KR102411451B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어 Download PDF

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Abstract

젖은 노면 제동 성능과 내마모, 연비 성능을 동시에 향상시키는 타이어 트레드용 고무 조성물이 제공된다. 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 원료 고무 100 중량부; 및 보강성 충진제 90 내지 140 중량부를 포함하되, 상기 원료 고무는, 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR) 25 내지 65 중량부, 고기능성 리튬 부타디엔 고무(functionalized Li-BR) 5 내지 45중량부, 및 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 20 내지 50중량부를 포함한다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE COMPRISING THE RUBBER COMPOSITION}
본 발명은 2종의 부타디엔 고무 및 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 혼배합함으로써, 젖은 노면 제동 성능과 내마모, 연비 성능을 동시에 향상시키는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
최근 타이어 산업에서는 글로벌 라벨(Global Label) 등급제를 통해 젖은 노면 제동 성능 및 연비, 소음에 대한 등급을 표시하여 소비자들이 구매에 참고할 수 있도록 하고 있다. 타이어 트레드의 조성물은 제동, 마모, 연비 등의 타이어 요구 성능을 모두 만족시키기 위해, 유리 전이 온도가 낮고 분자량이 큰 기능성 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무와 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무을 과량으로 적용하는 방향, 연비 성능을 만족시키기 위해 기능성 고분자를 적용하여 보강성 충진제-고무 매트릭스 간 결합력을 향상시키는 방향으로 연구 개발이 진행되어 왔다.
하지만 상기 방향들의 연구는 한 가지 성능을 택하다 보면 다른 한 가지 성능이 불리해지는 트레이드 오프(Trade-Off) 관계인 내마모, 연비 성능과 젖은 노면 제동 성능을 동시에 향상시키기 어려운 문제점이 있었다.
이에, 젖은 노면 제동 성능과 내마모, 연비 성능을 동시에 향상시키는 타이어 트레드용 고무 조성물의 배합제 조성에 관한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
본 발명의 목적은 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR) 및 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Li-BR)를 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무와 혼배합함으로써 젖은 노면 제동 성능과 내마모, 연비 성능을 동시에 향상시키는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR) 및 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Li-BR)를 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무와 혼배합함으로써, 젖은 노면 제동 성능과 내마모, 연비 성능을 동시에 향상시키는 타이어 트레드용 고무 조성물을 포함하는 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 원료 고무 100 중량부; 및 보강성 충진제 90 내지 140 중량부를 포함하되, 상기 원료 고무는, 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR) 25 내지 65 중량부, 고기능성 리튬 부타디엔 고무(functionalized Li-BR) 5 내지 45중량부, 및 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 20 내지 50중량부를 포함한다.
본 발명의 목적은 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR) 및 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Li-BR)를 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무와 혼배합함으로써 젖은 노면 제동 성능과 내마모, 연비 성능을 동시에 향상시키는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR) 및 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Li-BR)를 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무와 혼배합함으로써, 젖은 노면 제동 성능과 내마모, 연비 성능을 동시에 향상시키는 타이어 트레드용 고무 조성물을 포함하는 타이어를 제공하는 것이다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면서 함께 기술한다.
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 트레드용 고무 조성물은, 원료 고무 및 보강성 충진제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 원료 고무 100 중량부 및 보강성 충진제 90 내지 140 중량부를 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.
[원료 고무]
본 발명에 따른 원료 고무는 합성 고무를 포함할 수 있지만 천연 고무를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 합성 고무는, 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR), 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Li-BR) 및 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(Solution Polymerized-SBR)를 포함할 수 있다.
상기 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR)는 원료 고무 100 중량부에 대하여, 25 내지 65 중량부를 포함할 수 있다. 상기 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무가 상기 함량 미만인 경우, 마모 성능이 악화될 수 있고, 상기 함량을 초과한 경우, 마모 성능은 개선되지만 무니점도가 현저하게 낮아져 밀 스티키(Mill Sticky)현상이 발생할 수 있다. 상기 밀 스티키 현상은 고무를 시트화할 때, Roll(Mill)에 고무가 붙어 끈적끈적해져 시트가 끊기는(시트 형성이 되지 않고 늘어짐) 현상이다.
