KR101619378B1

KR101619378B1 - 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어

Info

Publication number: KR101619378B1
Application number: KR1020140036561A
Authority: KR
Inventors: 김병립
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2016-05-10
Also published as: KR20150112420A

Abstract

본 발명에서는 트레드 고무 조성물의 제조시 웨트 마스터 배치와 스티렌-부타디엔 고무를 사용하고, 또 보강성 충진제로서 초미립자의 카본블랙과 높은 연화점을 갖는 석유계 수지를 사용함으로써 고하중, 고슬립, 고속 조건하에서 내마모성의 저하없이 향상된 그립 성능을 나타내는 타이어의 제조가 가능한 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어를 제공한다.

Description

타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}

본 발명은 고하중, 고슬립 및 고속 조건하에서 내마모성의 저하없이 향상된 그립 성능을 나타낼 수 있는 초고성능의 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.

최근 고하중, 고슬립 및 고속 조건하에서 높은 차량 퍼포먼스를 발휘하는 하이-앤드(High End)급 차량 개발 및 높은 퍼포먼스를 만족시키기 위한 튜닝 산업이 발달하고 있다. 특히 하이-앤드급 차량의 공급 여부는 타이어의 성능과 직결되기 때문에 타이어에 대해서도 높은 성능이 요구되고 있다.

일반적으로 초고성능 타이어로는 고하중·고슬립·고속 조건 하에서 높은 그립력과 내구성능이 요구된다. 그러나, 이들 성능은 서로 상반되는 경향을 갖기 때문에, 한 가지 성능을 택하다 보면 다른 한 가지 성능은 불리해지는 트레이드-오프(Trade-off)가 발생하게 된다. 특히, 하이-앤드급 차량 개발의 높은 차량 퍼포먼스를 만족시키기 위해 보강성 충진제를 고함량으로 사용할 경우, 타이어의 내구 성능은 향상되나 그립성능이 저하됨으로써 타이어의 전체 퍼포먼스가 크게 저하되게 된다.

이에 따라 이러한 트레이드-오프 성능을 극복하고, 초고성능 타이어 제조를 위해 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다. 일례로 다양한 사양을 지닌 보강성 충진제가 포함된 웨트 마스터 배치에 대한 연구 개발이 이루어지고 있으며, 나아가 신원료를 활용하여 고함량 보강성 충진제와 고온 연화점을 가진 레진과의 배합을 통해 내구성능 및 그립성능의 저하없이 타이어 및 차량의 퍼포먼스를 향상시키는 연구 또한 진행되고 있다.

한국특허등록 제 0233227호(등록일: 199.09.10)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고, 고하중, 고슬립, 고속 조건하에서 내마모성의 저하없이 향상된 그립 성능을 나타낼 수 있는 초고성능의 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 웨트 마스터 배치(wet master batch) 50 내지 200 중량부와 스티렌-부타디엔 고무 60 내지 70 중량부를 포함하는 원료고무 100중량부에 대하여, 요오드(I₂) 흡착가가 200 내지 1000mg/g이고, 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate; DBP) 흡착량이 150 내지 800ml/100g인 카본블랙 50 내지 200 중량부, 그리고 50 내지 170℃의 온도범위에서 연화점을 갖는 석유계 수지 10 내지 60중량부를 포함하고, 상기 웨트 마스터 배치는 (i) 스티렌 함량 40 내지 85중량% 및 비닐 함량 15 내지 60중량%를 포함하는 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여, (ii) 요오드(I₂) 흡착가가 200 내지 1000mg/g이고, DBP 흡착량이 150 내지 800ml/100g인 카본블랙 50 내지 200중량부, 그리고 (iii) 잔여 아로마틱 추출물(residual aromatic extract; RAE) 오일 50 내지 200 중량부를 회분식 방법에 의해 중합시켜 제조된 것일 수 있다.

상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 상기 원료고무에 포함되는 스티렌-부타디엔 고무는 유리전이온도(Tg)가 -19 내지 29℃인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무일 수 있다.

그리고, 상기 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 30 내지 50중량%이고, 비닐 함량이 40 내지 65중량%이며, 그리고 상기 스티렌 및 비닐의 총 합계량 100중량부에 대하여 RAE 오일을 1 내지 40중량부로 포함하는 것일 수 있다.

또, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 상기 석유계 수지는 140 내지 170℃의 온도범위에서 연화점을 갖는 것일 수 있다.

상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여 가공오일 1 내지 50중량부; 노화방지제 1 내지 6중량부; 가황제 0.5 내지 2중량부; 및 가황촉진제 1.5 내지 3.5중량부로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

상기 가공오일은 폴리사이클릭 방향족 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydocarbon; PAH) 성분의 총 함량이 3 중량% 이하이고, 동점도가 95℃ 이상(210 ℉ SUS), 연화제 내 방향족 성분이 15 내지 25 중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37 중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58 중량%인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에서는 트레드 고무 조성물의 제조시 원료고무로서 구성성분의 물성과 함량이 최적화된 조합 구성을 갖는 웨트 마스터 배치와 스티렌-부타디엔 고무를 사용하고, 보강성 충진제로서 초미립자의 카본블랙을 사용하고, 그리고 높은 연화점을 갖는 석유계 수지를 사용함으로써, 고하중, 고슬립, 고속 조건하에서 타이어가 내마모성의 저하없이 향상된 그립 성능을 나타내도록 하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은,

