KR102234278B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어 Download PDF

Info

Publication number
KR102234278B1
KR102234278B1 KR1020200021843A KR20200021843A KR102234278B1 KR 102234278 B1 KR102234278 B1 KR 102234278B1 KR 1020200021843 A KR1020200021843 A KR 1020200021843A KR 20200021843 A KR20200021843 A KR 20200021843A KR 102234278 B1 KR102234278 B1 KR 102234278B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
rubber
parts
oil
tire
Prior art date
Application number
KR1020200021843A
Other languages
English (en)
Inventor
이상걸
이지연
한민희
Original Assignee
한국타이어앤테크놀로지 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국타이어앤테크놀로지 주식회사 filed Critical 한국타이어앤테크놀로지 주식회사
Priority to KR1020200021843A priority Critical patent/KR102234278B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102234278B1 publication Critical patent/KR102234278B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
    • C08L9/06—Copolymers with styrene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C1/00—Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
    • B60C1/0016—Compositions of the tread
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/04—Polymerisation in solution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/36—Silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/54—Silicon-containing compounds
    • C08K5/548—Silicon-containing compounds containing sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L7/00—Compositions of natural rubber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L91/00—Compositions of oils, fats or waxes; Compositions of derivatives thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

본 발명은 원료고무 100 중량부, 보강성 충진제 60 내지 140 중량부, 및 올레인산(Oleic acid) 함량이 70 몰% 이상으로 개질된 천연 오일 10 내지 60 중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 대한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어는 제동 성능, 내마모 성능 및 회전 저항 성능이 우수하다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 원료고무, 보강성 충진제 및 올레인산(Oleic acid) 함량이 70 몰% 이상으로 개질된 천연 오일을 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 대한 것이다.
최근 자동차 및 타이어에 대한 소비자의 관심과 전문지식이 증가하고 상품이 다양해짐에 따라 자동차 산업에 대한 요구 성능이 심화되고 있다. 자동차 산업의 주요 시장은 크게 유럽과 북미로 나뉘어 지는데, 유럽 시장은 핸들링과 제동 성능 위주의 퍼포먼스 측면이 주로 요구되며, 북미 시장은 안정성 및 내구성이 중요하게 인식된다.
2012년부터 유럽 시장에서는 타이어 성능에 대한 라벨 표기 제도를 도입함에 따라 젖은 노면에서의 제동 성능, 저연비 성능, 소음에 대한 등급을 표기하여 소비자에게 정보를 제공하고 있다. 이에 최근 타이어 업계에서도 라벨 표기 성능 위주로 신제품을 개발해 왔으며, 이로 인해 한 가지 성능을 택하다 보면 다른 한 가지 성능이 불리해지는 트레이드-오프(trade-off) 경향이 뚜렷하게 나타나고 있다.
대표적인 트레이드-오프 성능으로 타이어 구매 비용에 대한 고객 만족도에 중요한 인자인 내마모 성능, 겨울철 빙설 제동 및 핸들링 성능을 좌우하는 스노우(snow) 성능과 타이어 운행의 장기 안전성을 결정짓는 내피로 성능이 여기에 해당된다.
보다 상세하게 전 계절(all season)용 타이어의 트레이드-오프 성능에 대해 언급하면, 일반적으로 젖은 노면의 제동 성능과 마모 성능 및 빙설 노면의 제동 성능은 상반된 성능이다. 젖은 노면의 제동 성능은 스티렌 함량이 높은 고무나 보강제인 실리카 함량을 높이면서 향상시킬 수 있는데, 이는 고무의 경도 및 모듈러스를 상승시키기 때문에 낮은 경도를 갖는 고무가 유리한 빙설 노면에서의 제동 성능은 이와 반대로 오히려 저하되는 경향이 있다.
또한, 고무의 유리 전이 온도(Tg) 측면에서도 젖은 노면의 제동 성능은 높은 유리 전이 온도에서는 유리하지만, 마모 성능 및 빙설 노면의 제동 성능은 더 유연한 낮은 유리 전이 온도에서 유리하다.
일반적인 타이어의 사용 온도 범위는 -20 내지 40 ℃로써 그 온도 영역대가 넓다. 그러나, 이는 고무의 가공을 용이하게 하기 위해 사용되는 합성오일이 한여름에 40 ℃까지 올라가는 고온 아스팔트에서 장기 주행 시 트레드 내부에서 용출될 수 있으며, 최종적으로 고무의 탄성적 성질에 변화를 초래하게 되어 타이어 주행 안정성에 위험 요소로 인식되고 있다. 특히 필러(filler) 함량이 100 phr 이상인 타이어에서는 고무의 혼합 안정성 확보를 위해 합성 오일 함량을 많이 사용할 수 밖에 없고, 이는 타이어의 장기 내구 및 노화 특성에 나쁜 영향을 미친다.
