KR20110073059A - 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 스노우 타이어 - Google Patents

스노우 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 스노우 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 스노우 타이어에 관한 것으로서, 원료고무 100 중량부, 발포제 1 내지 8 중량부, 그리고 입자 직경이 10㎛ 이하인 식물성 분말 충진제 5 내지 20 중량부를 포함하는 것인 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.
상기 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물은 빙설노면에 적합하도록 웨트 트랙션 및 아이스 트랙션을 동시에 향상시키면서도 고무 조성물의 경도를 향상시킬 수 있어서 빙설노면에서의 제동성능이 우수하면서도 조정안정성 역시 우수한 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.
스노우타이어, 트레드, 쌀겨, 식물성충진제, 식물성분말충진제, 탄화쌀겨, 발포제, 발포고무

Description

스노우 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 스노우 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR SNOW TIRE TREAD AND SNOW TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 스노우 타이어에 관한 것으로, 아이스 트랙션과 웨트 트랙션을 동시에 향상시키면서 경도도 우수한 스노우 타이어용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 스노우 타이어에 관한 것이다.
타이어가 빙설노면을 주행하는 경우에, 타이어 자체의 발열 등으로 인하여 눈의 표면이 녹아 얇은 수막을 형성하고, 이 수막은 타이어의 미끄럼 방지 기능을 저하시키는 경향이 있다.
종래의 스노우 타이어는 타이어의 구동력 및 제동력을 높이기 위하여 타이어 트레드의 표면에 스파이크 핀을 구비하여 타이어와 빙설노면의 마찰력을 증대시키고자 하였다. 이러한 스파이크 타이어(spike tire)는 극한 지역에 한하여 주로 사용되고 있으며, 빙설노면이 아닌 일반 노면에서는 스파이크가 노면을 손상시키고 소음을 유발하는 등의 문제점이 있다. 또한, 노면 손상에 의하여 분진을 발생시키 는 문제로 인하여 최근 그 사용이 규제되고 있기도 하다.
종래의 스터드리스 타이어(studless tire)도 주로 카본블랙 및 실리카를 충진제로 사용하는 것에 국한되어 있고, 특히 발수성의 충진제를 배합한 경우에 트랙션 성능을 저하시키는 경향이 있고, 친수성의 무기 충진제를 배합한 경우에는 내마모성이 저하되는 경향이 있어서, 겨울철 빙설노면에서의 구동 및 제동 성능을 극대화하는 데는 한계가 있다.
이를 대신하여 스노우 타이어의 빙상 노면에서의 제동 성능을 향상시키기 위한 기술로 트레드용 고무 조성물에 유리섬유를 투입하는 방법, 다공질 경석을 투입하는 방법 등을 적용시키고 있다. 그러나, 이러한 유리섬유나 다공질 경석 등은 고무에 불균일하게 분산될 수 있고, 고무 전체의 경도의 저하 및 타이어의 마모성능의 저하를 일으킬 수 있다는 점에서 문제점이 있다. 또한, 아이스 트랙션(ice traction)과 웨트 트랙션(wet traction)을 동시에 향상시키면서도 경도까지 모두 우수한 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것에는 한계가 있다.
본 발명의 목적은 식물성 분말 충진제와 발포제를 원료고무에 적용하여 아이스 트랙션과 웨트 트랙션이 동시에 향상되면서도 경도도 우수한 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 스노우 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 발포제 1 내지 8 중량부, 그리고 입자 직경이 10㎛ 이하인 식물성 분말 충진제 5 내지 20 중량부를 포함한다.
상기 식물성 분말 충진제는 쌀겨일 수 있다.
상기 발포제는 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 중탄산암모늄, 탄산암모늄, 아질산암모늄, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라민, N,N'-디메틸-N,N'-디니트로소테레프탈아미드, 아조디카본아미드, 아조비스이소부티로니트릴, 아조비스시클로헥실니트릴, 아조디아미노벤젠, 바륨아조디카르복실레이트, 벤젠술포닐하이드라자이드, p,p'-옥시비스(벤젠술포닐하이드라자이드), 톨루엔술포닐하이드라자이드, 디페닐술폰-3,3'-디술포닐하이드라자이드, 칼슘아자이드, 4,4'-디페닐디술포닐아자이드, p-톨루엔술포닐아자이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스노우 타이어는 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 고무를 포함하는 스노우 타이어이다.
