KR100506842B1 - 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명의 트레드 고무조성물은 환경 유해물질로 대두되고 있는 공정조제중 아로마틱 오일(aromatic oil) 대신 수소치환된 우드로진의 메틸에스테르(Methylester of hydrogenated wood rosin) 및 스테아린산(stearic acid)을 포함하도록 하여 내마모특성을 향상시킬 수 있는 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물을 제공할 수 있다.

Description

트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물{Tread rubber composition for bus and truck tire}
본 발명은 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명의 트레드 고무조성물은 환경 유해물질로 대두되고 있는 공정조제중 아로마틱 오일(aromatic oil) 대신 수소치환된 우드로진의 메틸에스테르(Methylester of hydrogenated wood rosin) 및 스테아린산(stearic acid)을 포함하도록 하여 내마모특성을 향상시킬 수 있는 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
타이어의 공정조제 중 타이어의 배합과정에 있어서 기기에 걸리는 힘을 최소화하며, 공정을 원활하게 하기 위해 첨가되는 파라핀 오일이나 아로마틱 오일 등 타이어 산업에서 주로 사용하는 배합 공정유는 현재 환경 유해물질로 사용을 제한하려는 움직임이 유럽 및 전세계적으로 확산되고 있는 추세이다. 또한 이러한 공정유는 상기에서 언급한 역할 이외에 고무조성물을 배합 후 타이어의 성능 측면에서 볼 때 가류 후 고무 화합물의 경도 하락 및 내마모 특성의 하락을 초래한다.
현재 오일의 연구 및 적용 추진 현황은 공정유 내에 함유된 벤젠류 및 기타 유해물질을 최소화한 오일을 적용하는 방법이 연구되고 있다. 그러나 이와 같은 경우 원가의 현저한 상승 및 고무화합물의 물성 중 유리전이온도(Tg)의 현저한 변화로 인해 내마모 특성의 현저한 하락을 초래하기 때문에 대량생산의 적용에 한계점을 내포하고 있다.
따라서 상기와 같이 고무배합시 공정유의 역할을 하면서 종래 공정유의 단점을 해결할 수 있는 수단이 필요한 실정이나 아직까지 이에 대한 명확한 대안이 없는 실정이다.
본 발명은 종래 타이어 산업에서 배합공정유로 사용하는 아로마틱 오일 대신 수소치환된 우드로진의 메틸에스테르 및 스테아린산을 적절히 사용함으로써 환경친화적이며, 내마모특성을 향상시킬 수 있는 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물은 위에서 언급한 목적 해결을 위하여 공지의 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대해 수소치환된 우드로진 메틸에스테르 2∼10중량부, 스테아린산 3∼6중량부 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 천연고무나 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 스티렌 고무, 스티렌-부타디엔-니트릴 고무, 니트릴 고무, 시스함량이 94% 이상인 이소프렌과 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 천연고무와 위에서 언급한 합성고무가 동일한 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 본 발명에서는 원료고무로서 트레드 고무조성물의 원료고무로서 널리 사용하고 있는 천연고무를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 주요 구성성분인 수소치환된 우드로진 메틸에스테르는 원료고무 100중량부에 대하여 비중이 0.95∼1.05이고, 25℃에서의 점도가 22∼27포이즈(poise)인 특성을 가진 것을 2∼10중량부 사용할 수 있다.
본 발명에서 수소치환된 우드로진 메틸에스테르는 소나무과에서 분비되는 수지중 테레핀유를 제거한 나머지의 수지로서 식물종류에 따라 다소 조성이 다를 수 있다. 본 발명에서는 이러한 수소치환된 우드로진 메틸에스테르의 일예로서 아비에틱산(abietic acid, C20H30O2)을 하기 식(1)과 같이 수소화 시켜 하기 식(2)로 나타낼 수 있는 것을 사용할 수 있다.
......(1)
......(2)
상기 식(1),(2)에서 R은 C19H29이고, R'은 C19H31이다.
