KR20240022363A - Rubber composition for tire bead - Google Patents
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Abstract
본 발명은 타이어 비드용 고무조성물을 개시한다.
본 발명에 따르는 타이어 비드용 고무조성물은 원료고무에 보강제를 포함하고, 상기 보강제는 나노 징크 실리케이트인 것을 특징으로 하는데 이에 의할 때, 타이어 비드용 고무의 가교 밀도 및 모듈러스를 향상시켜 궁극적으로 타이어의 내구 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention discloses a rubber composition for tire beads.
The rubber composition for tire beads according to the present invention contains a reinforcing agent in the raw rubber, and the reinforcing agent is characterized in that it is nano zinc silicate. As a result, the crosslinking density and modulus of the rubber for tire beads are improved, ultimately improving the quality of the tire. Durability performance can be improved.
Description
본 발명은 타이어 비드용 고무조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어 비드용 고무의 가교 밀도 및 모듈러스를 향상시켜 궁극적으로 타이어의 내구 성능을 향상시킨 타이어 비드용 고무조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composition for tire beads, and more specifically, to a rubber composition for tire beads that ultimately improves the durability of the tire by improving the crosslink density and modulus of the rubber for tire beads.
일반적으로 타이어 비드고무는 높은 하중에도 비드부 및 비드번들(Bead bundle)의 변형을 방지하기 위해 고경도 및 높은 모듈러스가 요구된다. In general, tire bead rubber requires high hardness and high modulus to prevent deformation of the bead portion and bead bundle even under high loads.
이러한 타이어 비드 고무의 강성을 향상시키기 위해 고무에 탄산칼슘 및 클레이와 같은 무기필러 함량을 높여 고무의 경도 및 모듈러스를 높이는 방법이 이용되기도 한다.In order to improve the rigidity of tire bead rubber, a method of increasing the hardness and modulus of the rubber by increasing the content of inorganic fillers such as calcium carbonate and clay is sometimes used.
그러나, 무기필러 함량을 높이면 고무 경도 및 모듈러스는 높아지나 필러 및 고무간의 발열이 나타나며 인장강도가 낮아지는 문제점이 있다. However, increasing the inorganic filler content increases the hardness and modulus of the rubber, but there is a problem in that heat generation occurs between the filler and the rubber and the tensile strength decreases.
또한 다량의 카본블랙을 사용하는 고무 조성물의 경우, 고무 배합기(반바리)에서 혼합하는 과정에서 과부하가 걸리고 고무 구성물들의 균일한 분산에 불리하며, 가공성 및 압출성이 열악한(좋지 않은) 문제점이 있다.In addition, in the case of rubber compositions using a large amount of carbon black, there is a problem of overloading during mixing in a rubber mixing machine (Banbari), disadvantages in uniform dispersion of the rubber components, and poor processability and extrudability. .
또한, 가류제로서 황과 가류 촉진제의 증량하는 방법이 있으나 이렇게 과도하게 사용할 경우 가류제 분산 불충분으로 물성이 균일하기 어렵고 배합제가 표면에 스며 나오는 블루밍 현상 등이 나타날 우려가 있다.In addition, there is a method of increasing the amount of sulfur and vulcanization accelerator as a vulcanizing agent, but if used excessively, it is difficult to uniform the physical properties due to insufficient dispersion of the vulcanizing agent, and there is a risk of blooming phenomenon in which the compounding agent seeps onto the surface.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 타이어 비드용 고무의 가교 밀도 및 모듈러스를 향상시켜 궁극적으로 타이어의 내구 성능을 향상시킨 타이어 비드용 고무조성물을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a rubber composition for tire beads that ultimately improves the durability performance of tires by improving the crosslink density and modulus of rubber for tire beads.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 원료고무에 보강제를 포함하고, 상기 보강제는 나노 징크 실리케이트인 것을 특징으로 하는 타이어 비드용 고무조성물을 제공한다.In order to solve the above-described technical problems, the present invention provides a rubber composition for tire beads, which includes a reinforcing agent in raw rubber, and the reinforcing agent is nano zinc silicate.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 나노 징크 실리케이트는 그 평균입자크기 80 내지 100㎚인 것일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the nano zinc silicate may have an average particle size of 80 to 100 nm.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 나노 징크 실리케이트는 몬모릴로나이트(Montmorillonite clay) 형태로 아연 이온(Zn2+)이 치환된 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the nano zinc silicate may be in the form of montmorillonite clay in which zinc ions (Zn 2+ ) are substituted.
