KR20160004569A

KR20160004569A - 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어

Info

Publication number: KR20160004569A
Application number: KR1020140083023A
Authority: KR
Inventors: 지선경; 박일용; 임동한
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-01-13
Also published as: KR101692858B1

Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여, 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드 흡착 비표면적이 250 내지 255㎡/g인 실리카 60 내지 80중량부, 실란 커플링제 5 내지 10중량부, 그리고 지방산 에스테르계 화합물로 개질된 금속염의 가공조제 0.5 내지 5중량부를 포함함으로써, 고무 조성물내 실리카의 분산성을 증가시켜 타이어의 내마모 성능, 제동성능 및 회전저항 특성을 개선시킬 수 있다.

Description

타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}

본 발명은 타이어의 내마모성능과 함께 제동성능 및 회전저항 특성을 개선시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.

전세계적으로 환경문제가 중요한 이슈가 됨에 따라 오염물질을 배출하는 자동차에 대한 규제가 강화되고, 이로 인해 환경친화형 차량 개발이 가속화되고 있다. 또 최근 자동차 연료 가격의 인상으로 에너지 소비가 적은 저연비 특성의 자동차에 대한 요구 또한 증가하고 있다.

타이어 트레드용 고무 조성물의 연비 성능을 향상시키기 위한 방법으로, 카본블랙이나 실리카를 타이어의 보강성 향상을 위한 충진제로서 사용하는 방법이 주로 이용되고 있다. 카본블랙과 실리카는 타이어에 대한 충진제로서 작용 뿐만 아니라 각각의 고유한 물성적 특성으로 인해 특유의 타이어 특성 개선 효과를 나타낸다. 구체적으로 카본블랙은 고무 조성물에 대한 내마모성 개선 효과가 우수하고, 실리카는 고무 조성물의 회전 저항을 낮추어 저연비 특성을 향상시키고, 젖은 노면에서의 제동력을 개선시킬 수 있다.

일반적으로 실리카는 젖은 노면에서의 제동성능(Wet Traction) 및 연비 성능면에서 카본 블랙에 비해 우수한 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 그러나 비극성을 띄는 카본블랙과 달리, 실리카는 그 표면에 존재하는 강한 친수성 작용기, 즉 실라놀기(-SiOH)로 인해 극성을 나타내기 때문에 타이어 고무 조성물 제조시 고무와의 혼합성 및 가공성이 낮고, 그 결과 타이어의 회전저항 특성 및 내마모성능이 저하되는 문제가 있다. 또 실리카 표면의 실라놀기는 상호간에 수소결합을 형성함으로써 실리카의 분산력을 더욱 저하시킨다.

이 같은 실리카의 낮은 분산성 문제를 해결하기 위해, 실리카 표면에 존재하는 실라놀기와 반응하여 실리카의 표면화학적 특성을 비극성으로 바꾸어 고무와의 혼합이 용이하도록 하는 실란 커플링제를 사용하는 방법이 주로 이용되고 있다. 그러나, 이러한 실란 커플링제를 사용할 경우 실리카의 분산성 개선으로 연비 성능은 비교적 유지되지만, 상대적으로 마모 및 컷칩 성능이 감소하게 되어 타이어의 수명 특성이 불리해지고, 착색도가 낮아지는 등의 외관 성능이 불리해지는 문제점이 있다.

이에 따라, 타이어 트레드용 고무 조성물의 회전저항 특성 및 내마모성능을 개선시킬 수 있는 특성을 갖는 보강성 충진제의 개발이 요구된다.

한국특허공개 제 2013-0076602 호(2013년 7월 8일 공개) 일본특허공개 제 2013-245264 호(2013년 12월 9일 공개)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고, 타이어의 내마모성능과 함께 제동성능 및 회전저항 특성을 개선시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 천연고무, 합성고무, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 원료고무 100중량부에 대하여, 실리카 60 내지 80중량부, 실란 커플링제 5 내지 10중량부, 그리고 지방산 에스테르계 화합물로 개질된 금속염의 가공조제 0.5 내지 5를 포함하며, 상기 실리카는 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드(cetyl trimethyl ammonium bromide) 흡착 비표면적이 250 내지 255㎡/g인 것이다.

