KR19980043137A - 타이어 펑크방지 조성물 및 그 도포방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 펑크방지 조성물 및 그 도포방법에 관한 것으로서, 주성분을 종래의 용제 중합형 고무나 유화중합형으로 이루어지는 휘발분을 포함하는 고무성분이 아닌 스티렌계 블록공중합체인 열가소성 엘라스토머로 구성한 것으로, 이를 고온에 의한 핫-멜팅(hot melting) 공법으로 타이어 내면에 부착하여 점착성 탄성층을 형성하도록 하면 종래의 용제 중합형 고무나 유화 중합형 조성물과는 달리 전혀 휘발성분이 없기 때문에, 즉 용제로서 유기 용매나 물을 전혀 사용하지 않고 완전 고형물을 사용하기 때문에 용매의 휘발을 위해 소요되는 수 내지 수십 시간 이상의 시간을 절약할 수 있고, 실제 타이어 제조시 타이어 내면에 실리콘 이형제 및 활제와 블록킹 방지제가 상당량 도포되어 있더라도 강력한 부착력을 유지할 수 있으며, 유기용제를 사용하는 경우에 발생되는 휘발분에 의한 화재나 공해의 위험이 전혀 없고 단지 10∼20초 정도의 작업시간 후에는 1∼5mm의 두꺼운 탄성층을 이루어 제작 후 숙성시간 없이 즉시 사용할 수 있는 실용성있는 제품일 뿐만 아니라, 접착 방법에 있어 종래의 용제 증발형이나 수분 증발형과는 달리 접착력이 강한 탄성층을 고온으로 녹여 부착시키므로써 접착력도 수배 이상 향상되어 타이어의 내면과 거의 일체가 되므로 완벽한 펑크방지 효과를 얻을 수 있다.

Description

타이어 펑크방지 조성물 및 그 도포방법

본 발명은 타이어 펑크방지 조성물 및 그 도포방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 튜브레스(tubeless) 타이어에 적합한 펑크방지 물질로 유용한 펑크방지 조성물을 핫-멜팅 공법을 통해 타이어에 도포하는 방법에 관한 것이다.

통상, 타이어는 튜브가 없는 튜브레스 타이어와 튜브가 내재된 튜브 타이어로 구분되는 데, 최근에는 화물차나 승합차 일부를 제외하고는 대부분 튜브레스 타이어를 부착 사용하고 있다.

튜브레스 타이어의 경우 못 등이 박혀도 타이어 내부 압력이 단시간에 저하되는 경우가 적어졌지만, 공기압이 점차적으로 줄어들어 완전히 공기압이 줄어든 상태로 주행하게 되는 경우나, 고속주행시 박혔던 못이 빠져나가는 경우, 차량이 뾰족한 송곳형태의 물질이 박혀있는 곳을 지나게 되는 경우 등에는 튜브 타이어가 펑크가 난 것과 같은 상태가 되므로 치명적인 사고가 나거나 운행중에 정지하여 수리, 운행할 수 밖에 없는 상황이 되고 만다.

이러한 펑크의 위험성때문에 이를 방지할 수 있는 방법들이 제안되고 있는 바, 그 유형은 크게 세가지로 분류될 수 있다.

그중 한 방법은 펑크가 발생한 것을 즉시에 인지할 수 없는 튜브레스 타이어인 경우, 타이어의 펑크가 발생하여 공기압이 줄어들고 있다는 것을 운전자에게 알려주는 방법(대한민국 특허 공개 제97-033989호, 제97-020487호 등)이고, 두 번째의 방법은 펑크가 나더라도 보조의 수단을 가지고 적정한 장소까지 계속적으로 운행을 할 수 있게 하는 방법(미합중국 특허 제499893호, 대한민국특허 공개 제92-000517호, 미합중국 특허 제415468호, 대한민국 특허 공개 제91-014246호 등)이다. 그리고 세 번째의 방법은 타이어 내부에 펑크방지 조성물을 밀봉시켜 근본적으로 펑크를 방지하고자 하는 방법이다.

이중 세 번째 방법에 대하여 자세히 설명하고자 한다.

타이어 등의 펑크방지 조성물에 관한 종래방법을 살펴보면, 콜타로피치 또는 석유 피치와 폴리이소부틸렌의 혼합물을 타이어 크라운 내벽에 도포하는 방법(일본 특허공고 제31-9489호); 점착성 고무를 크라운 내벽에 도포하고, 그 고무에 공기가 통할 수 있는 고리모양 천 등과 같은 헝겊조각을 결합시키는 방법(일본특허공고 제35-17402호); 부분적으로 가교결합시킨 폴리부텐, 프로세스 오일 및 부틸고무의 혼합물을 함유한 점착성 물질로 벌집구조를 치밀하게 충진하여 밀봉층을 형성하는 방법(일본특허공고 제34-1095호); 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리부텐 및 충진제 등으로 이루어진 밀봉물질(일본 특허공고 제50-39458호) 등이 제안된 바 있다.

