KR101614131B1 - 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 관한 것으로서, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 카본블랙 50 내지 200중량부, 및 펠렛형(pellet type) 식물계 수지를 분쇄하여 제조된 파우더형(powder type) 식물계 수지 50 내지 200 중량부를 회분식 방법에 의해 반응시켜 제조된 웨트 마스터배치(wet masterbatch) 50 내지 200 중량부; 원료고무 60 내지 70 중량부; 그리고 카본블랙 50 내지 200 중량부를 포함함으로써, 고하중, 고슬립 및 고속 조건하에서 우수한 그립 성능과 내마모 성능을 나타내며, 그 결과로 초고성능 타이어의 제조에 유용하다.

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 고하중, 고슬립 및 고속 조건하에서 그립 성능 및 내마모 성능이 향상되어 초고성능 타이어의 제조에 유용한 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
최근 높은 차량 퍼포먼스(고하중, 고슬립 및 고속 조건)를 발휘하는 하이 앤드(High End)급 차량 개발 및 높은 퍼포먼스를 만족시키기 위한 튜닝 산업 발달에 따라, 타이어의 높은 요구성능 역시 요구되는 실정이다. 이러한 요구 성능을 만족시키지 못할 경우, High End급 차량 시장 진입이 불가하며, 이는 기업의 매출과 직결되고, 특히 High End급 차량 공급여부는 타이어의 성능과 직결되므로, 반드시 진입해야만 하는 시장 중 하나이다.
일반적으로 초고성능 타이어의 성능은 고하중, 고슬립 및 고속 조건하에서 높은 그립력과 내마모성능 향상을 요구한다. 특히, High End급 차량 개발의 높은 차량 퍼포먼스를 만족시키기 위해, 보강성 충진제를 다량 포함하는 경우, 내구 성능은 향상되나 그립 성능이 저하됨으로써 타이어의 전체적인 퍼포먼스가 크게 저하되는 경향을 보인다. 또, 고하중, 고슬립 및 고속 조건하에서 높은 그립력과 내마모성능 향상을 위해 석유계 수지를 다량 포함하는 경우, 석유계 수지의 불균일 분산의 우려가 있고, 이로 인해 타이어 트레드용 고무 조성물의 가공성 저하 및 물성의 균일성 확보의 어려움 등의 문제가 있다.
본 발명의 목적은 고하중, 고슬립 및 고속 조건하에서의 그립 성능 및 내마모 성능이 향상되어 초고성능 타이어의 제조에 유용한 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.
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, 웨트 마스터배치(wet masterbatch) 50 내지 200 중량부; 원료고무 60 내지 70 중량부; 그리고 카본블랙 50 내지 200 중량부를 포함하며, 상기 웨트 마스터배치가 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 카본블랙 50 내지 200중량부, 및 펠렛형(pellet type) 식물계 수지를 분쇄하여 제조된 파우더형(powder type) 식물계 수지 50 내지 200 중량부를 회분식 방법에 의해 반응시켜 제조된 것이다.
상기 웨트 마스터배치에 있어서, 스티렌-부타디엔 라텍스는 스티렌 함량이 40 내지 60 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 15 내지 45 중량%인 것일 수 있다.
또, 상기 파우더형 식물계 수지는 1 내지 3mm의 평균입경을 갖는 것일 수 있다.
또, 상기 식물계 수지는 세사미 수지(sesame resin), 선플라워 수지(sunflower resin), 코코넛 수지(coconut resin), 팜 수지(palm resin), 팜 핵 수지(palm kernel resin), 소이 빈 수지(soya bean resin), 라이스 수지(rice resin), 올리브 수지(olive resin), 제라늄 수지(geranium resin), 카모마일 수지(chamomile resin), 티트리 수지(tea tree resin), 레몬 수지(lemon resin), 쟈스민 수지(jasmine resin), 로즈 수지(rose resin), 라벤더 수지(lavender resin), 카멜리아 수지(camellia resin), 캐스터 수지(caster resin), 코튼 씨드 수지(cotton seed resin), 린씨드 수지(linseed resin), 평지씨 수지(rape seed resin), 낙화생 수지(arachis resin), 로진 수지(rosin resin), 송진 수지(pine resin), 톨 수지(tall resin), 콘 수지(corn resin), 새플라워 수지(safflower resin), 호호바 수지(jojoba resin), 마카다미아넛트 수지(macadamia nut resin), 텅 수지(tung resin) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
또, 상기 웨트 마스터배치는 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여 가공오일을 40 내지 200 중량부로 더 첨가하여 제조된 것이며, 상기 가공오일은 가공오일 총 중량에 대하여 방향족계 성분을 35±5 중량%, 나프텐계 성분을 28±5 중량%, 파라핀계 성분을 38±5 중량%로 포함하는 것일 수 있다.