(a) 그 구성 또는 물성적 특징이 최적화된 스티렌-부타디엔 라텍스, 카본블랙 및 잔여 아로마틱 추출물을 최적 함량으로 중합시켜 제조한 웨트 마스터 배치 50 내지 200중량부와, 스티렌-부타디엔 고무 60 내지 70중량부를 포함하는 원료고무 100중량부에 대하여;

(b) 요오드(I₂) 흡착가가 200 내지 1000mg/g이고, 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate; DBP) 흡착량이 150 내지 800ml/100g인 카본블랙 50 내지 200중량부; 그리고

(c) 50 내지 170℃의 고온의 연화점을 갖는 석유계 수지 10 내지 60중량부를 포함한다.

이하 각 성분별로 상세히 설명한다.

본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 상기 (a) 원료고무는 (a1) 웨트 마스터 배치와 (a2) 스티렌-부타디엔 고무를 포함한다.

상기 (a1) 웨트 마스터 배치는 (i) 스티렌 함량 40 내지 85중량% 및 비닐 함량 15 내지 60중량%를 포함하는 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여; (ii) I₂ 흡착가가 200 내지 1000mg/g이고, DBP 흡착량이 150 내지 800ml/100g인 카본블랙 50 내지 200중량부; 그리고 (iii) RAE 오일 50 내지 200 중량부를 회분식 방법으로 중합시켜 제조된 것일 수 있다. 이때 상기 중합은 통상의 회분식 중합 방법에 따라 실시될 수 있으며, 또 수성 분산제, 계면 활성제 등과 같은 분산제의 존재하에서 실시되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 웨트 마스터 배치에 있어서, (i) 스티렌-부타디엔 라텍스는 스티렌 단량체 40 내지 85중량%와 부타디엔 단량체 15 내지 60중량%를 중합하여 제조되는 것으로, 분자내 부타디엔의 이중결합이 존재하기 때문에 우수한 접착력을 나타내고, 또 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 고무 성분인 스티렌-부타디엔 고무와의 혼합하여 가황공정 적용시 공정시간을 단축시키고, 점도 상승을 억제할 수 있다. 상기와 같은 스티렌-부타디엔 라텍스의 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 스티렌-부타디엔 라텍스가 스티렌 단량체 55 내지 60중량%와 부타디엔 단량체 40 내지 45중량%를 중합하여 제조된 것이 보다 바람직할 수 있다.

또, 상기 웨트 마스터 배치에 있어서, 상기 (ii) 카본블랙은 보강성 충진제의 역할을 한다.

통상 타이어용 고무 조성물에서 보강제로 사용되는 실리카는 보강 성능은 우수하나 고무 조성물의 내마모 성능을 저하시킬 우려가 있다. 이에 반해 카본블랙은 내마모 성능 저하의 우려가 없고, 보강 성능 면에서도 실리카에 비해 우수하다. 또 본 발명에서는 상기와 같이 우수한 내마모성능 및 보강성능을 갖는 카본블랙 중에서도 I₂ 흡착가가 200 내지 1000mg/g이고, DBP 흡착량이 150 내지 800ml/100g인 초미립자의 카본블랙을 사용함으로써, 트레이드 오프의 관계에 있는 내마모 성능의 저하없이 저회전 저항 성능 및 연비성능과 함께 내구 성능을 균형있게 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에서의 웨트 마스터 배치의 제조시 사용가능한 카본블랙은 상기한 I₂ 흡착가 및 DBP 흡착량 조건을 동시에 충족하여야 한다. 만약, 사용되는 카본블랙이 상기한 I₂ 흡착가의 조건을 충족하더라도 DBP 흡착량이 150ml/100g 미만일 경우 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 오히려 저하될 수 있고, 또 DBP 흡착량이 800ml/100g을 초과할 경우에는 타이어 트레드용 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있다. 또, 카본블랙의 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 카본블랙은 I₂흡착가가 300 내지 1000mg/g이고, DBP 흡착량이 200 내지 800ml/100g인 것이 보다 바람직할 수 있다.

상기와 같은 카본블랙은 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여 50 내지 200중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 만약 상기 카본블랙의 함량이 50 중량부 미만이면 타이어의 내구 및 그립성능이 저하될 우려가 있고, 200중량부를 초과하면 가공시 분산성 저하로 타이어의 물성적 특성이 낮아질 우려가 있다. 또 카본블랙의 분산성, 그리고 그 사용에 따른 타이어의 내구성 및 그립성능의 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 카본블랙은 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여 100 내지 160중량부로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다

또, 상기 웨트 마스터 배치에 있어서, (iii) RAE 오일은 타이어 트레드용 고무 조성물에 대하여 가소성을 부여하여 가공을 용이하게 하는 연화제의 역할을 한다.

