KR20200048009A - 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

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 실리카 100 내지 150 중량부, 그리고 연화점이 100 내지 150 ℃인 수지 15 내지 60 중량부를 포함하고, 상기 원료고무는 스티렌 함량이 8 내지 30 중량%이고, 부타디엔이 포함하는 비닐 함량이 20 내지 35 중량%이며, 분자량 분포가 2 내지 5인 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 포함함으로써, 저연비 성능을 유지하며, 극한의 마른 노면 및 젖은 노면에서의 제동 성능과 핸들링 성능을 향상시킬 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, 저연비 성능을 유지하며, 극한의 마른 노면 및 젖은 노면에서의 제동 성능과 핸들링 성능을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
최근 자동차의 고성능화로 인해 소비자들은 타이어의 고성능화를 동시에 요구하고 있다. 특히, 고성능 Tuning Car 및 Sport Car와 같은 경우 극한의 마른 노면 및 젖은 노면에서의 제동 성능과 핸들링 성능과 글로벌 라벨링 제도의 도입으로 저연비 성능에 대한 요구가 상당히 높다. 이에 따라 내마모성, 핸들링(handling) 및 라이드(ride) 성능, 웨트 제동성 및 저연비성을 모두 겸비하고 있는 타이어에 대한 요구로 새로운 신 개념 소재의 응용이 적극적으로 검토되고 있다.
또한 이러한 타이어의 내마모성, 제동성, 핸들링 및 라이드 성능 및 저연비성을 동시에 겸비한 타이어 기술은 특히 재료 분야에서 많은 개발이 이루어 지고 있다.
일반적으로 타이어의 연비 성능과 관련이 있는 회전저항을 감소시키는 기술로 실리카 등의 보강성 충진제의 양을 감소시켜 히스테리시스 로스를 줄이는 방법이 사용되고 있다. 그러나 이 기술은 보강성 충진제의 양이 감소됨에 따라서 타이어 트레드의 중요한 특성인 젖은 노면에서의 제동 성능 및 조정 안정 성능을 저감시키는 단점이 있다.
이처럼 현재 타이어 재료 개발 기술에서 일반적으로 타이어의 연비 성능을 향상시키면, 젖은 노면에서의 제동 성능은 오히려 저하되는 경우가 발생하고, 타이어의 젖은 노면에서의 제동 성능을 향상시킬 경우 저연비 성능이 불리하게 되는 경우가 발생한다.
이렇게 타이어의 각 성능들은 한 가지 성능을 향상시키면 다른 한 가지 성능은 저하되는 현상을 보이기 때문에 한 가지 성능을 향상시키면서 다른 한 가지 성능은 저하를 최소화하거나 나아가 동시에 두 가지 성능을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
한국공개특허 제10-2011-0071607호
본 발명의 목적은 저연비 성능을 유지하며, 극한의 마른 노면 및 젖은 노면에서의 제동 성능과 핸들링 성능을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 타이어 트레드용 고무조성물은 원료고무 100 중량부, 실리카 100 내지 150 중량부, 그리고 연화점이 100 내지 150 ℃인 수지 15 내지 60 중량부를 한다.
상기 원료고무는 스티렌 함량이 8 내지 30 중량%이고, 부타디엔이 포함하는 비닐 함량이 20 내지 35 중량%이며, 분자량 분포가 2 내지 5인 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 포함할 수 있다.
상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 유리전이온도가 -70 내지 -30℃이며, 상기 Tg는 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 오일이 첨가되는 경우일 수 있다.
상기 실리카는 질소 흡착 비표면적이 150 내지 300㎡/g이며, CTAB 흡착 비표면적이 140 내지 280㎡/g이고, 수소이온지수가 pH 5 내지 8일 수 있다.
상기 수지는 연화점이 110 내지 150℃인 제1 수지 5 내지 25 중량부 및 연화점이 100 내지 130℃인 제2 수지 10 내지 40 중량부를 포함하고, 상기 제1 수지와 상기 제2 수지의 중량비는 1:1 내지 1:5일 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 실란 커플링제 5 내지 15 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 실란 커플링제는 설파이드계 실란 화합물과 머캅토계 실란 화합물을 포함하고, 상기 설파이드계 실란 화합물과 상기 머캅토계 실란 화합물의 중량비는 1:1 내지 1:2일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 저연비 성능을 우수하게 유지하면서 극한의 마른 노면 및 젖은 노면에서의 제동 성능과 핸들링 성능이 향상된 타이어를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 실리카 110 내지 150 중량부, 그리고 수지 15 내지 60 중량부를 포함한다.
