KR100705793B1 - 개질된 나노층상 실리케이트를 함유하는 타이어 사이드월고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이어 사이드월 고무조성물에 있어서, 보강제로 제4급 암모늄염, 바람직하게는 비닐벤질트리메틸암모늄클로라이드로 개질된 나노층상 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 사이드월 고무조성물을 제공한다. 본 발명에 의한 타이어용 고무조성물은 인장물성, 발열특성 및 내오존성이 우수하다.
나노층상 실리케이트, 4급 암모늄이온염

Description

개질된 나노층상 실리케이트를 함유하는 타이어 사이드월 고무조성물{Rubber Compound for Tire Comprising Modified Nano Silicate}
본 발명은 타이어 사이드월 고무조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개질된 나노층상 실리케이트를 이용하여 인장물성, 발열특성 및 내오존성이 향상된 타이어 사이드월 고무조성물에 관한 것이다.
최근 일반 범용성 고분자의 낮은 기계적 물성을 개선하기 위한 방법의 일환으로 폴리머 나노복합체 개념이 도입되고 있다. 나노 층상 실리케이트는 물에 의해 팽윤 및 층간 박리가 가능한 천연 혹은 인공적으로 제조된 층간 구조의 점토광물로서 몬모리올나이트(Montmorillonite), 헤테로나이트(Hetorite), 마이카(Mica) 등이 알려져 있다. 일반적으로 고분자 나노 복합체의 제조방법은 두가지로서, 하나는 중합법이고 또 다른 하나는 혼련법(Compounding)법이 있다. 기본원리는 이온 반응을 이용하며, 음하전(-)을 띤 층으로 구성된 실리케이트에 양하전(+) 물질을 삽입하는 방법으로 나노 층상 실리케이트 층간의 거리를 7∼12Å에서 20Å이상으로 확대한다. 중합법의 경우 수용성 용매에서 단량체를 나노 클레이 층간에 삽입한 후 중합 반응에 의해 사슬을 연장하지만 적용 가능한 고분자가 제한되고, 고함량의 나노 복합체를 제조하기 곤란한 단점이 있다. 이에 반하여 혼련법의 경우 고분자와 친화성을 가지는 층상 실리케이트를 용융시킨 후 강력한 전단력으로 층간에 고분자를 다량으로 삽입시키는 방법으로서 적용 가능한 고분자의 종류에 제한이 없고, 고함량의 나노복합체를 제조할 수 있는 장점이 있으나, 나노 층상 실리케이트의 분산성이 떨어져 물성 개선에는 많은 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 인장물성, 발열특성 및 내오존성이 향상된 타이어 사이드월 고무조성물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 타이어 사이드월 고무조성물에 있어서, 보강제로 제4급 암모늄염으로 개질된 나노층상 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 사이드월 고무조성물을 제공한다.
본 발명에 의하면, 바람직하게는 상기 제4급 암모늄염은 비닐벤질트리메틸암모늄클로라이드이다.
본 발명에 의하면, 바람직하게는 상기 나노층상 실리케이트는 제4급 양이온교환능력이 90∼125meq/100g, 비중이 1.60∼2.0g/cc, 축비가 50∼1500이다.
이하, 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 보강제로 나노 층상 실리케이트를 함유하는 타이어 사이드월 고무조성물을 제공한다.
본 발명에 사용되는 원료고무로는 종래 사이드월 원료고무로 사용되어 왔던 어떠한 고무도 사용되어질 수 있다. 보다 구체적으로는 나노클레이와 통상적으로 배합되는 천연고무, 스타이렌-부타디엔고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스타이렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스타이렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무, 부틸고무, 클로로부틸고무, 브로모부틸고무 등의 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 이들의 1종 이상의 혼합고무가 이용되어질 수 있다. 이때 2종의 혼합고무를 사용한 경우 혼합고무는 천연고무와 합성고무, 또는 2종의 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합되어질 수 있다.
