KR20110072160A - 화이트 사이드월 고무 조성물 및 이를 이용하는 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐놀계 노화방지제와 루타일형 이산화티탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 화이트 사이드월 고무 조성물 및 이를 이용하는 타이어에 관한 것으로, 본 발명에 의한 화이트 사이드월 고무 조성물은 가공성 및 물성에는 영향을 주지 않으면서 상기 타이어의 내열성 및 내오존성을 개선시킬 뿐만 아니라 시각성을 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.

사이드월, 루타일, 아나타제, 이산화티탄, 백색도, 무늬점도, 레오미터

Description

화이트 사이드월 고무 조성물 및 이를 이용하는 타이어{Rubber Composition for White Sidewall and Tire using the same}

본 발명은 화이트 사이드월 고무 조성물 및 이를 이용하는 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페놀계 노화방지제와 루타일형 이산화티탄을 포함하여 타이어의 내열성 및 내오존성을 개선하고 시각성을 향상시킬 수 있는 화이트 사이드월 고무 조성물 및 이를 이용하는 타이어에 관한 것이다.

공기압 타이어어의 경우, 타이어의 사이드월을 기준으로 크게 두 가지 형태 즉, 흑색 사이드월 고무 조성물을 사용하는 공기압 타이어와 유색 사이드월 고무 조성물을 사용하는 공기압 타이어로 구별될 수 있다. 일반적으로는 흑색 사이드월 고무 조성물이 사용된다.

유색 사이드월 고무 조성물의 경우 사이드월에 백색이 부분적으로 사용되는 타이어는 일반화되어 있으나, 사이드월 전체에 백색이 사용되거나 기타 색상으로 된 타이어는 그 사용이 일상적이지 않고 일시적인 이벤트나 홍보용으로 사용되는 경우가 대부분이다.

화이트 사이드월 고무 조성물은 일반적으로 보강제로 사용되는 카본블랙 대신 탄산칼슘이나 클레이를 사용하며 백색을 나타내기 위해 백색안료로서 산화티타늄을 사용한다. 또한 내후성과 내오존성 향상을 위해 이중결합이 적은 부틸고무, 할로겐화 부틸고무 (chlorinated isobutylene-isoprene copolymer rubber: Cl-IIR, brominated isobutylene-isoprene copolymer rubber: Br-IIR), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(ethylene propylene diene monomer rubber: 이하 EPDM 고무), 부타디엔 고무를 사용하고 혼합 가공성의 향상을 위해 천연고무를 일부 사용한다.

일반적으로 알려진 화이트 사이드월 고무 조성물의 문제점들로는 가공성 문제, 화이트 사이드월 고무 조성물의 고유특성 (점착성 부족, 노화 및 오존특성의 저조, 분산 저하) 그리고 타이어의 사용 중 발생되는 화이트 사이드월 고무 조성물의 변색으로 인한 오염의 문제 등을 들 수 있다.

화이트 사이드월의 주요 물성으로는 백색도를 들 수 있는데, 이러한 물성에 영향을 주는 인자로는 백색안료로 사용되는 산화티타늄이고, 그 중에서도 이산화티탄(titanium dioxide)이다. 이산화티탄은 결정구조에 따라 세 가지 즉, 아나타제형(anatase), 루타일형(rutile) 및 브루카이트형(brookite)으로 구별된다. 종래에는 아나타제형을 주로 사용하여 이를 이용하는 타이어의 경우 노화 전후의 백색도 면에서 불리하여 시각성이 약한 단점이 있다.

그 밖의 주요 물성으로 내열성 및 내오존성을 들 수 있고, 이러한 성질은 노화방지제에 의해 크게 좌우된다. 종래의 노화방지제로 사용하던 BHT(butylated hydroxy toluene)는 그 분자량이 약 220으로 분자량이 작아 휘발성이 높고 타이어 의 사이드월 표면으로의 확산 속도가 커서 내열성 및 내오존성 면에서 상당히 취약하다. 따라서 자동차의 주행 중 공기 중의 자외선 및 타이어 자체의 발열에 의해 노화방지제가 변성되어 화이트 사이드월의 표면을 오염시키고 그 외관을 손상시키는 단점이 있다.

본 발명은 상술된 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 페놀계 노화방지제와 루타일형 이산화티탄을 포함하여 내열성 및 내오존성을 개선하고 시각성을 향상시킬 수 있는 화이트 사이드월 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 화이트 사이드월 고무 조성물을 이용하는 타이어를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 아래 화학식 1로 표시되는 폐놀계 노화방지제와 루타일형 이산화티탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 화이트 사이드월 고무 조성물에 관한 것이다.

[화학식 1]

상기 식에서, 2 < n < 50임.

