KR20110073060A - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 원료고무 100 중량부, 석유계 오일 2 내지 100 중량부, 그리고 코코넛 오일(coconut oil) 2 내지 50 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 생산이 용이 하고, 공정 프로세스가 짧으며, 저렴한 단가로 구입이 가능하며, 환경적으로 유리한 비석유계 오일을 사용하며, 기존의 비석유계 오일을 사용한 경우 보다 비석유계 오일의 혼합 비율이 향상되며, 기존의 비석유계 오일을 첨가함으로써 발생할 수 있는 고속 주행시 고열을 통한 트레드 고무의 열노화성 및 물성 저하 문제점을 개선한다.
타이어, 트레드, 석유계오일, 비석유계오일, 코코넛오일, 그립력, 초미립카볼블랙, 열노화성, 연화제, 가소제

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터 스포츠 레이싱 경기 등에서 고속 주행시 고열로 인한 타이어의 노화를 방지하고, 향상된 그립 성능이 더 많은 주행 시간 동안 유지되는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
타이어 트레드용 고무 조성물은 젖은 노면에서의 그립력 또는 마모 및 절삭 저항을 향상시키기 위하여 연화제를 포함한다. 상기 연화제로는 석유에서 유도된 오일로서, DAE(distillate aromatic extracts: 증류 방향족 추출물) 오일과 같은 고도의 방향족 물질을 주로 사용하여 왔다.
그러나, 상기 DAE 오일은 환경적인 문제가 있는 바, 상기 DAE 오일을 "비-방향족"유형의 대체 오일, 특히 폴리 방향족 함량이 매우 낮은 것을 특징으로 하는 MES(medium extracted solvates: 중간 추출 용매화물) 또는 TDAE(treated distillate aromatic extracts: 처리된 증류 방향족 추출물)로 점차 바꾸려는 노력 이 계속되고 있다.
그러나, 타이어 트레드용 고무 조성물에서 DAE 방향족 오일을 MES 또는 TDAE 오일로 대체하는 경우 타이어 트레드의 마모 및 절삭 저항 성능의 감소를 초래하며, 특히 타이어 트레드의 치핑(chipping) 문제와 관련하여 매우 취약하다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하고자, 상기 오일의 일부를 다른 특정 연화제로 대체하고자 하는 노력의 일환으로 타이어용 고무 조성물에 오렌지 껍질에서 추출한 오일이 적용되었으나, 상기 오렌지 오일의 경우 껍질에서의 추출 및 정제하는 복잡한 프로세스를 거치기 때문에 수익성 측면에서 열악한 실정이고, 기타 오일의 경우 가격이 높은 실정이기 때문에 이에 대한 대체 물질의 개발이 시급하다.
본 발명의 목적은 코코넛 오일을 이용하여 기존의 다른 비석유계 오일을 사용한 경우 보다 비석유계 오일의 혼합 비율이 향상되고, 기존의 비석유계 오일을 첨가함으로써 발생하는 고속 주행시 고열을 통한 트레드 고무의 열노화성 및 물성 저하 문제점이 개선된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 석유계 오일 2 내지 100 중량부, 그리고 코코넛 오일(coconut oil) 2 내지 50 중량부를 포함한다.
상기 석유계 오일은 방향족계 오일, 나프텐계 오일, 파라핀계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 석유계 오일과 상기 코코넛 오일은 8.96 : 2.24 내지 2.24 : 8.96의 중량비로 포함되는 것일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 요오드 흡착량이 500 내지 1000㎡/g이고, 질소흡착 비표면적(N2SA)이 300 내지 1000㎡/l이며 DBP 흡유량이 360 내지 495 ㎡/g 초미립자 카본블랙을 1 내지 150 중량부로 더 포함할 수 있다.
상기 원료고무는 스티렌 함량이 20 중량%를 초과하고, 유리 전이 온도가 -60 내지 -20℃인 고 스티렌 SBR(styrene butadiene rubber)인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무, 석유계 오일과 코코넛 오일(coconut oil)을 포함하는 연화제를 포함한다.
