KR20110072260A

KR20110072260A - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어

Info

Publication number: KR20110072260A
Application number: KR1020090129117A
Authority: KR
Inventors: 정해광
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-06-29

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디엔계 원료 고무 100 중량부에 대하여 에폭시화 팜유를 1~150 중량부 포함함으로써 기존의 Low PHA 석유계 오일을 사용하는 경우에 비하여 디엔계 원료 고무와의 친화성을 높여 타이어의 저 연비 성능을 크게 향상시키고 환경 유해 물질의 배출을 근원적으로 억제할 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용한 공기입 타이어에 관한 것이다.

PHA, 팜유, 에폭시화, 트레드부, 탄소-탄소 이중결합, 디엔계 고무, 공기입 타이어.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어 {Rubber Composition for Tire Tread and Air Injection Tire Using The Same}

본 발명은 디엔계 원료 고무 100 중량부에 대하여 에폭시화 팜유를 1~150 중량부 포함함으로써 기존의 Low PHA 석유계 오일을 사용하는 경우에 비하여 디엔계 원료 고무와의 친화성을 높여 타이어의 저 연비 성능을 크게 향상시킬 수 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것이다.

근래 세계적으로 친환경 물질 개발 및 그 사용 기술에 대한 관심 및 기대가 커지고 있으며, 타이어 산업에도 예외는 없어, 업체별로 자발적인 친환경 기술 개발 노력은 물론 국가별 강제적인 법제화 등을 통한 유해물질 저감 및 이산화 탄소 발생 저감을 위한 노력 등을 실시 중이다. 따라서, 최근의 타이어 연구 개발 동향은 친환경 및 저연비 분야에 집중되고 있다.

특히 유럽 연합(EU, Europe Union)에서는 특정 유해 PAH(polycyclic aromatic hydrocarbons) 물질을 일정량 이상 함유하고 있는 프로세스 오일의 사용 및 이러한 오일을 사용한 타이어의 판매를 금지하는 법안을 제정하여 2010년 1월 1 일부터 발효시킬 예정이다.

이에 기존의 타이어 산업에서 광범위하게 사용되어 오던 석유계 DAE(Distillate Aromatic Extract) 오일의 사용이 불가능해졌으며, 그 대체 오일로써 TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract), MES(Mild Extract Solvate), RAE(Residual Aromatic Extract) 오일 등 Low PAH 석유계 오일의 사용량이 크게 증가하고 있는 추세이다.

하지만 이러한 Low PAH 석유계 오일은 기존의 DAE 오일 대비 디엔(Diene)계 고무와의 친화성이 저하되는 특징으로 인해 트레드용 고무 조성물에 적용시 타이어의 높은 회전 저항 특성으로 인한 저 연비성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.

또한 이러한 Low PAH 석유계 오일은 기본적으로 원유를 정제하여 사용함으로 인한 한계점으로 인해 오일 내 완전한 PAH 유해물질의 제거가 어려울 뿐 아니라, 장래 석유자원 고갈로 인한 수급 불안정 등의 근본적인 문제 해결은 어려운 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 디엔계 원료 고무 100 중량부에 대하여 에폭시화 팜유를 1~150 중량부 포함함으로써 기존의 Low PHA 석유계 오일을 사용하는 경우에 비하여 디엔계 원료 고무와의 친화성을 높여 타이어의 저 연비 성능을 크게 향상시킬 수 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 본 발명에 따른 고무 조성물을 타이어 트레드에 사용함으로써 환경 친화적이고 저 연비 성능이 우수한 공기입 타이어를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 디엔계 원료 고무 및 고무 배합제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서 상기 고무 조성물은 원료 고무 100 중량부에 대하여 에폭시화 팜유 1~150 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기 에폭시화 팜유의 에폭사이드 함량이 0.1~6.0 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기 디엔계 원료 고무가 천연 고무, 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리이소프렌 고무, 아크릴니트릴-부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무의 단독 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은, 상기와 같은 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 트레드에 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것이다.

본 발명에 의한 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 사용하여 제조되는 공기입 타이어는, 고무 조성물에 에폭시화 팜유를 포함시킴으로써 PAH 유해 물질을 원천적으로 제고 하고 자원의 고갈 없이 장래 지속적이고 안정적인 타이어 생산 및 수급을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 타이어 트레드용 고무 조성물을 사용하여 제조되는 공기입 타이어는 디엔계 고무와의 친화성이 높아 타이어의 저 연비 성능을 크게 향상시키는 효과가 있다.

