KR101600326B1 - 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 에폭시화도가 6 내지 18몰%인 에폭시화 천연고무를 포함하는 원료고무 100중량부에 대하여, 보강성 충진제 40 내지 70중량부 및 키토산 0.1 내지 20중량부 포함함으로써, 가공성의 저하없이 우수한 내공기 투과성과 접착성을 나타낼 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 가공성의 저하없이 우수한 내공기 투과성과 접착성을 나타낼 수 있는 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
타이어의 이너라이너(Inner Liner)는 타이어 구조 상 가장 안쪽에 위치하여 자동차에 부착시 타이어 내부의 공기가 타이어 안쪽으로 침투하지 못하게 방어하는 역할을 한다. 이에 따라 타이어 이너라이너 제조를 위한 고무에 대해 내공기 투과성 및 내크랙 성장성 그리고 접착력이 요구된다.
이러한 특성을 충족하는 이너라이너 제조용 고무로서 부틸고무가 주로 사용되고 있다. 또, 내공기 투과성 개선을 목적으로 에폭시화된 천연고무(Epoxided Nature Rubber, ENR)가 사용되기도 한다.
그러나 종래 ENR을 도입한 고무 조성물은 신장율, 인장강도를 증가시키고, 가류시간을 단축시키는 효과가 있으나, 에폭시화의 비율이 높아 가공성이 좋지 않고 내피로특성이 저하되는 문제가 있었다. 또, 천연고무 대신 에폭시화 천연고무로 대체했을 때는 내공기 투과성이 증가되는 효과가 나타나지 않았다.
일본특허공개 제2010-241960호 (2010.10.28 공개) 일본특허공개 제2013-047352호 (2013.03.07 공개)
본 발명의 목적은 가공성의 저하없이 우수한 내공기 투과성과 접착성을 나타낼 수 있는 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 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 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 에폭시화도가 6 내지 18몰%인 에폭시화 천연고무를 포함하는 원료고무 100중량부에 대하여, 보강성 충진제 40 내지 70중량부 및 키토산 0.1 내지 20중량부를 포함한다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물에 있어서, 상기 원료고무는 에폭시화도가 6 내지 18몰%인 에폭시화 천연고무 15 내지 25중량%, 부틸고무 70 내지 80중량%, 및 천연고무 20중량% 이하를 포함하는 것일 수 있다.
또, 상기 원료고무에 있어서 부틸고무는 할로겐화 부틸고무를 부틸고무 총 중량에 대하여 50중량% 이상 포함하는 것일 수 있다.
또, 상기 키토산은 탈아세틸화도가 90% 이상인 것일 수 있다.
또, 상기 보강성 충진제는 요오드 흡착가(iodine adsorption) 30 내지 120mg/g 및 오일 흡착 비표면적 85 내지 129cc/100g의 카본블랙일 수 있다.
또, 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류촉진조제 0.3 내지 1 중량부, 가류촉진제 0.5 내지 2 중량부, 및 가류제 1 중량부 이하를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 타이어 이너라이너용 고무 조성물의 제조시 원료고무의 조성, 특히 최적화된 에폭시화도를 갖는 에폭시화 천연고무를 키토산과 혼합 사용함으로써 가공성의 저하없이 내공기투과성과 접착력을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물은, 에폭시화도가 6 내지 18몰%인 에폭시화 천연고무를 포함하는 원료고무 100중량부에 대하여, 보강성 충진제 40 내지 70중량부 및 키토산 0.1 내지 20중량부를 포함한다.
