KR20010001492A

KR20010001492A - 브래더용 고무화합물

Info

Publication number: KR20010001492A
Application number: KR1019990020739A
Authority: KR
Inventors: 박병호; 박상호
Original assignee: 신형인; 금호산업 주식회사
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2001-01-05
Also published as: KR100314756B1

Abstract

본 발명은 브래더(bladder)용 고무화합물에 관한 것이다.

본 발명의 브래더용 고무화합물은 원료고무로 부틸 고무(butyl rubber) 50-90 중량부, 클로로 부틸 고무(Cl-butyl 고무) 또는 브로모-부틸 고무(Br-Butyl rubber) 10-50 중량부를 혼합하여 사용하며, 수지 가류의 활성제로 네오프렌 (neoprence) 0-8 중량부, 수지 가류제로서 알킬페놀 가류수지(Alkylphenole curing resion) 6-8 중량부, 퍼니스 블랙계통의 카본블랙 N351 30 중량부, 아세칠렌 블랙 30 중량부, 케스터 오일(Caster oil : 파자마 유) 8 중량부, 산화아연(ZnO) 5 중량부를 컨벤셔널 혼합(Conventional mixing)방법과 오픈밀(Open mill)을 이용하여 브래더용 고무화합물을 제조한다.

본 발명의 브래더용 고무화합물은 열전도도를 향상시킬 뿐만 아니라 압출 공정중 온도가 상승함에 따라 밀(mill)에서 고무가 튀는 밀 배깅(mill bagging) 현상을 방지하며, 타이어 가류중 고압/고온하에서 브래더 고무의 물성 노화에 의한 고무내의 기포 발생 및 경도의 하락을 방지하는 것을 목적으로 한다.

Description

브래더용 고무화합물{Rubber Compound for bladder}

본 발명은 브래더(bladder)용 고무화합물에 관한 것이다.

브래더용 고무화합물의 원료고무는 내열 노화 특성과 내 공기 투과성이 우수한 부틸고무(butyl rubber)를 주로 사용하며, 타이어의 가류시 열전도도 특성을 향상시키기 위하여 보강충전제로 열전도도 특성이 우수하고 분자 표면적 및 구조가 잘 발달된 퍼니스 카본블랙(Furnace carbon black)을 사용하고 있지만 분산 및 압출공정과 과도한 발열 현상 때문에 사용량을 증가에는 한계가 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 열전도도 특성이 좋은 아세틸렌 블랙(Acetylene black)을 사용하고 있지만 여기에도 몇 가지 문제점이 있다. 주요 문제점으로 가류속도(cure rate)의 저하와 카본블랙에 비하여 고무와의 결합도(The degree of bound rubber)가 낮기 때문에 185℃ 이상의 고온조건에서 일정 변형을 가했을 때 분자쇄 (molecular chain)의 이완현상이 현저히 증가하며, 또한 고온고압의 증기하에서 부틸고무의 내열 노화 특성의 하락 때문에 물성의 저하를 초래하기도 한다.

또한 브래더용 고무 화합물은 내열 노화 특성 때문에 가황 가류(Sulfur cure) 대신 수지 가류(resin cure)를 사용하는 것이 일반적이지만 부틸고무 특성상 수지 가류를 일어나게 하기 위해서는 높은 온도가 요구되기 때문에 가류속도를 증가시키기 위하여 활성제로서 활로겐 족 화합물인 네오프렌(neoprence)을 원료고무 100 중량부당 통상 5 중량부를 사용하지만 가류속도가 매우 느리고 가류 후 고온고압의 증기 조건하에서 열노화 현상 및 분자쇄 이완(relaxation) 현상이 현저히 발생하여 브래더의 사용 횟수가 현저히 감소하는 경향을 보인다. 또한 네오프렌 화합물 대신에 염화주석 수화물(SnCl₂·2H₂O)을 0-3 중량부 범위에서 사용하기도 하나 이 경우 중금속 화합물의 사용으로 인해 환경에 유해한 영향을 끼치며 또한 조기가류(Scorch time) 때문에 적용에 한계성을 보여주고 있다.

