KR20180073967A - 타이어의 그립력을 향상시키는 타이어 트레드용 첨가제 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
테르펜 페놀 수지를 포함하는 타이어 트레드용 첨가제 및 이를 포함하는 타이어 드레드용 고무 배합 조성물이 제공된다. 해당 타이어 트레드용 첨가제 및 원료 고무 등을 이용하여 타이어 트레드를 제조하는 경우, 해당 타이어 트레드는 보다 향상된 그립력을 보일 수 있다.
Description
본 발명은 타이어 트레드용 첨가제 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 자동차 타이어의 그립력을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 첨가제 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 자동차의 타이어는 치수 안정성, 편안한 운전감, 가벼운 중량과 함께 내구성 등의 특성을 모두 고려한 고성능화를 이루어내고 있다. 고성능화와 더불어 환경적인 면에서도 연료소모량을 낮추어 CO2 배출량 절감을 도모하는 면도 관심이 집중되고 있다.
현재 타이어 산업의 주된 관심분야 중에 타이어 라벨링 제도는 타이어의 주요 성능인 연비와 제동력을 등급별로 타이어 표면에 표기하여 등급 이하의 제품은 일부 국가에서는 판매조차 금지되는 강력한 제도다. 이 제도는 에너지 절감 등 환경 보호를 표방하고 있지만, Trade - Off 관계에 있는 Rolling Resistance(연비)와 Traction(제동력)을 함께 개선하는 것은 높은 기술력을 필요로 하기 때문에 선진국 / 선진 제조업체의 기술력을 바탕으로 한 무역 규제의 속성도 갖고 있다.
현재 국내 타이어 제조업체들은 타이어 라벨링 제도 대응과 더불어 타이어의 성능향상을 위해 많은 연구를 집중하고 있다.
과거 몇 년 동안 타이어 성능 향상을 목표로 한 다양한 시도 중에 음이온 리빙중합에 의하여 합성되는 용액중합 SBR(S-SBR)의 사용과 더불어 화학적 관능기를 도입하여 말단을 변성한 S-SBR을 활용하는 등 새로운 고무 합성 기술이 개발되고 있으며 산업적으로 중요하게 적용되고 있다. 또한, 새로운 고무의 개발 외에 1992년 Michelin은 기존 충진제인 카본블랙을 대신하여 실리카가 배합된 타이어를 개발하였는데, 타이어 성능 측면에서 균형 잡힌 회전 저항성과 젖은 노면 제동성을 향상시켰다.
실리카 타이어의 우수한 물성으로 인해 2000년 이후부터는 국내에서도 실리카 타이어의 개발이 급속히 활성화 되었고 개발 포인트는 고무와 상용성이 좋지 않은 실리카의 배합량을 향상시키는 동시에 분산성을 높이는 것이었고 그 결과로 다양한 실란커플링제(Si-69, Si-75, Si-264)와 실리카분산제, 고분산성 실리카가 개발되었다.
하지만, 신규 합성고무 개발은 개발 소요 기간이 너무 길고 특정 합성고무 제조업체에 개발 능력이 귀속/제한되어 있고 실리카 배합량 역시 이미 2000년대 말에 카본블랙 배합비 이상 수준으로 증가되는 문제점이 존재한다.
이에 따라, 단기간 내 타이어의 성능을 향상시킬 수 있는 방법으로서, 새로운 첨가제의 도입이 유일했기에 때문에 타이어 제조업체들은 첨가제 분야에 집중하고 있다.
본 발명에서는 자동차 타이어의 그립력을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 첨가제 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 일 구현예에서, 테르펜 페놀 수지를 포함하는 타이어 트레드용 첨가제로서, 상기 테르펜 페놀 수지는 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 타이어 트레드용 첨가제가 제공된다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
(상기 화학식 1 내지 3에서 x, y, z는 각각 독립적으로 2 내지 10의 정수이다).
예시적인 구현예에서, 상기 테르펜 페놀 수지는 테르펜 화합물과 페놀 화합물의 반응생성물일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 테르펜 페놀 수지는 상기 페놀 화합물 100 중량부에 대하여 상기 테르펜 화합물 222 내지 400 중량부가 반응하여 형성된 반응 생성물일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 테르펜 화합물은 α-피넨, β-피넨, δ-3-카렌, 3-카렌, D-리모넨 및 디펜텐으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 페놀 화합물은 페놀 또는 알킬 페놀이고, 상기 알킬 페놀은 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 타이어 트레드용 첨가제는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 4]
(상기 화학식 4에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 메틸기 또는 아이소프로필(iso-propyl)기 이며, m과 n은 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다).
