KR20110067233A - Rubber compositions for tire inner liner improving mechanical properties and air permeability - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기계적 물성 및 기체 투과도를 개선시킨 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연을 보강 충전재로 적용시킨 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composition for a tire innerliner having improved mechanical properties and gas permeability. More particularly, the present invention relates to a rubber composition for tire innerliner, wherein exfoliated graphite or expanded graphite is applied as a reinforcing filler.
타이어는 적정 공기압을 장기간 유지함에 따라 내구성을 증대시킬 수 있고, 공기 투과 저항성이 우수한 고무재질을 사용하면 요구되는 공기압을 유지하면서 중량을 감소할 수 있어 연비의 절감과 타이어 중량을 절감할 수 있다. 특히 승용차용 타이어의 경우 내부공기 유지가 1개월에 97.5% 이상 유지해야만 한다.The tire can increase durability by maintaining proper air pressure for a long time, and by using a rubber material having excellent air permeability, the tire can be reduced in weight while maintaining the required air pressure, thereby reducing fuel consumption and tire weight. In particular, for tires for passenger cars, internal air maintenance must be maintained at least 97.5% per month.
타이어 중에서 이러한 역할을 하기 위해서 공기 투과 저항성이 우수한 할로부틸 고무를 함유하는 고무 조성물로 형성된 인너라이너를 사용하고 있다.In order to play such a role in a tire, an inner liner formed of a rubber composition containing halobutyl rubber having excellent air permeation resistance is used.
승용차용 타이어는 타이어의 공기압 유지능 요구 수준에 부합하도록 공기 유 지 성능이 우수한 할로부틸 고무를 사용하지만 할로부틸 고무는 가격이 비싸고 압연 가공성이 열악하여 할로부틸 고무의 함량을 인너라이너 원료고무 중량의 60 내지 80% 정도로 하면서 타이어 제조시에 변형이 없이 인너라이너 압연규격을 유지할 수 있도록 두께를 결정하며, 재료 비용 및 품질의 균일성을 고려하여 설계되고 있다.Passenger car tires use halobutyl rubber with excellent air holding performance to meet the pneumatic holding capacity requirements of the tire.However, halobutyl rubber is expensive and has poor rolling processability. The thickness is determined so as to maintain the innerliner rolling standard without deformation during tire manufacturing at about 60 to 80%, and is designed in consideration of uniformity of material cost and quality.
그러나 최근 환경문제가 전 세계적인 문제로 대두되면서 모든 공산품들이 환경에 친화적인 제품으로 변경이 요구되고 있으며, 타이어 분야에서도 차량의 연료소비 증대와 환경 오염 문제 때문에 타이어의 경량화를 필요로 한다.However, as the environmental problem has recently emerged as a global problem, all industrial products are required to be changed to environment-friendly products, and in the tire field, tires are required to be lighter due to increased fuel consumption and environmental pollution.
특히 낮은 공기 투과성은 타이어의 공기압을 일정하게 유지시켜 주행안정성을 향상시킬 뿐만 아니라, 타이어 회전저항 감소 및 인너라이너의 두께 감소에 따른 연비를 저감시킴에 따라서 인너라이너의 가장 중요한 물성 중 하나로 인식되고 있다. In particular, the low air permeability is recognized as one of the most important physical properties of the inner liner as it keeps the tire pressure constant and improves the driving stability as well as reduces the fuel economy due to the reduction of tire rolling resistance and the thickness of the inner liner. .
종래의 타이어 인너라이너용 고무 조성물은 부틸 고무, 부틸 고무/천연 고무, 부틸고무/합성 고무를 사용하고 있으며, 최근에는 다양한 첨가제 또는 보강제를 사용하여 기체 투과도를 향상시키는 연구가 진행 중이다. Conventional rubber compositions for tire innerliner are butyl rubber, butyl rubber / natural rubber, butyl rubber / synthetic rubber, and recently, researches to improve gas permeability using various additives or reinforcing agents are underway.
