KR102318441B1 - 타이어 트레드용 고무 고성물 및 이를 포함하는 타이어 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 고성물 및 이를 포함하는 타이어 Download PDF

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Abstract

원료고무, 보강성 충전제, 노화방지제 및 노화방지 복합체를 포함하는 타이어 트레드(Tread)용 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

타이어 트레드용 고무 고성물 및 이를 포함하는 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 원료고무, 보강성 충전제, 노화방지제 및 노화방지 복합체를 포함하는 타이어 트레드(Tread)용 고무 조성물로서, 노화방지 복합체를 포함함으로써, 타이어의 성능은 유지하면서도 타이어의 장기간 보관에도 효과적으로 노화가 방지되는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
타이어는 외부와 접촉하는 부분이 주로 고무로 이루어져 있어, 외부의 온도, 빛에 의한 고무의 변화나 변형이 유발되기 쉽다.
타이어의 주된 크랙 발생 원인 중의 하나는 외부 환경에 의한 피로가 타이어에 작은 균열을 형성하고 점진적인 균열의 성장에 의한 것이라고 볼 수 있다.
이러한 피로 파괴(Fatigue failure)는 고무 조성물을 구성하는 고무의 사슬이 절단되고, 이러한 절단이 누적, 반복되어 최종적으로 크랙을 유발하는데, 이는 기계적 요인과 화학적 요인에 의해 유발된다.
먼저, 기계적 요인은 장기간에 걸친 반복 하중에 의해 고무의 사슬이 절단되어 크랙이 발생되는 것이고, 화학적 요인은 공기 중의 산소(O2)나 오존(O3)이 고무의 사슬을 끊는 반응을 일으킴에 따라 유발된다.
이 중 자외선이나, 화학반응에 의해 형성된 오존은 고무 사슬의 이중 결합에 결합하여 오조나이드(Ozonide)를 형성한 후 사슬이 절단됨으로써, 타이어에 작은 균열을 형성하고 이에 따라 타이어의 새로운 표면이 드러나, 이의 표면에서 반복적인 사슬의 절단이 연쇄적으로 발생함에 따라 크랙은 더 깊게 성장하게 된다.
이러한 화학적 요인에 의한 크랙 발생은 타이어의 사이드월(Sidewall)뿐만 아니라, 트레드(Tread)의 그루브(Groove) 위치에서 발생하여 그루브 크랙을 유발한다. 이에 따라, 타이어의 성능과 주행 중의 안전을 위해서 타이어의 크랙 발생을 방지하는 것이 필요하다.
일반적으로, 타이어의 내피로 성능과 내오존 성능을 향상시키기 위해 타이어 고무 조성물에는 노화방지제를 첨가한다. 노화방지제로서 아민계 화합물 등이 사용되며, 이러한 노화방지제는 타이어를 사용하는 동안 고무 표면으로 이동하여 오존으로부터 고무를 보호하는 역할을 한다.
한편, 타이어를 장기간 사용하면, 노화방지제의 지속적인 소진으로 타이어의 노화방지제가 부족하게 되어 노화방지효과가 떨어지는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하고자, 노화방지효과가 장기간 유지되는 새로운 노화방지제를 연구하거나, 다양한 노화방지제를 특정 비율로 혼합하여 사용하는 방법 또는 내오존 성능이 우수한 폴리머를 특정 비율로 배합하여 사용하는 방법 등 다양한 기술들이 연구되고 있다.
