JP2005538229A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
トレッド組成物のヒステリシス、ひいては該組成物を含むタイヤの転がり抵抗を低減するために提案された多くの解決法のうち、例えば特許明細書US-A-4,550,142、US-A-5,001,196、EP-A-299 074又はEP-A-447 066に記載されている組成物を挙げることができる。
特有の可塑剤を取り込んだトレッドゴム組成物を用いてタイヤのグリップを改良する試みも為されている。
従って、欧州特許明細書EP-A-1 035 164は、それを取り込んだタイヤの乾燥地面上でのグリップを改良することを意図したタイヤトレッド用ゴム組成物について述べている。この目的を達成するため、この組成物は、ビニル結合含量が40〜95%で変化し、数平均分子量が20,000g/モルに達し、かつガラス転移温度Tgが-40℃〜-5℃で変化しうるポリブタジエンから成る液体エラストマーを含む。さらにこの組成物は軟化温度が30℃〜200℃で変化する可塑化樹脂を含む。
米国特許明細書US-A-4,866,131も、タイヤのグリップを改良することを意図したタイヤトレッド用ゴム組成物について述べており、脂肪族ジエンとビニル芳香族モノマーのコポリマーを含み、その数平均分子量は50,000g/モルに達することもある。
この転がり抵抗の低減及びこのグリップの改良に加え、タイヤトレッドの耐摩耗性を改良し、結果としてタイヤトレッドの寿命を増すことが同様に望ましい(この改良された耐摩耗性は、走行による地面上のタイヤの破片及びリサイクルに送られる破損タイヤの量を徐々に減らす効果も有し、環境保護に役立つ)。
現在までに、この耐摩耗性を改良するために提案された解決法は比較的少ない。例えば特許明細書JP-A-61 238501、EP-A-502 728又はEP-A-501 227に記載されている組成物が挙げられる。タイヤの1つの性能タイプの改良が他の性能タイプの損害になることが多いことは当業者に周知である。
本発明の組成物のその又は各ジエンエラストマーは、好ましくは“高度に不飽和”、すなわち共役ジエンに起因する単位のモル含量が50%を超える共役ジエンモノマーから生じた。
好ましくは前記エラストマーは500g/モル〜1500g/モルの数平均分子量Mnを有する。
好ましくは前記エラストマーは2未満の多分子性指標Ipを有し、さらに好ましくは1.5未満の指標Ipを有し、或いは1.2未満でさえ好ましい。
同様に好ましくは、前記エラストマーは、-15℃〜10℃のガラス転移温度Tgを有する。
好ましくは、前記ジエンエラストマーは、10%〜80%の質量分率、さらに好ましくは30%〜70%の質量分率で、スチレンのようなビニル芳香族モノマーの重合から生じる前記単位を含む。
同様に好ましくは、前記ジエンエラストマーは、溶液中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマー、溶液中で調製したスチレンとブタジエンとイソプレンのターポリマー、及び溶液中で調製したスチレンとイソプレンのコポリマーから成る群に属する。
好ましくは、前記ジエンエラストマーは、スチレンの重合から生じる前記単位を40%〜60%の質量分率で含む、溶液中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマーである。
同様に好ましくは、前記ジエンエラストマーは、ビニル結合の質量分率が45%〜65%である、ブタジエンの重合から生じる単位を含む。
(phr:前記マトリックスのエラストマー100部当たりの質量部):
−30phrより多く、かつ100phrまでの量で、それぞれ-65℃〜-10℃のガラス転移温度Tgを有する1種以上のジエンエラストマー、及び
−70phr未満かつ0phrに至るまでの量で、それぞれ-110℃〜-80℃のガラス転移温度Tgを有する1種以上のジエンエラストマー;
を含む。
−ガラス転移温度Tgが-65℃〜-10℃の前記又は各ジエンエラストマーは、溶液中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマー、エマルジョン中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマー、天然ポリイソプレン、95%を超えるシス-1,4結合含量を有する合成ポリイソプレン、スチレンとブタジエンとイソプレンのターポリマー、及びこれらエラストマーの混合物から成る群に属し、かつ
−ガラス転移温度Tgが-110℃〜-80℃、好ましくは-105℃〜-90℃の前記又は各ジエンエラストマーは、70%以上の質量分率のポリブタジエン単位を含み、かつ有利には、90%を超えるシス-1,4結合含量を有するポリブタジエンで構成される。
本発明の一例の実施形態により、前記組成物は、Tgが-65℃〜-10℃の前記ジエンエラストマーを100phrの量で含む。
本発明の一変形実施形態により、前記組成物は、Tgが-65℃〜-10℃の前記ジエンエラストマーとTgが-110℃〜-80℃の前記ジエンエラストマーのブレンドで含む。
