KR20160040029A - 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 서브 트레드 접합용 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, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무로서 천연고무 100중량부에 대하여, HAF 카본블랙 10 내지 20중량부, 노화방지제 10 내지 20중량부, 가류제 3 내지 5중량부 및 가류촉진제 2 내지 3중량부를 포함함으로써, 인장특성 및 히스테리시스 성능의 저하없이 우수한 내열노화성을 나타낸다. 그 결과, 타이어 주행시 공기나 열에 의해 발생할 수 있는 그루브 크랙 등 트레드 부위의 노화에 의한 손상을 방지하여 타이어의 수명특성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE SUBTREAD AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 성형시 사용되는 서브 트레드 접합용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
타이어, 특히 트럭이나 버스용 타이어의 제조시 성형과정에서 트레드와 벨트간의 접합을 위한 태크(Tack) 성능은 매우 중요한 인자중에 하나이다. 이와 같은 태크 성능을 확보하기 위해 시트(sheet) 형태의 고무 조성물을 서브트레드(Sub Tread) 하단부에 접합하여 사용하고 있다. 그러나, 종래의 태크 성능 확보를 위한 시트 형태의 고무 조성물은 대부분의 경우 서브트레드와 매우 유사한 배합 특성을 갖는 것으로, 단순히 태크 성능을 확보하기 위해 그린 강도(Green Strength)를 낮춘 것이다. 따라서, 타이어 성형시의 태크 성능의 향상 이외의 다른 기능이 없다.
한편, 트럭 또는 버스 타이어용 캡 트레드(Cap Tread) 고무 조성물은 주행시 산소에 의한 산화, 열에 의한 노화 등 주행시 발생되는 고무의 노화를 방지하기 위해 통상 노화방지제를 약 0.5 내지 5 중량부의 함량으로 포함하며, 서브 트레드 역시 동등 수준의 함량으로 노화방지제를 포함하고 있다. 그러나, 상기와 같은 노화방지제를 포함함에도 불구하고, 사용시에 그루브 크랙, 노화에 의한 타이어 마모성능 하락 등에 따른 수명 감소의 문제가 있다.
이 같은 문제를 해결하기 위해 캡 트레드에서의 노화 방지제 함량을 증가시키는 방법을 고려해 볼 수 있으나, 노화방지제의 함량이 증가될 경우 내발열 성능이 저하되고, 그 결과 타이어 주행시 발열에 의한 분리(Separation)가 발생할 수 있다. 또 서브 트레드에서의 노화방지제의 함량을 증가시키는 방법을 고려해 볼 수 있으나, 서브 트레드에서의 노화방지제 함량이 증가될 경우 타이어 성능이 저하되는 문제가 있다.
최근 장 수명의 타이어에 대한 시장의 요구가 증가함에 따라, 그루브 크랙, 노화에 의한 타이어 마모성능 하락 및 수명 감소를 방지할 수 있는 고무 조성물에 대한 연구 및 개발이 요구된다.
한국등록특허 제0342735호 (2002.06.19 등록)
본 발명의 목적은 고무 조성물의 인장특성 및 히스테리시스 성능의 저하없이 우수한 내열노화성을 가져, 타이어 주행시 공기나 열에 의해 발생할 수 있는 그루브 크랙 등 트레드 부위의 노화에 의한 손상을 방지할 수 있는 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 서브 트레드 하단 접합용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물은, 원료고무로서 천연고무 100중량부에 대하여, HAF(High Abrasion Furnace) 카본블랙 10 내지 20중량부, 노화방지제 10 내지 20중량부, 가류제 3 내지 5중량부 및 가류촉진제 2 내지 3중량부를 포함한다.
상기 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물에 있어서, 상기 카본블랙은 비표면적이 80 내지 120m2/g인 것일 수 있다.
상기 노화방지제는 N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-Dimethylbutyl)-N-phenyl-p-phenylenediamine, 6PPD), N'-이소프로필-N-페닐-p-페닐렌디아민(N'-isopropyl-N-phenyl-p-phynylenediamine, 3PPD), 폴리(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린(Poly(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline)) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 가류제는 유황계 가류제일 수 있다.