일본 공개특허공보 제2001-253973호 한국 등록공보 제0964308호 한국 등록공보 제1278216호 한국 공개특허공보 제2010-0120014호
본 발명의 목적은 젖은 노면에서의 제동 성능을 유지하면서 내마모, 빙설 제동 및 회전 저항 성능이 우수한 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 원료고무 100 중량부, 보강성 충진제 60 내지 140 중량부, 및 올레인산(Oleic acid) 함량이 70 몰% 이상으로 개질된 천연 오일 10 내지 60 중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물이 제공된다.
이때, 상기 개질된 천연 오일은 말단에 -O-R`-SiH2(OCnH2n+1)기(R`: CnH2n, n=1~10, OCnH2n+1: n=1~5)를 갖는 것일 수 있다.
그리고, 상기 원료고무는 천연고무 5 내지 25 중량부, 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 35 내지 75 중량부, 부타디엔 고무 10 내지 50 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 20 내지 50 중량%, 부타디엔 내의 비닐 함량이 10 내지 40 중량%이고, Tg가 -60 내지 -10 ℃이며, SRAE(Safety residual aromatic extracts) 오일을 20 내지 50 중량%로 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 보강성 충진제는 실리카 50 내지 150 중량부 및 카본블랙 1 내지 20 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 실리카는 질소 흡착가가 160 내지 200 m2/g이고, CTAB 흡착가가 150 내지 200 m2/g인 것일 수 있다.
또한, 상기 개질된 천연 오일은 대두유, 해바라기씨유, 면실유, 옥수수유, 카놀라유, 팜유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 천연 오일을 개질한 것일 수 있다.
그리고, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 비스-(트리알콕시실릴프로필)폴리설파이드(TESPD), 비스-3-트리에톡시실릴프로필테트라설파이트(TESPT) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 실란 커플링제를 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부만큼 더 포함하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어가 제공된다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어는 젖은 노면에서의 제동 성능을 유지하면서, 내마모, 빙설 제동 및 회전 저항 성능이 우수하다.
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.
본 발명의 일 측면에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 원료고무 100 중량부, 보강성 충진제 60 내지 140 중량부, 및 올레인산(Oleic acid) 함량이 70 몰% 이상으로 개질된 천연 오일 10 내지 60 중량부를 포함한다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어는 젖은 노면에서의 제동 성능을 유지하면서 내마모, 빙설 제동 및 회전 저항 성능이 우수하다.
이하, 각 구성 성분별로 상세히 설명한다.
1) 원료고무
상기 원료고무는 천연고무, 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 및 부타디엔 고무를 포함하는 것일 수 있다. 상기 원료고무의 함량이 제한되는 것은 아니지만, 천연고무 5 내지 25 중량부, 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 35 내지 75 중량부, 부타디엔 고무 10 내지 50 중량부를 포함할 수 있다.
상기 천연고무는 일반적인 천연고무 또는 변성 천연고무일 수 있다. 상기 일반적인 천연고무는 천연고무로서 알려진 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않는다. 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.
상기 천연고무는 원료고무 전체 중량에 대하여 5 내지 25 중량%로 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 천연고무가 5 중량% 미만으로 포함될 경우에는 결정화 구조를 가지는 천연고무 본연의 특성이 미미하며, 25 중량%를 초과할 경우에는 합성고무와의 혼용성 측면에서 불리한 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 20 내지 50 중량%, 부타디엔 내의 비닐 함량이 10 내지 40 중량%이고, Tg가 -60 내지 -10 ℃이며, SRAE(Safety residual aromatic extracts) 오일을 20 내지 50 중량%로 포함하는 것일 수 있다.
상기 특징을 갖는 스티렌-부타디엔 고무를 사용하는 경우 타이어 트레드의 히스테리시스가 높아지므로 마른 또는 젖은 표면에서의 제동 성능도 동시에 향상시킬 수 있다.
상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 중량평균분자량(Mw)은 1,200,000 내지 1,700,000 g/mol일 수 있으며, 분자량 분포는 1.5 이상으로 분자량 분포가 넓어 가공성이 우수하고, 분자량 또한 높아 내마모 성능에도 유리할 수 있다.
상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로, 35 내지 75 중량부로 포함되는 것일 수 있고 상기 범위를 벗어날 경우 젖은 노면 및 빙설 노면의 제동 성능과 내마모 성능 효과가 모두 저하될 수 있다.