타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 가공오일은 통상적으로 아로마틱계 성분과 나프텐계 성분, 그리고 파라핀계 성분을 포함하는 것으로 알려져 있으며, 이들 구성성분을 적절하게 배합함으로써 원하는 물성 향상을 도모할 수 있다. 이에 대해 본 발명에서는 초고성능 타이어 트레드용 고무 조성에 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 가공 오일로서, RAE 오일, 보다 구체적으로는 아로마틱계(aromatics) 성분의 함량 30 내지 40중량%, 나프텐계(Naphthenics) 성분의 함량 23 내지 33중량%, 및 파라핀계(Paraffinics) 성분의 함량 33 내지 43중량%를 포함하여 이루어지며, 폴리사이클릭 방향족 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAH) 중의 한 성분인 벤조(a)파이렌의 함량이 1ppm 이하이면서, 벤조(a)파이렌(Benzo(a)pyrene, BaP), 벤조(e)파이렌(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 합이 10ppm 이하인 RAE 오일을 사용하는 것을 일 특징으로 한다. 상기와 같은 구성적 특징을 갖는 RAE 오일의 사용시 환경친화적이면서도 타이어의 인장물성, 내마모도 상승, 제동성능 향상 및 회전저항 감소 등의 효과를 동시에 얻을 수 있으며, 특히 상기와 같은 최적 함량으로 상기와 같은 (iii) RAE 오일은 (a1) 웨트 마스터 배치의 제조시 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여 50 내지 200중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. RAE 오일의 함량이 50중량부 미만이면 RAE 오일 사용에 따른 효과가 미미하고, 200중량부를 초과하면 타이어 트레드용 고무 조성물이 고유 성능이 저하될 우려가 있다. 또 상기와 같은 RAE 오일의 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 RAE오일은 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여 120 내지 160중량부로 사용되는 것이 보다 바람직할 수 있다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기와 같이 구성성분들의 물성 및 함량이 동시에 최적화된 조합 구성을 갖는 웨트 마스터 배치를 포함함으로써 통상 마스터 배치의 사용에 따른 효과, 즉 각 배합제의 계량을 정확하게 할 수 있고, 분산을 좋게 하며, 작업 중의 흩날림을 방지할 수 있는 동시에, 타이어 트레드부의 내마모성 및 그립성능을 크게 개선시킬 수 있다.

한편, 상기한 웨트 마스터 배치와 함께 원료고무를 구성하는 상기 (a2) 스티렌-부타디엔 고무는 회분식 방법에 의해 용액 중합된 스티렌-부타디엔 고무로서, 유리전이온도(Tg)가 -19 내지 29℃, 혹은 -10 내지 20℃인 것일 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 높은 Tg를 갖는 (a2) 스티렌-부타디엔 고무를 포함함으로써, 타이어의 내마모성능 및 그립성능의 저하없이 마른 노면에서 우수한 제동 성능을 나타낼 수 있다. 또, 회분식 중합 방식에 제조된 스티렌 부타디엔 고무는 연속식 중합 방식에 의해 제조된 스티렌 부타디엔 고무 대비 분자량 분포(MWD)가 좁아 다소 혼합 가공성에는 불리하나, 고무의 히스테리시스가 낮아 우수한 회전 저항 특성을 나타낼 수 있다.

보다 구체적으로 상기 (a2) 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 30 내지 50중량%이고, 비닐 함량이 40 내지 65중량%이며, 그리고 상기 스티렌 및 비닐의 총 합계량 100중량부에 대하여 RAE 오일을 1 내지 40중량부로 포함하는 것일 수 있다.

보다 바람직하게는 상기 (a2) 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 35 내지 45중량%이고, 비닐함량이 50 내지 60중량%이며, 그리고 상기 스티렌 및 비닐의 총 합계량 100중량부에 대하여 RAE 오일을 1 내지 20중량부로 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 RAE 오일은 앞서 설명한 바와 동일하다.

또, 상기 (a2) 스티렌-부타디엔 고무는 중량평균 분자량이 400,000 내지 1,000,000g/mol이며, 분자량 분포가 1.1 이하인 것일 수 있다.

상기와 같은 스티렌 및 비닐 함량, 그리고 중량평균 분자량 및 분자량 분포 조건을 충족하는 (a2) 스티렌-부타디엔 고무는 타이어의 내마모성능 및 그립성능의 저하없이 마른 노면에서 우수한 제동 성능을 더욱 개선시킬 수 있다.

상기 (a1) 웨트마스터배치와 (a2) 스티렌-부타디엔 고무는 원료고무 중에 각각 50 내지 200중량부 및 60 이내 70 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 웨트마스터 배치 및 스티렌-부타디엔 고무의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 일례로, 스티렌-부타디엔고무의 함량이 60 중량부 미만이면 고하중·고슬립·고속 조건하 그립 성능의 저하가 발생할 우려가 있고, 스티렌-부타디엔고무의 함량이 70 중량부를 초과하면 내구 성능이 저하될 우려가 있다.

상기와 같은 (a) 원료고무와 함께 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 보강성 충진제로서 (b) 카본블랙을 포함한다.

상기 카본블랙은 I₂ 흡착가가 200 내지 1000mg/g이고, DBP 흡착량이 150 내지 800ml/100g이거나, 혹은 I₂ 흡착가가 300 내지 1000mg/g이고, DBP 흡착량이 200 내지 800ml/100g 인 초미립자의 카본블랙일 수 있다. 상기와 같은 I₂ 흡착가 및 DBP 흡착량의 범위를 동시에 충족하는 초미립자의 카본블랙을 포함함으로써 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 트레이드 오프의 관계에 있는 내마모 성능의 저하없이 저회전 저항 성능 및 연비성능과 함께 내구 성능을 균형있게 향상시킬 수 있다.

