JP2002201278A - ゴム反応性ポリシロキサン及びそれを含むゴム組成物 - Google Patents

ゴム反応性ポリシロキサン及びそれを含むゴム組成物

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JP2002201278A
JP2002201278A JP2001171605A JP2001171605A JP2002201278A JP 2002201278 A JP2002201278 A JP 2002201278A JP 2001171605 A JP2001171605 A JP 2001171605A JP 2001171605 A JP2001171605 A JP 2001171605A JP 2002201278 A JP2002201278 A JP 2002201278A
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rubber
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silane coupling
polysiloxane
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JP2001171605A
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Yuko Nakada
優子 中田
Chikashi Yatsuyanagi
史 八柳
Kazunori Ishikawa
和憲 石川
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Yokohama Rubber Co Ltd
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Yokohama Rubber Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゴムの未加硫及び加硫物性、特に加硫時間及
び耐摩耗性を改良することができるゴム反応性ポリシロ
キサン及びそれを含むゴム組成物の提供。 【解決手段】 (1)ジエン系ゴムと反応性の官能基を
有するシランカップリング剤と、主鎖に下記式(I)の
基及び末端に下記式(II)の基: 【化1】 (式中、nは1又はそれ以上の整数であり、R1 はC1
〜C6 のアルキル基である)をそれぞれ有するポリシロ
キサン。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はゴム反応性ポリシロ
キサン及びそれを含むゴム組成物に関し、更に詳しくは
ゴムの未加硫及び加硫物性、特に加硫時間及び耐摩耗性
を改善することができる新規なゴム反応性ポリシロキサ
ン及びそれを含むゴム組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の環境保全への取り組みなどの社会
的要請下、特に自動車の燃費低減のため、コンパウンド
ゴムの低発熱化が求められている。従来、ゴム用補強充
填剤としてカーボンブラックが使用されているが、コン
パウンドゴムの低発熱化のための充填剤としてシリカが
注目されてきている。タイヤ用ゴム組成物へシリカを配
合すると、転動抵抗が少なくなる他、タイヤのウェット
性能が向上するという特徴を有する。しかし、シリカは
ゴム分子に対する親和性が小さいため、カーボンブラッ
クと比較して耐破壊性や耐摩耗性という補強性の点で劣
るという問題があった。そこで、カーボンブラックのよ
うな高い補強性を得るために、ゴム組成物へのシリカ配
合にはシランカップリング剤が併用される。主なシラン
カップリング剤としては、シリル基含有スルフィド化合
物であるビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テト
ラスルフィド(商品名Si69)(例えば特公昭51−
28623号公報及び特公昭55−89290号公報)
が知られている。しかし、Si69単独では高温混合で
の加工不安定性や短いスコーチなど、ゴム物性、特にそ
の加工性の点に問題があり、その改良のために、特開平
9−111044号公報、特開平10−273559
号、特開平10−110066号公報、特開平10−1
10067号公報、特開平10−114841号公報に