この変形の本発明の好ましい例の実施形態により、前記組成物は、Tgが-65℃〜-10℃のジエンエラストマーとして溶液中で調製したスチレンとブタジエンの少なくとも1種のコポリマーと、Tgが-110℃〜-80℃のジエンエラストマーとして、90%を超えるシス-1,4結合含量を有する少なくとも1種のポリブタジエンとのブレンドを含む。
この変形の本発明の好ましい別の例の実施形態により、前記組成物は、Tgが-65℃〜-10℃のジエンエラストマーとしてエマルジョン中で調製したスチレンとブタジエンの少なくとも1種のコポリマーと、Tgが-110℃〜-80℃のジエンエラストマーとして、90%を超えるシス-1,4結合含量を有する少なくとも1種のポリブタジエンとのブレンドを含む。
エマルジョン中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマーとして、有利には実質的に1phr〜3.5phrで変化する量の乳化剤を有するコポリマー、例えばそれぞれ1.7phr及び1.2phrの乳化剤を含むE-SBRコポリマーを使用でき、両者とも欧州特許出願EP-A-1 173 338に記載されている(この出願の説明に含まれる実施形態の例のセクションI参照)。
本発明の有利な例の実施形態により、前記組成物は、さらに20phr〜40phrの量で、単環式又は二環式不飽和テルペンの重合から生じる単位を70%〜100%の質量分率で含む400〜2000g/モルの数平均分子量及び50℃を超え、かつ120℃未満のガラス転移温度の可塑化樹脂を含む。
この樹脂の、2000g/モル未満の分子量Mnの前記ジエンエラストマーとの会合が、この会合を含むトレッドのタイヤに、乾燥及び湿った地面上の転がり抵抗とグリップに逆行する影響を及ぼすことなく、なおさらに改良された耐摩耗性を与える。
好ましくは、前記樹脂は500〜1000g/モル、さらに好ましくは550〜700g/モルの数平均分子量を有する。
同様に好ましくは、前記樹脂は、60℃〜100℃のガラス転移温度を有する。
本発明の別の好ましい態様では、前記樹脂は、2未満の多分子性指標を有する。
本発明の別の好ましい態様では、前記樹脂は、90%〜100%の質量分率で、単環式又は二環式不飽和テルペンの重合から生じる前記単位を含む。
本発明の第1実施態様の第1の例では、前記樹脂は、さらに、単環式不飽和テルペンでなく、かつ有利には、α-ピネン(すなわち2,6,6-トリメチルビシクロ[3.1.1]ヘプタ-2-エン)のような二環式不飽和テルペン、スチレン又はアルキルスチレンのような単環式又は多環式芳香族炭化水素、ジシクロペンタジエンのような環式ジエン及びイソプレンのような共役ジエンから成る群に属する、炭化水素でもよくそうでなくてもよい少なくとも1種のモノマーから生じる1個以上の単位を含む。このモノマーは、アクリロニトリル又は代わりにメチルメタクリレートでも形成されうる。
本発明の第1実施態様の第2の例では、前記樹脂は、前記単環式不飽和テルペンのホモ重合から生じる前記単位で構成される。全体としてd-リモネン又はジペンテンから生じる樹脂、好ましくは550g/モル〜650g/モルの数平均分子量及び60℃〜80℃のガラス転移温度の樹脂を有利に使用できる。
d-リモネンは天然抽出物(オレンジの皮中にその天然状態で見いだされる)であり、かつ結果として、このd-リモネンのホモ重合から生じる該可塑化樹脂は、排他的に天然起源のものであり、この樹脂を取り込んだトレッドを有するタイヤの回転時の環境汚染の低減に役立つことが分かる。
本発明の第2実施態様の第1の例では、前記樹脂は、さらに、二環式不飽和テルペンでなく、かつ有利には、リモネン又はジペンテンのような単環式不飽和テルペン、スチレン又はアルキルスチレンのような単環式又は多環式芳香族炭化水素、ジシクロペンタジエンのような環式ジエン及びイソプレンのような共役ジエンから成る群に属する、炭化水素でもよくそうでなくてもよい少なくとも1種のモノマーから生じる1個以上の単位を含む。
本発明の第2実施態様の第2の例では、前記樹脂は、α-ピネンのような前記二環式不飽和テルペンの重合から生じる前記単位で構成される。
好ましくは、本発明の組成物は、20phr〜25phrの量で、2000g/モル未満の分子量Mnの前記ジエンエラストマーを含み、10phr〜15phrの量で、前記可塑化樹脂を含む。
有利には、前記ゴム組成物は、石油から抽出した可塑化油を全く含まない。
2000g/モル未満の分子量Mnの前記ジエンエラストマー及びおそらく前記樹脂によって本発明のタイヤに与えられる耐摩耗性の改良は、本発明のトレッドが走行中にさらされる圧縮によるコンパクションの経時的な減少、結果として、芳香族油のような存在する可能性のある石油から抽出した可塑化油の走行中の経時的な損失の減少を伴うことが分かる。 その結果、走行時の環境汚染の低減をさらに向上させ、本発明のトレッド組成物中に最初に存在する油の低減した又はゼロ量によってさらに汚染が最小限になる。
−本発明の実施形態の第1の例では、前記補強充填剤は、50%〜100%の質量分率で補強無機充填剤を含む。
本出願において、“補強無機充填剤”は、周知な様式で、その色及びその起源(天然又は合成)が何であれ、無機若しくは鉱物充填剤を意味するものと解釈し、“白色”充填剤を指すこともあり、時にはカーボンブラックに対して“透明な”充填剤を意味し、この無機充填剤は、それ自体で、中間カップリング剤以外の他のいかなる手段もなく、タイヤの製造を意図したゴム組成物を補強することができ、他言すると、その補強機能における従来のタイヤグレードカーボンブラック充填剤を置換することができる。
