KR890002118B1 - 중간비닐 함량 폴리부타디엔/ 고무 혼합물의 트레드를 갖는 공기 타이어 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

중간비닐 함량 폴리부타디엔/ 고무 혼합물의 트레드를 갖는 공기 타이어

도면은 본 발명의 공기타이어의 투시도이다.

본 발명은 타이어, 특히 고무 트레드 조성물을 갖는 공기 고무 타이어에 관한 것이다.

승용차와 트럭의 공기 고무 타이어는 통상적으로 고무 조성물의 트레드를 포함하는 부재들로 구성되어 있다. 트레드 고무는 적당한 마모성과 견인력을 갖는 비교적 회전 저항이 낮은 타이어를 제공하기 위하여 배합한다.

타이어 견인력을 거의 감소시키지 않으면서 타이어의 회전 저항을 감소시키도록 타이어의 트레드 조성물을 배합하는 것이 바람직하지만, 보통 타이어 견인력은 이의 습윤 및 건조 미끄럼 저항의 감소로 다소 줄어든다.

여러 목적을 위하여 여러 종류의 고무조성물을 제조하는데 그중에는 비닐 함량의 관계되는 1,2- 단량체 배위구조를 다소 함유하는 폴리부타디엔으로 이루어진 타이어 트레드가 포함된다. 이러한 여러 가지 조성물 중에서 대표적인 것은, 예를들어, 1,2- 위치에 이의 단량체 단위를 25내지 50%함유하는 폴리부타디엔의 타이어 트레드에 관한 미합중국 특허 제 3,937,681호, 1,2- 부가 중합체를 적어도 50%함유하는 "고함량 비닐" 부타디엔 고무의 타이어 트레드에 관한 영국 특허 제 1,166,832호, 폴리이소프렌 및 중간비닐 함량 폴리부타디엔 고무의 타이어 트레드에 관한 미합중국 특허 제 4,192,366호, "중간비닐"함량 폴리부타디엔 및 천연고무와 이의 혼합물로 이루어지고 특정한 카본 블랙을 함유할 필요가 있는 조성물에 관한 미합중국 특허 제 4,259,218호, (a) "중간비닐"함량 폴리부타디엔. (b) 폴리부타디엔 및 (c) 부타디엔/스티렌 고무로 이루어진 타이어 트레드에 유용한 것으로 교시된 조성물에 관한 미합중국 특허 제 3,978,165호 및 적어도 70%의 1,2- 배위구조를 함유하는 폴리부타디엔과 여러 가지 다른 고무와의 배합물에 관한 미합중국 특허 제 3,827,991호, 제 4,220,564호 및 제 4,224,197호에 기재되어 있는 것들이 있다.

상기 고무 조성물이 타이어 트레드에 대해 여러 가지 잇점을 제공한다고 교시되었을지라도, 적당한 견인력에 상응하는 향상된 회전 저항 및 또는 트레드 마모성을 가진 고무트레드를 갖는 공기 타이어의 제공에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명에 따라 지면에 접촉하기 적합한 외측 원주상의 트레드를 가진 공기타이어가 제공되는데, 이 트레드는 100중량부의 고무(phr)에 대해(A) 비닐함량이 약 30내지 약 55%, 바람직하게는 약 35내지 약 48%인 중간 비닐 함량 폴리부타디엔 고무 약 20내지 약90중량부, 바람직하게는 약 25내지 약 70중량부, (B) 비닐 함량이 약 1내지 약 15%, 바람직하게는 약 1내지 약 10%인 저비닐 함량 폴리부타디엔 고무 약 10내지 약 60중량부, 바람직하게는 약 15내지 약 50중량부, 및 (C) 시스 1,4- 폴리이소프렌 고무 약 0내지 약 50중량%로 이루어진 가황의 탄성 고무 조성물이다.

본 발명을 실사함에 있어서, 목적하는 폴리부타디엔의 중간 또는 낮은 비닐 함량은 중합체의 1,2- 배위에서의 단량체의 중량 %함량과 관계된다. 낮은 비닐 함량의 폴리부타디엔은 일반적으로 통상의 폴리부타디엔이다. 시스 1,4- 폴리이소프렌 고무에는 천연 및 합성 고무 모두가 포함된다.