開示されているように、アルコキシポリシロキサンを用
いることが提案されている。しかしながら、依然として
加硫速度、耐摩耗性などの点に未だ改善の余地があり、
そのために例えば特開平9−194641号公報に記載
のように混合法の改善や、特開平10−67887号に
記載のようにシラノール縮合反応を促進させる、といっ
た試みがなされているが未だ充分なものといえないのが
現状である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述の如く、燃費低減
及びウェット制動に優れるシリカ配合ゴム組成物には、
シランカップリング剤が用いられており、最近ではこれ
に更にアルコキシポリシロキサンを併用し、加工性、ゴ
ム物性を改良しようと試みられているが未だ充分なもの
ではないのが現状である。
【0004】従って、本発明の目的はゴムの未加硫及び
加硫物性、特に加硫時間及び耐摩耗性を改良することが
できるゴム反応性ポリシロキサン及びそれを含むゴム組
成物を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、ジエン
系ゴムと反応性の官能基を有するシランカップリング剤
と、主鎖に下記式(I)の基及び末端に下記式(II)の
基:
【0006】
【化3】
【0007】(式中、nは1又はそれ以上の整数であ
り、R1 は独立にC1 〜C6 のアルキル基である)をそ
れぞれ有する線状又は分岐ポリシロキサンとを共加水分
解、縮合せしめてなるゴム反応性ポリシロキサン並びに
それを含むゴム組成物が提供される。
【0008】本発明に従えば、また、ジエン系ゴムと反
応性の官能基を有するか又は硫黄を含有する40重量%
を超える量のシランカップリング剤と、下記式(III):
【0009】
【化4】
【0010】(式中、R2 は独立にC1 〜C6 のアルキ
ル基、R3 は水素またはC1 〜C18の炭化水素基、pは
1〜100の整数、qは0又は1〜10の整数である)
で表される線状又は分岐ポリシロキサン60重量%未満
とを、全SiOR2 (アルコキシシリル)に対し、水を
2 O(mol)/SiOR2(mol)=0.001〜0.2
なる範囲で添加して共加水分解、縮合せしめてなるゴム
反応性ポリシロキサンが提供される。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明者らは、前記目的を達成す
べく研究をすすめた結果、シランカップリング剤とアル
コキシポリシロキサンとを加水分解縮合反応させて、ゴ
ム反応性ポリシロキサンを合成し、これをシリカ配合ゴ
ムに添加した組成物は、従来と同等以上の諸物性を示
し、特に加硫時間及び耐摩耗性が顕著に改善されること
を見出した。
【0012】本発明のゴム反応性ポリシロキサンは、シ
ランカップリング剤と、式(I)のアルコキシポリシロ
キサンとに水を添加して、触媒(例えば塩化水素、硫
酸、酢酸、シュウ酸などの酸触媒、トリエチルアミン、
ジアザビシクロウンデセンなどの塩基触媒、テトライソ
プロポキシチタン、ジブチルスズジラウレートなどの金
属化合物)の存在下に共加水分解、縮合反応させること
により、ゴム反応性ポリシロキサンを合成することがで
きる。反応の温度及び時間には特に限定はないが、一般
には例えば10〜30℃の温度で5〜60時間反応させ
ることにより目的のゴム反応性ポリシロキサンを得るこ
とができ、得られたゴム反応性ポリシロキサンは、従来
のシランカップリング剤とポリシロキサンの代わりに、
シリカと共にジエン系ゴムに好適に配合することができ
る。
【0013】本発明で用いるシランカップリング剤とし
ては、従来からゴム組成物にシリカと共に配合されるジ
エン系ゴムと反応可能な官能基を有するシランカップリ
ング剤とすることができ、具体的にはこれらに限定する
ものではないが、3−メルカプトプロピルトリメトキシ
シラン、ビス−(3−トリエトキシシリル)−プロピ
ル)テトラスルフィド、ビス−(3−(トリエトキシシ
リル)−プロピル)ジスルフィド、ビニルトリエトキシ
シランなどをあげることができる。これらは市販品とし
て入手することができる。
【0014】前記式(I)の基を主鎖に、そして前記式
(II)の基を末端に有するポリシロキサンは直鎖状又は
分枝状であり、nは1又はそれ以上の整数、好ましくは
5〜30の整数であり、かかるポリシロキサンは公知の
化合物であり、例えば以下のようにして合成することが
でき、また市販品として、例えば信越化学製X−40−
