KR101527859B1 - 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 대한 것으로서, 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 탄소섬유 1 내지 30중량부, 액상 고무 3 내지 60중량부, 및 접착제 1 내지 5중량부를 포함한다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조된 사이드월을 포함하는 타이어는 가벼우면서도 고강도 및 고탄성인 동시에 현저히 개선된 내충격 특성 및 접착성을 나타낸다.

Description

타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE SIDEWALL AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가벼우면서도 고강도 및 고탄성인 동시에 현저히 개선된 내충격 특성 및 접착성을 나타내는 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
타이어에 있어서 사이드월(sidewall)부는 타이어의 옆부분을 지칭하는 것으로 카카스를 보호하고 굴신운동을 통해 승차감을 좋게 하는 역할을 한다. 타이어가 래디얼화되면서 사이드월 부위의 역할이 매우 중요해져 사이드월을 구성하는 반제품의 수명 및 특성에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 수많은 굴신운동에 의한 피로의 누적 및 대기중의 오존층과의 작용에 의한 크랙발생 등의 문제는 아직도 중요한 연구대상으로 남아 있으며, 반제품들을 접착할 때 계면간의 이질성 및 상반된 요구특성에 의해 야기되는 문제점들도 많은 실정이다.
타이어의 고성능화 및 저편평비화 추세에 따라 중요한 역할을 담당하는 사이드월 고무조성물은 타부품과의 접착성, 내피로특성, 내크랙성능과 함께 접착계면에 잔존하는 공기층을 빠르게 제거하는 능력이 요구된다. 그러나 현재의 고무조성물로는 여전히 한계가 있으며, 특히 고속 주행 또는 과중량을 적재한 조건으로 주행하는 경우, 내구성의 저하 문제는 가능한 빨리 해결되어야 하는 문제이다.
한국특허등록 제709979호(2007.04.16 등록)
본 발명의 목적은 가벼우면서도 고강도 및 고탄성인 동시에, 현저히 개선된 내충격 특성 및 접착성을 나타내는 타이어 사이드월용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조된 사이드월을 포함함으로써 개선된 내충격 특성을 나타내는 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물은 원료고무 100중량부, 탄소섬유 1 내지 30중량부, 액상 고무 3 내지 60중량부, 및 접착제 1 내지 5중량부를 포함한다.
상기 원료고무는 천연고무 10 내지 80중량부 및 부타디엔 고무 20 내지 90중량부를 포함할 수 있다.
상기 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유, 레이온계 탄소섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 액상 고무는 용액중합으로 제조된 디엔계 액상 고무일 수 있다.
상기 액상 고무는 80,000 내지 100,000g/mol의 수평균 분자량을 가지며, 말단이 히드록시기로 치환된 액상 폴리이소프렌 고무일 수 있다.
상기 접착제는 로진계 수지, 테르펜계 수지, 석유수지, 콜타르, 알킬 페놀계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 비표면적이 70 내지 100㎡/g 이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡착가가 100 내지 110g/100g이며, 요오드 흡착가가 90 내지 120mg/g 범위인 카본블랙을 원료고무 100중량부에 대하여 40 내지 100 중량부로 더 포함할 수 있다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 보강충진제 20 내지 90중량부, 연화제 150중량부 이하, 가류제 0.5 내지 4중량부, 가류촉진제 0.5 내지 4중량부, 가류촉진조제 0.5 내지 10중량부, 커플링제 1 내지 20중량부, 노화방지제 1 내지 10중량부 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
일반적으로 타이어 사이드월은 트레드에 비해 외부의 충격에 의해 쉽게 찢어지는 문제가 있다. 만약 이로 인해 고속 주행 중에 타이어 펑크가 발생할 경우 위험한 사고를 야기할 수도 있다.
이에 대해 본 발명에서는 사이드월용 고무 조성물의 제조시 액상 고무 및 접착제와 함께 종래 고무 조성물에 사용되는 섬유와 비교하여 인장 강도 및 모듈러스가 높고, 카본 블랙과 같은 충전제에 대해 우수한 접착력을 나타내는 탄소섬유를 이용함으로써, 가벼우면서도 고강도 및 고탄성인 동시에 현저히 개선된 내충격 특성을 나타내는 타이어 사이드월 및 이를 포함하는 타이어를 제조하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 탄소섬유 1 내지 30중량부, 액상 고무 3 내지 60중량부, 및 접착제 1 내지 5중량부를 포함한다.
