KR19990068892A - Rubber composition for pneumatic tire steel cord with improved heat aging resistance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내열노화성이 향상된 공기입 타이어 스틸코드용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연고무 100 중량부에 대하여, 질소흡착 표면적이 70 내지 100㎡/g이고, DBP 흡유량이 60 내지 100㎖/100g인 카본블랙 40 내지 80 중량부, 다음 구조식 1의 코발트 보론 착물을 순수 코발트 함량을 기준으로 0.01 내지 3 중량부, 다음 구조식 2의 N-1,3-디메틸부틸-N'-페닐 퀴논 디이민 0.4 내지 9 중량부 및 통상의 타이어 스틸코드용 고무 조성물에 사용되는 첨가제를 함유하는 타이어 스틸코드용 고무 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composition for pneumatic tire steel cord with improved heat aging resistance, and more specifically, with respect to 100 parts by weight of natural rubber, the nitrogen adsorption surface area is 70 to 100 m 2 / g, DBP oil absorption 60 to 100 40 to 80 parts by weight of carbon black (ml / 100g), the cobalt boron complex of the following formula 1 0.01 to 3 parts by weight based on the pure cobalt content, N-1,3-dimethylbutyl-N'-phenyl quinone The present invention relates to a rubber composition for tire steel cords containing 0.4 to 9 parts by weight of diimine and an additive used in a conventional rubber composition for tire steel cords.
구조식 1Structural Formula 1
상기에서, X는 지방산 또는 나프탄산이다.In the above, X is a fatty acid or naphtanic acid.
구조식 2Structural Formula 2
Description
본 발명은 내열노화성이 향상된 공기입 타이어 스틸코드용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코발트 보론 착물을 사용하여 스틸코드의 부식을 방지하고, 퀴논-이민계 산화방지제를 첨가하여 고무의 열화를 방지할 수 있는 공기입 타이어 스틸코드용 고무 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composition for pneumatic tire steel cord with improved heat aging resistance, and more particularly, to prevent corrosion of the steel cord by using a cobalt boron complex and to deterioration of rubber by adding a quinone-imine-based antioxidant. It relates to a rubber composition for pneumatic tire steel cord that can prevent the.
공기입 타이어는 차량에 장착되어 사용중에 높은 하중과 변형을 견디게 된다. 특히 타이어의 벨트부는 차량 하중의 대부분을 지지하고 있어 주행 중에 다른 부위에 비하여 더 심한 변형을 견디어야 하는 조건에 놓인다. 고무는 점탄성 물질이므로 외부에서 이러한 변형이 가해지면 고무의 점성적인 성질로 인하여 열이 발생하게 된다. 이러한 열은 고무가 부전도체 이므로 밖으로 발산되지 못하고 타이어 내부에 축적되고, 이렇게 축적된 열에너지는 고무의 열노화 현상을 야기시킨다.Pneumatic tires are mounted on a vehicle to withstand high loads and deformations during use. In particular, the belt part of the tire supports most of the vehicle load, and is in a condition that must withstand more deformation than other parts while driving. Since rubber is a viscoelastic material, when such deformation is applied externally, heat is generated due to the viscosity of rubber. This heat is accumulated in the tire without dissipating out because the rubber is a non-conductor, and the accumulated thermal energy causes thermal aging of the rubber.
