KR20190078043A - 자기 밀봉 타이어 조성물 및 그 혼합 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어용 밀봉용 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주행 중 타이어의 펑크난 부분을 자동으로 밀봉할 수 있는 고점도 반액상 물질을 다량으로 함유하는 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 고점도 반액상 물질을 다량으로 함유하여 주행 중 타이어가 펑크나도 이를 자동으로 밀봉할 수 있는 조성물을 균일상으로 효율 좋게 얻을 수 있다.

Description

자기 밀봉 타이어 조성물 및 그 혼합 제조방법 {Self-sealing Composition for Tire and Mixing Preparation thereof}

본 발명은 타이어용 밀봉용 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주행 중 타이어의 펑크난 부분을 자동으로 밀봉할 수 있는 고점도 반액상 물질을 다량으로 함유하는 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

주행 중 타이어에 펑크가 났을 경우, 이를 자동으로 밀봉하는 조성물이 본 기술분야에 일부 알려져 있다.

예를 들어, 미국공개특허 제2011-0201722호에서는 실란트 재료로서 천연고무 라텍스 및 계면활성제를 사용한 것을 특징으로 하는 재료를 제시하였다. 그러나 상기 재료 구성으로는 일시적인 자가밀봉 성능은 구현되어도, 천연라텍스의 불포화 화학적 구조에 기인하여 내공기 투과성이 하락하여 소비자가 구멍이 난 것을 인지하지 못하고 지속적으로 주행하게 되면, 결과적으로 공기압이 지속적으로 떨어지는 양상을 나타내게 된다.

한편, 한국특허 제10-2012-0107632호에 의하면 내공기투과도가 높은 부틸고무와 카본블랙 마스터배치에 각각 수평균 분자량이 다른 2종의 저분자량 재료를 포함함로써 점착성을 부여한 타이어용 실란트 조성물에 대해 제시하고 있다. 그러나 상기 문헌에서는 부틸고무를 주로 이용하여 마스터배치를 제조한 후 여기에 추가의 첨가물을 추가하여 재차 가공하는 복잡한 절차를 거치고 있어, 해당 분야에서 일반적인 고무 생산공정에 적용하기가 어려운 문제점이 있다.

또한, 한국 공개특허 제10-2015-0085429호에는 고무라텍스 프로필렌글리콜을 포함하는 동결방지제; 및 음이온성 계면활성제를 포함하고, 상기 음이온성 계면활성제는 알킬 에터 설페이트계 계면활성제 및 알킬 설페이트계 계면활성제를 포함하는 자동차 타이어용 실란트 조성물에 대해 제시하고 있다. 그러나 상기 문헌에서는 해당 재료들을 제시하고만 있을 뿐, 이들을 구체적으로 어떠한 방식으로 배합/혼합하는지에 대해서는 제시하지 않고 있다.

이처럼 종래 기술에 의하면 타이어 자가 밀봉을 위한 타이어 밀봉 조성물이 일부 알려져있기는 하나, 제조방법이 용이하지 않거나, 또는 주행 중 충분한 자가 밀봉 성능을 발휘하는 조성물을 재현성 좋게 구현하지 못하고 있는 실정이다. 이에 따라, 일반적인 고무 제조업계에서 생산공정에 용이하게 적용하여 실시할 수 있는 밀봉 조성물 및 이의 제조방법이 요구되고 있다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 고무 생산공정에 일반적으로 적용 가능한 제조방법으로 용이하게 생산해낼 수 있는 타이어 밀봉 조성물, 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

상기 본 발명의 목적을 위해, 본 발명의 자기 밀봉 타이어 조성물은 원료 고무 베이스 10-25중량%, 카본블랙 5~10중량%, 가류제 2~5중량%, 폴리 부텐 60~83중량%를 포함한다.

본 발명의 일 실시태양에 있어서 원료 고무 베이스는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 클로로프렌 고무(CR), 부타디엔 고무(BR), 부틸 고무(IR), 및 천연 고무(NR) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함한다.

본 발명의 또다른 실시태양에 있어서, 원료 고무 베이스는 부틸 고무이다.

본 발명의 또다른 실시태양에 있어서, 카본 블랙은 디부틸프탈레이트(DBP) 흡수값이 86~108이다.

본 발명의 또다른 실시태양에 있어서, 본 발명의 자기 밀봉 타이어 조성물은 타이어 내면의 이너라이너에 부착된다.

