JP2011116920A - Rubber composition and tire using the same - Google Patents

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Kazunori Kaneda
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rubber composition that exhibits an excellent traction performance, while retaining the balance between reduced rolling resistance and wear resistance at a high level, and a tire using the composition. <P>SOLUTION: The rubber composition includes (A) a diene rubber, (B) a metal soap expressed by formula (I), and (C) a carbon black for rubber compounding that has specific characteristics obtained by a specific production process and meets specific requirements [wherein, M is a metal having an oxidation state of +3 or +4; R is an each independently selected organic portion; and n is the valency of M]. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、特定の金属石鹸とカーボンブラックとを含み、特に優れた耐摩耗性とウェット性能を発揮し得るゴム組成物、及びこれを用いて得られる高性能なタイヤに関するものである。   The present invention relates to a rubber composition containing a specific metal soap and carbon black and capable of exhibiting particularly excellent wear resistance and wet performance, and a high-performance tire obtained by using the rubber composition.

近年、省エネルギー、省資源の社会的要請の下、自動車の燃料消費量を節約するため、転がり抵抗の小さいタイヤが求められている。このような要求に対し、タイヤの転がり抵抗を減少させる手法として、カーボンブラックの使用量を低減したり、低級カーボンブラックを使用したりすることにより、ヒステリシスロスの低下したゴム組成物をタイヤ部材、特にトレッドゴムに用いる方法が知られている。かかるヒステリシスロスの低下したゴム組成物であれば、タイヤに用いた際に有効に転がり抵抗を低減し得るものの、これと二律背反する耐摩耗性をも有用なレベルで維持するのは容易ではなく、さらに種々の試みがなされている。   In recent years, tires with low rolling resistance have been demanded in order to save fuel consumption of automobiles under the social demand for energy saving and resource saving. In response to such demands, as a method of reducing the rolling resistance of the tire, by reducing the amount of carbon black used or by using lower carbon black, a rubber composition having a reduced hysteresis loss can be used as a tire member, In particular, a method used for tread rubber is known. Such a rubber composition with reduced hysteresis loss can effectively reduce rolling resistance when used in a tire, but it is not easy to maintain wear resistance that is in contradiction to this at a useful level, Various attempts have been made.

こうしたなか、例えば特許文献1には、カーボンブラックの表面特性、特に水素含有量と未分解多環芳香族炭化水素残存量に着目し、カーボンブラックへの熱履歴の最適化を行うことで、耐摩耗性等の低下を抑制し得るゴム組成物が開示されており、これによって、タイヤの耐摩耗性及びヒステリシスロス特性の両立を図っている。
その一方、カーボンブラックの検討だけでなく、転がり抵抗を低く保持しつつ、タイヤのトラクション性能や耐久性等を向上させることが可能な添加剤の検討も、大いに望まれている。
Under these circumstances, for example, Patent Document 1 focuses on the surface characteristics of carbon black, particularly the hydrogen content and the residual amount of undecomposed polycyclic aromatic hydrocarbons, and by optimizing the thermal history of carbon black, A rubber composition that can suppress a decrease in wear and the like is disclosed, thereby achieving both the wear resistance and the hysteresis loss characteristic of the tire.
On the other hand, not only carbon black but also an additive capable of improving tire traction performance and durability while keeping rolling resistance low is highly desired.

特開2005−272734号公報JP 2005-272734 A

しかしながら、上記のようなカーボンブラックをもってしても、これら耐久性と転がり抵抗という二つの背反する性能のさらなる向上を図る観点からすれば、依然として改善の余地がある上、これらの性能の向上に大きく寄与し得る添加剤も未だ実現されていない。   However, even with carbon black as described above, there is still room for improvement from the standpoint of further improving the two contradictory performances of durability and rolling resistance, and there is a significant improvement in these performances. Additives that can contribute have not yet been realized.

