KR20030089589A - 타이어 인너라이너용 고무조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2층 구조를 갖는 인너라이너의 접착성을 개선시킨 튜브리스 공기입 타이어의 인너라이너 고무 조성물에 관한 것으로서, 제2 인너라이너의 고무 조성물 중에 나일론 6으로 개질한 나노클레이를 소량 첨가하여 공기투과성과 내피로성을 개선하고, 비교적 낮은 함량으로 부틸고무를 사용할 수 있으므로 제1 인너라이너와의 접착성능이 개선되며, 기존의 조성물을 사용한 것에 비하여 두께가 얇아지므로 중량을 줄일 수 있는 타이어 인너라이너 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

타이어 인너라이너용 고무조성물{Inner-liner rubber compositions for tire}

본 발명은 2층 구조를 갖는 인너라이너의 접착성을 개선시킬 수 있는 튜브리스 공기입 타이어의 인너라이너용 고무조성물에 관한 것이다.

통상의 튜브리스 공기입 타이어의 내부구조를 내측면에서부터 살펴보면, 타이어 공기압을 유지시켜주는 제2 인너라이너; 제2 인너라이너와 카카스층의 완층부로서 작용하는 제1 인너라이너; 및 타이어의 몸체 역할을 하는 카카스층 등으로 이루어져 있다.

여기서, 카카스 층에 사용되는 배합고무는 텍스타일(textile)과 접착력을 유지하기 위하여 통상의 천연고무(이하, NR이라 함)와 스티렌-부타디엔 고무(이하, SBR이라 함)의 비가 60:40 내지 90:10인 NR계 고무조성물로 이루어져 있으며, 제2 인너라이너는 타이어의 공기압을 유지시킬 수 있도록 하기 위해 부틸고무를 60 내지 100중량부로 사용하고 있으며 특히 근래 들어서는 공기 투과성 때문에 부틸고무 100중량부로 가는 추세이다.

튜브리스 인너라이너는 타이어 가장자리 안쪽에서 타이어에 주입된 공기와 접촉하는 부위로서, 요구 물성으로는 낮은 공기투과도, 높은 카카스 접착력, 우수한 내피로성, 내오존 크랙성, 내열노화 안정성 등이 있다.

특히, 낮은 공기투과성은 타이어의 공기압을 일정하게 유지시켜주어 주행안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 타이어 회전저항 감소 및 인너라이너 두께 감소에 따른 연비저감이 되므로 인너라이너의 가장 중요한 물성 중 하나이다.

한편, 이러한 성능을 올리기 위한 종래기술로는 레진류를 응용하여 접착력을 개선한 경우나 할로 부틸고무 함량을 올려서 내공기 투과성을 향상시킨 조성물에 관한 기술들이 다수 개시되어 있다.

일본 요코하마 고무는 일본, 미국, 그리고 대한민국에 저투과성 열가소성 엘라스토머 조성물에 관한 기술을 다수 개시하였다. 특히 국내공개특허 제1999-36051호에서는 열가소성 수지조성물을 연속상으로 하고, 고무조성물을 분산상으로 하는 열가소성 엘라스토머 속에 배리어 수지 조성물을 포함하여 이루어진 저투과성 열가소성 엘라스토머 조성물에 대해 개시하였다. 이는 배리어 수지 조성물이 열가소성 엘라스토머 속에 편평상으로 분산되어 이루어진 상 구조를 가지며, 유연성이 풍부하고 내 기체투과성이 뛰어나며 또한 타이어의 경량화를 가능하게 하는 저투과성 열가소성 엘라스토머 조성물로 이루어진 공기 투과 방지층을 갖는 공기 주입 타이어에 관한 것이었다.

그러나, 이런 기술들은 타이어 제조상 한 층을 더 삽입하는 문제점이 있고 또한 제 1, 2 인너라이너를 대체하는 경우 내피로성이나 내열노화성 등의 문제점이 발생하게 된다.

이에, 본 발명자들은 인너라이너 고무 조성에 있어서 할로부틸 고무 함량을 높이거나 두께를 높이는 기술로 공기투과성과 내피로성을 향상시키는 방법들의 문제점을 개선하기 위해 연구노력하던 중, 제2 인너라이너용 고무조성물 중에 유기화제로 개질한 나노클레이를 소량 대체하여 첨가한 결과, 공기투과성과 내피로성이 향상되고 접착성능을 개선할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 유기화제로 개질한 나노클레이를 일부 첨가하여 타이어의 인너라이너 부위 내공기투과성과 내피로성능을 향상시키고, 또한 할로부틸 고무의 함량을 조절하여 접착성능을 개선한 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 인너라이너용 고무 조성물은 천연고무, 할로부틸 고무, 카본블랙, 연화제, 레진류, 산화아연, 스테아린산, 가황제 및 가류촉진제로 이루어진 것으로서, 여기에 유기화제로 개질한 나노클레이를 더 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.

