KR101914355B1 - 타이어 이너라이너용 고무 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 타이어 이너라이너용 고무 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 할로겐화 부틸 고무 100 중량부, 이미다졸 유도체 0.5 내지 8 중량부 및 카본블랙 45 내지 65 중량부를 포함하고 상기 할로겐화 부틸 고무 및 이미다졸 유도체는 이오노머의 형태로 포함함으로써, 모듈러스의 저하없이 내피로성 및 내크랙성이 향상된 타이어를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 모듈러스의 저하없이 우수한 내피로성 및 내크랙성을 나타낼 수 있는 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
타이어의 이너라이너(Inner Liner)는 타이어 구조 상 가장 안쪽에 위치하여 자동차에 부착시 타이어와 림으로부터 공기가 새지 않고 타이어 내 공기압을 유지시켜 주는 역할을 한다. 이에 따라 타이어 이너라이너용 고무 조성물에 내공기 투과성이 요구된다. 또 이너라이너 부위의 특성상 차량의 하중이나 지속적인 반복 피로를 받으므로 이에 따른 내피로성과 내크랙성이 요구된다. 최근 타이어의 재생성 향상에 대한 요구가 높아짐에 따라 이너라이너에 대한 재생성 향상 요구도 증가하고 있다. 재생성 향성을 위해서는 내구성을 나타내는 모듈러스가 높은 것이 유리하나, 모듈러스가 높아질 경우에는 내크랙성 및 재생성에 불리하게 되는 문제점이 있다.
이 같은 적정 수준의 모듈러스 확보를 위해, 이너라이너용 고무 조성물의 제조시 오일(Oil)이나 수지(Resin) 등의 양을 제어하는 방법을 사용되고 있다. 그러나, 이러한 첨가제 변량시 오히려 내공기 투과성이 저하될 수 있다. 만약 내공기 투과성이 저하되면, 타이어 내부의 공기압 유지가 어렵고, 내구성이 떨어지게 된다. 또 인장 물성이 지나치게 낮을 경우, 내피로성은 유리할 수 있으나, 반복 피로에 의해 게이지(Gauge)가 줄어들게 되어 이너라이너 안쪽에 위치하는 코드가 노출되는 문제가 있다.
이에 모듈러스 수준이 유지되면서도, 내피로성 및 내크랙성이 우수한 트럭 및 버스용 인너라이너 고무조성물을 확보할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명의 목적은 모듈러스의 저하없이 우수한 내피로성 및 내크랙성을 나타낼 수 있는 타이어 이너라이너용 고무 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명은 할로겐화 부틸 고무 100 중량부, 이미다졸 유도체 0.5 내지 8 중량부 및 카본블랙 45 내지 65 중량부를 포함하고, 상기 할로겐화 부틸 고무 및 이미다졸 유도체는 이오노머의 형태로 포함되는 것인 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 제공한다.
상기 이오노머는 할로겐화 부틸 고무의 할로겐과 이미다졸 유도체의 이미다졸 부분이 이온결합된 것일 수 있다.
상기 할로겐화 부틸 고무는 브로모 부틸 고무, 클로로 부틸 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 이미다졸 유도체는 부틸이미다졸, 메틸이미다졸, 에틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 4-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-(2-시아노에틸)-2-에틸-4-메틸이미다졸 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 할로겐화 부틸 고무와 이미다졸 유도체를 포함하는 이오노머는 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 3]
상기 X-는 브롬 이온(Br-) 또는 클로라이드 이온(Cl-)이고, 상기 R은 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고, 상기 n은 1,000 내지 10,000의 정수이다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 할로겐화 부틸 고무 100 중량부에 대하여, 가류제 0.25 내지 1.5중량부, 가류촉진제 0.5 내지 1.5중량부 및 가류촉진조제 0.5 내지 2.0 중량부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 또한 할로겐화 부틸 고무 100 중량부 및 이미다졸 유도체 0.5 내지 8 중량부를 90 내지 150 ℃의 고온에서 반응시켜 이오노머를 제조하는 이오노머 선반응 단계, 상기 할로겐화 부틸 고무 100 중량부에 대하여, 카본블랙 45 내지 65 중량부, 가류제 0.25 내지 1.5중량부, 가류촉진제 0.5 내지 1.5중량부 및 가류촉진조제 0.5 내지 2.0 중량부를 배합하는 단계를 포함하는 타이어 이너라이너용 고무 조성물 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공한다.
