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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Polymers, ein modifiziertes Polymer, eine Kautschukzusammensetzung und einen Luftreifen.
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Stand der Technik
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Modifizierte Polymere, die durch eine Verbindung modifiziert werden, die eine Nitrongruppe enthält (Nitronverbindung), sind nach dem Stand der Technik als Polymere bekannt, die in Kautschukzusammensetzungen zur Verwendung in Reifen und dergleichen enthalten sind.
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So beschreibt zum Beispiel Patentdokument 1 „ein modifiziertes Polymer, das durch die Umsetzung eines Modifikators mit einer Nitrongruppe und einer Carboxygruppe mit einem konjugierten Dienpolymer, das kein tetrasubstituiertes Olefin und/oder trisubstituiertes Olefin (Anspruch 1) enthält“ und es beschreibt auch, dass ein Reifen, der das modifizierte Polymer enthält, eine geringe Erhitzung zeigt ([0005]).
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Liste der Entgegenhaltungen
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Patentliteratur
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Patentschrift 1:
JP 5716850 B
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Technisches Problem
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In jüngster Zeit wurde die verbesserte Kraftstoffsparsamkeitsleistung von Fahrzeugen bei der Fahrt nach Umweltgesichtspunkten klassifiziert. Dementsprechend besteht Bedarf an einer weiter verringerten Wärmeaufbauleistung.
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Unter diesen Umständen stellten die vorliegenden Erfinder eine Kautschukzusammensetzung her, welche die in Patentdokument 1 beschriebene Kautschukzusammensetzung verwendet, und entdeckten, dass es Raum für eine weitere Verbesserung der Verringerung des Wärmeaufbaus gibt, je nach der Art der Nitronverbindung als Modifikator oder der Herstellungsart.
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Daher sind in der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Polymers, das in der Lage ist, den Wärmeaufbau eines Reifens zu verringern, und ein modifiziertes Polymer, das durch das Verfahren erhalten wird, eine Kautschukzusammensetzung, welche das modifizierte Polymer beinhaltet, und ein Luftreifen, der die Kautschukzusammensetzung verwendet, zur Verfügung gestellt.
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Lösung des Problems
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten eine gründliche Untersuchung der vorstehenden Probleme durch und entdecken, dass die Verwendung einer dispergierten Nitronverbindung mit einer Carboxygruppe in einer partikulären Form einer bestimmten Größe ein modifiziertes Polymer erzeugen kann, das in der Lage ist, den Wärmeaufbau eines Reifens ausreichend zu verringern. Somit haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Erfindung fertiggestellt. Insbesondere entdeckte der Erfinder, dass die vorstehend beschriebenen Probleme durch die folgenden Merkmale gelöst werden können.
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- 1. Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Polymers, einschließend: Modifizieren eines konjugierten Dienpolymers (A) mit einer Nitronverbindung (B) mit einer Carboxygruppe,
wobei die Nitronverbindung (B) in partikulärer Form vorliegt, mit einer durchschnittlichen Hauptachsenlänge von nicht mehr als 50 µm.
- 2. Verfahren nach 1, wobei die Nitronverbindung (B) durch Formel (1) wiedergegeben wird.
- 3. Verfahren nach 1 oder 2, wobei die Nitronverbindung (B) durch Formel (2) wiedergegeben wird.
- 4. Verfahren nach einem aus 1 bis 3, wobei die Nitronverbindung (B) eine Verbindung ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-Phenyl-α-(4-carboxyphenyl)nitron, N-phenyl-α-(3-carboxyphenyl)nitron, N-phenyl-α-(2-carboxyphenyl)nitron, N-(4-carboxyphenyl)-α-phenylnitron, N-(3-carboxyphenyl)-α-phenylnitron, und N-(2-carboxyphenyl)-α-phenylnitron.
- 5. Verfahren nach einem aus 1 bis 4, wobei eine Menge der Nitronverbindung (B), die mit dem konjugiertes Dienpolymer (A) umgesetzt wird, 0,1 Massenteile bis 10 Massenteile pro 100 Massenteile des konjugierten Dienpolymers(A) beträgt.
- 6. Modifiziertes Polymer, das durch das in einem aus 1 bis 5 beschriebenen Verfahren erhalten wird.
- 7. Kautschukzusammensetzung, die das unter 6 beschriebene modifizierte Polymer einschließt.
- 8. Luftreifen, der die in 7 beschriebene Kautschukzusammensetzung verwendet.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Wie untenstehend beschrieben, sind gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Polymers, das in der Lage ist, den Wärmeaufbau eines Reifens zu verringern, und ein modifiziertes Polymer, das durch das Verfahren erhalten wird, eine Kautschukzusammensetzung, welche das modifizierte Polymer beinhaltet, und ein Luftreifen, der die Kautschukzusammensetzung verwendet, bereitgestellt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine teilweise schematische Querschnittsansicht eines Reifens, der einen Luftreifen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffend ein Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Polymers, und ein modifiziertes Polymer, das durch das Verfahren erhalten wird, eine Kautschukzusammensetzung, die das modifizierte Polymer einschließt, und einen Luftreifen, der die Kautschukzusammensetzung verwendet, sind untenstehend beschrieben.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Beschreibung numerische Bereiche, die unter Verwendung von „(von)... bis...“ angegeben sind, die erste Zahl als den unteren Grenzwert und die letzte Zahl als den oberen Grenzwert einschließen.
