KR100258511B1 - 점착성이 우수한 타이어 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고무 배합물에 점착 부여제로서 에폭시 변성-알킬 페놀 수지를 첨가하므로써 고무 배합물의 방치기간이 경과해도 점착력을 적절하게 유지 할 수 있고 변성제인 에폭시 수지의 함량에 따라 점착 부여제의 분자량 및 분자량 분포도의 조정이 가능하여 고무중에서 점착 부여제의 표면으로의 이동속도를 조절할 수 있는 타이어 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

점착성이 우수한 타이어 고무 조성물
본 발명은 에폭시 변성-알킬 페놀 수지계 점착 부여제를 사용하여 고무 배합물의 점착성을 개선시킨 타이어 고무 조성물에 관한 것이다.
타이어는 트레드와 벨트, 벨트와 벨트, 카카스와 인너 및 카카스와 싸이드월 등 서로 구성 성분이 다른 고무 배합물끼리 접합이라는 과정을 거쳐 성형되어 구성이 되므로, 이종 고무 배합물간의 접합시 성형 성능을 고려하여야 한다.
타이어 성형시 작업성을 증대하기 위하여 첨가되는 일반적인 수지의 종류는 이종 고무간의 고무 물성에 영향을 미치지 않으면서 점착력을 유지해 주는 역할만을 하는 점착 부여제, 고무와의 결합에 의한 물성을 향상시키는 보강성 수지로 크게 대별될 수 있다.
고무에 점착성을 부여하기 위해서 다양한 점착 부여제가 사용되고 있다. 점착 부여제의 종류로 석유 수지계, 쿠마론-인덴 수지계, 페놀 수지계 등이 사용되며, 특히 점착 부여제의 분자량 및 고무와의 용해도를 고려하여 알킬 페놀 수지계가 일반적으로 사용되고 있다.
그러나 고무 배합물에 점착 부여제로서 알킬 페놀 수지만을 이용하여 고무에 점착성을 부여할 경우, 노화하기 전에는 점착성이 우수하지만 노화 기간이 길어질수록 점착력이 감소하는 문제점을 보이고 있다.
따라서 타이어의 반제품에서 완제품으로 성형되기까지 고무 배합물의 방치기간이 길어질 경우 점착력의 지속적인 유지가 필요하기 때문에, 고무의 기본 물성은 기존의 알킬 페놀 수지계 점착 부여제를 첨가한 경우와 동등 이상의 수준을 보이면서 노화후에도 적절한 점착력을 유지할 수 있는 고무 조성물의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고무 배합물의 방치기간이 경과해도 일정기간 동안 적절한 점착력을 유지할 수 있는 타이어 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기한 목적을 달성하기 위하여 예의 연구한 결과, 일반적인 점착 부여제로서 사용되는 페놀 수지계를 변성시켜 고무 배합물에 적용했을 경우 노화후에도 점착성이 크게 향상되는 것을 밝혀내어 본 발명을 완성하게 되었다. 즉, 본 발명에서는 일반적인 페놀 수지계 점착 부여제 합성시에 변성제(modifier)로서 에폭시 수지(epoxy resin)를 도입하여 반응시킨 에폭시 변성-알킬 페놀 수지를 점착 부여제로서 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
타이어 제조시 반제품에서 완제품으로 성형되기까지 일정기간동안 방치 기간을 거쳐야 하는 고무배합물에서 점착 부여제는 고무 물성에 영향을 미치지 않으면서 일정기간동안 점착성을 유지하여 성형시 그 효과를 발휘하는 특성이 있어야 한다.
일반적으로 사용되는 페놀 수지계인 파라-옥틸페놀 포름알데히드 수지(p-Octylphenol formaldehyde resin)는, 상기한 바와 같이, 노화전의 점착 유지력은 우수하지만 노화후에는 점착력이 감소하는 경향이 있다.
노화전후의 점착력에 영향을 주는 요인으로는 점착 부여제의 분자량 및 분자량 분포도, 극성 차이에 의한 고무와 점착 부여제간의 용해도 등이 있다. 에폭시 수지를 변성제로 사용한 에폭시 변성-알킬 페놀 수지계 점착 부여제는 화학 구조상 변성제가 도입되지 않은 페놀 수지계 점착 부여제와의 용해도 차이는 거의 없을 것으로 보여지지만, 에폭시 변성제의 반응 비율에 따라 페놀 수지계의 분자량 분포를 넓게 조절하여 고무에서의 이동(migration) 속도를 조절함으로써 노화후에도 점착력이 유지될 수 있도록 하여 준다. 즉, 중량 평균분자량은 유사하면서 올리고머(oligomer)와 모노머(monomer), 다이머(dimer)의 비율을 높이면 고무내에서의 분자량에 따라 이동 속도를 조절할 수 있게 된다는 원리이다.
본 발명에서 점착 부여제로서 사용되는 에폭시 변성-알킬 페놀 수지의 합성 메카니즘은 다음과 같다.
하기 그림은 일반적인 페놀 수지계 점착 부여제의 합성 메카니즘 및 점착 부여제의 구조식이다.
여기에 페놀 수지계 점착 부여제의 점착성을 향상시켜 주기 위해서 변성제로서 하기 구조식의 에폭시 수지를 도입하면, 페놀 수지계의 -OH기에 에폭시기가 결합하는 반응 메카니즘에 의해 본 발명에서 점착 부여제로서 사용되는 에폭시 변성-알킬 페놀 수지를 얻을 수 있다.
이때 사용되는 에폭시 수지는 상기식에서 n=0인 경우의 에폭시 수지(Novolak type : 열가소성 수지) 80~100%와, n≥1인 경우의 에폭시 수지(Resole type : 열경화성 수지) 0~20%의 조성비로 하여 사용한다. 에폭시 수지의 조성을 상기와 같이 한정한 이유는 n≥1인 에폭시 수지의 함량이 높아질 경우 고무배합물 중의 접착제와 반응하여 점착 부여제의 역할보다는 접착제의 특성을 보이게 되므로 레졸타입 에폭시 수지의 함량은 제한적으로 20% 이하로 사용되는 것이 바람직하기 때문이다.
상기와 같은 합성 메카니즘에서 알킬 페놀 수지계에 도입되는 에폭시 수지의 함량은 점착성의 향상을 위해 0.1~10% 범위내에서 사용하는 것이 바람직하다.
