착력 형성에 유리하며 선형구조를 가지므로 쉽게 경화되지 않아 안정하다는 점에서 유리하다.
상기 가공오일은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 가공오일의 함량이 5 중량부 미만인 경우 접착강도가 약해지는 점에서 문제가 있을 수 있고, 10 중량부를 초과하는 경우 원료고무 자체의 배합에 문제가 있을 수 있다.
상기 비공기입 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 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
상기 가류제로는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속산화물을 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 유기 과산화물은 벤조일퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, t-부틸큐밀퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 1,3-비스(t-부틸퍼옥시프로필)벤젠, 디-t-부틸퍼옥시-디이소프로필벤젠, t-부틸퍼옥시벤젠, 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드, 1,1-디부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸실록산, n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2.5 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 5 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.
적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 상기 가류촉진조제는 원료고무 100 중량부에 대하여 1.5 내지 8 중량부로 포함할 수 있고, 상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용하는 경우 상기 산화아연 1 내지 5 중량부 및 상기 스테아르산 0.5 내지 3 중량부로 포함할 수 있다.
상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물은 가공성이 우수하여 고무 배합시에 연화제를 포함하지 않을 수 있으나, 통상 타이어용 고무에 사용되는 연화제를 포함할 수도 있다.
상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가될 수 있다. 상기 연화제로는 상기 수산기 말단 폴리부타디엔 이외의 가공오일(Process oil), 식물유지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 가공오일로는 파라핀계 가공오일, 나프텐계 가공오일, 방향족계 가공오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
그러나, 최근 환경 의식의 고조와 함께 상기 방향족계 프로세스 오일에 포함된 폴리사이클릭 아로마틱 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)의 함량이 3 중량% 이상일 때는 암 유발 가능성이 높은 것으로 알려진바, 상기 연화제로서 사용하는 가공오일은 상기 가공오일 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 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 가공오일은 상기 가공오일을 포함한 비공기입 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 원료고무의 가공성을 우수하게 하기 위하여 원료고무 100 중량부에 대하여 0 내지 50 중량부로 포함할 수 있고, 20 내지 40 중량부로 포함할 수 있다.
상기 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키기 위하여 사용되는 첨가제이다. 상기 노화방지제로는 아민계, 페놀계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
상기 노화방지제로는 N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-Dimethybutyl)-N-phenyl-p-phenylenediamine, 6PPD), N-페닐-n-이소프로필-p-페닐렌디아민(N-phenyl-n-isopropyl-p-phenylenediamine, 3PPD) 및 폴리(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린(Poly(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 바람직하게 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 0 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명이 다른 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 제조 방법은 상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물을 가류시켜 가류 고무를 제조하는 단계, 그리고 상기 가류 고무에 접착제를 도포하고 우레탄 재질의 스포크를 접착시키는 단계를 포함한다.
상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물을 가류시켜 가류 고무를 제조하는 단계는 종래 일반적으로 사용되는 방법이면 어느 것이나 사용 가능하다. 일예로, 배합물을 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시킨 후, 가류시스템을 첨가하여 혼합하고 피니싱하는 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하여 제조할 수 있다.
상기 제조된 가류 고무에 접착제를 도포하고 우레탄 재질의 스포크를 접착하면 비공기입 타이어를 제조할 수 있다. 종래의 비공기입 타이어의 제조 방법의 경우 상기 접착제 도포시 유기용매를 이용하여 접착제가 트레드로 침투하도록 한다. 그러나, 상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하는 경우 상기 유기용매의 사용 없이도 상기 접착제가 트레드에 잘 침투시키도록 할 수 있다.
즉, 상기 수산기 말단 폴리부타디엔의 이중 결합은 부타디엔계 원료고무의 이중 결합과 가교결합하고, 말단의 수산기는 우레탄의 말단기인 NCO 그룹과 반응하여 카보네이트를 형성하거나 우레아(urea)를 형성하며 접착이 이루어지도록 한다. 이러한 화학 결합이 이루어지게 하기 위하여 종래에는 유기용매를 접착제에 희석하여 사용하면서 고무의 스웰링(swelling)을 통해 접착제의 트레드로의 침투를 도왔으나, 상기 비공기입 타이어의 제조 방법은 트레드 자체에 접착제의 원료인 가공오일을 포함하여 고무 자체가 접착제 원료를 포함하고 있기 때문에 유기용매의 사용이 불필요한 것이다.
또한, 상기 가류 고무를 100 내지 110℃에서 3 내지 5 시간 동안 열처리한 후, 접착제를 도포하는 경우 상기 접착제의 트레드로의 침투를 더욱 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여 비공기입 타이어 트레드와 스포크의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비공기입 타이어는 상기 비공기입 타이어의 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 상기 비공기입 타이어는 상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 트레드에 우레탄 재질의 스포크가 접착된 것일 수 있다.
