KR101777682B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무 조성물 중에 공정 오일을 대체하여 액상 지방족 수지를 포함하도록 하는데 특징이 있다.
본 발명의 조성물로 만든 타이어는 눈(snow) 또는 빙판(ice) 노면에서의 제동 성능 및 내마모 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber compositions for tire tread}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무 조성물 중에 공정 오일을 대체하여 액상 지방족 수지를 포함하도록 하는데 특징이 있다.
본 발명의 조성물로 만든 타이어는 눈(snow) 또는 빙판(ice) 노면에서의 제동 성능 및 내마모 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
고무는 받는 힘의 유무에 따라 변형되거나 회복되는 성질이 있어 이러한 고무의 성질을 이용하여 타이어, 컨베이어 벨트 및 신발 등 다양한 제품에 이용하고 있다.
상기 고무를 이용한 제품군 중에서 타이어는 차량의 지지 및 이동을 위한 수단으로서 특히 차량의 운전시 차량의 운전 상태, 운전자의 안전 등에 밀접한 영향을 주고 있다.
타이어의 주요 구성 부위로는 외부적으로 지면과 접촉하는 부위인 트레드(Tread) 부위, 타이어를 유지하는 사이드월(Sidewall) 부위 등이 있으며, 내부적으로는 바디 플라이(Body Ply), 벨트(Belt), 비드(Bead), 에이펙스(Apex) 등의 부위가 있다.
타이어 트레드부는 타이어의 지지 및 주행 시 지면과 직접적으로 접촉하는 부위이기 때문에 타이어의 주요 구성 부위 중 차량의 지지 및 이동에 있어 매주 중요하다.
특히 타이어 트레드는 차량의 이동 시 안전적인 요소에 의해 급정지해야 하는 경우가 자주 발생하기 때문에 제동력이 우수해야 할 뿐만 아니라, 차량의 주행 시 눈, 빙판 또는 물과 같은 젖은 노면 등의 젖은 노면 제동력 또한 우수해야 한다.
한편, 차량의 운전 용이성 및 차량의 연비를 향상시키기 위해 타이어 트레드부와 지면과의 회전저항이 낮아야 하며, 경제적인 측면에서 타이어 트레드부의 내마모성이 우수하여야 한다.
일반적으로 유리전이온도(Tg)가 낮은 고무를 사용하게 되면 타이어의 마모 성능 및 연비 성능을 향상시킬 수 있다고 알려져 있으나 제동 성능은 오히려 저하되는 것으로 인식되고 있다. 이러한 타이어의 제동 성능 저하를 보완하기 위해서 유화중합 스타이렌 부타디엔 고무 대신에 고무의 미세구조 조정이 가능한 용액중합 스타이렌 부타디엔 고무를 사용하고 있다. 하지만 스타이렌 함량 및 비닐 함량을 늘리게 되면 제동 성능은 향상되지만 마모 성능 및 연비 성능은 저하되는 문제가 있다.
이와 같이 타이어의 각 성능들은 한 가지 성능을 향상시키면 다른 한 성능은 저하되는 현상을 나타내기 때문에 한 가지 성능을 향상시키면서 다른 한 가지 성능 저하를 최소화 시키거나 나아가 동시에 성능을 향상시킬 수 있는 기술 개발이 요구된다.