또 한편, 상술한 타이어 비드용 고무조성물을 포함하는 타이어를 제공한다.On the other hand, a tire containing the above-described rubber composition for tire beads is provided.
본 발명에 따르는 타이어 비드용 고무조성물에 의하면, 고무의 가교 밀도, 모듈러스를 향상시켜 궁극적으로 타이어의 내구 성능을 향상시키는 효과가 있다.The rubber composition for tire beads according to the present invention has the effect of improving the crosslink density and modulus of rubber, ultimately improving the durability of tires.
본 발명에서 사용하는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that the technical terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention, and the technical terms used in the present invention are not specifically defined in any other way in the specification. As far as it goes, it should be interpreted in the sense generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains, and should not be interpreted in an excessively comprehensive sense or in an excessively reduced sense.
또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. Additionally, if the technical term used in the present invention is an incorrect technical term that does not accurately express the idea of the present invention, it should be replaced with a technical term that can be correctly understood by a person skilled in the art.
아울러, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 해석은 과도하게 축소된 의미로 이해서는 아니된다.In addition, general terms used in the present invention should be interpreted according to their definitions in the dictionary or according to the context, and the interpretation should not be interpreted in an excessively reduced sense.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는데, 예를 들어 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the singular expression used in the present invention includes plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. For example, terms such as 'consists' or 'comprises' refer to various constituent elements described in the invention, or It should not be interpreted as necessarily including all of the steps, and some components or steps may not be included, or additional components or steps may be included.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따르는 타이어 비드용 고무조성물은 원료고무에 보강제를 포함하고, 상기 보강제는 나노 징크 실리케이트인 것을 특징으로 한다.The rubber composition for tire beads according to the present invention includes a reinforcing agent in raw rubber, and the reinforcing agent is nano zinc silicate.
여기서, 상기 원료고무는 천연고무 및 스티렌 고무, 부타디엔 고무와 같은 합성고무를 단독으로 사용하거나 또는 천연고무와 합성고무의 혼합고무를 사용할 수 있다. Here, the raw rubber may be used alone as natural rubber, styrene rubber, or synthetic rubber such as butadiene rubber, or as a mixed rubber of natural rubber and synthetic rubber.
또한, 상기 천연고무와 합성고무를 혼합한 혼합고무를 사용시 천연고무와 합성고무의 혼합비의 일 예로서 천연고무 50 내지 90 중량부, 합성고무가 10 내지 50 중량부로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.In addition, when using a mixed rubber that is a mixture of the natural rubber and synthetic rubber, as an example of the mixing ratio of natural rubber and synthetic rubber, a mixed rubber in which 50 to 90 parts by weight of natural rubber and 10 to 50 parts by weight of synthetic rubber are mixed can be used. .
아울러, 상기 원료고무 100 중량부에 대해 나노 징크 실리케이트(nano-scale zinc silicate) 1 내지 10 중량부를 포함하는 특징이 있다. In addition, it has the characteristic of containing 1 to 10 parts by weight of nano-scale zinc silicate based on 100 parts by weight of the raw rubber.
만일, 상기 나노 징크 실리케이트를 1 중량부 미만 사용하면 활성제로서 촉진 효과가 미미하며, 10 중량부 초과하여 사용하면 나노 입자의 분산이 어려워 지고 물성이 감소될 수 있다. If less than 1 part by weight of the nano zinc silicate is used, the promoting effect as an activator is minimal, and if it is used in excess of 10 parts by weight, dispersion of nanoparticles may become difficult and physical properties may be reduced.