상기 원료고무는 스티렌-부타디엔 고무 50 내지 90 중량부 및 부타디엔 고무 10 내지 50 중량부를 포함하는 것일 수 있다.

상기 실란 커플링제는 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 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 설파이드계 실란 화합물일 수 있다.

상기 가공조제는 지방산 에스테르계 화합물로 개질된 금속염일 수 있으며, 또 상기 금속염은 아연비누일 수 있다.

상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 가류제 0.5 내지 5중량부, 가류촉진제 0.1 내지 10중량부, 가류촉진조제 1 내지 10중량부, 연화제 1 내지 50 중량부, 노화방지제 0.1 내지 10중량부, 점착제 0.5 내지 10 중량부, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에서는 타이어 트레드용 고무 조성물의 제조시 보강성 충진제로서 고비표면적의 실리카(High Surface Area Silica)와 이에 최적화한 가공조제를 사용함으로써, 고무 조성물내 실리카의 분산성의 저하 없이 타이어의 내마모 성능, 제동성능 및 회전저항 특성을 개선시키는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 실리카 60 내지 80 중량부, 실란 커플링제 5 내지 10중량부, 그리고 가공조제 0.5 내지 5를 포함하며, 상기 실리카는 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드(cetyl trimethyl ammonium bromide, CTAB) 흡착 비표면적이 250 내지 255㎡/g의 높은 비표면적을 갖는 것이고, 상기 가공조제는 지방산 에스테르계 화합물로 개질된 금속염이다.

상기 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 원료고무는 천연고무, 합성고무, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

또, 상기 천연고무는 일반적인 천연고무 또는 변성 천연고무일 수 있다. 상기 일반적인 천연고무로는 천연고무로서 알려진 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않는다. 상기 천연고무는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스-1,4-폴리이소프렌을 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 천연고무에는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무 외에, 예컨대 남미산 사포타과의 고무의 일종인 발라타 등, 트랜스-1,4-이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무도 포함할 수 있다.

상기 변성 천연고무는, 상기 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예컨대, 상기 변성 천연고무로는 에폭시화 천연고무(ENR), 탈단백 천연고무(DPNR), 수소화 천연고무 등을 들 수 있다.

상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로 술폰화 폴리에틸렌 고무, 에피클로로 하이드린 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 수소화된 니트릴 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무, 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS) 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔(EPDM) 고무, 하이팔론 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌 비닐아세테이트 고무, 아크릴 고무, 히드린 고무, 비닐 벤질 클로라이드 스티렌 부타디엔 고무, 브로모 메틸 스티렌 부틸 고무, 말레인산 스티렌 부타디엔 고무, 카르복실산 스티렌 부타디엔 고무, 에폭시 이소프렌 고무, 말레인산 에틸렌 프로필렌 고무, 카르복실산 니트릴 부타디엔 고무, 브로미네이티드 폴리이소부틸 이소프렌-코-파라메틸 스티렌(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene, BIMS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

이중에서도, 상기 원료고무는 스티렌-부타디엔 고무(Styrene Butadiene Rubber, SBR)와 부타디엔 고무(Butadiene Rubber, BR)의 혼합물을 포함하는 것이 원료고무 사용에 따른 타이어의 내마모 성능 및 연비 성능의 개선 효과 면에서 바람직할 수 있다.

구체적으로는 상기 원료고무는 상기 스티렌-부타디엔 고무 50 내지 90 중량부 및 부타디엔 고무 10 내지 50 중량부의 함량으로 포함하는 것일 수 있다. 상기 스티렌 부타디엔 고무의 함량이 50 중량부 미만이면 제동성능이 저조할 수 있고, 90 중량부를 초과하면 마모성능이 불리할 수 있다. 또 부타디엔 고무의 함량이 10중량부미만이면 부타디엔 고무의 사용에 따른 마모성능 개선효과가 미미하고, 50중량부를 초과할 경우 가공성이 저하되고, 제동성능이 불리할 수 있다. 또, 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 원료고무는 스티렌 부타디엔 고무 70 내지 80 중량부 및 부타디엔 고무 20 내지 40중량부인 것이 보다 바람직할 수 있다.

