KR102044887B1 - 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 원료고무 100 중량부에 충진제 60 내지 130 중량부, 전도성 고분자 5 내지 20 중량부, 및 식물성 오일 5 내지 20 중량부를 포함함으로써 전기 전도성, 분산 안정성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 관한 것이다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 전기 전도성, 분산 안정성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
타이어는 주재료인 고무 성분 이외에 타이어에 필요한 물성을 향상시키거나 강화하기 위한 다양한 종류의 첨가제를 사용하고 있다.
자동차의 고성능화에 따라 타이어의 젖은 노면에서의 제동성능과 저연비 성능에 대한 요구수준이 강화되고 있다. 요구성능을 만족하기 위하여 카본블랙을 실리카로 대체한 트레드용 고무 조성물이 늘어나고 있으나, 카본블랙과 달리 실리카는 전자이동이 어려운 구조를 가지고 있기 때문에 전기 전도도가 감소하는 경향이 있다. 이에 따라 차체에 발생된 정전기가 타이어를 통해 지면으로 빠져나가지 못하고 모여있게 되며, 이 과정에서 발생한 불꽃이 가솔린에 옮겨 붙을 시 폭발사고로 까지 이어질 수 있다.
종래에는 전기 전도도를 향상시키기 위하여 금속 분말을 포함하거나, 일정방향에 전도성 충전제를 적용한 고무 조성물을 적용하였으나 중량이 늘어나고 제조하는 과정에서 기술적인 어려움이 있다. 또한 트레드 표면에 전도성 충전제를 사용한 얇은 고무 조성물을 통해 정전기를 방전시키는 방법도 있으나, 주행을 통한 타이어 트레드의 마모가 일어나 점차적으로 방전 효과가 떨어지게 된다. 한국공개특허공보 제2010-0058727호에서는 공정상의 어려움을 해결하기 위하여 실리카와 범용 카본 블랙을 혼용하는 것을 제시하였다. 그러나 상기 고무 조성물로는 연비와 젖은 노면 제동 성능에 대한 소비자들의 요구성능을 만족하는데 한계가 있어 정전기바를 언더트레드에서 돌출시키거나 인플란트시키는 공정적인 기술로 보완을 하고 있는 실정이다. 따라서 타이어 성능은 유지하면서 공정적으로 보완이 필요없이 정전기를 방전가능한 고무 조성물이 필요하다.
본 발명의 목적은 전기 전도성, 분산 안정성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명은 원료고무 100 중량부, 실리카 60 내지 130 중량부, 전도성 고분자 5 내지 20 중량부, 및 식물성 오일 5 내지 20 중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.
상기 전도성 고분자는 폴리(3-알킬-티오펜)(Poly(3-alkyl-thiophene)), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리(1,4-페닐렌비닐렌)(poly(1,4-phenylenevinylene)), 폴리(1,4-페닐렌설파이드)(poly(1,4-phenylenesulfide)), 폴리(플루오레닐렌에티닐렌)(poly(fluorenyleneethynylene)) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 전도성 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112018000650846-pat00001
(n은 5 내지 50,000 의 자연수이고,
R은 알킬기, 알콕시기, 알킬렌알콕시기 및 폴리알킬렌 옥사이드기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.)
상기 식물성 오일은 대두유, 해바라기유, 카놀라유, 포도씨유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 식물성 오일은 리놀레산(Linoleic acid) 40 내지 60 중량%, 올레산(Oleic acid) 10 내지 30 중량% 및 이 둘 이외의 지방산 잔부량을 포함하는 대두유인 것일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류제 1.5 내지 2.5 중량부, 가류촉진제 0.5 내지 2.5 중량부, 산화아연 1 내지 5 중량부, 스테아르산 0.5 내지 3 중량부 및 노화방지제 1 내지 10 중량부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어를 제공한다.
본 발명은 전기 전도성, 분산 안정성 및 내마모성이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 저중량 친환경 타이어를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 실리카 60 내지 130 중량부, 전도성 고분자 5 내지 20 중량부, 및 식물성 오일 5 내지 20 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 상기 원료고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 천연고무는 우수한 인장강도 및 내마찰성을 갖는 것으로, 통상 타이어 고무 조성물에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적으로 상기 천연고무는 일반적인 천연고무이거나, 또는 변성 천연고무일 수 있다.