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Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Polymers
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Ein Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Polymers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (im Folgenden auch abgekürzt als „Verfahren der vorliegenden Erfindung“) ist ein Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Polymers, wobei das Verfahren Folgendes einschließt:
- Modifizierung eines konjugierten Dienpolymers (A) mit einer Nitronverbindung (B), die eine Carboxygruppe aufweist.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die verwendete Nitronverbindung (B) in partikulärer Form vor, mit einer durchschnittlichen Hauptachsenlänge von nicht mehr als 50 µm.
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Das Verfahren zur Herstellung des modifizierten Polymers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, unter Verwendung der Nitronverbindung (B) in partikulärer Form, mit einer durchschnittlichen Hauptachsenlänge von nicht mehr als 50 µm, kann ein modifiziertes Polymer bereitstellen, das den Wärmeaufbau eines Reifens ausreichend reduzieren kann. Obwohl der Grund nicht klar ist, wird angenommen, dass er wie folgt ist.
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Zunächst hat der in Patentdokument 1 beschriebene Modifikator (d. h. die Nitronverbindung mit einer Carboxygruppe und einer Nitrongruppe) einen hohen Schmelzpunkt. Daher wird angenommen, dass die Nitronverbindung, die als Partikel in dem Reaktionssystem vorliegt, in Reaktion mit dem konjugierten Dienpolymer an der Oberfläche der Nitronverbindungsteilchen stattfindet.
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Andererseits liegt die Nitronverbindung mit einer Carboxygruppe in dem erfindungsgemäßen Verfahren in partikulärer Form vor, mit einer durchschnittlichen Hauptachsenlänge von nicht mehr als 50 µm, was zu einem Anstieg der reaktiven Stellen (Oberflächenbereich des Teilchens) der Nitronverbindung, die in dem Reaktionssystem als Teilchen vorliegt, führt. Daher kann die Reaktion der Nitronverbindung mit dem konjugierten Dienpolymer leicht weitergehen, und dies führt zu dem Anstieg des Modifikationsgrades und folglich zu einer ausreichenden Verringerung des Wärmeaufbaus eines Reifens.
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Einzelheiten des konjugierten Dienpolymers (A), der Nitronverbindung (B) mit einer Carboxy-Gruppe und die Umsetzungsbedingungen dieser und ähnlicher sind untenstehend beschrieben.
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Konjugiertes Dienpolymer (A)
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Das konjugierte Dienpolymer (A), das bei der Herstellung des modifizierten Polymers verwendet wird, unterliegt keinen speziellen Einschränkungen. Spezifische Beispiele davon schließen einen Naturkautschuk (NR), Isoprenkautschuk (IR), Butadienkautschuk (BR), aromatischen vinylkonjugierten Diencopolymerkautschuk (z. B. SBR), Acrylnitril-Butadien-Copolymerkautschuk (NBR), Butylkautschuk (IIR), Butylhalogenidkautschuk (Br-IIR, CI-IIR) und Chloroprenkautschuk (CR) ein.
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Von diesen sind ein Butadienkautschuk (BR) und Stryrolbutadienkautschuk (SBR) bevorzugt, unter dem Gesichtspunkt einer weiteren Verringerung des Wärmeaufbaus eines Reifens.
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Das gewichtsgemittelte Molekulargewicht (Mw) des oben beschriebenen konjugiertes Dienpolymers (A) ist nicht besonders eingeschränkt, jedoch liegt das Mw aus Handhabungsgründen bevorzugt im Bereich von 100000 bis 2000000. In der vorliegenden Offenbarung wird das gewichtsgemittelte Molekulargewicht (Mw) durch Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) unter Verwendung von Tetrahydrofuran als ein Lösungsmittel gemessen und unter Verwendung eines Polystyrolstandards kalibriert.
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Nitronverbindung (B)
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Die Nitronverbindung (B), die bei der Herstellung des modifizierten Polymers verwendet wird, ist eine Nitronverbindung mit mindestens einer Carboxy-Gruppe (-COOH) in partikulärer Form, mit einer durchschnittlichen Hauptachsenlänge von nicht mehr als 50 µm.
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Es gilt zu beachten, dass „Nitron“ ein Oberbegriff für Verbindungen ist, in welchen ein Sauerstoffatom an ein Stickstoffatom einer Schiffschen Base gebunden ist.
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Ebenso betrifft die Hauptachsenlänge einen Durchschnittswert, der von der Messung einer maximalen linearen Distanz in der planaren Richtung von 100 zufällig ausgewählten Partikeln, unter Verwendung eines Digitalmikroskops (KH-7700, erhältlich von Hirox Co., Ltd.) bei einer Vergrößerung von 350.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Nitronverbindung (B) bevorzugt in partikulärer Form vor, mit einer durchschnittlichen Hauptachsenlänge von 1 bis 50 µm und mehr bevorzugt in partikulärer Form mit einer Hauptachsenlänge von 5 bis 20 µm, unter dem Gesichtspunkt der Wirkung des erhaltenen modifizierten Polymers auf die Verbesserung der Zugeigenschaften der Kautschukzusammensetzung und auf die Verringerung des Wärmeaufbaus des Reifens.
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Die Nitronverbindung (B), die oben beschrieben ist, ist vorzugsweise eine Verbindung, die durch die untenstehende Formel (1) dargestellt wird.
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In Formel (1) stellen X und Y jeweils unabhängig voneinander eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe oder eine aromatische heterocyclische Gruppe dar; und mindestens eines von X und Y schließt eine Carboxygruppe als einen Substituenten ein.
