KR101496243B1 - 타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명의 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 그리고 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산 0.3 내지 2.0 중량부를 포함한다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 내영구압축 변형율을 저하시키지 않으면서 내열노화성, 내피로성 및 내크랙성이 향상시킬 수 있다.

Description

타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE HUMP STRIP AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내영구압축 변형율을 저하시키지 않으면서 내열노화성, 내피로성 및 내크랙성이 향상시킬 수 있는 타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
일반적으로 트럭 또는 버스 타이어의 험프 스트립은 림과 직접 접촉하는 부위로써 브레이크 드럼에서 발생하는 고온의 열이 림을 통해서 험프 스트립부에 그대로 전달이 되므로 열에 대해 인장 강도 등의 물성 변화가 적도록 내열성이 우수해야 한다. 또한, 차량의 하중이나 지속적인 반복 압축을 받으므로 이에 따른 내피로성과 변형이 적도록 높은 모듈러스가 요구된다.
또한, 최근에는 타이어의 재생성 향상의 요구가 높아지고 있는 상황으로 내구성 향상을 위해 고무의 영구압축 변형율의 중요성이 커지고 있다.
일반적으로 높은 모듈러스 확보 및 영구압축 변형율을 줄이기 위한 트럭 또는 버스용 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 제조하는 방법으로는 다량의 카본블랙을 사용하거나 가류제의 함량을 늘려서 사용하는 방법이 있다.
그러나 다량의 카본블랙을 사용하는 고무 조성물은 모듈러스 확보에는 유리하나, 내피로성 및 내크랙성에서 불리해지며, 혼합 분산성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 가류제의 함량을 늘리게 되면 모듈러스는 상승하나, 내피로성 및 내크랙성 측면에서 불리한 단점이 있다. 이와는 반대로 내피로성 및 내크랙성 향상을 위해 카본블랙이나 가류제의 함량을 줄이게 되면 모듈러스가 낮아지고 내영구압축 변형율이 불리해질 수 있다.
대한민국 공개특허 제2001-0106735호(공개일: 2001.12.07)
본 발명의 목적은 내영구압축 변형율을 저하시키지 않으면서 내열노화성, 내피로성 및 내크랙성이 향상시킬 수 있는 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 그리고 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산 0.3 내지 2.0 중량부를 포함한다.
상기 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112012103790254-pat00001
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 가류제 1.0 내지 2.0 중량부 및 가류촉진제 1.0 내지 2.0 중량부를 더 포함하고, 상기 가류제와 가류촉진제의 중량비는 0.3:1 내지 1.3:1일 수 있다.
상기 가류제는 유황이고, 상기 가류촉진제는 술펜아미드계 가류촉진제일 수 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 75 내지 85 m2/g일 수 있고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 95 내지 110cc/100g인 카본블랙 60 내지 80 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 캐슈 변성 페놀계 수지 3 내지 10 중량부 및 메틸렌 공여체 1 내지 2.5 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 캐슈 변성 페놀계 수지는 하기 화학식 2 내지 4 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 단량체, 포름알데하이드 및 캐슈 쉘 오일(cashew shell oil)을 중합시켜 제조될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112012103790254-pat00002
[화학식 3]
Figure 112012103790254-pat00003
[화학식 4]
Figure 112012103790254-pat00004
상기 화학식 2 내지 4에 있어서, 상기 l, m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수일 수 있다.
상기 메틸렌 공여체는 헥사메틸렌테트라민일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 그리고 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산 0.3 내지 2.0 중량부를 포함한다.
상기 원료고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게 천연고무 및 부타디엔 고무를 포함할 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 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 상기 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산을 가교구조 안정화제로 첨가함에 따라, 내영구압축 변형율을 확보하면서도 내피로성 및 내크랙성을 향상시킬 수 있다.
상기 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112012103790254-pat00005
상기 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.3 내지 2.0 중량부로 포함된다. 상기 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산의 함량이 0.3 중량부 미만인 경우 내열노화성 측면에서 불리해질 수 있고, 2.0 중량부를 초과하는 경우 경도 및 모듈러스가 높아져서 내피로 및 내크랙성이 불리해질 수 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 가류제 1.0 내지 2.0 중량부 및 가류촉진제 1.0 내지 2.0 중량부를 더 포함할 수 있다.
