KR20030049659A - 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연고무와 폴리부타디엔 고무를 포함하는 디엔계 고무에 실리카와 카본블랙을 적정비율로 혼합하고 여기에 고흡습성 수지를 첨가한 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 이는 아이스/스노우 노면위에서는 고흡습성 수지들이 수분을 흡착하여 고형화된 형태로 고무 표면위에 존재하여 고무 표면의 요철현상을 가져오고, 마른 노면에서는 물과 반응하지 않은 고흡습성 수지들이 고무 안에 일종의 충진제로서 존재하여 아이스/스노우 노면에서와 같은 고무 표면위의 요철을 형성하지 않기 때문에 마른 노면에서의 제동성 및 마모성능을 크게 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for studless tire treads}

본 발명은 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마른 노면에서의 제동성과 내마모성을 유지하면서 동시에 아이스/스노우 노면에서의 제동성을 극대화시킨 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

스노우 타이어는 보통 스파이크 핀이 타이어에 박혀있는 스터드 타이어와 스파이크 핀이 없는 스터드레스 타이어로 통상 나뉘어진다. 최근에는 환경문제에 따른 스터드 타이어의 규제에 따라서 스터드레스 타이어에 대한 사회적 필요성이 제기되면서 스노우/아이스 제동성이 우수한 트레드 고무 조성물에 대한 폭넓은 검토가 이루어지고 있다.

기존에 사용된 스노우 스터드레스 타이어 트레드 고무 조성물의 경우, 고무 조성물은 아이스/스노우 제동성을 향상시키기 위해 트레드의 유리전이온도를 조절하여 상온에서 마이크로 스파이크를 생성하는 제품과; 트레드 표면에 발포고무를사용하고 여기에 천연고무/폴리부타디엔 고무, 유화중합 스티렌-부타디엔 고무와 카본블랙을 주로 배합한 고무 조성물로 사용하는 발포고무 타이어가 있다.

그러나, 발포고무를 사용할 경우 마른 노면에서의 제동성 및 조종안정성이 저하되는 결점이 있으며, 아울러 내마모성이 저하되는 문제가 존재하게 된다. 이러한 저하된 마모성을 개선시키기 위해 통상 폴리부타디엔 고무를 증량시키는데, 이런 경우 마른노면이나 젖은 노면에서의 제동성을 감소시킨다.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 충진제로서 카본블랙 대신에 실리카를 사용하는 방법이 널리 사용되고 있다.

그러나, 실리카를 충진제로 사용할 경우 실리카 표면의 관능기인 실라놀기의 수소결합에 의하여 입자가 잘 분산되지 않고 서로 응집하는 경향이 있기 때문에, 고무내의 실리카 입자의 분산성을 향상시키기 위해서는 혼합시간을 길게할 필요가 있어 생산성을 떨어뜨리는 문제가 남아있다. 아울러 고무내로의 실리카 분산이 불충분하게 되면 고무 조성물의 무니점도가 높아지게 되어 압출가공성이 크게 저하될 뿐만 아니라 압출후 시간이 경과함에 따라서 압출물의 전장이 줄어들게 되어 타이어 성형에서 문제점으로 나타나게 되며 덜 분산된 실리카에 의해 마모성능이 저하되는 문제가 있다.

이에, 본 발명자들은 천연고무와 폴리부타디엔 고무를 포함하는 디엔계 고무에 실리카와 카본블랙을 적정비율로 혼합하고 여기에 고흡습성 고분자 수지를 첨가한 결과, 아이스/스노우 제동성이 극대화되고 동시에 제동성과 마모성능이 개선됨을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 아이스/스노우 제동성능을 극대화시키는 동시에 마른노면에서의 제동성과 마모성을 개선할 수 있는 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물은 폴리부타디엔 및 천연고무를 포함하는 디엔계 고무 100중량부에 대하여 보강제로서 실리카 5 내지 80중량부와 카본블랙 5 내지 80중량부를 포함하고, 고흡습성 수지를 1 내지 15중량부 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 천연고무와 폴리부타디엔 고무를 포함하는 디엔계 고무에 보강제로서 실리카와 카본블랙을 적정비율로 혼합하고, 여기에 고흡습성 수지를 첨가하여 이루어진 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

먼저, 본 발명의 고무 조성물은 통상의 스노우 스터드레스 타이어 트레드 고무조성물에 사용하는 디엔계 고무를 사용한다. 즉, 천연고무 및 폴리부타디엔 고무를 사용한 통상의 스노우 스터드레스 타이어의 고무 조성물 비율을 갖는다.

보강제로서 실리카와 카본블랙을 사용하는 바, 이때 실리카는 상기 디엔계 고무 100중량부에 대해 5 내지 80중량부로 사용하는 데, 실리카는 침강법에 의해제조된 제품을 사용한다. 구체적으로는 특별히 한정되지 않으나, BET 표면적이 130 내지 250㎡/g이며 CTAB 표면적이 120 내지 190㎡/g이고, DBP 흡유량이 200 내지 300㎖/100g인 것이 바람직하다.

카본블랙은 디엔계 고무 100중량부에 대해 5 내지 80중량부로 사용하며, 이는 DBP 흡유량이 110 내지 150㎖/100g, 질소흡착비표면적이 110 내지 150㎡/g인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 고흡습성 수지를 디엔계 고무 100중량부에 대해서 1 내지 15중량부 되도록 사용하는 바, 고흡습성 수지 재료로는 통상적으로 알려진 바와 같이 스타치계, 셀룰로오즈계나 합성수지계가 사용된다. 그리고, 고무 조성물 내에서 직경이 1 내지 200㎛이고, 수분흡수력이 50g/g 이상인 것이 바람직하다. 구체적인 예로서, 하이드록시 프로필메틸 셀룰로오즈 등을 들 수 있다.

가교시킨 흡습성 수지는 보통 백색분말로서, 물을 주입시키면 순간적으로 흡습, 팽윤하여 물 전체를 겔화시키는 성질을 지닌 것으로 알려져 있다. 또한, 이러한 고흡습성 수지는 압력을 가해도 펄프나 종이와는 달리 자신이 흡습한 대부분의 수분을 보유하며 열에 의해서 보유 수분을 방출하는 특징을 지니고 있다. 본 발명은 이러한 고흡습성 수지의 물에 의한 팽윤원리를 이용한 것이다.

즉, 디엔계 고무에 연결되어 있는 고흡습성 수지는 스노우/아이스 노면 위에 존재하는 수분과 반응하여 수분을 겔화시켜 고무 표면의 요철현상을 가져오는데, 생성된 미세한 요철부분의 에지 부분은 빙상 노면을 긁어주는 역할을 하여 타이어의 빙상 마찰성능을 향상시키게 된다. 즉 발포고무를 사용할 경우와 동일한 성능을스노우/아이스 노면에서 나타내게 된다.

반면, 마른 노면 위에서는 고흡습성 수지가 수분과 반응하지 않기 때문에 발포고무와 같은 형태로 존재하지 않고 통상의 고무 표면처럼 표면의 요철이 생기지 않게 되어서 발포고무 사용시 마이크로 셀에 의해서 고무의 블록 강성이 약해져 발생되는 마른 노면에서의 제동성 저하나 마노성능 저하가 발생하지 않게 된다.

다시말해, 천연고무와 폴리부타디엔 고무와 연결된 고흡습성 수지들이 아이스/스노우 노면 위의 수분을 흡착하여 고형화된 형태로 고무 표면 위에 존재하여 고무 표면의 요철현상을 가져오게 하며, 반면에 마른 노면의 경우 물과 반응하지 않는 고흡습성 수지들이 고무안에 일종의 충진제로서 존재하여 아이스/스노우 노면에서와 같은 고무 표면위의 요철을 형성하지 않기 때문에 마이크로 셀을 형성한 발포고무와 달리 마른노면에서의 제동성 및 마모성능을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4

다음 표 1에 나타낸 배합제 성분들을 이용하여 배합한 트레드 고무 조성물을 사용하여 스터드레스 타이어를 제조하였으며, 고무조성물을 이용하여 각종 시편을 제작하여 본 발명과 관련된 주요물성, 즉 저온경도, 아이스 마찰계수, 마모지수 등을 측정하였으며 타이어로 노면에서의 제동성능 및 마모성능을 측정하였다. 그 측정결과를 표 2에 나타내었다.

1)저온경도: ASTM 쇼어-A 경도계로 온도조절이 가능한 챔버 내에서 1시간 방치후 측정.

2)아이스 마찰계수: 동적마찰시험기(Sunny Koken사 제품) 24시간 얼린 아이스 노면에서 30km/hr 속도로 측정한 마찰계수임.

3)람본 마모지수: 내마모 성능을 측정하는 지수로서 마모된 고무의 고무량을 나타내며, 지수가 클수록 내마모성이 우수함을 의미.

4)제동 성능지수: 고무조성물을 이용하여 195/65R 15T 규격으로 제조한 타이어를 각종 노면에서 제동시험을 하여 그 결과를 지수로 환산한 값으로서, 지수가 클수록 제동거리가 짧음.

5)마모 성능지수: 고무조성물을 이용하여 195/65R 15T 규격으로 제조한 타이어를 일정거리 주행 후 마모된 결과를 지수로 환산한 값으로서, 지수가 클수록 마모성능이 우수함.

	비 교 예	실시예
	1	2	3	4	1	2
NR/BR	60/40	60/40	60/40	60/40	60/40	60/40
카본/실리카	40/15	25/30	40/15	55/-	40/15	40/15
가공유	28	28	28	28	28	28
커플링제	2.4	4.8	2.4	-	2.4	2.4
산화아연	4	4	4	4	4	4
스테아린산	2	2	2	2	2	2
노화방지제	4	4	4	4	4	4
고흡습성 수지	-	-	-	-	5	10
발포제	-	-	-	5	-	-
황	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3
촉진제 1	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2
촉진제 2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
(주)NR: 상품명 SIR20인 천연고무BR: 폴리부타디엔 고무, 금호석유화학제카본: 상품명 N234, 코리아 카본제실리카: 상품명 Zeosil 175GR가공유: 상품명 Aromatic #2 Oil, 미창석유제커플링제: 비스(트리에톡시 실릴 프로필)테트라 설파이드, 데구사제노화방지제: 6-C, N-페닐-N'-(1,3-디메틸부틸)-p-페닐렌 디아민)발포제: 옥시 비스술포닐 하이드라자이드, OBSH고흡습성 수지: 하이드록시 프로필메틸 셀룰로오스, 상품명 PMH 9860, 삼성정밀화학제촉진제 1: CBS,촉진제 2: DPG

	비 교 예	실시예
	1	2	3	4	1	2
경도	60	63	59	55	58	55
아이스 마찰계수	0.26	0.32	0.33	0.37	0.36	0.39
람본 마모지수	100	90	106	82	101	98
실차평가	스노우/아이스 제동성	100	108	109	116	118	126
	마른노면 제동성	100	103	92	83	101	101
	내마모성능	100	91	106	86	102	103

상기 표 2의 결과로부터, 비교예 2에서와 같이 비교예 1에 비하여 실리카의 함량을 증가시키는 경우 아이스/스노우 성능은 증가하나 실리카의 잘 분산되지 않은 특성으로 인하여 마모성능이 저하됨을 알 수 있다. 그리고, 비교예 3과 같이 폴리부타디엔 고무를 증가시킬 경우 스노우/아이스 제동 및 내마모 성능은 향상되나 마른 노면에서의 제동성이 저하된다. 또한, 비교예 4에서와 같이 발포고무를 사용시 스노우/아이스 성능은 탁월하나 마른 노면에서의 제동성 및 내마모 성능이 저하되는 결과를 가져옴을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에서와 같이 고흡습성 수지를 이용한 경우 마른 노면에서의 제동성 및 마모 성능의 저하없이 스노우/아이스 성능을 극대화시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 천연고무와 폴리부타디엔 고무를 포함하는 디엔계 고무에 실리카와 카본블랙을 적정비율로 혼합하고 여기에 고흡습성 수지를 첨가하는 경우 아이스/스노우 노면위에서는 고흡습성 수지들이 수분을 흡착하여 고형화된 형태로 고무 표면위에 존재하여 고무 표면의 요철현상을 가져오고, 마른 노면에서는 물과 반응하지 않은 고흡습성 수지들이 고무 안에 일종의 충진제로서 존재하여 아이스/스노우 노면에서와 같은 고무 표면위의 요철을 형성하지 않기 때문에 마른 노면에서의 제동성 및 마모성능을 크게 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

   디엔계 고무 100중량부에 보강제로서 실리카 5 내지 80중량부와 카본블랙 5 내지 80중량부를 포함하고, 고흡습성 수지를 1 내지 15중량부로 포함하며, 여기서 실리카는 BET 표면적이 130 내지 250㎡/g이며 CTAB 표면적은 120 내지 190㎡/g이고 DBP 흡유량은 200 내지 300㎖/100g인 합성 실리카이고, 카본블랙은 질소흡착 비표면적은 110 내지 150㎡/g이고 DBP 흡유량은 110 내지 150㎖/100g인 것임을 특징으로 하는 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 고흡습성 수지는 고무 조성물 내에서 직경이 1 내지 200㎛의 크기를 가지며, 스타치계, 셀룰로오즈계 및 합성수지계 중에서 선택된 원료로 제조된 것으로서, 수분흡수력이 50g/g 이상인 것임을 특징으로 하는 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물.