KR20200134707A - 타이어 트레드의 고무조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브의 고무 내부 분산 문제를 근본적으로 해결하여 분산성을 향상시킨 타이어 트레드의 고무조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
본 발명에 따른 타이어 트레드의 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대해, 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치를 1 ~ 100 중량부 대체하여 포함하며, 원료고무는 천연고무나 합성고무 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것이며, 상기 조성으로 타이어가 제조된다.
본 발명에 의하면, 원료고무 내에 사전에 탄소나노튜브를 분산시킨 마스터 배치를 사용하므로써, 보강성 향상이 매우 뛰어나 마모 성능에 매우 유리하며, 또한 향상되는 보강성 만큼 카본블랙을 대체함으로써 발열성능에 유리한 효과가 있다.
본 발명에 따른 타이어 트레드의 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대해, 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치를 1 ~ 100 중량부 대체하여 포함하며, 원료고무는 천연고무나 합성고무 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것이며, 상기 조성으로 타이어가 제조된다.
본 발명에 의하면, 원료고무 내에 사전에 탄소나노튜브를 분산시킨 마스터 배치를 사용하므로써, 보강성 향상이 매우 뛰어나 마모 성능에 매우 유리하며, 또한 향상되는 보강성 만큼 카본블랙을 대체함으로써 발열성능에 유리한 효과가 있다.
Description
본 발명은 타이어 트레드의 고무조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브의 고무 내부 분산 문제를 근본적으로 해결하여 분산성을 향상시킨 타이어 트레드의 고무조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 관한 것이다.
타이어 구조상 제일 중요한 부분은 지면과 직접적으로 접촉하여 타이어 성능을 구현하는 트레드(Tread)이며, 트레드의 고무 조성물은 균일한 혹은 가혹한 차량 운행 조건에서도 안정적인 수준의 내마모성, 회전저항, 인장강도를 지녀야 한다.
타이어 트레드 고무 조성물에 사용되는 보강제 중에서 카본블랙은 내마모성, 인장강도 측면의 장점을 가지고 있으며, 탄소나노튜브(CNT) 다발은 sp2 전자배열을 갖고, 수십 나노 미터의 지름을 갖는 원통형 튜브 형태의 물질이다.
흑연의 음극상에서 형성된 신소재로서 카본나노튜브는 탄성률은 1~2 TPa(강철의 7배), 인장강도는 30~180 GPa(강철의 100배), 전기 전도도는 6,000 S/cm(구리선의 1,000배), 열 전도도는 6,000 W/mK (다이아몬드의 2배)의 뛰어난 기계적 물성을 가지고 있다.
타이어 트레드는 거친 주행 조건에 안정적인 발열성, 피로 특성, 인장 강도를 갖는 고무 조성물이 적용되어야 하며, 카본나노튜브는 카본 보강제로서 이러한 성능을 향상시킬 수 있고, 고무 조성물의 중량 감소를 통하여, 회전저항을 낮추고 연비를 높일 수 있다.
타이어 고무 조성물에 카본나노튜브를 적용한 종래기술로는 탄소나노튜브가 함유된 타이어용 고무 조성물(공개특허공보 제10-2015-0045169호), 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 포함하는 공기입 타이어(공개특허공보 제10-2009-0044637) 등이 알려져 있다.
그런데, 탄소나노튜브는 강한 반데르발스 힘(van der Waals force)에 의해 서로 엉켜있기 때문에, 복합화하고자 하는 매질 내에 고르게 분산되지 못하는 문제점이 있다. 그에 따라, 탄소나노튜브의 표면에 관능기를 도입하여 개질하거나, 다단계의 물리적 공정을 적용하는 방법 등이 시도되고 있으며, 탄소 나노 튜브 표면코팅 또는 스티렌-부타디엔 고무 액상 중합시 탄소 나노튜브를 첨가하는 분산시키는 방법이 사용되고 있다..
그러나, 이러한 방법은 복잡한 전처리 공정이 요구되어 생산성의 저하를 초래하며, 인체 또는 환경에 유해한 유기 용매가 사용될 뿐만 아니라, 탄소나노튜브에 대한 전처리 과정에서 탄소나노튜브의 손상에 의한 물성 저하가 발생하는 등 여러 가지 문제점이 존재하며, 고무내 분산성 향상에 한계가 있다.