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 1.0 내지 2.0 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 있고, 바람직하게 술펜아미드계 가류촉진제를 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 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1.0 내지 2.0 중량부로 포함될 수 있다.
일반적으로 열 안정성을 향상하기 위해 가류제 보다는 가류촉진제의 양이 많은 가류시스템을 적용한다. 상기 가류제의 함량이 상기 가류촉진제에 비해 많을 경우, 모노설파이드 가교 구조보다는 폴리설파이드 가교 구조가 많이 생성된다. 상기 폴리설파이드 구조는 고무의 동적 피로에는 유리하나, 열에 의해 쉽게 끊어지면서 고무 물성이 저하되는 단점이 있다. 상기 모노설파이드 가교 결합은 상기 폴리설파이드 가교 결합과는 달리 열에 의한 가교 구조의 재배치로 발생되는 고무 미세 구조의 변화가 적기 때문에 타이어 상의 변형 에너지 및 발열을 감소시켜 열 안정성 및 압축 변형에 유리한 특성을 보인다.
이러한 특성을 달성하기 위해 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 상기 가류제와 상기 가류촉진제의 중량비를 0.3:1 내지 1.3:1로 적용하는 것이 바람직하다. 상기 가류촉진제의 중량비가 1.3을 초과하는 경우 고온 노화 시에 인장 강도 및 파단 에너지가 유지되지 못하는 등 열 안정성이 저하될 수 있고, 0.3 미만이면 가교 구조가 모노설파이드 위주 형태로 형성됨으로써 피로 성능 및 내크랙성 측면에서 불리해질 수 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 보강성 충진제로서 카본블랙을 더 포함할 수 있다.
상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 75 내지 85m2/g일 수 있고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 95 내지 110cc/100g인 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 85m2/g을 초과하면 타이어용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있고, 75m2/g미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 카본블랙의 DBP 흡유량이 110cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 95cc/100g 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다.
상기 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 60 내지 80 중량부로 포함될 수 있다. 상기 카본블랙의 함량이 60 중량부 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 80 중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 캐슈 변성 페놀계 수지 3 내지 10 중량부 및 메틸렌 공여체 1 내지 2.5 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 캐슈 변성 페놀계 수지 및 메틸렌 공여체를 더 포함함에 따라 모듈러스를 확보하면서도 내피로성 및 내크랙성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 캐슈 변성 페놀계 수지와 상기 가교구조 안정화제는 황-황 가교 결합보다 열에 안정한 카본 결합을 형성하여 내열 노화성을 향상시킨다. 즉, 상기 캐슈 변성 페놀계 수지는 저 스트레인(low strain)에서의 보강 효과로 높은 모듈러스를 가지면서도 고 스트레인(high strain)에서는 신장율을 확보할 수 있어, 내크랙성 및 내피로성을 향상시킬 수 있으나, 상기 캐슈 변성 페놀계 수지의 사용은 고 스트레인에서의 신장율이 높아서 험프 스트립 부위에 필요한 내영구압축 변형율은 불리해질 수 있는 단점이 있다. 상기 가교구조 안정화제는 상기 캐슈 변성 페놀계 수지의 사용에 따른 상기 단점을 보완해 줄 수 있다.
상기 캐슈 변성 페놀계 수지는 하기 화학식 2 내지 4 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 단량체, 포름알데하이드 및 캐슈 쉘 오일(cashew shell oil)을 중합시켜 제조될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112012103790254-pat00006
[화학식 3]
Figure 112012103790254-pat00007
[화학식 4]
Figure 112012103790254-pat00008
상기 화학식 2 내지 4에 있어서, 상기 l, m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수일 수 있다.
상기 캐슈 변성 페놀계 수지는 다양한 방법으로 제조할 수 있는데, 예를 들어, 산 촉매를 사용하며 페놀, 크레졸 또는 레조시놀 등의 페놀계 단량체를 포름알데히드와 반응시킨 후, 캐슈 오일로 개질시켜 제조할 수 있다. 상기 산 촉매로는 옥살산, 염산, 황산 및 p-톨루엔 설폰산 등을 사용할 수 있다.
상기 캐슈 변성 페놀계 수지의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 3 중량부 미만인 경우 상기 캐슈 변성 페놀계 수지에 의한 보강 효과가 미미할 수 있고, 10 중량부를 초과하는 경우 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 메틸렌 공여체는 헥사메틸렌테트라아민, 헥사메톡시메틸멜라민, 2-니트로-2-메틸프로판올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 바람직하게 헥사메틸렌테트라민을 사용할 수 있다.