그러나, 새로운 화합물의 개발에는 많은 투자가 필요하고, 제품으로 판매되더라도 가격이 비싸 타이어의 제조단가를 높이는 문제가 있고, 새로운 화합물의 경우 타이어의 표면으로 이동하는 속도가 느려 첨가량 대비 내오존 성능이 떨어지는 문제가 있는 바, 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 노화방지제를 사용하면서도, 장기간 노화방지 효과를 가지는 새로운 타이어용 고무 조성물에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 장기간의 보관에도 고무의 내오존성이 유지되는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 타이어 고무의 내오존성을 향상시키면서도, 타이어의 다른 물성이 저하되지 않는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 타이어의 제조비용이 크게 증가하지 않으면서도 내오존성능이 장기간 유지되는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물로 제조된 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 원료고무, 보강성 충전제, 노화방지제 및 노화방지 복합체를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 고무 조성물은, 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 상기 보강성 충전제 40 내지 100 중량부, 상기 노화방지제 1 내지 5 중량부, 상기 노화방지 복합체 5 내지 10 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 원료고무는 합성고무를 포함하고,
상기 합성고무는 스티렌-부타디엔 고무 60 내지 80 중량부 및 부타디엔고무 20 내지 40 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보강성 충전제는 카본 블랙 및 실리카로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 노화방지 복합체는 다공성 금속 유기 구조체(Metal Organic Frameworks, MOFs)와 복합체용 노화방지제를 포함하고,
상기 노화방지 복합체는 상기 다공성 금속 유기 구조체의 홀(hole)에 상기 복합체용 노화방지제가 삽입된 구조를 가지는 것일 수 있다.
상세하게는, 상기 다공성 금속 유기 구조체는 표면적이 1000 내지 5000m2/g이고, 상기 복합체용 노화방지제는 액상 노화방지제이고, 상기 노화방지 복합체의 전체 중량을 기준으로 5 내지 20 중량%로 포함될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 다공성 금속 유기 구조체는 벤젠-1,3,5-트리카복실산염(Benzene-1,3,5-tricarboxylate)을 포함하고, 상기 복합체용 노화방지제는 아민계 노화방지제 및 페놀계 노화방지제로 이루어진 군에선 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 고무 조성물을 포함하는 타이어를 제공한다.
본 발명에 따른 고무 조성물은 이를 이용하여 제조된 타이어가 장기간 동안 고무의 내오존성이 유지되는 효과를 가진다.
본 발명에 따른 고무 조성물은 이를 이용하여 제조된 타이어가 장기간 보관하여도 노화가 방지되는 효과를 가진다.
본 발명은 따른 고무 조성물을 이용한 타이어는 내오존성과 장기간 보관이 가능하면서도 다른 물성이 저하되지 않는 효과를 가진다.
본 발명은 또한, 타이어의 제조비용이 크게 증가하지 않으면서도 내오존성능이 장기간 유지되는 효과를 가진다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
본 발명에 따른 타이어 트레드(Tread)용 고무 조성물은 원료고무, 보강성 충전제, 노화방지제 및 노화방지 복합체를 포함한다.
상기 원료고무는 합성고무를 포함하는 것일 수 있다. 상기 합성고무는 천연고무 외에 인공적으로 합성된 고무를 총칭하는 것으로, 예를 들어, 스티렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무일 수 있다.
상기 스티렌－부타디엔 고무(Styrene-butadiene rubber, SBR)은 스티렌과 부타디엔의 공중합물인 합성고무의 하나로서, 해당 기술분야에서 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하다.
상기 부타디엔 고무(Butadiene rubber, BR)는 1,3-부타디엔(1,3-butadiene)의 단중합체로 폴리 부타디엔 고무로도 불린다. 부타디엔 고무는 시스-1,4-결합, 트랜스-1,4-결합 및 비닐1 결합을 가지나, 이의 종류나 비율에 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하다.
바람직하게는, 상기 합성고무는 스티렌-부타디엔고무 100 중량부 또는 부타디엔 고무 100 중량부로 구성될 수 있고, 스티렌-부타디엔고무와 부타디엔고무의 혼합물일 수 있다. 그 비율은 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하나, 가장 바람직하게는, 스티렌-부타디엔고무 60 내지 80 중량부 및 부타디엔고무 20 내지 40 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 보강성 충전제는 카본 블랙 및 실리카로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 카본 블랙(Carbon black)은 질소 흡착 비표면적(Nitrogen surface area per gram, N2SA)이 30 내지 300 m2/g일 수 있고, 바람직하게는, 50 내지 90 m2/g일 수 있다. 또한, 상기 카본 블랙은 DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 60 내지 210 cc/100g일 수 있고, 바람직하게는, 80 내지 120 cc/100 g인 카본 블랙을 사용할 수 있다.
