KR100935999B1 - 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 천연고무와, 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무(VCR)로 이루어진 원료고무 및 변성된 페놀 포름알데히드(phenol formaldehyde) 수지를 포함하는 나노 보강성 수지를 포함하여 이루어지므로써 모듈러스 특성과 발열특성이 향상된 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 관한 것이다.

Description

런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물{A RUBBER COMPOSITION TO REINFORCE THE SIDEWALL OF RUN-FLAT TIRE}
본 발명은 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 천연고무와, 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무(VCR)로 이루어진 원료고무 및 변성된 페놀 포름알데히드(phenol formaldehyde) 수지를 포함하는 나노 보강성 수지를 포함하여 이루어지므로써 모듈러스 특성과 발열특성이 향상된 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 관한 것이다.
런플랫 타이어는 타이어 내부에 구조물이나 보강 사이드월을 넣어 공기압이 없어도 일정한 거리를 주행할 수 있는 타이어로서, 타이어의 공기압이 없어도 차량의 이동이 가능하기 때문에 스페어 타이어가 필요 없으므로 차체 경량에 도움을 주어 스포츠카나 일부 고급세단의 고속주행에 적합한 기능성을 제공하고 있으며, 고속주행시 타이어의 손상 없이 비교적 안정적인 주행을 가능케 하기 때문에 최근 양산차량에도 많이 장착되고 있다.
그러나, 런플랫 타이어의 단점으로는 값이 비싸고 일반 타이어보다 소음이 크다는 문제가 있으나, 이러한 문제는 기술이 발전할수록 해결될 수 있으므로 점차 적으로 런플랫 타이어의 수요 증가가 예상된다.
일반적으로 타이어용 고무에는 물성 향상을 위해 여러 가지 첨가제가 사용되고 있다. 예를 들어 고무의 보강성을 위해 카본블랙 또는/및 실리카를 주로 사용하고 있다. 최근에는 이러한 카본블랙, 실리카 이외에도 폴리부타디엔 고무에 보강성 레진을 직접 중합시킨 고무-수지 복합체를 적용하여 물성을 향상시키는 방법 등이 제시되고 있다. 그러나 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무(VCR)를 포함시켜 기계적 물성을 향상시키더라도 발열이 높아 런플랫 타이어의 내구력을 저하시키며, 충전제의 함량을 줄여서 고무의 발열 특성을 향상시키더라도 보강성과 발열 특성을 함께 보완하기에는 한계가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 천연고무와, 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무(VCR)로 이루어진 원료고무 및 변성된 페놀 포름알데히드(phenol formaldehyde) 수지로 구성된 나노 보강성 수지를 포함하여 이루어지므로써 모듈러스 특성과 발열특성을 향상시킨 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물은 천연고무 20~80중량% 및 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무(VCR) 20~80중량%로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 변성된 페놀 포름알데히드 수지를 포함하는 나노 보강성 수지 0.5~10중량부, 카본블랙 30~60중량부 및 실리카 10~50중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 원료고무로서 사용되는 천연고무는 고무 업계에서 사용되는 통상의 것이 사용되고, RSS(ribbed smoked sheet), SMR, STR 및 SIR(Standard rubber, 생산지에 따른 구분 및 제품 등급에 따라 수많은 제품이 상품화되어 있음) 등을 예로 들 수 있다. 상기 천연고무는 20~80중량% 사용되는 것이 바람직한데, 상기 함량이 20중량% 미만인 경우에는 천연고무의 우수한 인장 강도, 인열 강도로 인한 성능 향상을 이룰 수 없으며, 상기 함량이 80중량%를 초과하는 경우에는 비닐-시스 고무(VCR)의 함량이 상대적으로 적게 되어 본 발명의 목적에 따른 성능의 효 과적인 향상을 이룰 수 없어 바람직하지 않다.
본 발명에서 원료고무로서 사용되는 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무(VCR)는 부타디엔을 용매 중에서 중합용 코발트(Co) 또는 알루미늄(Al) 촉매하에 중합시켜 1,4-폴리부타디엔 고무를 중합하는 단계; 및 상기 제조된 1,4-폴리부타디엔 고무를 매트릭스로 하여 고결정성의 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB) 수지를 분산시킨 후 정제 및 건조시켜 제조된 고무-수지 복합체이다. 이렇게 제조된 고무는 폴리부타디엔 고무를 매트릭스로 하고 고결정성의 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB) 수지가 미분산된 (Micro-dispersion) 비닐-시스 고무(VCR)의 형태가 된다.
