KR20200079773A - 마모 및 제동 성능이 향상된 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내마모(abrasion resistance) 및 제동 (Braking) 성능이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 원료 고무와의 친화력을 증대시킨 충전재(filler)로서 금속산화물-코팅된 탄소나노튜브를 첨가한 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 비표면적이 높은 금속산화물-코팅된 고강성 탄소나노튜브를 적용하여 기존 대비 토탈 필러 사용량을 감량함에도 경도 및 모듈러스는 유지하며, 제동 시, 타이어 및 노면간의 히스테리시스를 높혀 제동 성능을 향상시키며, 충전제와 고무 사이의 상호작용(Filler-Rubber interaction)을 상승시켜 내마모 성능을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물을 얻을 수 있다.

Description

마모 및 제동 성능이 향상된 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물{Rubber composition for tire tread having improved wear and braking performance}

본 발명은 내마모(abrasion resistance) 및 제동 (Braking) 성능이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 원료 고무와의 친화력을 증대시킨 충전재(filler)로서 금속산화물-코팅된 탄소나노튜브를 첨가한 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

타이어는 차량의 하중을 지지하고, 주행 중 받게 되는 충격을 흡수하여야 하며, 운전하기 쉽도록 접지력이 적절하여 방향 전환과 제동이 가능해야 하므로, 노면과 직접 접촉하는 트레드 고무는 주행 중 받게 되는 충격에 찢어지지 않으면서 이를 흡수할 수 있고, 모듈러스, 인장 강도, 경도 등 기계적 성능이 우수하여야 하며, 장기간 사용할 수 있도록 내마모성이 강해야 한다.

이뿐 아니라 차량 보급 대수가 많아지면서 연료 사용량의 증가로 인한 원유 자원 고갈과 배기가스에 의한 대기오염을 방지하기 위해 타이어의 재료와 구조를 차량의 연비와 연관지어 설계한다. 차량의 중량 감소, 차체 모양과 동력전달 기관의 개선, 엔진 구조와 성능 향상 등 다양한 방안을 모색하고 있으나, 타이어의 주행 중 변형에 따른 회전 저항의 절감이 차량의 연비를 향상시키는 매우 효과적인 방안으로 고려되고 있다.

유럽연합에서는 2012년에 타이어의 연비에 관련된 회전 저항, 운전 안전성에 관련된 접지력, 소음을 표시하는 타이어의 등급 표시제를 도입하였으며, 이후 우리나라를 비롯한 여러 나라에서 타이어의 등급 표시제가 시행되어 트레드 고무의 접지력과 회전 저항은 타이어의 성능을 결정하는 중요 인자로 부각되었다.

스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber: SBR)로 만드는 트레드 고무의 내마모성을 증진시키기 위해 폴리부타디엔 고무(polybutadienerubber: BR)를 혼합하거나 모듈러스, 인장 강도, 경도 등을 높이기 위해 카본블랙이나 실리카를 충전제로 첨가하는 것이 관행으로 되고 있다.

이 중 크기가 20~100 nm인 탄소 알갱이가 덩어리진 카본블랙은 소수성 물질이어서 고무와 잘 섞이고, 기계적 물성의 보강에 매우 효과적이며, 전기전도도가 높아 트레드 고무의 전기 저항을 낮추는 효과적인 보강제다.

그러나 카본블랙은 이처럼 원료고무와의 혼화성이 좋아서 고무의 기계적 물성을 높여주는 역할을 하기는 하나, 트레드 고무의 접지력을 높이면서 회전 저항을 낮추지 못하는 제한(trade-off) 때문에 그 첨가량에 제한이 있다.

본 발명에서는 타이어 트레드용 고무조성물에 있어서 함유량을 저감하여도 기계적인 물성을 저하시키지 않으면서도 제동 성능 및 마모 성능이 향상된 타이어를 제조할 수 있는 충전제, 및 이를 적용한 고무 조성물을 공급하고자 한다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 목적을 위해, 무기 충전재로서 금속산화물 코팅된 탄소 나노튜브를 포함하는 고무 조성물을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 합성고무, 충전제 및 각종 고무첨가제로 이루어진 타이어 트레드용 고무조성물로서, 상기 충전재는 원료고무 100 중량부에 대하여 실리카 80~120 중량부, 금속산화물-코팅된 탄소나노튜브 1~10중량부 포함하는 고무조성물을 제공한다.