상기 원료고무는 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(Solution-polymerized Styrene Butadiene Rubber; S-SBR)를 포함한다. 특히, 특유한 구조 및 제어된 물성을 가지는 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 원료고무로 사용하여 원료고무에 다량의 실리카를 배합할 수 있고, 제반 물성의 악화 없이 젖은 노면의 제동 성능 및 핸들링 성능이 향상된 타이어를 제공할 수 있다.
상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 전체 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 기준으로 결합된 스티렌을 8 내지 30 중량%로 포함하고, 전체 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 기준으로 부타디엔이 포함하는 비닐 함량이 20 내지 35 중량%로 포함하며, 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)가 -70 내지 -30℃일 수 있다. 상기 유리전이온도는 -70 내지 -30℃로서 비교적 낮은 수치를 가지는 것이 바람직하다. 유리전이온도가 높은 스티렌-부타디엔 고무를 사용할 경우 유리전이온도가 상온 이상인 수지를 함께 사용하므로 고무 조성물의 유리전이온도가 너무 높아져 기온에 따른 성능차이가 클 수 있으며 마모에서 불리할 수 있다.
상기와 같이 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 결합된 스티렌 및 비닐기의 함량과 유리전이온도를 제어하는 경우, 다량의 실리카를 원료고무에 균일하게 배합하는 것이 가능하다. 또한, 상기의 경우 젖은 노면에서의 제동 성능과 핸들링이 우수한 타이어를 제공할 수 있다.
상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 오일이 첨가되지 않은 상태로 사용할 수도 있고, 오일이 첨가된 상태로 사용할 수도 있다. 하나의 예시에서 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무에 오일을 첨가하는 경우 상기 고무 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 오일을 첨가할 수 있다. 오일을 상기와 같은 범위로 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무에 첨가하는 경우, 스티렌 구조의 영향으로 저하된 고무의 유연성을 보완할 수 있다.
상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무에 첨가될 수 있는 오일은, 예를 들면, TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract) 오일일 수 있다.
상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 유리전이온도는 일정 함량의 오일이 첨가된 상태에서 측정한 유리전이온도를 의미한다. 그러므로 오일이 첨가되지 않은 상태의 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용하더라도 유리전이온도의 측정 시에는 일부의 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 덜어내어 일정 함량의 오일과 배합한 후 유리전이온도를 측정할 수 있다.
상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는, 예를 들면, 분자량 분포가 2 내지 5인 것일 수 있다. 상기 범위의 분자량 분포를 가지는 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 타이어 트레드용 고무 조성물에 우수한 가공성을 부여할 수 있다. 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 상기와 같은 넓은 분자량 분포를 가지기 위하여, 예를 들면, 연속식 방법에 의하여 제조될 수 있다.
상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는, 예를 들면, 커플링제에 의하여 분자들이 커플링된 상태로 사용될 수 있다. 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 커플링하면, 커플링을 통하여 각 분자가 연결됨으로써, 히스테리시스 손실이 발생하는 원인인 분자의 끝단의 수를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 커플링된 상태의 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용하는 경우 저연비 성능이 극대화된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공할 수 있다. 상기에서 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 커플링하기 위한 커플링제로는 본 발명의 기술분야에서 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들면, 규소(Si) 또는 주석(Sn) 등을 사용할 수 있다.
상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무로는, 예를 들면, 말단이 변성된 것을 사용할 수 있다. 말단이 변성된 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 표면이 친수성인 실리카와 소수성인 고무 간의 친화력을 높여주어 실리카의 분산을 향상시켜 고무의 물성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 상기에서 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무의 말단을 변성시키기 위한 화합물로는 본 발명의 기술분야에서 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들면, 아미노 실란계 화합물 또는 글리시딜 아미노계 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 원료고무로는 1 종 이상의 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용하거나, 또는 1 종 이상의 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 다른 고무와 함께 배합하여 사용하는 것이 가능하다. 하나의 예시에서 상기 원료고무에는 상기 원료고무 전체 중량에 대하여 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무가 80 내지 100 중량%로 포함될 수 있다.
이러한 범위에서 젖은 노면에서의 제동 성능과 핸들링 성능이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 생성할 수 있다.
상기에서 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무와 배합될 수 있는 다른 고무로는 타이어 고무 분야에서 사용되는 고무가 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 다른 고무는, 예를 들면, 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.
