KR20200013454A - 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어 - Google Patents

타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어 Download PDF

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Abstract

천연 고무, 및 디엔 단량체로부터 유도된 합성 고무를 포함하는 원료 고무; 및 최대 카본 분자량 분포가 31 ~ 38인 왁스 A 및 최대 카본 분자량 분포가 25 ~ 30인 왁스 B를 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 상기 조성물을 포함하여 가류된 타이어가 제공된다.

Description

타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어{Rubber composition for tire sidewall and Tire comprising same}
타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
타이어의 사이드월은 신축성이 요구되는 부분으로서 오존에 의한 노화를 방지하기 위하여 왁스와 아민계 노화방지제 등이 사용되고 있다. 한편, 왁스 및 아민계 노화방지제를 고무 조성물에 사용하는 경우, 시간이 경과함에 따라 타이어 표면으로 왁스, 아민계 노화 방지제가 과도하게 스며나와 문제를 발생시키는 경우가 있다.
한 측면은 블루밍이 없고 광택도가 높은 타이어 사이드월용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
다른 한 측면은 상기 고무 조성물을 가류하여 얻어지는 타이어의 사이드월이 높은 광택도를 보이는 것이다.
한 측면에 따라,
천연 고무, 및 디엔 단량체로부터 유도된 합성 고무를 포함하는 원료 고무; 및
최대 카본 분자량 분포가 31 ~ 38인 왁스 A 및 최대 카본 분자량 분포가 25 ~ 30인 왁스 B를 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물이 제공된다.
다른 한 측면에 따라,
상기 사이드월용 고무 조성물을 가류하여 얻어지는 사이드월을 포함하는 타이어가 제공된다.
한 측면에 따르면 천연 고무, 및 디엔 단량체로부터 유도된 합성 고무를 포함하는 원료 고무; 및 최대 카본 분자량 분포가 31 ~ 38인 왁스 A 및 최대 카본 분자량 분포가 25 ~ 30인 왁스 B를 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물을 사이드월 부위에 포함하는 그린 타이어로 제조된 타이어는 시간이 경과함에 따라 표면으로 이동한 왁스가 블루밍을 일으키지 않고 광택을 보여 광택제 사용 없이 타이어 외관을 수려하게 할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 타이어의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 사이드월용 고무 조성물을 가류하여 얻은 시편들의 표면을 나타내는 사진들이다.
이하에서 예시적인 일구현예에 타이어 사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 타이어에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서에 개시된 창의적 사상은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 구현예를 가질 수 있는 바, 특정 구현예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고 필요한 경우 특정 구현예들을 도면에 예시한다. 본 명세서의 창의적 사상의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 명세서의 창의적 사상은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 구현예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 구현예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 구현예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
일구현예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하, 필요한 경우에, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 상세히 설명하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 명세서에 개시된 창의적 사상이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
긴 사슬 형태의 포화 탄화수소의 파라핀를 노말 파라핀이라고 하고, 분지를 포함하는 포화 탄화수소의 파라핀를 이소 파라핀이라고 한다. 파라핀의 분자량이 같다면, 노말 파라핀의 반경이 이소 파라핀의 반경보다 크다. 이는 노말 파라핀이 이소 파라핀 보다 길어서, 분자의 회전 반경이 크기 때문이다.
3차원으로 가교된 고무 탄성체 내에서 화학 결합을 하지 않은 왁스가 이동하는 것은 온도가 영향을 미치기는 하지만, 기본적으로 확산에 의한다. 확산 속도에 관련되는 요인은 분자량, 분자의 반경 등이 있다. 3차원의 공간을 움직여 이동하므로 덩치가 큰 경우, 이동 속도가 느리게 되는 한 가지 요인으로 작용할 수 있다. 분자가 이동할 때 회전 운동도 함께 하면서 이동하므로, 길이가 긴 경우 이동 속도가 상대적으로 느릴 수 있다.