상기 부타디엔 고무는 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로, 10 내지 50 중량부로 포함되는 것일 수 있고, 상기 부타디엔 고무가 10 중량부 미만인 경우 내마모성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 50 중량부를 초과하는 경우에는 가공성 및 제동성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 원료고무는 상기 천연고무, 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 및 부타디엔 고무 이외에도 폴리부타디엔 고무, 공액 디엔 방향족 비닐 공중합체, 수소화 천연고무, 올레핀 고무, 말레산으로 변형된 에틸렌-프로필렌 고무, 부틸 고무, 이소부틸렌과 방향족 비닐 또는 디엔 모노머의 공중합체, 아크릴 고무, 이오노머를 포함하는 고무, 할로겐화 고무, 클로로프렌 고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
2) 보강성 충진제
한편, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 보강성 충진제로서 실리카 및 카본블랙을 포함할 수 있으며, 단독 또는 혼합물로 포함될 수 있다. 상기 보강성 충진제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 60 내지 140 중량부로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 보강성 충진제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 실리카 50 내지 150 중량부, 카본블랙 1 내지 20 중량부가 포함될 수 있다.
상기 보강성 충진제가 60 중량부 미만인 경우 고무 조성물의 보강성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 140 중량부를 초과하는 경우 고무 조성물의 혼합 가공성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 실리카가 50 중량부 미만인 경우 젖은 노면 제동성능 저하 문제가 발생할 수 있고, 150 중량부를 초과하는 경우 고무 조성물의 혼합 가공성 저하 문제가 발생할 수 있다.
상기 카본블랙이 1 중량부 미만인 경우 고무 조성물의 보강성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 20 중량부를 초과하는 경우 고무의 경도가 높아 빙설 노면에서의 제동성능 저하 문제가 발생할 수 있다.
상기 실리카 및 카본블랙을 포함하는 보강성 충진제는 원료고무와 혼합 시 천연오일과 탄화수소 수지에 앞서, 원료고무에 보강성 충진제를 혼합한 후 천연오일과 탄화수소 수지를 순서대로 조합하는 것일 수 있다. 상기 보강성 충진제의 조합 순서에 따라 상기 원료고무에 대한 충진제의 분산도가 향상될 수 있다.
구체적으로 상기 실리카는 침강 실리카일 수 있고, 질소 흡착가가 160 내지 200 ㎡/g 일 수 있고, CTAB(cetyltrimethyl ammonium bromide) 흡착가가 150 내지 200 ㎡/g 일 수 있다. 상기 실리카의 CTAB 흡착가가 150 ㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 200 ㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 실리카의 질소흡착가가 160 ㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 200 ㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
통상 고무 조성물에서 실리카는 실란 커플링제와의 반응을 통해 고무 내에서 친유기성으로 개질되면서 고무와 화학적으로 결합될 수 있다. 이와 같이 실리카의 표면화학적 특성이 변형될 경우 고무 내에서 실리카의 움직임이 제한되어 히스테리시스가 낮아지고, 그 결과로 고무 조성물의 발열 및 회전저항이 감소된다. 그러나, 고무 내에서 실리카의 분산이 충분히 이루어지지 않으면 발열 및 회전저항의 감소가 미미하고 오히려 내마모성이 저하될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에는 실란 커플링제가 더 포함될 수 있다.
상기 실란 커플링제는 통상 고무 조성물에서 실리카에 대한 커플링제로서 사용되는 것이라면 특별한 한정없이 사용가능하다. 구체적으로는 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 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 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-트리메톡시 실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아졸릴테트라설파이드, 3-트리에톡시실릴프로필벤조티아졸테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드 및 이들의 혼합물로 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-클로로에틸 트리에톡시실란 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.
상기한 실란 커플링제 중에서도 실리카에 대한 커플링 효과를 고려할 때 설파이드계 실란 화합물이 바람직할 수 있으며, 보다 바람직하게는 비스-(트리알콕시실릴프로필)폴리설파이드(TESPD), 비스-3-트리에톡시실릴프로필테트라설파이트(TESPT) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 실란 커플링제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부만큼 포함할 수 있다. 실란 커플링제의 함량이 5 중량부 미만이면 실리카에 대한 표면 화학적특성 변환 효과가 미미하여 실리카의 분산성이 저하될 수 있고, 그 결과로 타이어의 보강성 및 내구성이 저하될 수 있다. 또, 실란 커플링제의 함량이 20 중량부를 초과할 경우, 과량의 실란 커플링제의 사용으로 인해 오히려 타이어의 내마모성 및 연비성능이 저하될 수 있다. 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 실란 커플링제는 원료고무 100중량부에 대하여 5 내지 7중량부로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 실리카의 분산성을 증강시키기 위한 가공조제를 더 포함할 수 있다. 통상 실란 커플링제는 실리카 표면의 실라놀기와 조성물의 원료고무를 연결하는 가교역할을 하며, 실리카 단독으로 사용할 때의 실리카-실리카 간의 강한 응집력을 해소시키는 역할을 한다. 그러나 고무 성분 중의 실리카 함량 또는 실리카의 비표면적이 증가되는 경우에는 실란 커플링제의 첨가에도 불구하고 분산성이 하락하는 경우가 다발한다.
