KR101680881B1 - 타이어 몰드 형성용 고무조성물 - Google Patents

타이어 몰드 형성용 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 몰드 형성용 고무조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리설파이드, 보강제, 가소제, 이형제 및 기타 첨가제를 함유하여, 고무 조성물의 유동성, 흐름성 및 강도가 우수하며, 몰드와의 이형성이 뛰어나 타이어 몰드 형성에 사용할 수 있는 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 타이어 몰드 형성용 고무 조성물은 유동성, 흐름성 및 강도가 우수하며, 몰드와의 이형성이 뛰어나고, 몰드 형성시 내부에 기포의 생성이 감소하여 성형되는 타이어 몰드용 고무의 강도가 뛰어남에 따라 타이어 패턴의 수치안정성이 높아지므로 고품질의 타이어를 생산하는 것에 유용하다.

Description

타이어 몰드 형성용 고무조성물{Rubber Composition for Forming Tire Mold}
본 발명은 타이어 몰드 형성용 고무조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리설파이드 고무, 보강제, 가소제, 이형제 및 기타 첨가제를 함유하여, 고무 조성물의 유동성, 흐름성 및 강도가 우수하며, 몰드와의 이형성이 뛰어나 타이어 몰드 형성에 사용할 수 있는 고무조성물에 관한 것이다.
타이어의 구성 중에서 지면과 직접 접촉하여 차량의 하중을 지지하고, 차량의 이동에 기여하는 트레드(tread) 부분은 타이어에서 중요한 구성의 하나이다.
타이어 트레드는 이동 중 정지하기 위한 마찰력의 부여와 마른 노면 또는 젖은 노면에서의 제동성 향상을 위해 다양한 모양의 패턴(pattern), 그루브(groove), 사이프(sipe) 등으로 형성되어 있다.
일반적으로 타이어 트레드에 형성되는 패턴 등은 수지로 다수의 부분적인 모양의 몰드를 기계로 깎아서 만들고 이러한 다수 제작된 수지 몰드를 이어서 하나의 패턴을 형성하는 수지 몰드를 만든 다음 이 수지 몰드에 고무를 주입하여 고무 몰드를 만든 후 고무 몰드에 석고를 부어 석고 몰드를 만든 다음 석고 몰드에 액상의 금속용액을 주입하여 금속으로 이루어진 타이어 패턴 형성용 금속 몰드를 제조하고 있다. 이렇게 만들어진 금속 몰드에 준비된 생타이어(Green Tire, Green Case)를 삽입하고 열을 가하여 타이어 트레드 패턴을 형성하고 있다.
상기에서 언급한 바와 같이 타이어 패턴 형성용 금속 몰드를 제조시 패턴이 잘 형성되기 위해서는 수지 몰드에 고무를 주입시 수지 몰드의 미세한 부분까지 고무가 도달해야하기 때문에 고무의 흐름성 및/또는 유동성이 좋아야 하고, 또한 고무 몰드의 제조가 완성되면 고무 몰드와 수지 몰드의 분리가 잘 되어야 하기 때문에 이형성이 좋아야 하며, 또한 고무 몰드를 계속적으로 사용해야 하므로 강도가 우수해야 한다.
대한민국 공개특허 제2000-0029004호에서는 강화고무 타이어의 제조방법 및 타이어에서의 그 용도에 관하여 기재하고 있다. 이 문헌에서는 오가노실란 폴리설파이드를 사용하여 타이어 트레스 스톡을 형성하여 상시 스톡을 사용하여 타이어를 제조하는 방법에 관하여 기재하고 있지만, 오가노실란 폴리설파이드를 사용하므로 제조공정이 복잡하며, 폴리설파이드 화합물의 흐름성이 너무 높아 제조시 기포가 발생할 수 있는 단점을 가진다.
대한민국 공개특허 제2002-0069369호에는 강화 무기 충전제와 커플링 시스템을 포함하는 타이어용 고무 조성물에 관하여 기재하고 있다. 이 문헌에서는 강화무기충전제, 폴리설파이드 알콕시실란, 이와 결합되는 1,2-디하이드로피리딘 및 구아니딘 유도체를 기본으로 하는, 타이어 제조용 고무 조성물에 관하여 기재하고 있지만, 연신률이 높은 고무 조성물을 사용하므로, 몰드형성시 불량품이 발생할 가능성을 가지고 있다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 폴리설파이드, 보강제, 가소제, 이형제 및 기타 첨가제를 함유하는 고무조성물을 제조하였으며, 상기 고무조성물이 유동성, 흐름성 및 강도가 우수하며, 이형성이 뛰어나 타이어 몰드 형성에 사용할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 타이어 몰드 형성용 고무조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 폴리설파이드고무 100중량부; (b) 보강제 5~30 중량부; (c) 카본블랙 10~60 중량부; (d) 제1가소제 10~50 중량부; (e) 이형제 0.5~5 중량부; 및 (f) 경화주제, 제2가소제, 충진제 및 촉진제로 구성되는 경화제 6~20 중량부를 포함하는 타이어 몰드 형성용 고무조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 타이어 몰드 형성용 고무 조성물은 유동성, 흐름성 및 강도가 우수하며, 몰드와의 이형성이 뛰어나고, 몰드 형성시 내부에 기포의 생성이 감소하여 성형되는 타이어 몰드용 고무의 강도가 뛰어남에 따라 타이어 패턴의 수치안정성이 높아지므로 고품질의 타이어를 생산하는 것에 유용하다.