아울러, 상기 나노 징크 실리케이트는 몬모릴로나이트(Montmorillonite clay) 형태로 아연 이온(Zn2+)이 치환된 것일 수 있는데, 징크 이온(Zn2+)이 치환된 나노 크기의 몬모릴로나이트는 일반적으로 많이 쓰는 산화아연(ZnO)에 비해 가교반응에 참여하는 Zn2+으로의 접근성이 유리해 고무의 가교밀도 및 모듈러스 향상시킬 수 있으며 고무의 흐름성을 향상시켜 코팅성 향상에도 효과를 발휘할 수 있다.In addition, the nano zinc silicate may be in the form of montmorillonite clay substituted with zinc ions (Zn 2+ ). Nano-sized montmorillonite substituted with zinc ions (Zn 2+ ) is commonly used as zinc oxide (Zn 2+ ). Compared to ZnO), the accessibility to Zn 2+ that participates in the cross-linking reaction is advantageous, so it can improve the cross-linking density and modulus of rubber, and it can also be effective in improving coating properties by improving the flowability of rubber.
이러한 나노 징크 실리케이트는 규산염의 작은 판들로 이루어진 층들 또는 적층물들에 의해 형성되고 층들은 Zn2+ 이온에 의한 전기화학적 인력에 의해 강하게 결합되어 있고, 층간 나노클레이의 개별 판상이 30～1500의 높은 축비(또는 침상도, aspect ratio)를 가지고, 층간거리가 0.1～6nm 정도이며 클레이의 구조인 사면체:팔면체가 2:1인 구조를 갖는 층상구조이며, 판상 사이에 징크 이온이 타이어 고무의 가교 반응에 참여할 수 있다.These nano zinc silicates are formed by layers or stacks of small plates of silicate, the layers are strongly bonded by electrochemical attraction by Zn 2+ ions, and the individual platelets of interlayer nanoclay have a high axis ratio of 30 to 1500. (or aspect ratio), the interlayer distance is about 0.1 to 6 nm, and it is a layered structure with a 2:1 tetrahedral:octahedral structure, which is the structure of clay, and zinc ions between the plates participate in the crosslinking reaction of tire rubber. You can participate.
상기 CEC는 Cation exchange capacity(단위 : mmol/100g)로서 실제 Zn이온 함량을 정의할 수 있는데, 이에 따라 CEC 수치가 달라지면 사용하는 Zinc silicate 함량도 달라지는 특징이 있으며, 40 내지 80이 바람직한데, 만일 40 미만이면 반응에 참여하는 Zn2+이온이 적어 가교가 제대로 이뤄지지 않을 수 있고, 반대로 80을 초과할 경우 농도 대비 가교도가 증가폭이 현저하지 않을 수 있다.The CEC can define the actual Zn ion content as cation exchange capacity (unit: mmol/100g). Accordingly, if the CEC value changes, the amount of zinc silicate used also changes. 40 to 80 is preferable, but if 40 If it is less than 80, crosslinking may not occur properly due to the small number of Zn 2+ ions participating in the reaction. Conversely, if it exceeds 80, the increase in crosslinking degree relative to concentration may not be significant.
이에 의해 징크 실리케이트의 경우 가교 반응에 참여하는 Zn2+ 이온이 이온 그대로 존재 하고 접근성이 유리 하기 때문에 종래의 ZnO 및 스테아린산을 사용하는 경우보다 고무의 가교 밀도 및 모듈러스를 향상 시키고 고무의 흐름성을 향상시켜 코팅성 향상에도 효과를 발휘 할 수 있다.As a result, in the case of zinc silicate, the Zn 2+ ion participating in the cross-linking reaction exists as an ion and accessibility is advantageous, improving the cross-linking density and modulus of the rubber and improving the flowability of the rubber compared to the case of using conventional ZnO and stearic acid. It can also be effective in improving coating properties.
