JP2003113273A - シラン変性された酸化物もしくはケイ酸塩充てん剤、その製造方法、該充てん剤を含有するゴム混合物およびその使用 - Google Patents
シラン変性された酸化物もしくはケイ酸塩充てん剤、その製造方法、該充てん剤を含有するゴム混合物およびその使用Info
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Abstract
てん剤、その製造方法、該充てん剤を含有するゴム混合
物およびその使用を提供する。 【解決手段】 シラン変性された酸化物もしくはケイ酸
塩充てん剤において、少なくとも1種の酸化物もしくは
ケイ酸塩の充てん剤を、一般式I (R1)3Si−R2−SH I [式中、置換基R1は同一であるか、または異なってお
り、かつアルコキシまたはアルキルからなり、その際、
少なくとも1つの基R1はアルコキシ基であり、R2は
二価の炭化水素基を表す]のメルカプトシランおよび一
般式II (R1)3Si−R3 II [式中、R3は飽和もしくは不飽和の、分枝鎖状もしく
は非分枝鎖状のアルキル基を表す]のアルキルシランお
よび/またはシリコーン油により変性する。 【効果】 本発明によるシラン変性された酸化物もしく
はケイ酸塩充てん剤は、インサイチューの混合物に対し
て、低い粘度、高い弾性率および改善された動的特性の
利点を有する。
Description
酸化物もしくはケイ酸塩充てん剤、その製造方法ならび
にその使用に関する。
イ素化合物により処理し、この処理によって充てん剤強
化エラストマー中の無機充てん剤と使用される有機ポリ
マーとの間の結合を強化し、ひいてはポリマー中の充て
ん剤の特性を改善することは公知である。
9、US3,978,103およびUS4,048,2
06から、硫黄を含有する有機ケイ素化合物、たとえば
ビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスル
ファンまたは3−メルカプトプロピルトリエトキシシラ
ンを、酸化物により充てんしたゴム混合物中のシラン接
着助剤または強化添加剤として、特に自動車タイヤのト
レッドおよびその他の部材のために使用することは公知
である。タイヤトレッド用のゴム混合物中でのメルカプ
トシランの使用はFR−A152.094.859から
公知である。メルカプトシランを加工する際の顕著な問
題、たとえばプレ−スコーチ(pre-scorch)および塑性挙
動を回避するために、多くの場合、タイヤ部材用のカッ
プリング剤としてポリスルフィドオルガノシラン、たと
えばビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラ
スルファンまたはビス−(3−トリエトキシシリルプロ
ピル)ジスルファン(DE2542534、DE240
5758、DE19541404、DE1973429
5)を使用するが、これらは加硫信頼性、容易な製造お
よび強化効果に関して、シリカ充てん加硫物に関して最
高の妥協案である。
び非変性充てん剤を加硫していないポリマー混合物に混
入することは、種々の方法により行うことができる。イ
ンサイチューの方法は、充てん剤、たとえばカーボンブ
ラックおよびシリカ、オルガノシランおよびポリマーを
一緒に混合する工程からなる。
は、充てん剤とポリマーとを混合する前に、充てん剤を
相応するオルガノシランまたは種々のオルガノシランの
混合物によって変性することからなる。
かつ引き続き充てん剤、たとえば粘土を処理することに
より充てん剤の表面を変性することができることが公知
である(US特許3,227,675)。
3,997,356)または活性な充てん剤をオルガノ
シランと充てん剤とからなる予め形成された混合物によ
り計量供給する(DE3314742、US−A407
6550)ことが特に重要な役割を果たす。熱的に前処
理していないこれらの混合物の欠点は、貯蔵安定性に欠
けることであり、ひいては製品の特性安定性に欠けるこ
とである。
を2つの異なったタイプの有機ケイ素化合物により処理
する酸化物ケイ酸塩充てん剤を記載している。この場
合、酸化物の粒子は、水に対して大きな親和性を示し、
かつ水系中に容易に分散させることができるように処理
する。
シランを用いた、水中に懸濁したカオリンの変性が公知