상기 메틸렌 공여체의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만인 경우 상기 메킬렌 공여체를 포함하는 효과가 미미할 수 있고, 2.5 중량부를 초과하는 경우에는 가공성이 저하될 수 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 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 타이어 험프 스트립용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
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 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 험프 스트립의 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 험프 스트립용 고무 조성물은 험프 스트립에 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 험프 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 타이어는 트럭 타이어 또는 버스 타이어, 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어 또는 오프로드(off-the-road) 타이어 등일 수 있다. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.
본 발명의 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 내영구압축 변형율을 저하시키지 않으면서 내열노화성, 내피로성 및 내크랙성이 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 험프 스트립용 고무 조성물을 제조하였다. 구체적으로, 하기 표 1과 같은 조성을 반바리 믹서에 첨가하여 고무 조성물을 배합한 다음 150℃에서 30분간 가류시켜 시편을 제조하였다.
( 비교예 1)
천연고무 38 중량부, 부타디엔 고무 62 중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대하여 카본블랙 76 중량부 및 유황 1.3 중량부, 술펜아미드계 촉진제 1.6 중량부를 배합하여 고무 시편을 제조하였다.
( 비교예 2)
카본블랙 84 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하여 고무 시편을 제조하였다.
( 비교예 3)
유황 2.3 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1와 동일하게 실시하여 고무 시편을 제조하였다.
( 비교예 4)
캐슈 변성 페놀 수지 5 중량부, 메틸렌 공여체 1.4 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하여 고무 시편을 제조하였다.
( 실시예 1)
가교구조 안정화제 0.7 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 비교예 4와 동일하게 실시하여 고무 시편을 제조하였다.
( 실시예 2)
캐슈 변성 페놀 수지 2 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 고무 시편을 제조하였다.
( 실시예 3)
유황 1.0 중량부, 술펜아미드계 촉진제 1.2 중량부, 캐슈 변성 페놀 수지 5 중량부, 메틸렌 공여체 3.5 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여 고무 시편을 제조하였다.
( 실시예 4)
메틸렌 공여체 1.4 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하여 고무 시편을 제조하였다.
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
천연고무 38 38 38 38 38 38 38 38
부타디엔 고무 62 62 62 62 62 62 62 62
카본블랙(1) 76 84 76 76 76 76 76 76
유황 1.3 1.3 2.3 1.3 1.3 1.3 1.0 1.0
가류촉진제(2) 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.2 1.2
캐슈 변성 페놀 수지 - - - 5 5 2 5 5
메틸렌 공여체(3) - - - 1.4 1.4 1.4 3.5 1.4
가교구조 안정화제(4) - - - - 0.7 0.7 0.7 0.7
(단위: 중량부)
(1) 카본블랙: HAF급 카본블랙(질소흡착 비표면적이 81m2/g이고, DBP 흡유량이 103cc/100g인 카본블랙
(2) 가류촉진제: N-터트부틸-2-벤조티아질 술펜아미드인 술펜아미드계 촉진제
(3) 메틸렌 공여체: 헥사메틸렌테트라민
(4) 가교구조 안정화제: 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산
[ 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: 미가류 고무를 150℃ 온도에서 가류하여 덤벨 형태의 시편을 제작하여 경도, 모듈러스 등을 측정하였다. 노화 시편은 100℃에서 96 시간 노화 후에 측정하였다.
2) 내피로성: 일정 하중 또는 변위로 반복 피로를 주었을 때, 시편이 끊어지기 직전의 사이클 수를 비교예 1을 기준으로 지수화하여 나타낸 값으로 그 값이 클수록 유리하다.
3) 내크랙성: 시편 중앙부에 일정 길이의 크랙을 인공적으로 만들고 반복 피로를 주었을 때, 일정 사이클 후에 성장한 크랙 길이를 비교예 1을 기준으로 지수화하여 나타낸 값으로 그 값이 낮을수록 내크랙에 유리하다.
4) 내영구압축 변형율: 시편 두께가 일정하도록 힘을 가한 상태로 100℃에서 96 시간 노화 후 힘을 제거했을 때 두께를 측정하여 노화 전 대비 두께의 변형 비율을 비교예 1을 기준으로 지수화하여 나타낸 값으로 그 값이 클수록 내영구압축 변형율이 유리하다.
