KR101694146B1 - 사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 공기입 타이어 - Google Patents

사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 공기입 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노화방지 역할을 확보하면서 외관이 우수한 사이드월용 고무 조성물, 및 이를 포함하는 공기입 타이어에 관한 것으로서, 30∼70 중량%의 천연 고무와 30∼70 중량%의 폴리부타디엔 고무를 블렌딩하여 이루어지는 원료고무 100 중량부에 대하여, 판상형 클레이 0.1~5 중량부를 포함하는 사이드월용 고무 조성물을 제공한다.

Description

사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 공기입 타이어{Sidewall Compound and tire manufactured by using the same}
본 발명은 사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 공기입 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 천연 고무와 폴리부타디엔 고무를 블렌딩하여 이루어지는 원료고무 및 판상형 클레이를 포함함으로써, 노화방지 역할을 확보하면서 외관이 우수한 사이드월용 고무 조성물, 및 그 사이드월용 고무 조성물을 이용한 사이드월 고무를 구비하는 공기 타이어
종래부터, 타이어의 사이드월용 조성물에 있어서는, 균열 성장성을 개선하는 관점에서, 천연고무에 폴리부타디엔 고무가 블렌드되어 있었다.
그러나, 폴리부타디엔 고무 등의 고불포화 고무는 그 이중결합 부분이 오존과 반응하여 해중합하는 성질이 있고, 이것을 이용한 사이드월 고무를 구비하는 타이어에 있어서, 방치 또는 주행에 의해 사이드월 고무 표면에 크랙이 발생하는 원인이 된다.
이러한 현상을 억제하기 위하여, 노화방지제 등의 내크랙성 개량제를 증량하는 방법이 알려져 있지만 (한국공개특허 제10-2014-0037517, 한국등록특허 제10-1364781호), 상기 선행기술들은 블루밍을 야기하고, 타이어 표면이 적갈색으로 변색되기 때문에, 타이어의 미관을 손상한다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 종래기술에서 내크랙성 개량제로서 사용한 노화방지제 대신에 판상형 클레이를 사용함으로써, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 사이드월용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 30∼70 중량%의 천연 고무와 30∼70 중량%의 폴리부타디엔 고무를 블렌딩하여 이루어지는 원료고무 100 중량부에 대하여, 판상형 클레이 0.1~5 중량부를 포함하는 사이드월용 고무 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 사이드월용 고무 조성물을 포함하는 공기입 타이어를 제공한다.
본 발명에 의하면, 타이어의 사이드월용 조성물에 쓰이는 노화방지제 대신에 소량의 판상형 클레이를 첨가함으로써, 노화 방지 역할 및 외관이 우수한 사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 공기입 타이어를 제공할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 30∼70 중량%의 천연 고무와 30∼70 중량%의 폴리부타디엔 고무를 블렌딩하여 이루어지는 원료고무 100 중량부에 대하여, 판상형 클레이 0.1~5 중량부를 포함하는 사이드월용 고무 조성물을 제공한다.
본 발명의 사이드월용 고무 조성물에 있어서, 상기 판상형 클레이는 알루미늄 및 마그네슘을 포함하는 함수 규산염이고, 층상 구조로 되어있으며, 이를 소량만 첨가 하여도 열안정성, 기체차단성 기능이 있어 노화방지제 역할을 수행한다.
본 발명의 사이드월용 고무 조성물에 있어서, 상기 고무조성물은 가교 후의듀로미터 A 경도가 50 이하, 바람직하게는 40~50일 수 있다.
본 발명의 사이드월용 고무 조성물에 있어서, 상기 천연 고무는 원산지 등을 한정하지 않고 사용할 수 있고, 1종으로 또는 2종 이상의 조합으로 사용할 수 있다. 천연 고무로서는, 예컨대, RSS#3, TSR 등의 등급의 천연 고무를 적합하게 이용할 수 있다.
폴리부타디엔 고무는 천연 고무, SBR에 다음가는 범용 고무이며 타이어, 벨트, 호오스, 신발 등에 사용된다. 폴리부타디엔 고무는 1,3-부타디엔을 용액 중합하여 제조한 단중합체로서 시스-1,4, 트랜스-1,4, 비닐 구조의 3가지 결합 형태를 가지고 있으며, 시스-1,4의 함량에 따라 하이 시스(high cis) 폴리부타디엔 고무와 로우 시스(low cis) 폴리부타디엔 고무로 분류된다.
상기 high cis 폴리부타디엔 고무는 시스-1,4의 함량이 95% 이상인 제품으로 내마모성, 반발탄성, 내노화성, 내수성이 우수하고, 2차 전이온도(Tg)가 -100℃ 정도로 매우 낮아, SBR과 함께 가장 광범위하게 상용되는 합성고무이다. 본 발명에서는 폴리부타디엔 고무 중에서 high cis 폴리부타디엔 고무를 사용한다.
고무 성분 중의 천연 고무의 함유율은, 30 중량부 이상, 바람직하게는 30~70 중량인데, 이는 고무 성분 중의 천연 고무의 함유율이 30 중량부 미만인 경우, 인장 강도가 저하되는 경향이 있기 때문이다.
