KR101462518B1 - 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물 - Google Patents

제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 브로모 부틸 고무(BIIR) 5∼20중량부 및 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine, TPP) 2∼10중량부를 포함하도록 하여 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물, 상기 고무 조성물로 이루어진 고무 및 상기 고무 조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어에 관한 것이다.

Description

제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물{Tire tread compound improved braking performance and wear resistance}
본 발명은 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 브로모 부틸 고무(BIIR) 5∼20중량부 및 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine, TPP) 2∼10중량부를 포함하도록 하여 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물, 상기 고무 조성물로 이루어진 고무 및 상기 고무 조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
최근 타이어 산업에 있어 친환경 제품 개발에 대한 주요 관심사항으로 타이어의 제동성 및 내마모성 등의 향상을 위한 기술들이 지속적으로 개발되고 있다.
타이어는 그 구성 부위에 따라 다양한 고무를 사용하고 있으며, 이중 타이어가 지면에 직접 접촉하는 트레드는 차량의 이동, 지지 및 정지에 중요한 역할을 하고 있어 다양한 특성이 요구된다.
타이어는 차량의 지지, 이동 및 정지 등의 주요한 역할을 하고, 이러한 타이어의 역할은 주로 타이어의 트레드 부위에서 많이 이루어진다. 따라서 타이어의 트레드 부위는 차량의 정지 역할, 지면과의 접촉으로 인해 마모가 많이 발생하므로 타이어 트레드 고무는 제동성 및 내마모성이 우수해야 하므로 타이어 트레드를 만드는 고무 조성물 또한 제동성 및 내마모성이 우수해야 한다.
한편 타이어 트레드 고무를 제조하기 위한 고무 조성물에는 원료고무를 포함하여 다양한 성분이 포함되어 있다.
종래 타이어 트레드 고무 조성물에 사용되는 성분 중에서 충진제로서 카본블랙(carbon black)을 많이 사용하고 있으나, 타이어 트레드의 제동성 향상을 위해 카본블랙 대신 실리카(silica)의 사용이 점차적으로 증가하고 있다.
그러나 타이어의 구성 성분 중 카본블랙 대신 실리카를 사용하는 것만으로는 트레드 고무 조성물의 제동성 향상이 미미하기 때문에 실리카 이외에도 다양한 성분이 첨가되고 있다.
이에 본 발명의 발명자는 타이어 트레드 고무 조성물의 제동성 및 내마모성 향상을 위해 연구하던 중 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 브로모 부틸 고무(BIIR) 및 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine, TPP)이 포함되는 고무 조성물을 제공시 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물을 얻을 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.
한편 본 발명과 관련된 선행기술로서 한국공개특허 제2000-0031877호에 스티렌 함량이 23.5％인 스티렌 부타디엔 고무 50 중량부, 스티렌 함량이 40 내지 50％인 스티렌 부타디엔 고무 20 내지 30 중량부 및 부타디엔 고무 20 내지 30 중량부로 이루어진 합성고무 100 중량부에 대해, 요오드 흡착표면적이 115 내지 130 ㎡/g인 카본블랙 70-80 중량부, 테르펜계 톨오일 로진 3-5 중량부 및 통상의 첨가제로 이루어진 타이어 트레드용 고무 조성물에 대한 내용이 있다.
또한 한국특허 제10-0709977호에 스타이렌 함량 15∼30%이고, 비닐 함량 60% 이상인 용액 중합 스타이렌-부타디엔 고무 A 30~50 중량부; 스타이렌 함량 35∼50%이고, 비닐 함량 40% 이상인 용액 중합 스타이렌-부타디엔 고무 B 30~50 중량부; 및 부타디엔 고무(BR) 10~30 중량부를 포함하는 원료고무 100중량부에 대하여, 실리카 60 내지 90 중량부, 연화제 15 내지 50 중량부 및 상기 실리카 100중량에 대하여 실란 커플링제 10 내지 20 중량부를 포함하는 승용차용 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무로서 용액 중합하여 제조되고 특정의 물성을 만족하는 2종의 스타이렌-부타디엔 고무와 부타디엔 고무를 혼용하고, 최적의 충진제 및 실란 커플링제를 사용하고, PCA 함량이 국제적인 규제 수준을 만족하는 유화제를 사용함으로써, 우수한 조정안정 성능 및 저연비 성능 뿐만 아니라 마모 및 제동 성능까지 우수한 트레드 고무 조성물에 대한 내용이 있다.
그러나 본 발명과 상기 선행기술들은 발명의 기술적 특징이 서로 달라 발명의 구성이 서로 다른 발명이다.
본 발명의 목적은 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기에서 언급한 제동성 및 내마모성이 향상된 고무 조성물로 이루어진 고무를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기에서 언급한 제동성 및 내마모성이 향상된 고무 조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.
본 발명은 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 브로모 부틸 고무 5∼20중량부 및 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine, TPP) 2∼10중량부를 포함하도록 하여 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 제동성 및 내마모성이 향상된 고무 조성물로 이루어진 고무를 제공할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 제동성 및 내마모성이 향상된 고무 조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공할 수 있다.