有利には、全体又は最小限過半数割合の前記補強無機充填剤がシリカ(SiO2)である。用いるシリカは、当業者に周知のいずれの補強シリカでよく、特にBET表面積とCTAB比表面積が両方とも450m2/g未満のいずれかの沈降又はヒュームドシリカでよいが、高度に分散性の沈降シリカが好ましい。
好ましくは、BET又はCTAB比表面積が共に80m2/g〜260m2/gのシリカを使用する。
本明細書で、BET比表面積は、周知な様式で、“The Journal of the American Chemical Society”,第60巻,309ページ,1938年2月に記載され、かつ規格AFNOR-NFT-45007(1987年10月)に対応するBrunauer、Emmet及びTellerの方法に準拠して決定され;CTAB比表面積は、1987年10月の規格AFNOR-NFT-45007に準拠して決定される外部表面積である。
“高度に分散性のシリカ”は、薄切片上で電子又は光学顕微鏡によって周知な方法で観察できる、エラストマーマトリックス中で脱凝集かつ分散する非常に相当な能力を有するいずれのシリカをも意味するものと解釈する。このような好ましい高度に分散性のシリカの非限定例として、DegussaからのシリカUltrasil 7000及びUltrasil 7005、RhodiaからのシリカZeosil 1165MP、1135MP及び1115MP、PPGからのシリカHi-Sil EZ150G、HuberからのシリカZeopol 8715、8745及び8755、及び例えば出願EP-A-735 088に記載されているアルミニウム-“ドープド”シリカのような処理した沈降シリカが挙げられる。
補強無機充填剤として、非限定的様式で:
−欧州特許明細書EP-A-810 258に記載されている、高い分散性のアルミナのようなアルミナ(式Al2O3の)、又は
−国際特許明細書WO-A-99/28376に記載されているような水酸化アルミニウム
をも使用できる。
これは限定的ではないが、CABOTによって名称“CRX 2000”で販売され、国際特許明細書WO-A-96/37547に記載されている充填剤のようなシリカで変性したカーボンブラックを含んでなる補強無機充填剤も好適である。
−本発明の実施形態の第3の例では、前記補強充填剤は、前記補強無機充填剤とカーボンブラックのブレンドを含み、前記補強充填剤中のカーボンブラックの質量分率は、好ましくは50%未満又は50%から選択される。
例えば、ブラック/シリカブレンド又は部分的若しくは全体的にシリカで覆われたブラックが補強充填剤を形成するために好適である。
“カップリング剤”は、さらに正確には、問題の充填剤とエラストマーとの間の十分な化学的及び/又は物理的結合を確立でき、同時にこの充填剤の前記エラストマーマトリックス内での分散を促進できる薬剤を意味するものと解釈する。このような少なくとも二機能性のカップリング剤は、例えば、簡略化した一般式“Y-T-X”を有し、式中:
−Yは、例えば、カップリング剤のケイ素原子と無機充填剤の表面ヒドロキシル(OH)基(例えば、シリカの場合の表面シラノール)との間に確立しうる結合のように、無機充填剤と物理的及び/又は化学的に結合できる官能基(“Y”官能)を表し;
−Xは、例えば、イオウ原子という手段によってエラストマーと物理的及び/又は化学的に結合できる官能基(“X”官能)を表し;
−Tは、YとXを連結できるようにする基を表す。
可変の有効性の該カップリング剤は非常に多数の文書に記載されており、かつ当業者に周知である。実際に、上述したX及びY官能を有する例えばオルガノシラン、特に多硫化アルコキシシラン若しくはメルカプトシラン、又は代わりにポリオルガノシロキサンのような、タイヤの製造で使用可能なジエンゴム組成物中で、シリカのような補強無機充填剤とジエンエラストマーとの間の効率的な結合又はカップリングを確実にすることが分かっているか、或いはおそらく確実にすると思われるいずれのカップリング剤も使用することができる。
特にシリカ/エラストマーカップリング剤は、多数の文書に記載されており、多硫化アルコキシシランのような二官能性アルコキシシランが最もよく知られている。
特にその特有の構造によって“対称”又は“非対称”多硫化アルコキシシランと呼ばれる、例えばこのような周知化合物について詳術している特許US-A-3,842,111、US-A-3,873,489、US-A-3,978,103、US-A-3,997,581、US-A-4,002,594、US-A-4,072,701、US-A-4,129,585、又はさらに最近の特許US-A-5,580,919、US-A-5,583,245、US-A-5,650,457、US-A-5,663,358、US-A-5,663,395、US-A-5,663,396、US-A-5,674,932、US-A-5,675,014、US-A-5,684,171、US-A-5,684,172、US-A-5,696,197、US-A-5,708,053、US-A-5,892,085及びEP-A-1 043 357に記載されているもののような多硫化アルコキシシランが使用される。