한편, 고무 성분 중의 천연 고무의 함유율은 70 중량부 이하, 바람직하게는 30~70 중량부인데, 이는 고무 성분 중의 천연 고무의 함유율이 70 중량부를 초과하는 경우 내굴곡 피로 성능의 향상을 위해 폴리부타디엔 고무를 첨가하는 경우에 있어서 첨가량이 적음으로써, 내굴곡 피로 성능의 향상 효과가 작아지는 경향이 있기 때문이다.
본 발명의 사이드월용 고무 조성물에 있어서, 노화 방지제로서는, 아민계, 페놀계, 이미다졸계의 노화 방지제나, 카르바민산 금속염 등을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 사이드월용 고무 조성물에 있어서, 상기한 성분 이외에도, 종래 고무 공업에서 사용되는 다른 배합제, 예컨대 가황제, 스테아르산, 가황 촉진제, 가황 촉진 조제, 오일, 경화 레진, 왁스 등을 배합할 수 있다.
상기 가황제로서는, 유기 과산화물 또는 유황계 가황제를 사용하는 것이 가능하고, 유기 과산화물로서는, 예컨대, 벤조일 퍼옥사이드, 디쿠밀 퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, t-부틸쿠밀 퍼옥사이드, 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드, 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)헥신-3 또는 1,3-비스(t-부틸퍼옥시프로필)벤젠, 디-t-부틸퍼옥시-디이소프로필벤젠, t-부틸퍼옥시벤젠, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드, 1,1-디-t-부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸실록산, n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서, 디쿠밀 퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시벤젠 및 디-t-부틸퍼옥시-디이소프로필벤젠이 바람직하다. 또한, 유황계 가황제로서는, 예컨대, 유황, 모르폴린디설파이드 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서는 유황이 바람직하다. 이들 가황제는, 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 좋다.
가황 촉진제로서는, 설펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르바민산계, 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 또는, 크산테이트계 가황 촉진제 중 적어도 하나를 함유하는 것을 사용하는 것이 가능하다. 설펜아미드계로서는, 예컨대 CBS(N-시클로헥실-2-벤조티아질설펜아미드),TBBS(N-tert-부틸-2-벤조티아질설펜아미드), N,N-디시클로헥실-2-벤조티아질설펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질설펜아미드, N,N-디이소프로필-2-벤조티아졸설펜아미드 등의 설펜아미드계 화합물 등을 사용할 수 있다. 티아졸계로서는, 예컨대 MBT(2-메르캅토벤조티아졸), MBTS(디벤조티아질 디설파이드), 2-메르캅토벤조티아졸의 나트륨염, 아연염, 구리염, 시클로헥실아민염, 2-(2,4-디니트로페닐)메르캅토벤조티아졸, 2-(2,6-디에틸-4-모르폴리노티오)벤조티아졸 등의 티아졸계 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 티우람계로서는, 예컨대 TMTD(테트라메틸티우람 디설파이드), 테트라에틸티우람 디설파이드, 테트라메틸티우람 모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람 디설파이드, 디펜타메틸렌티우람 모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람 테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람 헥사설파이드, 테트라부틸티우람 디설파이드, 펜타메틸렌티우람 테트라설파이드 등의 티우람계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티오우레아계로서는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 등의 티오요소 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 구아니딘계로서는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 등의 구아니딘계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 디티오카르바민산계로서는, 예컨대 에틸페닐디티오카르바민산아연, 부틸페닐디티오카르바민산아연, 디메틸디티오카르바민산나트륨, 디메틸디티오카르바민산아연, 디에틸디티오카르바민산아연, 디부틸디티오카르바민산아연, 디아밀디티오카르바민산아연, 디프로필디티오카르바민산아연, 펜타메틸렌디티오카르바민산아연과 피페리딘의 착염, 헥사데실(또는 옥타데실)이소프로필디티오카르바민산아연, 디벤질디티오카르바민산아연, 디에틸디티오카르바민산나트륨, 펜타메틸렌디티오카르바민산피페리딘, 디메틸디티오카르바민산셀레늄, 디에틸디티오카르바민산텔루륨, 디아밀디티오카르바민산카드뮴 등의 디티오카르바민산계 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계로서는, 예컨대 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 아세트알데히드-암모니아 반응물 등의 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 이미다졸린계로서는, 예컨대 2-메르캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물 등을 사용할 수 있고, 상기 크산테이트계로서는, 예컨대 디부틸크산토겐산아연 등의 크산테이트계 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 가황 촉진 조제로서는, 예컨대 산화아연, 스테아르산 등을 사용할 수 있다.
