KR20030024108A

KR20030024108A - 타이어 보강용 비드와이어의 코팅방법 및 그 비드와이어

Info

Publication number: KR20030024108A
Application number: KR1020010057107A
Authority: KR
Inventors: 김영진; 김민안; 박용민
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-03-26
Also published as: US20030111153A1; JP2003105681A; JP4043899B2

Abstract

본 발명은 타이어 보강용 비드와이어의 고무 접착력을 향상시키기 위한 코팅방법 및 그 비드와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1~30몰% 농도의 벤조산 용액으로 비드와이어 표면을 코팅하는 단계를 포함하는 타이어 보강용 비드와이어의 코팅 방법 및 그 방법에 의해 코팅된 우수한 고무 접착력을 갖는 비드와이어에 관한 것이며, 본 발명에 의하면 초기 및 노화 고무 접착력과 고무 커버리지가 향상되고 표면 산화가 억제된 비드와이어를 용이하게 얻을 수 있다.

Description

타이어 보강용 비드와이어의 코팅방법 및 그 비드와이어{METHOD FOR COATING TIRE-STIFFENING BEAD WIRES AND THE BEAD WIRES}

본 발명은 타이어 보강용 비드와이어의 고무 접착력을 향상시키기 위한 코팅방법 및 그 비드와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1~30몰% 농도의 벤조산 용액으로 비드와이어 표면을 코팅하는 단계를 포함하는 타이어 보강용 비드와이어의 코팅 방법 및 그 방법에 의해 코팅된 우수한 고무 접착력을 갖는 비드와이어에 관한 것이다.

비드와이어는 탄소 함량이 0.6~0.95%인 탄소강을 재질로 하는 직경 0.95mm의 강선 표면에 0.3~0.5㎛ 두께의 청동층이 도금된 것으로, 강도, 모듈러스, 내열성 및 내피로성이 다른 종류의 무기섬유 및 유기섬유에 비하여 우수하여, 타이어 보강용으로 타이어 비드 부분(참조: 도 1)에 사용되고 있다.

이러한 비드와이어는 고무와의 우수한 접착력을 위하여 표면 산화 방지를 비드와이어 제조 공정부터 제품 출하시까지 유지하여야 하나, 실제 제조 공정 중에 표면 산화를 일정 수준 이하로 관리하는 것은 매우 어려운 일이며, 또한 공정의 엄격한 관리로 일정 표면 산화도를 유지한다 하더라도 시간이 경과함에 따라 열, 응력, 습기 등에 의한 도금층 표면의 산화에 의해 초기 접착력 수준의 노화 접착력을 유지한다는 것은 불가능하다.

따라서, 이러한 비드와이어의 표면 산화 방지 및 초기·노화 접착력 향상을 위한 연구가 타이어 코드 업체들을 중심으로 진행되어 왔으며, 그중 접착 증진제에 의한 비드와이어 표면 코팅 처리법이 중점적으로 모색되어 왔다. 그러나 비드와이어를 대상으로 연구한 공식적인 결과는 거의 전무한 실정이며, 다만 스틸 코드 표면의 접착 증진제 처리기술이 몇몇 보고된 바 있다. 그 중 벨기에 특허 제 786,059호 및 독일 특허 제 2,227,013호에 개시되어 있는 스틸 코드와 고무와의 접착력 저하 현상 제어 방안이 대표적으로, 유기산과 장쇄(long chain) 지방족 아민염의 미네랄 오일 용액 또는 이 용액에 극미량의 벤조트리아졸을 혼합한 용액으로 스틸 코드 표면을 코팅하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 방법의 관건은 용액 중에 함유된 유기산과 기름 성분 물질들을 균일하게 혼합하는 것으로, 용액 제조의 재현성이 보장되지 않는 문제로 인하여 실제 생산 공정에 적용하기에는 적절치 않은 단점이 있다. 또 다른 예로서는, 미국의 굿 이어(Good Year) 사의 미국 특허 제 147,818호에 개시된 방향족 트리아졸과 알킬아민 보레이트를 사용한 표면 코팅에 의한 스틸 코드와 고무와의 접착력 및 표면 청정도 향상 방법을 들 수 있는데, 이 방법은 벤조트리아졸계 화합물과 사이클로헥실아민 보레이트계 화합물을 단독으로 또는 혼합하여 알코올에 용해한 후 스틸 코드 표면에 코팅하는 것이다. 이 방법은 단순한 용액 제조와 적용 공정으로 경제성 및 생산성에 무리가 없는 것이 장점이지만, 벤조트리아졸계 화합물의 특성에 의한 표면 청정도 유지를 제외한 초기 및 노화 접착력에는 오히려 역효과를 나타내어 실용성이 없다.

