KR20130125604A - 흡음성 및 접착성이 우수한 씰란트 조성물 - Google Patents

흡음성 및 접착성이 우수한 씰란트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡음성 및 접착성이 우수한 씰란트 조성물에 관한 것으로서, 흡음성 및 접착성이 요구되는 부분에 도포재로 사용되며 특히 타이어의 이너라이너에 도포되어서는 흡음성능은 물론이고 타이어의 카카스층에 대한 접착성능도 우수하므로 별도의 접착제와 프라이머를 사용치 않아도 되는 씰란트 조성물에 관한 것이다.

Description

흡음성 및 접착성이 우수한 씰란트 조성물{Sealant Composition with Noise Absorption and Adhesion}
본 발명은 흡음성 및 접착성이 우수한 씰란트 조성물에 관한 것으로서, 흡음성 및 접착성이 요구되는 부분에 도포재로 사용되며 특히 타이어의 이너라이너에 도포되어서는 흡음성능을 발현함은 물론이고 타이어의 카카스층에 대한 접착성능도 우수하므로 별도의 접착제와 프라이머를 사용치 않아도 되는 씰란트 조성물에 관한 것이다.
최근 자동차의 정숙성에 대한 고객들의 관심 및 요구사항이 높아짐에 따라서, 전반적인 자동차 부품 분야에서 소음을 줄이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 이중에서도 타이어 부품의 경우 자동차에서 발생하는 저주파 영역의 소음에 기여하는 부분이 크기 때문에 타이어 소음저감을 위한 기술 개발은 절실히 요구된다. 타이어 소음저감을 위한 대표적인 기술로 타이어 내면에 미경화 타입의 씰란트(sealant)를 부착하여 차음성능을 향상시키는 방법과 흡음재를 부착하여 타이어에서 발생하는 공명음을 감소시키는 방법이 알려져 있다.
한편, 타이어는 항상 지면과 접하여 다양한 노면을 달리며 지속적인 굴신운동을 받는 부품이기 때문에 고무와 타 재질간의 접착을 유지하는 것이 상당히 어렵다. 따라서 기존의 흡음형 타이어에는 흡음재를 타이어에 부착시키기 위해 강력 테이프를 사용하거나 또는 별도로 프라이머를 사용하였다. 프라이머는 타이어 이너라이너 표면에 도포되어 고무와 테이프간 접착을 용이하게 해주며, 접착 내구성을 향상시키는 효과가 있지만 톨루엔 계열의 용제가 포함되어 있어서 최근에 환경적으로 규제가 되고 있다.
이에 본 발명의 발명자들은 타이어 내면의 이너라이너 표면에 도포되어서는 소음 저감효과를 발현하고, 또한 고접착성을 가지고 있으므로 별도의 접착제 또는 프라이머를 사용하지 않아도 되는 새로운 실란트 소재를 개발하고자 노력하였다.
본 발명은 흡음성과 접착성이 동시에 우수한 씰란트 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제 해결을 위하여, 본 발명은 고무 30 ∼ 60 중량%, 석유계 수지 5 ∼ 20 중량%, 카본 1 ∼ 10 중량%, 실리카, 탈크, 클레이, 마이카, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 및 황산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 충진제 30 ∼ 70 중량%를 포함하고 있는 흡음성 및 접착성이 우수한 씰란트 조성물을 그 특징으로 한다.
본 발명의 씰란트 조성물은 공명음 저감에 탁월한 효과를 나타내고 고주파 영역에서도 전반적으로 소음저감 효과를 나타낸다.
본 발명의 씰란트 조성물은 상온에서는 물론이고 고온에서도 접착력이 우수하게 유지된다. 현재 모빌리티 타이어에 적용되고 있는 씰란트 대비 접착성과 온도 안정성이 더 우수한 효과를 나타낸다.
본 발명의 씰란트 조성물을 적용 시에 별도로 접착제 또는 프라이머를 사용할 필요가 없다. 특히 톨루엔 계열의 용제가 포함된 접착용 프라이머를 사용하지 않아도 되므로 환경 친화적인 타이어를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 씰란트에 대한 흡음성능을 확인한 그래프이다.
본 발명은 흡음성 및 접착성이 우수한 씰란트 조성물에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 씰란트 조성물은 타이어의 이너라이너용 도포 소재로 유용하다. 본 발명의 씰란트 조성물은 온도변화에 따른 흐름성 변화가 크지 않기 때문에 상온 내지 고온 조건에서의 접착력이 높게 유지되는 특징이 있다.
이와 같은 본 발명은 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
본 발명의 씰란트 조성물은 고무, 석유계 수지, 카본, 및 충진제를 포함하여 이루어진다. 이러한 본 발명의 씰란트 조성물을 구성하는 각 성분에 대해 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