상기 고무는 상기 발포제에 의하여 독립기포의 직경이 20 내지 140㎛이고, 단위면적 1mm2당 30 내지 120개의 독립기포를 포함하는 것으로 발포된 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
상기 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 발포제 1 내지 8 중량부, 그리고 쌀겨 분말을 5 내지 20 중량부 포함한다.
상기 원료고무는 본 발명에서 특별히 한정되지 않으나, 천연 고무, 합성 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 천연 고무는 일반적인 천연 고무 또는 변성 천연 고무일 수 있다.
상기 일반적인 천연 고무는 천연 고무로서 알려진 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않는다. 상기 천연 고무는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스-1,4-폴리이소프렌을 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 천연 고무에는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무 외에, 예컨대 남미산 사포타과의 고무의 일종인 발라타 등, 트랜스-1,4-이소프렌을 주체로서 포함하는 천연 고무도 포함할 수 있다.
상기 변성 천연 고무는, 상기 일반적인 천연 고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예컨대, 상기 변성 천연 고무로는 에폭시화 천연 고무(ENR), 탈단백 천연 고무(DPNR), 수소화 천연 고무 등을 들 수 있다.
상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고 무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로 술폰화 폴리에틸렌 고무, 에피클로로 하이드린 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 수소화된 니트릴 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무, 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS) 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔(EPDM) 고무, 하이팔론 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌 비닐아세테이트 고무, 아크릴 고무, 히드린 고무, 비닐 벤질 클로라이드 스티렌 부타디엔 고무, 브로모 메틸 스티렌 부틸 고무, 말레인산 스티렌 부타디엔 고무, 카르복실산 스티렌 부타디엔 고무, 에폭시 이소프렌 고무, 말레인산 에틸렌 프로필렌 고무, 카르복실산 니트릴 부타디엔 고무, 브로미네이티드 폴리이소부틸 이소프렌-코-파라메틸 스티렌(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene, BIMS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 원료고무로는 스티렌부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 스티렌부타디엔 고무는 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무(Emulsion-polymerized Styrene Butadiene Rubber, 이하 "E-SBR"라 한다), 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(Solution-polymerized Styrene Butadiene Rubber, 이하 "S-SBR"라 한다) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 원료고무로는 천연고무(natural rubber, 이하 "NR"이라 한다), 부타디엔 고무(butadiene rubber, 이하 "BR"이라 한다) 및 이들의 조합으로 이루어 진 어느 하나에서 선택된 것을 사용할 수 있다. 상기 천연고무는 그 일부 또는 전부를 합성 이소프렌고무(isoprene rubber, 이하 "IR"이라 한다)로 대체할 수 있다.
상기 원료고무는 바람직하게는 NR을 50 내지 90 중량부, BR을 10 내지 50 중량부로 포함하는 것으로 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게 NR을 60 내지 75 중량부, BR을 25 내지 40 중량부로 포함하는 것으로 사용할 수 있다.
상기 NR을 50 중량부 미만으로 사용하게 되면 제동성능이 불리해지고, 90 중량부 초과로 사용하게 되면 유리전이 온도가 상승하여 빙설노면에서의 제동성능 면에서 불리한 효과가 있다.
상기 부타디엔 고무를 50 중량부를 초과하여 사용하면 고무의 경도가 비교적 약한 부타디엔 고무의 비율이 높아지기 때문에 내커팅, 내치핑 성능이 저하될 수 있고, 10 중량부 미만으로 사용하면 빙설노면에서의 제동성능 및 내마모 성능면에서 불리할 수 있다.
상기 발포제로는 빙설노면에서의 제동성능을 향상시키기 위해 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에 통상 포함되는 것이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 구체적으로 무기계 발포제, 니트로소계 발포제, 아조계 발포제, 술포닐하이드라지드계 발포제, 아지드계 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 무기계 발포제로는 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 중탄산암모늄, 탄산암모늄, 아질산암모늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 니트로소계 발포제는 N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라민(DPT), N,N'-디메틸-N,N'-디니트로소테레프탈아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 아조계 발포제는 아조디카본아미드(ADCA), 아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 아조비스시클로헥실니트릴, 아조디아미노벤젠, 바륨아조디카르복실레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 술포닐하이드라지드계 발포제는 벤젠술포닐하이드라지드(BSH), p,p'-옥시비스벤젠술포닐하이드라지드(0BSH), 톨루엔술포닐하이드라지드(TSH), 디페닐술폰-3,3'-디술포닐하이드라지드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 아지드계 발포제는 칼슘아지드, 4,4'-디페닐디술포닐아지드, p-톨루엔술포닐아지드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 발포제로는 바람직하게 술포닐하이드라지드계 발포제 및 아조계 발포제를 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게 p,p'-옥시비스벤젠술포닐하이드라지드(0BSH)를 사용할 수 있다.
