KR100920702B1 - 여름용 타이어 트레드 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여름용 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 여름용 타이어 트레드 고무 조성물은 응결점이 44.4℃ 내지 61.4℃이며 탄소수 22 내지 28의 n-파라핀계, 고리형 파라핀계 및 방향족 함유 파라핀계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 상전이물질이 함유된 마이크로캡슐을 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부로 포함한다.

이와 같은 고무 조성물에 따르면 상전이물질을 이용하여 여름용 타이어 트레드부의 온도 상승을 적게 함으로써 내마모성을 유지하면서 주행 성능을 향상시킬 수 있다.

여름용타이어*트레드*주행*상전이물질

Description

여름용 타이어 트레드 고무 조성물{Rubber composition for summer tire tread}

본 발명은 여름용 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내마모성을 유지하면서 젖은 노면과 마른 노면에서의 주행 성능을 향상시킨 여름용 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

여름용 타이어에 있어서 경도와 주행 성능은 밀접한 관련이 있다. 보통 경도가 올라가면 주행 성능이 향상되고 경도가 낮아지면 주행 성능이 저하되는 경향이 있다. 여름용 타이어에 있어서 주행시 타이어 트레드 부의 온도가 상승하게 되고, 이는 타이어 트레드 부의 경도를 낮아지게 하여 주행 성능을 떨어지게 하는 근본적인 문제점이 있다.

종래 여름용 타이어에 있어서 주행 성능을 개선 및 향상시키기 위한 대책으로는 여름용 타이어의 고무 조성물 중의 보강제의 첨가량을 증가시키거나 스티렌 함량 또는 비닐 함량이 많아 유리전이온도가 높은 고분자 물질을 사용하였다.

그러나, 보강제의 첨가량을 증가시키는 것은 가공성에 매우 불리하게 작용할 뿐만 아니라, 성능상의 문제도 발생시킨다.

따라서, 이와 같은 방법을 사용하지 않고 주행 성능을 향상시키기 위한 노력이 진행되어 왔다.

최근에는 실리카 화합물을 트레드에 사용하여 젖은 노면에서의 주행 성능을 향상시켰다. 실리카 화합물은 젖은 노면에서 주행 성능의 개선 및 향상에 매우 유용하게 사용할 수 있으나, 내마모 성능에서는 매우 불리하게 작용한다. 뿐만 아니라 원가도 카본블랙 화합물에 비하여 매우 높은 단점을 가지고 있으며, 마른 노면에서의 주행 성능 및 조종 성능에는 뚜렷한 장점을 보이지 않았다.

또 다른 종래의 기술로서 젖은 노면과 마른 노면에 대한 제동 성능이 우수하면서 주행 성능을 개선하기 위한 기술이 대한민국 공개특허 제2002-37596호에 개시되어 있는 바, 여기서는 타이어 트레드의 구조를 쇼울더로부터 내측에 이르기까지 특정 물성을 만족하는 몇 개의 부위로 구분하여, 각 성능에 적합한 화합물 및 물성을 갖는 고무 조성물로 구성된 트레드를 제공하고 있다.

그러나, 쇼울더부와 내측으로 성질이 다른 고무를 조성한 경우에도 다양한 노면에서의 주행성을 만족시키기 어렵고, 압출 공정에서의 작업이 복잡하면서 설비의 변경이 불가피하여 원가 상승 및 생산성 저하의 문제점이 있었다.

상기의 종래 기술들은 고무 조성물의 첨가량을 변화시켜 주행 성능을 개선하려고 노력하였으나 주행시 타이어 트레드 부의 온도 상승으로 인한 경도 저하에 따른 주행 성능 저하의 근본적인 문제점을 해결할 수 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 상전이물질이 포함된 마이크로캡슐을 사용하여 고온에서 타이어 트레부의 온도 상승을 방지함으로써 내마모성을 유지함과 동시에 젖은 노면과 마른 노면에서의 주행 성능을 향상시킬 수 있는 여름용 타이어 트레드 고무 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 여름용 타이어 트레드 고무 조성물은 원료고무와 응결점이 44.4℃ 내지 61.4℃이며 탄소수 22 내지 28의 n-파라핀계, 고리형 파라핀계 및 방향족 함유 파라핀계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 상전이물질이 함유된 마이크로캡슐을 포함한다.

여기서, 상기 마이크로캡슐은 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마이크로캡슐은 하나 이상의 셀로 이루어지며 상기 셀 내부로 상전이물질이 코어를 형성할 수 있고, 상기 셀은 아크릴산 에스테르 단량체, 방향족 비닐계 단량체, 시안화 비닐계 단량체 및 말레이미드 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 단량체로 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 여름용 타이어 트레드 고무 조성물은 원료고무와 마이크로캡슐을 포함한다.