또, 상기 가공오일은 PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) 중의 한 성분인 벤조(a)피렌(Benzo(a)pyrene, BaP)의 함량이 1ppm 이하이고, 벤조(a)피렌, 벤조(e)피렌(Benzo(e)pyren, BeP), 벤조(a)안트라센(Benzo(a)anthracene, BaA), 크라이센(Chrysen, CHR), 벤조(b)플루란텐(Benzo(b)fluoranthene, BbFA), 벤조(j)플루란텐(Benzo(j)fluoranthene, BjFA), 벤조(k)플루란텐(Benzo(k)fluoranthene, BkFA), 및 디벤조(a,h)안트라센(Dibenzo(a,h)anthracene)의 8종류의 PAH 함량의 합이 10ppm 이하인 것일 수 있다.
또, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물 및 웨트 마스터배치에서의 카본블랙은 각각 독립적으로 요오드 흡착량이 200 내지 1000mg/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 150 내지 800ml/100g인 것일 수 있다.
그리고, 상기 원료고무는 스티렌 함량이 30 내지 50 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 40 내지 65 중량%이고, 오일 함량이 5 내지 45중량%이며, 유리 전이 온도가 -19 내지 -29℃인 스티렌-부타디엔 고무를 포함하는 것일 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 1) 웨트 마스터배치(wet masterbatch) 50 내지 200 중량부, 2) 원료고무 60 내지 70 중량부, 그리고 3) 카본블랙 50 내지 200 중량부를 포함한다.
이하 각 구성 성분별로 상세히 설명한다
1) 웨트 마스터배치
상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서 1) 웨트 마스터배치는 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 카본블랙 50 내지 200중량부, 및 펠렛형(pellet type) 식물계 수지를 분쇄하여 제조된 파우더형(powder type) 식물계 수지 50 내지 200 중량부를 회분식 방법에 의해 반응시켜 제조된다.
구체적으로, 상기 웨트 마스터배치는 회분식 반응기에 물을 넣고, i) 스티렌-부타디엔 라텍스, ii) 카본블랙, iii) 파우더형 식물계 수지 및 iv) 가공오일을 상기 반응기에 투입한 후, 50 내지 95℃에서 3 내지 9 시간 동안 회분식 방법에 중합 반응시킨다. 상기 반응 후, 반응물을 교반시키면서 수분을 증발시키고, 롤을 통과시켜 시트형으로 압출시킴으로써 웨트 마스터배치를 제조할 수 있다.
이때 상기 i) 스티렌-부타디엔 라텍스, ii) 카본블랙, iii) 파우더형 식물계 수지 및 iv) 가공오일의 분산성을 높이기 위해 분산제를 이용할 수도 있다. 상기 분산제는 통상 웨트 마스터배치의 제조시에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하다.
또, 상기 웨트 마스터배치 제조시 반응 온도가 50℃ 미만이면 원료간 합성 반응이 일어나지 않을 우려가 있고, 95℃를 초과하면 반응기내 물의 증발로 분산성이 저하될 우려가 있다. 또, 상기 웨트 마스터배치 제조시 반응 시간이 3 시간 미만이면 원료간 합성반응이 일어나지 않을 우려가 있고, 또 9 시간을 초과할 경우 추가의 반응 진행이 없으므로, 9시간을 초과하는 것은 불필요하다.
상기 웨트 마스터배치의 제조에 사용되는 i) 스티렌-부타디엔 라텍스는 스티렌 함량이 40 내지 60 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 15 내지 45 중량%일 수 있다. 상기 스티렌-부타디엔 라텍스는 트레드 컴파운드의 유리 전이 온도(Tg)를 높여 그립 성능을 향상시킬 수 있다.