본 발명의 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물은 우레탄 재질의 스포크과의 접착력을 친환경적으로 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 비공기입 타이어 트레드 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐다.
비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
천연고무 80 80 80 80 80 80
부타디엔
고무		 20 20 20 20 20 20
실리카(1) 80 80 80 80 80 80
커플링제(2) 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4
가공오일(3) 0 0 5 7 5 7
산화아연 3 3 3 3 3 3
스테아린산 2 2 2 2 2 2
노화방지제 5 5 5 5 5 5
주)
(단위: 중량부)
(1) 실리카: BET 비표면적이 170 m2/g인 침강성 실리카
(2) 커플링제: TESPT(Si69, Degussa)
(3) 가공오일: 삼양화학공업㈜의 SR-45HT로서, 수산기값이 44.9 내지 56.1mgKOH/g이고, 점도(25℃)가 60 내지 100poise이고, 비중(상온25℃/수온4℃)이 0.8911 내지 0.9111이고, 수산기의 관능기수가 2.3 내지 2.5이고, 물의 함량이 0.1 중량% 이하이고, 과산화물(peroxide)의 함량이 500 이하이고, 비휘발성 물질의 함량이 99.90 중량% 이상임
[ 실험예 : 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 접착제를 도포한 후, 우레탄 재질의 스포크를 부착하였다. 상기 스포크를 제조하는데 사용된 우레탄은 Chemtura사의 VIBRATHANE B 836을 사용하였고, 이는 폴리에테르 계열의 폴리올 및 디페닐메탄 디이소시아네이트(diphenylmethane diioscyanate, MDI)를 원료로 합성된 것이며, 그 비중은 1.02 내지 1.09이고, NCO%는 3.0 내지 10.6%였다.
이때, 비교예 2와 실시예 3 및 4의 경우 상기 가류 고무에 접착제를 도포하기에 앞서 상기 가류고무를 110℃ 오븐에서 4시간 동안 열처리하였고, 비교예 1의 경우 유기용매로 톨루엔을 사용하였다.
상기 제조된 타이어 시편에 대하여 트레드와 스포크의 접착력을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때 상기 접착력은 ASTM 6518에 따른 방법에 의하여 측정하였다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
열처리 X O X X O O
접착강도 3385 N/m 6738 N/m 4014 N/m 3588 N/m 8055 N/m 10494 N/m
상기 표 2를 참조하면, 상기 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 실시예 1 및 2의 경우 비교예 1과 비교하여 접착 강도가 상승했음을 알 수 있는데, 이는 접착제의 원료를 가공오일로서 포함하고, 상기 가공오일이 상기 고무 시편에 물리적인 혼합을 통하여 균일하게 분포하였기 때문에 원료고무와 접착제, 접착제와 우레탄 스포크 사이의 가교점이 많아져 접착에 유리하게 작용되었기 때문이다.
한편, 실시예 3 및 4의 경우 상기 열처리를 통하여 실시예 1 및 2의 경우 보다 접착강도가 더욱 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 (7)

  1. 원료고무 100 중량부,
    보강성 충진제 10 내지 100 중량부, 그리고
    수산기 말단 폴리부타디엔(hydroxy terminated polybutadien, HTPB)를 포함하는 가공오일 5 내지 10 중량부를 포함하며,
    상기 수산기 말단 폴리부타디엔은 수산기값(hydroxyl number)이 44.9 내지 56.1mgKOH/g이고, 점도(25℃)가 60 내지 100poise이고, 비중(상온25℃/수온4℃)이 0.8911 내지 0.9111이고, 수산기의 관능기수(functionality)가 2.3 내지 2.5인 것인 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수산기 말단 폴리부타디엔은 물의 함량이 0.1 중량% 이하이고, 과산화물(peroxide)의 함량이 500ppm 이하이고, 비휘발성 물질의 함량이 99.90 중량% 이상인 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보강성 충진제는 BET 비표면적이 100 내지 180m2/g이고, DBP 흡유량이 180 내지 200cc/100g인 침강성 실리카인 것인 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 제1항에 따른 비공기입 타이어 트레드용 고무 조성물을 가류시켜 가류 고무를 제조하는 단계, 그리고
    상기 가류 고무에 접착제를 도포하고 우레탄 재질의 스포크를 접착시키는 단계를 포함하는 비공기입 타이어의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비공기입 타이어의 제조 방법은 상기 스포크를 접착시키는 단계 이전에 상기 가류 고무를 100 내지 110℃에서 3 내지 5 시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함하는 것인 비공기입 타이어의 제조 방법.
  7. 제5항에 따른 비공기입 타이어의 제조 방법에 의하여 제조된 비공기입 타이어.
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