하나의 예시에서 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무와 배합되는 고무로는 부타디엔 고무가 사용될 수 있다.
상기 부타디엔 고무는, 예를 들면, 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 부타디엔 고무는, 예를 들면, 상기 원료고무 전체 중량에 대하여 0 내지 20 중량%로 원료고무에 포함될 수 있다. 이러한 범위에서 적절한 기계적 강성 및 내마모성을 나타내는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공할 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 보강성 충진제로서 실리카를 포함한다.
상기 실리카는 본 발명의 목적에 적합한 타이어 트레드용 고무 조성물을 얻기 위해 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 150 내지 300m2/g이고, CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 흡착 비표면적이 140 내지 280m2/g인 특성을 가질 수 있다. 이러한 실리카는 원료고무에 대하여 고분산성을 가지고, 적절한 보강성능 및 가공성을 타이어 트레드용 고무 조성물에 부여할 수 있다.
상기 실리카의 질소흡착 비표면적이 150㎡/g 미만이면 배합고무의 강성이 감소하여 핸들링과 젖은 노면 제동 성능이 감소하여 충진제인 실리카의 보강성능이 불리해질 수 있고, 300㎡/g을 초과하면 실리카의 분산이 어렵고 과도한 강성 향상으로 제반성능이 감소하며 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 실리카의 CTAB흡착 비표면적이 140㎡/g 미만이면 배합고무의 강성이 감소하여 핸들링과 젖은 노면 제동 성능이 감소하여 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 280㎡/g을 초과하면 실리카의 분산이 어렵고 과도한 강성 향상으로 제반성능이 감소하며 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 실리카는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 100 내지 150 중량부 또는 110 내지 140 중량부로 사용될 수 있다. 통상적으로 다량의 실리카는 원료고무에 균일하게 혼합되지 않고, 다량의 실리카가 배합된 고무 조성물을 공장에서 다루는 데 많은 어려움이 있다. 따라서 상기와 같이 다량의 실리카를 원료고무에 배합하는 것은 실제 행해지지 않고 있다. 그러나 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 전술한 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 원료고무로 사용함으로써 다량의 실리카를 포함할 수 있다. 그 결과 타이어의 제반 성능의 악화 없이 향상된 강성 및 젖은 노면에서의 제동 성능이 우수한 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공할 수 있다.
실리카는, 예를 들면, pH 5 내지 pH 8의 수소이온지수를 가지는 것일 수 있다. 이러한 범위의 수소이온지수를 가지는 실리카는 원료고무의 물성을 저하시키는 문제없이 원료고무에 균일하게 배합될 수 있다.
상기 실리카는 상기 물성을 가지도록 당 업계에 알려진 방법에 의하여 제조될 수 있다. 예를 들면 상기 실리카는 습식법 또는 건식법으로 제조된 것을 사용할 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 실리카의 분산성 향상과 보강성 발현을 위하여 커플링제를 더 포함할 수 있다.
상기 커플링제는 실란 커플링제일 수 있으며, 실란 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, 바람직하게는 설파이드계 실란 화합물 또는 설파이드계 실란 화합물과 머캅토계 실란 화합물을 조합하여 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-트리에톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 머캅토 실란 화합물은 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 2-머캅토에틸트리메톡시실란, 2-머캅토에틸트리에톡시실란, 3-머캅토프로필-디(트리데칸-1-옥시-13-펜타(에틸렌옥사이드))메톡시실란, 3-머캅토프로필-디(트리데칸-1-옥시-13-펜타(에틸렌옥사이드))에톡시실란, 3-머캅토에틸-디(트리데칸-1-옥시-13-펜타(에틸렌옥사이드))메톡시실란, 3-머캅토에틸-디(트리데칸-1-옥시-13-펜타(에틸렌옥사이드))에톡시실란 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 실란 커플링제는 상기 실리카의 분산성 향상을 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 상기 실란 커플링제의 함량이 5 중량부 미만일 경우 실리카의 분산성 향상이 부족하여 고무의 가공성이 저하되거나 저연비 성능이 저하될 수 있으며, 15 중량부를 초과하는 경우 실리카와 고무의 상호작용이 너무 강하여 저연비 성능은 우수할 수 있으나 제동 성능이 매우 저하될 수 있다.
