KR101471415B1 - 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 클로로술포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene) 5 내지 20 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 그리고 보강성 충진제 20 내지 70 중량부를 포함한다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 내공기 투과성이 적정 수준 이상으로 유지되면서, 내피로성 및 내크랙성이 향상되며, 제조 단가를 절감할 수 있다.

Description

타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE INNERLINER AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 내공기 투과성이 적정 수준 이상으로 유지되면서, 내피로성 및 내크랙성이 향상되며, 제조 단가를 절감할 수 있는 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
통상의 튜브리스 공기입 타이어의 내부 구조를 내측면에서부터 살펴보면, 타이어 공기압을 유지시켜주는 제1 이너라이너, 제1 이너라이너와 카카스층의 완층부로서 작용하는 제2 이너라이너, 및 타이어의 몸체 역할을 하는 카카스층 등으로 이루어져 있다.
여기서, 카카스 층에 사용되는 배합고무는 텍스타일(textile)과 접착력을 유지하기 위하여 통상의 천연고무(이하, NR이라 함)와 스티렌-부타디엔 고무(이하, SBR이라 함)의 비가 60:40 내지 90:10인 NR계 고무 조성물로 이루어져 있으며, 제2 이너라이너는 타이어의 공기압을 유지시킬 수 있도록 하기 위해 부틸 고무를 60 내지 100 중량부로 사용하고 있으며 특히 근래 들어서는 공기 투과성 때문에 부틸 고무를 100 중량부로 사용하는 추세이다.
튜브리스 이너라이너는 타이어 가장자리 안쪽에서 타이어에 주입된 공기와 접촉하는 부위로서, 요구 물성으로는 낮은 공기투과도, 높은 카카스 접착력, 우수한 내피로성, 내열노화 안정성 등이 있다.
특히, 낮은 공기투과성은 타이어의 공기압을 일정하게 유지시켜 주어 주행안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 타이어의 회전저항을 감소시키고, 이너라이너의 두께를 감소시켜 연비저감에 영향을 미치므로 이너라이너의 가장 중요한 물성 중 하나이다.
한편, 이러한 성능을 향상시키기 위한 종래기술로는 할로 부틸 고무의 함량을 증가시켜서 내공기 투과성을 향상시킨 조성물에 관한 기술들이 다수 개시되어 있다.
일본 요코하마 고무는 일본, 미국, 그리고 대한민국에 저투과성 열가소성 엘라스토머 조성물에 관한 기술을 다수 개시하였다. 특히, 대한민국공개특허 제1999-36051호에서는 열가소성 수지 조성물을 연속상으로 하고, 고무 조성물을 분산상으로 하는 열가소성 엘라스토머 속에 베리어 수지 조성물을 포함하여 이루어진 저투과성 열가소성 엘라스토머 조성물에 대해 개시하고 있다. 이는 배리어 수지 조성물이 열가소성 엘라스토머 속에 편평상으로 분산되어 이루어진 상 구조로써, 유연성이 풍부하고 내 기체투과성이 뛰어나며, 또한 타이어의 경량화를 가능하게 하는 저투과성 열가소성 엘라스토머 조성물로 이루어진 공기 투과 방지층을 갖는 공기 주입 타이어에 관한 것이다. 그러나, 이런 기술들은 타이어 제조상 한 층을 더 삽입해야 하는 문제점이 있고, 제1 및 제2 이너라이너를 대체하는 경우 내피로특성이나 내크랙성 등이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
대한민국공개특허 제1999-0036051호(공개일: 1999.05.25)
본 발명의 목적은 본 내공기 투과성이 적정 수준 이상으로 유지되면서, 내피로성 및 내크랙성이 향상되며, 제조 단가를 절감할 수 있는 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 클로로술포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene) 5 내지 20 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 그리고 보강성 충진제 20 내지 70 중량부를 포함하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 제공한다.
상기 원료고무는 할로 부틸 고무 80 내지 95 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 원료고무는 할로 부틸 고무 60 내지 95 중량부 및 천연 고무 0 내지 20 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌은 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌 전체 중량에 대하여 클로린(chlorine) 함량이 26 내지 29 중량%일 수 있다.
상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌은 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌 전체 중량에 대하여 유황 함량이 0.3 내지 0.7 중량%인 탈황된 클로로술포네이티드 폴리에틸렌일 수 있다.
