KR20020047892A - 나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 클레이 함량이 5∼50wt%, 알킬페놀계 수지 함량이 50∼95wt%,이고 비중이 1.5±0.2 이며, 나노 클레이 중의 클레이는 비중이 2.3±0.5, 평균입자경이 1.5±7.0㎛, Al2O3함량이 35wt% 이내, SiO2함량이 56wt% 이내인 나노 클레이를 원료고무 100 중량부에 대하여 1∼70 중량부 포함하는 특징으로 하는 나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 나노복합재료의 일종인 나노 클레이를 고무조성물에 적용함으로써 고무물성을 향상시켜 우수한 내마모성을 갖게 함과 동시에 열안정성(Thermal stability) 및 치수안정성(Dimension stability)이 향상된 고무조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물{Rubber composition with mano-clay for tire}
본 발명은 나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 클레이 함량이 5∼50wt%, 알킬페놀계 수지 함량이 50∼95wt%,이고 비중이 1.5±0.2 이며, 나노 클레이 중의 클레이는 비중이 2.3±0.5, 평균입자경이 1.5±7.0㎛, Al2O3함량이 35wt% 이내, SiO2함량이 56wt% 이내인 나노 클레이를 원료고무 100 중량부에 대하여 1∼70 중량부 포함하는 특징으로 하는 나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.
종래에는 클레이(Clay, Al2O3·mSiO2·nH2O) 함량이 98wt% 이상인 순수 일반 클레이만을 타이어용 고무조성물에 첨가하여 사용하고 있는데 이는 충진제인 카본블랙 이나 실리카와 비교하여 볼 때 일반 클레이의 가격이 매우 저렴하여 고무조성물에 적용시 물성을 향상시키기보다는 부피를 증가시켜주는 역할로 고무제품의 가격을 낮추어 주는 역할을 주로 한다. 그러나 일반 클레이 함량이 일정한 수준이상일 경우 급격한 물성하락을 초래하기 때문에 일반 클레이 사용시에는 적정한 수준을 유지해야 하는 문제점이 있다.
상기에서 언급한 바와 같이 일반 클레이의 적용에 의한 고무제품의 문제점을해결하기 위해 본 발명은 일반 클레이 대신 나노복합재료의 일종인 나노 클레이를 고무조성물에 적용함으로써 고무물성을 향상시켜 우수한 내마모성을 갖게 함과 동시에 열안정성(Thermal stability) 및 치수안정성(Dimension stability)이 향상된 고무조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 고분자 수지가 실리케이트에 균일하게 확산되어 실리케이트의 형태가 분리, 분산된 상태의 나노 클레이를 나타낸 것이다.
도 2는 고분자 수지가 실리케이트 내부에 침투되고, 실리케이트 형태가 유지된 상태의 나노 클레이를 나타낸 것이다.
본 발명의 나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물은 공지의 타이어용 고무조성물에 있어서, 천연고무 또는 천연고무 10∼20 중량부 및 스티렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무와 같은 합성고무 80∼90 중량부로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 나노클레이 1∼70 중량부를 포함하여 고무물성을 향상시켜 우수한 내마모성을 갖게 함과 동시에 열안정성(Thermal stability) 및 치수안정성(Dimension stability)을 향상시키고자 한다.
상기에서 나노 클레이는 클레이 함량이 5∼50wt%, 알킬페놀계 수지 함량이 50∼95wt% 이고 비중이 1.5±0.2 이며, 나노 클레이 중의 클레이는 비중이 2.3±0.5, 평균입자경이 1.5±7.0㎛, Al2O3함량이 35wt% 이내, SiO2함량이 56wt% 이내인 것을 사용한다.
알킬페놀계 수지는 파라옥틸페놀-포름알데히드 수지(Paraoctylphenol-Formaldehyde Resin), 파라부틸페놀-포름알데히드 수지(Parabutylphenol-Formaldehyde Resin), 파라-tert-부틸페놀-포름알데히드 수지(Para-tert-butylphenol-Formaldehyde Resin) 또는 옥틸-부틸페놀-포름알데히드 수지(Octyl-butylphenol-Formaldehyde Resin)를 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 나노 클레이의 사용량이 1 중량부 미만일 경우 물성향상에 의한 동적특성의 개선효과가 나타나지 않으며, 70 중량부를 초과할 경우 배합성이 떨어지고 분산이 불량하여 물성향상의 효과가 나빠질 우려가 있다.
본 발명의 나노 클레이는 도 1 및 도 2와 같이 실리케이트 층상구조의 점토광물을 나노(nano) 크기의 시트상의 기본단위로 박리하여 알킬폐놀계 고분자 수지에 복합시킴으로써 고분자의 낮은 기계적 물성을 개선하여 이를 고무조성물에 첨가시 인장강도나 모듈러스 등의 기계적 강도를 상승시키고 열변형에 강하고 난연성 등의 열적특성을 부여할 뿐만 아니라 수분이나 가스의 투과성을 억제하는 방어벽(barrier) 역할을 수행함과 동시에 동적특성의 하나인 내마모성을 향상시켜 준다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들이 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
<비교예>
용액중합 스티렌-부타디에 고무(Tufdene-3330) 90 중량부와 천연고무 10 중량부로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 실리카(zeosil-175) 80 중량부, 실란커플링제(X-50S) 12.8 중량부, 일반 클레이 5 중량부, 공정오일 37.5 중량부, 아연화 3 중량부, 스테아린 산 2 중량부, 노화방지제 4 중량부, 왁스 2 중량부, 유황 1.5 중량부, 가황촉진제 3.7 중량부를 160℃에서 20분간 가류하여 고무시편을 제조하였다. 아래의 표 1에 이를 정리하여 나타내었다.