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Zu Beispielen für die aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, dargestellt durch X oder Y, gehören Alkylgruppen, Cycloalkylgruppen und Alkenylgruppen. Zu Beispielen der Alkylgruppen gehören Methylgruppen, Ethylgruppen, n-Propylgruppen, Isopropylgruppen, n-Butylgruppen, Isobutylgruppen, sek-Butylgruppen, tert-Butylgruppen, n-Pentylgruppen, Isopentylgruppen, Neopentylgruppen, tert-Pentylgruppen, 1-Methylbutylgruppen, 2-Methylbutylgruppen, 1,2-Dimethylpropylgruppen, n-Hexylgruppen, n-Heptylgruppen und n-Octylgruppen. Von diesen sind Alkylgruppen mit 1 bis 18 Kohlenstoffen bevorzugt, und Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffen sind mehr bevorzugt. Zu Beispielen für die Cycloalkylgruppen gehören Cyclopropylgruppen, Cyclobutylgruppen, Cyclopentylgruppen und Cyclohexylgruppen. Von diesen sind Cycloalkylgruppen mit 3 bis 10 Kohlenstoffen bevorzugt, und Cycloalkylgruppen mit 3 bis 6 Kohlenstoffen sind mehr bevorzugt. Beispiele für die Alkenylgruppen beinhalten Vinylgruppen, 1-Propenylgruppen, Allylgruppen, Isopropenylgruppen, 1-Butenylgruppen und 2-Butenylgruppen. Von diesen sind Alkenylgruppen mit 2 bis 18 Kohlenstoffen bevorzugt, und Alkenylgruppen mit 2 bis 6 Kohlenstoffen sind mehr bevorzugt.
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Beispiele für die durch X oder Y dargestellte aromatische Kohlenwasserstoffgruppe schließen Arylgruppen und Aralkylgruppen ein. Beispielen der Arylgruppe schließen eine Phenylgruppe, eine Naphthylgruppe, eine Anthrylgruppe, eine Phenanthrylgruppe und eine Biphenylgruppe ein. Von diesen sind Arylgruppen mit 6 bis 14 Kohlenstoffen bevorzugt, Arylgruppen mit 6 bis 10 Kohlenstoffen sind mehr bevorzugt und Phenylgruppen und Naphthylgruppen sind noch mehr bevorzugt.
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Beispiele der Aralkylgruppen schließen Benzylgruppen, Phenethylgruppen und Phenylpropylgruppen ein. Von diesen sind Aralkylgruppen mit 7 bis 13 Kohlenstoffatomen bevorzugt, Aralkylgruppen mit 7 bis 11 Kohlenstoffatomen sind mehr bevorzugt und eine Benzylgruppe ist noch mehr bevorzugt.
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Zu Beispielen für die aromatische heterocyclische Gruppe, dargestellt durch X oder Y, gehören eine Pyrrolylgruppe, eine Furylgruppe, eine Thienylgruppe, eine Pyrazolylgruppe, eine Imidazolylgruppe (eine Imidazol-Gruppe), eine Oxazolylgruppe, eine Isoxazolylgruppe, eine Thiazolylgruppe, eine Isothiazolylgruppe, eine Pyridylgruppe (eine Pyridin-Gruppe), eine Furangruppe, eine Thiophengruppe, eine Pyridazinylgruppe, eine Pyrimidinylgruppe und eine Pyrazinylgruppe. Von diesen wird eine Pyridylgruppe bevorzugt.
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Mindestens eines von X oder Y weist eine Carboxygruppe als Substituenten auf.
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Beispiele der Substituenten, die zusätzlich zu den Carboxy-Gruppen eingeschlossen sein können, schließen Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffen, Hydroxygruppen, Aminogruppen, Nitrogruppen, Sulfonylgruppen, Alkoxygruppen, und Halogenatome.
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Man beachte, dass zu Beispielen der aromatischen Kohlenwasserstoffgruppe, die einen solchen Substituenten aufweist, Arylgruppen mit einem Substituenten, wie einer Tolylgruppe und Xylylgruppe; Aralkylgruppen mit einem Substituenten, wie einer Methylbenzylgruppe, Ethylbenzylgruppe und Methylphenethylgruppe, gehören.
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Die durch die vorgenannte Formel (1) dargestellte Verbindung ist vorzugsweise eine durch die nachstehende Formel (2) dargestellte Verbindung.
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In Formel (2) stehen m und n unabhängig voneinander für eine ganze Zahl von 0 bis 5, und die Summe von m und n ist 1 oder größer.
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Die ganze Zahl, die durch m dargestellt ist, ist vorzugsweise eine ganze Zahl von 0 bis 2 und mehr bevorzugt eine ganze Zahl 0 oder 1, da die Löslichkeit in einem Lösungsmittel während der Synthese der Nitronverbindung besser ist, wodurch die Synthese einfacher gestaltet wird.
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Die ganze Zahl, die durch n dargestellt ist, ist vorzugsweise eine ganze Zahl von 0 bis 2 und mehr bevorzugt eine ganze Zahl von 0 oder 1, da die Löslichkeit in einem Lösungsmittel während der Synthese der Nitronverbindung besser ist, wodurch die Synthese einfacher wird.
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Des Weiteren ist die Summe von m und n (m + n) vorzugsweise von 1 bis 4 und möglichst 1 oder 2.