충전재의 개념으로 클레이(Clay, Al2O3·mSiO2·nH2O) 함량이 98중량% 이상인 일반 클레이나 탄산칼슘(CaCO3)을 인너라이너용 고무 조성물에 첨가하여 내공기 투과성을 유지하면서 물성을 향상시키기 보다는 부피를 증가시켜 고무 조성물의 가격을 낮추어 주는 역할을 하는 조성물에 관한 내용이 있다.In the concept of filler, ordinary clay or calcium carbonate (CaCO 3 ) containing more than 98% by weight of clay (Al 2 O 3 · mSiO 2 · nH 2 O) is added to the rubber composition for innerliner to maintain air permeability. Rather than improving physical properties, there is a content that relates to a composition that serves to lower the price of the rubber composition by increasing the volume.
그러나, 첨가량이 일정 수준 이상의 경우에는 급격한 물성 하락을 초래할 뿐만 아니라 저온에서 고무 조성물이 깨지는 문제점을 가지고 있다.However, when the added amount is above a certain level, not only causes a sudden drop in physical properties but also a problem that the rubber composition is broken at low temperatures.
또한, 대한민국 특허 제10-0788033호 및 대한민국 공개특허 제10-2007-0037216호에서는 나노 클레이 또는 나노 충전제를 적용하여 기체 투과도를 향상시킨 고무 조성물을 개시하고 있다. 그러나, 상기 발명의 경우, 친수성기인 나노 클레이, 나노 충진제를 유기화 시키기 위한 커플링제 적용 또는 유기화를 시키기 위한 특별한 공정이 필요하며 나노 클레이를 유기화시켜도 분산성이 일반 보강제 대비 상당히 떨어지는 단점을 가지고 있다. In addition, the Republic of Korea Patent No. 10-0788033 and Republic of Korea Patent Publication No. 10-2007-0037216 discloses a rubber composition to improve the gas permeability by applying nano clay or nano filler. However, in the case of the present invention, a hydrophilic group nanoclay, a coupling agent for organicizing the nano filler or a special process for the organicization is required, and even if organic nanoclay has a disadvantage that the dispersibility is significantly lower than the general reinforcing agent.
또한, 대한민국 특허 제10-0837864호에서는 부분 가교화가 된 부틸 고무를 이용하여 기체 투과도를 향상시킨 고무 조성물을 개시하고 있다. 그러나, 상기 발명의 경우, 원료 고무의 부분 가교화를 위한 추가공정이 필요하며 경비의 증가 및 공정성의 문제를 야기 시킬 수 있다.In addition, Korean Patent No. 10-0837864 discloses a rubber composition in which gas permeability is improved by using a partially crosslinked butyl rubber. However, in the case of the present invention, an additional step for partial crosslinking of the raw rubber is required and may cause an increase in cost and a problem of fairness.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 보완할 수 있는 방법을 연구하면서, 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연을 보강 충전재로 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 적용하는 경우, 기계적 물성뿐만 아니라 기체 투과도를 향상시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors, while studying a method that can solve the problems of the prior art as described above, in the case of applying exfoliated graphite or expanded graphite to the rubber composition for tire innerliner as a reinforcing filler, not only mechanical properties but also gas permeability The present invention has been completed by discovering that it can be improved.
따라서, 본 발명은 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연을 보강 충전재로 적용시켜 기계적 물성뿐만 아니라 기체 투과도를 향상시킨 타이어 인너라이너용 고무 조성물을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to provide a rubber composition for a tire innerliner by applying exfoliated graphite or expanded graphite as a reinforcing filler to improve not only mechanical properties but also gas permeability.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 있어서, 1종 이상의 할로 부틸 고무를 포함하는 천연고무, 합성고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 원료고무 100중량부에 보강 충전재로서 박리된 흑연, 팽창된 흑연 또는 이들의 조합물을 0.1 내지 10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 인너라이너용 고무 조성물을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention reinforces 100 parts by weight of the raw material rubber selected from the group consisting of natural rubber, synthetic rubber and mixtures thereof including at least one halobutyl rubber in the rubber composition for tire inner liner It provides a rubber composition for a tire innerliner comprising 0.1 to 10 parts by weight of exfoliated graphite, expanded graphite or a combination thereof as a filler.
본 발명에 따른 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 있어서, 상기 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연은 10 내지 3000m2/g 표면적을 갖는 것이 바람직하다.In the rubber composition for a tire innerliner according to the present invention, the exfoliated graphite or expanded graphite preferably has a surface area of 10 to 3000 m 2 / g.