상기 고무 조성물의 원료고무에 있어서, 에폭시화 천연고무(ENR)는 천연고무(NR)의 불포화 이중 결합이 에폭시화된 것으로서, 친환경적이며, 극성기인 에폭시기에 의해 분자 응집력이 증대되어 통상의 천연고무보다도 유리전이온도(Tg)가 높고, 기계적 강도 및 내마모성이 우수하다. 또, 보강성 충진제로서 실리카를 사용하는 경우 에폭시화 천연 고무의 에폭시기가 실리카 표면의 실라놀기와 반응하여 실리카의 분산성을 증가시킴으로써 고무 조성물의 기계적 강도 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로 상기 에폭시화 천연고무는 에폭시화도가 6 내지 18몰%인 것이 타이어의 압출, 성형, 가류 공정시의 가공성 개선과 함께 접착력을 향상시킬 수 있어 바람직할 수 있다. 에폭시화도란 (에폭시화된 이중 결합의 수)/(에폭시화전의 이중 결합의 수)를 의미한다. 에폭시화 천연고무의 에폭시화도가 6몰% 미만일 경우 가스투과성이 증가할 우려가 있고, 18몰%를 초과할 경우 흐름성이 저하되고, 점도 상승에 따른 압출 공정 및 성형공정시 가공성 저하의 우려가 있고, 또 접착력 저하에 따른 내구성 저하의 우려가 있다. 상기 에폭시화 천연고무의 사용에 따른 효과, 특히 접착력 및 가공성 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 에폭시화 천연고무는 에폭시화도가 15 내지 18몰%인 것이 보다 바람직할 수 있다.
또, 상기 에폭시화 천연고무(ENR)은 상기 에폭시화도 조건을 충족하는 동시에 유리전이온도(Tg)가 -50 내지-40℃이고, 무늬점도가 60 내지 80인 것이 접착력 및 가공성 개선 효과면에서 보다 바람직할 수 있다.
상기와 같은 에폭시화 천연고무(ENR)로서는, 상업적으로 입수하여 이용할 수도 있고, 또는 천연고무(NR)를 에폭시화한 것을 이용할 수도 있다. 천연고무를 에폭시화하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않으며, 클로로히드린법, 직접산화법, 과산화수소법, 알킬 히드로퍼옥시드법, 과산법 등과 같은 통상의 에폭시화 방법을 이용할 수 있다. 일례로 과산법을 이용할 경우 천연고무에 과산화포름산 등과 같은 유기 과산을 반응시키는 방법으로 실시될 수 있으며, 이때 비이온 계면활성제가 선택적으로 더 사용될 수 있다. 또, 상기 천연고무와 유기 과산의 반응시간을 조절함으로써 천연고무의 에폭시화도를 조절할 수 있는데, 본 발명에서는 최종 제조되는 에폭시화 천연고무가 6 내지 18몰%의 에폭시화율을 갖도록 35 내지 45℃의 온도범위에서 0.8 내지 4.5시간 동안 반응을 실시하는 것이 바람직하다. 또, 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 에폭시화 천연고무는 시트(sheet) 상일 수 있다.
상기 에폭시화도가 6 내지 18몰%인 에폭시화 천연고무는 원료고무 총 중량에 대하여 15 내지 25중량%로 포함될 수 있다. 만약 상기 함량범위를 벗어나 상기 에폭시화 천연고무의 함량이 15중량% 미만일 경우 에폭시화 천연고무 첨가에 따른 공기투과도 개선 효과가 미미하고, 25중량%를 초과할 경우 고무 조성물의 가공성 및 접착성이 저하될 우려가 있다. 개선효과의 현저함을 고려할 때 상기 에폭시화도가 6 내지 18몰%인 에폭시화 천연고무는 원료고무 총 중량에 대하여 15 내지 20중량%로 포함되는 것이 바람직할 수 있다.
상기한 에폭시화 천연고무와 함께 원료고무는 부틸고무, 천연고무 등을 더 포함할 수 있다.
상기 부틸고무는 이소부틸렌과 이소프렌의 공중합체로서, 이소부틸렌 이소프렌 고무(isobutylene-isoprene rubber)라고도 한다. 낮은 기체 투과성을 가지며, 우수한 내크랙성 및 접착력을 나타낸다.
상기 부틸고무는 구체적으로, 부틸고무(IIR); 또는 브롬화 부틸고무(Br-IIR) 또는 염소화 부틸고무(Cl-IIR) 등의 할로겐화 부틸고무 등일 수 있으며, 이중에서도 가황 속도가 빠르고 경도 특성 향상효과가 우수한 할로겐화 부틸고무가 보다 바람직할 수 있다.