상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌은 무니 점도(100℃)가 20 내지 40일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 클로로술포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene) 5 내지 20 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 그리고 보강성 충진제 20 내지 70 중량부를 포함한다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 원료고무로 클로로술포네이티드 폴리에틸렌을 사용하여 내공기 투과성은 적정 수준 이상으로 유지되면서, 내피로성 및 내크랙성이 향상되며, 부틸 고무에 비하여 저렴한 클로로술포네이티드 폴리에틸렌을 사용함으로써 제조 단가를 절감할 수 있다.
상기 원료고무는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌을 5 내지 20 중량부로 포함할 수 있고, 바람직하게 10 내지 15 중량부로 포함할 수 있다. 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌의 함량이 5 중량부 미만일 경우 내공기 투과성은 적정 수준 이상으로 유지될 수 있으나, 내피로성 및 내크랙성 향상 효과가 미미할 수 있고, 제조 단가 절감 효과가 거의 없다. 반면, 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌의 함량이 20 중량부를 초과할 경우 내공기 투과성이 급격히 저하되어 타이어 이너라이너용으로 사용할 수 없다.
상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌은 상기 클로로술포네이트 폴리에틸렌 전체 중량에 대하여 클로린(chlorine) 함량이 26 내지 29 중량%이고, 유황 함량이 0.3 내지 0.7 중량%일 수 있다. 또한, 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌은 무니 점도(100℃)가 20 내지 40일 수 있다. 상기 클로린의 함량이 26 중량% 미만인 경우 극성인 클로린의 함량 저하에 따라 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌이 목적하는 역할을 수행하기 어려울 수 있으며, 29 중량%를 초과할 경우 극성인 클로린의 증가로 인하여 비극성 고무와의 상용성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 유황은 그 함량이 적을수록 가류 조건 설정에 유리하나 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌의 제조 특성상 0.3 중량% 미만인 경우 그 제조가 어려울 수 있다. 또한, 상기 무니 점도가 20 미만이거나 40을 초과할 경우 가공성이 불리하여 타이어 이너라이너 제조시 문제점가 있을 수 있으므로, 상기 조건을 만족하는 클로로술포네이티드 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 원료고무는 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌과 함께 할로 부틸 고무 80 내지 95 중량부를 더 포함하거나, 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌과 함께 할로 부틸 고무 60 내지 95 중량부 및 천연 고무 0 내지 20 중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 원료고무가 할로 부틸 고무를 더 포함함에 따라 내공기 투과성을 낮출 수 있다.
상기 할로 부틸 고무는 할로겐화 부틸 고무(halobutyl rubber)로서, 상기 부틸 고무(isobutylene-isoprene rubber, IIR)는 이소부틸렌과 소량의 이소프렌의 공중합체로 구성되어 있는 고무로서, 염화메틸 중에서 -95 내지 -98℃로 염화알루미늄 촉매를 사용하여 양이온 공중합함으로써 제조할 수 있다. 상기 할로 부틸 고무는 특히 기체 투과성이 작아서 타이어 이너라이너용 고무 조성물에 주로 사용된다.
상기 할로 부틸 고무는 브로모 부틸 고무(BIIR)와 클로로 부틸 고무(CIIR)가 있는데, 헥산과 같은 가벼운 지방족 탄화수소에 부틸고무를 녹인 상태에서 브롬과 염소 원자를 반응시켜 제조할 수 있다.
상업적으로 이용되는 할로 부틸 고무는 통상 1.9 내지 2.1 중량%의 브롬 또는 1.1 내지 1.3 중량%의 염소를 포함하고 있다. 상기 할로 부틸 고무는 할로겐 함량이 매우 적기 때문에 극성 고무에 속하지 않으며 변형되지 않은 부틸 고무의 독특한 특성을 모두 지니고 있다.
상기 할로 부틸 고무로는 무니 점도(100℃)가 35 내지 40 정도이면 어느 것이나 사용 가능하다.
상기 천연 고무는 일반적인 천연 고무 또는 변성 천연 고무일 수 있다.
상기 일반적인 천연 고무는 천연 고무로서 알려진 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않는다. 상기 천연 고무는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스-1,4-폴리이소프렌을 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 천연 고무에는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하는 천연 고무 외에, 예컨대 남미산 사포타과의 고무의 일종인 발라타 등, 트랜스-1,4-이소프렌을 주체로서 포함하는 천연 고무도 포함할 수 있다.
상기 변성 천연 고무는, 상기 일반적인 천연 고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예컨대, 상기 변성 천연 고무로는 에폭시화 천연 고무(ENR), 탈단백 천연 고무(DPNR), 수소화 천연 고무 등을 들 수 있다.
