KR20130029523A - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 트레드를 포함하는 타이어 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 트레드를 포함하는 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 원료고무 100 중량부, 코코피트 5 내지 10 중량부, 그리고 발포제 1 내지 5 중량부를 포함하며, 상기 코코피트는 말단에 카르복시산기(carboxylic acid group)를 포함하는 탄소수 15 내지 20개의 유기물로 표면이 개질 처리된 것인 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 코코피트와 고무 간의 친화력이 높아 상기 코코피트가 타이어에서 떨어져 나가지 않으며, 상기 코코피트가 포함된 타이어 트레드의 마모도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 트레드를 포함하는 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE CONTAINING TREAD MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 표면이 개질 처리된 코코피트를 이용하여 빙상마찰계수를 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
스노우 타이어는 보통 스파이크 핀이 타이어에 박혀있는 스파이크 타이어와 스파이크 핀이 없는 스터드레스(studless) 타이어로 나뉘어진다.
이중 스파이크 타이어는 빙설지역에서의 마찰력 증대를 목적으로 트레드에 스파이크 핀을 장착한 것으로 타이어와 빙설 노면에 대한 제동성능 및 구동성능이 우수하다. 그러나, 스파이크 핀을 장착한 타이어의 경우 빙설노면이 아닌 일반노면을 주행할 경우 승차감이 불량할 뿐만 아니라 소음, 분진, 도로손상 등의 환경오염을 야기하게 되어 대부분의 국가에서 이의 사용을 금지하는 추세이며, 고무 스파이크를 장착한 타이어의 경우에는 트레드 고무에 비해 핀의 마모가 빠르게 나타나 사용도중 쉽게 끊어진다는 단점을 가지고 있다.
또한, 스터드레스 스노우 타이어는 스파이크 타이어를 대체하기 위한 것 카본블랙 및 실리카를 충전제로 사용하는 것에 국한되어 있으며, 선행기술로서 특허문헌 1(KR 출원번호 10-2001-0074500)은 실리카와 카본블랙을 보강재로 포함하는 구성으로 기술하고 있다. 실리카를 적용하는 경우 실리카가 친수성기를 포함하기 때문에 수막파괴 현상은 우수하나 실리카가 고가여서 재료비가 크게 상승하며, 실리카 표면의 관능기인 실라놀기의 수소결합에 의하여 입자가 잘 분산되지 않고 서로 응집하는 경향이 있기 때문에, 고무내의 실리카 입자의 분산성을 향상시키기 위해서는 혼합시간을 길게 할 필요가 있어 생산성을 떨어뜨리는 문제가 남아있다. 아울러 고무 내로 실리카 분산이 불충분하게 되면 고무 조성물의 무니점도가 높아지게 되어 압출가공성이 크게 저하될 뿐만 아니라 압출후 시간이 경과함에 따라서 압출물의 전장이 줄어들게 되어 타이어 성형에서 문제점으로 나타나게 되며 덜 분산된 실리카에 의해 마모성능이 저하되는 문제가 있다. 따라서 겨울철 빙설노면에서의 구동 및 제동 성능을 극대화하는 데는 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하고자 겨울용 타이어의 빙상 노면에서의 제동 성능을 향상시키기 위하여 트레드 고무에 발포형태의 기공을 만들거나, 유리섬유를 투입하는 방법이 연구되어 왔고, 최근에는 유리섬유를 대체하여 고 경도의 다공질 경석 등을 적용시키고 있다.
이중 유기 발포제를 사용한 스터드리스 타이어는 타이어의 트레드 고무에 유기 발포제를 혼합하여 가류시켜 제조되는 것으로서, 가류시 생성되는 기공으로 인한 마이크로 셀(micro-cell) 효과에 의해 지면과 트레드 간의 접지 면적이 넓어져 마찰력이 증대되고 빙판 접지력(ice grip)이 향상되어 빙설 노면에서 차량의 제동거리를 감소시키고 미끄럼을 방지한다는 개념으로 도입되었다. 또한 선행기술로서 특허문헌 2(KR 출원번호 10-2009-0025693)은 이러한 발포제를 구성으로 기술하고 있다. 그러나, 발포 그 자체만으로는 빙설노면에서의 성능에 있어 개선효과가 있다고 하더라도 트레드 블록 강성이 약해져 내마모 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 타이어 사용 말기에는 노화에 의해 블록 강성 증가 및 경도 증가로 빙설 노면에서의 구동 및 제동성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다.