또한, 본 발명에 따른 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 있어서, 상기 원료고무는 음이온계, 양이온계, 비이온계, 또는 이들의 혼합물인 계면활성제 또는 지방산과 함께 복합고무를 형성하는 것이 바람직하다.In addition, in the rubber composition for a tire inner liner according to the present invention, it is preferable that the raw material rubber forms a composite rubber together with a surfactant or a fatty acid which is anionic, cationic, nonionic, or a mixture thereof.
본 발명은 종래의 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 평판 구조를 갖는 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연을 보강 충전재로 적용시킴에 따라 기계적 물성 및 기체 투과도를 향상시킨 타이어 인너라이너용 고무 조성물을 제공할 수 있다.The present invention can provide a rubber composition for a tire innerliner having improved mechanical properties and gas permeability by applying exfoliated graphite or expanded graphite having a flat plate structure to a conventional rubber composition for tire innerliner as a reinforcing filler. .
또한, 본 발명은 기계적 물성 및 기체 투과도가 향상된 타이어 인너라이너용 고무 조성물을 제공함에 따라서 타이어의 성능을 증대 및 중량을 감소할 수 있다.In addition, the present invention can increase the performance and reduce the weight of the tire by providing a rubber composition for a tire innerliner with improved mechanical properties and gas permeability.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 보강 충전재로서 박리된 흑연, 팽창된 흑연 또는 이들의 조합물을 0.1 내지 10중량부를 포함한 것이다.In the rubber composition for tire inner liner, the present invention comprises 0.1 to 10 parts by weight of exfoliated graphite, expanded graphite or a combination thereof as 100 parts by weight of the raw material rubber.
본 발명에서 보강 충전제로 사용되는 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연은 도 1에 보여지는 바와 같이 판상의 구조를 갖는다. 상기 박리된 흑연으로 대표적인 것은 그라펜(Graphene)이 있으며, 팽창된 흑연은 초기 부피보다 수백 배 팽창된 흑연을 말한다. 상기 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연은 카본블랙과 동소체로써 강도는 카본블랙과 비교가 되지 않을 정도로 우수하고 동일한 질량에서 인장강도, 고탄성, 고전도성 등이 매우 우수한 물성을 나타낸다. Peeled graphite or expanded graphite used as reinforcing filler in the present invention has a plate-like structure as shown in FIG. Representative of the exfoliated graphite is graphene (Graphene), the expanded graphite refers to the graphite expanded hundreds of times than the initial volume. The exfoliated graphite or expanded graphite is an allotrope with carbon black, the strength of which is incomparable with that of carbon black, and exhibits excellent tensile strength, high elasticity, high conductivity, and the like at the same mass.
상기 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연은 하나의 탄소 원자에 이웃하는 세 개의 탄소 원자가 결합되어 있으며, 이러한 탄소 원자간의 결합에 의해서 육각환형이 이루어지고, 이들이 벌집형태로 반복된 평면을 이룬 물질이다. 이러한 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연은 큰 표면적으로 가지며, 그의 표면적은 10 내지 3000 m2/g 범위이며, 표면적이 크기 때문에 동일량을 균일하게 분산시켰을 경우 높은 열적, 기계적, 물리적 특성의 향상효과가 크게 나타난다.The exfoliated graphite or expanded graphite is bonded to three carbon atoms adjacent to one carbon atom, and a hexagonal ring is formed by the bond between the carbon atoms, and they are a plane-like material that is repeated in a honeycomb form. Such exfoliated graphite or expanded graphite has a large surface area, and its surface area is in the range of 10 to 3000 m 2 / g, and because of the large surface area, when the same amount is uniformly dispersed, high thermal, mechanical and physical properties are improved. It appears large.
상기 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연은 원료고무 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 0.1 중량부 미만으로 평판 구조를 갖는 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연이 첨가되는 경우, 이들을 첨가함에 따른 고무의 내공기 투과성 특성 향상을 기대할 수 없고, 10 중량부를 초과하여 사용하는 경우에는 과량 첨가에 따른 분산성 및 물성의 저하가 생길 우려가 있다.The exfoliated graphite or expanded graphite is preferably used in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw material rubber. When exfoliated graphite or expanded graphite having a flat structure of less than 0.1 part by weight is added, it is not expected to improve the air permeability characteristics of the rubber by adding them, and when used in excess of 10 parts by weight, There exists a possibility that the fall of dispersibility and a physical property may arise.