고무의 열노화 현상이란, 고무 내부에서 발생한 열에 의하여 고무의 주쇄 또는 가교되어 있는 황의 결합이 끊어져 활성 라디칼이 생기고 이러한 활성 라디칼은 또다시 고무의 주쇄 또는 가교된 황의 결합을 공격하여 고무 주쇄의 길이를 감소시키고 가교구조를 변화시키는 현상을 말한다. 이러한 고무의 열노화현상을 줄여주기 위하여 종래에는 고무의 모둘러스를 높임으로 하여 타이어 사용중에 받는 변형량을 줄여 줌으로써 발생하는 열의 양을 줄이는 방법들이 시도되었다. 그러나 이 경우 고무의 모듈러스를 너무 높이게 되면 고무 제조시 가공상의 문제점이 발생하여 생산성을 저하시키는 현상이 발생하였다.The thermal aging of rubber refers to the breakage of the main chain or crosslinked sulfur of the rubber by heat generated inside the rubber to generate active radicals. These active radicals again attack the main chain or crosslinked sulfur of the rubber to reduce the length of the rubber main chain. It refers to the phenomenon of reducing and changing the crosslinked structure. In order to reduce the thermal aging of the rubber, a method of reducing the amount of heat generated by reducing the amount of deformation received during tire use by increasing the modulus of the rubber has been conventionally attempted. In this case, however, if the modulus of the rubber is too high, processing problems occur during rubber production, thereby lowering productivity.
노화방지제를 사용하여 이러한 노화현상을 줄이려는 시도가 있었으나 스틸코드용 노화방지제가 타이어 주행중 타이어의 다른 부위로 이동되는 현상 때문에 얼마 지나지 않아 그 효과가 급격히 감소하게 되어 의도했던 효과를 크게 얻을 수 없었다.Attempts have been made to reduce this aging phenomenon by using anti-aging agents, but due to the phenomenon that the anti-aging agent for steel cords is moved to other parts of the tire while the tire is running, the effect decreases rapidly and the intended effect was not greatly obtained.
본 발명에서는 부식 방지에 탁월한 효과를 지나고 있는 코발트 보론 착물을 사용하여 스틸코드의 부식을 방지함은 물론, 고무와 일정한 반응성을 가지는 퀴논-이민계 산화방지제를 첨가하여 고무 주쇄에 이 산화방지제를 반응 고정시켜 열로 인해 생성되는 라디칼이 고무 주쇄를 잘라내지 못하게 하여 고무의 열화를 방지할 수 있다.In the present invention, the cobalt boron complex, which has been excellent in preventing corrosion, is used to prevent corrosion of the steel cord, as well as to add a quinone-imine-based antioxidant having a certain reactivity with rubber to react this antioxidant to the rubber main chain. It can be fixed to prevent radicals generated by heat from cutting off the rubber backbone, thereby preventing deterioration of the rubber.
또한, 본 발명에서는 이러한 반응성 산화방지제를 보론계 코발트 염과 함께 사용함으로써 타이어의 스틸코드부 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, in the present invention, by using such a reactive antioxidant in combination with a boron-based cobalt salt, it is possible to further improve the durability of the steel cord portion of the tire.
본 발명은 천연고무 100 중량부에 대하여, 질소흡착 표면적이 70 내지 100㎡/g이고, DBP 흡유량이 60 내지 100㎖/100g인 카본블랙 40 내지 80 중량부, 다음 구조식 1의 코발트 보론 착물을 순수 코발트 함량을 기준으로 0.01 내지 3 중량부, 다음 구조식 2의 N-1,3-디메틸부틸-N'-페닐 퀴논 디이민 0.4 내지 9 중량부 및 통상의 타이어 스틸코드용 고무 조성물에 사용되는 첨가제를 함유하는 타이어 스틸코드용 고무 조성물인 것이다.The present invention is based on 100 parts by weight of natural rubber, nitrogen adsorption surface area of 70 to 100 m 2 / g, 40 to 80 parts by weight of carbon black having a DBP oil absorption of 60 to 100ml / 100g, the cobalt boron complex of the following structural formula 1 0.01 to 3 parts by weight based on the cobalt content, 0.4 to 9 parts by weight of N-1,3-dimethylbutyl-N'-phenyl quinone diimine of the following structural formula 2 and the additives used in the rubber composition for a conventional tire steel cord It is a rubber composition for tire steel cords to contain.
구조식 1Structural Formula 1
상기에서, X는 지방산 또는 나프탄산이다.In the above, X is a fatty acid or naphtanic acid.