そこで、本発明は、タイヤにおける低減された転がり抵抗と耐摩耗性とのバランスを高いレベルで保持しつつ、優れたトラクション性能をも発揮し得るゴム組成物及びこれを用いたタイヤを提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention provides a rubber composition capable of exhibiting excellent traction performance while maintaining a high balance between reduced rolling resistance and wear resistance in a tire, and a tire using the rubber composition. It is an object.

本発明者は、上記課題を解決すべく、特定の金属石鹸と、特定の製法により得られる特定の性状を有するカーボンブラックとを配合したゴム組成物を見出し、本発明を完成させるに至った。   In order to solve the above problems, the present inventor has found a rubber composition containing a specific metal soap and carbon black having a specific property obtained by a specific manufacturing method, and has completed the present invention.

すなわち、本発明のゴム組成物は、
(A)ジエン系ゴム、
(B)下記式(I)で表される金属石鹸;
That is, the rubber composition of the present invention is
(A) Diene rubber,
(B) a metal soap represented by the following formula (I);

Figure 2011116920
[式中、Mは酸化状態が+3又は+4の金属であり、Rはそれぞれ独立して選択された有機部分であり、nはMの原子価である]、及び
(C)燃焼ガス生成帯域と、反応帯域と、反応停止帯域とが連設されてなる反応装置を用い、前記燃焼ガス生成帯域内で高温燃焼ガスを生成させ、次いで前記反応帯域に原料を噴霧導入してカーボンブラックを含む反応ガス流を形成させた後、反応停止帯域にて、多段急冷媒体導入手段により、該反応ガス流を急冷して、反応を終結させることにより得られたゴム配合用カーボンブラックを含有し、かつ
前記ゴム配合用カーボンブラック(C)が、下記条件(i)及び(ii);
(i)前記多段急冷媒体導入手段でのトルエン着色透過度が、下記式(1)及び(2);
10<X<40 ・・・ (1)
90<Z<100 ・・・ (2)
[式中、Xは原料導入位置から第1番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度(%)で、Zは最後の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度(%)である]の関係を満たす;
(ii)前記ジエン系ゴム(A)100質量部に対して、ゴム配合用カーボンブラック(C)を、10〜250質量部の量で含有する;
を満たすことを特徴とする。
Figure 2011116920
[Wherein M is a metal with an oxidation state of +3 or +4, R is an independently selected organic moiety, and n is the valence of M], and (C) a combustion gas generation zone; , A reaction apparatus in which a reaction zone and a reaction stop zone are connected to each other, a high-temperature combustion gas is generated in the combustion gas generation zone, and then a raw material is sprayed into the reaction zone to contain carbon black. Containing a carbon black for rubber compounding obtained by quenching the reaction gas stream by a multistage rapid refrigerant introduction means in the reaction stop zone after forming the gas stream, and terminating the reaction, and Carbon black for rubber compounding (C) has the following conditions (i) and (ii);
(I) The toluene coloring permeability in the multistage rapid refrigerant introduction means is represented by the following formulas (1) and (2):
10 <X <40 (1)
90 <Z <100 (2)
[In the formula, X is the toluene coloring permeability (%) of carbon black after introduction of the first quenching medium from the raw material introduction position, and Z is the toluene coloring permeability (%) of carbon black after the last quenching medium introduction. Satisfy the relationship of
(Ii) The rubber compounding carbon black (C) is contained in an amount of 10 to 250 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber (A);
It is characterized by satisfying.