그러나, 상기의 방법이나 밀봉물은 냉-유동 또는 고온에서의 유동이 발생하며, 고속 주행시 타이어내에 생기는 원심력에 의해 밀봉 조성물이 타이어 중심 크라운 부위로 유동하게 되고 용매를 다량 사용하게 되어 안전성 및 작업환경 문제가 야기되며, 밀봉물의 밀봉력이 실제 사용에 적합하지 못하였다.

이러한 단점을 보완하기 위해서 대한민국 특허 공고 제82-652호에는 부틸고무를 용제에 녹인 액과 폴리부텐, 스티렌-부타디엔 고무, 가교제 등으로 된 또 다른액을 혼합 분무하여 고무를 경화시켜 밀봉층을 이루는 용제형 밀봉제 조성물에 대하여 개시되어 있다.

그러나, 이러한 밀봉제 역시 최소 한 가지 이상의 중합용 용제를 사용하기 때문에 밀봉물이 1mm 두께로 도포되더라도 고점도의 중합체에 함유된 용제 휘발을 위하여는 수 내지 수십 시간이 소요된다. 결과적으로 밀봉물을 1∼3mm 두께를 도포할 수 있다고 개시한 것은 견본 제작은 가능하지만 실용화 가능성이 희박하고 생산성이 없는 제안이다.

또한, 실질적으로 타이어는 내면에 실리콘 이형제를 도포하고, 그 위에 활제와 블록킹 방지제를 상당량 첨가 도포하여 제작되는 데, 이 위에 용매나 물을 희석제로 사용하는 종래의 밀봉제를 도포하는 경우 밀착이 거의 되지 않고 밀착이 되더라도 밀착력이 약하여 들뜨게 된다. 따라서, 많은 비용과 시간을 들여서 이형제층 등의 도포면을 제거해야 하기 때문에 이 또한 실용성을 저하시키는 원인이 된다.

뿐만 아니라 유기용매를 사용하는 용제형 도료를 사용할 경우 화재나 공해 등의 문제가 심각하다.

종래에 제시된 밀봉제들은 이와같은 이유로인해 실제 사용에는 적합하지 못하여 제안 후 십수년이 되도록 전혀 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 펑크 방지를 위하여 밀봉제의 부착력을 높이고 고속주행 중 조성물이 크라운 부위로 유동케되거나 용매를 다량으로 사용하게 되어 안전성 및 작업환경 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 펑크방지 조성물을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 밀봉시 사용되는 용제의 휘발로 인해 작업시간이 연장되어 생산성이 떨어지는 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 펑크방지 조성물을 제공하는 데 있다.

또 다른 본 발명의 목적은 타이어 제조시에 내면에 도포되는 이형제 등의 도포물질 위에도 간단히 밀착할 수 있는 100% 고형분의 펑크방지 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 휘발분을 전혀 함유하지 않으므로 잔유 휘발물질에 의한 타이어의 손상과 내부 유동성을 없앨 수 있는 펑크방지 조성물을 제공하고, 이를 고온에서 녹여서 도포하는 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 타이어에 펑크방지제를 밀봉한 상태 단면도이고,

도 2는 펑크방지제가 도포된 타이어의 펑크방지 원리를 나타낸 상태도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 - 타이어 2 - 타이어 코드

11 - 펑크방지 조성물 밀봉층 21 - 못

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 펑크방지 조성물은 종래의 용제 중합형 고무나 유화 중합형으로 이루어지는 휘발분을 포함하는 고무가 아닌 스티렌 계 블록공중합체인 열가소성 엘라스토머(elastomer)를 주성분으로 하는 조성물로 고온에 의한 핫-멜팅 방식으로 타이어 내면에 점착성 탄성층을 접착시키는 것을 그 특징으로 한다.

이같은 특징을 나타낼 수 있는 본 발명의 타이어 펑크방지 조성물은 스티렌계 열가소성 엘라스토머 100 중량부, 점착성 부여제 110∼190 중량부, 액상가소제 80∼140 중량부 및 첨가제 5∼20 중량부로 이루어진다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 펑크방지 조성물을 구성하는 성분을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다;

(1) 제 1 조성: 스티렌계 열가소성 엘라스토머

- 구체적인 화합물의 예로는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체(이하, SBS라 함), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록공중합체(이하, SIS라 함) 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록공중합체(이하, SEBS라 함) 등이 있으며, 이들 열가소성 고무는 가류(고무경화)가 필요없는 고무 성분이지만 강도는 가류고무와 거의 동등한 특성을 가질 뿐만 아니라 -80℃까지 탄성을 유지하고 내오존성이 뛰어나며 내약품성이 뛰어난 특성이 있다.