본 발명의 목적은 원료고무 내에 사전에 탄소나노튜브를 분산시킨 마스터 배치를 사용하여 탄소나노튜브의 고무 내부 분산 문제를 근본적으로 해결하여 분산성을 향상시킨 타이어 트레드의 고무조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 타이어 트레드의 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대해, 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치를 1 ~ 100 중량부 대체하여 포함하며, 원료고무는 천연고무나 합성고무 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.
원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치는 원료고무 100중량부에 대하여, 카본 나노 튜브가 5 내지 50중량부를 포함하는 것일 수 있다.
원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치의 원료고무는 부타디엔 고무(BR) 100 중량부 또는 천연고무(NR) 100중량부일 수 있다.
또한, 타이어 트레드의 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대해, 카본블랙 1~60중량부, 연화제 1~6 중량부, 산화아연 4~6중량부, 스테아린산 1~4중량부, 가류제 1~3중량부, 가류촉진제 1~1.5중량부를 더 포함할 수 있다.
카본블랙은 요오드 흡착량이 103~1000mg/g이며, 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 118~1000㎡/g 이며, DBP 흡유량이 105~495㎡/g이고, BET 비표면적이 100~1000㎡/l인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 타이어는 원료고무 100중량부에 대해, 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치를 1 ~ 100 중량부 대체하여 포함하며, 원료고무는 천연고무나 합성고무 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 타이어 트레드의 고무조성물을 이용하여 제조된 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 타이어 트레드의 고무조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 의하면, 원료고무 내에 사전에 탄소나노튜브를 분산시킨 마스터 배치를 사용하므로써, 보강성 향상이 매우 뛰어나 마모 성능에 매우 유리하며, 또한 향상되는 보강성 만큼 카본블랙을 대체함으로써 발열성능에 유리한 효과가 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명은 탄소 나노 튜브를 필러로 추가하거나 대체하며, 원료고무(천연고무 또는 부타디엔 고무)에 반바리 믹서 등을 이용하여 탄소 나노 튜브를 먼저 혼합하여 분산시킨 마스터 배치를 사용하여 타이어 트레드의 고무조성물을 제조한다.
구체적으로 타이어 트레드의 고무조성물은, 원료고무 100중량부에 대해, 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치를 1 ~ 100 중량부 대체하여 포함하며, 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치는 원료고무 100중량부에 대하여, 카본 나노 튜브가 5 내지 50중량부를 포함한다. 그리고, 원료고무 100중량부에 대하여, 카본 블랙 1~60중량부, 연화제 1~6 중량부, 산화아연 4~6중량부, 스테아린산 1~4중량부, 가류제 1~3중량부, 가류촉진제 1~1.5중량부를 추가로 포함한다.
원료고무는 천연고무나 합성고무 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
천연고무는 우수한 인장강도 및 내마찰성을 갖는 것으로, 통상 타이어 고무 조성물에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적으로 천연 고무는 일반적인 천연 고무, 또는 변성 천연고무일 수 있다.
일반적인 천연고무는 천연고무로서 알려진 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않는다. 천연고무는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스-1,4-폴리이소프렌을 포함할 수도 있다. 따라서, 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.
변성 천연고무는, 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예컨대, 변성 천연고무로는 에폭시화 천연고무(ENR), 탈단백 천연고무(DPNR), 수소화 천연고무 등을 들 수 있다.
합성고무는 부틸 고무, 할로겐화 부틸 고무, 부타디엔 고무, 스타이렌 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 스타이렌 부타디엔 스타이렌 고무, 스타이렌 에틸렌/부타디엔 스타이렌 고무, 이소프렌 고무, 이소부틸렌 이소프렌 고무, 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 및 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 등이 사용된다.
'원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치'는 원료고무 100중량부에 대하여, 카본 나노 튜브가 5 내지 50중량부를 포함한다. 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치의 원료고무는 부타디엔 고무(BR) 100 중량부 또는 천연고무(NR) 100중량부일 수 있다.