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Das von Formel (2) dargestellte Carboxynitron ist nicht besonders eingeschränkt, aber ist vorzugsweise eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N-Phenyl-α-(4-carboxyphenyl)nitron, das durch die nachstehende Formel (2-1) dargestellt wird, N-Phenyl-α-(3-carboxyphenyl)nitron, das durch die nachstehende Formel (2-2) dargestellt wird, N-Phenyl-α-(-2-carboxyphenyl)nitron, das durch die nachstehende Formel (2-3) dargestellt wird, N-(-4-Carboxyphenyl)-α-phenylnitron, das durch die nachstehende Formel (2-4) dargestellt wird, N-(-3-Carboxyphenyl)-α-phenylnitron, das durch die nachstehende Formel (2-5) dargestellt wird, und N-(2-Carboxyphenyl)-α-phenylnitron, das durch die nachstehende Formel (2-6) wiedergegeben wird.
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Das Verfahren zum Synthetisieren der Nitronverbindung (B) unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, und es können im Stand der Technik bekannte Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel werden Nitrone mit einer Nitrongruppe durch Verrühren einer Verbindung, die eine Hydroxyaminogruppe (-NHOH) enthält, und einer Verbindung mit einer Aldehydgruppe (-CHO) in einem Molverhältnis der Hydroxyaminogruppe zur Aldehydgruppe (-NHOH/-CHO) zwischen 1,0 und 1,5 in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels (zum Beispiel Methanol, Ethanol, und Tetrahydrofuran) bei Raumtemperatur für zwischen 1 und 24 Stunden, um die zwei Gruppen reagieren zu lassen, hergestellt.
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Zudem ist das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung der Nitronverbindung (B) in partikulärer Form mit einer durchschnittlichen Hauptachsenlänge von nicht mehr als 50 µm nicht besonders eingeschränkt. Beispiele für derartige Verfahren schließen die Pulverisierung der wie vorstehend beschrieben erhaltenen Nitronverbindung die mechanische Verwendung eines Mörsers und Stößels, einer Kugelmühle, einer Hammermühle, einer CF-Mühle, einer Feinstaubmühle, eines Pulverisators und ähnlichem; die Pulverisierung unter Verwendung einer Windkraft wie zum Beispiel einer Strahlmühle; die Mikronisierung durch eine Rekristallisationsbehandlung; und die Kombination dieser.
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Reaktionsbedingungen
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die Bedingungen für die Reaktion des konjugierten Dienpolymers (A) mit der Nitronverbindung (B) nicht besonders eingeschränkt. Beispiele des Verfahrens schließen das Mischen dieser Verbindungen bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 200 °C von 1 bis 30 Minuten ein.
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In dieser Zeit erfolgt eine Zykloadditionsreaktion zwischen den Doppelbindungen, die vom konjugierten Dien im konjugierten Dienpolymer (A) stammen, und den Nitrongruppen der Nitronverbindung (B), es bildet sich ein fünfgliederiger Ring wie in Formel (3) oder Formel (4) untenstehend dargestellt. Es gilt zu beachten, dass die nachstehende Formel (3) eine Reaktion zwischen einer 1,4-Bindung und einer Nitronverbindung darstellt, und die nachstehende Formel(4) stellt eine Reaktion zwischen einer 1,2-Vinylbindung und einer Nitronverbindung dar. Überdies stellen Formel (3) und (4) Reaktionen in dem Fall dar, in dem das konjugierte Dien Butadien (1,3-Butadien) ist; es wird jedoch der fünfgliedrige Ring durch eine ähnliche Reaktion selbst dann erhalten, wenn das konjugierte Dien ein anderes als Butadien ist.
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Der Anteil an Nitronverbindung (B), der mit dem konjugierten Diencopolymer (A) reagiert, ist nicht besonders eingeschränkt und beträgt vorzugsweise von 0,1 bis 10 Masseanteile, und mehr bevorzugt von 0,3 bis 5 Masseanteile, pro 100 Masseanteilen des konjugierten Diencopolymers (A).
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Modifiziertes Polymer
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Das modifizierte Polymer nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein modifiziertes Polymer, das durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
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Der Modifikationsgrad des modifizierten Polymers nach einer Ausführungsform ist nicht besonders einschränkt, es beträgt bevorzugt aber nicht weniger als 0,10 Mol-% und mehr bevorzugt nicht weniger als 0,20 Mol-% nach dem Gesichtspunkt einer größeren Verringerung des Wärmeaufbaus, die durch eine derartige Modifizierung vereinfacht wird. Obgleich der Obergrenzenwert des Modifikationsgrades nicht besonders eingeschränkt ist, beträgt der Obergrenzenwert bevorzugt nicht mehr als 2,0 Mol.-%.
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Hierbei bezeichnet „Modifikationsgrad“ den Anteil (Mol-%) der Doppelbindungen, die mit der Nitronverbindung (B) modifiziert wurden, in Bezug auf alle Doppelbindungen von konjugiertem Dien, die in dem konjugierten Dienpolymer (A) enthalten sind, und betrifft insbesondere einen Anteil (Mol.%) der Struktur der vorstehenden Formel (3) oder Formel (4), die aufgrund der Modifikation mit der Nitronverbindung (B) gebildet wird. Der Modifikationsgrad kann beispielsweise durch eine NMR-Messung des konjugierten Dienpolymers und des modifizierten Polymers (das heißt, der Polymere vor und nach der Modifikation) bestimmt werden.
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Das modifizierte Polymer nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet eine fünfgliedrige Ringstruktur wie vorstehend unter Verwendung von Formel (3) und (4) beschrieben.