(I) Z-A-Sn-A-Z
式中;
−nは、2〜8の整数(好ましくは2〜5)であり;
−Aは、二価の炭化水素基(好ましくはC1-C18アルキレン基又はC6-C12アリーレン基、さらに特にC1-C10アルキレン、特にC1-C4アルキレン、特にプロピレン)であり;
−Zは、下記式:
−基R1(置換され又は置換されていなくてよく、かつ同一又は異なってよい)は、C1-C18アルキル基、C5-C18シクロアルキル基、又はC6-C18アリール基(好ましくはC1-C6アルキル基、シクロヘキシル又はフェニル、特にC1-C4アルキル基、さらに好ましくはメチル及び/又はエチル)を表し、
−基R2(置換され又は置換されていなくてよく、かつ同一又は異なってよい)は、C1-C18アルコキシル基又はC5-C18シクロアルコキシル基(好ましくはC1-C8アルコキシル基又はC5-C8シクロアルコキシル基、さらに好ましくはC1-C4アルコキシル基、特にメトキシル及び/又はエトキシル)を表す);
の1つに相当する。
多硫化アルコキシシランとして、さらに具体的に、例えばビス(3-トリメトキシシリルプロピル)又はビス(3-トリエトキシシリルプロピル)のポリスルフィドのようなビス-((C1-C4)アルコキシル-(C1-C4)アルキルシリル-(C1-C4)アルキル)のポリスルフィド(特にジスルフィド、トリスルフィド又はテトラスルフィド)が挙げられる。これら化合物の中で、特に式[(C2H5O)3Si(CH2)3S2]2のビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、略してTESPT、又は式[(C2H5O)3Si(CH2)3S]2のビス(トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、略してTESPDが使用される。TESPDは、例えば、Degussaによって名称Si266又はSi75(後者の場合、ジスルフィド(75質量%)とポリスルフィドの混合物の形態)で、又は代わりにWitcoによって名称Silquest A1589で販売されている。TESPTは、例えばDegussaによって名称Si69(又はカーボンブラック上に50質量%まで支持されている場合、X50S)で、又は代わりにOsi Specialtiesによって名称Silquest A1289(両場合、4に近いnの平均値を有するポリスルフィドの市販混合物)で販売されている。出願人の名称で国際特許出願PCT/EP02/03774の主題であるモノエトキシジメチルシリルプロピルテトラスルフィド(略してMESPT)のような四硫化モノアルコキシシランも挙げられる。
補強無機充填剤への結合では、シリカへの結合のために当業者に周知なすべての機能的な結合した或いは星状の基が好適である。非限定的な様式で、以下の基が好適である。
−出願人の名称で仏国特許明細書R-A-2 740 778に記載されているようなシラノール又はシラノール末端を有するポリシロキサン基。さらに正確には、この文書は、シリカへの結合のために活性な機能を得るため、アニオン的に得られるリビングポリマー用の官能化剤を用いて教示する。この官能化剤は、ポリメチルシクロ-トリ-、-テトラ-又は-デカ-シロキサンのような環式ポリシロキサンで形成され、前記薬剤は、好ましくはヘキサメチルシクロトリシロキサンである。このようにして得られる官能化ポリマーは、そのマクロ構造、ひいてはその物理的性質を変えずに、溶媒の抽気によって反応媒体から分離でき、その形成をもたらす;及び
−アルコキシシラン基。
国際特許明細書WO-A-88/05448に記載されている、アニオン的に得られるリビングポリマー上で反応することから成るシリカへの結合のための官能化反応のこの点については、少なくとも1個の非加水分解性アルコキシ基を有するアルコキシシラン化合物に言及することができる。この化合物は、ハロアルキルアルコキシシランの中から選択される。
アルコキシシラン官能を得ることについては、特許明細書FR-A-2 765 882も挙げることができる。この文書は、大部分の補強充填剤としてその表面に固定されたシリカを有するカーボンブラックへの結合のためのリビングジエンポリマーを官能化するための3-グリシドキシプロピルトリアルコキシシランのようなトリアルコキシシランの使用について開示している。
カーボンブラックへの結合では、例えばDEABとも呼ばれる4,4'-ビス-(ジエチルアミノベンゾフェノン)を用いて得られるアミノ化官能基にも言及することができる。特許明細書FR-A-2 526 030及びUS-A-4 848 511も例として挙げられる。
本発明の組成物は、1又は複数段階の成分の周知の熱機械的作用プロセスを用いて調製することができる。例えば、50rpmのブレード回転速度で、3〜7分持続する内部ミキサー内の1段階、又はそれぞれ3〜5分及び2〜5分持続する内部ミキサー内の2段階の熱機械的作用後、約80℃で行う最終段階(イオウ架橋される組成物の場合は、この間にイオウと加硫促進剤を取り込む)によって本組成物が得られる。
本発明のタイヤトレッドは、本発明の前記ゴム組成物を含むようなものである。
