KR20040020529A

KR20040020529A - 스노우타이어 트레드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR20040020529A
Application number: KR1020020052137A
Authority: KR
Inventors: 박제환
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-09

Abstract

본 발명은 스노우타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 고무 조성물에 사용되는 공정오일을 아로마틱계(Aromatics)성분 함량이 24 ±5wt%, 나프텐계(Naphthenics)성분 함량이 36 ±5wt%, 파리핀계(paraffinics)성분 함량이 40 ±5wt%로 구성되며, PCA(Poly cyclic aromatic)의 함유량이 3% 미만인 공정오일을 사용하여, 고무 조성물에 사용되는 오일의 함유물질인 PCA(Poly cyclic aromatic)의 함량을 낮춰 환경친화적이면서도, 스노우타이어 요구하는 빙상/빙설 구동력이 우수하며, 제조되는 타이어의 인장물성을 종래 타이어와 동등한 상태로 유지하거나 더 개선시킬 수 있는 스노우타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

스노우타이어 트레드용 고무 조성물{A rubber composition for snow-tire tread}

본 발명은 스노우타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 고무 조성물에 사용되는 오일의 함유물질인 다핵성 방향족 화합물(Poly cyclic aromatics; 이하 PCA로 부른다)의 함량을 낮춰 환경친화적이면서도, 스노우타이어에서 요구하는 빙상/빙설 구동력이 우수하며, 인장물성이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 스노우타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 스노우타이어용 트레드 고무 조성물은 가장 기본적인 원료인 천연고무, 스티렌-부타디엔 고무 또는 부타디엔 고무 이외에 카본블랙, 실리카 등의 보강성 충진제와 공정오일, 가황제, 가황촉진제 및 노화방지제와 같은 다수의 첨가물질이 사용되고 있다.

이러한 첨가물질 중 공정오일은 고무와 보강성 충진제와의 상용성을 증진시키기 위해 사용되는 첨가물로서, 상기와 같은 공정오일의 성분은 주로 아로마틱계(Aromatics), 나프텐계(Naphthenics), 파리핀계(paraffinics)로 나뉘어 진다.

이와 같은 공정오일에 있어서, 파라핀계 공정오일은 고무와의 상용성이 떨어지기 때문에 인장물성이 하락하는 단점으로 인하여, 최근에는 아로마틱계 공정오일이 일반적으로 사용되고 있다.

상기와 같은 아로마틱계 공정오일은 아로마틱계의 함량이 40%이상이고, PCA함량이 10%이상이 함유되어 있는 것이 일반적이며, 파라핀계 공정오일을 사용하였을 때와 비교하여 인장물성이 우수하다는 장점이 있었다.

하지만 아로마틱계 공정오일은 스노우타이어에서 가장 중요하게 요구하는 빙상/빙설 구동력에는 떨어지며, 오일 중에 함유된 PCA가 10%이상으로 환경친화적이지 못하다는 단점이 있다.

특히, 아로마틱계 공정오일에 다량 함유된 PCA는 다핵성 방향족 화합물이라 불리며, 발암성유발에 대한 잠재가능성이 있기 때문에 북구 유럽지역에서는 공정오일중의 함유량을 3%미만으로 규제하고 있으며, 우리나라에서도 향후 법적규제가 예상되고 있는 물질이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 특허 출원번호 제2000-63559호에서는 통상적으로 사용되는 고무조성물 이외에 원료고무인 천연고무, 스티렌-부타디엔 고무 또는 부타디엔 고무 100중량부에 대하여 아로마틱계 오일의 함량이 10 ~ 25wt%이며, PCA 함량이 3wt%미만인 공정오일을 20 ~ 50중량부를 포함하는 타이어용 고무조성물을 소개한 바 있다.