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Daher weist das modifizierte Polymer nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine fünfgliedrige Ringstruktur auf, die durch Formel (5) untenstehend dargestellt ist, die von der obigen Nitronverbindung (A) stammt, und/oder eine fünfgliedrige Ringstruktur, die durch untenstehende Formel (6) dargestellt ist, die von der Nitronverbindung (A) stammt, und mehr bevorzugt weist sie eine fünfgliedrige Ringstruktur auf, die durch untenstehende Formel (5-1) dargestellt ist, und/oder eine fünfgliedrige Ringstruktur, die durch untenstehende Formel (6-1) dargestellt ist. Es ist zu beachten, dass X und Y in untenstehender Formel (5) und (6) und untenstehender Formel (5-1) und (6-1) Synonym sind zu X und Y in vorstehend beschriebener Formel (1).
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Kautschukzusammensetzung
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Die Kautschukzusammensetzung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (kann nachfolgend auch als „Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung“ bezeichnet werden) ist eine Kautschukzusammensetzung, die das modifizierte Polymer nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt.
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Das modifizierte Polymer nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorstehend beschrieben.
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Umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung einen Dienkautschuk zusätzlich zum modifizierten Polymer, ist der Gehalt des modifizierten Polymers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf den gesamten zusätzlichen Dienkautschuk und das modifizierte Polymer nicht besonders eingeschränkt, beträgt vorzugsweise jedoch 10 bis 100 Masse-% und mehr bevorzugt 10 bis 60 Masse-%.
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Die Zusammensetzung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner einen weiteren Bestandteil innerhalb eines Umfangs enthalten, der die Wirkung oder den Zweck davon nicht behindert.
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Beispiele für einen derartigen Bestandteil schließen verschiedene Zusatzstoffe ein, die üblicherweise in Kautschukzusammensetzungen verwendet werden, wie zum Beispiel Silica, Ruß, Silan-Haftverbesserer (z. B. Si69, erhältlich von Evonik Degussa Corporation, und Si 363, erhältlich von Evonik Degussa Corporation), Zinkoxid (Zinkweiß), Stearinsäure, Alterungsverzögerer, Verarbeitungshilfsmittel, Wachse, Öle, flüssige Polymere, Terpenharze, thermohärtende Harze, Vulkanisiermittel (z. B. Schwefel) und Vulkanisierbeschleuniger.
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Dienkautschuk
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Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung schließt ferner vorzugsweise einen Dienkautschuk zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen modifizierten Polymer ein.
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Der Dienkautschuk unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, jedoch schließen spezifische Beispiele dafür schließen Naturkautschuk (NR), Isopren-Kautschuk (IR), Butadienkautschuk (BR), aromatischen vinylkonjugierten Diencopolymer-Kautschuk, Acrylonitril-Butadiencopolymer-Kautschuk (NBR), Butyl-Kautschuk (IIR), halogenierten Butyl-Kautschuk (Br-IIR, CI-IIR) und Chloropren-Kautschuk (CR) ein. Verwendet werden kann eine einzige Art von Butadienkautschuk allein, oder zwei oder mehr können in Kombination verwendet werden.
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In der vorliegenden Erfindung können ein Naturkautschuk (NR), Butatienkautschuk (BR) oder ein aromatischer vinylkonjugierter Diencopolymerkautschuk vorzugsweise als vorstehend beschriebener Dienkautschuk verwendet werden, und mehr bevorzugt wird eine Kombination aus zwei oder mehreren davon verwendet.
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Beispiele der oben beschriebenen aromatischen vinylkonjugierten Diencopolymerkautschuke schließen Styrol-Butadien-Copolymerkautschuk (SBR) und Styrol-Isopren-Copolymerkautschuk ein. Von diesen ist Styrol-Butadien-Copolymerkautschuk (SBR) hinsichtlich der Abriebbeständigkeit des resultierenden Reifens zu bevorzugen.
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Silica
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Die Zusammensetzung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält vorzugsweise Silica.
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Das Silica unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, und jedes im Stand der Technik bekannte Silica, das Kautschukzusammensetzungen zur Verwendung in Reifen oder dergleichen beigemischt wird, kann verwendet werden.
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Zu konkreten Beispielen für Silica gehören nasses Silica, trockenes Silica, pyrogenes Silica und Kieselgur. Es kann eine Art von Silica allein verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten von Silica in Kombination verwendet werden.
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In einer Ausführungsform enthält das das Silica aus der Sicht der Verstärkung des Kautschuks vorzugsweise ein nasses Silica.
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Betreffs des Gehalts an Silica bestehen keine besonderen Einschränkungen; jedoch beträgt der Gehalt vorzugsweise von 20 bis 130 Masseanteile, und mehr bevorzugt von 25 bis 95 Masseanteile pro 100 Masseanteile-Gesamtmenge des modifizierten Polymers und des vorstehend beschriebenen dienbasierten Kautschuks.
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Ruß
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Die Zusammensetzung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt vorzugsweise Ruß ein.
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Der Ruß unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, und es können beispielsweise Ruße unterschiedlicher Grade verwendet werden, wie SAF-HS, SAF, ISAF-HS, ISAF, ISAF-LS, IISAF-HS, HAF-HS, HAF, HAF-LS und FEF.
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Die Menge an Ruß unterliegt keinen speziellen Einschränkungen, beträgt aber vorzugsweise von 1 bis 100 Massenanteile, und mehr bevorzugt von 3 bis 60 Massenanteile, pro 100 Massenanteile des gesamten modifizierten Polymers und des oben beschriebenen Dienkautschuks.