本発明のタイヤは、このトレッドを含む。
限定ではなく例として与える以下の本発明の数例の実施形態の説明を読むと、本発明の上記特徴、及びその他の特徴がさらによく分かるだろう。
サイズ排除クロマトグラフィー、つまりSECは、多孔性固定相で充填したカラム内で膨潤状態のサイズによって巨大分子を物理的に分離することができる。その流体力学体積によって巨大分子が分離され、最も嵩高い分子がまず溶出される。絶対的方法ではないが、SECは、低質量のジエンエラストマーの引き起こされる分子量分布の評価を可能にする。(104〜90,000g/モルの)低分子量ポリスチレンの商業的に入手可能な標準物質に基づいて種々の数平均分子量Mnと質量平均分子量Mwを決定し、多分散性指標Ipを計算する。低質量のエラストマーの各試料をテトラヒドロフランに約1g/lの濃度で溶解する。
使用した装置は“WATERSモデル Alliance 2690”クロマトグラフである。溶出剤はテトラヒドロフラン(移動相)、流速は1ml/分、系の温度は35℃であり、かつ分析の持続時間は40分である。1セットのそれぞれ商標名“WATERS型 STYRAGEL HR4E”(混合床カラム)、“WATERS型 STYRAGEL HR1”(100Åの空孔の)及び“WATERS STYRAGEL HR0.5”(50Åの空孔の)を有する連続3カラムを固定相に使用する。
各試料のエラストマーの溶液の注入量は100μlである。検出器は“WATERSモデル2410”示差屈折計であり、クロマトグラフデータ処理ソフトウェアは“WATERS MILLENNIUM”バージョン3-2)システムである。
エラストマーのガラス転移温度Tgは、示差熱量計(“示差走査熱量計”)を用いて測定した。
これらエラストマーを取り込んだゴム組成物のTgの測定に関する限り、10Hzの周波数及び2つの異なる応力値(0.2MPaと0.7MPa)で動的測定を行い、ISO規格4664(変形態様はせん断、試験片は円柱形)に準拠して“MDC”測定を行った。
−ムーニー粘度:100℃におけるML(1+4)を1999年の規格ASTM D 1646に準拠して測定した。
−伸び率ME100及びME300(100及び300%で、MPaで表される)を規格ASTM D 412に準拠して測定した。
−スコット(Scott)破損指標:破損負荷(MPa)と伸び(%)を23℃で1998年の規格ASTM D 412に準拠して測定した。
−ショアーA硬度:1997年の規格ASTM D 2240に準拠して測定した。
−ヒステリシス損(HL):60℃における6回目の衝撃での反跳による%で測定し、以下の方程式に従った:HL(%)=100×(W0-W1)/W1(式中、W0:供給したエネルギー、W1:復元したエネルギー)。
−動的せん断特性:1977年に再承認された規格ASTM D 2231-71に準拠して測定した(10Hzで0.15%〜50%のピーク-ツー-ピーク変形で達成された変形の関数として測定、及び-80〜100℃の温度掃引で70又は20N/cm2の繰返し応力下10Hzで達成された温度の関数として測定)。
“対照”タイヤを特徴づける基準指標100に対する相対性能指標(この基礎100を超える性能指標であり、対応する“対照”タイヤの性能より優れる性能を示す)を用いた。
−各タイヤの転がり抵抗は、25℃の周囲温度で、392daNの負荷の下、かつ寸法175/70 R14 "MXT"のタイヤについて、80km/時間の速度、タイヤの内圧が2.1バールで試験ドラム上を走行させることによって測定した。
−各タイヤの耐摩耗性は、77km/時間の平均速度で、かつトレッドの溝内に設置した摩耗インジケーターに摩耗が達するまで、曲がりくねったロードサーキット上を走行後、残存するゴムの高さの関数である、相対摩耗指標の手段で測定した。この相対摩耗指標は、本発明のトレッド上に残存するゴムの高さを“対照”トレッド上に残存するゴムの高さ(摩耗指標100と定義する)と比較することによって得た。
−試験した各タイヤのグリップは、乾燥地面と湿った地面の両方について“ABS”ブレーキモードでのブレーキ距離を測定することによって評価した。さらに正確には、乾燥地面上で70km/時間〜20km/時間の速度で走行時、湿った地面(表面に2mmの水がある磨いたコンクリート表面)上で40km/時間〜10km/時間の速度で走行時の“ABS”モードでのブレーキ距離を測定した。
−湿った地面上における各タイヤの挙動を、湿った曲がりくねったロードサーキットの1ラップを走破するのにかかる時間によって評価し、101という属性値は、サーキットのこのラップについて1秒の増加に相当する。
それぞれ“乗用車”タイプのタイヤ用トレッドを構成することを意図する“対照”ゴム組成物T1と、2種のゴム組成物、一方は本発明に従ったI1、他方は本発明に従わないI1'を調製した。
下表1は、以下のデータを含む。
−これら各組成物T1、I1、及びI1'の処方;
−未加硫状態と加硫状態の各組成物T1、I1及びI1'の特性;
−それぞれのトレッドをこれら組成物T1、I1及びI1'で形成したタイヤの性能。
この表1では、
− S-SBR Aは溶液中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマーであり、以下の特徴を有する:
