KR20150024701A

KR20150024701A - 타이어용 트레드 고무 조성물

Info

Publication number: KR20150024701A
Application number: KR20130101956A
Authority: KR
Inventors: 한민현; 강용구; 정호균; 김창환; 김동욱
Original assignee: 넥센타이어 주식회사
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-09

Abstract

본 발명은 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 타이어용 트레드 고무조성물은 원료고무에 실리카와 함께 고연화점을 갖는 개질된 테르펜 페놀 수지를 적용함으로서, 수지 내 카르복실기 같은 친수기가 실리카 표면의 실라놀기와 서로 화학적 결합 또는 수소 결합을 하도록 유도하고, 수지 내 존재하는 페놀(Phenol)이 합성고무와의 상용성을 높여주어 수지의 유동성을 감소시킴으로써 회전저항 성능의 저하없이 젖은 노면에서의 그립 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

타이어용 트레드 고무 조성물{Rubber Composition for Tread of Tire}

본 발명은 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것이고, 보다 상세하게는 고연화점을 갖는 개질된 테르펜 페놀 수지를 사용함으로써 마모 및 회전저항 성능을 저하시키지 않으면서 젖은 노면에서의 그립(Wet Grip) 성능을 획기적으로 개선한 새로운 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

오늘날 타이어의 요구수준은 매우 다양하여, 조종안정성, 소음, 직진성, 회전저항, 제동력, 내마모성 등의 모든 특성을 적절히 갖추어 운전자의 조정력에 긴밀하게 대응하도록 하는 기술이 요구되고 있다.

특히 이러한 특성 중에서 제동력에 대해서는 타이어의 기본 성능 못지않게 소비자의 요구가 증대되고 있는 추세이며, 특히, 자동차의 안정성과도 직결되므로 타이어 제조업체의 주요 관심사로서, 이를 해결하기 위한 연구개발이 활발히 추진되고 있는 실정이다.

타이어의 젖은 노면에서의 그립(Wet Grip) 성능을 올리기 위해서는 노면의 요철상을 타이어가 이동할 때에 타이어 트레드 부위 고무의 반복변형에 대응한 주파수로 나타내어질 수 있는 트레드부의 히스테리시스 손실(Tanδ)을 크게 할 필요가 있다. 반면, 타이어의 회전저항을 작게 하는 것, 즉 연비향상은 타이어의 회전속도에 대응한 주파수로 트레드부의 히스테리시스 손실을 저하시키는 것을 필요로 한다. 일반적으로 젖은 노면에서의 그립(Wet Grip)은 10Hz의 주파수로 0℃의 Tanδ와 대응하고, 타이어의 회전저항은 10Hz의 60℃ 부근의 Tanδ와 상응한다.

타이어의 조종안정성을 개선시키기 위하여, 종래에는 오일(Oil)을 이용하여 발열특성을 향상시킴으로서 젖은 노면에서의 그립성능을 개선하는 방법, 스티렌(Styrene) 함량이 높은 스티렌-부타디엔 고무(Styrene-Butadiene Rubber)를 배합 고무에 첨가함으로써 고무 조성물의 유리 전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)를 상승시켜 젖은 노면에서의 그립성능을 향상시키는 방법, 또는 친수성이 강한 실리카(Silica)를 사용하여 젖은 노면이나 눈길에서의 그립성능을 향상시키는 방법 등이 이용되고 있었다.

그러나, 이러한 방법들은 고무 조성물의 주재료인 고무를 상기의 특정 성분으로 일부 또는 전부 대체하여야 효과가 나타나며, 고무 조성물의 젖은 노면에서의 그립성능은 개선되지만, 다른 성능에는 무익한 영향을 끼치는 경우가 있다.

또한, 공개특허 제2004-0050039호 및 제2007-0004255호에서는 고무에 반응성 수지를 가하여 젖은 노면에서의 그립성능을 개선시키고 있지만, 기대되는 만큼 효과를 발휘하지는 못하고 있다.