다만, 그립 성능을 향상시킬 목적으로 상기 스티렌-부타디엔 라텍스를 사용하여 배합을 할 경우, 가공성 및 분산성에 매우 불리한 경우가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 스티렌-부타디엔 라텍스를 상호 보완성이 우수한 초미립자 카본블랙 및 분산성이 우수한 파우더형 식물계 오일과 함께 사용한다.
즉, 상기 스티렌-부타디엔 라텍스는 높은 스티렌 함량을 지녔음에도 불구하고 높은 점도 및 핸들링이 어려워서, 배합시 가공성 및 핸들링, 분산성 등 다양한 측면에서 불리한 면이 있으므로, 상기 스티렌-부타디엔 라텍스의 장점을 살리고 단점을 극복하기 위해, 보다 우수한 분산성을 갖는 파우더형 식물계 수지를 사용함으로써 배합 과정시 핸들링 및 분산성을 향상시킬 수 있으며, 상기 웨트 마스터배치를 타이어 트레드용 고무 조성물에 적용하여 높은 유리 전이 온도(Tg)를 가지며, 고속 주행 시 빠른 그립 성능을 가지는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조할 수 있다.
상기 웨트 마스터배치의 제조에 있어서 ii) 카본블랙으로는 요오드 흡착량이 200 내지 1000mg/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 150 내지 800ml/100g인 초고밀도 카본블랙이 바람직할 수 있다. 상기와 같은 물성적 특징을 갖는 초고밀도 카본블랙을 사용하는 경우 주행시 고발열의 특징으로 히스테리시스를 높일 수 있다.
상기와 같은 ii) 카본블랙은 i) 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여 50 내지 200중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 만약 상기 ii) 카본블랙의 함량이 50 중량부 미만인 경우 카본블랙 사용에 따른 보강성 개선효과가 미미하고, 200중량부를 초과하는 경우 카본블랙 자체의 분산성 저하로 타이어 트레드용 고무 조성물의 물성이 저하될 우려가 있다. 카본블랙 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 ii) 카본블랙은 i) 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 70 내지 120중량부로 사용되는 것이 보다 바람직할 수 있다.
또, 상기 웨트마스터 배치의 제조에 있어서 iii) 식물계 수지는 50 내지 90℃의 연화점을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 상기한 연화점 조건을 충족하는 식물계 반응시간내 분산성이 최대화 될 수 있다. 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 식물계 수지는 70 내지 90℃의 연화점을 갖는 것이 보다 바람직할 수 있다.
구체적으로, 상기 식물계 수지로는 세사미 수지(sesame resin), 선플라워 수지(sunflower resin), 코코넛 수지(coconut resin), 팜 수지(palm resin), 팜 핵 수지(palm kernel resin), 소이 빈 수지(soya bean resin), 라이스 수지(rice resin), 올리브 수지(olive resin), 제라늄 수지(geranium resin), 카모마일 수지(chamomile resin), 티트리 수지(tea tree resin), 레몬 수지(lemon resin), 쟈스민 수지(jasmine resin), 로즈 수지(rose resin), 라벤더 수지(lavender resin), 카멜리아 수지(camellia resin), 캐스터 수지(caster resin), 코튼 씨드 수지(cotton seed resin), 린씨드 수지(linseed resin), 평지씨 수지(rape seed resin), 낙화생 수지(arachis resin), 로진 수지(rosin resin), 송진 수지(pine resin), 톨 수지(tall resin), 콘 수지(corn resin), 새플라워 수지(safflower resin), 호호바 수지(jojoba resin), 마카다미아넛트 수지(macadamia nut resin), 또는 텅 수지(tung resin) 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이중에서도 식물계 수지 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 콘 수지가 보다 바람직할 수 있다.
상기 파우더형 식물계 수지는 펠렛형 식물계 수지를 분쇄함으로써 제조될 수 있다.
