KR100452411B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통상의 원료고무에 첨가제를 배합하여 얻어지는 타이어 트레드용 고무조성물에 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자와 나노클레이를 더 첨가하여 얻어진 고무조성물에 관한 것으로서, 이는 빙상제동성과 내마모성을 동시에 향상시킬 수 있다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Tire tread rubber composition}

본 발명은 빙상제동성을 유지하면서 내마모성을 향상시킨 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자와 나노클레이를 더 첨가하여 빙상제동성과 내마모성을 향상시킨 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.

타이어의 빙상제동성을 향상시키기 위한 종래의 방법으로는 트레드 표면에 스파이크(spike)를 부착시키는 방법이 사용되어 왔으나, 최근 환경에 대한 관심이 높아지면서 스파이크가 노면을 손상시킴으로써 발생되는 분진 문제로 인하여 그 사용이 규제되고 있다.

따라서 빙상제동성을 향상시키기 위하여 고무조성물의 배합제를 변경시키는 방법이 사용되고 있으나, 배합제 변경만으로 빙상제동성을 향상시키는 것은 한계가 있다.

또한, 빙상제동성을 향상시키기 위하여 최근에는 고무표면에 미세한 요철을 형성시킴으로써 얼음 표면에 존재하는 미세한 수막을 제거하는 방법이 통상적으로 사용되고 있다.

이 중에서 고무표면에 미세한 기포를 형성시키는 방법(대한민국 특허공개 1999-80303호, 일본 공개특허 2002-36816호 및 2001-287508호)은 빙상제동성을 크게 향상시킬 수는 있었으나, 타이어의 블록 강성이 떨어지기 때문에 일반 노면에서의 주행안정성이 저하되며, 주행시에 발생되는 칩컷(chip-cut)에 의한 마모에 크게 불리한 단점을 가지고 있다.

한편, 내마모성이 떨어지는 문제를 해결하기 위한 종래의 방법으로 통상적으로 트레드 고무조성물에 사용하는 보강제(카본블랙, 실리카 등)의 함량을 증가시키는 방법, 가교제의 함량을 증가시키는 방법 등을 사용하고 있다. 이러한 방법을 사용하면 내마모성을 향상시킬 수는 있으나, 고무의 경도가 상승하여 유연성이 떨어지기 때문에 노면과의 접지면적이 줄어들게 되어 빙상제동성이 크게 저하되는 단점이 있다.

또한, 고경도 물질을 배합하여 고무 표면에 미세한 요철을 형성시키는 방법으로는 일본국 특허공개 소 60-258235(세라믹 미세 분말), 평2-274740호(단섬유),평2-170840(금속) 등이 있으나, 고무의 경도가 상승하여 유연성이 떨어지기 때문에 노면과의 접지면적이 떨어지게 되어 빙상제동성이 오히려 저하되는 단점을 가지고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 유발시키지 않고 타이어 트레드용 고무 조성물의 빙상제동성 및 내마모성을 향상시키기 위한 연구를 수행하던 중 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자와 나노클레이를 첨가한 결과, 고무의 가류시에 가해지는 열에 의하여 열기화성 액체 또는 고체가 기화됨으로써 팽창된 열가소성 수지 입자가 고무표면에 미세한 요철을 형성시킴으로써 얼음 표면에 존재하는 미세한 수막을 제거하게 되어 우수한 빙상제동성을 가짐과 아울러 나노클레이가 고무조성물에 분산되어 고무의 경도를 상승시키기 않고 칩컷(chip-cut)에 의한 마모를 방지함으로써 내마모성을 향상시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 스노우 타이어 트레드용 고무조성물의 요구물성인 빙상제동성을 향상시킴과 아울러 종래의 방법에서 가장 문제가 되고 있는 내마모성을 크게 향상시킨 타이어 트레드용 고무조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 열팽창후의 입자경이 10∼100㎛인 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지입자 1∼10중량부와 나노클레이 1∼25중량부를첨가하여 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.

도 1은 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자의 열팽창 전후의 모식도이고,

도 2는 유기화제 처리된 나노클레이의 층상구조를 나타낸 모식도이며,

도 3은 나노클레이가 고무와 혼합되며 분산되는 과정을 나타낸 모식도이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

통상적으로 빙상에는 입자크기가 10㎛ 정도의 미세한 수막이 형성되어 타이어 구동 및 제동시 타이어와 노면과의 접촉을 방해함으로써 수막 위에서 미끄러지는 현상을 유발시키며, 이러한 현상으로 인하여 사고가 발생하게 된다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 열경화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자를 사용한다.

