KR101950113B1

KR101950113B1 - 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 타이어 트레드 고무 조성물

Info

Publication number: KR101950113B1
Application number: KR1020170138328A
Authority: KR
Inventors: 양선희
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2019-02-19

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물 및 그 타이어를 개시한다.
본 발명은 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 타이어 트레드 고무 조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여 엔지니어링 플라스틱 5 내지 15 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때 내마모성, 제동 성능, 회전저항 성능이 향상될 수 있다.

Description

엔지니어링 플라스틱을 포함하는 타이어 트레드 고무 조성물 {A tire tread rubber compound incruding engineering plastics}

본 발명은 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 타이어 트레드 고무 조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여 엔지니어링 플라스틱 5 내지 15 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때 보강성, 분산안전성, 제동 성능, 회전저항 성능이 향상될 수 있다.

트레드는 지면에 접촉하여 차량의 성능에 직접적인 영향을 주는 타이어의 구성 요소이다. 최근, 자동차 기술의 발전과 소비자의 다양한 요구사항에 맞추기 위한 고성능 타이어의 연구가 활발해지고 있다. 고성능 타이어는 내마모성, 낮은 회전저항, 적절한 인장물성이 요구된다.

종래에는 카본블랙의 입자경에 따른 특성을 이용하거나, 하이드록시기를 포함하는 구조를 가진 실리카를 사용하여, 타이어용 고무 조성물의 회전저항 성능을 향상시켜 왔으나, 이는 마모성능의 하락을 동반하여 타이어 수명 단축으로 이어지는 등의 문제점이 있었다. 즉, 카본블랙의 특성변화 및 새로운 화학적 실리카의 특성변화를 이용하는 종래의 타이어용 고무 조성물은 내마모성과 회전저항 성능의 효과를 동시에 향상시키기에는 한계가 있었다. 따라서 내마모성과 회전저항 성능을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 접근방식의 기술이 필요하다.

따라서 본 발명에서는 하이드록시기를 포함하는 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 내마모성, 제동 성능, 회전저항 성능을 동시에 향상시키고자 한다. 본 발명과 관련된 선행기술로서 불소수지화합물로 트레드 부위를 코팅하여 웨트 성능을 향상시킨 타이어(KR 10-2010-0030267 A), 고성능 플라스틱을 사용하여 내마모성과 회전저항 성능을 향상시킨 타이어용 고무 조성물(KR 10-1132532 B1)를 참고 할 수 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 가황고무와 물리/화학적으로 결합시켜 타이어의 마모특성, 제동 성능, 회전저항 성능이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 원료고무 100 중량부에 대하여 엔지니어링 플라스틱 5 내지 15 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.

상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 기본 구조로 하며, 하이드록시기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 고강성, 내마모성, 내피로성, 내약품성 등이 뛰어나고 80~160℃의 유리전이온도를 가지며, 100,000~1,000,000g/mol의 분자량을 가진다.

본 발명에 의하면, 가황고무와 엔지니어링 플라스틱을 물리/화학적으로 결합시킴으로써 회전저항 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 본 발명에서 제공하는 엔지니어링 플라스틱은 하이드록시기를 포함하기 때문에 더욱 친수성이 되어 젖은 노면 제동 성능을 향상시킨다. 또한 높은 분자량 및 유리전이온도를 가지기 때문에 상온에서 보강재의 역할을 하여 보강성, 내마모성이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물을 제공 할 수 있다. 동시에 마른 노면 제동 시, 순간적인 마찰로 인한 온도 상승으로 유리전이온도 이상의 온도에서 엔지니어링 플라스틱이 연화되어 마른 노면 제동 성능이 향상 될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 타이어 트레드용 고무 조성물에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따르는 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여 엔지니어링 플라스틱 5 내지 15 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무 조성물에 사용하는 원료고무라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