상기 오일로서는, 프로세스 오일, 식물 유지, 또는 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있다. 프로세스 오일로서는, 파라핀계 프로세스 오일, 나프텐계 프로세스 오일, 방향족계 프로세스 오일 등을 예시할 수 있다. 식물 유지로서는 피마자유, 면실유, 아마인유, 유채 기름, 대두유, 팜유, 야자유, 낙화생유, 파인 오일, 파인 타르, 톨유, 콘유, 미강유, 홍화유, 참기름, 올리브유, 해바라기유, 팜핵유, 동백유, 호호바유, 마카다미아너트유, 사플라워유, 동유(桐油) 등을 예시할 수 있다.
이들 가황 촉진제는, 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 좋다.
본 발명의 공기 타이어는, 본 발명의 사이드월용 고무 조성물을 이용하여, 종래부터 공지된 방법에 의해 제조된다. 즉, 상술한 필수 성분, 및 필요에 따라 배합되는 그 외의 배합제를 함유하는 사이드월용 고무 조성물을 혼련하고, 미가황의 단계에서 타이어의 사이드월 고무의 형상에 맞춰 압출 가공하며, 타이어의 다른 부재와 함께, 타이어 성형기 상에서 통상의 방법으로 성형함으로써, 미가황 타이어를 형성한다.
상기 미가황 타이어를 가황기 속에서 가열 가압함으로써, 본 발명의 공기입 타이어를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 비교예, 실시예 및 실험예에 의하여 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2>
하기 표 1에 나타내는 배합 처방에 따라, 밴버리 믹서를 이용하여, 유황 및 가황 촉진제를 제외한 배합 성분을 약 150℃에서 3분간 혼련하였다.
이어서, 얻어진 혼련물에 유황 및 가황 촉진제를 표 1에 나타내는 배합량으로 첨가한 후, 2축 오픈롤을 이용하여, 약 80℃에서 5분간 혼련하여, 각 실시예에 따른 배합의 미가황 고무 조성물을 조제하였다.
상기에서 얻은 미가황 고무 조성물을 소정의 두께로 압출하여 미가황 고무 시트를 제작하고, 또한 이것을 170℃에서 10분간 가황하여, 가황 고무 시트를 얻었다.
한편, 상기에서 얻은 미가황 고무 조성물을 사이드월 형상으로 압출하고, 다른 부재와 조합하여 타이어로 성형하며, 타이어 성형기로, 온도 150℃, 압력 25 kgf에서 35분간 가황하여, 시험용 타이어(사이즈 195/65R15)를 제작하였다.
<실험예> 고무 조성물의 물성 평가
<실험예 1> 듀로미터 A 경도
상기한 방법으로 얻은 가황 고무 시트에 대해서, JIS K6253에 준하여, 실온에서, 듀로미터 A 경도를 측정하였는 바, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
<실험예 2> 인장 강도 TB, 파단 신장 EB, 300% 모듈러스
상기한 방법으로 얻은 가황 고무 시트에서 잘라낸, 3호 덤벨의 시험편에 대해서, JIS K6251에 준하여, 실온에서, 인장 강도 TB(㎫), 파단 신장 EB(%)를 측정하였는 바, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
<실험예 3> 디마티아(De Mattia) 굴곡 시험
상기한 방법으로 얻은 가황 고무 시트에서 잘라낸, 길이 140 ㎜∼155 ㎜, 폭 25±0.1 ㎜의 시험편에 대해서, 디마티아 굴곡 시험기를 이용하여, JIS K6260에 준한 방법으로, 변형률을 변경하여, 굴곡 균열 성장 속도를 측정하였다.
측정 결과는 하기 표 1과 같은데, 이때 균열이 1 ㎜로 성장하기까지의 굴곡 횟수×1만(회)으로 나타내었다. 값이 클수록, 내굴곡 열 성장성이 우수한 것을 나타낸다.
<실험예 4> 오존 시험
상기한 방법으로 얻은 가황 고무 시트에서 잘라낸 길이 150 ㎜∼150 ㎜, 폭 20±0.1 ㎜의 시험편에 대해서, 200pphm의 오존 챔버에 넣어서 크랙이 발생하는 시간을 측정하였는 바, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
<실험예 5> 타이어 평가>
<실험예 5-1> 외관 평가
상기한 방법으로 제작한 시험용 타이어를 2달동안 방치 후 외관을 관찰하였는 바, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
여기에서, S는 "외관에 블루밍과 갈변이 발생하지 않음.", A는 "외관에 블루밍과 갈변 둘 중에 하나가 발생함."를 의미하고, B는 "외관에 블루밍과 갈변 둘 다 발생함."을 의미한다.
<실험예 5-2> 내구 성능
상기한 방법으로 제작한 시험용 타이어를, 드럼 시험기를 이용하여, 대상(臺上) 평가로 30000 km 주행시킨 후, 시험용 타이어를 해체하여, 사이드월의 손상 상황을 육안으로 관찰하고, 결과를 하기의 기준에 의해 평가하였는 바, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
여기에서, A는 "사이드월에 손상이 없음", B는 "사이드월에 손상이 있음"을 의미한다.
구분 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4