(2) 제 2 조성: 점착성 부여제

- 스티렌계의 열가소성 수지에 점착성을 부여하기 위한 수지로서, 그 종류로는 석유수지, 로진, 로진에스테르, 쿠마론인덴 수지, 고분자량의 아크릴 수지, 케톤수지, 포화지방족 탄화수소계 수지 및 파라핀왁스 등이 있으며, 일반상태에서는 고형 물질이지만 스티렌계 수지와 같이 섞이게 되면 매우 큰 점착력을 나타낸다.

(3) 제 3 조성: 액상가소제

- 프로세스 오일, 폴리부텐, 기타 광유로서, 이들은 점도를 낮추어 주고 신율을 늘리며 작업을 용이하게 하는 역할을 한다.

(4) 제 4 조성: 첨가제

- 통상의 타이어 펑크방지 조성물에 첨가되는 첨가제들로서 항산화제, 습윤제 또는 소포제 등이며, 가열용융시 고온에서 제품이 산화로 인하여 갈변되고 물성이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기와 같은 조성을 배합하여 점착성 접착제를 만들때에는 그 혼합비를 변경시킴에 따라 인장강도, 신율, 점착성, 접착력 및 용융점 등을 조절할 수 있으므로 목적에 적합하도록 여러 제품을 구성할 수 있다.

그 중 가장 바람직하게는 제 1 조성 100 중량부에 제 2 조성 110∼190 중량부, 제 3 조성 80∼140 중량부 및 제 4 조성 2∼20 중량부로 혼합하는 것이다.

만일, 제 2 조성의 함량이 스티렌계 열가소성 엘라스토머 100 중량부에 대하여 110 중량부 미만이면 너무 강하여 점착력이 저하되고, 190 중량부 초과면 밀봉층이 약하고 탄성이 부족한 문제가 있다.

그리고, 제 3 조성의 함량이 스티렌계 열가소성 엘라스토머 100 중량부에 대여 80 중량부 미만이면 신율이 저하되고 경도가 상승되며, 140 중량부 초과면 신율이 과다하여 강도 및 경도가 저하된다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여는, 밀봉제는 못이 침입하였을 때는 못의 끝부분까지 덮어 씌운 상태로 늘어나야 하고 못이 빠질 때는 같이 빨려나와서 구멍을 메꾸어 주도록 조성되는 것이 바람직하나, 못이 침입하였을 때 못의 끝부분까지 덮어씌우지 않더라도 밀봉상태를 유지할 수 있슴이 확인되었다.

이와같은 요건에 적합하도록 본 발명의 타이어 펑크방지 조성물은 점착력과 신율이 클수록 유리하나, 신율이 너무 크면 인장강도가 떨어지고 점착력이 과다하게 되어 문제가 발생할 수 있으나 실험적으로 간단히 정할수 있게 된다.

한편, 본 발명의 펑크방지 조성물은 근본적으로 액의 특성이 고형분이므로, 즉 전혀 물이나 용제에 녹여서 타이어에 밀착시킨 후 이를 휘발시키는 방법을 통해 타이어에 도포되는 것이 아니므로, 타이어에 밀봉액을 도포시키는 방법 또한 통상적인 밀봉액과는 전혀 다를 수밖에 없다.

본 발명의 펑크방지 조성물을 타이어에 적용하는 방법은 제조된 밀봉액의 용융상태(약 200∼250℃)에서 별도의 처리없이 그대로 타이어 내면에 조성액을 흘려 보내거나 고압분사하여 간단히 타이어 내면에 밀봉시키는 방법이다. 이러한 상태에서 강한 접착력을 가진 밀봉제를 밀착하게 되면 타이어 제조공정에서 사용되는 이형제의 종류에 관계없이 접착이 이루어지고 종래의 방법에 의한 것보다 수배이상의 접착력을 발생한다.

이와같이 도포하여 형성된 펑크방지 조성물 밀봉층의 두께는 작업온도와 목적에 따라 달라질 수 있으나, 접착력 등을 고려하여 볼 때 1∼5mm인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 2∼3mm 두께로 도포되는 것이다.