또한, 상기 나노 징크 실리케이트는 평균입자크기 80 내지 100㎚인 특징이 있는데, 만일 80 ㎚ 미만이면 입자 표면적의 극적으로 높아져 응집이 일어나 고무의 물성감소의 문제가 있고, 반대로 100 ㎚를 초과하면 뚜렷한 물성 개선효과를 기대하기 어렵고, 공정상 균일한 코팅이 되지 않아 공정특성상 바람직 하지않을 수 있다. In addition, the nano zinc silicate has the characteristic of having an average particle size of 80 to 100 nm. If the particle size is less than 80 nm, the surface area of the particles increases dramatically and agglomeration occurs, causing a problem of reduction in the physical properties of the rubber. Conversely, if it exceeds 100 nm, the physical properties are clearly reduced. It is difficult to expect an improvement effect, and uniform coating is not achieved during the process, which may be undesirable due to the characteristics of the process.
또 한편, 본 발명은 상술한 나노 징크 실리케이트 이외에 종래 타이어 고무 조성물에 사용되는 활성제, 보강충진제, 공정유, 노화방지제, 가류제 가류촉진제 및 지연제와 같은 각종 첨가제를 포함한다. On the other hand, the present invention includes various additives such as activators, reinforcing fillers, process oils, anti-aging agents, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, and retardants used in conventional tire rubber compositions in addition to the nano zinc silicate described above.
이들은 타이어 고무 조성물에 사용되는 일반적 성분으로 자세한 내용은 생략하기로 하며, 이러한 비드 고무를 이용하여 제조되는 타이어 역시 종래 타이어 제조방법을 따르므로 이에 대한 설명 역시 생략한다.These are general ingredients used in tire rubber compositions, and detailed information will be omitted. Tires manufactured using these bead rubbers also follow conventional tire manufacturing methods, so descriptions thereof will also be omitted.
<실시예 및 비교예><Examples and Comparative Examples>
아래 표 1에서와 같은 조성으로 고무 배합물을 혼합하고 압출하여 타이어 비드 고무를 제조하였다.Tire bead rubber was manufactured by mixing and extruding the rubber mixture with the composition shown in Table 1 below.
* 일반 산화아연은 표면적이 BET 측정값으로 3 내지 6 m2/g, 평균 입경이 300 내지 400 ㎚임* General zinc oxide has a surface area of 3 to 6 m 2 /g as measured by BET and an average particle diameter of 300 to 400 ㎚.
* 나노 Zinc silicate는 평균 입경이 80 내지 100 ㎚이고, 일반 Zinc silicate는 평균 입경이 50μm임* Nano zinc silicate has an average particle diameter of 80 to 100 ㎚, and general zinc silicate has an average particle diameter of 50μm.
* 실시예 1 내지 3에서 나노 징크 실리케이트는 Montmorillonite clay의 형태로 Zn2+로 치환된 것이며, CEC(Cation exchange capacity, mmol/100g)은 70임* In Examples 1 to 3, nano zinc silicate is substituted with Zn 2+ in the form of Montmorillonite clay, and CEC (Cation exchange capacity, mmol/100g) is 70.
<실험예><Experimental example>
상기 표 1에서 제조한 각각의 비드 고무를 준비하여, 이 시편에 대하여 무니(Mooney)점도(250±5g), 인장물성(Tensile, specimen type: Type1A), 동적 점탄성(DMA, ASTM D2231-87에 따른 시편), 접착 물성을 ASTM관련 규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.Prepare each bead rubber manufactured in Table 1 above, and for this specimen Mooney viscosity (250±5g), tensile properties (Tensile, specimen type: Type1A), dynamic viscoelasticity (DMA, specimen according to ASTM D2231-87), and adhesive properties were measured according to ASTM-related regulations and the results are presented below. It is shown in Table 2.
* 무니점도: 125 °C 무니점도 측정에서의 점도 최소 Torque 값 ASTM D1646에 의해 측정하였다. * Mooney viscosity: The minimum torque value for viscosity measured at 125 °C Mooney viscosity was measured according to ASTM D1646.
* 인장물성(초기): 고무의 기계적 특성을 평가하기 위해 아령형 시편(ASTM D-412-89C 타입)을 노화 전후의 인장 물성을 시험하였다(노화: 80℃에서 7일간 방치).* Tensile properties (initial): To evaluate the mechanical properties of rubber, tensile properties of a dumbbell-shaped specimen (ASTM D-412-89C type) were tested before and after aging (aging: left at 80°C for 7 days).