상기 발포제는 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 8중량부로 사용할 수 있고, 바람직하게 1 내지 5 중량부로 사용할 수 있다. 상기 발포제의 함량이 원료고무 100중량부에 대하여 1중량부 미만이면 발포 생성이 너무 적어서 발포로 인한 수막 제거의 효과가 미미하고, 8 중량부를 초과하여 사용하면 발포공의 생성이 너무 많아져서 내마모성 등의 고무의 물성이 급격히 저하시킬 수 있다.
상기 발포제와 함께 발포조제를 사용할 수도 있다. 상기 발포조제를 발포제와 함께 사용하는 경우, 발포제의 분해온도의 저하, 분해 촉진, 기포의 균일화 등의 면에서 유리한 효과가 있다.
상기 발포조제로는 유기산과 요소, 요소 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택한 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 유기산은 살리실산, 프탈산, 스테아린산, 옥살산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
이들 발포조제는 원료고무 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부의 비율로 사용할 수 있다.
상기 식물성 분말 충진제는 원료로 쌀겨(미강, 米糠)뿐만 아니라 왕겨, 밀기울, 메밀의 껍질, 보리의 껍질 등의 곡류로부터의 껍질, 대두피 등을 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기 식물성 분말 충진제는 상기 쌀겨 등의 원료를 탈지하여 사용하는 것일 수도 있고, 탈지하지 않고 사용하는 것일 수도 있다. 상기 식물성 분말 충진제는 탄화된 것일 수도 있고, 탄화되지 않은 것일 수도 있다.
상기 식물성 분말 충진제가 상기 쌀겨 등의 원료를 탄화시킨 탄화 분말 충진제인 경우에는, 입자 크기를 조절한 쌀겨 등의 원료를 열경화성 수지 및 첨가제로 함침시킨 후, 분위기 하에서 단계적으로 온도를 상승시켜 이루어지는 소성공정을 통하여 탄화시킨 후 냉각하는 공정을 통하여 제조된 것일 수 있다. 상기 열경화성 수지는 바람직하게 페놀 수지일 수 있고, 상기 소성 공정에서 최종소성온도는 바람 직하게 500 내지 1000℃일 수 있다. 상기 공정을 통하여 형성된 탄화 분말 충진제는 다공성의 탄소-무기성의 복합 재료를 형성하게 된다.
상기 탄화 쌀겨 분말은 시판되는 것으로, 일본 산와유시 주식회사의 RBC, I-CRB25, CRB, RBC powder 등이 있다.
상기 식물성 분말 충진제는 입자 직경이 10㎛ 이하인 것일 수 있고, 바람직하게 0.01 내지 10㎛ 이하인 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게 0.01 내지 7㎛ 이하인 것일 수 있다.
상기 식물성 분말 충진제를 입자 직경이 10㎛를 초과하는 것을 사용하는 경우에는 고무표면에서 쉽게 빠져 나와 고무 전체의 강도 저하 및 타이어 마모 성능 면에서 불리한 효과가 있다.
상기 식물성 분말 충진제는 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부로 포함할 수 있고, 바람직하게 7 내지 13 중량부로 포함할 수 있다.
상기 식물성 분말 충진제를 원료고무 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만으로 사용할 경우, 타이어 트레드의 표면에서 빙설노면과의 스파이크 역할을 충분히 할 수 없어서 충분한 아이스 트랙션 효과를 기대할 수 없고, 20 중량부를 초과하여 사용하는 경우에는 인장강도가 급격히 저하될 수 있고, 수막 제거의 효과가 미미해 질 수 있다.
상기 발포제를 이용한 발포고무를 타이어 트레드용으로 사용시에는 주행 시에 타이어 트레드가 마모되면서 내부의 발포공들이 트레드의 표면으로 드러나게 되어서 트레드의 표면에 미세한 요철이 생기게 되고, 이러한 요철이 빙설노면에 존재 하는 수막을 흡착 및 제거하며, 요철의 모서리(edge)부분은 마찰력을 증대시키는 역할을 하여 특히 웨트 트랙션을 개선시켜 준다.
