KR20120057074A - 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에폭시기 함유율이 20~60몰%인 에폭시화 천연고무를 포함하는 원료고무 100 중량부, 실리카 및 천연 오일을 포함하는 비석유계 원료 60~95중량부, 그리고 실란 커플링제 2~22 중량부를 포함하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조된 타이어 이너라이너에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전체 고무 조성물 중 비석유계 원료의 함량을 최대로 하여 환경친화적인 이너라이너용 고무 조성물을 제조할 수 있고, 이너라이너에 요구되는 여러 가지 물성은 종래 고무 조성물과 동등하게 유지할 수 있는 효과를 가진다.

Description

타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE INNER LINER AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고무 조성물 내에서 비석유계 원료의 함량을 최대화시켜 환경친화적인 이너라이너용 고무 조성물과 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
현재 이너라이너(INNER LINER)로 사용하고 있는 고무는 부틸 고무이다. 이를 사용하는 이유는 내공기 투과성 및 내크랙 성장성 그리고 접착력 등 이너라이너에 요구되는 성능을 갖추고 있기 때문이다.
또한 현재 현재 시판되고 있는 타이어는 전 중량의 60% 이상이 석유 자원을 사용하여 만들어지고 있다. 예들 들면, 일반적인 승용차용 라디얼 타이어는 전 중량의 25%는 합성고무, 20%는 카본 블랙, 다른 15%는 방향족 오일 등을 포함하고 있어 전체의 60% 이상이 석유계 자원의 원료를 사용하고 있다.
이와 같은 석유 자원의 원료를 사용하는 데는 한계가 보여지고 있어, 석유 원료를 대체할 수 있는 재료를 사용하여 타이어를 제조하기 위한 방법이 시급히 필요한 실정이다.
특히 현재 대부분의 타이어 고무 조성이 트레드(tread)에 초점을 맞추고 있는 점을 감안하면, 이너라이너 조성물을 비석유계 원료를 사용한다는 것은 획기적인 것이라 할 수 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 현재 초점이 맞춰지고 있지 않은 이너라이너의 고무 조성물을 비석유계 원료로 대체할 뿐 아니라 내공기 투과성, 및 부착력이 개선된 이너라이너용 고무 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 얻어진 타이어 이너라이너를 제공하는 데도 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이너라이너용 고무 조성물은 에폭시기 함유율이 20~60몰%인 에폭시화 천연고무를 포함하는 원료고무 100 중량부, 실리카 및 천연 오일을 포함하는 비석유계 원료 60~95중량부, 그리고 실란 커플링제 2~22 중량부를 포함할 수 있다.
상기 실리카는 원료고무 100 중량부에 대하여 50~70 중량부로 포함될 수 있다.
상기 실리카는 BET 표면적이 140~260㎡/g일 수 있다.
상기 천연 오일은 원료고무 100 중량부에 대하여 5~25 중량부로 포함될 수 있다.
상기 천연 오일은 식물유지, 옥소가 100~130의 반건성유, 및 옥소가 100이하의 불건성유로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 식물 유지는 팜유, 포도씨유, 호호바오일, 동백유, 피마자유, 대두유, 및 해바라기씨유로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 방향족 오일을 원료고무 100 중량부에 대하여 10 중량부 이내로 더 포함할 수 있다.
상기 실란 커플링제는 비스(트리에톡시실릴프로필)디설파이드(TESPD) 및 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드(TESPT) 중에서 선택될 수 있다.
또한, 상기 추가의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 고무 조성물을 이용하여 제조된 이너라이너 타이어일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전체 고무 조성물 중 비석유계 원료의 함량을 최대로 하여 환경친화적인 이너라이너용 고무 조성물을 제조할 수 있고, 이너라이너에 요구되는 여러 가지 물성은 종래 고무 조성물과 동등하게 유지할 수 있는 효과를 가진다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 천연고무에 에폭시기를 도입한 에폭시화 천연고무를 원료고무로 사용하고, 보강재로서 실리카를 사용하고, 전체 오일 중 천연 오일의 함량을 최대로 포함시켜 고무의 공기 투과성 및 부착력을 향상시킬 뿐 아니라, 석유 자원의 고갈에 따른 대체 원료를 적용시킨 것이다.