구조식 2Structural Formula 2
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서는 질소흡착 표면적이 70 내지 100㎡/g이고, DBP 흡유량이 60 내지 100㎜/100g인 카본블랙을 40 내지 80 중량부 사용한다.In the present invention, 40 to 80 parts by weight of carbon black having a nitrogen adsorption surface area of 70 to 100 m 2 / g and a DBP oil absorption of 60 to 100 mm / 100 g is used.
본 발명에서 사용되는 코발트 보론 착물(이하, "CBC"라 함)은 일반적으로 사용되는 코발트염(Y-Co-Y의 구조를 가지며, 여기서 Y는 지방산 또는 나프탄산이다)과는 다른 구조를 가지고 있지만, B와 O사이의 결합력이 약하여 보레이트 부분과 코발트 염이 쉽게 떨어질 수 있어 일반적인 코발트염의 역할인 접착력 증진제 역할을 수행할 수 있을 뿐 아니라, 보레이트 부분이 고무와 스틸코드 계면에서 일종의 산도(pH)를 조정해주는 완충제 역할을 하여 pH를 약 7 내지 9정도로 유지시켜 주어 스틸코드의 부식을 방지시켜 준다.The cobalt boron complex (hereinafter referred to as "CBC") used in the present invention has a structure different from the cobalt salt (Y-Co-Y structure, where Y is a fatty acid or naphtanic acid) commonly used. However, due to the weak bonding force between B and O, the borate and cobalt salts can easily fall off, which can serve as an adhesion enhancer, which is a common cobalt salt, and the borate portion is a kind of acidity (pH) at the rubber and steel cord interface. It acts as a buffer to adjust the pH to maintain a pH of about 7 to 9 to prevent corrosion of the steel cord.
본 발명에서 사용되는 상기 구조식 2의 N-1,3-디메틸부틸-N'-페닐 퀴논 디이민(이하, "6QDI"라 함)은 반응성 산화방지제로서, N-1,3-디메틸부틸-N'-p-페닐렌 디아민을 산화시켜 얻어진다. 그 반응을 다음 반응식에 나타내었다.N-1,3-dimethylbutyl-N'-phenyl quinone diimine (hereinafter referred to as "6QDI") of the formula 2 used in the present invention is a reactive antioxidant, N-1,3-dimethylbutyl-N Obtained by oxidizing '-p-phenylene diamine. The reaction is shown in the following scheme.
6QDI는 일반 노화방지제(노방제)와는 달리 고무 주쇄부분과 반응을 일으켜 타이어의 다른 부위로 이동되지 않고 고무 내부에 잔류하고 남아 있어, 타이어 사용중에 생성되는 라디칼과 결합하여 라디칼의 활성을 사라지게 한다. 이로 인해 고무의 내열 노화 성능이 다른 일반 노방제를 사용한 경우에 비하여 오래도록 지속될 수 있다.Unlike ordinary antioxidants, 6QDI reacts with the rubber backbone and remains inside the rubber rather than moving to other parts of the tire, binding to the radicals generated during tire use to dissipate radical activity. As a result, the heat-resistant aging performance of the rubber can be maintained for a long time compared with the case of using other general road agent.
상기와 같은 CBC와 반응성 산화방지제 6-QDI를 동시에 사용한 경우에 내부식 성능과 내열노화 성능이 모두 우수해진다.When the CBC and the reactive antioxidant 6-QDI are used at the same time, both the corrosion resistance and the heat aging performance are excellent.
본 발명에서 사용되는 노화 방지제 또는 산화방지제는 산소 혹은 오존으로부터 고무 주쇄의 절단을 막아주고 열에 의하여 발생하는 라티칼의 활성을 사라지게 하여 고무 주쇄가 절단되는 현상을 막아준다.Antioxidants or antioxidants used in the present invention prevent the cleavage of the rubber backbone from oxygen or ozone and eliminate the activity of the radicals generated by heat, thereby preventing the rubber backbone from being cleaved.
