KR101142551B1 - 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 재생한 타이어 - Google Patents

버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 재생한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 재생한 타이어에 관한 것으로서, 천연고무 57 내지 63 중량부 및 부타디엔 고무 37 내지 43 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 질소흡착 비표면적이 118 내지 122m2/g이고, DBP 흡유량이 124 내지 128cc/100g이며, 틴트(TINT) 값이 119 내지 122인 카본블랙 53 내지 57 중량부, 그리고 테르펜(Terpene) 및 C9 석유수지를 포함하는 보강성 레진 3 내지 5 중량부를 포함하는 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물을 제공한다.
상기 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물은 내마모성 및 내구성을 동시에 만족시키면서도, 내커트치핑성에서 유리하고, 내발열성 또한 우수하다.
재생용, 트레드, 버스트럭, 보강성레진, 천연고무, 부타디엔고무, 카본블랙, 테르펜, 고시스, C9석유수지

Description

버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 재생한 타이어{TREAD RUBBER COMPOSITION FOR RETREADING BUSTRUCK TIRE AND TIRE RETREADED BY USING THE SAME}
본 발명은 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 재생한 타이어에 관한 것으로서, 내마모, 내커트치핑(Cut-chipping)성 및 내발열성이 모두 우수한 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 재생한 타이어에 관한 것이다.
최근의 타이어의 경제성에 대한 요구가 높아지는 것과 함께 특히 트럭이나 버스 등에 사용되는 대형 타이어의 경우, 트레드가 마모된 타이어(Case)에 트레드를 다시 붙여 사용하는 이른바 재생 타이어(Retreaded Tire)의 성능에 관한 요구 역시 커지고 있다. 이러한 재생 타이어용 트레드 고무 조성물은 내마모성과 동시에 내발열성이 우수할 것이 요구되나 이는 동시에 만족시키기 어려운 특성이다.
재생 타이어의 경우에는 신품의 타이어의 트레드에 비하여 트레드의 두께가 더 두꺼운 경향이 있고, 때문에 발열적으로는 더 어려운 구조이다. 또한, 양로뿐만 아니라 험로를 운행하는 경우도 많은 트럭버스 타이어의 특성상 내마모성, 내발 열성뿐만 아니라 내커트치핑성까지 우수할 것이 요구된다.
종래 특허인 일본 평6-192480은 천연고무 20 내지 50 중량부, 부타디엔 고무 50 내지 70 중량부, 스티렌 부타디엔 고무 10 내지 30 중량부로 구성되는 원료고무 100 중량부에 대하여 질소흡착비표면적이 매우 높고, 디부틸프탈레이드(DBP)흡유량의 범위가 넓은 카본블랙을 사용하여 내마모성과 내발열성을 향상시킨 고무 조성물을 개시하고 있다. 그러나 부타디엔 및 스티렌 부타디엔 고무와 같은 합성고무를 높은 함량으로 포함하는 경우에는 내마모성은 향상되지만 내발열성이 불리해지고, 질소흡착비표면적이 매우 높은 카본블랙을 사용하는 경우에는 내마모성 및 내커트치핑성에서는 유리하나 내발열성이 불리하여 내구성이 저하되는 경향이 있다.
또 다른 특허인 일본특허공개번호 제2000-219778은 천연고무 40 중량부 이상, 부타디엔 고무 10 내지 45 중량부, 스티렌 부타디엔 고무 5 내지 35 중량부로 구성되는 원료고무 성분 100 중량부에 대하여, CTAB 흡착비 표면적이 125m2/g, C-DBP흡유량이 100cc/100g, 틴트(Tint)값이 120인 고틴트급 SAF급 카본블랙과 CTAB 흡착비 표면적이 60 내지 85m2/g이고 C-DBP흡유량이 80 내지 115cc/100g, 틴트값이 110미만인 저틴트의 HAF급 카본블랙을 0.4 내지 1.2의 비율로 사용하여 내마모, 내발열 및 내커트치핑성의 특성이 균형이 잡히도록 하고 있다. 그러나, 상기 발명의 경우는 내발열성이 불리하고 내마모성이 저하된다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 내마모, 내커트치핑(Cut-chipping)성 및 내발열성이 모두 우수한 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물을 이용하여 재생한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물은 천연고무 57 내지 63 중량부 및 부타디엔 고무 37 내지 43 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 질소흡착 비표면적이 118 내지 122m2/g이고, DBP 흡유량이 124 내지 128cc/100g이며, 틴트(TINT) 값이 119 내지 122인 카본블랙 53 내지 57 중량부, 그리고 테르펜(Terpene) 및 C9 석유수지를 포함하는 보강성 레진 3 내지 5 중량부를 포함한다.
