JP2002293994A - シリカ強化材、およびジエン/ヒドロキシル側基含有ビニル芳香族化合物の乳化重合由来三元共重合体ゴムを含むゴム組成物の構成部材を有するタイヤ - Google Patents

シリカ強化材、およびジエン/ヒドロキシル側基含有ビニル芳香族化合物の乳化重合由来三元共重合体ゴムを含むゴム組成物の構成部材を有するタイヤ

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JP2002293994A
JP2002293994A JP2002070503A JP2002070503A JP2002293994A JP 2002293994 A JP2002293994 A JP 2002293994A JP 2002070503 A JP2002070503 A JP 2002070503A JP 2002070503 A JP2002070503 A JP 2002070503A JP 2002293994 A JP2002293994 A JP 2002293994A
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rubber
methacrylate
elastomer
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Georges Marcel Victor Thielen
ジョルジュ・マルセル・ヴィクトール・ティエラン
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Goodyear Tire and Rubber Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 混合操作中に低い可塑性および粘度レベルを
維持し、そして安定かつ改善された物理的性質を有する
ゴム組成物から成る構成部材を有するタイヤを提供す
る。 【解決手段】 本発明は、ヒドロキシル側基を含む乳化
重合誘導三元共重合体ゴム、特にジエン系炭化水素、お
よびビニル芳香族化合物単量体、特にヒドロキシアルキ
ルメタクリレートから誘導された乳化重合誘導三元共重
合体ゴムを含むシリカ強化ゴム組成物の少なくとも1つ
の構成部材を有するタイヤに関する。ヒドロキシアルキ
ルメタクリレートはヒドロキシプロピルメタクリレート
(HPMA)であるのが好ましい。少なくとも1種の追加の
エラストマーが上記三元共重合体とブレンドされるのが
好ましい。上記ゴム組成物は、その成分とカップリング
剤とを、シリカ強化材の添加に続いてブレンドすること
によって製造される。上記タイヤ構成部材は、例えばタ
イヤトレッドであることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジエン系炭化水
素、およびビニル芳香族化合物単量体、特にヒドロキシ
アルキルメタクリレートから誘導された、ヒドロキシル
側基を含む乳化重合誘導三元共重合体ゴムを含むシリカ
強化ゴム組成物の少なくとも1つの構成部材を有するタ
イヤに関する。ヒドロキシアルキルメタクリレートはヒ
ドロキシプロピルメタクリレート(HPMA)であるのが好
ましい。少なくとも1種の追加のエラストマーが上記三
元共重合体とブレンドされるのが好ましい。上記ゴム組
成物は、その成分とカップリング剤とをシリカ強化材の
添加に続いてブレンドすることによって製造される。上
記タイヤ構成部材は、例えばタイヤトレッドであること
ができる。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】車両用
タイヤ、特に空気入りタイヤは、時には、例えばトレッ
ドのような構成部材を備え、そのトレッドはシリカ強化
材、特に非晶質沈降シリカ強化材を含むゴム組成物から
成る。
【0003】典型的には、この構成部材のゴム組成物
は、例えばタイヤトレッドのようなゴム組成物のそれぞ
れのエラストマー(1種または2種以上)に対するシリ
カの強化効果を高めるのに役立てるためにカップリング
剤も含んでいる。このような目的に対するカップリング
剤の使用は、この技術分野の当業者には周知である。
【0004】そのようなタイヤ構成部材(例えば、タイ
ヤトレッド)には、例えばシス1,4−ポリブタジエン
およびスチレン/ブタジエンエラストマーを含んでいる
エラストマーブレンドが使用されることが多い。ゴム組
成物は、また、例えばシス1,4−ポリイソプレン、シ
ス1,4−ポリブタジエン、中ビニルポリブタジエン、
スチレン/ブタジエン共重合体、イソプレン/ブタジエ
ン共重合体の1種または2種以上のような追加のジエン
系(diene-based)エラストマーを色々な量で、またマ
イナー量(minor amounts)の3,4−ポリイソプレン
も含んでいることができる。
【0005】上記のスチレン/ブタジエン共重合体ゴム
については、乳化重合で製造された、および有機溶媒重
合で製造されたスチレン/ブタジエン共重合体エラスト
マーが使用されてきた。また、歴史的には、スチレンお
よび1,3−ブタジエンから追加の単量体と共に誘導さ
れた単位から成る乳化重合誘導三元共重合体エラストマ
ーが製造され、色々な製品のための使用に対して提案さ
れていた。
【0006】例えば、米国特許第5,902,852号
明細書によれば、例えばシスポリ1,4−ブタジエンの
ような共役ジオレフィン単量体、スチレンのようなビニ
ル芳香族単量体および少量のヒドロキシプロピルメタク
リレート(HPMA)から誘導された繰返単位から成る、乳
化重合で製造されたゴム状三元共重合体によりアスファ
ルトセメント(asphalt cement)を変性することが提案
されている。
【0007】例えば、米国特許第6,057,937号
明細書によれば、シス1,4−ポリブタジエン、スチレ
ン、および例えばヒドロキシプロピルメタクリレートの
三元共重合体がゴム組成物での使用について示唆されて
いる。しかし、その発明では、このような三元共重合体
は、シリカおよびアルコキシシラン/ポリスルフィドシ
リカカップラーとブレンドすることは困難であると見な
されている。密閉式ゴムミキサー中でそのようなブレン
ドを行うと、それにより生成せしめられたゴム混合物の
観察ムーニー粘度の増加が比較的大きくなるからであ
る。
【0008】例えば、ヒドロキシ含有重合体およびシリ
カが、米国特許第4,150,014号、同第4,15
0,015号、同第4,152,308号および同第
4,357,432号明細書に色々と開示されている。
しかし、そのようなブレンド中にアルコキシシラン/ポ
リスルフィドシリカカップラーを含めることが意図され
ていたとは認められず、その発明では、密閉式ゴムミキ