또, 상기 SBR은 분자내 스티렌 함량이 20 내지 45중량%이고, 비닐 함량이 40 내지 60중량%이며, 유리전이온도(Tg)가 -30 내지 -20℃인 것일 수 있다. 상기와 같은 구성적 물성적 조건을 충족하는 SBR은 스티렌 함량이 높아 제동성능이 매우 우수하며, 유리전이온도가 낮아 마모성능 또한 우수하다.

그리고, 상기 SBR은 원고무질 탄성체 100 중량부당 방향족 오일, 구체적으로는 TDAE(Treated Distillate aromatic extract)오일을 25 내지 50 중량부로 포함하는 것이 스티렌의 영향으로 저하된 SBR의 유연성을 증가시킬 수 있어 바람직하며, 그 개선효과의 현저함을 고려할 때 TDAE 오일을 35 내지 40중량부로 포함하는 것이 보다 바람직할 수 있다. 이때 상기 TDAE오일은 벤조(a)피렌(Benzo(a)pyrene), 벤조(e)피렌(Benzo(e)pyrene), 벤조(a)안트라센(Benzo(a)anthracene), 벤조안트라센(Benzoanthracene), 크리센(Chrysene), 벤조(b)플루오란텐(Benzo(b)fluoranthene), 벤조(j)플루오란텐(Benzo(j)fluoranthene), 벤조(k)플루오란텐(Benzo(k)fluoranthene), 디벤조(a,h)안트라센(Dibenzo(a,h)anthracene)을 포함하는 PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbons) 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 오일이다.

또, 상기 부타디엔 고무는 분자내 시스-1,4-결합을 80중량% 이상, 혹은 93중량% 이상 포함하는 고 시스 폴리부타디엔 고무일 수 있다. 이와 같이 시스 결합의 함량이 높은 부타디엔 고무를 사용함으로써 타이어 고무 조성물의 내마모성 및 제동 특성을 개선시킬 수 있다.

한편, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 보강성 충진제로서 CTAB 250 내지 255㎡/g의 높은 비표면적을 갖는 실리카를 포함한다.

이와 같은 고비표면적의 실리카가 사용됨으로써 실리카의 함량이 감소되고, 그 결과 타이어의 내마모 성능의 증가와 함께 제동성능 및 저회전 저항성이 개선될 수 있다.

이와 같은 고비표면적의 실리카는 원료고무 100중량부에 대하여 60 내지 80중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 고무 조성물내 실리카의 함량이 60중량부 미만이면 고비표면적의 실리카 사용에 따른 내마모성능, 제동성능 및 회전저항 특성의 개선효과가 미미하고, 80중량부를 초과하면 고무 제조 공정시 실리카의 분산성이 저하되어, 고무 성분의 불균일에 따른 내마모성 저하, 그리고 온도상승에 따른 공정성 감소의 우려가 있다. 개선효과의 현저함을 고려할 때 상기 고비표면적의 실리카는 원료고무 100중량부에 대하여 70 내지 80중량부로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.

통상 고무 조성물에서 실리카는 실란 커플링제와의 반응을 통해 고무 내에서 친유기성으로 개질되면서 고무와 화학적으로 결합될 수 있다. 이와 같이 실리카의 표면화학적 특성이 변형될 경우 고무 내에서 실리카의 움직임이 제한되어 히스테리시스가 낮아지고, 그 결과로 고무 조성물의 발열 및 회전저항이 감소된다. 그러나, 고무 내에서 실리카의 분산이 충분히 이루어지지 않으면 발열 및 회전저항의 감소가 미미하고 오히려 내마모성이 저하될 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에는 실란 커플링제가 포함된다.

상기 실란 커플링제는 통상 고무 조성물에서 실리카에 대한 커플링제로서 사용되는 것이라면 특별한 한정없이 사용가능하다. 구체적으로는 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 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 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 혼합물로 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.

상기한 실란 커플링제 중에서도 실리카에 대한 커플링 효과를 고려할 때 설파이드계 실란 화합물이 바람직할 수 있으며, 이중에서도 비스-(3-(트리에톡시실릴)-프로필)-디설파이드(bis-(3-(triethoxysilyl)-propyl)-disulfide: TESPD) 또는 비스-(3-(트리에톡시실릴)-프로필)-테트라설파이드(bis-(3-(triethoxysilyl)-propyl)-tetrasulfide: TESPT)가 보다 바람직할 수 있다.

