KR20130075445A - 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 0 내지 5 중량부, 그리고 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지, 아크릴화된 C5 석유수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 석유수지 5 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 경도와 초기 스트레인 영역에서의 모듈러스를 향상시키고, 마른 노면에서의 제동성능 향상시키고, 회전 저항 성능은 동등 수준으로 유지할 수 있다.

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, 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 경도와 초기 스트레인 영역에서의 모듈러스를 향상시키고, 마른 노면에서의 제동성능 향상시키고, 회전 저항 성능은 동등 수준으로 유지할 수 있다.
타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
최근 타이어는 드라이와 웨트 핸들링, 제동성, 마모성능, 내구성능 등 다양한 타이어의 성능이 요구되고 있으며 승용차의 고성능화로 인해 소비자들은 타이어의 고성능화를 요구하면서 타이어의 제동성능에 대한 요구가 높아지고 있다.
마른 노면에서의 제동성능을 향상시키는 방법으로는 타이어 트레드용 고무 조성물에 석유수지계 레진, 쿠마론-인덴수지계 레진 또는 페놀수지계 레진 등을 첨가함으로써 고무의 점착성을 높이거나 고 스티렌 성분을 포함하는 원료고무를 다량 사용함으로써 고무전이온도(Tg)를 높이고 노면에서의 동적손실계수(tanδ)를 증대시키는 방법이 있다. 또한, 입경이 작은 카본블랙을 사용하여 발열속도를 향상시킴으로서 마른 노면에서의 제동 성능 향상을 이루어 낼 수도 있다.
한국특허등록 제0359916호(등록일: 2002년 10월 24일) 한국특허등록 제0364955호(등록일: 2002년 12월 3일) 한국특허등록 제0477229(등록일: 2005년 3월 8일) 한국특허공개 제2011-0033322호(공개일: 2011년 3월 31일) 한국특허공개 제2011-0072409호(공개일: 2011년 6월 29일)
본 발명의 목적은 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 경도와 초기 스트레인 영역에서의 모듈러스를 향상시키고, 마른 노면에서의 제동성능 향상시키고, 회전 저항 성능은 동등 수준으로 유지할 수 있다.
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 0 내지 5 중량부, 그리고 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지, 아크릴화된 C5 석유수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 석유수지 5 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지 및 상기 아크릴화된 C5 석유수지를 3:2 내지 2:3의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 석유계 오일은 방향족계 오일일 수 있다.
상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지는 C5 석유수지 100 중량부에 대하여 3 내지 5 중량부의 C9 석유수지로 개질될 수 있다.
상기 아크릴화된 C5 석유수지는 C5 석유수지 100 중량부에 대하여 (메트)아크릴레이트 20 내지 40 중량부로 개질될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 석유계 오일 0 내지 5 중량부, 그리고 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지, 아크릴화된 C5 석유수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 석유수지 5 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 마른 노면에서의 제동 성능을 향상시키기 위해 석유계 오일 대신 연화제 역할을 하면서 마른 노면에서의 마찰계수를 높일 수 있는 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지, 아크릴화된 C5 석유수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 석유수지를 사용한 것이다. 상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지, 아크릴화된 C5 석유수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 석유수지는 연화제 역할을 하는 동시에 경도와 초기 스트레인(strain) 영역에서의 모듈러스가 향상되어 마른 노면에서의 제동 성능 향상시킬 수 있다.
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-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스-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 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 70 내지 90 중량부 및 부타디엔 고무 10 내지 30 중량부를 포함하고, 바람직하게 스티렌 부타디엔 고무 70 내지 85 중량부 및 부타디엔 고무 15 내지 30 중량부를 포함하며, 더욱 바람직하게 스티렌 부타디엔 고무 75 내지 85 중량부 및 부타디엔 고무 15 내지 25 중량부를 포함하고, 더 더욱 바람직하게 스티렌 부타디엔 고무 78 내지 82 중량부 및 부타디엔 고무 18 내지 22 중량부를 포함할 수 있다.
상기 원료고무는 내커트-치핑성 향상을 위하여, 기계적 강성이 높은 상기 스티렌 부타디엔 고무를 70 내지 90 중량부로 사용할 수 있고, 내마모성 향상을 위하여 상기 부타디엔 고무를 10 내지 30 중량부로 사용할 수 있다. 상기 부타디엔 고무의 함량이 30 중량부를 초과하면 내커트-치핑성이 저하될 수 있고, 상기 부타디엔 고무의 함량이 15 중량부 미만이면 내마모성이 저하될 수 있다.
상기 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 함량이 22 내지 25중량%이고, 비닐 함량이 15 내지 18중량%이며, 수평균 분자량(Mn)이 55,000 내지 59,000g/mol이고, 중량평균 분자량(Mw)이 260,000 내지 320,000g/mol이며, 분자량 분포(MWD)가 3.8 내지 4.2인 것일 수 있다.