또한, 본 발명에서는 통상의 타이어 스틸코드용 고무 조성물에 사용되는 첨가제가 사용된다.Moreover, in this invention, the additive used for the rubber composition for ordinary tire steel cords is used.
본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but is not limited thereto.
실시예Example
다음 표 1과 같이 고무 조성물을 배합하여 고무 시편을 준비하였다. 내열 노화 성능 비교를 위하여 고무 시편을 150℃ 가류 프레스에서 30분 동안 가류하여 두께 3㎜의 가류시편을 준비하였고, 이를 아령 형태로 잘라 인스트론사에서 제작한 인장시험기(Model 4204)에서 강도 등을 비교하여 노화 시간에 따른 물성 변화 정도를 판단하였으며, 고무와 스틸코드 사이의 접착력 평가는 ASTM D 2229-80 방식에 의거하여 실시하였다.To prepare a rubber specimen by mixing the rubber composition as shown in Table 1. In order to compare the heat aging performance, rubber specimens were vulcanized in a 150 ° C. vulcanization press for 30 minutes to prepare vulcanization specimens having a thickness of 3 mm, which were cut into dumbbells to obtain strength and strength in a tensile tester (Model 4204) manufactured by Instron. In comparison, the degree of change in physical properties according to the aging time was determined, and the evaluation of adhesion between rubber and steel cord was performed according to ASTM D 2229-80 method.
접착력 실시를 위한 시편은 먼저 내열노화 접착력 평가를 위하여 100℃ 오븐에서 1 내지 3주 동안 노화시켜 준비하였고, 내부식성 평가를 위하여 20% NaCl 수용액과 75℃ 상대습도 95%의 오븐에 각각 시편을 1 내지 3주 방치시킨 후 시편의 접착력 시험을 실시하였다. 또 접착력 평가가 완료된 스틸코드 시편에서 고무 부착량도 평가하였다.The specimens for adhesion were first prepared by aging for 1 to 3 weeks in an oven at 100 ° C. for evaluation of heat aging adhesive strength, and the specimens were placed in an oven at 20% NaCl solution and 95% relative humidity of 95% for corrosion resistance evaluation. After standing for 3 weeks, the adhesion test of the specimen was performed. In addition, the rubber adhesion amount of the steel cord specimens in which the adhesion evaluation was completed was also evaluated.
상기의 고무 조성물에 대한 물리시험 결과를 표2에 나타내었다.Table 2 shows the physical test results of the rubber composition.
비교예 1 내지 7Comparative Examples 1 to 7
다음 표 1과 같이 고무 조성물을 배합하여 각각의 고무 시편을 준비하였다. 실시예와 같은 방법으로 각 고무 시편의 물리적 특성을 시험하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.Each rubber specimen was prepared by blending a rubber composition as shown in Table 1 below. Physical properties of each rubber specimen were tested in the same manner as in Example, and the results are shown in Table 2.
비교예 1은 고무 조성물에 6-QDI와 CBC 모두 첨가되지 않은 경우이며, 비교예 2 내지 4는 CBC가 첨가된 경우이며, 비교예 5 내지 7은 6-QDI가 첨가된 경우이다.Comparative Example 1 is a case in which neither 6-QDI nor CBC is added to the rubber composition, Comparative Examples 2 to 4 are cases in which CBC is added, and Comparative Examples 5 to 7 are cases in which 6-QDI is added.