상기 원료고무는 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 천연 고무 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 합성 고무는 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.
특히, 상기 원료고무로는 스티렌 함량이 20 중량%를 초과하고, 유리 전이 온도가 -60 내지 -20℃인 고 스티렌 SBR을 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 스티렌 함량이 20 중량%를 초과하고, 유리 전이 온도가 -60 내지 -20℃인 고 스티렌 SBR을 사용하는 경우 타이어 트레드 고무 조성물은 높은 그립 특성 및 높은 견인 특성으로 인하여 경주용으로 사용하기 적합하며, 상기 코코넛 오일과 함께 사용하는 경우 내열 노화성을 더욱 향상시킬 수 있다는 점에서 바람직하다.
또한 상기 원료고무는 가공의 용이성을 위하여 오일(신전유, extender oil)을 포함할 수 있다. 이하 본 발명에서 함량을 기재하는데 기준이 되는 원료고무는 상기 오일(신전유)이 포함되지 않은 원 고무질 탄성체를 의미한다.
상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가되는 것으로, 고무 배합시나 고무 제조시에 사용되는 오일류를 의미한다. 상기 연화제는 가공오일(Process oil), 신전유(extender oil) 기타 고무 조성물에 포함되는 오일류를 의미한다. 상기 연화제로는 석유계 오일, 식물유지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 석유계 오일은 타이어용 고무 조성물에 통상적으로 사용되는 가공오일이면 특별히 한정되지 않으나, 방향족계 오일, 나프텐계 오일, 파라핀계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 방향족계 오일로는, (주)이데미쓰 고산사의 다이아나 공정유 AC-12, AC460, AH-16, AH-58, 엑손 모빌사의 모빌졸 K, 모빌졸 22, 모빌졸 130, (주)후지 고산사의 풋콜ㆍ알로막스#3, ㈜니꼬 교세끼사의 교세끼 공정 X50, X100, X140, (주)셸 가가꾸사의 레족스 No.3, 듀트렉스 729 UK, (주)닛본 세끼유 미쯔비시사의 고우모렉스 200, 고우모렉스 300, 고우모렉스 500, 고우모렉스 700, 엑손 모빌사의 엣소 공정유 110, 엣소 공정유 120, (주)닛본 세끼유 미쯔비시사의 미쯔비시 34 중질 공정유, 미쯔비시 44 중질 공정유, 미쯔비시 38 중질 공정유, 미쯔비시 39 중질 공정유, 미창 오일 주식회사의 A-2, A-3 등을 사용할 수 있다.
상기 나프텐계 오일로는 (주)이데미쓰 고산사의 다이아나 공정유 NS-24, NS- 100, NM-26, NM-280, NP-24, 엑손 모빌사의 나플렉스 38, (주)후지 고산사의 풋콜 FLEX#1060N, 풋콜 FLEX#1150N, 풋콜 FLEX#1400N, 풋콜 FLEX#2040N, 풋콜 FLEX#2050N, (주)니꼬 교세끼사의 교세끼 공정 R25, 교세끼 공정 R50, 교세끼 공정 R200, 교세끼 공정 R1000, (주)셸가가꾸사의 셸 플렉스 371JY, 셸 플렉스 371N, 셸 플렉스 451, 셸 플렉스 N-40, 셸 플렉스 22, 셸 플렉스 22R, 셸 플렉스 32R, 셸 플렉스 100R, 셸 플렉스 100S, 셸 플렉스 100SA, 셸 플렉스 220RS, 셸 플렉스 220S, 셸 플렉스 260, 셸 플렉스 320R, 셸 플렉스 680, (주)닛본 세끼유 미쯔비시사의 고우모렉스 2호 공정유, 엑손 모빌사의 엣소 공정유 L-2, 엣소 공정유 765, (주)닛본 세끼유 미쯔비시사의 미쯔비시 20 라이트 공정유, 미창 오일 주식회사의 N-1, N-2, N-3 등을 사용할 수 있다.