상기 펠렛형 식물계 수지에 대한 분쇄 공정은 믹서기 등 통상의 분쇄 방법에 따라 실시될 수 있으며, 최종 제조되는 파우더형 식물계 수지의 평균입자 직경이 1 내지 3mm이 되도록 실시되는 것이 바람직하다. 파우더형 식물계 수지의 평균입자 직경이 1mm 미만이면 파우더형 식물계 수지 입자간 응집으로 인해 분산성이 저하될 우려가 있고, 3mm를 초과하면 파우더형의 식물계 수지 자체의 분산성이 낮아 그립 성능이 저하될 우려가 있다.
상기와 같은 방법에 의해 제조된 파우더형의 식물계 수지는 특유의 형상으로 인해 통상의 식물계 수지 입자, 구체적으로 펠렛형 식물계 수지에 비해 웨트 마스터배치의 제조시 현저히 개선된 분산성을 나타낸다. 그 결과 웨트 마스터배치의 제조시 통상 사용되는 가공오일을 대체하여 파우더형 식물계 수지 단독으로도 사용될 수 있으며, 가공오일이나 또는 펠렛형 식물계 수지를 사용한 경우에 비해 고하중, 고슬립 및 고속 조건하에서 그립 성능 및 내마모 성능을 발란스 좋게 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 iii) 파우더형 식물계 수지는 i) 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 30 내지 100중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 파우더형 식물계 수지의 함량이 30중량부 미만인 경우 식물계 수지 사용에 따른 개선효과가 미미하고, 100중량부를 초과하는 경우 분산성이 저하되어 가공시 불균일 분산에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물의 물성이 저하될 우려가 있다. 또, 식물계 수지 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 iii) 파우더형 식물계 수지는 i) 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 50 내지 100중량부로 사용되는 것이 보다 바람직할 수 있다.
상기 웨트 마스터배치는 상기한 바와 같이, 기존에 웨트 마스터배치 내 사용되는 가공 오일을 파우더형 식물계 오일로 대체한 것이나, 상기 웨트 마스터배치는 소량의 iv) 가공오일을 포함할 수도 있다. 즉, 상기 웨트 마스터 배치는 가공오일을 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 40 내지 200 중량부로 더 첨가하여 제조될 수 있으며, 이 경우 상기 스티렌-부타디엔 라텍스, 및 상기 카본블랙의 분산성을 더욱 개선할 수 있다.
상기 웨트마스터 배치의 제조시 iv) 가공오일은 가공오일 총 중량에 대하여 방향족계 성분을 35±5 중량%, 나프텐계 성분을 28±5 중량%, 파라핀계 성분을 38±5 중량%로 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
또, 상기 가공오일은 PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) 중의 한 성분인 벤조(a)피렌(Benzo(a)pyrene, BaP)의 함량이 1ppm 이하이고, 벤조(a)피렌, 벤조(e)피렌(Benzo(e)pyren, BeP), 벤조(a)안트라센(Benzo(a)anthracene, BaA), 크라이센(Chrysen, CHR), 벤조(b)플루란텐(Benzo(b)fluoranthene, BbFA), 벤조(j)플루란텐(Benzo(j)fluoranthene, BjFA), 벤조(k)플루란텐(Benzo(k)fluoranthene, BkFA), 및 디벤조(a,h)안트라센( Dibenzo(a,h)anthracene)의 8종류의 PAH 함량의 합이 10ppm 이하인 친환경 잔여 아로마틱 추출 오일(Residual Aromatic Extract oil, RAE 오일)이 보다 바람직할 수 있다.
2) 원료고무
한편, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서 2) 원료고무는 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 공액 디엔방향족 비닐 공중합체, 나이트릴 공액 디엔 공중합체, 수소화 NBR, 수소화 NBR, 올레핀 고무, 말레산으로 변형된 에틸렌-프로필렌 고무, 부틸 고무, 이소부틸렌과 방향족비닐 또는 디엔모노머의 공중합체, 아크릴 고무, 이오노머, 할로겐화 고무, 또는 클로로프렌 고무 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 원료고무의 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 원료고무가 스티렌-부타디엔 고무를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
또, 상기 스티렌-부타디엔 고무는 회분식 방법에 의해 용액중합된 고무로, 스티렌 함량이 30 이내 50중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 40 내지 65 중량%이며, 오일 함량이 5내지 45 중량%이며, Tg가 -19 내지 -29℃인 것이 바람직하다. 또, 상기 스티렌-부타디엔 고무는 상기한 조건과 함께 중량 평균 분자량이 400,000 이내 1000,000g/mol이고, 분자량 분포가 1.1 이하인 것이 보다 바람직할 수 있다.