前記式(I)中、n−1が2または3であってもよく、(O2CR)基が炭素数6以上の脂肪酸から誘導されるものであってもよい。
また、前記金属石鹸(B)は、水に溶解しないものであるのが好ましい。
前記ジエン系ゴム(A)は、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれるのが望ましい。
さらに、前記金属石鹸(B)は、前記ジエン系ゴム(A)100質量部に対して、5〜100質量部の量で含有されるのが望ましく、アルミニウムとカルボン酸誘導体との石鹸であってもよく、またジエチルへキサン酸のアルミニウム石鹸及びジラウリン酸のアルミニウム石鹸からなる群より選ばれるものであってもよい。
In the formula (I), n-1 may be 2 or 3, and the (O 2 CR) group may be derived from a fatty acid having 6 or more carbon atoms.
Moreover, it is preferable that the said metal soap (B) is a thing which does not melt | dissolve in water.
The diene rubber (A) is preferably selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, natural rubber, and combinations thereof.
Furthermore, the metal soap (B) is desirably contained in an amount of 5 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber (A), and is a soap of aluminum and a carboxylic acid derivative. It may also be selected from the group consisting of diethylhexanoic acid aluminum soap and dilauric acid aluminum soap.

前記ゴム組成物は、さらに、シリカ充填剤(D)を含有するのが好適であり、かかるシリカ充填剤(D)はシラン処理されたシリカであるのが望ましい。
また、前記金属石鹸(B)の分子が、無極性溶媒中、ミセル構造又は式(II)で表される構造を形成するのが望ましい。
The rubber composition preferably further contains a silica filler (D), and the silica filler (D) is preferably silane-treated silica.
Moreover, it is desirable that the molecules of the metal soap (B) form a micelle structure or a structure represented by the formula (II) in a nonpolar solvent.

Figure 2011116920
[式中、xは自然数である]。
Figure 2011116920
[Wherein x is a natural number].

前記式(I)中、Rが少なくとも1つの不飽和単位を有するアルキル鎖を含んでもよく、Rが1つ又は複数の硫黄硬化可能な二重結合を有するアルキル鎖を含んでもよく、かかる二重結合が、アルキル鎖中の2つの非末端炭素の間にあってもよい。
さらに、前記金属石鹸(B)は、ジオレイン酸のアルミニウム石鹸であるのが望ましい。
In the formula (I), R may comprise an alkyl chain having at least one unsaturated unit, and R may comprise an alkyl chain having one or more sulfur curable double bonds, such double The bond may be between two non-terminal carbons in the alkyl chain.
Further, the metal soap (B) is preferably an aluminum soap of dioleic acid.

前記ゴム配合用カーボンブラック(C)は、
反応帯域内に原料が噴霧導入されてから、第1番目の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をt1(秒)、この帯域での平均反応温度をT1(℃)とし、第1番目の急冷媒体が導入されてから、第2番目の急冷媒体導入手段(図1において、12−Y)により急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をt2(秒)、この帯域での平均反応温度をT2(℃)とし、さらに、第2番目の急冷媒体が導入されてから、最後の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間(即ち、反応停止帯域通過までの帯域における滞留時間)をt3(秒)、この帯域内での平均反応温度をT3(℃)とした場合、
下記式(3)、(4)及び(5);
2.00≦α1≦5.00 ・・・ (3)
5.00≦α2≦9.00 ・・・ (4)
−2.5×(α1+α2)+85.0≦β≦90.0 ・・・ (5)
[式中、α1=t1×T1、α2=t2×T2、β=t3×T3である]の関係を満たすように制御して得られるのが望ましく、また下記式(6)、(7)及び(8);
20<X<40 ・・・ (6)
50<Y<60 ・・・ (7)
90<Z<95 ・・・ (8)
[式中、Yは第2番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度を示し、X及びZは前記と同義である]の関係を満たすように制御して得られるのが望ましい。
The carbon black for rubber compounding (C) is
The residence time in the zone from when the raw material is sprayed into the reaction zone until the first quenching medium is introduced is t 1 (seconds), the average reaction temperature in this zone is T 1 (° C.), The residence time in the zone from the introduction of the first quenching medium to the introduction of the quenching medium by the second quenching medium introduction means (12-Y in FIG. 1) is t 2 (seconds). The average reaction temperature in the zone is T 2 (° C.), and the residence time in the zone from the introduction of the second quenching medium until the last quenching medium is introduced (ie, until the reaction stop zone passes) The residence time in this zone is t 3 (seconds) and the average reaction temperature in this zone is T 3 (° C.).
The following formulas (3), (4) and (5);
2.00 ≦ α1 ≦ 5.00 (3)
5.00 ≦ α2 ≦ 9.00 (4)
−2.5 × (α1 + α2) + 85.0 ≦ β ≦ 90.0 (5)
It is desirable to obtain it by controlling so as to satisfy the relationship [where α1 = t 1 × T 1 , α2 = t 2 × T 2 , β = t 3 × T 3 ], and the following equation (6 ), (7) and (8);
20 <X <40 (6)
50 <Y <60 (7)
90 <Z <95 (8)
It is desirable that Y be obtained by controlling so as to satisfy the relationship [wherein Y represents the toluene coloring permeability of carbon black after introduction of the second quenching medium, and X and Z are as defined above].