본 발명의 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 모듈러스의 저하없이 우수한 내피로성 및 내크랙성을 나타내며, 그 결과 트럭 및 버스용 타이어의 이너라이너로서 보다 유용하다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 할로겐화 부틸 고무 100 중량부, 이미다졸 유도체 0.5 내지 8 중량부 및 카본블랙 45 내지 65 중량부를 포함하고 상기 할로겐화 부틸 고무 및 이미다졸 유도체는 이오노머의 형태로 포함한다.
구체적으로 상기 이오노머는 할로겐화 부틸 고무의 할로겐과 이미다졸 유도체의 이미다졸 부분이 이온결합된 것일 수 있다.
상기 할로겐화 부틸 고무와 이미다졸 유도체를 포함하는 이오노머는 가역적 가교결합(Cross-linking)을 포함한다. 이오노머의 극성 이온 그룹은 전기적 반응으로 군집하려는 경향을 가지며, 이러한 전기적 반응에 의한 군집은 물리적인 가교결합(Cross-linking)을 이루기 때문에 고분자에 소량의 이온 그룹(Ionic group)을 첨가하여도 인장강도를 확보할 수 있다.
이와 관련하여 최근에 이오노머 분자 내의 이온 가교결합 구조로 인하여 이른바, 자가 치료 (Self-Healing) 거동을 보일 수 있다는 연구 결과가 보고되었다. 고분자 사슬에 도입된 이온결합에 의해 고분자가 서로 이온집합체(ionic cluster) 형태로 결합 되어 실온에서는 가교 역할을 담당한다. 하지만 이 가교는 물리적 가교로서 고온으로 갈수록 가교가 와해되어 용융상태를 이룬다. 이러한 개념을 통해 미세 결함이 전파될 때 크랙이 발생한 면에 새로운 이온 결합이 생기고 크랙 성장이 지연될 수 있다.
본 발명에서는 이러한 이온 결합의 개념을 이너라이너 고무에 도입하고자 하였다. 이온 결합을 통해 가교 역할을 하여 물성 확보도 가능하며, 이온 결합으로 인하여 크랙이 발생했을 경우, 크랙 발생 부위에 새로운 이온 결합(물리적 결합)이 작용하는 자가 복구 거동을 통해 내크랙성 및 내피로성 향상에도 기여할 수 있다.
타이어는 일반적으로 주행과 정지를 반복하기 때문에 온도 상승과 저하가 반복적으로 일어나면서 이온 결합의 가역적 반응이 일어난다. 이러한 반응을 통해 이너라이너 고무의 내크랙성 및 내피로성을 확보할 수 있다.
다만 이너라이너 고무의 성분인 부틸계 고무는 다른 고분자와의 상용성이 좋지 않기 때문에 이오노머를 도입하기 어렵다는 문제점이 있다. 이에 따라 본 발명은 할로겐 부틸 고무와 이미다졸 유도체를 고온에서 반응시킴으로써 이온 결합 그룹을 생성할 수 있다.
상기 할로겐화 부틸 고무는 브로모 부틸 고무, 클로로 부틸 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는 브로모 부틸 고무인 것일 수 있다.
상기 브로모 부틸 고무는 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
상기 X는 브롬(Br) 또는 클로라이드(Cl)이고, 상기 n은 1,000 내지 10,000의 정수이다.
