KR20110087468A - 연비성능이 우수한 타이어 트레드용 고무조성물 및 그를 이용한 타이어 - Google Patents

연비성능이 우수한 타이어 트레드용 고무조성물 및 그를 이용한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연비성능 및 정전기 소산성(static dissipative)이 우수한 도전성 타이어 트레드용 고무조성물 및 그를 이용한 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전제로서 안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄을 적용함으로써 분산성이 향상되어, 연비성능, 즉 회전저항(rolling resistance) 성능 및 정전기 소산성이 뛰어난 도전성 타이어 트레드용 고무조성물 및 그를 이용한 타이어에 관한 것이다.

Description

연비성능이 우수한 타이어 트레드용 고무조성물 및 그를 이용한 타이어{TIRE TREAD RUBBER COMPOSITION HAVING IMPROVED FUEL EFFICIENCY AND STATIC DISSIPATIVE AND TIRE USING THE SAME}
본 발명은 연비성능 및 정전기 소산성이 우수한 도전성 타이어 트레드용 고무조성물 및 그를 이용한 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전제로서 안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄을 적용함으로써 분산성이 향상되어, 연비성능, 즉 회전저항 성능 및 정전기 소산성이 뛰어난 도전성 타이어 트레드용 고무조성물 및 그를 이용한 타이어에 관한 것이다.
타이어의 연비성능 즉, 회전저항 성능을 향상시키기 위해서 충전제로 실리카를 일반적으로 사용하지만, 실리카는 믹싱 과정에서 입자 간 뭉침현상이 나타남으로 인해 분산성이 떨어지는 측면이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 믹싱 시간을 연장하거나, 믹싱 스테이지를 추가하여 실리카 분산성을 향상시키지만, 이는 생산성 저하의 주원인이 되고 있다.
타이어가 정전기를 타이어 외부로 배출하기 위한 방법으로는, 도전성이 좋은 금속분말을 첨가하는 방법 및 트레드의 일정방향에 도전성이 좋은 카본블랙을 적용한 고무 배합물을 부분적으로 도입하는 방법 등이 있다. 그러나 전자의 경우 금속과 고무의 결합이 잘 이루어지지 않는 문제가 있고, 후자의 경우 공정성이 복잡해서 생산율이 감소하여 이들의 적용에는 현실적으로 많은 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 기존의 충전제의 문제점을 해소하여 분산성이 우수하여 연비성능을 향상시키면서 타이어의 정전기를 외부로 배출하는 것이 가능한 타이어 트레드용 고무조성물의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서, 충전제로서 안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄을 적용함으로써, 연비성능이 우수하며, 동시에 정전기 소산성이 뛰어난 도전성 타이어 트레드용 고무조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기의 연비성능 및 정전기 소산성이 우수한 도전성 타이어 트레드용 고무조성물로 이루어진 트레드부를 포함하는 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 타이어 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 충전제로서 안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄을 1~60중량부 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 원료고무는 천연고무, 합성고무, 또는 천연고무와 합성고무와의 혼합고무를 사용할 수 있으며, 상기 합성고무의 종류에는 특별한 제한은 없으나, 그 구체예로서 스티렌부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌부타디엔 고무, 네오프렌 고무 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있고, 혼합고무의 경우 그 혼합비율에는 특별히 한정이 없다.
일반적으로 도전성 충전제는 입자의 모양에 따라 도전성이 크게 달라지고, 실리카나 카본블랙과 같은 보강성 충전제의 분산성에 미치는 영향이 크다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 도전성 충전제는 분산성을 고려하여 침상형을 선택 사용한다. 상기 침상형은 트레드부의 고무 조성물 내에서 바늘처럼 길게 늘여 있어서 충전제 사이의 연속적인 접촉이 구상형에 비해 용이하므로 적은 양으로 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄은 실리카 분산성을 높이고, 이로 인해 회전저항 성능이 향상되어 연비성능이 우수해지며, 또한 정전기 소산성도 향상시킬 수 있다.
상기 안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 산화티타늄의 크기는 직경이 0.25~0.30㎛이고, 길이가 5.0~5.30㎛이며, 오일 흡착량이 50~70g/mg인 것이 바람직한데, 직경이 0.25㎛ 미만이고, 길이가 5.0㎛ 미만인 경우, 입자 깨짐 현상으로 정전기 소산성 저하의 원인이 되어 바람직하지 않고, 직경이 0.30㎛을 초과하고, 길이가 5.0㎛를 초과하면 분산성 저하의 원인이 되어 바람직하지 않다. 또한 상기 오일 흡착량이 50g/mg 미만이면 믹서 토크(mixer torque)의 상승 및 분산성 하락의 원인이 되어 바람직하지 않고, 70g/mg을 초과하면 산화티타늄 입자간 응집현상의 심화로 분산성 및 고무조성물 물성 하락의 원인이 되어 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄은 원료고무 100중량부에 대하여 1~60중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 1중량부 미만이면 정전기 소산성 발현이 미미하여 바람직하지 않고, 60중량부를 초과하면 정전기 소산성 향상이 없고, 또한 믹서 배합시 과도한 토크 발생으로 분산성이 하락하여 바람직하지 않다.
본 발명의 고무 조성물에는 상기한 성분들 이외에, 통상적으로 고무조성물에 사용되는 첨가제들, 예로서 실리카, 커플링제, 아연화, 스테아린산, 공정유, 가류제 및 가류촉진제 등의 첨가제를 통상의 사용량 범위로 배합할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 본 발명의 고무 조성물로 이루어진 트레드부를 갖는 타이어를 제공한다.
