KR101703455B1

KR101703455B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR101703455B1
Application number: KR1020150172170A
Authority: KR
Inventors: 정동의
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-02-06

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물을 개시한다.
본 발명에 따르는 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무에 대하여 탄소재 분말이 분산된 로진 및 보강재로 실리카 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 종래와 같이 실리카 필러를 사용하는 승용 타이어 트레드고무와 유사한 수준의 연비 특성을 기반으로 향상된 제동 특성, Cut & Chip 특성을 확보함으로써 안전성이 향상될 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composite for tire tread}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 종래와 같이 실리카 필러를 사용하는 승용 타이어 트레드고무와 유사한 수준의 연비 특성을 기반으로 향상된 제동 특성, Cut & Chip 특성을 확보함으로써 안전성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 바와 같이, 자동차 타이어에서 요구되는 성능은 타이어의 부위, 역할, 사용되는 곳에 따라 매우 다양하며 타이어의 정보를 기재하는 사이드월 부위에 사용되는 고무는 태양으로부터 자외선을 받고, 굴신운동을 자주 하고, 타이어에서 발생하는 발열을 외부로 배출해야 하기 때문에 자외선에 대한 내노화성, 내굴곡성 및 내발열성이 우수해야 한다.

한편, 지면과 직접 접촉하는 타이어 트레드 부위에 사용되는 고무는 차량 주행시 조정 안정성, 승차감, 연비성능, 스노우 성능이 우수해야 할 뿐만 아니라 경제적인 문제면에서는 내마모성, 제동력, 내구력 등이 우수해야 하며, 타이어에서는 차량의 이동, 지지, 유지 중에서 이동이 중요하므로, 타이어의 여러 부위 중에서 특히 타이어 트레드 부위는 상기에서 언급한 바와 같이 여러 가지 특성을 만족해야 하나 이들 성능은 서로 상호 부분적으로 배반하는, 즉 한쪽이 좋아지면 다른 쪽은 나빠지는 트레이드-오프(Trade-Off) 관계로 이루어져 있어서 상기의 트레드 고무가 필요한 여러 가지 성질들을 동시에 개선하는 것은 어려운 문제이다.

특히, 타이어에 의한 자동차의 안전성 문제를 일으킬 수 있는 현상으로는 제동 특성과 타이어의 내구성인데, 타이어 트레드부의 내구성 문제 중 하나인 컷앤칩(Cut & Chip)문제는 통상적으로 대형 차량에만 일어나는 것이 일반적이나, 최근 타이어의 연비 성능과 제동 성능을 향상 시키기 위해 Cut & Chip 성능이 열악한 실리카 필러 적용 타이어 기술이 도입됨에 따라, Cut & Chip 에 의한 안전 문제가 대두되고 있다.

또한 이러한 Cut & Chip 문제는 승용 타이어에 비해 사용자 환경이 열악하고, 차량 하중이 큰 트럭, 버스등 대형 차량에서는 오래전부터 다루어져 왔으나, 최근 승용 타이어는 사용자 환경이 다양화되고, 차량 하중이 늘어나면서 승용 타이어에서도 Cut & Chip 문제가 발생되고 있으나 고무조성물에 의해 이를 해결할 수 있는 기술이 미비한 상황이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 대한민국공개특허공보 제1999-0080527호에서는 기존의 산악지대 및 비포장도로에서 타이어가 찢어지거나 파손되는 사례가 많이 발생하는데 이를 방지하기 위하여 기존의 고무조성물에 루세늄착물(RuCl3. 3H2O)을 첨가하여 내 컷앤칩 성능을 개선한 타이어용 고무조성물을 제공하고 있으나, 이 역시 연비 특성, 제동 특성, Cut & Chip 특성을 확보하는데에는 미진한 문제가 있었다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래와 같이 실리카 필러를 사용하는 승용 타이어 트레드고무와 유사한 수준의 연비 특성을 기반으로 향상된 제동 특성, Cut & Chip 특성을 확보함으로써 안전성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 원료고무에 대하여 탄소재 분말이 분산된 로진 및 보강재로 실리카 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 탄소재는 그라파이트(graphite), 탄소섬유(carbon fibers), 그래핀 또는 탄소나노튜브(carbon nanotube)인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 로진은 화학식 1로 표시되는 말레이티드 로진이며, 천연고무 또는 합성고무를 포함하는 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 것일 수 있다.

