JP2011052095A - ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムの耐老化性を改善するために、架橋剤として環状ポリスルフィドを使用することが知られている。しかし、環状ポリスルフィドを使用すると、加硫速度が遅くなるという問題点があった。本発明の課題は、加硫速度が速くなり、耐老化性を向上させたゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することである。
【解決手段】ジエン系ゴム１００質量部に対し、環状ポリスルフィド１〜６質量部、カルボン酸亜鉛塩０．５〜１２質量部および酸化亜鉛０〜２質量部を配合してなることを特徴とするゴム組成物と、該ゴム組成物を使用した空気入りタイヤ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、加硫速度が速くなり、耐老化性を向上させたゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。

従来、ゴムの耐老化性を改善するために、架橋剤として環状ポリスルフィドを使用することが知られている（例えば特許文献１参照）。
しかし、環状ポリスルフィドを使用すると、加硫速度が遅くなるという問題点があった。その理由としては、調製された環状ポリスルフィドのスルフィド結合には分布があり、テトラスルフィド以上の環状ポリスルフィドは早く加硫するが、ジスルフィドの環状ポリスルフィドはＳ−Ｓ結合のエネルギーが高いことから、解離するのに多くの時間を要するためであると考えられる。

特開２００５−１４６０７８号公報

したがって本発明の目的は、加硫速度が速くなり、耐老化性を向上させたゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ジエン系ゴムに環状ポリスルフィド、カルボン酸亜鉛塩および酸化亜鉛を特定量配合することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下のとおりである。
１．ジエン系ゴム１００質量部に対し、下記式１で表される環状ポリスルフィド１〜６質量部、式２で表されるカルボン酸亜鉛塩０．５〜１２質量部および酸化亜鉛０〜２質量部を配合してなることを特徴とするゴム組成物。

（式１中、Ｒ^１は置換もしくは非置換のＣ₂〜Ｃ₂₀アルキレン基、置換もしくは非置換のＣ₂〜Ｃ₂₀オキシアルキレン基又は芳香族環を含むアルキレン基を示し、ｎは１〜２０の整数であり、ｘは平均２〜６の数である。）

（式２中、Ｒ^２は置換または未置換の炭化水素基を表す。）
２．前記カルボン酸亜鉛塩および前記酸化亜鉛に含まれる亜鉛の合計量が、ジエン系ゴム１００質量部に対し、０．４〜２．４質量部であることを特徴とする前記１に記載のゴム組成物。
３．前記カルボン酸亜鉛塩におけるカルボン酸が芳香族のカルボン酸であることを特徴とする前記１または２に記載のゴム組成物。
４．前記カルボン酸亜鉛塩におけるカルボン酸が安息香酸またはその誘導体であることを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載のゴム組成物。
５．前記１〜４のいずれかに記載のゴム組成物を使用した空気入りタイヤ。

本発明によれば、ジエン系ゴムに環状ポリスルフィド、カルボン酸亜鉛塩および酸化亜鉛を特定量配合することにより、加硫速度が速くなり、耐老化性を向上させたゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することができる。

空気入りタイヤの一例の部分断面図である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、乗用車用の空気入りタイヤの一例の部分断面図である。
図１において、空気入りタイヤは左右一対のビード部１およびサイドウォール２と、両サイドウォール２に連なるトレッド３からなり、ビード部１、１間に繊維コードが埋設されたカーカス層４が装架され、カーカス層４の端部がビードコア５およびビードフィラー６の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されて巻き上げられている。トレッド３においては、カーカス層４の外側に、ベルト層７がタイヤ１周に亘って配置されている。また、ビード部１においてはリムに接する部分にリムクッション８が配置されている。
以下に説明する本発明のゴム組成物は、上記のようなタイヤ用の各種部材に有用であり、とくにトレッド３（具体的にはキャップトレッドおよびアンダートレッド）、サイドウォール２、リムクッション８に有用である。

（ジエン系ゴム）
本発明で使用されるジエン系ゴム成分は、ゴム組成物に配合することができる任意のジエン系ゴムを用いることができ、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていてもよい。
これらのジエン系ゴムの中でも、本発明の効果の点からジエン系ゴムはＳＢＲが好ましい。