또한, 상기 실란 커플링제로 설파이드계 실란 화합물과 머캅토계 실란 화합물을 조합하여 사용할 경우 상기 설파이드계 실란 화합물과 상기 머캅토계 실란 화합물의 중량비는 1:1 내지 1:2로 조합할 수 있으며, 상기 설파이드계 실란 화합물과 상기 머캅토계 실란 화합물을 동시에 적용함으로써 160℃ 이상의 고온 믹싱 방출시 실리카의 분산성 및 반응성을 향상시킬 수 있다. 상기 중량비가 1:1 미만일 경우 160℃ 이상의 고온 방출시 과반응에 의한 고무 뭉침 현상으로 가공성이 현저히 저하될 수 있으며, 1:2를 초과하는 경우 스코치(Scorch) 현상 발생위험이 증가하는 문제점이 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 고 연화점의 수지를 포함한다. 상기 수지는 상기 고무 조성물로부터 제조되는 고무에 강성을 부여하고, 젖은 노면에서의 제동 성능 및 핸들링 성능이 우수한 타이어를 제공할 수 있다.
상기 수지는 원료고무 100 중량부에 대하여 15 내지 60 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 범위에서 타이어 고무에 적절한 강성을 부여하고, 젖은 노면에서의 제동 성능 및 핸들링 성능이 우수한 타이어를 제공할 수 있다.
또한, 상기 수지는 25 내지 75℃의 Tg를 가지는 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 수지는 Tg가 25 내지 75℃이고, 연화점이 100 내지 150 ℃일 수 있다. 이러한 범위의 Tg와 연화점을 가지는 수지를 사용할 경우 고무 조성물 내에 믹싱시에는 연화점 이상에서 믹싱되어 가공성 향상에 도움이 되며 상온 및 일반 타이어 주행시의 온도에서는 단단한(hard) 부분으로서 작용하여 고무의 강성이 향상되며, 고분산성을 가져 저연비 성능이 향상된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공할 수 있다. 상기 수지의 연화점이 100℃ 미만이면 타이어 주행, 제동 핸들링 시 고무 조성물 내의 수지가 연화하여 고무 조성물의 강성이 감소하고 150℃를 초과하면 배합 중 분산성이 저하되어 가공성 저하 및 마모 성능에 손실을 초래할 수 있다.
또한, 상기 수지는 연화점이 110 내지 150℃인 제1 수지 5 내지 25 중량부 및 연화점이 100 내지 130℃인 제2 수지 10 내지 40 중량부를 동시에 포함하여 사용할 수 있으며, 상기 제1 수지와 상기 제2 수지의 중량비는 1:1 내지 1:5의 비율로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 중량비가 1:1 미만일 경우 고무 조성물의 강성과 히스테리시스 감소로 제동 및 핸들링 성능에 불리할 수 있으며, 1:5를 초과하는 경우 마모 및 낮은 회전저항(Low Rolling Resistance, LRR)성능이 저하되는 문제점이 있다.
상기 제1 수지는 실리카 친화형의 페놀계 수지일 수 있다. 예를 들면, 페놀계 수지로는 노볼락 수지를 사용할 수 있다. 상기 노볼락 수지는 페놀류를 알데하이드류와 산 촉매 하에서 반응시킨 것을 의미한다. 상기에서 페놀류는 페놀, 크레졸, 레소르시놀 등을 예로 들 수 있고, 알데하이드류는 포름알데하이드, 파라포름알데하이드, 벤즈알데하이드 등을 예로 들 수 있으며, 산 촉매는 옥살산, 염산, 황산 및 p-톨루엔설폰산 등을 예로 들 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 수지는 고분자 친화형의 알리파틱(Aliphatic)계 수지, 나프타닉(Naphthenic)계 수지 및 이들의 조합 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 알리파틱(Aliphatic)계 수지는 예를 들어 아이소프렌(Isoprene)과 같은 C5 계 석유 수지 등일 수 있으며, 나프타닉(Naphthenic)계 수지는 예를 들어 테르핀계(Terpene), DCPE(Dicyclopentadiene) 등일 수 있고, 알리파틱계 수지와 나프타닉계 수지의 조합일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 충진제, 노화방지제, 연화제 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 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-디에틸-4-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 상기 실리카 외에도 당 업계에서 사용되는 통상의 충진제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 충진제는, 예를 들면, 카본블랙, 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, N315, 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 5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 카본블랙의 함량이 5 중량부 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 10 중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 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 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 0 내지 20 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 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 수지 또는 레조시놀 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 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.