상기 파라핀계 오일로는, (주)이데미쓰 고산사의 다이아나 공정유 PW-90, PW-380, PS-32, PS-90, PS-430, (주)후지 고산사의 풋콜 공정 P-100, P-200, P-300, P400, P-500, (주)니꼬교세끼사의 교세끼 공정 P-200, P-300, P-500, 교세끼 EPT750, 교세끼 1000, 교세끼 공정 S90, (주)셸 가가꾸사의 루블렉스 26, 루블렉스 100, 루블렉스 460, 엑손 모빌사의 엣소 공정유 815, 엣소 공정유 845, 엣소 공정유 B-1, 엑손 모빌사의 나플렉스 32, (주)닛본 세끼유 미쯔비시사의 미쯔비시 10 라이트 공정유, 미창 오일 주식회사의 P-1, P-2, P-3, P-4, P-5, P-6 등을 사용할 수 있다.
또한, 오일 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(treated distillate aromatic extract)오일도 사용할 수 있다.
상기 석유계 오일로는 바람직하게 방향족계 오일을 사용할 수 있고, 상기 방향족계 오일을 사용하는 경우 그립 측면에서 유리한 효과가 있다.
상기 석유계 오일은 원료고무 100 중량부에 대하여 2 내지 100 중량부, 바람직하게는 2 내지 40 중량부로 포함될 수 있다. 상기 석유계 오일의 함량이 2 중량부 미만이면 내마모성 향상 효과나 가공성이 부족할 수 있고, 100 중량부를 초과하면 현저하게 연질화되어 가공성이 떨어질 수 있다.
상기 코코넛 오일(coconut oil)은 코코야자에서 추출하는 오일을 의미하는 것으로, 코코야자의 열매에서 채취한 과육을 햇빛에 말린 후 압착하여 오일을 추출하고 이를 정제, 표백, 탈취하는 과정을 거치는 일반 코코넛 오일과 유기 과육을 원료로 신선한 상태에서 열처리나 화학공정을 거치지 않고 기름을 추출한 버진 코코넛 오일로 분류될 수 있다. 추출방법으로는 원심분리 방법으로 추출하는 경우와 고압추출법으로 추출하는 경우 등이 있으나, 본 발명에서 사용하는 코코넛 오일은 코코넛 오일의 종류, 성분, 추출 방법 등이 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에서 상기 코코넛 오일은 종래의 비석유계 오일인 오렌지 오일에 비하여 생산이 용이하고, 공정 프로세스가 짧으며, 저렴한 단가로 구입이 가능한 장점이 있다.
상기 코코넛 오일을 특히 타이어의 캡 트레드부에 적용하는 경우, 모터 스포츠 레이싱 경기 등에서 고속 주행시 고열로 인한 노화를 방지할 수 있으며, 기존 대비 더 많은 주행시간 동안 그립 성능을 향상 및 유지시켜 경기력을 향상시킬 수 있다.
상기 코코넛 오일은 원료고무 100 중량부에 대하여 2 내지 50 중량부로 사용될 수 있고 바람직하게 2 내지 30 중량부로 사용할 수 있으며 더욱 바람직하게 2 내지 15 중량부로 사용할 수 있다.
상기 코코넛 오일의 함량이 원료고무 100 중량부에 대하여 2 중량부 미만인 경우 식물계 오일을 통한 그립성능 향상을 기대하기 힘들 수 있으며, 50 중량부를 초과하는 경우 고무의 물성저하를 발생하는 문제가 있을 수 있다.
상기 석유계 오일과 상기 코코넛 오일은 8.96 : 2.24 내지 2.24 : 8.96의 중량비로 포함되는 것일 수 있고, 바람직하게는 8.96 : 2.24 내지 4.48 : 6.72로 포함될 수 있다. 상기 석유계 오일과 상기 코코넛 오일의 중량비가 상기 범위 내인 경우 순수하게 방향족계 오일을 사용했을 경우의 수준의 그립력 향상을 기대할 수 있고, 상기 범위를 벗어나는 경우 고무의 물성이 저하될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 보강성 충진제로 카본블랙을 더 포함할 수 있다.