본 발명에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 원료고무 100 중량부에 대하여 비석유계 원료 60~95중량부, 및 실란 커플링제 2~22 중량부를 포함한다.
본 발명에 사용되는 고무는 변성 천연고무의 일종인 에폭시화 천연고무를 사용한다. 즉, 종래와 같이 합성고무를 사용하지 않고, 천연고무를 사용함으로써 석유 자원의 고갈에 따른 문제를 대비할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 에폭시화 천연고무는 에폭시기로 변성된 천연고무로서, 상기 고무 중 에폭시기의 함량은 20~60몰%가 적합하다. 만약 에폭시기의 함량이 20몰% 미만인 경우에는 접착력 개선이 크게 향상되지 않으며, 60몰%를 초과하게 되면 내한성이 저하되는 경향이 있기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 본 발명의 고무 조성물은 전체 고무 조성물 중 비석유계 원료의 함량이 60~95 중량부로 되도록 한 데 특징을 가진다.
종래의 이너라이너용 고무 조성물은 합성고무를 원료고무의 한 성분으로 사용하고, 보강재로서 카본블랙을, 또한 방향족 오일을 사용함으로써, 전체 고무 조성물 중 석유계 원료가 차지하는 함량이 60중량부를 초과하였다.
그러나, 본 발명에서는 상기 석유계 원료가 차지하는 함량을 비석유계 원료로 대체함으로써 환경친화적이고, 석유 고갈에 따른 문제까지 해결할 수 있는 것이다.
본 발명의 고무 조성물에 포함되는 비석유계 원료는 실리카와 천연 오일이다.
상기 실리카는 BET 표면적이 140~260㎡/g인 것으로, 원료고무 100중량부에 대하여 50~70 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 실리카의 BET 표면적이 140㎡/g 미만인 경우 보강성이 떨어지는 문제점이 있고, 260㎡/g 초과인 경우에는 분산성이 떨어지고 응집되기 때문에 물성이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 못하다.
또한, 본 발명의 고무 조성물에서 비석유계 원료 중의 하나는 천연 오일이며, 상기 천연 오일은 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 25 중량부, 바람직하게는 7 내지 9 중량부로 포함될 수 있다.
종래 사용되던 방향족 오일 전량을 천연 오일로 대체하는 것이 바람직하나, 물성적 측면에서 원료고무 100 중량부에 대하여 5~25 중량부로 대체시키는 것이 바람직하며, 25 중량부 미만으로 대체하였을 경우에는 석유 자원의 사용을 억제하는 효과를 얻을 수 없다.
상기 천연 오일은 식물유지, 옥소가 100~130의 반건성유, 및 옥소가 100 이하의 불건성유로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 옥소가는 100g의 유지에 의해서 흡수되는 요오드의 그램 수를 의미한다.
상기 식물 유지는 팜유, 포도씨유, 호호바오일, 동백유, 피마자유, 대두유, 및 해바라기씨유로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 상기 천연 오일 이외에 방향족 오일을 원료고무 100 중량부에 대하여 10 중량부 이내로 더 포함할 수 있다. 상기 방향족 오일은 종래에 타이어 이너라이너에 사용되는 것이면 어느 것이나 사용 가능하다.
또한, 상기 실리카와 반응을 위해서는 실란 커플링제(Silane coupling agent)가 필요하다. 상기 실란 커플링제는 비스(트리에톡시실릴프로필)디설파이드(bis(triethoxysilylpropyl)disulfide, TESPD) 및 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드(bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfide, TESPT) 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 실란 커플링제는 에폭시화 천연고무 100중량부에 대하여 2~22중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 실란 커플링제의 함량이 2중량부 미만인 경우 상기 실리카와 반응 효과를 얻을 수 없고, 22중량부를 초과하는 경우 커플링 후 커플링제가 고무 조성물 내에 잔류하게 되어 타이어의 물성을 저하시킬 수 있다.