サー内においてそのような混合物のムーニーの粘度の増
大は比較的大きいという上記の問題が存在すると考えら
れる。
【0009】本発明の説明においては、用語「ゴム」お
よび「エラストマー」は、それらが本明細書で用いられ
る場合、特に記載がなければ、互換的に使用することが
できる。用語「ゴム組成物」、「配合ゴム」および「ゴ
ムコンパウンド」は、それらが本明細書で用いられる場
合、「色々な成分および材料とブレンドまたは混合され
ているゴム」を意味するために互換的に用いられるもの
で、このような用語はゴム混合またはゴム配合技術分野
の当業者には周知である。
【0010】用語「phr」は、本明細書で用いられる場
合、通常の実務に従って、「それぞれの材料の、ゴム、
即ちエラストマー100重量部当たりの部数」を意味す
る。エラストマーのTgは、本明細書で参照される場合、
エラストマーの「ガラス転移温度」を意味し、それは示
差走査熱量計で1分あたり10℃の加熱速度において都
合よく測定することができる。
【0011】
【課題を解決するための手段】発明の概要と実施 本発明によれば、ゴム組成物のトレッドを有するタイヤ
であって、そのゴム組成物が、ゴム100重量部(ph
r)に基づいて: (A)100phrのエラストマーにして、 (1)約10〜約100phr、或いはそれに代えて約2
5〜約75phrの、次の: (a)約49.5〜約84.5重量パーセントの、4〜
8個の炭素原子を含む、好ましくは1,3−ブタジエン
およびイソプレンから選ばれる共役ジエン単量体、さら
に好ましくは1,3−ブタジエン、(b)約15〜約5
0重量パーセント、好ましくは約25〜約40重量パー
セントの、スチレンおよびアルファーメチルスチレンの
内の少なくとも1種から選ばれるビニル芳香族単量体、
さらに好ましくはスチレン、および(c)約0.5〜約
5重量パーセントの、場合に応じて、次の一般式
(I)、(II)および(III)、好ましくは式
(I):
【0012】
【化2】
【0013】(式中、Rは水素原子または1〜約8個の
炭素原子を含むアルキル基、好ましくは水素原子または
1〜約4個の炭素原子を含むアルキル基、好ましくは水
素原子またはメチル基、さらに好ましくはメチル基を表
し;R1は約1〜約8個の炭素原子、好ましくは1〜4
個の炭素原子を含む飽和アルコール基、好ましくはヒド
ロキシエチル基およびヒドロキシプロピル基の内の少な
くとも1種から選ばれる飽和アルコール基、好ましくは
ヒドロキシプロピル基を表し、ここで該飽和アルコール
基は第一、第二および第三アルコール基から選ばれ
る。)を有するヒドロキシアルキルアクリレート類およ
びヒドロキシアルキルアクリルアミド類から選ばれる少
なくとも1種の共単量体から誘導された繰返単位を含
む、水性乳化重合で製造された三元共重合体ゴム、 (2)ゼロ〜約90phr、或いはそれに代えて約25〜
約75phrの、イソプレンおよび1,3−ブタジエンの
内の少なくとも1種の単独重合体および共重合体、並び
にイソプレンおよび1,3−ブタジエンの内の少なくと
も1種と、スチレンおよびアルファーメチルスチレンか
ら選ばれるビニル芳香族化合物、好ましくはスチレンと
の共重合体から選ばれる少なくとも1種の追加の共役ジ
エン系エラストマー、を含む上記エラストマー; (B)約40〜約120phr、或いはそれに代えて約4
0〜約90phrの、カーボンブラック、並びに合成非晶
質シリカおよび表面にシリカのドメインを有するシリカ
処理カーボンブラックの内の少なくとも1種から選ばれ
る粒状シリカ含有材料、好ましくは合成シリカの内の少
なくとも1種から選ばれる強化用充填材にして、上記充
填材が: (1)約35〜約90phrのカーボンブラックおよび約
5〜約30phrの上記シリカ含有材料、または (2)約5〜約30phrのカーボンブラックおよび約3
5〜約90phrの上記シリカ含有材料を含む上記強化用
充填材;および (C)約0.5〜約10phr、或いはそれに代えて約1
〜約7phrの少なくとも1種のシリカカップリング剤に
して、前記シリカの表面および前記シリカ処理カーボン
ブラックの表面上の前記シリカドメインの表面にヒドロ
キシル基(例えば、シラノール基)と反応性の部分、お
よび前記エラストマー(1種または2種以上)と相互作
用性の追加部分を有する上記シリカカップリング剤をブ
レンドすることによって製造され;ここで、前記ゴム組
成物は: (1)少なくとも1つの逐次混合工程において、密閉式
ミキサー中で、遊離硫黄の非存在下において、前記三元
共重合体ゴム、および追加のジエン系エラストマー(1
種または2種以上)を使用する場合はその追加ジエン系
エラストマーを、前記強化用充填材(1種または2種以
上)と共に約140〜約175℃の範囲の温度にブレン
ドし; (2)続いて、同一または後続の逐次混合工程におい
て、好ましくは密閉式ゴムミキサー中で、遊離硫黄の非
存在下において、上記ブレンドと前記カップリング剤お
よび残っている量の前記シリカ含有材料とを約140〜
約175℃の範囲の温度にブレンドし; (3)続いて、遊離硫黄を上記ブレンドと、好ましくは
密閉式ゴムミキサー中で約95〜約125℃の範囲の温
度にブレンドすることを含む方法によって製造される、
前記のタイヤが提供される。
【0014】上記のヒドロキシアルキルアクリレート共
単量体は、例えばヒドロキシメチルメタクリレート、2
−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプ
ロピルメタクリレート(HPMA異性体)、3−ヒドロキシ
プロピルメタクリレート(HPMA異性体)、3−フェノキ
シ−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキ
シブチルメタクリレート、ヒドロキシヘキシルメタクリ
レートおよびヒドロキシオクチルメタクリレートの内の
少なくとも1種から選択することができる構造式(I)
のものである。
【0015】構造式(I)の上記ヒドロキシアルキルア
クリレート共単量体は、ヒドロキシメチルメタクリレー
ト、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロ
キシプロピルメタクリレートおよび3−ヒドロキシプロ
ピルメタクリレートの内の少なくとも1種から選択され
るのが好ましい。
【0016】或いはまた、上記共単量体は、それぞれ例
えば約85/15〜約60/40の範囲の重量比のブレ
ンドとしても使用することができる2−ヒドロキシプロ
ピルメタクリレートおよび3−ヒドロキシプロピルメタ
クリレート(HPMA異性体)の内の少なくとも1種から選
択される。
【0017】或いはまた、前記ヒドロキシアルキルアク
リルアミド共単量体は、例えばヒドロキシメチルメタク