카본 나노 튜브(CNT)은, 탄소 원자가 구성하는 육각그물눈구조가 튜브 형에 줄진 구조를 갖고, 그 직경이 나노미터 오더인 탄소의 결정이다. 카본 나노 튜브에는, 단층 구조의 단일벽 나노튜브 (SWNT), 복층의 동축관상가지 멀티월나노튜브 (MWNT)가 있어, 또 복층 구조 안(속)에서도 특히 2층의 물건은 이중벽 나노튜브(DWNT)이라고 칭해지고 있지만, 그것들의 어느 것이어도 좋다. 또, 카본 나노 튜브의 합성방법으로서는, 예를 들면, 아크 방전법, 레이저 증발법, 화학기상증착법(CVD법)등을 들 수 있지만, 어느 것에 의해 합성된 것이여도 잘, 특히 한정되지 않는다.
카본 나노 튜브의 직경도 특히 한정되는 것이 아니지만, 0. 1∼200nm인 것이 바람직하다. 또, 그 에스펙트비인 L/D (튜브 길이/직경)은 10∼1000정도인 것이 바람직하다.
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.
카본블랙은 요오드 흡착량이 103~1000mg/g이며, 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 118~1000㎡/g이며, DBP(Dibutyl- phthalate) 흡유량이 105~495㎡/g이고, BET(Brunauer Emmett Teller) 비표면적이 100~1000㎡/l인 것일 수 있다. 이와 같은 카본블랙은 원료고무 100중량부에 대해 1 내지 60중량부가 포함된다.
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. 연화제(오일)는 원료고무 100중량부에 대해 1 내지 6중량부가 포함된다.
연화제로는 석유계 오일, 식물 유지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
석유계 오일로는 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 및 이들의 [0056] 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
파라핀계 오일의 대표적인 예로 미창 오일 주식회사의 P-1, P-2, P-3, P-4, P-5, P-6 등을 들 수 있고, 나프텐계 오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 N-1, N-2, N-3 등을 들 수 있으며, 방향족계 오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 A-2, A-3 등을 들 수 있다.
그러나, 최근 환경 의식의 고조와 함께 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, 연화제로서 사용하는 오일은 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.
TDAE 오일은 TDAE 오일을 포함한 타이어 트레드의 저온 특성, 연비 성능을 우수하게 하면서도 PAHs의 암 유발 가능성 등의 환경적 요인에 대해서도 유리한 특성을 갖는다.
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.
가류제는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 또는 산화마그네슘 등의 금속산화물을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 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.
유황계 가류제로는 구체적으로 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수 있다.
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.
가류제는 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 3중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진한다. 구체적으로 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
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.
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.
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.
티오우레아계 가류촉진제로는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
구아니딘계 가류촉진제로는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
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.
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.
이미다졸린계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물을 사용할 수 있고, 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-벤조티아질설펜 아미드(N-oxydiethylene-2-benzothiazyl sulfen amide), 테트라메틸 티우람 디설파이드(Tetrametylthiuram disulfide, TT) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직할 수 있다.
가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성, 특히 인장특성의 증진을 극대화시키기 위하여 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 1.5 중량부로 포함된다.
스테아린산과 산화아연(ZnO)은 가류촉진제와 병용하여 그 촉진효과를 완전하게 하기 위해 사용되는 가류촉진조제로서, 스테아린산은 원료고무 100중량부에 대해 1~4중량부가 포함되고, 산화아연(ZnO)은 원료고무 100중량부에 대해 4~6중량부가 포함된다.
이와 같이 가류촉진조제로서 산화아연과 스테아르산을 함께 사용하는 경우에는 산화아연이 스테아르산에 녹아 가류촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.
타이어 트레드의 고무 조성물은 상기한 성분들 외에 선택적으로 점착제, 가류지연제, 노화방지제, 산화방지제 등의 각종 첨가제가 첨가될 수 있다. 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.
구체적 예로서, 점착제는 고무와 고무 사이의 접착(tack) 성능을 더욱 향상시켜 주고, 충전제와 같은 기타 첨가제들의 혼합성, 분산성 및 가공성을 개선시켜 고무의 물성 향상에 기여한다.
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.
가류지연제는 불용성 황의 잔존율이 낮아지는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서 바람직하게는 N-사이클로헥실티오프탈이미드(N-cyclohexylthiophthalimide, 이하 "PVI"라 약칭함) 또는 살리실산(salicylic acid)이 사용된다.
노화방지제는 구체적으로 아민계, 페놀계, 퀴놀린계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염, 왁스 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 아민계 노화방지제로는 N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민(6PPD), 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.
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.
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.
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.