본 발명의 트레드 고무조성물에 있어서 다양한 특성 및 함량의 수소치환된 우드로진 메틸에스테르를 사용하여 트레드용 고무를 제조한바 종래 아로마틱 오일을 사용하는 공정과 대비시 동등 수준을 배합 공정성을 유지할 수 있다. 따라서 본 발명의 버스 및 트럭 타이어용 트레드 고무조성물은 전술한 수치의 특성 및 함량을 가지는 수소치환된 우드로진 메틸에스테르를 포함하는 것이 좋다.
또한 본 발명의 트레드 고무조성물에서 수소치환된 우드로진 메틸에스테르와 같이 원료고무 100중량부에 대하여 스테아린산을 3∼6중량부 사용시 경도 및 내마모특성이 향상된 버스 및 트럭 타이어용 트레드 고무조성물을 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 트레드 고무조성물은 주요 구성성분인 수소치환된 우드로진 메틸에스테르와 함께 전술한 수치의 함량을 가지는 스테아린산을 포함하는 것이 좋다.
본 발명에서 보강제로 사용하는 카본블랙은 요오드 흡착가 30∼80mg/g, DBP 흡유가 40∼120cm3/100g인 것을 원료고무 100중량부에 대하여 30∼80중량부 사용한다. 본 발명에서 다양한 특성 및 함량을 가지는 카본블랙을 사용한바 전술한 수치의 범위를 가지는 특성 및 함량을 가지는 카본블랙 사용시 경도 및 내마모특성이 우수한 버스 및 트럭 타이어용 트레드 고무를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에서 보강제로 사용하는 카본블랙은 요오드 흡착가 30∼80mg/g, DBP 흡유가 40∼120cm3/100g인 것을 원료고무 100중량부에 대하여 30∼80중량부 사용하는 것이 좋다.
한편, 본 발명은 상기에서 언급한 수소치환된 우드로진 메틸에스테르, 스테아린산 및 카본블랙 이외에 종래 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물에 사용되는 활성제, 노화방지제, 가류제, 가류촉진제를 포함하는 각종 첨가제를 포함한다. 그러나 이들은 종래 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본원발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
하기의 표 1과 같이 원료고무로서 천연고무(SMR-5CV) 100중량부에 대하여 카본블랙(N220) 50중량부, 공정오일(A#2 oil) 5중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제 4.5중량부, 황 2.0중량부, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) 1.2중량부를 벤버리 믹서에 넣고 160℃에서 30분간 가류하여 트레드 고무를 제조하였다.
<실시예 1>
하기의 표 1과 같이 원료고무로서 천연고무(SMR-5CV) 100중량부에 대하여 카본블랙(N220) 50중량부, 수소치환된 우드로진 메틸에스테르(상품명: Hercolyn D) 2중량부, 스테아린산 3중량부, 노화방지제 4.5중량부, 황 2.0중량부, 가류촉진제(CZ) 1.2중량부를 벤버리 믹서에 넣고 160℃에서 30분간 가류하여 고무를 트레드 제조하였다.
<실시예 2>
공정오일 대신에 수소치환된 우드로진 메틸에스테르(상품명: Hercolyn D) 4중량부 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성성분 및 함량을 벤버리 믹서에 첨가하고 160℃에서 30분간 가류하여 트레드 고무를 제조하였다.
<실시예 3>
수소치환된 우드로진 메틸에스테르(상품명: Hercolyn D) 4중량부, 스테아린산 4중량부 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성성분 및 함량을 벤버리 믹서에 첨가하고 160℃에서 30분간 가류하여 트레드 고무를 제조하였다.