1 일반노방제는 아민계 또는 퀴놀린계 노방제1 general preservatives are amine or quinoline preservatives
2 6-QDI : N-1,3-디메틸부틸-N'-페닐 퀴논 디이민2 6-QDI: N-1,3-dimethylbutyl-N'-phenylquinone diimine
3 Co-Naph : 코발트 나프테네이트 (코발트 함량 10%)3 Co-Naph: Cobalt Naphthenate (Cobalt Content 10%)
4 CBC : 코발트 보론 착물 (코발트 함량 22.5%)4 CBC: Cobalt Boron Complex (Cobalt Content 22.5%)
5 촉진제 : 머캡토 벤조 티아졸계 또는 설펜아미드계5 Accelerator: mercapto benzothiazole type or sulfenamide type
6 지연제 : PVI6 retardant: PVI
* 접착력 시험에 사용된 스틸코드 구조 : 황동이 도금된 2+2(0.25) 고인장 코드* Steel cord structure used for adhesion test: 2 + 2 (0.25) high tensile cord with brass plating
* 100(200, 300)%M : 100(200, 300)% 인장시 시편에 작용하는 스트레스 값* 100 (200, 300)% M: Stress value applied to the specimen at 100 (200, 300)% tension
* Eb : 파괴신장률(%)Eb: Elongation at break (%)
* Ts : 파괴강도(kgf/㎠)* Ts: Fracture Strength (kgf / ㎠)
* HA : 열노화(100℃ 오븐에서 열노화)* HA: heat aging (heat aging in 100 ℃ oven)
* MPA : 수분 침투 접착력(75℃, 96% 상대습도를 가지는 오븐에서 노화)* MPA: Moisture Penetration Adhesion (Aging in Oven with 75 ℃, 96% Relative Humidity)
* SCR : 내염부식성(20% NaCl 수용액에서 노화)* SCR: Salt corrosion resistance (aging in 20% NaCl aqueous solution)
* 열노화에 따른 인장물성의 변화는 100℃ 오븐에서 48시간 동안 방치시킨 시편의 시험 결과만을 나타내었음.* Changes in tensile properties due to thermal aging showed only test results of specimens left for 48 hours in an oven at 100 ° C.
노화에 따른 인장 물성의 변화를 살펴보면 퀴논-다이이민계 노화 방지제를 사용한 실시예 및 비교예 5,7은 일반 노방제를 사용한 경우인 비교예 1에 비하여 물성의 변화 폭이 작은 것으로 나타나고 있으며, 특히 노화 후 신장률의 변화가 기존의 고무에 비하여 아주 적은 것으로 나타나고 있다. 그러나 비교예 6은 그 사용량이 너무 적어 노화 방지 효과를 충분히 발휘하지 못하고 비교예 7의 경우에는 그 첨가량이 너무 높아 강도(모듈러스)가 너무 낮아 스틸코드용 고무로는 적합하지가 못하다.In terms of the change in tensile properties according to aging, Examples and Comparative Examples 5 and 7 using a quinone-diimine-based anti-aging agent were shown to have a smaller change in physical properties compared to Comparative Example 1 when using a general spray agent. The change in elongation after aging is shown to be very small compared to the conventional rubber. However, in Comparative Example 6, the amount thereof is so small that the anti-aging effect is not sufficiently exhibited. In Comparative Example 7, the addition amount is too high and the strength (modulus) is too low to be suitable for rubber for steel cords.
코발트-보론 착물을 사용한 고무는 기존의 고무에 비하여 노화후 인장 물성 변화에는 큰 영향을 미치지 못하지만 기존 고무에 비해서는 약간 향상된다. 이렇게 퀴논-다이이민계 노화 방지제가 일반 노화 방지제에 비하여 물성 유지 능력이 뛰어난 이유는 첨가된 노화방지제의 일부(30 내지 40% 정도)가 고무주쇄와 반응하여 고무와 복합체를 이루기 때문에 실사용중이나 노화시에도 노방효과를 충분히 발휘할 수 있게 되기 때문이다. 이러한 고무 주쇄와 퀴논-다이이민계 노방제의 반응성을 확인하기 위하여 일반 노방제와 퀴논-다이이민계 노방제를 고무에 혼합한 고무를 아세톤을 이용하여 추출한 결과를 표 3에 나타내었다.The rubber using the cobalt-boron complex does not have a significant effect on the tensile property change after aging compared to the conventional rubber, but slightly improved compared to the conventional rubber. The reason why the quinone-diimine-based anti-aging agent is superior to the general anti-aging agent is that it retains physical properties. This is because the city can fully exhibit the effect of the roadwork. In order to confirm the reactivity of the rubber main chain and the quinone-diimine-based preservative, rubber obtained by mixing acetone and a quinone-diimine-based preservative was mixed with rubber, and the results of the extraction using acetone are shown in Table 3.
