JP7187915B2 - Rubber composition for metal adhesion and pneumatic tire using the same - Google Patents
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Description
本発明は、金属接着用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、十分な硬度を有し、金属製補強コードに対する老化後の接着性を改善し得る金属接着用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rubber composition for metal bonding and a pneumatic tire using the same, and more particularly, a rubber composition for metal bonding that has sufficient hardness and can improve adhesion to metal reinforcing cords after aging. The present invention relates to a rubber composition and a pneumatic tire using the same.
空気入りタイヤは左右一対のビード部およびサイドウォール部と、両サイドウォール部に連なるトレッド部とから主に構成されている。タイヤの内側にはカーカス層が設けられ、カーカス層の両端部はビードコアをタイヤ内側から外側へ包みこむように折り返されている。
トレッド部は、キャップトレッドとアンダートレッドとからなり、このアンダートレッドとカーカス層との間に、ベルト層が配設されている。
このベルト層には、強い衝撃や大きな荷重がかかるため、補強材としてスチールコードのような金属製補強コードが用いられている。このようなスチールコードを被覆するゴムは、スチールコードとの良好な接着性が必要とされ、そのため、スチールコードにはブラスメッキを施し、ゴムには有機酸Co塩を配合する手法がある(例えば下記特許文献1参照)。
しかしこのような従来技術では、湿熱下に長時間さらされるとゴム-金属間の接着性が低下するという問題点があった。
A pneumatic tire is mainly composed of a pair of left and right bead portions and sidewall portions, and a tread portion connected to both sidewall portions. A carcass layer is provided inside the tire, and both ends of the carcass layer are folded back so as to wrap the bead core from the inside to the outside of the tire.
The tread portion consists of a cap tread and an undertread, and a belt layer is arranged between the undertread and the carcass layer.
Since a strong impact and a large load are applied to this belt layer, a metal reinforcing cord such as a steel cord is used as a reinforcing material. The rubber that coats such steel cords is required to have good adhesion to the steel cords. Therefore, there is a method of brass plating the steel cords and compounding the rubber with an organic acid Co salt (for example, See Patent Document 1 below).
However, such prior art has a problem that the adhesiveness between rubber and metal deteriorates when exposed to moist heat for a long time.
本発明の目的は、十分な硬度を有し、金属製補強コードに対する老化後の接着性を改善し得る金属接着用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a rubber composition for metal bonding that has sufficient hardness and can improve adhesion to metal reinforcing cords after aging, and a pneumatic tire using the same.
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、特定の組成のジエン系ゴムに、けい皮酸および/またはけい皮アルコールの特定量を配合することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下の通りである。
As a result of intensive research, the present inventors found that the above problems can be solved by blending a diene rubber having a specific composition with a specific amount of cinnamic acid and/or cinnamic alcohol. could be completed.
That is, the present invention is as follows.
1.天然ゴムおよび/または合成イソプレンゴムを80質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、けい皮酸および/またはけい皮アルコールを0.5~10質量部配合してなることを特徴とする金属接着用ゴム組成物。
2.ジエン系ゴム100質量部に対し、さらに硫黄を4~10質量部配合してなることを特徴とする前記1に記載の金属接着用ゴム組成物。
3.前記1または2に記載の金属接着用ゴム組成物に、金属製補強コードを埋設させてなるゴム-金属複合材。
4.前記金属接着用ゴム組成物および/または前記金属製補強コードが、コバルトまたはコバルト化合物を含有することを特徴とする前記3に記載のゴム-金属複合材。
5.前記3または4に記載のゴム-金属複合材を用いた空気入りタイヤ。
1. A metal characterized by comprising 0.5 to 10 parts by mass of cinnamic acid and/or cinnamic alcohol per 100 parts by mass of diene rubber containing 80 parts by mass or more of natural rubber and/or synthetic isoprene rubber. Adhesive rubber composition.
2. 2. The rubber composition for metal adhesion according to 1 above, wherein 4 to 10 parts by mass of sulfur is further blended with 100 parts by mass of diene rubber.
3. A rubber-metal composite material obtained by embedding a metal reinforcing cord in the rubber composition for metal adhesion according to 1 or 2 above.
4. 4. The rubber-metal composite material as described in 3 above, wherein the metal bonding rubber composition and/or the metal reinforcing cords contain cobalt or a cobalt compound.