상기와 같이 기술된 고무 조성물은 종래 아로마틱계 공정오일을 사용한 고무 조성물과 비교하여 경도나 인장강도, 300% 모듈러스 등의 물성을 동등한 수준으로유지하면서 기존의 환경유해 물질인 PCA의 함량을 낮춰 환경친화적이라는 장점을 가지고 있다.

하지만 상기와 같은 고무 조성물을 스노우타이어 트레드용 고무 조성물로 사용시 스노우타이어에서 가장 중요하게 요구하는 빙상/빙설 구동력에서는 개선효과가 없다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 구성된 것으로, 고무 조성물에 사용되는 오일 중에 함유된 PCA(Poly cyclic aromatic)의 함량을 낮춰 환경친화적이면서도, 스노우타이어에서 요구하는 빙상/빙설 구동력이 우수하며, 기존 고무 조성물과 비교하여 인장물성을 동등한 상태로 유지할 수 있는 스노우타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

천연고무, 스타이렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무를 단독 혹은 이종 이상 혼합하여 원료고무로 사용하고, 카본블랙, 실리카 등의 보강성 충진제와 공정오일, 가황제, 가황촉진제 및 노화방지제와 같은 다수의 첨가물로 구성된 스노우타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

상기 공정오일이 아로마틱계(Aromatics)성분 함량이 24 ±5wt%, 나프텐계(Naphthenics)성분 함량이 36 ±5wt%, 파리핀계(paraffinics)성분 함량이 40 ±5wt%로 구성되며, PCA(Poly cyclic aromatic)의 함유량이 3% 미만인 것을 특징으로 하는 스노우타이어 트레드용 고무 조성물을 제공함으로서 달성될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 스노우타이어 트레드용 고무 조성물에 대하여 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 스노우타이어 트레드용 고무 조성물에 아로마틱계 성분 함량이 24 ±5wt%, 나프텐계 성분 함량이 36 ±5wt%, 파리핀계 성분 함량이 40 ±5wt%로 구성되며, PCA(Poly cyclic aromatic)의 함유량이 3% 미만인 공정오일을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 공정오일은 비중 0.955 ±0.05, 동점도(100℃,cSt) 23.1 ±2.0, 아닐린점(Aniline point,℃) 80 ±2, 유동점 -10 ±5℃의 특성을 갖고 있으며, 특히 PCA의 함량을 3%미만으로 하여 트레드부에 첨가하게 되면 물리적 성질인 낮은 유동점으로 인하여 주위 온도가 낮아질 경우 트레드부의 유리전이온도(Glass transition temperature₎가 낮아져 유연성(softness)을 유지하여 빙상/빙설 제동력 및 구동력을 향상시키게 되는 것이다.

또한 파라핀계 오일이 아로마틱계 오일에 비해 고무와의 상용성이 떨어져 인장물성이 낮게 나타나는데 반해 본 발명에서의 공정오일을 사용하는 경우에는 최소한 아로마틱계 오일이 갖는 인장물성이 유지될 수 있다는 것이다.

상기 공정오일에 있어서, 아로마틱계 탄화수소로 사용되는 물질은 알킬벤젠(Alkyl-benzens), 아로마틱 시클로파라핀(Aromatic-cyclopraffine), 플로런스(Fluorenes) 등이 사용되며, 파라핀계 탄화수소로는 엔-파라핀(N-praffine),이소파라핀(Isp-praffine) 등이 사용되고, 나프탄계 탄화수소로는 알킬 시클로아세톤(Alkyl cycloacetone), 알킬 시클로헥산(Alkyl cyclohexane) 등이 사용된다.

본 발명의 공정오일은 원료고무 100중량부에 대하여 10 ~ 60중량부를 첨가하여야 하는데, 이는 본 발명의 공정오일을 10중량부 미만으로 첨가하게 되면 트레드부의 유리전이온도를 충분히 낮출 수 없어 유연성이 발휘되지 못해 빙상/빙설 제동력 및 구동력이 떨어지게 되는 문제점이 발생하게 되고, 60중량부를 초과하여 첨가하게 되면 트레드부 고무 조성물이 갖추어야 할 경도, 인장강도, 모듈러스 등의 물성을 만족시키지 못해 타이어의 고유성능을 발휘할 수 없다는 문제점이 발생하기 때문이다.