상기 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무(VCR)에 사용되는 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB) 수지는 고결정성(결정화도 70~80%) 섬유상 물질로서, 직경이 0.02~0.1㎛이고, 비표면적이 80~90㎡/g인 것이 바람직하다.
상기 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무(VCR)는 매트릭스 고무에 수지가 단섬유상으로 분산되어 있어 보강재로서의 역할을 하게 되며, 그 보강 효과는 통상의 카본블랙 충전제와 비교할 때 약 3배 정도 우수하며, 이러한 보강 효과는 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB) 수지의 극미세 섬유 형상이나 응집 구조 등의 분산상태에 의한 매트릭스 고무와의 효과적인 계면 상호 작용에 의해서 나타나는 것으로 보여진다.
본 발명에서 사용되는 비닐-시스 고무(VCR)의 함량은 20~80중량%인 것이 바람직한데, 상기 사용량이 20중량% 미만인 경우에는 목적으로 하는 성능의 향상을 이루지 못하여 바람직하지 않고, 또한 80중량%를 초과하는 경우에는 천연고무의 함 량이 상대적으로 감소하고, 비닐-시스 고무의 1,4-폴리부타디엔 고무 매트릭스의 증가로 인해 최상의 성능을 갖지 못하는 문제가 있기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 나노 보강성 수지는, 캐슈넛쉘리퀴드(CNSL:cashew nut shell liquid)로 변성된 페놀 포름알데히드 수지 80~95중량%와 일반 포름알데히드 수지 5~20중량%로 구성된 나노 보강성 수지로서, 원료고무 100중량부에 대하여 0.5~10중량부 사용되는 것이 바람직한데, 사용량이 0.5중량부 미만인 경우에는 낮은 보강효과로 인해 인장물성이 양호하지 않으며, 10중량부를 초과하는 경우에는 지나친 모듈러스 상승 및 낮은 신율 등으로 인하여 본 발명이 목적으로 하는 고무의 물성을 얻는데 한계가 있다.
본 발명에서 충전제로서 사용되는 카본블랙은 원료고무 100중량부에 대해서 30~60중량부 사용되는 것이 바람직한데, 그 함량이 30중량부 미만인 경우에는 낮은 충전 효과로 인해 고무 물성(인장물성)이 양호하지 않아 바람직하지 않고, 또한 60중량부를 초과하는 경우에는 지나친 경도 및 모듈러스 상승 등 목적한 고무 물성을 얻는데 한계가 있으며, 배합 및 압출 등 후공정에서도 작업성능이 불량한 문제가 있어서 바람직하지 않다.
본 발명에서 충전제로서 사용되는 실리카는 원료고무 100중량부에 대해서 10~50중량부 사용되는 것이 바람직한데, 그 함량이 10중량부 미만인 경우에는 낮은 충전효과로 인해 고무 물성(인장물성)이 양호하지 않아 바람직하지 않고, 50중량부를 초과하는 경우에는 지나친 경도 및 모듈러스 상승 등 목적한 고무 물성을 얻는데 한계가 있으며, 배합 및 압출 등의 작업성 및 수축 문제로 인해 후공정에서도 작업성능이 불량한 문제가 있어서 바람직하지 않다.
본 발명의 고무 조성물에는 통상적인 사이드월 보강용 고무 조성물용 첨가제들, 예로서 프로세스오일, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 왁스, 점착제, 촉진제 및 기타 첨가제 등을 적절히 선택하여 첨가할 수 있으며, 이들의 첨가제들의 선택 및 사용량은 당 분야에서는 공지이다.
본 발명의 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물은 천연고무, 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무(VCR)로 이루어진 원료고무와 변성된 페놀 포름알데히드 수지로 구성된 나노 보강성 수지를 사용하므로써 모듈러스 특성과 발열특성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 함량의 원료고무들, 나노 보강성 수지, 카본블랙, 실리카, 커플링제, 분산제, 파라핀오일, 산화아연, 스테아린산, 활성제, 노화방지제 및 접착제를 반버리 믹서에 넣고, 140℃에서 30분 동안 혼합하여 고무 배합물을 얻고, 상기의 고무 배합물에 표 1에 나타낸 바와 같은 함량의 가류제, 가류촉진제, 가류지연제를 첨가하고 150℃에서 20분 동안 가류하여 고무 시편을 제조하 였다.
