KR20240019432A - 타이어 트레드고무 조성물 및 그를 포함하는 타이어 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 타이어 트레드고무 조성물 및 그를 포함하는 타이어를 개시한다.
본 발명에 따르는 타이어 트레드고무조성물 및 그 타이어는 원료고무와 실란화합물 및, 보강제, 가황제, 가류활성제 및 가황촉진제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함하고, 상기 실란화합물은 말레이미드(Maleimide)와 퓨란(Furan)이 축합반응된 것을 특징으로 하는데 이에 의할 때, 고무 배합의 불균일성, 공정성 저하를 방지하도록 고무 물성을 조절하여 물성, 가공성, 공정성 및 성형성을 개선하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에 따르는 타이어 트레드고무조성물 및 그 타이어는 원료고무와 실란화합물 및, 보강제, 가황제, 가류활성제 및 가황촉진제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함하고, 상기 실란화합물은 말레이미드(Maleimide)와 퓨란(Furan)이 축합반응된 것을 특징으로 하는데 이에 의할 때, 고무 배합의 불균일성, 공정성 저하를 방지하도록 고무 물성을 조절하여 물성, 가공성, 공정성 및 성형성을 개선하는 효과를 발휘할 수 있다.
Description
본 발명은 타이어 트레드고무 조성물 및 그를 포함하는 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고무 배합의 불균일성, 공정성 저하를 방지하도록 고무 물성을 조절하여 물성, 가공성, 공정성 및 성형성을 개선한 타이어 트레드고무 조성물 및 그를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
타이어 트레드 고무는 지면과 직접 접촉하는 부위로 연비, 제동, 핸들링등 차량 성능에 매우 큰 영향을 준다.
최근 환경 문제에 대한 규제가 세계적으로 점점 강화되고 있는 추세이며, 차량의 배출 가스에 대한 규제도 꾸준히 강화되고 있으며, 특히, 2017년 9월 이후 새로운 연비 측정 방식인 WLTP (Worldwide Harmonized Light vehicles Test Procedure)가 도입됨에 따라 차량 배출가스에 대한 규제가 더욱 강화 되고 있다.
이러한 추세에 맞추어, 차량의 배출가스를 줄일 수 있는 높은 연비와 고성능이 요구되고 있으며, 타이어의 성능 중 연비를 향상 시키는 방법으로 실리카(Silica)가 주로 사용된다.
이러한 예로서 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0075984호에서는 공정성이 개선된 타이어 트레드용 실리카 고무 조성물에 관한 것으로서, 유화 중합 스티렌-부타디엔고무, 공정유 함유 스티렌-부타디엔 고무 또는 이들의 혼합고무에 보강충전제로서 침강 실리카를 첨가하므로써 공정성이 개선된 타이어 트레드용 실리카 고무 조성물을 개시하고 있다..
그러나 이러한 실리카를 타이어 트레드용 고무 조성물에 다량 사용하게 될 경우 분산 및 공정성 저하가 발생하는 문제는 여전히 잔존하고 있어 이를 개선할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고무 배합의 불균일성, 공정성 저하를 방지하도록 고무 물성을 조절하여 물성, 가공성, 공정성 및 성형성을 개선한 타이어 트레드고무 조성물 및 그를 포함하는 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 원료고무와 실란화합물 및, 보강제, 가황제, 가류활성제 및 가황촉진제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함하고, 상기 실란화합물은 말레이미드(Maleimide)와 퓨란(Furan)이 축합반응된 것을 특징으로 하는 타이어 트레드고무조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 말레이미드는 화학식 1인 화합물인 것일 수 있다.
<화학식 1>
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 퓨란은 다음 화학식 2로 표시되는 화합물인 것일 수 있다.
<화학식 2>
(l, m : 탄소수 1 내지 5개, m : 황 2 내지 4개)
한편, 본 발명은 상술한 타이어 트레드고무조성물을 이용하여 제조된 타이어를 제공한다.
본 발명에 따르는 타이어 트레드고무 조성물은 고무 배합의 불균일성, 공정성 저하를 방지하도록 고무 물성을 조절하여 물성, 가공성, 공정성 및 성형성을 개선하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 해석은 과도하게 축소된 의미로 이해서는 아니된다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는데, 예를 들어 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르는 타이어 트레드고무조성물은 원료고무와 실란화합물 및, 보강제, 가황제, 가류활성제 및 가황촉진제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함하고, 상기 실란화합물은 말레이미드(Maleimide)와 퓨란(Furan)이 축합반응된 것을 특징으로 한다.