5. A pneumatic tire using the rubber-metal composite material according to 3 or 4 above.
本発明の金属接着用ゴム組成物は、天然ゴムおよび/または合成イソプレンゴムを80質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、けい皮酸および/またはけい皮アルコールを0.5~10質量部配合してなることを特徴としているので、十分な硬度を有し、金属製補強コードに対する老化後の接着性を改善し得る金属接着用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することができる。 The rubber composition for metal bonding of the present invention contains 0.5 to 10 parts by mass of cinnamic acid and/or cinnamic alcohol per 100 parts by mass of diene rubber containing 80 parts by mass or more of natural rubber and/or synthetic isoprene rubber. To provide a rubber composition for adhesion to metals, which has sufficient hardness and is capable of improving adhesion to metal reinforcing cords after aging because it is characterized by being composed of two parts, and a pneumatic tire using the same. be able to.
以下、本発明をさらに詳細に説明する。 The present invention will now be described in more detail.
(ジエン系ゴム)
本発明で使用されるジエン系ゴムは、天然ゴム(NR)および/または合成イソプレンゴム(IR)を必須成分とする。NRおよび/またはIRの配合量は、ジエン系ゴム全体を100質量部としたときに80質量部以上であることが必要である。NRおよび/またはIRの配合量が80質量部未満であると、引張強度が悪化し、好ましくない。なお、NRおよびIR以外にも他のジエン系ゴムを用いることができ、例えば、ブタジエンゴム(BR)、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体ゴム(NBR)等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
(Diene rubber)
The diene rubber used in the present invention contains natural rubber (NR) and/or synthetic isoprene rubber (IR) as essential components. The amount of NR and/or IR to be blended must be 80 parts by mass or more when the whole diene rubber is 100 parts by mass. If the blending amount of NR and/or IR is less than 80 parts by mass, the tensile strength deteriorates, which is not preferable. In addition to NR and IR, other diene rubbers can be used, such as butadiene rubber (BR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR), and the like. mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Further, its molecular weight and microstructure are not particularly limited, and it may be terminally modified with an amine, amide, silyl, alkoxysilyl, carboxyl, hydroxyl group or the like, or epoxidized.
(けい皮酸および/またはけい皮アルコール)
本発明で使用されるけい皮酸は、下記構造を有する。
(cinnamic acid and/or cinnamic alcohol)
Cinnamic acid used in the present invention has the following structure.
また、本発明で使用されるけい皮アルコールは、下記構造を有する。 Also, the cinnamic alcohol used in the present invention has the following structure.
このようなけい皮酸および/またはけい皮アルコールは、カルボキシル基または水酸基の極性基が、金属製補強コードの金属と相互作用するとともに、ベンゼン環および二重結合部分がゴムとの親和性に寄与する。これにより、ゴムと金属製補強コードとの接着性、とくに金属製補強コードに対する老化後の接着性が改善される。また、理由は定かではないが、ベンゼン環から伸びる炭化水素基の炭素数がゴムとの親和性を一層高め、極性基が金属に作用するため該接着性の向上に寄与している。 In such cinnamic acid and/or cinnamic alcohol, the polar group of the carboxyl group or hydroxyl group interacts with the metal of the metal reinforcing cord, and the benzene ring and double bond portion contribute to the affinity with rubber. do. This improves the adhesion between the rubber and the metal reinforcing cords, especially the adhesion to the metal reinforcing cords after aging. Further, although the reason is not clear, the number of carbon atoms in the hydrocarbon group extending from the benzene ring further enhances the affinity with rubber, and the polar group acts on the metal, contributing to the improvement of the adhesion.
(ゴム組成物の配合割合)
本発明の金属接着用ゴム組成物は、天然ゴムおよび/または合成イソプレンゴムを80質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、けい皮酸および/またはけい皮アルコールを0.5~10質量部配合してなることを特徴とする。
前記けい皮酸および/またはけい皮アルコールの配合量が0.5質量部未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に10質量部を超えると基本物性である硬度や100%モジュラス(M100)が悪化する。
前記けい皮酸および/またはけい皮アルコールのさらに好ましい配合量は、前記ジエン系ゴム100質量部に対し、1~3質量部である。
(Mixing ratio of rubber composition)
The rubber composition for metal bonding of the present invention contains 0.5 to 10 parts by mass of cinnamic acid and/or cinnamic alcohol per 100 parts by mass of diene rubber containing 80 parts by mass or more of natural rubber and/or synthetic isoprene rubber. It is characterized by being made by combining parts.
If the amount of cinnamic acid and/or cinnamic alcohol is less than 0.5 parts by mass, the amount is too small to achieve the effects of the present invention. Conversely, if it exceeds 10 parts by mass, hardness and 100% modulus (M100), which are basic physical properties, deteriorate.