상기 할로겐화 부틸고무는 헥산과 같은 가벼운 지방족 탄화수소에 부틸고무를 녹인 상태에서 브롬 또는 염소 원자 등의 할로겐 원자를 반응시켜 제조된 것으로, 구체적으로는 분자내 할로겐 원자를 3중량% 이하의 함량으로 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 할로겐 원자가 브롬 원자일 경우 분자내 1.9 내지 2.1중량%로 포함하고, 염소 원자일 경우 분자내 1.1 내지 1.3 중량%로 포함하는 것이 보다 바람직할 수 있다. 이와 같이 제어된 함량으로 할로겐 원자를 포함함으로써 극성을 나타내지 않으면서도 변형이 되지 않는 특성을 나타낼 수 있다.
또, 상기 할로겐화 부틸고무로는 할로겐화 부틸고무의 사용에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 무니 점도(100℃)가 35 내지 40 인 것이 보다 바람직할 수 있다.
상기와 같은 할로겐화 부틸고무는 부틸고무 총 중량에 대하여 50중량% 이상, 혹은 70 내지 100중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
또, 상기와 같은 할로겐화 부틸고무를 포함하는 부틸고무는, 원료고무 총 중량에 대하여 70 내지 80중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량범위를 벗어나 부틸고부의 함량이 70중량% 미만이면 고무 조성물의 내공기 투과성 및 내균열성이 저하될 우려가 있고, 80중량%를 초과하면 고무 조성물의 tanδ 특성 및 발열 특성이 증가할 우려가 있어 바람직하지 않다. 부틸고무 사용에 따른 효과의 현저함을 고려할 때 상기 부틸고무는 원료고무 총 중량에 대하여 70 내지 75중량%로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.
또, 상기 원료고무에 있어서 천연고무는 우수한 인장강도 및 내마찰성을 갖는 것으로, 통상 타이어 고무 조성물에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적으로 상기 천연 고무는 일반적인 천연 고무, 또는 에폭시화 천연고무를 제외한 변성 천연고무일 수 있다.
상기 천연고무는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스-1,4-폴리이소프렌을 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 천연고무에는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무 외에, 예컨대 남미산 사포타과의 고무의 일종인 발라타 등, 트랜스-1,4-이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무도 포함할 수 있다.
또 상기 변성 천연고무는, 상기 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예컨대, 상기 변성 천연고무로는 탈단백 천연고무(DPNR), 수소화 천연고무 등을 들 수 있다.
상기와 같은 천연고무는 원료고무 총 중량에 대하여 20중량% 이하의 함량으로 포함될 수 있다. 천연고무의 함량이 20중량%를 초과할 경우 기체투과도가 증가할 우려가 있다. 천연고무 사용에 인장강도 및 내마찰성 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 천연고무는 원료고무 총 중량에 대하여 0.1 내지 20중량%로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.
또, 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물에 있어서, 보강성 충진제는 통상 타이어 이너라이너용 고무 조성물의 보강성 증진을 위해 사용되는 것이라면 특별한 한정없이 사용가능하다. 구체적으로 상기 보강성 충진제는 카본블랙, 실리카, 탄산칼슘, 점토(수화규산 알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
이중에서도 보강성 개선효과와 더불어 가공성 및 공기투과도 효과를 고려할 때, 카본블랙이 보다 바람직할 수 있다.
또, 상기 카본블랙은 요오드 흡착가(iodine adsorption) 30 내지 120mg/g 및 오일 흡착 비표면적이 85 내지 129cc/100g인 것이 보다 더 바람직할 수 있다.
상기 카본블랙의 요오드 흡착가가 120cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 반면 요오드 흡착가가 30cc/100g 미만이면 오히려 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 우려가 있다. 또, 오일 흡착 비표면적이 129cc/100g를 초과하는 등 구조가 상대적으로 발달한 카본블랙의 경우 마모 및 외관 성능은 향상 되지만, 상대적으로 대부분의 스트레인(Strain) 영역대에서 높은 모듈러스 특성을 나타낼 우려가 있다.
상기와 같은 보강성 충진제는 원료고무 100 중량부에 40 내지 70 중량부로 포함될 수 있고, 60 내지 70 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 카본블랙의 함량이 40 중량부 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 70 중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있다.