상기 발포제를 이용하여 발포한 발포고무는 독립기포직경이 20 내지 140㎛인 것이 바람직하다. 만일 독립기포직경이 20㎛ 미만인 경우에는 기포의 크기가 너무 작아서 요철에 의한 수막 제거 및 모서리(edge)에 의한 효과가 부족하여 웨트 트랙션을 개선시키는 효과가 미미하고, 140㎛를 초과하는 경우는 내마모 성능이 저하될 수 있다.
상기 발포고무는 단위면적 1mm2당 30 내지 120개의 독립기포를 포함하는 것이 바람직하다. 발포고무의 단위면적 1mm2당 독립기포의 수가 30개 미만일 경우에는 요철에 의한 수막 제거 및 모서리(edge)에 의한 마찰력 증대의 효과가 충분하지 못하여서 웨트 트랙션을 개선시키는 효과가 미미하고, 120개를 초과할 경우에는 내마모 성능이 저하될 수 있다.
다만, 이러한 발포 고무를 이용한 타이어의 경우 마찰력을 증대시키기 위하여 발포공의 비율을 높여야만 하는데, 이러한 발포율의 증대는 트레드용 고무 조성물를 연화시킬 수 있어서, 비빙설 노면에서 내마모성을 저하시킬 수 있다는 단점이 있다.
그러나 본 발명은 상기 발포 고무에 식물성 분말 충진제를 더 포함하는 스노우 타이어용 고무 조성을 사용하여 웨트 트랙션과 동시에 아이스 트랙션도 증가시켰다. 뿐만 아니라, 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에서 문제되던 경도의 저 하 문제도 해결할 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 충진제, 커플링제, 노화방지제, 연화제 등의 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 각종의 첨가제는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 이들의 함량은 통상적인 타이어 트레드용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
상기 가류제로는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속산화물을 사용할 수 있다.
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 유황 가류제로는 구체적으로 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수 있다.
상기 유기 과산화물은 벤조일퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, t-부틸큐밀퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 1,3-비스(t-부틸퍼옥시프로필)벤젠, 디-t-부틸퍼옥시-디이소프로필벤젠, t-부틸퍼옥시벤젠, 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드, 1,1-디부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸실록산, n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3.5 중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
상기 가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제(accelerator)를 의미한다.
상기 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계, 티오프탈아미드계 등을 사용할 수 있다.
상기 술펜아미드계 가류촉진제로는, 예컨대 N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS), N-tert-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS), N,N-디시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질술펜아미드, N,N-디이소프로필-2-벤조티아졸술펜아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 술펜아미드계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티아졸계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아질디설파이드(MBTS), 2-머캅토벤조티아졸의 나트륨염, 2-머캅토벤조티아졸의 아연염, 2-머캅토벤조티아졸의 구리염, 2-머캅토벤조티아졸의 시클로헥실아민염, 2-(2,4-디니트로페닐)머캅토벤조티아졸, 2-(2,6-디에틸4-모르폴리노티오)벤조티아졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티아졸계 화합물을 사 용할 수 있다.
상기 티우람계 가류촉진제로는, 예컨대 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티우람계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티오우레아계 가류촉진제로는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티오우레아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 구아니딘계 가류촉진제로는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구아니딘계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 디티오카르밤산계 가류촉진제로는, 예컨대 에틸페닐디티오카르밤산아연, 부틸페닐디티오카르밤산아연, 디메틸디티오카르밤산나트륨, 디메틸디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산아연, 디부틸디티오카르밤산아연, 디아밀디티오카르밤산아연, 디프로필디티오카르밤산아연, 펜타메틸렌디티오카르밤산아연과 피페리딘의 착염, 헥사데실이소프로필디티오카르밤산아연, 옥타데실이소프로필디티오카르밤산아연 디벤질디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산나트륨, 펜타메틸렌디티 오카르밤산피페리딘, 디메틸디티오카르밤산셀레늄, 디에틸디티오카르밤산텔루늄, 디아밀디티오카르밤산카드뮴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 디티오카르밤산계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 가류촉진제로는, 예컨대 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 아세트알데히드-암모니아 반응물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 이미다졸린계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물을 사용할 수 있고, 상기 크산테이트계 가류촉진제로는, 예컨대 디부틸크산토겐산아연 등의 크산테이트계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티오프탈아미드계로는, 예컨대 N-시클로헥실 티오프탈이미드(N-cyclohexyl thiophthalimide, PVI)를 사용할 수 있다.
