KR100943526B1

KR100943526B1 - 타이어 인너라이너용 고무조성물

Info

Publication number: KR100943526B1
Application number: KR1020070135986A
Authority: KR
Inventors: 이형재; 이광재
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2007-12-24
Filing date: 2007-12-24
Publication date: 2010-02-22
Also published as: KR20090068400A

Abstract

본 발명은 타이어 인너라이너 고무 조성물에 관한 것으로, 할로겐화 부틸고무 60-100 중량부와 천연고무 0-40 중량부, 재생부틸고무 10-40 중량부, 카본블랙 40-70 중량부 및 폐타이어 미세 분말 1-7 중량부를 포함한다.

본 발명에 의한 인너라이너 고무조성물은 경우 원가는 절감시키면서도 기타 성능 저하가 거의 없으며 오히려 내크랙성능과 내공기 투과성능 등의 성능을 개선시킨다.

폐타이어 미세분말*타이어 인너라이너

Description

타이어 인너라이너용 고무조성물{Rubber composition for tire innerliner}

본 발명은 자동차용 래디얼 타이어의 인너라이너 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐타이어 미세 분말을 포함하는 조성물에 관한 것이다.

인너라이너는 기본적으로 타이어에 범용으로 사용되는 고무 성분중 가장 가격이 비싸기 때문에 원가절감을 위한 노력이 지속되어 왔다. 이러한 노력의 일환으로 두께 감소를 통한 경량화를 지속적으로 추구하고 있으나, 일정 이하의 두께를 가질 경우 내공기 투과성능 및 내크랙성능 저하 문제로 인해 특정 이하로는 두께 감소가 어려운 실정이다.

또한 최근 몇 년 사이에 재생부틸 고무를 사용하려는 노력이 있어 왔으며 실제적으로 각종 성능과 원가를 고려한 적정 비율로 개발되어 사용중이기도 한다. 본 발명 또한 이러한 노력의 일환으로 이루어졌다.

최근에는 환경 관련하여 폐기물 재활용에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다. 이러한 노력중 하나로 폐타이어를 활용한 기술들이 속속 개발되어지고 있고, 그 중 일부는 이미 상업화 적용 단계에 있거나 적용 중이다. 본 기술은 이 가운데에서도 폐타이어 미분말을 활용하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 폐타이어는 냉동 분쇄 방식으로 미세 분말 제조가 이루어져 있다. 이러한 기술은 냉동화 하기 위해 사용하는 냉매 (액화 질소) 가격으로 인해 가격 경쟁력이 떨어지고 그 구조가 타이어 용도에 맞지 않게 발달되지 않은 원형으로 제조되기 때문에 타이어 사용에 적합하지 못하였다.

하지만 최근에는 상온에서 저렴하게 미세 분말화가 가능한 기술들이 개발되었고, 이렇게 제조되어진 미세분말은 발달된 구조를 갖고 있어서 다른 재료와도 혼용성이 개선된 물성을 보인다.

그러나, 이러한 상온 분쇄 기술을 이용하여 제조된 폐타이어 미세분말을 인너라이너 고무 조성물에 배합하는 연구에 대해서는 거의 알려진 바가 없다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 폐타이어 미세분말을 인너라이너 고무 조성물에 사용하면서도 타이어의 제반성능은 향상시킬 수 있는 타이어 인너라이너 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 할로겐화 부틸고무 60-100 중량부와 천연고무 0-40 중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대해, 재생부틸고무 10-40 중량부, 카본블랙 40-70 중량부 및 폐타이어 미세 분말 1-7 중량부를 포함하는 타이어 인너라이너 고무 조성물을 제공한다.

본 발명의 원료고무로서 할로겐화 부틸고무 60-100 중량부와 천연고무 0-40 중량부를 사용하는 바, 할로겐화 부틸고무를 60중량부 이하 사용할 경우 내공기 투과성능이 현저히 저하하는 문제점이 있다.

재생부틸고무의 경우 10중량부 미만이면, 원가절감 및 내공기 투과성 향상 등 재생 부틸고무를 사용한 목적에 위반되는 문제가 있고, 40중량부 초과이면 고무 가교 밀도를 떨어뜨려 내크랙 성장성이 크게 하락하는 문제가 있다.

