KR20090106287A - 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물 - Google Patents

런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 있어서, 질소(N2) 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙, 실리케이트(Sillicate)를 포함하도록 하여 기계적 물성이 우수하고, 특히 고무의 모듈러스(modulus) 및 인열강도 특성을 향상시킬 수 있는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 관한 것이다.
질소 플라즈마, 표면 처리, 카본블랙, 사이드월, 타이어

Description

런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물{Insert rubber composition to reinforce the sidewall of run-flat tire}
본 발명은 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 있어서, 질소(N2) 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙, 실리케이트(Sillicate)를 포함하도록 하여 기계적 물성이 우수하고, 특히 고무의 모듈러스(modulus) 및 인열강도 특성을 향상시킬 수 있는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 관한 것이다.
런플럿 타이어는 타이어 내부에 구조물이나 보강 사이드월을 넣어 공기압이 없어도 일정한 거리를 주행할 수 있는 타이어이다.
런플랫 타이어는 타이어의 공기압이 없어도 차량의 이동이 가능하기 때문에 스페어 타이어가 필요없으므로 차량의 경량화에 도움을 주어 스포츠카나 일부 고급세단의 고속주행에 적합한 기능성을 제공하고 있으며, 고속주행시 타이어의 손상에 도 비교적 안정적인 주행을 가능케 하기 때문에 최근 양산차량에도 많이 장착되고 있다.
런플랫 타이어의 단점으로는 값이 비싸고 일반타이어보다 소음이 큰 문제가 있으나 이러한 문제는 기술이 발전할수록 해결될 수 있으므로 점차적으로 런플랫 타이어의 수요 증가가 예상된다.
일반적으로 런플랫 타이어 사이드 보강용 고무에는 고무의 보강 및 발열을 낮추기 위해 발열이 낮고 열전도 양호한 FEF 카본블랙을 주로 사용하고 있다. 그러나 FEF 카본 블랙을 이용한 사이드용 보강고무를 사용할 경우, 런플랫 성능을 유지하기 위해 그 두께를 두껍게 해야하는데 이는 유니포미티(uniformity)를 나쁘게 하여 불량률을 증가시키고 무게증가로 인한 연비 증가, 승차감 저하 등의 문제점이 발생한다.
본 발명은 기계적 물성이 우수하고, 특히 고무의 모듈러스 및 인열강도 특성을 향상시킬 수 있는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무, 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.
본 발명은 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 있어서, 질소(N2) 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙, 실리케이트(Sillicate)를 포함하도록 하여 기계적 물성이 우수하고, 특히 고무의 모듈러스 및 인열강도 특성을 향상시킬 수 있는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무, 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.
본 발명은 기계적 물성이 우수하고, 특히 고무의 모듈러스 및 인열강도 특성을 향상시킬 수 있는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물, 상기 고무조성물로 이루어진 고무, 상기 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어를 제공할 수 있다.
본 발명은 기계적 물성이 우수하고, 특히 고무의 모듈러스 및 인열강도 특성을 향상시킬 수 있는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 질소(N2) 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙 30∼60중량부, 실리케이트(Sillicate) 5∼20중량부를 포함하는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물을 나타낸다.