이하, 실시예 등을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 디엔계 원료 고무 100 중량부에 대하여 프로세스 오일로서 팜유(palm oil)를 1~150 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

팜유는 팜 트리에서 얻어지는 식용 가능한 식물성 오일로서, 콩기름에 이어 가장 보편화된 식용 오일로 알려져 있다. 팜유는 포화지방산의 함유량이 대체로 높아 실온에서 반 고체 상태이며, 다른 오일들과 혼합하는 경우 비누화를 촉진하는 특성이 있어 비누 제작의 필수 오일로 취급된다.

한편, 타이어 트레드용 고무 조성물에는 원료 고무와 함께 여러가지 고무 배합물이 들어 가는데, 이 중에서 프로세스 오일은 타이어 제조 공정에서의 가공성을 좋게 하고 연화 작용(softening) 및 저온 성능 특성(low-temperature behavior)을 향상시키기 위하여 사용한다. 이러한 프로세스 오일로는 최근 PAH 발생을 억제하기 위하여 TDAE, MES, RAE 오일 등 Low PAH 석유계 오일을 많이 사용하고 있는 추세이다. 그러나, 이러한 Low PAH 석유계 오일은 디엔계 원료 고무와의 친화성이 나빠 트레드용 고무 조성물에 적용시 타이어의 높은 회전 저항 특성으로 인하여 저 연비 성능 저하의 문제점이 있다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 프로세스 오일로서 팜유의 불포화된 탄소-탄소 간 이중결합을 일정부분 하기 구조식에 도시한 바와 같이 에폭시화(Epoxidation)시킨 에폭시화 팜유를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 타이어 트레드용 조성물은 프로세스 오일로 사용되는 팜유의 불포화된 탄소-탄소 간 이중결합을 상기와 같이 일정부분 에폭시화 시킴으로써 기존의 Low PAH 석유계 오일을 사용하는 것에 비하여 디엔계 원료 고무와의 친화성을 높여 타이어의 저 연비 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에서, 상기 에폭시화 팜유는 에폭사이드(Epoxide) 함량이 0.1~6.0 중량%인 것이 바람직하다. 상기 에폭사이드 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 에폭시화를 통한 디엔계 원료 고무와의 친화성을 충분히 높이는데 불충분하며, 6.0 중량%를 초과하는 경우에는 팜유의 유리전이 온도(Tg)가 크게 낮아져, 트레드용 고무 조성물의 물성을 저하시키는 단점을 가지고 있다.

또한 이러한 에폭시화 팜유는 디엔계 원료 고무 100 중량부에 대하여 에폭시화 팜유 1~150 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 에폭시화 팜유의 함량을 1 중량부 미만으로 사용시에는 타이어 트레드 고무 조성물 내 프로세스 오일을 사용하는 1차적 목적인 가공성 개선 및 연화 효과가 충분하지 않으며, 150 중량부를 초과 하여 사용시에는 타이어 트레드 고무 조성물이 지나치게 부드러워지게 되므로 바람직하지 않다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물의 디엔계 원료 고무로는 천연고무, 합성 고무 또는 천연 고무와 합성 고무의 혼합물을 사용할 수 있다.

천연 고무는 말 그대로 자연에서 얻은 고무를 지칭하며, 합성 고무로는 각종스티렌-부타디엔 고무(SBR), 각종 니트릴-부타디엔 고무(NBR), 폴리이소프렌 고무(IR), 클로로프렌 고무(CR), 부타디엔 고무(BR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)등을 들 수 있다. 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료 고무로서 이상과 같은 고무들을 단독으로, 또는 용도에 따라 적절히 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은, 상기한 디엔계 원료 고무 및 에폭시화 팜유 이외에도 보강충전제인 실리카 및/또는 카본 블랙, 가황제인 유황, 가황 촉진제인 CBS와 1,3-디페닐구아니딘(DPG), 가류활성제인 산화아연, 스테아린산, 분산성 향상을 위한 커플링제 및 노화방지제 등 타이어 트레드용 고무 조성물에 일반적으로 사용되는 고무배합제를 포함할 수 있다.

본 발명에서 보강충전제로 사용될 수 있는 실리카는 그 종류에는 특별한 제한이 없으나, 표면적이 175 ± 5 ㎡/g, 수분 함량은 6.0 ± 0.5 중량%, 이산화규소(SiO₂) 함량은 90 중량% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 카본 블랙은, 그 종류에 특별한 제한은 없으나, BET(Brunauer, Emmet & Telfer) 비표면적이 80~90 ㎡/g 이고, DBP(dibutyl phthalate)흡착가가 100~110 g/100g이며, 요오드 흡착가가 90~120 mg/g 범위인 것이 바람직하다. 상기 카본 블랙은 원료 고무 100 중량부에 대하여 40~100 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 그 사용량이 40 중량부 미만이면 충분한 보강 효과를 나타내지 못하여 바람직하지 않고, 100 중량부를 초과하면 발열 및 내마모 효과를 나타내지 못하여 바람직하지 않다.