상기 이미다졸 유도체는 부틸이미다졸, 메틸이미다졸, 에틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 4-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-(2-시아노에틸)-2-에틸-4-메틸이미다졸 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다. 이중에서도 부틸이미다졸인 것이 내크랙성 및 내피로성 개선 효과 및 그에 따른 모듈러스 저하를 고려할 때 보다 바람직할 수 있다.
상기 부틸이미다졸은 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2]
상기 할로겐화 부틸 고무와 이미다졸 유도체는 할로겐화 부틸 고무 100 중량부에 대하여 이미다졸 유도체 0.5 내지 8 중량부로 포함될 수 있고, 3 내지 6 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
할로겐화 부틸 고무 100 중량부에 대하여 이미다졸 유도체가 3 중량부 미만으로 포함될 경우 내피로 및 내크랙 특성 향상이 미미하며, 6 중량부 초과하여 포함될 경우 이온 반응에 참여하지 못하고 남는 이미다졸 유도체가 내피로 및 내크랙 특성에 불리하게 작용할 수 있다.
상기 할로겐화 부틸 고무와 이미다졸 유도체를 포함하는 이오노머는 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, 상기 X-는 브롬 이온(Br-) 또는 클로라이드 이온(Cl-)이고, 상기 R은 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고, 상기 n은 1,000 내지 10,000의 정수이다.
상기 할로겐화 부틸 고무와 이미다졸 유도체를 포함하는 이오노머는 하기 반응식 1에서와 같은 반응 메카니즘으로 제조할 수 있다. 하기 반응식 1은 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[반응식 1]
상기 반응식에서, ΔT는 90 내지 150 ℃로 가열하는 것일 수 있다. 90℃ 미만 및 150℃ 초과하는 경우 이미다졸 유도체가 반응하는 적정 온도 범위를 벗어나게 되면서 이온 결합 생성이 적정하지 못한 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물 제조방법은 할로겐화 부틸 고무 100 및 이미다졸 유도체 0.5 내지 8 중량부를 90 내지 150 ℃의 고온에서 반응시켜 이오노머를 제조하는 이오노머 선반응 단계, 상기 할로겐화 부틸 고무 100 중량부에 대하여, 카본블랙 45 내지 65 중량부, 가류제 0.25 내지 1.5중량부, 가류촉진제 0.5 내지 1.5중량부 및 가류촉진조제 0.5 내지 2.0 중량부를 배합하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 보강성 충진제로서 카본블랙을 포함한다.
구체적으로는, 상기 카본블랙은 보강성 개선효과와 더불어 가공성 및 공기투과도 개선 효과를 고려할 때, 질소흡착 비표면적(N2SA)이 30 내지 40 m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 85 내지 95cc/100g인 GPF(General Purpose Furnace) 그레이드의 카본 블랙이 보다 더 바람직할 수 있다.
상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적과 DBP 흡유량은 동시에 충족하여야 하는 조합된 물성적 요건으로서, 질소흡착 비표면적이 30m2/g미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 우려가 있고, 또 300m2/g을 초과하면 타이어용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 우려가 있다. 또한, 상기 카본블랙의 DBP 흡유량이 180cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 60cc/100g 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다.
상기 카본블랙은 할로겐화 부틸 고무 100 중량부에 45 내지 65 중량부로 포함될 수 있고, 45 내지 55 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 카본블랙의 함량이 45 중량부 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 수 있고, 65 중량부를 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에 따른 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 상기한 성분들과 함께 선택적으로 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 접착제 등의 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 각종의 첨가제는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 이들의 함량은 통상적인 타이어 이너라이너용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
상기 가류제로는 유황계 가류제를 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 유황계 가류제는 분말 황(S), 불용성 황(S), 침강 황(S), 콜로이드(colloid) 황 등의 무기 가류제와, 테트라메틸티우람 디설파이드(tetramethylthiuram disulfide, TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(tetraethyltriuram disulfide, TETD), 디티오디모르폴린(dithiodimorpholine) 등의 유기 가류제를 사용할 수 있다. 상기 유황 가류제로는 구체적으로 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 할로겐화 부틸 고무 100 중량부에 대하여 2중량부 이하, 혹은 0.25 내지 1.5 중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 할로겐화 부틸 고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직할 수 있다.