ここで、前記ゴム配合用カーボンブラック(C)の水素放出率は、0.3質量%を超えるのが好適であり、ジブチルフタレート吸収量(DBP)が95〜220mL/100g、圧縮DBP吸収量(24M4DBP)が90〜200mL/100g、及びセチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積(CTAB)が70〜200m2/gであるのが望ましい。
本発明のトレッドゴム及びタイヤは、上記ゴム組成物を用いて得られたものであることを特徴とする。
Here, the hydrogen release rate of the carbon black for rubber blending (C) is preferably more than 0.3% by mass, the dibutyl phthalate absorption amount (DBP) is 95 to 220 mL / 100 g, and the compressed DBP absorption amount ( 24M4DBP) is desirably 90 to 200 mL / 100 g, and cetyltrimethylammonium bromide adsorption specific surface area (CTAB) is desirably 70 to 200 m 2 / g.
The tread rubber and tire of the present invention are obtained by using the above rubber composition.

本発明によれば、特定の金属石鹸(B)と、表面に存在するタール成分、特に多環芳香族成分の少ないカーボンブラック(C)とを配合することで、これらの相乗効果により、タイヤにおける低減された転がり抵抗と耐摩耗性とのバランスを高いレベルで保持しつつ、優れたトラクション性能をも発揮し得、特に耐摩耗性とウェット性能とを極めて向上させるゴム組成物を得ることが可能となる。   According to the present invention, by blending a specific metal soap (B) with a tar component present on the surface, particularly carbon black (C) having a small amount of polycyclic aromatic components, these synergistic effects result in the tire. While maintaining a high level of balance between reduced rolling resistance and wear resistance, it can also exhibit excellent traction performance, and in particular, it is possible to obtain a rubber composition that greatly improves wear resistance and wet performance It becomes.

このようなゴム組成物を用いれば、耐摩耗性、転がり抵抗及びトラクション性能が高度にバランスされた高性能なタイヤを実現することができる。   By using such a rubber composition, it is possible to realize a high-performance tire in which wear resistance, rolling resistance and traction performance are highly balanced.

本発明のゴム組成物に使用するカーボンブラック(C)を製造するためのカーボンブラック製造炉の一例の縦断正面説明図である。It is a vertical front explanatory drawing of an example of the carbon black manufacturing furnace for manufacturing carbon black (C) used for the rubber composition of the present invention.