58%の1,2-結合含量、
25%のスチレン結合含量、
54に等しい100℃におけるムーニー粘度ML(1+4)、
37.5phrに等しい油の量、及び
-29℃のガラス転移温度Tg。
− BR Aはポリブタジエンであり、以下の特徴を有する:
約93%という非常に高いシス-1,4結合含量、及び
-103℃のガラス転移温度Tg及び
54に等しい100℃におけるムーニー粘度ML(1+4)。
− BP1は、スチレン/ブタジエンで構成される本発明の低質量のジエンエラストマーであり、以下の特徴を有する:
54%の1,2-結合含量と50%のスチレン結合含量、
それぞれ1300g/モルと1500g/モルの分子量MnとMw、及び
-14℃のガラス転移温度Tg。
− BP2は、2000g/モルを超えるMn値のため本発明に従わない、スチレン/ブタジエンで構成される低質量のジエンエラストマーであり、以下の特徴を有する:
62%の1,2-結合含量と25%のスチレン結合含量、
それぞれ5075g/モルと10100g/モルの分子量MnとMw、及び
-16℃のガラス転移温度Tg。
− 6PPDは、N-(1,3-ジメチル-ブチル)-N'-フェニル-p-フェニレンジアミンであり、かつ
− CBSは、N-シクロヘキシル-ベンゾチアジルスルフェンアミドである。
表1で分かるように、0.2MPaに等しい低率の動的応力で測定した組成物I1とT1のTg間の変異は、高率の前記応力下で測定した同一組成物I1とT1のTg間の変異に非常に近い。他方で、前記低率の動的応力で測定した組成物I1とT1のTg間の変異は、前記高率の応力下で測定した同一組成物I1'とT1のTg間の変異と有意に異なる。
この組成物I1とT1で高率の応力から低率の応力に変化するときにTg間に差異がないことは、Mnが2000g/モル未満のジエンエラストマーBP1が、S-SBR AとBR Aで構成されるエラストマーマトリックス中で容易に混和しうるという事実を表す。これと対照的に、組成物I1'とT1で高率の応力から低率の応力に変化するときのTgの差異は、Mnが2000g/モルを超えるジエンエラストマーBP2が、このエラストマーマトリックス中で容易に混和しえないという事実を表す。
他方で、耐摩耗性、グリップ及び転がり抵抗の結果は、BP2のような、すべての性能、特に耐摩耗性に非常に逆効果である2000g/モルを超える分子量Mnと2に近いIpのエラストマーの使用に比し、BP1のような低分子量Mnと指標Ip(1.5未満のIp)のエラストマーを使用することの利点を明白に示している。
本発明のエラストマーBP1を取り込んだため、組成物I1は、この組成物でトレッドが構成されるタイヤに、BP1の代わりに可塑剤として芳香族油を含む“対照”組成物T1の耐摩耗性に比べて非常に改良された耐摩耗性を与え、同時に前記組成物T1を取り込んだタイヤのグリップ及び転がり抵抗性能を実際に保持し、かつ前記組成物T1の機械的特性(スコット破損指標)を維持又は改良する。
組成物I1は、組成物T1と異なり、いかなる芳香族油をも含まず、環境保護に役立つことも分かる。
それぞれ“乗用車”タイプのタイヤ用トレッドを構成することを意図する“対照”ゴム組成物T2と、2種のゴム組成物、一方は本発明に従う組成物I2、他方が本発明に従わない組成物I2'を調製した。
下表2は、以下のデータを含む:
−これら各組成物T2、I2、及びI2'の処方;
−未加硫状態と加硫状態の各組成物T2、I2及びI2'の特性;
−それぞれのトレッドをこれら組成物T2、I2及びI2'で形成したタイヤの性能。
この表2では、S-SBR A、BR A及びBP1は、実施例1で定義したとおりであり、BP3は、そのTgが-25℃未満であるため本発明に従わない、低質量のジエンエラストマーであり、
BP3はブタジエンのホモポリマーであり(スチレン結合含量が0%)、以下の特徴:
高い1,2-結合含量(71%に等しい);
それぞれ750g/モルと810g/モルの分子量MnとMw、及び
-65℃のガラス転移温度Tgを有する。
表2で分かるように、0.2MPaに等しい低率の動的応力で測定した組成物I2、I2'及びT2のTg間の変異は、高率の前記応力下で測定した同一組成物I2、I2'及びT2のTg間の変異に非常に近い。
この組成物I2、I2'及びT2で高率の応力から低率の応力に変化するときにTg間に差異がないことは、低質量の各ジエンエラストマーBP1及びBP3が、S-SBR AとBR Aで構成されるエラストマーマトリックス中で容易に混和しうるという事実を表す。
さらに、表2は、低質量のジエンエラストマーBP1及びBP3が、それぞれ組成物I2及びI2'に実質的に“対照”組成物T2と同一の機械的及び動的特性を与えることを示す。
他方で、耐摩耗性、グリップ及び転がり抵抗の結果は、BP3のような、すべての性能、特に耐摩耗性に非常に逆効果である-25℃未満のTgの低質量のエラストマーの使用に対し、BP1のような-25℃を超えるTgの低質量のエラストマーを使用することの利点を明白に示している。