본 발명에 따른 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR)는 네오디뮴(Neodymium, Nd) 촉매를 사용하여 제조된 부타디엔 고무로서, 코발트 부타디엔 고무(Co-BR) 또는 니켈 부타디엔 고무(Ni-BR)에 비하여 분자량 분포가 좁고 낮은 분지화도를 가질 수 있다. 즉, 상기 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR)는 사슬의 선형성이 높기 때문에, 고무의 히스테리시스(hysteresis)가 낮아 회전저항에 있어서 우수하고 마모 성능에도 우수한 특징을 가지고 있다. 상기 히스테리시스는 타이어 트레드와 지면과의 마찰에 의해 타이어 변형 에너지가 열 에너지로 전환됨에 따라 발생하는 손실을 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR)는 실리카 사용에 따른 내마모 성능의 저하를 보완하고 저 연비 성능을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR)의 중량 평균 분자량은 30만 내지 60만 g/mol 일 수 있다. 상기 중량 평균 분자량은 분자량 분포가 있는 고분자 화합물의 성분 분자종의 분자량을 중량 분율로 평균하여 얻어지는 평균 분자량을 의미하며, 이는 광 산란법, 초 원심법에 의해 측정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR)의 시스(Cis) 부타디엔 함량은 96% 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 시스 부타디엔 함량이 96% 이상에 해당하여 고시스 함량을 가질 수 있다. 상기 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR)은 고시스 함량을 가짐으로써, 후술할 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무와 혼용시 상용 온도는 -70℃까지 기대할 수 있고, 점성이 뛰어나 내마모성에 대한 보강 효과가 두드러질 수 있다.
본 발명에 따른 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Functionalized Li-BR)는 원료 고무 100 중량부에 대하여, 5 내지 45 중량부를 포함할 수 있다. 상기 고기능성 리튬 부타디엔 고무가 45 중량부를 초과할 경우, 무니점도는 높아져 가공성이 불리해질 수 있을 뿐만 아니라 내마모성 성능이 떨어질 수 있다. 또한 상기 고기능성 리튬 부타디엔 고무가 5중량부 미만일 경우, 젖은 노면에서의 제동 성능 및 스노우 성능이 떨어질 수 있다.
본 발명에 따른 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Li-BR)는 실리카 친화형 리튬 부타디엔 고무에 해당할 수 있다. 상기 고기능성 리튬 부타디엔 고무는 회분식 방법으로 중합됨으로써 음이온 중합 반응이 일어날 수 있다. 이러한 음이온 중합 반응이 진행됨으로써, 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Li-BR)의 말단이 변성이 가능해지므로, 상기 고기능성 리튬 부타디엔 고무는 비닐(vinyl)기를 10% 이상 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Li-BR)는 네오디뮴 부타디엔보다 뛰어난 가공성을 가질 수 있다. 또한, 상기 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Li-BR)는 말단 변성이 가능하기 때문에 실리카와 상호작용이 증가하여 연비 성능을 향상시킬 수 있었다. 하지만 상기 고기능성 리튬 부타디엔 고무는 네오디뮴 부타디엔 고무에 비해, 유리 전이 온도가 높고 마모 성능이 불리해지는 문제점이 있었다.
상기 고기능성 리튬 부타디엔 고무의 중량 평균 분자량(Mw)은 10만 내지 30만 g/mol에 해당할 수 있다.
이에 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무, 고기능성 리튬 부타디엔 고무 및 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 포함함으로써, 한 가지 성능을 택하다 보면 다른 한 가지 성능이 불리해지는 트레이드-오프(Trade-Off) 관계인, 연비 성능 및 마모 성능을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(Solution Polymerized-SBR)는 연속식 방법에 의하여 제조될 수 있다. 상기 연속식 방법(Continuous Process)에 의하여 제조된 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 기능성 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무에 해당할 수 있다.
본 발명에 따른 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 중량 평균 분자량은 70만 이상 g/mol일 수 있고, 보다 바람직하게는 70만 내지 90만 g/mol일 수 있다. 한편, 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 20 내지 40 중량%, 부타디엔 내의 비닐(Vinyl) 함량이 10 내지 40 중량%에 해당할 수 있다. 한편, 스티렌 비닐기의 함량이 증가할수록 젖은 노면 제동 성능이 유리해질 수 있다.