상기 보강성 충진제는 카본블랙, 실리카, 탄산칼슘, 점토(수화규산알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 바람직하게 카본블랙을 사용할 수 있다.
상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 30 내지 300m2/g일 수 있고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 60 내지 180cc/100g 일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 300m2/g을 초과하면 타이어용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있고, 30m2/g미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 카본블랙의 DBP 흡유량이 180cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 60cc/100g 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다.
상기 카본블랙의 대표적인 예로는 N110, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, S315, N326, N330, N332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990 또는 N991 등을 들 수 있고, 바람직하게 GPF급, 즉 N660 그레이드를 사용할 수 있다.
상기 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 20 내지 70 중량부로 포함될 수 있고, 45 내지 65 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 카본블랙의 함량이 20 중량부 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 70 중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 커플링제, 노화방지제, 연화제 등의 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 각종의 첨가제는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 이들의 함량은 통상적인 타이어 이너라이너용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 통상적인 2단계의 연속 제조 공정을 통하여 제조될 수 있다. 즉, 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1 단계(비생산 단계라고 함) 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계(생산 단계라고 함)를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조된다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 타이어는 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 인용하여 제조한 이너라이너를 포함하는 것일 수 있따.
상기 타이어는 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 트럭 타이어 또는 버스 타이어 등일 수 있다. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.
본 발명의 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 내공기 투과성이 적정 수준 이상으로 유지되면서, 내피로성 및 내크랙성이 향상되며, 제조 단가를 절감할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[ 제조예 : 고무 조성물의 제조]
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐다.
항목 단위 비교예1 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
BI-IIR1 ) 중량부 80 75 70 65 60
NR2 ) 중량부 20 20 20 20 20
CSM3 ) 중량부 0 5 10 15 20
GPF4 ) 중량부 60 60 60 60 60
인장물성 경도 55 55 57 57 54
100% 모듈러스 14 14 15 16 20
신장율 728 702 661 650 600
인장강도 88 87 85 83 72
내피로성5 ) K cycle 80.1 88.1 105.8 108.2 109.5
내크랙성6 ) mm/8만cycle 3.2 3.1 2.8 2.6 2.6
tanδ7) @60℃ 0.226 0.228 0.240 0.239 0.243
공기투과도8 ) cccm/m- 2?r?tm 7.99E+12 8.00E+12 8.07E+12 8.10E+12 9.00E+12
제조 단가 Index 100 99 98 96 94
1) Br-IIR: 브롬화 부틸 고무(Lanxess 또는 Exxon의 Isobutylene-isoprene Rubber)
2) NR: 천연 고무
3) CSM: 클로로술포네이티드 폴리에티렌(클로린 함량: 26 내지 29 중량%; 유황 함량 0.3 내지 0.7 중량%)
4) 카본블랙: GPF급(DBP값: 50 내지 100ml/100g; 틴트 값: 30 내지 80, I2 값: 20 내지 80mg/g)
5) 내피로성: ASTM 방법으로 측정하였으며, 120% extension하에서 측정함.
6) 내크랙성: ASTM 방법으로 데마샤(Demmattia) 시험기를 이용하여 측정함.
7) Tan Delta: DMTS를 이용하여 평가였으며 Temperature Sweep을 실시하였고, 시험 조건은 0.5% strain, 10 Hz하에서 Tension 및 Torsion Type을 측정함.
8) 공기투과도: 시편 직경 50mm, 두께 250㎛이고, 측정 온도 30℃에서 측정한 값이며, 단위가 cccm/m-2·hr·atm임. 시험조건은 ASTM 기준으로 실시함.
상기 표 1을 참조하면, 실시예의 경우 비교예에 비하여 내공기 투과성은 적정 수준 이상으로 유지되고, 내피로성 및 내크랙성이 향상되며, 제조 단가를 절감할 수 있음을 알 수 있다. 특히, 실시예 2 및 3의 경우가 실시예 1 및 4 보다 효과가 더 우수함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. 클로로술포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene) 5 내지 20 중량부, 할로 부틸 고무 60 내지 95 중량부 및 천연 고무 0 내지 20 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 그리고
    보강성 충진제 20 내지 70 중량부를 포함하며,
    상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌은 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌 전체 중량에 대하여 클로린(chlorine) 함량이 26 내지 29 중량%인 것인 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌은 상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌 전체 중량에 대하여 유황 함량이 0.3 내지 0.7 중량%인 탈황된 클로로술포네이티드 폴리에틸렌인 것인 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 클로로술포네이티드 폴리에틸렌은 무니 점도(100℃)가 20 내지 40인 것인 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  7. 제1항에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
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