또, 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 에폭시화 천연고무의 사용에 따른 가류속도 저하 및 에폭시화 천연고무와 다른 고무와의 가류 균일성 저하의 문제를 해결하여 고무 조성물의 가류속도를 안정화하고 인장강도를 향상시키기 위해 키토산을 포함한다.
상기 키토산은 탈아세틸화도가 90% 이상, 즉 키틴을 90% 이상 탈아세틸화(deacetylation)한 것이 바람직할 수 있으며, 또 점도가 20cps 이하, 습윤이 10% 이하인 것이 바람직할 수 있다.
상기와 같은 키토산은 원료고무 100중량부에 대하여 0.1 내지 20중량부의 함량으로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 키토산의 함량이 0.1중량부 미만이면 키토산 사용에 따른 효과가 미미하고, 20중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성 및 내공기투과성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 상기한 성분들과 함께 선택적으로 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 접착제 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 가류제로는 유황계 가류제를 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 유황계 가류제는 분말 황(S), 불용성 황(S), 침강 황(S), 콜로이드(colloid) 황 등의 무기 가류제와, 테트라메틸티우람 디설파이드(tetramethylthiuram disulfide, TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(tetraethyltriuram disulfide, TETD), 디티오디모르폴린(dithiodimorpholine) 등의 유기 가류제를 사용할 수 있다. 상기 유황 가류제로는 구체적으로 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1중량부 이하, 혹은 0.2 내지 0.5 중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직할 수 있다.
또, 상기 가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제(accelerator)를 의미한다.
상기 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 술펜아미드계 가류촉진제로는, 예컨대 N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS), N-tert-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS), N,N-디시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질술펜아미드, N,N-디이소프로필-2-벤조티아졸술펜아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 술펜아미드계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티아졸계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아질디설파이드(MBTS), 2-머캅토벤조티아졸의 나트륨염, 2-머캅토벤조티아졸의 아연염, 2-머캅토벤조티아졸의 구리염, 2-머캅토벤조티아졸의 시클로헥실아민염, 2-(2,4-디니트로페닐)머캅토벤조티아졸, 2-(2,6-디에틸4-모르폴리노티오)벤조티아졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티아졸계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티우람계 가류촉진제로는, 예컨대 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티우람계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티오우레아계 가류촉진제로는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티오우레아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 구아니딘계 가류촉진제로는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구아니딘계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 디티오카르밤산계 가류촉진제로는, 예컨대 에틸페닐디티오카르밤산아연, 부틸페닐디티오카르밤산아연, 디메틸디티오카르밤산나트륨, 디메틸디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산아연, 디부틸디티오카르밤산아연, 디아밀디티오카르밤산아연, 디프로필디티오카르밤산아연, 펜타메틸렌디티오카르밤산아연과 피페리딘의 착염, 헥사데실이소프로필디티오카르밤산아연, 옥타데실이소프로필디티오카르밤산아연 디벤질디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산나트륨, 펜타메틸렌디티오카르밤산피페리딘, 디메틸디티오카르밤산셀레늄, 디에틸디티오카르밤산텔루늄, 디아밀디티오카르밤산카드뮴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 디티오카르밤산계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 가류촉진제로는, 예컨대 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 아세트알데히드-암모니아 반응물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 이미다졸린계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물을 사용할 수 있고, 상기 크산테이트계 가류촉진제로는, 예컨대 디부틸크산토겐산아연 등의 크산테이트계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여, 상기 티아졸계를 바람직하게 사용할 수 있으며, 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2 중량부, 혹은 1 내지 0.5중량부로 포함될 수 있다.
또, 상기 가류촉진조제는 상기 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 무기계 가류촉진조제, 유기계 가류촉진조제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 무기계 가류촉진조제로는 산화아연(ZnO), 탄산아연(zinc carbonate), 산화마그네슘(MgO), 산화납(lead oxide), 수산화 칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 유기계 가류촉진조제로는 스테아르산, 스테아르산 아연, 팔미트산, 리놀레산, 올레산, 라우르산, 디부틸 암모늄-올레이트(dibutyl ammonium oleate), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
특히, 상기 가류촉진조제로서 상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아르산에 녹아 상기 가류촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.