A more preferable blending amount of the cinnamic acid and/or cinnamic alcohol is 1 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber.
(コバルトまたはコバルト化合物)
また本発明の金属接着用ゴム組成物には、コバルトまたはコバルト化合物を配合することにより、金属製補強コードとの接着性をさらに高めることができる。
コバルト化合物としては、有機酸コバルト塩が挙げられ、例えばナフテン酸コバルト、ネオデカン酸コバルト、ステアリン酸コバルト、ロジン酸コバルト、バーサチック酸コバルト、トール油酸コバルト、ホウ酸ネオデカン酸コバルト、アセチルアセトナートコバルト等を例示することができる。
コバルトまたはコバルト化合物の配合割合は、ジエン系ゴム100質量部に対し、0.1~5質量部であるのが好ましく、0.5~3質量部であるのがさらに好ましい。
(cobalt or cobalt compound)
By blending cobalt or a cobalt compound into the rubber composition for metal bonding of the present invention, the adhesiveness to the metal reinforcing cord can be further enhanced.
Examples of the cobalt compound include organic acid cobalt salts, such as cobalt naphthenate, cobalt neodecanoate, cobalt stearate, cobalt rosinate, cobalt versatic acid, cobalt tallate, cobalt borate neodecanoate, cobalt acetylacetonate, and the like. can be exemplified.
The mixing ratio of cobalt or a cobalt compound is preferably 0.1 to 5 parts by mass, more preferably 0.5 to 3 parts by mass, per 100 parts by mass of the diene rubber.
(その他成分)
本発明の金属接着用ゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤;加硫又は架橋促進剤;酸化亜鉛;カーボンブラック、シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化チタンのような各種充填剤;各種オイル;老化防止剤;可塑剤などのゴム組成物に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。
(Other ingredients)
In addition to the components described above, the rubber composition for metal adhesion of the present invention contains vulcanizing or cross-linking agents; vulcanizing or cross-linking accelerators; zinc oxide; carbon black, silica, clay, talc, calcium carbonate, aluminum oxide, Various fillers such as titanium oxide; various oils; anti-aging agents; It can be kneaded into a composition and used to vulcanize or crosslink. The blending amount of these additives can also be a conventional general blending amount as long as it does not contradict the object of the present invention.
なお、加硫剤として硫黄を使用する場合、本発明の効果向上の観点から、その配合量は、ジエン系ゴム100質量部に対し、4~10質量部であるのが好ましい。 When sulfur is used as a vulcanizing agent, the amount of sulfur compounded is preferably 4 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber from the viewpoint of improving the effects of the present invention.
本発明に使用される金属製補強コードとしては、例えば、ベルトコンベアー、ホース、タイヤ等に一般的に使用される金属製補強コードが挙げられる。例えば、タイヤ用途の場合、金属製補強コードは、アンダートレッドに埋設されるベルト、カーカス、ビード(ビードコアおよびそれに収納されるスチールコードを含む)が挙げられる。また、金属製補強コードは、ブラスめっきされているのが好ましい。また、めっき金属としてコバルトが含まれていても構わない。 Metal reinforcing cords used in the present invention include, for example, metal reinforcing cords commonly used for belt conveyors, hoses, tires and the like. For example, for tire applications, metallic reinforcing cords include belts embedded in the undertread, carcasses, and beads (including bead cores and steel cords housed therein). Also, the metal reinforcing cords are preferably brass-plated. Also, cobalt may be contained as the plating metal.
本発明のゴム-金属複合材は、例えば、前記の各種成分をバンバリーミキサーやロールミキサーなどの汎用の混合機を用いて混合しゴム組成物を調製し、これに金属製補強コードを埋設させ、常法にしたがって例えば加硫することにより、得ることができる。
なお、金属製補強コードに前記の有機酸コバルト塩のようなコバルトまたはコバルト化合物をコーティングすることにより、金属接着用ゴム組成物との接着性をさらに高めることができる。
For the rubber-metal composite material of the present invention, for example, the various components described above are mixed using a general-purpose mixer such as a Banbury mixer or a roll mixer to prepare a rubber composition, in which metal reinforcing cords are embedded, It can be obtained by, for example, vulcanization according to a conventional method.
By coating the metal reinforcing cord with cobalt or a cobalt compound such as the cobalt salt of the organic acid, the adhesiveness to the metal bonding rubber composition can be further enhanced.