또, 상기 가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제(accelerator)를 의미한다.
상기 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 술펜아미드계 가류촉진제로는, 예컨대 N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS), N-tert-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS), N,N-디시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질술펜아미드, N,N-디이소프로필-2-벤조티아졸술펜아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 술펜아미드계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티아졸계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아질디설파이드(MBTS), 2-머캅토벤조티아졸의 나트륨염, 2-머캅토벤조티아졸의 아연염, 2-머캅토벤조티아졸의 구리염, 2-머캅토벤조티아졸의 시클로헥실아민염, 2-(2,4-디니트로페닐)머캅토벤조티아졸, 2-(2,6-디에틸4-모르폴리노티오)벤조티아졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티아졸계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티우람계 가류촉진제로는, 예컨대 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티우람계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티오우레아계 가류촉진제로는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티오우레아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 구아니딘계 가류촉진제로는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구아니딘계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 디티오카르밤산계 가류촉진제로는, 예컨대 에틸페닐디티오카르밤산아연, 부틸페닐디티오카르밤산아연, 디메틸디티오카르밤산나트륨, 디메틸디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산아연, 디부틸디티오카르밤산아연, 디아밀디티오카르밤산아연, 디프로필디티오카르밤산아연, 펜타메틸렌디티오카르밤산아연과 피페리딘의 착염, 헥사데실이소프로필디티오카르밤산아연, 옥타데실이소프로필디티오카르밤산아연 디벤질디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산나트륨, 펜타메틸렌디티오카르밤산피페리딘, 디메틸디티오카르밤산셀레늄, 디에틸디티오카르밤산텔루늄, 디아밀디티오카르밤산카드뮴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 디티오카르밤산계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 가류촉진제로는, 예컨대 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 아세트알데히드-암모니아 반응물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 이미다졸린계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물을 사용할 수 있고, 상기 크산테이트계 가류촉진제로는, 예컨대 디부틸크산토겐산아연 등의 크산테이트계 화합물을 사용할 수 있다.
이중에서도, 상기 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키는 점에서 상기한 티아졸계 가류촉진제가 보다 바람직할 수 있다.
상기 가류촉진제는 할로겐화 부틸 고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2 중량부, 혹은 0.5 내지 1.5중량부로 포함될 수 있다.
또, 상기 가류촉진조제는 상기 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 무기계 가류촉진조제, 유기계 가류촉진조제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 무기계 가류촉진조제로는 산화아연(ZnO), 탄산아연(zinc carbonate), 산화마그네슘(MgO), 산화납(lead oxide), 수산화 칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 유기계 가류촉진조제로는 스테아르산, 스테아르산 아연, 팔미트산, 리놀레산, 올레산, 라우르산, 디부틸 암모늄-올레이트(dibutyl ammonium oleate), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
특히, 상기 가류촉진조제로서 상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아르산에 녹아 상기 가류촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.
상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 상기 할로겐화 부틸 고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2.0중량부로 사용될 수 있다. 상기 산화아연과 상기 스테아르산의 함량이 상기 범위 미만인 경우 가황 속도가 느려 생산성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 스코치 현상이 발생하여 물성이 저하될 수 있다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물 상기 할로겐화 부틸 고무 및 이미다졸 유도체를 90 내지 150℃의 고온에서 반응시켜 이오노머를 제조하는 이오노머 선반응 단계 후 통상적인 2단계의 연속 제조 공정을 통하여 제조될 수 있다. 즉, 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1 단계 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 또한 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공한다.