상술한 바와 같이 지금까지의 종래기술을 분석한 결과, 스틸 코드 및 비드와이어와 고무의 초기 및 노화 접착력 향상을 위한 많은 연구가 진행되어 왔음에도 불구하고 경제성 및 생산성을 무시한 실험실 단계 수준에서의 연구가 주종을 이루고 있는 바, 보다 단순한 공정에 의한 고무 접착력 향상 방안이 필요하다고 판단되며, 더욱이 공식적인 연구 결과가 거의 없는 비드와이어 부문의 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비드와이어 표면의 산화를 방지하고 고무와의 접착력을 향상시키는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 한 측면은 1~30몰% 농도의 벤조산 용액으로 비드와이어 표면을 코팅하는 단계를 포함하는 타이어 보강용 비드와이어의 코팅 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 측면은 상기 방법으로 코팅되어 초기 및 노화 고무 접착력이 향상된 타이어 보강용 비드와이어를 제공한다.

도 1은 타이어 구조를 보여주는 개략도,

도 2a는 실시예 5에 따른 비드와이어의 XPS 깊이 분포도(X-ray photoelectron spectrometer depth profile),

도 2b는 비교예 5에 따른 비드와이어의 XPS 깊이 분포도,

도 3a는 도 2a의 XPS 깊이 분포도 중에서 Sn 산화도만을 도시한 도면, 및

도 3b는 도 2b의 XPS 깊이 분포도 중에서 Sn 산화도만을 도시한 도면이다.

이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

벤조산은 현재 여러 타이어 제조업체에서 스틸 코드 및 비드와이어의 고무 접착력 향상을 위하여 타이어용 고무에 첨가하는 여러 첨가제들 중의 하나로 다음과 같은 구조를 갖는다:

벤조산은 상온에서 무색의 조각모양 결정으로 존재하며, 녹는점은 121℃, 끓는점은 250℃(100℃ 안팎에서 승화)이고, 찬물에는 용해되기 어려우나 뜨거운 물, 알코올, 에테르 등에는 쉽게 용해되는 특성을 가지고 있다.

본 발명자들은 이러한 벤조산을 고무에 첨가하는 대신에 비드와이어 표면에코팅할 경우, 고무 중 혼합 사용법에서 문제가 되는 편석의 형성이 방지되는 동시에 금속과 고무와의 접착 증진 효과가 직접적으로 전달될 것에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 비드와이어 코팅 방법에 따르면, 도금 과정, 예를 들면 청동 도금 과정을 거친 비드와이어를 도금조 통과 직후 벤조산 용액으로 충분히 적셔진 면 로프에 통과시킨 후 건조시킴으로써 벤조산으로 균일하게 코팅된 비드와이어를 얻을 수 있다.

본 발명에 사용된 벤조산 용액은 알코올, 에테르, 아세톤, 벤젠 또는 물 등의 용매에 벤조산을 1~30몰% 농도로 용해시켜 제조된 것이다. 벤조산의 용해도 및 코팅 후 용매 기화도를 고려하여, 바람직하게 상기 용매로는 알코올을 사용하며, 알코올 중에서도 메탄올을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

한편, 상기 벤조산 용액의 농도가 1몰% 미만이면 원하는 고무 접착력 향상 효과를 얻을 수 없다. 반면, 벤조산 용액의 농도가 30몰%를 초과하면 고무 접착력과 고무 커버리지가 오히려 감소한다.