이때 상기 오일은 구체적으로, 가공오일 총 중량에 대하여 방향족계 성분을 35±5 중량%, 나프텐계 성분을 28±5 중량%, 파라핀계 성분을 38±5 중량%로 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 또, 상기 가공오일은 PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) 중의 한 성분인 벤조(a)피렌(Benzo(a)pyrene, BaP)의 함량이 1ppm 이하이고, 벤조(a)피렌, 벤조(e)피렌(Benzo(e)pyren, BeP), 벤조(a)안트라센(Benzo(a)anthracene, BaA), 크라이센(Chrysen, CHR), 벤조(b)플루란텐(Benzo(b)fluoranthene, BbFA), 벤조(j)플루란텐(Benzo(j)fluoranthene, BjFA), 벤조(k)플루란텐(Benzo(k)fluoranthene, BkFA), 디벤조(a,h)안트라센( Dibenzo(a,h)anthracene)의 8종류의 PAH 함량의 합이 10ppm 이하인 친환경 잔여 아로마틱 추출 오일(Residual Aromatic Extract oil, RAE 오일)이 보다 바람직할 수 있다.
상기한 구성 요건과 중량평균 분자량 및 분자량 분포의 물성적 요건을 충족하는 용액중합 스티렌-부타디엔 고무의 사용시 고하중?고슬립?고속조건하에서의 그립성능을 보다 개선시킬 수 있다.
3) 카본블랙
상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 보강제로 사용가능한 카본블랙은 앞서 1) 웨트 마스터배치에 사용된 카본블랙과 동일한 것일 수 있다. 구체적으로는 요오드 흡착량이 200 내지 1000mg/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 150 내지 800ml/100g인 초고밀도 카본블랙가 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기 1) 웨트 마스터배치를 50 내지 200 중량부, 상기 2) 원료고무를 60 내지 70 중량부, 그리고 상기 3) 카본블랙을 50 내지 200 중량부로 포함할 수 있다. 상기 웨트 마스터배치의 함량이 50 중량부 미만인 경우 웨트 마스터배치의 사용에 따른 개선효과가 미미하고, 200 중량부를 초과하는 경우, 반응시 발열로 인해 분산 시간을 감소시켜야 하고, 이로 인해 분산도가 저하될 우려가 있다. 또, 상기 원료고무의 함량이 60 중량부 미만이면 고하중, 고슬립 및 고속 조건하 그립 성능이 저하될 수 있고, 70 중량부를 초과하면 내구 성능에 불리할 수 있으며, 상기 카본블랙의 함량이 50 중량부 미만인 경우 내구 및 그립 성능 향상 효과가 미미할 수 있고, 200 중량부를 초과하는 경우 그립 성능 발현에 많은 시간이 소비되며, 높은 발열에 의해 가공성이 불리할 수 있다.
4) 기타첨가제
또, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기한 1) 내지 3)의 구성성분들 외에 선택적으로 보강성 충진제, 가공오일, 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 노화방지제 또는 점착제 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.
구체적으로, 상기 보강성 충진제는 통상 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 구체적인 예로는 실리카가 사용될 수 있다.
상기 실리카로는 침강실리카 등과 같은 습식법 또는 건식법으로 제조된 것이 사용될 수 있고, 또 시판품으로는 Ultrasil 7000Gr™ (Evonik사제), Ultrasil 9000Gr™ (Evonik사제), Zeosil 1165MP™ (Rhodia사제), Zeosil 200MP™ (Rhodia사제) 또는 Zeosil 195HR™ (Rhodia사제) 등이 사용될 수 있다.
이중에서도 실리카의 타이어 트레드용 고무 조성물에 대한 보강성능 개선 효과 및 가공성을 고려할 때, 상기 실리카는 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 160 내지 180㎡/g, 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyl trimethyl ammonium bromide, CTAB) 흡착 비표면적이 150 내지 1170㎡/g인 것이 바람직할 수 있다. 상기 실리카의 질소흡착 비표면적 및 CTAB 흡착 비표면적 조건은 동시에 충족하여야 하는 물성적 요건으로서, 질소흡착 비표면적의 조건을 충족하더라도 실리카의 CTAB흡착 비표면적이 150㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 반면, 170㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또, CTAB 흡착 비표면적을 조건을 충족하더라도 실리카의 질소흡착 비표면적이 160m2/g 미만일 경우 보강성이 저하되고, 180m2/g를 초과할 경우 분산성 저하로 인해 타이어의 물성 및 가공성이 저하될 수 있다.
상기와 같은 실리카는 원료고무 100 중량부에 대하여 70 내지 100중량부로 포함될 수 있다. 상기 실리카의 함량이 70 중량부 미만인 경우에는 고무의 강도 향상이 부족하고 타이어의 제동 성능이 저하될 수 있으며, 상기 실리카의 함량이 100 중량부를 초과하는 경우에는 내마모 성능 및 저연비 성능이 저하될 수 있다.
또, 보강성 충진제로서 실리카가 선택적으로 더 사용될 경우, 고무내 실리카의 분산성 개선을 위해 실란 커플링제가 함께 사용되는 것이 바람직하다. 상기 실란커플링제의 첨가시 실리카는 실란 커플링제와의 반응을 통해 고무 내에서 친유기성으로 개질되면서 고무와 화학적으로 결합된다. 이와 같이 실리카의 표면화학적 특성이 변형될 경우 고무 내에서 실리카의 움직임이 제한되어 히스테리시스가 낮아지고, 그 결과로 고무 조성물의 발열 및 회전저항을 낮출 수 있다.
상기 실란 커플링제는 통상 고무 조성물에서 실리카에 대한 커플링제로서 사용되는 것이라면 특별한 한정없이 사용가능하다. 구체적으로는 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 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 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 혼합물로 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.
상기한 실란 커플링제 중에서도 입자상으로의 제조시 가공성, 카본블랙과의 혼화성, 및 실리카에 대한 커플링 효과를 고려할 때 설파이드계 실란 화합물이 바람직할 수 있으며, 이중에서도 비스-(3-(트리에톡시실릴)-프로필)-디설파이드(bis-(3-(triethoxysilyl)-propyl)-disulfide: TESPD) 또는 비스-(3-(트리에톡시실릴)-프로필)-테트라설파이드(bis-(3-(triethoxysilyl)-propyl)-tetrasulfide: TESPT)가 보다 바람직할 수 있다.
상기 실란커링제는 원료고무 100중량부에 대하여 10 내지 20중량부로 사용되는 것이 바람직하다.
또, 기타 첨가제로서, 상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가되는 것으로, 고무 배합시나 고무 제조시에 사용되는 가공오일류를 의미한다. 상기 연화제로는 석유계 오일, 식물 유지 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 'PAHs'라고 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 1 내지 10 중량부, 혹은 5 내지 10중량부로 포함되는 것이 원료고무의 가공성을 좋게 한다는 점에서 바람직하다.
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 2중량부로 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 1.5 내지 3.5 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.
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 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 6중량부로 포함될 수 있다.
상기 점착제는 고무와 고무 사이의 접착(tack) 성능을 더욱 향상시켜 주고, 충전제와 같은 기타 첨가제들의 혼합성, 분산성 및 가공성을 개선시켜 고무의 물성 향상에 기여한다.
상기 점착제로는 로진(rosin)계 수지 또는 테르펜(terpene)계 수지와 같은 천연수지계 점착제와 석유수지, 콜타르(coal tar) 또는 알킬 페놀계 수지 등의 합성수지계 점착제를 사용할 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 점착제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 2 내지 4 중량부로 포함될 수 있다. 상기 점착제의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 2 중량부 미만이면 접착 성능이 불리해질 수 있고, 4 중량부 초과이면 고무 물성이 저하될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 통상적인 2단계의 연속 제조 공정을 통하여 제조될 수 있다. 즉, 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1 단계 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스)에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수 있다. 상기 고무 구성 요소로는 사이드월, 사이드월 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer), 와이어 코트 또는 이너라이너 등을 들 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.