である。しかし記載の有機ケイ素化合物は、変性のため
に必要とされる量では水溶性であるので、この場合、充
てん剤の処理は水溶液から行うことができる。
リスルフィドおよび該化合物によって処理した、ゴム混
合物中で使用される無機充てん剤に関する。製造は、ア
ルコール99.9〜80質量%を含有する水/アルコー
ル調製物中で行う。
酸塩充てん剤の表面を、水溶性の有機ケイ素化合物の水
性エマルションを用いて変性する方法が公知である。
が、インサイチューで混合した充てん剤およびシランの
ものよりも劣るという欠点を有する。
が均質に被覆され、かつゴム中で、インサイチューで製
造されたゴム混合物よりも改善された動的性質を有する
シラン変性された酸化物もしくはケイ酸塩充てん剤を提
供することである。
性された酸化物もしくはケイ酸塩充てん剤であり、これ
は少なくとも1種の酸化物もしくはケイ酸塩の充てん剤
が一般式I (R1)3Si−R2−SH I [式中、置換基R1は同一であるか、または異なってお
り、かつアルコキシ、たとえばメトキシ、エトキシもし
くはプロポキシ、またはアルキルからなり、その際、少
なくとも1つの基R1はアルコキシ基であり、R2は二
価の炭化水素基、有利には−CH2−、−CH2−CH
2−、−CH2−CH2−CH2−、−CH2−CH
(CH3)−CH2−、−CH2−CH2−CH(CH
3)−を表す]のメルカプトシランおよび一般式II (R1)3Si−R3 II [式中、R3は飽和もしくは不飽和の、分枝鎖状もしく
は非分枝鎖状のアルキル基を表す]のアルキルシランお
よび/またはシリコーン油により変性されていることを
特徴とする。
の充てん剤はメルカプトシランおよびアルキルシランお
よび/またはシリコーン油を0.1〜50.0質量%、
有利には1.0〜25.0質量%、特に有利には1.0
〜8.0質量%含有していてもよい。
の表面に結合していてよい。
シラン変性された酸化物もしくはケイ酸塩の充てん剤を
製造する方法であり、この方法は、少なくとも1種の酸
化物もしくはケイ酸塩充てん剤を式Iのメルカプトシラ
ンおよび式IIのアルキルシランおよび/またはシリコ
ーン油と混合することを特徴とする。
ール、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサンまたはトル
エンを使用して実施してもよいし、溶剤を使用しないで
実施してもよい。
ルカプトシランと、および次いでアルキルシランおよび
/またはシリコーン油と混合するか、またはその逆でも
よい。メルカプトシランおよびアルキルシランおよび/
またはシリコーン油をまず混合し、引き続き酸化物もし
くはケイ酸塩の充てん剤と混合することができる。
よび/またはシリコーン油を酸化物もしくはケイ酸塩充
てん剤に噴霧してもよい。噴霧は有利には10〜50℃
で実施することができる。反応、つまりシランとシリカ
との反応は、温度50℃〜200℃、有利には60℃〜
160℃で行うことができる。高めた温度での反応は直
接、噴霧の後に行う(1段)か、または別々の工程(2
段)で行うことができる。
分で実施することができる。
メルカプトシランおよびアルキルシランおよび/または
シリコーン油を連続的に適切な撹拌混合装置中で混合す
ることができる。この場合、攪拌速度を温度に適合させ
る。
ting stirrer)、羽根型撹拌機、アーム型撹拌機(arm st
irrer)、多孔板アーム型撹拌機(perforated arm stirre
r)、クロスアーム型撹拌機(cross-arm stirrer)、馬蹄
型撹拌機、グリッド撹拌機(grid stirrer)、パドルロー
ラ(paddle roll)、プロペラ撹拌機、スクリュー撹拌
機、タービン撹拌機、回転円板式撹拌機、遊星型パドル
撹拌機、回転ミキサーまたは櫂型撹拌機を使用すること
ができる。
き上げ運動または循環により作業することができる。
物もしくはケイ酸塩充てん剤を加熱処理することができ
る。この場合、温度は50℃〜200℃、有利には50
℃〜160℃であってもよい。
り、かつアルコキシ、有利にはメトキシ、エトキシもし
くはプロポキシ、またはアルキルを表し、その際、少な
くとも1つの基R1はアルコキシ基であり、R2は2価
の炭化水素基、有利には−CH2−、−CH2−CH2
−、−CH2−CH2−CH2−、−CH 2−CH(C