본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 상기 금속산화물은 ZnO, SnO₂, WO₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄, NiO, TiO₂, CuO, In₂O₃, Zn₂SnO₄, Co₃O₄, PdO, LaCoO₃, NiCo₂O₄, V₂O₅, RuO₂, IrO₂, MnO₂, InTaO₄, InTaO₄ 중에서 선택된 적어도 어느 하나 혹은 그 이상의 복합체인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 탄소나노튜브의 직경은 10nm ~ 100㎛ 이고, 튜브의 두께는 1nm ~ 100nm 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 비표면적이 높은 금속산화물-코팅된 고강성 탄소나노튜브를 적용하여 기존 대비 토탈 충전재 사용량을 감량함에도 경도 및 모듈러스는 유지하며, 제동 시, 타이어 및 노면간의 히스테리시스를 높혀 제동 성능을 향상시키며, 충전재와 고무 사이의 상호작용(Filler-Rubber interaction)을 상승시켜 내마모 성능을 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물을 얻을 수 있다.

도 1은 기본적인 탄소 나노튜브의 전자현미경 사진 이미지이다.
도 2는 금속산화물 코팅된 탄소 나노튜브의 전자현미경 사진 이미지이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 이하의 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 본 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 고무 조성물을 상세히 설명한다.

본 발명의 고무 조성물은 충전재로서 금속산화물 코팅된 탄소나노튜브(CNT)를 포함한다.

금속산화물 코팅된 탄소나노튜브는 고무 조성물 내에서 원료 고무와 충전제재(filler) 상호간의 친화력을 증대시켜 내마모 성능의 향상이 가능하다. 또한, 금속산화물-코팅된 탄소나노튜브는 충전재들 사이의 상호작용(Filler-Filler interaction)을 향상시켜 마찰특성이 우수하며, 타이어 트레드 고무 조성물 적용 시 향상된 그립력(grip force)을 발휘하여 우수한 제동 성능이 확보 가능하게 된다.

금속산화물은 ZnO, SnO₂, WO₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄, NiO, TiO₂, CuO, In₂O₃, Zn₂SnO₄, Co₃O₄, PdO, LaCoO₃, NiCo₂O₄, V₂O₅, RuO₂, IrO₂, MnO₂, InTaO₄, InTaO₄ 중에서 선택될 수 있으며, 하나 이상의 조합도 가능하다.

금속산화물로 탄소나노튜브를 코팅하는 방법은 다음과 같다. 우선 스프레이 드라이어를 이용한 급속 열 분사 건조법에 의해 분사 및 건조시켜 밀집된 구형의 탄소나노튜브 입자를 제조한 후, 상기 밀집된 탄소나노튜브 입자, 금속산화물 전구체, 및 용매를 포함하는 혼합물에 산을 첨가하여 상기 밀집된 탄소나노튜브 입자의 표면을 부분적으로 박리 및 산처리한 후 반응시켜 금속산화물-코팅된 탄소나노튜브 복합체 입자를 수득할 수 있다. 상기 스프레이 드라이어의 입구온도는 약 100℃ 내지 200℃이며, 약 1~5 mL/분의 유량으로 상기 탄소나노튜브 분산액을 분사하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

또한, 상기 밀집된 탄소나노튜브 입자의 형성 후, 열처리하는 것을 추가 포함할 수도 있다. 상기 밀집된 탄소나노튜브 입자는 상기 열처리를 통해 상기 탄소나노튜브 분산액에 포함되어 있을 수 있는 계면활성제 또는 용매 등의 잔여 물질들을 제거할 수 있다. 상기 열처리는 약 200℃ 내지 약 900℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명은 베이스가 되는 고무 원료로 타이어용 트레드 고무 조성물의 원료로서 사용할 수 있는 원료라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

원료 고무는 천연고무 또는 합성고무 또는 천연고무와 합성고무의 조합 중 하나를 선택할 수 있다.

상기 천연고무는 일반적인 천연고무 또는 변성 천연고무일 수도 있다.