도 1은 수지를 CNC 머신으로 깎아서 패턴이 형성된 수지 몰드이다.
도 2는 도 1의 패턴이 형성된 수지 몰드에 고무를 주입하여 얻은 패턴이 형성된 고무 몰드이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명에서는 폴리설파이드 고무를 이용하여 타이어 몰드형성용 고무 조성물을 형성하였다. 그 결과 상기 고무조성물은 유동성, 흐름성 및 강도가 우수하며, 이형성이 뛰어나 타이어 몰드형성용 조성물로 사용하기 적합한 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 폴리설파이드고무 100중량부; (b) 보강제 5~30 중량부; (c) 제1가소제 10~50중량부; (d) 이형제 0.5~5 중량부; 및 (e) 경화주제, 제2가소제, 충진제 및 촉진제로 구성되는 경화제 6~20중량부를 포함하는 타이어 몰드 형성용 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 경화주제는 이산화납 및 이산화망간에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 경화주제는 경화제의 효과를 나타내는 주요 물질로 금속산화물을 사용가능하며 바람직하게는 이산화납 및 이산화망간에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 이산화납과 이산화망간은 각각 경화주제로 사용하거나 혼합하여 경화주제로 사용할 수 있으며, 이때 각각 사용하는 경우 이산화망간 또는 이산화납 100중량부에 대하여 염화파라핀 70~150중량부, 알킬벤질프탈레이트 50~100중량부 및 촉진제 0.1~10중량부의 조성으로 사용가능하며, 이산화망간과 이산화납을 동시에 사용하는 경우 이산화망간 100중량부에 대하여 이산화납 3~50중량부, 염화파라핀 70~150중량부, 알킬벤질프탈레이트 50~100중량부, 촉진제 0.1~10중량부의 조성으로 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1가소제는 디프로필렌 글리콜 디벤조에이트(Dipropylene glycol dibenzoate, DPGDB) 또는 디에틸렌 글리콜 디벤조에이트(Diethylene glycol dibenzoate, DEGDB)인 것을 특징으로 할 수 있다. 일반적으로 고무의 가소제는 프탈레이트계 가소제가 사용가능하지만, 프탈레이트계 가소제의 경우 환경호르몬으로 작용한다는 연구결과가 발표되어 세계적으로 사용이 제한되고 있으므로, 벤조에이트계 가소제를 제1가소제로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 제2가소제는 염화파라핀 및 프탈레이트(Phthalate)계 가소제에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 제2가소제는 경화제에 첨가되는 것으로 소량을 사용하는 경우 외부에 용출되는 양이 적어지므로 효과가 우수한 프탈레이트계 가소제가 사용가능하다. 또한 염화파라핀 역시 가소제의 역할을 할 수 있으므로 프탈레이트계 가소제와 혼합되어 사용되거나 염화파라핀 단독으로 사용가능하다. 또한 상기 프탈레이트계 가소제는 디부틸 프탈레이트(dibutyl phthalate), 부틸벤질 프탈레이트(butylbenzyl phthalate) 또는 디옥틸프탈레이드(dioctyl phthalate)인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 이형제는 비이온성 이형제인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 이형제는 타이어 몰드 형성시 고무 조성물의 이탈을 쉽게 만들어주는 물질로 고무조성물의 이탈을 용이하게 할 수 있는 물질이면 제한없이 사용가능하지만, 바람직하게는 비이온성 이형제를 사용할 수 있으며, 상기 이형제는 폴리설파이드 고무 100중량부에 대하여, 