타이어는 마모 성능 및 연비 성능을 향상시키면, 제동 성능이 저하되고, 타이어의 제동 성능을 향상시키면 연비가 나빠지게 되거나 마모 성능이 저하되는 경우가 발생한다. 타이어의 각 성능 향상은 보상적 성격을 가지고 있기 때문에 동시에 만족하기가 어려운 특징을 가지고 있다. 따라서 환경변화에 따라서 한가지 성능을 향상시키면, 다른 성능 저하를 최소화시키거나 동시에 두 가지 성능향상을 만족시킬 수 있는 기술 개발에 관한 특허들이 개시되고 있다. 한국특허등록번호 제542284호 한국특허등록번호 제1187248호 한국특허등록번호 제1132791호
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하여, 타이어의 눈 및 빙판 노면에서의 제동 성능 및 내마모 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은, 낮은 스티렌 함량의 용액중합 스티렌부타디엔고무 30~80 중량부, 유화중합 스티렌부타디엔고무 30~50 중량부, 폴리부타디엔고무 20~50 중량부, 실리카 40~100 중량부, 카본블랙 5~50 중량부 및 액상 지방족 수지를 5~30 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 낮은 스티렌 함량의 용액중합 스티렌부타디엔고무는 스티렌 함량이 10~25중량%이고, 비닐 함량이 50~70중량%이며, Tg가 -20~-60℃인 것을 30~80 중량부 사용하는 것이 바람직하다. 상기 용액중합 스티렌부타디엔고무의 스티렌 함량이 10중량% 미만인 경우에는 트랙션 성능이 하락하여 바람직하지 않고, 25중량%를 초과하는 경우에는 회전저항 성능과 마모성능이 하락하여 바람직하지 않으며, 비닐 함량이 50중량% 미만인 경우에는 트랙션 성능이 하락하여 바람직하지 않고, 70중량%를 초과하는 경우에는 마모성능과 회전저항 성능이 하락하여 바람직하지 않다. 또한, Tg가 -60℃ 미만인 경우에는 트랙션 성능이 하락하여 바람직하지 않고, -20℃를 초과하는 경우에는 스노우 성능이 하락하여 바람직하지 않으며, 용액중합 스티렌부타디엔고무의 사용량이 30중량부 미만인 경우에는 회전저항 특성이 하락하여 바람직하지 않고, 80중량부를 초과하는 경우에는 인장물성이 하락하고, 마모특성이 하락하여 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 유화중합 스티렌부타디엔고무는 스티렌 함량이 20~45중량%이며, Tg가 -20~-60℃인 것을 30~50중량부 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유화중합 스티렌부타디엔고무의 스티렌 함량이 20중량% 미만인 경우에는 트랙션 성능이 하락하여 바람직하지 않고, 45중량%를 초과하는 경우에는 회전저항 성능과 마모성능이 하락하여 바람직하지 않다. 또한 상기 유화중합 스티렌부타디엔고무의 사용량이 30중량부 미만인 경우에는 트랙션 성능이 하락하여 바람직하지 않으며, 50중량부를 초과하는 경우에는 마모성능과 회전저항 성능이 하락하여 바람직하지 않다. 그리고 Tg가 -60℃ 미만인 경우에는 트랙션 성능이 하락하여 바람직하지 않고, -20℃를 초과하는 경우에는 스노우 성능이 하락하여 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 폴리부타디엔의 사용량은 10~50중량부인 것이 바람직한데, 사용량이 10중량부 미만인 경우에는 마모성능이 하락하여 바람직하지 않고, 사용량이 50중량부를 초과하는 경우에는 회전저항과 트랙션 성능이 하락하여 바람직하지 않다.
본 발명에서 충전제로서 사용되는 실리카의 사용량은 40~100 중량부인 것이 바람직한데, 사용량이 40 중량부 미만인 경우에는 충전제로서 실리카를 사용함으로써 얻어지는 젖은 노면에서의 트랙션 성능과 회전저항 특성이 향상되지 않아 바람직하지 않고, 사용량이 100 중량부를 초과하는 경우에는 마른 노면에서의 트랙션 성능 하락과 인장물성이 떨어져 마모 성능이 하락하여 바람직하지 않다. 또 다른 충전제로서 사용되는 카본블랙은 5~50 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 사용량이 5중량부 미만인 경우에는 타이어의 흑색도(Blackness)를 하락시켜서 바람직하지 않고, 사용량이 50중량부를 초과하는 경우는 회전저항 특성이 하락하기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 에폭시기 적용 액상 지방족 수지는 분자량이 1000 ~ 4000 g/mol이고, 유리전이온도는 -60 ~ -90℃인 것을 5~30 중량부 사용하는 것이 바람직하다. 액상 지방족 수지는 분자량이 1000g/mol 미만인 경우에는 인장 물성이 하락하여 바람직하지 않고, 4000g/mol을 초과하는 경우에는 고점도로 인해 공정성이 하락하여 바람직하지 않으며, 상기 유리전이온도가 -60℃ 미만인 경우에는 스노우 성능이 하락하여 바람직하지 않고, -90℃를 초과하는 경우에는 트랙션 성능이 하락하여 바람직하지 않고, 사용량이 5 중량부 미만인 경우에는 수지로서 트랙션 성능 향상을 기대할 수 없고, 30 중량부를 초과하는 경우에는 인장물성이 하락하여 바람직하지 않다.
