KR20220075754A - 저온 결정성 스파이크 소재를 포함하는 타이어용 트레드 고무 조성물 - Google Patents

저온 결정성 스파이크 소재를 포함하는 타이어용 트레드 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어용 트레드 고무 조성물로서 30~50phr의 천연 고무, 50~70phr의 폴리부타디엔 고무, 40~60phr의 카본 블랙, 5~15phr의 오일, 1~14phr의 노르보넨, 1~5phr의 산화아연, 1~3phr의 스테아린산, 0.5~2phr의 가황촉진제 및 0.5~3phr의 유황을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 노면을 훼손하지 않으면서 스노우 체인의 장/탈착의 번거로움을 해소하면서 동시에 빙상 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

저온 결정성 스파이크 소재를 포함하는 타이어용 트레드 고무 조성물{A TREAD RUBBER COMPOSITION FOR TIRES WITH LOW-TEMPERATURE CRYSTALIZATION SPIKE MATERIAL}
본 발명은 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 저온 결정성 스파이크 소재로서 노르보넨을 포함하는 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안 블랙아이스로 인한 교통사고가 뉴스에 빈번히 등장하곤 하였다. 블랙아이스는 기온이 갑작스럽게 내려갈 경우, 도로 위에 녹았던 눈이 다시 얇은 빙판으로 얼어붙는 현상을 말한다.
블랙아이스에 기인한 겨울철 교통사고는 겨울철 교통사고의 일부에 해당하므로 보다 안정적인 겨울철 차량 주행을 위하여 겨울철 빙상 노면에서의 미끄럼 방지 성능을 전반적으로 향상시킬 필요가 있다.
도 1은 빙상 성능을 향상시키기 위한 종래 대표적인 2가지 예를 나타낸다. 대표적인 2가지 예 중 하나는, 타이어 표면에 스터드를 삽입하는 것이고(도 1(A) 참조), 대표적인 2가지 예 중 다른 하나는 타이어에 스노우 체인을 장착하는 것이다(도 1(B) 참조). 하지만, 전자의 경우 노면이 스터드에 의해 훼손되는 문제가 발생하게 되며, 후자의 경우 스노우 체인의 장착 및 탈착에 번거로움이 따르게 된다.
본 발명은, 노면을 훼손하지 않으면서 스노우 체인의 장/탈착의 번거로움을 해소하면서 동시에 빙상 성능을 향상시킬 수 있는 방법의 고안을 목적으로 한다.
본 발명은 타이어용 트레드 고무 조성물로서 30~50phr의 천연 고무, 50~70phr의 폴리부타디엔 고무, 40~60phr의 카본 블랙, 5~15phr의 오일, 1~14phr의 노르보넨, 1~5phr의 산화아연, 1~3phr의 스테아린산, 0.5~2phr의 가황촉진제 및 0.5~3phr의 유황을 포함할 수 있다.
바람직하게, 40phr의 천연 고무, 60phr의 폴리부타디엔 고무, 50phr의 카본 블랙, 6.0~9.6phr의 오일, 1.4~14phr의 노르보넨, 3phr의 산화아연, 1phr의 스테아린산, 1phr의 가황촉진제 및 1phr의 유황을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 노르보넨의 중량 평균 분자량은 3,000,000g/mol일 수 있다.
바람직하게, 상기 노르보넨의 유리전이온도는 37℃일 수 있다.
본 발명은, 노면을 훼손하지 않으면서 스노우 체인의 장/탈착의 번거로움을 해소하면서 동시에 빙상 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 빙상 성능을 향상시키기 위한 종래 대표적인 2가지 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명인 타이어용 트레드 고무 조성물의 구조에 관한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 포함되는 노르보넨에 의한 빙상 노면 할큄(scratch) 효과를 나타낸다.
도 4는 노르보넨 입자가 트레드 표면에서 이탈되는 경우의 상태를 나타낸다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 타이어용 트레드 고무 조성물로서 30~50phr의 천연 고무, 50~70phr의 폴리부타디엔 고무, 40~60phr의 카본 블랙, 5~15phr의 오일, 1~14phr의 노르보넨, 1~5phr의 산화아연, 1~3phr의 스테아린산, 0.5~2phr의 가황촉진제 및 0.5~3phr의 유황을 포함할 수 있다.