9220として入手することもできる。メチルトリメト
キシシラン又はメチルトリエトキシシランを加水分解縮
合又はメチルトリクロロシランをメタノールやエタノー
ル中で加水分解縮合して得られる、50重量%以下でジ
メチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシランお
よびジメチルジクロロシランを使用してもよい。
【0015】本発明においては、シランカップリング剤
と、主鎖に式(I)の基を、そして末端に式(II)の基
を有するポリシロキサンとを反応させてゴム反応性ポリ
シロキサンを得るに際し、全SiOR1 (シランカップ
リング剤及び上記ポリシロキサンの全アルコキシシリ
ル)に対し、水を、好ましくはH2 O(mol)/SiOR
1(mol)=0.001〜0.2、更に好ましくは0.0
05〜0.1なる範囲の割合で添加して、共加水分解、
縮合反応させる。
【0016】本発明の他のゴム反応性ポリシロキサン
は、ジエン系ゴムと反応性の官能基(例えばニトロ基、
ニトロソ基、アミノ基、イミノ基、マレイミド基、シト
ラエンイミド基などの窒素含有基、マレイン酸、イタコ
ン酸、(メタ)アクリル酸などの不飽和カルボン酸又は
不飽和カルボン酸エステル基、ハロゲン原子など)を有
するか又は硫黄を含有するシランカップリング剤40重
量%超、好ましくは40重量%超〜60重量%と、式(I
II)のポリシロキサン60重量%未満、好ましくは40
重量%〜60重量%未満(但し、両成分の合計量を10
0重量%とする)とに水を添加して触媒、例えば塩化水
素、硫酸、酢酸、シュウ酸などの酸触媒、トリエチルア
ミン、ジアザビシクロウンデセンなどの塩基触媒、テト
ライソプロポキシチタン、ジブチルスズジラウレートな
どの金属化合物触媒などの存在下に共加水分解、結合反
応させることにより所望のゴム反応性ポリシロキサンを
合成することができる。反応の温度及び時間には特に限
定はないが、一般には例えば温度10〜30℃で5〜6
0時間反応させることにより目的のゴム反応性ポリシロ
キサンを得ることができ、得られたゴム反応性ポリシロ
キサンは、従来のシランカップリング剤とポリシロキサ
ンの代わりに、シリカと共にジエン系ゴムに好適に配合
することができる。
【0017】本発明で用いるジエン系ゴムと反応性の官
能基を有するシランカップリング剤としては、従来から
ゴム組成物にシリカと共に配合されるジエン系ゴムと反
応可能な官能基を有するシランカップリング剤とするこ
とができ、具体的にはこれらに限定するものではない
が、前述の通り、3−メルカプトプロピルトリメトキシ
シラン、ビス−(3−トリエトキシシリル)−プロピ
ル)テトラスルフィド、ビス−(3−(トリエトキシシ
リル)−プロピル)ジスルフィド、ビニルトリエトキシ
シランなどをあげることができる。これらは市販品とし
て入手することができる。
【0018】一方、本発明で用いる硫黄含有シランカッ
プリング剤としては、これも従来からシリカと共に配合
されるもののうち、分子中に硫黄原子を含有する任意の
ものとすることができ、具体的にはこれらに限定するも
のではないが、3−トリメトキシシリルプロピル−N,
N−ジメチルチオカルバモイル−テトラスルフィド、ト
リメトキシシリルプロピル−メルカプトベンゾチアゾー
ルテトラスルフィド、トリエトキシシリルプロピル−メ
タクリレート−モノスルフィド、ジメトキシメチルシリ
ルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイル−テト
ラスルフィド、ビス−〔3−(トリエトキシシリル)−
プロピル〕テトラスルフィド、ビス−〔3−(トリエト
キシシリル)−プロピル〕ジスルフィド、3−メルカプ
トプロピルトリメトキシシランなどをあげることがで
き、これらも市販品として入手することができる。
【0019】前記式(III)のポリシロキサンは、例えば
公知の合成法(伊藤邦雄編、シリコーンハンドブック、
日刊工業新聞、P.163、1990年、Walter
Noll,Chemistry and Techn
ology of Silicones Academ
ic Press,197頁(1968年)特開平6−
20031号公報参照)によって合成することができ、
例えば前記式(I)のアルコキシシランを酸又は塩基を
触媒として、加水分解、縮合することにより容易に合成
することができる。
【0020】本発明においてゴム組成物に配合するジエ