（環状ポリスルフィド）
本発明で使用される環状ポリスルフィドは、下記式１で表される。

（式１中、Ｒ^１は置換もしくは非置換のＣ₂〜Ｃ₂₀アルキレン基、置換もしくは非置換のＣ₂〜Ｃ₂₀オキシアルキレン基又は芳香族環を含むアルキレン基を示し、ｎは１〜２０の整数であり、ｘは平均２〜６の数である。）

環状ポリスルフィドは、式：Ｘ−Ｒ^１−Ｘ（式中、Ｘは、それぞれ独立に、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、好ましくは塩素、臭素のハロゲン原子を表し、Ｒ^１は、置換もしくは非置換のＣ₂〜Ｃ₂₀のアルキレン基、置換もしくは非置換のＣ₂〜Ｃ₂₀のオキシアルキレン基又は芳香族環を含むアルキレン基、好ましくは前記置換もしくは非置換のＣ₂〜Ｃ₁₈、更に好ましくはＣ₄〜Ｃ₁₀のアルキレン基を示し、これらの置換基としてはフェニル、ベンジル、ビニル、シリル、エポキシ、イソシアネートなどがあげられる）のジハロゲン化合物とアルカリ金属多硫化物Ｍ−Ｓ_x−Ｍ（式中、Ｍはアルカリ金属、例えばナトリウム、カリウム、リチウムなどであり、ｘは２〜６の整数、好ましくは３〜５である）とを、親水性溶媒又は親水性及び親油性溶媒性非相溶性混合溶媒中で２相系で反応させることによるか、又はＭ−Ｓ_x−Ｍの溶液（溶媒としては水及びＣ₁ 〜Ｃ₄ 脂肪族アルコールを用いることができ、水の使用が最も好ましい）中にＸ−Ｒ^１−ＸをＭ−Ｓ_x−ＭとＸ−Ｒ^１−Ｘとが界面で反応するような速度で添加して反応させることによって、製造される（特開２００２−２９３７８３号公報参照）。なお、後者の方法でＸ−Ｒ^１−Ｘの添加速度が速すぎると、Ｘ−Ｒ^１−Ｘの濃度が高くなり、界面以外での反応も起こり、分子間の反応が優先され鎖状になるので好ましくない。従って、Ｍ−Ｓ_x−ＭとＸ−Ｒ^１−Ｘの反応をできるだけ不均一系で界面だけで反応させることが環状ポリスルフィドを得るのに好ましい。

前記一般式Ｘ−Ｒ^１−Ｘ及び式１の基Ｒ^１としては、例えばエチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、１，２−プロピレンなどの直鎖又は分岐鎖のアルキレン基があげられ、これらのアルキレン基はフェニル基、ベンジル基などの置換基で置換されていてもよい。基Ｒ^１としては更にオキシアルキレン基を含むアルキレン基、例えば基（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）ｐ及び基（ＣＨ₂）ｑ（式中、ｐは１〜５の整数であり、ｑは０〜２の整数である）が任意に結合したオキシアルキレン基を含むアルキレン基とすることができる。好ましい基Ｒ^１は
−ＣＨ₂ＣＨ₂ＯＣＨ₂ＣＨ₂−，−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₂ＣＨ₂ＣＨ₂−，
−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₃ＣＨ−ＣＨ₂−，−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₄ＣＨ₂ＣＨ₂−，
−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₅ＣＨ₂ＣＨ₂−，−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₂ＣＨ₂−，
−ＣＨ₂ＣＨ₂ＯＣＨ₂ＯＣＨ₂ＣＨ₂−であり、特にｘは平均として３〜５が好ましく、３．５〜４．５が更に好ましい。ｎは好ましくは１〜１５の整数であり、更に好ましくは１〜１０、一層好ましくは１〜５の整数である。

前記ジハロゲン化合物と前記アルカリ金属多硫化物との反応は、当量反応であり、実用的には両化合物を０．９５：１．０〜１．０：０．９５（当量比）で反応させ、好ましくは５０〜１２０℃、更に好ましくは７０〜１００℃の温度で実施する。