본 발명에 따르면, 별도의 코팅 설비가 필요하지 않으며, 비드와이어가 관통하게 될 면 로프는 모세관 현상에 의해 쉽게 벤조산 용액으로 적셔진다. 또한, 일단 벤조산 용액으로 적셔진 면로프를 통과한 비드와이어는 권취시까지 자연적으로 용매의 건조가 이루어지므로, 별도의 후처리 단계를 요구하지 않는다.

본 발명의 방법에 의해 벤조산으로 코팅된 비드와이어는 벤조산으로 코팅되지 않은 비드와이어에 비하여 고무와의 초기 및 노화 접착력이 약 10% 이상 향상됨은 물론 안정적인 고무 커버리지를 유지하며, 표면 산화가 방지된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예 1 및 비교예 1:

88% Cu 및 12% Sn이 함유된 청동 또는 97% Cu 및 3% Sn이 함유된 청동으로 도금한 직경 0.95mm의 0.80~0.85% 탄소 함유 비드와이어((주)효성) 각각의 표면에 1몰%, 5몰%, 10몰%, 20몰% 및 30몰% 농도의 벤조산 메탄올 용액을 대기 중에서 코팅하거나 또는 벤조산 메탄올 용액을 전혀 코팅하지 않은 후, 하기 표 1의 조성을 갖는 시판 타이어용 고무와의 초기 접착력을 ASTM D1871-84a 규격에 따라 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 2 및 비교예 2:

88% Cu 및 12% Sn이 함유된 청동 또는 97% Cu 및 3% Sn이 함유된 청동으로 도금한 직경 0.95mm의 0.80~0.85% 탄소 함유 비드와이어((주)효성) 각각의 표면에 1몰%, 5몰%, 10몰%, 20몰% 및 30몰% 농도의 벤조산 메탄올 용액을 대기 중에서 코팅하거나 또는 벤조산 메탄올 용액을 전혀 코팅하지 않은 후, 30℃/상대습도 55%환경에서 1주일간 방치하였다. 1주일 후 상기 실시예 1에 사용된 것과 동일한 타이어용 고무와의 노화 접착력을 ASTM D1871-84a 규격에 따라 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 3 및 비교예 3:

88% Cu 및 12% Sn이 함유된 청동 또는 97% Cu 및 3% Sn이 함유된 청동으로 도금한 직경 0.95mm의 0.80~0.85% 탄소 함유 비드와이어((주)효성) 각각의 표면에 1몰%, 5몰%, 10몰%, 20몰% 및 30몰% 농도의 벤조산 메탄올 용액을 대기 중에서 코팅하거나 또는 벤조산 메탄올 용액을 전혀 코팅하지 않은 후, 하기 표 1의 조성을 갖는 시판 타이어용 고무를 사용하여 비드 와이어와 고무 간의 접착부분을 360°돌려보면서 육안으로 고무 커버리지를 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 4 및 비교예 4:

88% Cu 및 12% Sn이 함유된 청동 또는 97% Cu 및 3% Sn이 함유된 청동으로 도금한 직경 0.95mm의 0.80~0.85% 탄소 함유 비드와이어((주)효성) 각각의 표면에 1몰%, 5몰%, 10몰%, 20몰% 및 30몰% 농도의 벤조산 메탄올 용액을 대기 중에서 코팅하거나 또는 벤조산 메탄올 용액을 전혀 코팅하지 않은 후, 30℃/상대습도 55% 환경에서 1주일간 방치하였다. 1주일 후 상기 실시예 3에 사용된 것과 동일한 타이어용 고무를 사용하여 비드 와이어와 고무 간의 접착부분을 360°돌려보면서 육안으로 노화 고무 커버리지를 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