또, 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 카본블랙은 추가적으로 오일 흡착 비표면적이 90 내지 110cc/100g이고, TINT값이 130 내지 150이며, 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N₂SA)이 30 내지 300m²/g인 물성적 요건을 더욱 충족하는 것이 보다 바람직할 수 있다.

구체적으로, 상기 카본블랙으로는 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 등이 사용될 수 있다.

상기와 같은 카본블랙은 타이어 트레드용 고무 조성물의 기계적 특성 개선 효과 및 가공성을 고려할 때, 원료고무 100중량부에 대하여 50 내지 200 중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 카본블랙의 함량이 50중량부 미만이면 내구 및 그립성능 향상이 미미하고, 200중량부를 초과하면 그립성능 발현하는데, 많은 시간이 소비되며, 높은 발열에 의해 현장 가공성에 불리할 수 있다. 또한 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 카본블랙은 70 내지 130중량부로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.

한편, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 포함되는 (c) 석유계 수지는 고무와 고무 사이의 접착(tack) 성능을 더욱 향상시켜 주고, 충전제와 같은 기타 첨가제들의 혼합성, 분산성 및 가공성을 개선시키는 작용을 하는 것으로, 구체적으로는 지방족계 수지(C5 계), 산 개질 지방족계 수지, 지환족계 수지, 수소첨가 지환족계 수지, 방향족계 수지(C9계), 수소첨가 방향족계 수지, C5-C9 공중합 수지, 스티렌 수지, 스티렌 공중합 수지 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기한 석유계 수지 중에서도 본 발명에서는 50 내지 170℃의 온도범위에서 연화점을 갖는 고연화점을 갖는 (c) 석유계 수지를 사용함으로써 카본블랙의 분산성을 증가시켜 고무 조성물의 파단 강도 및 인열 강도를 높여주고, 내크랙성을 향상시킬 수 있다. (c) 석유계 수지의 연화점이 50℃ 미만이면 1 내지 2lap만에 석유계 수지가 외부에 노출되어 성능 저하의 우려가 있고, 170℃를 초과하면 트레드 고무의 경도가 지나치게 증가하여 성능 발휘가 어려울 수 있어 바람직하지 않다. 또, 상기 (c) 석유계 수지의 사용에 따른 효과의 현저함을 고려할 때 상기 석유계 수지는 140 내지 170℃의 온도범위에서 연화점을 갖는 것이 보다 바람직할 수 있다.

상기와 같은 (c) 석유계 수지는 타이어 트레드용 고무 조성물내 원료고무 100중량부에 대하여 10 내지 60중량부로 포함될 수 있다. (c) 석유계 수지의 함량이 10중량부 미만이면 석유계 수지의 사용에 따른 효과, 즉 접착 성능 증가 및 분산 효과가 미미하고, 60중량부를 초과하면 과량의 석유계 수지로 인해 고무 조성물의 물성이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기한 성분들 외에, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 가공오일, 노화방지제, 가황제 또는 가황촉진제 등 통상 타이어 트레드용 고무 조성물의 물성적 특성 개선을 위해 사용되는 첨가제를 1종 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 가공 오일은 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하고, 또 가황 고무의 경도를 저하시키는 것으로, 구체적으로는 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 'PAHs'라 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 가공오일은 오일 전체에 대하여 PAHs 성분의 총 함량이 3중량% 이하이고, 동점도가 95℃ 이상(210 ℉ SUS), 가공 오일 내의 방향족 성분이 15 내지 25중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58중량%인 TDAE 오일이 보다 바람직할 수 있다. 또, 상기 PAH는 벤조(a)파이렌(Benzo(a)pyrene, BaP), 벤조(e)파이렌(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)PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) 중의 한 성분인 벤조(a)파이렌의 함량이 1ppm 이하이고, 벤조(a)파이렌(Benzo(a)pyrene, BaP), 벤조(e)파이렌(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 합이 10ppm 이하인 것일 수 있다.

상기 TDAE 오일은 타이어 트레드 고무 조성물의 저온 특성, 연비 성능을 우수하게 하면서도 PAHs의 암 유발 가능성 등의 환경적 요인에 대해서도 유리한 특성을 갖는다.

한편, 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, 또는 동유 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 가공 오일은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부로 포함되는 것이 원료고무의 가공성 개선 효과면에서 바람직할 수 있으며, 효과의 현저함을 고려할 때 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.

또, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 대한 첨가제로서 상기 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키기 위하여 사용되는 첨가제로서, 구체적으로는 아민계, 페놀계, 퀴놀린계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염, 왁스 또는 이들의 혼합물이 사용될 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, 또는 N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 페놀계 노화방지제로는 페놀계인 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-이소부틸리덴-비스(4,6-디메틸페놀), 또는 2,6-디-t-부틸-p-크레졸 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 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, 또는 6-도데실-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 왁스로는 바람직하게 왁시 하이드로카본가 사용될 수 있다.

상기한 화합물들 중에서도 노화방지제의 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민, 폴리 (2.2.4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린) 또는 이들의 혼합물이 보다 바람직할 수 있다.