항목 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
인장
특성		 경도 76 79 83 80 82 81 82 78
100% 모듈러스 50 56 57 47 55 49 54 52
노화 후
100% 모듈러스		 82 90 93 74 83 76 83 79
모듈러스 변화율(%) 164 161 161 157 151 155 154 152
내피로성(지수) 100 97 95 102 98 101 99 102
내크랙성(지수) 100 95 89 103 101 98 97 103
내영구압축변형율(지수) 100 105 104 97 102 100 102 100
상기 표 2의 비교예 1 및 2를 참조하면, 카본블랙의 함량을 늘릴 경우 모듈러스 변화율은 낮아졌으나 모듈러스 상승으로 인하여 내피로성 및 내크랙성은 불리한 결과를 보인다.
또한, 비교예 3를 참조하면, 유황의 양을 늘릴 경우 역시 모듈러스 변화율은 낮아졌으나 모듈러스 상승에 따른 내피로성 및 내크랙성이 불리함을 알 수 있다.
또한, 비교예 4에서는 비교예 1에 캐슈 변성 페놀 수지 및 메틸렌 공여체를 적용하여 비교예 1 대비 내크랙성 및 내피로성은 유리하였으나, 내영구압축 변형율이 불리함을 알 수 있다.
반면, 실시예 1의 경우 비교예 4에 가교구조 안정화제를 첨가함으로써 비교예 4 대비 내영구압축 변형율이 향상되었음을 알 수 있다. 다만, 실시예 1의 경우 모듈러스의 상승이 커서 내피로성이 다소 불리함을 알 수 있다.
실시예 2에서는 내피로성 향상을 위해 캐슈 변성 페놀 수지의 함량을 감량하여 내피로성은 확보를 하였으나, 캐슈 변성 페놀 수지에 대하여 메틸렌 공여체의 함량이 상대적으로 많아서 크랙이 발생할 수 있는 지점이 많아져서 내크랙성이 불리함을 확인할 수 있다.
실시예 3에서는 가류제 및 가류촉진제의 함량을 줄이고 캐슈 변성 페놀 수지와 메틸렌 공여체의 함량을 늘렸으나, 캐슈 변성 페놀 수지와 메틸렌 공여체의 함량이 많아서 모듈러스가 상승하여 내피로성과 내크랙성이 불리함을 알 수 있다.
실시예 5는 실시예 1의 내피로성 향상을 위해 가류제 및 가류촉진제의 함량을 조절함으로써 실시예 1에서 불리했던 내피로성을 향상시킨 결과를 보이고 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 (9)

  1. 원료고무 100 중량부,
    메틸렌 공여체 1 내지 2.5 중량부,
    1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산 0.3 내지 2.0 중량부,
    가류제 1.0 내지 2.0 중량부 및
    가류촉진제 1.0 내지 2.0 중량부를 포함하는 타이어 험프 스트립용 고무 조성물로서,
    상기 가류제와 가류촉진제의 중량비가 0.3:1 내지 1.3:1인 타이어 험프 스트립용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 타이어 험프 스트립용 고무 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112012103790254-pat00009
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가류제는 유황이고, 상기 가류촉진제는 술펜아미드계 가류촉진제인 것인 타이어 험프 스트립용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 75 내지 85 m2/g일 수 있고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 95 내지 110cc/100g인 카본블랙 60 내지 80 중량부를 더 포함하는 것인 타이어 험프 스트립용 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 캐슈 변성 페놀계 수지 3 내지 10 중량부를 더 포함하는 것인 타이어 험프 스트립용 고무 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 캐슈 변성 페놀계 수지는 하기 화학식 2 내지 4 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 단량체, 포름알데하이드 및 캐슈 쉘 오일(cashew shell oil)을 중합시켜 제조된 것인 타이어 험프 스트립용 고무 조성물.
    [화학식 2]
    Figure 112012103790254-pat00010

    [화학식 3]
    Figure 112012103790254-pat00011

    [화학식 4]
    Figure 112012103790254-pat00012

    (상기 화학식 2 내지 4에 있어서, 상기 l, m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이다)
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메틸렌 공여체는 헥사메틸렌테트라민인 것인 타이어 험프 스트립용 고무 조성물.
  9. 제1항에 따른 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
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