대한민국 출원번호 10-2001-0074500, 공개일자 2001년 11월 28일. 대한민국 출원번호 10-2009-0025693, 국제공개 2010년 10월 6일.
본 발명의 목적은 코코피트와 고무 간의 친화력을 높이고, 코코피트가 포함된 타이어 트레드의 마모도가 저하되는 것을 방지하며, 빙상마찰계수를 현저하게 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어 트레드를 포함하는 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 코코피트 5 내지 10 중량부, 그리고 발포제 1 내지 5 중량부를 포함하며, 상기 코코피트는 말단에 카르복시산기(carboxylic acid group)를 포함하는 탄소수 15 내지 20개의 유기물로 표면이 개질 처리된 것일 수 있다.
상기 코코피트는 평균입경이 0.5 ㎜ 이하일 수 있다.
상기 표면이 개질 처리된 코코피트는 코코피트 10 중량부에 대하여 상기 유기물 1 내지 4 중량부로 표면이 개질 처리된 것인 것일 수 있다.
또한, 상기 유기물은 스테아린산일 수 있다.
상기 발포제는 무기계 발포제, 니트로소계 발포제, 아조계 발포제, 술포닐하이드라지드계 발포제, 아지드계 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어 트레드를 포함한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 코코피트 5 내지 10 중량부, 그리고 발포제 1 내지 5 중량부를 포함한다. 상기 코코피트는 말단에 카르복시산기(carboxylic acid group)를 포함하는 탄소수 15 내지 20개의 유기물로 표면이 개질 처리된다.
상기 원료고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 천연고무는 일반적인 천연고무 또는 변성 천연고무일 수 있다. 상기 일반적인 천연고무는 천연고무로서 알려진 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않는다. 상기 천연고무는 시스(cis)-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스(trans)-1,4-폴리이소프렌을 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 천연고무에는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무 외에, 예컨대 남미산 사포타과의 고무의 일종인 발라타 등, 트랜스-1,4-이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무도 포함할 수 있다.
상기 변성 천연고무는, 상기 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예컨대, 상기 변성 천연고무로는 에폭시화 천연고무(ENR), 탈단백 천연고무(DPNR), 수소화 천연고무 등을 들 수 있다.
상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 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 원료고무는 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 공액 디엔 방향족 비닐 공중합체, 나이트릴 공액 디엔 공중합체, 수소화 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 수소화 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 올레핀 고무, 말레산으로 변형된 에틸렌-프로필렌 고무, 부틸 고무, 이소부틸렌과 방향족비닐 또는 디엔모노머의 공중합체, 아크릴 고무, 이오노머, 할로겐화 고무 및 클로로프렌 고무로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 코코피트는 코코넛 껍질 분쇄물을 말하며, 코피트(copeat), 코이어(coir) 또는 코이어더스트(coirdust)라고도 한다.
상기 코코피트는 평균입경이 0.5 ㎜ 이하인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.3 nm 내지 0.5 ㎜의 평균입경을 가지는 것이 좋다. 상기 코코피트의 평균입경이 0.5 ㎜ 이하인 경우 고무의 강도를 저하시키지 않는다는 장점이 있다. 코코피트의 평균 입경이 0.5mm 보다 클 경우에는 인장강도 등의 급격한 저하로 타이어 마모 성능이 급격히 저하될 가능성이 있다.
상기 코코피트는 말단에 카르복시산기를 포함하는 탄소수 15 내지 20개의 유기물로 표면이 개질 처리된다. 상기 유기물은 구체적으로 올레인산(oleic acid), 리놀산(linoleic acid), 라우린산(lauric acid), 펜타데실릭산(pentadecylic acid), 마르가르산(Margaric acid), 팔미트산(palmitic acid), 스테아린산(stearic acid) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있고, 바람직하게는 스테아린산을 사용할 수 있다. 상기 스테아린산으로 상기 코코피트의 표면을 개질 처리하는 경우 고무와의 친화력이 더욱 높아져 다른 고무 조성물 성분들과 보다 우수한 결합력을 나타내고 분산성이 향상될 수 있다.