以下、本発明について、必要に応じて図面を参照しつつ具体的に説明する。
本発明のゴム組成物は、
(A)ジエン系ゴム、
(B)下記式(I)で表される金属石鹸;
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings as necessary.
The rubber composition of the present invention is
(A) Diene rubber,
(B) a metal soap represented by the following formula (I);

Figure 2011116920
[式中、Mは酸化状態が+3又は+4の金属であり、Rはそれぞれ独立して選択された有機部分であり、nはMの原子価である]、及び
(C)燃焼ガス生成帯域と、反応帯域と、反応停止帯域とが連設されてなる反応装置を用い、前記燃焼ガス生成帯域内で高温燃焼ガスを生成させ、次いで前記反応帯域に原料を噴霧導入してカーボンブラックを含む反応ガス流を形成させた後、反応停止帯域にて、多段急冷媒体導入手段により、該反応ガス流を急冷して、反応を終結させることにより得られたゴム配合用カーボンブラックを含有し、かつ
前記ゴム配合用カーボンブラック(C)が、下記条件(i)及び(ii);
(i)前記多段急冷媒体導入手段でのトルエン着色透過度が、下記式(1)及び(2);
10<X<40 ・・・ (1)
90<Z<100 ・・・ (2)
[式中、Xは原料導入位置から第1番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度(%)で、Zは最後の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度(%)である]の関係を満たす;
(ii)前記ジエン系ゴム(A)100質量部に対して、ゴム配合用カーボンブラック(C)を、10〜250質量部の量で含有する;
を満たすことを特徴としている。
Figure 2011116920
[Wherein M is a metal with an oxidation state of +3 or +4, R is an independently selected organic moiety, and n is the valence of M], and (C) a combustion gas generation zone; , A reaction apparatus in which a reaction zone and a reaction stop zone are connected to each other, a high-temperature combustion gas is generated in the combustion gas generation zone, and then a raw material is sprayed into the reaction zone to contain carbon black. Containing a carbon black for rubber compounding obtained by quenching the reaction gas stream by a multistage rapid refrigerant introduction means in the reaction stop zone after forming the gas stream, and terminating the reaction, and Carbon black for rubber compounding (C) has the following conditions (i) and (ii);
(I) The toluene coloring permeability in the multistage rapid refrigerant introduction means is represented by the following formulas (1) and (2):
10 <X <40 (1)
90 <Z <100 (2)
[In the formula, X is the toluene coloring permeability (%) of carbon black after introduction of the first quenching medium from the raw material introduction position, and Z is the toluene coloring permeability (%) of carbon black after the last quenching medium introduction. Satisfy the relationship of
(Ii) The rubber compounding carbon black (C) is contained in an amount of 10 to 250 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber (A);
It is characterized by satisfying.

なお、本明細書において、「ジ−石鹸」とは、2つのカルボン酸基を有する石鹸を意味する。従って、「モノ−石鹸」及び「トリ−石鹸」とは、1つ及び3つのカルボン酸基を有する石鹸を意味する。   In the present specification, “di-soap” means a soap having two carboxylic acid groups. Thus, “mono-soap” and “tri-soap” mean soaps having one and three carboxylic acid groups.

[ジエン系ゴム(A)]
本発明で用いるジエン系ゴム(A)は、本発明のゴム組成物におけるゴム成分であり、例えば、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、又は天然ゴム等の共役ジエン類の一種以上とすることができる。該ジエン系ゴムは、例えば、従来使用されているトレッドストックゴムの如何なるものをも構成できる。かかるゴムは当業者に周知であり、特に限定されるものではないが、天然ゴム、合成ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、スチレン−イソプレンゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエンゴム、ブタジエン−イソプレンゴム、ポリブタジエン(BR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、シリコーンゴム、フッ素エラストマー、エチレン・アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム(EPR)、エチレン・プロピレン・ジエンモノマー(EPDM)ゴム、ブチルゴム、ポリクロロプレン、水素化ニトリルゴム、及びそれらの混合物が挙げられる。なかでも、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれるのが望ましい。
[Diene rubber (A)]
The diene rubber (A) used in the present invention is a rubber component in the rubber composition of the present invention, and is, for example, one or more conjugated dienes such as styrene-butadiene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, or natural rubber. be able to. The diene rubber can be any treadstock rubber conventionally used. Such rubbers are well known to those skilled in the art and include, but are not limited to, natural rubber, synthetic polyisoprene rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), styrene-isoprene rubber, styrene-isoprene-butadiene rubber, butadiene-isoprene. Rubber, polybutadiene (BR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), silicone rubber, fluoroelastomer, ethylene / acrylic rubber, ethylene propylene rubber (EPR), ethylene / propylene / diene monomer (EPDM) rubber, butyl rubber, polychloroprene, hydrogen Nitrile rubber, and mixtures thereof. Among these, it is desirable to be selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, natural rubber, and combinations thereof.

