KR101801931B1 - 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, 실리카 30 내지 120 중량부, 및 양친매성 하이드로겔 5 내지 40 중량부를 포함함으로써, 젖은 노면에서의 그립 성능 및 혼배합성능을 향상시킬 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 젖은 노면에서의 그립 성능, 물성 및 혼배합성능이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
오프로드 레이싱용 타이어는 일반적으로 그립 성능을 향상시켜 급가속과 코너링 성능을 향상시킬 필요가 있다. 종래의 레이싱 타이어는 스티렌 함량이 높은 스티렌부타디엔 고무와 고함량의 카본 블랙 및 다량의 오일을 사용하여 연질의 트레드 고무 조성물을 트레드 고무로 사용하여왔다.
그런데, 이와 같은 타이어는 장시간 경기를 하게 되면 발열로 인하여 트레드 를 형성시키는 고무 분자의 물성저하가 발생되어 고무 모듈러스가 낮아져 코너링 시 트레드의 블록에 움직임이 발생하게 되고 따라서 마모가 빨라지고 그립 성능이 떨어져 코너링 성능이 저하되어 조종안정성이 급격하게 떨어지는 결점이 있게 된다.
특히 젖은 노면상태에서 레이싱 타이어의 가장 중요한 역할은 노면의 물을 얼마나 빨리 흡수하고 배출하느냐이다. 따라서 이러한 성능을 만족하기 위해 많은 양의 실리카를 사용거나, 표면기가 친수성인 폴리머를 사용하여 대응하곤 한다. 하지만 다량의 실리카를 사용할 경우, 혼배합내 분산이 문제가 되어 함량의 제약이 있으며, 친수성 폴리머 역시 혼배합시 친유성 약품(카본, 친유성 폴리머)과의 결합력이 저하되는 단점이 있다.
따라서, 동등 이상수준의 젖은노면에서의 그립성능을 나타내며는 타이어의 개발이 필요한 실정이다.
상기한 바와 같이 종래 기술이 가지는 문제점을 극복하고, 젖은노면에서 고속 주행할 수 있도록, 젖은 노면에서의 그립성능, 물성 및 혼배합성능이 우수한 타이어의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 젖은 노면에서의 그립성능 및 혼배합성능이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 젖은 노면에서 고속 운행에도 내구성 및 내마모성능이 유지되는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 레이싱 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원료고무 100 중량부, 실리카 30 내지 120 중량부, 및 양친매성 하이드로겔 5 내지 40 중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.
상기 하이드로겔은 한천(Agar), 콜라겐 펩타이드, 히알루론산, 전분(Starch), 가수분해전분(Hydrolyzed starch), 가교전분(Cross-linked starch), 덱스트린, 감마PGA, 카라기난, 아라비아검, 산탄검, 카르복실메틸셀롤로오스(CMC), 젤라틴, 펙틴, 알긴산, 키토산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 친수성 고분자로 이루어진 것일 수 있다.
상기 양친매성 하이드로겔은 표면이 친수성기와 소수성기로 치환된 하이드로겔이고, 상기 친수성기와 소수성기는 50:40 내지 50:60 몰비로 치환되는 것일 수 있다.
상기 친수성기는 하이드록시기(-OH), 설폰산기(-SO3H), 카복시기(-COOH), 아미노기(-NH2), 암모늄(-NH4), 삼산화황(-SO3), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 소수성기는 탄소수 1 내지 10의 알킬기(-CnH2n +1), 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기(-CnH2n), 탄소수 1 내지 10의 할로겐화알킬기, 유기실리콘기, 벤질기(-C6H5) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류제 0.5 내지 4.0 중량부, 가류촉진제 0.5 내지 2.0 중량부, 및 노화방지제 0.5 내지 2.0 중량부를 더 포함하는 것인 것일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어를 제공한다.
본 발명은 젖은 노면에서의 그립 성능 및 혼배합성능이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 젖은 노면에서 고속 주행시에도 내구성 및 내마모성능을 유지할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 실리카 30 내지 120 중량부, 및 양친매성 하이드로겔 5 내지 40 중량부를 포함한다.