각 예들의 고무-스틸코드 접착력 평가 결과를 살펴보면, 퀴논-다이이민계 노방제를 사용한 고무의 열노화 후 접착력이 일반 노방제를 사용한 경우보다 월등히 우수하며 특히 접착력 시험후 고무 부착량이 상당히 많다는 사실을 알 수 있다. 또 코발트-보론 착물을 사용한 고무의 경우 나프산계 코발트염을 사용한 경우에 비하여 수분 및 염수 노화후 접착력이 우수함을 알 수 있다. 이로 보아 코발트-보론 착물은 수분 및 염수에 의한 부식 방지 효과가 아주 뛰어남을 알 수 있다. 이러한 부식 방지효과는 코발트 염내에 존재하는 보론 음이온이 부식을 방지하는 효과를 주기 때문이다. 특히 실시예의 경우를 보면, 코발트-보론 착물과 퀴논-다이이민계 노방제를 동시에 사용하여 고무의 내열노화 성능 뿐만아니라 내부식 효과도 아주 뛰어남을 알 수 있다.The results of evaluation of the rubber-steel cord adhesion of each example show that the adhesive strength after thermal aging of the quinone-diimine-based lubricating agent is much better than that of the general lubricating agent. Able to know. In addition, the rubber using the cobalt-boron complex is superior to the adhesive strength after aging of water and brine, compared to the case of using naphic acid-based cobalt salt. This suggests that the cobalt-boron complex is excellent in preventing corrosion by water and brine. This corrosion protection effect is because the boron anion present in the cobalt salt has the effect of preventing corrosion. In particular, in the case of the embodiment, it can be seen that the cobalt-boron complex and the quinone-diimine-based preservative are used at the same time as well as the heat aging performance of the rubber as well as excellent corrosion resistance effect.
또한 실시예에서와 같이 이러한 반응성 산화방지제와 6-QDI를 동시에 사용한 경우에는 내부식 성능과 내열노화 성능이 모두 우수하게 나타난다는 것을 알 수 있다.In addition, when using the reactive antioxidant and 6-QDI at the same time as in the embodiment it can be seen that both the corrosion resistance and heat aging performance is excellent.
상기 표 3에서 보는 바와 같이 일반노방제는 아세톤에 의해 90% 이상이 추출되는 반면, 퀴논-다이이민계 노방제의 추출률은 60% 정도이다.As shown in Table 3 above, the general preservative is extracted by 90% or more by acetone, while the extraction rate of the quinone-diimine preservative is about 60%.
본 발명에 따라 부식 방지에 탁월한 효과를 지나고 있는 코발트 보론 착물을 사용하여 스틸코드의 부식을 방지함은 물론, 고무와 일정한 반응성을 가지는 퀴논-이민계 산화방지제를 첨가하여 고무 주쇄에 이 산화방지제를 반응 고정시켜 열로 인해 생성되는 라디칼이 고무 주쇄를 잘라내지 못하게 하여 고무의 열화를 방지할 수 있으며, 타이어의 스틸코드부 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.The cobalt boron complex, which has an excellent effect on corrosion protection according to the present invention, is used to prevent corrosion of the steel cord, as well as to add a quinone-imine-based antioxidant having a certain reactivity with rubber, thereby adding this antioxidant to the rubber main chain. Reaction fixation prevents radicals generated by heat from cutting off the rubber main chain, thereby preventing deterioration of the rubber and further improving the durability of the steel cord portion of the tire.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |