KR101710904B1 - 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 원료고무 100 중량부, 말단이 실록산(siloxane, -Si(OCH2CH3)3)으로 변성된 액상 부타디엔 고무 5 내지 20 중량부 및 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -80℃인 액상 부타디엔 고무 5 내지 15 중량부를 포함함으로써, 빙설 노면 및 젖은 노면에서의 제동성능을 향상시키고 회전저항성능 손실을 최소화 할 수 있다.

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 빙설 노면 및 젖은 노면에서 제동성능을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
최근 타이어는 드라이핸들링뿐만 아니라 웨트 핸들링, 빙설노면에서의 제동성능, 마모성능, 저연비 성능, 내구성능 등 다양한 타이어의 성능이 요구되고 있으며 승용차의 고성능화로 인해 소비자들은 타이어의 고성능화를 요구하면서 타이어의 제동성능에 대한 요구가 높아지고 있다.
젖은 노면에서의 제동성능을 향상시키는 방법으로는 트레드용 고무 조성물에 석유수지계, 쿠마론-인덴수지계, 페놀수지계 레진등을 첨가함으로써 고무의 점착성을 높이거나 높은 스티렌 성분을 함유한 원료고무를 다량 사용함으로써 고무의 유리전이온도(Tg)를 높이고 노면에서의 동적손실계수(tanδ)를 증대시키는 방안이 있다. 이러한 방법은 저온에서 고무의 경도 및 모듈러스 상승을 초래할 수 있으며 빙설 노면에서의 제동성능 저하를 가져 올 수 있다.
또한 입경이 작은 카본블랙을 사용하거나 카본블랙의 양을 증량하여 발열속도 및 보강성을 향상시킴으로써 마른 노면에서의 제동 성능 향상을 이루어 낼 수 있다. 하지만 상기와 같은 방법을 사용할 경우 회전 저항 성능의 손실을 가져올 수 있다.
본 발명의 목적은 빙설 노면 및 젖은 노면에서 제동성능을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
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, 원료고무 100 중량부, 말단이 실록산(siloxane, -Si(OCH2CH3)3)으로 변성된 액상 부타디엔 고무 5 내지 20 중량부 및 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -80℃인 액상 부타디엔 고무 5 내지 15 중량부를 포함한다.
상기 원료고무는 스티렌 부타디엔 고무 70 내지 90 중량부 및 부타디엔 고무 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
상기 말단이 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무는 비닐 함량이 60 내지 70 중량%이고, 수평균 분자량이 2,000 내지 8,000g/mol일 수 있다.
상기 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무는 유리전이온도(Tg)가 -60 내지 -40℃일 수 있다.
상기 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -80℃인 액상 부타디엔 고무는 비닐 함량이 10 내지 30 중량% 이고, 수평균 분자량이 7,000 내지 13,000g/mol일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 실리카 20 내지 95 중량부, 실란 커플링제 1 내지 20 중량부, 산화아연 1 내지 5 중량부, 스테아린산 0.5 내지 3 중량부 및 석유계 오일 0 내지 30 중량부를 더 포함할 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 원료고무 100 중량부, 말단이 실록산(siloxane, -Si(OCH2CH3)3) 으로 변성된 액상 부타디엔 고무 5 내지 20 중량부 및 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -80℃인 액상 부타디엔 고무 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있다. 바람직하게 말단이 실록산(siloxane, -Si(OCH2CH3)3)으로 변성된 액상 부타디엔 고무 10 내지 20 중량부 및 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -80℃인 액상 부타디엔 고무 5 내지 10 중량부를 포함한다. 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 말단이 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무 및 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -80℃인 액상 부타디엔 고무를 함께 포함함으로써 혼입 및 분산가공을 용이하게 하고 빙설 노면에서의 제동성능이 매우 우수할 뿐만 아니라 젖은 노면에서의 제동성능 및 회전저항성능의 손실이 거의 없다.
상기 말단이 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만이면 젖은 노면에서의 제동성능 및 저연비 성능 향상 효과가 미미하고 20 중량부를 초과하면 경도가 증가하고 스코치 위험성이 증가할 수 있다.
또한 상기 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -80℃인 액상 부타디엔 고무의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만이면 빙설 노면에서의 제동성능 향상 효과가 미미하며 15 중량부를 초과하면 저연비 성능 및 젖은 노면에서의 제동성능이 저하될 수 있다.
