KR101016368B1 - 내열성 및 노화특성이 향상된 카카스용 고무 조성물 - Google Patents

내열성 및 노화특성이 향상된 카카스용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열성 및 노화특성이 향상된 카카스용 고무 조성물에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온(2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione) 등과 같은 디온(dione)계 화합물을 가류촉진제로 사용함으로써, 카카스용 고무 조성물에 사용되는 원료고무의 내열성 및 노화현상을 향상시킨 고무 조성물에 관한 것이다.
내열성, 노화특성, 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온, 촉진제, 카카스

Description

내열성 및 노화특성이 향상된 카카스용 고무 조성물{Rubber composition for carcass improving hear resistance and aging properties}
본 발명은 내열성 및 노화특성이 향상된 카카스용 고무 조성물에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 디온(dione)계 화합물을 가류촉진제로 사용함으로써, 카카스용 고무 조성물에 사용되는 원료고무의 내열성 및 노화현상을 향상시킨 고무 조성물에 관한 것이다.
타이어는 여러 가지 첨가제 성분이 함유된 조성물로 이루어진 고무로 성형되고 있다.
타이어는 차량의 하중을 지지하고, 차량이 이동하는 수단이기 때문에 여러가지 특성이 요구되고 있다. 일예로 차량이 이동하다 정지하기 위해서는 제동력이 좋아야 하고, 대부분의 타이어는 차량의 지지, 이동, 정지시 마모가 발생되기 때문에 내마모성 및/또는 내구성 뿐만 아니라, 내열성 및 고무의 노화에 따라 타이어의 파손이 일어날 수 있으므로 노화특성 또한 좋아야 한다.
상기와 같은 특성을 지닌 타이어를 얻기 위해서는 다양한 특성을 지닌 첨가제를 원료고무와 같이 첨가하여 제조함으로써 원료고무의 특성을 향상시키고 있다.
일반적으로 디엔고무, 에틸렌, 프로필렌 공중합고무 및 합성고무 등의 각종 엘라스토머를 유황으로 가황하는 경우 가황 속도 및 가황 효율을 향상시키기 위해 촉진제의 사용은 필수적이다.
상기 가류촉진제 중에서, 설펜 아마이드(sulfene amide)계 가류촉진제는 내스코치성이 우수하고 가황속도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 인장강도 및 신장율 등과 같은 고무의 물성 등에서도 좋은 성질을 나타내기 때문에, 가류촉진제로서 가장 많이 사용되고 있다.
그러나, 퀴논(quinone)계 화합물은 전자 수용체(electron acceptor)로서, 산소고리에 의해 산화제 역할을 수행하여 고무 물성의 노화현상을 방지할 수 있기 때문에, 상기 화합물을 이용하여 내열성 및 노화특성 등이 향상된 고무 조성물 개발의 필요성이 절실히 요구되어 왔다.
본 발명의 목적은 내열특성 및 노화현상을 향상시킨 새로운 카카스용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 카카스용 고무 조성물로 이루어진 고무를 포함하는 새로운 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류촉진제로 디온(dione)계 화합물 0.1 내지 1.0 중량부를 포함하는 카카스용 고무 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공한다.
본 발명에 의한 카카스용 고무조성물은, 가류촉진제로서 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온(2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione) 등과 같은 디온(dione)계 화합물을 사용함으로써, 타이어의 내열 특성 및 노화현상으로 인하여 발생되는 피로특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 카카스용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류촉진제로 디온(dione)계 화합물 0.1 내지 1.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카카스용 고무 조성물을 제공한다.
본 발명은 상기 디온계 화합물이 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온(2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione)인 것을 특징으로 하는 카카스용 고무 조성물을 제공한다.
본 발명은 상기 원료고무가 천연고무 또는 천연고무와 부타디엔 고무의 혼합고무인 것을 특징으로 하는 카카스용 고무 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 내열성 및 노화현상이 향상된 고무조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류촉진제로 디온(dione)계 화합물, 바람직하게는 1차 가류촉진제인 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온(2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione) 0.1 내지 1.0 중량부, 보다 바람직하게는 0.5 내지 0.8 중량부를 포함하는 것이 권장되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
삭제
하기 구조식 1로 표시되는 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온의 경우 산소결합 뿐 아니라, 벤젠고리의 영향으로 인하여 구조의 입체적 효과(steric effect)로 인하여 분자간의 결합이 선택적으로 반응을 유도한다.
Figure 112008050818105-pat00001
... 구조식(1)
본 발명에 의한 카카스용 고무조성물에 가류촉진제로서의 하나의 실시예로 사용되는 하기 구조식 1의 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온의 중량부가 1.0 중량부 이상일 경우 고무 물성 저하 및 점도의 하락을 발생할 수 있어 원료고무 100 중량부에 대하여, 0.1∼1.0 중량부인 것이 바람직하다.
카카스 고무 조성물은 타이어 내부의 코드층으로 받는 하중을 지지하고 충격에 견딜 수 있으며, 주행중 굴신운동에 대한 내피로성이 강하고, 분리현상(separation)이 없는 성능을 가지고 있어야 한다.
본 발명에 의한 고무조성물은 이러한 카카스용 고무 조성물의 공정 과정에서 배합고무의 가공 중에 발생되는 내열성능 및 노화현상을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 카카스용 고무조성물에 사용되는 원료고무로는 천연고무 또는 천연고무와 부타디엔 고무의 혼합고무가 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카카스용 고무조성물에서 원료고무는 천연고무, 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기 카카스용 고무조성물에서 원료고무는 2종의 서로 다른 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기 카카스용 고무조성물에서 원료고무는 3종 이상의 서로 다른 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기 카카스용 고무조성물에서 원료고무는 3종 이상의 서로 다른 합성고무가 동이한 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 부틸고무, 변성부틸고무, 할로겐화부틸고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 에피클로로하이드린고무, 불소고무, 실리콘고무, 부타디엔 고무(BR), 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 클로린네이티드 폴리에틸렌고무, 스티렌에틸렌부틸렌스티렌(SEBS)고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌프로필렌디엔(EPDM)고무, 하이팔론고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세티에트고무, 아크릴고무, 히드린고무, 비닐벤질클로라이드스티렌부타디엔고무, 브로모메틸스티렌부틸고무, 말레인산스티렌부타디엔고무, 카르복실산스티렌부타디엔고무, 에폭시이소프렌고무, 말레인산에틸렌프로필렌고무 및 카르복실산니트 릴부타디엔고무의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 할로겐화부틸고무의 일예로 클로로부틸고무 및/또는 브로모부틸고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 카카스용 고무 조성물에는 상기 성분들 이외에 카카스용 고무 조성물에 통상적으로 사용되는 첨가제들, 예를 들어 공정유로서 방향족 오일, 스테아린산, 왁스, 유황, 점착제, 아연화 등의 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다.
그러나, 이들 첨가제는 종래 타이어 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서, 본 발명의 필수 구성성분이 아니므로, 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
본 발명은 상기 기재의 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기 기재의 고무조성물로 이루어진 고무를 카카스(carcass)로 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기 기재의 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함하며, 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어, 항공기용 타이어, 오토바이용 타이어의 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명은 다음을 다음의 실시예, 비교예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서, 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
하기의 표 1과 같이, 부타디엔 고무(BR) 50 중량부 및 천연고무 50 중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대하여, 카본블랙(N330) 50 중량부, 산화아연(ZnO) 3 중량부, 스테아린산 1 중량부, 방향성 오일 3 중량부, 노화방지제 5 중량부, 산화방지제 1 중량부, 왁스 1.5 중량부, 점착제 5 중량부를 밴버리 믹서에 넣고, 140℃에서 5분 동안 배합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제로서 유황 2 중량부, 가류촉진제로 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온(2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione) 0.5 중량부를 첨가하고 100℃에서 3분 동안 가류하고, 고무시편을 제조하였다.
<실시예 2>
부타디엔 고무(BR) 50 중량부 및 천연고무 50 중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류촉진제로 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온(2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione) 0.1 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 고무시편을 제조하였다.
<실시예 3>
부타디엔 고무(BR) 50 중량부 및 천연고무 50 중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류촉진제로 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온(2,3- dihydronaphthalene-1,4-dione) 1.0 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 고무시편을 제조하였다.
<비교예>
부타디엔 고무(BR) 50 중량부 및 천연고무 50 중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류촉진제로 디페닐구아니딘(diphenyl guanidine, DPG) 0.5 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 고무시편을 제조하였다.
<표 1> 카카스용 고무 조성물(단위 : 중량부)
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
천연고무 50 50 50 50
부타디엔고무 50 50 50 50
카본블랙(N330) 50 50 50 50
노화방지제
(6PPD)		 5 5 5 5
방향성 오일 3 3 3 3
스테아린산 1 1 1 1
아연화 3 3 3 3
산화방지제 1 1 1 1
왁스 1.5 1.5 1.5 1.5
점착제 5 5 5 5
유황 2 2 2 2
가류촉진제 1
가류촉진제 2		 -
0.5		 -
0.1		 -
1.0		 0.5
-
* 가류촉진제 1 : 디페닐구아니딘(diphenyl guanidine, DPG)
가류촉진제 2 : 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온
<시험예>
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에서 제조한 고무시편에 대해 ASTM 관련규정에 의해 물성을 측정하고, 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
하기 표 2에서 오존 특성 시험 조건은 시편을 20% 인장 시킨 후, 오존 농도 50 ppm의 농도에서 시험하였다.
<표 2> 카카스용 고무 조성물의 물성
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
Rheo
(160℃)
 Toq(max) 33 32.8 33 32.4
Toq(min) 23.5 23.3 23.5 23.1
T90(분) 55 55 55 54
인장물성
(160℃)
3분		 경도 55 55 55 55
300% 모듈러스 175 173 175 170
인장강도 Kg/㎤ 210 209 210 205
오존특성 크랙발생시간(hr) 131 130 131 125
피로특성 DMFC 5.3/7.8 5.3/7.6 5.3/7.8 5.1/7.0
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 가류촉진제로 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온(2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione)를 포함하는 본 발명에 의한 고무조성물의 고무시편은 종래에 가류촉지제로 사용되던 디페닐구아니딘(diphenyl guanidine)을 포함하는 고무조성물의 고무시편에 비해 내열 특성 및 노화현상으로 인하여 발생되는 피로특성이 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 카카스용 고무조성물은, 가류촉진제로서 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온(2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione) 등과 같은 디온(dione)계 화합물을 사용함으로써, 타이어의 내열 특성 및 노화현상으로 인하여 발생되는 피로특성을 향상시킬 수 있기 때문에, 타이어 산업에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 카카스용 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100 중량부에 대하여, 가류촉진제로 2,3-디히드로나프탈렌-1,4-디온(2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione) 0.1 내지 1.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카카스용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 원료고무가 천연고무 또는 천연고무와 부타디엔 고무의 혼합고무인 것을 특징으로 하는 카카스용 고무 조성물.
  4. 제1항 또는 제3항의 고무 조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
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US4981912A (en) 1987-05-23 1991-01-01 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Shaped article of a crosslinked elastomer
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