ン系ゴムとしては、例えばタイヤ用原料ゴムとして使用
することができる任意のジエン系ゴムを含み、かかる代
表的なジエン系ゴムとしては、天然ゴム(NR)、ポリ
イソプレンゴム(IR)、各種ポリブタジエンゴム(B
R)、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SB
R)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴム
(EPDM)などをあげることができる。これは単独又
は任意のブレンドとして使用することができる。
【0021】本発明において、前記ゴム反応性ポリシロ
キサンと共に、ゴム組成物に配合するシリカは、従来か
らタイヤその他用のゴム組成物として配合されている任
意のシリカとすることができ、その配合量は、ジエン系
ゴム100重量部当り5〜100重量部、好ましくは1
0〜80重量部である。なお、特開平9−194641
号公報、特開平10−25364号公報に記載のよう
に、本発明のゴム反応性アルコキシポリシロキサンで予
じめシリカを処理して使用することもできる。
【0022】本発明に係るゴム組成物に配合する前記ゴ
ム反応性ポリシロキサンの量は、ジエン系ゴム100重
量部当り0.5〜50重量部、好ましくは1〜20重量
部である。この配合量が少な過ぎると強度低下、耐摩耗
性低下などカップリング性能の発現が不十分な傾向にあ
り、逆に多過ぎると破断伸張低下の傾向にある。
【0023】本発明に係るゴム組成物には、前記した必
須成分に加えて、カーボンブラックなどの補強剤(フィ
ラー)、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、各種オ
イル、老化防止剤、可塑性剤などのタイヤ用、その他一
般ゴム用に一般的に配合されている各種添加剤を配合す
ることができ、かかる配合物は一般的な方法で混練、加
硫して組成物とし、加硫又は架橋するのに使用すること
ができる。これらの添加剤の配合量も本発明の目的に反
しない限り、従来の一般的な配合量とすることができ
る。
【0024】
【実施例】以下、実施例によって本発明を更に説明する
が、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでな
いことは言うまでもない。
【0025】標準例、比較例1〜2及び実施例1〜5 サンプルの調製 表Iに示す配合において、加硫促進剤と硫黄を除く成分
を1.8リットルの密閉型ミキサーで3〜5分間混練
し、165±5℃に達したときに放出してマスターバッ
チを得た。このマスターバッチに加硫促進剤と硫黄を8
インチのオープンロールで混練し、ゴム組成物を得た。
このゴム組成物の未加硫物性を以下の方法で評価した。
結果を表Iに示した。
【0026】次に得られたゴム組成物を15×15×
0.2cmの金型中で160℃で20分間プレス加硫して
目的とする試験片(ゴムシート)を調製し、加硫物性を
以下の方法で評価した。結果を表Iに示す。
【0027】未加硫物性の評価 1)ムーニー粘度:JIS K 6300に基づき10
0℃にて測定した。 2)ムーニースコーチ:JIS K 6300に基づき
125℃にて粘度が5ポイント上昇する時間(分)を測
定した。 3)加硫時間(T95)(分)JIS K 6300に
基づき160℃にて95%加硫度に達する時間(分)を
測定した。
【0028】加硫物性の評価 1)硬度HS(20℃):JIS K 6253に準拠
して測定した。 2)100%モジュラス(Mpa):JIS K 625
1(ダンベル状3号形)に準拠して測定した。 3)300%モジュラス(Mpa):JIS K 625
1(ダンベル状3号形)に準拠して測定した。 4)破断強度(Mpa):JIS K 6251(ダンベ
ル状3号形)に準拠して測定した。 5)破断伸び(%):JIS K 6251(ダンベル
状3号形)に準拠して測定した。
【0029】6)反発弾性(40℃):JIS K 6
301に準じて40℃のときの反発弾性を測定した。 7)耐摩耗性指数:ランボーン型試験機で測定し、摩耗
減量を指数表示。 耐摩耗性(指数)=(参照試験片での減量/各試験片で
の減量)×100 但し、参照試験片は表Iの標準例とした。 8)耐発熱性(tanδ、60℃):(JIS K 6
301)東洋精機製作所製粘弾性装置レオログラフソリ
ッドにて20Hz、初期伸張10%、動歪み2%で測定