이에 대해 본 발명의 일 실시예에서는 타이어 트레드용 고무 조성물 내 가공조제로서 지방족 화합물, 구체적으로는 지방산 에스테르계 화합물, 보다 구체적으로 탄소수 13 내지 22의 지방산 에스테르계 화합물로 개질된 금속염을 더 포함시켜, 고함량 포함된 실리카의 분산성을 개선하고, 스코치 안정성, 내구성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.
상기 가공조제는 금속이온의 친수성기와 지방산의 소수성기를 동시에 포함하는 양친화성 물질로서, 상기 금속이온은 실리카 표면의 실라놀기와 반응하여 수소결합이나 쌍극자 결합에 의해 서로 강하게 결합되어있는 실리카 응집(agglomerate)에 대해서 분자간의 표면에너지를 감소시킴으로써 혼합공정 중 탈응집화(de-agglomerate)를 유도하고, 그 결과로 타이어 트레드용 고무 조성물의 점도를 낮추어 흐름성(flow property)을 증가시키고, 스코치 안정성, 내구성 및 내마모성을 향상시킨다. 또 상기 지방산의 탄화수소기는 고무사슬과의 우수한 상용성으로 고무사슬들을 약화(diluting)시켜 공정성을 향상시키는 가소제의 역할을 한다.
구체적으로 상기 가공조제에 있어서 금속염은 아연비누(zinc soap), 나트륨비누(sodium soap), 칼륨비누(potassium sope), 또는 아연칼륨비누(zinc Potassium soap) 등일 수 있다. 그러나 상기 나트륨비누 및 칼륨 비누는 강한 극성을 띄기 때문에 실리카와 커플링제가 반응하기 전에 실리카와 반응함으로써 스코치 안정성 및 가류시간을 단축시킬 우려가 있다. 이에 따라 상기 금속염으로는 아연비누가 보다 바람직할 수 있다.
또, 상기 아연비누는 아연비누 총 중량에 대하여 아연 성분을 1 내지 5중량% 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 아연비누내 아연함량이 1중량% 미만이면 분산효과가 미흡하고, 아연함량이 5중량%를 초과할 경우 아연염 생성이 증가로 고무 조성물의 성능이 저하될 우려가 있다.
또, 상기 지방산 에스테르는 구체적으로 탄소수 12 내지 22의 포화 또는 불포화 지방산의 에스테르일 수 있으며, 보다 구체적으로는 지방족 또는 방향족 카르복실산일 수 있다.
상기 아연비누에 대한 지방산 에스테르의 개질은 지방산 에스테르를 20:80 내지 40:60 중량비로 혼합한 후, 축합반응시킴으로써 실시될 수 있으며, 이때 가공조제내 아연비누와 지방산 에스테르의 혼합 중량비가 20:80 내지 40:60 범위를 벗어날 경우 분산성 향상 효과가 저하될 수 있다.
또, 상기와 같은 가공조제는 원료고무 100중량부에 대하여 0.5 내지 5중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 가공조제의 함량이 0.5중량부 미만이면 실리카의 분산효과가 불충분하고, 가공조제의 함량이 5중량부를 초과하면 가공 조제 사용량 대비 효과의 개선 정도가 미미하다. 또, 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 가공조제는 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.
3) 개질된 천연 오일
상기 개질된 천연 오일은 대두유, 해바라기씨유, 면실유, 옥수수유, 카놀라유, 팜유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 천연 오일을 개질한 것일 수 있다.
자연에서 얻어지는 통상의 천연 오일은 올레인산(Oleic acid)의 함량이 20 내지 30 몰% 수준이지만, 본 발명에서는 타이어의 내마모, 빙설 제동 및 내구 노화 성능을 개선할 목적으로 올레인산 함량을 70 몰% 이상으로, 보다 바람직하게는 70 내지 90 몰%로 조절한 개질된 천연 오일을 사용할 수 있다.
상기 개질된 천연 오일은 말단에 실리카 등의 보강성 충진제와의 친화성을 극대화하기 위해 -O-R`-SiH2(OCnH2n+1)기(R`: CnH2n, n=1~10, CnH2n+1: n=1~5)를 가질 수 있고, 바람직하게는 하기와 같은 구조를 가질 수 있다. 그 결과, 타이어의 타 성능 희생없이, LRR(Lower Rolling Resistance) 및 내마모 성능을 향상시킬 수 있다.
Figure 112020018888841-pat00001
보다 바람직하게는 상기 개질된 천연 오일은 개질된 대두유일 수 있으며, 상기 개질된 천연 오일은 원료고무 100 중량부에 대하여 10 내지 60 중량부로 사용될 수 있다. 상기 개질된 천연 오일이 10 중량부 미만으로 포함될 경우, 개질된 천연 오일 첨가에 따른 효과가 미미할 수 있고, 60 중량부를 초과할 경우에는 그 초과량에 따른 효과 상승이 크지 않아 비경제적일 수 있다.