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 이너라이너에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수 있다. 상기 고무 구성 요소로는 트레드, 사이드월, 사이드월 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer) 또는 와이어 코트 등을 들 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 타이어는 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 트럭 타이어 또는 버스 타이어 등일 수 있으며, 이중에서도 트럭 타이어 또는 버스 타이어일 수 있다. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[
제조예
: 타이어
이너라이너용
고무 조성물의 제조]
하기 표 1에서와 같은 조성을 반바리 믹서에 첨가하여 고무 조성물을 배합한 후 170℃에서 15분간 가류시켜 시편을 제조하였다.
[
실시예
1]
브로모부틸고무 100 중량부 및 부틸이미다졸4.5 중량부를 130 ℃의 고온에서 반바리 믹서에 선투입 후 반응시켜 이오노머를 제조 하였다.
상기 브로모부틸고무 100 중량부에 대하여, 카본 블랙 52 중량부 및 산화아연 1.15 중량부, 스테아린산 1.0중량부, 오일 11 중량부, 유황 0.9 중량부 및 티아졸계 촉진제 1.0 중량부의 배합비로 상기 이오노머와 함께 배합하여 고무 조성물을 제조하였다.
[
실시예
2]
부틸이미다졸 0.5 중량부를 브로모부틸 고무와 함께 반바리 믹서에 선투입하여 제조하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 하여 시편을 제조하였다.
[
실시예
3]
부틸이미다졸 8 중량부를 브로모부틸 고무와 함께 반바리 믹서에 선투입하여 제조하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 하여 시편을 제조하였다.
[
실시예
4]
브로모부틸고무 100 중량부, 부틸이미다졸4.5 중량부, 카본 블랙 52 중량부 및 산화아연 1.15 중량부, 스테아린산 1.0중량부, 오일 11 중량부, 유황 0.9 중량부 및 티아졸계 촉진제 1.0 중량부의 배합비로 배합하여 고무 조성물을 제조하였다.
[
비교예1
]
브로모부틸고무 100 중량부, 카본 블랙 52 중량부 및 산화아연 1.15 중량부, 스테아린산 1.0중량부, 오일 11 중량부, 유황 0.9 중량부 및 티아졸계 촉진제 1.0 중량부의 배합비로 배합하여 고무 조성물을 제조하였다.
| 함량 (중량부) | 비교예1 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 |
| 선반응 (반바리 믹서 선투입) |
X | O | O | O | X |
| 브로모부틸고무 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 부틸이미다졸 | - | 4.5 | 0.5 | 8 | 4.5 |
| 카본 블랙 | 52 | 52 | 52 | 52 | 52 |
| 유황 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 |
| 티아졸계 촉진제 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 산화아연 | 1.15 | 1.15 | 1.15 | 1.15 | 1.15 |
| 스테아린산 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 오일 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 |
1) 브로모부틸고무: Lanxess 제
2) 부틸이미다졸: Sigma-Aldrich 구입
3) 카본블랙: 질소흡착 비표면적 (N2SA) 30~40m2/g, DBP 흡유량 85~95cc/100g인 GPF 그레이드의 카본블랙
4) 가류제: 유황 (Oil treated sulfur, Zolfindustria 사제)
5) 가류촉진제: MBTS (Benzothiazyl Disulfide)
6) 가류촉진조제: 산화아연, 스테아린산
7) 오일: Naphthenic Oil
[
실험예
: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 항 목 | 비교예1 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 |
| 300% 모듈러스 | 31 | 30 | 32 | 37 | 26 |
| 내피로성 | 100 | 105 | 100 | 97 | 101 |
| 내크랙성 | 100 | 103 | 101 | 96 | 100 |
1) 모듈러스: 미가류 고무를 170 온도에서 가류하여 덤벨 형태의 시편을 제작하여 측정하였다.
