KR20030042558A - 트럭·버스용 타이어의 언더 트레드용 고무조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 키틴을 보강제로 사용하는 트럭·버스용 타이어의 언더 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 천연고무 100 중량부에 대하여 카본블랙 20∼40 중량부와 키틴 2∼20 중량부를 혼합하여 첨가하여 종래의 카본블랙의 일부를 키틴으로 대체시킨 결과, 내칩컷 성능, 내마모성 및 저발열 성능이 동시에 개선될 뿐만 아니라 환경친화적인 고무조성물을 제공한다.

Description

트럭·버스용 타이어의 언더 트레드용 고무조성물 {Rubber composition for under tread of truck and bus tire}

본 발명은 비포장 도로 즉, 산악 지형이나 자갈이 많은 도로, 그리고 공사장 주변의 도로를 주행하는 트럭·버스용 타이어의 언더 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 카본블랙의 일부를 키틴으로 대체시킴으로써 환경친화적이며, 내칩컷 성능, 내마모성 및 저발열 성능을 동시에 향상시킬 수 있는 고무 조성물에 관한 것이다.

타이어 개발의 대부분은 구조적 측면과 타이어에 사용되는 재료의 응용 기술 개발로 집약될 수 있으며, 특히 재료 부분에서는 에너지 절약 측면 및 환경문제를 중시하는 타이어의 개발에 대부분의 연구가 이루어지고 있다.

일반적으로 국내 및 해외 시장에서 소비자들에게 직접적으로 나타나는 품도문제는 주로 내칩컷 성능과 내마모 성능이다. 최근, 재료 측면에서 이루어지고 있는 타이어 개발 방향은 저연비용 타이어, 고내마모성 타이어, 고제동성 타이어 및 내칩컷성(chip-cut resistance)을 향상시킨 타이어라고 할 수 있다.

이 중에서 내칩컷 성능은 내마모 성능과 마찬가지로 저연비 성능과 반비례되는 특성을 가지고 있기 때문에, 저연비 성능을 향상시키면 내칩컷 성능은 저하되는 특성을 가지고 있다.

그러나, 사용조건이 가혹한 지역에서 사용되는 타이어에 있어서, 트레드부의 마모가 모두 진행된 후에 지면과 닿는 부분은 바로 언더트레드 부분이지만, 이 부분에 대한 내칩컷 성능이나 내마모 성능보다는 내구와 저연비 성능을 위한 저발열 화합물을 채용한 것이 대부분이었다.

한편, 이러한 언더트레드 부분의 내칩컷 성능을 향상시키기 위한 종래기술로는 실리카를 일정량 혼입하거나, 카본블랙을 과량 투여하여 고탄성을 유지하는 방법, 특정 수지를 일정량 혼입하는 경우, 또는 가교구조를 조절하여 저발열 고탄성 화합물을 적용하는 예들이 있었다.

한편, 일반적인 보강제로 가장 널리 사용되는 것은 석유에서 얻어지는 카본 블랙이지만, 최근 미국특허 제 5,672,639호 에서는 옥수수, 감자, 쌀과 같은 식물로부터 얻어지는 전분(starch)을 보강제로 사용한 환경 친화적인 고무조성물 및 이를 포함하는 타이어를 제시하였다.

그러나, 상기 조성물은 전분 자체의 연화점이 200℃로서 고무의 가공온도인 140∼170℃와 다르기 때문에 서로 잘 섞이지 않아, 이를 극복하기 위하여 폴리(에틸렌비닐 알콜)과 같은 다른 고분자를 혼합하여 전분의 연화점을 낮추어 고무와의 가공성을 용이하게 하였다.

따라서 상기의 방법은 전분의 연화점을 낮추기 위하여 폴리(에틸렌비닐 알콜)을 전분과 혼합시키기 위한 별도의 전처리 공정이 필요하기 때문에 고무조성물에서 충진제로 사용하는 데 번거롭고, 경제적이지 못하다는 단점이 있었다.