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Verfahren zur Herstellung der Kautschukzusammensetzung
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Das Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterliegt keinen speziellen Einschränkungen. Konkrete Beispiele davon schließen ein Verfahren ein, wobei jede der vorstehend erwähnten Komponenten unter Verwendung eines allgemein bekannten Verfahrens und einer allgemein bekannten Vorrichtung geknetet wird (z. B. Banbury-Mischer, Kneter und Walze). Wenn die Zusammensetzung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Schwefel oder einen Vulkanisierungsbeschleuniger enthält, werden die anderen Bestandteile als der Schwefel und der Vulkanisierungsbeschleuniger zuerst gemischt (zum Beispiel bei einer Temperatur zwischen 60 °C und 160 °C gemischt), dann gekühlt, bevor der Schwefel und der Vulkanisierungsbeschleuniger beigemischt werden.
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Des Weiteren kann die Zusammensetzung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter bekannten Vulkanisierungs- oder Vernetzungsbedingungen nach dem Stand der Technik vulkanisiert oder vernetzt werden.
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Luftreifen
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Bei dem Luftreifen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen Luftreifen, der die Zusammensetzung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Darüber hinaus handelt es sich bei dem Luftreifen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise um einen Luftreifen, der die Kautschukzusammensetzung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Reifenlauffläche beinhaltet.
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1 ist eine partielle schematische Querschnittsansicht eines Reifens, der einen Luftreifen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die in 1 dargestellte Ausführungsform beschränkt.
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In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Wulstabschnitt, Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Seitenwandabschnitt, und Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Reifenlaufflächenabschnitt. Des Weiteren ist eine Karkassenschicht 4, in welche ein Glasfaserfaden eingebettet ist, zwischen einem linken/rechten Paar von Wulstabschnitten 1 eingebettet, und Enden der Karkassenschicht 4 sind durch Herumfalten von einer Innenseite zu einer Außenseite des Reifens um Wulstkerne 5 und einen Wulstfüller 6 herumgewickelt.
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In dem Reifenlaufflächenabschnitt 3 ist eine Gürtelschicht 7 entlang des gesamten Umfangs des Reifens auf der Außenseite der Karkassenschicht 4 bereitgestellt.
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Zusätzlich sind in den Abschnitten der Wulstabschnitte 1, die an einer Felge anliegen, Radkranzpolster 8 vorgesehen.
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Der Luftreifen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel in Übereinstimmung mit einem nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren produziert werden. Zusätzlich zu gewöhnlicher Luft oder Luft mit einem eingestellten Sauerstoffpartialdruck können Inertgase, wie beispielsweise Stickstoff, Argon und Helium, als das Gas, mit welchem der Reifen befüllt wird, verwendet werden.
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Beispiele
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
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Synthese der Nitronverbindung (Verbindung 1)
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In einen 2 I fassenden, länglichen Rundkolben (Auberginen-förmig) wurde auf 40 °C erwärmtes Methanol (900 mL) gegeben, und dann wurde Terephthalaldehydsäure, dargestellt durch die Formel (b-1) unten, (30,0 g) zugegeben und gelöst. Zu dieser Lösung wurde eine Lösung, in der Phenylhydroxylamin, dargestellt durch die nachstehende Formel (a-1) (21,8 g) in Methanol (100 ml) aufgelöst wurde, hinzugegeben und bei Raumtemperatur 19 Stunden lang gerührt. Nach Abschluss des Rührens wurde eine Nitronverbindung (Carboxynitron) (41,7 g), dargestellt durch die nachfolgende Formel (c-1), durch Rekristallisation aus Methanol erhalten. Die Ausbeute betrug 86 %.
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Der so erhaltene, mit Carboxynitron wird als Verbindung 1 bezeichnet. Es wurde auch die Hauptachsenlänge der Partikel der Verbindung 1 unter Verwendung des Digitalmikroskops (KH-7700, erhältlich von Hirox Co., Ltd.) bestimmt und es wurde herausgefunden, dass diese 120 µm betrug.
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Größenanpassung der Nitronverbindung
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Verbindung 1 wurde unter Verwendung des untenstehenden Verfahrens pulverisiert, um die durchschnittliche Hauptachsenlänge der Partikel anzupassen.
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(1) Pulverisierung durch Kugelmühle
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Verbindung 1 wurde unter Verwendung einer Kugelmühle (PULVERISETTE 6, erhältlich von Fritzsch, Zirkoniumgefäß mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 500 U/Min 10 Minuten lang pulverisiert.
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Der Carboxynitron nach der Pulverisierung wird als Verbindung 2 bezeichnet. Es wurde auch die Hauptachsenlänge der Partikel der Verbindung 2 unter Verwendung des Digitalmikroskops (KH-7700, erhältlich von Hirox Co., Ltd.) bestimmt und es wurde herausgefunden, dass diese 55 µm betrug.
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(2) Pulverisierung durch Strahlmühle
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Verbindung 1 wurde unter Verwendung einer Strahlmühle (JOM-mini, erhältlich von Seishin Enterprise Co., Ltd.) mit einem Auslassluftdruck von 0,4 MPa pulverisiert.
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Der Carboxynitron nach der Pulverisierung wird als Verbindung 3 bezeichnet. Es wurde auch die Hauptachsenlänge der Partikel der Verbindung 3 unter Verwendung des Digitalmikroskops (KH-7700, erhältlich von Hirox Co., Ltd.) bestimmt und es wurde herausgefunden, dass diese 15 µm betrug.