예시적인 구현예에서, 상기 테르펜 페놀 수지 100 중량부에 대하여 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 50 내지 100 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 테르펜 페놀 수지를 포함하는 타이어 트레드용 첨가제의 제조 방법으로서, 테르펜 화합물과 페놀 화합물을 반응시켜 테르펜 페놀 수지를 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 테르펜 페놀 수지는 포함하는 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 타이어 트레드용 첨가제의 제조 방법이 제공된다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
(상기 화학식 1 내지 3에서 x, y, z는 각각 독립적으로 2 내지 10의 정수이다).
예시적인 구현예에서, 상기 제조 방법은 상기 테르펜 페놀 수지를 형성한 이후, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 형성하는 단계; 및 상기 테르펜 페놀 수지와 하기 화학식 4로 표시하는 화합물을 혼합하여 이들의 혼합물을 포함하는 타이어 트레드용 첨가제를 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
[화학식 4]
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 타이어 트레드용 첨가제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 배합 조성물이 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 타이어 트레드용 고무배합 조성물은 원료 고무 100중량부에 대하여 상기 타이어 트레드용 첨가제 1 내지 8 중량부, 실리카 50 내지 80중량부 및 카본블랙 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드용 첨가제를 이용하여 자동차 타이어를 제조하는 경우, 0℃에서 높은 tanδ 값을 보이고, 60℃에서 낮은 tanδ값을 보일 수 있다.
이에 상기 타이어 트레드용 첨가제는 타이어 트레드 고무의 특성 중 안전과 관련된 제동성을 향상시킬 뿐만 아니라 연비를 향상시킬 수 있는 회전 저항성을 낮추는 기능을 하는 바, 자동차 타이어에 사용되었을 때 그립력을 향상시킬 수 있다.
본 명세서 "테르펜 페놀 수지"란 테르펜 화합물과 페놀 화합물의 반응 생성물을 의미한다.
이하, 본 발명의 구현예들을 상세히 설명한다. 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.
타이어
트레드용
첨가제
본 발명에서, 테르펜 페놀 수지를 포함하는 타이어 트레드용 첨가제가 제공된다.
상기 테르펜 페놀 수지는 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 3에서 x, y, z는 각각 독립적으로 2 내지 10의 정수이다.
일 구현예에서, 상기 테르펜 페놀 수지는 제한되지 않으나, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여, 상기 화학식 2 및 3으로 표시되는 화합물을 각각 20 내지 30 중량부로 포함할 수 있다.
상기 테르펜 페놀 수지는 테르펜 화합물과 페놀 화합물의 반응 생성물(즉, 테르펜 페놀 수지)이고, 상기 테르펜 페놀 수지는, 상기 페놀 화합물 100 중량부에 대하여 상기 테르펜 화합물 222 내지 400 중량부가 반응하여 형성된 반응 생성물일 수 있다. 상기 테르펜 화합물이 222 중량부 미만으로 반응하는 경우 미반응 페놀 화합물이 잔존하여 타이어 트레드의 물성이 저하될 수도 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 테르펜 화합물은 α-피넨, β-피넨, δ-3-카렌, 3-카렌, D-리모넨 및 디펜텐으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있고, 구체적으로, 상기 테르펜 화합물은 α-피넨, β-피넨 및 D-리모넨으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 페놀 화합물은 페놀 또는 알킬 페놀이고, 상기 알킬 페놀은 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 페놀 화합물은 페놀일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 테르펜 화합물이 α-피넨이고, 상기 페놀 화합물로서 페놀이 사용되는 경우 상기 α-피넨과 페놀은 1:3 ~ 1:4 의 중량비율로 반응할 수 있다.
한편, 상기 타이어 트레드용 첨가제는 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 테르펜 페놀수지 이외에도 알킬 페놀 화합물을 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 타이어 트레드용 첨가제가 적용된 타이어의 그립력이 보다 개선될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 타이어 트레드용 첨가제는 하기 화학식 4로 표시되는 알킬 페놀 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 메틸기 또는 아이소프로필(iso-propyl)기 이며, m과 n은 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다.