[金属石鹸(B)]
本発明で用いる金属石鹸(B)は、上記式(I)で表される。式(I)中、Mは酸化状態が+3又は+4の金属であり、例えば、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、アクチニウム(Ac)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、チタン(Ti)、マンガン(Mn)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)及び鉛(Pb)が挙げられる。また、MはIII属(IUPACの13属)の金属、或いは亜鉛、銅及びニッケルを除く遷移金属であってもよく、鉄でも、チタンでも、アルミニウムでも、コバルトでもよい。
[Metal soap (B)]
The metal soap (B) used in the present invention is represented by the above formula (I). In formula (I), M is a metal having an oxidation state of +3 or +4. For example, scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), actinium (Ac), chromium (Cr), iron (Fe) , Cobalt (Co), ruthenium (Ru), iridium (Ir), gallium (Ga), indium (In), titanium (Ti), manganese (Mn), germanium (Ge), tin (Sn), aluminum (Al) And lead (Pb). M may be a group III metal (group 13 of IUPAC) or a transition metal excluding zinc, copper and nickel, and may be iron, titanium, aluminum or cobalt.

なかでも、水等の極性溶媒に溶解せず、水等の極性溶媒中でイオンに解離しない金属石鹸(B)を形成し得る金属であるのが好ましい。水に溶解しない金属石鹸(B)は、上記ジエン系ゴム成分を含むゴム組成物に良好に溶解する。極性溶媒に溶解する金属石鹸(B)の金属としては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)及びフランシウム(Fr);ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)及びラジウム(Ra)等のアルカリ金属及び大部分のアルカリ土類金属や、亜鉛(Zn)、水銀(Hg)及びカドミウム(Cd)等の幾つかの遷移金属が挙げられる。   Especially, it is preferable that it is a metal which does not melt | dissolve in polar solvents, such as water, and can form the metal soap (B) which does not dissociate into ion in polar solvents, such as water. The metal soap (B) that does not dissolve in water dissolves well in the rubber composition containing the diene rubber component. As the metal of the metal soap (B) dissolved in the polar solvent, lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) and francium (Fr); beryllium (Be), Alkaline metals such as magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) and radium (Ra) and most alkaline earth metals, zinc (Zn), mercury (Hg) and cadmium ( Some transition metals such as Cd) are mentioned.

式(I)中、Rはそれぞれ独立して選択された有機部分であり、水素原子を含み得、少なくとも1つ以上の不飽和単位を有するアルキル鎖を含んでいてもよい。「有機部分」とは、主として炭素、酸素、窒素又は水素からなる任意の化学基を意味し、ヘテロ原子を含み得る有機基をも包含する。各R基は、それぞれ独立して選択することができることから、例えば、1つのR基を6つの炭素原子の炭化水素鎖とすることができ、また、他のR基を7つの炭素原子の炭化水素鎖とすることができる。具体的には、例えば、水素、直鎖若しくは分岐鎖状の炭化水素鎖が挙げられ、また、種々の有機若しくは無機の官能基を含む直鎖若しくは分岐鎖状の炭化水素鎖が挙げられる。   In formula (I), each R is an independently selected organic moiety, may contain a hydrogen atom, and may contain an alkyl chain having at least one or more unsaturated units. “Organic moiety” means any chemical group consisting primarily of carbon, oxygen, nitrogen or hydrogen, including organic groups that may contain heteroatoms. Since each R group can be independently selected, for example, one R group can be a hydrocarbon chain of 6 carbon atoms, and the other R group can be carbonized with 7 carbon atoms. It can be a hydrogen chain. Specific examples include hydrogen, linear or branched hydrocarbon chains, and linear or branched hydrocarbon chains containing various organic or inorganic functional groups.

