CN103732670A - 轮胎用橡胶组合物及充气轮胎 - Google Patents
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Abstract
提供一种轮胎用橡胶组合物以及使用其的充气轮胎,该轮胎用橡胶组合物可以平衡良好地改善驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性。本发明涉及一种轮胎用橡胶组合物,其包含二烯系橡胶、BET比表面积为170~270m2/g的二氧化硅、硫以及软化点为-20~45℃的液态树脂,相对于100质量份的橡胶成分,所述液态树脂的含量为0.5~20质量份,所述二氧化硅的含量为40~120质量份。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎用橡胶组合物以及使用其的充气轮胎。
背景技术
人们尝试在轮胎用橡胶组合物中混合BET比表面积较大的二氧化硅(微粒子二氧化硅)提高抓地性能、低燃耗性和耐磨性。然而,微粒子二氧化硅的凝聚力较强,难以均一地分散在橡胶组合物中。因此,橡胶组合物中的微粒子二氧化硅的分散性较低,存在混合有微粒子二氧化硅的橡胶组合物的断裂伸长率降低的问题。
虽然二氧化硅制造商试图调整微粒子二氧化硅的表面活性、粒径分布来提高二氧化硅的分散性,但仍未获得令人满意的微粒子二氧化硅的分散性。此外,在混合用于二氧化硅的末端被改性的改性聚合物时,还存在在二氧化硅充分分散前聚合物与二氧化硅发生结合、反而妨碍二氧化硅的分散的情况。
因此,希望提供使微粒子二氧化硅均一分散在橡胶中并且具有优异的断裂伸长率的混合橡胶。
另一方面,在轮胎用橡胶组合物中,硫被广泛使用。然而,因为硫溶解于聚合物中时以S8结构具有熔点113℃、与二硫化碳近似(SP值10)的极性,故一般难以均一分散在被广泛用于轮胎用橡胶组合物中的低极性(SP值8-9)的天然橡胶、丁二烯橡胶、丁苯橡胶等二烯系橡胶中。
因此,提出一种方法,其通过使用含硫的混合交联剂(1,6-二(N,N’-二苯甲基硫代氨基甲酰基二硫)己烷)、烷基苯酚·氯化硫缩合物等来减少S8的使用量,但含硫的混合交联剂通常是价格昂贵的,此外,烷基苯酚·氯化硫缩合物的分散性较差,断裂伸长率和耐磨性恶化。
因此,希望提供使硫均一分散在橡胶中并且具有优异的断裂伸长率的混合橡胶。
另一方面,在各种轮胎部件中,驾驶稳定性和低燃耗性等性能也被要求,例如,提出使用与填料之间具有较强结合力的锡改性丁二烯橡胶维持驾驶稳定性的同时,改善低燃耗性。
然而,按照前述各种方法,断裂伸长率的改善效果是不能令人满意的,对于平衡良好地得到驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率和耐磨性方面,需要进一步地改善。例如,虽然专利文献1中公开了使用特定的丁苯橡胶和香豆酮-茚树脂改善抓地性能等,但对驾驶稳定性、低燃耗性、断裂伸长率的改善没有研究。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2006-124601号公报。
发明内容
本发明所要解决的问题
本发明的目的在于解决上述问题,并且提供一种轮胎用橡胶组合物以及使用其的充气轮胎,该橡胶组合物可以平衡良好地改善驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率和耐磨性。
用于解决问题的手段
本发明涉及一种轮胎用橡胶组合物,该橡胶组合物包含二烯系橡胶、BET比表面积为170~270m2/g的二氧化硅、硫以及软化点为-20~45℃的液态树脂,相对于100质量份的橡胶成分,上述液态树脂的含量为0.5~20质量份,上述二氧化硅的含量为40~120质量份。
上述液态树脂优选为液态香豆酮-茚树脂和/或液态萜烯系树脂。
上述轮胎用橡胶组合物优选包含选自于由软化点为46~160℃的萜烯树脂、软化点为46~140℃的松香树脂以及软化点为46~140℃的芳香族石油树脂中的至少1种树脂。
优选为上述芳香族石油树脂为香豆酮-茚树脂、茚树脂和/或芳香族乙烯基聚合物,上述芳香族乙烯基聚合物为聚合α-甲基苯乙烯和/或苯乙烯而获得的树脂。
上述二氧化硅的BET比表面积优选为190~250m2/g。
上述轮胎用橡胶组合物中,相对于100质量份的橡胶成分,氧化锌的含量优选为0.5~2.9质量份。
上述橡胶组合物优选用作胎面用橡胶组合物。
本发明还涉及使用上述橡胶组合物的充气轮胎。
发明效果
由于根据本发明的轮胎用橡胶组合物包含二烯系橡胶、规定量的具有特定BET比表面积的二氧化硅、硫、以及规定量的具有特定软化点的液态树脂,故通过在轮胎部件(特别是胎面)中使用该橡胶组合物,可提供具有良好平衡的驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性优异的充气轮胎。
具体实施方式
本发明的轮胎用橡胶组合物是在二烯系橡胶、规定量的BET比表面积为170~270m2/g的二氧化硅(微粒子二氧化硅)以及硫中混合规定量的软化点为-20~45℃的液态树脂形成的物质。由此,可以平衡良好地改善驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率和耐磨性。其理由虽然不一定很清楚,但推测如下。