본 발명은 타이어용 트레드 고무 조성물에 노르보넨이 포함되는 것을 특징으로 한다. 노르보넨은 1~14phr로 포함되는 것이 바람직하며, 1phr 미만의 노르보넨 포함 시 빙상 성능이 개선되지 않을 수 있으며, 14phr 초과의 노르보넨 포함 시, 첨가량 대비 빙상 성능의 개선이 미미할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태로서, 40phr의 천연 고무, 60phr의 폴리부타디엔 고무, 50phr의 카본 블랙, 6.0~9.6phr의 오일, 1.4~14phr의 노르보넨, 3phr의 산화아연, 1phr의 스테아린산, 1phr의 가황촉진제 및 1phr의 유황을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명인 타이어용 트레드 고무 조성물의 구조에 관한 개략도이다. 도 3은 본 발명에 포함되는 노르보넨에 의한 빙상 노면 할큄(scratch) 효과를 나타낸다. 도 2 및 3을 참조하면, 소프트(soft)한 트레드 고무 조성물 내에 분산되어 있는 하드(hard)한 노르보넨 입자가 스파이크 효과를 발현함으로써 빙상 성능을 향상시킬 수 있고, 마찰 계수를 증가시킬 수 있다. 노르보넨은 유리전이온도(Tg)가 상온인 물질로서 상온에서 결정화되는 성질을 가지고 있다.
도 4는 노르보넨 입자가 트레드 표면에서 이탈되는 경우의 상태를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 노르보넨 입자가 트레드 표면에서 이탈하더라도 트레드 표면에 다공이 생성되고, 이에 따라 노면의 수막 제거, 접지 면적의 증가, Edge Effect의 발생에 따라 빙상 성능의 저감 없이 그 성능을 유지할 수 있게 된다. 이하, 본 발명에 포함되는 기타 첨가제에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명은 5~15phr의 오일을 포함할 수 있다. 오일은 고무 조성물의 점도를 감소시킬 수 있으며 고무 조성물의 가공성을 향상시킬 수 있다. 5phr 미만의 오일 포함 시 고무 조성물의 점도가 상승하며 보강재(카본 블랙)의 분산성이 저하될 수 있으며, 40phr 초과의 오일 포함 시 고무 조성물의 강성이 저하될 수 있다.
본 발명은 1~5phr의 산화아연을 포함할 수 있다. 산화아연은 가교 활성화제로서 스테아린산과 반응하여 고무 가교를 활성화시킬 수 있다. 1phr 미만의 산화아연 포함 시 가교 활성화가 저하되어 고무의 가교 밀도가 저하될 수 있으며, 5phr 초과의 산화아연 포함 시 가교 속도가 지연될 수 있다.
본 발명은 1~3phr의 스테아린산을 포함할 수 있다. 스테아린산은 가교 활성화제로서 산화아연과 반응하여 고무 가교를 활성화 시킬 수 있다. 1phr 미만의 스테아린산 포함 시 가교 활성화가 저하되어 고무의 가교 밀도가 저하될 수 있으며 3phr 초과의 스테아린산 포함 시 고무 조성물의 노화 특성이 저하될 수 있다.
본 발명은 0.5~2phr의 가황촉진제를 포함할 수 있다. 가황촉진제는 고무와 황의 가교 반응을 촉진할 수 있다. 0.5phr 미만의 가황촉진제 포함 시 가교 속도 지연 및 가교 밀도 감소로 고무 조성물의 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 2phr 초과의 촉진제 포함 시 스코치 (Scorch) 안정성이 저하될 수 있다.
본 발명은 0.5~3phr의 유황을 포함할 수 있다. 유황은 고무 사슬을 가교시켜 고무 조성물의 점탄성을 부여할 수 있다. 0.5phr 미만의 유황 포함 시, 가교 밀도 저하로 고무 조성물의 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 3phr 초과의 유황 포함 시 가교 밀도 상승으로 고무 조성물의 피로특성 및 노화특성이 저하될 수 있다.