산화방지제는 고무 조성물의 산화를 억제하는 역할을 하는데, 타이어용 고무 조성물의 산화를 방지하는 효과를 나타내는 것이면 특별히 한정되지 않지만, N-알킬-N'-페닐-파라-페닐렌디아민, 4,4'-비스(알킬아미노)트리페닐아민, N-이소프로필-N'-페닐-파라-페닐렌디아민, N-1,3-디메틸부틸-N'-페닐-파라-페닐렌디아민, 4,4'-비스(이소프로필아미노)-트리페닐아민, 4,4'-비스(1,3-디메틸부틸아미노)-트리페닐아민, 4,4'-비스(1,4-디메틸펜틸아미노)-트리페닐아민, N-알킬-N'-페닐-파라-페닐렌디아민 및 4,4'-비스(알킬아미노)트리페닐아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘로 이루어지는 것이 바람직하다.
타이어 트레드의 고무조성물은 통상적인 3단계의 연속 제조 공정을 통하여 제조될 수 있다. 즉, 천연고무 또는 합성고무에 반바리 믹서를 이용하여 탄소 나노튜브 일부를 먼저 혼합하여 분산시키는 단계로 '원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치'를 제조한 다음, 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 단계 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 단계를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어는 상기한 바와 같은 타이어 트레드의 고무조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 트레드의 고무조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 타이어 트레드의 고무조성물을 이용한 타이어는 트레드, 트레드 양측의 사이드월, 및 양 사이드월 단부의 비드부, 좌우 한 쌍의 비드부 사이에 위치하며, 타이어 폭 방향 양 단부가 각각 비드 코어의 주위를 타이어 내측에서 외측으로 감싸는 카카스층, 카카스층의 외주측에 위치하는 벨트층, 그리고 카카스층의 내측에 위치하는 이너라이너를 포함한다.
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); 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 캡트레드와 사이드월과의 경계 면에 위치하여 내크랙성을 향상시킴과 동시에 이들 간의 접착성을 높이는 역할을 하는 트레드윙(Tread Wing)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 타이어 트레드의 고무조성물을 이용하여 제조한 타이어는 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.
이하, 본 발명을 하기 제조예 및 실험예에 의하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기의 제조예 및 실험예는 본 발명을 실시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[제조예: 타이어 트레드의 고무조성물의 제조]
하기 [표 1]과 같은 조성에서, 우선 반바리 믹서를 이용하여 '부타디엔 고무/카본 나노 튜브 마스터 배치'를 제조한 다음, 다른 조성과 함께 반바리 믹서에 첨가하여 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 트레드의 고무조성물을 제조하였다. 상기 고무조성물의 제조는 통상의 고무조성물의 제조방법에 따랐다. 또한, 제조한 고무조성물을 150℃에서 40분간 가류시켜 시편을 제조하였다.
| 구분 | 비교예1 | 실시예1 | 실시예2 |
| 천연고무 | 80 | 80 | 80 |
| 부타디엔 고무 | 20 | - | - |
| 카본블랙 | 50 | 50 | 48 |
| 부타디엔 고무/카본 나노 튜브 마스터 배치 | - | 22 | 22 |
| 연화제(오일) | 5 | 5 | 5 |
| 산화아연 | 4.5 | 4.5 | 4.5 |
| 스테아린산 | 3.5 | 3.5 | 3.5 |
| 가류제(유황) | 1.6 | 1.6 | 1.6 |
| 가류촉진제 | 1.4 | 1.4 | 1.4 |
단위: 중량부
1) 천연고무(NR : TSR-20 Grade) 및 부타디엔 고무(BR)
2) 카본블랙: 요오드 흡착량 105~115mg/g, 질소 흡착 비표면적 118~136㎡/g 이며, DBP 흡유량이 105~127cc/100g, 틴트값 109~126의 HAF 카본 블랙
3) 탄소 나노 튜브(CNT): 한화케미칼 사의 CM-150
4) 부타디엔 고무/카본 나노 튜브 마스터 배치: 원료고무 100중량부에 대해 카본 나노 튜브 20중량부 사용
5) 오일: TDAE
6) 스테아린산: Stearic Acid (Hardening type S/A P60)
7) 산화아연: 아연화(Granule French)
10) 가류제(유황): 불용성 유황(Insoluble Sulfur)
11) 가류촉진제: NS(TBBS)
[실험예: 제조된 고무조성물의 물리 물성측정, 및 완성된 타이어의 성능(내마모성, 내칩컷성, 내발열성, 저회전 저항성 측정 평가]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 ASTM 규정에 의거 물성을 측정하여, 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 또한, 상기 고무 시편을 315/80R22.5 타이어 규격에 제조한 후, 내발열성은 실내 내구 시험기를 이용하여 평가하였고, 저회전 저항성은 ISO 28580 기준으로 측정하였고, 내마모성은 실차 평가를 통하여 측정하였다.