虽然难以使微粒子二氧化硅和硫均一分散在含有二烯系橡胶的橡胶组合物中,但如果将具有特定软化点的液态树脂与微粒子二氧化硅和硫混合在一起,则通过该树脂本身的良好的分散性和对二烯系橡胶的聚合物链适度给予润滑性,由此在二烯系橡胶的聚合物链与微粒子二氧化硅、硫之间产生适度的润滑性,在混炼步骤中,二氧化硅和硫被均一分散在橡胶组合物整体中。另外,由于硫是均一分散的,故硫化工序中聚合物之间的交联被均一化。
这样,通过向二烯系橡胶、微粒子二氧化硅和硫中混合具有特定软化点的液态树脂,从而消除微粒子二氧化硅的分散不良,更进一步地,由于聚合物之间的交联被均一化,故得到良好的断裂伸长率,可以平衡良好地改善驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率和耐磨性。
特别地,如果使用具有特定软化点的液态香豆酮-茚树脂作为液态树脂,则由于该树脂与硫(特别地,液态香豆酮-茚树脂中包含的氧原子与硫)之间通过范德华力彼此吸引,故硫表面被该树脂涂覆,硫的表面能降低(内聚力(cohesive force)降低)。结果是,由于硫表面与二烯系橡胶之间的SP值的差变小,故进一步促进了硫的分散,同时通过该树脂本身的良好分散性和对二烯系橡胶的聚合物链给予润滑性,从而在混炼工序中,硫更均一地分散在橡胶组合物整体中,聚合物之间的交联通过硫化工序被进一步均一化,更好地获得上述性能的提高效果。
本发明的橡胶组合物包含二烯系橡胶作为橡胶成分。作为二烯系橡胶,可例举天然橡胶(NR)、环氧化天然橡胶(ENR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁二烯橡胶(BR)、丁苯橡胶(SBR)、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶(SIBR)、氯丁橡胶(CR)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)等。此外,作为橡胶成分,可混合除了二烯系橡胶以外的橡胶成分(例如三元乙丙橡胶(EPDM)、丁基橡胶(IIR)等)。这些橡胶成分可单独使用,也可以两种以上并用。其中,基于平衡良好地获得驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性的理由,NR、BR和SBR是优选的,更优选并用BR和SBR,更进一步优选并用NR、BR和SBR。通过将NR与BR、SBR混合在一起,从而平衡更良好地得到驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性。
BR没有特别限定,可使用轮胎工业中通常使用的那些,例如日本ゼオン株式会社制造的BR1220、宇部兴产株式会社制造的BR150B等高顺式含量BR、宇部兴产株式会社制造的VCR412、VCR617等的含有1,2-间同立构的聚丁二烯晶体(SPB)的BR、使用稀土类元素系催化剂合成的丁二烯橡胶(稀土类BR)等。其中,基于平衡良好地获得低燃耗性和断裂伸长率的理由,稀土类系BR是优选的。
作为上述稀土类元素系催化剂,可使用公知的那些,例如可列举镧系列稀土类元素化合物、有机铝化合物、铝氧烷、含卤素的化合物以及视需要包含路易斯碱的催化剂。其中,作为镧系列稀土类元素化合物,特别优选使用了含钕(Nd)化合物的Nd系催化剂。
作为镧系列稀土类元素化合物,可列举原子序数为57-71的稀土类金属的卤化物、羧酸盐、醇盐、硫代醇盐、酰胺等。其中,如上所述,Nd系催化剂的使用可获得高顺式含量、低乙烯基含量的BR,故其是优选的。
作为有机铝化合物,可使用AlRaRbRc(式中,Ra、Rb和Rc可以是相同或不同的,表示氢或碳原子数1~8的烃基)所示的物质。作为铝氧烷,可例举链状铝氧烷、环状铝氧烷。作为含卤素化合物,可列举AlXkRd 3-k(式中,X为卤素,Rd为碳原子数1~20的烷基、芳基或芳烷基,k表示1、1.5、2或3)所示的卤化铝;Me3SrCl、Me2SrCl2、MeSrHCl2、MeSrCl2等的卤化锶;四氯化硅、四氯化锡、四氯化钛等的金属卤化物。路易斯碱用于将镧系列稀土类元素化合物络合化(complexation),优选使用乙酰丙酮、酮、醇等。
上述稀土类元素系催化剂可以在丁二烯聚合时,以溶解于有机溶剂(正己烷、环己烷、正庚烷、甲苯、二甲苯、苯等)的状态被使用,也可通过承载在二氧化硅、氧化镁、氯化镁等合适的载体上被使用。作为聚合条件,可以为溶液聚合或本体聚合,优选的聚合温度为-30~150℃,聚合压力可根据其他条件任意选择。
上述稀土类系BR的重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)之间的比(Mw/Mn)优选为1.2以上,更优选1.5以上。如果其低于1.2,则具有加工性的恶化变得显著的倾向。该Mw/Mn优选为5以下,更优选4以下。如果其超过5,则具有耐磨性的改善效果降低的倾向。