본 발명의 다른 양상은, 상기 조성물을 이용하는 타이어에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 화이트 사이드월 고무 조성물은 폐놀계 노화방지제와 루타일형 이산화티탄을 포함하여 타이어에 적용시, 상기 고무 조성물의 가공성 및 그 물성에는 영향을 주지 않으면서도 타이어의 내열성 및 내오존성을 개선하고 사이드월의 높은 백색도를 노화 후에도 유지하여 시각성을 향상시킬 수 있다. 이로써 자동차의 주행 중에도 사이드월을 통한 백색의 외관이 유지되어 사용자에게 지속적인 심미감을 제공하는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 화이트 사이드월 고무 조성물은 아래 화학식 1로 표시되는 폐놀계 노화방지제와 루타일형 이산화티탄을 포함하는 것을 특징으로 한다.

[화학식 1]

상기 식에서, 2 < n < 50임.

본 발명의 일실시예는 타이어의 내열성 및 내오존성을 개선하고 자외선 등에 의한 노화에도 사이드월의 표면을 오염시키지 않는 화이트 사이드월 고무 조성물에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명에서는 종래에 사용되던 산화방지제인 BHT 대신 이보다 분자량이 더 크고 휘발성이 상대적으로 낮은 페놀계 노화방지제를 채택하여 장기적으로 노화방지효과를 유지할 수 있게 한다. 이러한 페놀계 노화방지제는 원료고무 100중량부에 대해 0.5 내지 5중량부를 포함하는 바, 그 함량이 0.5중량부 미만이면 첨가의 효과가 미미하여 내열성 및 내오존성 효과를 기대하기 힘들고, 5중량부를 초과하면 배합 고무의 기계적 물성을 저하시키는 문제가 있을 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 폐놀계 노화방지제는 엘리오켐(Eliokem)社에서 시판 중인 제품(Winstay®-L)으로, p-크레졸(p-cresol)과 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene)의 부틸화 반응에 의해 합성된 것이다. 높은 활성과 매우 낮은 휘발성으로 인해 내열성이 요구되는 비오염성 응용들에 사용된다. 이러한 Winstay®-L은 그 비중(specific gravity)이 0.95 이상이고 수평균분자량(average molecular weight)이 600 이상이며, 녹는점이 100℃ 이상이고, 1차 유리전이온도는 84℃ 이상이다.

본 발명에서는 자외선 등에 의한 노화에도 타이어의 사이드월의 백색도를 유지하여 시각성을 향상시키기 위해 백색 안료를 사용하는데, 이러한 백색 안료로는 루타일형 이산화티탄을 사용한다. 이러한 루타일형 이산화티탄은 원료고무 100중량부에 대해 25 내지 45중량부를 포함하는 바, 그 함량이 25중량부 미만이면 백 색도가 저조하고, 45중량부를 초과하면 고무물성이 저조한 문제가 있을 수 있다. 이산화티탄은 그 결정구조에 따라 상대적으로 고온에서 안정한 루타일형, 저온에서 안정한 아나타제형 및 중간 온도에서 안정한 브루카이트형으로 대별된다. 본 발명에서는 굴절률 및 착색력 면에서 뛰어난 루타일형을 사용한다. 그 밖의 사용가능한 백색 안료로는 리소폰(ZnS+BaSO₄), 연백(lead white, 2PbCO₃·Pb(OH)₂) 등을 들 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 사용가능한 원료고무는 통상의 타이어용 고무 조성물에서 사용가능한 것으로 특별히 제한되지 않으나, 다만 내열성 및 내오존성을 향상시키기 위해 이중결합의 함량이 낮은 것을 선택한다. 그러한 원료고무의 예로는 천연고무 또는 할로겐화 부틸고무, EPDM 고무, 부타디엔 고무 등을 들 수 있다. 본 발명에서는 천연고무 10 내지 60중량부, 클로로 부틸고무 10 내지 40중량부, 및 EPDM 고무 10 내지 35중량부를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 화이트 사이드월 고무 조성물에는 가황고무의 물성 및 미가황고무의 가공성을 개선하기 위해 다양한 보강제가 첨가될 수 있다. 본 발명에서는 고무용 백색 충전제(보강제)로 탄산칼슘이나 클레이(clay) 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 사용가능한 가류활성제로는 산화아연과 스테아르산 등을 사용할 수 있으며, 가공 중의 유동성을 개선하는 왁스, 아민류와 같은 활성제 등의 가공조제가 포함될 수 있다.

본 발명에서 사용가능한 가류제로는 유황, 유기 과산화물, 산화 마그네슘 등을 들 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 사용가능한 가류촉진제의 예로는 암모니아계, 아민계, 구아니딘(guanidine)계, 티아졸계, 티우람(thiuram)계, 설펜아마이드(sulfenamide)계 등을 들 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 통상적으로 아연화를 병용하여 가류촉진효과를 완전하게 한다.