상기 카본블랙으로는 타이어 트레드용 고무 조성물에서 사용하는 통상의 카본블랙을 사용할 수 있으나 바람직하게 요오드 흡착량이 500 내지 1000㎡/g이고, 질소흡착 비표면적(N2SA)이 300 내지 1000㎡/l이며 DBP 흡유량이 360 내지 495 ㎡/g인 초미립자 카본블랙을 사용할 수 있다.
상기 카본블랙은 더욱 바람직하게 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 요오드 흡착량이 700 내지 900㎡/g이고, 질소흡착 비표면적(N2SA)이 500 내지 800㎡/l이며 DBP 흡유량이 360 내지 440㎡/g인 것일 수 있다.
상기 카본블랙은 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 150 중량부로 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 2 내지 100 중량부로 포함할 수 있으며, 40 내지 70 중량부로 포함할 수도 있다.
상기 원료고무 100 중량부에 대하여 상기 카본블랙을 1 중량부 미만으로 사용하면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 150 중량부를 초과하여 사용하면 트래드용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 보강성 충진제인 카본블랙 이외에 충진제를 더 포함할 수 있다. 상기 충진제는 실리카, 탄산칼슘, 점토(수화규산알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 노화방지제 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 1.5 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 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 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 사용할 수 있다.
상기 티우람계 가류촉진제로는, 예컨대 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티우람 계 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, 펜타메틸렌디티오카르밤산피페리딘, 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 알 데히드-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 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5.0 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 이루어진 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 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키기 위하여 사용되는 첨가제이다. 상기 노화방지제로는 아민계, 페놀계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
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 일반적으로 고무에 대하여 노화방지제로 사용하는 왁스를 사용할 수 있고, 바람직하게 왁시 하이드로카본을 사용할 수 있다.
상기 노화방지제로는 바람직하게, 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 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 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성 물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 타이어는 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 트럭 타이어 또는 버스 타이어 등일 수 있다. 바람직하게, 경주용 또는 고속 주행용 타이어로 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 생산이 용이하고, 공정 프로세스가 짧으며, 저렴한 단가로 구입이 가능하며, 환경적으로 유리한 비석유계 오일을 사용하며, 기존의 비석유계 오일을 사용한 경우보다 비석유계 오일의 혼합 비율이 향상되며, 기존의 비석유계 오일을 첨가함으로써 발생할 수 있는 고속 주행시 고열을 통한 트레드 고무의 열노화성 및 물성 저하 문제점을 개선한다.
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.
( 실시예 　 및 비교예 )
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 실시예 및 비교예의 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 타이어 트레드용 고무 조성물의 제조는 통상의 타 이어 제조 방법에 따랐다.
[표 1]
비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예4
원료고무(1) 168.75 168.75 168.75 168.75 168.75 168.75 168.75 168.75
카본블랙(2) 55.00 55.00 55.00 55.00 - 55.00 55.00 55.00
카본블랙(3) - - - - 55.00 - - -
석유계 오일(4) 11.20 8.96 10.08 8.96 6.72 6.72 4.48 1.12
오렌지 오일(5) - 2.24 - - - - - -
코코넛 오일(6) - - 1.12 2.24 4.48 4.48 6.72 10.08
산화아연 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
스테아린산 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
유황 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
촉진제(7) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
촉진제(DPG) (8) 2 2 2 2 2 2 2 2
(단위: 중량부)
(1) 원료고무: 스티렌 함량이 46 중량%이고, 유리전이온도가 -21℃인 스티렌 부타디엔 고무. 오일 68.75 중량부 함유.