이하 각 성분별로 상세히 설명한다.
상기한 사이드월 고무 조성물에 있어서, 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 사용할 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, 변성 부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 에틸렌 프로필렌디엔(EPDM) 고무, 비닐 벤질 클로라이드 스티렌 부타디엔 고무, 말레인산 스티렌 부타디엔 고무, 카르복실산 스티렌 부타디엔 고무, 에폭시 이소프렌 고무, 카르복실산 니트릴 부타디엔 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 스티렌 부타디엔 고무는 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무 (Emul-sion-polymerizes Styrene Butadiene Rubber), 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 (Solution-polymerized Styrene Butadiene Rubber) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 합성고무는 바람직하게 부타디엔 고무일 수 있다. 상기 합성고무로는 상기 부타디엔 고무를 사용하는 경우 반발 탄성 및 내마모성의 향상 면에서 유리한 효과가 있다.
상기 원료고무는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 상기 천연고무를 10 내지 80 중량부, 바람직하게는 30 내지 80 중량부로 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 30 내지 75 중량부를 포함할 수 있다. 상기 원료고무가 상기 천연고무를 10 내지 80 중량부로 포함하는 경우 제반 기계적 물성을 향상시킬 수 있고, 피로 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 원료고무는 상기 원료고무 100중량부에 대하여 상기 부타디엔 고무를 20 내지 90중량부, 바람직하게는 20 내지 70중량부로 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 25 내지 70중량부로 포함할 수 있다. 상기 원료고무가 상기 부타디엔 고무를 20 내지 90중량부로 포함하는 경우 반발 탄성을 향상 시킬 수 있고, 저온 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물에 있어서, 탄소섬유는 탄성과 강도가 크기 때문에 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다. 구체적으로 강철 대비 1/5로 가볍고, 강도는 10배 이상이다.
구체적으로 상기 탄소섬유로는 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치계, 또는 레이온계 탄소섬유 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 PAN을 비활성 기체 하에서 1000 내지 2000℃의 고온에서 열처리한 후 섬유화하여 제조되어 리본상의 미세 구조를 갖는 PAN계 탄소섬유가 높은 인장강도를 가져 바람직하며, 또한, 도메인이 섬유 축 방향으로 배열됨으로써 매우 높은 열적, 전기적 특성을 나타내는 핏계 탄소섬유가 바람직할 수 있다.
이와 같은 탄소섬유는 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 30중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 함량범위로 포함될 때 인장탄성율(Tensile modulus), 인장강도(Tensile strength) 및 인성(Toughness)이 10% 이상 현저하게 향상되며, 그 결과로 개선된 내충격 성능을 나타낼 수 있다. 만약 탄소섬유의 함량이 30중량부를 초과하면 모듈러스가 저하되며 신율이 증가하는 등 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 반대로 1 중량부 미만으로 사용하면 상기한 바의 내충격 성능 개선 효과를 충분히 확보할 수 없다.
또한 상기 사이드월 고무 조성물에 있어서, 액상 고무는 충진제의 혼입 및 분산 가공을 용이하게 하고, 가공성이 우수하며, 타이어의 내마모성을 증가시키고, 회전 저항 손실을 감소시키는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 액상 고무로는 액상 천연고무, 액상 폴리이소프렌 고무, 액상 폴리부타디엔 고무, 액상 스티렌부타디엔 고무, 액상 니트릴 고무, 액상 클로로프렌 고무 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서도 용액중합으로 제조된 디엔계 액상 고무가 바람직하며, 천연고무와의 상용성이 우수한 액상 폴리이소프렌 고무가 보다 바람직할 수 있다.
또한 상기 액상 고무는 고무내 이중결합의 수를 수소 첨가반응에 의해 감소시킴으로써 내구성이 개선된 수소첨가된 액상 고무일 수 있으며, 구체적으로는 수소 첨가된 액상 폴리이소프렌 고무일 수 있다.