상기 천연고무는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스-1,4-폴리이소프렌을 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 천연고무에는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무 외에, 예컨대 남미산 사포타과의 고무의 일종인 발라타 등, 트랜스-1,4-이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무도 포함할 수 있다.
또 상기 변성 천연고무는, 상기 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예컨대, 상기 변성 천연고무로는 탈단백 천연고무(DPNR), 수소화 천연고무 등을 들 수 있다.
또, 상기 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 폴리 이소프렌 고무, 부틸 고무(BR), 클로로 술폰화 폴리에틸렌 고무, 에피클로로 하이드린 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 수소화된 니트릴 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무, 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS) 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔(EPDM) 고무, 하이팔론 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌 비닐아세테이트 고무, 아크릴 고무, 히드린 고무, 비닐 벤질 클로라이드 스티렌 부타디엔 고무, 브로모 메틸 스티렌 부틸 고무, 말레인산 스티렌 부타디엔 고무, 카르복실산 스티렌 부타디엔 고무, 에폭시 이소프렌 고무, 말레인산 에틸렌 프로필렌 고무, 카르복실산 니트릴 부타디엔 고무, 브로미네이티드 폴리이소부틸 이소프렌-코-파라메틸 스티렌(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene, BIMS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 보강성 충진제로 실리카를 포함할 수 있고, 추가적으로 실리카의 분산성 향상을 위해 실란 커플링제를 더 사용할 수 있다.
상기 실리카는 원료고무 100 중량부에 대하여 60 내지 130 중량부로 포함되는 것일 수 있다. 상기 실리카가 60 중량부 미만이면 제동 성능이 저조한 문제가 있고 130 중량부를 초과하면 내마모 성능 및 저연비 성능이 불리한 문제가 있다.
상기 실리카는 본 발명의 목적에 적합한 트레드 고무 조성물을 얻기 위해서 질소 흡착량이 160 내지 180㎡/g, CTAB값 150 내지 170㎡/g, DBP 흡유량이 180 내지 200cc/100g인 고분산성 실리카인 것이 바람직하다.
상기 실란 커플링제는 알콕시폴리설파이드 실란 화합물 중 비스-(트리 알콕시 실릴 프로필) 폴리설파아드(TESPD) 및 비스-3-트리에톡시 실릴프로필 테트라설파이드 (TESPT)등이 있으며 TESPD는 TESPT와 카본 블랙 50%를 블랜드한 것이다. 이러한 실란 커플링제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
자동차의 젖은 노면에서의 제동성능, 저연비 성능 등의 요구성능을 만족하기 위하여 카본블랙을 실리카로 대체한 트레드용 고무 조성물이 늘어나고 있으나, 카본블랙과 달리 실리카는 전자이동이 어려운 구조를 가지고 있기 때문에 전기 전도도가 감소하는 경향이 있다. 이에 따라 차체에 발생된 정전기가 타이어를 통해 지면으로 빠져나가지 못하고 모여있게 되며, 이 과정에서 발생한 불꽃이 가솔린에 옮겨 붙을 시 폭발사고로 까지 이어질 수 있다.
종래에는 전기 전도도를 향상시키기 위하여 금속 분말을 포함하거나, 일정방향에 전도성 충전제를 적용한 고무 조성물을 적용하였으나 중량이 늘어나고 제조하는 과정에 기술적인 어려움이 있다. 또한 트레드 표면에 전도성 충전제를 사용한 얇은 고무 조성물을 통해 정전기를 방전시키는 방법도 있으나, 주행을 통한 타이어 트레드의 마모가 일어나 점차적으로 방전 효과가 떨어지게 되며 상기 고무 조성물로는 연비와 젖은 노면 제동 성능에 대한 소비자들의 요구성능을 만족하는데 한계가 있어 정전기 바를 언더트레드에서 돌출시키거나 인플란트시키는 등의 공정적인 보완이 필요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 전도성 고분자를 적용하였다.
상기 전도성 고분자는 폴리(3-알킬-티오펜)(Poly(3-alkyl-thiophene)), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리(1,4-페닐렌비닐렌)(poly(1,4-phenylenevinylene)), 폴리(1,4-페닐렌설파이드)(poly(1,4-phenylenesulfide)), 폴리(플루오레닐렌에티닐렌)(poly(fluorenyleneethynylene)) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있고, 가장 바람직하게는 상기 전도성 고분자 중에서도 가장 우수한 전기 전도도를 가지는 폴리(3-알킬-티오펜)일 수 있다.