본 발명에 의해 제동성 및 내마모성이 타이어를 소비자에게 제공할 수 있어 차량 운전자들의 안전 운전에 도움을 줄 수 있고 또한 타이어 관련 산업 발전에 기여할 수 있다.
본 발명은 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물을 나타낸다.
본 발명은 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 브로모 부틸 고무(BIIR) 5∼20중량부 및 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine, TPP) 2∼10중량부를 포함하는 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물을 나타낸다.
상기에서 원료고무는 천연고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 합성고무를 사용할 수 있다.
상기에서 원료고무는 천연고무와 합성고무의 혼합고무를 사용할 수 있으며, 이때 원료고무의 함량이 100중량부라고 가정시 천연고무 5∼95중량부와 합성고무 5∼95중량부가 혼합된 혼합고무를 원료고무로 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 부틸 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 에피클로로하이드린고무, 불소고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로린네이티드 폴리에틸렌고무, 스티렌에틸렌부틸렌스티렌(SEBS) 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 에틸렌프로필렌디엔(EPDM) 고무, 하이팔론고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌비닐아세티에트 고무, 아크릴고무, 히드린 고무, 비닐벤질클로라이드스티렌부타디엔고무, 브로모메틸스티렌부틸 고무, 말레인산스티렌부타디엔 고무, 카르복실산스티렌부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 에폭시이소프렌 고무, 말레인산에틸렌프로필렌 고무, 카르복실산니트릴부타디엔 고무 및 BIMS(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 선택적으로 사용할 수 있고, 이때 2종 이상을 선택적으로 사용시 합성고무의 혼합비율에는 특별히 한정은 없다.
상기에서 브로모 부틸 고무(BIIR)는 제동성 향상을 위해 사용하며, 본 발명에서 원료고무 100중량부에 대하여 브로모 부틸 고무의 함량이 5중량부 미만 사용되거나 20중량부를 초과하여 사용되면 제동성 향상의 측면에서 바람직하지 않다.
상기에서 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine, TPP)은 내마모성 향상을 위해 사용하며, 본 발명에서 원료고무 100중량부에 대하여 트리페닐포스핀(TPP)의 함량이 2중량부 미만 사용되면 내마모성 향상의 효과가 미미하고, 10중량부를 사용되면 고무의 물성이 하락할 우려가 있다.
본 발명의 고무 조성물에서 브로모 부틸 고무 및 트리페닐포스핀을 동시에 첨가되면 트리페닐포스핀이 브로모 부틸 고무와의 결합물이 충진제로 사용하는 실리카와의 화학반응에 의해 강한 결합을 형성함으로써 제동성 개선과 동시에 내마모성을 개선되어 결과적으로 제동성 및 내마모성이 향상된 고무 조성물을 얻을 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이 본 발명의 고무 성물은 충진제로서 실리카를 사용할 수 있다.
상기의 충진제는 실리카를 단독으로 사용하거나 또는 실리카 이외에 종래 충진제로 사용될 수 있는 성분, 일예로 카본블랙이 실리카와 같이 사용될 수 있다.
본 발명의 고무 조성물에서 실리카는 원료고무 100중량부에 대하여 30∼80중량부 사용될 수 있다.
상기의 실리카가 원료고무 100중량부에 대하여 30중량부 미만 사용되면 고무 조성물에서의 충진제로서의 역할이 미미하고, 80중량부를 초과하여 사용하면 과량의 충진제 사용에 의해 고무 조성물의 물성이 감소할 수 있으므로, 본 발명에서 실리카는 원료고무 100중량부에 대하여 30∼80중량부 사용되는 것이 좋다.
한편, 본 발명의 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물은 상기에서 언급한 원료고무, 브로모 부틸 고무, 트리페닐포스핀 및 충진제 이외에 통상적으로 타이어 트레드 고무 조성물에 사용되는 성분을 포함할 수 있다.
본 발명에서 통상적으로 타이어 트레드 고무 조성물에 사용되는 성분은 발명의 핵심 구성 성분이 아니고 이러한 성분들은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 적의 선택하여 실시할 수 있으므로 이하 통상적으로 타이어 트레드 고무 조성물에 사용되는 성분에 대한 자세한 내용은 생략하기로 한다.
본 발명의 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물에 대해 다양한 조건으로 실시한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기에서 언급한 제동성 및 내마모성이 향상된 고무 조성물로 이루어진 고무를 포함한다.
상기의 고무는 타이어에 사용될 수 있다.
상기의 고무는 타이어의 트레드에 사용될 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 제동성 및 내마모성이 향상된 고무 조성물로 이루어진 고무가 함유된 타이어를 포함한다.
상기의 고무는 타이어의 트레드에 사용될 수 있다.
상기의 타이어는 자동차 타이어, 버스 타이어, 트럭 타이어, 비행기 타이어, 오토바이 타이어, 트레일러 타이어 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
천연고무(NR) 8중량부, 유화 중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 40중량부, 용액 중합 스티렌부타디엔 고무(S-SBR)40중량부 및 부타디엔 고무(BR) 12중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 브로모 부틸 고무(BIIR) 5중량부, 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine, TPP) 2중량부, 카본블랙 10중량부, 실리카 60중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산(stearic acid) 2중량부, 노화방지제(N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민(Kumanox-13)) 2중량부를 밴버리 믹서(Banbury Mixer)에 첨가하고 140℃에서 3분 동안 배합하여 배합물을 얻었다.