또한 카본블랙 40-70 중량부를 사용하는 것이 바람직한 바, 그 함량이 40중량부 미만이면 보강 충진제인 카본블랙이 적어 고무의 물성이 하락하는 문제가 있고, 70중량부 초과이면 부틸고무의 이물질로 작용하여 내공기 투과성 및 내열안정성을 하락하는 문제가 있다.

본 발명의 타이어 인너라이너 고무조성물은 폐타이어 미세 분말을 포함하는 바, 폐타이어 미세 분말을 사용할 경우 가교된 미세 입자가 사용됨으로써 균열의 전파를 우회시키거나 방지하는 역할을 하게 됨으로써 내크랙성능이 개선된다.

또한 filler 함량이 일반 카본 블랙과 달리 보강성이 크게 없는 상태에서 증가됨으로써 모듈러스 등의 물성 변화 또는 이로 인한 내크랙성능 변화없이 내공기 투과성능이 개선되는 효과를 가져온다.

폐타이어 미세분말의 입자크기는 100메쉬 이상이 바람직한 바, 그 미만이면 이물질로 작용하여 물성이 저하하는 문제가 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명은 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

본 발명의 고무 조성물은 할로겐화 부틸고무 80중량부와 천연고무 20중량부로 이루어진 고무성분 100중량부에 대하여 카본블랙 60중량부와 재생부틸고무 20 중량부 및 하기 배합표와 같은 통상의 조성물을 가지고 평가하였다.

동일 조성물에 대해 아래 표1 조성으로 이루어진 120 mesh - 180 mesh사이의 입자 사이즈를 갖는 상온 분쇄된 폐타이어 미세 분말을 filler 개념으로 각 3, 5, 10 중량부 배합하여 평가한 시험물 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2를 각각에 대해 미가류 물성 (Rheo. Mooney), 인장물성, 공기 투과 계수, 크랙 성장 길이 등을 평가하였다.

상기 고무 조성물을 혼합하여 이를 170℃에서 10분 동안 가류하여 시편을 제 조하였다.

(1) MDR(Moving Die Rheometer) : 미가류 고무 시편에 온도를 가하여 시간이 지날수록 가황 반응을 통해 고무의 torque값이 증가하는 값을 측정하여 고무의 가공성과 가류특성을 측정하는 장비로써 가장 torque치가 높을 때의 값을 Tmax, 가장 낮을 때의 값을 Tmin으로 하고 Torque값이 max치에 비해 30%에 해당하는 시간을 t30, t90으로 설정한다. t30과 t90이 짧을 경우 가류속도가 빨라짐을 의미한다.

(2) M.V(Mooney Viscometer) : 무늬 점도 및 고무의 스코치 시간을

측정하는 장비로써 점도가 높을수록 가공성이 어려워지는 것을 의미하며, 스코치 시간 (t5)가 짧을수록 가공중에 경화반응이 일어나서 가공이 어려워지는 것을 측정하는 척도이다.

(3) S-S (Strain-Stress)를 측정하는 내용으로써 Hs는 고무의 경도를 표현하고 300mod.는 300% 변형하였을 때 들어가는 힘을 측정하는 것으로서 통상 단위는 (Kg/cm²) 높을수록 고무가 변형하기 위해 많은 힘이 필요함을 의미한다. Tb.는 시편을 최대로 늘리다가 파괴되었을 때 힘으로 높을수록 단위는 (Kg/cm²)이다. Eb.는 최대로 늘리다가 파괴되었을 때의 변형량으로써 단위는 (%) 이다.

(4) F-F (Fatigue to failure) : 내피로성을 측정하기 위한 시험으로 반폭피로를 통해 시편이 끊어지기까지의 피로 싸이클을 측정하였다. 값을 클수록 유리하며 본 시험에서는 118%의 변형을 반복적으로 가하였다.

(5) 데마샤 (Demmttia) 크랙성장길이 : 내크랙성을 측정하기 위한 시험으로 반복피로를 통해 크랙이 성장한 길이 (mm)를 측정하였다. 값은 작을수록 유리하다. 본 시험에서는 4만 싸이클의 피로를 주었을 때 성장한 크랙 길이를 표현하였다.

(6) 공기 투과 계수 : 내공기 투과성을 측정하기 위해서 고무시편의 양쪽에 1기압의 공기압 차이를 적용시키고, 1시간동안 시편의 단위면적당 시편의 두께를 통해 이동된 공기의 양을 나타낸 것이다. 단위는 ml[SPT]mm/m² 760mmHg Hour이다. 작을수록 투과된 공기 양이 적은 것이다.