또한 상기 액상 고무는 충진제에 대해 개선된 접착력을 나타내도록 분자쇄의 측쇄 또는 말단에 히드록시기, 아미노기, 카르복실기, 할로겐원자, 에폭시기, 이소시아네이트기 등의 관능기를 갖는 액상 고무일 수도 있다.
상기 액상 고무는 수평균 분자량이 80,000 내지 100,000g/mol인 것이 바람직할 수 있다. 액상 고무의 수평균 분자량이 80,000g/mol 미만인 경우 가공성면에서는 보다 더 유리하나 낮은 분자량으로 인하여 전체 가류물의 가교밀도를 떨어뜨려 타이어의 내마모성능 및 기계적 특성을 저하시킬 우려가 있다. 한편, 액상 고무의 수평균 분자량이 100,000g/mol을 초과하는 경우에는 가공성을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.
보다 바람직하게는 상기 액상 고무는 1,4-시스 구조를 가지며, 80,000 내지 100,000g/mol의 수평균 분자량을 가지며, 말단이 히드록시기로 치환된 액상 폴리이소프렌 고무일 수 있다.
이와 같은 액상 고무는 원료고무 100중량부에 대하여 3 내지 60중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 만약 액상 고무의 함량이 60중량부를 초과하면 가공성이 저하될 우려가 있고, 3중량부 미만이면 상기한 바의 개선 효과를 얻기 어렵다.
또한 상기한 사이드월 고무 조성물에 있어서, 접착제는 고무와 고무 사이의 접착(tack) 성능을 더욱 향상시켜 주고, 충전제와 같은 기타 첨가제들의 혼합성, 분산성 및 가공성을 개선시켜 고무의 물성 향상에 기여한다.
상기 접착제로는 로진(rosin)계 수지 또는 테르펜(terpene)계 수지와 같은 천연수지계 접착제와, 석유수지, 콜타르(coal tar) 또는 알킬 페놀계 수지 등의 합성수지계 접착제가 사용될 수 있다.
상기 로진계 수지는 로진 수지, 로진 에스터 수지, 수소첨가 로진 에스터 수지, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 테르펜계 수지는 테르펜 수지, 테르펜 페놀 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 석유수지는 지방족계 수지, 산 개질 지방족계 수지, 지환족계 수지, 수소첨가 지환족계 수지, 방향족계(C9) 수지, 수소첨가 방향족계 수지, C5-C9 공중합 수지, 스티렌 수지, 스티렌 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 콜타르는 쿠마론-인덴 수지(coumarone-indene resin)일 수 있다.
상기 알킬 페놀 수지는 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지일 수 있고, 상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지는 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 접착제는 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 5중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 접착제의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5중량부 초과이면 고무 물성이 저하될 수 있고, 반면 1중량부 미만이면 접착 성능이 불리해질 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물은 또한, BET(Brunauer, Emmett, Teller) 비표면적이 70 내지 100㎡/g 이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡착가가 100 내지 110g/100g이며, 요오드 흡착가가 90 내지 120mg/g 범위인 카본블랙을 원료고무 100중량부에 대하여 40 내지 100중량부로 더 포함할 수 있다.
상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 상기 범위를 초과하면 타이어용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있고, 상기 범위 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 카본블랙의 흡착가가 상기 범위를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다. 상기 카본블랙으로 상기 질소흡착 비표면적의 값과 상기 DBP 흡유량 값을 갖는 카본블랙을 충진제로 사용하는 경우, 적절한 보강성과 동시에 적절한 가공성을 갖는 타이어용 고무를 제조할 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.
이러한 카본 블랙은 원료고무 100중량부에 대하여 40 내지 100중량부를 사용하는 것이 바람직한데 그 사용량이 40중량부 미만이면 충분한 보강 효과를 나타내지 못하고, 100중량부를 초과하면 발열 효과를 나타내지 못하여 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물은 상기한 구성성분들 외에도 통상의 첨가제, 일례로 보강충전제로서 실리카 등, 연화제인 프로세스 오일, 가류제인 유황, 가류촉진제인 CBS와 1,3-디페닐구아니딘(DPG), 가류촉진조제인 산화아연, 스테아린산, 분산성 향상을 위한 커플링제 및 노화방지제 등 타이어 고무 조성물에 일반적으로 사용되는 고무배합제를 더 포함할 수 있다.