<화학식 1>

본 발명에 따르는 타이어 트레드용 고무 조성물에 의하면, 종래와 같이 실리카 필러를 사용하는 승용 타이어 트레드고무와 유사한 수준의 연비 특성을 기반으로 향상된 제동 특성, Cut & Chip 특성을 확보함으로써 안전성이 향상될 수 있다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 하고, 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는데, 예를 들어 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따르는 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무에 대하여 탄소재 분말이 분산된 로진 및 보강재로 실리카 분말을 포함하는 것일 수 있다.

상기 탄소재 분말은 그라파이트(graphite), 탄소섬유(carbon fibers), 그래핀 또는 탄소나노튜브(carbon nanotube) 재료인 것으로 형성될 수 있는데, 특히 그래핀이 바람직하며, 이러한 분말의 특징은 비표면적(BET)이 100 ~ 1000 m²/g인 것이 바람직한데, 100 m²/g미만이면, 고무 조성물에서 물성 보강 효과가 미비할 수 있으며, 반대로 1000 m²/g를 초과하면 균일한 배합을 위하여 혼합공정에 투하되는 시간이나 에너지가 커져서 제조원가가 상승하는 문제가 생길 수 있다.

또한, 상기 로진은 화학식 1로 표시되는 말레이티드 로진이며, 천연고무 또는 합성고무를 포함하는 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 8 중량부를 포함할 수 있다.

<화학식 1>

상기 화학식 1의 말레이티드 로진은 연화점이 120℃이하인 것을 사용하는 것이 좋은데, 연화점이 너무 높으면 그래핀과 같은 탄소재 분말과 혼합 시 많은 에너지의 투하를 필요로 하는 공정성이 저감될 수 있다.

이러한 말레이티드 로진에 분산성이 우수한 탄소재 분말을 미리 혼합하여 사용함으로써 극히 소량의 탄소재 분말을 균일하게 혼합할 수 있어, 말레이티드 로진과의 시너지 효과로 인해 제동 성능이 우수하며, Cut & Chip 성능이 향상될 수 있고, 상기 탄소재 분말-말레이티드 로진 혼합물은 로진의 연화점이상에서 단순 혼합 후, 냉각을 통해 얻을 수 있는 이익이 있다.

한편, 상기 탄소재 분말-말레이티드 로진은 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부를 사용할 수 있는데, 0.5 중량부 미만이면 Cut & Chip 성능 향상 효과가 미비할 수 있고, 5 중량부를 초과하면 고무 조성물의 배합시간이 길어져 공정성이 하락하는 문제가 생길 수 있다. 또한 타이어 적용 시, 연비 성능이 하락하는 문제가 생길 수 있다.

또한, 상기 탄소재 분말은 원료고무 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.5 중량부를 사용할 수 있는데, 0.01 중량부 미만이면 탄소재 분말에 의한 보강 효과가 미비할 수 있고, 0.5 중량부를 초과하면, 고가의 탄소재 분말에 의해 단가가 상승하는 문제가 있을 수 있다.

<실시예1>

천연고무 10중량부와 스티렌 부타디엔 고무 70중량부 및 부틸고무 20중량부가 혼합된 원료고무 100중량부에 대하여 0.01 중량부의 그래핀과 1.5 중량부의 말레이티드 로진을 110^oC로 가열하면서 10분간 혼합한 뒤 상온으로 서서히 냉각시켰다. 다음으로 제조된 그래핀-말레이티드 로진과 실리카 70중량부, Si69 5중량부, 카본블랙 5중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 왁스 2중량부, 노화방지제(Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, TMDQ) 1중량부를 원료고무와 함께 밴버리 믹서에서 배합하여 고무 배합물을 얻었다. 상기의 고무배합물에 가류제로서 황 2중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide, CZ) 2중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.