H3)−CH2−、−CH2−CH2−CH(CH3)
−を表す]の化合物を使用することができる。有利には
メルカプトシランとしてメルカプトプロピルトリメトキ
シシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メ
ルカプトエチルトリメトキシシランまたはメルカプトエ
チルトリエトキシシランを使用することができる。
くは非分枝鎖状のアルキル基を表す]の化合物を使用す
ることができる。有利にはアルキルシランとしてプロピ
ルトリエトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ペ
ンチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラ
ン、ヘプチルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキ
シシラン、ヘキサデシルトリエトキシシラン、オクタデ
シルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラ
ン、ブチルトリメトキシシラン、ペンチルトリメトキシ
シラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘプチルトリメ
トキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、ヘキサデ
シルトリメトキシシランまたはオクタデシルトリメトキ
シシランを使用することができる。
(気体状の窒素を用いて測定)1〜1000m2/g、
有利には300m2/gまでのBET表面積を有するア
ルミノケイ酸塩、ケイ酸塩、沈降シリカもしくは熱分解
法シリカを使用することができる。
名Ultrasilで販売されている沈降シリカ(Ultrasil VN
3、Ultrasil VN 3 GR、Ultrasil VN 2およびUltrasil V
N 2GR)を使用することができる。
り、これは、ゴム、本発明によるシラン変性された酸化
物もしくはケイ酸塩充てん剤、場合により沈降ケイ酸お
よび/またはカーボンブラックおよび/またはその他の
ゴム助剤を含有することを特徴とする。
に、天然ゴム以外に合成ゴムもまた適切である。有利な
合成ゴムはたとえばW. Hofmann, Kautschuktechnologi
e, Genter Verlag, Stuttgart 1980に記載されている。
これは特にポリブタジエン(BR)、ポリイソプレン
(IR)、1〜60質量%、有利には5〜50質量%の
スチレン含有率を有するスチレン/ブタジエン−コポリ
マー(E−もしくはS−SBR)、イソブチレン/イソ
プレン−コポリマー(IIR)、5〜60質量%、有利
には10〜50質量%のアクリルニトリル含有率を有す
るブタジエン/アクリルニトリル−コポリマー(NB
R)、エチレン/プロピレン/ジエン−コポリマー(E
PDM)ならびにこれらのゴムの混合物を含む。
助剤製品、たとえば特に反応促進剤、反応遅延剤、老化
防止剤、安定剤、加工助剤、可塑剤、ワックス、金属酸
化物ならびに活性化剤、たとえばトリエタノールアミ
ン、ポリエチレングリコール、ヘキサントリオールを含
有していてもよい。
量で使用することができる。通例の量はたとえばゴムに
対して0.1〜50質量%の量である。
ラジカル形成剤を使用することができる。本発明による
ゴム混合物はさらに加硫促進剤を含有していてもよい。
ゾチアゾール、スルフェンアミド、グアニジン、チウラ
ム、ジチオカルバメート、チオ尿素およびチオカルバメ
ートである。
0.1〜10質量%、有利には0.1〜5質量%の量で
使用することができる。
びオルガノシランとの混合は、通例の混合装置、たとえ
ばローラ、ニーダーおよび混合押出機中で実施すること
ができる。通例、このようなゴム混合物をニーダー中で
製造し、その際、まず1以上の連続する熱化学的な混合
工程でゴム、本発明によるシラン変性された酸化物もし
くはケイ酸塩充てん剤、場合によりカーボンブラックお
よび/またはシリカおよび/またはその他のゴム助剤を
温度100〜170℃で混合する。その際、個々の成分
の添加順序および添加時間は、得られる混合物の特性に
決定的な影響を与える。こうして得られるゴム混合物に