이에 본 발명자들은 주재료인 고무에 변경을 가하지 않고, 타이어용 트레드의 성능을 전반적으로 개선시키는 방안을 연구하면서, 일반적인 원료 고무에 고연화점을 갖는 개질된 테르펜 페놀 수지를 사용하는 경우, 마모 및 회전저항 성능을 저하시키지 않으면서 젖은 노면에서의 그립(Wet Grip) 성능을 개선시킬 수 있음을 밝히고 본 발명을 완성하였다.

10-2004-0050039, 한국타이어 주식회사, 2004년06월14일 10-2007-0004255, 금호타이어 주식회사, 2007년01월09일

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 회전저항성등 고무 조성물의 제반 물성에는 영향을 미치지 않으면서 젖은 노면에서의 그립(Wet Grip) 성능을 획기적으로 개선시킬 수 있는 타이어용 트레드 고무 조성물을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 천연고무 및 합성고무 중에서 선택된 원료고무 100중량부에 기초하여, 보강충전제로서 실리카 1 내지 100중량부 및 고연화점을 갖는 개질된 테르펜 페놀 수지 1 내지 10중량부를 포함하는 타이어용 트레드 고무 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 타이어용 트레드 고무 조성물에 있어서, 상기 개질된 테르페놀 수지는 비중이 1.03 내지 1.13, 연화점이 120 내지 200℃, 중량평균분자량이 500 내지 2,000g/mol인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 타이어용 트레드 고무 조성물은 원료 고무에 고연화점을 갖는 개질된 테르펜 페놀 수지를 적용하여 마모 및 회전저항 성능의 저하없이 젖은 노면에서의 그립성능을 획기적으로 개선시킨다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 천연고무 및 합성고무 중에서 선택된 원료고무 100중량부에 기초하여, 보강충전제로서 실리카 1 내지 100중량부 및 고연화점을 갖는 개질된 테르펜페놀 수지 1 내지 10 중량부를 포함하는 타이어용 트레드 고무 조성물이다.

본 발명에 따른 타이어용 트레드 고무 조성물에 있어서, 상기 원료고무는 타이어 고무 조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 이러한 원료고무의 예로서 천연고무 또는 합성고무를 단독으로 사용하거나 또는 천연고무와 합성고무가 1:9 내지 9:1의 중량비로 함유된 혼합물을 사용할 수 있다.

여기서, 상기 합성고무로는 스티렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌-함유 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴-함유 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무, 클로로부틸 고무, 브로모부틸 고무 등을 포함하지만 이에 국한되지 않는 하나 이상의 고무일 수 있다.

또한, 원료고무로는 2종 이상의 합성고무가 혼합되어 사용할 수 있으며, 여기서 2종의 합성고무는 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합된 원료고무가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 타이어용 트레드 고무 조성물에 있어서, 보강 충전제로 사용되는 실리카는 당해 분야에서 보강제로서 타이어 고무 조성물에 사용되는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 실리카의 일례로서, 비표면적 특성(BET)이 110 내지 290m²/g이고, 수분 함량이 4.0 내지 7.0%이고, 순도가 80% 이상인 특성을 갖는 실리카를 원료고무 100중량부에 대하여 10 내지 100 중량부를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 실리카의 함량이 30 중량부 이상 적용될 때 그 효과가 더욱 크게 발현된다.

본 발명에 따른 타이어용 트레드 고무 조성물에 포함되는 상기 고연화점을 갖는 개질된 테르펜 페놀 수지(Modified Terpene Phenolic Resin)로는 비중이 1.03 내지 1.13이고, 연화점이 120 내지 200℃이고, 중량평균분자량이 500 내지 2,000g/mol인 것을 원료고무 100 중량부에 기초하여 1 내지 10 중량부 사용하는 것이 바람직하다.