本発明のゴム-金属複合材の用途としては、ベルトコンベアー、ホース、タイヤ等が挙げられるが、とくにタイヤ用途が好ましい。タイヤ用途に使用する場合、その製造方法はとくに制限されず、公知技術にしたがい、空気入りタイヤを製造することができる。 Uses of the rubber-metal composite material of the present invention include belt conveyors, hoses, tires and the like, with use of tires being particularly preferred. When used for tire applications, the manufacturing method is not particularly limited, and pneumatic tires can be manufactured according to known techniques.
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。 The present invention will be further described below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
参考例、実施例1~6および比較例1~7
サンプルの調製
表1に示す配合(質量部)において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を1.7リットルの密閉式バンバリーミキサーで5分間混練した後、約150℃でミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物に加硫促進剤および硫黄を加えてオープンロールにて混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で160℃、20分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法で加硫ゴム試験片の物性を測定した。
Reference Examples, Examples 1-6 and Comparative Examples 1-7
Sample preparation In the formulation (parts by mass) shown in Table 1, the vulcanization accelerator and the components other than sulfur were kneaded in a 1.7-liter closed Banbury mixer for 5 minutes, and then discharged out of the mixer at about 150 ° C. Cooled to room temperature. Subsequently, a vulcanization accelerator and sulfur were added to the composition and kneaded in an open roll to obtain a rubber composition. Next, the obtained rubber composition was press-vulcanized in a predetermined mold at 160° C. for 20 minutes to obtain a vulcanized rubber test piece, and the physical properties of the vulcanized rubber test piece were measured by the following test methods.
硬度(20℃):JIS K6253に基づき、20℃にて測定した。結果は、参考例を100として指数で示した。指数が大きいほど高硬度であることを示す。
100%モジュラス(M100):JIS K6251に従い、23℃にて引張試験を実施し、伸び100%時の引張応力を測定した。結果は、参考例を100として指数表示した。指数が大きいほど、高モジュラスであることを示す。なお、M100は、けい皮酸およびけい皮アルコールに含まれる二重結合が硫黄の加硫に影響を及ぼすか否かを調べるために測定した。参考例に比べてM100が低くなる場合、該二重結合部分と硫黄とが反応し、加硫に悪影響を及ぼすものと判断できる。
湿熱老化後接着性試験:ASTM D-2229に準拠して試験を行なった。12.7mm間隔で平行に並べたブラスめっきスチールコードを上記ゴム組成物で被覆すると共に、埋め込み長さ12.7mmで埋め込み、160℃×20分間の加硫条件で加硫接着して接着サンプルを作製した。この接着サンプルを温度70℃、相対湿度96%、2週間の条件下におき、老化させた。このサンプルからスチールコードを引抜き、ゴム付着量(%)を測定し、評価した。結果は参考例の値を100として指数表示した。この値が大きいほどゴムに対する接着性が優れている。
Hardness (20°C): Measured at 20°C according to JIS K6253. The results are shown as indices with the reference example being 100. A larger index indicates higher hardness.
100% modulus (M100): According to JIS K6251, a tensile test was performed at 23°C to measure the tensile stress at 100% elongation. The results were indexed with the reference example being 100. A higher index indicates a higher modulus. M100 was measured to investigate whether the double bond contained in cinnamic acid and cinnamic alcohol affects vulcanization of sulfur. If the M100 is lower than that of the reference example, it can be judged that the double bond portion reacts with sulfur and adversely affects vulcanization.
Adhesion test after moist heat aging: Tested according to ASTM D-2229. Brass-plated steel cords arranged in parallel at intervals of 12.7 mm were coated with the above rubber composition, embedded with an embedding length of 12.7 mm, and vulcanized and bonded under vulcanizing conditions of 160°C for 20 minutes to obtain an adhesive sample. made. This adhesive sample was aged by placing it under conditions of a temperature of 70° C. and a relative humidity of 96% for 2 weeks. A steel cord was pulled out from this sample, and the amount of rubber adhesion (%) was measured and evaluated. The results were indexed with the value of Reference Example set to 100. The larger this value, the better the adhesion to rubber.
結果を表1に併せて示す。 The results are also shown in Table 1.
*1:NR(RSS#3)
*2:カーボンブラック(東海カーボン(株)製シースト300)
*3:酸化亜鉛(正同化学工業(株)製酸化亜鉛3種)
*4:老化防止剤(フレキシス製サントフレックス6PPD)
*5:ステアリン酸コバルト(DIC(株)製)
*6:加硫促進剤(大内新興化学工業(株)製ノクセラーDZ)
*7:硫黄(アクゾノーベル(株)製クリステックスHT OT 20)
*8:けい皮酸(東京化成工業(株)製)
*9:けい皮アルコール(東京化成工業(株)製)
*10:安息香酸(東京化成工業(株)製)
*11:フタル酸(東京化成工業(株)製)
*12:けい皮酸エチルエステル(東京化成工業(株)製)
*13:o-トルイル酸(富士フイルム和光純薬(株)製)
*1: NR (RSS#3)
*2: Carbon black (SEAST 300 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.)