상기 가류촉진제는 N-t-부틸-벤조티아질설펜아미드(N-tertiarybutyl-2-benzothiazylsulfenamide, NS), N-시클로헥실-2-벤조티아질설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamide, CZ), N,N-디페닐 구아니딘(N-Diphenyl Guanidine, DPG), N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질설펜아미드(N-oxydiethylene-2-benzothiazylsulfenamide), 테트라메틸티우람 디설파이드(Tetrametylthiuram disulfide, TT) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
또, 상기 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 연화제 1 내지 10중량부, 산화아연 1 내지 5 중량부 및 스테아르산 0.5 내지 3중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물은 시트(sheet)상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기한 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 타이어의 서브 트레드 하단부에 접합되어 사용되는 고무 조성물의 제조시, 일반적으로 사용되는 함량 대비 높은 수준의 노화방지제를 사용함으로써 인장특성 및 발열내구성능, 즉 히스테리시스 성능의 저하없이 우수한 내열노화성을 가지며, 그 결과로 타이어의 노화를 방지하여 수명을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
상세하게는, 타이어의 성형 공정 중, 노화방지제 함량이 높은 고무 조성물선택되는 어느 하나인 레드 하단부에 접합하면, 접합 부위에서의 농도차에 의해 노화 방지제의 이동(Migration)이 서브트레드와 캡 트레드로 순차적으로 일어난다. 이에 따라 타이어 주행시 노화방지제가 소진되는 만큼 서브 트레드 하단부에 접합된 고무 조성물로부터 노화방지제를 보충받을 수 있기 때문에 더 오래, 더 안전하게 타이어를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 원료고무로서 천연고무 100중량부에 대하여, 카본 블랙 10 내지 20중량부, 노화방지제 10 내지 20중량부, 가류제 3 내지 5중량부 및 가류촉진제 2 내지 3중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 원료고무는 천연고무를 포함한다.
상기 천연고무는 우수한 인장강도 및 내마찰성을 갖는 것으로, 통상 타이어 고무 조성물에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적으로 상기 천연 고무는 일반적인 천연 고무, 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.
또, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 카본블랙은 SAF, ISAF, HAF, MAF, FEF, SRF, GPF, APF, FF, CF, SCF 및 ECF와 같은 퍼니스 블랙(퍼니스 카본 블랙); 아세틸렌 블랙(아세틸렌 카본 블랙); FT 및 MT와 같은 서멀 블랙(서멀 카본 블랙); EPC, MPC 및 CC와 같은 채널 블랙(채널 카본 블랙); 그래파이트일 수 있으나 바람직하게는 HAF(High Abrasion Furnace) 카본블랙일 수 있다.
상기 HAF 카본블랙은 높은 내마모성과 함께 타이어의 주기적인 응력부하에 따른 발생 열의 축적이 적당한, 우수한 내열성을 갖는다.
더욱 바람직하게는 상기 HAF 카본블랙은 비표면적이 80 내지 120m2/g, 혹은 80 내지 100m2/g인 것일 수 있다. HAF 카본블랙의 비표면적이 80m2/g 미만인 경우 크랙 발생의 우려가 있고, 120m2/g를 초과할 경우 내열성이 저하될 우려가 있다.
상기와 같은 카본블랙은 원료고무 100중량부에 대해 10 내지 20중량부로 포함될 수 있다. 카본블랙의 함량이 10중량부 미만이면 카본블랙 사용에 따른 타이어의 보강 성능 개선효과가 미미하고, 20중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있다.
또, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시켜, 고무 조성물의 내오존 및 내산화성을 향상시킨다.
상기 노화방지제로는 구체적으로 아민계, 페놀계, 퀴놀린계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염, 왁스 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 아민계 노화방지제로는 N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민(3PPD), N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민(3PPD), N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-디아릴-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-사이클로헥실 p-페닐렌디아민, 또는 N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또, 상기 페놀계 노화방지제로는 페놀계인 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-이소부틸리덴-비스(4,6-디메틸페놀), 또는 2,6-디-t-부틸-p-크레졸 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또, 상기 퀴놀린계 노화방지제로는 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, 폴리(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린, 또는 폴리(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린(Poly(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline), RD) 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또, 상기 왁스로는 왁시 하이드로카본 등을 사용할 수 있다.
