KR101400803B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 관한 것으로서, 원료고무 100 중량부, 그리고 녹는점이 120 내지 170℃이고, 연화점이 110 내지 135℃이고, 비중이 0.98 내지 1.06kg/cm3이고, 프리 페놀의 함량이 0.3 중량% 이하인 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진(alkylphenolic formaldehyde novolac resin) 3 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 배합성을 하락시키지 않으면서 웨트 그립 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배합성을 하락시키지 않으면서 웨트 그립 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어에 관한 것이다.
타이어에서 트레드는 타이어 가장 바깥에 위치하는 부위로 직접 지면과 접촉하기 때문에 마모가 발생하거나 지면의 조건에 따라 컷칩(Cut-Chip)현상이 발생하기도 한다. 트레드 부분은 차량의 운행에 따라 트레드의 고무와 그 내부의 충진제 사이에 움직임이 많아지면서 발열 현상이 발생하는 부분이기도 하다.
타이어의 내구 성능은 차량 탑승자의 운전에 직결되는 중요한 성능인데, 실제 주행중인 타이어는 반복적인 변형에 의하여 발열이 발생하고, 이러한 발열로 인하여 타이어의 고무가 손상되면서 내구 성능의 저하가 생길 수도 있다.
타이어 고무, 특히 지면과 직접 접촉하는 타이어 트레드 고무를 설계하는데 있어서 웨트 그립은 중요한 인자 중의 하나이다. 하지만 회전저항과의 역상관 관계 때문에 성능을 향상시키기 어려운 것은 사실이다. 타이어의 웨트 그립을 올리기 위해서는 동적 점탄성 특성 중 tanδ 0℃를 높게 해야 하는데, 타이어의 웨트 그립을 높이기 위해서 종래에는 폴리머 내에 존재하는 디엔계 중합체의 말단을 변성시킨 폴리머를 사용하거나, 입자경이 작은 카본 블랙을 고충진하거나 석유계 연화제를 사용한다.
타이어 트레드 고무의 웨트 그립을 높이기 위해 폴리머 내에 존재하는 디엔계 중합체의 말단을 변성시킨 폴리머를 사용하거나 스티렌을 다량 함유하는 유화 중에서 제조된 스티렌-부타디엔 고무를 사용할 경우에는 웨트 그립을 향상시킬 수가 있지만 히스테리시스 손실이 증가하여 회전저항이 증가하고 마모량이 많아지는 단점이 있다.
한국특허등록 제1140835호(등록일: 2012년 4월 20일) 한국특허등록 제0935999호(등록일: 2009년 12월 30일)
본 발명의 목적은 배합성을 하락시키지 않으면서 웨트 그립 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 그리고 녹는점이 120 내지 170℃이고, 연화점이 110 내지 135℃이고, 비중이 0.98 내지 1.06kg/cm3이고, 프리 페놀의 함량이 0.3 중량% 이하인 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진(alkylphenolic formaldehyde novolac resin) 3 내지 10 중량부를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부, 그리고 알킬 페놀 포름알데히드 노볼락 레진(alkylphenolic formaldehyde novolac resin) 3 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 원료고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 원료고무가 천연고무와 합성고무의 혼합물인 경우 상기 천연고무 5 내지 95중량부 및 상기 합성고무 5 내지 95중량부를 혼합한 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 스티렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 부틸고무, 할로겐화 부틸 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무, 시스 이소프렌 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
특히, 상기 원료고무는 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무(Emulsion Stylene-Butadiene Rubber, E-SBR), 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무(Solution Stylene-Butadiene Rubber, S-SBR), 천연고무(Natural Rubber, NR) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 35 내지 50중량％일 수 있고, 상기 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 함량이 35 내지 50중량％일 수 있고, 부타디엔이 포함하는 비닐(Vinyl) 함량이 40 내지 50 중량％일 수 있다.
상기 원료고무가 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무 및 천연고무가 혼합된 혼합고무인 경우 상기 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무를 10 내지 90 중량부 및 상기 천연고무 10 내지 90 중량부를 포함할 수 있다.
상기 알킬 페놀 포름알데히드 노볼락 레진은 녹는점이 120 내지 170℃이고, 연화점이 110 내지 135℃이고, 비중이 0.98 내지 1.06kg/cm3이고, 프리 페놀의 함량이 0.3 중량% 이하이다. 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기 알킬 페놀 포름알데히드 노볼락 레진을 포함하여 배합성 및 가공성의 하락 없이 웨트 그립(Wet Grip)을 향상시킬 수 있다.