기타 본 발명에서 사용되는 다양한 첨가제에 대하여는 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 그 자세한 내용은 생략한다.

이상과 같이 하여 제조된 본 발명에 따른 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은, PHA 유해물질의 발생을 원천적으로 제거함과 함께 타이어의 제반 기본 물성에 영향을 주지 않으면서 디엔계 원료 고무와의 친화성을 높여 타이어의 저 연비 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상은, 상기와 같은 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 트레드에 사용하여 제조되는 공기입 타이어에 관한 것이다. 상기 본 발명에 따른 공기입 타이어는 장래 지속적인 생산이 가능한 식물성 팜유를 사용함으로써, 장래 석유 고갈로 인한 수급 불안정 등 근본적인 문제의 해결을 가능할 수 있게 한다.

이하에서는 구체적인 실시예와 비교예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설 명한다. 다만, 이는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

원료고무 100 중량부에 대하여 에폭시화 팜유(에폭사이드 함량 2.8 중량%) 80 중량부, 카본 블랙 85 중량부, 실리카 50 중량부, 산화아연 3 중량부, 스테아린산 1 중량부, 노화방지제 4 중량부, 유황 1.5 중량부, 촉진제 2 중량부, 실란커플링제 3 중량부를 밀폐식 반바리 믹서에서 혼합하여 마스터 배치를 제조한 후, 개방형 2축 롤밀에서 혼합 고무를 제조하여 165℃에서 10분간 가류하여 고무 시편을 제조하였다.

하기 표 1에 상기에서 언급한 조성물의 함량 및 상세한 스펙을 도시하였다.

[실시예 2]

하기 표 1에 도시한 바와 같이 프로세스 오일로 에폭시화 팜유(에폭사이드 함량 3.3 중량%) 80 중량부를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.

[비교예 1]

하기 표 1에 도시한 바와 같이 프로세스 오일로 TDAE 오일 80 중량부를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 고무 시편을 제조하였다.

[표 1] 실시예 1-2 및 비교예 1의 각 조성성분 함량비

- SBR : Styrene 결합 함량이 40%인 유화중합 스티렌-부타디엔(Styrene-Butadiene) 고무(가공오일 37.5 중량부 포함)

- 카본블랙 : 요오드(I2) 흡착량이 100 ~ 130 mg/g, DBP 흡유량이 120 ~ 140ml/100g인 SAF 카본블랙

- 실리카 : 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 155 ~ 190 m2/g이고 CTAB이 150 ~ 190 m2/g인 실리카

- 실란 커플링제 : 상품명 Si-69 (TESPT, 비스-3 에톡시 실릴 프로필 테트라설파이드)

- TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract) 오일 : H&R사의 Vivatec500

- 에폭시화(Epoxidized) 팜유 1 : Performance Additive사의 Ultraflex EPO 28 (2.8% Epoxidized)

- 에폭시화(Epoxidized) 팜유 2 : Performance Additive사의 Ultraflex EPO 33 (3.3% Epoxidized)

상기 실시예 1-2 및 비교예 2로부터 제조된 고무 시편에 대한 물성을 측정한 결과를 다음 표2에 나타내었다.

[표 2] 물성 측정 결과

- 60℃ Tan δ : GABO사의 Flexometer로 측정한 동적 손실 계수 값이며, 값이 작을수록 주행 중 회전 저항이 적어 저 연비 성능이 우수함.

상기 표2의 결과에서 알 수 있는 바와 같이 팜유의 불포화된 탄소(C)-탄소(C)간 이중결합을 각각 다른 비율로 에폭시화시킨 에폭시화 팜유 2종을 사용한 실시예1 및 실시예2는 Low PAH TDAE 석유계 오일 사용 비교예1 대비 타이어의 저 연비 성능을 가늠할 수 있는 60℃ Tan δ값이 현저히 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

Claims

디엔계 원료 고무 및 고무 배합제를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

상기 고무 조성물은 원료 고무 100 중량부에 대하여 에폭시화 팜유를 1~150 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 에폭시화 팜유는 에폭사이드 함량이 0.1~6.0 중량%인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 디엔계 원료 고무는 천연 고무(NR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리이소프렌 고무(IR), 아크릴니트릴-부타디엔 고무(NBR), 클로로프렌 고무(CR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)를 단독 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 고무 조성물을 트레드에 사용하여 제조되는 공기입 타이어.