4) 기타 첨가제
또한, 상기한 성분들 이외에, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 가황제, 가황촉진제, 가황촉진조제, 노화방지제, 연화제, 점착제 등의 첨가제를 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 더 포함할 수 있다.
상기 가황제는 타이어용 고무 조성물에 포함될 수 있는 것은 어느 것이나 사용하여도 무방하나, 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
상기 유황계 가황제는 분말 황(S), 불용성 황(S), 침강 황(S), 콜로이드(colloid) 황 등의 무기 가황제와, 테트라메틸티우람 디설파이드(tetramethylthiuram disulfide, TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(tetraethylthiuram disulfide, TETD), 디티오디모르폴린(dithiodimorpholine) 등의 유기 가황제를 사용할 수 있으며, 이외 원소 유황 또는 유황을 만들어내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수도 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, 또는 n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 등을 사용할 수 있다.
보다 바람직하게 상기 가황제는 유황 가황제를 사용할 수 있다. 유황 가황제의 예로는 원소 유황 또는 유황을 만들어내는 가황제에서 선택할 수 있으며, 상기 유황을 만들어내는 가황제는 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 보다 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가황제는 원소 유황을 사용할 수 있다. 상기 가황제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2.0 중량부로 포함되는 것이 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
상기 가황촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제(accelerator)를 의미한다. 상기 가황촉진제로는 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 가황촉진제로는, 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 가황촉진제로는, 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 가황촉진제로는, 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 가황촉진제로는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티오우레아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 구아니딘계 가황촉진제로는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구아니딘계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 디티오카르밤산계 가황촉진제로는, 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 가황촉진제로는, 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 가황촉진제로는, 예컨대 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물을 사용할 수 있고, 상기 크산테이트계 가황촉진제로는, 예컨대 디부틸크산토겐산아연 등의 크산테이트계 화합물을 사용할 수 있다.
보다 바람직하게 상기 가황촉진제는 아민(amine), 이황화물, 구아니딘(guanidine), 티오(thio) 요소, 티아졸(thiazole), 티우람(thiuram), 설펜 아미드(sulfene amide) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 화합물을 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1.0 내지 2.5 중량부로 포함하는 것이 가류속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 바람직할 수 있다.
상기 가황촉진조제는 상기 가황촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위하여 사용되는 배합제로서, 무기계 가황촉진조제, 유기계 가황촉진조제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 무기계 가황촉진조제로는 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 가황촉진조제로는 스테아린산, 스테아린산 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 가황촉진조제로서 상기 산화아연과 상기 스테아린산을 함께 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아린산에 녹아 상기 가황촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 할 수 있다. 상기 산화아연과 스테아린산을 함께 사용하는 경우, 적절한 가황촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키기 위하여 사용되는 첨가제이다. 노화방지제는 노화방지작용 이외에도 고무에 대한 용해도가 커야 하고, 휘발성이 작고 고무에 대해 비활성이여야 하며, 가황을 저해하지 않아야 한다. 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.
바람직하게 상기 노화방지제는 N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-p-페닐렌디아민(6PPD), N-페닐-n-이소프로필-p-페닐렌디아민(3PPD), 폴리(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린(RD) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 화합물을 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 포함하는 것이 노화방지작용 및 고무 용해도 측면에서 바람직하다.
상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가되는 것으로, 고무 배합시나 고무 제조시에 사용되는 가공오일류를 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'라고 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 앞서 정의한 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 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 연화제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로 사용하는 것이 원료고무의 가공성을 좋게 한다는 점에서 바람직하다.
상기 점착제는 고무와 고무 사이의 접착(tack) 성능을 더욱 향상시켜 주고, 충전제와 같은 기타 첨가제들의 혼합성, 분산성 및 가공성을 개선시켜 고무의 물성 향상에 기여한다.
상기 점착제로는 로진(rosin)계 수지 또는 테르펜(terpene)계 수지와 같은 천연수지계 점착제와 석유수지, 콜타르(coal tar) 또는 알킬 페놀계 수지 등의 합성수지계 점착제를 사용할 수 있다.
상기 로진계 수지는 로진 수지, 로진 에스터 수지, 수소첨가 로진 에스터 수지, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 테르펜계 수지는 테르펜 수지, 테르펜 페놀 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 석유수지는 지방족계 수지, 산 개질 지방족계 수지, 지환족계 수지, 수소첨가 지환족계 수지, 방향족계(C9) 수지, 수소첨가 방향족계 수지, C5-C9 공중합 수지, 스티렌 수지, 스티렌 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 콜타르는 쿠마론-인덴 수지(coumarone-indene resin)일 수 있다.