본 발명의 화이트 사이드월 고무 조성물은 통상적으로 타이어용 고무 조성물에 사용되는 기타의 모든 또는 일부 성분과 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 기타의 첨가제의 예들은 가소제, 오존발생억제제, 가류 촉진제, 연장 오일, 가류제, 연화제 등을 포함한다.

본 발명의 화이트 사이드월 고무 조성물은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들에게 알려진 기술에 따라서 제조될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 고무 조성물은 롤 등의 개방식 혼련기, 밴버리 믹서 등의 밀폐식 혼련기 등의 혼련기를 이용하여 혼련함으로써 얻어지고, 성형 가공 후에 가류를 행하여, 각종 고무 제품으로 제조가 가능하다.

상기 고무 조성물을 이용한 화이트 사이드월 고무를 타이어의 사이드월에 적용할 경우 타이어의 백색도가 향상되고 그 외관의 색상이 지속적으로 유지되어 시각성이 높아질 수 있다. 이러한 시각성이 향상된 타이어는 승용차(passenger car radial: PCR), 경트럭(light truck radial: LTR), 트럭·버스(truck bus radial: TBR) 및 레이싱용 타이어 등에 적용될 수 있다. 본 발명의 타이어는 타이 어에 요구되는 물성을 그대로 유지하면서 자외선 등에 의한 노화에도 잘 견딜 수 있어 그 백색의 외관으로 인한 심미감을 지속적으로 유지할 수 있다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

아래 표 1에 기재된 바와 같이 원료고무 100중량부를 기준으로 한 배합 조성에 따라 원료고무에 Wingstay®-L, 루타일형 이산화티탄, 탄산칼슘, 아연화, 스테아르산 및 왁스를 혼합하여 120 내지 180℃ 미만의 밴버리 믹서에서 혼련한 이후에, 유황 및 가류촉진제를 추가하여 추가 혼련하여 가황 고무, 즉 화이트 사이드월 고무 조성물을 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1의 고무 조성물에서 Wingstay®-L 대신 BHT를, 루타일형 이산화티탄 대신 아나타제형 이산화티탄을 첨가한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 아래 표 1에 기재된 바와 같은 배합 조성에 따라 화이트 사이드월 고무 조성물을 제조하였다.

비교예 2

상기 실시예 1의 고무 조성물에서 루타일형 이산화티탄 대신 아나타제형 이산화티탄을 첨가한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 아래 표 1에 기재된 바와 같은 배합 조성에 따라 화이트 사이드월 고무 조성물을 제조하였다.

물성 평가 방법

상기 실시예 1 및 비교예 1 및 2에 의해 제조된 화이트 사이드월 고무 조성물을 고무시편으로 하여 실험실 시험(lab test)에 의해 물성을 다음과 같이 평가하고 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.

(1) 무늬점도(Mooney Viscosity)

① 무늬점도는 고무의 가공조건을 규정하는 점성의 정도를 일컫는 것으로, 무늬 점도계에 의해 측정된 미가황 고무의 점도이다. 상기 점도계를 125℃에서 큰 로우터를 사용하는데, 1분의 예열 이후 4분 후의 값을 측정하여 ML1+4로 표시한다. ② 배합 고무가 가류 공정 이전에 가류됨에 따라 가소성의 감소 등으로 고무 제품으로의 가공이 불가능하게 되는 현상을 스코치(scorch) 또는 조기가황(premature vulcanization)이라고 하는데, 무늬 점도계에 의해 측정된 미가황 고무의 스코치(조기가황) 시간을 무늬스코치타임(Mooney scorch time)이라고 한다. 이러한 무늬스코치타임은 작은 로우터에서 125℃로 가열한 이후 1분 간격으로 점도를 기록하는데, 보통 최저 점도에서 무늬단위로 5포인트까지 상승하는 데 걸리는 시간을 말하고, 이것이 길수록 스코치 안정성이 향상된 것을 나타낸다.

(2) 가류특성

레오미터(Rheometer)는 미가황 고무를 규정 온도의 평판의 상항 다이스 사이에 끼워넣어 진동에 의해 고무의 다양한 토크의 변화 등을 측정하여 가류특성을 결정하는 장치이다. 본 발명에서는 상기 평판의 온도를 160℃로 하여 최대 토크(Tmax), 최소 토크(Tmin) 및 토크 변화가 총 변화(Tmax-Tmin)의 90%에 이를 때까지의 시간인 가황시간(cure time: t90)을 측정하였다. 가황시간이 작을수록 가교속도가 빠르다.