또, 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 대하여1 내지 6중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다.

또, 상기 가황제로는 유황계 가황제, 유기 과산화물, 수지 가황제, 산화마그네슘 등의 금속산화물이 사용될 수 있다.

상기 유황계 가황제는 분말 황(S), 불용성 황(S), 침강 황(S), 콜로이드(colloid) 황 등의 무기 가황제와, 테트라메틸티우람 디설파이드(tetramethylthiuram disulfide, TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(tetraethyltriuram disulfide, TETD), 디티오디모르폴린(dithiodimorpholine) 등의 유기 가황제일 수 있으며, 이외 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등이 사용될 수도 있다.

또한 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, 또는 n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 등일 수 있다.

이중에서도 가황제 사용에 따른 개선효과의 현저함을 고려할 때 황 분말 등의 유황계 가황제가 보다 바람직할 수 있다.

또, 상기 가황제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2 중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.

한편, 상기 가황촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제(accelerator)로서, 구체적으로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 또는 크산테이트계 화합물 등일 수 있다.

상기 술펜아미드계 가황촉진제로는, 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 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 티아졸계 가황촉진제로는, 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 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 티우람계 가황촉진제로는, 예컨대 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 티오우레아계 가황촉진제로는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 구아니딘계 가황촉진제로는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 디티오카르밤산계 가황촉진제로는, 예컨대 에틸페닐디티오카르밤산아연, 부틸페닐디티오카르밤산아연, 디메틸디티오카르밤산나트륨, 디메틸디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산아연, 디부틸디티오카르밤산아연, 디아밀디티오카르밤산아연, 디프로필디티오카르밤산아연, 펜타메틸렌디티오카르밤산아연과 피페리딘의 착염, 헥사데실이소프로필디티오카르밤산아연, 옥타데실이소프로필디티오카르밤산아연 디벤질디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산나트륨, 펜타메틸렌디티오카르밤산피페리딘, 디메틸디티오카르밤산셀레늄, 디에틸디티오카르밤산텔루늄, 디아밀디티오카르밤산카드뮴 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 가황촉진제로는, 예컨대 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 또는 아세트알데히드-암모니아 반응물 등과 같은 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 화합물이 사용될 수 있다.

상기 이미다졸린계 가황촉진제로는, 예컨대 2-머캅토이미다졸린 등을 들 수 있고, 또 상기 크산테이트계 가황촉진제로는, 예컨대 디부틸크산토겐산아연 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

이중에서도 가황촉진제의 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 아민(Amine), 이황화물, 구아니딘(guanidine), 티오(thio) 요소, 티아졸(thiazole), 티우람(thiuram), 설펜 아미드(sulfene amide) 또는 이들의 혼합물이 보다 바람직할 수 있다.

상기 가황촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1.5 내지 3.5중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다.

상기한 첨가제 외에도 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 가황촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해, 무기계 가류촉진조제, 유기계 가류촉진조제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 가류촉진조제를 더 포함할 수 있다.

상기 무기계 가류촉진조제로는 산화아연(ZnO), 탄산아연(zinc carbonate), 산화마그네슘(MgO), 산화납(lead oxide), 수산화 칼륨 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또 상기 유기계 가류촉진조제로는 스테아린산, 스테아린산 아연, 팔미트산, 리놀레산, 올레산, 라우르산, 디부틸 암모늄-올레이트(dibutyl ammonium oleate), 또는 이들의 유도체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기한 가류촉진조제 중에서도, 산화아연과 스테아린산의 혼합물이 사용될 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아린산에 녹아 상기 가황촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.

상기 산화아연과 스테아린산가 함께 사용되는 경우 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

상기와 같은 조성을 갖는 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기한 성분들을 통상의 방법에 따라 혼합하여 제조될 수 있다. 구체적으로는 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 포함하는 2단계 연속 공정에 의해 제조될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같은 방법에 의해 제조되는 타이어 트레드용 고무 조성물은, 웨트 마스터 배치와 스티렌-부타디엔 고무를 포함하고, 또 보강성 충진제로서 초미립자의 카본블랙과, 높은 연화점을 갖는 석유계 수지를 포함함으로써 고하중, 고슬립, 고속 조건하에서 내마모성의 저하없이 향상된 그립 성능을 나타내는 타이어의 제조가 가능하다. 이에 따라 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스)에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수도 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 따르면, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어를 제공한다.

상기 타이어는 상기한 타이어 트레드용 고무 조성물로부터 제조된 것으로, 고하중, 고슬립, 고속 조건하에서 내마모성의 저하없이 향상된 그립 성능을 나타내며, 250 마력 이상급의 초고성능 타이어이다.

상기 타이어를 제조하는 방법은 상기한 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하는 것을 제외하고는 통상 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어 트레드를 포함하는 것일 수 있다.