상기 실리카는 해당 기술분야에서 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고사용이 가능하나, 예를 들어, 질소 흡착 비표면적(Nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 180 m2/g이고, CTAB(Cetyl trimethyl ammonium bromide) 흡착 비표면적이 110 내지 170 m2/g인 것을 사용할 수 있다.
실리카의 CTAB 흡착가와 질소 흡착가 조건은 동시에 충족하는 것이 바람직한데, 질소 흡착가의 조건을 충족하더라도 만약 상기 실리카의 CTAB 흡착가가 110 m2/g 미만이면, 보강성 충전제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 반면, 170 m2/g을 초과하면, 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또, CTAB 흡착가 조건을 충족하더라도 실리카의 질소 흡착가가 100 m2/g 미만일 경우 보강성이 저하될 수 있고, 180 m2/g을 초과할 경우 분산도 저하로 인해 타이어의 물성 및 가공성이 저하될 수 있다.
상기 보강성 충전제는, 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 40 내지 100 중량부로 첨가될 수 있다.
상기 함량보다 소량으로 첨가되는 경우에는 타이어의 보강 성능이 떨어지는 문제가 있고, 상기 함량보다 과량으로 첨가되는 경우에는, 고무 조성물의 가공성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기 노화방지제와 상기 노화방지 복합체를 함께 포함하는 것을 특징으로 한다.
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 있으나, 바람직하게는, 아민계 노화방지제 및 페놀계 노화방지제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 또한, 상기 노화방지제는 후술할 노화방지 복합체를 구성하는 복합체용 노화방지제와 동일한 것을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 아민계 노화방지제로는 N-페닐-N'-(1,3-디메틸)-p-페닐렌디아민(N-phenyl-N'-(1,3-dimethyl)-p-phenylenediamine), N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine, 6PPD), N-(1,4-디메틸펜틸)-N'-페닐-p-페닐디아민(N-(1,4-dimethylpentyl)-N'-phenyl-p-phenyldiamine, 7PPD), N-페닐-N'-(1-메틸헵틸)-p-페닐렌디아민(N-phenyl-N'-(1-methylheptyl)-p-phenylenediamine, 8PPD), N,N'-비스-(1,4-디메틸펜틸)-p-페닐렌디아민(N,N'-bis-(1,4-dimethylpentyl)-p-phenylenediamine, 77PD), 폴리(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린)(Poly(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민(N-phenyl-N'-isopropyl-p-phenylenediamine), N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine), N,N'-디아릴-p-페닐렌디아민(N, N'-diaryl-p-phenylenediamine), N-페닐-N'-사이클로헥실 p-페닐렌디아민(N-phenyl-N'-cyclohexyl-p-phenylenediamine), N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민(N-phenyl-N'-octyl-p-phenylenedamine) 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 있으며, 상기 왁스는 평균 탄소수가 35 내지 40인 왁스를 사용할 수 있다.
상기 노화방지 복합체는 다공성 금속 유기 구조체(Metal Organic Frameworks, MOFs)와 복합체용 노화방지제를 포함하고, 상기 노화방지 복합체는 상기 다공성 금속 유기 구조체의 홀(hole)에 상기 복합체용 노화방지제가 삽입된 구조를 가지는 것일 수 있다. 상세하게는, 상기 복합체용 노화방지제를 다공성 금속 유기 구조체에 흡착시켜 제조된다.
상기와 같은 구조를 가짐으로써, 다공성 금속 유기 구조체의 홀에서 천천히 복합체용 노화방지제가 방출되어, 타이어를 장기간 동안 보관하는 경우에도 타이어의 노화가 방지되는 효과를 가진다.