上述稀土类BR的Mw优选为30万以上,更优选50万以上,此外优选150万以下,更优选120万以下。此外,上述稀土类BR的Mn优选为10万以上、更优选15万以上,此外优选100万以下,更优选80万以下。如果Mw或Mn低于其下限,则具有耐磨性降低,或低燃耗性劣化的倾向。如果超过其上限,则加工性的恶化令人担忧。
此处,在本发明中,Mw、Mn是使用凝胶渗透色谱法(GPC)通过标准聚苯乙烯换算的值。
上述稀土类BR的顺式含量优选为90质量%以上,更优选93质量%以上,更进一步优选95质量%以上。如果其低于90质量%,则耐磨性可能降低。
上述稀土类BR的乙烯基含量优选为1.8质量%以下,更优选1.0质量%以下,更进一步优选0.5质量%以下,特别优选0.3质量%以下。如果其超过1.8质量%,则耐磨性可能降低。
此处,在本发明中,稀土类BR的乙烯基含量(1,2-结合丁二烯单元量)及顺式含量(顺式-1,4-结合丁二烯单元量)可通过红外吸收光谱分析法测定。
100质量%的橡胶成分中,BR的含量优选为5质量%以上,更优选15质量%以上。如果其低于5质量%,则耐磨性具有降低的倾向。该BR的含量优选为50质量%以下,更优选35质量%以下。如果其超过50质量%,则有加工性的恶化变显著的倾向。
作为SBR,没有特别限定,可列举乳液聚合SBR(E-SBR)、溶液聚合SBR(S-SBR)、通过伯氨基等改性的改性SBR等。其中,基于驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性的提高效果高的理由,改性SBR是优选的。
作为改性SBR,优选使用通过锡或硅等偶联的物质。例如,作为改性SBR的偶联方法,可例举如下方法等:按照常规方法,使改性SBR的分子链末端的碱金属(Li等)或碱土类金属(Mg等)与卤化锡或卤化硅等反应。
此外,作为改性SBR,还优选具有伯氨基或烷氧基甲硅烷基的苯乙烯及丁二烯的共聚物。伯氨基可结合在聚合引发末端、聚合结束末端、聚合物主链、侧链中的任意一个中,但考虑到可以抑制能量从聚合物末端损失来改善滞后损耗特性,优选将伯氨基引入到聚合引发末端或聚合结束末端中。
改性SBR中尤其适宜使用通过下式(1)所示的化合物将溶液聚合的丁苯橡胶(S-SBR)的聚合末端(活性末端)改性所形成的物质(改性S-SBR(日本专利特开2010-111753号公报中记载的改性SBR))。由此,容易控制聚合物的分子量,可减少使tanδ增大的低分子量成分,此外可以增强二氧化硅与聚合物链之间的结合,进一步提高驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率。
【化学式1】
(式中,R1、R2和R3相同或不同,表示烷基、烷氧基(优选碳原子数为1~8、更优选碳原子数为1~6、更进一步优选碳原子数为1~4的烷氧基)、甲硅烷氧基、缩醛基、羧基(-COOH)、巯基(-SH)或它们的衍生物。R4和R5相同或不同,表示氢原子或烷基(优选碳原子数为1~4的烷基)。n表示整数(优选为1~5,更优选2~4,更进一步优选3))。
作为R1、R2和R3,优选烷氧基,作为R4和R5,优选烷基。于是,可获得优异的驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性。
作为上述式(1)所示的化合物的具体例子,可列举3-氨基丙基二甲基甲氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-二甲基氨基乙基三甲氧基硅烷、3-二乙基氨基丙基三甲氧基硅烷、3-二甲基氨基丙基三甲氧基硅烷等。这些可单独使用或,也可以两种以上并用。
作为使用上述式(1)所示的化合物(改性剂)进行的丁苯橡胶的改性方法,可使用现有公知方法例如日本专利特公平6-53768号公报、特公平6-57767号公报、特表2003-514078号公报等中记载的方法等。例如,使丁苯橡胶与改性剂接触即可,可列举通过阴离子聚合合成丁苯橡胶后,向该聚合物橡胶溶液中添加规定量的改性剂,使丁苯橡胶的聚合末端(活性末端)与改性剂反应的方法,以及通过在丁苯橡胶溶液中添加改性剂进行反应的方法等。
SBR的结合苯乙烯量优选为35质量%以下,更优选30质量%以下。如果其超过35质量%,则低燃耗性可能恶化。此外,SBR的结合苯乙烯量优选为15质量%以上,更优选23质量%以上。如果其低于15质量%,则有抓地性能、硫化返原性劣化的倾向。
此处,苯乙烯量通过H1-NMR测定算出。
100质量%橡胶成分中的SBR的含量优选为50质量%以上,更优选65质量%以上。如果其低于50质量%,则湿抓地性能、低燃耗性可能会恶化。该SBR的含量优选为90质量%以下,更优选85质量%以下。如果其超过90质量%,则并用的橡胶成分的含量降低,可能不能充分获得驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性的提高效果。
作为NR,没有特别限定,例如,可使用轮胎工业中常用的那些例如SIR20、RSS#3、TSR20等。
100质量%橡胶成分中的NR的含量优选为5~25质量%,更优选5~15质量%。如果NR的含量在上述范围内,则可以平衡更良好地获得驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性。