상기와 같은 실란 커플링제는 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 10중량부로 포함될 수 있다. 실란 커플링제의 함량이 5중량부 미만이면 실리카에 대한 표면 화학적특성 변환 효과가 미미하여 실리카의 분산성이 저하될 수 있고, 그 결과로 타이어의 보강성 및 내구성이 저하될 수 있다. 또, 실란 커플링제의 함량이 10중량부를 초과할 경우, 과량의 실란 커플링제의 사용으로 인해 오히려 타이어의 내마모성 및 연비성능이 저하될 수 있다. 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 실란커플링제는 원료고무 100중량부에 대하여 5 내지 7중량부로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 고비표면적의 실리카의 분산성을 증강시키기 위한 가공조제를 포함한다.

통상 실란 커플링제는 실리카 표면의 실라놀기와 조성물의 원료고무를 연결하는 가교역할을 하여, 실리카 단독으로 사용할 때의 실리카-실리카 간의 강한 응집력을 해소시키는 역할을 한다. 그러나 고무성분 중의 실리카 함량 또는 실리카의 비표면적이 증가되면 실란 커플링제의 첨가에도 불구하고 분산성이 하락하는 경우가 다발한다.

이에 대해 본 발명에서는 타이어 트레드용 고무 조성물 내 가공조제로서 지방족 화합물, 구체적으로는 지방산 에스테르계 화합물, 보다 구체적으로 탄소수 13 내지 22의 지방산 에스테르계 화합물로 개질된 금속염을 사용하여, 고비표면적의 실리카의 분산성을 개선하고, 스코치 안정성, 내구성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.

상기 가공조제는 금속이온의 친수성기와 지방산의 소수성기를 동시에 포함하는 양친화성 물질로서, 상기 금속이온은 실리카 표면의 실라놀기와 반응하여 수소결합이나 쌍극자 결합에 의해 서로 강하게 결합되어있는 실리카 응집(agglomerate)에 대해서 분자간의 표면에너지를 감소시킴으로써 혼합공정 중 탈응집화(de-agglomerate)를 유도하고, 그 결과로 타이어 트레드용 고무 조성물의 점도를 낮추어 흐름성(flow property)을 증가시키고, 스코치 안정성, 내구성 및 내마모성을 향상시킨다. 또 상기 지방산의 탄화수소기는 고무사슬과의 우수한 상용성으로 고무사슬들을 약화(diluting)시켜 공정성을 향상시키는 가소제의 역할을 한다

구체적으로 상기 가공조제에 있어서 금속염은 아연비누(zinc soap), 나트륨비누(sodium soap), 칼륨비누(potassium sope), 또는 아연칼륨비누(zinc Potassium soap) 등일 수 있다. 그러나 상기 나트륨비누 및 칼륨 비누는 강한 극성을 띄기 때문에 실리카와 커플링제가 반응하기 전에 실리카와 반응함으로써 스코치 안정성 및 가류시간을 단축시킬 우려가 있다. 이에 따라 상기 금속염으로는 아연비누가 보다 바람직할 수 있다.

또, 상기 아연비누는 아연비누 총 중량에 대하여 아연 성분을 1 내지 5중량% 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 아연비누내 아연함량이 1중량% 미만이면 분산효과가 미흡하고, 아연함량이 5중량%를 초과할 경우 아연염 생성이 증가로 고무 조성물의 성능이 저하될 우려가 있다.

또, 상기 지방산 에스테르는 구체적으로 탄소수 12 내지 22의 포화 또는 불포화 지방산의 에스테르일 수 있으며, 보다 구체적으로는 지방족 또는 방향족 카르복실산일 수 있다.

상기 아연비누에 대한 지방산 에스테르의 개질은 지방산 에스테르를 축합반응시킴으로써 실시될 수 있으며, 이때 가공조제내 아연비누와 지방산 에스테르의 혼합 중량비는 20:80 내지 40:60인 것이 분산성 향상 효과면에서 바람직할 수 있다.

상기 가공조제는 상기한 개질 방법에 따라 제조된 것일 수도 있고, 또는 Struktol HT 276 등과 같이 상업적으로도 입수가능하다.