상기 부타디엔 고무는 시스-1,4 함량이 96중량% 이상이고 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃이며 100℃에서의 무니 점도가 43 내지 47인 고시스 부타디엔 고무일 수 있다.
상기 보강성 레진은 상기 테르펜과 상기 C9 석유수지는 10 내지 30 : 30 내지 70 중량비로 포함된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물을 이용하여 재생한 타이어를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
상기 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물은 원료고무, 카본블랙 및 보강성 레진을 포함한다.
상기 원료고무는 천연고무 57 내지 63 중량부 및 부타디엔 고무 37 내지 43 중량부를 포함하고, 바람직하게 천연고무 58 내지 62 중량부 및 부타디엔 고무 38 내지 42 중량부를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게 천연고무 60 중량부 및 부타디엔 고무 40 중량부를 포함할 수 있다.
내커트치핑성 및 내발열성이 우수하다는 점에서 상기 천연고무는 57 내지 63 중량부로 사용할 수 있고, 내마모성을 향상시킬 수 있다는 점에서 상기 부타디엔 고무를 37 내지 43 중량부로 사용할 수 있다. 상기 부타디엔 고무의 함량이 43 중량부를 초과하면 내커트치핑 및 내발열성이 저하될 수 있고, 상기 부타디엔 고무의 함량이 37 중량부 미만이면 내마모성이 저하될 수 있다.
상기 원료고무가 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 경우에는 내발열성 측면에서 불리한 효과가 있을 수 있으므로, 상기 원료고무는 상기 스티렌 부타디엔 고무를 포함하지 않는 것이 바람직하다.
상기 천연고무는 일반적인 천연 고무 또는 변성 천연 고무일 수 있다. 상기 일반적인 천연 고무는 천연 고무로서 알려진 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않는다.
상기 부타디엔 고무는 시스-1,4 부타디엔의 함량이 96중량% 이상이고, 유리 전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃이며, 100℃에서의 무니점도가 43 내지 47인 고시스 부타디엔 고무일 수 있다. 상기 고시스 부타디엔 고무를 사용하는 경우에는 내마모 성능 및 Dynamic Stress하에서의 열축적 제어(Heat Build Up) 면에서 유리한 효과가 있다.
상기 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 53 내지 57 중량부로 포함된다. 상기 카본블랙의 함량이 53 중량부 미만인 경우에는 내마모성이 저하될 수 있고, 57 중량부를 초과하는 경우 내발열성이 저하될 수 있다.
상기 카본블랙으로는 질소흡착 비표면적이 118 내지 122m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate)흡유량이 124 내지 128cc/100g이며, 틴트(TINT)값이 119 내지 122인 콜로이드(colloidal) 특성을 갖는 카본블랙을 사용할 수 있다.
상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 122m2/g를 초과하면 내마모성 및 내커트치핑성 면에서는 유리할 수 있으나 발열이 높아져서 내구성이 저하될 수 있고, 118m2/g 미만이면 내마모성 및 내커트치핑성이 불리해질 수 있다. 상기 카본블랙의 DBP(n-dibutyl phthalate)흡유량이 128cc/100g을 초과하면 내발열성 면에서는 유리하지만 내커트치핑성이 저하될 수 있고, 124cc/100g 미만이면 내발열성이 저하될 수 있다.
상기 테르펜(Terpene) 및 C9 석유수지를 포함하는 보강성 레진은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 3 내지 5 중량부로 사용할 수 있다. 상기 보강성 레진의 함량이 3 중량부 미만이면 보강성 레진의 사용에 의한 내커트치핑 성능 향상 효 과가 미미할 수 있고, 5 중량부를 초과하면 내발열성이 저하될 수 있다.
상기 보강성 레진은 상기 테르펜과 상기 C9 석유수지는 10 내지 30 : 30 내지 70 중량비로 포함된 것일 수 있다. 상기 테르펜과 C9 석유수지가 10 내지 30 : 30 내지 70의 중량비로 포함되는 보강성 레진을 사용하는 경우 천연고무에 대하여 보강성이 우수하고 열노화 안정성도 우수하다는 점에서 유리한 효과가 있다. 상기 보강성 레진은 연화점이 95 내지 100℃인 것일 수 있다. 상기 연화점이 95 내지 100℃인 보강성 레진은 타이어의 주행 온도가 95℃ 이하인 경우에 타이어 트레드의 모듈러스가 유지되도록 하여 내커트치핑성 면에서 유리한 효과가 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 노화방지제, 연화제 등의 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 각종의 첨가제는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 이들의 함량은 통상적인 타이어 트레드용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
상기 가류제로는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속산화물을 사용할 수 있고 바람직하게 유황계 가류제를 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2.5 중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
상기 가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제(accelerator)를 의미한다.
상기 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 가류촉진제로는 바람직하게 술펜아미드계인 N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드를 사용할 수 있고, 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3.0 중량부로 포함될 수 있다.
상기 가류촉진조제는 상기 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 무기계 가류촉진조제, 유기계 가류촉진조제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
특히, 상기 가류촉진조제로서 상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아르산에 녹아 상기 가류촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.
상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부 및 0.5 내지 3 중량부로 사용할 수 있다.
상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가되는 것으로, 고무 배합 시나 고무 제조시에 사용되는 오일류 기타 재료를 의미한다. 상기 연화제로는 석유계 오일, 식물유지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 석유계 오일로는 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
그러나, 최근 환경 의식의 고조와 함께 상기 방향족계 오일에 포함된 폴리사이클릭 아로마틱 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, 이하 "PAHs"라 한다)의 함량이 3 중량% 이상일 때는 암 유발 가능성이 높은 것으로 알려진바, TDAE(treated distillate aromatic extract) 오일, MES(mild extraction solvate) 오일, RAE(residual aromatic extract) 오일 또는 중질 나프텐성 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 연화제는 원료고무 100 중량부에 대하여 0 내지 150 중량부로 사용하는 것이 원료고무의 가공성을 좋게 한다는 점에서 바람직하다.
상기 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키기 위하여 사용되는 첨가제이다. 상기 노화방지제로는 아민계, 페놀계, 퀴놀린계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염, 왁스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
상기 노화방지제로는 N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-Dimethybutyl)-N-phenyl-p-phenylenediamine, 6PPD), N-페닐-n-이소프로필-p-페닐렌디아민(N-phenyl-n-isopropyl-p-phenylenediamine, 3PPD), 폴리(2,2,4-트리메틸- 1,2-디하이드로퀴놀린(Poly(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 노화방지제는 노화 방지 작용 이외에 고무에 대한 용해도가 커야 하고, 휘발성이 작고 고무에 대하여 비활성이어야 하며, 가황을 저해하지 않아야 한다는 등의 조건을 고려할 때, 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 재생에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능하다.
구체적으로, 상기 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물을 이용하여 재생 타이어를 제조하는 방법은 열 가류(Hot Cure)와 냉간 가류(Cold Cure)의 방법을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않고, 종래에 트레드가 마모된 타이어(case)에 새로운 트레드 고무를 입혀서 또는 가황에 의해 밀착시는 방식으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고 타이어의 재생에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능하다.
상기 타이어는 버스트럭 타이어용으로 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어일 수 있다. 특히 버스트럭용 또는 중하중용일 수 있다.
본 발명의 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물은 내마모성 및 내구성을 동시에 만족시킬 수 있고, 내마모, 내커트치핑(Cut-chipping)성 및 내발열성이 모두 우수하다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[ 제조예 : 고무 조성물의 제조]
다음 표1과 같은 조성을 이용하여 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 트레드 고무 조성물을 제조하였다. 타이어 트레드 고무 조성물의 제조는 통상의 타이어 트레드 고무의 제조방법에 따랐다. 하기 표1에서 비교예1은 카본블랙의 종류를, 비교예2는 폴리머(원료고무)의 사용 비율을 변경하고 보강성 레진을 사용하지 않은 경우이다.
[표1]
비교예1 비교예2 실시예
천연고무 60 50 60
부타디엔 고무(1) 40 50 40
카본블랙(2) 53 - -
카본블랙(3) - 53 53
산화아연 3.5 3.5 3.5
스테아린산 2 2 2
보강성 레진(4) - - 3
노화방지제 2 2 2
유황 1.8 1.8 1.8
가류촉진제(5) 1.5 1.5 1.5
(단위: 중량부)
(1) 부타디엔 고무: 시스-1,4 부타디엔의 함량이 96중량% 이상이고, 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃이며, 100℃에서 무니점도가 43 내지 47인 부타디엔 고무
(2) 카본블랙: 질소흡착 비표면적이 140 내지 170m2/g이고 DBP 흡유량이 130 내지 135cc/100g이며, 틴트(TINT)값이 125 내지 135인 카본블랙
(3) 카본블랙: 질소흡착 비표면적이 118 내지 122m2/g이고, DBP 흡유량이 124 내지 128cc/100g이며, 틴트(TINT) 값이 119 내지 122인 카본블랙
(4) 보강성 레진: 테르펜(Terpene) : C9 석유수지 = 30 : 70이고, 연화점이 95 내지 100℃인 보강성 레진
(5) 촉진제: 술펜아미드(Sulfenamide)계 촉진제로 N-시클로헥실-2-벤조티아졸술펜아미드(N-Cyclohexyl-2-benzothiazolesulfenamide)
상기의 배합비를 갖는 고무 조성물을 12R22.5 및 11R22.5 규격에 열 가류(Hot Cure) 방식으로 제조하여 실제 트럭 및 버스에 취부하여 내마모성을 평가하였고, 내발열성 및 내커트치핑성은 실내 내구성 시험기를 이용하여 평가하였다. 상기 측정 결과를 비교예1을 기준으로 하여서 지수화하여 하기 표2에 나타내었고, 그 값 클수록 성능이 우수함을 나타낸다.
[표2]
성능 비교예1 비교예2 실시예
내마모성 100 98 105
내커트치핑성 100 95 110
내발열성 100 103 105
상기 표2를 참조하면, 실시예는 비교예 1 및 2와 대비하여서 서로 상반되는 특성을 갖는 내마모, 내커트 치핑성 및 내발열성이 모두 동시에 향상되었음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

  1. 천연고무 57 내지 63 중량부 및 부타디엔 고무 37 내지 43 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부,
    질소흡착 비표면적이 118 내지 122m2/g이고, DBP 흡유량이 124 내지 128cc/100g이며, 틴트(TINT) 값이 119 내지 122인 카본블랙 53 내지 57 중량부, 그리고
    테르펜(Terpene) 및 C9 석유수지를 포함하는 보강성 레진 3 내지 5 중량부를 포함하고,
    상기 보강성 레진은 상기 테르펜과 상기 C9 석유수지를 20 내지 30 : 60 내지 70 중량비로 포함하는 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부타디엔 고무는 시스-1,4 부타디엔의 함량이 96중량% 이상이고, 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃이며, 100℃에서의 무니점도가 43 내지 47인 고시스 부타디엔 고무인 것인 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 따른 버스트럭 타이어 재생용 트레드 고무 조성물을 이용하여 재생한 타이어.
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