リルアミド、2−ヒドロキシエチルメタクリルアミド、
2−ヒドロキシプロピルメタクリルアミドおよび3−ヒ
ドロキシプロピルメタクリルアミド、3−フェノキシ−
2−ヒドロキシ−2−ヒドロキシプロピルメタクリルア
ミド、ヒドロキシブチルメタクリルアミド、ヒドロキシ
ヘキシルメタクリルアミド及びヒドロキシオクチルメタ
クリルアミドの内の少なくとも1種から選択することが
できる構造式(II)および/または(III)のもの
である。
【0018】或いはまた、本発明では重要性がより小さ
いと考えられるけれども、前記ヒドロキシアルキルアク
リレート共単量体は、3−クロロ−2−ヒドロキシプロ
ピルメタクリレート、ジ−(エチレングリコール)イタ
コネート、ジ−(プロピレングリコール)イタコネー
ト、ビス(2−ヒドロキシプロピル)イタコネート、ビ
ス(2−ヒドロキシエチル)イタコネート、ビス(2−
ヒドロキシエチル)フマレート、ビス(2−ヒドロキシ
エチル)マレエートおよびヒドロキシ−メチルビニルケ
トンの内の少なくとも1種から選択することができる。
【0019】前記で述べたように、共単量体は、実際上
は、式(I)のヒドロキシアルキルアクリレートである
のが好ましく、ヒドロキシプロピルメタクリレートがさ
らに好ましい。
【0020】所望とされるならば、場合に応じて、シリ
カ含有材料、即ち合成シリカおよび/またはシリカ処理
カーボンブラックの一部を1つの混合工程でゴム組成物
に加え、残りを後続の混合工程で同一または別個のゴム
ミキサーにおいて加えることができる。
【0021】カップリング剤は、実際上は、シリカ含有
材料の最終添加に続いて、好ましくはシリカ添加の少な
くとも1分後に加えられる。エラストマー(1種または
2種以上)、強化用充填材(1種または2種以上)およ
びカップラーをブレンドする混合工程は、実際上は、一
般に、全混合工程の全混合時間として約3〜約10分の
範囲の時間行うことができる。遊離硫黄加硫剤を加硫促
進剤と、そして場合によっては加硫遅延剤と共に加える
ための混合時間は1.5〜約4分の時間である。
【0022】本発明の重要な一面は、前記のシリカおよ
び/またはシリカ処理カーボンブラックの、場合に応じ
て、同一または後続の混合工程における、同一または異
なるゴムミキサー中での添加に続いてカップリング剤を
添加することが必要とされるゴム組成物の段階的製造の
際に、前記乳化重合誘導三元共重合体を製造することで
ある。カップリング剤が同一混合工程において同一ゴム
ミキサー中でシリカ含有ゴム組成物に添加される場合、
カップリング剤はシリカ添加の少なくとも1分後に加え
られるのが好ましい。
【0023】本発明では、カップリング剤のこの添加順
序が重要であると考えられるものである。その機構は完
全には分からないが、三元共重合体エラストマーのヒド
ロキシル基が、本発明の手法によって、カップリング剤
と接触する前に、シリカ含有強化用充填材の表面に含ま
れるヒドロキシル基(例えばシラノール基)と優先的に
相互作用するようにされると考えられる。その結果、ゴ
ム混合物は、本発明では、上記のような添加順序を用い
ることによって、混合操作中に、早期ゲル化、またはヒ
ドロキシル基含有三元共重合体エラストマーとカップリ
ング剤との間の他の可能な早期反応を回避できるか、ま
たはそれらを少なくとも妨げ若しくは遅延させることが
できるので、比較的低い加工可塑性および混合粘度レベ
ルにさらに効果的に維持され得ると考えられる。
【0024】加えて、意義のあることであるが、本発明
では、乳化重合で製造されたスチレン/ブタジエン/HP
MA三元共重合体エラストマーを含有するゴム組成物は、
通常の乳化重合で製造されたスチレン/ブタジエン共重
合体ゴム(E-SBR)を含有するゴム組成物と比較して、
物理的性質が、カップリング剤レベルを実質的に下げ、
および/またはゴム組成物の最終(落下)混合温度を下
げるとき、比較的安定なままである、即ち比較的一貫し
た状態のままであることを証明していることが観察され
た。
【0025】本発明では、カップリング剤の添加順序の
規定混合条件、およびゴム組成物中における乳化重合ス
チレン/ブタジエン/HPMA三元共重合体エラストマーの
使用の下では、通常の比較的高いカップリング剤レベル
と混合落下温度で混合された、より普通の未変性E-SBR
を使用している類似のゴム組成物と比較して、このよう
なゴム組成物のトレッドを有するタイヤについて向上し
たタイヤ転がり抵抗性、ウエットスキッド性およびトレ
ッド耐摩耗性の前兆となると考えられるゴム組成物の改
善された物理的性質が結果として生ずることが観察され
た。
【0026】本発明の1つの面においては、カーボンブ
ラックおよびシリカ強化材が、例えばトレッドゴム組成
物の耐摩耗性を最大化すべく努力する色々な目的に関す
る限りでは、シリカは過半でない成分(in a minorit
y)であることが望ましい。
【0027】本発明のもう1つの面では、カーボンブラ
ックおよびシリカ強化材が、例えばタイヤ自体の転がり
抵抗性の低下を最大化し、かつそのタイヤ自体のウエッ
トスキッド性能を最大化すべく努力する色々な目的に関
する限りでは、シリカは過半の成分(in a majority)
であることが望ましい。
【0028】本発明のトレッドキャップで強化材として
使用されるべき非晶質シリカは沈降シリカであるのが好
ましいが、それは熱分解法シリカ、即ちヒュームドシリ
カであることもできる。本発明では、沈降シリカは沈降
アルミノシリケート類を包含するものとする。このよう
な沈降シリカは、例えば可溶性ケイ酸塩、例えばケイ酸
ナトリウム、またはアルミノシリケート類の場合はケイ
酸塩とアルミン酸塩との組み合わせの制御された酸性化
によって製造することができる。
【0029】一般に、非晶質シリカは、約80〜約30
0m2/g、好ましくは約120〜約180m2/gの範
囲内のBET表面積、および約100〜約350m2/g、
好ましくは約150〜約300m2/gの範囲内のDBP値
を有する沈降シリカおよび沈降アルミノシリケートの凝
集体から選ばれるのが好ましい。
【0030】表面積を測定するBET法は、Journal of th
e American Chemical Society、第60巻、第304頁
(1930年)に記載されている。本発明のトレッド、
特にトレッドキャップでの使用に対しては、例としてだ
けであって、限定されるものではないが、例えばゼオシ
ル(Zeosil)1165MPおよびゼオシル165GRのようなロー
ディア社(Rhodia)からのシリカ、例えばBV3370GRのよ
うな名称を持つデグッサ社(Degussa AG)からのシリ
カ、例えばゼオポール(Zeopol)8745のようなJ.