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.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에 의해 고하중, 고슬립, 고속 조건하에서 내마모성의 저하없이 향상된 그립 성능을 나타낼 수 있으며, 250 마력 이상급의 초고성능 타이어를 제조할 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 : 웨트 마스터 배치의 제조

스티렌 함량이 40 내지 60%, 비닐 함량이 15 내지 45%인 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여, I₂ 흡착가가 200 내지 1000mg/g이고, DBP 흡착량이 150 내지 800ml/100g인 카본블랙 50 내지 200 중량부, 그리고 RAE 오일 50 내지 200중량부를 분산제로서 계면활성제의 존재하에서 회분식 방법으로 중합시켜 웨트 마스터 배치를 제조하였다. 이때, 상기 RAE오일로서 아로마틱계(Aromatics) 성분 함량이 35±5wt%, 나프텐계(Naphthenics) 성분 함량이 28±5wt%, 파라핀계 성분 함량이 38±5wt%로 구성되며, PAH중의 한 성분인 벤조(a)파이렌(BaP)의 함량이 1ppm 이하이면서, 8종류의 PAH(BaP, BeP, BaA, CHR, BbFA, BjFA, BkFA 및 디벤조(a,h)안트라센)의 합이 10ppm 이하인 오일로서, Flavex oil 595^®, Shell사 제품)을 사용하였다.

실시예 및 비교예: 타이어 트레드용 고무 조성물의 제조

하기 표 1에 개시된 바와 같은 구성 및 함량으로 혼합하고, 반바리 믹서에서 배합하여 실시예 1-1~1-4 및 비교예 1에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다.

		비교예1	실시예1-1	실시예1-2	실시예1-3	실시예1-4
원료고무		100	100	100	100	100
상기원료고무의 조성	WMB⁽¹⁾	220	140	160	180	200
상기원료고무의 조성	S-SBR⁽²⁾	70	60	70	70	70
C/B⁽³⁾		210	160	180	190	200
석유계 수지⁽⁴⁾		70	50	50	60	60
가공오일⁽⁵⁾		5	5	5	5	5
노화방지제⁽⁶⁾		6	6	6	6	6
가황제⁽⁷⁾		0.8	0.8	0.8	0.8	0.8
가황촉진제⁽⁸⁾		3	3	3	3	3

상기 표 1에서,

WMB(1): 스티렌 함량 40~85중량% 및 비닐 함량 15~60중량%를 포함하는 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여, (ii) 요오드(I₂) 흡착가가 200~1000mg/g이고, DBP 흡착량이 150~800ml/100g인 카본블랙 50~200중량부, 그리고 (iii) RAE 오일 50~200 중량부를 회분식 방법에 의해 중합시켜 제조한 웨트 마스터 배치 (MCW-900R^®, 엠엔비그린어스사제)

S-SBR(2): 스티렌 함량이 30~50%, 비닐 함량이 40~65%, Tg가 -19~29℃이고, RAE오일을 스티렌 및 비닐 총 함계량 100중량부에 대해 10~45중량부 함유하며 회분식 방법에 의해 용액 중합된 고 Tg용 스티렌-부타디엔 고무 (SBR1739^®, 금호석유화학사제)

C/B(3): I₂ 흡착가가 200~1000mg/g이고, DBP 흡착량이 150~800ml/100g인 카본블랙 (EB248^®, OEC사제)

석유계 수지(4): 연화점이 50~170도인 석유계 수지 (P-90^®, Kolon사제)

가공오일(5): PAH 성분 총 함량이 3중량% 이하이고, 동점도가 95℃(210 ℉ SUS), 연화제 내 방향족 성분이 25중량%, 나프텐계 성분이 32.5 중량% 및 파라핀계 성분이 47.5중량%인 RAE 오일 (Flavex oil 595^®, Shell사제)

노화방지제(6): N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민

가황제(7): 황 분말 (Rheinchemie사제)

가황촉진제(8): ZBEC^®(Rheinchemie사제)이다.

시험예 1: 물성측정

상기 실시예 1-1~1-4 및 비교예 1에서 제조한 타이어 트레드용 고무조성물을 이용하여 고무 시편을 제조하고, 제조한 고무 시편에 대해 ASTM 규정에 의거하여 다양한 물성적 특성들을 평가하였다. 이때 성능지수는 모터스포츠용 320/710R18 F200 규격으로 제조하여 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

(1) 무니점도 (ML1+4(125℃))는 ASTM 규격 D1646에 의해 측정하였다.

(2) 경도는 DIN 53505에 의해 측정하였다.

(3) 300% 모듈러스(Modulus) 및 파단에너지는 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.

(4) 점탄성은 RDS 측정기를 사용하여 0.5% 변형(strain)에 10Hz Frequency 하에서 -60℃에서 80℃까지 G', G", tan δ 를 측정하였다.

	비교예1	실시예1-1	실시예1-2	실시예1-3	실시예1-4
무니점도	70	58	60	63	66
경도(ShoreA)	74	59	62	65	69
300% 모듈러스 (kgf/㎠)	84	72	75	77	80
파단 에너지 (kgf/mm²)	127	138	137	141	145
0 ℃ tan δ	0.270	0.296	0.292	0.287	0.285
60℃ tan δ	0.237	0.257	0.261	0.269	0.300

상기 표 2에서 ML1+4는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미가류 고무의 가공성이 우수하다. 경도는 조종 안정성을 나타내는 것으로 그 값이 높을수록 조종 안정성이 우수하다. 파단에너지는 고무가 파단될 때 필요한 에너지를 나타내는 것으로 값이 높을수록 필요한 에너지가 높아 마모 성능이 우수하다. 0℃ tan δ 는 마른 노면 또는 젖은 노면에서의 제동 특성을 나타낸 것으로 수치가 높을수록 제동 성능이 우수함을 나타낸다. 또한 60℃ tanδ는 회전저항 특성을 나타내는 것으로서 초고성능 타이어의 경우, 수치가 높을수록 그립 성능이 우수함을 나타낸다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1-1 내지 1-4의 타이어 트레드용 고무 조성물은 비교예 1과 비교하여, 일정 모듈러스를 유지하면서도 그립성능을 나타내는 60℃ tan δ 가 높게 나타났다.