(試料幅5mm、温度0℃及び60℃で測定)。 9)ウェット摩耗性(tan、0℃):(JIS K
6301)東洋精機製作所製粘弾性装置レオログラフソ
リッドにて20Hz、初期伸張10%、動歪み2%で測定
(試料幅5mm、温度0℃及び60℃で測定)。
【0030】
【表1】
【0031】表Iの脚注 *1 :天然ゴム(RSS#1)*2 :日本ゼオン製スチレンブタジエン共重合体ゴム(S
BR)(ニポールNS116)*3 :日本シリカ製シリカ(Nipsil AQ)*4 :デグッサ・ヒュルヌ製シランカップリング剤(Si
69)
【0032】*5:アルコキシポリシロキサン(信越化学
製X−40−9220)とシランカップリング剤(Si
69)との1/1(重量比)混合物*6 :シランカップリング剤Si69とアルコキシポリシ
ロキサン(信越化学製X−40−9220)との全Si
OR1 (シランカップリング剤及び上記ポリシロキサン
の全アルコキシシリル)に対し、水をH2 O(mol)/
SiOR1 (mol)=0.064となる量添加し、Si
69重量の5分の1重量〜4分の1重量のエタノールを
加えてから3%塩化水素メタノール溶液0.02mL添加
し、加水分解、縮合反応させたポリシロキサン(1)。*7 :ポリシロキサン(1)中に存在するエタノールを減
圧除去し、濃縮したポリシロキサン(2)。*8 :シランカップリング剤Si69とアルコキシポリシ
ロキサン(信越化学製X−40−9220)との全Si
OR1 (アルコキシシラン)に対し、水をH2 O(mo
l)/SiOR1 (mol)=0.032となる量添加し、
加水分解、縮合反応させたポリシロキサン(3)。*9 :シランカップリング剤Si69とアルコキシポリシ
ロキサン(信越化学製X−40−9220)との全Si
OR1 (シランカップリング剤及び上記ポリシロキサン
の全アルコキシシリル)に対し、水をH2 O(mol)/
SiOR1 (mol)=0.128となる量添加し、加水
分解、縮合反応させたポリシロキサン(4)。*10 :シランカップリング剤Si69とアルコキシポリ
シロキサン(信越化学製X−40−9220)との全S
iOR1 (アルコキシシラン)に対し、水をH2O(mo
l)/SiOR(mol)=0.008となる量添加し、加
水分解、縮合させたポリシロキサン(5)。*11 :エトキシメチルポリシロキサン100gとシラン
カップリング剤Si6954g(0.1mol)とを、水
1.8g(0.1mol)添加し、3%塩化水素メタノー
ル溶液を触媒として0.05mL添加、共加水分解縮合さ
せたポリシロキサン。
【0033】*12:正同化学(株)製亜鉛華3号*13 :花王(株)社製Lunac YA*14 :N−フェニル−N′−(1,3−ジメチルブチ
ル)−p−フェニレンジアミン*15 :5%油処理粉末硫黄*16 :N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスル
フェンアミド*17 :N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾールスルフェ
ンアミド
【0034】標準例、比較例2〜3及び実施例6〜9 サンプルの調製 表IIに示す配合において、加硫促進剤と硫黄を除く成分
を1.8リットルの密閉型ミキサーで3〜5分間混練
し、165±5℃に達したときに放出してマスターバッ
チを得た。このマスターバッチに加硫促進剤と硫黄を8
インチのオープンロールで混練し、ゴム組成物を得た。
このゴム組成物の未加硫物性を以下の方法で評価した。
結果を表IIに示した。なお、標準例及び比較例2は表I
と同じ例である。
【0035】次に得られたゴム組成物を15×15×
0.2cmの金型中で160℃で20分間プレス加硫して
目的とする試験片(ゴムシート)を調製し、未加硫及び
加硫物性を表Iと同じ方法で評価した。結果を表IIに示
す。
【0036】
【表2】
【0037】*1:表I脚注参照*2 :アルコキシポリシロキサン(式(III)においてR3
=H,p=39及びq=1の化合物)とシランカップリ
ング剤 Si69との1/1(重量比)混合物*3 :シランカップリング剤 Si69を75gとアルコ
キシポリシロキサン(式(III)においてR3 =H,p=
39及びq=1の化合物)57.5gとにエタノールを
17.5g、水を0.25g添加し、触媒3%塩化水素
メタノール溶液0.05ml存在下、加水分解、縮合反応