또, 상기와 같은 가공조제는 원료고무 100중량부에 대하여 0.5 내지 5중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 가공조제의 함량이 0.5중량부 미만이면 실리카의 분산효과가 불충분하고, 가공조제의 함량이 5중량부를 초과하면 가공조제 사용량 대비 효과의 개선 정도가 미미하다. 또, 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 가공조제는 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.

상기한 성분들 외에, 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 선택적으로 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 연화제, 노화방지제 또는 점착제 등 통상 타이어 트레드용 고무 조성물의 물성적 특성 개선을 위해 사용되는 첨가제를 1종 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 가류제로는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속산화물을 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 있으며, 이외 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가류제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수도 있다.

또한 상기 유기 과산화물은 벤조일퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, t-부틸큐밀퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 1,3-비스(t-부틸퍼옥시프로필)벤젠, 디-t-부틸퍼옥시-디이소프로필벤젠, t-부틸퍼옥시벤젠, 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드, 1,1-디부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸실록산, 또는 n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 등을 사용할 수 있다.

상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10중량부로 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 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로 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 스테아린산, 스테아린산 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 스테아린산을 함께 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아린산에 녹아 상기 가류촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.

상기 산화아연과 스테아린산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부로 사용하는 것이 바람직할 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 가공오일류를 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.

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 'PAHs'라고 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 앞서 정의한 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 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 1 내지 10 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 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로 포함될 수 있다.

상기 점착제는 고무와 고무 사이의 접착(tack) 성능을 더욱 향상시켜 주고, 충전제와 같은 기타 첨가제들의 혼합성, 분산성 및 가공성을 개선시켜 고무의 물성 향상에 기여한다.

상기 점착제로는 로진(rosin)계 수지 또는 테르펜(terpene)계 수지와 같은 천연수지계 점착제와 석유수지, 콜타르(coal tar) 또는 알킬 페놀계 수지 등의 합성수지계 점착제를 사용할 수 있다.

상기 로진계 수지는 로진 수지, 로진 에스터 수지, 수소첨가 로진 에스터 수지, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 테르펜계 수지는 테르펜 수지, 테르펜 페놀 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

상기 석유수지는 지방족계 수지, 산 개질 지방족계 수지, 지환족계 수지, 수소첨가 지환족계 수지, 방향족계(C9) 수지, 수소첨가 방향족계 수지, C5-C9 공중합 수지, 스티렌 수지, 스티렌 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

상기 콜타르는 쿠마론-인덴 수지(coumarone-indene resin)일 수 있다.

상기 알킬 페놀 수지는 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지일 수 있고, 상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지는 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

상기 점착제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10중량부로 포함될 수 있다. 상기 점착제의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만이면 접착 성능이 떨어지고, 10중량부를 초과하는 경우 고무 물성이 저하될 수 있어 바람직하지 못하다.

보다 구체적으로 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 가류제 0.5 내지 5중량부, 가류촉진제 0.1 내지 5중량부, 가류촉진조제 1 내지 10중량부 및 연화제 1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.

상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 상기한 성분들을 통상의 방법에 따라 혼합하여 제조될 수 있다. 구체적으로는 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 포함하는 2단계 연속 공정에 의해 제조될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같은 방법에 의해 제조되는 타이어 트레드용 고무 조성물은, 보강성 충진제로서 실리카와 함께, 상기 실리카의 분산성 개선 효과를 고려하여 최적화된 물성적 특성을 갖는 입자상의 카본블랙과 입자상의 실란 커플링제를 포함하는 복합재를 포함함으로써, 연비 성능을 유지하면서도 내마모 및 컷칩 성능을 향상시키고, 또 착색도를 비롯한 타이어의 외관특성을 개선시킬 수 있다. 이에 따라 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스)에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수도 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 따르면, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어를 제공한다.

상기 타이어는 상기한 타이어 트레드용 고무 조성물로부터 제조되어 우수한 저연비 성능과 함께 개선된 내마모 및 컷칩 성능을 나타내며, 또 향상된 외관특성을 나타낸다.

상기 타이어를 제조하는 방법은 상기한 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하는 것을 제외하고는 통상 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 타이어는 상기 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어 트레드를 포함하는 것일 수 있다.

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 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 타이어의 내마모성능과 함께 제동성능 및 회전저항 특성을 개선시킬 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.