(3) 경도 및 인장특성

① 경도는 재료의 변형에 대한 저항의 크기를 나타내고, 이를 측정하기 위해 해머 등을 충돌시켰을 때의 반발력을 측정하는 쇼어 경도계를 사용하였다. ② 인장특성은 300% 모듈러스(Mod), 연신율(enlongation), 인장강도 등을 말하며, 이러한 특성들은 만능재료시험기(universal testing machine, 인트론社)를 이용하여 ASTM 규정에 따라 측정하였다. 내열성에 관한 평가를 위해 이러한 측정은 실온 상태(노화 전) 및 100℃에서 1주일간 노화시킨 후(노화 후)에 각각 실시하였다.

(4) 오존테스트(Oxygen Bomb Test)

내열성 및 내오존성에 관한 평가를 신속하게 하기 위해 미국 스미더스社에 의뢰하여 고무시편을 70℃에서 72시간 동안 오존 농도 300 psi 상태로 노화시킨 후 경도 및 인장특성을 측정하였다.

이러한 화이트 사이드월 고무 조성물을 이용하여 시험용 타이어를 제조하여 중동 지역에서 실차 테스트를 거친 이후에 상기 오존 테스트에서와 동일한 방식으로 실험하여 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다.

상기 표 2와 같이 실시예 1에서 제조된 화이트 사이드월 고무 조성물을 비교예 1 및 2에서 제조된 화이트 사이드월 고무 조성물과 비교하면 기본적인 물성들에서 큰 변화를 보이지 않았다. 반면, 내오존 성능 면에서 비교예 1에서 제조된 화이트 사이드월 고무 조성물을 실시예 1에서 제조된 화이트 사이드월 고무 조성물과 비교하면 300% 모듈러스, 연신율의 수치가 현저히 낮아졌다. 또한 중동 지역에서 실시한 실차 테스트의 경우에서도 연신율 및 인장강도가 역시 낮아졌다. 이로 인해 화이트 사이드월 고무 조성물에서 노화방지제로서 분자량이 큰 Wingstay®-L을 포함하는 경우 그 기본적인 물성에는 영향을 주지 않으면서도 내열성 및 내오존성을 개선된다는 것을 알 수 있다.

백색도 평가

상기 실시예 1 및 비교예 1 및 2에 의해 제조된 화이트 사이드월 고무 조성물의 백색도는 SCI/SCE 규격 등을 만족하는 미놀타 분광측색계를 이용하여 측정하였다. 이 때, 종래의 노화방지제가 포함된 비교예 1의 화이트 사이드월 고무 조성물의 색도 데이터를 종합하여 백색도를 100으로 지수화하여 그 수치를 기준으로 표시하였다. 그 수치가 100 보다 작으면 백색도가 불량하고 백색도가 100보다 크면 백색도가 우수함을 나타낸다. 노화에 의한 백색도의 유지 여부를 확인하고자 중동 지역에서의 실차 평가 전 및 평가 후의 화이트 사이드월 고무 조성물의 백색도를 각각 측정하여 그 결과를 아래 표 4에 나타내었다.

상기 표 4와 같이 실시예 1 및 비교예 1 및 2를 비교하면 실시예 1의 화이트 사이드월 고무 조성물이 중동 지역에서의 실차 평가 전, 후 모두에서 그 백색도가 비교예 1 및 2보다 우수하였다. 이로 인해 백색 안료로서 루타일형 이산화티탄을 포함하는 화이트 사이드월 고무 조성물이 아나타제형 이산화티탄을 포함하는 경우보다 노화 전·후 모두에서의 백색도가 우수하여 시각성이 향상된다는 것을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들을 들어 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변경 또는 변형될 수 있음을 당업자에게 자명하므로, 이러한 모든 변경 및 변형예들도 본 발명의 보호범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

1. 화이트 사이드월 고무 조성물로서, 화학식 1로 표시되는 폐놀계 노화방지제와 루타일형 이산화티탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 화이트 사이드월 고무 조성물.

   [화학식 1]

   

   상기 식에서, 2 < n < 50임.
2. 제1항에 있어서, 상기 폐놀계 노화방지제는 원료고무 100중량부에 대해 0.5 내지 5중량부이고, 상기 루타일형 이산화티탄은 25 내지 45중량부인 것을 특징으로 하는 화이트 사이드월 고무 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 페놀계 노화방지제의 수평균 분자량은 600 이상인 것을 특징으로 하는 화이트 사이드월 고무 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 보강제, 가류활성제, 가공조제, 가류제 및 가류촉진제로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화이트 사이드월 고무 조성물.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항의 화이트 사이드월 고무 조성물을 포함하는 타이어.
6. 제5항에 있어서, 상기 타이어는 승용차, 경트럭(light truck radial: LTR), 트럭·버스(truck bus radial: TBR), 레이싱용 타이어인 것을 특징으로 하는 타이어.