KR0168430B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

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Description

타이어 트레드용 고무 조성물

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물, 특히 빙설로(氷雪路) 성능과 일반로에서의 내마모성 및 내구성을 동시에 향상시킨 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

종래, 동계에 적설 한냉지를 자동차가 주행하는 경우에는 타이어의 트레드면에 스파이크 핀을 박은 스파이크 타이어를 사용하거나 타이어의 바깥 주위에 타이어 체인을 장착하여 설상로나 동결로에서의 안정성을 확보하고 있다. 그러나 스파이크 타이어나 타이어 체인을 장착한 타이어는 건조한 노면을 주행할 때 도로를 손상시키고 분진 공해를 발생시키는 원인이 되므로 심각한 환경문제가 되고 있다.

이와 같은 안전문제와 환경문제를 동시에 해결하기 위하여 일본국 공개특허 공보 제(소)63-172750호에서는 저경도의 가황고무 입자를 배합, 분산시킴으로써 내마모성과 발열성을 계속 유지시키면서 빙상 노면에서의 마찰력을 크게 하여 빙설로 성능을 향상시킨 고무 조성물을 제안하고 있다. 그러나 대부분의 스터드레스(studless) 타이어의 트레드 패턴은 사이프(sipe)라고 불리는 얇게 잘려들어간 것이 타이어 회전축에 대하여 대략 평행하게 형성된 다수의 블록으로 이루어지며 당해 사이프로 세분화된 블록의 엣지(edge) 효과에 의해 빙설로 성능을 부여한 것이다. 이와 같은 스터드레스 타이어의 트레드 고무로서 상기한 저경도 고무의 가황고무 입자 함유 고무 조성물을 사용하는 경우에는 빙설로 성능은 만족시켜도 고무 경도가 충분하지 않으므로 일반로에서 주행할 때에 블록 사이의 구저(構底)나 사이프의 저부에 크랙이 발생 및 성장하거나, 제동시의 전단력에 의해 블록이 용이하게 쓰러지므로 편마모가 발생하기 쉬우며 내구성이 열악한 결점이 있다.

본 발명의 목적은 빙설 노면에서의 제동성 및 구동성을 개량하는 동시에 일반로에서의 내마모성 및 내구성을 향상시킨 트레드용 고무 조성물, 특히 사계절용 타이어의 트레드 고무로서도 유용한 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 천연 고무(이하, NR로 약칭한다)를 적어도 80중량% 함유하는 주요성분 고무와 폴리부타디엔 고무(이하, BR로 약칭한다)로 이루어지며 상기한 주요성분 고무와 BR의 혼합비가 중량비로 주요성분 고무 : BR이 50:50 내지 75:25인 원료 고무 100중량부당 요오드 흡착량이 90 내지 200mg/g이고 디부틸프탈레이트 흡유량(이하, DBP 흡유량으로 약칭한다)이 100 내지 140ml/100g인 카본블랙 55 내지 90중량부와 메타크레졸 수지 1 내지 10중량부를 함유하고 0℃에서의 동적 영률이 8 내지 12메가파스칼(이하, MPa로 약칭한다)인 빙설로용 타이어 트레드용 고무 조성물로 달성시킬 수 있다.

본 발명에서 주요 성분 고무 : BR의 혼합비는 75:25 이상일 필요가 있다. 당해 BR의 양이 상기한 혼합비보다도 적어지면 구저나 사이프의 저부에서 크랙이 발생 및 성장하는 것을 억제하기 어려워지며 내구성이 개량되지 않는다. 한편, 당해 주요성분 고무 : BR의 혼합비가 50:50을 초과하면 BR의 양이 너무 많아져서 동적영률이 저하하고 일반로를 주행할 때의 내마모성이 저하한다.