상기 타이어는 LTR(light truck radial) 타이어, UHP(ultra high performance) 타이어, 경주용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 승용차용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 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.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 고하중, 고슬립 및 고속 조건하에서의 높은 그립력과 내마모 성능이 향상되어 초고성능 타이어의 제조에 유용하다.
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.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 3 비교예 4
웨트 마스터배치1) 190 190 190 190 190 190 190 190
상기 웨트 마스터배치의 구성 스티렌-부타디엔 라텍스 100 100 100 100 100 100 100 100
카본블랙 140 140 140 140 140 140 140 140
파우더형 콘 수지
(평균입자직경 2mm)		 - 40 70 100 140 200 210 -
펠렛형 콘 수지
(가로 1cmx세로 0.5cm)		 - - - - - - - 70
RAE오일 140 100 70 40 - - - 70
원료고무2) 60 60 60 60 60 60 60 60
카본블랙3) 100 100 100 100 100 100 100 100
석유계 수지4) 20 - - - - - - -
노화방지제 6 6 6 6 6 6 6 6
가류제 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
가류촉진제 3 3 3 3 3 3 3 3
단위: 중량부
1) 웨트 마스터배치: 스티렌 함량이 40 내지 60 중량%, 부타디엔 내의 비닐 함량이 15 내지 45 중량%인 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여; 요오드 흡착량이 200 내지 1000mg/g이고, DBP 흡유량이 150 내지 800cc/100g인 카본 블랙; 그리고 방향족계 성분을 35±5 중량%, 나프텐계 성분을 28±5 중량%, 파라핀계 성분을 38±5 중량%로 포함하는 RAE 오일; 그리고 50 내지 90℃의 연화점을 갖는 펠렛형 또는 파우더형 콘 수지(corn resin)를 상기 표 1에 기재된 함량으로 각각 물이 들은 반응기에 넣고 분산제를 이용하여 분산시킨 후, 95℃에서 6시간 동안 회분식 방법에 의해 반응시켜 제조한 웨트 마스터 배치 고무.
이때, 파우더형 콘 수지는 펠렛형 콘 수지(가로 1cm x세로 0.5cm)를 믹서기로 분쇄하여 파우더형으로 재가공하여 제조하였다(평균입자직경 2mm).
2) 원료고무: 스티렌 함량이 30 내지 50 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 40 내지 65 중량%이고, RAE 오일함량이 4 내지 45중량%이며, Tg가 -19 내지 -29℃이고, 회분식 방법에 의해 중합 제조한 용액중합 스티렌-부타디엔 고무
3) 카본블랙: 요오드(I2) 흡착량이 200 내지 1000 mg/g, DBP 흡유량이 150 내지 800ml/100g을 지니는 초미립자 카본블랙
4) 석유계 수지: 연화점이 50 내지 90℃인 석유계 수지
[실험예 1: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 하기와 같은 방법으로 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
- Tg는 고무의 상이 변하는 시점을 나타내는 것으로, 초고성능 레이싱 타이어의 경우 Tg가 높을수록, 고속주행, 급제동시 그립 성능이 우수하다.
- 300% 모듈러스는 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.
- 점탄성은 RDS 측정기를 사용하여 0.5% 변형(strain)에 10Hz Frequency 하에서 -60℃에서 80℃ 까지 G', G", tan δ를 측정하였다. 60℃ tanδ는 회전저항 특성을 나타내는 것으로서, 초고성능 타이어의 경우 수치가 높을수록 그립 성능이 우수함을 나타낸다.
비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예3 비교예4
WMB Tg -39 -30 -29 -29 -28 -28 -27 -30
Comp'd Tg -31 -21 -20 -20 -19 -20 -21 -21
300% 모듈러스 62 62 62 63 62 58 55 62
60℃ tan δ 0.221 0.229 0.236 0.245 0.257 0.261 0.260 0.220
또한, 상기 비교예 및 실시예의 고무로 트레드를 만들고 이 트레드 고무를 반제품으로 포함하는 240/640R18 F200 규격의 타이어를 제조였다. 제조한 타이어에 대해 마른 노면에서의 마모 성능, 마른 노면상 제동 성능, 그립율(Grip rate)을 측정하고, 그 결과를 비교예1의 결과에 대한 상대 비율로 하기 표 3에 나타내었다.