실시예 및 비교예: 타이어 트레드용 고무 조성물의 제조

하기 표 1에 개시된 바와 같은 구성 및 함량으로 혼합하고, 반바리 믹서에서 배합하여 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다.

	실시예			비교예
	1	2	3	1	2	3	4	5	6	7	8
SBR¹⁾	70	70	70	70	70	70	70	70	70	70	70
BR²⁾	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30
침전실리카³⁾	-	-	-	-	80	80	-	-	-
고비표면적의 실리카⁴⁾	60	70	80	80	-	-	80	80	80	40	90
실란 커플링제⁵⁾	6.4	6.4	6.4	6.4	6.4	6.4	-	20	6.4	6.4	6.4
산화아연	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
스테아린산	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
노화방지제⁶⁾	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
가공조제⁷⁾	-	-	-	3	3	-	-	-	-	-	-
개질된 아연비누의 가공조제⁸⁾	3	3	3	-	-	3	3	3	10	3	3
유황	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7
가류촉진제⁹⁾	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
1) SBR : 스티렌-부타디엔 고무(SBR1712^®, Astlett Rubber Inc.사제) 2) BR : 부타디엔 고무(KBR01^®, Astlett Rubber Inc.사제) 3) Silica Surface Area : CTAB 150~170㎡/g 4) Silica Surface Area : CTAB 250~255㎡/g 5) TESPT : Bis-(triethoxysilylpropyl) tetrasulfide 6) 1,2-디하이드로 퀴놀린 7) 가공조제: (HT276^®, Struktol사) 8) 아연비누 중의 아연함량이 4.7중량%이고, 아연비누(RCOOZnCOOR(R=탄소수 20의 알킬기)):지방산에스테르(지방산의 탄소수 18)의 중량혼합비가 3:7인 지방산염계 분산제 9) N-tert-부틸-2-벤조티아질 설펜아미드

시험예: 물성측정

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 타이어 트레드용 고무조성물을 이용하여 고무 시편을 제조하고, 제조한 고무 시편에 대하여 미가류 물성 및 168℃ 가류 프레스에서 10분간 가류하여 모듈러스와 점탄성의 가황 물성을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

무니점도(ML1+4(125℃))와 스코치 안정성(min)은 Mooney MV2000(Alpha Technology) 기기를 이용하여, 라지 로터(Large Rotor), 예열 1분, 로터 작동시간 4분, 온도 125℃에서 측정하였다. 무니점도는 가공성을 나타내는 지표로, 무니점도는 수치가 높을수록 고무의 점도가 크다는 점을 의미하고, 가공성이 불리함을 나타낸다. 또, 스코치 타임은 무늬 최소치로부터 5포인트 상승될 때까지 걸리는 시간을 측정된 것으로, 시간이 길수록 스코치 안정성이 향상된 것을 나타낸다.

경도는 Shore A 경도계를 사용하여 측정하였다.

300% 모듈러스는 300% 신장시의 인장강도로서, ISO 37 규격에 의해 측정하였으며, 수치가 높을수록 우수한 강도를 나타낸다.

신장률은 파단시 신장률을 의미하는 것으로 인장 시험기에서 시험편이 끊어질 때까지의 Strain 값을 %로 나타내는 방법으로 측정하였다.

인장강도(Kgf/cm²)는 인스트롱 (Instron)시험기를 이용하여 인장강도는 ASTM D 790 의 방법으로 측정하였고, 수치가 높을수록 우수한 강도를 나타낸다

LAT100 측정은 고무의 마모 정도를 나타내는 시험기이다. 낮은 가혹도(Low Severity) 및 높은 가혹도(High Severity) 조건에서 하중(Load)(N), 슬립각(Slip Angle), 속도(Speed) 및 거리(Distance)를 고려하여 9번 반복 측정한 후, 평균값으로 나타내었다.

Tanδ 60℃는 RDS(Rheo Dynamic Spectroscopy)를 이용하여 0.1% 변형(strain)에 10Hz Frequency하에서 -60℃에서 80℃까지 tanδ를 측정하였다. Tan δ 60℃는 60℃에서의 회전 저항을 나타내는 척도로서 수치가 낮을수록 우수한 저연비 특성을 나타낸다.

