KR20120008225A - 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물은 니트릴 고무와 폴리염화비닐을 포함하는 폴리머 얼로이를 10 내지 50 중량부로 포함하는 원료고무 100 중량부, 충진제 30 내지 70 중량부, 그리고 노화방지제 1 내지 5 중량부를 포함한다. 본 발명의 타이어 사이드월용 고무 조성물은 고무의 기타의 물성은 적절한 범위 내로 유지하면서도 내오존성을 향상시키고 동시에 저연비 특성을 향상시킬 수 있고, 피로특성이나 내크랙성에 관한 특성도 우수하며, 내오존성을 향상시키면서도 백화현상을 줄여서 타이어의 외관을 우수하게 할 수 있다.

Description

타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{SIDEWALL RUBBER COMPOSITION AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 기타의 물성은 적절한 범위 내로 유지하면서도 내오존성을 향상시키고 동시에 저연비 특성을 향상시킬 수 있고, 피로특성이나 내크랙성에 관한 특성도 우수하며, 내오존성을 향상시키면서도 백화현상을 줄여서 타이어의 외관을 우수하게 할 수 있는 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
타이어에서 사이드월은 주행 중에 굴곡이나 신율을 받게 되는 부분이며, 이러한 경우 사이드월이 공기 중의 오존에 직접적으로 노출되므로 강한 내오존성이 요구되는 부분이다.
타이어의 사이드월의 오존에 의한 노화를 방지하기 위하여 왁스와 아민계 노화방지제가 사용되고 있다. 그러나, 왁스 및 아민계 노화방지제를 고무 조성물에 과량 사용하는 경우 블루밍 현상이 나타나며 내오존 특성을 갖는데, 왁스의 경우에는 오존의 공격으로부터 고무 표면을 방어하는 물리적인 층을 형성하고, 아민계 노화방지제는 오존과 화학반응을 통하여 고무 표면을 오존으로부터 보호하는 역할을 한다.
왁스 및 아민계 노화방지제가 타이어 사이드월의 표면으로 블루밍 되는 것은 왁스 및 아민계 노화방지제의 자체의 농도뿐만 아니라 고무와 여러 배합제의 종류 및 첨가량에 영향을 받으며, 노화 시간이나 온도 의한 영향도 받는다.
왁스를 노화방지제로 과량 사용하는 경우에는 왁스 자체의 색이 흰색인 점에서 기인하는 백화현상이 발생하여 타이어 사이드월의 외관을 해하고, 아민계 노화방지제를 과량 사용하는 경우에는 타이어 사이드월의 표면으로 블루밍되어 황색으로 외관을 오염시키므로 외관상 그 사용량에 한계가 있으나, 적절한 노화방지효과를 위해서는 과량 사용하지 않으면서도 노화방지효과를 높이는 방법에 관한 연구가 요구된다.
본 발명의 목적은 고무의 기타의 물성은 적절한 범위 내로 유지하면서도 내오존성을 향상시키고 동시에 저연비 특성을 향상시킬 수 있고, 피로특성이나 내크랙성에 관한 특성도 우수하며, 내오존성을 향상시키면서도 백화현상을 줄여서 타이어의 외관을 우수하게 할 수 있는 타이어 사이드월용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물은 니트릴 고무와 폴리염화비닐을 포함하는 폴리머 얼로이를 10 내지 50 중량부로 포함하는 원료고무 100 중량부, 충진제 30 내지 70 중량부, 그리고 노화방지제 1 내지 5 중량부를 포함한다.
상기 폴리머 얼로이는 상기 폴리머 얼로이는 상기 니트릴 고무과 상기 폴리염화비닐이 50:50 내지 90:10의 중량비인 것일 수 있다.
상기 노화방지제는 왁스, 아민계 노화방지제 및 이들의 조합으로 구성된 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 충진제는 카본블랙이고, 상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적이 30 내지 300m2/g이고, DBP 흡유량이 60 내지 210cc/100g 인 것일 수 있다.
상기 원료고무는 천연고무 10 내지 80 중량부와 부타디엔 고무 10 내지 70 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여 연화제 0 내지 20 중량부, 가류활성제 1 내지 8 중량부, 가류제 1 내지 3 중량부, 그리고 가류촉진제 0.1 내지 2 중량부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 타이어 사이드월용 고무 조성물은 폴리머 얼로이(Polymer Alloy)를 포함하는 원료고무, 충진제, 노화방지제를 포함한다.