표1. 폐타이어 미세분말 구성 성분

구분	함량(%)
Polymer content (%)	50-60
Carbon black content (%)	20-30
Ash content (%)	5-7
Volatile content (%)	6-10
비중 (25℃)	1.20-1.30

표2. 배합예

구분	비교예1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
브로모 부틸	80	80	80	80
천연 고무	20	20	20	20
카본 블랙	60	60	60	60
재생부틸고무	20	20	20	20
폐타이어 미세분말	0	10	3	5
프로세스 오일	6	6	6	6
스테아린 산	0.5	0.5	0.5	0.5
산화 아연	5	5	5	5
석유계 수지 ⁽¹⁾	2	2	2	2
석유계 수지 ⁽²⁾	5	5	5	5
황	0.5	0.5	0.5	0.5

(1) 방향족을 주성분으로 하여 이루어진 탄화수소계 수지, 상품명 ST40MS

(2) C5계 탄화수소계 수지, 상품명 ESCOREZ1102

표 3. 시험 결과 예

Test 항목		비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
MDR (170℃)	Tmax Tmin t30 t90	7.9 1.7 3.1 6.5	8.2 1.9 2.5 6.2	8.0 1.7 3.0 6.3	8.0 1.8 2.7 6.3
M.V (125℃)	ML1+4 t5	42 24.8	44 23.3	43 24.0	43 23.5
S-S(170℃ *10)	Hs 300mod. Eb. Tb.	52 31 760 84	54 27 700 74	53 30 760 83	53 30 750 81
FF (Kc, 118%)		358	290	430	480
데마샤 (4만)		31.5	19.8	32.2	21.5
내공기 투과계수		8.33	8.20	8.30	8.21

상기 표 2에서와 같은 배합 조성물을 갖는 고무 시편으로 다양한 시험을 실시하였다.

Rheometer와 MV 점도기를 이용하여 가류되기 전의 물성을 측정한 결과, 동등 수준의 물성을 획득하였으며 인장물성 측정 결과 또한 유사한 물성을 확인하였다.

내피로성능을 확인하기 위해 FF 시험법을 통하여 반복 피로를 통해 시편이 끊어지기까지의 피로사이클을 측정하였고, 내크랙성을 평가하기 위해 반복피로(40000싸이클)를 통해 크랙이 성장한 길이를 측정하였다.

FF 시험법 결과는 숫자가 클수로 유리하며, 내크랙성은 수치가 작을수록 유리하다.

본 시험결과 내피로성능은 동등 이상의 수준을 보였으나, 10 중량부 정도로 다량 함유될 경우 오히려 저하하는 물성을 보였으나, 내 크랙성능의 경우 미세 분말의 함량이 높을수록 성능이 유리함을 알 수 있었다. 이는 미세분말이 크랙 성장 을 방해하는 역할을 하기 때문으로 판단된다.

또한 내공기 투과성을 측정하기 위해 고무시편의 양쪽에 1기압의 공기압 차이를 적용시키고, 1시간 동안 시편의 단위면적당 시편의 두께를 통해 이동된 공기의 양을 측정하였으며 이 결과 또한 미세분말이 함유될 때 유리한 특성을 확인할 수 있었으며 이는 미세분말이 공기 투과를 억제하는 역할을 하기 때문으로 판단된다.

120mesh 이상으로 상온에서 폐타이어를 분쇄하여 미세분말을 제조한 후 인너라이너에 응용할 경우 폐타이어 재활용이라는 환경 개선 측면 효과와 원가 절감, 기타 물성이 동등한 수준에서 인너라이너의 주요 성능인 내크랙성능과 내공기 투과성능이 유리해짐을 확인할 수 있다.

Claims

할로겐화 부틸고무 60-100 중량부와 천연고무 0-40 중량부, 재생부틸고무 10-40 중량부, 카본블랙 40-70 중량부 및 폐타이어 미세 분말 1-7 중량부를 포함하는 타이어 인너라이너 고무 조성물.
제 1항에 있어서, 폐타이어 미세분말은 상온에서 분쇄된 100 메쉬(mesh)이상의 입자크기인 것을 특징으로하는 타이어 인너라이너 고무조성물.