상기 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.3 내지 4.0 중량부로 포함될 수 있다.
상기 가류촉진조제는 상기 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 무기계 가류촉진조제, 유기계 가류촉진조제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 무기계 가류촉진조제로는 산화아연(ZnO), 탄산아연(zinc carbonate), 산화마그네슘(MgO), 산화납(lead oxide), 수산화 칼륨 및 이들의 조합으로 이루어 진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 유기계 가류촉진조제로는 스테아르산, 스테아르산 아연, 팔미트산, 리놀레산, 올레산, 라우르산, 디부틸 암모늄-올레이트(dibutyl ammonium oleate), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
특히, 상기 가류촉진조제로서 상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아르산에 녹아 상기 가류촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.
상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부 및 0.5 내지 3 중량부로 사용할 수 있다.
상기 충진제는 카본블랙, 실리카, 탄산칼슘, 점토(수화규산알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
카본블랙은 질소흡착비표면적(N2SA, nitrogen surface area per gram)값이 30 내지 300m2/g이고, 바람직하게 N2SA값이 85 내지 120m2/g이며, DBP(n-dibutyl phthalate)흡유량이 60 내지 180cc/100g인 것일 수 있다.
상기 카본블랙은 원료고무 100 중량부에 대하여 30 내지 80 중량부로 포함할 수 있다. 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 상기 카본블랙은 30 중량부 미만으로 사용하면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 80 중량부를 초과하여 사용하면 트래드용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 실리카는 질소 흡착량이 100 내지 180㎡/g이고, CTAB값이 110 내지 170 ㎡/g인 특성을 가지는 것을 사용하는 것을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 실리카는 습식법 또는 건식법으로 제조된 것을 모두 사용할 수 있으며, 시판품으로는 울트라실 VN2(Degussa Ag사제), 울트라실 VN3(Degussa Ag사제), Z1165MP(Rhodia사제) 또는 Z165GR(Rhodia사제) 등을 사용할 수 있다.
상기 실리카의 함량은 원료고무 100 중량부에 대하여 20 내지 90 중량부로 포함될 수 있다. 상기 실리카의 함량이 20 중량부 미만인 경우에는 고무의 강도 향상이 부족하고 타이어의 제동 성능이 저하될 수 있으며, 상기 실리카의 함량이 90 중량부를 초과하는 경우에는 마모 성능이 저하될 수 있다.
상기 커플링제로는 설파이드계 실란 화합물, 머캅토계 실란 화합물, 비닐계 실란 화합물, 아미노계 실란 화합물, 글리시독시계 실란 화합물, 니트로계 실란 화합물, 클로로계 실란 화합물, 메타크릴계 실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 설파이드계 실란 화합물은 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)테트라설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)테트라설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)테트라설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)테트라설파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)트리설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)트리설파이드, 비스(4- 트리에톡시실릴부틸)트리설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)트리설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)트리설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)트리설파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)디설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)디설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)디설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)디설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리에톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 2-트리에톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 2-트리메톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아졸릴테트라설파이드, 3-트리에톡시실릴프로필벤조티아졸테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 머캅토 실란 화합물은 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 2-머캅토에틸트리메톡시실란, 2-머캅토에틸트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 비닐계 실란 화합물은 에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 아미노계 실란 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리에톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 글리시독시계 실란 화합물은 γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 니트로계 실란 화합물은 3-니트로프로필트리메톡시실란, 3-니트로프로필트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 클로로계 실란 화합물은 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 2-클로로에틸트리메톡시실란, 2-클로로에틸트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 메타크릴계 실란 화합물은 γ-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 메틸디메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 디메틸메톡시실란 및 이들의 조합로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가된다. 상기 연화제로는 가공오일(Process oil), 식물유지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 가공오일로는 파라핀계 가공오일, 나프텐계 가공오일, 방향족계 가공오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 가공오일로는 파라핀계 가공오일, 나프텐계 가공오일, 방향족계 가공오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 파라핀계 가공오일의 대표적인 예로 미창 오일 주식회사의 P-1, P-2, P-3, P-4, P-5, P-6 등을 들 수 있고, 상기 나프텐계 가공오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 N-1, N-2, N-3 등을 들 수 있으며, 상기 방향족계 가공오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 A-2, A-3 등을 들 수 있다.
