KR100452412B1

KR100452412B1 - 타이어 스틸코드 코팅용 고무조성물

Info

Publication number: KR100452412B1
Application number: KR10-2002-0028334A
Authority: KR
Inventors: 임성수; 민경신
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2004-10-12
Also published as: KR20030090285A

Abstract

본 발명은 타이어 고무의 모듈러스를 높여 타이어 주행 중 변형량 감소에 의한 벨트부 고무의 균열발생과 성장을 억제함과 아울러 고무의 파단에너지 및 모듈러스 상승에 의한 내피로성을 전혀 해치지 않고 가공면에서도 점도 상승을 유발하지 않는 새로운 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 관한 것으로서, 이는 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 15중량부 되도록 나노 산화아연 단독이나 통상의 산화아연 또는 활성 산화아연과의 혼합물을 포함한다.

Description

타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물{Coating composition for steel-cord}

본 발명은 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 래디알 타이어의 벨트부에 보강재로 사용되는 스틸코드 표면에 코팅되는 고무 조성물에 관한 것이다.

래디알 타이어의 벨트부에는 보강재로 스틸코드를 사용하는데, 주행중 발생하는 반복 변형과 피로에 의해 고무/스틸코드 계면에서 균열이 발생하거나 고무층에 균열이 발생할 수 있다.

고무/스틸코드 계면에 균열이 발생하는 것을 방지하기 위하여 일반적으로 스틸코드 표면에 황동도금을 하고 유황을 다량 첨가하는 방법에 의해 황동-유황-고무간의 화학적 반응을 유발시켜 접착력을 유지하도록 하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.

차량 주행중 래디알 타이어의 벨트부가 받는 강한 응력과 심한 변형이 장기간 계속되면 벨트부의 황동이 피복된 스틸코드와 고무 사이에 균열이 발생하게 되고, 균열이 발생한 상태에서 위와같은 변형과 응력집중이 계속되면 이러한 균열은점점 성장해 결국은 파괴에 이르게 되어 타이어의 안정성에 심각한 문제를 유발하게 된다.

이러한 고무의 균열과 균열의 성장은 타이어 벨트부의 변형량과 고무의 내피로성능에 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다.

즉, 고무의 모듈러스를 높여주게 되면 타이어 주행중 벨트부의 변형량이 상대적으로 감소하게 되어 균열의 발생과 성장을 크게 줄일 수 있다.

고무의 모듈러스를 높이기 위한 방법들로는 유황을 다량 첨가한다거나 카본블랙의 투입량을 늘이는 방법, 그리고 보강성 수지를 사용하여 고무의 모듈러스를 높이는 방법들이 사용되고 있다. 그러나, 유황의 과도한 사용은 고무의 피로와 파단에너지, 그리고 내열노화성을 크게 떨어뜨리며, 가공 중에 유황의 석출에 의한 점착성을 떨어뜨리고, 또한 고무의 점도를 크게 증가시켜 가공을 어렵게하는 단점이 있다. 보강성 수지의 사용 또한 가공시 점도상승을 유발시키고 물성 측면에서 고무의 내피로성과 강도를 약화시키는 단점이 있다.

이에, 본 발명에서는 이러한 종래기술의 문제점을 해결하여 고무의 모듈러스를 높여 타이어 주행 중 변형량 감소에 의한 벨트부 고무의 균열발생과 성장을 억제함과 아울러 고무의 파단에너지 및 모듈러스 상승에 의한 내피로성을 전혀 해치지 않고 가공면에서도 점도 상승을 유발하지 않는 새로운 스틸코드 코팅용 고무조성물을 개발코자 노력하던 중, 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 나노 산화아연 단독이나 여기에 통상의 산화아연이나 활성 산화아연을 혼용한 결과, 상기와 같은 목적을 달성할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 모듈러스가 높으면서 내피로성이 우수한 스틸코드 코팅용 고무조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 스틸코드 코팅용 고무조성물은 원료고무에 카본블랙, 산화아연, 스테아린산, 코발트나프텐산, 노화방지제, 유황 및 촉진제를 첨가하여 이루어진 것으로서, 이때 산화아연은 BET 표면적이 100∼1000㎡/g인 나노 산화아연 단독이나 BET 표면적이 10㎡/g 이하인 통상의 산화아연 또는 BET 표면적이 6 내지 100㎡/g인 활성 산화아연과의 혼합물로서, 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 15중량부로 함유하는 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 모듈러스가 높으면서 내피로성이 우수한 스틸코드 코팅용 고무조성물을 제공하기 위한 것으로서, 통상적인 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 BET 표면적이 100∼1000㎡/g인 나노 산화아연 단독이나 통상의 산화아연 또는 표면적이 6 내지 100㎡/g인 활성화 산화아연을 혼용한 것이다.