 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예3 비교예4
마모 성능 100 100 101 101 100 101 100 95
그립율 100 110 116 119 125 134 131 105
상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, 웨트 마스터배치에 식물계 수지를 적용하여 사용한 실시예 1 내지 3의 경우 Tg값도 상승하고, 마모성능은 유지되며, 그립성능이 비교예 대비 30%이상 향상되는 우수한 제동성능을 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.

Claims (9)

  1. 웨트 마스터배치(wet masterbatch) 50 내지 200 중량부,
    원료고무 60 내지 70 중량부, 그리고
    카본블랙 50 내지 200 중량부를 포함하며,
    상기 웨트 마스터배치가 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여, 카본블랙 50 내지 200중량부, 및 펠렛형(pellet type) 식물계 수지를 분쇄하여 제조된 파우더형(powder type) 식물계 수지 50 내지 200 중량부를 회분식 방법에 의해 반응시켜 제조된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로,
    상기 타이어 트레드용 고무 조성물 및 웨트 마스터배치에 있어서의 상기 카본블랙이 각각 독립적으로 요오드 흡착량이 200 내지 1000mg/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 150 내지 800ml/100g인 초미립자 카본블랙이며,
    상기 식물계 수지는 평균입경이 1 내지 3mm이고,
    상기 식물계 수지는 세사미 수지(sesame resin), 선플라워 수지(sunflower resin), 코코넛 수지(coconut resin), 팜 수지(palm resin), 팜 핵 수지(palmkernel resin), 라이스 수지(rice resin), 올리브 수지(olive resin), 제라늄 수지(geranium resin), 카모마일 수지(chamomile resin), 티트리 수지(tea tree resin), 레몬 수지(lemon resin), 쟈스민 수지(jasmine resin), 로즈 수지(rose resin), 라벤더 수지(lavender resin), 카멜리아 수지(camellia resin), 캐스터 수지(caster resin), 코튼 씨드 수지(cotton seed resin), 린씨드 수지(linseed resin), 평지씨 수지(rape seed resin), 낙화생 수지(arachis resin), 콘 수지(corn resin), 새플라워 수지(safflower resin), 호호바 수지(jojoba resin), 마카다미아넛트 수지(macadamia nut resin), 텅 수지(tung resin) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인
    타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스티렌-부타디엔 라텍스가 스티렌 함량이 40 내지 60 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 15 내지 45 중량%인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 웨트 마스터배치가 스티렌-부타디엔 라텍스 100 중량부에 대하여 가공오일을 40 내지 200 중량부로 더 첨가하여 제조된 것이며,
    상기 가공오일이 가공오일 총 중량에 대하여 방향족계 성분을 35±5 중량%, 나프텐계 성분을 28±5중량%, 파라핀계 성분을 38±5중량%로 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가공오일이 PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) 중의 한 성분인 벤조(a)피렌(Benzo(a)pyrene, BaP)의 함량이 1ppm 이하이고,
    벤조(a)피렌, 벤조(e)피렌(Benzo(e)pyren, BeP), 벤조(a)안트라센(Benzo(a)anthracene, BaA), 크라이센(Chrysen, CHR), 벤조(b)플루란텐(Benzo(b)fluoranthene, BbFA), 벤조(j)플루란텐(Benzo(j)fluoranthene, BjFA), 벤조(k)플루란텐(Benzo(k)fluoranthene, BkFA), 및 디벤조(a,h)안트라센(Dibenzo(a,h)anthracene)의 8종류의 PAH 함량의 합이 10ppm 이하인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 원료고무가 스티렌 함량이 30 내지 50 중량%이고, 부타디엔 내의 비닐 함량이 40 내지 65 중량%이고, 오일 함량이 5 내지 45중량%이며, 유리 전이 온도가 -19 내지 -29℃인 스티렌-부타디엔 고무를 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  9. 제1항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
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