KR100437321B1 - 모듈러스가 향상된 스틸코드 코팅용 고무조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모듈러스가 향상된 스틸코드 코팅용 고무조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 하기 화학식 1로 표시되는 이오노머(ionomer)가 첨가됨으로써 모듈러스(modulus)가 향상된 스틸코드 코팅용 고무조성물에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 따른 스틸코드 코팅용 고무조성물은 종래와 같이 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 있어서 유황이나 카본블랙의 양을 증가시키는 대신 이오노머를 첨가시킴으로써 높은 모듈러스를 얻을 수 있으며, 더불어 우수한 내열성 및 내피로성을 달성할 수 있게 되었다.

[화학식 1]

상기 식에서, R은 H 또는 CH₃이고, M은 금속이온으로 Mg²⁺, Ba²⁺, Zn²⁺또는 Al³⁺등을 포함할 수 있다.

Description

모듈러스가 향상된 스틸코드 코팅용 고무조성물{Rubber Composition for Coating Steel Cord Having Improved Modulus}

본 발명은 모듈러스가 향상된 스틸코드 코팅용 고무조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 이오노머(ionomer)가 첨가됨으로써 모듈러스(modulus)가 향상된 스틸코드 코팅용 고무조성물에 관한 것이다.

일반적으로 래디알 타이어(radial tire)는 차량 주행중 벨트(belt)가 강한 응력을 받음과 동시에 심한 변형을 일으키게 된다.

여기서 벨트는 일정각도를 가지는 2장 내지 4장의 황동이 피복된 스틸코드(brass coated steel cord)와, 이 스틸코드를 상하에서 샌드위치식으로 코팅하고 있는 고무 즉, 스틸코드 코팅용 고무로 이루어진다.

차량 주행에 의한 벨트의 변형과 응력의 변화가 장기간 계속되면 스틸코드와 스틸코드 코팅용 고무 사이에 균열이 발생하게 되고, 균열이 발생한 상태에서는 위와 같은 변형과 응력의 집중이 계속되면 균열은 점점 성장해 결국은 파괴에 이르게 되고 타이어의 안정성에 심각한 문제를 유발하게 된다.

따라서 상기 문제점을 해결하기 위해서 스틸코드 코팅용 고무의 모듈러스를높임으로써 타이어 내에서 스틸코드의 움직임을 최소화시켜 스틸코드와 스틸코드 코팅용 고무간의 균열이 감소되도록 해야 한다.

이를 위해 종래에는 첫째, 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 있어서 가황제인 유황의 사용량을 증가시켰으나, 유황의 과도한 사용은 고무의 내열성 및 내피로성을 저하시키고 고무의 파단(破斷) 에너지를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 가공중에는 유황의 석출에 의해 고무의 점착성을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

둘째, 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 있어서 보강제인 카본블랙의 사용량을 증가시켰으나, 카본블랙의 과도한 사용은 차량 주행중 고무의 발열을 증가시켜 타이어의 내구성을 저하시킬 뿐만 아니라 가공중에는 높은 열을 발생시켜 고무의 점착성을 저하시키고 또한 물성을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

셋째, 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 있어서 보강성 수지로 페놀계 수지 또는 에폭시계 수지를 사용하였으나, 가공시 높은 점도 상승을 유발하여 가공을 어렵게 하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 있어서 유황이나 카본블랙의 사용량을 증가시키는 대신 이오노머를 첨가시킴으로써 모듈러스가 크게 향상된 스틸코드 코팅용 고무조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위해 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 이오노머(ionomer)를 첨가시킨 스틸코드 코팅용 고무조성물을 제공한다.

먼저, 상기 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물은 원료고무인 천연고무 또는 천연고무와 합성 이소프렌고무의 혼합물; 보강제인 카본블랙 또는 실리카; 가황제인 유황; 가류활성제인 산화아연; 및 그외의 연화제, 가공조제, 가황촉진제 또는 노화방지제와 같은 통상의 첨가제가 혼합된 것이다.

다음, 본 발명의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 첨가되는 이오노머에 대해 상세히 살펴보면 다음과 같다.

이오노머란 카르복시기를 함유하는 에틸렌 공중합체의 주쇄간에 금속이온 결합이 도입된 것으로 하기 화학식 1로 표시된다.

[화학식 1]

상기 식에서, R은 H 또는 CH₃이고, M은 금속이온으로 Mg²⁺, Ba²⁺, Zn²⁺또는 Al³⁺등을 포함할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 이오노머로서 바람직하게 하기 화학식 1a의 메타크릴산 마그네슘 또는 화학식 1b의 아크릴산 마그네슘이 사용된다.

[화학식 1a]

[화학식 1b]

상기 화학식 1로 표시되는 이오노머의 사용량은 스틸코드 코팅용 고무조성물에 있어서 원료고무인 천연고무 또는 천연고무와 합성 이소프렌고무의 혼합물 100 중량부에 대해 1 내지 60 중량부인 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에 따른 모듈러스가 향상된 스틸코드 코팅용 고무조성물은 원료고무인 천연고무 또는 천연고무와 합성 이소프렌고무의 혼합물 100중량부에 이오노머인 상기 화학식 1의 화합물이 1 내지 60중량부가 혼합되고, 보강제인 카본블랙 또는 실리카, 가황제인 유황, 가류활성제인 산화아연 및 그외의 연화제, 가공조제, 가황촉진제 또는 노화방지제와 같은 통상의 첨가제들이 적정량 혼합된 것이다.

상기 이오노머는 스틸코드 코팅용 고무조성물에 첨가되어 가교밀도를 높임으로써 모듈러스를 향상시키는데, 그 메카니즘은 다음과 같다.