상기 합성고무는 유화 또는 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 또는 이들의 조합 중 하나를 선택할 수 있다. 특히 상기 합성고무는 네오디움 부타디엔 고무, 코발트 부타디엔 고무 또는 니켈 부타디엔 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 타이어용 고무 조성물은 타이어의 보강성 향상을 위해 충전제를 더 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 충전제는 실리카일 수 있다.

상기 실리카는 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB) 흡착 비표면적이 110 내지 300 m²/g이고, 수분 함량이 4.0 내지 7.0%이고, 순도가 80% 이상인 실리카일 수 있다. 실리카는 일반적으로 그 표면에 존재하는 강한 친수성 작용기, 즉 실라놀기(-SiOH)로 인해 극성을 나타내기 때문에 타이어용 고무 조성물 제조 시 원료 고무와의 혼합성 및 가공성이 낮고, 그 결과 타이어의 회전 저항 특성 및 내마모성을 저하시킨다. 그러나, 본 발명의 타이어용 고무 조성물에 사용되는 실리카는 비표면적이 크므로, 타이어용 고무 조성물 중 실리카의 함량이 감소되고, 이에 따라 타이어의 내마모 성능 및 제동 성능을 추가로 개선할 수 있다.

상기 타이어용 고무 조성물은 상기 실리카의 실라놀기와 반응하여 표면화학적 특성을 변화시킴으로써 실리카와 고무와의 혼합을 용이하게 하고, 그 결과 저연비 성능을 유지함과 동시에 내마모 성능을 개선하고, 또 타이어의 외착 착색도를 향상시키기 위해 분산제를 더 포함할 수 있다.

일 구현예에 따르면, 상기 분산제는 실란 커플링제일 수 있다. 예를 들어, 상기 실란 커플링제는 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 혼합물 중에서 선택될 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-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

상기 머캅토 실란 화합물은 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 2-머캅토에틸트리메톡시실란, 2-머캅토에틸트리에톡시실란 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 상기 비닐계 실란 화합물은 에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 상기 아미노계 실란 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리에톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란 및 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 상기 글리시독시계 실란 화합물은 γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 상기 니트로계 실란 화합물은 3-니트로프로필트리메톡시실란, 3-니트로프로필트리에톡시실란 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 상기 클로로계 실란 화합물은 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 2-클로로에틸트리메톡시실란, 2-클로로에틸트리에톡시실란 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 상기 메타크릴계 실란 화합물은 γ-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 메틸디메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 디메틸메톡시실란 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

일 구현예에 따르면, 상기 분산제의 함량은 상기 충전제의 함량 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부일 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 상기 분산제의 함량은 상기 충전제의 함량 100 중량부에 대하여 3 내지 8 중량부일 수 있다. 상기 분산제의 함량이 상기 충전제의 함량 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만인 경우 상기 분산제가 상기 원료 고무와 상기 충전제를 효과적으로 결합시킬 수 없어 상기 타이어용 고무 조성물의 분산 문제가 발생할 수 있고, 상기 분산제의 함량이 상기 충전제의 함량 100 중량부에 10 중량부 초과인 경우 상기 분산제가 상기 원료 고무와 상기 충전제를 과도하게 결합시켜 타이어의 인성(toughness)을 증가시키고, 이에 따라 타이어의 탄성이 저하될 수 있다.

상기 타이어용 고무 조성물은 본 발명의 효과나 목적을 해치지 않는 범위 내에서 첨가제를 더 포함할 수 있다.

일 구현예에 따르면, 상기 첨가제는 노화방지제, 가류제, 가류촉진제 및 가류촉진조제 중에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다.

상기 가류제는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속산화물을 포함할 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 포함할 수 있으며, 이외 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가류제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 포함할 수도 있다.

또한, 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 포함할 수 있다.

상기 가류제의 함량은 상기 원료 고무의 함량 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부일 수 있다. 상기 가류제의 함량이 상기 범위 이내인 경우 적절한 가황 효과로서 원료 고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해줄 수 있다.