本发明的橡胶组合物包含硫。作为硫,可列举粉末硫、沉降硫、胶态硫、不溶性硫、高分散性硫等。
相对于100质量份的橡胶成分,硫的含量优选为0.5质量份以上,更优选1.3质量份以上,此外,该含量优选为2质量份以下,更优选1.7质量份以下。如果其在上述范围内,则可获得出色的驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性。
本发明的橡胶组合物包含BET比表面积为170~270m2/g的二氧化硅(微粒子二氧化硅)。
微粒子二氧化硅的BET比表面积优选为190m2/g以上,更优选195m2/g以上,更进一步优选210m2/g以上。如果其BET比表面积低于170m2/g,则不能获得充分提高驾驶稳定性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性的效果。该BET比表面积优选为250m2/g以下,更优选245m2/g以下。如果其BET比表面积超过270m2/g,则分散性劣化,不能获得充分提高驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性的效果。
此外,在本说明书中,二氧化硅的BET比表面积根据ASTM D3037-81测定。
相对于100质量份的橡胶成分,微粒子二氧化硅的含量为40质量份以上,优选50质量份以上。如果其低于40质量份,则不能获得充分改善驾驶稳定性、低燃料性能、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性的效果。该含量为120质量份以下,优选110质量份以下,更优选100质量份以下,更进一步优选85质量份以下。如果其含量超过120质量份,则分散性恶化,驾驶稳定性、低燃耗性、断裂伸长率、耐磨性降低。
本发明中,可将微粒子二氧化硅以外的二氧化硅(大粒径二氧化硅)与微粒子二氧化硅一起混合。由此,可进一步提高驾驶稳定性、低燃耗性、耐磨性。此外,微粒子二氧化硅以外的二氧化硅的BET比表面积优选为100~130m2/g。
在该情况,相对于100质量份的橡胶成分,二氧化硅的总含量优选为50质量份以上,更优选55质量份以上。此外,该总含量优选为150质量份以下,更优选120质量份以下,更进一步优选90质量份以下。在低于其下限的情况或在超过其上限的情况,具有与前述微粒子二氧化硅的混合量相同的倾向。
本发明的橡胶组合物优选将硅烷偶联剂与二氧化硅一起并用。作为硅烷偶联剂,可使用传统上在橡胶工业中与二氧化硅并用的任意的硅烷偶联剂,例如,可例举二(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫醚等硫醚系、3-巯基丙基三甲氧基硅烷等、乙烯系硅烷偶联剂比如乙烯基三乙氧基硅烷、氨基系硅烷偶联剂比如3-氨基丙基三乙氧基硅烷等的巯基系、乙烯基三乙氧基硅烷等的乙烯基系、3-氨基丙基三乙氧基硅烷等的氨基系、γ-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷的环氧丙氧系、3-硝基丙基三甲氧基硅烷等的硝基系、3-氯丙基三甲氧基硅烷等的氯系等。这些可单独使用,也可以两种以上地组合使用。其中,硫醚系是优选的,二(3-三乙氧基甲硅烷基)二硫醚是更优选的。
相对于100质量份的二氧化硅,硅烷偶联剂的含量优选为3质量份以上,更优选5质量份以上,更进一步优选8质量份以上。如果其低于3质量份,则耐磨性、断裂伸长率和粘度(加工性)具有恶化的倾向。此外,该硅烷偶联剂的含量优选为20质量份以下,更优选15质量份以下。如果其含量超过20质量份,则有不能获得与成本增加相对应的效果的倾向。
本发明的橡胶组合物包含软化点为-20~45℃的液态树脂。上述液态树脂优选替换为油后混合。
上述液态树脂的软化点为-20℃以上,优选-10℃以上。如果其低于-20℃,则不能充分地获得改善低燃耗性、断裂伸长率、驾驶稳定性的效果。该软化点为45℃以下,优选40℃以下。如果其超过45℃,则低燃耗性、断裂伸长率、耐磨性会恶化。
此处,液态树脂的软化点使用环球式软化点测定装置测定JIS K6220-1:2001中规定的软化点时球落下时的温度。
作为液态树脂,只要是具有上述软化点的树脂就没有特别限定,例如可列举液态芳香族石油树脂(具有上述软化点的芳香族石油树脂(特别地,液态香豆酮-茚树脂(具有上述软化点的香豆酮-茚树脂))、液态萜烯树脂(具有上述软化点的萜烯树脂)、液态松香树脂(具有上述软化点的松香树脂)等。其中,基于适宜地获得本发明的效果的理由,液态芳香族石油树脂(特别地,液态香豆酮-茚树脂)、液态萜烯树脂是优选的,液态香豆酮-茚树脂是更优选的。
上述芳香族石油树脂是指通过聚合碳原子数为8~10个(C8-10)的芳香族馏分获得的树脂,该芳香族馏分通常通过石脑油的热分解而获得并且以乙烯基甲苯、茚、甲基茚为主要单体。此处,作为芳香族馏分的其他例子,可列举α-甲基苯乙烯、β-甲基苯乙烯等苯乙烯同系物或者苯乙烯。此外,上述芳香族石油树脂可包含香豆酮单元。此外,也可包含脂肪族烯烃单元、苯酚单元、甲酚单元。