이오노머는 가교시 3가지 형태의 반응을 일으키는데, 첫째는 매트릭스 폴리머를 가교시키는 형태의 반응, 둘째는 이오노머끼리의 중합 반응, 셋째는 이오노머끼리의 응집체를 형성하는 반응을 일으킴으로써 나노-복합체 형태의 새로운 보강 효과를 발휘하게 되는 것이다.

또한 상기의 이오노머에 의해 형성된 가교 구조는 금속-카르복실기 결합에 의한 이온결합을 형성하기 때문에 뛰어난 열안정성을 나타내고 스트레스를 받았을 때 분자쇄를 따라서 미끄러지는 미끄러짐성(slip)이 뛰어난 장점을 가진다.

즉, 상기 형태의 이온결합에 의한 가교는 뛰어난 열안정성과 함께 높은 인장강도와 인열강도를 나타내며, 내피로성에서도 우수한 특성을 나타낸다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명이 하기의 실시예에 의해 국한되는 것은 아니다.

실시예에서는 본 발명에 따라 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 이오모머를 첨가하는 조건으로 고무 시편을 제조하고, 비교예에서는 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 있어서 유황의 사용량을 증가시키는 조건으로 고무 시편을 제조하는 것을 보여준다.

실시예 1

디엔계 천연고무로 국제표준 견본에 의한 암갈색 내지 황색 리브드 스모크 시트 100 중량부, 카본블랙 58 중량부, 산화아연 10 중량부, 스테아린산 1 중량부,노화방지제인 N-페닐-N'-(1,3-디메틸부틸)-p-페닐렌디아민 3 중량부, 코발트 나프텐산 3 중량부, 유황 5 중량부, 가황촉진제인 N,N-디사이클로헥실벤조티아질-2-설펜아미드 1.1 중량부 및 상기 화학식 1b의 아크릴산 마그네슘 2 중량부 배합한 것을 반바리 믹서에서 혼련한 다음 오픈롤을 이용하여 고무 시트로 제조하였다. 그런 다음 이 고무 시트를 150℃의 가류 프레스에서 30분간 가류하여 고무 시편을 제조하였다.

실시예 2

아크릴산 마그네슘을 4중량부 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고무 시편을 제조하였다.

실시예 3

아크릴산 마그네슘을 6중량부 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고무 시편을 제조하였다.

비교예

유황을 7중량부 사용하고, 아크릴산 마그네슘을 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고무 시편을 제조하였다.

이상에서 살펴본 실시예 및 비교예의 고무 시편을 제조하는데 있어서, 고무조성물의 배합량을 아래의 표 1로 정리하면 다음과 같다.

[표 1]

	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3
천연고무	100	100	100	100
카본블랙	58	58	58	58
산화아연	10	10	10	10
스테아린산	1	1	1	1
노화방지제	3	3	3	3
코발트 나프텐산	3	3	3	3
가황촉진제	1.1	1.1	1.1	1.1
유황	7	5	5	5
아크릴산 마그네슘	0	2	4	6
1) 단위 : 중량부2) 천연고무 : 디엔계 천연고무로 국제표준 견본에 의한 암갈색 내지 황색 리브드 스모크 시트3) 노화방지제 : N-페닐-N'-(1,3-디메틸부틸)-p-페닐렌디아민4) 가황촉진제 : N,N-디사이클로헥실벤조티아질-2-설펜아미드

실험예

실험예에서는 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편의 몇 가지 물성을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타냈다.

[표 2]

	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3
무니 점도(125℃)	58	59	61	63
100% 모듈러스(㎏/㎠)	55	56	60	63
인장강도(㎏/㎠)	242	248	252	236
노화후 인장강도(㎏/㎠)	158	192	183	162
내피로(cycle)	63,000	82,000	69,000	62,000
고무/스틸코드 접착력(㎏f/in)	120	116	118	120

상기 표 2에서 볼수 있듯이, 본 발명에 따라 이오노머를 첨가한 고무조성물로 제조된 실시예 1 내지 실시예 3의 고무 시편은 높은 모듈러스와 우수한 내열성 및 내피로성을 갖게 되는 반면, 이오노머를 첨가하지 않고 유황의 사용량만을 증가시킨 고무조성물로 제조된 비교예의 고무 시편은 실시예에서 제조한 고무 시편에비해 낮은 모듈러스를 갖고 내열성 및 내피로성이 불량함을 알수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스틸코드 코팅용 고무조성물은 종래와 같이 통상의 스틸코드 코팅용 고무조성물에 있어서 유황이나 카본블랙의 양을 증가시키는 대신 이오노머를 첨가시킴으로써 높은 모듈러스를 얻을 수 있으며, 더불어 우수한 내열성 및 내피로성을 달성할 수 있게 되었다.

Claims (3)

1. 황동 도금된 스틸코드를 포함하는 래디알 타이어에 있어서, 상기 황동으로 도금된 스틸코드는 천연고무 또는 천연고무와 합성 이소프렌고무의 혼합물인 원료고무; 원료고무 100 중량부에 대하여 하기 화학식 1의 이오노머(ionomer)가 1 내지 60 중량부; 및 보강제, 가황제, 가류활성제, 연화제, 가공조제, 가황촉진제 및 노화방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함하는 고무조성물로 코팅된 것을 특징으로 하는 래디알 타이어.

   [화학식 1]

   상기 식에서, R은 H 또는 CH₃이고, M은 금속이온을 나타낸다.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 M은 Mg²⁺, Ba²⁺, Zn²⁺및 Al³⁺로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 래디알 타이어.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 이오노머는 하기 화학식 1a 또는 화학식 1b인 것을 특징으로 하는 래디알 타이어.

   [화학식 1a]

   [화학식 1b]