* DMA: 고무에 반복 응력을 가했을 때 고무의 응답(점탄성)을 측정하고, ASTM D-2231-87에 의거하여 평가하였다.* DMA: When repeated stress was applied to the rubber, the response (viscoelasticity) of the rubber was measured and evaluated according to ASTM D-2231-87.
* 접착 특성 : 고무와 스틸 코드 사이의 접착력 평가는 ASTM D2229-80 방식에 의거하여 실시하였고, 스틸 코드가 고무로부터 인발(뽑힘)될 때의 힘 및 고무 Coverage로 평가 평가하였다(T-test).* Adhesion properties: The adhesion between rubber and steel cord was evaluated according to the ASTM D2229-80 method, and was evaluated based on the force and rubber coverage when the steel cord was pulled out from the rubber (T-test).
* 물성, DMA, 접착특성은 상대 백분율 %로 표시하였고, 높을수록 우수한 특성을 나타낸다.* Physical properties, DMA, and adhesive properties are expressed as relative percentages, with higher values indicating better properties.
상기 표 2의 실험결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 따르는 타이어 비드용 고무조성물의 실시예 2는 종래 산화아연 5 중량부, 스테아린산 1.5 중량부 사용한 경우와 비교하여 나노 징크 실리케이트를 단독으로 사용할 경우에 경도, Modulus, T.S, 특성에서 우수하고, 노화 측면에서 우수함을 알 수 있다. As can be seen from the experimental results in Table 2, Example 2 of the rubber composition for tire beads according to the present invention has a higher yield when nano zinc silicate is used alone compared to the conventional case of using 5 parts by weight of zinc oxide and 1.5 parts by weight of stearic acid. It can be seen that it is excellent in hardness, modulus, T.S., and characteristics, and is excellent in terms of aging.
이에 반하여 비교예2와 같이 마이크로 크기의 징크 실리케이트를 사용할 경우 비교예 1에 비하여 차별적인 효과의 증가가 미미함을 알 수 있다.On the other hand, when using micro-sized zinc silicate as in Comparative Example 2, it can be seen that the increase in differential effect is minimal compared to Comparative Example 1.
또한 실시예 1과 같이 소량 사용할 경우나 실시예 3과 같이 과량으로 사용할 경우 물성이 향상되기는 하나 실시예 2의 경우보다 부진함을 알 수 있다.In addition, when used in a small amount as in Example 1 or in an excessive amount as in Example 3, the physical properties are improved, but it can be seen that they are poorer than those in Example 2.
상기 표 3은 완제품 비드 내구력 시험 결과를 나타낸 것이다. 통상적인 방법으로 P225/45 R17 TA71 PCR 규격에 실시예를 적용 비교 평가하였는데, 실시예 1, 2, 3이 비교예 1, 2에 비하여 내구 성능이 향상되었음을 알 수 있다.Table 3 above shows the results of the finished product bead durability test. The examples were compared and evaluated using the P225/45 R17 TA71 PCR standard in a conventional manner, and it can be seen that the durability performance of Examples 1, 2, and 3 was improved compared to Comparative Examples 1 and 2.
Claims (4)
상기 보강제는 나노 징크 실리케이트인 것을 특징으로 하는 타이어 비드용 고무조성물.
Reinforcing agents are included in the raw rubber,
A rubber composition for tire beads, wherein the reinforcing agent is nano zinc silicate.
상기 나노 징크 실리케이트는 그 평균입자크기 80 내지 100㎚인 것을 특징으로 하는 타이어 비드용 고무조성물.
According to claim 1,
The nano zinc silicate is a rubber composition for tire beads, characterized in that the average particle size is 80 to 100 nm.
상기 나노 징크 실리케이트는 몬모릴로나이트(Montmorillonite clay) 형태로 아연 이온(Zn2+)이 치환된 것을 특징으로 하는 타이어 비드용 고무조성물.
According to claim 1,
The nano zinc silicate is a rubber composition for tire beads, characterized in that zinc ions (Zn 2+ ) are substituted in the form of montmorillonite clay.
A tire comprising the rubber composition for tire beads according to any one of claims 1 to 3.
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