상기 기능성 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 유리전이온도(Tg)는 -35 내지 -15℃일 수 있다. 상기 기능성 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 유리 전이온도가 상기 온도 범위보다 낮을 경우 젖은 제동 성능이 저하될 수 있고, 상기 온도 범위보다 높을 경우 콜드 크랙(Cold Crack) 현상에 불리해지게 된다.
상기 연속식 방법은 회분식 방법(Batch Process)에 의하여 제조된 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무보다 가공성은 우수하지만, 다량의 저 분자량 물질로 인하여 히스테리시스 로스(hysteresis loss)가 많이 발생하여 저연비 성능이 불리한 측면이 있다. 하지만 본 발명에 따른 기능성 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 음이온 중합 반응으로 중합되어 말단 변성이 가능하기 때문에, 변성된 말단에 의한 Polymer-Filler interaction을 강화시킴으로써 저연비 성능을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 천연 고무를 포함하지 않을 수 있다. 구체적으로, 상기 천연 고무는 자연에서 얻을 수 있는 고무를 총칭하는 것으로, 원산지 등이 한정되지 않는다. 상기 천연 고무는 일반 천연 고무 및 변성 천연 고무로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 천연 고무는 시스-1,4-폴리이소프렌(cis-1,4-polyisoprene)을 주요하게 포함하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 트랜스-1,4-폴리이소프렌(trans-1,4-polyisoprene)를 포함할 수 있다.
상기 변성 천연고무는, 상기 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예를 들어, 상기 변성 천연고무는 에폭시화 천연고무(ENR), 탈단백 천연고무(DPNR), 수소화 천연고무 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 천연 고무를 포함하지 않음으로써, 합성 고무들 간의 혼화성(Compatibility)이 좋아지는 효과가 있어 고무의 가공성이 용이해질 수 있다.
[보강성 충진제]
본 발명에 따른 보강성 충진제는 원료 고무 100 중량부에 대하여, 실리카 85 내지 120 중량부, 카본 블랙 5 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.
통상 타이어 트레드용 고무 조성물에서 보강제로 사용되는 실리카는 보강 성능은 우수하지만 타이어 트레드용 고무 조성물의 내마모 성능을 저하시킬 우려가 있다. 이에 대해 본 발명에서는 내마모 성능 저하의 우려가 없고, 보강 성능 면에서도 실리카에 비해 우수한 카본 블랙을 혼합 사용함으로써, 트레이드 오프(Trade-Off)의 관계에 있는 내마모 성능의 저하 없이 저회전 저항 성능 및 연비 성능과 함께 내구 성능을 균형 있게 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 실리카는 질소 흡착 비표면적(nitrogen adsorption specific surface area)이 160 내지 200 m2/g이고 CTAB 흡착 비표면적이 150 내지 170m2/g이며, 수소 이온 지수가 pH 6 내지 8에 해당할 수 있다.
이와 같은 물성적 요건을 만족시키는 실리카는 넓은 비표면적으로 인하여 타이어 트레드용 고무 조성물의 보강성 및 내마모 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 실리카의 질소 흡착 비표면적이 160 m2/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있고, 200 m2/g를 초과하면 타이어 트레드용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
또한, 상기 실리카의 CTAB 흡착 비표면적이 150 m2/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있고, 170 m2/g를 초과하면 타이어 트레드용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
특히, 실리카가 원료 고무 100 중량부에 대하여 90중량부 이상이 첨가될 경우, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료 고무 및 보강성 충진제를 포함함으로써, 증가되는 보강성과 트레이드-오프(Trade-Off) 관계인 내마모성을 동시에 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 카본 블랙은 N110, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, S315, N326, N330, N332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990 또는 N991 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상에 해당할 수 있다.
[가소제]
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 원료 고무 및 보강성 충진제 이외에 가소제를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가소제는 원료 고무 100 중량부에 대하여, 10 내지 50 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 가소제는, 연화점이 95~115℃인 탄화수소계 수지(Resin)을 포함할 수 있다. 다만 본 발명의 기술적 사상이 연화점의 온도 범위에 제한되지 않는다.
상기 탄화수소계 수지는 지방족 탄화수소 수지, 방향족 탄화수소 수지로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상에 해당할 수 있다. 탄화수소계 수지는 열 또는 촉매 중합을 통해 제조되는 저 분자량의 열가소성 물질에 해당하며, 여러가지 상이한 단량체 공급원으로부터 유도될 수 있다. 상기 연화점은 고형 물질이 열에 의하여 변형되어 연화를 일으키기 시작하는 온도를 의미한다.
