KR20030042555A - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리스티렌-부타디엔 고무 70∼90 중량부와 폴리부타디엔 고무 10∼30 중량부를 포함하는 디엔계 고무 100 중량부, 실리카 5∼100 중량부, 카본 블랙 5∼100 중량부, 큐마론 인덴 수지 1∼10 중량부 및 p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지 1∼10 중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 본 발명에 따라 제조된 타이어는 여러 가지 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라 특히 마른 노면과 젖은 노면에서의 제동성이 탁월하며, 적절한 폴리스티렌-부타디엔과 폴리부타디엔의 블렌드로 내마모 성능에 개선된 효과를 보인다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}
본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마른 노면/젖은 노면에서의 제동성 및 구동성이 현저히 향상되고, 조종 안정성 및 내마모 성능이 개선된 고성능 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
공기압 타이어에서 요구되는 성능은 젖음 주행성, 저연비 성능과 밀접한 관계가 있는 저회전 저항과 소음, 마모, 승차감 및 조종성능 등 매우 다양하다. 특히 고속 주행하는 고성능 타이어의 경우에는 마른 노면/젖은 노면에서의 제동성 및 구동성과 조종안정성은 타이어의 성능을 결정하는데 매우 중요한 요소이다. 즉, 차량의 고속 주행으로 인하여 항상 고려해야 하는 것이 고속에서의 차량의 안정성이라 할 수 있다.
또한 내마모성이 중요한 바, 일반적으로 마른 노면/젖은 노면의 제동력으로 표현되는 타이어 그립성과 내마모성은 이율 배반적인 성격을 가지고 있기 때문에 두가지 성능을 동시에 향상시키는 것은 매우 어려운 기술로 알려져 있다.
일반적으로, 타이어의 그립성을 향상시키기 위하여 높은 유리전이온도(Tg)를갖는 고분자를 사용하고, 젖은 노면의 그립 성능을 향상시키기 위해서는 실리카를 사용하기도 한다. 그러나, 이러한 배합은 내마모성을 크게 저하시키는 문제점을 수반하게 된다. 또한 높은 유리 전이 온도를 갖는 고무는 높은 에너지 손실(hysteresis loss) 값을 갖는 특성이 있기 때문에 고속 주행하는 고성능 타이어에서는 발열로 인한 타이어의 주행성능이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 실리카만을 사용할 경우에는 젖은 노면에서의 제동성을 개선시키는 효과는 있으나 마른 노면에서의 제동성 개선효과는 거의 없는 것으로 알려져 있다.
이에 본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력하던 중, 폴리스티렌-부타디엔 고무와 폴리부타디엔 고무를 포함하는 디엔계 고무에 보강제로서 실리카와 카본블랙을, 점착성 수지로서 큐마론 인덴 수지와 p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지를 첨가함으로써 주행 또는 제·구동시 트레드 내부에 포함되어 있던 수지가 트레드 표면으로 이동되어 점착 효과를 발휘하여 마른 노면/젖은 노면에서의 제동성을 향상시킨다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 마른 노면/젖은 노면에서의 제동성이 우수한 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 폴리스티렌-부타디엔 고무 70∼90 중량부와 폴리부타디엔 고무 10∼30 중량부를 포함하는 디엔계 고무 100 중량부, 실리카 5∼100 중량부, 카본 블랙 5∼100 중량부,큐마론 인덴 수지 1∼10 중량부 및 p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지 1∼10 중량부를 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 폴리스티렌-부타디엔 고무와 폴리부타디엔 고무를 포함하는 디엔계 고무에 보강제로서 실리카와 카본블랙을 첨가하고, 점착성 수지로서 큐마론 인덴 수지와 p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지 및 기타첨가제를 첨가한 것이다.
본 발명에서 사용되는 폴리스티렌-부타디엔 고무는 유리전이온도가 상이한 두 종류 이상의 고무를 블렌드하여 사용하며, 가공유가 37.5%가 함유된 것이 바람직하다. 이는 트레드의 마른 노면 및 젖은 노면에서의 제동성 및 구동성을 향상시키는 효과가 있다.
상기 폴리스티렌-부타디엔 고무의 함량은 70∼90 중량부인 바, 만일 70 중량부 미만일 경우에는 마른 노면 및 젖은 노면에서의 제동성 및 구동성이 현저히 떨어지는 문제가 있고, 90 중량부를 초과할 경우에는 내마모 성능이 크게 감소하기 때문이다.