본 발명은 특히 통상의 하중과 속력을 갖는 승용차에 사용할 타이어에 대한 바람직한 태양은, (이러한 태양이 이러한 용도에만 절대적으로 국한되는 것은 아니지만), (A) 약 40 내지 약 90, 바람직하게는 약 50내지 약 85phr의 상기 중간 비닐 함량 폴리부타디엔 고무 및 (B) 약 10내지 약 60, 바람직하게는 약 15내지 약 50phr의 상기 저비닐 함량 폴리부타디엔 고무로 이루어진 가황 처리한 탄성체 조성물인 트레드를 갖는 공기 타이어를 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 특히 많은 하중을 받는 트럭에 사용할 타이어에 대한 추가의 바람직한 태양은, (이러한 태양이 이러한 용도에만 절대적으로 국한되는 것은 아니지만), (A) 약 20 내지 약 80, 바람직하게는 약 25 내지 약 70phr의 상기 중간비닐 함량 폴리부타디엔 고무, (B) 약 10 내지 약 60, 바람직하게는 약 15내지 약 50phr의 상기 저 비닐 함량 폴리부타디엔 고무 및 (C) 약 10내지 약 55, 바람직하게는 약 15 내지 약 50phr의 상기 시스 1,4- 폴리이소프렌 고무로 이루어진 가황 처리한 탄성체 조성물인 트레드를 갖는 공기 타이어를 제공하는데 있다.

이러한 공기 타이어는 일반적으로 지면에 접촉되는 외측 원주상 트레드를 갖는 환상의 카커스(carcass), 이격된 비드(bead) 및 방사형으로 뻗어있는 트레드와 비드를 연결하는 측벽(sidewall)으로 이루어져 있다.

시스 1,4- 폴리이소프렌 고무는 전형적으로 약 96내지 약 99중량%의 시스- 1,4구조를 갖고 있다.

저 비닐 함량 폴리부타디엔의 대부분은 시스 1,4- 배위구조로 되어 있다.

중간 비닐 함량 폴리부타디엔은 전형적으로 시스 1,4- 배위의 단량체 단위를 약 10내지 약 40% 함유하며, 중간비닐 함량(1,2- 단량체 배위 구조)을 제외하고 종합체의 나머지 부분은 트랜스 1,4- 배위구조의 단량체 단위로 되어 있다.

중간 비닐 함량 폴리부타디엔은, 가황처리하지 않은 상태에서 ML-4(100。C)정도 범위가 약 40내지 약 120이다.

특히 ML-4 점도 범위가 높은 폴리부타디엔은 가공을 용이하게 하기 위해 여러 고무 화합물질을 배합하기 전에 임의로 유전처리(oil extending)를 할 수 있다. 유전 처리를 할 경우에는, 일반적으로 약 10내지 약 50phr의 고무 가공유를 사용하는데 약 40내지 80의 ML-4(100。C) 점도를 제공하기 위하여 일반적으로 방향족 또는 방향족/파라핀 오일을 사용한다.

본 발명을 실시함에 있어서, 저 비닐 함량 폴리부타디엔을 얻기 위해 유기용매 용액 및 수성 유화중합화된 1,3- 부타디엔이 적합하게 사용될 수 있다.

본 발명을 당해분야에서 공지된 여러 방법으로 제조한 중간비닐 함량 폴리부타디엔 고무를 이용하여 실시할 수 있다.

그러나 특정 형태의 중간 비닐 함량 폴리부타디엔을 사용하는 것이 본 발명의 특히 바람직한 양상이다. 비록 메카니즘이나 정확한 물성 또는 화학적 특성이나 중합체의 구조효과 등을 알 수 없지만, 특히 이런 중간 비닐 함량 폴리부타디엔을 사용함으로써 타이어와 이의 운행상태에 따라서, 타이어 특성들중 적어도 한가지 또는 혼합된 타이어 특성이 더욱 향상됨을 관찰할 수 있다. 이렇게 향상된 타이어 특성은 회전저항, 미끄럼 저항 및 트레드마모중 적어도 한가지이거나 또는 그의 혼합이다.