상기 가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제를 의미한다. 상기 가류촉진제는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

상기 술펜아미드계 가류촉진제는 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 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 상기 티아졸계 가류촉진제는, 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 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

상기 티우람계 가류촉진제는, 예컨대 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

상기 티오우레아계 가류촉진제는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

상기 구아니딘계 가류촉진제는 N,N-디페닐구아니딘(DPG), 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

상기 디티오카르밤산계 가류촉진제는 에틸페닐디티오카르밤산아연, 부틸페닐디티오카르밤산아연, 디메틸디티오카르밤산나트륨, 디메틸디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산아연, 디부틸디티오카르밤산아연,

디아밀디티오카르밤산아연, 디프로필디티오카르밤산아연, 펜타메틸렌디티오카르밤산아연과 피페리딘의 착염, 헥사데실이소프로필디티오카르밤산아연, 옥타데실이소프로필디티오카르밤산아연 디벤질디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산나트륨, 펜타메틸렌디티오카르밤산피페리딘, 디메틸디티오카르밤산셀레늄, 디에틸디티오카르밤산텔루늄, 디아밀디티오카르밤산카드뮴 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 가류촉진제는 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 아세트알데히드-암모니아 반응물 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

상기 이미다졸린계 가류촉진제는 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물을 포함할 수 있고, 상기 크산테이트계 가류촉진제는 디부틸크산토겐산아연 등의 크산테이트계 화합물을 포함할 수 있다.

상기 가류촉진제의 함량은 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료 고무의 함량 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부일 수 있다.

상기 가류촉진조제는 상기 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 무기계 가류촉진조제, 유기계 가류촉진조제 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

상기 무기계 가류촉진조제로는 산화아연(ZnO), 탄산아연(zinc carbonate), 산화마그네슘(MgO), 산화납, 수산화 칼륨 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.

상기 유기계 가류촉진조제는 스테아르산, 스테아르산 아연, 팔미트산, 리놀레산, 올레산, 라우르산, 디부틸 암모늄-올레이트(dibutyl ammonium oleate), 이들의 유도체 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 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 스테아르산을 함께 사용하는 경우 상기 산화아연 및 스테아르산의 함량은 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 할 수 있도록 각각 상기 원료 고무의 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부일 수 있다.

상기 타이어용 고무 조성물은 상술한 각 성분을 공지의 장치(예를 들어, 밴버리 믹서, 니더, 롤 등)을 이용하여 혼련함으로써 제조될 수 있다.

본 발명의 타이어는 상술한 본 발명의 고무 조성물을 사용한 타이어다. 일 구현예에 따르면, 본 발명의 타이어는 상술한 본 발명의 고무 조성물을 타이어 트레드부에 사용할 수 있다.

이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

표 1은 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 타이어 트레드용 고무 조성물의 조성을 나타낸 것이다.

구분		비교예	실시예
Recipe	SBR	90	90
	BR	10	10
	CNT	-	2.5
	N134	5	-
	Silica	100	100
	TESPT	8.0
	ZnO	3.0
	Stearic aicd	1.0
	6PPD	2.0
	TDAE Oil	37.5
	Sulfur	1.0
	CBS	2.0
	DPG	2.0

CNT: 금속산화물 코팅된 탄소나노튜브

N134: 카본블랙.

실리카: 비표면적 특성(CTAB)이 110 내지 300 m²/g인 실리카

TESPT: 커플링제. Si-69(트리에톡시실릴포르폴테트라설파이드)

6PPD : 산화방지제. N-페닐-N'-(1,3-디메틸부틸)-p-페닐렌디아민

TDAE Oil : 가공오일. 폴리사이클릭아로마틱하이드로카본(polycyclic aromatic hydrocarbon)의 함량이 10mg/kg미만이고, 아로마틱계성분의함량이 10 내지 30 중량%이고, 나프텐계성분의함량이 20 내지 40 중량%이고, 파라핀계성분의함량이 40 내지 60 중량%인 오일.

CBS : 촉진제. N-시클로헥실-2-벤조티아질설펜아미드

DPG : 촉진제. 1,3-디페닐구아니딘

본 발명에 따른 실시예는 카본블랙 5 중량부를 사용한 비교예와는 달리, 카본블랙을 사용하지 않고 금속산화물 코팅된 탄소나노튜브를 2.5 중량부 사용한 점에서 차이가 있다. 그 외의 조성은 비교예와 동일하다.