상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1중량부로 사용될 수 있다. 상기 산화아연과 상기 스테아르산의 함량이 상기 범위 미만인 경우 가황 속도가 느려 생산성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 스코치 현상이 발생하여 물성이 저하될 수 있다.
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 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 이너라이너에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수 있다. 상기 고무 구성 요소로는 트레드, 사이드월, 사이드월 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer) 또는 와이어 코트 등을 들 수 있다.
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 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
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 가공성의 저하없이 우수한 내공기 투과성과 접착성을 나타낼 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 1~4: 에폭시화 천연고무의 제조]
교반기에 천연고무, 과산화포름산, 비이온 계면활성제를 동시에 투입하고, 하기 표 1에서와 같은 조건에서 연속적으로 휘저으며 반응시킨 후, 결과로 수득된 에폭시화 천연고무를 수세한 후 20 내지 50℃ 오븐에서 4 내지 5일간 건조하였다. 이때 각각의 반응시간 제어를 통해 에폭시화도가 6몰%, 12몰%, 15몰% 및 18몰%인 시트(sheet)상의 에폭시화 천연고무(ENR)를 제조하였다(제조예 1~4). 반응시간이 길어질수록 에폭시화도가 증가하기 되므로, 저에폭시화를 위해 짧은 시간내에 에폭시화 반응을 끝내는 것이 바람직하다.
제조예1 제조예2 제조예4 제조예4
반응시간(시) 0.8 2.5 3.5 4.5
에폭시화(몰%) 6 12 15 18
[실시예 및 비교예: 고무 조성물의 제조]
상기 제조예에서 제조한 에폭시화 천연고무와 함께, 하기 표 2와 같은 조성을 이용하여 실시예 및 비교예에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 제조하였다. 하기 표 1과 같은 조성을 반바리 믹서에 첨가하여 고무 조성물을 배합한 다음 170℃에서 15분간 가류시켜 시편을 제조하였다.
함량
(중량부)		 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
원료고무 부틸고무1) 100 80 80 80 80 80 70
에폭시화천연고무
(에폭시화도)		 - - 제조예1의 ENR
20
(6몰%)		 제조예2의 ENR
20
(12몰%)		 제조예3의 ENR
20
(15몰%)		 제조예4의 ENR
20
(18몰%)		 제조예4의 ENR
20
(18몰%)
에폭시화천연고무2)
(에폭시화 몰%)		 - 20
(25몰%)		 - - - - -
천연고무 - - - - - - 10
보강제 카본블랙3) 60 60 60 60 60 60 60
키토산4) 15 - 15 15 15 15 15
가류활성제5) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
가류촉진제6) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
가류제7) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
1) 부틸고무: LM Br-IIR™ (Lanxess 사제)
2) 에폭시화 천연고무: ENR-25™ (Felda Rubber Industies 사제)
3) 카본블랙: N660™ (CCC Italy 사제)
4) 키토산: CHITP™ 955 (대명케미칼 사제)
5) 가류활성제: 스테아르산 (Southern Acid Berhad사제)
6) 가류촉진제: DM™ (Puyang 사제)
7) 가류제: 유황(Oil treated sulfur, Zolfindustria 사제)
[실험예: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
고무 시편의 물성 측정시, Tmax는 Moving Die Rheometer(MDR)을 이용하여 측정하였다.
가류시간(t90)은 MRheometer 이용하여 160℃ 온도에서 고무조성물의 가류시간(min)를 측정하였다.
무니점도(ML1+4(125℃))는 ASTM 규격 D1646에 의해 측정하였다. ML1+4는 미가류 고무의 점도를 나타내는 값으로 수치가 낮을수록 미 가류 고무의 가공성이 우수한 것을 나타낸다.
경도는 ASTM shore-A 방법으로 연소실 내에서 1시간 방치 후 측정하였다. 경도는 조종 안정성을 나타내는 것으로 그 값이 높을수록 조종 안정성이 우수함을 나타낸다.