이렇게 바람직한 중간 비닐 함량 폴리부타디엔은 탄화수소 용매계의 존재하에, 바람직하게는 비극성 비양자성 용매의 존재하에, 알칼리륨 촉매 및 중합체의 비닐 함량에 영향을 주는 극성 촉매 조절제를 사용하여 1,3- 부타디엔과 극소량의 디비닐벤젠을 중합시켜 제조한 형태의 중합체이다. 이러한 형태의 중간 비닐 함량 폴리부타디엔에 대한 더욱 상세한 설명은 미합중국 특허 제 4,230,841호를 참조할 수 있으며, 이 특허는 참조로서 본 명세서에 도입되었다.

상기 공기타이어의 트레드부분뿐 아니라 고무 또는 트레드 부분에 있어서의 보강부재를 함유하는 기본적인 카커스중의 기타물질은, 여러 성분의 고무를 촉진제와 같은 가황보조제, 오일, 수지 및 가소제, 충전제, 안료, 산화방지제 및 오존화 방지제와 같은 가공 첨가제 및 카본 블랙과 같은 보강물질과 혼합하는 등의 고무 배합 기술에 있어서 일반적인 공지의 방법으로 배합할 수 있음은 이 분야에 있어서 숙련된 자에게는 쉽게 이해될 수 있다.

이 분야에 있어 숙련된 자가 명백히 알 수 있는 여러 방법에 의하여 타이어를 만들고, 성형, 주형 및 가황처리할 수 있다.

본 발명을 실시함에 있어서, 중합체 혼합 트레드를 여러 종류의 타이어 카커스 기질의 고무 조성물에 접착하여 일체가 되도록 할 수 있다. 전형적으로, 이러한 고무 조성물은 적어도 부타디엔/스티렌 공중합체 고무, 시스 1,4- 폴리이소프렌(천연 또는 합성고무) 및 1,4- 폴리부타디엔중의 하나이다. 이러한 혼합물은 특히 트레드가 타이어 측벽 부분의 지역에 존재하는 경우, 임의로 부틸고무, 클로로부틸 또는 브로모부틸고무 같은 할로부틸고무, 에틸렌/프로필렌/공액 디엔의 3원 공중합체고무, 폴리이소프렌 및 폴리부타디엔 고무들중의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 미가공 타이어의 축조에 있어서 트레드를 적용할 수 있는데, 미가공 타이어를 성형 및 가황처리한 다음, 카커스 위에 가황하지 않은, 성형된 트레드를 부착한다.

그렇지 않으면, 이전의 트레드가 닳거나 마모된 가황한 타이어 카커스에 트레드를 적용하여 이를 재생 트레드(retread)로서 가황할 수 있다.

본 발명을 더욱 설명하기 위해, 첨부된 공기 타이어의 투시도를 참고한다.

도면에 있어서, 타이어(1)는 지면 접촉의 트레드부분(2), 플라이(ply) 및 벨트(belt) 및 내부 라이너(inner liner)와 같은 보강부재를 갖는 카커스(3), 타이어를 림(rim)에 고착하기 위한 이격된 비드부분(4) 및 연결 측벽(5)으로 이루어져 있다.

특히, 트레드 부분(2)은 본 발명에서 필요로 하는 중간 비닐 함량 폴리부타디엔 및 저 비닐 함량 폴리부타디엔의 복합물을 가지며, 하나의 태양에 있어서, 또한 배합제와 함께 폴리이소프렌을 함유하는 것으로 나타나 있다.

본 발명을 다음의 실시예에서 더욱 설명하며 실시에는 본 발명을 예시하기 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하지는 않는다. 달리 언급이 없다면, 모든 부 및 %는 중량으로 표시한다.

[실시예 1]

통상적인 구조의 공기 타이어(홈이 파인 트레드 측벽, 이격된 비드 및 섬유질로 보강한 카커스 지지체)를 통상의 타이어 성형틀을 사용하여 만들고, 성형하여 가황처리를 한다. 트레드를 예비압출한 부재로서 가황하지 않은 카커스 위에 형성한다. 타이어는 본 명세서의 도면과 다소 유사한 벨트형 래디알 플라이 승용차용 타이어인 P155/80R13 형태이다.