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		 비교예
2		 실시예
1		 실시예
2		 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예
6
원료고무 S-SBR (1) 60
(40)
S-SBR (2) 50
(40)		 112.5
(90)		 62.5
(50)		 62.5
(50)
S-SBR (3) 50(50) 50
(50)		 50
(50)		 50
(50)
S-SBR (4) 68.75(50) 68.75
(50)		 68.75
(50)		 68.75
(50)		 68.75
(50)		 68.75
(50)
BR(5) 20 10
실리카(6) 110 120 120 120 130 130 135 135
카본블랙 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5
커플링제(7) 8.5 9.5 9.5 9.5 5 5 4.5 4.5
커플링제(8) 5 5 6.8 6.8
제1 수지(9) 10 20 20 15 10 15
제2 수지(10) 10 20 20 25 35 35
가공조제 5 5
프로세스 오일 7 15 10 10 5 5 5 5
산화아연 2 2 1 1 1 1 1 1
스테아린산 1 1 1 1 1 1 1 1
노화방지제(11) 2 2 2 2 2 2 2 2
가류촉진제(12) 2 2 3 3 3 3 3 3
가류촉진제(13) 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2
유황 1.2 1.2 1.2 1.2 1.4 1.4 1.5 1.5
초촉진제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
단위는 중량부이며, 원료고무에서 괄호 안의 숫자는 오일을 제외한 원료고무의 무게이다.
(1) S-SBR: 연속식 방법에 의해 제조된 것으로, 결합된 스티렌의 함량이 38~42중량%이고, 비닐 함량이 26~30중량%이며, 말단은 글리시딜 아미노계 화합물로 변성된 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무로서, 상기 고무 100중량부에 대하여 50중량부의 오일을 함유된 상태로 사용하였고, 오일이 함유된 상태에서 유리전이온도는 약 -28℃임
(2) S-SBR: 연속식 방법에 의해 제조된 것으로, 결합된 스티렌의 함량이 34~38중량%이고, 비닐 함량이 36~40중량%이며, 말단은 아미노 실란계 화합물로 변성된 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무로서, 상기 고무 100중량부에 대하여 25중량부의 오일을 함유된 상태로 사용하였고, 오일이 함유된 상태에서 유리전이온도는 약 -21℃임
(3) S-SBR: 연속식 방법에 의해 제조된 것으로, 결합된 스티렌의 함량이 8~12중량%이고, 비닐 함량이 25~31중량%이며, 말단은 아미노 실란계 화합물로 변성된 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무로서, 상기 고무에 오일은 함유하지 않은 상태로 사용하였고, 오일이 함유된 상태에서 유리전이온도는 약 -60℃임
(4) S-SBR: 연속식 방법에 의해 제조된 것으로, 결합된 스티렌의 함량이 13~17중량%이고, 비닐 함량이 23~27중량%이며, 말단은 아미노 실란계 화합물로 변성된 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무로서, 상기 고무 100중량부에 대하여 37.5중량부의 오일을 함유된 상태로 사용하였고, 오일이 함유된 상태에서 유리전이온도는 약 -60℃임
(5) BR: 유리전이온도가 약 -106℃인 부타디엔 고무
(6) 실리카: 질소흡착 비표면적이 약 170㎡/g이고, CTAB 흡착 비표면적이 약 160㎡/g 인 고분산성 실리카
(7) 커플링제: 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드(상품명: Si69, 제조사: Degussa)
(8) 커플링제: 3-머캅토프로필-디(트리데칸-1-옥시-13-펜타(에틸렌옥사이드))에톡시실란
(9) 제1 수지: 연화점이 135~150℃인 페놀계 수지
(10) 제2 수지: 연화점이 100~110℃인 나프테닉계 수지
(11) 노화방지제: N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민
(12) 가류촉진제: 디페닐렌구아니딘(DPG)
(13) 가류촉진제: N-시클로헥실-2-벤조티아질설펜아마이드(CBS)
[ 실험예 1: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
　 비교예
1		 비교예
2		 실시예
1		 실시예
2		 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예
6
무니점도(ML1+4) 78 80 81 79 73 72 68 66
경도 (ShoreA) 72 74 73 75 75 73 74 74
300% Modulus 105 105 98 102 95 96 98 94
파단에너지 168 162 172 169 182 187 192 194
Wet Grip Index 100 103 102 102 105 104 106 107
30℃ G* (E+06) 10.2 11.1 10.2 11.2 11.8 11.5 12.3 12.0
60℃ tan δ 0.173 0.182 0.173 0.178 0.182 0.175 0.171 0.176
60℃ G* (E+06) 7.0 7.5 6.9 7.8 8.2 7.8 8.1 7.9
람본마모 Index 100 97 105 102 106 109 107 106
- 무니점도(ML1+4(125℃))는 ASTM 규격 D1646에 의해 측정하였다. 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미가류 고무의 가공성이 우수하다.