또한, 상기 폴리부타디엔 고무는 가공유가 37.5% 함유된 것으로, 그 사용량은 10∼30 중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 만일 그 함량이 10 중량부 미만일 경우 내마모성을 개선시키는 효과가 미흡하며, 또한 30 중량부를 초과할 경우에는 제동성이 떨어지기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 상기 폴리스티렌-부타디엔 고무와 폴리부타디엔 고무 이외에도 부틸 고무, 할로겐화 부틸 고무 또는 천연 고무 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 보강제로 실리카와 카본 블랙을 사용한다.
여기서 실리카는 젖은 노면에서의 제동성을 향상시키기 위한 것으로서, BET 표면적이 130∼250 ㎡/g이고, CTAB 표면적은 130∼190 ㎡/g이고, DBP 흡유량이 110∼150 ml/100g인 합성 실리카로서, 상기 디엔계 고무 100 중량부에 대하여 5∼100중량부로 사용한다.
만일 그 사용량이 5 중량부 미만일 경우에는 고무에 대한 보강효과가 없어 조성물의 기계적 물성이 미흡하며, 또한 100 중량부를 초과할 경우에는 고무의 경도가 너무 높아져 오히려 젖은 노면에서의 제동성 및 구동성이 감소하는 문제가 있다.
또한, 상기 카본 블랙은 BET 표면적이 110∼150 ㎡/g이고, DBP 흡유량이 110∼150 ml/100g인 것으로, 상기 디엔계 고무 100 중량부에 대하여 5∼100 중량부로 사용한다.
만일 그 사용량이 5 중량부 미만일 경우에는 고무에 대한 보강효과가 없어 조성물의 기계적 물성이 미흡하고, 또한 100 중량부를 초과할 경우에는 고무의 경도가 너무 높아져 오히려 젖은 노면에서의 제동성 및 구동성이 감소하기 때문이다.
또한 본 발명에서는 마른 노면에서의 제동성을 향상시키기 위하여 점착성 수지를 첨가하는 바, 구체적으로는 큐마론 인덴 수지와 p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지를 사용한다.
일반적으로 차량이 주행하는 속도 도는 제동시의 초기 속도에 따라 타이어 트레드의 온도가 결정되며, 트레드 온도는 점착성 수지가 트레드 표면으로 이동되는 수지의 양을 결정하고, 수지의 트레드 표면으로 이동 여부에 따라 타이어의 마른 노면에서의 제동성이 결정된다.
사용한 수지의 연화점이 너무 높으면 수지가 트레드 표면으로 이동하기 힘들고, 반면 연화점이 너무 낮으면 트레드 내부에 포함되어 있는 대부분의 수지가 저온에서 트레드 표면으로 이동하여 실제 제동이 필요한 고온에서는 수지의 이동을 기대할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명에서는 이와같은 문제점을 해결하기 위하여 90∼100℃로 저온 연화점을 갖는 큐마론 인덴 수지와 135∼145℃의 고온 연화점을 갖는 p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지를 혼합하여 사용한다.
상기 큐마론 인덴 수지는 비중이 1.05∼1.25이며, 연화점이 90∼100℃인 것이다. 또한, p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지는 비중이 0.95∼1.10이고, 135∼145℃의 고온 연화점을 갖는다.
본 발명에서는 연화점이 다른 두 수지를 함께 사용함으로써 상이한 주행속도 또는 제동시의 속도에서의 그립성을 크게 개선시킬 수 있다.
그밖에, 본 발명의 고무 조성물은 통상의 타이어 트레드용 고무조성물에 사용되는 기타첨가제 및 배합제를 사용할 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며,본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 및 비교예 1∼3
다음 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분을 배합하여 고무 조성물을 제조하였다. 또한 실시예와 비교예에서 제조한 고무 시편을 이용하여 경도, 마른 노면/젖은 노면에서의 마찰계수, 마모지수 및 점탄성 물성 등을 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
경도는 상온에서 ASTM 쇼어 A 경도계로 측정하였으며, 젖은 노면에서의 마찰계수는 Sunny Koken 사의 동적 마찰 시험기를 이용하여 아스팔트 노면에 물을 뿌린 후 80km/h의 속도에서 측정하였다. 또한, 내마모 성능을 평가하기 위하여 실온에서 람본 마모 시험기를 이용하여 측정하였다. 본 발명에서 나타낸 내마모 지수는 내마모성능을 의미하는 것으로, 수치가 높을수록 성능이 우수함을 의미한다. 또한, 점탄성 성질은 Rheometrics 사의 RDS를 이용하여 10hz, 0.5% 변형 조건에서 시험하여 동적 손실 계수(tan δ)를 측정하였다. 조종 안정성은 실차 평가자가 차량 또는 타이어 성능 수준에 대한 느낌을 점수로 표현한 것으로, 점수가 높을수록 성능이 우수함을 나타낸다.