구체적으로, 상기 다공성 금속 유기 구조체는 표면적이 1000 내지 5000 m2/g이고, 바람직하게는, 상기 다공성 금속 유기 구조체는 1500 내지 3500 m2/g의 표면적을 가지는 것일 수 있다. 상기 표면적보다 작은 경우에는, 노화방지제 흡착량이 적어 노화 방지 기능을 장기간 동안 유지할 수 없는 문제가 있고, 상기 표면적보다 넓은 경우에는 다공성 금속 유기 구조체의 열적 안정성이 낮아 고온의 고무 배합 시 다공성 유기 구조체의 구조가 무너져, 노화방지제가 다공성 물질 안에 제대로 흡착되지 못하는 문제가 있다.
상기 다공성 금속 유기 구조체는 상기 조건을 만족하는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하나, 바람직하게는, 1,3,5-벤젠 트리카복실산염일 수 있다. 이의 양이온은 특별히 제한없이 어떠한 금속 양이온이라도 무방하나, 바람직하게는, 1,3,5-벤젠 트리카복실산 구리(Copper 1,3,5-benzene tricarboxylate)일 수 있으며, 예를 들면, BASF 사의 Basolite C300을 사용할 수 있다.
상기 1,3,5-벤젠 트리카복실산 구리는 약 250℃에서 열적 안정성을 가지므로, 타이어 고무 배합시 사용하기에 적합한 특성을 가지며, 다수의 홀을 포함함으로써, 홀에 노화방지제가 담지되는 것이 가능하여, 장시간 동안 서서히 노화방지제를 방출할 수 있어, 상기 노화방지 복합체를 제조하기에 적합한 특성을 가진다.
상기 복합체용 노화방지제는 액상 노화방지제로서, 상기 노화방지 복합체의 전체 중량을 기준으로 5 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 10 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.
상기 복합체용 노화방지제로서 액상의 노화방지제를 사용하는 것은 상기 노화방지 복합체를 제조할 때, 다수의 홀에 노화방지제가 침투되기 쉽고 복합체를 제조할 때에도, 상기 다공성 금속 유기 구조체를 노화방지제에 함침시키는 것만으로도, 복합체를 제조하는 것이 가능하여, 제조가 간이한 장점이 있기 때문이다.
상기 복합체용 노화방지제를 상기 함량보다 소량으로 첨가하는 경우에는, 장기 노화 성능 향상 효과가 미미한 문제가 있고, 상기 함량보다 과량으로 첨가하는 경우에는, 타이어 점탄성 값이 올라가게 되어 회전저항이 저하되는 문제가 있다.
상기 노화방지 복합체는 원료고무 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부로 첨가될 수 있다.
상기 함량보다 소량으로 첨가되는 경우에는, 장기간 동안 노화방지 효과가 유지되지 않는 문제가 있고, 상기 함량보다 과량으로 첨가되는 경우에는, 고무 조성물의 물성이 저하되고, 가공성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복합체용 노화방지제로는 아민계, 페놀계, 퀴놀린계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염, 왁스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 적절하게 선택하여 사용할 수 있으나, 바람직하게는, 아민계 노화방지제 및 페놀계 노화방지제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 복합체용 노화방지제는 상기 노화방지제와 동일한 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 연화제, 가공오일 및 노화방지제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이는 타이어용 고무 조성물의 제조 시 사용되는 첨가제로서, 필요에 따라 적절히 첨가하여 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 이의 함량은 해당 기술분야에서 사용되는 배합비에 따라 첨가될 수 있다.
상기 가류제는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 금속산화물등을 사용할 수 있다.
구체적으로, 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 유기 과산화물은 벤조일퍼옥사이드(Benzoyl peroxide), 디큐밀퍼옥사이드(Dicumyl peroxide), 디-t-부틸퍼옥사이드(Di-t-butyl peroxide), t-부틸큐밀퍼옥사이드(t-butylcumylperoxide), 메틸에틸케톤퍼옥사이드(Methylethylketone peroxide), 쿠멘 하이드로퍼옥사이드(Cumene hydroperoxide), 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane), 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(benzoylperox)hexane), 1,3-비스(t-부틸퍼옥시프로필)벤젠(1,3-bis(t-butylperoxypropyl)benzene), 디-t-부틸퍼옥시-디이소프로필벤젠(Di-t-butylperoxy-diisopropyl benzene), t-부틸퍼옥시벤젠(t-butylperoxy benzene), 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드(2,4-dichlorobenzoyl peroxide), 1,1-디부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸실록산(1,1-dibutylperoxy-3,3,5-trimethylsiloxane), n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트(4,4-di-t-butylperoxyvalate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 수지 가류제는 알킬 페놀 수지 등을 사용할 수 있고, 이 외에도 필요에 따라 해당 기술분야에서 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하다.