作为芳香族石油树脂,可例举香豆酮-茚树脂、茚树脂、芳香族乙烯基聚合物(通过聚合α-甲基苯乙烯和/或苯乙烯获得的树脂)、C9烃树脂等。其中,基于适宜地获得本发明的效果的利用,香豆酮-茚树脂是优选的。也就是说,具有上述软化点的香豆酮-茚树脂是优选的。
上述香豆酮-茚树脂是包含作为构成树脂骨架(主链)的单体成分的香豆酮和茚的树脂,作为香豆酮、茚以外被包含在其骨架中的单体成分,可列举苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基茚、乙烯基甲苯等。
作为上述萜烯树脂,可例举聚萜烯树脂、萜烯酚醛树脂,聚萜烯树脂是优选的。也就是说,作为液态萜烯树脂,液态聚萜烯树脂(具有上述软化点的聚萜烯树脂)是优选的。
聚萜烯树脂是通过聚合萜烯化合物获得的树脂及其氢化物。萜烯化合物为以(C5H8)n组成表示的烃类及其含氧衍生物,是以被分类为单萜烯(C10H16)、倍半萜烯(C15H24)、二萜烯(C20H32)等的萜烯为基本骨架的化合物,例如可例举α-蒎烯、β-蒎烯、二戊烯、柠檬烯、月桂烯、别罗勒烯、罗勒烯、α-水芹烯、α-萜品烯、γ-萜品烯、异松油烯、1,8-桉树脑、1,4-桉树脑、α-萜品醇、β-萜品醇、γ-萜品醇等。
作为聚萜烯树脂,除了以上述萜烯化合物为原料的α-蒎烯树脂、β-蒎烯树脂、柠檬烯树脂、二戊烯树脂、β-蒎烯/柠檬烯树脂等的萜烯树脂之外,还可列举对该萜烯树脂进行氢化处理所获得的氢化萜烯树脂。其中,基于抓地性能优异的理由,柠檬烯树脂是优选的。
作为萜烯酚醛树脂,可例举以上述萜烯化合物和酚系化合物为原料的树脂,具体地,可例举使上述萜烯化合物、酚系化合物与福尔马林缩合而获得的树脂。其中,作为酚系化合物,例如,可例举苯酚、双酚A、甲酚、二甲酚等。
作为松香系树脂,可使用各种公知的物质,例如脂松香、木松香和妥尔油松香等的原料松香(material rosins);原料松香的歧化产物;原料松香经加氢处理后的稳定化松香;聚合松香等的松香类、松香类的酯化物(松香酯树脂)、苯酚改性的松香类、不饱和酸(马来酸等)改性的松香类、松香类经还原处理的甲酰化松香类等。
相对于100质量份的橡胶成分,上述液态树脂的含量为0.5质量份以上,优选1质量份以上。如果其低于0.5质量份,则不能获得充分改善驾驶稳定性、低燃耗性、断裂伸长率、耐磨性的效果。该含量为20质量份以下,优选10质量份以下,更优选6质量份以下。如果其含量超过20质量份,则硬度不足,驾驶稳定性会恶化。
本发明的橡胶组合物优选包含选自由软化点为46~160℃的萜烯树脂、软化点为46~140℃的松香树脂以及软化点为46~140℃的芳香族石油树脂组成的组中的至少一种树脂。由此可适宜地提高驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性。推测这是因为这些树脂以100nm-1μm的球体分布在橡胶组合物中,然后抓地时显示出物理的抓地(例如,钉牢效果(spike effects)。在路面温度较高的情况下,树脂溶解导致的粘合带效果(adhesive tapeeffects))。
作为选自于上述组中的树脂,优选萜烯树脂、芳香族石油树脂。萜烯树脂具有较高的改善湿抓地性能、低燃耗性的效果,芳香族石油树脂具有较高的改善湿抓地性能的效果。
相对于100质量份的橡胶成分,选自上述组中的树脂的总含量优选为1质量份以上,更优选2质量份以上。该总含量优选20质量份以下,更优选10质量份以下,更进一步优选6质量份以下。如果该总含量在上述范围内,则可适宜地提高驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性。
软化点为46~160℃的萜烯树脂与上述液态萜烯树脂仅软化点不同,作为该萜烯树脂,可以适宜地使用聚萜烯树脂、萜烯酚醛树脂。
此外,基于抓地性能优异的理由,作为该聚萜烯树脂,优选柠檬烯树脂。
萜烯树脂的软化点优选为46℃以上,更优选80℃以上,更进一步优选100℃以上。如果其低于46℃,则抓地性能的提高效果可能会降低。此外,该软化点优选160℃以下,更优选135℃以下。如果其超过160℃,则树脂的分散性降低,断裂伸长率、耐磨性可能会降低。
作为选自上述组的树脂,在仅混合萜烯系树脂的情况下,萜烯树脂的优选的混合量与上述选自上述组的树脂的总含量相同。
软化点为46~140℃的松香树脂与上述液态松香树脂仅软化点不同,基于平衡良好地获得驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性方面,脂松香是优选的。
松香树脂的软化点优选为46℃以上,更优选50℃以上,更进一步优选55℃以上。如果其低于46℃,则抓地性能的提高效果可能会降低。此外,该软化点优选140℃以下,更优选100℃以下,更进一步优选80℃以下。如果其超过140℃,则树脂的分散性降低,断裂伸长率、耐磨性可能降低。
作为选自上述组的树脂,在仅混合松香树脂的情况下,松香树脂的优选混合量与上述选自上述组的树脂的总含量相同。