次いで通常、インナーミキサー中またはローラ上、40
〜110℃で架橋剤を添加し、かついわゆる原料混合物
を次のプロセス工程、たとえば形状付与および加硫のた
めに加工する。
〜200℃で、有利には130〜180℃で、場合によ
り10〜200バールの圧力下で行うことができる。
するため、たとえば空気タイヤ、タイヤトレッド、ケー
ブルジャケット、ホース、動輪ベルト、コンベアベル
ト、ローラーコーティング、タイヤ、靴底、パッキング
リング、異形材および防振部材を製造するために適切で
ある。
くはケイ酸塩充てん剤は、インサイチューの混合物に対
して、低い粘度、高い弾性率および改善された動的性質
の利点を有する。
の製造 ヘンシェルミキサー中にUltrasil 7000 GR 3000g
を装入した。メルカプトプロピルトリメトキシシラン
(VP Si 163)74gおよびオクチルトリエト
キシシラン(VP Si 208)112.5gを順
次、温度23℃で撹拌下に噴霧した。引き続き材料をヘ
ンシェルミキサーから取り出し、かつミキサーを120
℃に加熱した。次いでシリカ−シラン混合物を熱いミキ
サー中に充てんし、かつ撹拌下に120℃で30分間反
応させた。
の製造 ヘンシェルミキサー中にUltrasil 7000 GR 3000g
を装入した。メルカプトプロピルトリメトキシシラン
(VP Si 163)74gおよびオクチルトリエト
キシシラン(VP Si 208)112.5gをエタ
ノール400g中に溶解した。シラン溶液を温度23℃
で撹拌下にUltrasil 7000 GRに噴霧した。引き続き材料
をヘンシェルミキサーから取り出し、かつミキサーを1
20℃に加熱した。次いでシリカ−シラン混合物を熱い
ミキサー中に充てんし、かつ撹拌下に120℃で30分
間反応させた。
ム工業上の試験 ゴム混合物のために使用される処方を次の第1表に記載
する。この場合、phrという単位は、使用される生ゴ
ム100部に対する質量割合を意味する。ゴム混合物お
よびその加硫物を製造するための一般的な方法は、文
献:"Rubber Technology Handbook", W. Hofmann, Hans
er Verlag 1994に記載されている。
ン含有率25質量%およびブタジエン含有率75質量%
を有する、バイエル社の溶液重合したSBR−コポリマ
ーである。コポリマーは油37.5phrを含有し、か
つムーニー粘度(ML1+4/100℃)50±4を有
する。
率少なくとも97%、1,2−含有率1%およびムーニ
ー粘度44±5を有するバイエル社のシス−1,4−ポ
リブタジエン(Neodymタイプ)である。
ZDを使用する。Vulkanox 4020は、バイエル社の6PP
Dであり、かつProtektor G35PはHB-Fuller GmbH社のオ
ゾン保護ワックスである。Vulkacit D (DPG)およびVulk
azit CZ (CBS)はバイエル社からの市販品である。
m2/gを有する、デグッサ社の良好に分散可能な沈降
ケイ酸である。VP Si 163、メルカプトプロピ
ルトリメトキシシランおよびVP Si 208、オク
チルトリエトキシシランはデグッサ社からの市販品であ
る。
法に相応して製造した。
いる。
す。混合物は165℃で20分加硫した。
できるように、本発明によるシラン変性した酸化物もし
くはケイ酸塩充てん剤を含有する混合物(2+3)のゴ
ムの特性値は、インサイチューの対照例(1)の特性値
を上回っている。特に低いムーニー粘度、高い引張応力
値および低いtan δ(60℃)値は、インサイチュ
ーの混合物に対する改善を証明している。
の製造 ヘンシェルミキサー中にUltrasil 7000 GR 3000g
を装入した。撹拌下に順次、DOW 50(Mn=37
00g/モルを有するシリコーン油)150gおよびDy
nasylan 3201(メルカプトプロピルトリエトキシシラ
ン)90gを22℃で噴霧した。次いで材料をヘンシェ
ルミキサーから取り出し、かつ該ミキサーを引き続き1
20℃に加熱した。引き続きヘンシェルミキサーにシリ
カ/シラン−混合物を充てんし、かつ撹拌下に120℃
で30分シランカップリング反応を実施した。
製造 ヘンシェルミキサー中にUltrasil 7000 GR 3000g
を装入した。撹拌下に順次、VP Si 216(ヘキ