상기의 산화아연의 분류에서, 통상의 산화아연은 건식방식(직접법(미국식), 간접법(프랑스식))으로 제조된 산화아연으로서 BET 표면적이 10㎡/g 이하인, 구체적으로는 3 내지 10㎡/g인 산화아연을 말한다.

활성 산화아연이라 함은 습식방식으로 제조된 BET 표면적이 6 내지 100㎡/g 이하인 산화아연을 말한다.

그리고, 나노 산화아연이라 함은 진공방식으로 제조된 입자크기가 100nm 이하이며, BET 표면적이 100㎡/g 이상인, 구체적으로는 100∼100㎡/g인 산화아연을 말한다. 이와같은 나노 산화아연은 매우 큰 표면적을 갖고 있어 다량의 유황을 함유한 스틸코드용 고무에서 가류중 활성이 매우 큰 것으로서, 기존의 건식방식이나 습식방식에 의해서는 제조가 불가능했던 초미립 산화아연을 말한다.

그런데, 이런 나노 산화아연 중에서 입자표면적이 1000㎡/g를 초과하는 산화아연은 천연고무 또는 합성 이소프렌 고무에서 분산 불량을 초래하여 물성의 저하를 가져올 우려가 있기 때문에, 입자 표면적(BET 표면적)이 1000㎡/g이하인, 구체적으로는 100㎡/g 내지 1000㎡/g인 것이 바람직하다.

이미 상술한 바와 같이 래디알 타이어의 벨트부에는 보강재로 스틸코드를 사용하는데, 주행중 발생하는 반복 변형과 피로에 의해 고무/스틸코드 계면에서 균열이 발생하거나 고무층에 균열이 발생할 수 있다. 고무/스틸 계면에 균열이 발생하는 것을 방지하기 위하여 일반적으로 스틸코드 표면에 황동도금을 하고 유황을 다량 첨가하는 방법에 의해 황동-유황-고무간의 화학적 반응을 유발시켜 접착력을 유지하도록 하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.

유황의 다량 사용과 함께 다량의 산화아연이 사용되는데, 산화아연은 유황, 촉진제, 그리고 스테아린산과 반응하여 가교 형성을 돕는다. 이 과정에서 기존의 산화아연에 비해서 입자가 매우 작은 나노 산화아연은 상대적으로 넓은 표면적을갖게 되므로 가교효율을 크게 높여 고무의 모듈러스를 크게 향상시키는 역할을 한다. 또한 가교구조에 있어서도 폴리설파이드 구조 형성율을 높여주는 효과가 있어 모듈러스 상승에도 불구하고 내피로성에도 유리한 효과를 주는 것으로 확인되었다.

따라서, 모듈러스 향상 효과를 주는 방법으로 기존의 산화아연 또는 활성 산화아연의 양을 다량 투입함으로써 유황의 가교 효율을 높여주는 방법을 사용할 수 있으나, 다량의 산화아연의 사용은 고무의 보강성을 크게 떨어뜨려 내피로성, 내균열성, 인장강도 등의 저하를 가져오므로 그 사용량에 있어서는 15중량부 이내로 제한되어 있고, 10중량부 내외가 가장 적합한 것으로 알려져 있다.

결과적으로, 나노 산화아연을 사용하면 총체적인 산화아연의 양을 늘리지 않고도 높은 활성도로 인해 유황의 가교효율을 향상시켜 모듈러스를 증가시키므로 산화아연 증가에 따른 물성저하를 막을 수 있다는 것이 또한 큰 장점이라 할 수 있다.