| 구분 | 비교예1 | 실시예1 | 실시예2 |
| [고무 시편] | |||
| 무늬 점도 | 96 | 104 | 98 |
| 경도(ShoreA) | 69 | 72 | 71 |
| 300% 모듈러스(Mpa) | 143 | 169 | 158 |
| 인장강도(kgf/㎠) | 285 | 289 | 293 |
| [타이어] | |||
| 내마모성(Wear) | 100 | 108 | 105 |
| 내칩컷성(Chip & Cut) | 100 | 105 | 105 |
| 내발열성(Hysteresis) | 100 | 94 | 101 |
| 저회전 저항성(RRc) | 100 | 97 | 102 |
1) 무니 점도(ML1+4, 125℃): Mooney MV2000(Alpha technology) 기기를 이용하여 Large Rotor, 예열 1분, 로터 작동시간 4분, 온도 125℃에서 구하였다.
2) 경도 및 인장 물성: 경도는 ShoreA 경도계를 사용하였으며, 인장 물성은 ASTM D412 시험법에 따라 인스트론(Instron) 시험기를 이용하여 측정하였다.
3) 내마모성, 내칩컷성, 내발열성 및 저회전 저항성은 비교예를 100 기준으로 나타낸 Index 값으로 수치가 클수록 유리하다.
상기 [표 2]에서 보는 바와 같이. 실시예 1, 2는 비교예에 비하여 내마모성능 및 내칩컷 성능이 향상되었으며, 특히 카본 블록을 동량 대체한 실시예 2의 경우 내발열성능의 저하 없이 동등 수준인 것을 알 수 있다. 또한 경도, 300% 모듈러스와 인장강도를 통해 뛰어난 보강성을 확인할 수 있다.
Claims (6)
- 원료고무 100중량부에 대해, 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치를 1 ~ 100 중량부 대체하여 포함하며,
상기 원료고무는 천연고무나 합성고무 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드의 고무조성물. - 제1항에 있어서,
상기 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치는 원료고무 100중량부에 대하여, 카본 나노 튜브가 5 내지 50중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드의 고무조성물. - 제2항에 있어서,
상기 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치의 원료고무는 부타디엔 고무(BR) 100 중량부 또는 천연고무(NR) 100중량부인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드의 고무조성물. - 제1항에 있어서,
타이어 트레드의 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대해, 카본블랙 1~60중량부, 연화제 1~6 중량부, 산화아연 4~6중량부, 스테아린산 1~4중량부, 가류제 1~3중량부, 가류촉진제 1~1.5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드의 고무조성물. - 제4항에 있어서,
상기 카본블랙은 요오드 흡착량이 103~1000mg/g이며, 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 118~1000㎡/g 이며, DBP 흡유량이 105~495㎡/g이고, BET 비표면적이 100~1000㎡/l인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드의 고무조성물. - 원료고무 100중량부에 대해, 원료고무/카본 나노 튜브 마스터 배치를 1 ~ 100 중량부 대체하여 포함하며, 원료고무는 천연고무나 합성고무 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 타이어 트레드의 고무조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 타이어.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220125529A (ko) * | 2021-03-05 | 2022-09-14 | 한국타이어앤테크놀로지 주식회사 | 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 포함하는 고하중용 타이어 |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20090044637A1 (en) | 2005-01-20 | 2009-02-19 | Ilan Paz | Drop detector system |
| US20150045169A1 (en) | 2012-03-23 | 2015-02-12 | Zhejiang Chaoji Electric Tech. Co., Ltd. | Automatically Compressing and Friction-Driven Speed Reduction Device |
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2019
- 2019-05-23 KR KR1020190060533A patent/KR20200134707A/ko not_active Application Discontinuation
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