예시적인 구현예예서, 상기 테르펜 페놀 수지 100 중량부에 대하여 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 50 내지 100 중량부로 포함할 수 있다. 상기 범위 미만으로, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 더 포함하는 경우 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 더 포함하는 것에 따른 효과를 기대하기 어려우며, 상기 범위를 초과하여 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 경우 제품의 생산 단가가 향상될 수 있으며, 타이어 트레드의 물성이 저하될 수도 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 테르펜 페놀 수지의 연화점은 81 내지 200℃ 범위 내에 있을 수 있다.
타이어
트레드용
첨가제의 제조 방법.
본 발명의 다른 구현예에서, 테르펜 페놀 수지를 포함하는 타이어 트레드용 첨가제의 제조 방법으로서, 테르펜 화합물과 페놀 화합물을 반응시켜 테르펜 페놀 수지를 형성하는 단계; 를 포함하는 타이어 트레드용 첨가제의 제조 방법이 제공된다. 상기 테르펜 페놀 수지는 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 한편 상기 타이어 트레드용 첨가제의 제조 방법은 전술한 타이어 트레드용 첨가제와 실질적으로 동일 또는 유사한 구성을 포함하는 바 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1에서 x, y, z는 각각 독립적으로 2 내지 10의 정수이다.
예시적인 구현예에서, 상기 테르펜 페놀 수지는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 클로로 벤젠 및 염화메틸렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 용매 조건 및 BF3의 촉매 조건 하에서 형성될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 테르펜 화합물은 α-피넨, β-피넨, δ-3-카렌, 3-카렌, D-리모넨 및 디펜텐으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 테르펜 화합물은 페놀 화합물을 포함하는 용기에 순차적으로 일괄 투입 혹은 적가하여 투입할 수 있으나, 적가 투입하는 것이 바람직하다.
일 구현예에서, 상기 테르펜 화합물이 적가투입되는 경우, 적가 속도는 0.1 내지 10.0g/min일 수 있으며, 바람직하게는 1.0 내지 6.0g/min 범위 이내일 수 있다. 상기 적가 속도가 10.0g/min을 초과하는 경우, 초기 반응이 과도하게 빠르게 진행되어 발열이 심화될 뿐만 아니라, 상기 테르펜 화합물과 페놀 화합물이 충분히 반응하지 못해 상기 테르펜 페놀 수지가 제대로 제조되지 않을 수 있다. 또한, 이 경우 적가된 테르펜 화합물과 페놀 화합물이 충분히 반응하지 못하고 모두 중합되지 못하여 잔류물만 생성될 수 있고 이 경우, 타이어에 적용 시 물성이 저하될 수 있다. 한편, 상기 테르펜 화합물의 적가 속도가 0.1 g/min 미만인 경우, 공정효율이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 생산속도의 지연을 초래할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 페놀 화합물은 페놀 또는 알킬 페놀이고, 상기 알킬 페놀은 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 반응은 30 내지 100℃ 범위 내의 온도에서 행하여질 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 80℃ 범위 내의 온도에서 행하여질 수 있다.
일반적으로, 반응 온도는 테르펜 화합물의 종류에 따라 상이하게 설정될 수 있다. 하지만, 상기 반응온도가 100℃를 초과하는 경우 상기 테르펜 화합물과 페놀 화합물이 충분히 반응하지 못해 테르펜 페놀 수지가 제대로 제조되지 않을 수 있다. 또한, 이 경우 적가된 테르펜 화합물이 모두 중합되지 못하고 미반응 페놀 화합물을 남기게 될 수 있고, 이에 따라 타이어 적용 시 물성이 저하된 테르펜 페놀 수지가 합성될 수 있다. 한편, 반응온도가 30℃ 미만인 경우, 반응이 과도하게 느리게 진행되어 생산속도의 지연을 초래할 수 있다.
한편, 상기 테르펜 화합물과 페놀 화합물의 반응을 예를 들면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[반응식 1]
[반응식 2]
[반응식 3]
(상기 반응식 1 내지 3에서 x, y, z는 각각 독립적으로 2 내지 10의 정수이다.