(2) 카본블랙: 요오드 흡착량이 750㎡/g이고, 질소흡착 비표면적이 650㎡/l이고, DBP 흡유량이 360㎡/g인 초미립자 카본블랙
(3) 카본블랙: 요오드 흡착량이 450㎡/g이고, 질소흡착 비표면적이 250㎡/l이고, DBP 흡유량이 115㎡/g인 일반 카본블랙
(4) 석유계 오일: A#2 오일(미창 오일 주식회사)
(5) 오렌지 오일(orange oil): ㈜야수하라 케미칼(Yasuhara Chemical)사제
(6) 코코넛 오일(coconut oil): ㈜WH사제
(7) 촉진제: 테트라메틸 티우람 디설파이드(Tetramethly Thiuram disulfide, TT)
(8) 촉진제: 디페닐구아니딘(DPG)
[표 2]
비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예4
ML1+4(125℃) 67 66 66 66 64 66 66 61
경도(Shore A) 69 68 68 69 65 67 66 62
300%모듈러스(Mpa) 42.1 41.2 44.1 49.7 43.1 42.2 44.4 46.1
신장율(%) 800 777 768 801 755 797 784 741
0℃ tan δ 0.293 0.281 0.311 0.324 0.277 0.289 0.297 0.254
60℃ tan δ 0.107 0.105 0.119 0.184 0.107 0.101 0.114 0.101
무니점도(ML1+4(125℃))는 ASTM 규격 D1646에 의해 측정하였다. 무니점도는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미 가류 고무의 가공성이 우수한 것을 나타낸다.
경도는 DIN 53505에 의해 측정하였고, 쇼어 A 타입 경도계로 측정한 값이다. 경도(Shore A)의 값이 높을수록 조종 안정성이 우수하다.
300% 모듈러스와 신장율은 ISO 37 규격에 의해 측정하였다. 300% 모듈러스는 300% 신장시의 인장강도로서, 수치가 높을수록 우수한 강도를 나타낸다.
점탄성은 RDS 측정기를 사용하여 0.1% 변형(strain)에 10Hz Frequency 하에서　-60℃에서 80℃까지 tan δ측정하였다. 0℃ Tan δ는 제동 성능을 나타내는 척도로서 수치가 높을수록 우수한 것을 의미하며, 60℃ Tan δ는 고온상태에서의 그립 혹은 구름저항성능을 나타내는 수치로 높을수록 그립력이 우수함을 나타낸다.
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예4의 타이어 트레드용 고무의 경우, 종래 트레드 고무 조성물인 비교예1과 비교하여 0℃ tanδ 및 60℃ tanδ 값이 전반적으로 증가되었음을 알 수 있다. 석유계 오일 및 석유계 오일에 오렌지 오일을 혼용하여 사용한 비교예1 및 비교예2의 결과에 비하여 코코넛 오일의 비율을 최대 40 중량% 이상 늘려 사용한 경우에 그립력 영역을 나타내는 60℃ tanδ에서 높아지는 결과를 보여주고 있어서, 기존의 오렌지 오일을 사용하는 경우와 비교하여 기존의 석유계 오일에 혼합하는 식물성 오일인 코코넛 오일의 혼합비율을 20 중량% 이상 향상시킬 수 있었다. 상기 표 2에서, 실시예1 내지 4는 가공성이나 경도 면에서는 비교예와 동등한 수준의 물성을 보여주었고, 300% 모듈러스와 신장률 역시 적절한 범위 내임을 알 수 있었다.
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 (6)

  1. 원료고무 100 중량부,
    석유계 오일 2 내지 100 중량부, 그리고
    코코넛 오일(coconut oil) 2 내지 50 중량부
    를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 석유계 오일은 방향족계 오일, 나프텐계 오일, 파라핀계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 석유계 오일과 상기 코코넛 오일은 8.96 : 2.24 내지 2.24 : 8.96의 중량비로 포함되는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 요오드 흡착량이 500 내지 1000㎡/g이고, 질소흡착 비표면적(N2SA)이 300 내지 1000㎡/l이며 DBP 흡유량이 360 내지 495 ㎡/g인 초미립자 카본블랙을 1 내지 150 중량부로 더 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원료고무는 스티렌 함량이 20 중량%를 초과하고, 유리 전이 온도가 -60 내지 -20℃인 고 스티렌 SBR(styrene butadiene rubber)인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
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