상기 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연은 이 분야의 범용의 보강재인 카본 블랙과 조합되어 사용되는 것이 바람직하다.The exfoliated graphite or expanded graphite is preferably used in combination with carbon black, which is a general purpose reinforcing material in this field.
본 발명에 따른 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 있어서, 원료고무는 타이어용 인너라이너 고무 조성물의 원료로서 사용할 수 있는 원료라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 원료고무의 예로서, 천연고무, 부틸고무, 할로겐화 부틸고무를 사용하거나 이들의 혼합에 의하여 사용할 수도 있다. 이 중에서도 합성고무, 천연고무, 합성고무와 천연고무의 혼합물이 적정하며, 보다 바람직하게는 원료고무가 1종 이상의 할로 부틸 고무를 포함하는 것이다.In the rubber composition for a tire inner liner according to the present invention, any material can be used as long as the raw material rubber can be used as a raw material for the tire inner liner rubber composition. As an example of such raw rubber, natural rubber, butyl rubber, halogenated butyl rubber may be used or may be used by mixing thereof. Among these, synthetic rubber, natural rubber, a mixture of synthetic rubber and natural rubber are suitable, and more preferably, the raw material rubber contains at least one halobutyl rubber.
또한, 본 발명에 따른 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 있어서, 원료고무는 음이온계, 양이온계, 비이온계, 또는 이들의 혼합물인 계면활성제 또는 지방산과 함께 복합고무를 형성하는 것이 바람직하다.In addition, in the rubber composition for a tire inner liner according to the present invention, it is preferable that the raw material rubber forms a composite rubber together with a surfactant or a fatty acid which is an anionic, cationic, nonionic, or a mixture thereof.
또한, 본 발명에 따른 타이어 인너라이너용 고무조성물은 아연화, 스테아린산, 노화방지제, 가공오일, 가류제, 가류촉진제 등을 필요에 따라 적절히 혼합하여 첨가할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.In addition, the rubber composition for a tire inner liner according to the present invention may be added by mixing galvanized, stearic acid, anti-aging agent, processing oil, vulcanizing agent, vulcanization accelerator and the like as necessary, but is not limited thereto.
이하 본 발명을 다음의 실시예 및 비교예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described by the following examples and comparative examples. However, these are not limited to the scope of the present invention by these as an embodiment of the present invention.
실시예Example 1 One
원료고무 100중량부를 기준으로 범용카본블랙을 70중량부 첨가하고, 그라펜을 2중량부를 투입하고, 나머지 첨가제들은 하기 표 1에 나타낸 함량을 참조하여 투입하여 고무 시편을 제조하였다. 70 parts by weight of universal carbon black was added based on 100 parts by weight of the raw material rubber, 2 parts by weight of graphene was added, and the remaining additives were introduced by referring to the contents shown in Table 1 below to prepare rubber specimens.
비교예Comparative example 1 One
원료고무 100중량부를 기준으로 범용카본블랙 중 기체투과도가 우수한 N660을 70중량부를 투입하고, 나머지 첨가제들은 하기 표 1에 나타낸 함량을 참조하여 투입하여 고무 시편을 제조하였다.Based on 100 parts by weight of the raw material rubber, 70 parts by weight of N660 having excellent gas permeability among general carbon black was added, and the remaining additives were introduced by referring to the contents shown in Table 1 below to prepare rubber specimens.
비교예Comparative example 2 2
원료고무 100중량부를 기준으로 범용카본블랙 중 기체 투과도가 우수한 N660 72중량부를 투입하고, 나머지 첨가제들은 하기 표 1에 나타낸 함량을 참조하여 투 입하여 고무 시편을 제조하였다. Based on 100 parts by weight of the raw material rubber, 72 parts by weight of N660 having excellent gas permeability in general carbon black was added, and the remaining additives were introduced by referring to the contents shown in Table 1 below to prepare rubber specimens.
비교예Comparative example 3 3
원료고무 100중량부를 기준으로 범용카본블랙을 70중량부를 첨가하고, 탄소 나노 튜브를 2중량부를 투입하고, 나머지 첨가제들은 하기 표 1에 나타낸 함량을 참조하여 투입하여 고무 시편을 제조하였다. 70 parts by weight of universal carbon black was added based on 100 parts by weight of the raw material rubber, 2 parts by weight of carbon nanotubes were added, and the remaining additives were added with reference to the contents shown in Table 1 below to prepare rubber specimens.