예시적인 구현예에서, 상기 페놀 화합물 100 중량부에 대하여 상기 테르펜 화합물 222 내지 400 중량부가 반응하여 상기 테르펜 페놀 수지가 형성될 수 있다.
한편, 상기 자동차 타이어용 수지 제조 방법에서, 상기 테르펜 페놀 수지를 형성하고, 레조르시놀(Resorcinol)과 스티렌(styrene) 모노머를 축합 반응시켜 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 형성하는 단계; 및 상기 테르펜 페놀 수지와 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 메틸기 또는 아이소프로필(iso-propyl)기 이며, m과 n은 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다.
타이어
트레드용
고무 배합 조성물
본 발명의 또 다른 구현예에서, 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 타이어 트레드용 첨가제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 배합 조성물이 제공된다. 한편 상기 타이어 트레드용 고무 배합 조성물은 전술한 타이어 트레드용 첨가제와 실질적으로 동일 또는 유사한 구성을 포함하는 바 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물은 테르펜 화합물과 페놀 화합물이 반응하여 형성된 테르펜 페놀 수지이다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1에서 x, y, z는 각각 독립적으로 2 내지 10의 정수이다.
예시적인 구현예에서, 상기 타이어 트레드용 고무배합 조성물은 원료 고무 100중량부에 대하여 상기 타이어 트레드용 첨가제 1 내지 8중량부, 실리카 50 내지 80중량부, 및 카본블랙 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 원료 고무는 타이어용 고무로서 통상 당업자가 사용하는 고무이면 특별히 제한되지 않는다.
예시적인 구현예에서, 상기 타이어 트레드용 고무배합 조성물에 포함되는 타이어 트레드용 첨가제는 상술한 테르펜 페놀 수지 뿐만 아니라, 알킬 페놀 수지를 혼용한 것일 수도 있다.
일 구현예에서 상기 알킬 페놀 수지는 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 메틸기 또는 아이소프로필(iso-propyl)기 이며, m과 n은 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 타이어 트레드용 첨가제는 테르펜 페놀 수지를 포함하고, 이는 타이어 트레드 제조용으로 사용시 제품의 그립력을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 최종 생성되는 타이어 트레드용 고무가 제동력을 향상시킬 수 있도록 제조될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
[비교예 1: 알킬페놀 수지로 이루어진 타이어 트레드용 첨가제의 제조]
하기 화학식 5로 표현되는 알킬 페놀계 수지를 비교예 1로서 사용하였다.
[화학식 5]
(상기 화학식 5에서 m 및 n은 1 내지 10 이다).
[실시예 1: 테르펜 페놀 수지로 이루어진 타이어 트레드용 첨가제의 제조]
이중자켓 반응기, 테프론 교반기, 온도계, 환류 응축기가 장착된 0.5리터 4구형 반응 용기 내에 phenol 39.00g, 용매 19.50g, 산촉매를 넣고 용융하였다. α-피넨 156.00g을 동시에 적가하여 투입하였다. 적가 속도는 약 2.03g/min로 하였으며 6단계로 나누어 적가하였다. 적가가 모두 종료된 후 30분간 교반을 시켰다. 적가 시작부터 교반이 종료될 때까지 60℃ 이하를 유지하도록 하였으며 이후 온도를 85℃로 승온하여 2시간 교반을 시켰다. 이후 염기를 투입하여 산촉매를 중화하였고 유기용매와 물을 넣어 층 분리를 하여 생성된 염을 제거하였다.
이와 같이 하여 제조된 테르펜 페놀 수지는 연화점 115.0℃의 물성을 보였다.
[실시예 2: 테르펜 페놀 수지로 이루어진 타이어 트레드용 첨가제의 제조]
실시예 1에서 α-피넨 대신 β-피넨 156.00g을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 테르펜 페놀 수지를 제조하였다.
[실시예 3: 테르펜 페놀 수지로 이루어진 타이어 트레드용 첨가제의 제조]
실시예 1에서 α-피넨 대신 D-리모넨 156.00g을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 테르펜 페놀 수지를 제조하였다.