상기 조성 이외에, 기타 성분 예를 들면, 산화아연, 스테아린산, 유황, 가황촉진제 등의 공지의 이너라이너 고무 조성물의 첨가제들로서 이들 각각은 이미 알려진 첨가량의 범위에 따라 적의 선택하여 실시하는 것으로 충분하므로 이들에 관한 설명은 생략한다.
이하에서 본 발명을 실시예에 따라 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
비교예 1~5 및 실시예 1~2
다음 표 1과 같은 조성으로 각 비교예와 실시예에 따른 고무 조성물을 제조하였다.
(함량: 중량부) 비교예 실시예
1 2 3 4 5 1 2
원료고무 부틸고무 100 - - - - - -
천연고무(NR) - 100 - - - - -
에폭시화 천연고무 - - 100 100 100 100 100
보강재 카본블랙 50 50 50 - - - -
실리카 - - - 50 50 50 50
실란
커플링제		 TESPD - - - 7.5 - 7.5 7.5
TESPT - - - - 7.5 - 7.5
오일 방향족오일
(N#2 오일)		 10 10 10 10 10 2 2
천연 오일(해바라기유) - - - - - 8 8
산화아연 3 3 3 3 3 3 3
스테아린산 2 2 2 2 2 2 2
가황촉진제 2 2 2 2 2 2 2
유황 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8
(단위: 중량부)
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무 시편의 평과 결과는 표 2와 같으며 측정은 하기의 방법에 따랐다.
(1) 무니 점도(ML1+4, 125℃): Mooney MV2000(Alpha Technology)기기를 이용하여 Large Rotor, 예열 1분, 로터 작동시간 4분, 온도 125℃에서 구하였다.
(2) 인장 물성: 경도는 Shore A 경도계를 사용하였으며 인장물성은 ASTM D412 시험법에 따라 인스트론(Instron)시험기를 이용하여 측정하였다.
(3) 가스투과도: 가스투과도의 단위는 (cc?mm/㎡?atm?day)X106이다.
물성(단위:지수) 비교예 실시예
1 2 3 4 5 1 2
경도 50 54 58 67 70 70 68
인장강도(kgf/㎠) 101 102 101 110 115 137 108
신장률(%) 612 470 422 398 412 437 375
가스투과도 428 578 684 345 367 380 324
부착력 39 45 47 52 56 61 65
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 원료고무로서 부틸고무를 사용한 비교예 1은 타이어 이너라이너 고무 조성물에 요구되는 가스 투과도가 낮기 때문에 이너라이너에 적용할 수 없는 문제가 있다.
또한, 실시예 1 내지 2의 경우 비석유계 원료를 적용하면서도 비교예 1 내지 5에 비하여 경도, 인장강도 및 신장률이 우수하고, 내공기 투과성과 부착력이 매우 향상되었음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (9)

  1. 에폭시기 함유율이 20~60몰%인 에폭시화 천연고무를 포함하는 원료고무 100 중량부,
    실리카 및 천연 오일을 포함하는 비석유계 원료 60~95중량부, 그리고
    실란 커플링제 2~22 중량부
    를 포함하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실리카는 원료고무 100 중량부에 대하여 50~70 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리카는 BET 표면적이 140~260㎡/g인 것을 특징으로 하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 천연 오일은 원료고무 100 중량부에 대하여 5~25 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 천연 오일은 식물유지, 옥소가 100~130의 반건성유, 및 옥소가 100이하의 불건성유로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 식물 유지는 팜유, 포도씨유, 호호바오일, 동백유, 피마자유, 대두유, 및 해바라기씨유로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 방향족 오일을 원료고무 100 중량부에 대하여 10 중량부 이내로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 실란 커플링제는 비스(트리에톡시실릴프로필)디설파이드(TESPD) 및 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드(TESPT) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어 이너라이너.
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