여기에서 하나의 타이어는 대조용 X로 표시하고 다른 타이어는 실험용 Y로 표시한다.

대조용 타이어 X는 (A) 70phr 부타디엔/스티렌 고무 및 (B) 30phr 저 비닐 함량, 또는 통상적인 폴리부타디엔 고무로 이루어진 트레드를 갖고 있으며, 또한 다소 통상의 승용차 타이어 트레드를 나타낸다.

실험용 타이어 Y는 (A) 70phr의 중간 비닐 함량 폴리부타디엔 및 (B) 30phr 저 비닐 함량(통상의)폴리부타디엔으로 이루어진 트레드를 갖고 있다.

그러므로 중간 비닐 함량 폴리부타디엔은 통상적인 형태의 트레드 고무의 부타디엔/스티렌 고무를 대신한다.

타이어(X 및 Y)를 림 위에 놓고 팽창시켜 테스트를 실시한다. 대조용 타이어에 대한 시험치를 비교할 목적으로 100으로 잡는다. 실험용 트레드를 갖는 타이어를 시험하고, 그 시험치를 대조용 타이어와 비교한 다음, 기준치 100과 비교하여 기록한다.

놀랍게도, 실험용 트레드 고무 조성물 Y를 갖는 타이어는 놀랍게도, 회전 저항이 개선(감소)되고 대조용 타이어 X에 비교하여 미끄럼 저항이 개선(감소)된다. 이는 통상 예기한 결과로부터의 중용한 차이점으로 여겨진다.

타이어 X 및 Y에 대한 트레드 조성물은 다음의 표 1에 기재한 물질로 이루어진다.

[ 표 1]

1. 대부분의 양을 소수점 첫 자리까지 반올림해서 사용한다.

2. 유화중합으로 제조한 SBR이며, 전형적인 방향족고무 가공유를 사용하여 유전처리한다.

3. 방향족 물질 약 70%를 함유한 가공유로 유전처리한 전형적인 방향족 고무 26.25부를 함유한다. 1,2- 또는 비닐 약 45%, 시스- 14, 26% 및 트랜스- 1,4 31%를 함유한 중합체이며, 미합중국 특허 제 4,230,841호에 의하여 제조한 형태의 중합체이다.

4. 통상적인 형태의 폴리부타디엔 고무(시스 1,4-).

표 2는 100을 기준치로 한 대조용 타이어 X의 측정치와 비교하여 실험용 타이어 Y의 회전저항과 습윤 및 건조 미끄럼 저항을 나타낸다.

[표 2]

[실시예 II]

통상적인 구조를 갖는 공기 타이어(홈이 파인 트레드, 측벽, 이격된 비드 및 섬유로 보강한 카커스 지지체)를 통상적인 타이어 성형틀을 사용하여 만들고, 성형 및 가황한다. 트레드를 예비압출한 부재로서 가황하지 않는 카커스 위에 형성한다.

타이어는 본 명세서의 도면과 다소 유사한 강철 벨트형 래디알 플라이 트럭용 타이어인 11R 24.5형태이다.

하나의 타이어를 대조용 XX로 나타내고 다른 하나를 실험용 YY로 나타낸다.

대조용 타이어 XX는 (A) 25phr의 부타디엔/스티렌 고무, (B) 25phr의 저 비닐 함량, 또는 통상의 폴리부타디엔 고무 및 (C) 50phr의 시스 1,4- 폴리이소프렌 고무로 이루어진 트레드를 갖는다. 이는 다소 통상적인 트럭 타이어의 트레드를 나타낸다.

실험용 타이어 YY는 (A) 25phr의 중간 비닐 함량 폴리부타디엔, (B) 25phr의 저 비닐 함량(통상의)폴리부타디엔 및 (C) 50phr의 시스- 1,4- 폴리이소프렌 고무로 이루어진 트레드를 갖는다.

그러므로, 중간 비닐 함량 폴리부타디엔은 통상적인 트레드 고무형태의 부타디엔/스티렌 고무를 대신한다.