[첨가제]
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 원료 고무 및 보강성 충진제 이외에 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 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.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료 고무 100 중량부에 대하여, 가류제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가류제로 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 금속산화물 등을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 유황계 가류제를 사용하는 것이 바람직하다.
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.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료 고무 및 보강성 충진제 이외에 가류촉진제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료 고무 100 중량부에 대하여, 가류촉진제 0.5 내지 2.5 중량부를 포함할 수 있다.
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 첨가될 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.
상기 가류촉진제는 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 위해서나가황 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 식물유지는 대두유, 카놀라유, 잇꽃 추출유 등을 포함할 수 있다.
상기 가공오일은 파라핀계 가공오일, 나프텐계 가공오일, 방향족계 가공오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 추가적으로 노화 방지제를 포함할 수 있다. 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, N-(1,3-Dimethylbutyl)-N-phenyl-p-phenylenediamine(6PPD) 및 Poly(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline(RD) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물일 수 있다.
상기 노화 방지제는 원료 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부를 포함할 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.
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]
하기 표 1과 같은 조성으로 실시예 및 비교예에 따른 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물은 통상의 고무 조성물의 제조방법에 의해 제조하였다.
　 비교예1 비교예2 비교예3 비교예 4 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
합성고무1) 30 30 30 30 30 30 30 30
합성고무2) 20 　 　 　 　 　 　 　
합성고무3) 50 70 　 20 60 50 40 30
합성고무4) 　 　 70 50 10 20 30 40
실리카5) 95 110 110 110 110 110 110 110
카본6) 10 10 10 10 10 10 10 10
커플링제7) 8 8 8 8 8 8 8 8
레진8) 30 30 30 30 30 30 30 30
오일9) 10 10 10 10 10 10 10 10
아연화10) 3 3 3 3 3 3 3 3
스테아린산11) 1 1 1 1 1 1 1 1
유황12) 1 1 1 1 1 1 1 1
촉진제13) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
1) Tg가 -21℃인 High Tg SSBR
2) 스티렌 함량이 30중량% 부타엔 내의 비닐 함량이 25중량%인 연속식 방법으로 제조된 공정오일 25중량부를 포함하고 있는 Low Tg SSBR
3) 중량평균분자량이 30만g/mol이고, 시스 함량이 96%인 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR)
4) 중량평균분자량이 20만g/mol이고, 비닐(Vinyl) 함량이 10%이상인 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Functionalized Li-BR)
5) 질소 흡착 비표면적이 180m2/g, CTAB 흡착 비표면적이 160m2/g이며, 수소이온지수가 pH7인 고분산성 실리카
6) N234
7) Si69
8) 연화점이 103℃인 Hydrogenated C9/DCPD Resin
9) 대두유
10) ZnO
11) octadecanoic acid
12) Sulfur
13) CBS(N-Cyclohexyl-2-benzothiazolesulfenamide)
[ 실험예: 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.
각 평가 방법은 다음과 같다.
1. 무니점도 측정
무니점도는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미가류 고무의 가공성이 우수한 것을 나타낸다. 무니점도(ML1+4(100℃))는 ASTM 규격 D1646에 의해 측정하였다.
2. Tmax/Tmin 측정
Tmax는 고무의 가류 커브의 최고점을 의미하고, Tmin은 고무의 가류 커브의 최저점을 의미하는 것으로, Tmax/Tmin 값은 MDR 측정장비에 의해 측정하였다. Tmax 값과 전체 커브(curve)의 형태로 리버젼과 마칭현상을 확인할 수 있다.
3. 경도(Shore A type)
경도는 조정 안정성을 나타내는 것으로, 수치가 높을수록 조정 안정 성능이 우수한 것을 나타낸다. 경도는 DIN 53505에 의해 측정하였다.
4. 300% 모듈러스(Mpa)
300% 모듈러스는 수치가 높을수록 인장 특성이 우수함을 나타낸다. 300% 모듈러스는 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.
5. 신장율(%)
신장율은 파단시 신장률을 의미하는 것으로, 인장 시험기(Instron사)에서 시편이 끊어질 때까지의 스트레인(Strain) 값을 %로 나타내는 방법으로 측정하였다. 신장율은 수치가 높을수록 인장 특성이 우수함을 나타낸다. 상기 신장율은 300% 모듈러스와 마찬가지로 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.