M.フーバー社(J. M. Huber)からのシリカ、並びに
例えばハイシル(HiSil)210のようなPPGインダスト
リーズ社(PPGIndustries)からのシリカのような、商
業的に入手できる各種の沈降シリカを考えることができ
る。
【0031】この技術分野の当業者であれば直ちに分か
るように、トレッドゴムのゴム組成物は、各種の硫黄加
硫性成分ゴムを、例えば硫黄、活性化剤、遅延剤および
促進剤のような硬化助剤、オイル、粘着性付与樹脂を含
めて樹脂類、シリカおよび可塑剤のような加工用添加
剤、充填材、顔料、脂肪酸、酸化亜鉛、ワックス、酸化
防止剤、オゾン亀裂防止剤および素練り促進剤などの、
普通に用いられる様々な添加材料と混合する方法のよう
な、ゴム配合技術分野で一般に知られている方法によっ
て配合されることになる。この技術分野の当業者に知ら
れているように、上記の添加剤は硫黄加硫性および硫黄
加硫済み材料(ゴム類)の意図された用途に応じて選択
され、そして一般に常用の量で使用される。
【0032】本発明についてのカーボンブラック、シリ
カおよびシリカカップラーの典型的な添加は前に述べら
れている。本発明において使用が意図される、乳化重合
で製造されたスチレン/ブタジエン/HPMA三元共重合体
エラストマーは、実際上は、約15〜約50パーセント
のスチレン単量体由来単位、約0.5〜約5パーセント
のHPMA(ヒドロキシプロピルメタクリレート)単量体由
来単位および約49.5〜約85.4パーセントの1,
3−ブタジエン単量体由来単位を有することを特徴とす
る微細構造を持っていることが好ましい。
【0033】上記三元共重合体の微細構造、即ちシス構
造およびトランス構造は、本発明では、乳化重合由来の
スチレン/ブタジエン共重合体エラストマーの特徴を多
少は示すと考えられる。
【0034】上記三元共重合体エラストマーは、ガラス
転移温度(Tg)が約0〜約−65℃、好ましくは約−
50〜約−20℃の範囲内にあることをさらに特徴とす
る。水性乳化重合で製造される上記の三元共重合体エラ
ストマーは、例えば通常のエラストマー乳化重合法を用
いることにより合成することができる。
【0035】例えば、装填組成物は、水、1種または2
種以上の共役ジオレフィン単量体(例えば1,3−ブタ
ジエン)、1種または2種以上のビニル芳香族単量体
(例えばスチレン)およびHPMA、適切な重合開始剤並び
に乳化剤(石鹸)から成る。その三元共重合は、例えば
約4℃乃至60℃もの高温のような比較的広い温度範囲
にわたって実行することができるが、約4〜約10℃の
範囲の温度がより望ましい。
【0036】乳化剤は重合の開始時に加えてもよいし、
或いは反応が進行するにつれて増量するように、または
その反応の進行に比例するように加えてもよい。アニオ
ン系、カチオン系またはノニオン系の乳化剤が使用でき
る。
【0037】製品としてのタイヤは、実際上は、適切な
型内で、昇温下(例えば140〜約160℃)および昇
圧下において、その構成部材の集成体を造形し、そして
硫黄硬化させることによって製造することができる。こ
のような製造の仕方はこの技術分野の当業者には周知で
ある。
【0038】かくして、本発明のより特定の面において
は、本発明により製造されたゴム組成物から成るトレッ
ド構成部材、即ち接地されることになる外側の円周方向
トレッドを有するタイヤが提供される。
【0039】本発明で使用するための追加の各種共役ジ
エン系エラストマーの代表的な例を挙げると、例えばシ
ス1,4−ポリイソプレンゴム(天然または合成)、シ
ス1,4−ポリブタジエン、約30〜約90パーセント
の範囲のビニル1,2含有量を有する高ビニルポリブタ
ジエン、乳化重合で製造されたスチレン/ブタジエン共
重合体(SBR)および有機溶媒重合で製造されたSBRを含
めてスチレン/ブタジエン共重合体、スチレン/イソプ
レン/ブタジエン三元共重合体、3,4−ポリイソプレ
ンを使用する場合はマイナー量のその3,4−ポリイソ
プレン、イソプレン/ブタジエン共重合体、イソプレン
/スチレン共重合体、アクリロニトリル/ブタジエン共
重合体およびアクリロニトリル/ブタジエン/スチレン
三元共重合体がある。便宜のため、該アクリロニトリル
/ジエン重合体類は、たとえジエンがエラストマーの過
半成分でないとしても、ジエン系エラストマーとして示
す。
【0040】タイヤトレッドゴム組成物用のゴム強化用
カーボンブラックの代表的な例は、例えば、約80〜約
160g/kg、或いはそれに代えて約100〜約15
0g/kgの範囲のヨウ素価(ASTM D1510)を、約70
〜約200cm3/100g、或いはそれに代えて約1
00〜約150cm3/100gの範囲のDBP(ジブチル
フタレート)値(ASTM D2414)と共に有するカーボンブ
ラックである。このようなカーボンブラックの代表的な
例は、バンダービルトのゴムハンドブックThe Vander
-bilt Rubber Handbook)、1978年版、第417頁
に容易に見いだすことができる。
【0041】シリカは、実際上は、シリカをエラストマ
ー(1種または2種以上)と結合させ、かくしてシリカ
のエラストマー強化効果を高めるシリカカップリング剤
と共に使用される。
【0042】特に、このようなカップリング剤は、時に
は、シリカ表面と、即ちシリカ表面のシラノール基と反
応し得る構成成分、即ち構成部分(アルコキシシラン部
分)、そしてまたゴム、特に炭素−炭素二重結合、即ち
不飽和結合を含んでいる硫黄加硫性ゴムと反応し得る構
成成分、即ち構成部分(ポリスルフィド部分)を有する
トリアルコキシシランポリスルフィドから構成される。
このようにして、カップラーは、そのとき、シリカとゴ
ムとの間の連結橋として作用し、これによってシリカの
ゴム強化性状が向上せしめられる。
【0043】シリカとゴムとを結合させる際の使用に対
しては、例えば、ポリスルフィド橋中に平均2.2〜
2.6個または3.5〜4個の結合している硫黄原子を
有するビス−(3−トリアルコキシシリルアルキル)ポ
リスルフィドのようなポリスルフィド成分、即ちポリス