상기 알킬 페놀 포름알데히드 노볼락 레진의 녹는점이 120℃ 미만이거나 연화점이 110℃ 미만인 경우 인장강도 및 경도 향상 효과를 기대하기 어렵고, 녹는점이 170℃를 초과하거나 연화점이 135℃를 초과하는 경우 타이어 혼합 및 후공정시 가공 조제로서의 역할을 할 수 없어 가공성 향상 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 상기 알킬 페놀 포름알데히드 노볼락 레진의 비중이 0.98 내지 1.06kg/cm3을 벗어나거나 프리 페놀 함량이 0.3 중량%를 초과하는 경우 고무 조성물 내의 저분자(small molecule)이 많아져 발열이 심해지고 따라서, 내구성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 알킬 페놀 포름알데히드 노볼락 레진은 레진 내 알콜기와 실리카 표면의 실라놀기가 서로 화학적 결합 또는 수소 결합 등을 유도하여 배합성의 저하없이 웨트 그립 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 3 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진의 함량이 3 중량부 미만인 경우 고무와의 점착성이 저하될 수 있고, 10 중량부를 초과하는 경우 블리딩(bleeding) 문제가 발생할 수 있고, 배합물 고무의 본연의 물성을 저해할 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 충진제, 커플링제, 노화방지제 또는 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 가류제를 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 유황계 가류제는 분말 황(S), 불용성 황(S), 침강 황(S), 콜로이드(colloid) 황 등의 무기 가류제와, 테트라메틸티우람 디설파이드(tetramethylthiuram disulfide, TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(tetraethyltriuram disulfide, TETD), 디티오디모르폴린(dithiodimorpholine) 등의 유기 가류제를 사용할 수 있다. 상기 유황 가류제로는 구체적으로 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 4.0 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 술펜아미드계 가류촉진제로는, 예컨대 N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS), N-tert-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS), N,N-디시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질술펜아미드, N,N-디이소프로필-2-벤조티아졸술펜아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 술펜아미드계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티아졸계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아질디설파이드(MBTS), 2-머캅토벤조티아졸의 나트륨염, 2-머캅토벤조티아졸의 아연염, 2-머캅토벤조티아졸의 구리염, 2-머캅토벤조티아졸의 시클로헥실아민염, 2-(2,4-디니트로페닐)머캅토벤조티아졸, 2-(2,6-디에틸4-모르폴리노티오)벤조티아졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티아졸계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티우람계 가류촉진제로는, 예컨대 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티우람계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티오우레아계 가류촉진제로는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티오우레아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 구아니딘계 가류촉진제로는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구아니딘계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 디티오카르밤산계 가류촉진제로는, 예컨대 에틸페닐디티오카르밤산아연, 부틸페닐디티오카르밤산아연, 디메틸디티오카르밤산나트륨, 디메틸디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산아연, 디부틸디티오카르밤산아연, 디아밀디티오카르밤산아연, 디프로필디티오카르밤산아연, 펜타메틸렌디티오카르밤산아연과 피페리딘의 착염, 헥사데실이소프로필디티오카르밤산아연, 옥타데실이소프로필디티오카르밤산아연 디벤질디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산나트륨, 펜타메틸렌디티오카르밤산피페리딘, 디메틸디티오카르밤산셀레늄, 디에틸디티오카르밤산텔루늄, 디아밀디티오카르밤산카드뮴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 디티오카르밤산계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 가류촉진제로는, 예컨대 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 아세트알데히드-암모니아 반응물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 이미다졸린계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물을 사용할 수 있고, 상기 크산테이트계 가류촉진제로는, 예컨대 디부틸크산토겐산아연 등의 크산테이트계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 4.0 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.
상기 무기계 가류촉진조제로는 산화아연(ZnO), 탄산아연(zinc carbonate), 산화마그네슘(MgO), 산화납(lead oxide), 수산화 칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 유기계 가류촉진조제로는 스테아르산, 스테아르산 아연, 팔미트산, 리놀레산, 올레산, 라우르산, 디부틸 암모늄-올레이트(dibutyl ammonium oleate), 이들의 유도체 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 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부 및 0.5 내지 3 중량부로 사용할 수 있다. 상기 산화아연과 상기 스테아르산의 함량이 상기 범위 미만인 경우 가황 속도가 느려 생산성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 스코치 현상이 발생하여 물성이 저하될 수 있다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 충진제를 더 포함할 수 있다. 상기 충진제는 실리카, 탄산칼슘, 점토(수화규산알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 실리카는 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 180㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide)흡착 비표면적이 110 내지 170㎡/g일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 실리카의 질소흡착 비표면적이 100㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 180㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 실리카의 CTAB흡착 비표면적이 110㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 불리해질 수 있고, 170㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 실리카는 습식법 또는 건식법으로 제조된 것을 모두 사용할 수 있으며, 시판품으로는 울트라실 VN2(Degussa Ag사제), 울트라실 VN3(Degussa Ag사제), Z1165MP(Rhodia사제) 또는 Z165GR(Rhodia사제) 등을 사용할 수 있다.