상기 전도성 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112018000650846-pat00002
상기 화학식 1에서 상기 n은 5 내지 50,000 의 자연수일 수 있다.
상기 R은 알킬기, 알콕시기, 알킬렌알콕시기 및 폴리알킬렌 옥사이드기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 상기 작용기는 탄소수가 2 내지 20인 것일 수 있다.
상기 전도성 고분자는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 전도성 고분자의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5중량부 미만이면 전도성 개선 효과가 미미하고, 20 중량부 초과이면 가공성과 분산성의 저하를 가져 올 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 정전기 바와 같은 공정적 보완 없이 정전기 방전이 가능하고, 특히 상기 전도성 고분자가 금속 물질이나 카본 블랙보다 중량이 작으므로 중량 증가 문제가 없어 타이어의 연비 성능에 유리하다.
그러나 상기 전도성 고분자를 첨가함에 따라 고무 조성물의 무니점도와 분산성의 저하를 가져올 수 있다. 따라서 본 발명에서는 일반 TDAE와 같은 공정오일을 대체하여 식물성 오일(Vegetable Oil)을 사용함으로써 상기 문제점을 보완한다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 전도성 고분자와 상기 식물성 오일을 조합 사용하여 타이어 트레드용 고무 조성물의 높아진 유리전이온도(Tg)를 낮추어 마모성능과 제동성능을 동시에 향상시킬 수 있다.
상기 식물성 오일은 상기 식물성 오일은 대두유, 해바라기유, 카놀라유, 포도씨유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있고, 대두유인 것이 가장 바람직하다.
상기 식물성 오일은 상기 식물성 오일 전체 중량에 대하여 리놀레산(Linoleic acid) 40 내지 60 중량%, 올레산(Oleic acid) 10 내지 30 중량% 및 이 둘 이외의 지방산 잔부량을 포함하는 것이 가장 바람직하다.
상기 리놀렌산이 40 중량% 미만으로 포함되는 경우, 고무 조성물과 전도성 고분자의 혼용성이 저하되고, 60 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 휘발성이 커져 가공성이 불리할 수 있다.
상기 올레산이 10 중량% 미만으로 포함되는 경우, 고무 조성물의 유리전이온도(Tg)를 낮추는 효과가 미미하고, 30 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 젖은 노면에서 타이어 제동 성능의 저하가 발생할 수 있다.
식물성 오일인 대두유는 일반 TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract) 공정오일 대비 분자량이 크며 불포화 지방산을 함유하고 있다. 이 불포화 지방산의 이중결합으로 가소 효과가 증가하게 되어 고무 조성물의 분산에 유리하다고 할 수 있다. 즉 전도성고분자를 사용하여 전기전도성을 향상시키면서 식물성 오일을 사용하여 분산성을 높여 마모특성을 향상시키는 효과를 갖는다.
상기 식물성 오일은 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부로 사용하는 것이 바람직하고, 상기 전도성 고분자에 대하여 식물성 오일을 1:1 내지 1:2 중량비로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 식물성 오일이 전도성 고분자 1중량부에 대하여 1 중량부 미만으로 포함될 경우, 트레드용 고무 조성물의 유리전이온도 조절 효과가 없고, 2 중량부를 초과할 경우에는 마모 성능 및 제동성능 과도하게 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
또한 상기 식물성 오일은 암을 유발하는 유독성 물질인 PAHs(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)를 다량 포함하는 공정오일 사용을 대체할 수 있어, 인체에 유익하고 친환경적인 장점이 있다.
상기 식물성 오일은 대두, 해바라기, 카놀라 및 포도씨 중에서 선택되는 하나 이상의 재료를 압착법 혹은 용제 추출법을 이용하여 기름 성분을 추출하는 것일 수 있다.
먼저 압착법은 세척 단계, 건조 단계, 착유 단계, 숙성 단계 및 침전 단계로 제조되는 것일 수 있다. 건조 단계는 상기 선택된 재료를 세척한 후 50 내지 70℃도의 미열로 흡입식 통풍건조 방식으로 2 내지 3시간 동안 건조하는 것일 수 있다. 착유 단계는 상기 건조시킨 재료를 80 내지 90 ℃ 사이에서 통상의 압착기 또는 엑스페러 기계로 기름을 추출하는 것일 수 있다. 숙성 및 침전 단계는 상기 착유과정을 통하여 축출된 기름을 7 내지 10일 동안 상온에서 숙성시킴과 동시에 이물질을 침전시켜 침전물을 제거하여 맑은 오일만을 분리하는 것일 수 있다.