본 발명의 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에서 원료고무는 천연고무, 합성고무의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에서 원료고무는 천연고무와 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용하는 경우 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 에피클로로하이드린고무, 불소고무, 실리콘고무, 니트릴고무, 수소화된 니트릴고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로린네이티드 폴리에틸렌고무, 스티렌에틸렌부틸렌스티렌(SEBS)고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌프로필렌디엔(EPDM)고무, 하이팔론고무, 클로로프렌고무, 에틸렌비닐아세티에트고무, 아크 릴고무, 히드린고무, 비닐벤질클로라이드스티렌부타디엔고무, 브로모메틸스티렌부틸고무, 말레인산스티렌부타디엔고무, 카르복실산스티렌부타디엔고무, 에폭시이소프렌고무, 말레인산에틸렌프로필렌고무, 카르복실산니트릴부타디엔고무 및 BIMS(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에서 원료고무의 일예로 원료고무의 함량이 100중량부인 경우 천연고무 10∼90중량부와 부타디엔 고무(BR) 10∼90중량부로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에서 원료고무의 일예로 원료고무의 함량이 100중량부인 경우 천연고무 20∼80중량부와 부타디엔 고무(BR) 20∼80중량부로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 본 발명의 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에서 질소(N2) 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙은 표면 자유에너지 중 비극성 요소가 증가하여 카본 블랙의 표면이 안정화되어 고무와의 배합 분산성을 증가시킬 수 있다. 뿐만 아니라 플라즈마에 의해 생성된 라디칼(radical) 또는 여기된 상태의 분자나 원자에 의해서 카본블랙 표면에서 방출된 수소나 산소가 특성 관능기를 발달시켜 이온교환특성을 증가시킬 수 있다. 이는 함께 첨가되는 실리케이트의 층내의 이온, 일예로 나트륨 이온과 상호 작용하여 고무와의 친화성을 증가시켜 분산 성을 향상시키는 동시에 고무의 모듈러스 및 인열강도를 증가시킬 수 있다
본 발명의 본 발명의 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 질소 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙 30∼60중량부, 실리케이트(Sillicate) 5∼20중량부를 포함할 수 있다.
상기에서 질소 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙을 원료고무 100중량부에 대하여 30중량부 미만 사용할 경우에는 낮은 충진 효과로 인해 고무 물성이 양호하지 않으며, 또한 60중량부를 초과하여 사용할 경우에는 지나친 경도 및 모듈러스 상승 등 목적한 고무 물성을 얻는데 한계가 있으며, 배합 및 압출 등 후 공정에서도 작업성능이 불량한 문제가 있다.
상기에서 실리케이트를 원료고무 100중량부 미만 사용하면 5중량부 미만 사용하면 실리케이트 층내의 이온의 함량이 적어져서 원료고무와의 친화성이 감소되고, 20중량부를 초과하여 사용할 경우에는 과량의 사용에 의해 도리어 물성이 감소할 수 있는 문제가 있다.
상기에서 질소 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙은 카본블랙을 질소 분위기에서 무선 주파수(radio frequency) 플라즈마를 이용하여 1분∼20분 동안 처리하여 카본블랙의 표면을 처리하여 변성 카본블랙을 얻을 수 있다.
상기에서 질소 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙은 요오드 흡착량 50∼60mg/g, 질소흡착 표면적 55∼65m2/g, DBP 흡유량 128∼138cc/100g인 카본블랙의 표면을 질소 분위기에서 무선 주파수 플라즈마를 이용하여 1분∼20분 동안 처리 하여 카본블랙의 표면을 처리하여 변성 카본블랙을 얻을 수 있다.
상기에서 질소 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙은 MAF 등급 카본블랙의 표면을 질소 분위기에서 무선 주파수 플라즈마를 이용하여 1분∼20분 동안 처리하여 카본블랙의 표면을 처리하여 변성 카본블랙을 얻을 수 있다.
상기에서 질소 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙과 함께 사용되어 본 발명의 고무조성물의 모듈러스 및 인열강도를 증가시킬 수 있는 실리케이트는 층간 높이가 1nm 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 변성 처리된 카본블랙과 함께 사용되어 본 발명의 고무조성물의 모듈러스 및 인열강도를 증가시킬 수 있는 실리케이트는 층간 높이가 1∼5nm인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 실리케이트는 두께(d)에 대한 평면폭(l)의 비를 나타낸 편평비(aspect ratio, l/d)가 5 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 실리케이트는 편평비가 5∼100인 것을 사용할 수 있다.
상기에서 실리케이트는 양이온 교환반응 및/또는 음이온 교환반응이 가능한 천연 실리케이트를 사용할 수 있다.