상기의 배합물에 가류제로서 황 1.5중량부를 첨가하고 160℃에서 15분 동안 가류하여 고무 시편을 제조하였다.
하기 표 1에 상기의 고무 조성을 정리하여 나타내었다.
<실시예 2>
브로모 부틸 고무(BIIR) 10중량부, 트리페닐포스핀(TPP) 3중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 고무 시편을 제조하였다.
<실시예 3>
브로모 부틸 고무(BIIR) 20중량부, 트리페닐포스핀(TPP) 6중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 고무 시편을 제조하였다.
<비교예>
천연고무(NR) 8중량부, 유화 중합 스티렌 부타디엔 고무(E-SBR) 40중량부, 용액 중합 스티렌부타디엔 고무(S-SBR)40중량부 및 부타디엔 고무(BR) 12중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 브로모 부틸 고무(BIIR) 10중량부, 카본블랙 10중량부, 실리카 60중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 스테아린산(stearic acid) 2중량부, 노화방지제(N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민) 2중량부를 밴버리 믹서에 첨가하고 140℃에서 3분 동안 배합하여 배합물을 얻었다.
상기의 배합물에 가류제로서 황 1.5중량부를 첨가하고 160℃에서 15분 동안 가류하여 고무 시편을 제조하였다.
하기 표 1에 상기의 고무 조성을 정리하여 나타내었다.
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예의 고무 조성
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예
NR 8 8 8 8
E-SBR 40 40 40 40
S-SBR 40 40 40 40
BR 12 12 12 12
BIIR 5 10 20 10
TPP 2 3 6 0
카본블랙 10 10 10 10
실리카 60 60 60 60
산화아연 3 3 3 3
스테아린산 2 2 2 2
노방제 2 2 2 2
황 1.5 1.5 1.5 1.5
*브로모 부틸 고무(BIIR) : Bromo 2wt% 이며, Isoprene 2mol% 인 BIIR(Lanxess BIIR2030)
* 카본블랙: DBP 표면적 114㎡/g, CTAB 90㎡/g
* 실리카 : BET 표면적 150±5m2/g
<시험예>
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예의 고무 시편에 대해 ASTM 규격에 따라 경도, 마모, 제동성, 회전저항 등의 물성을 측정하고 이의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예의 고무의 물성 결과
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예
경도 101 102 103 100
마모(Index) 97 96 94 100
0℃ tanδ 0.375 0.381 0.383 0.350
70℃ tanδ 0.094 0.098 0.097 0.101
*경도는 지수로 표시한 것으로 실시예 1 내지 실시예 3에 대한 경도 수치는비교예의 수치를 100으로 하였을 때 환산한 수치로서 수치가 높을수록 경도가 우수함을 의미한다.
*마모는 지수로 표시한 것으로 실시예 1 내지 실시예 3에 대한 마모 수치는 상온에서 비교예의 고무 시편을 1분 동안 40rpm으로 회전시켜 마모된 고무의 손실량을 100으로 하였을 때 환산한 수치로서 수치가 낮을수록 내마모성이 우수함을 의미한다.
*0℃ tanδ는 젖은 노면에서의 제동성능을 나타내는 척도로서, 수치가 높을수록 우수한 것을 의미한다.
*70℃ tanδ는 회전저항을 나타내는 척도로서, 수치가 낮을수록 우수한 저연비 특성을 나타낸다.
상기 표 2의 결과에서처럼 본 발명의 브로모 부틸 고무 및 트리페닐포스핀이 동시에 첨가된 실시예 1 내지 실시예 3의 고무 시편은 브로모 부틸 고무만을 첨가한 비교예의 고무 시편과 대비시 제동성 및 내마모성이 우수함을 알 수 있었다.
<실시예 4>
브로모 부틸 고무(BIIR) 7.5중량부, 트리페닐포스핀(TPP) 8중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 고무 시편을 제조하였다.
<실시예 5>
브로모 부틸 고무(BIIR) 15중량부, 트리페닐포스핀(TPP) 10중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 고무 시편을 제조하였다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 참조하여 설명하였지만 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 통상의 기술자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의해 제동성 및 내마모성이 타이어를 소비자에게 제공할 수 있어 차량 운전자들의 안전 운전에 도움을 줄 수 있고 또한 타이어 관련 산업 발전에 기여할 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (4)

  1. 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 브로모 부틸 고무(BIIR) 5∼20중량부 및 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine) 8∼10중량부를 포함하는 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 충진제로서 실리카 30∼80중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물.
  3. 청구항 제1항의 고무 조성물로 이루어진 고무.
  4. 청구항 제1항의 고무 조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
KR1020130053092A 2013-05-10 2013-05-10 제동성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물 KR101462518B1 (ko)

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