상기 실시예 1-1~1-4 및 비교예 1의 고무 조성물을 이용하여 트레드를 제조하고, 제조한 트레드 고무를 반제품으로 포함하는 320/710R18 F200 규격의 타이어를 제조한 후, 이 타이어에 대한 마른 노면에서의 마모성능, 마른노면상 제동성능, 그립율(Grip rate)의 상대비율을 측정하였다. 비교예 1에 대한 측정값을 100으로 하고, 이를 기준으로 실시예 1-1~1-4의 측정값을 지수화하여 하기 표 3에 나타내었다.

	비교예1	실시예1-1	실시예1-2	실시예1-3	실시예1-4
마모 성능	100	102	105	107	110
마른노면 제동성능	100	102	104	107	109
그립율	100	104	106	109	111

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 회분식 방법에 의해 중합된 웨트 마스터 배치 고무와 고 Tg용 스티렌-부타디엔 고무, 높은 함량으로 포함된 초미립자 카본블랙과 고온 연화점을 지니는 석유계 수지를 포함하는 실시예 1-1 내지 1-4의 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어는, 마모 및 그립성능의 저하없이 마른 노면에서의 제동 성능이 우수하게 향상된 결과를 나타내었다. 그러나, 비교예 1에서와 같이 각 소재별 함량이 본 발명에서 한정하고 있는 함량 범위의 조건을 충족하지 않는 경우, 요구성능이 불리해지거나, 가공성이 불리해지고, 그립성능을 재연하는데 많은 시간이 요구되었다.

시험예 2: 물성측정

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물의 최적 조합 구성에 따른 효과를 평가하기 위하여, 하기 표 4에 개시된 바와 같은 구성 및 함량으로 각 성분들을 혼합하고, 반바리 믹서에서 배합하여 비교예 2-1 내지 2-5에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 조성차이에 따른 효과 비교를 위하여 상기 실시예 1-1의 타이어 트레드용 고무 조성물을 함께 표 4에 기재하였다.

		비교예2-1	비교예2-2	비교예2-3	비교예2-4	비교예2-5	비교예2-6	비교예2-7	실시예1-1
원료고무		100	100	100	100	100	100	100	100
상기 원료고무의 조성	WMB⁽¹⁾	-	-	-	140	140	140	140	140
	WMB^(1-1)	140	-	-	-	-	-	-	-
	WMB^(1-2)	-	140	-	-	-	-	-	-
	WMB^(1-3)	-		140	-	-	-	-	-
	S-SBR⁽²⁾	60	60	60	-	-	60	60	60
	S-SBR^(2-1)	-	-	-	60	-	-	-	-
	S-SBR^(2-2)	-	-	-	-	60	-	-	-
C/B⁽³⁾		160	160	160	160	160	-	160	160
C/B^(3-1)		-	-	-	-	-	160	-	-
석유계 수지⁽⁴⁾		50	50	50	50	50	50	-	50
석유계 수지^(4-1)		-	-	-	-	-	-	50	-
가공오일⁽⁵⁾		5	5	5	5	5	5	5	5
노화방지제⁽⁶⁾		6	6	6	6	6	6	6	6
가황제⁽⁷⁾		0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8
가황촉진제⁽⁸⁾		3	3	3	3	3	3	3	3

상기 표 4에서, WMB(1), S-SBR(2), C/B(3), 석유계 수지(4), 가공오일(5), 노화방지제(6), 가황제(7) 및 가황촉진제(8)은 상기 표 1에서 정의한 바와 동일하고,

WMB(1-1): (i) 스티렌 함량 20중량% 및 비닐 함량 80중량%를 포함하는 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여, (ii) 요오드(I₂) 흡착가가 400mg/g이고, DBP 흡착량이 600ml/100g인 카본블랙 60중량부, 그리고 (iii) RAE 오일 60 중량부를 회분식 방법에 의해 중합시켜 제조함

WMB(1-2): (i) 스티렌 함량 55중량% 및 비닐 함량 45중량%를 포함하는 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여, (ii) 요오드(I₂) 흡착가가 150mg/g이고, DBP 흡착량이 100ml/100g인 카본블랙 카본블랙 60중량부, 그리고 (iii) RAE 오일 60 중량부를 회분식 방법에 의해 중합시켜 제조

WMB(1-3): (i) 스티렌 함량 55중량% 및 비닐 함량 45중량%를 포함하는 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여, (ii) 요오드(I₂) 흡착가가 400mg/g이고, DBP 흡착량이 600ml/100g인 카본블랙 60중량부, 그리고 (iii) 아로마틱계 성분 함량이 20~30%, 나프텐계 함량이 25~40%, 파라핀계 함량이 40~55%로 구성되며, PAH중 한 성분인 Benzo(a)pyrene 함량이 1ppm 이하이며 8종류의 PAH 합이 10ppm 이하 함유되어 있는 TDAE 오일 60 중량부를 회분식 방법에 의해 중합시켜 제조

S-SBR(2-1): 스티렌 함량이 20중량%이고, 비닐 함량이 80중량%이고, 유리전이온도(Tg)가 -25℃인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무

S-SBR(2-2): 스티렌 함량이 70중량%이고, 비닐 함량이 30중량%이고, 유리전이온도(Tg)가 40℃인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무

C/B(3-1): 요오드(I₂) 흡착가가 250mg/g이고, DBP 흡착량이 140ml/100g인 카본블랙

석유계 수지(4-1): 40℃의 연화점을 갖는 석유계 수지이다.