*3: Zinc oxide (Type 3 zinc oxide manufactured by Seido Chemical Industry Co., Ltd.)
*4: Anti-aging agent (Santoflex 6PPD manufactured by Flexis)
*5: Cobalt stearate (manufactured by DIC Corporation)
*6: Vulcanization accelerator (Noccellar DZ manufactured by Ouchi Shinko Chemical Industry Co., Ltd.)
* 7: Sulfur (Crystex HT OT 20 manufactured by Akzo Nobel Co., Ltd.)
*8: Cinnamic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
*9: Cinnamon alcohol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
* 10: Benzoic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
*11: Phthalic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
*12: Ethyl cinnamate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
* 13: o-toluic acid (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
上記の表1から明らかなように、実施例で調製されたゴム組成物は、天然ゴムおよび/または合成イソプレンゴムを80質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、けい皮酸および/またはけい皮アルコールを0.5~10質量部配合してなるものであるので、参考例に比べて、実用上十分な硬度を有し、また金属製補強コードに対する老化後の接着性も向上している。また、参考例と比べてM100が同等または向上しているため、けい皮酸およびけい皮アルコールの二重結合部分は、硫黄による加硫に悪影響を及ぼさないことが判明した。
これに対し、比較例1は、けい皮酸および/またはけい皮アルコールを使用せず、安息香酸を使用した例であるので、金属製補強コードに対する老化後の接着性が悪化した。
比較例2は、けい皮酸および/またはけい皮アルコールを使用せず、フタル酸を使用した例であるので、金属製補強コードに対する老化後の接着性が悪化した。
比較例3は、比較例1の配合に対し安息香酸を減量した例であるが、参考例とほぼ同じ結果となった。
比較例4は、比較例2の配合に対し安息香酸を減量した例であるが、参考例とほぼ同じ結果となった。
比較例5は、けい皮酸および/またはけい皮アルコールを使用せず、けい皮酸エチルエステルを使用した例であるので、金属製補強コードに対する老化後の接着性が悪化した。
比較例6は、けい皮酸および/またはけい皮アルコールを使用せず、o-トルイル酸を使用した例であるので、金属製補強コードに対する老化後の接着性が悪化した。
比較例7は、けい皮酸の配合量が本発明で規定する上限を超えているので、硬度や湿熱老化接着性が悪化した。
As is clear from Table 1 above, the rubber compositions prepared in the Examples were prepared by adding cinnamic acid and/or Since it contains 0.5 to 10 parts by mass of cinnamic alcohol, it has a practically sufficient hardness compared to the reference example, and also has improved adhesion to metal reinforcing cords after aging. there is Also, since the M100 is equal or improved compared to the reference example, it was found that the double bond portion of cinnamic acid and cinnamic alcohol does not adversely affect sulfur vulcanization.
On the other hand, in Comparative Example 1, benzoic acid was used without using cinnamic acid and/or cinnamic alcohol, so the adhesiveness to the metal reinforcing cord after aging deteriorated.
Since Comparative Example 2 is an example in which cinnamic acid and/or cinnamic alcohol was not used and phthalic acid was used, the adhesion to the metal reinforcing cord after aging deteriorated.
Comparative Example 3 is an example in which the amount of benzoic acid was reduced from the formulation of Comparative Example 1, but the result was almost the same as that of Reference Example.
Comparative Example 4 is an example in which the amount of benzoic acid was reduced from the formulation of Comparative Example 2, but the results were almost the same as those of Reference Example.
Since Comparative Example 5 is an example in which cinnamic acid and/or cinnamic alcohol was not used and cinnamic acid ethyl ester was used, the adhesion to the metal reinforcing cord after aging deteriorated.
Since Comparative Example 6 is an example in which o-toluic acid was used without using cinnamic acid and/or cinnamic alcohol, the adhesion to metal reinforcing cords after aging deteriorated.
In Comparative Example 7, the blending amount of cinnamic acid exceeded the upper limit specified in the present invention, so the hardness and wet heat aging adhesion deteriorated.
Claims (5)
けい皮酸:
Cinnamic acid:
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