ルフィド構造を含んでいるシランカップリング剤のよう
な数多くのカップリング剤が教示されている。このよう
な物質の例はビス−(3−トリエトキシシリルプロピ
ル)ポリスルフィドである。
【0044】この技術分野の当業者であれば直ちに分か
るように、ゴム組成物は、各種の硫黄加硫性成分ゴム
を、例えば硫黄、活性化剤、遅延剤および促進剤のよう
な硬化助剤、オイル、粘着性付与樹脂を含めて樹脂類お
よび可塑剤のような加工用添加剤、非強化性充填材、顔
料、脂肪酸、酸化亜鉛、ワックス、酸化防止剤、オゾン
亀裂防止剤および素練り促進剤などの、普通に用いられ
る様々な添加材料と混合する方法のような、ゴム配合技
術分野で一般に知られている方法によって配合されるこ
とになる。この技術分野の当業者に知られているよう
に、上記の添加剤は硫黄加硫性および硫黄加硫済み材料
(ゴム類)の意図された用途に応じて選択され、そして
一般に常用の量で使用される。
【0045】本発明の場合の強化用充填材の典型的な量
は前に述べられている。粘着性付与樹脂を使用する場
合、その典型的な量は約0.5〜約10phr、通常は約
1〜約5phrである。加工助剤の典型的な量は約1〜約
50phrである。このような加工助剤としては、例えば
芳香族系、ナフテン系および/またはパラフィン系のプ
ロセスオイルを挙げることができる。酸化防止剤の典型
的量は約1〜約5phrである。代表的な酸化防止剤は、
例えばジフェニル‐p‐フェニレンジアミン、および例
えばバンダービルトのゴムハンドブック、(1978
年)、第344〜346頁に開示されるもののような他
の酸化防止剤である。オゾン亀裂防止剤の典型的な量は
約1〜5phrである。ステアリン酸を挙げることができ
るが、脂肪酸を使用する場合、その典型的な量は約0.
5〜約3phrである。酸化亜鉛の典型的な量は約1〜約
5phrである。ワックスの典型的な量は約1〜約5phrで
ある。マイクロクリスタリンワックスがよく用いられ
る。素練り促進剤(peptizers)の典型的な量は約0.
1〜約1phrである。典型的な素練り促進剤は、例えば
ペンタクロロチオフェノールおよびジベンズアミドジフ
ェニルジスルフィドである。
【0046】加硫は硫黄加硫剤の存在下で行われる。適
した硫黄加硫剤の例に、元素硫黄(遊離硫黄)または硫
黄供与性加硫剤、例えばアミンジスルフィド、高分子ポ
リスルフィドまたは硫黄−オレフィン付加体がある。硫
黄加硫剤は元素硫黄であるのが好ましい。この技術分野
の当業者に知られているように、硫黄加硫剤は約0.5
〜約4phrの範囲の量で使用されるが、場合によっては
約8phrまでの量でも使用され、そして約1.5〜約
2.5phrの範囲、時には約2〜約2.5phrの範囲が好
ましい。
【0047】硬化促進剤は加硫に必要とされる時間およ
び/または温度を調節し、そして加硫物の性質を改善す
るために用いられる。1つの態様では、単一の促進剤
系、即ち一次促進剤が用いられることがある。通常、そ
して好ましくは、一次促進剤(1種または2種以上)
は、総量で約0.5〜約4phr、好ましくは約0.8〜
約1.5phrの範囲の量で用いられる。もう一つの態様
では、加硫を活性化し、そして加硫物の性質を改善する
ために、一次促進剤と二次促進剤との組み合せが用いら
れることもあり、この場合二次促進剤は(約0.05〜
約3phrの)より少量で用いられる。これらの促進剤を
組み合せると、最終製品の性質に対して相乗効果がもた
らされると予想され、そしていずれかの促進剤を単独で
用いることによってもたらされる性質よりも幾分良好で
ある。さらに、標準の加工温度(normal processing te
mp.)では影響を受けないが、普通の加硫温度(ordinar
y vulcanization temp.)では満足な硬化をもたらす遅
効型促進剤も用いることができる。加硫遅延剤が用いら
れることもある。本発明で使用することができる適した
タイプの促進剤は、アミン類、ジスルフィド類、グアニ
ジン類、チオ尿素類、チアゾール類、チウラム類、スル
フェンアミド類、ジチオカルバメート類およびキサンテ
ート類である。一次促進剤はスルフェンアミド類である
のが好ましい。二次促進剤を用いる場合、それはグアニ
ジン系化合物、ジチオカルバメート系化合物またはチウ
ラム系化合物であるのが好ましい。
【0048】上記添加剤の存在とその相対量は本発明の
1つの面であるとは考えられず、本発明は、より一義的
には、キャップ/ベース構造のタイヤトレッドの製造に
向けられ、この場合そのトレッドキャップは、例えばシ
リカおよびカーボンブラックにして、シリカまたはカー
ボンブラックが主要成分となっているそれら強化材で強
化されている、ジエン/ビニル芳香族化合物/ヒドロキ
シプロピルメタクリレート(HPMA)の乳化重合誘導三元
共重合体ゴムの組み合わせを含んでいるゴム組成物のも
のである。
【0049】ゴム組成物の混合は、ゴム混合技術分野の
当業者に知られている方法によって成し遂げることがで
きる。例えば、その組成物の成分は少なくとも2つの段
階、即ち少なくとも1つの非硬化発現段階とそれに続く
硬化発現混合段階で混合することができる。最終硬化剤
は、典型的には、通常「硬化発現」混合段階と呼ばれる
最終段階で混合され、この段階では、混合は、典型的に
は、それに先行する非硬化発現混合段階(1つまたは2
つ以上)の混合温度(1つまたは2つ以上)より低い温
度、即ち最終温度で起こる。用語「非硬化発現(non-pr
oductive)」および「硬化発現(productive)」混合段
階は、ゴム混合技術分野の当業者には周知のものであ
る。
【0050】本発明は次の実施例を参照することによっ
てさらによく理解することができる。これらの実施例に
おいて、部および百分率は、外に指示されない限りは重
量による。
【0051】実施例1 この実施例では、乳化重合で製造されたスチレン/ブタ
ジエン共重合体エラストマーおよびシス1,4−ポリブ
タジエンゴムから成るシリカ強化ゴム組成物が製造さ
れ、そして本実施例では対照試料Aおよび対照試料Cと
称される。これらの対照試料は、対照試料Cの場合は、
より少ないカップリング剤が用いられ(カップラー複合