상기 말단이 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무 및 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -80℃인 액상 부타디엔 고무는 연화제를 일부 또는 전량 대체하여 사용되는 것일 수 있다. 다만, 연화제를 대체하여 액상 고무를 사용하는 경우 제동성능이 향상될 수는 있으나 스코치 안정성이 떨어져 대량 생산 및 타이어 제조시에 문제가 발생할 수 있고, 경도가 증가하여 빙설 노면에서의 제동성능은 향상되지 않는다. 그러나 본 발명은 말단이 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무 및 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -80℃인 액상 부타디엔 고무를 혼합 사용함으로써 문제점을 극복할 수 있다.
상기 원료고무는 합성고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고 구체적으로는 원료고무는 스티렌 부타디엔 고무 70 내지 90 중량부 및 부타디엔 고무 10 내지 30 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 함량이 22 내지 25중량%이고, 비닐 함량이 15 내지 18중량%이며, 수평균 분자량(Mn)이 55,000 내지 59,000g/mol이고, 중량평균 분자량(Mw)이 260,000 내지 320,000g/mol이며, 분자량 분포(MWD)가 3.8 내지 4.2인 것일 수 있다.
상기 부타디엔 고무는 시스-1,4 부타디엔의 함량이 96중량% 이상이고, 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃인 고시스 부타디엔 고무(High Cis-Butadiene rubber)일 수 있다. 또한, 상기 부타디엔 고무는 100℃에서의 무니점도가 43 내지 47인 것일 수 있다. 상기 고시스 부타디엔 고무를 사용하는 경우에는 내마모 성능 및 동적 스트레스(Dynamic Stress)하에서의 열축적 제어(Heat Build Up) 면에서 유리한 효과가 있다.
상기 스티렌 부타디엔 고무를 70 내지 90 중량부로 사용 함으로써 내커트-치핑성을 향상시키고 기계적 강성이 높아질 수 있고, 부타디엔 고무를 10 내지 30 중량부로 사용 함으로써 내마모성을 향상시킬 수 있다.
그러나 부타디엔 고무의 함량이 30 중량부를 초과하면, 내커트-치핑성이 저하될 수 있고, 10 중량부 미만이면, 내마모성이 저하될 수 있다.
상기 말단이 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무는 비닐 함량이 60 내지 70 중량%이고, 수평균 분자량이 2,000 내지 8,000g/mol일 수 있다. 상기 실록산 변성기는 구체적으로 -Si(OCH2CH3)3인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 말단이 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무는 유리전이온도(Tg)가 -60 내지 -40℃인 것일 수 있다. 상기 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무의 유리전이온도가 -60℃ 미만인 경우 젖은 노면에서의 제동성능이 저하될 수 있는 문제가 발생할 수 있고, -40℃를 초과하는 경우 혼합고무의 가공성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -80℃인 액상 부타디엔 고무는 비닐 함량이 10 내지 30 중량% 이고, 수평균 분자량이 7,000 내지 13,000g/mol일 수 있다. 낮은 유리전이온도를 가지는 액상 부타디엔 고무는 저온에서 유연성을 부여하여 빙설에서 제동성능을 높일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 충진제, 커플링제, 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.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 충진제를 더 포함할 수 있다. 상기 충진제는 카본블랙, 실리카, 탄산칼슘, 점토(수화규산알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게 실리카일 수 있다.
상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 30 내지 300m2/g일 수 있고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 60 내지 180cc/100g 일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 300m2/g을 초과하면 타이어용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있고, 30m2/g미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 카본블랙의 DBP 흡유량이 180cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 60cc/100g 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 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.
상기 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 30 내지 80 중량부로 포함될 수 있고, 45 내지 65 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 53 내지 57 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 카본블랙의 함량이 30 중량부 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 80 중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 실리카는 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 180㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)흡착 비표면적이 110 내지 170㎡/g일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 실리카의 질소흡착 비표면적이 100㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 180㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 실리카의 CTAB흡착 비표면적이 110㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 170㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
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.
상기 실리카는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 20 내지 95 중량부로 포함될 수 있다. 상기 실리카의 함량이 20 중량부 미만인 경우에는 고무의 강도 향상이 부족하고 타이어의 제동 성능이 저하될 수 있으며, 상기 실리카의 함량이 95 중량부를 초과하는 경우에는 마모 성능이 저하될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 커플링제를 더 포함할 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 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 커플링제의 함량이 1 중량부 미만일 경우 실리카의 분산성 향상이 부족하여 고무의 가공성이 저하되거나 저연비 성능이 저하될 수 있으며, 20 중량부를 초과하는 경우 실리카와 고무의 상호작용이 너무 강하여 저연비 성능은 우수할 수 있으나 제동 성능이 매우 저하될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 가류촉진제를 더 포함할 수 있다.
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 0.5 내지 4 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 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 연화제를 액상고무로 일부분 또는 전량 대체한 것으로서, 상기 연화제는 석유계 오일이다. 따라서, 상기 석유계 오일은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0 내지 30 중량부로 포함될 수 있다. 즉, 상기 석유계 오일은 전량이 상기 액상고무로 대체될 수 있으며, 상기 석유계 오일의 함량이 30 중량부를 초과하는 경우 경도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 액상 고무를 상기 중량비로 포함하는 경우 빙설 노면 및 젖은 노면에서의 제동성능을 향상시키면서 회전저항성능을 동등수준 이상으로 유지할 수 있다.
상기 석유계 오일은 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 방향족계 오일을 사용할 수 있다. 상기 방향족계인 석유계 오일을 사용하는 경우 고무와의 상용성이 최적이고 다량으로 배합할 수 있다는 점에서 보다 바람직하다.
또한 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 가류제를 포함할 수 있다. 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 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 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 4.0 중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
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 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 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 빙설 노면 및 젖은 노면에서 타이어의 제동성능을 향상시킬 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 : 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 비교예 3 실시예 1 실시예 2 실시예 3
스티렌-부타디엔 고무 70 70 70 70 70 70
부타디엔 고무 30 30 30 30 30 30
실리카 95 95 95 95 95 95
실란 15 15 15 15 15 15
산화아연 2 2 2 2 2 2
스테아린산 1 1 1 1 1 1
석유계 오일 30 20 20 10 10 10
액상 부타디엔 11) - 10 - 10 10 5
액상 부타디엔 22) - - 10 5 10 10
(단위: 중량부)
1) 액상 부타디엔 1: 유리전이온도(Tg)가 -56℃이고, 비닐 함량이 65 중량%이고, 수평균 분자량이 6300 g/mol이며, 양 말단이 실록산기(-Si(OCH2CH3)3)로 제조된 크레이벨리(Cray-Valley)사의 CVD20832
2) 액상 부타디엔 2: 유리전이온도(Tg)가 -95℃이고, 비닐 함량이 20중량% 이고, 수평균 분자량이 8000g/mol인 쿠라레이(Kuraray)사의 LBR307
[ 실험예 : 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 하기와 같은 방법으로 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1) 스코치 안정성(t5): 무니(Mooney) MV2000(Alpha technology) 기기를 이용하여 라지 로터(Large Rotor), 예열 1분, 로터 작동시간4 분, 온도 138℃에서 측정하였다. 스코치 타임은 무니 최소치로부터 5포인트 상승될 때까지 걸리는 시간을 측정된 것으로, 시간이 길수록 스코치 안정성이 향상된 것을 나타낸다.
2) 경도: 쇼어 A(Shore A) 경도계를 사용하여 측정하였다. 쇼어 A 경도계는 등분눈금이 1부터 100까지 있고, 값이 클수록 딱딱하여 제동성능이 나쁘다.
3) 300% 모듈러스(Modulus, kgf/㎠): 300% 신장시의 인장강도를 ISO 37 규격에 의해 측정하였고, 수치가 높을수록 우수한 강도를 나타낸다.
4) 점탄성 물성: DNTS(Dynamic Material Testing System) 시험기를 이용하여 10Hz, 정적 변형(Static Strain) 5%, 동적 응력(dynamic strain) 0.5% 조건으로 -60℃에서 80℃까지 temperature sweep을 하며 측정하였다.
5) 마찰계수: 다이나믹 프릭션 테스터(Dynamic Friction Teter)를 이용하여 마찰 계수를 측정하였다.