상기 원료고무에 포함되는 폴리머 얼로이는 니트릴 고무와 폴리염화비닐을 포함한다. 상기 폴리머 얼로이는 2 이상의 고분자를 포함하는 다성분계 폴리머를 의미하고, 구체적으로 폴리머 사이에 상보적 힘이 작용하는 비화학적 결합과 화학적 결합이 있는 경우를 의미하는 것으로 단순히 고분자 소재를 혼합, 분산시킨 폴리머 혼합물(blend)와 구별된다.
상기 폴리머 얼로이는 니트릴 고무(NBR)와 폴리염화비닐(PVC)을 포함한다. 상기 니트릴 고무(아크릴로니트릴부타디엔 고무)는 부타디엔과 아크릴로니트릴을 혼성중합한 합성고무를 의미한다. 상기 폴리머 얼로이는 니트릴 고무과 폴리염화비닐의 고분자를 포함하여 적절한 내유성을 가지면서도 내후성이 우수한 특성을 가질 수 있다.
상기 폴리머 얼로이를 원료고무의 일부에 대체하여 사용하는 경우에는 고무의 내노화성, 내오존성을 향상시킬 수 있고, 보강성도 향상시킬 수 있다.
상기 폴리머 얼로이는 상기 니트릴 고무와 상기 폴리염화비닐이 50:50 내지 90:10의 중량비인 것일 수 있고, 바람직하게 50:50 내지 80:20의 중량비인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게 50:50 내지 70:30일 수 있다. 상기 니트릴 고무와 상기 폴리염화비닐의 중량비의 범위가 상기의 범위인 경우 폴리머 얼로이를 사용하는 특성이 적절하게 발현되고 타이어용 고무로 필요한 고무의 특성도 적절하게 나타날 수 있다.
상기 원료고무 100 중량부는 상기 폴리머 얼로이를 10 내지 50 중량부로 포함할 수 있고, 바람직하게 10 내지 40 중량부로 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게 15 내지 35 중량부로 포함할 수 있다.
상기 원료고무 100 중량부가 상기 폴리머 얼로이를 10 중량부 내지 50 중량부로 포함하는 경우에는 사이드 월의 외관 오염의 원인이 되는 노화방지제의 사용량을 감소시켜서 외관의 오염을 줄이면서도 내오존성을 유지하거나 향상시킬 수 있고, 연비성능도 높일 수 있다.
상기 원료고무는 상기 폴리머 얼로이 이외에도 천연 고무, 디엔계 합성 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 더 포함할 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, 원산지나 등급 등에 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.
상기 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 에틸렌 프로필렌디엔(EPDM) 고무, 비닐 벤질 클로라이드 스티렌 부타디엔 고무, 말레인산 스티렌 부타디엔 고무, 카르복실산 스티렌 부타디엔 고무, 에폭시 이소프렌 고무, 카르복실산 니트릴 부타디엔 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 스티렌 부타디엔 고무는 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무(Emulsion-polymerized Styrene Butadiene Rubber), 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(Solution-polymerized Styrene Butadiene Rubber) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 원료고무는 바람직하게 천연 고무, 부타디엔 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 원료고무 100 중량부는 상기 천연고무를 10 내지 80 중량부, 바람직하게 30 내지 80 중량부로 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게 30 내지 75 중량부로 포함할 수 있다. 상기 원료고무 100 중량부가 상기 천연고무를 10 중량부 내지 80 중량부로 포함하는 경우 제반 기계적 물성을 향상시킬 수 있고, 피로특성을 향상시킬 수 있다.
상기 원료고무 100 중량부는 상기 부타디엔 고무를 10 내지 70 중량부, 바람직하게 10 내지 50 중량부로 포함할 수 있다. 상기 원료고무 100 중량부는 상기 부타디엔 고무를 10 중량부 내지 70 중량부로 포함하는 경우 반발탄성을 향상시킬 수 있고, 저온특성을 향상시킬 수 있다.
상기 부타디엔 고무는 유리전이온도(Tg)가 -86 내지 -126℃인 것일 수 있고, 바람직하게 -99 내지 -112℃인 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게 -104 내지 -108℃인 것일 수 있다. 상기 유리전이온도의 부타디엔 고무를 사용하는 경우 특히 저온특성과 반발탄성이 유리해질 수 있는 효과가 있다.
상기 충진제는 카본블랙, 실리카 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 카본블랙은 타이어용 고무 조성물에 사용할 수 있는 카본블랙이라면 제한없이 사용할 수 있고, 구체적으로 하기의 특성을 갖는 카본블랙을 사용할 수 있다.
상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 30 내지 300m2/g일 수 있고, 바람직하게 50 내지 90m2/g일 수 있다. 상기 카본블랙은 DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 60 내지 210cc/100g 일 수 있고, 바람직하게 상기 DBP 흡유량이 80 내지 125cc/100g인 것일 수 있다.