上述软化点为46~140℃的芳香族石油树脂是指通过将碳原子数为8-10个(C8-10)的芳香族馏分聚合而获得的树脂中软化点为46~140℃的树脂,该芳香族馏分通常通过热分解石脑油获得并且以乙烯基甲苯、茚和甲基茚为主要单体。此处,作为芳香族馏分的其他例子,可列举α-甲基苯乙烯、β-甲基苯乙烯等苯乙烯同系物或者苯乙烯。此外,上述芳香族系石油树脂可包含香豆酮单元。此外,其也可包含脂肪族烯烃单元、苯酚单元、甲酚单元。
芳香族石油树脂的软化点为46℃以上,优选60℃以上,更优选70℃以上,更进一步优选80℃以上,特别优选90℃以上。如果其低于46℃,则抓地性能的提高效果可能会降低。此外,该软化点为140℃以下,优选130℃以下。如果其超过140℃,则树脂的分散性降低,断裂伸长率、耐磨性可能降低。
作为芳香族石油树脂,可例举香豆酮-茚树脂、茚树脂、芳香族乙烯基聚合物(聚合α-甲基苯乙烯和/或苯乙烯而获得的树脂)、C9烃树脂等。其中,从平衡良好地获得驾驶稳定性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性方面,优选香豆酮-茚树脂、茚树脂、芳香族乙烯基聚合物,更优选香豆酮-茚树脂、芳香族乙烯基聚合物。此外,还优选并用香豆酮-茚树脂、芳香族乙烯基聚合物。
作为上述芳香族石油树脂的香豆酮-茚树脂与上述液态香豆酮-茚树脂仅软化点不同。作为选自上述组的树脂,在仅混合作为上述芳香族石油树脂的香豆酮-茚树脂时,该香豆酮-茚树脂的优选的混合量与上述选自上述组的树脂的总含量相同。
上述芳香族乙烯基聚合物中,使用苯乙烯、α-甲基苯乙烯作为芳香族乙烯基单体(单元),可以是各个单体的均聚物、两个单体的共聚物中的任何一种。作为上述芳香族乙烯基聚合物,基于经济、容易加工、湿抓地性能优异的理由,优选α-甲基苯乙烯或苯乙烯的均聚物或者α-甲基苯乙烯与苯乙烯的共聚物,更优选α-甲基苯乙烯与苯乙烯的共聚物。
作为上述芳香族乙烯基聚合物,可合适地使用市售品,例如Arizona chemical公司制造的SYLVARES SA85、SA100、SA120和SA140E、Eastman chemical公司制造的R2336等。
芳香族乙烯基聚合物的软化点优选为46℃以上,更优选60℃以上,更进一步优选70℃以上。如果其低于46℃,则湿抓地性能可能会降低。此外,该软化点优选为140℃以下,更优选100℃以下。如果其超过140℃,则低燃耗性可能恶化。
此外,萜烯树脂、松香树脂、芳香族石油树脂、芳香族乙烯基聚合物的软化点是以环球式软化点测定装置测定JIS K6220-1:2001中规定的软化点时球落下的温度。
作为选自上述组的树脂,在仅混合芳香族乙烯基聚合物时,芳香族乙烯基聚合物的优选的混合量与上述选自上述组的树脂的总含量相同。
本发明的橡胶组合物优选包含炭黑。由此可获得良好的补强性,从而获得优异的驾驶稳定性、断裂伸长率、耐磨性。
炭黑的氮吸附比表面积(N2SA)优选为40m2/g以上、更优选90m2/g以上。如果其低于40m2/g,则可能不能获得充分的断裂伸长率、耐磨性。该N2SA优选为200m2/g以下,更优选130m2/g以下。如果其超过200m2/g,则可能不能获得充分的低燃耗性。
此处,炭黑的N2SA通过JIS K6217-2:2001获得。
相对于100质量份的橡胶成分,炭黑的含量优选为3质量份以上。如果其低于3质量份,则可能不能获得充分的补强性。该含量优选为50质量份以下,更优选10质量份以下。如果其超过50质量份,则可能不能获得充分的低燃耗性。
相对于100质量份的橡胶成分,氧化锌的含量优选为0.5质量份以上,更优选1.2质量份以上,更进一步优选1.5质量份以上。如果其低于0.5质量份,则有不能获得充分的驾驶稳定性、低燃耗性、断裂伸长率和加工时的粘度(加工性)的倾向。此外,该氧化锌的含量优选为2.9质量份以下,更优选2.7质量份以下。如果其超过2.9质量份,则有不能获得充分的耐磨性的倾向。
除前述成分以外,本发明的橡胶组合物中可适当地混合在橡胶组合物的制造中通常使用的混合剂,例如,硬脂酸、各种防老剂、蜡、油、硫化剂、硫化促进剂等。
基于充分获得本发明的效果方面,相对于100质量份的橡胶成分,油、液态树脂和选自上述组的树脂的总含量优选为2~30质量份,更优选6~25质量份。
本发明的橡胶组合物通过通常的方法制造。也就是说,可通过如下方法等制造:使用班伯里密炼机或捏合机、开式辊轧机等混炼前述各成分,然后进行硫化。该橡胶组合物可用于轮胎的各部件中,其中可适宜地用于胎面中。
本发明的充气轮胎通过通常的方法使用上述橡胶组合物制造。
即,在未硫化阶段,将混入了前述成分的橡胶组合物挤出加工成各轮胎部件例如胎面等的形状,在轮胎成型机上,通过通常的方法将其与其他轮胎部件一起成形,从而形成未硫化轮胎。在硫化机中,通过对该未硫化轮胎进行加热加压来获得轮胎。
[实施例]
基于实施例,对本发明进行具体说明,但本发明并不仅限于这些。
下面,对实施例和比较例中使用的各化学品进行汇总说明。
BR:LANXESS株式会社制造的CB24(使用Nd系催化剂合成的BR(Nd系BR),顺式含量:96质量%,乙烯基含量:0.7质量%,ML1+4(100℃):45,Mw/Mn:2.69,Mw:50万,Mn:18.6万)