본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서, 충전제로서 안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄을 첨가함으로써 실리카의 응집을 방지하여 생산성의 저하없이 회전저항 성능을 향상시켜 타이어의 연비성능을 향상시키고, 동시에 차량에서 발생한 정전기를 타이어를 통하여 외부로 배출함으로써 정전기로 인한 문제점을 해결할 수 있다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 실시형태를 예시하는 예들로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
< 비교예 1>
하기 표 1과 같이 원료고무로서 스티렌부타디엔 고무 100중량부에 대하여 실리카 70중량부, 커플링제 3.5중량부, 아연화 3중량부, 스테아린산 2중량부, 공정유 37.5중량부, 유황 1.5중량부, 및 가류촉진제(DPG: N,N-디페닐구아니딘) 2.5중량부을 밴버리 믹서에서 배합하여 고무 조성물을 제조한 후, 제조된 고무 조성물로 고무 시편을 제조하여 165℃에서 15분 동안 가류하여 고무 배합물을 제조하였다.
< 비교예 2>
안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄을 70중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성과 방법으로 고무 배합물을 제조하였다.
< 실시예 1>
안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄을 10중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성과 방법으로 고무 배합물을 제조하였다.
< 실시예 2>
안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄을 20중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성과 방법으로 고무 배합물을 제조하였다.
< 실시예 3>
안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄 30중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성과 방법으로 고무 배합물을 제조하였다.
< 실시예 4>
안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄을 40중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성과 방법으로 고무 배합물을 제조하였다.
< 실시예 5>
안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄 50중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 조성과 방법으로 고무 배합물을 제조하였다.
(단위: 중량부)
항 목 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
스티렌부타디엔 고무 100 100 100 100 100 100 100
실리카 70 70 70 70 70 70 70
커플링제1 ) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
아연화 3 3 3 3 3 3 3
스테아린산 2 2 2 2 2 2 2
공정유 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5
코팅 산화티타늄 - 70 10 20 30 40 50
유황 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
가류촉진제 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
주) 1) 상품명: Z-6940(다우코닝사 제)
< 시험예 >
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무 배합물에 대하여 경도, 100% 모듈러스, 인장강도, 절단시 신율, 전기전도도, 및 동적점탄성 특성(GABO)과 같은 물성을 ASTM 관련규정에 의하여 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
항목 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
경도(Shore A) 66 67 66 66 66 66 66
100% 모듈러스(㎏/㎠) 43 42 44 44 45 45 44
인장강도(㎏/㎠) 155 150 155 154 153 154 152
절단시 신율(%) 265 260 264 265 263 262 263
전기전도도(Ω/㎤)1 ) 1013 107.9 107 106 105.4 104.8 104.1
tanδ0℃ 0.847 0.844 0.852 0.851 0.849 0.855 0.852
tanδ70℃2) 0.121 0.109 0.103 0.092 0.075 0.069 0.062
주) 1) 수치가 낮을수록 정전기 소산성이 우수함을 나타냄.
2) 수치가 낮을수록 회전저항 성능(연비성능)이 우수함을 나타냄.
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1~5는 비교예 1 및 2에 비하여 경도, 100% 모듈러스, 인장강도, 절단시 신율 및 tanδ0℃와 같은 물성이 동등 이상의 효과를 나타내면서, tanδ70℃ 및 전기전도도의 수치는 비교예 1 및 2보다 낮아 연비성능 및 정전기 소산성이 향상됨을 알 수 있다.

Claims (3)

  1. 원료고무 100중량부에 대하여 충전제로서 안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄을 1~60중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 연비성능이 우수한 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 안티몬을 함유한 산화주석으로 코팅된 침상형의 산화티타늄의 크기는 직경이 0.25~0.30㎛이고, 길이가 5.0~5.30㎛이며, 오일 흡착량이 50~70g/mg인 것을 특징으로 하는 연비성능이 우수한 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 고무 조성물로 이루어진 트레드부를 갖는 타이어.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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