<실시예2>

천연고무 10중량부와 스티렌 부타디엔 고무 70중량부 및 부틸고무 20중량부가 혼합된 원료고무 100중량부에 대하여 0.05 중량부의 그래핀과 1.5 중량부의 말레이티드 로진을 110^oC로 가열하면서 10분간 혼합한 뒤 상온으로 서서히 냉각시킨다. 제조된 그래핀-말레이티드 로진과 실리카 70중량부, Si69 5중량부, 카본블랙 5중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 왁스 2중량부, 노화방지제(Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, TMDQ) 1중량부를 원료고무와 함께 밴버리 믹서에서 배합하여 고무 배합물을 얻었다. 상기의 고무배합물에 가류제로서 황 2중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide, CZ) 2중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.

<실시예3>

천연고무 10중량부와 스티렌 부타디엔 고무 70중량부 및 부틸고무 20중량부가 혼합된 원료고무 100중량부에 대하여 0.2 중량부의 탄소나노튜브와 1.5 중량부의 말레이티드 로진을 110^oC로 가열하면서 10분간 혼합한 뒤 상온으로 서서히 냉각시킨다. 제조된 탄소나노튜브-말레이티드 로진과 실리카 70중량부, Si69 5중량부, 카본블랙 5중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 왁스 2중량부, 노화방지제(Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, TMDQ) 1중량부를 원료고무와 함께 밴버리 믹서에서 배합하여 고무 배합물을 얻었다. 상기의 고무배합물에 가류제로서 황 2중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide, CZ) 2중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.

<실시예4>

천연고무 10중량부와 스티렌 부타디엔 고무 70중량부 및 부틸고무 20중량부가 혼합된 원료고무 100중량부에 대하여 0.2 중량부의 탄소섬유와 2.8 중량부의 말레이티드 로진을 110^oC로 가열하면서 10분간 혼합한 뒤 상온으로 서서히 냉각시킨다. 제조된 탄소섬유-말레이티드 로진과 실리카 70중량부, Si69 5중량부, 카본블랙 5중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 왁스 2중량부, 노화방지제(Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, TMDQ) 1중량부를 원료고무와 함께 밴버리 믹서에서 배합하여 고무 배합물을 얻었다. 상기의 고무배합물에 가류제로서 황 2중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide, CZ) 2중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.

<비교예>

천연고무 10중량부와 스티렌 부타디엔 고무 70중량부 및 부틸고무 20중량부가 혼합된 원료고무 100중량부와 실리카 70중량부, Si69 5중량부, 카본블랙 5중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 왁스 2중량부, 노화방지제(Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, TMDQ) 1중량부를 함께 밴버리 믹서에서 배합하여 고무 배합물을 얻었다. 상기의 고무배합물에 가류제로서 황 2중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfenamide, CZ) 2중량부를 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.

<시험예1>

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무시편에 대해 ASTM 관련 규정에 의해 물성을 측정하였고, Cut & Chip 평가는 BF Goodrich 사의 Cut & Chip 평가기를 사용하여 측정하여 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

<실시예 및 비교예의 고무조성물의 물성>

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예
Cut & Chip	140	139	141	141	100
제동 특성	105	106	106	105	100
연비 특성	101	100	100	101	100
경도	100	100	101	101	100
300% 모듈러스	100	100	101	101	100
인장강도	102	102	101	102	100
신장율	99	101	100	100	100

* 상기 실시예의 측정값은 비교예의 고무시편의 값을 100으로 하였을 때 환산한 수치로서 모든 물성 수치는 높을수록 우수한 결과를 의미한다.

Claims

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원료고무에 대하여 탄소재 분말이 분산된 로진 및 보강재로 실리카 분말을 포함하며,
상기 탄소재는 그라파이트(graphite), 탄소섬유(carbon fibers), 그래핀 또는 탄소나노튜브(carbon nanotube)이고, 그 분말의 비표면적(BET)은 100 내지 1000 m²/g이며,
상기 로진은 화학식 1로 표시되는 말레이티드 로진이며, 천연고무 또는 합성고무를 포함하는 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
[화학식 1]