(단위 : 중량부)
항 목 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
천연고무 60 60 60 60
폴리부타디엔고무1 ) 40 - - -
비닐-시스 고무2 ) - 40 40 40
보강성 수지13 ) - 5 - -
나노 보강성 수지24 ) - - 5 10
카본블랙 50 50 50 40
실리카 10 10 10 10
커플링제5 ) 1.5 1.5 1.5 1.5
파라핀 오일 3 3 3 3
활성제6 ) 3 3 3 3
산화아연 4 4 4 4
스테아린산 2 2 2 2
노화방지제7 ) 2.5 2.5 2.5 2.5
분산제8 ) 2 2 2 2
접착제9 ) 2.5 2.5 2.5 2.5
가류제10 ) 6 6 6 6
가류촉진제(NS)11 ) 1.5 5 5 5
가류지연제(PVI)12 ) 0.2 0.2 0.2 0.2
주)
1) 폴리부타디엔고무 : KBR-01(금호석유화학사 제품)
2) 비닐시스 고무 : VCR-617(UBE사 제품)
3) 보강성 수지 1 : 포름알데히드 수지(DYPHENE-8318 , PMC사 제품, USA)
4) 나노 보강성 수지 2 : CNSL로 변성된 페놀 포름알데히드 수지 90중량%와 포름알데히드 수지 10중량%로 구성된 나노 보강성 수지(RNC-1315A, 엠엔비그린어스사 제품)
5) 커플링제 : 비스-(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드(Bis-(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfide(X-50S))
6) 활성제 : 지방족 카르복실산과 방향족 카르복실산의 아연염 혼합물(Activator-73A, Strucktol사 제품)
7) 노화방지제 : N-(1,3-디메틸부틸)-N-페닐-P-페닐렌디아민(N-(1,3-dimethylbutyl)-N-Phenyl-P-Phenylenediamine(Kumanox-13))
8) 분산제 : EF-44(Strucktol사 제품)
9) 접착제 : 레졸시놀 포름알데히드 수지(B-18-S)
10) 가류제 : 불용성 황(80%) + 공정유(20%)
11) 가류촉진제(NS) : N-터셔리-부틸-2-벤조티아졸설펜아미드(N-tert-butyl-2-benzothiazolesulfenamide)
12) 가류지연제 : N-시클로헥실티오프탈이미드 (N-cyclohexylthiophthalimide)
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무시편에 대해 ASTM 관련 규정에 의해 경도, 100%모듈러스, 인장강도(Tensile strength), 신율(Elongation), 무늬점도, 발열특성 및 블로우아웃을 측정하고, 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
(단위:상대지수)
물성 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2
경도(ShoreA법) 100 105 100 100
100% 모듈러스(kg/㎠) 100 130 120 120
인장강도(kg/㎠) 100 130 125 140
신율(％) 100 95 110 120
무늬점도 100 120 110 100
발열 100 150 140 100
블로우아웃 100 105 110 110
상기 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 원료고무로서 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무를 사용하고, 통상적으로 사용되던 나노 보강성 수지 대신 CNSL로 변성된 페놀 포름알데히드를 포함하는 나노 보강성 수지를 사용한 실시예의 경우, 낮은 수준의 발열 특성에서도 높은 인장 물성을 발현할 수 있어 내구력 향상을 이룰 수 있다.

Claims (5)

  1. 천연고무 20~80중량% 및 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무 20~80중량%로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 캐슈넛쉘리퀴드(cashew nut shell liquid)로 변성된 페놀 포름알데히드 수지를 포함하는 나노 보강성 수지 0.5~10중량부, 카본블랙 30~60중량부 및 실리카 10~50중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고무-수지 복합체인 비닐-시스 고무는 1,4-폴리부타디엔 고무에 고결정성 섬유상 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔 수지가 분산되어 이루어진 것임을 특징으로 하는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 고결정성 섬유상 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔 수지는, 직경이 0.02~0.1㎛이고, 비표면적이 80~90㎡/g인 단섬유상인 것을 특징으로 하는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 나노 보강성 수지는, 캐슈넛쉘리퀴드(cashew nut shell liquid)로 변성된 페놀 포름알데히드 수지 80~95중량%와 포름알데히드 수지 5~20중량%로 구성된 것임을 특징으로 하는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 사이드월 보강용 고무조성물이 적용된 사이드월부를 갖는 것을 특징으로 하는 런플랫 타이어.
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