상기에서 실리케이트는 양이온 교환반응 및/또는 음이온 교환반응이 가능한 합성 실리케이트를 사용할 수 있다.
상기에서 실리케이트는 양이온기를 갖는 물질 및/또는 음이온기를 갖는 물질로 유기화 처리된 층상실리케이트를 사용할 수 있다.
상기에서 층상실리케이트는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 사포나이 트(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 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 산화티탄(titanium dioxide), 클레이(clay), 중석(tungsten), 탈크(Talc), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 보강충진제 5∼20중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기에서 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 0.01∼0.1㎛이고, 비표면적이 80∼90m2/g인 것 이거나 또는 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 1∼10㎛이고, 비표면적이 100∼120m2/g인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물은 고무조성물의 노화방지를 위해 원료고무 100중량부에 대하여 노화방지제로서 하기 구조식(1)의 2,4,6-트리스(4-페닐아미노)페닐-1,3,5-트리아지노(2,4,6-Tris(4-(Phenylamino)phenyl-1,3-5-triazino) 2∼10중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
Figure 112008024764106-PAT00001
... 구조식(1)
본 발명은 상기의 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물로 이루어진 고무를 포함한다.
본 발명은 상기의 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어를 포함한다.
본 발명은 상기의 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물로 이루어진 고무를 사이드월로 함유하는 타이어를 포함한다.
상기에서 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물로 이루어진 고무를 함유하는 타이어는 승용차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어, 오토바이용 타이어 및 항공기용 타이어의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 나타낸다.
본 발명의 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물에 있어서, 다양한 성분, 함량 등의 조건에 의해 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물을 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건의 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물이 바람직하다.
본 발명의 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물은 상기에서 언급한 원료고무, 질소 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙, 실리케이트 이외에 종래 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물에 사용되는 보강충진제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제, 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 런플랫 타이어 사이드월 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
이하 본 발명을 다음의 실시예, 비교예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
천연고무(NR) 80중량부와 부타디엔 고무(BR) 20중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙(N550) 55중량부, 실리카(Z-115) 10중량부, 커플링제(X-50S) 1.5중량부, 파라핀오일 3중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 활성제(Activator-73A, Strucktol) 3중량부, 노화방지제(Kumanox-13, 금호석유화학) 2.5중량부, 접착제(B-18-S) 2.5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 140℃에서 30분 동안 혼합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제 6중량부, 가류촉진제(NS) 1.5중량부, 가류지연제(PVI) 0.2중량부를 첨가하고 150℃에서 20분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
<실시예 1>
천연고무(NR) 80중량부와 부타디엔 고무(BR) 20중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 표면처리된 변성 카본블랙 55중량부, 실리케이트 10중량부, 커플링제(X-50S) 1.5중량부, 분산제 2중량부, 파라핀오일 3중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 활성제(Activator-73A, Strucktol) 3중량부, 노화방지제(Kumanox-13, 금호석유화학) 2.5중량부, 점착제(Dyphene-8318) 1.5중량부, 접착제(B-18-S) 2.5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 140℃에서 30분 동안 혼합하여 고무배합물을 얻었다.
상기의 고무배합물에 가류제 6중량부, 가류촉진제(NS) 3.0중량부, 가류지연제(PVI) 0.2중량부를 첨가하고 150℃에서 20분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.
상기에서 표면처리된 변성 카본블랙은 MAF 등급 카본블랙의 표면을 질소(N2) 분위기에서 무선 주파수(radio frequency) 플라즈마를 이용하여 10분 동안 처리한 것을 사용하였다.
상기에서 실리케이트는 층간 높이가 3±2nm인 클로이지트 15A(Cloisite 15A)를 사용하였다.