상기 알킬 페놀 수지는 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지일 수 있고, 상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지는 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 점착제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10중량부로 포함될 수 있다. 상기 점착제의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만이면 접착 성능이 떨어지고, 10중량부를 초과하는 경우 고무 물성이 저하될 수 있어 바람직하지 못하다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기한 성분들을 통상의 방법에 따라 혼합하여 제조될 수 있다. 구체적으로는 110 내지 190 ℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180 ℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1단계 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110 ℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100 ℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계를 포함하는 2단계 연속 공정에 의해 제조될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 방법에 의해 제조되는 타이어 트레드용 고무 조성물은, 보강성 충진제로서 실리카와 함께, 상기 실리카의 분산성 개선 효과를 고려하여 최적화된 물성적 특성을 갖는 입자상의 카본블랙과 입자상의 실란 커플링제를 포함하는 복합재를 포함함으로써, 연비 성능을 유지하면서도 내마모 및 컷칩 성능을 향상시키고, 또 착색도를 비롯한 타이어의 외관특성을 개선시킬 수 있다. 이에 따라 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스)에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수도 있다. 상기 고무 구성 요소로는 사이드월, 사이드월 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer), 와이어 코트 또는 이너라이너 등을 들 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어를 제공할 수 있다.
상기 타이어는 상기한 타이어 트레드용 고무 조성물로부터 제조되어 우수한 저연비 성능과 함께 개선된 내마모 및 컷칩 성능을 나타내며, 또 향상된 외관특성을 나타낸다.
상기 타이어를 제조하는 방법은 상기한 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하는 것을 제외하고는 통상 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어 트래드를 포함하는 것일 수 있다.
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.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 실시예들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 기술사상이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
하기 표 1에 개시된 바와 같은 구성 및 함량으로 비교예 및 실시예의 고무 조성물을 혼합하고, 반바리 믹서에 배합하여 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
천연고무1) 15 15 15 15
S-SBR2) 55 55 55 55
BR3) 30 30 30 30
카본블랙 5 5 5 5
실리카4) 100 100 100 100
실란 커플링제 18 18 18 18
가공 오일5) 20 - - -
대두유 - 20 10 -
개질된 천연 오일6) - - 10 20
노화방지제7) 2 2 2 2
가황제 0.8 0.8 0.8 0.8
촉진제8) 2.5 2.5 2.5 2.5
1) 천연고무: 자연에서 얻어지는 고무로서, 화학명은 폴리이소프렌
2) S-SBR: 스티렌 함량이 35 중량%, 부타디엔 내의 비닐 함량이 25 중량%이며, Tg가 -35 ℃인 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SBR), SRAE 오일 37.5 중량% 포함
3) BR: 네오디뮴 촉매로 제조한 부타디엔 고무
4) 실리카: 질소 흡착가가 175 m2/g, CTAB 흡착가가 160 m2/g인 침강성 실리카
5) 가공오일: TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract) Oil
6) 개질된 천연 오일: 천연 대두유로부터 개질된 물질이며, 전체 올레인 산의 함량이 70 몰% 이상
7) 노화방지제: N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민 (N-(1,3-Dimethybutyl)-N-phenyl-pphenylenediamine, 6PPD)
8) 촉진제: N-사이클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드 (N-Cyclohexyl benzothiazole sulfenamid, CBS)
시험예 : 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 고무 시편을 제조하고, 얻어진 시편에 대하여 무니점도, 경도, 300 % 모듈러스, 점탄성 등을 ASTM 관련규정에 의하여 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 비교예 2
무니점도 75 75 77 78
경도 (Shore A) 68 69 69 70
300% 모듈러스(kgf/cm2) 93 97 98 103
신장율 586 575 570 563
Tg (℃) -42 -44 -46 -47
-30 ℃ G'(10E+7) 23.2 12.7 6.8 5.1
0 ℃ tanδ 0.202 0.206 0.216 0.221
60 ℃ tanδ 0.136 0.134 0.122 0.109
1) 무니점도(ML1+4(125 ℃)): Mooney MV2000(Alpha Technology) 기기를 이용하여, 라지 로터(Largy Rotor), 예열 1분, 로터 작동시간 4분, 온도 125 ℃에서 ASTM 규격 D1646에 의해 측정하였다. 무니점도는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로, 무니점도 수치가 높을수록 고무의 점도가 크기 때문에, 가공성이 불리해질 수 있고, 무니점도 값이 낮을수록 가공성이 우수하다.
2) 경도: Shore A 경도계를 사용하여 측정하였다. 경도 값이 높을수록 조정 안정성이 우수하다.
3) 300 % 모듈러스: 300 % 모듈러스는 300 % 신장시의 인장강도로서, ISO 37 규격에 의해 측정하였으며, 수치가 높을수록 우수한 강도를 나타낸다.
4) 신장율: 신장율은 파단시 신장율을 의미하는 것으로서, 인장시험기에서 시험편이 끊어질 때까지의 변형(Strain) 값을 %로 나타내는 방법으로 측정하였다.