본 발명은 또한, 원료 고무 베이스 10-25중량%과 카본블랙 5~10중량%과 가류제 2~5중량%를 동시에 투입하여 혼합한 뒤, 폴리 부텐 60~83중량%를 분할하여 투입하고 혼합하는 것을 특징으로 하는 자기 밀봉 타이어 조성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시태양에 있어서, 폴리부텐의 총 투여량이 60중량% 이상 75중량% 이하이면 10~15회 분할하여 투입하고, 75중량% 초과 83중량% 이하이면 16~20회 분할하여 투입한다.

본 발명의 일 실시태양에 있어서, 재료들의 혼합은 인터널 믹서 또는 밴버리 믹서를 이용한다.

본 발명에 의하면 고점도 반액상 물질을 다량으로 함유하여 주행 중 타이어가 펑크나도 이를 자동으로 밀봉할 수 있는 조성물을 균일상으로 효율 좋게 얻을 수 있다.

폴리부텐은 일반적으로 탄화수소 분해 과정에서 파생되는 탄소수 4(C4)의 올레핀 성분을 프리델-크래프트형 촉매(Friedel-Craft type catalyst)를 사용하여 중합한 것으로서, 수평균 분자량(Mn)은 약 300 내지 5000이다. 원유를 분해하는 석유정제 과정 혹은 나프타분해설비(NCC, Naphtha Cracking Center)에서 발생하는 C4 탄화수소 성분 중, 1,3-부타디엔을 추출하고 남은 원료에는, 이소부탄(iso-butane), 노르말부탄(normal-butane)의 파라핀류와 1-부텐(1-butene), 2-부텐(2-butene), 이소부텐(iso-butene) 등의 올레핀이 포함되어 있으며, 이중 이소부텐의 함량은 대략 20 내지 50 중량%이다. 상기 이소부텐은 옥탄가 향상제로 사용되는 메틸-t-부틸에테르(methyl t-butylether: MTBE) 또는 폴리부텐의 제조에 주로 사용되며, 상기 올레핀 성분 중, 이소부텐의 반응성이 가장 높으므로 생성된 폴리부텐은 주로 이소부텐 단위로 이루어진다.

이러한 폴리부텐은 높은 입체 규칙성을 가진 고분자로서, 저온 유동성이 좋고 무독성의 친환경적인 물질로서 내화학성이나 내마모성이 우수하여 다양한 용도로 활용되고 있으며, 특히 저온 유동성이 좋은 특성으로 인해 타이어 재료로도 많이 쓰이고 있다. 폴리부텐을 함유하지 않은 고무조성물에 비해서 폴리부텐을 함유한 고무조성물에서 점착 특성, 제동 특성, 내구 특성이 우수하고, 특히, 원료 고무에 대비하여 폴리부텐의 중량부가 증가할수록 상기의 특성들이 점차적으로 우수하다.

하지만 타이어 자체에는 원료고무에 비해 폴리부텐을 일정량 이상 첨가할 수 없다. 폴리부텐의 양이 원료 고무에 비해 너무 많아지게 되면 타이어가 물러지게 되며 원하는 타이어 강도를 얻지 못하게 된다.

그러나, 주행 중 펑크난 타이어를 밀봉하기 위한 소량의 조성물에는 이러한 폴리부텐이 다량으로 함유되어도 타이어 전체강도에 큰 영향을 미치지 않게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 저온 유동성이 우수한 고점도 반액상 물질인 폴리 부텐을 원료 고무에 비해 과량 함유하는 조성물을 제공하고, 예를 들어 이를 타이어 내면의 이너라이너 측에 배치함으로써, 주행 중 타이어의 펑크를 종래 밀봉용 조성물에 비해 훨씬 빠르고 효율적으로 밀봉할 수 있개된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 원료 고무 베이스 10~25 중량%에 폴리부텐을 60~83 중량% 함유하고, 카본블랙이나 가류제 등 기타 첨가물들을 추가로 포함한다. 폴리부텐의 함량이 60중량% 미만이면 점도가 너무 높아져 타이어 펑크에 신속하게 대응하지 못할 우려가 있으며, 그 함량이 83중량%를 초과하면 실링 효과가 충분하지 않을 우려가 있다.

본 발명의 조성물은 원료 고무와 폴리부텐 이외에 카본블랙을 포함하며, 상기 카본블랙의 함량은 바람직하게는 5~10중량% 범위이다. 카본블랙은 타이어의 고무분자와 결합해서 내열성, 내마모성, 강성, 내노화성 등을 증대시켜주는 역할을 한다. 이러한 고무분자와의 친화력을 위해, 카본블랙의 DBP값(즉, 디부틸프탈레이트 흡수율)은 대략 86~108 사이인 것이 적당하다.