만일, 지나치게 밀봉층의 두께가 두꺼울 경우 고속주행시 한 곳으로 몰리는 문제점이 발생될 수 있고 타이어의 무게에 영향을 줄 수 있다.

한편, 타이어에 펑크방지제를 접착한 상태 단면도를 도 1에 나타내었고, 타이어의 펑크방지 원리를 도 2에 나타내었다.

이에 근거하여 순차적으로 펑크방지제를 사용한 펑크방지 원리를 설명하면, 만일 못 등이 타이어에 박히면 도 2의 (가)에서와 같이 밀봉제가 못의 끝까지 감싸고 있거나, 뚫리더라도 못 주위를 감싸고 있다가, (나)에 나타낸 바와 같이 못이 빠지기 시작하면 밀봉제도 함께 내려오기 시작한다. 그리고, (다)와 같이 못이 타이어의 중간까지 빠지면 밀봉제도 못에 묻어 나오기 시작하며, 최종적으로 (라)에서와 같이 못이 타이어로부터 빠져나가면 밀봉제가 못에 묻어 나오면서 못에 박혔던 공간을 다 메꾸고 타이어의 외부까지 나온 후, 고무의 탄성에 의하여 자체적으로 구멍이 오무라 들어 완전 밀폐된다.

이와같은 원리로 본 발명의 펑크방지제는 못이 완전히 빠져나간 후에도 그 자리를 메꾸어주어 오랜동안 밀봉성을 유지할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체(SBS) 100 중량부에 로진 40 중량부 및 로진 에스테르 35 중량부, 지방족 탄화수소계 폴리머(피코페일#100, 허큐레스사 제품) 100 중량부, 프로세스오일 80 중량부, 첨가제(IRGANOX#1076, 시바가이기사 제품) 3 중량부를 첨가하여 교반·균일화 분산시켜 타이어 펑크방지 조성물을 제조하였다.

실시예 2

SEBS 100 중량부에 석유수지 90 중량부, 로진 에스테르 90 중량부, 프로세스오일 90 중량부, 첨가제(IRGANOX#1076, 시바가이기사 제품) 5 중량부를 교반·분산시켜 타이어 펑크방지 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 1 및 2에 따라 제조된 펑크방지 조성물을 실리콘 오일 및 탈크로이형 처리된 타이어 내측에 핫 멜트 흘림 방법으로 두께 2mm 되도록 접봉처리하였다.

그 다음, 리된 타이어를 림(rim)에 각각 끼우고, 공기를 불어넣어 34psi (pound per inch square)의 압력으로 다음 시험을 수행하였다.

타이어의 트레드 부위 뿐만아니라 측면 부위에 길이 8cm, 굵기 4mm의 못을 각각 20개씩 박고 물속에 넣어 공기가 새는가 확인하였으나, 새는 부분은 없었다. 타이어를 차에 장착하고 고속도로를 80km, 100km, 120km로 각각 20분이상 주행하였으나 이상이 없었다. 또한 주행 후에 20개의 못을 모두 뺀 다음 공기의 누설을 시험하였으나 전혀 공기누설은 없었으며, -30℃와 80℃에서도 전혀 공기 누설이 없었다.

그리고 5일후 다시 공기누설을 측정하였으나 전혀 누설이 없었다.

또한, 못을 모두 제거한 상태에서 2년간 실제 고속도로 및 시내주행을 실시하였으나 타이어 마모만 발생하였을 뿐 공기누설은 발생하지 않았다.

실시예 3

스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체 100 중량부에 로진 70 중량부, 지방족 탄화수소계 폴리머(피코탁#95, 허큐레스사 제품) 110 중량부, 폴리부텐 80 중량부, 항산화제(IRGANOX#1076, 시바가이거사 제품) 2 중량부를 첨가하여 교반·균일화 분산시켜 타이어 펑크방지 조성물을 제조하였다.

이렇게 제조된 타이어 펑크방지 조성물로 2mm 정도두께로 상기 실시예 1 및 2에서와 동일한 방법으로 2mm 두께 정도로 밀봉처리하였다.

상기 실시예 1과 같은 압력으로 가압한 후에 타이어의 크라운 부위와 쇼울더 부위에 길이 8cm, 굵기 4mm의 못을 40개 박아 공기가 새는지 물속에 넣어 확인하였으나, 전혀 누설이 없었다. 그리고 80℃의 오븐에 넣어 2시간 경과후 10개의 못을 뺐을 때 빠진 구멍을 통하여 밀착액이 묻어나와 완벽하게 밀봉되는 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 전혀 공기 누설이 일어나지 않았다.