본 발명에 의한 사이드월 고무조성물은 보강제로 개질된 나노층상 실리케이트를 사용한다. 개질에 사용되는 물질로는 제4급 암모늄염으로서, 바람직하게는 비닐벤질트리메틸암모늄클로라이드을 들 수 있다. 개질된 나노층상 실리케이트는 실리케이트 층간 수화된 Na+를 상기 제4급 암모늄 이온과 양이온 교환반응에 의해 제조되어질 수 있으며, 이때 사용되어지는 나노층상 실리케이트는 바람직하게는 제4급 양이온교환능력이 90∼125meq/100g, 비중이 1.60∼2.0g/cc, 축비가 50∼1500인 것이 사용될 수 있다.
상기 본 발명에 의한 개질된 나노 층상 실리케이트는 바람직하게는 0.1∼30phr, 바람직하게는 1∼10phr로 첨가되어져, 고무물성을 향상시켜 우수한 내굴신피로도, 치수안정성, 열안정성 및 내오존성이 우수한 사이드월 고무조성물을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 고무조성물은 또한 타이어의 사이드월 고무조성물의 배합시 첨가되어질 수 있는 공지의 첨가제가 혼입되어질 수 있음은 물론이다. 이들은, 충진제인 카본블랙, 실리카 등과, 분산제, 결합제, 공정유, 가류활성제, 연화제, 노화방지제, 가황제 및 가황촉진제 들로서 이들은 타이어 특성에 따라 필요에 따라 취사선택되어질 수 있다.
이하, 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.
<비교예 1>
천연고무 40중량%, 스타이렌-부타디엔 고무 35중량% 및 부타디엔 고무 25중량%로 구성된 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 50중량부, 공정오일 7.0중량부, 기타 사이드월 고무조성물에 통상적으로 첨가되는 약품 20중량부를 표 1과 같 이 배합하고, 160℃ 온도에서 25분 가류하여 사이드월용 고무시편을 제조하였다.
<비교예 2>
비교예 1의 조성에 일반 나노층상 실리케이트 5.0중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였다.
<실시예 1>
비교예 1의 조성에 개질된 나노층상 실리케이트(Cloisite 15A) 3.0중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였다.
<실시예 2>
비교예 1의 조성에 개질된 나노층상 실리케이트(Cloisite 15A) 5.0중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였다.
<실시예 3>
비교예 1의 조성에 개질된 나노층상 실리케이트(Cloisite 15A) 10.0중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였다.
<표 1> 고무배합비 (단위: 중량부, phr)
항목 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3
원료고무 100 100 100 100 100
일반 나노 층상 실리케이트 - 5.00 - - -
개질된 나노 층상 실리케이트 - - 3.00 85.00 10.00
카본블랙 50 50 50 50 50
공정오일 7.00 7.00 7.00 7.00 7.00
기타약품 20 20 20 20 20
상기 비교예 및 실시예의 시편에 대하여 ASTM 관련규정에 의하여 인장물성(경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신장율), 발열특성 및 내오존성을 측정하여 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
<표 2> 물성측정결과
항목 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3
인장 물성 경도 53 55 55 56 58
300%모듀러스 (kg/㎠) 75 77 84 91 102
인장강도 (kg/㎠) 150 158 167 178 197
신장율(%) 550 520 541 532 516
발열특성(%) 17.0 16.7 16.6 15.5 14.9
내오존성 6등급 5등급 5등급 4등급 2등급
본 발명에 의한 타이어 고무조성물은 인장물성, 발열특성 및 내오존성이 향상되어졌고, 개질된 나노층상실리케이트의 사용량이 증가함에 따라 점차적으로 인장물성, 발열특성 및 내오존성도 우수해짐을 확인할 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 (3)

  1. 타이어용 고무조성물에 있어서,
    보강제로 제4급 양이온교환능력이 90∼125meq/100g, 비중이 1.60∼2.0g/cc, 축비가 50∼1500인 나노층상 실리케이트에 제4급 암모늄염인 비닐벤질트리메틸암모늄클로라이드로 개질시킨 개질 나노층상 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 고무조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
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