이는 본 발명에 사용된 점착 부여제에 있어서, 에폭시 수지는 변성제로서 사용된 것으로서 통상적으로 수지중에서 변성제는 10% 미만의 함량이 사용되고 있으며, 함량이 높아질 경우 변성제로서의 역할보다는 열경화성 수지로 작용할 가능성이 높아지고 또한 에폭시 수지의 함량을 높일 경우 비용이 상당하기 때문이다.
본 발명에 사용되는 에폭시 변성(epoxy modified)-알킬 페놀 수지의 종류로는 에폭시 변성-파라-메틸 페놀 포름알데히드 수지(epoxy modified p-methylphenol formaldehyde resin), 에폭시 변성-노말-부틸페놀 포름알데히드 수지(epoxy modified n-butylphenol formaldehyde resin), 에폭시 변성-파라-옥틸페놀 포름알데히드 수지(epoxy modified p-octylphenol formaldehyde resin)중에서 선택된 1종이 바람직하다.
본 발명의 고무 조성물에서 에폭시 변성-알킬 페놀 수지의 함량은 2~10phr의 범위가 바람직하다.
실시예 및 비교예
실시예와 비교예의 고무 배합물의 조성비는 다음의 표 1과 같다.
표 1. 고무 조성물의 배합표
배합약품 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
천연고무(SMR-20)합성고무카본블랙(N351)아연화스테아린산왁스노방제오일보강성 수지점착 부여제*변성 점착 부여제**접착제지연제촉진제가류제 703057522733.58-0.90.31.63.25 703057522733.58-0.90.31.63.25 703057522733.5-80.90.31.63.25 703057522733.5-80.90.31.63.25
주 ; * 파라-옥틸페놀 포름알데히드 수지
** 파라-옥틸페놀 포름알데히드 수지에 변성제로 EPIKOTE 828이라는 에폭시 수지를 반응시켜 얻은 에폭시 변성-파라-옥틸페놀 포름알데 히드 수지
상기 표 1에서 비교예 1의 경우 분자량=1540, 분자량 분포도:1.75인 페놀 수지, 비교예 2의 경우 분자량=1590, 분자량 분포도:1.50인 페놀 수지를 점착 부여제로서 사용하였다. 즉, 비교예 1과 비교예 2의 차이는 점착 부여제로서 중량 평균 분자량은 유사하지만 분자량 분포도가 다른 페놀 수지를 사용하는 것이다. 그리고 실시예 1과 실시예 2는 점착 부여제로서 각각 에폭시 수지 함량이 3%와 2%인 에폭시 변성-알킬 페놀 수지를 사용하였다.
상기 실시예 1, 2와 비교예 1, 2의 고무 조성물에 대한 점착 특성 및 물성 비교치는 다음의 표 2와 같다.
표 2
구분 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
무니 점성도@ 125℃ 점성도(1+4)T5T35DEL.T 48.418.821.412.50 46.0023.3026.312.90 46.0022.3024.412.00 47.2021.7024.112.30
레오미터@ 160℃ T2T40T90E.C최대 토르크 2.803.605.506.1038.5 3.003.906.006.6038.6 2.903.905.906.5038.3 3.003.905.806.4038.4
인장시험@160℃@25' 경도(초기)(노화)모듈러스300%(초기)(노화)인장강도(초기)(노화)파단연신율(초기)(노화) 6875111.9-184.2126.3453.0205.7 6977117.6-184.5129.5440.0197.9 6974110.3-174.1121.7438.9201.4 6975116.2-178.3128.2429.8202.9
점착력 시험 초기1일3일5일 1.940.900.930.89 2.893.602.693.31 3.204.063.604.11 4.445.004.494.80
상기 표 2의 점착도 시험에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 고무 조성물은 비교예에 비해 점착 특성이 우수한 것을 알 수 있으며, 특히 에폭시 수지가 2% 도입된 에폭시 변성-알킬 페놀 수지를 사용한 실시예 2는 초기 점착력이 비교예 1에 비해서 230% 정도 상승된 효과를 보이고 있으며, 노화전보다 노화후에도 500% 이상 상승된 효과를 계속해서 유지하는 것으로 나타났다.
이상의 실시예 및 비교예에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 타이어 고무 조성물은 초기 점착력이 우수할 뿐만 아니라 고무 배합물의 방치기간이 경과해도 점착력이 우수하게 계속 유지되는 특성을 갖는다.

Claims (3)

  1. 점착 부여제로서 알킬 페놀 수지에 에폭시 수지를 0.1~10% 도입하여 제조되는 에폭시 변성-알킬 페놀 수지를 2~10phr 함유하는 것을 특징으로 하는 타이어 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 에폭시 변성-알킬 페놀 수지는 에폭시 변성-파라-메틸 페놀 포름알데히드 수지, 에폭시 변성-노말-부틸페놀 포름알데히드 수지, 에폭시 변성-파라-옥틸페놀 포름알데히드 수지중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 타이어 고무 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 에폭시 수지는 노볼락 타입 에폭시 수지 80~100%와 레졸타입 에폭시 수지 0~20%로 조성된 것임을 특징으로 하는 타이어 고무 조성물.
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