6. -60~0℃tanδAverage, 0℃G'', 60℃tanδ
점탄성 측정 결과, -60 내지 0 ℃ 저온 영역 tanδ 값의 평균치는 스노우(snow) 성능을 대변하는 물성 값으로, 수치가 낮을수록 우수한 스노우 성능을 나타낸다. 상기 스노우 성능은 눈길 또는 빙판길에서 핸들링 및 제동 성능, 견인 성능 등을 종합한 것을 의미한다.
0℃G''는 젖은 노면에서의 제동 특성을 나타내는 대표값으로 수치가 높을수록 제동 성능이 우수함을 나타낸다.
60℃tanδ는 회전 저항 특성을 나타내는 대표값으로서, 수치가 낮을수록 저 연비 성능이 우수함을 나타낸다.
점탄성은 ARES 측정기를 사용하여 0.5% 변형(strain)에서 10Hz 진동수(Frequency) 하에서 -60 내지 70℃까지 G', G'', tanδ를 측정하였다.
7. 내마모 인덱스(Index)
내마모 인덱스는 람본 마모 테스터기를 이용하여 비교예 1을 기준으로 지수화하여 나타내었다. 내마모 인덱스는 높을수록, 내마모 성능이 우수함을 나타낸다. 상기 람본 마모 테스터기에서 시편의 회전 속도는 720rpm이고, 시편과 연마석 사이의 슬립비(slip ratio)는 15도이고, 챔버의 온도는 상온(Room Temperature)이다.
　 비교예1 비교예2 비교예3 비교예 4 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
무니점도 100 70 110 100 73 81 89 94　
Tmax / Tmin 31 / 7 29 / 6 31 / 5 29 / 6 29 / 6 28 / 5 28 / 5 28/5　
경도(Shore A) 73 74 75 74 74 73 74 74　
300% 모듈러스(Mpa) 120 110 100 105 115 115 118 119　
신장율(%) 480 550 500 505 530 520 510 　500
-60~0℃ tanδ Average 0.3 0.26 0.25 0.23 0.24 0.23 0.22 　0.20
0℃ G’’ 6 4.8 6 5.9 5.2 5.5 6 　6.3
60℃ tanδ 0.14 0.13 0.085 0.103 0.125 0.118 0.105 　0.103
내마모 Index 100 130 95 97 128 120 115 　110
이상과 같이 본 발명에 대해서 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정될 것이다.

Claims (12)

  1. 원료 고무 100 중량부; 및
    보강성 충진제 90 내지 140 중량부를 포함하되,
    상기 원료 고무는,
    고시스 네오디뮴 부타디엔 고무(Nd-BR) 25 내지 65 중량부, 고기능성 리튬 부타디엔 고무(Functionalized Li-BR) 5 내지 45 중량부, 및 실리카용 변성 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무가 아닌 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 20 내지 50 중량부를 포함하고,
    상기 고시스 네오디뮴 부타디엔 고무는 시스 함량이 96% 이상이고, 중량 평균 분자량(Mw)이 30만 내지 60만 g/mol이고,
    상기 고기능성 리튬 부타디엔 고무는 비닐(vinyl) 함량이 10 내지 40 중량%이고, 중량 평균 분자량(Mw)이 10만 내지 30만 g/mol이고,
    상기 실리카용 변성 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무가 아닌 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는, 스티렌 함량이 20 내지 40중량% 및 비닐 함량이 10 내지 40 중량%를 포함하는
    타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보강성 충진제는, 상기 원료 고무 100 중량부에 대하여 실리카 85 내지 120 중량부 및 카본 블랙 5 내지 20중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 중량 평균 분자량(Mw)은 70만 내지 90만 g/mol인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 유리전이온도(Tg)는 -35 내지 -15℃인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  9. 제 1항에 있어서,
    가소제 10 내지 50 중량부를 더 포함하되,
    상기 가소제는, 연화점이 95 내지 115℃인 탄화수소계 수지(Resin)를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  10. 제 1항에 있어서,
    가류제를 더 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  11. 제 10항에 있어서,
    가류촉진제 0.5 내지 2.5 중량부를 더 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  12. 제 1항, 제4항, 제7항 내지 제 11항 중 어느 하나에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 포함하는 타이어.


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