本発明に用いる親水性溶媒又は親水性／親油性溶媒の非相溶性混合溶媒については特に限定はなく、実際の反応系においては、親水性溶媒単独又は非相溶で２相を形成する任意の混合溶媒系を用いることができる。具体的には、例えば親水性溶媒としては、水の他、メタノール、エタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類をあげることができ、これらは任意の混合物として使用することもできる。またこれらの親水性溶媒と混合して使用される親油性溶媒としては、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素類、ペンタン、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類、ジオキサン、ジブチルエーテル等のエーテル類、酢酸エチル等のエステル類などをあげることができ、これらは任意の混合物として使用することもできる。

前記ジハロゲン化合物と前記アルカリ金属多硫化物との親水性溶媒中で又は非相溶性混合溶媒系で反応させる界面での反応は、当量反応であり、実用的には両化合物を０．９５：１〜１：０．９５（当量比）で反応させ、反応温度は好ましくは５０〜１２０℃、更に好ましくは７０〜１００℃である。反応させるジハロゲン化合物は、２種類以上のジハロゲン化合物であることが好ましい。よって、ジハロゲン化合物としては例えばジクロロエチルホルマール及びジクロロエタンの混合物と、金属多硫化物として、例えば多流化ソーダとを反応させるのが好ましい。

前記反応において触媒は必要ではないが、場合によって触媒として４級アンモニウム塩、ホスホニウム塩、クラウンエーテルなどを用いることができる。例えば、（ＣＨ₃）₄Ｎ⁺Ｃｌ^-，（ＣＨ₃）₄Ｎ⁺Ｂｒ^-，（Ｃ₄Ｈ₉）₄Ｎ⁺Ｃｌ^-，（Ｃ₄Ｈ₉）₄Ｎ⁺Ｂｒ^-，Ｃ₁₂Ｈ₂₅Ｎ⁺（ＣＨ₃）₃Ｂｒ^-，（Ｃ₄Ｈ₉）₄Ｐ⁺Ｂｒ^-，ＣＨ₃Ｐ⁺（Ｃ₆Ｈ₅）₃Ｉ^-，Ｃ₁₆Ｈ₃₃Ｐ⁺（Ｃ₄Ｈ₉）₃Ｂｒ^-，１５−ｃｒｏｗｎ−５，１８−ｃｒｏｗｎ−６，ベンゾ−１８−ｃｒｏｗｎ−６等を用いることができる。特にアルキレン骨格の環状ポリスルフィドを製造する場合には、触媒の使用が好ましい。

（カルボン酸亜鉛塩）
本発明で使用されるカルボン酸亜鉛塩は、下記式２で表される。

（式２中、Ｒ^２は置換または未置換の炭化水素基を表す。）

Ｒ^２で表される置換または未置換の炭化水素基としては、炭素数１〜３０の置換または未置換の炭化水素基が挙げられ、炭化水素基は脂肪族基、芳香族基のいずれでもよい。また、炭化水素基中に不飽和基を含んでいてもよい。Ｒ^２の好ましい炭素数としては、１〜２５、さらに好ましくは５〜２０である。

中でも前記式２で表されるカルボン酸亜鉛塩におけるカルボン酸が、芳香族のカルボン酸であることが好ましく、安息香酸またはその誘導体であることがさらに好ましい。安息香酸またはその誘導体であることにより、理由は定かではないが、硫化亜鉛の生成が抑制され、加硫速度を早くすることができる。
安息香酸またはその誘導体としては、安息香酸；サリチル酸、４−ヒドロキシ安息香酸、４−ヒドロキシメチル安息香酸、３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシ安息香酸のような水酸基置換安息香酸誘導体、４−ｔｅｒｔ−ブチル安息香酸、４−イソブチル安息香酸、２−ナフトエ酸、２，４，５−トリメチル安息香酸、４−ｎ−オクチル安息香酸、４−ヘプチル安息香酸、４−シクロヘキシル安息香酸、４−（４−ヘキシルフェニル）安息香酸、４−（４−ヘプチルフェニル）安息香酸、４−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）安息香酸、３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル安息香酸、２−アントラセンカルボン酸、４−アミル安息香酸のような炭化水素基置換安息香酸誘導体；４−フルオロ安息香酸、４−クロロ安息香酸、４−ブロモ安息香酸、４−ブロモ−２−フルオロ安息香酸のようなハロゲン置換安息香酸誘導体；３−アミノ安息香酸、４−アミノ安息香酸のようなアミノ基置換安息香酸誘導体；４−ドデシルオキシ安息香酸、４−ヘプチルオキシ安息香酸、４−ヘキシルオキシ安息香酸、４−ベンジルオキシ安息香酸、４−アミルオキシ安息香酸、３−フルオロ−４−ｎ−オクチルオキシ安息香酸、４−（３−ブテニルオキシ）安息香酸のようなオキシ基置換安息香酸誘導体；フェノキシ安息香酸、４−（４−ヒドロキシフェノキシ）安息香酸のようなフェノキシ基置換安息香酸誘導体；４−アセトキシ安息香酸のようなアセトキシ基置換安息香酸誘導体；４−アセチル安息香酸のようなアセチル基置換安息香酸誘導体等が挙げられる。