본 발명의 공정오일을 이용한 스노우타이어 트레드용 고무 조성물은 오일 중에 PCA의 함유량이 낮아 환경친화적이고, 스노우타이어 가장 요구하게 요구되는 빙상/빙설 구동력이 우수할 뿐만 아니라 기존의 고무 조성물과 비교하여 인장물성을 동등한 상태로 유지할 수 있다는 것이다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 자세하게 설명하기는 하나, 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

<비교예 1>

원료고무로 스티렌-부타디엔 고무 55g과 부타디엔 고무 20g, 천연고무 40g의 혼합물을 사용하고, 요오드(I₂)흡착가 76 ~ 94㎎/g 범위이고 디피비(Dibutylphthalate)흡유가 98 ~ 118㎖/100g인 카본블랙 80g과, 아로마틱 계열의 오일 함량이 40%이상이고, PCA함량이 10%이상이 함유되어 있는 아로마틱계 공정오일 28g, 산화아연 3g, 스테아린산 2g, 노화방지제 3g, 왁스(Wax) 1g, 유황, 2.3g, 가황촉진제 1.3g을 배합하여 제조된 스노우타이어 트레드용 고무 조성물을 비교예 1로 하였다.

<비교예 2>

상기 비교예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 아로마틱계 공정오일 대신에 파라핀 계열의 오일 함량이 60%이상이고, PCA함량이 3%미만 함유되어 있는 파라핀계 공정오일을 28g 첨가하여 제조된 스노우타이어 트레드용 고무 조성물을 비교예 2로 하였다.

<실시예 1>

상기 비교예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 아로마틱계 공정오일 대신에 아로마틱계 성분 함량이 24 ±5wt%, 나프텐계 성분 함량이 36 ±5wt%, 파리핀계 성분 함량이 40 ±5wt%로 구성되며, PCA(Poly cyclic aromatic)의 함유량이 3% 미만인 공정오일을 28g 첨가하여 제조된 스노우타이어 트레드용 고무 조성물을 실시예 1로 하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 아로마틱계 공정오일 대신에 아로마틱계 성분 함량이 24 ±5wt%, 나프텐계 성분 함량이 36 ±5wt%, 파리핀계 성분 함량이 40 ±5wt%로 구성되며, PCA(Poly cyclic aromatic)의 함유량이 3% 미만인 공정오일의 양을 35g으로 하여 제조된 스노우타이어 트레드용 고무 조성물을 실시예 2로 하였다.

<실험예 1>

상기 비교예 1 내지 2와 실시예 1 내지 2의 고무 조성물에 대하여 ASTM 규격에 준하여 가황특성 및 물성시험결과를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
무늬점도계(125℃)	점도	36	40	37	35
무늬점도계(125℃)	스코치시간(분)	26.5	21.6	27.2	27.5
레오미터(160℃)	최대 토크	36.4	35.0	36.4	35.6
레오미터(160℃)	가황시간(90℃,분)	7.35	6.41	7.61	7.68
물성	경도	59	58	59	58
	300%모듈러스(㎏f/㎠)	88	104	92	90
	인장강도(㎏f/㎠)	169	164	182	188
	신장률(%)	501	434	527	535
프렉소미터테스트	발열특성(℃)	30.8	28.6	35.2	34.2
아브레이숀테스트	손실(㎎)	31.0	30.7	31.0	31.5
레오비브론테스트	탄델타 0℃	0.153	0.141	0.145	0.142
	70℃	0.145	0.125	0.130	0.128
	Tg,℃	-45.0	-53.2	-47.0	-48.5

(가황조건(cure condition) : 160℃, 20분 가류)

상기 표 1을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명의 특수공정오일을 첨가하여 제조된 실시예 1 내지 2의 고무 조성물은 아로마틱계 공정오일을 사용한 비교예 1과 비교하여 300% 모듈러스는 비슷한 상태를 유지하며, 인장강도와 신장률에 있어서는 오히려 더 좋게 나타나는 것을 알 수 있다.