이중에서도, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민(3PPD), N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-p-페닐렌디아민(6PPD), 폴리(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린(RD) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 노화방지제 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 보다 바람직할 수 있다.
상기와 같은 노화방지제는 원료고무 100중량부에 대해 10 내지 20중량부로 포함될 수 있다. 노화방지제의 함량이 10중량부 미만이면 노화방지제 사용에 따른 노화방지 및 수명 특성 개선효과가 미미하고, 20중량부를 초과하면 내발열 성능의 저하 우려가 있다. 또, 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 15 내지 20중량부로 포함될 수 있다.
또, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 상기 가류제로는 구체적으로 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 또는 산화마그네슘 등의 금속산화물을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로 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. 또, 상기 유황계 가류제로는 구체적으로 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수 있다.
또, 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, 또는 n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
이중에서도 유황계 가류제가 고무 조성물의 인장특성 개선 효과면에서 고려할 때 보다 바람직할 수 있다.
상기와 같은 가류제는 원료고무 100 중량부에 대하여 3 내지 5중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
또, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진한다.
구체적으로 상기 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 술펜아미드계 가류촉진제로는, 예컨대 N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS), N-t-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS), N,N-디시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질술펜아미드, N,N-디이소프로필-2-벤조티아졸술펜아미드 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 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 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 티우람계 가류촉진제로는, 예컨대 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 티오우레아계 가류촉진제로는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 구아니딘계 가류촉진제로는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 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 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 가류촉진제로는, 예컨대 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 아세트알데히드-암모니아 반응물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 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.
이중에서도 고무의 내열성 개선 효과가 우수한 N-t-부틸-벤조티아졸-설펜아미드(N-tertiarybutyl-2-benzothiazylsulfenamide, NS), N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamide, CZ), N,N-디페닐 구아니딘(Diphenyl Guanidine, DPG), N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질 설펜 아미드(N-oxydiethylene-2-benzothiazyl sulfen amide), 테트라메틸 티우람 디설파이드(Tetrametylthiuram disulfide, TT) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성, 특히 인장특성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 2 내지 3 중량부로 포함될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기한 성분들 외에 선택적으로 연화제, 가류촉진조제 또는 점착제 등의 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 각종 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.
구체적으로, 상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가되는 것으로, 고무 배합시나 고무 제조시에 사용되는 가공오일류를 의미한다. 상기 연화제로는 석유계 오일, 식물 유지 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 PAHs라 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 트레드의 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 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부, 혹은 5 내지 10중량부로 포함되는 것이 원료고무의 가공성을 좋게 한다는 점에서 바람직하다.
또, 상기 가류촉진조제는 상기한 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 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 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 2 내지 4 중량부로 포함될 수 있다. 상기 점착제의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 2 중량부 미만이면 접착 성능이 불리해질 수 있고, 4 중량부 초과이면 고무 물성이 저하될 수 있다.
상기 타이어 서브 트레드 접합용 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.
상기와 같은 방법에 따라 제조된 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물은 시트상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
보다 구체적으로, 상기 타이어는 트레드, 상기 트레드 양측의 사이드월, 및 양 사이드월 단부의 비드부, 상기 좌우 한 쌍의 비드부 사이에 위치하며, 타이어 폭 방향 양 단부가 각각 비드 코어의 주위를 타이어 내측에서 외측으로 감싸는 카커스층, 상기 카커스층의 외주측에 위치하는 벨트층, 그리고 상기 카커스층의 내측에 위치하는 이너라이너를 포함한다.