2) 내피로성 및 내크랙성: 15% Strain의 동적 조건으로 평가하였으며, 타이어 주행을 모사하기 위해 하루 중 8시간은 정지하는 조건을 반복하였다. 내피로성은 최종 파단시까지의 사이클 수, 내크랙성은 일정 사이클마다 크랙 성장 길이를 측정하여 인덱스(Index, 비교예 1의 결과 값을 100으로하여 지수화하였음)로 표현하였다.
상기 표 2의 실시예 4에서 보는 바와 같이, 부틸이미다졸을 적용할 경우, 내피로성 및 내크랙성 향상을 기대하였으나, 비교예 1 대비하여 효과는 크지 않았으며, 모듈러스 역시 낮아지는 결과를 보였다. 이는 브로모부틸 고무와 부틸이미다졸이 다른 약품들과 함께 혼합되면서 서로 충분히 반응하지 못하여 이온결합이 생성되지 못한 것으로 판단된다.
실시예 1에서는 브로모부틸과 부틸이미다졸이 충분히 반응할 수 있도록 반바리 믹서에 두 약품만 먼저 투입하여 온도를 올려가며 반응이 일어날 수 있도록 하였으며, 그 결과 모듈러스 수준 확보되었으며, 이온 결합이 충분히 형성되면서 내피로성과 내크랙성에 유리한 결과를 보였다.
부틸이미다졸 0.5 중량부를 적용한 실시예2에서는 브로모부틸과 반응할 수 있는 부틸이미다졸의 양이 적어서 내피로성 및 내크랙성 향상에 큰 영향을 주지 못하였다.
실시예 3에서는 부틸이미다졸 8 중량부를 적용하였으며, 그 결과, 모듈러스는 상승하였으나, 내피로성 및 내크랙성이 불리한 경향을 보였다. 이는 많은 양의 부틸이미다졸로 인하여 이온결합에 참여하지 못하고 남은 부틸이미다졸이 피로나 크랙에 불리하게 작용하는 것으로 생각된다.
따라서 내피로성 및 내크랙성 확보 측면에서 실시예 2가 브로모부틸과 부틸이미다졸의 적정 비율이라고 판단된다.
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 (8)
- 할로겐화 부틸 고무 100 중량부,
이미다졸 유도체 0.5 내지 8 중량부,
카본블랙 45 내지 65 중량부 및
나프텐 오일(naphthenic oil) 11 중량부를 포함하고
상기 할로겐화 부틸 고무 및 이미다졸 유도체는 이오노머의 형태로 포함되며,
상기 이미다졸 유도체는 부틸이미다졸, 메틸이미다졸, 에틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 4-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-(2-시아노에틸)-2-에틸-4-메틸이미다졸 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것인
내크랙성 타이어 이너라이너용 고무 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 이오노머는 할로겐화 부틸 고무의 할로겐과 이미다졸 유도체의 이미다졸 부분이 이온결합된 것인 내크랙성 타이어 이너라이너용 고무 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐화 부틸 고무는 브로모 부틸 고무, 클로로 부틸 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 내크랙성 타이어 이너라이너용 고무 조성물. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 할로겐화 부틸 고무와 이미다졸 유도체를 포함하는 이오노머는 하기 화학식 3으로 표시되는 것인 내크랙성 타이어 이너라이너용 고무 조성물.
[화학식 3]
상기 X-는 브롬 이온(Br-) 또는 클로라이드 이온(Cl-)이고,
상기 R은 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
상기 n은 1000 내지 10,000의 정수이다. - 제1항에 있어서,
상기 타이어 이너라이너용 고무 조성물은 상기 할로겐화 부틸 고무 100 중량부에 대하여, 가류제 0.25 내지 1.5중량부, 가류촉진제 0.5 내지 1.5중량부 및 가류촉진조제 0.5 내지 2.0 중량부를 더 포함하는 것인 내크랙성 타이어 이너라이너용 고무 조성물. - 삭제
- 제1항에 따른 내크랙성 타이어 이너라이너용 고무 조성물을 이용하여 제조한 내크랙성 타이어.
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