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(3) Pulverisierung durch Strahlmühle
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Verbindung 1 wurde auf dieselbe Art und Weise wie Verbindung 3 pulverisiert, mit der Ausnahme, dass der Auslassluftdruck 0,6 MPa betrug.
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Der Carboxynitron nach der Pulverisierung wird als Verbindung 4 bezeichnet. Es wurde auch die Hauptachsenlänge der Partikel der Verbindung 4 unter Verwendung des Digitalmikroskops (KH-7700, erhältlich von Hirox Co., Ltd.) bestimmt und es wurde herausgefunden, dass diese 10 µm betrug.
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(4) Pulverisierung durch Mörser und Stößel
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Verbindung 1 wurde unter Verwendung eines Mörsers und Stößels pulverisiert.
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Der Carboxynitron nach der Pulverisierung wird als Verbindung 5 bezeichnet. Es wurde auch die Hauptachsenlänge der Partikel der Verbindung 5 unter Verwendung des Digitalmikroskops (KH-7700, erhältlich von Hirox Co., Ltd.) bestimmt und es wurde herausgefunden, dass diese 5 µm betrug.
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Herstellung von modifiziertem SBR
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Unmodifizierter emulsionspolymerisierter Styrol-Butadienkautschuk (Nipol 1739, mit Öl gestrecktes Produkt, das 37,5 Massenteile Ölkomponente pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente enthält, erhältlich von ZEON CORPORATION) wurde in einem Banburymischer bei einer Temperatur von 120 °C geladen und zwei Minuten lang bearbeitet. Danach wurde das synthetisierte und angepasste Carboxylnitron (Verbindung 1 bis 5) in dem in nachstehender Tabelle 1 gezeigten Verhältnis (Massenteile) gemischt, und die Mischung wurde unter den in Tabelle 1 gezeigten Modifikationsbedingungen (Temperatur, Dauer) gemischt, um modifizierte SBR 1 bis 5 herzustellen.
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Die erhaltenen modifizierten SBR
1 bis
5 wurden über NMR gemessen, und der Modifikationsgrad von jedem wurde ermittelt. Insbesondere wurden die Polymere vor und nach der Modifikation für den Scheitelbereich (abgeleitet von zwei Protonen neben der Carboxylgruppe) bei ungefähr 8,08 ppm über
1H-NMR (CDCl
3, 400 MHz, TMS) unter Verwendung von CDCl
3 als Lösungsmittel gemessen, um den Modifikationsgrad zu ermitteln. Es ist zu beachten, dass die bei der
1H-NMR-Messung des modifizierten Polymers (modifizierter SBR) verwendeten Proben in Toluol gelöst, zweimal durch Methanolausfällung gereinigt und dann unter reduziertem Druck getrocknet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
[Tabelle 1]
[Tabelle 1] | Modifizierter SBR |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
SBR (unmodifiziert) | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
Carboxyl- | Verbindung 1 | 1,00 | | | | |
nitron | (Durchschnittslänge: 120 µm) | | | | | |
Verbindung 2 (Durchschnittslänge : 55 µm) | | 1,00 | | | |
Verbindung 3 (Durchschnittslänge : 15 µm) | | | 1,00 | | |
Verbindung 4 (Durchschnittslänge : 10 µm) | | | | 1,00 | |
Verbindung 5 (Durchschnittslänge : 5 µm) | | | | | 1,00 |
Modifikationsbedingung | 160 °C 5 Minuten | 160 °C 5 Minuten | 160 °C 5 Minuten | 160 °C 5 Minuten | 160 °C 5 Minuten |
Modifikationsgrad (Mol-%) | 0,162 | 0,168 | 0,213 | 0,226 | 0,257 |
Anmerkungen | Vergleichsbeispiel 1 | Vergleichsbeispiel 2 | Beispiel 1 | Beispiel 2 | Beispiel 3 |
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Standardbeispiel 1, Vergleichsbeispiel 1 bis 2, und Beispiele 1 und 3
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Herstellung der Kautschukzusammensetzung
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Die in der folgenden Tabelle 2 gezeigten Bestandteile wurden in den in der folgenden Tabelle 2 gezeigten Anteilen (Massenteilen) gemischt.
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Insbesondere die in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigten Bestandteile außer Schwefel und dem Vulkanisierungsbeschleuniger wurden zuerst in einem Banburry-Mischer mit einer Temperatur von 80 °C 5 Minuten lang gemischt. Danach wurde eine Walze verwendet, um den Schwefel und den Vulkanisierungsbeschleuniger beizumischen, um eine Kautschukzusammensetzung zu erhalten.
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Bewertung von Zugeigenschaften
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Die hergestellte Kautschukzusammensetzung (unvulkanisiert) wurde bei 150 °C 15 Minuten lang vulkanisiert, um eine vulkanisierte Kautschukzusammensetzung herzustellen.
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Danach wurde die hergestellte vulkanisierte Kautschukzusammensetzung in eine Hantelform (Hantelform Nr. 3) mit einer Dicke von 2 mm ausgeschnitten und als Prüfling verwendet.
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Für den erhaltenen Prüfling wurde die Zugfestigkeit (TB) (Einheit: MPa) und die Bruchdehnung (EB) (Einheit: %) gemessen, indem ein Test mit einer Zugfestigkeitstestgeschwindikeit von 500 mm/min bei Raumtemperatur gemäß JIS K 6251 durchgeführt wurde.
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Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle 2 gezeigt. Es ist zu beachten, dass in der untenstehenden Tabelle 2 die Messergebnisse als Indexwerte mit den als 100 definierten Standardbeispielen gezeigt sind. Die Zusammensetzung wird als überlegene Zugeigenschaften aufweisend bewertet, wenn der Indexwert größer ist.