상기 점탄성물성 및 마찰계수는 비교예 1을 100으로 하여 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 이때, 상기 점탄성물성의 지수값이 높을수록 좋은 회전저항성능을 가짐을 나타내며, 상기 마찰계수의 지수값이 클수록 노면에서의 제동성능이 좋음을 나타낸다.
6) 빙설 노면에서의 제동 능력 값이 높아질 경우 나머지 회전저항성능 및 젖은 노면에서의 제동성능이 손실되는 정도와 전체적인 성능이 향상을 보기 위하여 평균값을 구해 표2에 기재하였다. (빙설+젖은)/2은 빙설노면에서의 마찰계수 값 젖은노면에서의 마찰계수 값의 합을 2로 나누어 구하였고, (점탄성+빙설)/2 값은 점탄성 물성 값과 빙설노면에서의 마찰계수 값의 합을 2로 나누어 구하였다. 그리고 (점탄성+빙설+젖은)/3 점탄성 물성 값과 빙설노면에서의 마찰계수 값, 젖은노면에서의 마찰계수 값의 합을 3으로 나누어 구하였다.
비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3
스코치 타임(t5)1 ) 14 11 14 11 13 15
경도(Shore A)2 ) 66 68 67 67 67 66
300% 모듈러스3 ) 69 75 70 73 70 71
점탄성 물성4 ) 100 106 95 104 100 97
마찰계수(빙설노면)5 ) 100 98 104 99 104 105
마찰계수(젖은노면) 100 103 97 102 101 97
(빙설+젖은)/26) 100 100.5 100.5 100.5 102.5 101
(점탄성+빙설)/26) 100 102 99.5 101.5 102 101
(점탄성+빙설+젖은)/36) 100 102.33 98.66 101.66 101.66 99.66
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 액상 부타디엔이 첨가되지 않은 비교예 1을 기준으로 지수화하여 표현하였다.
비교예 2는 말단이 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무의 영향으로 젖은 노면에서의 제동성능 및 회전저항성능은 양호하지만 빙설 노면에서의 제동성능이 매우 취약함을 확인할 수 있었고, 스코치 안정성이 떨어져 타이어 제조시 불리함을 확인하였다. 또한 비교예 1에 비하여 경도가 증가하여 빙설 노면에서의 제동성능이 떨어짐을 알 수 있었다.
비교예 3에서는 낮은 유리전이온도성질을 가진 액상 부타디엔고무의 영향으로 빙설 노면에서의 마찰계수가 비교예1에 비하여 다소 높지만 회전저항성능 및 젖은 노면에서의 제동성능이 취약함을 확인하였다.
실시예 1, 2 및 3에서는 회전저항성능, 빙설 노면과 젖은 노면에서의 제동 능력의 평균값이 향상하여 빙설에서의 제동성능이 향상되었다. 또한 스코치 타임 및 경도의 물성 변화가 거의 없으므로 손실되는 젖은 노면에서의 제동성능과 회전저항성능을 최소화 하였음을 알 수 있었다.
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 (7)

  1. 원료고무 100 중량부,
    말단이 실록산(siloxane, -Si(OCH2CH3)3)으로 변성된 액상 부타디엔 고무 5 내지 20 중량부, 및
    유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -95℃인 액상 부타디엔 고무 5 내지 15 중량부를 포함하고,
    상기 원료고무는 시스-1,4 부타디엔의 함량이 96 내지 100 중량%인 고시스 부타디엔 고무 10 내지 30 중량부 및 스티렌 부타디엔 고무 70 내지 90 중량부를 포함하고,
    상기 유리전이온도(Tg)가 -110 내지 -95℃인 액상 부타디엔 고무는 비닐 함량이 10 내지 30 중량%이고, 수평균 분자량이 7,000 내지 13,000g/mol인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 말단이 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무는 비닐 함량이 60 내지 70 중량%이고, 수평균 분자량이 2,000 내지 8,000g/mol인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 말단이 실록산으로 변성된 액상 부타디엔 고무는 유리전이온도(Tg)가 -40 내지 -60℃인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 실리카 20 내지 95 중량부, 실란 커플링제 1 내지 20 중량부, 산화아연 1 내지 5 중량부, 스테아린산 0.5 내지 3 중량부 및 석유계 오일 0 내지 30 중량부를 더 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  7. 제1항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
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