상기 보강충전제로서 실리카는 그 종류에는 특별한 제한이 없으나, 표면적이 175±20㎡/g, 수분 함량은 8.0 중량% 이하, 이산화규소(SiO2) 함량은 90 중량% 이상인 것이 바람직하다. 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.
또한 상기 보강충전제로서 탄산칼슘, 점토(수화규산알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 등이 사용될 수도 있다.
상기 보강충전제는 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 함량범위로 포함될 때, 고무 조성물내 분산성이 우수하고, 고무 강도의 개선 효과가 우수하다.
그리고, 프로세스 오일로 대표되는 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), 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 3중량% 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 95이상(210℉ SUS), 연화제 내의 방향족 성분이 5 내지 25중량%, 나프탈렌 함량이 25 내지 45중량% 및 파라핀계 함량이 35 내지 65중량%인 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
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 100중량부에 대하여 0 내지 150중량부로 사용하는 것이 원료고무의 가공성을 좋게 한다는 점에서 바람직하다.
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 4중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
또한, 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 100중량부에 대하여 0.5 내지 4중량부로 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 가류촉진조제는 원료고무 100중량부에 대하여 0.5 내지 10중량부로 포함될 수 있다. 또한, 상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 5중량부 및 0.5 내지 3중량부로 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 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 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부로 포함될 수 있다. 상기 커플링제의 함량이 1중량부 미만일 경우 실리카의 분산성 향상이 부족하여 고무의 가공성이 저하되거나 저연비 성능이 저하될 수 있으며, 20중량부를 초과하는 경우 실리카와 고무의 상호작용이 너무 강하여 물성 저하가 발생될 수 있다.
또한, 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 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부로 포함될 수 있다.
한편, 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 통상적인 제조 공정을 통하여 제조될 수 있으며, 구체적으로는 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제 1단계(비생산 단계라고 함) 및 가교결합 시스템이 혼하보디는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제 2단계 (생산 단계라고 함)를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조하는 2단계 연속 제조 공정을 통해 제조될 수 있다.
상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 타이어 사이드 월 조성물은 카카스 토핑고무와 접착하여 사이드월부 형성한다. 이때 트레드, 사이드월, 비드부, 타이고무 시트 및 카카스 코드는 공지된 바의 재질 및 형태 모두가 사용될 수 있으며 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 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.
구체적으로 자동차용 공기입 타이어는 트레드부, 사이드월부 및 비드부로 구성되고, 내부에 타이고무 시트와 접합된 카카스를 구비하며, 상기 카카스가 일정 간격으로 배열된 카카스 코드, 및 상기 카카스 코드 주위를 사이드월 고무층이 둘러싼 구조를 갖는다. 즉, 상기 타이어는 상기 사이드월이 타이어 내부의 공기가 밖으로 빠져나가지 않도록 하는 기능을 하고 이 사이드월로 이루어진 타이어를 제공한다.
도 1은 일반적인 타이어의 단면도이고, 도 2는 도 1의 타이어의 A 부분을 확대한 단면도이다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 사이드월부는 이너라이너(1), 카카스(2) 및 사이드월(3)을 포함한다. 상기 타이어에서의 사이드월은 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조된다.
본 발명의 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조된 사이드월을 포함하는 타이어는 가벼우면서도 고강도 및 고탄성인 동시에 현저히 개선된 내충격 특성을 나타낸다.
도 1은 일반적인 타이어의 단면도이고, 도 2는 도 1의 타이어의 A 부분을 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 월에 탄소섬유가 분산된 형상을 나타낸 모식도이다.
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 실시예 및 비교예에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물을 제조하였다. 구체적으로, 각 조성물을 반바리 믹서에서 혼합하여 마스터 배치를 제조한 후, 170℃에서 15분 동안 가류하여 1.0mm 두께를 가지는 고무 시편을 제조하였다.