상기 원료고무는 천연고무 또는 합성고무를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기에서 합성고무는 용액중한 스티렌-부타디엔고무(S-SBR), 유화중합 스티렌-부타디엔 고무(E-SBR), 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 에피클로로하이드린고무, 불소고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 니트릴 부타디엔고무(NBR), 변선 니트릴부타디엔고무, 클로린네이티드 폴리에티렌고무, 스티렌에틸렌부틸렌스티렌(SEBS)고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌프로필렌디엔(EPDM)고무, 하이팔론고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세티에트고무, 아크릴고무, 히드린고무, 비닐벤젠클로라이드스티렌부타디엔고무, 브로모메틸스티렌부틸고무, 말레인산스티렌부타디엔고무, 카르복실산스티렌부타디엔고무, 에폭시이소프렌고무, 말레인산에틸렌프로필렌고무, 카르복실산니트릴부타디엔고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기 보강재는 타이어 트레드부의 기능이나 성능을 향상시키거나 보강 할 목적으로 사용하는 것이면 종류나 재질에 한정없이 폭넓게 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 타이어 트레드 고무 조성물의 보강재로는 카본블랙을 포함할 수 있고, 상기 카본블랙의 함량은 5~30중량부인 것이 바람직한데, 5중량부 미만이면 트랙션과 마모성능이 하락하여 바람직하지 않고, 30중량부를 초과하면 내 크랙성능이 하락하여 바람직하지 않다.

또한 본 발명에 따른 타이어용 고무 조성물에는 실리카를 포함할 수 있는데, 상기 실리카는 보강제로서의 역할뿐만 아니라, 실란반응을 통한 엔지니어링 플라스틱과의 결합을 도와주는 역할을 한다.

상기 실리카의 함량은 30~80중량부인 것이 바람직한데, 30중량부 미만이면 회전저항 성능이 하락하여 바람직하지 않고, 80중량부를 초과하면 내마모성능 하락 및 공정성 불량이 발생하여 바람직하지 않다.

상기 엔지니어링 플라스틱은 엔지니어링 플라스틱을 소스(source)로 하여 제조되는 것으로 하이드록시기를 포함하는 것을 기본으로 하고 그 제조방법을 특별하게 한정하지 않는다. 또한 하이드록시기는 고분자 단위구조당 1개를 포함하고, 랜덤 공중합체의 형태를 가진다. 전체 분자에 대한 고분자 단위구조 반복 수는 n= 20~15,000, m= 50~12,500이다. 하이드록시기를 포함하는 엔지니어링 플라스틱은 80~160℃의 유리전이온도를 가지며, 100,000~1,000,000g/mol의 분자량을 가진다. 하이드록시기를 포함하는 엔지니어링 플라스틱의 구체적인 구조 예시는 <화학식 1>에 나타내었다.

[화학식 1]

또한, 본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물은 상기에서 언급한 원료고무, 보강재 이외에 종래 타이어 트레드 고무 조성물에 사용되는 접착제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제, 가류촉진제와 같은 각정 첨가제를 필요에 의해 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무 조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본 발명의 필수 구성이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

상기 엔지니어링 플라스틱은 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부를 사용하는데, 만일 5 중량부 미만이면, 사용에 의하여 나타나는 효과가 미미할 수 있고, 반대로 15 중량부를 초과하면, 혼합/분산성 등 공정성에 불리할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 타이어 트레드 고무 조성물에 의해 제조된 고무를 포함한다.

본 발명은 상기에서 언급한 타이어 고무 조성물에 의해 제조된 고무를 트레드로 함유하는 타이어를 포함한다.

상기에서 타이어는 자동차용 타이어, 버스용 타이어, 트럭용 타이어, 항공기용 타이어, 오토바이용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 나타낸다.

본 발명에 대하여 아래에서와 같이, 비교예 및 실시예를 들어 설명하나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 및 비교예>

하기 <표 1>에 나타낸 조성구분에 따라 각 성분을 배합하여, 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 각 성분을 배합하여 제조한 각각의 고무시편에 대해 각 고무 조성물을 160℃에서 15분 가류하여 가류 고무 시편을 제조하였다. ASTM 관련 규정에 의해 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신장율, 마모특성, 발열특성 및 회전저항 특성과 같은 물성을 측정하고 그 결과를 하기 <표 1>에 함께 나타내었다.