또한, 상기 부타디엔 고무는 시스-1,4 부타디엔의 함량이 96중량% 이상이고, 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃인 고시스 부타디엔 고무(High Cis-Butadiene rubber)일 수 있다. 또한, 상기 부타디엔 고무는 100℃에서의 무니점도가 43 내지 47인 것일 수 있다. 상기 고시스 부타디엔 고무를 사용하는 경우에는 내마모 성능 및 동적 스트레스(Dynamic Stress)하에서의 열축적 제어(Heat Build Up) 면에서 유리한 효과가 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 연화제를 석유수지로 일부분 또는 전량 대체한 것으로서, 상기 연화제는 석유계 오일이다. 따라서, 상기 석유계 오일은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 즉, 상기 석유계 오일은 전량이 상기 석유수지로 대체될 수 있으며, 상기 석유계 오일의 함량이 5 중량부를 초과하는 경우 경도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 석유계 오일은 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 방향족계 오일을 사용할 수 있다. 상기 방향족계인 석유계 오일을 사용하는 경우 고무와의 상용성이 최적이고 다량으로 배합할 수 있다는 점에서 보다 바람직하다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지, 아크릴화된 C5 석유수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 석유수지를 5 내지 10 중량부로 포함한다. 상기 석유수지의 함량이 5 중량부 미만이면 석유수지 첨가에 따른 효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하면 경도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 석유수지로 상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지 및 아크릴화된 C5 석유수지를 모두 사용하는 경우 상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지 및 상기 아크릴화된 C5 석유수지를 3:2 내지 2:3의 중량비로 사용할 수 있다. 상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지 및 상기 아크릴화된 C5 석유수지를 상기 중량비로 포함하는 경우 마른 노면에서의 제동성능을 향상시키면서 회전 저항 성능도 향상시킬 수 있다.
상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지는 C5 석유수지 100 중량부에 대하여 3 내지 5 중량부의 C9 석유수지로 개질될 수 있고, 중량평균 분자량(Mw)은 1000 내지 3000g/mol이며, 연화점은 77 내지 97℃일 수 있다. 상기 아크릴화된 C5 석유수지는 C5 석유수지 100 중량부에 대하여 (메트)아크릴레이트 20 내지 40 중량부로 개질될 수 있고, 중량평균 분자량(Mw)은 500 내지 1500g/mol이며, 연화점은 88 내지 108℃일 수 있다. 상기 (메트)아크릴레이트는 메틸아크릴레이트일 수 있다. 상기 함량 범위로 개질된 상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지와 상기 아크릴화된 C5 석유수지는 C5 석유수지를 혼합하여 사용하는 경우 물성과 마찰계수가 증가하면서도 60℃ tanδ도 향상되는 시너지 효과를 얻을 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 충진제, 커플링제, 노화방지제, 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 트레드용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
상기 가류제로는 유황계 가류제를 바람직하게 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 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 4.0 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 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 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 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 타이어 트레드용 고무 조성물은 충진제를 더 포함할 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 있고, 45 내지 65 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 53 내지 57 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 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 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 있고, 설파이드계 실란 화합물을 바람직하게 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 커플링제는 상기 실리카의 분산성 향상을 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 커플링제의 함량이 1 중량부 미만일 경우 실리카의 분산성 향상이 부족하여 고무의 가공성이 저하되거나 저연비 성능이 저하될 수 있으며, 20 중량부를 초과하는 경우 실리카와 고무의 상호작용이 너무 강하여 저연비 성능은 우수할 수 있으나 제동 성능이 매우 저하될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 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 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
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 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. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 경도와 초기 스트레인 영역에서의 모듈러스를 향상시키고, 마른 노면에서의 제동성능 향상시키고, 회전 저항 성능은 동등 수준으로 유지할 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]
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐다.
(비교예 1)
하기 표 1에 개시된 배합비와 같이 용액중합 스티렌-부타다이엔 고무, 부타디엔 고무를 원료고무로 포함하며, 보강제로서 실리카, 연화제로서 석유계 오일, 커플링제, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 가황제 및 가황촉진제 등을 사용하여 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다.
상기 스티렌-부타디엔 고무는 원료고무 100 중량부에 대하여 16 중량부의 오일을 포함하고, 상기 석유계 오일로는 방향족계 오일을 사용하였다.
(실시예 1 및 2)
상기 비교예 1에서 석유계 오일 10 중량부 중 5 중량부 또는 전량을 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지로 대체한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다.
상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지는 C5 석유수지 100 중량부에 대하여 3~5 중량부의 C9 석유수지로 개질된 것이다.