고무 조성 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
디엔계 고무 폴리스티렌- 부타디엔 고무 90 100 90 90
폴리부타디엔고무 10 - 10 10
보강제 카본블랙(1) 65 95 95 65
실리카(2) 30 - - 30
오일/커플링제(3) 42/4.8 48/0 48/0 48/4.8
산화아연/스테아린산 4/2 4/2 4/2 4/2
노화방지제 4.5 4.5 4.5 4.5
점착제 큐마론 인덴 수지(4) 3 - - -
p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지(5) 3 - - -
가황제 황 1.2 1.2 1.2 1.2
CBS(6) 1.0 1.3 1.3 1.0
DPG(7) 0.4 - - 0.4
(주)(1)카본 블랙 : BET 표면적이 110∼150 ㎡/g이고, DBP 흡유량이 110∼150 ml/100g 인 것임.(2)실리카 : BET 표면적이 130∼250 ㎡/g이고, CTAB 표면적은 130∼190 ㎡/g 이고, DBP 흡유량이 110∼150 ml/100g인 합성 실리카임.(3) 커플링제 : 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드(4) 큐마론 인덴 수지 : 비중 1.05∼1.25이고, 연화점 90∼100℃인 것임.(5) p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지: 비중 0.95∼1.10이고, 연화점 135∼145℃인 것임.(6) CBS : N-시클로헥실-2-벤조티아질 설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfenamide)(7) DPG : 디페닐구아니딘(diphenylguanidine)
물성 실시예 1 비교예 1 비교예 1 비교예 1
물성 경도(℃) 70 70 69 71
동적 손실 계수(tan δ, 0℃) 0.28 0.26 0.28 0.32
젖은 노면 마찰계수 0.750 0.732 0.762 0.798
람본 마모지수 100 105 103 103
타이어 성능 젖은 노면 제동성능 100 98 103 107
마른 노면 제동성능 100 98 100 104
조종안정성(dry/wet) 6.5/6.0 6.0/6.5 7.0/6.5 7.5/7.5
내마모성능 100 103 102 102
상기 표 2의 결과로부터, 본 발명에서 제조한 타이어의 각종 물성 및 타이어 성능이 모두 우수함을 알 수 있다. 실내에서 평가한 마모지수 뿐만 아니라, 마른노면/젖은 노면에서의 마찰계수도 우수하며, 특히 마른 노면/젖은 노면에서의 제동성능은 다른 비교예보다 월등히 우수한 것을 확인할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 폴리스티렌-부타디엔과 폴리부타디엔으로 이루어진 디엔계 고무에 보강제로 카본 블랙과 실리카를 사용하고, 점착제로서 큐마론 인덴 수지와 p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지를 첨가함으로써, 여러 가지 물성이 우수할 뿐만 아니라 특히 마른 노면과 젖은 노면에서의 제동성이 탁월하며, 적절한 폴리스티렌-부타디엔과 폴리부타디엔의 블렌드로 내마모 성능에 개선된 효과를 보인다.

Claims (5)

  1. 폴리스티렌-부타디엔 고무 70∼90 중량부와 폴리부타디엔 고무 10∼30 중량부를 포함하는 디엔계 고무 100 중량부; 상기 디엔계 고무 100 중량부에 대하여 실리카 5∼100 중량부; 카본 블랙 5∼100 중량부; 큐마론 인덴 수지 1∼10 중량부; 및 p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지 1∼10 중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 실리카는 BET 표면적이 130∼250 ㎡/g이고, CTAB 표면적은 130∼190 ㎡/g이고, DBP 흡유량이 110∼150 ml/100g인 합성 실리카인 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 카본 블랙은 BET 표면적이 110∼150 ㎡/g이고, DBP 흡유량이 110∼150 ml/100g인 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 큐마론 인덴 수지는 비중이 1.05∼1.25이고, 연화점이 90∼100℃인 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 p-tert-부틸-페놀 알데히드 수지는 비중이 0.95∼1.10이고, 연화점이 135∼145℃인 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
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