또한 본 발명의 고무 조성물의 원료 고무를 구성하는 상기한 주요성분 고무는 NR을 적어도 80중량% 함유할 필요가 있으며, 바람직하게는 전량이 NR인 것이 좋다. 20중량%를 한도로 하여 첨가가능한 고무는 디엔계 고무, 예를 들면, 폴리이소프렌 고무, 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌 공중합체 고무(EPDM) 등의 디엔계 고무를 열거할 수 있다. 주요성분 고무의 20중량%를 초과하는 양으로 상기한 BR 이외의 고무가 배합되고 주요성분 고무 중의 NR 양이 80중량% 미만으로 되면 트레드 고무용으로서의 양호한 물성을 얻을 수 없다.

본 발명의 고무 조성물은 상기한 원료 고무에 대하여 요오드 흡착량이 90 내지 200mg/g이고 DBP 흡유량이 100 내지 140ml/100g인 카본 블랙을 배합할 필요가 있다, 상기한 요오드 흡착량이 90mg/g 미만인 카본 블랙은 고무 조성물에 대한 내마모성 향상 효과가 불충분하며 200mg/g을 초과하면 빙설로 성능을 얻을 수 없다. 또한 카본 블랙의 DBP 흡유량이 100ml/100g 미만으로 되면 요오드 흡착량의 경우와 동일하게 고무 조성물의 내마모성을 충분하게 향상시킬 수 없으며 140ml/100g을 초과하면 내크랙성장성이 악화된다. 이와 같은 카본 블랙은 상기한 원료고무 100중량부당 55 내지 90중량부 범위 내에서 배합할 필요가 있다. 당해 카본 블랙의 배합량이 55중량부 미만이면 고무 조성물의 동적 영률의 향상이 저하되므로 트레드 고무용으로서 만족할 만한 내마모성을 얻을 수 없다. 한편, 90중량부를 초과하면 고무 속에 균일하게 분산시킬 수 없으며 발열하기 쉬운 고무 조성물로 되므로 내크랙성이 저하한다.

또한, 본 발명의 고무 조성물에는 메타크레졸 수지를 배합하는 것이 중요하다. 당해 수지를 배합함으로써 상기한 카본 블랙 배합에 의한 내크랙성장성의 저하를 방지하고 또한 빙상 스키드(skid) 저항을 향상시킬 수 있다. 당해 메타크레졸 수지의 배합량은 원료고무 100중량부다 1 내지 10중량부이며, 바람직하게는 2 내지 6중량부이다. 당해 메타크레졸 수지의 배합량이 1중량부 미만이면 빙설로 성능과 내크랙성장성을 충분하게 향상시킬 수 없으며 10중량부를 초과하면 고무 조성물이 너무 경화되므로 취약하게 되고 트레드용 고무로서 필요한 강도를 만족시킬 수 없게 된다.

또한, 메타크레졸 수지는, 메타크레졸과 파라포름알데히드 또는 포르말린을 산 촉매의 존재하에 반응시킴으로써 수득되는 메타크레졸 단위로 2 내지 6핵체의 노볼락형 축합물이며 이의 연화점은 80 내지 120℃이다. 시판품으로서 스미토모 카가쿠고교(주) 제품인 스미카놀 610이 있다.

이와 같은 원료 고무, 카본 블랙 및 메타크레졸 수지를 함유하는 고무 조성물은 0℃에서의 동적 영률이 8MPa 이상일 필요가 있다. 이에 의해 내마모성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 고무 조성물에는 상기한 카본 블랙, 메타크레졸 수지 이외에, 필요에 따라 통상적인 타이어 트레드용 고무 조성물에 배합되는 유황 등의 가황제, 가황촉진제, 가황 촉진 조제, 노화방지제, 오일, 산화아연(아연분말), 스테아린산 등의 각종 배합제를 적절하게 배합하며 이들의 배합 조성이나 배향량은 특별히 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

하기에, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명 한다.