상기에서 일반 클레이는 클레이(clay) 함량이 98wt% 이상, 비중이 2.6±0.1,
평균입자경이 2.5∼6.5㎛, Al2O3함량이 31wt%, SiO2함량이 51wt% 인 것을 사용하였다.
<실시예 1>
용액중합 스티렌-부타디에 고무(Tufdene-3330) 90 중량부와 천연고무 10 중량부로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 실리카(zeosil-175) 80 중량부, 실란커플링제(X-50S) 12.8 중량부, 나노 클레이 3 중량부, 공정오일 37.5 중량부, 아연화 3 중량부, 스테아린 산 2 중량부, 노화방지제 4 중량부, 왁스 2 중량부, 유황 1.5 중량부, 가황촉진제 3.7 중량부를 160℃에서 20분간 가류하여 고무시편을 제조하였다. 아래의 표 1에 이를 정리하여 나타내었다.
상기에서 나노 클레이는 클레이 함량이 5∼50wt%, 파라옥틸페놀포름알데히드 수지 함량이 50∼95wt%이고 비중이 1.5±0.2 이며, 나노 클레이 중의 클레이는 비중이 2.3±0.5, 평균입자경이 1.5±7.0㎛, Al2O3함량이 35wt%, SiO2함량이 56wt%인 것을 사용한다.
<실시예 2>
실시예 1에서 사용한 나노 클레이를 5 중량부 적용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 조성물 및 방법을 이용하여 고무시편을 제조하였다.
<실시예 3>
실시예 1에서 사용한 나노 클레이를 10 중량부 적용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 조성물 및 방법을 이용하여 고무시편을 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성물
항 목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
합성고무 90 90 90 90
천연고무 10 10 10 10
실리카 80 80 80 80
실란커플링제 12.8 12.8 12.8 12.8
일반 클레이 5 - - -
나노 클레이 - 3 5 10
공정오일 37.5 37.5 37.5 37.5
아연화 3 3 3 3
스테아린 산 2 2 2 2
노화방지제 4 4 4 4
왁스 2 2 2 2
유황 1.5 1.5 1.5 1.5
가황촉진제 3.7 3.7 3.7 3.7
<시험예>
상기 비교예 및 실시예의 시편에 대하여 ASTM 관련 규정에 의하여 무니점도(점도, 스코치 시간), 레오미터(최대 토오크, 가황시간), 인장물성(경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신장율), 발열특성, 마모손실 및 레오비브론 테스트(탄델타 0℃,탄델타 70℃)를 측정하여 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 시편의 물성시험 결과
항 목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
무니점도 점도 73 70 71 73
스코치 시간(분) 28.4 33.2 31.3 28.8
레오미터 최대 토크 38.2 37.5 39.3 43.5
가황시간(T90, 분) 16.8 17.0 17.5 18.4
인장물성 경도 71 73 74 76
300% 모듈러스(kgf/cm2) 119 128 135 154
인장강도(kgf/cm2) 228 245 256 275
신장율(%) 465 456 447 433
발열특성(℃) 22.7 21.3 20.2 18.6
마모손실(mg) 30.5 26.6 23.7 16.2
레오비브론 테스트 탄델타 0℃ 0.290 0.291 0.289 0.295
탄델타 70℃ 0.105 0.093 0.101 0.103
상기 표 2의 결과에서 보듯이 일반 클레이를 사용한 비교예의 시편에 비해 나노 클레이를 동량 사용한 실시예의 시편의 물성이 대체적으로 공정성이 향상되고 인장물성에서는 모듈러스와 인장강도가 개선됨을 알 수 있다. 한편 나노 클레이의 사용량이 증가함에 따라 인장물성, 발열특성 및 마모특성이 향상됨을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 공지의 타이어용 고무조성물에 있어서, 천연고무 또는 천연고무 10∼20 중량부 및 스티렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무와 같은 합성고무 80∼90 중량부로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 나노클레이 1∼70 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물
  2. 제 1항에 있어서, 나노 클레이는 클레이 함량이 5∼50wt%, 알킬페놀계 수지 함량이 50∼95wt% 이고 비중이 1.5±0.2인 것을 특징으로 하는 나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 나노 클레이 중의 클레이는 비중이 2.3±0.5, 평균입자경이 1.5±7.0㎛, Al2O3함량이 35wt% 이내, SiO2함량이 56wt% 이내인 것을 특징으로 하는 나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물
  4. 제 2항에 있어서, 알킬페놀계 수지는 파라옥틸페놀-포름알데히드 수지, 파라부틸페놀-포름알데히드 수지, 파라-tert-부틸페놀-포름알데히드 수지 또는 옥틸-부틸페놀-포름알데히드 수지인 것을 특징으로 하는 나노 클레이가 포함된 타이어용 고무조성물
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