다만, 바람직하게는, 상기 가류제는 황 및 디큐밀퍼옥사이드(Dicumyl peroxide)를 포함할 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 3 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는, 1.5 내지 2 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
상기 가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제(Accelerator)를 의미하며, 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
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.
각 화합물은 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것이면 특별히 제한없이 사용할 수 있고, 타이어용 고무 조성물 제조에 사용되는 성분을 필요에 따라 적절히 첨가할 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 가류촉진조제는 산화아연(ZnO), 탄산아연(ZnCO3), 산화마그네슘(MgO), 산화납(PbO), 수산화 칼륨(KOH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 유기계 가류촉진조제로는 스테아르산(Stearic acid), 스테아르산 아연(Zinc Stearate), 팔미트산(Palmitic acid), 리놀레산(Linoleic acid), 올레산(Oleic acid), 라우르산(Lauric acid), 디부틸 암모늄-올레이트(Dibutyl ammonium oleate), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 가공성이 우수하여 연화제를 포함하지 않아도 무방하나, 필요에 따라 연화제를 더 첨가할 수 있다.
상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위해서나 가황 고무의 경도를 저하시키기 위해 첨가되는 첨가제로서, 가공오일(Process oil), 식물유지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나 해당 기술분야에서 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하다.
상기 가공오일은 파라핀계 가공오일, 나프텐계 가공오일, 방향족계 가공오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
그러나, 최근 환경 의식의 고조와 함께 상기 방향족계 프로세스 오일에 포함된 폴리사이클릭 아로마틱 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)의 함량이 3 중량% 이상일 때는 암 유발 가능성이 높은 것으로 알려진 바, 상기 연화제로서 사용하는 가공오일은 상기 가공오일 전체에 대하여 PAHs 성분의 총 함량이 3 중량% 이하이고, 동점도가 95℃ 이상(210 ℉ SUS), 연화제 내의 방향족 성분이 15 내지 25 중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37 중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58 중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물이 상기 가공오일을 포함하는 경우, 이를 이용하여 제조된 타이어의 저온 특성, 연비 성능이 향상되며, 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, 선플라워 오일, 동유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 연화제는 원료고무의 가공성을 우수하게 하기 위하여 원료고무 100 중량부에 대하여 0 내지 50 중량부로 포함할 수 있고, 20 내지 40 중량부로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 일반적인 타이어용 고무 조성물의 제조방법과 마찬가지로, 두 단계의 연속 제조 공정을 통해 제조될 수 있다.
110 내지 190℃에 이르는 온도 조건에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 시킨 후 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 및 40 내지 100℃에 이르는 온도 조건에서 기계적 처리하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
본 발명은 또한, 전술한 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어를 제공한다.
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 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
[제조예: 타이어 트레드용 고무 조성물의 제조]
하기 표 1과 같은 조성으로 실시예 및 비교예에 따른 고무 조성물을 제조하였다. 계량된 각 화합물을 반바리 믹서(Banbury Mixer)에 배합하여, 투롤밀(Two-roll mill)을 이용하여 시트화하였다.
이를 랩몰드를 이용하여 170℃에서 가류시킨 후 시험용 고무 시편을 제작하였다.
단위(중량부) 비교예 1 실시예 1 실시예 2
원료고무 스티렌-부타디엔 고무 80 80 80
부타디엔고무 20 20 20
카본블랙 60 60 60
가공오일 30 30 30
산화아연 3 3 3
스테아린산 1 1 1
6PPD 2 2 2
노화방지 복합체 6PPD10wt%@
Basolite C300		 - 10 -
77PD 10wt%@
Basolite C300		 - - 10
유황 2 2 2
가류촉진제 0.5 0.5 0.5
[실험예: 고무 조성물의 물성 측정]
상기 제조예에 따라 제조된 실시예 및 비교예의 고무 시편에 대해 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타냈다.