本発明のエラストマーBP1を取り込んだだけで、組成物I2は、この組成物でトレッドが構成されるタイヤに、BP1の代わりに可塑剤として芳香族油を含む“対照”組成物T2の耐摩耗性に比べて非常に改良された耐摩耗性を与え、同時に前記組成物T2を取り込んだタイヤのグリップ及び転がり抵抗性能を実際に保持し、かつ前記組成物T2の機械的特性(スコット破損指標)を維持又は改良する。これは、組成物I2'中にエラストマーBP3を取り込んだ場合ではない。
組成物I2は、組成物T2と異なり、いかなる芳香族油をも含まず、環境保護に役立つことも分かる。
Claims (35)
- 改良された耐摩耗性を有するタイヤトレッドを構成するために使用できる架橋性又は架橋したゴム組成物であって、該組成物が、-25℃を超えるガラス転移温度Tgを有する数平均分子量Mnが2000g/モル未満のジエンエラストマーを含み、前記エラストマーが、スチレンのようなビニル芳香族モノマーの重合から生じる1個以上の単位を含むことを特徴とするゴム組成物。
- 前記エラストマーが、500g/モル〜1500g/モルの数平均分子量Mnを有することを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記エラストマーが、2未満の多分子性指標を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のゴム組成物。
- 前記エラストマーが、1.5未満の多分子性指標を有することを特徴とする請求項3に記載のゴム組成物。
- 前記エラストマーが、-15℃〜10℃のガラス転移温度Tgを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記エラストマーが、10〜80%の質量分率で、ビニル芳香族モノマーの重合から生じる前記単位を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記エラストマーが、30〜70%の質量分率で、ビニル芳香族モノマーの重合から生じる前記単位を含むことを特徴とする請求項6に記載のゴム組成物。
- 前記エラストマーが、溶液中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマー、溶液中で調製したスチレンとブタジエンとイソプレンのターポリマー、及び溶液中で調製したスチレンとイソプレンのコポリマーから成る群に属することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記エラストマーが、スチレンの重合から生じる前記単位を40%〜60%の質量分率で含む、溶液中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマーであることを特徴とする請求項8に記載のゴム組成物。
- 前記エラストマーが、ビニル結合の質量分率が45%〜65%のブタジエンの重合から生じる単位を含むことを特徴とする請求項9に記載のゴム組成物。
- さらに、2000g/モル未満の分子量Mnの前記ジエンエラストマーと混和しうるエラストマーマトリックスを含み、かつ前記マトリックスが以下の成分:
(phr:前記マトリックスのエラストマー100部当たりの質量部):
−30phrより多く、かつ100phrまでの量で、それぞれ-65℃〜-10℃のガラス転移温度Tgを有する1種以上のジエンエラストマー、及び
−70phr未満かつ0phrに至るまでの量で、それぞれ-110℃〜-80℃のガラス転移温度Tgを有する1種以上のジエンエラストマー;
を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のゴム組成物。 - −ガラス転移温度Tgが-65℃〜-10℃の前記又は各ジエンエラストマーが、溶液中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマー、エマルジョン中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマー、天然ポリイソプレン、95%を超えるシス-1,4結合含量を有する合成ポリイソプレン、スチレンとブタジエンとイソプレンのターポリマー、及びこれらエラストマーの混合物から成る群に属し、かつ
−ガラス転移温度Tgが-110℃〜-80℃の前記又は各ジエンエラストマーが、70%以上の質量分率でポリブタジエン単位を含むことを特徴とする請求項11に記載のゴム組成物。 - ガラス転移温度Tgが-65℃〜-10℃の前記又は各ジエンエラストマーが、ガラス転移温度Tgが-50℃〜-15℃の溶液中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマー及びガラス転移温度Tgが-60℃〜-30℃のエマルジョン中で調製したスチレンとブタジエンのコポリマーから成る群に属し、かつガラス転移温度Tgが-110℃〜-80℃の前記又は各ジエンエラストマーが、90%を超えるシス-1,4結合含量を有するポリブタジエンで構成されることを特徴とする請求項12に記載のゴム組成物。