0.5~5중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 0.5 중량부 미만으로 사용하는 경우 고무조성물의 이탈이 어려워지며, 5중량부 초과로 사용하는 경우 고무조성물의 강도가 저하될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보강제는 실리카(silica), 실란트리올로 표면처리된 실리카, 탄산칼슘(calcium carbonate), 이산화티탄(titanium dioxide), 클레이(clay), 층상실리케이트(layered silicate), 중석(tungsten), 탈크(talc), 황산바륨(barium sulfate), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB)의 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 보강제는 고무조성물의 강도를 증가시켜주는 물질로 폴리설파이드 고무 100중량부에 대하여 5~30중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 5중량부 미만으로 사용하는 경우 고무 조성물의 강도가 떨어질수 있으며. 30중량부 초과로 사용하는 경우 고무조성물의 흐름성이 떨어져 몰드에 주입이 어려우며, 경도가 올라가서 고무조성물이 깨지거나, 금형에서의 이탈이 어려울 수 있다. 또한 상기 보강제는 바람직하게는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 사포나이트(saponite), 헥토라이트(hectorite), 렉토나이트(rectorite), 버미큘라이트(vermiculite), 마이카(mica), 일라이트(illite), 카올린나이트(kaolinite), 소디움 몬모릴로나이트(sodium montmorillonite, Na-MMT) 및 클로이지트 15A(Cloisite 15A)의 군에서 선택되는 1종 이상인 층상 실리케이트이거나, 직경이 0.01 ~ 0.1㎛이고, 비표면적이 90 ~ 110m2/g, 또는 직경이 0.5 ~ 10㎛이고, 비표면적이 150 ~ 200m2/g인 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고무조성물은 (c) 카본블랙 10~60중량부를 추가로 포함할 수 있다. 카본블랙은 고무의 강도를 높여주는 역할을 하는 것으로, 바람직하게는 폴리설파이드 고무 100중량부에 대하여 10~60중량부를 포함할 수 있다. 10중량부 미만의 카본블랙을 첨가하는 경우 고무조성물의 강도가 떨어질 수 있으며, 60중량부 초과하여 첨가하는 경우 고무조성물의 흐름성이 떨어져 몰드에 주입이 어려우며, 경도가 올라가서 고무조성물이 깨지거나, 금형에서의 이탈이 어려울 수 있다.
본 발명에 있어서, 폴리설파이드는 수평균분자량이 1000~2500인 폴리설파이드와 3000~5000의 폴리설파이드의 혼합물인 것을 특징으로 할 수 있다. 폴리설파이드는 다양한 분자량을 가지는 고분자 화합물로 원하는 강도 및 물성에 따라 다양한 분자량을 가지는 폴리설파이드를 사용가능하지만, 바람직하게는 수평균분자량이 1000~2500인 폴리설파이드와 3000~5000의 폴리설파이드의 혼합물을 사용할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 프탈레이트계 경화제와 폴리설파이드를 포함하는 고무조성물을 이용하여 고무 몰드의 제조
CNC 밀링 가공을 통해 도 1과 같이 패턴이 형성된 수지 몰드를 만든 다음 고무 100중량부에 경화제 14중량부를 5분 동안 300rpm으로 혼합한 고무조성물을 주입하여 도 2와 같이 패턴이 형성된 고무 몰드를 제조하였다.
상기에서 고무 몰드 제조시 고무는 폴리설파이드 폴리머(polysulfide polymer) 100중량부에 대하여 부틸벤질프타레이트(Butyl Benzyl phthalate) 50중량부, 디옥틸플탈레이트(Dioctyl phthalate) 20중량부, 카본블랙(carbon black) 30중량부로 이루어진 것을 사용하였다.
상기에서 경화제는 이산화망간(manganese dioxide) 100중량부에 대하여 이산화납(lead dioxide) 12중량부, 염화파라핀(chlorinated paraffin) 70중량부, 알킬벤질프타레이트(Alkyl Benzyl phthalate) 70중량부로 이루어진 것을 사용하였다.
실시예 2: 디벤조에이트계 경화제와 폴리설파이드를 포함하는 고무조성물을 이용하여 고무 몰드의 제조
