KR100705784B1

KR100705784B1 - 탄소나노튜브를 함유하는 타이어용 에이팩스 고무조성물

Info

Publication number: KR100705784B1
Application number: KR1020050103546A
Authority: KR
Inventors: 허몽영
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-04-10

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브를 함유하는 타이어용 에이팩스 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 종래 타이어용 에이팩스 고무조성물에 있어서, 탄소나노튜브를 포함하도록 하여 기계적물성과 내열성을 향상시킬 수 있는 탄소나노튜브를 함유하는 타이어용 에이팩스 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 타이어용 에이팩스 고무조성물에 있어서 탄소나노튜브를 포함하도록 하여 기계적물성과 내열성을 향상시킬 수 있는 탄소나노튜브를 함유하는 타이어용 에이팩스 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

한편, 본 발명은 상기의 탄소나노튜브를 함유하는 타이어용 에이팩스 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.

본 발명은 종래 에이펙스 고무조성물에 탄소나노튜브를 포함하도록 하여 기계적물성과 내열성을 향상시켜 외부의 충격이나 열로부터 더욱더 강한 에이펙스 고무조성물을 제공할 수 있다.

Description

탄소나노튜브를 함유하는 타이어용 에이팩스 고무조성물{Tire apex composition filed carbon nanotube}

본 발명에서 필수 구성성분으로 함유하는 탄소나노튜브는 1991년 일본전기회사(NEC) 부설 연구소의 이지마 박사가 전기방전시 흑연 음극상에 형성된 탄소덩어리를 투과전자현미경으로 분석하는 과정에서 발견된 것으로 형태는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있다. 관의 지름이 수∼수십 나노미터에 불과하여 탄소나노튜브라고 일컬어지게 되었다.

탄소나노튜브는 전기적, 기계적, 열적 성질이 매우 우수하여 전계방출소자, 에너지 저장, 복합재료 등 다양한 산업에서 응용이 가능한 것으로 제시되고 있다.

탄소나노튜브의 합성방법은 여러 가지가 있는데 전기방전법, 레이저 증착법, 화학기상증착법, 열분해법, 플라즈마화학기상증착법 등이 있다.

에이펙스 고무(apex rubber)는 타이어의 비드부를 감싸는 고무로 비드의 보호와 외부로부터의 충격을 완화하기 위하여 고강도, 내열성, 노화물성이 우수하게 설계되어진다. 최근 고성능 타이어의 소비자들의 수요가 증가함에 따라 고성능 타이어의 제조 역시 점차적으로 증가하고 있다.

이로 인해 타이어의 에이펙스 고무조성물 또한 개선된 성능을 갖도록 하기 위해 다양한 연구를 수행하고 있다.

이러한 요구들을 충족시키기 위하여 충진제로 사용하는 카본블랙을 입자경이 작고 표면적이 큰 것으로 사용한다던지, 충진제의 함량을 증가시키거나 공정오일의 함량을 감소시키는 방법이 있다. 그리고 충진제 이외에 보강성 수지를 더 사용하기도 한다.

그러나 위와 같은 방법을 사용하면 카본블랙의 분산성이 저하되거나 고무의 점도가 높아져 공정성이 나빠지는 문제가 발생한다.

상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 안출된 본 발명은 타이어용 에이팩스 고무조성물에 있어서 탄소나노튜브를 포함하도록 하여 기계적물성과 내열성을 향상시킬 수 있는 탄소나노튜브를 함유하는 타이어용 에이팩스 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

한편, 본 발명은 상기의 탄소나노튜브를 함유하는 타이어용 에이팩스 고무조 성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.

상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 타이어 에이펙스 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 0.1∼50중량부 포함함을 특징으로 하는 타이어 에이펙스 고무조성물을 나타낸다.

본 발명에서 원료고무는 종래 타이어 에이펙스 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

본 발명에서 원료고무로서 본 발명에서는 천연고무, 합성고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 원료고무로 사용할 수 있다.

본 발명에서 원료고무의 일예로서 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 또한 두 종류의 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 그리고 두 종류 이상의 합성고무가 서로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명은 내마모성과 회전저항 특성을 향상시키기 위해 원료고무 100중량부에 대하여 탄소나노튜브 0.1∼50중량부 포함할 수 있다.

본 발명에서 탄소나노튜브를 원료고무 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만 사용하면 본 발명에서 탄소나노튜브를 사용하는 의미가 없으며, 50중량부 초과하여 사용하는 경우 만족할만한 물성치를 얻기 힘들고 경제적인 면에서도 불리한 단점이 있다.

따라서 본 발명의 타이어 에이펙스 고무조성물에서 탄소나노튜브는 원료고무 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 포함하는 것이 좋다.