상기 타이어에 있어서, 상기 트레드는 벨트 외측을 덮으며, 노면과 접촉하는 부분으로 외부의 충격과 주위 조건으로부터 벨트 및 카카스층을 보호하며 제동력, 구동력, 견인력을 노면에 전달하는 역할을 하는 캡트레드(Cap tread); 상기 캡트레드의 하부면에 위치하여, 벨트와 캡트레드 사이에서 발생하는 전단 응력을 완화시켜 트레드부의 발열을 억제함으로써, 절단 및 갈라짐을 방지하고, 또 벨트층으로의 오일침투를 막고 벨트와 트레드의 접착을 보다 강화하는 역할을 하는 서브트레드(Sub tread); 및 상기 캡트레드와 사이드월과의 경계 면에 위치하여 내크랙성을 향상시킴과 동시에 이들 간의 접착성을 높이는 역할을 하는 트레드윙(Tread Wing)을 포함하고, 그리고 상기 서브 트레드와 벨트층 사이에 위치하며, 상기 서브 트레브에 접합되는 시트상의 서브트레드 접합용 고무 조성물을 포함한다.
상기 서브 트레드 접합용 고무 조성물은 앞서 설명한 바와 동일하며, 인장특성 및 히스테리시스 성능의 저하없이 우수한 내열노화성을 가져, 타이어 주행시 공기나 열에 의해 발생할 수 있는 그루브 크랙 등 트레드 부위의 노화에 의한 손상을 방지하여 타이어의 수명특성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 타이어는 LTR(light truck radial) 타이어, UHP(ultra high performance) 타이어, 경주용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 승용차용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 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 서브 트레드 접합용 고무 조성물은 인장특성 및 히스테리시스 성능의 저하없이 우수한 내열노화성을 나타낸다. 그 결과, 타이어 주행시 공기나 열에 의해 발생할 수 있는 그루브 크랙 등 트레드 부위의 노화에 의한 손상을 방지하여 타이어의 수명특성을 크게 향상시킬 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 : 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물의 제조]
하기 표 1과 같은 조성을 반바리 믹서에 첨가하여 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐다. 또, 제조한 고무 조성물을 150℃에서 40분간 가류시켜 시편을 제조하였다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6
천연고무 1) 100 100 100 100 60 100 100 100
합성고무 2) - - - - 40 - - -
HAF 카본블랙 3) 40 40 15 15 15 - 15 15
GPF 카본블랙 4) - - - - - 15 - -
산화아연 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
스테아린산 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
오일 5) 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
노화 방지제 6) 2.0 10.0 10.0 20.0 20.0 20.0 30 20
유황
(Ground Sulfur)		 2.0 2.0 3.0 4.0 4.0 4.0 4.0 7
가류촉진제 7) 1.0 1.0 2.0 3.0 3.0 3.0 3.0 5
단위: 중량부
1) 천연고무: STR-10 (제조사명: Sri Trang Agro-Industry)
2) 합성고무: SBR1500 (제조사명: 금호석유화학)
3) HAF 카본블랙: N330 (제조사명: 에보닉카본블랙)
4) GPF 카본블랙: N660 (제조사명: 에보닉카본블랙)
5) 오일: N2 Oil (제조사명: 미창오일)
6) 노화방지제: N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민(3PPD)
7) 가류촉진제: N-t-부틸-2-벤조티아질 설펜아미드(NS)
[ 실험예 1: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 하기와 같은 방법으로 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
- 인장 물성: 미가류 고무를 150℃ 온도에서 가류하여 덤벨 형태의 시편을 제작하고, 경도 및 300% 모듈러스를 각각 측정하였다.
- 발열 성능: RDS(Rheo Dynamic Spectroscopy)를 이용하여 60℃ tan δ 을 측정하였다. 비교예 1의 60℃ tan δ값을 100으로 하여 지수화하여 나타내었다.
- 피로성능: Fatigue & Failure test (F-F)를 이용하여 상온에서 파괴시까지의 반복 피로변형 Cycle을 측정하였다. 비교예 1의 값을 100으로 하여 지수화하여 나타내었다.