상기 고무는 부틸 고무(IIR), 클로로부틸 고무(CLLR), 브로모부틸 고무(BIIR), 이소프렌 고무(IR), 폴리이소부틸렌 고무(PIB), 폴리부텐 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무(ACM), 에틸렌-아크릴 고무(AEM), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 클로로프렌 고무(CR), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 고무(CSM), 에피클로히드린 고무(ECO), 천연 고무(NR), 불소 고무(FKM), 및 실리콘 고무(VMQ)로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 2 이상의 혼합물을 사용한다. 좋기로는 부틸 고무(IIR), 클로로부틸 고무(CLLR), 브로모부틸 고무(BIIR), 이소프렌 고무(IR), 폴리이소부틸렌 고무(PIB), 폴리부텐 고무를 사용하는 것이다. 상기 고무는 전체 조성물 중에 30 ∼ 60 중량% 범위로 포함되는바,그 함량이 너무 적으면 경도 및 기계적 물성(접착력, 인장력, 신율 등)이 저하되고, 지나치게 많으면 점착력이 떨어지며 작업성능이 저하될 수 있다.
상기 석유계 수지는 방향족계 석유수지(Aromatiz hydrocarbon Resin), 지방족계 석유수지(Aliphatic hydrocarbon Resin), 및 수첨계 석유수지(Hydrogenated hydrocarbon Resin)로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 2 이상의 혼합물을 사용한다. 상기 석유계 수지는 전체 조성물 중에 5 ∼ 20 중량% 범위로 포함되는 바, 그 함량이 너무 적으면 재료의 점착력이 떨어지고, 지나치게 많으면 제조 시 분산성이 떨어지며 재료의 내열성능이 떨어질 수 있다.
상기 카본은 탄소화합물로서 카본 블랙, 흑연 등이 포함될 수 있다. 상기 카본은 전체 조성물 중에 1 ∼ 10 중량% 범위로 포함되는 바, 그 함량이 너무 적으면 기계적 물성이 저하되고, 지나치게 많으면 작업 시 오염이 심해지며, 경도가 높아 점착력이 떨어질 수 있다.
상기 충진제는 실리카, 탈크, 클레이(규조토), 마이카, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘(MgCO3), 수산화알루미늄, 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 및 황산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 2 이상의 혼합물을 사용한다. 상기 충진제는 전체 조성물 중에 30 ∼ 70 중량% 범위로 포함되는 바, 그 함량이 너무 적으면 사출성능이 떨어지므로 재료의 형상유지가 힘들고, 지나치게 많으면 경도가 높아지고 기계적 물성이 저하될 수 있다.
그 밖에도 기타 첨가제로서 산화아연, 산화마그네슘, 노화방지제 또는 프로세스 오일 등을 단독 또는 2 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.
이상의 소재는 본 발명에 사용되어지는 씰란트 배합에 사용되는 주요 소재에 대한 소개이며 이러한 소재에 한정되지 않는다. 각 구성요소의 범주에 해당하는 다양한 재질의 소재들을 모두 포함한다.
상기에서 설명한 조성 성분을 믹싱하여 씰란트 조성물을 제조한다.
각 조성 성분의 분산성 확보를 위하여 고무에 석유계 수지와 충진제를 첨가한 후에 혼련한다. 혼련은 석유계 수지의 녹는점 이상의 온도에서 수행하도록 하는 바, 그렇지 않으면 석유계 수지가 녹지 않아 고무와의 분산성이 떨어지게 된다. 또한, 씰란트 조성 성분 간의 완벽한 분산이 이루어지지 않으면 조성물의 기계적 물성도 저하될 뿐만 아니라, 제품의 차음성과 사출성도 악화될 수 있다. 또한, 상기 혼련이 석유계 수지의 녹는점 이상의 온도에서 이루어지기 때문에 해당 온도에서 오랜 시간동안 혼련하게 되면, 고분자 사슬이 열에 의해 절단되어 조성물의 기계적 물성이 저하되는 원인이 될 수도 있다. 따라서 가능한 짧은 시간동안 석유계 수지의 녹는점 이상의 온도에서 혼련시키는 것이 중요하다.
상기 가온 조건에서의 혼련을 수행할 때, 압력을 부여할 수도 있다. 즉, 가압믹싱 공정에 의하여 혼련과 믹싱을 수행하는 것도 좋다. '가압믹싱'이라 함은 일반적인 믹싱 공정으로는 완벽한 분산성을 확보하기 어렵기 때문에 가압믹서를 이용하여 압력을 무, 석유계 수지, 충전제 및 첨가제들이 혼련이 잘되도록 압력을 부여하는 것이다. 압력을 부여하는 방식은 믹싱공간에 배합물의 조성 성분들을 배합비 기준으로 충진시키고 가압 판으로 눌러줌으로써 믹싱과정에서 더욱 강한 전단력을 받게 한다. 이렇게 가압 공법으로 제조된 씰란트는 큰 전단력에 의해서 각 조성 성분들이 고르게 분산되기 때문에 일반 믹서에서 혼련된 씰란트 보다 차음성과 접착성능 및 기계적 물성이 우수한 특성을 나타낸다.
혼련이 완료되면, 씰란트의 침입도 특성 조절 및 접착성 부여를 하고 최종 마스터를 완성한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 씰란트 조성물은 상온 뿐만 아니라 고온에서의 흐름성과 접착성이 우수하여, 현재 모빌리티 타이어에 적용되고 있는 씰란트와 비교할 때도 접착성과 온도 안정성이 더 우수함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예 및 실험예를 통해 보다 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예] 씰란트 조성물의 제조
실시예 1 ∼ 4
하기 표 1에 나타낸 고무, 석유계 수지 및 충진제를 첨가하고 100 ∼ 150℃ 온도 및 5 ∼ 7 ㎏/㎠의 가압 조건에서 혼련하였다. 그 밖의 첨가제를 추가로 첨가하고 혼련하여 씰란트 조성물을 제조하였다.
조성 실시예(중량%) 제조사
1 2 3 4