상기 표면이 개질 처리된 코코피트는 코코피트 10 중량부에 대하여 상기 유기물 1 내지 4 중량부로 표면이 개질 처리될 수 있다. 상기 유기물의 함량이 1 중량부 미만인 경우 표면 개질에 따른 고무와의 친화력 상승 효과가 거의 없고, 4 중량부를 초과하는 경우 표면 개질된 코코피트의 스파이크 효과가 저해될 수 있다.
상기 표면이 개질 처리된 코코피트는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 표면이 개질 처리된 코코피트가 5 중량부 미만으로 사용되는 경우 트레드의 마모된 표면의 스파이크 효과가 저하되고, 10 중량부를 초과하여 사용하는 경우 인장강도가 급격히 저하될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 눈이나 빙상 노면에서의 제동성능을 향상시키기 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부의 발포제를 포함한다. 상기 발포제의 함량이 1 중량부 미만이면 발포 생성이 너무 적어 발포로 인한 수막 제거의 효과를 얻을 수 없고, 5 중량부를 초과하면 발포 생성이 많아져 고무 물성이 급격히 저하될 수 있다.
상기 발포제는 구체적으로 무기계 발포제, 니트로소계 발포제, 아조계 발포제, 술포닐하이드라지드계 발포제, 아지드계 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 무기계 발포제는 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, 바륨아조디카복시레이트 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 발포제는 바람직하게 p,p'-옥시비스벤젠술포닐하이드라지드를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 충진제, 노화방지제 또는 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 가류제는 적절한 가황 효과 및 원료고무를 화학적으로 안정하게 해주는 범위에서 조절할 수 있으며, 바람직하게는 가교도를 고려하면서 1.8 내지 2.2 중량부의 범위에서 사용할 수 있다.
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 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(leadoxide), 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 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부 및 0.5 내지 3 중량부로 사용할 수 있다. 상기 산화아연과 상기 스테아르산의 함량이 상기 범위 미만인 경우 가황 속도가 느려 생산성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 스코치 현상이 발생하여 물성이 저하될 수 있다.
상기 충진제는 카본블랙, 실리카, 탄산칼슘, 점토(수화규산알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 30 내지 300m2/g일 수 있고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 60 내지 180cc/100g 일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 300m2/g을 초과하면 타이어용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있고, 30m2/g미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 카본블랙의 DBP 흡유량이 180cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 60cc/100g 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 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 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 30 내지 80 중량부로 포함될 수 있다. 상기 카본블랙의 함량이 30 중량부 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 80 중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 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㎡/g일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 실리카의 질소흡착 비표면적이 100㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 180㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 실리카의 CTAB흡착 비표면적이 110㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 170㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
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 실리카는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 20 내지 90 중량부로 포함될 수 있고, 30 내지 70 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 40 내지 60 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 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 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.
그러나, 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 타이어의 내피로특성, 수명특성을 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 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0 내지 150 중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 원료고무의 가공성을 좋게 하기 때문이다.
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-phenylp-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 조성물을 이용하여 제조한 타이어 트레드를 포함한다. 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. 바람직하게는, 겨울철 스노우 타이어로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트래드용 고무 조성물은 코코피트와 고무 간의 친화력이 높아 상기 코코피트가 타이어에서 떨어져 나가지 않으며 상기 코코피트가 포함된 타이어 트레드의 마모도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어 트레드를 포함하는 타이어는 코코피트가 스파이크 역할을 함으로써 빙상마찰계수가 현저하게 향상하여 겨울철 빙설 노면에도 우수한 제동성능 및 구동성능을 가질 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예: 고무 조성물의 제조]
하기의 표 1과 같은 조성을 이용하여 하기의 실시예, 참고예 및 비교예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐다.