物12部の代わりに9部)、またより低い混合(落下)
温度が用いられた(160℃の代わりに140℃)点で
互いに相違する。
【0052】ヒドロキシル側基を有するスチレン/ブタ
ジエン/HPMA三元共重合体エラストマーが上記スチレン
/ブタジエン共重合体エラストマーの代わりに用いられ
たことを除いて、同様のシリカ強化ゴム組成物を試料B
および試料Dとして製造する。この場合、得られた試料
Bはその他の点では対照試料Aに相当し、また試料Dは
その他の点では対照試料Cに相当する。
【0053】従って、比較の目的に関しては、本実施例
では、試料Bが対照試料Aと比較され、また試料Dが対
照試料Cと比較されるものとする。上記のゴム組成物
は、3つの別々の添加(混合)段階、即ち約140℃
(試料CおよびD)および約160℃(試料Aおよび
B)の温度に2つの連続する非硬化発現混合段階(硫黄
硬化剤、および促進剤としての硬化剤は使用せず)を、
そして約115℃の温度に1つの最終硬化発現混合段階
(硫黄硬化剤、および促進剤としての硬化剤を使用)を
用いて、密閉式ゴムミキサー中で製造された。それぞれ
の場合に、カップリング剤はシリカ添加後の非効果発現
混合段階で加えられた。
【0054】この実施例に用いられた材料は次の表1に
示される。
【0055】
【表1】
【0056】1ザ・グッドイアー・タイヤ・アンド・ラ
バー社(The Goodyear Tire & Rubber Company)から
の、水性乳化重合で製造された、油展されていないスチ
レン/ブタジエン共重合体エラストマーであって、次の
性質:約63の100℃におけるムーニーML/4粘
度;約38重量パーセントのスチレン含有量;DSC(走
査熱量計)中点値において約−37℃のガラス転移温度
(Tg)を有するそのような共重合体エラストマー。
【0057】2乳化剤としてオレイン酸カリウム石鹸を
用いて、1,3−ブタジエン単量体、スチレン単量体お
よびヒドロキシプロピルメタクリレート(HPMA)単量体
を三元共重合して水性ラテックスを形成することによっ
て得られ、そしてそのラテックスから回収された、ヒド
ロキシル側基を有するスチレン/ブタジエン/HPMA三元
共重合体エラストマー。このような三元共重合のため
に、53部の1,3−ブタジエン、44部のスチレンお
よび3部のHPMAを、水および乳化剤としてのオレイン酸
カリウム石鹸を含んでいた適切な反応器に装填する。常
用の鉄/ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート
で活性化されたヒドロペルオキシド開始剤系を用い、ま
た重合調節剤としてt−ドデシルメルカプタンを用い
た。重合は約10℃の温度で行われ、そして約65〜7
0パーセントの単量体転化率においてショートストップ
された。HPMAは、アルドリッチ・ケミカル社(Aldrich
Chemical Company)から得られた2−ヒドロキシプロピ
ルメタクリレート異性体と3−ヒドロキシプロピルメタ
クリレート異性体とのそれぞれ約80/20重量比のブ
レンドであった。最終材料、即ち最終ブレンドは約36
パーセントのスチレンレベル、即ちスチレン含有量およ
び約−36℃のTgを有することを特徴とする。
【0058】3ザ・グッドイアー・タイヤ・アンド・ラ
バー社からブデン(Budene)1207として得られた、
約−104℃のTgを有するシス1,4−ポリブタジエ
ンエラストマー。
【0059】4ローディアS.A.社からゼオシル11
65MPとして得られた。5 ビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフ
ィド(デグッサS.A.社からX266Sとして入手)
とカーボンブラックとの、そのジスルフィド物質が表1
に報告される値の50パーセントとなるように50/5
0重量比とされている複合物。
【0060】6芳香族系ゴムプロセスオイル、並びにマ
イクロクリスタリンワックスおよびパラフィン系ワック
ス。7 フェニレンジアミンタイプ。
【0061】上記ゴム試料の色々な物理的性質が次の表
2に示されるが、この場合加硫されたゴム試料に対して
応力−歪試験、反発弾性試験、硬度試験、DIN摩耗性試
験および引裂抵抗性試験が行われている。
【0062】
【表2】
【0063】表2から、試料Bにおけるスチレン/ブタ
ジエン/HPMAエラストマー性三元共重合体の使用は、対
照試料Aと比較して100℃においてより高い反発弾性
率値および100℃においてより低いタンデルタ値を示
したことが分かる。これはそのようなゴム組成物のトレ
ッドを有するタイヤの低下した転がり抵抗性を予測させ
るものである。
【0064】試料Dについても、対照試料Cに比較し
て、反発弾性率(100℃)値およびタンデルタ値に対
して同様の観察結果が認められる。表2からは、さら
に、試料Bにおける上記エラストマー性三元共重合体の
使用は、対照試料Aに比較して、低下したDIN摩耗損
失、増加した不溶性重合体および増加したモジュラス比
を示したことが分かる。これは、そのようなゴム組成物
のトレッドを有するタイヤの低下したトレッド摩耗性を
予測させるものである。
【0065】試料Dについても、対照試料Cに比較し
て、DIN摩耗損失、増加した不溶性重合体および増加し
たモジュラス比に対して同様の観察結果が認められる。
表2からは、また、試料Bにおける上記エラストマー性
三元共重合体の使用は、対照試料Aに比較して、そのよ
うなゴム組成物のトレッドを有するタイヤの同等のまた
はより良好なウエットスキッド抵抗性を予測させる同等
のまたは僅かに改善された反発弾性率(23℃)値を示
したことが分かる。
【0066】試料Dについても、対照試料Cに比較し
て、反発弾性率(23℃)に対して同様の観察結果が認
められる。このことは本発明においては重要なことであ
ると考えられる。本発明において、増加した不溶性重合
体および300/100モジュラス比で明示される増加
したゴム/シリカ強化材の相互作用と関係があると考え
られる指摘された改善は、ほとんど同等のゴム組成物の
可塑性(ムーニー粘度値)およびゴムの加工性において