블루밍(blooming)이란 고무 내부의 화합물이 이동하여 표면에서 농도가 높아지는 것을 말한다. 블루밍은 황, 왁스, 노방제 등의 화합물과 관계가 있으며, 시간이 지남에 따라 표면으로 확산되어 나온 화합물이 다시 결정을 형성하던지, 혹은 대기 중의 산소 등과의 반응으로 생성되는 결과물이 제품 외관에 영향을 미칠 수 있다.
왁스의 경우 타이어 표면(예를 들어, 사이드 월)이 흰색으로 변하는 백화 현상의 원인이 되며, 검은색의 타이어 외관의 품위를 떨어뜨리는 문제를 발생시킨다.
한편, 타이어의 외관에 대한 평가는 주로 사이드월 부분에 대한 것이다. 트레드는 지면과 접촉하고 있기 때문에 외관 평가에 있어서 중요하게 작용하지 않는다. 한편, 구매한 타이어에 타이어 광택을 위해 별도의 광택제를 사이드월에 도포하기도 하나, 적정량을 사용한다는 것이 불가능하여 타이어 수명에 좋지 않은 영향을 미친다.
본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물은 천연 고무, 및 디엔 단량체로부터 유도된 합성 고무를 포함하는 원료 고무; 및 최대 카본 분자량 분포가 31 ~ 38인 왁스 A 및 최대 카본 분자량 분포가 25 ~ 30인 왁스 B를 포함한다.
왁스는 에스테르계와 파라핀계가 있으며, 본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물에 포함되는 상기 왁스 A 및 왁스 B는 파라핀계 왁스이다.
파라핀계 왁스는 포화탄화수소 화합물로서 탄소 및 수소로만 이루어진 알칸 화합물이다. 일반적으로 왁스의 탄소수는 20 이상으로서 상온에서 고체이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물은 최대 카본 분자량 분포가 상기와 같은 왁스 A의 경우, 노멀 파라핀의 비율이 50 ~ 70%이고, 이소 파라핀의 비율이 30 ~ 50%이며, 최대 카본 분자량 분포가 상기와 같은 왁스 B의 경우, 노멀 파라핀의 비율이 70 ~ 85%일 수 있다.
예를 들어, 상기 왁스 A의 최대 카본 분자량 분포는 33 내지 35이고, 노멀 파라핀의 비율은 55 ~ 65%이고, 이소 파라핀의 비율이 34 ~ 45%이다. 예를 들어, 상기 왁스 B의 최대 카본 분자량 분포는 27 내지 29이고, 노멀 파라핀의 비율은 73 ~ 83%이다.
왁스 A 및 왁스 B 각각의 최대 카본 분자량 분포, 노멀 파라핀의 비율 및 이소 파라핀의 비율이 상기 범위일 경우, 블루밍 억제 및 광택도 발휘가 최적 상태가 된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 왁스 A의 함량이 1.0 내지 1.7 중량부일 수 있고, 상기 왁스 B의 함량이 0.3 내지 1.7 중량부일 수 있다. 한편, 왁스 A 및 B의 관계에 있어서, 상기 왁스 B의 중량부에 대한 상기 왁스 A의 중량부의 비는 0.59 내지 5.7인 것이 바람직하다. 왁스 A의 함량이 왁스 B의 함량보다 동등 이상 적용되는 경우, 광택도를 높일 수 있다. 예를 들어, 상기 왁스 B의 중량부에 대한 상기 왁스 A의 중량부의 비는 1 내지 3일 수 있다.
왁스 B보다 상대적으로 큰 분자량 분포를 갖는 왁스 A는 분자 내 아이소머(isomer) 형태를 어느 정도 가지고 있어서, 시간이 경과하더라도 타이어 표면으로의 migration이 균일하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고무 조성물은 원료 고무로서 천연 고무를 포함할 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.