[실시예 4: 테르펜 페놀 수지로 이루어진 타이어 트레드용 첨가제의 제조]
이중자켓 반응기, 테프론 교반기, 온도계, 환류 응축기가 장착된 0.5리터 4구형 반응 용기 내에 phenol 39.00g, 용매 55.40g, 산촉매를 넣고 용융하였다. α-피넨 117.00g을 동시에 적가하여 투입하였다. 적가 속도는 약 1.56g/min로 하였다. 적가 시작부터 종료될 때까지 80℃ 이하를 유지하도록 하였으며 이후 온도를 100℃로 승온하여 2시간 교반을 시켰다. 이후 염기를 투입하여 산 촉매를 중화하고 물을 넣어 층 분리를 시킨 후, 수용액 층을 제거하여 제조한 테르펜 페놀 수지는 연화점 94.0℃의 물성을 보였다.
[실시예 5: 테르펜 페놀 수지로 이루어진 타이어 트레드용 첨가제의 제조]
이중자켓 반응기, 테프론 교반기, 온도계, 환류 응축기가 장착된 0.5리터 4구형 반응 용기 내에 phenol 39.00g, 용매 19.50g, 산촉매를 넣고 용융하였다. α-피넨 86.74g을 동시에 적가하여 투입하였다. 적가 속도는 약 1.25g/min로 하였다. 적가 시작부터 종료될 때까지 80℃ 이하를 유지하도록 하였으며 이후 온도를 85℃로 승온하여 2시간 교반을 시켰다. 염기를 투입하여 산 촉매를 중화한 뒤, 제조한 테르펜 페놀 수지는 연화점 92.0℃의 물성을 보였다.
[실시예 6: 테르펜 페놀 수지로 이루어진 타이어 트레드용 첨가제의 제조]
이중자켓 반응기, 테프론 교반기, 온도계, 환류 응축기가 장착된 0.5리터 4구형 반응 용기 내에 phenol 39.00g, 용매 19.50g, 산촉매를 넣고 용융하였다. α-피넨 156.00g을 동시에 적가하여 투입하였다. 적가 속도는 약 1.73g/min로 하였다. 적가 시작부터 종료될 때까지 90℃ 이하를 유지하도록 하였으며 이후 온도를 75℃를 유지하며 2시간 교반을 시켰다. 염기를 투입하여 산 촉매를 중화하고 물을 넣어 층 분리를 시킨 후, 제조한 테르펜 페놀 수지는 연화점 84.0℃의 물성을 보였다.
[실시예 7: 테르펜 페놀 수지로 이루어진 타이어 트레드용 첨가제의 제조]
상기 실시예 6에서 물을 넣어 층 분리 시키는 과정을 생략한 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 테르펜 페놀 수지를 제조하였다. 제조한 테르펜 페놀 수지는 연화점 81.0℃의 물성을 보였다.
[실시예 8: 테르펜 페놀 수지와 알킬 페놀 혼합물로 이루어진 테르펜 페놀 수지로 이루어진 타이어 트레드용 첨가제의 제조]
이중자켓 반응기, 테프론 교반기, 온도계, 환류 응축기가 장착된 2리터 4구형 반응 용기 내에 실시예 1에 따른 테르펜 페놀 수지를 400g을 투입하여 용융하였다.
이후, 레조르시놀(Resorcinol)과 스티렌(styrene) 모노머를 축합 반응한 뒤 중합하여 형성된 알킬 페놀 화합물 300g을 테르펜 페놀 수지를 포함하는 반응 용기 내에 투입하여 용융하였다. 이때, 용융 온도는 170~180℃ 를 유지하도록 하며 3시간 교반을 시켜 혼합물을 제조하였다. 제조한 혼합물은 연화점 117℃의 물성을 보였다.