CNC 밀링 가공을 통해 패턴이 형성된 수지 몰드를 만든 다음 고무 100중량부에 경화제 14중량부를 5분 동안 300rpm으로 혼합한 고무조성물을 주입하여 패턴이 형성된 고무 몰드를 제조하였다.
상기에서 고무 몰드 제조시 고무는 폴리설파이드 폴리머(polysulfide polymer) 100중량부에 대하여 DPGDB/DEGDB(Blend dibenzoate) 50중량부, 카본블랙(carbon black) 30중량부로 이루어진 것을 사용하였다.
상기에서 경화제는 이산화망간(manganese dioxide) 100중량부에 대하여 염화파라핀(chlorinated paraffin) 70중량부, 알킬벤질프타레이트(Alkyl Benzyl phthalate) 70중량부로 이루어진 것을 사용하였다.
비교예 1: 디벤조에이트계 경화제와 폴리설파이드를 포함하는 고무조성물을 이용하여 고무 몰드의 제조
고무 몰드 제조시 고무는 종래 고무 몰드 제조시 일반적으로 사용하는 HKRUB100((주)한국씨앤에스 제품)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1 및 실시예 2와 동일한 방법으로 패턴이 형성된 고무 몰드를 제조하였다.
실험예 1: 점도실험
상기 실시예의 고무조성물과 비교예의 고무에 대해 점도를 측정하고 그 결과를 아래의 표 1에 정리하여 나타내었다.
항목 실시예 1 실시예2 비교예 시험조건
점도 3,400 3,500 4,000 B/F #4 30rpm 25℃
표1에 나타난 바와 같이 실시예 2의 방법으로 제작된 고무는 점도가 낮아져 몰드에 주입하기 쉬우며, 기포가 발생하더라도 쉽게 제거되어 제작되는 타이어몰드의 강도가 향상되는 것으로 나타났다. 또한 프탈레이트계 가소제를 사용한 실시예 1과 비슷한 점도를 나타내어 프탈레이트계 가소제의 대체가 가능한 것을 확인하였다.
실험예 2: 경도, 인장강도, 신장률
상기 실시예 에서 제조한 고무 몰드와 비교예에서 제조한 고무 몰드에 대해 경도, 인장강도, 신장율을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
항목 실시예 1 실시예 2 비교예 시험조건
경도(Shore A) 8 8 7 KORI TYPE SA
인장강도(kgf/cm2) 3.5 3.5 3.0 LLOYD사 LR 50K
신장율(%) 450 445 412 LLOYD사 LR 50K
표2에 나타난 바와 같이 실시예 2의 방법으로 제작된 고무는 경도, 인장강도 및 신장률이 우수하여 높은 강도를 가지는 타이어 몰드를 제작할 수 있으며, 이에따라 타이어 몰드의 수명이 늘어나 타이어 제작시 비용을 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 프탈레이트계 가소제를 사용한 실시예 1과 동일한 경도, 인장강도 및 신장률을 나타내어 프탈레이트계 가소제의 대체가 가능한 것을 확인하였다.
실험예 3: 육안에 의한 변형측정
상기 실시예 1에서 제조한 고무 몰드와 비교예에서 제조한 고무 몰드에 대해 육안으로 각각의 고무 몰드에 대한 변형 정도를 측정하고 그 결과를 아래의 표 3에 정리하여 나타내었다.
항목 실시예 1 실시예 1 비교예 측정방법
변형 변형 없음 변형 없음 가장 자리에 부분적 변형 보임 육안 측정
표3에 나타난 바와 같이 실시예 1과 실시예 2의 방법으로 제작된 고무는 가장자리 부분에 변형이 거의 발생하지 않으므로 정확한 몰드의 형성이 가능하며, 후가공이 최소화되어 몰드 제작시 필요한 비용을 최소화 할 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 다음의 조성을 가지는 타이어 몰드 형성용 고무조성물:
    (a) 폴리설파이드고무 100중량부;
    (b) 보강제 5~30 중량부;
    (c) 카본블랙 10~60 중량부;
    (d) 디프로필렌 글리콜 디벤조에이트(DPGDB) 및 디에틸렌 글리콜 디벤조에이트(DEGDB)인 제1가소제 10~50중량부; 및
    (e) 이형제 0.5~5 중량부;를
    포함하는 폴리설파이드 고무 조성물 100중량부; 및
    (f) 경화주제, 제2가소제 및 촉진제로 구성되는 경화제 6~20중량부,
    상기 경화제는 이산화망간 또는 이산화납 100중량부에 대하여 염화파라핀 70~150중량부, 알킬벤질프탈레이트 50~100중량부 및 촉진제 0.1~10중량부로 구성되거나, 이산화망간 100중량부에 대하여 이산화납 3~50중량부, 염화파라핀 70~150중량부, 알킬벤질프탈레이트 50~100중량부, 촉진제 0.1~10중량부로 구성됨.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 이형제는 비이온성 이형제인 것을 특징으로 하는 고무조성물.