비교예Comparative example 4 4
원료고무를 100중량부를 기준으로 범용카본블랙을 70중량부를 첨가하고, 그라파이트를 2중량부를 투입하고, 나머지 첨가제들은 하기 표 1에 나타낸 함량을 참조하여 투입하여 고무 시편을 제조하였다.70 parts by weight of universal carbon black was added based on 100 parts by weight of the raw material rubber, 2 parts by weight of graphite was added, and the remaining additives were introduced by referring to the contents shown in Table 1 below to prepare rubber specimens.
(중량부)division
(Parts by weight)
(N660)General purpose carbon black
(N660)
시험예Test Example 1 One
상기 표 1의 고무 배합제를 사용하여 제조된 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 고무조성물을 핫프레스(hot press)로 10분간 누른 후 두께 3mm의 판을 만든 다음 ASTM 관련 규정에 의해 가황시간, 최대 토크, 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신율, 기체투과도 등을 측정 시험 실시하였고, 시험 결과를 표 2에 기술하였다. After pressing the rubber composition of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 prepared by using the rubber compound of Table 1 for 10 minutes by hot press (hot press) to make a plate of thickness 3mm and then vulcanization time according to ASTM-related regulations , Maximum torque, hardness, 300% modulus, tensile strength, elongation, gas permeability, etc. were measured and the test results are described in Table 2.
물성Mechanical
Properties
(kgf/㎠)300% modulus
(kgf / cm2)
(kgf/㎠)The tensile strength
(kgf / cm2)
상기 표 2에서, 경도는 높을수록 딱딱함을 의미하고, 인장물성(300%모듈러스, 인장강도, 신율)에 대한 수치는 높을수록 각각의 특성이 우수함을 의미한다. 또한, 기체 투과도는 수치가 낮을수록 우수함을 의미한다. In Table 2, the hardness means that the higher the hardness, the higher the numerical value for the tensile properties (300% modulus, tensile strength, elongation) means that the respective properties are excellent. In addition, the gas permeability means that the lower the value is excellent.
상기 시험예의 결과인 표 2와 같이 본 발명의 인너라이너용 고무조성물에 의해 제조한 고무에서, 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연을 적용한 실시예 1은 비교예 1 내지 4 고무와 대비 시 동등 수준 이상의 물성을 가지고 있으며, 특히 내공기투과성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. In the rubber prepared by the inner liner rubber composition of the present invention as shown in Table 2, the result of the test example, Example 1 to which exfoliated graphite or expanded graphite is equal to or more than physical properties compared to rubbers of Comparative Examples 1 to 4 It can be seen that it can improve the air permeability in particular.
또한 동일한 원료고무를 사용하였을 시, 박리된 흑연 (그라펜, Graphene) 혹은 팽창된 흑연 2중량부 투입하여 약 35%이상의 기체투과도의 향상을 볼 수 있다. In addition, when the same raw material rubber is used, 2 parts by weight of exfoliated graphite (graphene, graphene) or expanded graphite may be added to improve gas permeability of about 35% or more.
따라서, 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연을 사용하면 부틸고무를 대체하거나 사용량을 줄일 수 있어, 타이어의 성능을 증대하고 중량을 감소할 수 있다. Therefore, the use of exfoliated graphite or expanded graphite in the rubber composition for tire innerliner can replace butyl rubber or reduce the amount of use, thereby increasing the performance of the tire and reducing the weight.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예로서 기계적 물성 및 기체 투과도를 향상시킨 타이어용 인너라이너 고무조성물에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.As described above, the inner liner rubber composition for tires having improved mechanical properties and gas permeability as a preferred embodiment of the present invention has been described, but the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and is claimed in the claims. Without departing from the gist of the present invention, any one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications, and such changes are included within the technical scope of the claims. have.
도 1은 본 발명의 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 보강 충전재로 사용되는 박리된 흑연 또는 팽창된 흑연을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.1 is a photograph taken with an electron microscope of peeled graphite or expanded graphite used as a reinforcing filler in the rubber composition for a tire innerliner of the present invention.
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WO2021137631A1 (en) * | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Resin composition and preparation method therefor |
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2009
- 2009-12-14 KR KR1020090123738A patent/KR20110067233A/en not_active Application Discontinuation
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