(실시예 3 및 4)
상기 비교예 1에서 석유계 오일 10 중량부 중 5 중량부 또는 전량을 아크릴화된 C5 석유수지로 대체한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다.
상기 아크릴화된 C5 석유수지는 C5 석유수지 100 중량부에 대하여 30 중량부의 메틸아크릴레이트로 개질된 것이다.
(실시예 5)
상기 비교예 1에서 석유계 오일 10 중량부를 상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지 5 중량부 및 상기 아크릴화된 C5 석유수지 5 중량부로 대체한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다.
상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지는 C5 석유수지 100 중량부에 대하여 4 중량부의 C9 석유수지로 개질된 것이고, 상기 아크릴화된 C5 석유수지는 C5 석유수지 100 중량부에 대하여 30 중량부의 메틸아크릴레이트로 개질된 것이다.
단위: 중량부 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
스티렌 부타디엔 고무 80 80 80 80 80 80
부타디엔 고무 20 20 20 20 20 20
실라카 70 70 70 70 70 70
실란 15 15 15 15 15 15
산화 아연 2 2 2 2 2 2
스테아린산 1 1 1 1 1 1
석유계 오일 10 5 - 5 - -
석유수지1 - 5 10 - - 5
석유수지2 - - 5 10 5
1. C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지: 연화점(Softening Point) 87℃, MW 2000g/mol, C5-C9(C9<10 중량%), 코오롱사의 T-1080
2. 아크릴화된 C5 석유수지: 연화점(Softening Point) 98℃, MW 800g/mol, 코오롱사의 PX-95
[실험예: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 무니 점도(ML1+4, 125℃): Mooney MV2000(Alpha Technology)기기를 이용하여 Large Rotor, 예열 1분, 로터 작동시간 4분, 온도 125℃에서 구하였다.
(2) 인장 물성: 경도는 Shore A 경도계를 사용하였으며 인장물성은 ASTM D412 시험법에 따라 인스트론(Instron)시험기를 이용하여 측정하였다.
(3) 점탄성 물성: DMTS(Dynamic Material Testing System) 시험기를 이용하여 10Hz, static strain 5%, dynamic strain 0.5% 조건으로 -60℃에서 80℃까지 temperature sweep을 하며 측정하였다. 이 때, 0℃ tanδ 값이 높을수록 젖은 노면에서의 제동성능이 우수하며, 60℃ tanδ 값이 낮을수록 낮은 회전저항성능을 갖게 된다.
(4) 마찰 계수: Dynamic Friction Tester를 이용하여 마찰 계수를 측정한 결과로서, 비교예 1을 100로 하여 이를 기준으로 지수화하여 표현하였다. 마른 노면에서의 제동성능은 그 값이 클수록 좋은 것이다.
구분 비교예1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
무니점도 76 87 85 84 83 87
경도 67 67 68 69 70 68
20% 모듈러스 9.4 10.0 10.4 10.7 11.1 10.2
60℃ tanδ 0.093 0.096 0.098 0.099 0.100 0.103
마찰계수(마른노면) 100 102.6 101.6 102.9 103.2 103.3
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 석유수지를 포함하는 실시예 1 내지 5는 석유계 오일을 연화제로 사용한 비교예 1에 비해 무니 점도와 경도, 20% 모듈러스가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 경도와 초기 스트레인 영역의 모듈러스와 같은 경향으로 마른 노면에서의 마찰계수도 증가하였다.
또한, 실시예 2 및 4,5를 참조하면 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지를 단독으로 사용하거나 둘을 혼용하여 사용하는 경우보다 아크릴화된 C5 석유수지를 포함하는 경우가 마른 노면에서의 마찰계수가 더 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
실시예 1 내지 4를 참조하면, 석유수지의 함량이 증가할수록 물성과 마찰계수가 더 많이 증가하면서, 60℃ tanδ은 동등 수준을 유지함을 알 수 있다. 한편, 실시예 5와 같이 상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지와 상기 아크릴화된 C5 석유수지를 모두 포함하는 경우 물성과 마찰계수가 증가하면서도 60℃ tanδ도 향상되는 시너지 효과를 얻을 수 있음을 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 (6)

  1. 원료고무 100 중량부,
    석유계 오일 0 내지 5 중량부, 그리고
    C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지, 아크릴화된 C5 석유수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 석유수지 5 내지 10 중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지 및 상기 아크릴화된 C5 석유수지를 3:2 내지 2:3의 중량비로 포함하는 것이 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 석유계 오일은 방향족계인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 C9 석유수지로 개질된 C5 석유수지는 C5 석유수지 100 중량부에 대하여 3 내지 5 중량부의 C9 석유수지로 개질된 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴화된 C5 석유수지는 C5 석유수지 100 중량부에 대하여 20 내지 40 중량부의 (메트)아크릴레이트로 개질된 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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