（充填剤）
本発明のゴム組成物は、各種充填剤を配合することができる。充填剤としてはとくに制限されず、用途により適宜選択すればよいが、例えばカーボンブラック、無機充填剤等が挙げられる。無機充填剤としては、例えばシリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウム等を挙げることができる。中でもカーボンブラック、シリカが好ましい。
充填剤は、例えばジエン系ゴム１００質量部に対し、例えば２０〜１００質量部、好ましくは３０〜８０質量部配合することができる。

（ゴム組成物の配合割合）
本発明のゴム組成物は、前記式１で表される環状ポリスルフィド１〜６質量部、前記式２で表されるカルボン酸亜鉛塩０．５〜１２質量部および酸化亜鉛０〜２質量部を配合してなる。
環状ポリスルフィドが１質量部未満であると、得られるゴムの硬度が低すぎ、実用的ではない。逆に６質量部を超えると、耐老化性が悪化する。
カルボン酸亜鉛塩が０．５質量部未満または１２質量部を超えると、耐老化性が悪化する。
酸化亜鉛が２質量部を超えると加硫速度および耐老化性が悪化する。

本発明のゴム組成物において、環状ポリスルフィドのさらに好ましい上記配合割合は、２〜４質量部である。

また本発明のゴム組成物は、前記カルボン酸亜鉛塩および前記酸化亜鉛に含まれる亜鉛の合計量が、ジエン系ゴム１００質量部に対し、０．４〜２．４質量部であることが好ましく、１〜２質量部であることがさらに好ましい。カルボン酸亜鉛塩と酸化亜鉛との量的関係を上記のように定めることにより、加硫速度を速め、耐老化性が向上するという本発明の効果をさらに高めることができる。

本発明のゴム組成物には、前記した成分に加えて、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、可塑剤などのゴム組成物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、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、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。

本発明のゴム組成物の用途としては、ベルトコンベアー、ホース、タイヤ等が挙げられるが、とくにタイヤ用途が好ましい。タイヤに使用される部材の中でも、とくにトレッド（具体的にはキャップトレッドおよびアンダートレッド）、サイドウォール、リムクッションに有用である。

また本発明のゴム組成物は従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造するのに使用することができる。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

環状ポリスルフィドの合成
環状ポリスルフィドは、特開２００２−２９３７８３号公報の実施例２の方法にしたがい合成した。前記式１において、Ｒ＝（ＣＨ₂）₂Ｏ（ＣＨ₂）Ｏ（ＣＨ₂）₂、ｘ（平均）＝４及びｎ＝１〜２の環状ポリスルフィドが得られた。

従来例、実施例１〜８および比較例１〜５
サンプルの調製
表１〜３に示す配合（質量部）において、加硫系（環状ポリスルフィド、加硫促進剤、硫黄）を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物を同バンバリーミキサーに再度入れ、加硫系を加えて混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１７０℃で１０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を調製した。得られた未加硫のゴム組成物または加硫ゴム試験片について以下に示す試験法で物性を測定した。

加硫速度（Ｔ９５）：ＪＩＳ Ｋ６３００に従い１６０℃にて９５％加硫度に達する時間を測定した。従来例の値を１００として指数表示した。値が小さいほうが加硫速度が速いことを示す。
耐老化性：ＪＩＳ Ｋ６２５１（３号ダンベル使用）に従い引張試験を行い、１００％伸張時の応力を測定した（Ｍ１００＠標準）。これとは別に、ギアオーブンにて８０℃で９６時間老化した後の３号ダンベルを用いて引張試験を行い、１００％伸張時の応力を測定した（Ｍ１００＠老化）。（Ｍ１００＠老化／Ｍ１００＠標準）×１００を耐老化性の指標とした。値が１００に近いほうが耐老化性に優れる。
結果を表１〜３に併せて示す。なお表２および３では実施例３のデータも併記した。