상기 원료고무는 천연고무 또는 합성고무를 사용할 수 있다.
상기 천연고무는 일반적인 천연고무 또는 변성 천연고무일 수 있다.
상기 합성고무는 유화 중합 또는 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무, 변성 스티렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 변성 부타디엔 고무, 또는 이들의 조합 중 하나를 선택할 수 있다.
예를 들어, 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 75 (Oil 포함 103.25) 중량부, 부타디엔 고무(BR) 25 중량부를 사용할 수 있다.
또한, 상기 실란화합물은 말레이미드(Maleimide)와 퓨란(Furan)이 축합반응된 것일 수 있다.
상기 말레이미드는 아래 반응식 1과 같이 수행하여 화학식 1로 제공될 수 있다.
<반응식 1>
<화학식 1>
상기 말레이미드는 말레익언하이드라이드와 오가노실란 커플링제를 축합반응시켜 얻을 수 있는데, 사용가능한 오가노실란으로는 아미노기를 가져 축합과정에서 아로마틱 산소 위치에 치환되는 실란으로, APTES(3-Aminopropyltriethoxysilane), APTMS(3-Aminopropyltrimethoxysilane), AEAPTS(N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane) 등 일 수 있다.
아울러,상기 말레이미드(Maleimide)와 축합반응하는 퓨란(Furan)은 다음 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
<화학식 2>
(l, m : 탄소수 1 내지 5개, m : 황 2 내지 4개)
상기 화학식 2의 퓨란은 황(Sulfur) 2 내지 4개이며, Furan 그룹과 Sulfur의 연결하는 탄소는 1 내지 5개로, C1 내지 C5의 알킬렌기일 수 있다.
여기서 상기 황(S) 2개 미만이면 synthetic rubber나 natural rubber에 존재하는 이중결합과 반응할 수 없고, 반대로 4개를 초과하면 불안정한 polysulfide 구조로 인해 쉽게 변형 될 수 있으며, 또한 알킬렌기가 5개를 초과하면 silane의 분자량이 상승하여 배합시 silane의 함량이 과도하게 커지는 문제가 있을 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물 중 바람직하게는 아래 화학식 3인 퓨란을 사용할 수 있다.
<화학식 3>
또한, 상기 말레이미드는 퓨란과 아래 반응식 2와 같이 반응하여 화학식 4인 축합된 실란화합물을 만들 수 있다.
<반응식 2>
<화학식 4>
위 반응식 2는 디앨스 앨더반응(Diels alder reaction)으로 화학식 4의 실란화합물을 생성시키는 한편, 고무가 열경험을 하는 공정에 놓이는 경우(열입 시) 디앨스 앨더 역반응(retro Diels alder reaction) 이 우세해지고 이에 의해 화학적 결합이 해리되어(분리되어) 반응식 3과 같이 이미드와 퓨란으로 역진행되며, 압출이 쉬워지게 되어 압출공정성을 개선할 수 있게 된다.
이는 열입 조건에서 혼합 고무의 점도 감소와 폴리머 체인의 모빌리티 상승에 기여하므로 고무 가공성 향상되는 것이다.
<반응식 3>
(퓨란과 이미드) (디앨스 앨더 반응 실란화합물)
다시 압출 후 온도가 낮아짐에 따라 디앨스 앨더 반응(Diels alder reaction)이 우세하게 진행되어 화학적 연결이 복원되고 기계적 물성을 회복할 수 있다.
다시 말하면, 온도 의존적인 가역적 동적결합으로 다이설파이드 그룹(disulfide) 화합물 의해 실리카와 고무간 화학적인 결합이 가능하게 되어 기존 고무 컴파운드의 단점을 보완할 수 있다.
아울러, 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 실란화합물 2 내지 10 중량부를 사용할 수 있다.
만일 실란화합물이 2 중량부 미만이면 충분한 농도의 디앨스 반응물(diels alder adduct)가 존재하기 어렵고, 이로 인해 화학적 결합의 해리(retro diels alder reaction)에 의한 충분한 점도 감소에 의한 공정성 개선을 기대하기 어렵고, 반대로 10 중량부를 초과하면 HD's 또는 300% modulus의 상승으로 인해 R&H, NVH 성능에서 문제가 있을 수 있다.