표1에 기재한 바와 같이 배합 조성을 상이하게 한 15 종류의 고무 조성물을 제조한다. 즉, 유황과 가황촉진제 이외의 원료 고무나 카본 블랙 등의 각 배합체를 미리 벤버리형 혼합기를 사용하여 혼합하고, 마스터 배취를 제조한 다음, 여기에 상기한 유황과 가황촉진제를 오픈 롤을 사용하여 배합하여 고무 조성물을 제조한다.

당해 각 고무 조성물을 통상적인 방법에 따라 가황하여 수득한 가황 고무에 대해서 각각 동적 영률, 빙상 스키드 저항, 내마모성 및 내크랙성장성의 트레드 고무로서의 성능을 평가한다. 결과를 표1에 기재한다.

또한, 동적 영률, 빙상 스키드 저항, 내마모성 및 내크랙성장성은 각각 다음의 방법에 따라 평가한다.

동적 영률 :

도요세이키(주) 제품인 점탄성 스펙트로미터를 사용하여 척(chuck) 사이의 길이 20mm, 폭 5mm, 두께 2mm인 시료를 주파수 20Hz, 초기 변형 10%, 동적 변형 ±2%, 온도 0℃의 조건으로 측정한다.

빙상 스키드 저항 :

브리티쉬 포터블 스키드 테스터를 사용하여 ASTM-E303-74에 준거하여 가로 25mm, 세로 10mm, 높이 15mm인 시료 및 -5℃의 빙판을 제작하여 측정한다. 비교실시예 1의 고무 조성물의 측정치를 기준치(100)로 하는 지수치로 평가한다.

당해 지수치가 클수록 빙상 스키드 저항이 우수하다.

내마모성 :

직경 60mm, 두께 10mm인 원반형 가황 고무의 시험편을 제작하여 이것을 회전 드럼에 가압 부착시켜 슬립율 25%로 설정하고 란본 마모 시험기를 사용하여 일정시간 마모시킨 다음, 감량분을 마모량으로서 산출한다. 비교실시예 1의 고무 조성물의 측정치를 기준치(100)로 하는 지수치로 평가한다.

당해 지수치가 클수록 내마모성이 양호하다.

내크랙성장성 :

폭 20mm, 길이 150mm, 두께 2mm인 직사각형 시료에 1mm의 컷트(cut)를 넣은 다음, 20% 변형에서 동적 피로를 부여할 때의 컷트 성장속도를 데마티어식 시험기를 사용하여 측정한다.

비교실시예 1의 고무 조성물의 측정치를 기준치(100)로 하는 지수치로 평가한다. 당해 지수치가 클수록 내크랙성장성이 우수하다.

또한, 카본 블랙의 요오드 비표면적과 DBP 흡유량은 각각 JIS K6221에 규정된 방법에 준하여 측정한 값이다.

표1에서 비교실시예 1은 주요성분 고무로서 NR을 단독으로 사용하며, 본 발명에서 규정하는 주요성분 고무와 BR의 혼합비(NR : BR)가 80:20인 고무 조성물이다. 하기에 당해 비교실시예 1의 상기한 물성 및 성능의 측정 결과를 기준으로 하여 기타 비교실시예 및 실시예의 결과에 대해서 각각 설명한다.

비교실시예 2는 카본 블랙의 배합량이 본 발명에서 규정 하는 양의 범위 외인 55중량부 미만인 예이다. 카본 블랙의 배합량이 적어지면 동적 영률이 저하되며 내마모성이 향상되지 않는다.

또한, 비교실시예 3은 본 발명에서 규정하는 요오그 흡착량과 DBP 흡유량을 모두 만족시키지 않는 카본 블랙 N330을 배합한 예이며 이 경우에는 내마모성과 내크랙성장성 양쪽 모두가 저하된다.

비교실시예 4는 메타크레졸 수지가 배합되지 않은 예이며 이 경우에는 동적 영률이 저하하며 빙상 스키드 저항이 악화된다.

비교실시예 5는 주요성분 고무와 BR의 혼합비(주요성부 고무 : BR)가 60:40이나, 주요성분 고무 중의 NR의 50중량%인 양에 상당하는 30중량부의 NR을 SBR로 치환하여 배합한 예이다.