(1) 100% 모듈러스(kgf/cm3): 100% 신장시의 인장강도로서, ISO 37 규격에 따라 측정하였다.
(2) 신율: 파단신율로서, ISO 37 규격에 따라 측정하였다.
(3) 오존 피로 수명 평가: 다음 그림과 같은 장구형 시편을 제작하여 만능시험기(Universal Test Machine)로 시험을 진행하였다.
오존 챔버에 50pphm, 40℃ 조건에서 상기 장구형 시편을 노출시킨 후, 반복 피로 시험을 진행하여 장구형 시편의 중간부가 완전히 파괴될 때까지의 Cycle 수를 측정하였다.
반복 피로 시험은 신율 40%, 주기는 4 Hz로 수행하였다.
비교예1 실시예1 실시예2
100%모듈러스 10.5 16.1 17.2
신율(%) 573 570 563
오존 피로 수명
(Cycle)		 150,000 270,000 250,000
100% 모듈러스는 100% 신장시의 인장강도로서, 수치가 높을수록 인장강도가 우수함을 의미하며, 신율을 인장시험시 재료가 늘어나는 비율을 의미한다. 오존 피로 수명은 수치가 높을수록 오존에 의한 피로(노화)가 적음을 의미한다.
표 1 및 2를 참조하면, 실시예 1 및 2는 비교예 1과 인장 강도가 저하되지 않으면서도 오존 피로 수명이 우수함을 확인할 수 있다.
초기의 오존 피로 수명은 노화방지 복합체에 포함된 노화방지제보다는 별도로 첨가된 노화방지제에 의해 고무 시편의 노화가 방지됨에 따라 비교예 1도 소정의 오존 피로 수명을 가진다.
한편, 실시예 1 및 2의 경우에는, 다공성의 금속 유기 구조체에 노화방지제가 담지됨 노화방지 복합체를 더 포함함에 따라, 오존 피로 수명이 크게 증가함을 확인할 수 있다. 비교예 1의 오존 피로 수명과 대비할 때, 실시예 1은 1.8배, 실시예 2는 약 1.7배가 증가하였음을 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 고무 조성물과 같이 노화방지 복합체를 포함하는 경우에는, 타이어를 장기간 보관하더라도 타이어의 손상이나 변색을 방지할 수 있어 타이어의 상품성 저하를 방지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 원료고무, 보강성 충전제, 노화방지제 및 노화방지 복합체를 포함하고,
    상기 원료고무는 합성고무를 포함하고,
    상기 합성고무는 스티렌-부타디엔 고무 60 내지 80 중량부 및 부타디엔고무 20 내지 40 중량부를 포함하며,
    상기 노화방지 복합체는 다공성 금속 유기 구조체(Metal Organic Frameworks, MOFs)와 복합체용 노화방지제를 포함하고,
    상기 노화방지 복합체는 상기 다공성 금속 유기 구조체의 홀(hole)에 상기 복합체용 노화방지제가 삽입된 구조를 가지는 타이어 트레드(Tread)용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고무 조성물은, 상기 원료고무 100 중량부를 기준으로 상기 보강성 충전제 40 내지 100 중량부, 상기 노화방지제 1 내지 5 중량부, 상기 노화방지 복합체 5 내지 10 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보강성 충전제는 카본 블랙 및 실리카로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 금속 유기 구조체는 표면적이 1000 내지 5000m2/g이고,
    상기 복합체용 노화방지제는 액상 노화방지제이고, 상기 노화방지 복합체의 전체 중량을 기준으로 5 내지 20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 금속 유기 구조체는 벤젠-1,3,5-트리카복실산염(Benzene-1,3,5-tricarboxylate)을 포함하고,
    상기 복합체용 노화방지제는 아민계 노화방지제 및 페놀계 노화방지제로 이루어진 군에선 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  8. 제1항, 제2항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 하나에 따른 고무 조성물을 포함하는 타이어.
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