상기 카본블랙으로 상기 질소흡착 비표면적의 값과 상기 DBP 흡유량 값을 갖는 카본블랙을 충진제로 사용하는 경우, 적절한 보강성과 동시에 적절한 가공성을 갖는 타이어용 고무를 제조할 수 있다.
상기 카본블랙의 대표적인 예로는 N110, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, S315, N326, N330, N332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990 또는 N991 등을 들 수 있다.
상기 실리카는 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 180㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)흡착 비표면적이 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 7000(에보닉 데구사제) 울트라실 VN2(에보닉 데구사제), 울트라실 VN3(에보닉 데구사제), 제오실 1165MP(로디아) 등을 사용할 수 있다
상기 충진제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 30 내지 70 중량부로 포함될 수 있고, 35 내지 50 중량부로 포함될 수 있고, 39 내지 49 중량부로 포함될 수 있다. 상기 충진제의 함량이 30 중량부 미만이면 충진제에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 70 중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 상기 충진제 외에 기타 충진제를 더 포함할 수 있다. 상기 기타 충진제는 탄산칼슘, 점토(수화규산알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 노화방지제를 더 포함한다.
상기 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키기 위하여 사용되는 첨가제이다.
상기 노화방지제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 포함된다. 상기 노화방지제를 1 중량부 미만으로 포함하는 경우 내오존 성능이 떨어질 수 있고, 5 중량부를 초과로 사용하는 경우 백화현상이 일어나 타이어의 외관을 해할 수 있다.
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 아민계 노화방지제로는 바람직하게 N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-Dimethybutyl)-N-phenyl-p-phenylenediamine, 6PPD, 6C), N-페닐-n-이소프로필-p-페닐렌디아민(N-phenyl-n-isopropyl-p-phenylenediamine, 3PPD) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 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 파라핀계 왁스, 왁시 하이드로카본, 마이크로 크리스탈린 왁스를 사용할 수 있다.
상기 노화방지제로는 바람직하게 왁스, 아민계 노화방지제 및 이들의 조합으로 구성된 어느 하나인 것을 사용할 수 있다. 상기 노화방지제로 왁스, 아민계 노화방지제 및 이들의 조합으로 구성된 어느 하나를 사용하는 경우 내오존 특성 및 내산화 특성을 동시에 향상시킬 수 있다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류활성제, 커플링제, 연화제 또는 점착제 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 사이드월용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는바, 다른 고무 조성물의 배합에 따라 그 사용량이 조절될 수 있다.
상기 가류제로는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속산화물을 사용할 수 있고 바람직하게 유황계 가류제를 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 원료 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 3 중량부로 포함할 수 있고, 바람직하게 1.5 내지 2.0 중량부로 포함될 수 있다. 상기 함량의 범위로 가류제를 사용하는 경우, 적절한 가황 효과로서 원료 고무가 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 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, 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 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 가류촉진제로 바람직하게 술펜아미드계를 사용할 수 있고, 구체적으로 N-tert-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS)를 사용할 수 있다.
상기 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료 고무 100 중량부에 대하여 0.1 내지 2 중량부로, 바람직하게 0.1 내지 1 중량부로 포함될 수 있다.
상기 가류활성제는 상기 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 무기계 가류활성제, 유기계 가류활성제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 무기계 가류활성제로는 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 가류활성제로는 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 가류활성제로서 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 가류활성제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 8 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
상기 가류활성제로 상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류활성제로서의 역할을 위하여 각각 원료 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부 및 0.5 내지 3 중량부로, 바람직하게 각각 1 내지 4 중량부 및 0.5 내지 2 중량부로 사용할 수 있다.
상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가되는 것으로, 고무 배합시나 고무 제조시에 사용되는 오일류 기타 재료를 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 오일로는 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 파라핀계 오일의 대표적인 예로 미창 오일 주식회사의 P-1, P-2, P-3, P-4, P-5, P-6 등을 들 수 있고, 상기 나프텐계 오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 N-1, N-2, N-3 등을 들 수 있으며, 상기 방향족계 오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 A-2, A-3 등을 들 수 있다.
최근 환경 의식의 고조와 함께 상기 방향족계 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 오일은 상기 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 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 TDAE 오일은 상기 TDAE 오일을 포함한 타이어 사이드월의 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 있다.
상기 연화제는 원료 고무 100 중량부에 대하여 0 내지 100 중량부로 사용할 수 있고, 바람직하게 0 내지 20 중량부로 사용할 수 있다. 상기 함량의 범위로 상기 연화제를 사용하는 경우 원료 고무의 가공성을 우수하게 할 수 있다.