させたポリシロキサン。*4*3に同じく、水を0.5g添加し、触媒3%塩化水
素メタノール溶液0.05ml存在下加水分解、縮合反応
させたポリシロキサン。*5*3に同じく、水を1.0g添加し、触媒3%塩化水
素メタノール溶液0.05ml存在下加水分解、縮合反応
させたポリシロキサン。*6*3に同じく、水を2.0g添加し、触媒3%塩化水
素メタノール溶液0.05ml存在下加水分解、縮合反応
させたポリシロキサン。*7 :エトキシメチルポリシロキサン100gと、シラン
カップリング剤 Si69 54g(0.1mol)とを、
水1.8g(0.1mol)添加し、3%塩化水素メタノー
ル溶液を触媒として0.05ml添加、共加水分解、縮合
させたポリシロキサン。
【0038】
【発明の効果】以上の通り、本発明に係るゴム反応性ポ
リシロキサンを、シリカと共に、ジエン系ゴムに配合し
てなるゴム組成物は、従来のシランカップリング剤、ま
たはシランカップリング剤及びポリシロキサンをシリカ
と共にジエン系ゴムに配合したゴム組成物と同等以上の
未加硫及び加硫物性を示し、特に、加硫時間(T95)
及び耐摩耗性について顕著な改善が認められた。また従
来のポリシロキサンとの反応物に比べムーニースコーチ
の改善が認められた(比較例2)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 和憲 神奈川県平塚市追分2番1号 横浜ゴム株 式会社平塚製造所内 Fターム(参考) 4J002 AC011 AC031 AC061 AC081 BB151 CP102 DJ016 GN01 4J035 BA16 CA06K CA26M FB01 LA04 LB20

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジエン系ゴムと反応性の官能基を有する
    シランカップリング剤と、主鎖に下記式(I)の基及び
    末端に下記式(II)の基: 【化1】 (式中、nは1又はそれ以上の整数であり、R1 は独立
    にC1 〜C6 のアルキル基である)をそれぞれ有する線
    状又は分岐ポリシロキサンとを共加水分解、縮合せしめ
    てなるゴム反応性ポリシロキサン。
  2. 【請求項2】 シランカップリング剤が官能基としてチ
    オール基、ポリスルフィド基、チオシアノ基、キサント
    ゲン酸基、ジチオカルバミン酸基、イリチオ尿酸基から
    選ばれた硫黄含有シランカップリング剤である請求項1
    に記載のゴム反応性ポリシロキサン。
  3. 【請求項3】 シランカップリング剤と上記のポリシロ
    キサンとの反応において、全SiOR1 (シランカップ
    リング剤及び上記ポリシロキサンの全アルコキシシリ
    ル)に対し、水をH2 O(mol)/SiOR1 (mol)=
    0.001〜0.2なる範囲の割合で添加して、共加水
    分解、縮合させてなる請求項1又は2に記載のゴム反応
    性ポリシロキサン。
  4. 【請求項4】 ジエン系ゴムと反応性の官能基を有する
    か又は硫黄を含有する40重量%を超える量(ポリシロ
    キサンとシランカップリング剤の合計量に対して)のシ
    ランカップリング剤と、下記式(III): 【化2】 (式中、R2 は独立にC1 〜C6 のアルキル基、R3
    水素又はC1 〜C18の炭化水素基、pは1〜100の整
    数、qは0又は1〜10の整数である)で表される線状
    又は分岐ポリシロキサン60重量%未満とを、全SiO
    2 (アルコキシシリル)に対し、水をH2 O(mol)
    /SiOR2 (mol)=0.001〜0.2なる範囲で添
    加して共加水分解、縮合せしめてなるゴム反応性ポリシ
    ロキサン。
  5. 【請求項5】 シランカップリング剤が官能基としてチ
    オール基、ポリスルフィド基、チオシアノ基、キサント
    ゲン酸基、ジチオカルバミン酸基又はイリチオ尿素基を
    有する硫黄含有シランカップリング剤から選ばれる請求
    項4に記載のゴム反応性ポリシロキサン。
  6. 【請求項6】 ジエン系ゴム100重量部シリカ5〜1
    00重量部及び請求項1〜5のいずれか1項に記載のゴ
    ム反応性ポリシロキサン0.5〜50重量部を含んでな
    るゴム組成物。
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