＊１：ＳＢＲ（日本ゼオン（株）製、Nipol 1502）
＊２：カーボンブラック（東海カーボン（株）製、シーストＫＨ）
＊３：ＺｎＯ（正同化学工業（株）製、酸化亜鉛３種）
＊４：ステアリン酸（日油(株)製、ビーズステアリン酸ＮＹ）
＊５：硫黄（細井化学工業（株）製、油処理硫黄）
＊６：環状ポリスルフィド（上記のようにして合成した環状ポリスルフィド）
＊７：酢酸亜鉛（和光純薬工業（株）製、商品名酢酸亜鉛二水和物）
＊８：加硫促進剤（大内新興化学工業（株）製、ノクセラーＣＺ−Ｇ）
＊９：ＰＴＢＢＡ（扶桑化学工業（株）製商品名、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチル安息香酸亜鉛）
＊１０：サリチル酸亜鉛（三津和化学薬品（株）製、サリチル酸亜鉛（ＩＩ）（三水和物））

上記の表から明らかなように、実施例１〜８で調製されたゴム組成物は、ジエン系ゴムに環状ポリスルフィド、カルボン酸亜鉛塩および酸化亜鉛を特定量配合しているので、代表的な従来例に対し、加硫速度および耐老化性が改善されている。とくに、表２において、カルボン酸亜鉛塩および酸化亜鉛に含まれる亜鉛の合計量が、ジエン系ゴム１００質量部に対し、０．４〜２．４質量部の範囲である実施例３，５は、加硫速度および耐老化性が一層改善されている。また、表３において、カルボン酸亜鉛塩におけるカルボン酸が芳香族のカルボン酸、とくに安息香酸誘導体である実施例７，８は、加硫速度および耐老化性が一層改善されている。
これに対し、比較例１は、カルボン酸亜鉛塩を配合せず、酸化亜鉛の配合量を増加しているので、加硫速度および耐老化性が悪化している。比較例２は、環状ポリスルフィドの配合割合が本発明で規定する下限未満であるので、耐老化性が悪化している。比較例３は、環状ポリスルフィドの配合割合が本発明で規定する上限を超えているので、加硫速度および耐老化性がともに改善されない。比較例４は、カルボン酸亜鉛塩の配合割合が本発明で規定する下限未満であるので、加硫速度および耐老化性がともに悪化した。比較例５は、カルボン酸亜鉛塩の配合割合が本発明で規定する上限を超えているので、耐老化性が悪化した。

１ ビード部
２ サイドウォール
３ トレッド
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ ベルト層
８ リムクッション

Claims (5)

1. ジエン系ゴム１００質量部に対し、下記式１で表される環状ポリスルフィド１〜６質量部、式２で表されるカルボン酸亜鉛塩０．５〜１２質量部および酸化亜鉛０〜２質量部を配合してなることを特徴とするゴム組成物。
   

   

   （式１中、Ｒ^１は置換もしくは非置換のＣ₂〜Ｃ₂₀アルキレン基、置換もしくは非置換のＣ₂〜Ｃ₂₀オキシアルキレン基又は芳香族環を含むアルキレン基を示し、ｎは１〜２０の整数であり、ｘは平均２〜６の数である。）
   

   

   （式２中、Ｒ^２は置換または未置換の炭化水素基を表す。）
2. 前記カルボン酸亜鉛塩および前記酸化亜鉛に含まれる亜鉛の合計量が、ジエン系ゴム１００質量部に対し、０．４〜２．４質量部であることを特徴とする請求項１に記載のゴム組成物。
3. 前記カルボン酸亜鉛塩におけるカルボン酸が芳香族のカルボン酸であることを特徴とする請求項１または２に記載のゴム組成物。
4. 前記カルボン酸亜鉛塩におけるカルボン酸が安息香酸またはその誘導体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のゴム組成物。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のゴム組成物を使用した空気入りタイヤ。

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