도 1은 폴리머 개질된 나노클레이의 모식도이고,

도 2는 폴리머 개질된 나노클레이가 컴파운딩 중에 분산되는 과정을 나타낸 모식도이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 고무 조성물은 원료고무에 보강제로서 GPF급 카본블랙, 연화제, 레진류, 산화아연, 스테아린산, 가황제 및 가류촉진제를 첨가한 통상의 타이어 인너라이너용 고무 조성에 유기화제로 개질한 나노클레이를 더 첨가한 것이다.

구체적인 조성을 살펴보면, 먼저 원료고무는 천연고무와 할로부틸 고무로서, 할로부틸 고무는 무니점도 35∼40 수준의 것으로 전체 원료고무 중 30∼100중량%로 포함될 수 있다. 이같은 무니점도를 갖는 할로부틸 고무를 원료고무 중 30중량% 이상으로 사용함으로써 내공기 투과성능을 높일 수 있게 된다. 본 발명에서 사용할 수 있는 할로부틸 고무는 상기 범위의 무니점도를 갖는 것이면 어떤 것이나 사용할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 나노클레이를 첨가하여 내피로성능과 공기투과성을 향상시킬 있게 되어 할로부틸 고무의 함량을 기존의 인너라이너 고무 조성에 비하여 낮출 수 있다. 따라서, 가장 바람직한 할로부틸 고무의 함량은 전체 원료고무 조성 중 50∼100중량%이다.

상기의 할로부틸 고무를 제외한 원료고무는 천연고무인 것이 바람직하다.

보강제로 쓰이는 카본블랙은 통상의 GPF급, 즉 N660 그레이드의 것이며, 그 첨가량은 원료고무 100중량부에 대하여 20∼70중량부로 함유하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서 사용한 나노클레이의 모식도는 도 1과 같으며, 기존의 클레이를 판상 구조로 잘게 쪼갠 뒤 나일론 6으로 표면처리하여 입자간 결합력을 떨어뜨리고, 도 2와 같이 컴파운딩시에 고무상에 깨져서 분산이 용이해진다.

본 발명에서 사용한 나노클레이는 나노코어(Nanocore)사의 제품으로 개질한 폴리머에 따라 여러 가지 제품군이 있지만, 내공기투과성이 향상되는 1.24T(몬모리로나이트에 6-아미노 헥사노익산으로 개질된 나노클레이)나 1.44T(헥사데실아민 유기화제로 처리된 나노클레이) 제품을 사용하였다.

위의 1.24T 외에 본 발명에서 나노클레이로는 판상의 표면에 존재하는 유기화제의 종류에 따라 다양한 종류의 나노클레이를 사용할 수 있다. 본 발명의 나노클레이에 사용할 수 있는 유기화제의 종류로는 메틸아민 하이드로클로라이드, 프로필 아민, 부틸 아민, 옥틸 아민, 데실 아민, 도데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, 6-아미노 헥사노익산, 12-아미노 도데카노익산, 테트라메틸 암모늄 클로라이드, N-메틸 옥타데실 아민, 옥타데실 트리메틸 암모늄 브로마이드, 도데실 트리메틸 암모늄 브로마이드, 디옥타데실 디메틸 암모늄 브로마이드, 비스(2-하이드록시에틸)메틸 옥타데실 암모늄 클로라이드, 1-헥사메틸렌 디아민, 1,12-도데칸 디아민 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 효과를 갖는 것이라면 어떠한 유기화제를 사용한 나노클레이라도 좋다.

고무상에 분산된 나노클레이는 축비가 높은 판상 배열로 기체의 투과 경로를 연장시킴으로 높은 내치게 투과 효과를 나타냄으로써 내공기 투과성능을 개선할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 나노클레이는 개별 판상구조의 두께가 1∼3nm 수준이고 축비가 200∼500정도이며, 판상의 폭이 100∼1000nm인 몬모릴로나이트에 나일론 6이 개질된 나노복합체이다.

상기 나노클레이는 원료고무 100중량부에 대하여 2∼20중량부로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 그 첨가량이 2중량부 미만이면 목적하는 고무조성물의 내공기투과 성능이나 내피로성능이 향상되지 않고, 20중량부 초과면 가공성이 나빠지고, 내피로성, 회전저항 성능의 저하를 가져오며, 신장율이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.

그밖에 본 발명의 고무 조성물은 상기한 바와 같이 통상의 타이어 인너라이너용 고무 조성물에서 첨가되는 레진류, 구체적으로는 C-5계 레진, C-9계 레진류, 좀더 구체적으로는 엑손사의 에스코레즈1100(Escorez1100), 코오롱 유화의 쿠마론 인덴 레진 등을 사용할 수 있으며, 그밖에 연화제, 가류활성제인 산화아연과 스테아린산, 가황제 및 가류촉진제를 첨가할 수 있음은 물론이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼3 및 비교예 1∼2

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 배합비와 같이 원료고무, 카본블랙, 연화제, 레진류, 가류활성제인 산화아연과 스테아린산, 나노클레이, 가황제 및 가류촉진제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 배합한 후 일정 온도에서 방출하였다.