천연 고무는 그의 다양한 형태, 예를 들어 페일(pale) 크레이프와 스모크드 시이트(smoked sheet), 및 발라타(balata) 및 구타 페르카(gutta percha)를 포함한다. 고무는 단지 천연 고무이거나 또는 천연 고무와 합성 고무의 블렌드일 수도 있다. 합성 중합체는 디엔 단량체로부터 유도되고, 단일 단량체로부터 제조된 중합체(단일중합체) 또는 단량체들이 불규칙 분포 또는 블록 형태로 결합된 2종 이상의 공중합체성 단량체의 혼합물(공중합체)를 포함한다. 단량체로는 치환되거나 또는 치환되지 않을 수도 있고, 하나 이상의 이중 결합, 공액 디엔과 비공액 디엔 및 환상 모노올레핀과 비환상 모노 올레핀을 비롯한 모노올레핀을 가질 수 있으며, 특히 비닐 및 비닐리덴 단량체를 가질 수 있다. 공액 디엔의 예로는 1,3-부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌, 2-에틸-1,3-부타디엔, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔 및 피페릴렌을 들 수 있다. 비공액 디엔의 예로는 1,4-펜타디엔, 1,4-헥사디엔, 1,5-헥사디엔, 디사이클로펜타디엔, 1,5-사이클로옥타디엔 및 에틸디엔 노르보르넨을 들 수 있다. 비환상 모노올레핀의 예로는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 이소부틸렌, 1-펜텐 및 1-헥센을 들 수 있다. 환상 모노올레핀의 예로는 사이클로펜텐, 사이클로헥센, 사이클로헵텐, 사이클로옥텐 및 4-메틸-사이클로옥텐을 들 수 있다. 비닐 단량체의 예로는 스티렌, 아크릴로니트릴, 아크릴산, 에틸아크릴레이트, 비닐 클로라이드, 부틸아크릴레이트, 메틸 비닐 에테르, 비닐 아세테이트 및 비닐 피리딘을 들 수 있다. 비닐리덴 단량체의 예로는 알파-메틸스티렌, 메타크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 이타콘산, 에틸 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트 및 비닐리덴 클로라이드를 들 수 있다. 본 발명의 실시에 사용되는 합성 중합체의 대표적인 예는 이소프렌 및 부타디엔과 같은 공액 1,3-디엔의 폴리클로로프렌 단일중합체 및 특히 모든 반복 단위가 본질적으로 시스-1,4-구조로 연결된 폴리이소프렌 및 폴리부타디엔; 1종 이상의 공중합성 단량체가 50 중량% 이하인, 이소프렌 및 부타디엔과 같은 공액 1,3-디엔의 공중합체(예: 스티렌 또는 아크릴로니트릴과 같은 에틸렌계 불포화 단량체); 및 다량의 모노올레핀과 소량의 디올레핀(예: 부타디엔 또는 이소프렌)의 중합 생성물인 부틸 고무이다. 고무는 유화 중합되거나 또는 용액 중합될 수도 있다. 본 발명에서 사용할 수도 있는 바람직한 합성 고무는 시스-1,4-폴리이소프렌; 폴리부타디엔; 폴리클로로프렌 및 이소프렌과 부타디엔의 공중합체; 아크릴로니트릴과 부타디엔의 공중합체; 아크릴로니트릴과 이소프렌의 공중합체; 스티렌, 부타디엔과 이소프렌의 공중합체; 스티렌 및 부타디엔의 공중합체 및 이들의 블렌드이다. 본 발명의 화합물은 천연 고무가 존재하는 것이 바람직하지만, 천연 고무를 임의의 합성 고무로 부분적으로 대체할 수도 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 바람직한 고무는 천연 고무; 및 시스-1,4-폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 이소프렌과 부타디엔의 공중합체, 아크릴로니트릴과 부타디엔의 공중합체, 스티렌과 부타디엔과 이소프렌의 공중합체, 스티렌과 부타디엔의 공중합체 및 이들의 블렌드로 구성된 그룹에서 선택된 합성 고무의 블렌드일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고무 조성물은 필러를 포함할 수 있고,예를 들어, 실리카 또는 카본 블랙을 포함할 수 있다.