(1) 원료고무
상기 원료고무는 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 공액 디엔방향족 비닐 공중합체, 나이트릴 공액 디엔 공중합체, 수소화 니트릴부타디엔고무, 올레핀 고무, 말레산으로 변형된 에틸렌-프로필렌 고무, 부틸 고무, 이소부틸렌과 방향족비닐의 공중합체, 이소부틸렌과 디엔모노머의 공중합체, 아크릴 고무, 할로겐화 고무, 클로로프렌 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
(2) 실리카
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 30 내지 120 중량부로 포함될 수 있고, 30 내지 100 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 60 내지 100 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 실리카의 함량이 30 중량부 미만인 경우에는 고무의 강도 향상이 부족하고 타이어의 제동 성능이 저하될 수 있으며, 상기 실리카의 함량이 120 중량부를 초과하는 경우에는 마모 성능이 저하될 수 있다.
상기 실리카의 분산성 향상을 위하여 커플링제를 추가적으로 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 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.
(3) 양친매성 하이드로겔
본 발명은 양친매성 하이드로겔을 포함하는 것을 특징으로 한다.
하이드로겔은 공유 결합, 수소결합, 반데르 발스(Van der waals) 결합 또는 물리적 결합 등과 같은 응집력에 의해 가교된 친수성 고분자로서, 수용액상에서 다량의 물을 내부에 함유하여 팽윤할 수 있는 3차원 고분자 네트워크 구조를 갖는 물질이다.
상기 하이드로겔은 한천(Agar), 콜라겐 펩타이드, 히알루론산, 전분(Starch), 가수분해전분(Hydrolyzed starch), 가교전분(Cross-linked starch)과 같은 변성전분(Modified Starches), 덱스트린, 감마PGA, 카라기난, 아라비아검, 산탄검과 같은 검류(Gums), 카르복실메틸셀롤로오스(CMC), 젤라틴, 펙틴, 알긴산, 키토산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 친수성 고분자로 이루어진 것일 수 있다.
상기 하이드로겔은 중량의 500 배 이상의 물을 흡수할 수 있다. 따라서 하이드로겔을 포함하는 타이어 고무 조성물은 동등수준의 젖은 노면의 물을 빠르게 흡수하고 배출할 수 있어, 젖은 노면에서의 그립성능이 상당히 향상될 수 있다.
그러나 상기 하이드로겔은 친수성으로, 타이어 고무 조성물에 배합시 소수성 실리카와 같이 친유성 폴리머와의 결합력이 저하되는 단점이 있다. 따라서, 본 발명은 상기 하이드로겔의 표면을 서로 다른 성질을 지닌 관능기를 보유하도록 개질하여 사용한다. 상기 양친매성 하이드로겔의 서로 다른 성질을 지닌 관능기는 각각 친수성기와 소수성기이다. 친수성기와 소수성기를 동시에 포함하여 친수성 물질 및 친유성 물질과 배합 성능이 향상되어 타이어 고무 조성물의 혼배합성능을 향상시킬 수 있다.
양친매성 사슬은 친수성 사슬에 대응하는 더 작은 넓이에 팽윤되며 수상에서 팽윤될 때 소수성 물질의 흡수가 증가한다. 양친매성 하이드로겔은 90℃까지는 상당히 튼튼할 뿐만 아니라, 스트레스가 가해지면 신속히 재배열하여 본래의구조를 회복하여 타이어 고무 조성물의 물성 유지에 용이하다.
상기 양친매성 하이드로겔은 표면이 친수성기와 소수성기로 치환된 하이드로겔이고, 상기 친수성기와 소수성기는 50:40 내지 50:60 몰비로 치환되는 것일 수 있다.