고무		 할로부틸 고무 4 4 4 4 EXXON (미국)
폴리이소부틸렌 고무 8 8 8 8
이소프렌 고무 4 4 4 4 KURARAY사(일본)
폴리부텐 고무 30 30 30 30 대림산업
석유계
수지		 방향족계 석유수지 10 　 5 5 코오롱
지방족계 석유수지 　 10 5 5
카본 카본 5 5 5 5 동양제철화학

충진제		 중탄 20 20 20 20 OMYA KOREA
마이카 10 10 10 10
탈크 5 5 5 5
프로세스
오일		 파라핀계 3 3 　 　 극동유화
나프텐계 　 　 3 　
방향족계 　 　 　 3

첨가제		 산화아연 0.5 　 0.5 0.5 주)금양
산화마그네슘 　 0.5 　 　
노화방지제 0.5 0.5 0.5 0.5
합 계 100 100 100 100

[실험예]
상기 실시예 1∼4의 씰란트 조성물과 비교예로서 기존 모빌리티 타이어에 적용된 씰란트(제품명 : 콘티씰)를 1차적으로 성형된 타이어의 이너라이너 표면에 도포하였다. 씰란트의 도포는 사출방식에 의해 압력을 부여하여 토출건을 통해서 타이어 표면에 도포하였다. 토출압력과 타이어 회전속도를 조절하여 타이어에 도포되는 씰란트의 두께를 조절하였다.
1) 접착력 평가
씰란트의 접착력은 인장강도로서 평가하였으며, 상온 및 고온 조건에서의 각각 평가하였다.
※ 평가조건 : 인장속도 (50 ㎜/min)
※ 열간 평가조건 : ① 80℃×1시간 폭로 후 80℃ 분위기에서 실험함.
② 100℃×1시간 폭로 후 100℃ 분위기에서 실험함.
그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
시험항목 실시예 비교예
1 2 3 4
인장강도
(㎏/㎠)		 20℃ 1.47 0.42 0.36 0.38 0.35
80℃ 열간시 0.38 0.19 0.2 0.21 0.22
100℃ 열간시 0.17 0.12 0.11 0.11 0.12
상기 표 2의 결과에 의하면, 본 발명의 실란트는 상온이나 고온 조건에서의 접착력이 우수하였으며, 현재 양산중인 모빌리티 타이어에 적용되는 씰란트에 상응하는 효능을 가지고 있음을 알 수 있다. 특히 실시예 1의 씰란트는 비교예에 비교하여 상온의 접착강도는 약 4배, 80℃ 조건의 접착강도는 약 1.7배, 100℃ 조건의 접착강도는 약 1.4배 우수함을 알 수 있다.
2) 침입도 평가
상기 실시예 1∼4 및 비교예에서 제조된 씰란트의 침입도를 평가하기 위하여, MS373-06(JIS K6830)시험법으로 실시하였다. 상온(20℃) 및 가온(80℃) 조건에서의 침입도를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
항목 온도 실시예 비교예
1 2 3 4
침입도 20℃ 70 85 83 90 105
80℃ 134 187 175 201 229
침입도: 각 온도 무하중 침(각 온도에서 1일 방치 후 실험)
상기 표 3의 결과에 의하면, 본 발명의 실시예 1∼4의 씰란트는 침입도가 낮은 것으로 확인되었다. 특히 실시예 1의 씰란트가 상온과 80℃ 조건에서 침입도가 가장 낮게 나왔다.
3) 온도 안정성 평가
온도 안정성 평가를 위하여, 금속판 위에 씰란트 조성물을 도포 한 후 기어오븐으로 가열하여 120℃ 온도에서 24시간 가온처리하면서 시간에 따른 퍼짐 정도를 측정하였다.
본 발명의 실시예 1∼4의 씰란트는 120℃ 조건에서 24시간 경과 후 초기 면적 대비 약 33% 비율로 퍼짐이 발생되었다. 이에 반하여, 비교예의 경우는 초기 면적 대비 95% 비율로 퍼짐이 발생하였다. 이로써, 본 발명의 씰란트는 고온에서도 점도를 유지하면서 형태를 안정적으로 유지하는데 유리함을 알 수 있다.