이하, 표 1과 같은 본 발명에 따른 실시예와 비교예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 고무 시편에 대한 실험결과를 설명하기로 한다.

표 2는 표 1과 같은 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 타이어 트레드용 고무 조성물의 조성을 이용하여 제조된 고무 시편의 경도, 인장물성(Tensile), 모듈러스 등의 물성을 ASTM 관련규정에 의해 측정하고 그 결과를 나타낸 것이다. 또한 그로 인해 제조된 타이어의 제동 성능 및 마모 성능을 측정하여 나타내었다.

구분		비교예	실시예
물성	점도	95	110
	경도	72	73
	300%-모듈러스	90	100
	인장	200	195
	신율	590	570
	Tg (℃)	-10	-10
	0℃ E”	40	50
	60℃ δ	0.150	0.155
타이어 성능	연비 성능	100	100
	제동 성능	100	103
	마모 성능	100	103

실시예 및 비교예에서 제조된 타이어 트레드용 고무 조성물을 각각 금형(15 cm × 15 cm × 0.2 cm) 중에서, 160℃에서 20분 동안 프레스 가류하여 가류 고무를 각각 제작하였다. 각각의 가류 고무의 점도, 경도, 모듈러스, 인장강도, 신장률, 전이온도, 손실 계수(tanδ) 및 타이어 성능을 하기와 같은 방법으로 측정하였다.

<점도>

고무조성물의 무니 점도를 ASTM D1646에 의거하여 측정하였다.

<경도>

경도를 쇼어 A 타입(shore A type) 경도기에 의해 ASTM D2240에 의거하여 측정하였다. 경도는 시편의 딱딱한 정도로 조종 안정성을 나타내는 것으로 그 값이 높을수록 조종 안정성이 우수함을 나타낸다.

<모듈러스, 인장강도, 신장률>

dumbbell형 시편(100 mm× 25 mm × 2 mm, gauge length;20 mm, gauge width; 5 mm)을 제작하여, ASTM 규격 D 412에 의해 측정하였다.

평가는 UTM (Universal Testing Machine, KSU-05M-C, KOREA)을 이용하였으며, 5000 N의 load cell과 500 mm/min 의 crosshead 속도를 적용하였다. 측정 결과는 100%와 300% 모듈러스(modulus), 인장강도(tensile strength), 신장률 (elongation)로 나타내었다.

<점탄성(tanδ)>

tanδ의 측정은 동적점탄성 측정 장치(Dynamic-Mechanical Thermal Analysis:DMTA)를 이용하였다. 구체적으로는 점탄성(tanδ)의 피크 온도의 측정 조건을 측정 온도 범위: -70℃~70℃, 승온 속도: 5℃/min, static: 3%, dynamic: 0.2%로 설정하고 측정치에 기초해 온도 커브를 그려 점탄성(tanδ)의 피크 온도를 측정한다. 60℃ Tanδ값은 값이 작을수록 타이어의 연비 성능이 우수함을 나타낸다.

상기 실험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 고무 조성물은 충전제의 함량이 절반으로 저감되었음에도, 기계적 물성에는 큰 변화가 없을 뿐만 아니라, 제동 성능 및 마모 성능이 비교예 대비 3% 향상됨을 확인할 수 있었다.

Claims (5)

1. 합성고무, 충전제 및 각종 고무첨가제를 포함하는 타이어 트레드용 고무조성물로서,
   상기 충전재는 원료고무 100 중량부에 대하여 실리카 80~120 중량부, 금속산화물-코팅된 탄소나노튜브 1~10중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 고무조성물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속산화물은 ZnO, SnO₂, WO₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄, NiO, TiO₂, CuO, In₂O₃, Zn₂SnO₄, Co₃O₄, PdO, LaCoO₃, NiCo₂O₄, V₂O₅, RuO₂, IrO₂, MnO₂, InTaO₄, InTaO₄ 중에서 선택된 적어도 어느 하나 혹은 그 이상의 복합체인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄소나노튜브의 직경은 10nm ~ 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 튜브의 두께는 1nm ~ 100nm 인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 고무 조성물을 포함하는 트레드를 구비한 타이어.

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