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
천연고무(1) 60 60 60 60
부타디엔 고무 40 40 40 40
카본블랙(2) 40 40 40 40
탄소섬유(3) - 10 20 30
액상 고무(4) 7 7 7 7
접착제(5) 1.5 1.5 1.5 1.5
산화아연 2.0 2.0 2.0 2.0
스테아린산 1.0 1.0 1.0 1.0
파라핀오일 5.0 5.0 5.0 5.0
유황 2.0 2.0 2.0 2.0
가류촉진제 0.7 0.7 0.7 0.7
(단위: 중량부)
(1)천연고무: 천연고무(RSS#3)
(2)카본블랙: 질소흡착 비표면적이 83m2/g이고, n-디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량이 102g/100g이며, 요오드 흡착가가 100mg/g인 카본블랙
(3) 폴리아크릴로니트릴 탄소섬유(태광산업사제)
(4) 용액중합에 의해 제조되어 1,4 시스의 미세구조를 갖는 폴리이소프렌 합성고무로, 분자량 87,000g/mol이고 말단기가 히드록시기로 치환된 액상 고무
(5) 알킬 페놀계 수지: P-옥틸페놀/포름알데히드 레진
[ 실험예 1: 섬유의 종류에 따른 물성 비교]
종래 타이어 고무 조성물내 사용되는 다양한 재질의 섬유들에 대하여 물성을 측정 비교하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
물성 단위 탄소 섬유
(TR5DS)		 듀라민
(Duralumin: 2024-T7)		 유리섬유
(E glass)		 아라미드 섬유
(Aramid Fiber: Kevlar 49)		 스테인레스
(Stainless: SUS 304)
밀도 g/cm3 1.82 2.77 2.55 1.45 8.03
인장강도 GPa 4.9 0.4 3.4 3.6 0.5
텐실 모듈러스 GPa 230 74 74 131 197
비강도
(Specific strength)		 106cm 27.5 1.6 13.7 25.5 0.7
비모듈러스
(Specific Moduls)		 108cm 13.5 2.6 2.9 9.2 2.5
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 탄소섬유는 다른 재질의 섬유들에 비해 가볍고, 탄성 및 강도 등의 기계적 물성이 우수하다.
[ 실험예 2: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(1) 텐실 모듈러스: ASTM D412의 방법으로 측정하였다.
(2) 인장강도(Kgf/cm2): ASTM D412의 방법으로 측정하였고, 수치가 높을수록 우수한 강도를나타낸다.
(3) 인성: ASTM D412의 방법으로 측정하였다.
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
텐실 모듈러스 100 105 109 109
인장강도(kgf/cm2) 100 104 111 108
인성 100 103 110 107
상기 표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예의 고무 시편이 비교예에 비해 개선된 물성적 특성을 나타내었다.
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.
1: 이너라이너
2: 카카스
3: 사이드월
3a: 사이드월 조성물
3b: 탄소섬유

Claims (9)

  1. 원료고무 100 중량부,
    폴리아크릴로니트릴 탄소섬유 1 내지 30중량부,
    말단이 히드록시기로 치환된 액상 폴리이소프렌 고무 3 내지 60중량부,및
    접착제 1 내지 5중량부
    를 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료고무는 천연고무 10 내지 80중량부 및 부타디엔 고무 20 내지 90중량부를 포함하는 것인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액상 고무는 용액중합으로 제조된 디엔계 액상 고무인 것인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접착제는 로진계 수지, 테르펜계 수지, 석유수지, 콜타르, 알킬 페놀계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 질소흡착 비표면적이 70 내지 100㎡/g이고, DBP(n-dibutyl Phthalate) 흡착가가 100 내지 110g/100g이며, 요오드 흡착가가 90 내지 120mg/g인 카본블랙을 원료고무 100중량부에 대하여 40 내지 100 중량부로 더 포함하는 것인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 보강충진제 20 내지 90중량부, 연화제 150중량부 이하, 가류제 0.5 내지 4중량부, 가류촉진제 0.5 내지 4중량부, 가류촉진조제 0.5 내지 10중량부, 커플링제 1 내지 20중량부, 노화방지제 1 내지 10중량부 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함하는 것인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  9. 제1항에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조된 사이드월을 포함하는 타이어.
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