타이어(XX 및 YY)를 림 위에 놓고 팽창시켜 테스트를 실시한다. 대조할 목적으로 대조용 타이어의 시험치를 100으로 한다. 실험용 트레드를 갖는 타이어를 시험하고, 그 시험치를 대조용 타이어와 비교한 다음 기준치 100과 비교하여 기록한다.

놀랍게도, 실험용 트레드 고무 조성물 YY를 갖는 타이어는 개선된(감소한) 구름저항을 나타내고 또한 대조용 타이어 XX에 비교하여 개선된(증가한)트레드 마모를 보여준다.

타이어 XX 및 YY에 대한 트레드 조성물은 다음 표 3에 기재한 물질로 이루어져 있다.

[표 3]

1. 대부분의 양을 소수점 첫 자리까지 반올림해서 사용한다.

2. 유화중합으로 제조한 SBR이며, 전형적인 방향족고무 가공유를 사용하여 유전처리한다.

3. 방향족 물질 약 70%를 함유한 가공유로 유전처리한 전형적인 방향족 고무 9.38부를 함유한다. 1,2- 또는 비닐 약 45%, 시스- 1,4, 26% 및 트랜스- 1,4 31%를 함유한 중합체이며, 미합중국 특허 제 4,230,841호에 의하여 제조한 형태의 중합체이다.

4. 통상적인 형태의 시스-1,4 폴리부타디엔 고무.

5. 통상적 고함량의 시스 1,4- 폴리이소프렌 고무.

표 4는 100으로 한 대조용 타이어 XX의 측정치와 비교할 실험용 타이어 YY의 회전저항 및 트레드 마모의 측정치를 나타낸다.

[표 4]

트레드 마모는 트럭으로 약 32,000마일을 달린후 줄어든 트레드 깊이의 측정치로 표시한다.

본 실시예에 있어서, 회전저항은 림 위에 타이어를 놓고 팽윤시키며 50mph의 속력과 측정한 추진력에 일치하는 비율로 약 80%의 어림하중으로 67inch직경 동력계로 회전 시켜 측정한다. 이 실험은 다소 표준이라고 여겨진다.

미끄럼 저항은 타이어(A와 B)를 여러 가지 속도에서 하중이 걸린 견인 트레일러의 반대편에 장치하고 트레일러에 브레이크를 걸어서 미끄럼력(피크 및 활주)을 측정한다.

트레드 마모는 대조용 및 실험용 타이어를 차량에 설치하여 차량중의 타이어를 위치를 주기적으로 회전시키면서 이들을 조절된 조건하에 구동시킴으로써 대조한다.

본 실시예에서, 바람직한 중간 비닐 함량 폴리부타디엔 고무를 사용하였다. 이러한 고무는 참조로서 본 명세서에 도입된 미합중국 특허 제 4,230,841호에 의하여 제조한 형태의 것이다. 교시된 바와 같이, 중간 비닐 함량 폴리부타디엔은 1,3- 부타디엔을 비극성 비양자성 용매내에서 알킬리튬 촉매 및 적어도 하나의 극성 촉매 조절제를 사용하여 극소량의 디비닐벤젠과 중합시켜 제조한다.

이러한 용매의 대표적인 예는 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 이소옥탄 및 사이클로헥산 등이며, 이들 중에서 헥산이 바람직하다.

대표적인 알칼리튬 촉매의 예로는 메틸리튬, 에틸리튬, 프로필리튬, n-부틸리튬, 2급-부틸리튬, 3급-부틸리튬 및 아밀부틸리튬 등이 있는데, n-부틸리튬이 바람직하다.

촉매의 양은 중합에 필요한 분자량에 따른다.

디비닐벤젠의 양은 활성리튬 촉매의 양과 관계될 수 있다. 극성 배합물의 양은 중합체에 필요한 비닐 함량에 따른다. 예를 들면, 부타디엔 100g당 활성 알킬리튬 약 0.1내지 1.0 밀리몰을 사용할 수 있고, 알킬리튬에 대한 디비닐벤젠(DVB)의 몰비를 약 0.1내지 0.9의 범위로 할 수 있다는 것이 상기의 특허에 기재되어 있다. 중합온도를 실질적으로 중합도중에 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 여러 종류의 극성 조절제가 있는데, 그중에서 강력한 촉매 조절제로는 헥사메틸 포스포르산 트리아미드(HMPA), N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌 디아민(TMEDA), 에틸렌 글리콜 디메틸에테르(글라임), 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(디글라임), 트리에틸렌글리콜 디메틸 에테르(트리글라임), 및 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 테트라글라임 등의 예가 있다.