한편 본 발명과 관련된 종래기술로서 네오프렌을 사용하지 않고 단지 브롬에 치환된 부틸고무를 사용하여 수지가류(Resin cure)를 시킨 미합중국 특허 3,093,613호가 있고, 열안전성을 우수하게 하기 위해 부틸고무에 수지가류를 한다는 내용의 논문을 타우니 등이 발표(P.O. Tawney, J.R. Little and P. Viohl, Rubber Age, 83, 101 (1958))한 것이 있으나 본 발명과는 기술적 구성이 다르다.

본 발명은 원료고무로서 부틸고무 50∼90 중량부와 클로로 부틸고무 또는 브로모 부틸고무 10∼50 중량부를 혼합하여 사용하고 네오프렌을 0∼8 중량부, 보강 충전제로서 N351 카본블랙과 아세칠렌 블랙(Acetylene black)을 1:1의 비로 사용함으로써 열전도도를 향상시킨 브래더용 고무화합물을 제공할 뿐만 아니라 브래더용 고무화합물의 문제점인 압출 공정중 온도가 상승함에 따라 밀(mill)에서 고무가 튀는 밀 배깅(mill bagging) 현상을 방지하며, 타이어 가류중 고압/고온하에서 브래더 고무의 물성 노화에 의한 고무내의 기포 발생 및 경도의 하락을 방지하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 브래더용 고무화합물의 원료고무는 부틸 고무(butyl rubber) 50-90 중량부, 클로로 부틸 고무 또는 브로모-부틸 고무 10-50 중량부를 혼합하여 사용하는데 각각의 부틸고무는 이소프렌(isoprene) 함량이 0.5∼1.5%인 것을 사용하고, 클로로 부틸고무 또는 브로모 부틸고무의 Cl 또는 Br 함량은 2.0±1%인 것을 사용한다. 그 외 첨가물로써 수지 가류의 활성제로 네오프렌(neoprence) 0-8 중량부, 수지 가류제로서 파라-알킬페놀(p-alkylphenol)과 포롬알데히드(formaldehyde)를 축합 반응시킨 알킬페놀 가류수지(Alkylphenol curing resin, 상품명: SP-1014, Schenectar사, USA)를 6-8 중량부, 열전도도 향상을 위한 보강 충전제로 퍼니스 블랙계통의 카본블랙 N351(LG Carbon사) 30 중량부, 아세칠렌 블랙(상품명: Denka black, Denka사, Japan) 30 중량부, 배합 공정을 용이하게 하기 위하여 케스터 오일(Caster oil : 파자마 유) 8 중량부, 수지 가교를 위해 산화아연(ZnO) 5 중량부를 사용하고 이들을 오픈밀(Open mill)에 투입하여 브래더용 고무화합물을 제조한다. 한편 상기 조성물을 오픈밀에서 혼합하는 방법은 고무를 첨가한 다음 기타 첨가물을 넣는 방법인 컨벤셔널 혼합(Conventional mixing, CM)방법을 이용한다.

이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예 및 시험예를 통하여 설명하고자 한다. 그러나 이들이 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

〈 비교예 1-2 〉

아래의 표 1과 같은 조성물 및 사용량으로 컨벤셔널 혼합방법과 오픈밀 장치를 이용하여 브래더용 고무화합물을 제조하였으며 이들의 무니점도, 스코치타임, 레오메터, 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신율, 열전도도, 노화율, 텐션세트의 물성을 측정하여 같은 표 1에 정리하여 나타내었다.

〈 실시예 1-5 〉

표 1. 비교예, 실시예의 조성물 및 물성

조 성 물	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
부틸고무	100	100	90	80	50	50	70
클로로 부틸고무	-	-	10	-	50	-	30
브로모 부틸고무	-	-	-	20	-	50	-
네오프렌	5	5	5	7	3	2	3
카본블랙 N351	60	30	30	30	30	30	30
아세틸렌 블랙	-	30	30	30	30	30	30
SP-1014	6	6	6	6	6	8	6
무니점도 스코치타임(분) 점도(Cp)	16.555	19.657	14.547	13.846	12.943	12.443	13.745
레오메터 T2(분) T90(분)	1.8022.4	2.5026.8	1.619.2	1.618.7	1.517.5	1.415.4	1.516.5
경도(Shore-A)	66	67	69	68	69	70	68
300% 모듈러스 (kgf/Cm²)	78	80	87	87	91	91	81
인장강도(Kg/Cm²)	134	125	124	128	125	119	128
신율(%)	622	614	613	599	587	571	610
열전도도(W/m.K)	0.231	0.315	0.325	0.328	0.329	0.331	0.327
노화율(%)	78	65	77	78	84	85	84
Tension set(%)	131	139	121	118	117	115	118

* 노화율은 내압을 14 kg/cm²에서 증기를 가해줌(실제온도는 196℃에 해당함)

* 열전도도는 C-Matic heat flow meter thermal conductance tester(Model TCHN-DV, Baytown Polymer Center, USA)을 이용하여 측정함.