하기 표 4에는 실시예 1과 비교예의 씰란트를 120℃ 온도에서 시간 경과에 따른 퍼짐정도를 비교하여 나타내었다.
온도 구분 경과시간(시간)
초기 4시간 12시간 12시간



120℃
실시예 1
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004

비교예
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008

4) 흡음 성능 평가
차음성능 평가는 실시예 1의 씰란트에 대하여 임피던스 튜브법(관내법)으로 실시하였다. 그 결과는 도 1로서 첨부하였다.
도 1에 의하면, 흡음재(폴리우레탄, PU)의 두께가 두꺼울수록 흡음성능이 뛰어났으며, 흡음재에 씰란트를 추가로 도포하였을 때 흡음성능이 더욱 향상됨을 알 수 있다. 이러한 결과에 의하면, 본 발명의 씰란트 조성물은 차음 및 흡음 기능을 발휘하여 타이어의 소음을 저감시켜주는 효과가 있음을 확인하였다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예 들을 모두 포함한다.

Claims (5)

  1. 고무 30 ∼ 60 중량%,
    석유계 수지 5 ∼ 20 중량%,
    카본 1 ∼ 10 중량%, 및
    실리카, 탈크, 클레이, 마이카, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화알루미늄, 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 및 황산바륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 충진제 30 ∼ 70 중량%,
    를 포함하고 있는 흡음성 및 접착성이 우수한 씰란트 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고무는 부틸 고무(IIR), 클로로부틸 고무(CLLR), 브로모부틸 고무(BIIR), 이소프렌 고무(IR), 폴리이소부틸렌 고무(PIB), 폴리부텐 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무(ACM), 에틸렌-아크릴 고무(AEM), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 클로로프렌 고무(CR), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 고무(CSM), 에피클로히드린 고무(ECO), 천연 고무(NR), 불소 고무(FKM), 및 실리콘 고무(VMQ)로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 씰란트 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 석유계 수지는 방향족계 석유수지(Aromatiz hydrocarbon Resin), 지방족계 석유수지(Aliphatic hydrocarbon Resin), 및 수첨계 석유수지(Hydrogenated hydrocarbon Resin)로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 씰란트 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 석유계 수지의 녹는점 이상의 온도에서 혼련하여 제조된 것을 특징으로 하는 씰란트 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    가압믹싱 공법에 의해 혼련하여 제조된 것을 특징으로 하는 씰란트 조성물.
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