상기 실리카는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 20 내지 90 중량부로 포함될 수 있고, 30 내지 70 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 40 내지 60 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 실리카의 함량이 20 중량부 미만인 경우에는 고무의 강도 향상이 부족하고 타이어의 제동 성능이 저하될 수 있으며, 상기 실리카의 함량이 90 중량부를 초과하는 경우에는 마모 성능이 저하될 수 있다.
상기 커플링제로는 설파이드계 실란 화합물, 머캅토계 실란 화합물, 비닐계 실란 화합물, 아미노계 실란 화합물, 글리시독시계 실란 화합물, 니트로계 실란 화합물, 클로로계 실란 화합물, 메타크릴계 실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있고, 설파이드계 실란 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 설파이드계 실란 화합물은 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)테트라설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)테트라설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)테트라설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)테트라설파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)트리설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)트리설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)트리설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)트리설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)트리설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)트리설파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)디설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)디설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)디설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)디설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리에톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 2-트리에톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 2-트리메톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아졸릴테트라설파이드, 3-트리에톡시실릴프로필벤조티아졸테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 머캅토 실란 화합물은 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 2-머캅토에틸트리메톡시실란, 2-머캅토에틸트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 비닐계 실란 화합물은 에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 아미노계 실란 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리에톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 글리시독시계 실란 화합물은 γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 니트로계 실란 화합물은 3-니트로프로필트리메톡시실란, 3-니트로프로필트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 클로로계 실란 화합물은 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 2-클로로에틸트리메톡시실란, 2-클로로에틸트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 메타크릴계 실란 화합물은 γ-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 메틸디메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 디메틸메톡시실란 및 이들의 조합로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 커플링제는 상기 실리카의 분산성 향상을 위하여 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 커플링제의 함량이 1 중량부 미만일 경우 실리카의 분산성 향상이 부족하여 고무의 가공성이 저하되거나 저연비 성능이 저하될 수 있으며, 20 중량부를 초과하는 경우 실리카와 고무의 상호작용이 너무 강하여 저연비 성능은 우수할 수 있으나 제동 성능이 매우 저하될 수 있다.
상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가되는 것으로, 고무 배합시나 고무 제조시에 사용되는 오일류 기타 재료를 의미한다. 상기 연화제는 가공오일(Process oil) 또는 기타 고무 조성물에 포함되는 오일류를 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 있고, 파라핀계 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 파라핀계 오일의 대표적인 예로 미창 오일 주식회사의 P-1, P-2, P-3, P-4, P-5, P-6 등을 들 수 있고, 상기 나프텐계 오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 N-1, N-2, N-3 등을 들 수 있으며, 상기 방향족계 오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 A-2, A-3 등을 들 수 있다.
그러나, 최근 환경 의식의 고조와 함께 상기 방향족계 오일에 포함된 폴리사이클릭 아로마틱 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, 이하 PAHs라 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.
특히, 상기 연화제로서 사용하는 오일은 상기 오일 전체에 대하여 PAHs 성분의 총 함량이 3중량% 이하이고, 동점도가 95 이상(210℉ SUS), 연화제 내의 방향족 성분이 15 내지 25중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58중량%인 TDAE 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 TDAE 오일은 상기 TDAE 오일을 포함한 타이어 트레드의 저온 특성, 연비 성능을 우수하게 하면서도 PAHs의 암 유발 가능성 등의 환경적 요인에 대해서도 유리한 특성을 갖는다.
상기 식물유지로는 피마자유, 면실유, 아마인유, 카놀라유, 대두유, 팜유, 야자유, 낙화생유, 파인유, 파인타르, 톨유, 콘유, 쌀겨기름, 홍화유, 참기름, 올리브유, 해바라기유, 팜핵유, 동백유, 호호바유, 마카다미아너트유, 사플라워 오일, 동유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 연화제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 20 내지 80 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 아민계 노화방지제로는 N-페닐-N'-(1,3-디메틸)-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-디아릴-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-사이클로헥실 p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 페놀계 노화방지제로는 페놀계인 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-이소부틸리덴-비스(4,6-디메틸페놀), 2,6-디-t-부틸-p-크레졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 퀴놀린계 노화방지제로는 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 및 그 유도체를 사용할 수 있고, 구체적으로 6-에톡시-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린, 6-아닐리노-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린, 6-도데실-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 왁스로는 바람직하게 왁시 하이드로카본을 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.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 통상적인 2단계의 연속 제조 공정을 통하여 제조될 수 있다. 즉, 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1 단계 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스)에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수 있다. 상기 고무 구성 요소로는 사이드월, 사이드월 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer), 와이어 코트 또는 이너라이너 등을 들 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 타이어는 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 트럭 타이어 또는 버스 타이어 등일 수 있다. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 배합성을 하락시키지 않으면서 웨트 그립 성능을 향상시킬 수 있다.