본 발명의 고무 조성물에는 통상적인 고무 조성물용 첨가제들, 예로서 커플링제, 아연화, 스테아린산, 노화방지제, 왁스, 공정유, 황, 촉진제 등의 첨가제들을 적절히 선택하여 첨가할 수 있으며, 이러한 첨가제들의 선택 및 사용량은 당 분야에서는 공지이다.
본 발명에 따른 타이어는 상기와 같은 본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물로 이루어진 트레드부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 타이어의 스노우 및 아이스 노면에서의 제동력 향상과 내마모 성능이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 및 비교예>
표 1에 나타낸 시험고무 조성물의 배합사양에 따라 고무 조성물을 제조하고, 그 동적특성을 ASTM D6382 / D6382M 방법, 마모특성을 DIN 마모 시험기를 이용하여 ASTM D5963 방법으로 측정하여, 비교예 1의 값 100을 기준으로 한 상대지수로 표 1에 나타내었고, 하기 표 2에는 사용된 스티렌부타디엔 고무의 스티렌 함량, 비닐 함량 및 Tg를 나타내었다.
구분 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
용액중합 스티렌부타디엔고무
유화중합 스티렌부타디엔고무1
유화중합 스티렌부타디엔고무2
폴리부타디엔고무		 40
30
-
30		 40
-
20
40		 40
30
-
30		 40
30
-
30		 40
-
20
40		 40
-
20
40
카본블랙
실리카
액상 지방족 수지3)
Vivatec-5001)
커플링제2) 		10
60
-
20
6		 10
60
-
20
6		 10
60
10
10
6		 10
60
20
-
6		 10
70
10
10
7		 10
90
20
-
9
인장
물성



타이어
성능
 경도
300%-모듈러스(%)
인장강도(%)
신율(%)
스노우 제동(%)
아이스 제동(%)
마른 노면 제동(%)
젖은 노면 제동(%)
회전저항(%)
내마모(%)		 100
100
100
100
100
100
100
100
100
100		 100
103
105
100
105
102
97
95
95
102		 98
100
100
110
105
104
98
100
98
105		 100
95
98
125
112
109
97
105
95
113		 105
110
105
98
114
106
97
100
96
108		 102
106
98
102
118
112
96
105
95
115

(단위: 중량부)
1) Vivatec-500: 미네랄 오일(PCA 함량<3%)
2) 커플링제: 비스-(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설판(TESPT)
3) 에폭시기 적용 폴리부타디엔: Epoxydized Polybutadiene
(제품명:Ricon300, 제조사:Cray Valley, 분자량:2000g/mol,
유리전이온도:-90℃)
항 목 스티렌 비닐 Tg
용액중합 스티렌부타디엔고무 25중량% 55중량% -26℃
유화중합 스티렌부타디엔고무1
유화중합 스티렌부타디엔고무2		 23.5중량%
40.5중량%		 13중량%
16중량%		 -55℃
-28℃
폴리부타디엔고무 금호석유화학 KBR-01
상기 표 1의 비교예와 실시예의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 고무는 마른 노면 및 회전저항 성능의 하락 없이 스노우 노면과 아이스 노면 제동 성능 향상과 함께 내마모 성능을 동시에 향상 시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 스티렌 함량 25중량%인 용액중합 스티렌부타디엔고무 35~45중량부, 유화중합 스티렌부타디엔고무 20~30중량부, 폴리부타디엔 30~50중량부, 실리카 40~100중량부, 카본블랙 5~50중량부 및 에폭시기 적용 폴리부타디엔 15~25중량부를 포함하되, 공정 오일을 포함하지 않는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시기 적용 폴리부타디엔은 분자량이 1000 ~ 4000 g/mol이고, 유리전이온도는 -60 ~ -90℃ 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 따른 타이어 트레드 고무 조성물로 이루어진 트레드부를 갖는 타이어.
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