배합제		실시예			비교예
배합제		1	2	3	1	2	3	4	5	6	7	8
미가류물성	무늬점도 (125℃)	69	73	75	측정불가	77	77	측정불가	측정불가	73	96	측정불가
미가류물성	스코치안정성(min)	12.7	15.9	측정불가	측정불가	20.0	12.7	측정불가	11.8	9.4	8.5	측정불가
인장물성	경도 (Shore A)	69	71	76	74	72	72	측정불가	74	73	78	측정불가
	300% 모듈러스 (kgf/㎠)	179	202	163	측정불가	175	175	측정불가	측정불가	183	측정불가	측정불가
	파단시 신장율 (%)	302	342	233	242	352	352	측정불가	242	326	270	측정불가
	인장강도 (kgf/㎠)	182	210	110	189	202	202	측정불가	189	200	188	측정불가
	LAT100 (%)	103	118	98	110	100	100	측정불가	90	98	89	측정불가
	Tanδ 60℃	0.095	0.085	0.111	0.106	0.101	0.101	측정불가	0.106	0.092	0.114	측정불가

상기 표 2에 나타난 바와 같이, CTAB 250 내지 255㎡/g의 고비표면적의 실리카와 고무가 반응할 때, 높은 비표면적으로 인해 충진제간 상호작용이 강해지면서, 분산성이 저하되고, 그 결과로 가공성이 저하되게 된다. 이에 대해 아연 비누(Zinc Soap)가 개질된 가공조제를 투입하여 실리카와 실란과의 실란화 반응(Silanization)을 활성화시킴으로써 실리카의 분산성을 극대화할 수 있다.

고비표면적의 실리카의 경우, 실리카 투입량 및 가공조제의 종류에 따라 고무물성이 달라진다.

상기 실험결과에 나타난 바와 같이, 침강 실리카를 사용한 비교예2의 고무 조성물과, 고비표면적의 실리카를 사용한 실시예 2의 고무 조성물을 비교해 보면 실시예 2의 고무 조성물은 경도면에서는 거의 동등한 수준의 결과를 나타내었으나, 300% 모듈러스는 증가하고, 60℃ tanδ 감소하여 분산성 및 회전저항 성능면에서 보다 개선된 효과를 나타냄을 알 수 있다. 또, 내마모성능도 약 18% 증가하였다.

한편, 실시예 3과 비교예1을 비교하면, 비교예1의 경우 분산성 저하로 무늬점도나 모듈러스 측정이 불가능하였지만, 비교예1의 고무 조성물에 아연비누가 개질된 가공조제가 더 투입된 실시예 3의 고무 조성물은 분산성, 회전저항 성능 및 내마모 성능면에서 개선된 효과를 나타내었다.

이외 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 8의 결과로부터 실리카의 분산성 저하에 대한 우려없이 고무 조성물의 보강성능 및 내마모성능을 개선시키기 위해서는 고비표면적의 실리카 적용시 실리카의 함량 범위과 가공 조제의 구성을 최적화하여야 함을 알 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

천연고무, 합성고무, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 원료고무 100중량부에 대하여,
실리카 60 내지 80중량부,
실란 커플링제 5 내지 10중량부, 그리고
지방산 에스테르계 화합물로 개질된 금속염의 가공조제 0.5 내지 5중량부를 포함하며,
상기 실리카는 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드(cetyl trimethyl ammonium bromide) 흡착 비표면적이 250 내지 255㎡/g인 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서,
상기 원료고무는 스티렌-부타디엔 고무 50 내지 90 중량부 및 부타디엔 고무 10 내지 50 중량부를 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서,
상기 실란 커플링제는 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 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 설파이드계 실란 화합물인 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서,
상기 가공조제는 지방산 에스테르계 화합물로 개질된 금속염인 타이어 트레드용 고무 조성물.
제4항에 있어서,
상기 금속염은 아연비누인 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항에 있어서,
상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 가류제 0.5 내지 5중량부, 가류촉진제 0.1 내지 10중량부, 가류촉진조제 1 내지 10중량부, 연화제 1 내지 50 중량부, 노화방지제 0.1 내지 10중량부, 점착제 0.5 내지 10 중량부, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함하는 것인 타이어 트레드용 고무 조성물.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.