기존에 나와 있는 일반적인 테르펜 페놀수지의 경우 연화점이 110℃ 정도로 적용시 그립성능은 향상시킬 수 있으나 회전저항 성능 및 기타 인장물성 저하를 수반한다. 따라서 상기 컴파운드내에서 그립성능을 향상시키면서 회전저항 성능 등의 물성저하를 방지하기 위해서는 타이어의 일반주행 시에는 회전저항을 유지하면서 브레이킹시에는 수지가 연화되는 것이 중요하며, 이 때 그립성능을 향상시키기 위해서는 일반적인 수지보다 연화점이 높아야 한다. 그러나, 수지의 연화점이 200℃를 넘을 경우, 주행 시 연화되지 않으며, 또한 배합 시 녹지 않아 이물로서 작용하여 물성을 하락시킬 수 있다. 따라서, 상기 개질된 테르펜 수지의 연화점은 120 내지 200℃의 범위가 바람직하다.

일반적으로 수지의 중량평균 분자량은 연화점이 높을수록 분자량 또한 증가하는 특징이 있다. 이때 특정 폴리머 뿐만 아니라 모노머나 다이머등 저분자의 분포도 역시 증가하는데 본 발명에 따른 개질된 테르펜 페놀수지는 모노머나 다이머 등의 저분자량을 거의 없애고 특정 폴리머의 분포가 나타나게 조절하면서 연화점을 높였다.

상기 개질된 테르펜 페놀 수지의 사용량이 1 중량부 미만일 경우 젖은 노면에서의 그립 성능(Wet Grip)의 개선효과가 충분히 나타나지 않으며, 10 중량부를 초과할 경우 젖은 노면에서의 그립 성능(Wet Grip)의 개선효과는 증가하나 상대적으로 기계적 물성이 나빠질 우려가 있다.

상기 개질된 테르펜 페놀 수지는 수지 내 카르복실기가 실리카 표면의 실라놀기와 서로 화학적 결합하거나 또는 수소결합 하도록 유도하며, 수지 내 존재하는 페놀(Phenol)이 합성고무와의 상용성을 높여주어 회전저항 성능을 향상시키는 수지의 유동성을 감소시킴으로써 회전저항 성능의 저하 없이 젖은 노면에서의 그립 성능(Wet Grip)을 향상시킬 수 있다.

앞서 언급된 원료고무, 실리카, 수지 이외에 종래의 타이어 고무 조성물에 사용되는 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류 촉진제와 같은 각종 첨가제는 필요에 따라 적절하게 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나, 이들은 종래의 타이어 고무 조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원 발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명은 상기 타이어 고무 조성물을 함유하는 타이어를 포함한다.

이때, 타이어는 승용차용 타이어, 트럭/버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.

이하, 본 발명은 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명하지만, 이것으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1

하기 표 1과 같은 조성물을 재료별 조성을 정확히 계량하되 1.6L 용량의 반버리 믹서(Banbury Mixer)에 충전율(Fill Factor)이 0.70이 되도록 계량하고, 반버리 믹서에 넣고 혼합하였으며, 165℃에서 20분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

고무 배합표 (단위: phr¹ ⁾)
구분	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3
합성고무² ⁾	100	100	100	100
ZnO₂(Zinc Oxide)	3	3	3	3
스테아르산	2	2	2	2
실리카	80	80	80	80
X-50S³ ⁾	12.8	12.8	12.8	12.8
Oil	37.5	37.5	37.5	37.5
수지⁴ ⁾	-	3	5	7
황	1.5	1.5	1.5	1.5
CBS(N-Cyclohexylbenzo thiazole)	1.5	1.5	1.5	1.5
DPG (N,N-Diphenylguanidine)	1	1	1	1
1) phr: Parts per hundred rubber, 원료고무 중량 100에 대한 혼합재료의 중량 2) 합성고무: 비닐 함량이 55~65%, 스티렌 함량이 20~30%, 용액중합 스티렌 부타디엔 고무 2) X-50S: N-330과 Si-69를 50:50으로 혼합한 실리카용 실란 커플링제 3) 수지: 고연화점의 개질된 테르펜 페놀수지(Mw: 1,150g/mol, 연화점 : 160℃, 비중 : 1.01)

평가예 1

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조된 고무에 대하여 다음과 같은 가항특성 및 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

하기 표 2에서, 무니 점도(ML 1+4(100℃)는 ASTM 규격 D 1646에 의해 측정하였다. ML 1+4는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미가류 고무의 가공성이 우수한 것을 나타낸다.