상기 점착제는 고무와 고무 사이의 접착(tack) 성능을 더욱 향상시켜 주고, 충전제와 같은 기타 첨가제들의 혼합성, 분산성 및 가공성을 개선시켜 고무의 물성 향상에 기여한다.
상기 점착제로는 로진(rosin)계 수지 또는 테르펜(terpene)계 수지와 같은 천연수지계 점착제와 석유수지, 콜타르(coal tar) 또는 알킬 페놀계 수지 등의 합성수지계 점착제를 사용할 수 있다.
상기 로진계 수지는 로진 수지, 로진 에스터 수지, 수소첨가 로진 에스터 수지, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 테르펜계 수지는 테르펜 수지, 테르펜 페놀 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 석유수지는 지방족계 수지, 산 개질 지방족계 수지, 지환족계 수지, 수소첨가 지환족계 수지, 방향족계(C9) 수지, 수소첨가 방향족계 수지, C5-C9 공중합 수지, 스티렌 수지, 스티렌 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 콜타르는 쿠마론-인덴 수지(coumarone-indene resin)일 수 있다.
상기 알킬 페놀 수지는 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지일 수 있고, 상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지는 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 점착제는 점착성을 적절히 유지하면서도 고무 물성이 저하되는 것을 막을 수 있다는 점에서 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0 내지 4 중량부로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 통상적인 2단계의 연속 제조 공정을 통하여 제조될 수 있다. 즉, 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1 단계('비생산' 단계라고 함) 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계('생산' 단계라고 함)를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 사이드월(사이드월 캡 및 사이드월 베이스) 에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수 있다. 상기 고무 구성 요소로는 트레드, 트레드 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer), 와이어 코트 또는 이너라이너 등을 들 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 사이드월용 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. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.
본 발명의 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어는 기타의 물성은 적절한 범위 내로 유지하면서도 내오존성을 향상시키고 동시에 저연비 특성을 향상시킬 수 있고, 피로특성이나 내크랙성에 관한 특성도 향상시킬 수 있다. 또한, 내오존성을 향상시키면서도 백화현상을 줄여서 타이어의 외관을 우수하게 할 수 있다.
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.
[ 제조예 : 고무 조성물의 제조]
다음 표1과 같은 조성을 이용하여 하기의 실시예 및 비교예에 따른 고무 조성물을 반바리 믹서에 배합하고 고무시편을 제조하였으며, 상기 고무시편의 미가류 물성 및 160℃에서 가류한 물성을 측정하였다.
　 비교예1 비교예2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
천연고무 50 50 50 50 50 50 50 50
부타디엔고무 50 30 40 30 20 10 30 30
폴리머 얼로이1 ㅡ ㅡ 10 20 30 40 ㅡ ㅡ
폴리머 얼로이2 ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ 20 ㅡ
폴리머 얼로이3 ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ 20
폴리머 얼로이4 ㅡ 20 ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ
카본블랙 50 44 47 44 40 40 40 40
아민계
노화방지제		 3 1.5 2 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
왁스 3 2 2 2 1.5 1.5 1.5 1.5
공정오일 5 5 5 5 5 5 5 5
산화아연 3 3 3 3 3 3 3 3
스테아린산 1 1 1 1 1 1 1 1
유황 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8
가류촉진제 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
주)
천연고무 : TSR20 Grade
부타디엔 고무(BR) : Tg(유리전이온도)가 -106℃인 부타디엔 고무
폴리머 얼로이1 : 폴리염화비닐과 니트릴고무를 포함하고 NBR과 PVC(폴리염화비닐)의 구성비가 70 : 30인 것임.
폴리머 얼로이2 : 폴리염화비닐과 니트릴고무를 포함하고 NBR과 PVC(폴리염화비닐)의 구성비가 50 : 50인 것임.
폴리머 얼로이3 : 폴리염화비닐과 니트릴고무를 포함하고 NBR과 PVC(폴리염화비닐)의 구성비가 90 : 10인 것임.
폴리머 얼로이4 : 니트릴고무를 포함하고 PVC(폴리염화비닐)는 포함하지 않아서 NBR과 PVC(폴리염화비닐)의 구성비가 100 : 0인 것임.
카본블랙 : N330
아민계 노화방지제(6C) : N-1,3-디메틸부틸-N-페닐-p-페닐렌디아민
왁스 : 파라핀계 왁스
공정오일 : TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract) Oil인 연화제
가류촉진제 : TBBS(N-이소부틸-2-벤조티아질 설펜아마이드)
* 노화방지제는 아민계 노화방지제와 왁스를 포함하는 것임.