상기 실리카는 일반적으로 알려진 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있으며, 예를 들면 상업적으로 판매되고 있는 Z-175, US7000GR 또는 9000GR 등을 사용할 수 있다.
상기 실리카의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만인 경우 상기 실리카를 첨가하는 효과가 미미하고, 20 중량부를 초과하는 경우 가공성 측면에서 문제가 있을 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 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 타이어 사이드월용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 노화방지제, 산화 방지제, 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 벨트 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 10.0 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 10 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 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 연화제는 가공오일(Process oil) 또는 기타 고무 조성물에 포함되는 오일류를 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 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 타이어의 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 0 내지 10 중량부로 사용하는 것이 원료고무의 가공성을 좋게 한다는 점에서 바람직하다.
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 바람직하게 왁시 하이드로카본을 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 산화방지제의 전형적 양은, 예를 들면, 약 1 내지 약 5 중량부로 포함될 수 있다. 대표적 산화방지제는, 예를 들면, 다이페닐-p-페닐렌다이아민 및 다른 것들이나, 이에 제한되지는 않는다.
도 1을 참조하면, 타이어(10)는 트레드부(100), 사이드월부(200) 및 비드부(300)를 포함한다.
트레드부(100)는 단면상 지면과 접하는 부분으로, 노면 등으로부터의 충격, 외상으로부터 타이어를 보호하는 역할을 한다. 상기와 같은 트레드부의 표면에는 타이어의 배수성 향성을 위해 그루브(groove)에 의해 구획되는 다수개의 블록들이 형성될 수 있다.
트레드부를 중심으로 타이어의 폭 방향을 따라 양측으로 사이드월(200) 및 비드부(300)가 순차적으로 위치한다.
사이드월(200)은 트레드의 양 단부로부터 연장되어 타이어의 측면을 형성하는 부분으로, 주행 중 지속적으로 반복되는 수축 및 팽창작용을 견디며, 내측면에 위치하는 카카스층(400)을 보호하는 역할을 한다.
상기 사이드월에 본 발명의 일 구현예에 따른 고무 조성물이 포함된다. 타이어의 내부 압력은 대기압보다 월등히 높고, 주행 시간이 증가함에 따라 온도가 120℃를 넘는 고온 상태가 된다. 따라서, 이러한 고온, 고압 상태에서 차량의 상하 운동으로 인하여, 반복되는 신축 및 수축 운동이 사이드월 부에서 발생한다. 정지 상황에서도 시간이 경과함에 따라 왁스는 확산하는데, 이러한 상황에서의 왁스의 확산은 더욱 촉진될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 사이드월용 고무 조성물은 최대 카본 분자량 분포가 31 ~ 38인 왁스 A(예를 들어, 왁스 A의 최대 카본 분자량 분포는 33 내지 35) 및 최대 카본 분자량 분포가 25 ~ 30인 왁스 B(왁스 B의 최대 카본 분자량 분포는 27 내지 29)를 포함하되, 왁스 A의 경우 노멀 파라핀의 비율이 50 ~ 70%이고, 이소 파라핀의 비율이 30 ~ 50%이며(예를 들어, 왁스 A의 경우 노멀 파라핀의 비율이 55 ~ 65%이고, 이소 파라핀의 비율이 34 ~ 45%), 왁스 B의 경우 노멀 파라핀의 비율이 70 ~ 85%(예를 들어, 왁스 B의 경우 노멀 파라핀의 비율이 73 ~ 83%)이다. 왁스의 함량에 있어서는, 상기 왁스 B의 중량부에 대한 상기 왁스 A의 중량부의 비는 0.59 내지 5.7인 것이 바람직하다. 왁스 A의 함량이 왁스 B의 함량보다 동등 이상 적용되는 경우, 광택도를 높일 수 있다. 예를 들어, 상기 왁스 B의 중량부에 대한 상기 왁스 A의 중량부의 비는 1 내지 3일 수 있다. 구체적으로 상기 왁스 A의 함량은 1.0 내지 1.7 중량부일 수 있고, 상기 왁스 B의 함량은 0.3 내지 1.7 중량부일 수 있다.