상기 친수성기 50 몰비에 대하여 소수성기가 40 몰비 미만으로 치환되는경우 폴리머 및 기타 화합물과의 결합력 저하 문제가 발생할 수 있고, 상기 친수성기 50 몰비에 대하여 소수성기 60 몰비를 초과하여 치환되는경우 실리카와의 결합력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 친수성기는 하이드록시기(-OH), 설폰산기(-SO3H), 카복시기(-COOH), 아미노기(-NH2), 암모늄(-NH4), 삼산화황(-SO3), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있고, 가장 바람직하게는 하이드록시기(-OH)이다.
상기 소수성기는 탄소수 1 내지 10의 알킬기(-CnH2n +1), 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기(-CnH2n), 탄소수 1 내지 10의 할로겐화알킬기, 유기실리콘기, 벤질기(-C6H5) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있고, 가장 바람직하게는 메틸기(-CH3)이다.
상기 양친매성 하이드로겔은 상기 실리카 대비 7분의 1 내지 2 수준으로 첨가하여 혼합할 수 있다.
(4) 기타 첨가제
상기 타이어 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 노화방지제, 활성화제, 연화제 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 타이어용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
상기 가류제로는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속산화물을 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 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, n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 4.0 중량부로 포함되는 것이 적절한 가류 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
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 2.0 중량부로 포함될 수 있다.
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 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키기 위하여 사용되는 첨가제이다. 상기 노화방지제로는 아민계, 페놀계, 퀴놀린계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염, 왁스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 적절하게 선택하여 사용할 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, N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 페놀계 노화방지제로는 페놀계인 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-이소부틸리덴-비스(4,6-디메틸페놀), 2,6-디-t-부틸-p-크레졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 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, 6-도데실-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 왁스로는 바람직하게 왁시 하이드로카본을 사용할 수 있다.
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 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2.0 중량부로 포함될 수 있다.
상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가되는 것으로, 고무 배합시나 고무 제조시에 사용되는 오일류 기타 재료를 의미한다. 상기 연화제는 가공오일(Process oil) 또는 기타 고무 조성물에 포함되는 오일류를 의미한다. 상기 연화제로는 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 연화제로서 사용하는 오일은 상기 오일 전체에 대하여 PAHs 성분의 총 함량이 3중량% 이하이고, 동점도가 95 이상(210 ℉ SUS), 연화제 내의 방향족 성분이 15 내지 25중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58중량%인 TDAE 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 TDAE 오일은 상기 TDAE 오일을 포함한 타이어 트레드의 저온 특성, 연비 성능을 우수하게 하면서도 PAHs의 암 유발 가능성 등의 환경적 요인에 대해서도 유리한 특성을 갖는다.
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, 동유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 타이어용 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('비생산' 단계라고 함) 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100 ℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계('생산' 단계라고 함)를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 트레드부를 포함하는 것이다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용한 트레드부를 포함하는 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 타이어는 오프로드 레이싱용 타이어, 소형 트럭용 타이어(LTR), 승용차용 타이어일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
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 타이어용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐으며 특별히 한정되지 않는다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1
원료고무 (1) 190.75 190.75 190.75 190.75 190.75
실리카 /
커플링제 (2)		 75.00
10.00		 75.00
10.00		 75.00
10.00		 75.00
10.00		 75.00
10.00
양친매성 하이드로겔(3) 10 20 30 40 -
레진(P-90)(4) 20 20 20 20 20
연화제(5) 11.20 11.20 11.20 11.20 11.20
산화아연 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
스테아린산 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
유황 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
촉진제1(6) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
촉진제2(7) 2 2 2 2 2
(단위: 중량부)
(1) 원료고무: 스티렌-부타디엔 고무 100 중량부 및 오일.
(2) 실리카/커플링제: 실리카로 Z-175, 커플링제로 Si-69를 혼합하여 사용하였다.
(3)양친매성 하이드로겔: 표면을 하이드록시기(-OH)와 메틸기(-CH3)를 50:50 몰비로 치환한 하이드로겔을 사용하였다.