(단위: 중량부)
하기 표2에 상기 비교예 및 실시예의 물성을 측정한 결과를 나타내었다.
300% 모듈러스(Modulus, 단위 kgf/㎠)는 300% 신장시의 인장강도로서, ISO 37 규격에 의해 측정하였고, 수치가 높을수록 우수한 강도를 나타낸다.
신율은 ISO 37 규격으로 측정하였고, 파단신율을 나타낸다.
60℃ Tanδ는 60℃에서의 회전저항을 나타내는 척도로서 수치가 낮을수록 저연비 특성이 우수함을 나타낸다.
정적 내오존 시험은 시편을 20%신장한 후 오존농도 50pphm, 40℃의 온도에서 오존노화를 시켜 시편의 오존노화정도를 측정하였으며, 동적 내오존 시험은 오존농도 50pphm, 40℃의 온도에서 오존노화를 시켜 시편의 오존노화정도를 측정하였다.
상기 오존노화정도는 굴곡피로운동을 하는 과정에서 오존크랙 발생 정도를 관찰하여 하기의 수치로 표현하였다.
* 균열 수 : A＜ B＜ C , 균열 크기 : 1＜ 2＜ 3＜ 4＜ 5
피로특성은 내피로성을 나타내는 것으로 118% 스트레인 조건에서 6개의 샘플은 피로시험기에서 측정하여 6개 샘플에 대한 50% 잔존율을 구하였고
크랙성장은 내크랙성장정도를 평가한 것으로 일정한 크랙을 초기에 준 후에 굴곡피로운동을 하는 과정에서의 크랙이 얼마나 성장하는지를 측정하여 나타내었다.
외관은 배합고무의 흑색도의 변화를 평가하였고, 흑색도의 변화가 거의 없는 경우를 1등급, 약간 흑색도가 떨어진 경우를 2등급, 그리고 흑색도가 눈에 띄게 변화한 경우를 3등급으로 표시하여 나타내었다.
　 비교예 1 비교예2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4 실시예5 실시예6
300% 모듈러스(kgf/㎠) 60 61 61 56 55 59 52 60
신율 (%) 651 665 660 642 665 560 570 650
60℃ Tan δ 0.126 0.122 0.118 0.115 0.110 0.112 0.118 0.124
정적 내오존성 B3 B3 A3 A2 A2 A2 A2 B2
동적 내오존성 C4 C4 B3 B2 A3 A4 B4 C3
피로특성 (k cycle) 104 100 101 106 99 86 75 102
크랙성장 (mm) 45 42 38 35 32 40 45 43
외관 3등급 2등급 2등급 1등급 1등급 1등급 1등급 2등급
상기 표2를 참조하면, 실시예1 내지 6은 비교예1 및 2에 비하여 동적 내오존특성과 정적 내오존특성의 면에서 모두 우수한 결과를 보여주었고, 외관의 평가에서도 대체로 우수한 효과를 보여주었다. 실시예1 내지 5의 경우에는 기계적 물성을 나타내는 300% 모듈러스와 신율은 적절한 수준이고, 크랙 성장률도 적절한 수준이거나 우수한 결과를 보여주면서도 60℃ tan 델타 값이 비교예1 및 2에 비하여 우수하여 저연비 특성도 우수한 결과를 보여주었다. 또한, 특히 실시예1 내지 3의 경우는 크랙성장률의 면에서도 비교예1 및 2에 비하여 우수한 결과를 나타내었다.
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 (7)

  1. 니트릴 고무와 폴리염화비닐을 포함하는 폴리머 얼로이를 10 내지 50 중량부로 포함하는 원료고무 100 중량부,
    충진제 30 내지 70 중량부, 그리고
    노화방지제 1 내지 5 중량부
    를 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 얼로이는 상기 니트릴 고무과 상기 폴리염화비닐이 50:50 내지 90:10의 중량비인 것인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노화방지제는 왁스, 아민계 노화방지제 및 이들의 조합으로 구성된 어느 하나인 것인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충진제는 카본블랙이고,
    상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적이 30 내지 300m2/g이고, DBP 흡유량이 60 내지 210cc/100g 인 것인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원료고무는 천연고무 10 내지 80 중량부와 부타디엔 고무 10 내지 70 중량부를 포함하는 것인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여
    연화제 0 내지 20 중량부,
    가류활성제 1 내지 8 중량부,
    가류제 1 내지 3 중량부, 그리고
    가류촉진제 0.1 내지 2 중량부
    를 더 포함하는 것인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
KR1020100068962A 2010-07-16 2010-07-16 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 KR101182269B1 (ko)

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