상기 원료고무는 여름용 타이어의 요구 성능인 제동성 및 주행 성능을 유지하기 위하여 주로 스티렌-부타디엔 고무를 사용하며, 내마모성 및 회전저항 성능의 보완을 위해 천연고무와 부타디엔 고무를 일부 첨가하여 사용하여도 무방하다.

이하, 본 발명에 따른 마이크로캡슐에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.

상기 마이크로캡슐은 상전이물질(Phase Change Material; 통상 ‘PCM’으로 명칭됨)은 일정한 온도 범위에서 온도의 변화없이 고상에서 액상으로 또는 액상에서 기상으로 또는 그 역으로 상(phase)이 변하면서 열에너지를 흡수 또는 방출할 수 있는 물질을 의미하고, 상 변화시 동일한 온도를 유지하면서 흡수 또는 방출하는 열을 잠열이라 한다.

즉, 상전이물질은 고체에서 액체 상태로 바뀌는 상변화 과정을 통하여 열을 흡수하여 잠열을 축적하게 되고, 역으로 상전이물질이 액체에서 고체상태로 바뀌는 응결점 이하의 온도로 내려가면 저장된 잠열을 방출하여 주변의 온도를 상승시키게 된다.

이와 같은 상전이물질의 예로는 옥타코산, 헵타코산, 헥사코산, 트리코산 등의 파라핀족 탄화수소와, 칼슘 클로라이드 헥사하이드라이드(CaCl_{2 ·}6H₂O), 리튬 나 이트라이드 트리하이드라이드(Li₃N_·3H₂O), 아연 나이트라이드 헥사하이드라이드(Zn₃N_{2 ·}6H₂O) 등의 무기수산화염을 들 수 있다.

상기 상전이물질은 순수한 단일 물질을 단독으로 사용하는 것이 가능하지만, 순수한 단일 물질을 사용할 경우 좁은 온도범위에서 상변화를 일으키게 되므로 상기 상전이물질을 두 종류 이상을 혼합하여 공융혼합물을 형성하거나 수화정도를 조절하여 넓은 온도 범위에서 높은 열량의 출입을 동반한 상변화가 가능한 상전이물질을 수득할 수 있다.

한편, 본 발명의 마이크로캡슐에 포함되는 상전이물질로는 응결점이 44.4℃ 내지 61.4℃의 범위를 갖고 탄소수가 22 내지 28인 n-파라핀계, 고리형 파라핀계 및 방향족 함유 파라핀계 화합물 등으로부터 선택될 수 있으며, 구체적으로 옥타코산, 헵타코산, 헥사코산, 트리코산 등의 n-파라핀계 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 파라핀계 화합물은 타이어용 고무 조성물에 포함되는 왁스와 유사한 물질로 주행 시 마이크로캡슐의 셀 구조가 파괴되더라도 고무 속으로 잘 분산될 수 있고, 사이클로 헵타코산, 사이클로 헥사코산 등을 그 예로 들 수 있다.

그리고, 상기 상전이물질을 마이크로캡슐화(microcapsulation)하는 셀의 제조에 사용되는 단량체는 아크릴산 에스테르 단량체, 방향족 비닐계 단량체, 시안화 비닐계 단량체 및 말레이미드 단량체 등에서 선택적으로 1종 이상이 사용될 수 있다.

아크릴산 에스테르 단량체로는 메틸메타그릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이 트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 그리시딜메타크릴레이트 등을 사용할 수 있다. 방향족 비닐계 단량체로는 스티렌, t-부틸스티렌, 메틸스티렌, 비닐톨루엔, 모노클로로스티렌, 디클로로스티렌, 디브로모스티렌, 에틸스티렌, 비닐나프탈렌,디비닐벤젠 등을 사용할 수 있다. 시안화 비닐계 단량체로는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 에타크릴로니트릴 등을 사용할 수 있으며 말레이미드 단량체로는 말레이미드,N-메틸말레이미드, N-에틸말레이미드, N-부틸말레이미드, N-헥실말레이미드, N-디클로로헥실말레이미드, N-페닐말레이미드, N-트리말레이미드 등을 사용할 수 있다.

이와 같은 상전이물질이 함유된 마이크로캡슐은 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부, 바람직하게는 5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 마이크로캡슐 1 중량부 미만 사용하는 경우 고온에서 타이어 트레부의 온도 상승 방지 효과가 없어 주행 성능의 향상을 기대할 수 없고, 25 중량부 초과하여 사용하는 경우 보강제의 보강 효과 저하로 내마모성의 유지를 기대할 수 없다.

한편, 상기 마이크로캡슐의 구조는 상전이물질이 코어(Core)를 형성하고, 코어를 둘러싸는 하나 이상의 강직한(rigid) 셀로 이루어진다.