배합
(중량부)






 천연고무 70 70 70 70 50 50
폴리부타디엔 고무 30 30 30 30 50 50
카본블랙 30 30 30 30 30 30
판상형 클레이 0 0 0.5 2 5 10
노화방지제1 ) 0 5 0 0 0 0
스테아르산 2 2 2 2 2 2
산화아연 3 3 3 3 3 3
유황 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
가황촉진제 NS 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0


물성 평가



 듀로미터 A경도 48 48 47 48 48 48
인장강도TB
(kg/cm2)		 136 140 142 138 136 135
파단신장 EB(%) 501 496 500 505 520 534
300% 모듈러스
(kg/cm2)		 55 58 55 57 57 60
디마티아 시험
(10,000회/mm)		 23000 25000 30000 35000 30000 30000
오존시험 (일) 1 7 3 7 7 9
외관평가 S B A S S B
내구성능 B A A A A A
(주) 1) 노화방지제 : N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민(Kumanox-13)
상기 표 1에 나타내는 바와 같이, 노화방지제 들어가지 않은 비교예 1, 종래의 사이드월 조성물에 사용되는 노화방지제를 함유하는 비교예 2, 판상형 클레이를 함유하는 실시예 1~실시예 4의 결과를 나타내었다.
그 결과, 노화방지제의 함유 유무에 관계없이 물성은 유사하였다. 그러나, 노화방지제가 없는 비교예 1은 외관이 우수하나, 오존 시험에서 1일 내에 크랙이 발생하였다.
또한, 노화방지제 대신 판상형 클레이를 첨가하였을 때 물성에는 영향을 주지 않았고 외관이 향상되었다.
상기 이번에 개시된 실시 형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나며, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
이러한 본 발명의 사이드월용 고무 조성물은, 승용차용, 트럭용, 버스용, 중차량용 등의 각종 용도의 공기입 타이어의 사이드월부에 적합하게 적용되고, 본 발명의 공기입 타이어는, 상기 각종 용도에 적합하게 적용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 30∼70 중량%의 천연 고무와 30∼70 중량%의 폴리부타디엔 고무를 블렌딩하여 이루어지는 원료고무 100 중량부에 대하여, 판상형 클레이 2~5 중량부를 포함하되, 노화방지제를 불포함하는 사이드월용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 판상형 클레이는 알루미늄 및 마그네슘을 포함하는 함수 규산염이고, 층상 구조로 되어있는 것을 특징으로 하는 사이드월용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고무조성물은 가교 후의 듀로미터 A 경도가 50 이하인 것을 특징으로 하는 사이드월용 고무 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 사이드월용 고무 조성물을 포함하는 공기입 타이어.
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