[실험예 1: 물성평가를 위한 타이어 트레드용 고무배합 조성물의 제조]
실시예 1 내지 8에 따른 타이어 트레드용 첨가제를 포함하는 타이어 트레드용 고무배합 조성물의 물성 평가를 위하여 하기 표 1과 같이, 용액중합 스티렌 부타디엔 고무 96.3중량부, 부타디엔 고무 30중량부로 이루어진 원료 고무 126.3 중량부에 대하여 실리카(Ultrasil-7000GR) 80중량부, 실란커플링제(TESPT) 7중량부, TDAE process oil 6.7중량부, 산화아연(ZnO) 2.5 중량부, 스테아린산(stearic acid) 2.5중량부, 노화방지제 (6PPD) 2중량부, 산화방지제 (TMQ) 2중량부와 실시예 및 비교예에 따른 타이어 트레드용 첨가제(하기 표 1에선 첨가제로 표시)를 반바리 믹서에 넣어 혼합하고 140℃에서 5분 동안 반응시킨 후 방출하여 고무배합 조성물을 얻었다. 이 고무배합물에 가황제(sulfur) 1.4중량부, 가류 촉진제로 TBBS 1.7중량부 및 DPG 2중량부를 첨가하여 90℃에서 배합한 후 방출하여 실시예 1 내지 8에 따른 타이어 트레드용 첨가제가 함유된 고무 배합물을 얻었고, 이 고무 배합물을 160℃에서 10분 동안 가류시켜 고무를 제조하였다. 상기 실리카는 BET 표면적 175m2/g, 미세공극 밀도 270g/L인 것을 사용하였다. 하기 표 1에서 가황제는 범용으로 사용되는 무기황을 지칭한다.
[대조군]
실험예 1에 기재된 바와 같은 배합 비율로 고무 타이어 트레드용 고무배합 조성물을 제조하되, 타이어 트레드용 첨가제를 투입하지 않고 고무배합을 제조 한 후, 이를 대조군으로 사용하였다.
| Ingredient | 실시예 No. | |||||||||
| 대조군 (phr) | 비교예 1 |
실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
실시예 7 |
실시예 8 |
|
| S-SBR | 96.3 | 96.3 | 96.3 | 96.3 | 96.3 | 96.3 | 96.3 | 96.3 | 96.3 | 96.3 |
| BR | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| Silica (Ultrasil-7000GR) |
80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 |
| TESPT | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| TDAE | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 |
| Zinc oxide | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
| Stearic acid | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
| 6PPD | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| TMQ | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 첨가제 | 0 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 가황제 | 1.4 | 1.4 | 1.4 | 1.4 | 1.4 | 1.4 | 1.4 | 1.4 | 1.4 | 1.4 |
| TBBS | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 |
| DPG | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
[실험예 1] 고무배합 조성물의 물성 분석
대조군, 비교예 1 및 실시예 1 내지 8에 따라 제조된 타이어 트레드용 첨가제를 포함하는 고무배합 조성물의 물성을 알아보기 위하여 고무배합 조성물의 물성 실험을 실시하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 항목 | 대조군 (phr) | 비교예 1 |
실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
실시예 7 |
실시예 8 |
| Mooney Viscosity | 97 | 96 | 97 | 95 | 97 | 97 | 96 | 98 | 97 | 95 |
| t90 (경화시간) | 13.5 | 13.9 | 12.8 | 13.2 | 12.8 | 12.9 | 12.4 | 12.8 | 13.1 | 13.4 |
| 경도 (hardness) | 68 | 69 | 69 | 70 | 68 | 67 | 69 | 69 | 68 | 68 |
| 300% 모듈러스 | 137 | 129 | 129 | 124 | 131 | 122 | 120 | 125 | 127 | 136 |
| 인장강도 (T/S) | 192 | 206 | 204 | 232 | 215 | 216 | 202 | 225 | 214 | 222 |
| 0℃ Tanδ (젖은 노면 접지력) |
0.561 | 0.567 | 0.666 | 0.638 | 0.590 | 0.687 | 0.654 | 0.680 | 0.646 | 0.712 |
| 60℃ Tanδ (회전저항) |
0.116 | 0.109 | 0.076 | 0.055 | 0.088 | 0.056 | 0.054 | 0.076 | 0.064 | 0.055 |
상기 표 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 테르펜 페놀 수지를 포함하는 타이어 트레드용 첨가제(실시예 1 내지 8)를 함유한 고무배합 조성물은 비교예 1에 따른 첨가제를 함유한 고무 배합 조성물에 비하여 타이어의 제동 능력의 예상할 수 있는 0℃ Tanδ와 관련된 지표가 현저히 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 연료효율과 관련되어 있는 회전저항을 나타내는 60℃ Tanδ의 지표에서도 비교예 1에 따른 첨가제를 함유한 고무 배합 조성물 보다 현저히 낮아진 것을 확인할 수 있으며, 그 중 레조르시놀(Resorcinol)과 스티렌(styrene) 모노머를 축합 반응한 뒤 중합한 알킬 페놀 수지를 제조하여 테르펜 페놀 수지와 혼합한 실시예 8에 따른 첨가제를 함유한 고무 배합 조성물에서 가장 우수한 성능을 보인 것을 확인할 수 있다.