그러나, 최근 환경 의식의 고조와 함께 상기 방향족계 프로세스 오일에 포함된 폴리사이클릭 아로마틱 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, 이하 "PAHs"라 한다)의 함량이 3 중량% 이상일 때는 암 유발 가능성이 높은 것으로 알려진바, TDAE(treated distillate aromatic extract) 오일, MES(mild extraction solvate) 오일, RAE(residual aromatic extract) 오일 또는 중질 나프텐성 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
특히, 상기 연화제로서 사용하는 가공오일은 상기 가공오일 전체에 대하여 PAHs 성분의 총 함량이 3중량% 이하이고, 동점도가 95℃ 이상(210 ℉ SUS), 연화제 내의 방향족 성분이 15 내지 25중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58중량%인 TDAE 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 가공오일은 상기 가공오일을 포함한 타이어 트레드의 저온 특성, 연비 성능을 우수하게 하면서도 PAHs의 암 유발 가능성 등의 환경적 요인에 대해서도 유리한 특성을 갖는다.
상기 식물유지로는 피마자유, 면실유, 아마인유, 카놀라유, 대두유, 팜유, 야자유, 낙화생유, 파인유, 파인타르, 톨유, 콘유, 쌀겨기름, 홍화유, 참기름, 올리브유, 해바라기유, 팜핵유, 동백유, 호호바유, 마카다미아너트유, 사플라워 오일, 동유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있 다.
상기 연화제는 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 150 중량부로 사용하는 것이 원료고무의 가공성을 좋게 한다는 점에서 바람직하다.
상기 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키기 위하여 사용되는 첨가제이다. 상기 노화방지제로는 아민계, 페놀계, 퀴놀린계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염, 왁스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
상기 아민계 노화방지제로는 N-페닐-N'-(1,3-디메틸)-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-디아릴-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-사이클로헥실 p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 페놀계 노화방지제로는 페놀계인 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-이소부틸리덴-비스(4,6-디메틸페놀), 2,6-디-t-부틸-p-크레졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 퀴놀린계 노화방지제로는 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 및 그 유도체를 사용할 수 있고, 구체적으로 6-에톡시-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린, 6-아닐리노-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린, 6-도데실-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 왁스로는 타이어용 고무 조성물에서 노화방지제로 사용되는 왁스라면 어떤 것이라도 사용할 수 있으나, 바람직하게 왁시 하이드로카본을 사용할 수 있다.
상기 노화방지제로는 N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-Dimethybutyl)-N-phenyl-p-phenylenediamine, 6PPD), N-페닐-n-이소프로필-p-페닐렌디아민(N-phenyl-n-isopropyl-p-phenylenediamine, 3PPD), 폴리(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린(Poly(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 노화방지제는 노화 방지 작용 이외에 고무에 대한 용해도가 커야 하고, 휘발성이 작고 고무에 대하여 비활성이어야 하며, 가황을 저해하지 않아야 한다는 등의 조건을 고려할 때, 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스) 에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수 있다. 상기 고무 구성 요소로는 사이드월, 사이드월 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer), 와이어 코트 또는 이너라이너 등을 들 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 상기 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 스노우 타이어를 제공한다. 상기 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 상기 스노우 타이어를 제조하는 방법은 종래에 이용되는 방법이면 어떤 것이든 적용이 가능한 바, 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물은 빙설노면에 적합하도록 웨트 트랙션 및 아이스 트랙션을 동시에 향상시키면서도 고무 조성물의 경도를 향상시킬 수 있어서 빙설노면에서의 제동성능이 우수하면서도 조정안정성 역시 우수한 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
하기의 표 1과 같은 조성을 이용하여 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에 따른 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물로 고무 시편을 제조하였다. 타이어 트레드 고무 조성물의 제조는 통상의 타이어 트레드 고무 제조방법에 따랐다.