式(I)中、カルボン酸基((O2CR)基)は、例えば、C2からC5の酸、C6からC22の脂肪酸から誘導されるものでもよく、或いはC23からC50のような高級脂肪酸を使用してもよく、C6以上の脂肪酸から誘導されるものが好ましい。酸の具体例としては、ラウリン酸及びエチルヘキサン酸が挙げられ、M(O2CR)n基はこれらカルボン酸誘導体と金属とから形成されたものであるのが好ましい。すなわち、金属石鹸(B)は好適には金属とカルボン酸誘導体との石鹸であり、アルミニウムとカルボン酸誘導体との石鹸であるのが最適であり、例えば、ジラウリン酸のアルミニウム石鹸であっても、ジエチルへキサン酸のアルミニウム石鹸であってもよく、好適にはジオレイン酸のアルミニウム石鹸が挙げられる。 In the formula (I), the carboxylic acid group ((O 2 CR) group) may be derived from, for example, a C 2 to C 5 acid, a C 6 to C 22 fatty acid, or a C 23 to C 50. Higher fatty acids such as those described above may be used, and those derived from C 6 or higher fatty acids are preferred. Specific examples of the acid include lauric acid and ethylhexanoic acid, and the M (O 2 CR) n group is preferably formed from these carboxylic acid derivatives and metals. That is, the metal soap (B) is preferably a soap of a metal and a carboxylic acid derivative, and is optimally a soap of aluminum and a carboxylic acid derivative, for example, an aluminum soap of dilauric acid, An aluminum soap of diethylhexanoic acid may be used, and an aluminum soap of dioleic acid is preferable.

式(I)中、nはMの原子価であり、R基の数を示し、使用する金属元素によって、例えば、1、2、3、4、5、又は6とすることができる。具体的には、例えば、Mがアルミニウムの場合、n−1は2であり得、Mがチタンの場合、n−1は2又は3となり得る。   In formula (I), n is the valence of M, indicates the number of R groups, and can be, for example, 1, 2, 3, 4, 5, or 6, depending on the metal element used. Specifically, for example, when M is aluminum, n-1 can be 2, and when M is titanium, n-1 can be 2 or 3.

金属石鹸(B)をジエン系ゴム(A)からなるタイヤトレッドに加えることによって、引っ張り強さ、引き裂き強度、及びウェットトラクション特性において、著しい向上が得られることが見出された。加えて、転がり抵抗は、同程度のレベルに維持される。かかる金属石鹸(B)としては、好適にはアルミニウムのジ−石鹸等が挙げられ、無極性の有機溶媒に分散させた場合、上記金属石鹸(B)は、弾性液体のポリマーに幾分似た挙動を示す。さらに、無極性溶媒において、金属石鹸(B)は、以下の式(II)で表わされる構造のような幾分クラスター様の集合体を形成する。   It has been found that by adding the metal soap (B) to the tire tread composed of the diene rubber (A), a significant improvement is obtained in tensile strength, tear strength and wet traction properties. In addition, the rolling resistance is maintained at a similar level. Such metal soap (B) preferably includes aluminum di-soap and the like, when dispersed in a non-polar organic solvent, the metal soap (B) is somewhat similar to an elastic liquid polymer. Shows behavior. Furthermore, in a nonpolar solvent, the metal soap (B) forms a somewhat cluster-like aggregate like the structure represented by the following formula (II).

Figure 2011116920
式(II)中、xは自然数である。
Figure 2011116920
In formula (II), x is a natural number.