	구분	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3
배합 조성비 (phr)	네오프렌 고무	10	10	10	10	10	10
	스티렌 부타디엔 고무	70	70	70	70	70	70
	부타디엔 고무	20	20	20	20	20	20
	파라핀 오일	15	15	15	15	15	15
	카본블랙	10	10	10	10	10	10
	실리카	55	55	55	55	55	55
	엔지니어링 플라스틱	15	10	5	3	20	-
	산화아연	3	3	3	3	3	3
	스테아린산	2	2	2	2	2	2
	노화방지제¹⁾	2	2	2	2	2	2
	황	3	3	3	3	3	3
	촉진제1 ²⁾	2	2	2	2	2	2
	촉진제2 ³⁾	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2
평가 결과 (ASTM기준)	HD's	105	103	103	102	106	100
	300% 모듈러스	108	105	105	103	108	100
	인장강도	101	101	100	100	101	100
	신장율	94	97	99	99	93	100
	Wear Index	102	101	100	100	100	100
	Tanδ@70℃	91	95	99	100	97	100
	Tanδ@25℃	105	102	101	101	104	100
	Tanδ@0℃	108	106	103	101	105	100

주) 1) 6-PPD(KKPC, Kumanox-13)

2) DPG(Sunsine, DPG)

3) CZ(Sunsine, CBS)

상기에서 실리카는 BET 표면적이 115㎡/g인 것을 사용하였다.

상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가 140g/kg, DBP 흡착가 130ml/100g인 것을 사용하였다.

상기에서 엔지니어링 플라스틱은 하이드록시기를 포함하는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 뜻한다.

상기 <표 1>에서 실시예 및 비교예의 값은 비교예3의 물성 시험 결과를 100으로 하였을 때 환산한 수치로써 표시한 것으로 마모특성[Wear Index] 및 젖은 노면의 제동력(wet traction)[Tanδ@0℃]과 마른 노면의 제동력(dry traction)[Tanδ@25℃]은 수치가 높을수록 우수한 결과를 의미하고, 회전저항 특성[Tanδ@70℃]은 수치가 낮을수록 물성이 우수한 것을 의미한다. 인장물성(경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신장율)의 경우에는 타이어 트레드 사용 목적에 따라 요구하는 물성이 상이하기 때문에 참고용으로만 제시하였다.

상기 <표 1>의 결과에서처럼 본 발명의 실시예1~3에서 제조한 고무 시편은 비교예3 대비 마모특성, 제동성능, 회전저항 성능이 향상되어 본 발명의 목적에 부합하는 고무 조성물 및 고무를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

특히 실시예1~3을 비교 할 때 엔지니어링 플라스틱의 함량이 증가할수록 마모특성 및 회전저항 성능, 제동 성능이 향상됨을 확인할 수 있다. 사용 목적에 맞게 엔지니어링 플라스틱의 함량을 조절하여 사용하는 것을 권장한다.

아울러, 비교예1과 비교예2의 결과를 통해 엔지니어링 플라스틱이 5 중량부 미만이면, 사용에 의하여 나타나는 효과가 미미하고, 반대로 15 중량부를 초과하면, 혼합/분산성 등 공정성에 불리하여 오히려 그 효과가 감소하는 것을 알 수 있다. 그러므로 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부를 사용하는 것이 적절하다.

Claims

타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 원료고무 100 중량부에 대하여 엔지니어링 플라스틱 5 내지 15 중량부로 이루어지고,
상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 기본 구조로 하여, 하기 화학식 1로 표시되는 하이드록시기를 포함하는 고분자를 이용한 타이어 트레드용 고무 조성물:
[화학식 1]

(여기서, n= 20~15,000, m= 50~12,500이다.)
삭제
제 1항에 있어서, 상기 엔지니어링 플라스틱은 80~160℃의 유리전이온도를 가지며, 100,000~1,000,000g/mol의 분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 고분자를 이용한 타이어 트레드용 고무 조성물.