타이어용 고무의 조성

성분	중량부
천연 고무(natural rubber)	100
분해제(peptizer)	0.1
레조르시놀(resorcinol)	3
처리 오일(process oil)	10
스테아르산(stearic acid)	2
후란스 블랙(Furance black)	55
산화 아연(zinc oxide)	10
헥사메틸렌 테라민(hexamethylene terramine)	2
항산화제(antioxidant)	0.75
경화촉진제(accelerator)	1
지연제(retarder)	5
황(sulfur)	5

벤조산 코팅		미처리		처리
비드와이어 종류		A	B		A	B
벤조산 용액몰농도		-	-		1%	5%	10%	20%	30%	1%	5%	10%	20%	30%
접착력(kg/inch²)	비교예 1	79	96	실시예 1	83	87	87	85	83	116	122	119	117	117
접착력(kg/inch²)	비교예 2	72	109	실시예 2	81	82	84	81	79	115	118	116	113	112
커버리지(%)	비교예 3	82	90	실시예 3	85	90	88	85	83	93	95	95	90	87
커버리지(%)	비교예 4	77	90	실시예 4	83	85	85	83	82	93	95	93	92	90

[비고]

A: Sn 12%, Cu 88%

B: Sn 3%, Cu 97%

실시예 5 및 비교예 5:

88% Cu 및 12% Sn이 함유된 청동으로 도금한 직경 0.95mm의 0.80~0.85% 탄소 함유 비드와이어((주)효성)의 표면에 5몰% 농도의 벤조산 메탄올 용액을 대기 중에서 코팅하거나 하지 않은 상태로 30℃/상대습도 55% 환경에서 1주일간 방치한 다음, X-선 광전자 분광기(X-ray photoelectron spectrometer)로 표면 분석을 행하였다. 그로부터 얻은 XPS 깊이 분포도(depth profile)를 도 2a 및 2b에 도시하였다(도 2a: 벤조산 코팅; 도 2b: 벤조산 미코팅). 도 3a 및 3b는 상기 XPS 깊이 분포도 중에서 각각 Sn 산화도(Sn: 484.5, 493.3eV; SnO₂: 486.8, 495.3eV) 만을 분리하여 도시한 것이다(도 3a: 벤조산 코팅; 도 3b: 벤조산 미코팅).

일반적으로 Cu와 Sn은 대기 중에서 산화물로서 존재하는 것이 열역학적으로 안정하므로 산화물이 생성되어 비드와이어 표면에 산화막을 형성하는 것이 당연한 일이나, 도 2 및 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 벤조산으로 코팅되지 않은 비드와이어는 벤조산으로 코팅된 비드와이어에 비해 도금층 내부 깊은 곳까지 산화가 이루어져 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 벤조산 용액에 의한 코팅 처리가 비드와이어의 고무 접착력 및 고무 커버리지를 향상시키는 이외에 비드와이어 표면 산화를 억제하는 효과도 가지고 있음을 제시하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 초기 및 노화 고무 접착력과 고무 커버리지가 향상되고 표면 산화가 억제된 비드와이어를 용이하게 얻을 수 있다.

Claims

1~30몰% 농도의 벤조산 용액으로 비드와이어 표면을 코팅하는 단계를 포함하는 타이어 보강용 비드와이어의 코팅 방법.

제 1항에 있어서, 상기 코팅 단계가 상기 벤조산 용액이 충분히 흡수된 면 로프에 비드와이어를 통과시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 비드와이어의 코팅 방법.

제 1항에 있어서, 상기 벤조산 용액에 사용된 용매가 알코올, 에테르, 아세톤, 벤젠 또는 물인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 비드와이어의 코팅 방법.

제 3항에 있어서, 상기 용매가 메탄올인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 비드와이어의 코팅 방법.

제 1항의 방법에 의해 코팅된 타이어 보강용 비드와이어.