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.
[ 실험예 1]
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐다.
( 비교예 1)
스티렌 함량이 30 중량％인 용액 중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR1)를 원료고무로 하고, 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 실리카(U-7000GR) 80 중량부, 오일(TDAE oil) 10 중량부, 산화아연 3 중량부, 스테아린산 1 중량부 및 노화방지제(6PPD) 1 중량부를 밴버리믹서에서 배합하여 고무 배합물을 얻었다.
상기 고무 배합물에 가류제로서 유황 1.8 중량부, 가류촉진제(CZ) 1.8 중량부 및 가류촉진제(DPG) 2 중량부를 첨가하고 168℃에서 10분 동안 가류하여 고무 시편을 제조하였다.
하기 표 1에 비교예 1의 고무 조성을 나타내었다.
( 비교예 2)
상기 비교예 1에서 상기 오일(TDAE oil)을 5 중량부로 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무 시편을 제조하였다. 하기 표 1에 비교예 2의 고무 조성을 나타내었다.
( 비교예 3)
상기 비교예 1에서 상기 실리카를 60 중량부로 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무 시편을 제조하였다. 하기 표 1에 비교예 3의 고무 조성을 나타내었다.
( 비교예 4)
상기 비교예 1에서 상기 오일(TDAE oil) 10 중량부를 대신하여 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진 3 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무 시편을 제조하였다.
( 비교예 5)
상기 비교예 1에서 상기 오일(TDAE oil) 10 중량부를 대신하여 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진 20 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무 시편을 제조하였다.
( 실시예 1)
상기 비교예 1에서 상기 오일(TDAE oil) 10 중량부를 대신하여 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진 10 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고무 시편을 제조하였다.
항목 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 실시예 1
스티렌 고무 100 100 100 100 100 100
실리카 80 80 60 80 80 80
오일 10 5 10 - - -
알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진1) - - - 3 20 10
산화아연 3 3 3 3 3 3
스테아린산 1 1 1 1 1 1
노화방지제 1 1 1 1 1 1
가류제 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8
가류촉진제(CZ) 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8
가류촉진제(DPG) 2 2 2 2 2 2
(주)
(단위: 중량부)
1) 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진: 녹는점이 150℃이고, 연화점이 125℃이고, 비중이 0.98kg/cm3이고, 프리 페놀의 함량이 0.3 중량%임.
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무시편에 대해 ASTM 관련 규정에 따라 무니점도(ML1+4, 125℃), 스코치 시간(min), 300％ 모듈러스(MPa), 신장율(%), 인장강도(kgf/cm2) 및 동적 점탄성(0℃ tanδ)의 물성을 측정하고, 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
항목 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 실시예 1
무니점도
(ML1+4, 125℃)		 79.0 81.2 77.3 79.1 96.9 80.3
스코치 시간 22.3 22.0 24.6 21.3 25.5 20.0
300% 모듈러스
(Mpa)		 171 179 166 174 167 185
신장율(%) 382 389 364 384 380 395
인장 강도
(kgf/㎠)		 227 228 218 225 222 230
tanδ 0℃ 0.155 0.156 0.148 0.158 0.159 0.166
상기 표 2에서와 같이, 비교예 2는 오일을 5 중량부에서 10 중량부로 늘렸을때, 배합성이나 가공성은 향상되는 효과를 보였으나, 물성면에서 모듈러스 값이 낮아져 내구성 및 그립력이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
비교예 4의 경우 오일을 대신하여 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진을 3 중량부로 첨가했을 때 배합성과 가공성 저하는 없었으나, 내구성 및 웨트 그립 향상도 미미하였고, 비교예 5의 경우 오일을 대신하여 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진을 20 중량부로 첨가했을 때 배합성과 가공성이 오히려 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
반면, 실시예 1은 오일을 대신하여 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진을 10 중량부로 첨가함에 따라 배합성과 가공성의 저하 없이 내구성 및 웨트 그립을 향상시킬 수 있음을 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 (2)

  1. 원료고무 100 중량부, 그리고
    녹는점이 120 내지 170℃이고, 연화점이 110 내지 135℃이고, 비중이 0.98 내지 1.06kg/cm3이고, 프리 페놀의 함량이 0.3 중량% 이하인 알킬 페놀 포름 알데히드 노볼락 레진(alkylphenolic formaldehyde novolac resin) 3 내지 10 중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제1항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
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