<실험예 2>

상기 비교예 1 내지 2와 실시예 1 내지 2의 고무 조성물을 정련공정에서 배합한 후 트레드 압출기에서 압출하여 일정시간 경화한 다음 가황공정을 거쳐 195/65R14의 규격을 갖는 타이어를 제조하여 빙설노면에서의 제동성능과 구동력을 측정하였다.

빙설노면에서의 제동성능시험은 대기온도가 -20℃, 노면온도 -10℃의 시험조건 하에서 시험타이어를 장착한 차량을 30㎞/h의 속도로 주행 중 제동거리를 측정하고 비교예 1의 타이어에 대한 수치를 100으로 환산하여 지수로 표시하였다.

빙상노면에서의 구동성능시험은 온도조건은 제동성능시험과 동일하게 하고 시험차량을 일정시간 정지 후 시험차량을 출발시키는 것을 역시 비교예 1의 타이어에 대한 수치를 100으로 환산하여 지수로 표시하였다.

	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
제동거리성능	100	110	113	115
구동가속성능	100	107	110	112

상기 표 2를 통하여 알 수 있듯이, 본 발명의 아로마틱계 공정오일 대신에 아로마틱계 성분 함량이 24 ±5wt%, 나프텐계 성분 함량이 36 ±5wt%, 파리핀계 성분 함량이 40 ±5wt%로 구성되며, PCA(Poly cyclic aromatic)의 함유량이 3% 미만인 공정오일을 사용한 실시예 1 내지 2는 파라핀계 공정오일을 사용하여 제도된 비교예 2와 비교하여 오히려 더 좋게 나타나는 것을 알 수 있으며, 본 발명의 공정오일의 양이 더 많이 첨가된 실시예 2의 경우 더 성능이 좋은 것으로 나타났다.

상술한 바와 같이 본 발명의 스노우타이어 트레드용 고무 조성물은 공정오일로서 아로마틱계(Aromatics)성분 함량이 24 ±5wt%, 나프텐계(Naphthenics)성분 함량이 36 ±5wt%, 파리핀계(paraffinics)성분 함량이 40 ±5wt%로 구성되며, PCA(Poly cyclic aromatic)의 함유량이 3% 미만인 공정오일을 사용하여, 고무 조성물에 사용되는 오일의 함유물질인 PCA(Poly cyclic aromatic)의 함량을 낮춰 환경친화적이면서도, 스노우타이어 요구하는 빙상/빙설 구동력이 우수하며, 제조되는 타이어의 인장물성을 종래 타이어와 동등한 상태로 유지하거나 더 개선시킬 수 있는 효과를 가져오는 것이다.

Claims

천연고무, 스타이렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무를 단독 혹은 이종 이상 혼합하여 원료고무로 사용하고, 카본블랙, 실리카 등의 보강성 충진제와 공정오일, 가황제, 가황촉진제 및 노화방지제와 같은 다수의 첨가물로 구성된 스노우타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

상기 공정오일이 아로마틱계(Aromatics)성분 함량이 24 ±5wt%, 나프텐계(Naphthenics)성분 함량이 36 ±5wt%, 파리핀계(paraffinics)성분 함량이 40 ±5wt%로 구성되며, PCA(Poly cyclic aromatic)의 함유량이 3% 미만인 공정오일인 것을 특징으로 하는 스노우타이어 트레드용 고무 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 공정오일이 원료고무 100중량부에 대하여 10 내지 60중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는 스노우타이어 트레드용 고무 조성물.