다음으로 용제 추출법은 헥산, 알코올, 아세톤, 벤젠, 클로로메탄, 에테르 등의 유기용매를 이용하는 것일 수 있다. 대두를 상기 유기용매에 침지하여 기름 성분을 추출하고 오일만을 분리하는 것일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 노화방지제 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 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 1.5 내지 2.5 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 2.5 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 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 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
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("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.
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) 타이어로 사용할 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.
구분 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 실시예1
원료고무 100 100 100 100 100
실리카 120 120 120 120 120
커플링제 19 19 19 19 19
전도성고분자 0 5 20 10 10
식물성 오일 0 0 0 0 10
가공오일 10 10 10 10 0
산화아연 3 3 3 3 3
스테아린산 1 1 1 1 1
유황 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
촉진제 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
-원료고무: 용액중합 스티렌 부타디엔 고무 80 중량% 및 부타디엔 고무 20 중량%로 이루어진 합성고무
-실리카: CTAB 흡착 값이 160 ㎠/g 이고 질소 흡착 값이 175 ㎠/g 인 실리카
-전도성 고분자: 폴리(3-메틸-티오펜)(Poly(3-methyl-thiophene))
-식물성 오일: 리놀레산 50중량%, 올레산 20중량% 및 잔부량의 기타 지방산을 포함하는 대두유(Soybean Oil)
-가공오일: 처리 증류 방향족 추출물 (Treadted Distillate Aromatic Extracts, TDAE)
-촉진제: CBS (N-cyclohexyl-2-benzothiazoyl sulfonamide)
[실험예: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 실시예1
무니점도 73 75 86 80 74
내마모 Index 100 99 95 97 100
전기저항 1.58E+08 1.26E+08 1.41E+07 3.98E+07 3.98E+07
-무니점도(ML1+4, 100℃)는 ASTM 규격 D1646에 의해 측정하였다. 무니점도는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미가류 고무의 가공성이 우수한 것을 나타낸다.
-내마모 Index는 람본 마모 테스터기를 이용하여 비교예1을 기준으로 지수화하여 나타내었다. 내마모 Index는 높을수록 내마모 성능이 우수함을 나타낸다.
-전기저항은 상대습도 50 %, 온도 23 ℃의 조건으로 최소 저항 측정치를 나타내었다.
상기 표 2를 참조하면, 전도성 고분자를 포함하지 않는 비교예 1에 비하여 이를 포함하는 비교예 2 내지 4 및 실시예 1의 전기저항이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 전기저항 성능은 전도성 고분자를 10 중량부로 포함할 때 가장 우수하였다.
그러나 비교예 2 내지 4는 전기저항은 향상되었으나, 점도가 커져 가공성과 내마모 성능이 저하되는 결과가 나타났다.
반면 식물성 오일로 가공오일을 대체하여 사용한 실시예 1은 전기저항이 향상되었을 뿐만 아니라 무니점도 및 내마모 성능이 비교예 1과 같거나 높게 나타났다. 이로부터 본 발명의 일 실시예에 따라 전도성 고분자 및 식물성 오일을 동시에 사용하는 경우 전기 전도성, 분산 안정성 및 내마모성을 향상시킬 수 있음을 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,
    실리카 60 내지 130 중량부,
    전도성 고분자 5 내지 20 중량부, 및
    식물성 오일로 이루어진 공정오일 5 내지 20 중량부
    를 포함하고,
    상기 전도성 고분자는 폴리(3-메틸-티오펜)(Poly(3-methyl-thiophene))이며,
    상기 식물성 오일은 리놀레산(Linoleic acid) 40 내지 60 중량%, 올레산(Oleic acid) 10 내지 30 중량% 및 이 둘 이외의 지방산 잔부량을 포함하는 대두유인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류제 1.5 내지 2.5 중량부, 가류촉진제 0.5 내지 2.5 중량부, 산화아연 1 내지 5 중량부, 스테아르산 0.5 내지 3 중량부 및 노화방지제 1 내지 10 중량부를 더 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  7. 제1항 또는 제6항 중 어느 한 항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
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