왁스 A 및 왁스 B 각각의 최대 카본 분자량 분포, 노멀 파라핀의 비율, 이소 파라핀의 비율 및 함량이 상기 범위일 경우, 블루밍 억제 및 광택도 발휘가 최적 상태가 된다.
비드부(300)는 사이드월(200)의 양단에 구비되어 코드지의 끝부분을 감싸고 있으며 상기 비드부(300)는 링 형태의 강선재를 포함하는 비드 코어(500)를 포함한다.
좌우 한 쌍의 비드부(300) 사이에는 카카스층(400)이 위치하며 타이어 내부에 타이어 고무 시트와 접합되어 타이어의 골격을 형성하는 역할을 하고 상기 카카스층(400)이 비드 코어(500) 주위를 타이어 내측에서 외측으로 감아 올라가고 있다.
카카스층(400)의 내측의 일면상에는 이너라이너(700)가 위치하며 타이어 내부의 공기가 밖으로 빠져나가지 않도록 하는 역할을 한다.
트레드부(100)에 위치하는 카카스층(400)의 외측면에는 트레드의 탄성을 높이고, 조종성 및 안정성을 갖도록 하는 보강층으로서 벨트층(600)이 위치할 수 있다.
상기 타이어 사이드월용 고무 조성물은 통상적으로 온도와 압력 조건을 조절함에 따라 제조될 수 있다. 즉, 150 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 160 내지 180℃의 고온에서 압력과 온도 조건에서 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따른 타이어는 그린 타이어 성형시 상기 사이드월용 고무 조성물을 이용하는 단계를 포함한다. 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 그린 타이어를 성형하는 방법 등은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 벨트층(600)과 트레드부(100) 사이에 하이브리드 코드를 포함하는 캡플라이(800)가 배치될 수 있다. 캡플라이(800)는 주행시 벨트층(600)의 유동을 억제하여 타이어의 성능을 유지시켜 줄 수 있다.
도 1에서는 승용차용 타이어에 대해서 예시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 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, 바람직하게는 레디얼 타이어이다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2
하기 표 1과 같은 조성을 반바리 믹서에 첨가하여 실시예 및 비교예의 고무 조성물을 배합하였다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
배합
(중량부)		 천연고무 50 50 50 50
BR 50 50 50 50
카본 블랙1 ) 50 50 50 50
ZnO 3.0 3.0 3.0 3.0
스테아린산 1.5 1.5 1.5 1.5
왁스 범용2 ) 2.0 - - -
왁스 A / 왁스 B - 0.5 / 1.5 1.0 / 1.0 1.5 / 0.5
6PPD3 ) 3.0 3.0 3.0 3.0
TMQ4 ) 1.0 1.0 1.0 1.0
Oil5 ) 7.0 7.0 7.0 7.0
N-SUL6 ) 1.8 1.8 1.8 1.8
TBBS7 ) 0.75 0.75 0.75 0.75
1) 카본 블랙: N330
2) SUNOC #315(C30~C33)
3) N-(1,3-DIMETHYLBUTYL)-N-PHENYL-P-PHENYLENDIAMINE
4) 2,2,4-TRIMETHYL-1,2-DIHYDROQUINOLINE, POLYMERIZED
5) RAE Oil
6) Sulfur
7) N-TERTIARYBUTYL-2-BENZOTHIAZOLE-SULFENAMIDE
상기에서 제조된 고무 시트를 가류기에서 160℃에서 10분 동안 가류 시편을 제작하였다.