또한, 한국 특허 공개 제 2000-74059호 에서는 키틴을 보강제로 사용하여 그립성능과 회전저항을 향상시킨 트레드 고무 조성물을 제시하였는 바, 이때 사용한 키틴은 다른 고분자 물질을 첨가하지 않고도 고무와의 가공성은 향상시킬 수 있었지만, 상기 고무조성물은 승용차용 래디알 타이어에 주로 사용되는 것이므로 트럭 ·버스용 타이어의 언더 트레드용으로 사용하는 데는 제한적이었다.

또한, 종래 키틴을 사용한 트레드용 타이어의 경우는 승용차용 레디얼 타이어에 사용되는 것으로서 그립성능과 회전저항이 우수한 반면, 컷 앤드 칩 성능에서는 효과가 반감되는 문제가 있었다.

따라서, 키틴을 보강제로서 첨가하여 그립성능과 회전저항이 우수하면서도 내칩컷 성능이 우수한 트럭·버스용 타이어의 언더 트레드용으로 사용할 수 있는 고무 조성물의 개발이 시급한 실정이다.

이에 본 발명자는 기 특허출원된 바와 같은 키틴을 보강제로 사용한 트레드 고무 조성을 트럭·버스용 타이어의 언더트레드 부위의 내칩컷 성능과 마모성능 및 저발열 특성을 향상시킬 수 있는 고무조성물로 보다 적합하도록 조성하기 위해 연구노력한 결과, 원료고무로서 천연고무만을 사용하고 종래 카본 블랙의 일부를 자연으로부터 쉽게 얻을 수 있는 키틴을 보강제로 대체하면서 적정 혼합량을 찾고 커플링제를 첨가하지 않은 결과, 종래의 카본 블랙만을 충진재로 사용한 고무조성물보다 환경친화적일 뿐만 아니라 다른 고분자와 혼합하는 전처리 공정 없이도 사용될 수 있으며, 내마모성 및 저발열 특성, 특히 내칩컷 성능을 향상시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 내칩컷 성능, 내마모성능 및 저발열 성능이 우수한 특성을 나타낼 수 있는 트럭·버스용 타이어의 언더트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 천연고무 100 중량부에 대하여 카본블랙 20∼40 중량부, 키틴 2∼20 중량부, 활성산화아연 2∼10 중량부, 스테아린산 1∼5 중량부, 황 1∼5 중량부, 설펜아미드계 가류촉진제 1∼5 중량부 및 노화방지제 1∼2 중량부로 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 트럭·버스용 타이어의 언더트레드용 고무조성물에 보강제로서 카본 블랙과 키틴을 첨가한 것이다.

본 발명에서 사용하는 키틴은 곤충의 단단한 껍질이나 바닷게 껍질의 주성분을 이루는 천연 고분자로서 그 구조는 다음 화학식 1과 같으며, 2번 탄소의 위치에 아세틸화 아미노기를 가진 것이 종래 기술에서 사용한 전분과 다른 것이다.

본 발명에서 사용한 키틴은 알드리치(Aldrich)사의 제품을 갈아 400 메쉬 이하의 입자크기로 만들어 사용하며, 그 함량은 천연고무 100 중량부에 대하여 2∼20 중량부로 한다.

만일, 상기 키틴의 함량이 2 중량부 미만일 경우 그립성능의 향상을 기대할 수 없으며, 20 중량부를 초과할 경우 회전저항 성능이 향상되지 않기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 천연고무 100 중량부에 대하여 카본 블랙을 20∼40 중량부 첨가한다. 20 중량부 미만을 사용하면 보강성이 떨어지고, 40 중량부를 초과하면 언더트레드부의 발열이 증가하기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 상기 조성 이외에도 통상의 트레드용 고무 조성물에 포함될 수 있는 첨가제를 첨가할 수 있음은 물론이다.

구체적으로는, 활성산화아연 2∼10 중량부, 스테아린산 1∼5 중량부, 황 1∼5 중량부, 설펜아미드계 가류촉진제 1∼5 중량부 및 노화방지제 1∼2 중량부로 첨가할 수 있다.

그러나, 본 발명의 고무조성물에서는 별도의 실란 커플링제를 첨가하지 않는바, 만일 실란 커플링제를 첨가한 경우에는 60℃ tan δ성능, 인장강도 및 마모성능은 동등 이상이나 컷 앤드 칩 성능이 떨어지게 되어 트럭·버스용 타이어로 부적합하기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼3

다음 표 1에 나타낸 구성성분과 조성비로 고무 조성물을 제조하였으며, 반바리 믹서를 사용해 배합한 후, 160℃에서 방출하였다.

이렇게 얻어진 고무 제품에 대한 물성을 다음과 같이 평가하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

* 마모도(g) : Lambourn 마모도 실시예 1을 기준으로 지수화한 것임. 수치가 높을수록 마모 성능이 우수함.

* 동적손실계수(60℃) : RDS로 측정하였으며, 회전저항 특성을 나타내며, 수치가 낮을수록 성능이 우수함.

*티어링(tearing) 측정 : 티어링 시험을 수행한 후 비교예 1을 100으로 환산하여 나타낸 것으로서, 수치가 높을수록 칩컷 성능이 우수함.

* 컷 앤드 칩(g) : 칩컷 지수는 당사 고유 시험기(chip-cut tester)를 이용하여 측정한 결과로 중량 감소량을 측정하여 지수화한 것으로서, 그 값이 높을수록 칩컷 성능이 우수함.

비교예 1∼2

보강제로서 키틴을 사용하지 않고, 카본블랙과 실리카를 사용한 것을 제외하고는 다음 표 1에 나타낸 구성성분과 조성비로 상기 실시예에서와 동일한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.

이렇게 얻어진 고무 제품에 대한 물성을 다음과 같이 평가하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

조성	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3
천연고무	100	100	100	100	100
카본블랙	35	30	40	35	30
키틴	5	10	-	-	-
산화아연	3	3	3	3	3
스테아르산	2	2	2	2	2
활성제	2	2	2	2	2
가류촉진제	1	1	1	1	1
노화방지제	2	2	2	2	2
유황	2	2	2	2	2
실리카	-	-	-	5	-
실란 커플링제	-	-	-	-	5

물성	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3
경도	61	60	61	61	60
인장강도(kgf/㎠)	150	155	156	155	153
신장율(%)	630	650	640	650	655
파단에너지	100	105	112	101	115
동적손실계수(tan δ, 60℃)	0.075	0.070	0.067	0.069	0.069
마모도(g)	100	98	105	105	110
티어링	100	104	108	100	110
컷앤드칩 지수	100	110	110	99	115

상기 표 2의 결과로부터, 본 발명에 따른 비포장 도로용 트럭·버스용 타이어 트레드는 마모성능과 컷앤드칩 성능이 향상되어, 주행중 마모가 진행된 후에도 마모성능과 컷앤드칩 성능을 유지할 수 있음을 보여주고 있다. 또한 60℃에서 측정한 동적손실계수(tan δ)도 동등이상 유리한 값을 나타내는 것으로 보아 저발열 특성을 가짐으로 내구성이 우수한 것을 보여주고 있다.

한편, 종래 기술에서와 같이 실란 커플링제를 투입한 비교예 3의 경우 동적손실계수, 인장강도, 마모성능은 동등 이상이나 컷앤드칩 성능이 떨어지는 것으로 나타났다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 트럭·버스용 타이어의 언더트레드용 고무 조성물에서 원료고무로서 천연고무를 사용하고, 보강제로서 카본블랙의 일부를 키틴으로 대체시켜 적정양으로 혼합하고 별도의 커플링제를 사용하지 않은 결과, 내칩컷 성능, 내마모성 및 저발열 성능이 동시에 향상된 효과를 보일 뿐만 아니라 환경친화적인 고무조성물을 제공한다.

Claims (1)

1. 천연고무 100 중량부에 대하여 카본블랙 20∼40 중량부, 다음 화학식 1로 표시되는 키틴 2∼20 중량부, 활성산화아연 2∼10 중량부, 스테아린산 1∼5 중량부, 황 1∼5 중량부, 설펜아미드계 가류촉진제 1∼5 중량부 및 노화방지제 1∼2 중량부로 이루어진 것임을 특징으로 하는 트럭·버스용 타이어의 언더트레드용 고무 조성물.

   화학식 1