(4) 가류제: Akonchem사의 레진 p-90
(5) 연화제: TDAE Oil (Shell社)
(6) 촉진제 1: TT(티우람계 가류촉진제)
(7) 촉진제 2: DPG
[ 실험예 : 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 조성물을 사용하고 트레드부를 구성한 타이어를 탈착하여 그 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 혼/배합 성능은 비교예와 실시예간 혼합차트 및 온도 조건등을 비교하여 평가하였다.
*혼/배합 성능 점수 표: 1(매우 나쁨) ~ 10(매우 좋음)
(2) 배출 성능은 배합 후 니더에서의 배출시간 및 작업성을 평가하였다.
*배출 성능 점수 표: 1(매우 나쁨) ~ 10(매우 좋음)
(3) 그립성능은 상기 고무 조성물을 사용하고 트레드부를 구성한 타이어 사이즈 280/640R18 Z207을 사용하여 공기압 200kPa로 하고, 테스트 드라이버가 젖은 노면 조건에서 서킷 코스(2km)를 10연속 주행 후 매 주행때 마다의 랩 타임을 측정, 초기 그립성능 및 그립 성능의 지속성을 평가하였다.
*그립성능 점수 표: 1(매우 나쁨) ~ 10(매우 좋음)
(4) 300% 모듈러스, 신장율은 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.
(5) 마모도는 JIS K6264에 의해 측정하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1
혼/배합 성능(1) 9 9 9 9 5
배출 성능(2) 8 8 8 9 6
젖은 노면 그립성능(3) 10 9 9.5 8 6
300% 모듈러스(Mpa)(4) 64.1 61.9 49.1 39.4 62.1
신장율 (%)(4) 710 720 701 621 700
마모도(Index)(5) 120 132 134 139 100
상기 표 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1은 하이드로겔을 포함하지 않는 비교예 1에 비해 실시예의 혼배합성능, 배출성능, 그립성능 등 전반적인 물성이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
양친매성 하이드로겔의 함량이 클수록 배출 성능이 좋았으나, 젖은 노면 그립 성능은 양친매성 하이드로겔의 함량이 10 중량부일 때 가장 좋은 것을 확인할 수 있었다. 또한 모듈러스, 신장율 및 마모도와 같은 물성 또한 하이드로겔의 함량이 10 중량부내지 20 중량부일 때 최적의 물성을 나타내는 것을 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 (8)

  1. 원료고무 100 중량부,
    실리카 30 내지 120 중량부, 및
    양친매성 하이드로겔 5 내지 40 중량부를 포함하고,
    상기 원료고무는 폴리이소프렌 고무, 올레핀 고무, 말레산으로 변형된 에틸렌-프로필렌 고무, 부틸 고무, 이소부틸렌과 방향족 비닐의 공중합체, 아크릴 고무, 할로겐화 고무, 클로로프렌 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,
    상기 하이드로겔은 한천(Agar), 콜라겐 펩타이드, 히알루론산, 덱스트린, 감마PGA, 카라기난, 아라비아검, 산탄검, 카르복실메틸셀롤로오스(CMC), 젤라틴, 펙틴, 알긴산, 키토산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 친수성 고분자로 이루어진 것이고,
    상기 양친매성 하이드로겔은 표면이 친수성기와 소수성기로 치환된 하이드로겔이고, 상기 친수성기와 소수성기는 50:40 내지 50:60 몰비로 치환되는 것이고,
    상기 친수성기는 하이드록시기(-OH), 설폰산기(-SO3H), 카복시기(-COOH), 아미노기(-NH2), 암모늄(-NH4), 삼산화황(-SO3), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,
    상기 소수성기는 탄소수 1의 알킬기(-CnH2n+1), 탄소수 1의 알킬렌기(-CnH2n), 탄소수 1의 할로겐화알킬기, 유기실리콘기, 벤질기(-C6H5) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인
    타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류제 0.5 내지 4.0 중량부, 가류촉진제 0.5 내지 2.0 중량부, 및 노화방지제 0.5 내지 2.0 중량부를 더 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  8. 제1항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
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