평가예
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 시편에 대하여 하기와 같이 기본 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
HD(hardness)
Shore A형 경도계를 이용하여 ASTM D2240-97 따라 두께 6mm 이상, 지름 10mm
이상의 평활한 면에서 하나의 시편을 총 5회 측정하여 그 평균값으로 정하였다.
인장 강도(Tensile properties)
가교된 시편의 인장강도 측정은 인장시험기(INSTRON)를 이용하여 ASTM D412에 따라 진행하였다. 측정용 시편의 제조는 유압 프레스를 이용해 시트형태로 제작하고 시편절단기를 이용하여 덤벨형으로 제작하였다. 시험조건은 상온에서 인장속도를 500 mm/min로 측정하였다
M-300은 인장시험기에서 300% 신율일 때의 스테레스 값을 나타낸 값으로 단위 면적당 받는 힘을 측정하였다.
인장강도(T/S)는 인장시험기에서 시험편이 끊어질 때까지의 스트레스 값을 나타낸 값으로 단위면적당 받는 힘을 측정하였다.
E/B는 인장시험기에서 시험편이 끊어질 때의 신장율을 나타낸다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
HD[경도] 54 54 54 54
M-300(kgf/cm2) 62 60 61 66
T/S (kgf/cm2) 215 220 210 208
E/B(%) 670 670 650 690
상기 표 2의 결과로부터 비교예 1, 2 및 실시예 1, 2의 고무 조성물로 가류된 고무의 기본 물성이 크게 차이가 없음을 알 수 있다.
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 시편들(7일 경과)에 대하여 BYK(Micro-TRI-gloss)로 입사각 60°에서 광택도를 측정하였고, 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
광택도
(입사각 60°)		 11.6 16.8 32.0 35.7
상기 표 3에서 알 수 있듯이, 범용 왁스를 사용한 비교예 1의 경우, 광택도가 낮았다. 왁스 A의 함량이 1.0 이 안되는 비교예 2의 경우, 마찬가지로 광택도가 낮았다. 왁스 A의 함량 및 왁스 B의 함량이 각각 1.0 / 1.0 및 1.5 / 0.5인 실시예 1,2의 경우 높은 광택도를 보였다.
상기 시편들의 표면 사진을 도 2에 나타내었다.
도 2를 참조하면, 시편들의 표면이 표 3의 광택도 수치와 부합함을 알 수 있다.
10: 타이어 100: 트레드부
200: 사이드월부 300: 비드부
400: 카카스층 500: 비드 코어
600: 벨트층 700: 이너라이너

Claims (10)

  1. 천연 고무, 및 디엔 단량체로부터 유도된 합성 고무를 포함하는 원료 고무; 및
    최대 카본 분자량 분포가 31 ~ 38인 왁스 A 및 최대 카본 분자량 분포가 25 ~ 30인 왁스 B를 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 왁스 A 및 왁스 B가 파라핀계 왁스인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 왁스 A의 노멀 파라핀의 비율이 50 ~ 70%이고, 이소 파라핀의 비율이 30 ~ 50%인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 왁스 B의 노멀 파라핀의 비율이 70 ~ 85%인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 왁스 A의 함량이 1.0 내지 1.7 중량부인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 왁스 B의 함량이 0.3 내지 1.7 중량부인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 왁스 B의 중량부에 대한 상기 왁스 A의 중량부의 비가 0.59 내지 5.7인 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 합성 고무가 부타디엔 고무를 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 사이드월용 고무 조성물을 가류하여 얻어지는 사이드월을 포함하는 타이어.
  10. 제9항에 있어서, 상기 타이어의 사이드월을 BYK(Micro-TRI-gloss) 광택도 측정기로 60°(입사각)에서 측정한 광택도의 값이 31 내지 36인 타이어.
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