[표1]
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
NR(1) 70 70 70 70 70 70 70 70
BR(2) 30 30 30 30 30 30 30 30
발포제(3) 4 4 4 - 4 4 4 4
식물성 분말 충진제1(4) 5 10 20 10 - - 3 25
식물성 분말 충진제2 (5) - - - - - 10 - -
카본블랙(6) 70 70 70 70 70 70 70 70
프로세스 오일(7) 12 12 12 12 12 12 12 12
스테아린산 2 2 2 2 2 2 2 2
산화아연 4 4 4 4 4 4 4 4
노화방지제(8) 2 2 2 2 2 2 2 2
가류제(9) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
가류촉진제(10) 1 1 1 1 1 1 1 1
(단위: 중량부)
㈜
(1) NR으로 STR-20
(2) BR로 고시스 부타디엔 고무(high-cis BR) (금호석유화학)
(3) 발포제로 P,P-옥시비스벤젠술포닐하이드라지드(p,p-oxybis benzene sulfonyl hydrazide, OBSH)
(4) 식물성 분말 충진제로 입자 직경이 10㎛ 이하인 탄화 쌀겨 분말 충진제
(5) 식물성 분말 충진제로 입자 직경이 10㎛ 초과인 탄화 쌀겨 분말 충진제
(6) 카본블랙으로 N2SA값이 96 ㎡/g인 카본블랙
(7) 프로세스 오일로 Aromatic oil
(8) 노화방지제로 N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-Dimethybutyl)-N-phenyl-p-phenylenediamine, 6PPD)
(9) 가류제로 황(Oil treated sulfur)
(10) 가류촉진제로 N-시클로헥실 티오프탈이미드(N-cyclohexyl thiophthalimide, PVI)
상기 표1의 조성을 갖는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5의 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물의 물성을 측정하고 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.
하기 경도는 쇼어 A 타입 경도계로 측정한 값이다.
하기 인장 물성(300% 모듈러스 및 인장강도)은 인스트롱(Instron) 시험기를 이용하여서 ASTM D412 시험법에 따라 측정하였다.
하기 아이스 트랙션 및 웨트 트랙션은 Abrasion and skid tester를 이용하여 측정한 결과로서, 비교예1을 100으로 하여 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 아이스 트랙션 및 웨트 트랙션의 값은 클수록 제동성능이 우수한 것을 나타낸다.
[표2]
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
경도 59 62 60 57 55 54 56 58
300% modulus
(kgf/cm2)		 123 126 115 117 97 95 105 100
인장강도
(kgf/cm2)		 196 212 204 190 150 143 176 151
내마모성 106 110 104 102 93 91 97 93
아이스 트랙션 125 134 128 100 90 97 98 95
웨트 트랙션 111 116 107 100 105 102 101 93
상기 표2를 참조하면, 실시예1 내지 3의 경우, 아이스 트랙션 및 웨트 트랙션의 값뿐만 아니라, 경도, 300% 모듈러스 및 인장강도도 비교예1 내지 비교예 5에 비하여 우수한 것을 알 수 있다.
특히 식물성 분말 충진제로 입자 직경이 10㎛를 초과하는 것을 사용한 비교예3의 경우 300% 모듈러스 및 인장강도가 크게 떨어지는 것을 알 수 있다. 또한 식물성 분말 충진제를 원료고무 100 중량부당 20 중량부를 초과하여 사용한 비교예5의 경우에는 인장물성인 300% 모듈러스, 인장강도뿐만 아니라 아이스 트랙션 및 웨트 트랙션 지수도 크게 떨어지는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

  1. 원료고무 100 중량부,
    발포제 1 내지 8 중량부, 그리고
    입자 직경이 10㎛ 이하인 식물성 분말 충진제 5 내지 20 중량부
    를 포함하는 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식물성 분말 충진제는 쌀겨인 것인 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발포제는 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 중탄산암모늄, 탄산암모늄, 아질산암모늄, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라민, N,N'-디메틸-N,N'-디니트로소테레프탈아미드, 아조디카본아미드, 아조비스이소부티로니트릴, 아조비스시클로헥실니트릴, 아조디아미노벤젠, 바륨아조디카르복실레이트, 벤젠술포닐하이드라자이드, p,p'-옥시비스(벤젠술포닐하이드라자이드), 톨루엔술포닐하이드라자이드, 디페닐술폰-3,3'-디술포닐하이드라자이드, 칼슘아자이드, 4,4'-디페닐디술포닐아자이드, p-톨루엔술포닐아자이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 고무를 포함하는 스노우 타이어.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고무는 상기 발포제에 의하여 독립기포의 직경이 20 내지 140㎛이고, 단위면적 1mm2당 30 내지 120개의 독립기포를 포함하는 것으로 발포된 것인 스노우 타이어.
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