- 노화 방지제 잔존율(%): 미가류 고무를 원통형 모양으로 제작한 후, 비교예 1 및 실시예들을 50:50으로 접합하여 150℃에서 가류하고 100℃ 에서 3일동안 노화 시켰다. 비교예1 부위의 노화 방지제 함량을 가스크로마토그래피(Gas Cromatograph)를 이용하여 측정한 후 하기 수학식에 따라 계산하였다. 노화방지제 잔존율 %가 높을수록 남아있는 노화방지제 함량이 높음을 의미한다.
Figure pat00001
비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6
인장
특성		 경도 60 50 60 60 56 54 52 10
300% 모듈러스 150 80 150 150 140 120 110 180
발열 성능
(60℃tanδ, 지수)		 100 50 100 100 80 120 50 140
피로성능
(F-F, 지수)		 100 140 120 100 80 80 90 40
노화방지제 잔존율 (%) 10 70 70 90 90 90 95 90
상기 표 2의 비교예2 에서 보는 바와 같이, 노화방지제 함량을 단순히 증가할 경우 경도 및 모듈러스가 저하되고, 히스테리시스(Hysteresis)가 비교예 1에 비해 매우 불리하였다.
이러한 경도 및 모듈러스 저하를 개선하기 위해 카본블랙의 함량을 감량하고 유황 및 촉진제의 함량을 증가시킨 실시예 1에서는 비교예 2와 비교하여 노화방지제의 잔존율은 동등 수준이었으나, 경도 및 모듈러스가 증가하였다. 또, 노화방지제 잔존율을 더욱 향상시키기 위해 노화 방지제 함량을 더욱 증가시키고, 경도 및 모듈러스 수준을 비교예1 수준으로 확보하기 위해 유황 및 촉진제 함량을 더욱 증가시킨 실시예 2는 비교예 1과 동등 수준의 인장특성을 나타내면서도 노화방지제의 잔존율이 크게 증가하였다. 합성고무를 사용하는 비교예 3에서는 경도와 인장강도 및 피로성능의 저하를 확인하였으며, GPF 카본블랙을 사용한 비교예 4에서는 발열에는 유리하나 인장특성 및 피로성능에 불리함을 관찰하였다. 또한 노화방지제를 과량 투입한 비교예 5는 발열 성능의 극단적인 하락을 가져오며, 과량의 유황과 촉진제를 사용할 경우 피로성능이 극단적으로 불리하였다.
상기와 같은 결과로부터 인장특성 및 히스테리시스 성능의 저하없이 우수한 내열노화성을 나타내기 위해서는 노화방지제 함량의 증가와 함께 카본블랙, 가류제 및 가류촉진제의 함량 제어가 동시에 이루어져야 함을 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 (8)

  1. 원료고무로서 천연고무 100중량부에 대하여, HAF(High Abrasion Furnace) 카본블랙 10 내지 20중량부, 노화방지제 10 내지 20중량부, 가류제 3 내지 5중량부 및 가류촉진제 2 내지 3중량부를 포함하는 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카본블랙이 비표면적이 80 내지 120m2/g인 것인 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노화방지제가 N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-Dimethylbutyl)-N-phenyl-p-phenylenediamine), N'-이소프로필-N-페닐-p-페닐렌디아민(N'-isopropyl-N-phenyl-p-phynylenediamine), 폴리(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린(Poly(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline)) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가류제가 유황계 가류제인 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가류촉진제가 N-t-부틸-벤조티아질설펜아미드(N-tertiarybutyl-2-benzothiazylsulfenamide), N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamide), N,N-디페닐 구아니딘(Diphenyl Guanidine), N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질설펜아미드(N-oxydiethylene-2-benzothiazyl sulfen amide), 테트라메틸티우람 디설파이드(Tetramethylthiuram disulfide) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 연화제 1 내지 10중량부, 산화아연 1 내지 5 중량부 및 스테아르산 0.5 내지 3중량부를 더 포함하는 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    시트(sheet)상을 갖는 것인 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물.
  8. 제1항에 따른 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
KR1020140133503A 2014-10-02 2014-10-02 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 KR20160040029A (ko)

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KR1020140133503A KR20160040029A (ko) 2014-10-02 2014-10-02 타이어 서브 트레드 접합용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어

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