신장율(%)은 파단 시 신장율을 의미하는 것으로, 인장 시험기에서 시험편이 끊어질 때까지의 Strain 값을 %로 나타내는 방법으로 측정하였다.
인장강도는 인스트롱(Instron) 시험기를 이용하여 ASTM D412 시험법에 따라 측정하였다. 수치가 높을수록 우수한 강도 특성을 나타낸다.
공기투과도는 직경 50mm, 두께 250㎛인 시편을 이용하여 측정온도 30℃에서
ASTM 시험조건을 기준으로 측정하였다.
부착력은 10mm(길이)×100mm(폭)×15mm(깊이)의 시편에 60mm 깊이로 한쪽 모서리를 잘라 분당 50m 속도로 박리하면서 인장시험기를 이용하여 박리강도를 측정하였다.
비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
Tmax 6.4 9.1 6.6 6.7 6.8 6.9 7.0
t90 8.0 18.0 7.9 7.7 7.6 7.6 7.4
무늬점도(ML1+4) 47 58 50 52 52 53 55
경도(Shore A) 57 54 55 54 55 56 58
신장율 (%) 601 610 615 614 615 617 595
인장강도(MPa) 9.6 9.3 9.5 9.4 9.4 9.5 9.8
공기투과도
(cc·nm/m2·atm·day)X106 		42.7 43 42 41 39 38 37
부착력(kgf) 40 32 41 42 43 43 44
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 키토산을 포함하지 않는 비교예 2는 에폭시화 천연고무에서의 높은 에폭시화로 인하여 무늬점도가 증가하고 가류속도(t90)가 길어져 가공성이 현저히 저하되었으며, 부착력도 현저하게 저하됨을 확인할 수 있다. 또, 비교예 1은 키토산을 포함함으로써 가류속도 및 인장강도 특성이 증가되었으나, 에폭시화 천연고무를 포함하지 않아 내공기 투과도와 부착력은 저하되었다. 이에 반해 낮은 에폭시화도를 갖는 천연고무와 함께 키토산을 포함하는 실시예 1 내지 5의 고무 조성물은 에폭시화 천연고무에 의해 내공기투과도와 신장율이 증가하였으며, 키토산의 포함으로 가류속도 및 인장강도가 증가되고, 부착력은 증가됨을 확인할 수 있다.
이 같은 결과로부터, 에폭시화 천연고무내 에폭시 함유율이 증가함에 따라 내공기투과도는 증가하는 반면 부착력과 가공성은 저하되기 때문에, 트레이드 오프의 관계에 있는 내공기 투과성과, 부착력 및 가공성을 발란스 좋게 개선하기 위해서는 에폭시화도의 최적화 및 키토산의 동시 사용이 필요함을 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. 교반기에 천연고무, 과산화포름산, 비이온 계면활성제를 동시에 투입하고, 0.5 내지 5시간 동안 반응시켜 수득된 에폭시화 천연고무를 20 내지 50 ℃ 오븐에서 4 내지 5 일간 건조하여 제조한 에폭시화도가 6 내지 18 몰%인 에폭시화 천연고무를 포함하는 원료고무 100 중량부에 대하여,
    보강성 충진제 40 내지 70 중량부 및
    키토산 0.1 내지 20 중량부
    를 포함하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료고무는 에폭시화도가 6 내지 18 몰%인 에폭시화 천연고무 15 내지 25 중량%, 부틸고무 70 내지 80 중량% 및 천연고무 0.1 내지 10 중량%를 포함하는 것인 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부틸고무는 할로겐화 부틸고무를 부틸고무 총 중량에 대하여 50 내지 100 중량% 포함하는 것인 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 키토산은 탈아세틸화도가 90% 이상인 것인 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보강성 충진제는 요오드 흡착가(iodine adsorption) 30 내지 120mg/g 및 오일 흡착 비표면적 85 내지 129cc/100g의 카본블랙인 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 원료고무 100 중량부에 대하여,
    가류촉진조제 0.3 내지 1 중량부,
    가류촉진제 0.5 내지 2 중량부, 및
    가류제 0.2 내지 1 중량부를 더 포함하는 것인 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  7. 제1항에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
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