5) 점탄성: 점탄성은 ARES 측정기를 사용하여 0.5% 변형에 10Hz Frequency 하에서 -60 ℃에서 70 ℃까지 G＇, G〃, tanδ를 측정하였다. Tg는 고분자의 유리전이 온도를 나타내는 것으로 Tg가 낮을수록 겨울의 낮은 온도에서도 노면과의 접지력을 유지할 수 있으며 마모에도 유리하다. -30℃ G'또한 눈길이나 빙판길 주행을 위한 윈터 타이어의 조건 중 하나로 낮을수록 Snow 성능에 유리하다고 판단한다. 0 ℃ tanδ는 마른 노면 또는 젖은 노면에서의 제동 특성을 나타내는 것으로 수치가 높을수록 제동 성능이 우수함을 나타내고, 60 ℃ tanδ는 60 ℃에서의 회전 저항을 나타내는 척도로서 수치가 낮을수록 우수한 저연비 특성을 나타낸다.
상기 표 2에서 나타낸 바와 같이 가공오일 또는 대두유만을 사용한 비교예 1 및 2와 비교하여, 개질된 천연 오일로 10 중량부가 대체된 실시예 1의 유리전이온도(Tg)가 낮아진 것을 확인할 수 있으며 특히, 빙설 노면에서의 제동 특성을 대변하는 -30 ℃ G'가 2배 가량 감소됨을 확인할 수 있다. 경도 및 300% 모듈러스는 상대적으로 증가한 정도가 적어 겨울용 타이어 성능 저하 정도가 낮을 것으로 예상되며 0 ℃ tanδ 및 60 ℃ tanδ 는 증가하여 젖은 노면의 제동 성능 및 회전 저항 성능이 향상될 것으로 판단된다.
개질된 천연 오일로 20 중량부가 대체된 실시예 2의 경우 10 중량부만이 대체된 실시예 1과 비교해 Tg, -30 ℃ G'와 0 ℃ tanδ 를 동등 수준 이상으로 유지하면서 60 ℃ tanδ는 큰 폭으로 떨어뜨리는 것을 확인할 수 있어 개질된 천연 오일의 사용이 다양한 노면에서의 제동 성능 뿐만 아니라 회전 저항 성능을 크게 향상시킬 것으로 판단된다.
또한, 상기 비교예 및 실시예의 고무 조성물로 타이어 트레드를 만들고, 이 트레드 고무를 반제품으로 포함하는 215/60R16V 규격의 타이어를 제조하여 이 타이어에 대한 노면에서의 회전 저항에 대한 저연비 성능, 젖은 노면 및 빙설 노면에서의 제동 성능 및 마모 실차 결과에 대한 상대 비율을 표 3에 나타내었다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
저연비 성능 100 100 103 106
젖은노면 제동 성능 100 98 99 100
빙설노면 제동 성능 100 101 104 105
내마모 성능 100 106 107 110
상기 표 3을 살펴보면, 개질된 천연 오일을 일반 대두유와 혼합 사용한 실시예 1이 기존 가공 오일 또는 대두유를 사용한 비교예 1 및 2 대비, 저연비 성능, 빙설노면 제동 성능에서 우수한 향상 결과를 보이는 것을 확인하였다. 또한 개질된 천연 오일만을 사용한 실시예 2의 경우 실시예 1과 비교해 저연비 성능뿐만 아니라 내마모 성능까지 크게 향상시키는 확인할 수 있었다.이를 통해 개질된 천연 오일의 사용이 타이어의 젖은 노면에서의 제동 성능의 희생은 최소화 시키면서 저연비 성능 및 내마모 성능을 향상시키는 것을 확인하였다.