  9. 제1항에 있어서, 상기 보강제는 실리카(silica), 실란트리올로 표면처리된 실리카, 탄산칼슘(calcium carbonate), 이산화티탄(titanium dioxide), 클레이(clay), 층상실리케이트(layered silicate), 중석(tungsten), 탈크(talc), 황산바륨(barium sulfate) 및 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고무조성물.

  10. 제9항에 있어서, 상기 층상실리케이트는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 사포나이트(saponite), 헥토라이트(hectorite), 렉토나이트(rectorite), 버미큘라이트(vermiculite), 마이카(mica), 일라이트(illite), 카올린나이트(kaolinite), 소디움 몬모릴로나이트(sodium montmorillonite, Na-MMT) 및 클로이지트 15A(Cloisite 15A)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고무조성물.

  11. 제9항에 있어서, 상기 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔은 직경이 0.01 ~ 0.1㎛이고, 비표면적이 90 ~ 110m2/g인 것을 특징으로 하는 고무조성물.

  12. 제9항에 있어서, 상기 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔은 직경이 0.5 ~ 10㎛이고, 비표면적이 150 ~ 200m2/g인 것을 특징으로 하는 고무조성물.

  13. 제1항에 있어서, 상기 폴리설파이드 고무는 수평균분자량이 1000~2500인 폴리설파이드 고무와 3000~5000인 폴리설파이드 고무의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고무조성물.

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