상기에서 제조한 비교예 2-1 내지 2-7의 타이어 트레드용 고무조성물을 이용하여 고무 시편을 제조하고, 제조한 고무 시편에 대해 상기 시험예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 무늬점도, 경도, 300% 모듈러스 및 점탄성의 물성적 특성들을 평가하였다. 그 결과는 하기 표 5에 나타내었다.

	비교예2-1	비교예2-2	비교예2-3	비교예2-4	비교예2-5	비교예2-6	비교예2-7	실시예1-1
무니점도	52	51	53	54	53	62	53	58
경도 (ShoreA)	54	54	52	56	53	61	54	59
300% 모듈러스 (kgf/㎠)	62	59	57	60	54	60	62	72
파단 에너지 (kgf/mm²)	123	126	128	132	127	136	132	138
0 ℃ tan δ	0.294	0.302	0.308	0.285	0.270	0.234	0.241	0.296
60℃ tan δ	0.231	0.225	0.220	0.200	0.211	0.221	0.211	0.257

상기 표 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1-1의 타이어 트레드용 고무 조성물은 비교예 2-1 내지 2-7과 비교하여, 일정 모듈러스를 유지하면서도 그립성능을 나타내는 60℃ tan δ 가 높게 나타났다.

또, 상기 비교예 2-1 내지 2-7의 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 트레드를 제조하고, 제조한 트레드 고무를 반제품으로 포함하는 320/710R18 F200 규격의 타이어를 제조한 후, 상기 시험예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 타이어에 대한 마른 노면에서의 마모성능, 마른노면상 제동성능, 그립율(Grip rate)의 상대비율을 측정하였다. 비교예 2-1에 대한 측정값을 100으로 하고, 이를 기준으로 실시예 1-1 및 비교예 2-2~2-7에 대한 측정값을 지수화하여 하기 표 6에 나타내었다.

	비교예2-1	비교예2-2	비교예2-3	비교예2-4	비교예2-5	비교예2-6	비교예2-7	실시예1-1
마모 성능	100	102	104	106	102	96	97	111
마른노면 제동성능	100	98	96	104	103	95	97	110
그립율	100	98	96	104	103	92	90	111

상기 표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 조합 구성의 조건 중 어느 하나라도 충족하지 않는 비교예 2-1 내지 2-7은, 실시예 1-1의 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어에 비해 마모 및 그립성능이 저하됨을 알 수 있다.

상기와 같은 결과로부터 본 발명의 효과를 얻기 위해서는 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물의 최적 조합 구성의 조건을 동시에 모두 충족하여야 함을 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

웨트 마스터 배치(wet master batch) 50 내지 200중량부 및 스티렌-부타디엔 고무 60 내지 70중량부를 포함하는 원료고무 100중량부에 대하여;
요오드(I₂) 흡착가가 200 내지 1000mg/g이고, 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate) 흡착량이 150 내지 800ml/100g인 카본블랙 50 내지 200 중량부; 그리고
50 내지 170℃의 온도범위에서 연화점을 갖는 석유계 수지 10 내지 60중량부를 포함하며,
상기 웨트 마스터 배치는 (i) 스티렌 함량 40 내지 85중량% 및 비닐 함량 15 내지 60중량%를 포함하는 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여, (ii) 요오드(I₂) 흡착가가 200 내지 1000mg/g이고, DBP 흡착량이 150 내지 800ml/100g인 카본블랙 50 내지 200중량부, 그리고 (iii) 잔여 아로마틱 추출물(residual aromatic extract) 오일 50 내지 200중량부를 회분식 방법에 의해 중합시켜 제조된 것이고,
상기 스티렌-부타디엔 고무는 (i) 유리전이온도가 -19 내지 29℃인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무이고, (ii) 스티렌 함량이 30 내지 50중량%이고, 비닐 함량이 40 내지 60중량%이며, 상기 스티렌 및 비닐의 총 합계량 100중량부에 대하여 RAE 오일을 1 내지 40중량부로 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 석유계 수지는 140 내지 170℃의 온도범위에서 연화점을 갖는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서,
상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 가공오일 1 내지 50중량부; 노화방지제 1 내지 6중량부; 가황제 0.5 내지 2중량부; 및 가황촉진제 1.5 내지 3.5중량부로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
제5항에 있어서,
상기 가공오일이 폴리사이클릭 방향족 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydocarbon) 성분의 총 함량이 3 중량% 이하이고, 동점도가 95 이상(210 ℉ SUS), 가공오일 내 방향족 성분이 15 내지 25 중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37 중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58 중량%인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.