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Eine vulkanisierte Kautschukplatte wurde hergestellt, indem die hergestellte (nicht vulkanisierte) Kautschukzusammensetzung für 20 Minuten bei 160 °C in einer Gießform (15 cm x 15 cm x 0,2 cm) druckvulkanisiert wurde.
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Die wie oben beschrieben hergestellte vulkanisierte Kautschukplatte wurde auf die Verlusttangente bei einer Temperatur von 60 °C, Tan δ (60 °C) mit einem (von Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd. erhältlichen) viskoelastischen Spektrometer unter folgenden Bedingungen gemessen: Eingangsdistorsion 10 %, Amplitude ±2 % und Frequenz 20 Hz.
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Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle 2 gezeigt. Es ist zu beachten, dass in der untenstehenden Tabelle 2 die Messergebnisse als Indexwerte mit den als 100 definierten Standardbeispielen gezeigt sind. Kleinere Indexwerte (d. h. kleinere Werte von tan δ (60 °C)) geben einen geringeren Wärmeaufbau an (bevorzugtes Ergebnis).
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[Tabelle 2]
Tabelle 2 | Bezugsbeispiel | Vergleichsbeispiele | Beispiele |
1 | 2 | 1 | 2 | 3 |
Naturkautschuk | 25,0 | 25,0 | 25,0 | 25,0 | 25,0 | 25,0 |
SBR 1 Kautschu kzusa mmensetzung | 82,5 (60,0) | 47,5 (34,5) | 47,5 (34,5) | 47,5 (34,5) | 47,5 (34,5) | 47,5 (34,5) |
BR 1 | 15,0 | 15,0 | 15,0 | 15,0 | 15,0 | 15,0 |
Modifizierter SBR 1 Kautschu kzusa mmensetzung | - | 35 (25,5) | | | | |
Modifizierter SBR 2 Kautschu kzusa mmensetzung | | | 35 (25,5) | | | |
Modifizierter SBR 3 Kautschu kzusa mmensetzung | | | | 35 (25,5) | | |
Modifizierter SBR 4 Kautschukzusammensetzung | | | | | 35 (25,5) | |
Modifizierter SBK 5 Kautschukzusammensetzung | | | | | | 35 (25,5) |
Silica | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 |
Ruß | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 |
Zinkweiß | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 |
Stearinsäure | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
Alterungsverzögerungsmittel | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
Silan-Haftvermittler | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
Schwefel | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Vulkanisierungsbeschleuniger 1 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
Vulkanisierungsbeschleuniger 2 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
TB (MPa) | 100 | 96 | 91 | 122 | 120 | 125 |
EB(%) | 100 | 93 | 86 | 108 | 106 | 111 |
Tan δ (60 °C) | 100 | 84 | 84 | 76 | 73 | 70 |
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Die Details zu jedem Bestandteil in obiger Tabelle 2 sind wie folgt.
- • Naturkautschuk: TSR20
- • SBR 1: Emulsions-polymerisierter-Styrol-Butadienkautschuk; mit Öl gestrecktes Produkt, das 37,5 Massenteile pro 100 Teile Masse der Kautschukkomponente enthält; Nipol 1739, erhältlich von ZEON
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CORPORATION
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- • BR 1: Nipol BR1220 (hergestellt durch ZEON CORPORATION)
- • Modifizierter SBR 1 bis 5: modifizierter Butadienkautschuk wie in Tabelle 1 vorstehend beschrieben
- • Silica: ZEOSIL 165GR (erhältlich von Rhodia Silica Korea Co., Ltd.)
- • Ruß: Sho Black N339 (erhältlich von Cabot Japan K.K.)
- • Zinkoxid: Zinkoxid III (erhältlich von Seido Chemical Industry Co., Ltd.)
- • Stearinsäure: Stearinsäure YR (erhältlich von NOF Corporation)
- • Alterungsverzögerer: SANTOFLEX 6PPD (erhältlich von Soltia Europe)
- • Silan-Haftverbesserer: Si69 (erhältlich von Evonik Degussa)
- • Schwefel: Ölbehandlungsschwefel (erhältlich von Karuizawa Refinery Ltd.)
- • Vulkanisierungsbeschleuniger 1: NOCCELER CZ-G (erhältlich von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.)
- • Vulkanisierungsbeschleuniger 2: Soxinol D-G (erhältlich von Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
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Aus Tabelle 1 und Tabelle 2 wird deutlich, dass in den Fällen, bei denen die Nitronverbindung in partikulärer Form mit der durchschnittlichen Hauptachsenlänge größer 50 µm verwendet wurde, der Modifikationsgrad gering war und die Wärmeaufbauverringerungseigenschaft nicht ausreichend war (Vergleichsbeispiel 1 und 2).
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Andererseits war der Modifikationsgrad in den Fällen, bei denen die Nitronverbindung in partikulärer Form mit einer durchschnittlichen Achsenlänge von nicht mehr als 50 µm verwendet wurde, überraschend gering, und, überraschenderweise, zeigten sich die Zugeigenschaften verbessert (Beispiel 1 und 3).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wulstabschnitt
- 2
- Seitenwandabschnitt
- 3
- Reifenlaufflächenabschnitt
- 4
- Karkassenschicht
- 5
- Wulstkern
- 6
- Wulstfüller
- 7
- Gürtelschicht
- 8
- Radkranzpolster
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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