표 1은, 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 조성을 나타낸다. 표 1의 각 수치의 단위는 phr이다. 표 1에서 사용된 노르보넨은 STARTech 社의 Norsorex로 중량 평균 분자량은 3,000,000g/mol이고, Tg는 37℃이다.
구분 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
천연고무 40.0 40.0 40.0 40.0
폴리부타디엔고무 60.0 60.0 60.0 60.0
카본블랙 50.0 50.0 50.0 50.0
오일 10.0 9.6 8.0 6.0
노르보넨 - 1.4 7.0 14.0
산화아연 3.0 3.0 3.0 3.0
스테아린산 1.0 1.0 1.0 1.0
가황촉진제 1.0 1.0 1.0 1.0
유황 1.0 1.0 1.0 1.0
표 2는, 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 물성 평가 결과로서 평가 대상 물성은 Shore A hardness, 300%-모듈러스(kgf/cm2), 인장강도(kgf/cm2), 신율(%), Ice 노면에서의 마찰력 Index 및 Wet 노면에서의 마찰력 Index 이다.
Shore A hardness는 쇼어 A 타입(shore A type) 경도기에 의해 측정된 경도이며, 경도는 시편의 딱딱한 정도로 조종 안정성을 나타내는 것으로 그 값이 높을수록 조종 안정성이 우수하다.
300%-모듈러스(kgf/cm2)는 시편을 300% 신장 시에 시편에 작용하는 스트레스로 아령형 시편을 이용하였으며 인스트론사에서 제작한 인장시험기로 실시하였다.
인장강도는 인장시험기에서 시험편이 끊어질 때까지의 스트레스 값을 나타낸 값으로 단위면적당 받는 힘을 측정한다.
신장률은 인장 시험기에서 시험편이 끊어질 때까지의 스트레스인 값을 %로 나타내는 방법으로 측정한다.
Ice 노면 및 Wet 노면에서의 마찰력 Index는 Rotational Traction Measuring System (RTMS, FR-7225, Ueshima, Japan)을 사용하여 측정하였다. 평가 조건은, 70km/h의 Running Speed, 40의 Slip Ratio, 70N의 Test Load이다. Index는 비교예 1의 마찰 계수(μ값, μ peak)을 Index 100으로 하여 실시예의 μ값을 Index로 나타내었다. μ값이 높을수록 높은 Index를 나타낸다.
구분 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
Shore A hardness 57 57 58 59
300%-모듈러스
(kgf/cm2)		 68 71 72 75
인장강도(kgf/cm2) 210 206 220 209
신율(%) 650 650 650 620
Ice 노면에서의
마찰력 (Index)		 100 105 113 107
Wet 노면에서의
마찰력 (Index)		 100 103 107 105
표 2를 참조하면, 노르보넨을 포함하지 않는 비교예 1 보다 노르보넨을 포함하는 실시예 1 내지 3이 향상된 마찰 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 2는 실시예 3보다 적은 양의 노르보넨을 포함하지만, 실시예 2가 실시예 3보다 더 우수한 마찰 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 30~50phr의 천연 고무, 50~70phr의 폴리부타디엔 고무, 40~60phr의 카본 블랙, 5~15phr의 오일, 1~14phr의 노르보넨, 1~5phr의 산화아연, 1~3phr의 스테아린산, 0.5~2phr의 가황촉진제 및 0.5~3phr의 유황을 포함하는, 타이어용 트레드 고무 조성물.
  2. 40phr의 천연 고무, 60phr의 폴리부타디엔 고무, 50phr의 카본 블랙, 6.0~9.6phr의 오일, 1.4~14phr의 노르보넨, 3phr의 산화아연, 1phr의 스테아린산, 1phr의 가황촉진제 및 1phr의 유황을 포함하는, 타이어용 트레드 고무 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노르보넨의 중량 평균 분자량은 3,000,000g/mol인, 타이어용 트레드 고무 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노르보넨의 유리전이온도는 37℃인, 타이어용 트레드 고무 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 타이어용 트레드 고무 조성물로부터 제조된 타이어.
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