<실시예 2>
표면처리된 변성 카본블랙 50중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무시편을 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 조성성분(단위 : 중량부)
항 목 비교예 실시예1 실시예2
천연고무 80 80 80
부타디엔 고무 20 20 20
카본블랙(FEF) 55 - -
표면처리된 변성 카본블랙 - 55 50
실리카(Z-175) 10 - -
실리케이트 - 10 10
커플링제(X-50S1 )) 1.5 1.5 1.5
활성제2 ) 3 3 3
산화아연 4 4 4
스테아린산 2 2 2
노화방지제3 ) 2.5 2.5 2.5
왁스 1 1 1
공정오일 2 2 2
B-18S 2.5 2.5 2.5
가류제4 ) 6 6 6
가류촉진제(NS) 1.5 3.0 3.0
1)(X-50S): Bis-(3-tridthoxysilylpropyl)tetrasulfide
2)Activator-73A: Mixture of zinc salts of alipathic and aromatic carboxylic acids(Product of Strucktol company)
3)Kumanox-13: N-(1,3-dimethylbutyl)-N-Phenyl-P-Phenylenediamine
4)Insoluble sulfur(80%) + Process Oil(20%)
*B-18-S: Resorcinol Formaldehyde Resin
*NS: N-tert-butyl-2-benzothiazolesulfenamide
<시험예 1>
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무시편에 대해 ASTM 관련 규정에 의해 경도, 100%모듈러스, 인장강도(Tensile strength), 신율(Elongation) 등의 인장물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무시편의 물성
물성 비교예 실시예1 실시예2
인장물성 경도(ShoreA법) 100 110 100
100% 모듈러스(kg/㎠) 100 140 120
인장강도(kg/㎠) 100 120 110
신율(％) 100 95 100
무늬점도 100 110 105
발열 100 110 107
블로우아웃 100 100 100
*상기 실시예 1, 실시예 2의 물성 값은 비교예의 물성 값을 100으로 하였을 때 환산하여 소수 첫째 자리에서 반올림한 값으로서 물성 값에 대한 수치가 높을 수록 물성이 우수함을 의미한다.
상기 표 2의 결과에서와 같이 질소(N2) 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙, 실리케이트를 포함하는 실시예 1, 실시예 2의 고무시편은 종래 통상적인 FEF 카본블랙을 포함하는 고무시편과 비교시 충진제의 함량은 감소시키면서도 높은 인장 물성을 유지할 수 있다. 따라서 본 발명의 런플랫 타이어용 사이드월 보강용 고무조성물 사용시 런플랫 성능을 향상시킬 수 있으며 좀 더 얇은 구조가 가능하여 불량률 감소 및, 승차감 향상, 연비 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 질소(N2) 플라즈마에 의해 표면 처리된 변성 카본블랙 30∼60중량부, 실리케이트(Sillicate) 5∼20중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 런플랫 타이어의 사이드월 보강용 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 변성 처리된 카본블랙은 요오드 흡착량 50∼60mg/g, 질소흡착 표면적 55∼65m2/g, DBP 흡유량 128∼138cc/100g인 카본블랙의 표면을 질소 플라즈마 처리한 것임을 특징으로 하는 런플랫 타이어용 사이드월 보강용 고무조성물.
  3. 제1항에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 산화티탄(titanium dioxide), 클레이(clay), 중석(tungsten), 탈크(Talc), 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(syndiotactic-1,2-polybutadiene, SPB)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 보강 충진제 5∼20중량부를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 런플랫 타이어용 사이드월 보강용 고무조성물.
    상기에서 신디오탁틱-1,2-폴리부타디엔(SPB)은 직경 0.01∼0.1㎛이고, 비표면적이 80∼90m2/g인 것이나, 또는 직경 1∼10㎛이고, 비표면적이 100∼120m2/g인 것이다.
  4. 특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무.
  5. 특허청구범위 제1항의 고무조성물로 이루어진 고무를 포함하는 타이어.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150059811A (ko) * 2012-10-30 2015-06-02 요코하마 고무 가부시키가이샤 런플랫 타이어의 사이드 고무 보강층용 고무 조성물
KR20160041506A (ko) * 2014-10-08 2016-04-18 금호타이어 주식회사 사이드월용 고무 조성물 및 이를 포함하는 공기입 타이어

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