실시예 1은 원료고무 100 중량부에 대하여 표면이 개질 처리된 코코피트 5 중량부, 실시예 2는 표면이 개질 처리된 코코피트 7 중량부, 실시예 3은 표면이 개질 처리된 코코피트 10 중량부를 포함하도록 제조하였고, 참고예는 표면이 개질되지 않은 코코피트 7 중량부, 비교예 1는 표면이 개질 처리된 코코피트 3 중량부, 비교예 2는 표면이 개질 처리된 코코피트 12 중량부를 포함하도록 제조하였다. 각 실시예 및 비교예는 카본블랙 70 중량부, 아로마틱 오일 12 중량부, 산화아연 4 중량부, 스테아린산 2 중량부, 노화방지제 2 중량부, 왁스 2 중량부, 유황 2 중량부 및 발포제 4 중량부를 더 포함하도록 제조하였다.
　구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 참고예 비교예 1 비교예 2
원료고무 (1) 100 100 100 100 100 100
코코피트 (2) - - - 7 - -
표면 개질된 코코피트 (3) 5 7 10 - 3 12
카본블랙 70 70 70 70 70 70
아로마틱 오일(4) 12 12 12 12 12 12
산화아연 4 4 4 4 4 4
스테아린산 2 2 2 2 2 2
노화방지제 (5) 2 2 2 2 2 2
왁스 2 2 2 2 2 2
유황 2 2 2 2 2 2
발포제 (6) 4 4 4 4 4 4
(단위: 중량부)
(1) 원료고무: 천연고무 70 중량부, 1,4-시스폴리 부타디엔 고무 30 중량부
(2) 코코피트: 표면이 개질 처리되지 않은 평균입경이 0.45㎜인 코코피트
(3) 표면이 개질 처리된 코코피트: 스테아린산으로 표면이 개질 처리된 평균입경이 0.45㎜인 코코피트(코코피트 10 중량부에 대하여 스테아린산 2 중량부로 표면이 개질 처리됨)
(4) 아로마틱 오일: 미창석유공업, A#2 오일
(5) 노화방지제: 금호석유화학, KUMANOX-13
(6) 발포제: P,P-옥시비스벤젠술포닐히드라지드
[실험예: 제조된 고무의 물성측정]
상기 실시예, 참고예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 참고예 비교예1 비교예2
인장물성 경도 53 55 58 52 50 60
300% 모듈러스(kgf/cm2) 92 96 97 90 85 100
신율(%) 490 445 425 500 520 380
인장강도(kgf/cm2) 157 162 167 145 130 107
마찰계수 아이스 노면 112 114 116 100 101 98
상기 표 2에 나타난 바와 같이 실시예 1 내지 3는 표면이 개질 처리되지 않은 코코피트를 사용한 참고예에 비해서 빙상마찰계수가 향상되고, 모듈러스 및 인장강도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
비교예 1은 표면이 개질 처리된 코코피트를 사용한 것이나, 표면이 개질 처리된 코코피트의 함량이 5 중량부 미만인 3 중량부로 사용된 것으로서 실시예에 비하여 마찰계수가 떨어지고 인장강도 및 모듈러스 역시 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 비교예 2는 표면이 개질 처리된 코코피트를 10 중량부를 초과한 12 중량부로 사용한 것으로 마찰계수가 오히려 더 감소하며, 모듈러스 및 인장강도가 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1 내지 3에 있어서 표면이 개질 처리된 코코피트를 10 중량부로 사용한 실시예 3의 경우가 마찰계수, 모듈러스 및 인장강도에 가장 좋은 물성을 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 (6)

  1. 원료고무 100 중량부,
    코코피트 5 내지 10 중량부, 그리고
    발포제 1 내지 5 중량부를 포함하며,
    상기 코코피트는 말단에 카르복시산기(carboxylic acid group)를 포함하는 탄소수 15 내지 20개의 유기물로 표면이 개질 처리된 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코코피트는 평균입경이 0.5 ㎜ 이하인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 표면이 개질 처리된 코코피트는 코코피트 10 중량부에 대하여 상기 유기물 1 내지 4 중량부로 표면이 개질 처리된 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유기물은 스테아린산인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발포제는 무기계 발포제, 니트로소계 발포제, 아조계 발포제, 술포닐하이드라지드계 발포제, 아지드계 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어 트레드를 포함하는 타이어.
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