이는 벤젠고리의 함량이 증가할수록 고무와의 상용성이 증가하여 배합물 내에서 더욱 우수한 성능을 보이기 때문인 것으로 예측된다.
앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
Claims (11)
- 테르펜 페놀 수지를 포함하는 타이어 트레드용 첨가제로서,
상기 테르펜 페놀 수지는 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 타이어 트레드용 첨가제.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
(상기 화학식 1 내지 3에서 x, y, z는 각각 독립적으로 2 내지 10의 정수이다). - 제1항에 있어서,
상기 테르펜 페놀 수지는 테르펜 화합물과 페놀 화합물의 반응생성물인 타이어 트레드용 첨가제. - 제2항에 있어서,
상기 테르펜 페놀 수지는 상기 페놀 화합물 100 중량부에 대하여 상기 테르펜 화합물 222 내지 400 중량부가 반응하여 형성된 반응 생성물인 타이어 트레드용 첨가제. - 제2항에 있어서,
상기 테르펜 화합물은 α-피넨, β-피넨, δ-3-카렌, 3-카렌, D-리모넨 및 디펜텐으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 타이어 트레드용 첨가제. - 제2항에 있어서,
상기 페놀 화합물은 페놀 또는 알킬 페놀이고,
상기 알킬 페놀은 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 타이어 트레드용 첨가제. - 제1항에 있어서,
하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 더 포함하는 타이어 트레드용 첨가제.
[화학식 4]
(상기 화학식 4에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 메틸기 또는 아이소프로필(iso-propyl)기 이며, m과 n은 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다). - 제6항에 있어서,
상기 테르펜 페놀 수지 100 중량부에 대하여 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 50 내지 100 중량부로 포함하는 타이어 트레드용 첨가제. - 테르펜 페놀 수지를 포함하는 타이어 트레드용 첨가제의 제조 방법으로서,
테르펜 화합물과 페놀 화합물을 반응시켜 테르펜 페놀 수지를 형성하는 단계; 를 포함하고,
상기 테르펜 페놀 수지는 포함하는 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 타이어 트레드용 첨가제의 제조 방법.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
(상기 화학식 1 내지 3에서 x, y, z는 각각 독립적으로 2 내지 10의 정수이다). - 제8항에 있어서,
상기 테르펜 페놀 수지를 형성한 이후, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 형성하는 단계; 및
상기 테르펜 페놀 수지와 하기 화학식 4로 표시하는 화합물을 혼합하여 이들의 혼합물을 포함하는 타이어 트레드용 첨가제를 제조하는 단계;를 더 포함하는 타이어 트레드용 첨가제의 제조 방법.
(상기 화학식 4에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 메틸기 또는 아이소프로필(iso-propyl)기 이며, m과 n은 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다). - 제1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 타이어 트레드용 첨가제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 배합 조성물.
- 제10항에 있어서,
상기 타이어 트레드용 고무배합 조성물은 원료 고무 100중량부에 대하여 상기 타이어 트레드용 첨가제 1 내지 8중량부, 실리카 50 내지 80중량부 및 카본블랙 10 내지 30 중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 배합 조성물.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160177554A KR20180073967A (ko) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | 타이어의 그립력을 향상시키는 타이어 트레드용 첨가제 및 이의 제조 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020160177554A KR20180073967A (ko) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | 타이어의 그립력을 향상시키는 타이어 트레드용 첨가제 및 이의 제조 방법 |
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| KR20180073967A true KR20180073967A (ko) | 2018-07-03 |
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| KR (1) | KR20180073967A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102211802B1 (ko) * | 2019-09-09 | 2021-02-04 | 넥센타이어 주식회사 | 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어 |
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2016
- 2016-12-23 KR KR1020160177554A patent/KR20180073967A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR102211802B1 (ko) * | 2019-09-09 | 2021-02-04 | 넥센타이어 주식회사 | 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어 |
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