- ガラス転移温度Tgが-65℃〜-10℃の前記ジエンエラストマーを100phrの量で含むことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- ガラス転移温度Tgが-65℃〜-10℃のジエンエラストマーとして、溶液中で調製したスチレンとブタジエンの少なくとも1種のコポリマーと、ガラス転移温度Tgが-110℃〜-80℃のジエンエラストマーとして、90%を超えるシス-1,4結合含量を有する少なくとも1種のポリブタジエンとのブレンドを含むことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- ガラス転移温度Tgが-65℃〜-10℃のジエンエラストマーとして、エマルジョン中で調製したスチレンとブタジエンの少なくとも1種のコポリマーと、ガラス転移温度Tgが-110℃〜-80℃のジエンエラストマーとして、90%を超えるシス-1,4結合含量を有する少なくとも1種のポリブタジエンとのブレンドを含むことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 2000g/モル未満の分子量Mnの前記ジエンエラストマーを10phr〜50phrの量で含むことを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 2000g/モル未満の分子量Mnの前記ジエンエラストマーを30phr〜45phrの量で含むことを特徴とする請求項17に記載のゴム組成物。
- さらに、20phr〜40phrの量で、単環式又は二環式不飽和テルペンの重合から生じる単位を70%〜100%の質量分率で含む400〜2000g/モルの数平均分子量の可塑化樹脂を含み、前記樹脂が、50℃を超え、かつ120℃未満のガラス転移温度Tgを有することを特徴とする請求項17に記載のゴム組成物。
- 前記樹脂が、500〜1000g/モルの数平均分子量と、2未満の多分子性指標を有することを特徴とする請求項19に記載のゴム組成物。
- 前記樹脂が、60℃〜100℃のガラス転移温度を有することを特徴とする請求項19又は20に記載のゴム組成物。
- 前記樹脂が、90〜100%の質量分率で、単環式又は二環式不飽和テルペンの重合から生じる前記単位を含むことを特徴とする請求項19〜21のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記不飽和テルペンが、リモネン又はジペンテンのような単環式不飽和テルペンであることを特徴とする請求項19〜22のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記樹脂が、さらに、α-ピネンのような二環式不飽和テルペン、スチレン又はアルキルスチレンのような単環式又は多環式芳香族炭化水素、ジシクロペンタジエンのような環式ジエン及びイソプレンのような共役ジエンから成る群に属する、炭化水素又は炭化水素でなくてもよい少なくとも1種のモノマーから生じる1個以上の単位を含むことを特徴とする請求項23に記載のゴム組成物。
- 前記樹脂が、前記単環式不飽和テルペンの重合から生じる単位で形成されることを特徴とする請求項23に記載のゴム組成物。
- 前記不飽和テルペンが、α-ピネンのような二環式不飽和テルペンであることを特徴とする請求項19〜22のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記樹脂が、さらに、リモネン又はジペンテンのような単環式不飽和テルペン、スチレン又はアルキルスチレンのような単環式又は多環式芳香族炭化水素、ジシクロペンタジエンのような環式ジエン、及びイソプレンのような共役ジエンから成る群に属する、炭化水素又は炭化水素でなくてもよい少なくとも1種のモノマーから生じる1個以上の単位を含むことを特徴とする請求項26に記載のゴム組成物。
- 前記樹脂が、α-ピネンのような前記二環式不飽和テルペンの重合から生じる前記単位で形成されることを特徴とする請求項26に記載のゴム組成物。
- 20phr〜25phrの量で、2000g/モル未満の分子量Mnの前記ジエンエラストマーを含み、かつ10phr〜15phrの量で、前記樹脂を含むことを特徴とする請求項19〜28のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 0phr〜15hrの量で、パラフィン、芳香族又はナフタレンタイプの石油から抽出した少なくとも1種の可塑化油を含んでも含まなくてもよいことを特徴とする請求項1〜29のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 石油から抽出した可塑化油を欠くことを特徴とする請求項30に記載のゴム組成物。
- 補強充填剤を含んでなる前記組成物において、前記補強充填剤が補強無機充填剤を含むことを特徴とする請求項1〜31のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記補強充填剤が、50%〜100%の質量分率の前記補強無機充填剤と、50%〜0%の質量分率のカーボンブラックとのブレンドを含むことを特徴とする請求項32に記載のゴム組成物。
- 請求項1〜33のいずれか1項に記載の架橋性又は架橋したゴム組成物を含むことを特徴とするタイヤトレッド。
- 請求項34に記載のタイヤトレッドを含むことを特徴とするタイヤ。
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