達成されるからである。
【0067】表2からは、さらに、上記エラストマー性
三元共重合体の使用は、試料Bを試料Dに移行させた時
の物理的性質に、対照試料Aから対照試料Cに移行させ
た時のスチレン/ブタジエン共重合体エラストマーの使
用と比較してはるかに顕著に小さい変動を示したことが
分かる。これら両ケースにおいて、その移行量は、16
0℃から140℃への最終温度における低下と合わせ
て、カップリング剤の量における(カップラー複合物1
2部から9部への)25パーセントの低下である。
【0068】このことは本発明においては重要なことで
あると考えられる。非硬化発現混合段階についてのカッ
プリング剤の少ない量およびより低い最終混合温度を用
いての、試料Dにおけるエラストマー性三元共重合体の
使用は、その結果として、未変性スチレン/ブタジエン
共重合体エラストマーを当初のカップリング剤レベル、
即ちカップリング剤量(12部のカップラー/カーボン
ブラック複合物)および160℃というより高い最終混
合温度において使用している代表的な対照試料Cと比較
して、反発弾性率(100℃)、タンデルタ(100
℃)、不溶性重合体値、300/100モジュラス比お
よびDIN摩耗値を改善すると判断されるからである。
【0069】表2からは、また、ヒドロキシル側基を有
する上記三元共重合体エラストマーを使用した試料Dの
ゴム組成物の引裂特性および破断時伸び値は、実際に、
未変性スチレン/ブタジエン共重合体エラストマーを使
用した対照試料Aの引裂特性および破断時伸び値と同様
の値に達したことが分かる。
【0070】最後に、本発明において、シリカおよびカ
ップリング剤の添加順序は、前記の未加硫のヒドロキシ
ル側基を有するスチレン/ブタジエン/HPMA三元共重合
体エラストマーの加工可能なムーニー粘度値または可塑
性を保持するために、上記三元共重合体エラストマーの
使用にとって重要であると考えられる。
【0071】特に、本発明においては、カップリング剤
は、シリカの添加に続いて(好ましくはシリカ添加の少
なくとも1分後に)ゴム組成物に添加されるべきである
と考えられ、従ってシリカに先だってまたはシリカと同
時にカップリング剤を添加する場合は排除される。この
カップリング剤の後続添加は、シリカおよびカップリン
グ剤を、同じ非硬化発現混合段階か、または別の後続非
硬化発現混合段階のいずれかにおいて添加することによ
り成し遂げることができる。
【0072】本明細書には本発明の実施のために色々な
態様が開示されるが、この技術分野の当業者には、本発
明にその精神と範囲から逸脱しない限り色々な変更およ
び修正をなし得ることは明らかであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08K 9/02 C08K 9/02 (71)出願人 590002976 1144 East Market Stre et,Akron,Ohio 44316− 0001,U.S.A. (72)発明者 ジョルジュ・マルセル・ヴィクトール・テ ィエラン ルクセンブルク大公国エル−4995 ショー ヴェイル,リュー・ジェデー・シャルロッ ト 49 Fターム(参考) 4F070 AA06 AA08 AB03 AB05 AC04 AC52 AD06 AE01 FA03 FA17 FB06 FB07 FC03 4J002 AC02X AC06X AC08W AC08X AC10W DA036 DJ016 EX047 FB086 FD016 GN01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゴム組成物のトレッドを有するタイヤで
    あって、該ゴム組成物は、ゴム100重量部(phr)に
    基づいて: (A)100phrのエラストマーにして、 (1)約10〜約100phrの、次の: (a)約49.5〜約84.5重量パーセントの、4〜
    8個の炭素原子を含む共役ジエン単量体、 (b)約15〜約50重量パーセントの、スチレンおよ
    びアルファーメチルスチレンの内の少なくとも1種から
    選ばれるビニル芳香族単量体、および (c)約0.5〜約5重量パーセントの、場合に応じ
    て、次の一般式(I)、(II)および(III): 【化1】 (式中、Rは水素原子または1〜約8個の炭素原子を含
    むアルキル基を表し;R1は約1〜約8個の炭素原子を
    含む飽和アルコール基を表し、ここで該飽和アルコール
    基は第一、第二および第三アルコール基から選ばれ
    る。)を有するヒドロキシアルキルアクリレート類およ
    びヒドロキシアルキルアクリルアミド類から選ばれる少
    なくとも1種の共単量体から誘導された繰返単位を含
    む、水性乳化重合で製造された三元共重合体ゴム、 (2)ゼロ〜約90phrの、イソプレンおよび1,3−
    ブタジエンの内の少なくとも1種の単独重合体および共
    重合体、並びにイソプレンおよび1,3−ブタジエンの
    内の少なくとも1種と、スチレンおよびアルファーメチ
    ルスチレンから選ばれるビニル芳香族化合物、好ましく
    はスチレンとの共重合体から選ばれる少なくとも1種の
    追加の共役ジエン系エラストマー、を含む上記エラスト
    マー; (B)約40〜約120phrの、カーボンブラック、並
    びに合成非晶質シリカおよび表面にシリカのドメインを
    有するシリカ処理カーボンブラックの内の少なくとも1
    種から選ばれる粒状シリカ含有材料、好ましくは合成シ
    リカの内の少なくとも1種から選ばれる強化用充填材に
    して、該充填材が: (1)約35〜約90phrのカーボンブラックおよび約
    5〜約30phrの該シリカ含有材料、または (2)約5〜約30phrのカーボンブラックおよび約3
    5〜約90phrの該シリカ含有材料を含む該強化用充填
    材;および (C)約0.5〜約10phrの少なくとも1種のシリカ
    カップリング剤にして、前記シリカの表面および前記シ
    リカ処理カーボンブラックの表面上の前記シリカドメイ