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 (9)

  1. 원료고무 100 중량부,
    보강성 충진제 60 내지 140 중량부, 및
    올레인산(Oleic acid) 함량이 70 몰% 이상으로 개질된 천연 오일 10 내지 60 중량부를 포함하며,
    상기 개질된 천연 오일은 말단에 -O-R`-SiH2(OCnH2n+1)기(R`: CnH2n, n=1~10, OCnH2n+1: n=1~5)를 갖는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원료고무는 천연고무 5 내지 25 중량부, 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 35 내지 75 중량부, 부타디엔 고무 10 내지 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 20 내지 50 중량%, 부타디엔 내의 비닐 함량이 10 내지 40 중량%이고, Tg가 -60 내지 -10 ℃이며, SRAE(Safety residual aromatic extracts) 오일을 20 내지 50 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보강성 충진제는 실리카 50 내지 150 중량부 및 카본블랙 1 내지 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실리카는 질소 흡착가가 160 내지 200 m2/g이고, CTAB 흡착가가 150 내지 200 m2/g인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 개질된 천연 오일은 대두유, 해바라기씨유, 면실유, 옥수수유, 카놀라유, 팜유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 천연 오일을 개질한 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 비스-(트리알콕시실릴프로필)폴리설파이드(TESPD), 비스-3-트리에톡시실릴프로필테트라설파이트(TESPT) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 실란 커플링제를 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부만큼 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  9. 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
KR1020200021843A 2020-02-21 2020-02-21 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어 KR102234278B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200021843A KR102234278B1 (ko) 2020-02-21 2020-02-21 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200021843A KR102234278B1 (ko) 2020-02-21 2020-02-21 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102234278B1 true KR102234278B1 (ko) 2021-04-01

Family

ID=75441477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200021843A KR102234278B1 (ko) 2020-02-21 2020-02-21 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102234278B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4295722A1 (en) 2022-06-22 2023-12-27 JV International S.r.l. Compound for obtaining soles for footwear
EP4311691A1 (en) * 2022-07-28 2024-01-31 The Goodyear Tire & Rubber Company Rubber composition and truck tire

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001253973A (ja) 2000-03-10 2001-09-18 Goodyear Tire & Rubber Co:The 大豆脂肪酸、ヒマワリ脂肪酸及びそれらの混合物を含むゴム組成物の加工方法
JP2004519551A (ja) * 2001-03-12 2004-07-02 ソシエテ ド テクノロジー ミシュラン タイヤトレッド用ゴム組成物
KR20080078971A (ko) * 2007-02-26 2008-08-29 주식회사 엠엔비그린어스 타이어용 고무 조성물 및 그 제조 방법
KR100964308B1 (ko) 2008-04-25 2010-06-16 금호타이어 주식회사 타이어 고무조성물
KR20100120014A (ko) 2009-05-04 2010-11-12 엘지전자 주식회사 조리기기 및 그 운전 방법
KR20110025464A (ko) * 2009-09-04 2011-03-10 금호타이어 주식회사 타이어용 고무조성물
KR101278216B1 (ko) 2011-09-28 2013-07-01 넥센타이어 주식회사 내마모성이 향상된 친환경 타이어 고무 조성물
JP2014065798A (ja) * 2012-09-25 2014-04-17 Sumitomo Rubber Ind Ltd スタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物及びスタッドレスタイヤ
KR101829555B1 (ko) * 2016-11-23 2018-03-29 한국타이어 주식회사 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001253973A (ja) 2000-03-10 2001-09-18 Goodyear Tire & Rubber Co:The 大豆脂肪酸、ヒマワリ脂肪酸及びそれらの混合物を含むゴム組成物の加工方法
JP2004519551A (ja) * 2001-03-12 2004-07-02 ソシエテ ド テクノロジー ミシュラン タイヤトレッド用ゴム組成物
KR20080078971A (ko) * 2007-02-26 2008-08-29 주식회사 엠엔비그린어스 타이어용 고무 조성물 및 그 제조 방법
KR100964308B1 (ko) 2008-04-25 2010-06-16 금호타이어 주식회사 타이어 고무조성물
KR20100120014A (ko) 2009-05-04 2010-11-12 엘지전자 주식회사 조리기기 및 그 운전 방법
KR20110025464A (ko) * 2009-09-04 2011-03-10 금호타이어 주식회사 타이어용 고무조성물
KR101278216B1 (ko) 2011-09-28 2013-07-01 넥센타이어 주식회사 내마모성이 향상된 친환경 타이어 고무 조성물
JP2014065798A (ja) * 2012-09-25 2014-04-17 Sumitomo Rubber Ind Ltd スタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物及びスタッドレスタイヤ
KR101829555B1 (ko) * 2016-11-23 2018-03-29 한국타이어 주식회사 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4295722A1 (en) 2022-06-22 2023-12-27 JV International S.r.l. Compound for obtaining soles for footwear
EP4311691A1 (en) * 2022-07-28 2024-01-31 The Goodyear Tire & Rubber Company Rubber composition and truck tire

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6522716B2 (ja) タイヤトレッド用ゴム組成物及びそれを用いて製造したタイヤ
KR101114858B1 (ko) 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR102084129B1 (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어
KR102188670B1 (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
CN110117388B (zh) 轮胎胎面用橡胶组合物及利用该组合物制造的轮胎
EP3549977B1 (en) Rubber composition for tire tread, method for producing the composition, and tire manufactured using the composition
KR102234278B1 (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어
KR20120066790A (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR101153384B1 (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR101692858B1 (ko) 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR101658075B1 (ko) 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR101151709B1 (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR20210073643A (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR102165698B1 (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR102484414B1 (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어
KR20120055247A (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR101140246B1 (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR101142552B1 (ko) 타이어용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR101311253B1 (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR20120056009A (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 타이어 트레드
KR20120001850A (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어
KR20120056011A (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant