KR20100053176A - 타이어 사이드월용 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이어 사이드월용 고무 조성물에 관한 것으로, 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 천연고무 40 내지 60 중량부; 및 하이-시스 부타디엔 고무 40 내지 60 중량부로 이루어진 원료 고무 100 중량부에 대하여, 카본블랙 50 내지 60 중량부; 불용성 유황 1.4 내지 1.8 중량부; 설펜아미드계 촉진제 0.7 내지 0.9 중량부; 산화 방지제 2 내지 5 중량부; 오존 방지제 2 내지 5 중량부; 및 점착제 2 내지 5 중량부를 포함하고, 상기 하이-시스 부타디엔은 시스-1,4 함량이 96 중량% 이상이며 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃이고, 상기 카본블랙은 질소 흡착 비표면적이 70 내지 90m2/g이며 DBP 흡유량이 90 내지 110cc/100g인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 타이어 사이드월용 고무 조성물은 사이드월 고유 특성인 내피로, 내오존 크랙성 및 기계적 강성을 향상시키고, 검 시트(gum sheet) 제작을 위한 가공 용이성을 향상시키는 장점을 갖는다.
타이어 사이드월, 고무 조성물, 천연고무, 산화 방지제, 오존 방지제, 점착제

Description

타이어 사이드월용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION OF TIRE SIDEWALL}
본 발명은 타이어 사이드월용 고무 조성물에 관한 것으로서, 재생 타이어 제조 시 트래드가 마모된 타이어의 케이스(case)에 새로운 트래드를 얹어 재생함에 있어서, 사이드월(sidewall)부의 외관상 또는 케이스의 재활용율을 높이고자 얇은 검 시트(gum sheet) 상태로 부착하는 재생 사이드월 고무 조성물에 관한 것이다.
트럭 버스용 사이드월(sidewall) 고무는 산소 및 오존 등에 의해 크랙이 발생할 수 있으며, 이에 대한 저항을 위해 첨가하는 약품은 시간이 지남에 따라 변색되는 문제가 있다. 또한, 트럭 버스용 사이드월(sidewall) 고무는 주행중의 피로에 의한 균열 발생과 외상에 의한 찢김 등이 흔하게 발생할 수 있다.
이에 따라 트래드 마모가 완료된 타이어(이하 고타이어)의 사이드월은 외관 또는 기능상의 문제로 재생이 어려운 경우가 흔하다. 재생 타이어는 고타이어에 새로운 트래드 고무를 가황 과정을 통해 부착시킨 것으로, 열가황(hot cure)과 냉가황(cold cure)의 두 가지 재생 방식이 있다. 열가황은 고타이어에 미가류된 새로운 트래드 고무를 붙이고 이를 패턴이 조각된 금형 몰드(mold)에서 약 130℃ 이상의 고온의 가류 조건에서 제조하는 방식이며, 냉가황은 마모된 타이어에 이미 패 턴 형상이 가류되어 완성된 새로운 트래드 고무를 120℃ 이하의 저온 가류 조건에서 쿠션 검(cushion gum)을 이용하여 부착 제조하는 방식이다.
열가황은 미가류물인 트래드 고무를 가류 시키기 위해 고온의 온도를 부여할 수 있는 스팀(steam)식 또는 전기 가류 몰드를 사용하며, 이러한 방식은 사이드월 부위까지 가류 진행이 가능하다. 따라서, 열가황 방식은 외관상 재생이 어려운 고타이어에 대해 재생 사이드월 고무를 부착하여 가류함으로써, 외관상의 문제 해결뿐만 아니라 사이드월 고유의 요구 성능까지 확보할 수 있다.
이러한 재생 사이드월 고무의 성능 확보를 위한 사이드월 고유 특성인 내피로 및 내오존 크랙성과 기계적 강성뿐만 아니라 재생 공정상 가류 전 택(tack) 성능과 가류시 기 가류된 사이드월면과의 공가류성 확보 및 카렌다 작업을 통한 검 시트 제작을 위한 가공 용이성과 재생 가류 조건에 적합한 적정량의 불용성 유황 및 촉진제의 조건이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 사이드월 고유 특성인 내피로, 내오존 크랙성 및 기계적 강성을 향상시키고, 검 시트(gum sheet) 제작을 위한 가공 용이성을 향상시키는 타이어 사이드월용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 평균적 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 천연고무 40 내지 60 중량부; 및 하이-시스 부타디엔 고무 40 내지 60 중량부로 이루어진 원료 고무 100 중량부에 대하여, 카본블랙 50 내지 60 중량부; 불용성 유황 1.4 내지 1.8 중량부; 설펜아미드계 촉진제 0.7 내지 0.9 중량부; 산화 방지제 2 내지 5 중량부; 오존 방지제 2 내지 5 중량부; 및 점착제 2 내지 5 중량부를 포함하고, 상기 하이-시스 부타디엔은 시스-1,4 함량이 96 중량% 이상이며 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃이고, 상기 카본블랙은 질소 흡착 비표면적이 70 내지 90m2/g이며 DBP 흡유량이 90 내지 110cc/100g인 것을 특징으로 하는 타이어 사이드월용 고무 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물은 사이드월 고유 특성인 내피로, 내오존 크랙성 및 기계적 강성을 향상시키고, 검 시트(gum sheet) 제작을 위한 가공 용이성을 향상시키는 장점을 갖는다.
본 발명은 트럭/버스용 재생 열가황(hot cure)에 사용되는 타이어 사이드월용 고무 조성물에 관한 것으로서, 사이드월 고유의 요구 성능인 피로와 크랙 저항성 및 기계적 강성 확보를 위해 천연고무와 하이-시스 부타디엔 고무의 혼합물로 이루어진 원료고무에 특정 콜로이드 성질(colloidal properties)을 가지는 카본블랙 일정량과 적정 비율의 노화 방지제를 첨가하며, 검 시트(gum sheet)의 가공 용 이성 확보를 위한 가공조제(oil), 택(tack) 성능 확보를 위한 점착제(resin) 및 재생 가류 조건에 적합한 기 가류된 고무와의 공가류를 통한 접착 성능에 필요한 적정량의 불용성 유황 및 촉진제를 포함하는 고무 조성물인 것이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 천연고무 및 하이-시스 부타디엔 고무로 이루어진 원료 고무와 카본블랙; 불용성 유황; 설펜아미드계 촉진제; 산화 방지제; 오존 방지제; 및 점착제를 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물을 제공한다.
상기 원료 고무는 천연 고무 및 하이-시스 부타디엔 고무로 이루어지는 것으로서, 상기 천연 고무는 자연에서 얻어지는 폴리이소프렌이 바람직하고, 상기 하이-시스 부타디엔 고무의 경우, 바람직하게는 시스-1,4 함량이 96 중량% 이상이며 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃인 것을 사용할 수 있다.
상기 원료고무는 외관 향상과 찢김 방지 및 내피로성 유지를 위하여 천연고무 40 내지 60 중량부 및 하이-시스 부타디엔 고무 40 내지 60 중량부로 이루어진다. 천연고무가 60 중량부를 초과하면 내피로 성능이 저하되고, 외관이 불량해지는 문제점이 있다. 또한, 부타디엔이 60 중량부를 초과하면 내찢김 및 내크랙 성능이 저하되는 문제점이 있다.
상기 보강제로서 첨가되는 카본블랙은 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 40 내지 80 중량부로 포함된다. 상기 카본블랙의 함량이 40 중량부 미만이면 트레드 베이스의 강성이 감소되어 타이어 내구성이 저하되는 문제점이 있고, 80 중량부를 초과하면 카본블랙의 분산 불량으로 인해 가공성이 불리해지며 발열 및 회전저 항이 증가하는 역효과가 발생한다.
상기 카본블랙은 질소 흡착 비표면적이 70 내지 90m2/g이며 DBP 흡유량이 90 내지 110cc/100g인 것을 사용할 수 있다. 상기 질소 흡착 비표면적이 70m2/g 미만이면 인장물성 및 내찢김 성능이 저하되는 문제가 있고, 90m2/g을 초과하면 가공성이 용이하지 않다. 또한, 상기 DBP 흡유량이 상기 범위 내에 있는 경우 인장물성 및 내찢김 성능이 향상되고, 가공성이 우수한 장점이 있다.
이러한 콜로이드(colloidal) 특성을 가지는 카본블랙은 상기 원료고무 함량 100 중량부를 기준으로 하여 50 내지 60 중량부로 포함된다. 상기 카본블랙의 함량이 50 중량부 미만이면 인장 물성과 같은 기계적 물성이 저하되며, 60 중량부를 초과하면 가공성이 나빠지고 내피로와 내크랙 성능이 저하되는 문제점이 있다.
상기 불용성 유황은 가류제로 사용되는 것으로서, 상기 원료고무 함량 100 중량부를 기준으로 하여 1.4 내지 1.8 중량부로 포함된다. 상기 불용성 유황이 아닌 일반적인 황을 사용하면 유황 블룸(bloom)이 발생하여 택(tack) 성능이 저하된다.
상기 설펜아미드계 촉진제는 공가류 특성이 가장 양호한 N-사이클로헥실-2-벤조티아질설폰아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfonamide:CBS)를 원료고무 함량 100 중량부를 기준으로 하여 0.7 내지 0.9 중량부로 사용하는 것이 좋다. 설펜아미드계 촉진제를 상기 범위로 사용하면 접착성능이 향상되는 장점이 있다.
본 발명에서는 상기 불용성 유황과 상기 설펜아미드계 촉진제를 상기 함량의 범위 내에서 사용할 수 있는데, 특히 상기 불용성 유황 대 상기 설펜아미드계 촉진제의 중량비가 1.5:1을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 불용성 유황이 상기 범위를 벗어나면 노화물성이 저하되고, 상기 설펜아미드계 촉진제가 상기 범위를 벗어나면 피로 성능이 저하되며, 상기 불용성 유황 및 상기 설펜아미드계 촉진제가 상기 범위를 벗어나는 경우 기 가류된 사이드월 표면과의 택 저하 및 모듈러스(modulus) 차이가 발생하여 공가류 특성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 산화 방지제는 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 (2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline:TMQ)를 들 수 있으며, 원료고무 함량 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 5 중량부로 포함된다.
상기 오존 방지제는 N-(1.3-디메틸부틸)-N'-페닐파라페닐렌디아민(N-(1.3-dimethybutyl)-N'-phenyl-para-phenylenediamine:(6PPD)를 들 수 있으며, 원료고무 함량 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 5 중량부로 포함된다.
상기 점착제는 P-옥틸페놀/포름알데히드(P-octyl phenol/formaldehyde), 를 들 수 있으며, 원료고무 함량 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 5 중량부로 포함된다.
본 발명에서는 상기 산화 방지제, 상기 오존 방지제 및 점착체를 상기 함량의 범위 내에서 사용할 수 있는데, 특히 상기 산화 방지제 대 오존 방지제 대 점착제의 중량비가 1:1.5:1의 비율을 유지하는 것이 가장 바람직하다.
상기 산화 방지제 대 오존 방지제 대 점착제의 중량비 범위는 용해도(solubility)와 택 성능이 최적화된 범위로서, 상기 산화 방지제 및 오존 방지제 의 첨가는 사이드월의 내후성을 위해 반드시 필요하며 점착제와 함께 약품 상호간의 용해도 등에 맞는 적정 비율이 존재하는데, 상대적으로 상기 오존 방지제의 비율이 상기 중량비의 범위를 벗어나면 오존에 의한 크랙이 빠르게 발생하며, 상기 산화 방지제의 비율이 상기 중량비의 범위를 벗어나면 산화 방지제의 블룸(bloom)이 발생하여 미가류 상태에서 택 저하 또는 타이어 제조 후 사이드월 표면의 변색 등이 빠르게 나타나게 되며, 상기 점착제의 비율이 상기 중량비의 범위를 벗어나면 택 성능이 저하되는 문제점이 있다. 상기 산화 방지제, 오존 방지제 및 점착제의 중량비가 상기 범위 내에 있는 경우 재생 사이드월용 고무 조성물에 요구되는 최적의 성능을 얻을 수 있다.
즉, 본 발명에서는 상기 불용성 유황과 상기 설펜아미드계 촉진제를 상술한 중량비의 범위로 사용하는 동시에 상기 산화 방지제 대 상기 오존 방지제 대 상기 점착제의 중량비를 상술한 범위에서 사용하여야만 본 발명에 따른 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물은 가공성 및 검 시트(gum sheet) 제조 시 용이성을 향상시키기 위해 가공조제로서, 프로세스 오일을 더 포함할 수 있다. 상기 프로세스 오일은 상기 원료고무 함량 100 중량부를 기준으로 하여 4 내지 7 중량부로 포함된다. 상기 프로세스 오일이 4 중량부 미만이면 검 시트 제작이 어렵고 가류 시 몰드 내에서 충분한 유동을 나타내지 못하며 내피로성이 불리해 지며, 완제품의 사이드월 외관이 불량해지는 문제점이 있으며, 7 중량부를 초과하면 택 성능 및 접착성이 떨어지고 내크랙성과 기계적 물성이 저하되 며 고타이어 표면과의 박리 현상이 나타나는 문제점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다.　 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 및 비교예 1 내지 3]
고무 조성물의 배합제 조성을 하기 표 1에 나타낸 성분비으로 배합하여 고무 조성물을 제조하고 이를 가류시켜 고무 시편을 제조하였다.
특히, 비교예 1에서는 실시예 1(1.5:1) 대비 불용성 유황 대 설펜아미드계 촉진제의 중량비를 2:1로 실시하였고, 비교예 2에서는 실시예 1(2:3:2) 대비 산화 방지제 대 오존 방지제 대 점착제의 중량비를 2:4:4로 오존 방지제 및 점착제를 과량 사용하였고, 비교예 3에서는 불용성 유황 대신 동량의 분말황을 사용하였다.
배합제 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
천연고무 50 50 50 50
하이-시스 부타디엔 50 50 50 50
카본블랙① 60 60 60 60
산화아연 2 2 2 2
스테아린산 1.5 1.5 1.5 1.5
산화 방지제②:오존 방지제③:점착제④ 2 : 3 : 2 2 : 3 : 2 2 : 4 : 4 2 : 3 : 2
왁스 2 2 2 2
프로세스 오일 5 5 5 5
불용성 유황: 설펜아미드계 촉진제⑤ 1.5 : 1.0 2.0 : 1.0 1.5 : 1.0 0
분말황: 설펜아미드계 촉진제⑤ 0 0 0 1.5: 1.0
* (단위: 중량부)
주)
① : 질소 흡착 비표면적이 70 내지 90m2/g이며 DBP 흡유량이 90 내지 110cc/100g
② : TMDQ (2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline)
③ : 6PPD (N-(1.3-dimethybutyl)-N'-phenyl-para-phenylenediamine)
④ : P-Octyl Phenol/formaldehyde Resin
⑤ : CBS (N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfonamide)
상기 제조된 시편에 대하여 가류시간과 물성 및 부착력 시험을 실시하였으며, 열가황용 쳄버(chamber)를 이용해 가류하여 외관 및 노화 테스트를 실시하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
배합제 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
Max. Torque 18.8 23.7 19.1 20.3
Mooney Viscosity 45 45 42 44
Tack (Initial, Kg)ⓐ 2.5 2.2 1.8 2.3
Tack (경시 1주, Kg) 2.3 1.9 1.4 1.3
부착력(Kg) 57 34 41 43
인장강도(kg/cm2) 201 215 169 198
내피로성(Index)ⓑ 100 81 101 97
내크랙성(Index) 100 76 95 98
내열노화성(Index) 100 80 91 97
내오존크랙성ⓒ B-2 C-3 B-2 B-3
주)
※ 상기 가류물성은 150℃에서 가류한 물성 결과이다.
※ ⓐ : 미가류 검 시트와 가류 고무간 부착력, 초기 및 1주 상온 보관 후 테스트하였다.
ⓑ : Index 수지는 실시예 100을 기준으로 숫자가 높을수록 유리한 결과이다.
ⓒ : Ozone 0.5ppm, 40℃, ±20% Strain, 40Hz 조건에서 72시간 노출 후 측정 결과이다.
※ 내 Ozone성 판정 기준 (KS M 6518)
① 균열수
A : 균열수 적음 B : 균열수 많음 C : 균열수 아주 많음
① 균열의 크기 및 깊이
1 : 눈으로 보이지 않지만, 10배 확대경으로는 확인되는 것임
2 : 눈으로 확인되는 것임
3 : 균열이 깊고 비교적 큰 것(1mm 미만)임
4 : 균열이 깊고 큰 것(1mm 이상 3mm 미만)임
5 : 3mm 이상의 균열 또는 집단인 것임
* 균열이 없는 것은 0으로 표시함
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1은 비교예 1, 2 및 3에 비하여 우수한 재생 사이드월 요구 물성을 나타내는 것을 볼 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (2)

  1. 천연고무 40 내지 60 중량부; 및 하이-시스 부타디엔 고무 40 내지 60 중량부로 이루어진 원료 고무 100 중량부에 대하여, 질소 흡착 비표면적이 70 내지 90m2/g이며 DBP 흡유량이 90 내지 110cc/100g인 카본블랙 50 내지 60 중량부를 포함하고, 불용성 유황 1.4 내지 1.8 중량부 및 설펜아미드계 촉진제 0.7 내지 0.9 중량부를 포함하며, 상기 불용성 유황 대 상기 설펜아미드계 촉진제의 중량비가 1.5 : 1이고, 상기 산화 방지제 대 상기 오존 방지제 대 상기 점착제의 중량비가 1 : 1.5 : 1의 비율을 유지하는 것을 특징으로 하는 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 설펜아미드계 촉진제는 N-사이클로헥실-2-벤조티아질설폰아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfonamide:CBS)이고, 상기 산화 방지제는 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 (2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline:TMQ)이고, 상기 오존 방지제는 N-(1.3-디메틸부틸)-N'-페닐파라페닐렌디아민(N-(1.3-dimethybutyl)-N'-phenyl-para-phenylenediamine:(6PPD))이며, 상기 점착제는 P-옥틸페놀/포름알데히드(P-octyl phenol/formaldehyde)인 것을 특징으로 하는 타이어 사이드월용 고무 조성물.
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