구체적으로는, 원료고무 2/3에 해당하는 보강제, 나노클레이, 레진류, 산화아연, 스테아린산, 그리고 연화제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 160℃에서 방출하였다. 배합된 고무에 1/3의 보강제, 연화제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 160℃에서 방출하였다.

배합된 고무에 가황제 및 가류촉진제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 1분 30초후 방출하였다.

이와같이 얻어진 고무 제품에 대한 물성을 평가하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

	비교예	실 시 예
	1	2	1	2	3
천연고무(NR)	20	-	20	30	40
할로부틸 고무	80	100	80	70	60
GPF급 카본블랙	60	60	55	50	50
나노클레이	-	-	5	10	10
C-5계 레진	3.0
C-9계 레진	3.0
연화제(N#2 Oil)	6.0
산화아연	4.0
스테아린산	1
디벤조티아질디설파이드	1.5
N-터셔리부틸-2-벤조티아질-술폰아미드	1.0
황	1.0
(주)할로부틸 고무: 브로모 부틸고무, 무니점도 35∼40나노클레이: NANOCORE사의 NANOMER 1.24T(몬모릴로나이트에 6-아미노 헥사노익산으로 개질된나노복합체)

	비교예	실 시 예
	1	2	1	2	3
300% 모듈러스(MPa)	12.0	13.6	12.5	14.2	12.6
신장률(%)	412	400	430	390	425
카카스 접착력(%)	100	85	103	108	120
공기투과도	0.56	0.32	0.31	0.33	0.38
동적피로	〉1,000,000	〉1,000,000	〉1,000,000	〉1,000,000	〉1,000,000
100℃ 3일 노화후 동적피로	80,000	890,000	100,500	110,000	113,000
동적 오존	A	A	A	A	A

상기 표 2에 있어서, 접착력은 제1 인너라이너나 카카스 고무에 시험하고자 하는 제2 인너라이너 고무를 합하여 두께 14mm 정도이며, 가운데 접착면은 상층으로부터 약 2cm 정도 분리되어 있으며, 양 바깥면에 직물을 부착하였고, 시험 장치는 인장시험기에 시험편을 상측 홀더에서 제2 인너라이너를 끼우고 하측홀더에는 제1 인너라이너나 카카스 고무를 끼운 후 상온에서 50mm/min 속도로 신장시켰을 때 얻은 값이다.

공기투과도는 시편직경 50mm, 두께가 250㎛, 측정온도 30℃에서 측정한 값이며 단위가 cccm/㎠·sec·atm×10⁹이다.

동적피로는 동적피로특성을 나타내는 시험법으로, 아령형 시편을 사용하고 회전속도는 100rpm, 120% 신장율, 측정온도 30℃에서 절단시까지의 횟수를 나타낸다. 동적오존은 시편길이 60mm, 폭 10mm, 두께 2mm, 오존농도 50ppm, 측정온도 40℃에서 동적 시험장치에 물린 후 회전속도 30rpm, 125% 신장율로 반복적으로 신장시키면서 1주일 후 시편의 균열상태를 평가하였다(수치가 낮을수록 성능이 우수함을 나타낸다).

상기 표 2의 결과로부터, 본 발명에 따른 고무 조성물의 경우 내공기투과성과 내피로성능이 나노클레이를 첨가하지 않은 것에 비하여 동등 이상임을 알 수 있다. 또한, 접착성능도 향상됨을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 통상의 타이어 제2 인너라이너용 고무 조성물에 유기화제로 개질한 나노클레이를 더 첨가한 경우, 내공기투과성능과 내피로성능이 향상되며 할로부틸 고무의 함량을 줄일 수 있어서 제1 인너라이너와의 접착성능을 개선할 수 있으면서 기존의 조성물에 비하여 두께를 얇게할 수 있어 중량을 줄일 수 있다.

Claims (2)

1. 천연고무, 할로부틸 고무, 카본블랙, 레진류, 연화제, 산화아연, 스테아린산, 가황제 및 가류촉진제로 이루어진 타이어의 인너라이너 고무 조성물에 있어서,

   상기 조성물은 유기화제로 개질한 나노클레이를 전체 원료고무 100중량부에 대하여 2∼20중량부로 더 함유하는 것임을 특징으로 하는 타이어 인너라이너용 고무조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 나노클레이는 개별 판상구조의 두께가 1∼3nm 수준이고 축비가 200∼500정도이며, 판상의 폭이 100∼1000nm인 몬모릴로나이트를 유기화제로 개질한 나노복합체인 것임을 특징으로 하는 타이어 인너라이너용 고무조성물.