또 한편, 상기 첨가제는 보강제, 가황제, 가류활성제 및 가황촉진제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있는데, 이는 통상적인 트레드고무 조성물에 사용되는 첨가제로서 그 종류를 한정하지 아니하고 고무의 물성, 가공성 및 성형성을 개선할 수 있는 한 종래 것들을 사용할 수 있다.
아울러, 이들은 타이어 고무 조성물에 사용되는 일반적 성분으로 자세한 내용은 생략하기로 하며, 이러한 타이어 트레드 고무를 이용하여 제조되는 타이어 역시 종래 타이어 제조방법을 따르므로 이에 대한 설명 역시 생략한다.
<실시예 및 비교예>
아래 표 1과 같이, 전체 실란화합물은 10 중량부, 카본블랙 5 중량부를 사용하였는데, 카본 블랙은 요오드 흡착가 140g/kg, DBP 흡착가 130ml/100g인 것을 사용하였고, 실리카는 BET 비표면적이 200㎡/g인 것을 사용하였고, 스테아린산 1 중량부, 산화아연 1.5 중량부 첨가하였으며, 가황시스템으로는 N-Sul 1.5 중량부, 가류촉진제 (CZ : 시클로헥실 벤조티아졸 설펜아미드 (cyclohexyl benzothiazol sulfenamide, Flexsis사제 : 1차 촉진제)) 2 중량부, 활성화제 (DPG : 디페닐 구아니딘 (diphenyl guanidine , Akrochem사제 : 2차 촉진제)) 2 중량부를 배합하였다.
AMS 수지조성물은 10 중량부 적용 하였다. 실시예로는 실란화합물은 2 ~ 10 중량부를 실란과 혼합하여 전체 실란이 10 중량부가 되도록 적용하여 평가하였다. 각 고무 조성물을 160℃에서 15분 가류하여, 고무 시편을 제조하였다.
<표 1>
(단위:중량부)
* 1) CZ (Sunsine, CBS)
* 2) DPG (Sunsine, DPG)
* 실시예 및 비교예 값은 비교예 1의 물성 시험 결과를 100으로 하였을 때 환산한 수치로서 표시하여 높을수록 개선된 것을 의미한다.
* 점도는 명지산업의 MOONEY VISCOMETER를 이용하여 미가류 고무의 MOONEY 점도를 측정하여 배합고무의 공정성 평가하였다.
* 마모 특성의 경우 우에시마사의 Din 마모 시험기 (Din Abrasion tester)를 이용하여 가류 고무로부터 제조한 마모 특성 시편을 연마지에 연마하여 가류 고무의 마모 특성을 평가하였다.
* 기재된 동적물성과 무늬(Mooney)점도, DIN 마모는 아래의 해당 평가법을 기준으로 평가하였다.
동적 특성: ASTM D-2231-87
무늬(mooney) 점도: ASTM D1646-04
DIN 마모: DIN 53516
상기 표 1의 결과에서 처럼 본 발명에 따르는 실시예 1 내지 5의 고무 시편은 실란만을 포함한 비교예 1의 고무 시편에 비해 실란화합물의 함량이 증가될수록 점도의 감소와 기계적 물성이 개선되는 효과를 확인할 수 있다.
실시예 6 내지 8은 APTMS를 이용한 실란화합물을 제조하여 실시예 1,3,5와 같은 조성으로 고무 시편을 제조하여 평가하였다.
실시예 1 내지 5와 유사하게 실란화합물의 함량이 증가될수록 점도의 감소와 기계적 물성이 개선되는 효과를 확인할 수 있다.
이는 실란화합물이 점도 측정시 100 ℃ 열환경에서 진행되므로 역반응이 우세하여 가류 전 고무 조성물의 점도를 낮추는 효과를 발휘한 것으로 보인다.
Claims (4)
- 원료고무와 실란화합물 및,
보강제, 가황제, 가류활성제 및 가황촉진제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함하고,
상기 실란화합물은 말레이미드(Maleimide)와 퓨란(Furan)이 축합반응된 것을 특징으로 하는 타이어 트레드고무조성물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 말레이미드는 화학식 1인 화합물인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드고무 조성물.
<화학식 1>
- 제 1 항에 있어서,
상기 퓨란은 다음 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드고무 조성물.
<화학식 2>
(l, m : 탄소수 1 내지 5개, m : 황 2 내지 4개)
- 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항의 타이어 트레드고무조성물을 이용하여 제조된 타이어.
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|---|
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