경도는 쇼어 A 타입(shore A type) 경도기에 의해 측정하였다. 경도는 시편의 딱딱한 정도로 조종 안정성을 나타내는 것으로 그 값이 높을수록 조종 안정성이 우수함을 나타낸다.

300% 모듈러스는 300% 신장시의 인장강도로서 ASTM 규격 D 412에 의해 측정하였고, 수치가 높을수록 우수한 강도를 나타낸다.

신장률은 인장시험기에서 시험편이 끊어질 때까지의 스트레인 값을 %로 나타내는 방법으로 측정하였다.

인장강도는 인장시험기에서 시험편이 끊어질 때까지의 스트레스 값을 나타낸 값으로 단위면적당 받는 힘을 측정하였다.

파단강도는 인장시험기에서 시험편이 찢어질 때까지의 스트레스 값을 나타낸 값으로 단위면적당 받는 힘을 측정하였다.

마모도는 윌리엄 어브레션 테스터(William abrasion Tester)로 시편과 연마석이 직접 접촉함으로써 가혹도가 높은 측정법을 이용하였으며, 상온에서 회전시켜 마모된 고무의 손실량을 측정한 값으로 수치가 낮을수록 우수한 마모성능을 나타낸다.

점탄성은 가보 비스코미터(Gabo viscometer) 측정기를 사용하여 0.2% 변형에 10Hz Frequency 하에서 -60℃에서 80℃까지 Tanδ값을 측정하였다. 이때, Tanδ값이 가장 큰 온도를 유리전이온도라 규정하고 0℃ Tan δ 는 값이 클수록 젖은 노면에서의 제동 성능이 우수함을 나타내며, 60℃ Tan δ는 값이 작을수록 주행 중 발열이 적어 회전저항이 우수함을 나타낸다.

가황특성 및 물성 시험결과
구분	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3
무니(Mooney) 점도(100℃)	88	87	84	82
경도	73	72	71	68
300％모듈러스(kgf/cm²)	143	134	134	120
인장강도(kgf/cm²)	199	199	217	207
신율(%)	390	410	440	460
파단 강도(kgf/mm²)	45	45	44	44
마모도(Willium, %)	0.62	0.46	2.66	3.18
Tg	-6.0	-4	-4.1	-3.9
0℃ Tanδ	0.851	0.917	0.932	0.977
60℃ Tanδ	0.138	0.133	0.150	0.160

상기 표 2의 결과로부터 고연화점을 가진 개질된 테르펜 페놀 수지를 적용한 실시예 1 내지 3의 경우 비교예 1에 비하여, 인장강도, 내마모성, 회전저항등을 동등 이상으로 유지하면서 젖은 노면에서의 그립성능이 크게 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1, 2 및 3을 살펴보면, 함유량의 증가에 따라 젖은 노면에서의 그립성능은 크게 증가하나, 무니 점도를 비롯하여 마모성능 등 물리적 특성이 저하되는 양상을 통해 수지를 10 중량부를 초과하여 적용할 경우, 고무 조성물의 무니 점도 감소에 의한 급격한 물성 저하가 예상된다.

Claims

천연고무 및 합성고무에서 선택된 1종 이상을 함유한 원료고무 100 중량부에 기초하여, 보강 충전제로서 실리카 10 내지 100 중량부 및 고연화점을 갖는 개질된 테르펜 페놀 수지(Modified Terpene Phenolic Resin) 1 내지 10 중량부를 포함하는 타이어용 트레드 고무 조성물.
제1항에 있어서,
상기 고연화점을 가진 개질된 테르펜 페놀 수지는 비중 1.03 내지 1.13, 연화점 120 내지 200℃, 중량평균분자량 500 내지 2,000g/mol인 타이어용 트레드 고무 조성물.
제1항 내지 제2항에 따른 타이어용 트레드 고무 조성물로 제작된 타이어.