이러한 경우, 내마모성과 빙상 스키드 저항 모두가 저하한다.

이에 대하여 실시예 1은 본 발명에서 규정한 배합성분과 배합량 모두를 만족시키는 예이며 비교실시예 1에 비하여 빙상 스키드 저항, 내마모성 및 내크랙성장성 모두를 향상시킨다.

또한 실시예 2에 기재한 바와 같이 실시예 1의 BR과 종류(시스 1,4-함유량)가 상이한 BR을 배합하여도 실시예 1과 실질적으로 동일하게 상기한 각 성능이 개량되는 것으로 판단된다.

실시예 3은 본 발명에서 규정하는 카본 블랙의 양을 70중량부로 증가시키는 동시에 오일의 양을 증가시킨 예이다.

카본 블랙을 증량시켜도 내마모성, 빙상 스키드 저항, 내크랙성장성은 향상되는 것으로 판단된다.

실시예 4는 본 발명에서 규정하는 메타크레졸 수지의 배합량을 2중량부로 감소시킨 예이다. 메타크레졸 수지가 적어지고 비교실시예 1과 비교하여 동적 영률이 약간 저하 하지만 내마모성은 향상되며 고수준의 빙상 스키드 저항, 내크랙성장성을 보유한다. 또한, 메타크레졸 수지의 배합량을 적게하면 실시예 7에 기재한 바와 같이 실시예 4와 비교하여 빙상 스키드 저항, 내크랙성장성이 약간 저하하며 내마모성은 향상되지만 비교실시예 1과 비교하면 각 성능 모두가 개량된다.

한편, 실시예 5는 본 발명에서 규정하는 메타크레졸 수지의 배합량을 5중량부로 증량시킨 예이다. 이러한 경우, 동적 영률이 현저히 증가하는 것에 비해 내마모성의 향상은 작지만 내크랙성장성은 현저하게 향상된다. 또한 메타크레졸 수지의 배합량을 많게 하여 8중량부로 하면 실시예 8에 기재한 바와 같이 비교실시예 1에 비해 빙상 스키드 저항과 내크랙성장성이 개량된다.

실시예 6은 주요성분 고무와 BR의 혼합비(주요성분 고무 : BR)가 60:40이며 주요성문 고무 중의 NR 양의 20중량%에 상당하는 10중량부의 NR을 SBR로 치환하여 배합한 예이다.

이 경우도 빙상 스키드 저항, 내크랙성장성 및 내마모성이 균형있게 향상된다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 원료 고무로서 천연 고무를 주성분으로 하는 주요성분 고무와 폴리부타디엔 고무를 배합하여 빙상 스키드 저항으로 대표되어지는 빙설로 성능을 향상시키는 경우, 여기에 특정한 요오드 흡착량과 DBP 흡유량을 갖는 카본 블랙을 배합함으로써 동적 영률을 향상시켜 내마모성을 향상시키고 또한 특정량의 메타크레졸 수지를 배합함으로써 상기한 원료 고무의 빙설로 성능과 카본 블랙의 내마모성 향상 효과를 균형있게 하면서 내크랙성장성, 즉 내구성을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 80중량% 이상의 천연 고무를 함유하는 주요성분 고무와 폴리부타디엔 고무로 이루어지고 주요성분 고무 : 폴리부타디엔 고무의 혼합비가 중량비로 50:50 내지 75:25인 원료 고무 100중량부당 요오드 흡착량이 90 내지 200mg/g이며 디부틸 프탈레이트 흡유량이 100 내지 140ml/100g인 카본 블랙 55 내지 90중량부와 메타크레졸 수지 1 내지 10중량부를 함유하고 0℃에서의 동적 영률이 8 내지 12MPa(메가파스칼)인 빙설로(氷雪路)용 타이어 트레드용 고무 조성물.