그리고, 본 발명에 따른 여름용 타이어 트레드 고무 조성물은 배합제가 첨가될 수 있는바, 카본블랙, 실리카, 실리카 커플링제, 산화아연, 스테아린산, 오일, 노화방지제, 왁스, 레진, 유황, 가황촉진제 등과 같은 배합제가 통상적인 방법에 의해 첨가될 수 있다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미 로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 여름용 타이어 트레드 고무 조성물은 다음과 같은 효과를 제공한다.

내마모성 및 주행 성능의 향상의 효과를 동시에 달성할 수 없었던 종래 기술의 문제점을 극복하여 상전이물질이 함유된 마이크로캡슐을 사용하여 내마모성을 유지함과 동시에 주행 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 복잡한 제조공정을 단순화시킬 수 있어 제조비용 및 제조공정을 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명에 따른 여름용 타이어 트레드 고무 조성물로 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본 발명이 이와 같은 실시예에 의해 한정 되지 않음은 주지되어야 할 것이다.

실시예 1 및 비교예 1

가류 전 고무 시트는 다음 [표 1]에 기재된 배합 비율로 고무와 첨가제를 통상적인 혼합 방법에 의해 혼합하였으며, 혼합된 고무를 160℃에서 20분동안 가류하여 측정 시편을 준비하였다. 한편, 상기와 같이 준비된 고무 조성물의 물성 결과는 [표 2]에 나타내었다.

고무 시트 성분비

성분	비교예 1	비교예 2	실시예 1
스티렌-부타디엔 고무1 )	100	100	100
카본블랙2 )	72	72	72
n-옥타코산	-	10
마이크로캡슐화된 n-옥타코산3 )	-	-	10
산화아연	2.5	2.5	2.5
스테아린산	2	2	2
아로마틱 오일	42	42	42
노화방지제	3.5	3.5	3.5
왁스	1	1	1
유황	2	2	2
가류촉진제	1	1	1

주)

1) 유리전이온도 -50℃, 스티렌 함량 24%, 비닐 함량 16%

2) 질소흡착 비표면적이 95 ㎡/g 이상이고 DBP(DiButyl Phthalate) 흡유량이 90~130 mL/100g이다.

3) 응결점 61.4℃ 인 n-옥타코산이 상전이물질로 코어를 형성하고 메틸메타크릴레이트 단량체가 중합되어 셀을 형성한 미국 Outlast Technogies 사의 Thermocules^TM이다.

고무 조성물 물성 결과

성분	비교예 1	비교예 2	실시예1
트레드부 온도(80℃)	79℃	78℃	68℃
경도(25℃ / 80℃)	63 / 54	63 / 53	63 / 58
300% 모듈러스	101	101	100
파단시 신장율(%)	539	540	545
인장강도(kg/㎠)	214	213	212
람본 마모 지수	100	100	101
60℃ G'(MPa)	51.4	51.2	55.2

상기 〔표 2〕의 결과로부터 실시예 1에 의한 고무 조성물의 람본 마모 지수가 비교예 1,2에 비하여 동등 이상으로 유지되면서 트레드부 온도가 낮은 것을 알 수 있으며, 경도와 60℃ Ｇ´값은 높은 것을 알 수 있는바 결과적으로 내마모성은 유지 하면서 주행 성능은 향상되었음을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 같이 상전이 물질을 포함한 비교예 2의 경우는 상전이 물질이 마이크로캡슐화 되어있지 않아 고무 조성물 내에 분산됨에 따라 온도 변화에 따른 상전이 물질로써의 기능을 나타내지 못하여 비교예 1과 동등 수준의 물성 결과를 얻었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 일정 온도 이상에서 자동으로 열을 흡수하고 일정 온도 이하로 떨어지면 자동으로 열을 방출시키는 기능을 갖는 상전이물질이 코어를 형성하고, 상전이물질을 감싸는 하나 이상의 강직한 셀의 구조를 갖는 마이크로캡슐이 함유된 여름용 타이어 트레드 고무 조성물을 사용할 경우 트레드부의 온도 상승을 적게 함으로써 내마모성을 유지하면서 주행 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 원료고무 100 중량부에 대하여 응결점이 44.4℃ 내지 61.4℃이며 탄소수 22 내지 28의 n-파라핀계, 고리형 파라핀계 및 방향족 함유 파라핀계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 상전이물질이 함유된 마이크로캡슐을 1 내지 25 중량부로 포함하며,

   상기 상전이물질은 옥타코산, 헵타코산, 헥사코산, 트리코산, 사이클로 헵타코산 및 사이클로 헥사코산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 여름용 타이어 트레드 고무 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로캡슐은 하나 이상의 셀로 이루어지며 상기 셀 내부로 상전이물질이 코어를 형성하는 것을 특징으로 하는 여름용 타이어 트레드 고무 조성물.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 셀은 아크릴산 에스테르 단량체, 방향족 비닐계 단량체, 시안화 비닐계 단량체 및 말레이미드 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 단량체로 제조되는 것을 특징으로 하는 여름용 타이어 트레드 고무 조성물.