    ンの表面にヒドロキシル基(例えば、シラノール基)と
    反応性の部分、および前記エラストマー(1種または2
    種以上)と相互作用性の追加部分を有する該シリカカッ
    プリング剤をブレンドすることを含む方法によって製造
    されることを特徴とし;ここで、前記ゴム組成物は: (1)少なくとも1つの逐次混合工程において、密閉式
    ミキサー中で、遊離硫黄の非存在下において、前記三元
    共重合体ゴム、および追加のジエン系エラストマー(1
    種または2種以上)を使用する場合はその追加ジエン系
    エラストマーを、前記強化用充填材(1種または2種以
    上)と共に約140〜約175℃の範囲の温度にブレン
    ドし; (2)続いて、同一または後続の逐次混合工程におい
    て、密閉式ゴムミキサー中で、遊離硫黄の非存在下にお
    いて、上記ブレンドと前記カップリング剤および残って
    いる量の前記シリカ含有材料とを約140〜約175℃
    の範囲の温度にブレンドし; (3)続いて、遊離硫黄を上記ブレンドと密閉式ゴムミ
    キサー中で約100〜約125℃の範囲の温度にブレン
    ドすることを含む方法によって製造される、前記のタイ
    ヤ。
  2. 【請求項2】 ゴム組成物が、ゴム100重量部(ph
    r)に基づいて: (A)100phrのエラストマーにして、 (1)約25〜約75phrの、次の: (a)約49.5〜約84.5重量パーセントの1,3
    −ブタジエン、 (b)約15〜約50重量パーセントのスチレン、およ
    び (c)約0.5〜約5重量パーセントの、ヒドロキシメ
    チルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレ
    ート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(HPMA異
    性体)、3−ヒドロキシプロピルメタクリレート((HP
    MA異性体)、3−フェノキシ−2−ヒドロキシプロピル
    メタクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレート、ヒ
    ドロキシヘキシルメタクリレートおよびヒドロキシオク
    チルメタクリレートから選ばれる共単量体から誘導され
    た繰返単位を含む、水性乳化重合で製造された三元共重
    合体ゴム、 (2)25〜約75phrの、イソプレンおよび1,3−
    ブタジエンの内の少なくとも1種の単独重合体および共
    重合体、並びにイソプレンおよび1,3−ブタジエンの
    内の少なくとも1種とスチレンとの共重合体から選ばれ
    る少なくとも1種の追加の共役ジエン系エラストマーを
    含む上記エラストマー; (B)約40〜約120phrの、カーボンブラック、並
    びに合成非晶質シリカおよび表面にシリカのドメインを
    有するシリカ処理カーボンブラックの内の少なくとも1
    種から選ばれる粒状シリカ含有材料、好ましくは合成シ
    リカの内の少なくとも1種から選ばれる強化用充填材に
    して、該充填材が: (1)約35〜約90phrのカーボンブラックおよび約
    5〜約30phrの該シリカ含有材料、または (2)約5〜約30phrのカーボンブラックおよび約3
    5〜約90phrの該シリカ含有材料を含む該強化用充填
    材;および (C)約1〜約7phrの少なくとも1種のシリカカップ
    リング剤にして、前記シリカの表面および前記シリカ処
    理カーボンブラックの表面上の前記シリカドメインの表
    面にヒドロキシル基(例えば、シラノール基)と反応性
    の部分、および前記エラストマー(1種または2種以
    上)と相互作用性の追加部分を有する該シリカカップリ
    ング剤をブレンドすることを含む方法によって製造さ
    れ;ここで、前記ゴム組成物は: (1)少なくとも1つの逐次混合工程において、密閉式
    ミキサー中で、遊離硫黄の非存在下において、前記三元
    共重合体ゴム、および追加のジエン系エラストマー(1
    種または2種以上)を使用する場合はその追加ジエン系
    エラストマーを、前記強化用充填材(1種または2種以
    上)と共に約140〜約175℃の範囲の温度にブレン
    ドし; (2)続いて、同一または後続の逐次混合工程におい
    て、密閉式ゴムミキサー中で、遊離硫黄の非存在下にお
    いて、上記ブレンドと前記カップリング剤および残って
    いる量の前記シリカ含有材料とを約140〜約175℃
    の範囲の温度にブレンドし; (3)続いて、遊離硫黄を上記ブレンドと密閉式ゴムミ
    キサー中で約100〜約125℃の範囲の温度にブレン
    ドすることを含む方法によって製造される、ことを特徴
    とする請求項1に記載のタイヤ。
  3. 【請求項3】 共単量体が、2−ヒドロキシエチルメタ
    クリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、
    3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブ
    チルメタクリレート、3−フェノキシ−2−ヒドロキシ
    プロピルメタクリレート、ヒドロキシヘキシルメタクリ
    レートおよびヒドロキシオクチルメタクリレートの内の
    少なくとも1種から選ばれる構造式(I)、またはヒド
    ロキメチルメタクリルアミド、2−ヒドロキシエチルメ
    タクリルアミド、2−ヒドロキシプロピルメタクリルア
    ミドおよび3−ヒドロキシプロピルメタクリルアミドの
    内の少なくとも1種から選ばれる構造式(II)および
    /または(III)のものであることを特徴とする請求
    項1に記載のタイヤ。
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