<실시예 4>
수소치환된 우드로진 메틸에스테르(상품명: Hercolyn D) 7중량부, 스테아린산 4중량부 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성성분 및 함량을 벤버리 믹서에 첨가하고 160℃에서 30분간 가류하여 트레드 고무를 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 조성물
항목 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2
천연고무 100 100 100 100 100
카본블랙 50 50 50 50 50
공정오일 5 - - - -
Hercolyn D - 2 4 4 7
스테아린산 2.0 3.0 3.0 4.0 4.0
노화방지제 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5
황 2 2 2 2 2
가류촉진제 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
<시험예 1>
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무시편을 ASTM 관련규정에 의하여 점도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신장율, 마모(pico), 발열 및 컷앤칩(cut&chip)과 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다
표 2. 물성 측정결과
항목 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
점도(125℃) 64 65 65 62 62
300% 모듈러스(kg/cm2) 122 136 132 134 125
인장강도(kg/cm2) 27 259 264 281 260
신장율(%) 540 561 556 559 561
마모(pico) 0.035 0.032 0.030 0.024 0.030
발열(℃) 29 25 23 22 24
컷앤칩(BFG) 2.457 2.453 2.221 2.062 2.083
*점도 : 무니테스터(Mooney tester)기를 이용하여 측정함
*마모(abrasion) : 피코(pico) 시험기를 이용하여 측정한 값으로 시편을 80회 회전시킨 후 고무 손실량 무게를 측정함.
*컷앤칩(cut&chip) : 비.에프.굿리치 커트 및 칩 테스터(B.F. Goodrich cut chip tester)를 이용하여 날카로운 칼날이, 회전하는 시편을 일정한 속도로 내리치면서 시험하는 방법이다. 최초의 시편 무게와 시험후의 시편 무게와의 무게차가 적을수록 성능이 우수함을 나타낸다.
상기 표 2에서처럼 본 발명의 고무조성물로 제조한 고무(실시예 3,4)는 종래 비교예의 고무조성물로 제조한 고무에 비해 점도가 낮아 공정성이 향상됨을 알 수 있다. 그리고 발열특성에 있어서도 실시예의 고무가 비교예의 고무보다 우수하다. 또한 300% 모듈러스 및 인장강도에 있어서도 동등수분이거나 또는 보다 우수함을 알 수 있다. 한편 내마모특성 지표인 마모 측정결과에서도 본 발명의 트레드 고무조성물로 제조한 고무가 종래 비교예의 고무보다 우수함을 알 수 있다.
<시험예 2>
통상의 타이어 제조방법에 따라 11R22.5 956 패턴 규격의 버스용 타이어를 제조하였다. 이때 이 타이어의 트레드 고무는 비교예 및 실시예 1∼4에서 제조한 것을 사용하였다.
상기 규격의 버스용 타이어를 광주광역시와 부산광역시의 지방도로를 왕복주행하는 고속버스에 취부하고 7만km 주행 후 ASTM 관련 규정에 의하여 컷앤칩(cut&chip) 및 내마모성능을 측정하고 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.
표 3. 컷앤칩 및 내마모지수 측정
항목 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
컷앤칩 100 100 105 107 108
내마모지수 100 104 108 115 109
*컷앤칩 및 내마모지수의 수치는 비교예 1의 측정값을 100으로 하였을 때 상대적으로 나타낸 값으로 수치가 높을수록 성능이 우수함을 의미한다.
상기 표 3에서처럼 종래 공정오일을 사용한 트레드 고무조성물로 제조한 고무(비교예)보다는 수소치환된 우드로진 메틸에스테르와 스테아린산을 사용한 본 발명의 트레드 고무조성물로 제조한 고무(특히 실시예 3, 4)가 컷앤칩 및 마모특성이 우수함을 알 수 있다.
상기 시험예의 결과에서처럼 본 발명의 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물은 종래의 버스 및 타이어용 고무조성물에 비해 공정성이 동등수준 이상이다. 또한 발열특성과 마모특성에 있어서도 우수함을 알 수 있다.

Claims (2)

  1. 공지의 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대해 수소치환된 우드로진 메틸에스테르 2∼10중량부, 스테아린산 3∼6중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 수소치환된 우드로진의 메틸에스테르는 비중이 0.95∼1.05이고, 25℃에서의 점도가 22∼27포이즈(poise) 임을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무조성물.
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