또한, 본 발명에서는 본 발명의 타이어 자가 밀봉용 조성물의 제조방법을 제공한다. 본 발명에서는 원료고무와 카본블랙 및 기타 첨가제를 우선 혼합한 뒤, 폴리부텐을 추가하는 2스텝으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 더욱 구체적으로는, 폴리부텐은 여러차례에 나누어 분할투입한다.

모든 원료들을 일시에 투입하여 혼합하거나, 또는 2단계째의 폴리부텐 첨가를 1회로 할 경우, 혼합기 내에서 챔버 및 로터와 혼합물 사이에 과도한 슬립이 발생하여 폴리부텐이 기타 원료들과 원활하게 혼합되지 않는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해 폴리부텐은 수차례 분할하여 투입하는 것이 바람직하며, 그 분할투여 횟수는 폴리부텐의 함량에 따라 달리하는 것이 더욱 바람직하다.

폴리부텐의 함량이 60~75중량%일 경우에는 폴리부텐을 10~15회 균분하여 분할투입하며, 폴리부텐의 함량이 75~83중량%일 경우에는 폴리부텐을 16~20회 균분하여 분할투입하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제조방법에서는 롤-밀 혼합기 등의 개방형 혼합기보다는, 인터널 믹서나 밴버리 믹서 등의 밀폐식 혼합기를 이용하는 것이 더욱 효과적이다.

특히, 연속적인 혼합공정이 이루어지는 연속식 이축 스크류 압출기를 이용하는 경우. 혼합 효율이 좋아, 상기 분할투여 횟수를 총 3~5회 이내로 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.

이러한 조성물 내의 폴리부텐의 함량과 폴리부텐 분할투여 횟수 사이의 상관관계는 구체적인 실험을 통해 다음과 같이 확인되었다.

상기 표를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 폴리부텐을 1회에 전량 투입한 비교예 1 및 비교예 2의 경우, 그 혼합상태가 불량하였다.

또한, 분할투여를 행하는 경우라도, 폴리부텐의 함량에 따라 그 횟수를 적절하게 선택하지 않으면 양호한 혼합상태를 얻지 못한다는 것도 확인되고 있다. 구체적으로는, 동일하게 10회 분할투여한 경우라도, 폴리부텐의 함량이 60중량%인 실시예 2의 경우에는 혼합상태가 양호한 것으로 나타난 반면, 폴리부텐의 함량이 83중량%인 실시예 4의 경우에는 혼합상태가 좋지 않은 것으로 나타났다.

이와 같이 폴리부텐의 함량에 따라 그 분할투여 횟수를 달리함으로써, 타이어 자가 밀봉용 조성물의 혼합상태를 최적화할 수 있는 제조방법을 얻을 수 있다.

Claims (10)

1. 원료 고무 베이스 10-25중량%,
   카본블랙 5~10중량%,
   가류제 2~5중량%,
   폴리 부텐 60~83중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   자기 밀봉 타이어 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 원료 고무 베이스는 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 부틸 고무, 및 천연 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기 밀봉 타이어 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 원료 고무 베이스는 부틸 고무인 것을 특징으로 하는, 자기 밀봉 타이어 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 카본 블랙은 디부틸프탈레이트(DBP) 흡수값이 86~108인 것을 특징으로 하는, 자기 밀봉 타이어 조성물.
5. 제1항에 있어서, 타이어 내면의 이너라이너에 부착되는 것을 특징으로 하는, 자기 밀봉 타이어 조성물.
6. 원료 고무 베이스 10-25중량%과 카본블랙 5~10중량%과 가류제 2~5중량%를 동시에 투입하여 혼합한 뒤, 폴리 부텐 60~83중량%를 분할하여 투입하여 혼합하는 것을 특징으로 하는, 자기 밀봉 타이어 조성물의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 원료 고무 베이스는 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 부틸 고무, 및 천연 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기 밀봉 타이어 조성물의 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 원료 고무 베이스는 부틸 고무인 것을 특징으로 하는, 자기 밀봉 타이어 조성물.
9. 제6항에 있어서, 폴리부텐의 총 투여량이 60중량% 이상 75중량% 이하이면 10~15회 분할하여 투입하고, 75중량% 초과 83중량% 이하이면 16~20회 분할하여 투입하는 것을 특징으로 하는, 자기 밀봉 타이어 조성물의 제조방법.
10. 제6항에 있어서, 인터널 믹서 또는 밴버리 믹서를 이용하여 혼합하는 것을 특징으로 하는, 자기 밀봉 타이어 조성물의 제조방법.