본 발명에서 탄소나노튜브는 길이가 수nm∼수백nm이고, 지름이 1∼50nm인 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.

본 발명에서 탄소나노튜브는 단일벽(Single-walled) 탄소나노튜브, 이중벽(Double-walled) 탄소나노튜브, 다중벽(Multi-walled) 탄소나노튜브, 다발형(rope) 탄소나노튜브 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명에서 탄소나노튜브는 초음파로 탄소나노튜브의 표면을 처리한 것을 사용할 수 있다.

한편 본 발명의 타이어 에이펙스 고무조성물은 내열성을 향상시키기 위해 원료고무 100중량부에 대하여 목분 1∼10중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.

상기에서 목분은 입자크기가 0.1∼1mm인 것을 사용할 수 있다.

상기에서 목분은 목재로부터 얻으며 입자크기가 0.1∼1mm인 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 일예로 폐목재로부터 입자크기가 0.1∼1mm이 되도록 분 쇄한 목분을 사용하거나 또는 침엽수 또는 활엽수로부터 얻을 수 있는 목재를 입자크기가 0.1∼1mm이 되도록 분쇄한 목분을 사용할 수 있다.

상기에서 폐목재는 건축물, 폐가구와 같은 폐자원으로부터 얻을 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 탄소나노튜브 이외에 종래 타이어 에이펙스 고무조성물에 사용되는 보강충전제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 에이펙스 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

한편 본 발명은 상기의 타이어 에이펙스 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.

이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

표 1의 조성성분을 이용하여 고무시편을 제조하였다.

스티렌 부타디엔 고무 80중량부와 천연고무 20중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙(N330) 50중량부, 산화아연(ZnO) 7중량부, 스테아린산(Stearic acid) 6중량부, 노화방지제(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline) 2중량부, 공정오일 5중량부, 점착제인 POP 수지(P-Octyl Phenol) 10중량부, 탄소나노튜브 5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 120℃에서 20분간 혼합하였다.

그런 다음 가류제인 유황 3.75중량부, 가류촉진제(N-t-butylbenzothiazole sulfenamide, NS) 1.5중량부, 가류지연제(PVI) 0.4중량부를 첨가하여 160℃에서 30분간 가류하여 고무시편을 제조하였다.

상기에서 탄소나노튜브는 길이가 200nm이고, 지름이 10nm인 단일벽 탄소나노튜브를 사용하였다.

<실시예 2>

탄소나노튜브 10중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성, 방법으로 고무시편을 제조하였다.

<실시예 3>

카본블랙 30중량부, 탄소나노튜브 30중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성, 방법으로 고무시편을 제조하였다.

<비교예>

보강성 수지로서 페놀포름알데히드 수지를 5중량부 사용하고 탄소나노튜브를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성, 방법으로 고무시편을 제조하였다.

표 1. 비교예 및 실시예 고무의 조성성분(단위 : 중량부)

항목	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예
원료고무	100	100	100	100
카본블랙	60	60	30	60
보강성수지	-	-	-	5
산화아연	7	7	7	7
스테아린산	6	6	6	6
노화방지제	2	2	2	5
공정오일	5	5	5	2
점착제	10	10	10	10
탄소나노튜브	5	10	30	-
유황	3.75	3.75	3.75	3.75
가류촉진제	1.5	1.5	1.5	1.5
가류지연제	0.4	0.4	0.4	0.4

<시험예>

상기 비교예 및 실시예 고무시편에 대한 물성을 ASTM 관련 규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.

표 2. 비교예 및 실시예 고무의 물성

항목	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예
경도	92	101	96	89
300％모듈러스(kg/cm²)	153	176	170	143
인장강도(kg/cm²)	195	201	205	181
신장율(％)	423	392	418	396
발열성능(℃)	35.5	38.2	32.7	41.2
피로특성(횟수)	28800	27610	29850	26230

상기 시험예 2에서와 같이 탄소나노튜브를 적용한 본 발명의 실시예 고무시 편은 경도, 300％모듈러스, 인장강도, 신장율과 같은 물성에 있어서 탄소나노튜브를 적용하지 않은 고무시편에 비해 우수함을 알 수 있다.

특히 발열특성과 피로특성이 우수하여 내열성, 내구성이 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

타이어 에이펙스 고무조성물에 있어서,

원료고무 100중량부에 대하여 탄소나노튜브 0.1∼50중량부, 목분 1∼10중량부 포함함을 특징으로 하는 타이어 에이펙스 고무조성물.
제1항에 있어서, 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 다발형 탄소나노튜브 중에서 선택된 어느 하나 이상 임을 특징으로 하는 타이어 에이펙스 고무조성물.
특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 에이펙스로 포함하는 타이어.