본 발명에서 사용한 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자는 도 1에 나타낸 바와 같이 구형의 구조를 형성하고 있는 것으로, 고무에 혼합된 후 가류시에 열을 가하게 되면 입자 내부에 혼입되어 있는 열기화성 액체 또는 고체가 기화되어 기체를 발생시켜 열가소성 수지 입자가 팽창하게 됨으로써 고무 내부에 기포를 형성하게 된다. 형성된 기포는 타이어 트레드가 마모되면서 표면에 미세한 요철을 형성시킴으로써 주행시 빙상의 수막을 제거하여 노면과의 접지면적을 높힘으로써 빙상제동성을 향상시키게 된다.

이러한 역할을 하는 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지입자는 열팽창후의 입자경이 10∼100㎛, 바람직하게는 30∼70㎛인 것이 좋다. 만일, 발포후 입자경이 10㎛ 미만이면 빙상제동성의 향상을 기대할 수 없고, 100㎛ 초과면 내마모성이 급격히 떨어진다.

본 발명에서 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자는 기화온도 및 열팽창후의 입자 크기에 따라 다양한 종류를 사용할 수 있으며, 본 발명 실시예에서는 스웨덴 Expancel사의 Expancel 092-DU40, Expancel 092-DU80 등을 사용하였다. 그러나, 본 발명의 효과를 갖는 것이라면 어떠한 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자라도 좋다.

이와같은 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자는 원료고무 100중량부에 대하여 1∼10중량부, 바람직하게는 3∼7중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 만일, 그 첨가량이 원료고무 100중량부에 대하여 1중량부 미만이면 빙상제동성의 향상을 기대할 수 없고, 10중량부 초과면 내마모성이 급격히 떨어진다.

그러나, 상기한 바와 같은 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자만을 단독으로 사용하는 경우 빙상제동성은 향상되지만 타이어 트레드 표면에 미세한 요철이 존재하며, 또한 트레드 내부에 기체를 포함한 열가소성 수지 입자가 존재하기 때문에 고무의 경도가 떨어지고, 칩-컷(chip-cut)에 의한 마모가 크게 저하되는 단점을 유발시킨다.

따라서, 빙상제동성을 유지하면서 내마모성을 향상시키기 위한 방법이 필요하다. 내마모성을 향상시키기 위한 종래의 방법으로는 카본블랙이나 실리카와 같은 보강제의 배합량을 높임으로써 고무의 경도를 올리는 방법이 주로 사용되고 있으나, 고무의 경도가 높아지면 고무의 유연성이 떨어지게 되어 빙상제동성이 저하되는 단점을 가지게 된다.

따라서, 본 발명에서는 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자와 함게 나노클레이를 사용하여 빙상제동성을 유지하면서 내마모성이 저하되는 문제점을 해결하고자 한다.

나노클레이(nanoclay)는 도 2에 나타낸 바와 같은 구조를 기본으로 하며, 기존의 클레이를 판상구조로 잘게 쪼갠 뒤 유기화제로 표면처리하여 입자간 결합력을 떨어뜨리고 판상간의 거리를 증가시킨 것이다. 이를 고무와 혼합하면 도 3과 같이 혼합시에 고무상이 깨져서 분산이 용이하도록 할 수 있다.

본 발명에서 나노클레이로는 판상의 표면에 존재하는 유기화제의 종류에 따라 다양한 종류의 나노클레이를 사용할 수 있다. 본 발명의 나노클레이에 사용되는 유기화제의 종류로는 메틸아민 하이드로클로라이드, 프로필 아민, 부틸 아민, 옥틸아민, 데실 아민, 도데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, 6-아미노 헥사노익산, 12-아미노 도데카노익산, 테트라메틸 암모늄 클로라이드, N-메틸 옥타데실 아민, 옥타데실 트리메틸 암모늄 브로마이드, 도데실 트리메틸 암모늄 브로마이드, 디옥타데실 디메틸 암모늄 브로마이드, 비스(2-하이드록시에틸)메틸 옥타데실 암모늄 클로라이드, 1-헥사메틸렌 디아민, 1,12-도데칸 디아민 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 효과를 갖는 것이라면 어떠한 유기화제를 사용한 나노클레이라도 좋다.