특정한 실시태양과 상세한 설명은 본 발명은 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 정신 또는 범위에서 벗어남 없이 여러 가지 변형 및 수정이 이루어질 수 있음을 당해 분야의 숙련가들은 명백히 알 수 있을 것이다.

Claims (10)

100중량부의 고무(phr)를 기준으로, (A) 비닐함량이 약 30내지 55%, 중간 비닐 함량 폴리부타디엔 고무 20내지 90중량부, (B) 비닐 함량이 1내지 15%인 저 비닐 함량 폴리부타디엔고무 10내지 60중량부 및 (C) 시스 1,4- 폴리이소플렌 고무 55중량부 이하로 이루어진 가황처리한 탄성체 조성물인, 지면접촉에 적합한 외측 원주상 트레드를 가지며, 가황처리되지 않은 상태에서의 상기 중간 비닐함량 폴리부타디엔은 ML-4(100。C)점도 범위가 40내지 120이며 탄화수소 용매계에서 알킬리튬 촉매를 사용하여 적어도 하나의 극성촉매 조절제의 존재하에 디비닐벤젠과 1,3-부타디엔을 중합시켜 제조하고, 부타디엔 100g당 0.1 내지 1.0밀리몰의 활성 알킬리튬을 사용하며, 디비닐벤젠 대 알킬리튬의 몰비가 0.1내지 0.9의 범위인 공기 타이어.

제 1 항에 있어서, 트레드 탄성체 조성물이 중간 비닐 함량 폴리부타디엔 고무 20내지 80중량부와 시스1,4-폴리이소프렌 고무 적어도 10중량부를 함유함을 특징으로 하는 공기 타이어.

제 1 항에 있어서, 저 비닐 함량 폴리부타디엔 고무가 유기 용매를 사용한 용액중합법에 의해 제조된 1,3-부타디엔 및 수성 유화중합법에 의해 제조된 1,3-부타디엔으로 이루어진 그룹중에서 선택됨을 특징으로 하는 타이어.

제 3 항에 있어서, 중간 비닐 함량 폴리부타디엔을 n-부틸리튬을 사용하여 핵산용매내에 극성촉매 조절제의 존제하에 1,3-부타디엔과 디비닐벤젠을 중합하여 제조함을 특징으로 하는 공기 타이어.

제 1 항에 있어서, 이전의 트레드가 닳거나 마모된 가황한 타이어 카커스에 상기 트레드를 적용하여 이를 재생트레드로서 가황함을 특징으로 하는 타이어.

제 5 항에 있어서, 상기 트레드를 부타디엔/스티렌공중합체 고무, 시스 1,4-폴리이소프렌 고무 및 1,4-폴리부타디엔 고무중의 적어도 하나의 카커스 기질 고무 조성물에 접착시켜 일체가 되도록 함을 특징으로 하는 공기 타이어.

제 1 항에 있어서, 트레드 탄성체 조성물이 중간 비닐 함량 폴리부타디엔 고무를 40내지 90중량부 함유함을 특징으로 하는 공기 타이어.

제 2 항에 있어서, 트레드 조성물이 25내지 70중량부의 중간 비닐 함량 폴리부타디엔과 50중량부 이하의 시스 1,4-폴리이소프렌 고무를 함유함을 특징으로 하는 공기 타이어.

제 2 항에 있어서, 저 비닐 함량 폴리부타디엔 고무가 유기용매를 사용한 용액중합법에 의해 제조된 1,3-부타디엔 및 수성 유화중합법에 의해 제조된 1,3-부타디엔으로 이루어진 그룹 중에서 선택됨을 특징으로 하는 타이어.

제 2 항에 있어서, 이전의 트레드가 닳거나 마모된 가황한 타이어 카커스에 상기 트레드를 적용하여 이를 재생트레드로서 가황함을 특징으로 하는 타이어.

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