サデシルトリエトキシシラン)60gおよびDynasylan
3201 90gを22℃で噴霧した。次いで材料をヘンシ
ェルミキサーから取り出し、かつ該ミキサーを引き続き
120℃に加熱した。引き続きヘンシェルミキサーにシ
リカ/シラン−混合物を充てんし、かつ撹拌下に120
℃で30分シランカップリング反応を実施した。
の製造 ヘンシェルミキサー中にUltrasil 7000 GR 3000g
を装入した。撹拌下にVP Si 216 60gを2
2℃で噴霧した。次いで材料をヘンシェルミキサーから
取り出し、かつ該ミキサーを引き続き120℃に加熱し
た。引き続きヘンシェルミキサーにシリカ/シラン−混
合物を充てんし、かつ撹拌下に120℃で30分シラン
カップリング反応を実施した。
ミキサー中に装入し、かつ撹拌下に22℃でDynasylan
3201 90gを噴霧した。次いで材料をヘンシェルミキ
サーから取り出し、かつ該ミキサーを引き続き120℃
に加熱した。引き続きヘンシェルミキサーにシリカ/シ
ラン−混合物を充てんし、かつ撹拌下に120℃で30
分シランカップリング反応を実施した。
ム工業上の試験 ゴム混合物のために使用される処方を次の第5表に記載
する。この場合、phrという単位は、使用される原料
ゴム100部に対する質量割合を意味する。
l VN3をベースとするSi69 8%で前シラン化され
たシリカである。
トリエトキシシラン、VP Si216、ヘキサデシル
トリエトキシシランおよびSi 69、ビス(3−[ト
リエトキシシリル]プロピル)テトラスルファンは、デ
グッサ社の市販品である。DOW 50は、DOW Chemic
als社のMn=3700g/モルを有するシリコーン油
である。
の混合方法に相応して製造した。
結果を示す。混合物を165℃で20分間、加硫した。
くはケイ酸塩充てん剤の混合物8〜10の加硫データを
インサイチューのSi69対照混合物4と比較すると、
弾性率の値および強化係数が向上している。混合物8〜
10の動的値は、改善されている(中程度の動剛性およ
び低いヒステリシス損失)。
Claims (8)
- 【請求項1】 シラン変性された酸化物もしくはケイ酸
塩充てん剤において、少なくとも1種の酸化物もしくは
ケイ酸塩の充てん剤が、一般式I (R1)3Si−R2−SH I [式中、置換基R1は同一であるか、または異なってお
り、かつアルコキシまたはアルキルからなり、その際、
少なくとも1つの基R1はアルコキシ基であり、R2は
二価の炭化水素基を表す]のメルカプトシランおよび一
般式II (R1)3Si−R3 II [式中、R3は飽和もしくは不飽和の、分枝鎖状もしく
は非分枝鎖状のアルキル基を表す]のアルキルシランお
よび/またはシリコーン油により変性されていることを
特徴とする、シラン変性された酸化物もしくはケイ酸塩
充てん剤。 - 【請求項2】 メルカプトシランおよびアルキルシラン
および/またはシリコーン油を0.1〜50.0質量%
含有する、請求項1記載のシラン変性された酸化物もし
くはケイ酸塩充てん剤。 - 【請求項3】 請求項1記載のシラン変性された酸化物
もしくはケイ酸塩充てん剤の製造方法において、少なく
とも1種の酸化物もしくはケイ酸塩の充てん剤を式Iの
メルカプトシランおよび式IIのアルキルシランおよび
/またはシリコーン油と混合することを特徴とする、請
求項1記載のシラン変性された酸化物もしくはケイ酸塩
充てん剤の製造方法。 - 【請求項4】 溶剤を用いないで反応を実施する、請求
項3記載のシラン変性された酸化物もしくはケイ酸塩充
てん剤の製造方法。 - 【請求項5】 溶剤中で反応を実施する、請求項3記載
のシラン変性された酸化物もしくはケイ酸塩充てん剤の
製造方法。 - 【請求項6】 温度を0〜200℃に維持する、請求項
3記載のシラン変性された酸化物もしくはケイ酸塩充て
ん剤の製造方法。 - 【請求項7】 ゴム混合物において、ゴム、請求項1記
載の本発明によるシラン変性された酸化物もしくはケイ
酸塩充てん剤、場合により沈降シリカおよび/またはカ
ーボンブラックおよび/またはその他のゴム助剤を含有
することを特徴とするゴム混合物。 - 【請求項8】 成形体を製造するための請求項7記載の
ゴム混合物の使用。
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