비교예 2와 같이 기존 부틸고무에 카본블랙 N351과 아세칠렌 블랙을 혼용 사용한 경우 카본블랙 N351 만을 단독 사용한 비교예 1에 비해 열전도도 특성은 현저히 증가하였지만, 가류 특성에서 가류 속도의 현저한 감소를 초래하였다. 또한 최종 배합(Final mixing)에서 고무 배합물이 램(Ram) 혹은 밀(mill)에 접착되어 작업이 어려우며, 압출 작업 전 밀에서 화합물이 튀는 밀 배깅 (mill bagging) 현상이 온도가 증가함에 따라 현저히 증가하고 고온고압의 증기하에서 노화 물성의 현저한 감소를 초래하고 있다. 실시예 1-2에서 클로로 부틸고무 또는 브로모 부틸고무 10-50 중량부를 부틸고무와 혼합사용시 가류속도의 증가 현상이 관찰된다. 또한 실시예 3-5에서와 같이 클로로 부틸 고무 또는 브로모 부틸고무를 25 중량부 이상 혼용 사용시 네오프렌을 2-3 중량부를 사용하여도 가류 속도의 현저한 증가와 배합 공정에서 공정 불량 현상이 관찰되지 않았으며 가류물의 물성 중 열 노화 특성의 현저한 개선 및 일정 변형하에서 분자 사슬의 이완(stress relaxation)현상이 감소하였다.

〈 시험예 〉

상기의 비교예 1-2, 실시예 1-5의 조성물로 브래더용 고무화합물 제조시 타이어의 동일규격(11R22.5 956 pattern)과 온도(내온 180℃와 외온 143℃)에서 가류시간 및 브래더용 고무화합물의 표면에 균열이 발생하여 탈착할 때까지 생산된 타이어의 개수를 기준으로 하여 브래더용 고무화합물의 수명을 측정하여 아래의 표 2에 결과를 정리하였다.

표 2. 수명 및 가류시간

	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
수 명(회)	320	300	330	332	345	344	350
가류시간(분)	45	42	42	42	42	42	42

표 2에서와 같이 원료고무로 부틸고무와 클로로 부틸고무 또는 브로모 부틸고무를 사용한 실시예 1-5의 브래더용 고무 배합물은 원료고무로 부틸고무를 단독 사용한 비교예 1-2의 브래더용 고무화합물에 비해 수명은 증가하고 가류시간의 감소를 확인하였다.

본 발명에 의해 제조한 브래더용 고무화합물은 공정중 고온하에서 고무가 튀는 밀 배깅 현상이 현저히 개선될 뿐 아니라, 가류속도 증가 및 고온 변형하에서 분자쇄의 이완 현상이 감소하며, 또한 클로로 부틸고무 또는 브로모 부틸고무의 사용량이 증가함에 따라 열전도도 특성이 좋아진다.

Claims

브래더용 고무화합물에 있어서, 원료고무로 부틸고무 50-90 중량부와 클로로 부틸고무 또는 브로모 부틸고무를 10-50 중량부, 네오프렌(Neoprene) 0-8 중량부, 알킬페놀 가류수지 6-8 중량부, 카본블랙 N-351와 중량부, 아세칠렌 블랙을1 : 1의 비율로를 첨가하는 것을 특징으로 하는 브래더용 고무화합물.
제 1항에 있어서, 원료고무로 사용하는 각각의 부틸고무는 이소프렌 함량이 0.5∼1.5%인 것을 특징으로 하는 브래더용 고무화합물.
제 1항에 있어서, 클로로 부틸고무의 Cl과 브로모 부틸고무의 Br 함량은 2.0±1%인 것을 특징으로 하는 브래더용 고무화합물.