SBR:JSR株式会社制造的HPR355(改性S-SBR,乙烯基结合量:27质量%,以烷氧基硅烷偶联并导入至末端,通过上述式(1)所示的化合物改性SBR的聚合末端获得的改性S-SBR),NR:TSR20
炭黑:Cabot Japan株式会社制造的SHOBLACK N220(N2SA:111m2/g)
二氧化硅1:Rhodia株式会社制造的Zeosil1085Gr(BET比表面积:90m2/g)
二氧化硅2:Rhodia株式会社制造的Zeosil1115Gr(BET比表面积:115m2/g)
二氧化硅3:Rhodia株式会社制造的Zeosil1165MP(BET比表面积:165m2/g)
二氧化硅4:Evonik Degussa株式会社制造的Ultrasil VN3(BET比表面积:175m2/g)
二氧化硅5:Rhodia株式会社制造的Zeosil Premium200MP(BET比表面积:215m2/g)
二氧化硅6:Evonik Degussa株式会社制造的U9000Gr(BET比表面积:235m2/g)
二氧化硅7:Tokuyama株式会社制造的试验品(BET比表面积:260m2/g)
二氧化硅8:Tokuyama株式会社制造的试验品(BET比表面积:280m2/g)
香豆酮-茚树脂1:Rutgers Chemicals株式会社制造的NOVARES C10(液态香豆酮-茚树脂,软化点:5~15℃)
香豆酮-茚树脂2:Rutgers Chemicals株式会社制造的NOVARES C30(液态香豆酮-茚树脂,软化点:20~30℃)
香豆酮-茚树脂3:Rutgers Chemicals株式会社制造的NOVARES C80(液态香豆酮-茚树脂,软化点:75~85℃)
香豆酮-茚树脂4:Rutgers Chemicals株式会社制造的NOVARES C100(香豆酮-茚树脂,软化点:95~105℃)
香豆酮-茚树脂5:Rutgers Chemicals株式会社制造的NOVARES C120(香豆酮-茚树脂,软化点:115~125℃)
石油系C5树脂:丸善石油化学株式会社制造的MARUKAREZ树脂T-100AS(C5系石油树脂,软化点:102℃),
芳香族乙烯基聚合物:Arizona chemical公司制造的SYLVARES SA85(α-甲基苯乙烯与苯乙烯的共聚物,软化点:85℃,Mw:1000)
聚萜烯树脂1:Arizona chemical公司制造的Sylvares TRA25(液态聚萜烯树脂,软化点:25℃)
聚萜烯树脂2:Arizona chemical公司制造的Sylvares TR5147(聚萜烯树脂(柠檬烯树脂),软化点:115℃)
萜烯酚醛树脂:Arizona chemical公司制造的Sylvares TP115(萜烯酚醛树脂,软化点:115℃,羟值:50KOHmg/g)
脂松香树脂:荒川化学工业株式会社制造的中国脂松香WW(脂松香树脂,软化点:60℃)石油系C9树脂:Rutger chemical Gmbb公司制造的TT120(C9烃树脂,软化点:120℃)TDAE:H&R公司制造的VIVATEC500
蜡:日本精蜡株式会社制造的Ozoace355
防老剂:住友化学株式会社制造的ANTIGENE6C(N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-对苯二胺)TMQ:大内新兴化学工业株式会社制造的NOCRAC224
硬脂酸:日油株式会社制造的硬脂酸“椿”
氧化锌:东邦亚铅株式会社制造的银岭R
硅烷偶联剂:Evonik Degussa株式会社制造的Si75(二(3-三乙氧基硅烷基丙基)二硫醚)含5%油的粉末硫:细井化学工业株式会社制造的HK-200-5
TBBS:大内新兴化学工业株式会社制造的NOCCELER NS(N-叔丁基-2-苯并噻唑基次磺酰胺)
DPG:大内新兴化学工业株式会社制造的NOCCELER D(二苯基胍)
实施例及比较例
按照表1及2中所示的配方,使用1.7升的班伯里密炼机,在完成填料化学品的投入后,将硫和硫化促进剂之外的物质混炼5分钟,在达到150℃的最高温度时,将其排出。接着,使用开式辊轧机,向获得的混炼物中添加硫和硫化促进剂,并在95℃下混炼5分钟,获得未硫化橡胶组合物。在170℃的条件下,将获得的未硫化橡胶组合物加压硫化12分钟,获得硫化橡胶组合物。
此外,将获得的未硫化橡胶组合物成形为胎面形状,在轮胎成型机上,将其与其他轮胎部件贴合在一起,然后在170℃条件下加压硫化12分钟,获得试验用轮胎(轮胎尺寸:245/40R18)。
使用获得的硫化橡胶组合物、试验用轮胎进行如下评估。各个试验结果如表1及2所示。(粘弹性试验)
使用株式会社岩本制作所制造的粘弹性谱仪VES在40℃的温度、10Hz的频率、10%的初始应变和2%的动态应变的条件下测定上述硫化橡胶组合物的复弹性模量E*(MPa)和损耗角正切tanδ。此处,E*越大,表示刚性越高,驾驶稳定性越优异,tanδ越小,表示发热性越低,低燃耗性越优异。
(湿抓地性能)
将上述试验用轮胎安装在排气量为2000cc的国产FR车上,并在湿沥青路面的试验跑道上进行实车行驶10周。在该试验期间,由试验驾驶员对操作时的控制稳定性进行评估,以实施例8为100,用指数表示。数值越大,表示湿抓地性能越优异。