모듈러스 상승의 원인은 타이어 제조공정 중 마지막 공정인 가류중에 가교효율 증가가 원인인 바, 나노 산화아연을 사용하면 가공 중의 점도 상승 문제가 없으므로 가공성에도 유리한 성능을 갖는다.

본 발명의 스틸코드 코팅용 고무조성물은 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에서 사용되는 원료고무, 구체적으로는 천연고무 단독 또는 천연고무와 합성 이소프렌 고무 블렌드와, 카본블랙, 스테아린산, 코발트 나프텐산, 노화방지제, 유황 및 촉진제를 포함함은 물론이다. 이들의 함량은 통상적인 스틸코드 코팅용 고무조성물의 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지는 않는다.

이와같은 조성의 본 발명의 스틸코드 코팅용 고무조성물은 고무의 모듈러스를 향상시켜 타이어 벨트부의 움직임을 최소화함으로써 고무와 스틸코드간의 균열발생과 균열성장을 억제하여 타이어의 내구성을 향상시키고, 내피로성은 종래의 스틸코드 코팅용 고무와 동등 또는 그 이상의 유리한 효과를 나타낸다.

즉, 내피로물성이나 가공성은 해치지 않으면서 스틸코드 코팅고무의 모듈러스를 크게 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼6 및 비교예 1∼2

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 고무와 첨가제를 사용하여 통상적인 과정에 의해 가류전 고무 시트를 준비하였으며, 이러한 고무를 150℃에서 30분간 가류하였다.

	비교예	실 시 예
	1	2	1	2	3	4	5	6
천연고무	100	100	100	100	100	100	100	100
카본블랙	50	50	50	50	50	50	50	50
산화아연⁽¹⁾	10	-	-	4	-	-	-	-
활성 산화아연⁽²⁾	-	10	-	-	4	6	-	-
나노 산화아연⁽³⁾	-	-	10	6	6	4	8	6
스테아린산	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
코발트 나프텐산	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
노화방지제	2	2	2	2	2	2	2	2
유황	6	6	6	6	6	6	6	6
촉진제	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
무니점도	55	55	55	55	55	55	54	54
100% 모듈러스(kg/㎠)	62	72	87	77	80	78	77	73
인장강도(kg/㎠)	188	210	212	210	212	212	226	230
내피로(kcycle)	38.2	42.0	43.1	43.0	42.1	41.0	45.0	43.5
고무/스틸코드 접착력(kgf/in)	120	116	120	120	118	118	116	116
(주)(1)산화아연: 건식방식으로 제조된 ZnO(BET 표면적 3㎡/g)(2)활성 산화아연: 습식방식으로 제조된 ZnO(BET 표면적 70㎡/g)(3)나노 산화아연: 진공방식으로 제조된 ZnO(입자크기 50nm,표면적 500㎡/g)

상기 표 1의 결과로부터, 본 발명에 따라 나노 산화아연을 포함하는 고무의 경우 모듈러스가 크게 향상되면서 내피로성능 등 제반성능 또한 종래의 것에 비하여 동등 이상의 수치를 나타냄을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 통상의 스틸코드 코팅용 고무 조성물에서 산화아연으로서 나노 산화아연을 포함하는 경우 고무의 모듈러스를 높여 타이어 주행 중 변형량 감소에 의한 벨트부 고무의 균열발생과 성장을 억제함과 아울러 고무의 파단에너지 및 모듈러스 상승에 의한 내피로성을 전혀 해치지 않고 가공면에서도 점도 상승을 유발하지 않는 등의 효과를 얻을 수 있다.

Claims

원료고무에 카본블랙, 산화아연, 스테아린산, 코발트염, 노화방지제, 유황 및 촉진제를 첨가하여 이루어진 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 있어서,

상기 산화아연은 BET 표면적이 100∼1000㎡/g인 나노 산화아연 단독이거나 BET 표면적이 10㎡/g 이하인 통상의 산화아연 또는 BET 표면적이 6 내지 100㎡/g인 활성 산화아연과의 혼합물로서, 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 15중량부로 함유되는 것임을 특징으로 하는 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 나노 산화아연은 진공방식으로 제조된 것으로서, 입자크기가 100nm 이하이며, 표면적이 100∼1000㎡/g인 것임을 특징으로 하는 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물.