- 경도는 DIN 53505에 의해 측정하였다. 조종 안정성을 나타내는 것으로 그 값이 높을수록 조종 안정성이 우수하다.
- 300% 모듈러스와 파단에너지는 ISO 37 규격에 의해 측정하였다. 파단에너지는 고무가 파단될 때 필요한 에너지를 나타내는 것으로 값이 높을수록 필요한 에너지가 높아 마모 성능이 우수하다.
- 점탄성은 ARES 측정기를 사용하여 0.5% 변형(strain)에 10Hz Frequency 하에서 -60℃에서 60℃까지 G’, G”, tan δ를 측정하였다. 60℃ tanδ는 회전저항 특성을 나타내는 것으로서 수치가 낮을수록 성능이 우수함을 나타낸다.
- Wet Grip Index는 젖은 노면에서의 제동 특성을 나타낸 것으로 수치가 높을수록 제동 성능이 우수함을 나타내며 낸다.
- 30℃/60℃ G*는 고무 조성물의 강성으로서 마른 노면 및 젖은 노면에서의 제동과 핸들링 성능과 관련 있으며 수치가 높을수록 우수하다.
- 람본마모 Index는 Lambourn 마모 측정기를 사용하여 연마석 회전속도 50mm/min에서 측정하였다. 수치가 높을수록 마모성능에 유리함을 나타낸다.
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 6의 경우 ML1+4가 비교예 1 및 2보다 낮은 수준을 나타내고 경도와 300% 모듈러스가 유지되면서 향상된 파단에너지를 가지는 고무 조성물을 제공함을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 6의 경우 60℃ tan δ를 비교예 1 및 2와 동등한 수준으로 유지하면서, Wet Grip Index, 30℃/60℃ G* 가 향상되어 가공성, 조정 안정성(핸들링 성능) 및 제동 성능이 매우 크게 향상된 고무 조성물을 제공함을 확인할 수 있었다.
[ 실험예 2: 타이어의 성능 시험 ]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무로 트레드를 만들고, 상기 트레드를 반제품으로 포함하는 245 40ZR18 규격의 타이어를 제조하였다. 상기 타이어에 대한 마른 노면과 젖은 노면에서의 제동 성능 및 회전 저항을 시험하고, 비교예 1의 타이어의 결과에 대한 실시예 1 내지 6 및 비교예 2의 상대 비율을 하기 표 3에 나타내었다.
비교예
1		 비교예
2		 실시예
1		 실시예
2		 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예
6
마른 노면제동성능 100 103 101 102 105 104 108 106
젖은 노면제동성능 100 104 102 106 105 103 107 110
회전 저항 100 102 101 103 104 101 100 101
상기 표3을 참조하면, 실시예 1 내지 6의 타이어의 경우 회전저항을 기존과 동등한 수준으로 유지하여 저연비 성능의 손해를 최소화하면서 극한의 마른 노면과 젖은 노면 제동성능과 고핸들링 성능을 구현할 수 있음을 확인할 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 (7)

  1. 원료고무 100 중량부,
    실리카 100 내지 150 중량부, 그리고
    연화점이 100 내지 150 ℃인 수지 15 내지 60 중량부
    를 포함하고,
    상기 원료고무는 스티렌 함량이 8 내지 30 중량%이고, 부타디엔이 포함하는 비닐 함량이 20 내지 35 중량%이며, 분자량 분포가 2 내지 5인 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무를 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 유리전이온도가 -70 내지 -30℃이며,
    상기 유리전이온도는 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 오일이 첨가되는 경우인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리카는 질소 흡착 비표면적이 150 내지 300㎡/g이며, CTAB 흡착 비표면적이 140 내지 280㎡/g이고, 수소이온지수가 pH 5 내지 8인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 연화점이 110 내지 150℃인 제1 수지 5 내지 25 중량부 및
    연화점이 100 내지 130℃인 제2 수지 10 내지 40 중량부를 포함하고,
    상기 제1 수지와 상기 제2 수지의 중량비는 1:1 내지 1:5인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 실란 커플링제 5 내지 15 중량부를 더 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실란 커플링제는 설파이드계 실란 화합물과 머캅토계 실란 화합물을 포함하고,
    상기 설파이드계 실란 화합물과 상기 머캅토계 실란 화합물의 중량비는 1:1 내지 1:2인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
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