(拉伸试验)
使用由硫化橡胶组合物制成的3号哑铃型试验片,根据JIS K6251”硫化橡胶及热塑性橡胶-拉伸特性的求出方法”在室温下实施拉伸试验,并测定断裂伸长率EB(%)。EB越大,表明断裂伸长率越优异。
(耐磨性)
将上述试验用轮胎安装在排气量为2000cc的国产FR车上,并在干沥青路面的试验场上进行实车行驶。计量测定此时的轮胎胎面橡胶的残留沟槽量(新品时为8.0mm),由此评估耐磨性。残留沟槽量越多,耐磨性越优异。以实施例8的残留沟槽量为100,用指数表示。数值越大,表示耐磨性越优异。
表1
表2
包含二烯系橡胶、规定量的具有特定BET比表面积的二氧化硅、硫以及规定量的具有特定软化点的液态树脂的实施例可以平衡良好地获得驾驶稳定性、低燃耗性、湿抓地性能、断裂伸长率、耐磨性。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.轮胎用橡胶组合物,其包含二烯系橡胶、BET比表面积为170~270m2/g的二氧化硅、硫、软化点为-20~45℃的液态树脂以及选自于由软化点为46~160℃的萜烯树脂、软化点为46~140℃的松香树脂和软化点为46~140℃的芳香族石油树脂组成的组中的至少一种树脂,所述液态树脂为液态香豆酮-茚树脂,
作为所述树脂,包含通过α-甲基苯乙烯和/或苯乙烯聚合获得的芳香族乙烯基聚合物,
相对于100质量份的橡胶成分,所述液态树脂的含量为0.5~20质量份,所述二氧化硅的含量为40~120质量份。
2.如权利要求1所述的轮胎用橡胶组合物,所述二氧化硅的BET比表面积为190~250m2/g。
3.如权利要求1或2所述的轮胎用橡胶组合物,相对于100质量份的橡胶成分,氧化锌的含量为0.5~2.9质量份。
4.如权利要求1~3中任一项所述的轮胎用橡胶组合物,所述二氧化硅的BET比表面积为210~250m2/g。
5.如权利要求1~4中任一项所述的轮胎用橡胶组合物,所述轮胎用橡胶组合物包含氮吸附比表面积为90~130m2/g的炭黑。
6.如权利要求1~5中任一项所述的轮胎用橡胶组合物,所述轮胎用橡胶组合物包含丁二烯橡胶和丁苯橡胶作为所述二烯系橡胶。
7.如权利要求1~5中任一项所述的轮胎用橡胶组合物,所述轮胎用橡胶组合物包含天然橡胶、丁二烯橡胶和丁苯橡胶作为所述二烯系橡胶。
8.如权利要求6或7所述的轮胎用橡胶组合物,所述轮胎用橡胶组合物包含使用稀土元素催化剂合成的丁二烯橡胶作为所述丁二烯橡胶。
9.如权利要求6~8中任一项所述的轮胎用橡胶组合物,所述轮胎用橡胶组合物包含经改性的改性丁苯橡胶作为所述丁苯橡胶。
10.如权利要求1~9中任一项所述的轮胎用橡胶组合物,所述轮胎用橡胶组合物用作胎面用橡胶组合物。
11.充气轮胎,其使用权利要求1~10中任一项所述的橡胶组合物。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
1.根据原权利要求2-4以及原申请的说明书的[0057]、[0078]段中记载的内容,将技术特征“选自于由软化点为46~160℃的萜烯系树脂、软化点为46~140℃的松香-系树脂和软化点为46~140℃的芳香族系石油树脂组成的组中的至少一种树脂”和“所述液态树脂为液态香豆酮-茚树脂,作为所述树脂,包含通过聚合α-甲基苯乙烯和/或苯乙烯获得的芳香族乙烯基聚合物”添加到权利要求1中;
2.删除原权利要求2~4,并将原权利要求5-6作为新权利要求2-3;
3.根据原申请的说明书的[0050]、[0085]、[0025]、[0025]、[0026]、[0036]段的内容,增加了新的权利要求4-9;
4.对其他权利要求的编号做了适应性修改。
Claims (8)
1.轮胎用橡胶组合物,其包含二烯系橡胶、BET比表面积为170~270m2/g的二氧化硅、硫以及软化点为-20~45℃的液态树脂,
相对于100质量份的橡胶成分,所述液态树脂的含量为0.5~20质量份,所述二氧化硅的含量为40~120质量份。
2.如权利要求1所述的轮胎用橡胶组合物,所述液态树脂为液态香豆酮-茚树脂和/或液态萜烯树脂。
3.如权利要求1或2所述的轮胎用橡胶组合物,所述轮胎用橡胶组合物包含选自于软化点为46~160℃的萜烯树脂、软化点为46~140℃的松香树脂以及软化点为46~140℃的芳香族石油树脂中的至少一种树脂。
4.如权利要求3所述的轮胎用橡胶组合物,所述芳香族石油树脂为香豆酮-茚树脂、茚树脂和/或芳香族乙烯基聚合物,
所述芳香族乙烯基聚合物为通过α-甲基苯乙烯和/或苯乙烯聚合获得的树脂。
5.如权利要求1~4中任一项所述的轮胎用橡胶组合物,所述二氧化硅的BET比表面积为190~250m2/g。
6.如权利要求1~5中任一项所述的轮胎用橡胶组合物,相对于100质量份的橡胶成分,氧化锌的含量为0.5~2.9质量份。
7.如权利要求1~6中任一项所述的轮胎用橡胶组合物,所述轮胎用橡胶组合物用作胎面用橡胶组合物。
8.充气轮胎,其使用权利要求1~7中任一项所述的橡胶组合物。
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