고무상에 분산된 나노클레이는 도 3에서와 같이 높은 축비(aspect ratio)와 나노크기, 분리된 클레이층의 유기화제 사슬과 고무 사슬간의 결합으로 높은 보강효과를 나타냄으로써 주행시에 발생되는 칩-컷을 방지하는 효과를 나타낸다.

이와같은 역할을 하는 나노클레이는 원료고무 100중량부에 대하여 1∼25중량부, 바람직하게는 5∼20중량부 되도록 사용하는 것이 좋다. 만일, 그 첨가량이 1중량부 미만이면 내마모성의 향상을 기대할 수 없고, 25중량부 초과면 가공성이 떨어지고, 신장율도 저하되는 단점을 갖게 된다.

본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물은 이와같은 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자와 나노클레이와 함께 통상적으로 타이어의 트레드용 고무조성물에 사용되는 원료고무, 배합제를 첨가할 수 있는 바, 원료고무로는 천연고무, 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무 등을 사용할 수 있다. 배합제로는 산화아연, 스테아린산, 카본블랙, 실리카, 실리카 커플링제, 아로마틱 오일, 레진, 가공조제, 유황부, 촉진제 등을 첨가할 수 있다.

구체적으로는, 원료고무로는 천연고무 단독 또는 천연고무 60∼90중량부와 부타디엔 고무 10∼40중량부를 혼용하여 사용하거나 스티렌-부타디엔 고무 단독 또는 스티렌-부타디엔 고무 60∼90중량부와 부타디엔 고무 10∼40중량부를 혼용하여 사용할 수 있고, 이들 원료고무 100중량부에 대하여 보강제로서 카본블랙 30∼100중량부 또는 실리카 30∼100중량부와 실리카 커플링제 1∼15중량부 또는 카본블랙 10∼80중량부와 실리카 10∼80중량부와 실리카 커플링제 1∼12중량부를 혼용하여 첨가할 수 있고, 이와 함께 산화아연 1∼5중량부, 스테아린산 1∼5중량부, 아로마틱 오일 10∼50중량부, 노화방지제 1∼5중량부, 왁스 1∼5중량부, 유황 1∼5중량부, N-t-부틸-2-벤조티아졸 설펜아미드 0.5∼4중량부를 첨가할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼7 및 비교예 1∼5

가류전 고무시트는 다음 표 1에 기재된 배합비율로 고무와 첨가제를 통상적인 혼합방법에 의해 혼합하였으며, 혼합된 고무를 160℃에서 20분 동안 가류하여 측정시편을 준비하였다. 이와같이 준비된 고무조성물의 물성결과를 다음 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 고무조성물로 만들어진 실시예 1 내지 7의 가류시편은 매우 우수한 내마모성과 빙상제동성을 가지는 반면, 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자와 나노클레이를 사용하지 않은 비교예 1의 경우는 빙상 제동성이 크게 떨어진다. 그리고, 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자만을 혼입한 비교예 2는 비교예 1에 비하여 빙상제동성은 향상되지만 내마모성이 크게 저하됨을 알 수 있다. 또한, 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자의 직경이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예 3과 그 함량이 본 발명의 범위보다 많은 비교예 4의 경우는 빙상제동성은 향상되지만 가류시편의 경도가 크게 떨어지게 되어 내마모성이 크게 감소한다.

또한, 나노클레이의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예 5의 경우는 빙상제동성은 향상되지만 신장율이 크게 저하되어 내마모성이 크게 감소함을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 열팽창후에 일정 직경의 입자크기를 갖는 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자의 일정 함량과 나노클레이의 일정 함량을 포함하는 고무조성물을 사용한 경우 빙상제동성능과 내마모성능을 크게 향상시킬 수 있게 되었다.

Claims (1)

1. 통상의 원료고무 및 첨가제를 배합하여 이루어진 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,

   열팽창후의 입자경이 10∼100㎛인 열기화성 액체 또는 고체를 혼입한 열가소성 수지 입자를 원료고무 100중량부에 대하여 1∼10중량부 되도록 더 포함하며, 원료고무 100중량부에 대하여 나노클레이 1∼25중량부를 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.