또한, 타이어를 자동차에 장착한 후 고속도로를 시속 110km로 왕복, 시내를 1주일간 주행한 후 나머지 30개의 못을 뽑아내고 공기압을 측정하였으나 전혀 변화가 없었으며, 세워서 일주일 경과후 누설검사에서도 전혀 공기압의 변화가 없었다. 그리고 직경 10mm의 송곳으로 타이어의 트레드 부위를 찔렀다가 뺐으나 전혀 공기가 누설되지 않았다.

실시예 4

스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록공중합체(SEBS) 110 중량부에 로진에스테르 및 로진 85 중량부, 지방족 탄화수소계 폴리머(하이코레즈 c-1100, 코오롱사 제품) 100 중량부, 프로세스오일 및 폴리부텐 62 중량부, 첨가제(IRGANOX#1076, 시바가이기사 제품) 3 중량부를 혼합하여 타이어 펑크방지 조성물을 제조하였다.

실시예 5

SEBS 100 중량부에 로진 150 중량부, 고형 아크릴 수지 25 중량부, 프로세스오일 80 중량부, 항산화제(IRGANOX#1076, 시바가이기사 제품) 2 중량부를 혼합하여 타이어 펑크방지 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 4 및 5에 따라 제조된 타이어 펑크방지 조성물을 상기 실시예 1 및 2의 방법으로 1.5∼2.0mm의 두께로 타이어에 각각 밀봉시키고, 림을 끼운 후 상기 실시예 1과 같은 압력으로 공기를 가압 후 시험하였다.

두께 2cm, 폭 20cm, 길이 2m의 판자위에 길이 7mm, 굵기 4mm의 못을 20cm간격으로 박은 후 뒤집어 놓고 펑크방지 타이어를 장착한 자동차를 50km의 시속으로 통과하게 한 후 누설상태를 측정하였으나 전혀 누설이 일어나지 않았다.

일주일 후에 다시 타이어를 검사하였으나, 전혀 공기압의 누설이 일어나지 않았다. 또한 -30℃의 냉장고에서의 누설시험과 80℃의 오븐에서 2시간 경과후의 누설시험에서도 전혀 문제가 발생하지 않았다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 주성분을 용제 중합형 고무를 사용하지 않고 스티렌계나 이와 유사한 계통의 블록공중합체인 열가소성 엘라스토머를 사용하고 이의 특성이 펑크방지에 적합하도록 점착성 부여제와 액상가소제 및 기타 첨가제를 사용하여 제조된 밀봉제는 종래 밀봉제에서 나타나는 냉-유동 특성이 없고, 특히 사용된 용제를 휘발하는 데 필요한 수 내지 수십 시간의 공정시간을 현격히 단축시킬 수 있고, 도포전 별도의 타이어 내부 이형제, 활제 및 블록킹 방지 물질 제거과정이 필요없으며, 타이어 내면에 부착 즉시 펑크방지 타이어의 효과를 낼 수 있을 뿐만 아니라, 단순히 조성물을 타이어가 생성된 상태에서 직접 고압분사 또는 흘림방식으로 간단히 접착할 수 있으므로 실용적이다.

이상에서 본 발명은 기재된 튜브가 없는 튜브레스 타이어 뿐만 아니라 튜브타이어, 오토바이 타이어, 자전거 타이어, 산업용 타이어 등 자동차 이외의 모든 타이어에 적용가능하고 이것도 또한 적용범위에 있어 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

1. 스티렌계 열가소성 엘라스토머 100 중량부, 점착성 부여제 110∼190 중량부, 액상가소제 80∼140 중량부 및 첨가제 2∼20 중량부로 이루어진 타이어 펑크방지 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스티렌계 열가소성 엘라스토머는 스티렌-부타티엔-스티렌 블록공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록공중합체 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록공중합체 중에서 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 타이어 펑크방지 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 점착성 부여제는 석유수지, 로진, 로진에스테르, 쿠마론인덴 수지, 고분자량의 아크릴 수지, 케톤수지, 포화지방족 탄화수소계 수지 및 파라핀왁스 중에서 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 타이어 펑크방지 조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 액상가소제는 프로세스 오일, 폴리부텐 및 광유 중에서 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 타이어 펑크방지 조성물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가제는 항산화제, 습윤제 및 소포제 중에서 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 타이어 펑크방지 조성물.
6. 제 1 항의 타이어 펑크방지 조성물을 용융상태에서 타이어 내측에 고압분사 또는 흘림방식으로 도포하는 타이어 펑크방지 조성물의 도포방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 타이어 펑크방지 조성물의 도포는 도포층의 두께가 1∼5mm 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 타이어 펑크방지 조성물의 도포방법.