式(II)で表わされる水素結合は、さらに金属石鹸(B)の分子の集合体がミセルや他の形態になるのを可能とする。これによって、非常に粘稠な弾性液体又はゲルが生じる。金属石鹸(B)がアルミニウムのジ−石鹸である場合、隣接するジ−石鹸の鎖は、炭化水素鎖の間のファンデルワールス力と、共有されたヒドロキシルイオンの水素とカルボキシル基の酸素原子との間の水素結合との両方によって一緒に保たれている。上記アルミニウム石鹸のほか、+3又は+4の酸化状態を有する他の金属石鹸も、同様に無極性溶媒中で類似タイプの特有の集合体を呈するものと考えられる。これら金属の中でも好ましい金属は、金属石鹸(B)を形成した時、無極性溶媒に溶解でき、クラスター様の集合体を形成できるものである。式(II)の構造又は他のクラスター様の構造を形成可能である金属の具体例は、アルミニウムのほか、鉄及びチタンである。かかる構造を形成可能かもしれない他の金属は、+3又は+4の酸化状態の金属である。なかでも、ジオレイン酸のアルミニウム石鹸等のアルミニウムのジ−石鹸は、上記式(II)の構造に会合することが知られている唯一のアルミニウム石鹸である。   The hydrogen bond represented by formula (II) further allows the molecular aggregate of metal soap (B) to become micelles and other forms. This produces a very viscous elastic liquid or gel. When the metal soap (B) is an aluminum di-soap, the adjacent di-soap chains are composed of van der Waals forces between hydrocarbon chains, hydrogens of shared hydroxyl ions and oxygen atoms of carboxyl groups. Are held together by both hydrogen bonds between. In addition to the above aluminum soaps, other metal soaps having a +3 or +4 oxidation state are also considered to exhibit similar types of unique aggregates in nonpolar solvents as well. Among these metals, preferred metals are those that can be dissolved in a non-polar solvent and form cluster-like aggregates when the metal soap (B) is formed. Specific examples of metals that can form the structure of formula (II) or other cluster-like structures are aluminum and iron and titanium. Other metals that may be able to form such a structure are metals in the +3 or +4 oxidation state. Among these, aluminum di-soaps such as dioleic acid aluminum soaps are the only aluminum soaps known to be associated with the structure of formula (II) above.

上記R基中に少なくとも1つの不飽和単位、すなわち1つ以上の二重結合を含むO2CR基を含む金属石鹸(B)が、ゴムマトリックスと組み合わせ、加硫した場合、特に効果的である。理論に束縛されるものではないが、二重結合は、ジエン系ゴムのマトリックスとの架橋を向上させるのに寄与するものと考えられる。該酸は、少なくとも1つの不飽和単位を含むのが望ましい。例えば、該酸は、C2からC5の一価不飽和酸であってもよいし、C6からC22の一価不飽和脂肪酸であってもよいし、C23からC50のような一価不飽和高級脂肪酸であってもよい。具体的には、オレイン酸が挙げられる。また、該酸は、アルキル鎖中に複数の二重結合、例えば、2つ又は3つの二重結合を含んでもよい。一つ又は複数の二重結合は、硫黄硬化可能な二重結合でなければならない。複数の二重結合を含む例において、該二重結合は共役していてもよい。少なくとも1つの二重結合又は総ての二重結合は、アルキル鎖中の2つの非末端炭素の間にあってもよい。例えば、二重結合は、オレイン酸中でのように、アルキル鎖の中央にあってもよいし、その近傍にあってもよい。 It is particularly effective when the metal soap (B) containing at least one unsaturated unit in the R group, that is, an O 2 CR group containing one or more double bonds, is combined with a rubber matrix and vulcanized. . Without being bound by theory, it is believed that the double bond contributes to improving cross-linking with the diene rubber matrix. The acid preferably contains at least one unsaturated unit. For example, the acid may be a C 2 to C 5 monounsaturated acid, a C 6 to C 22 monounsaturated fatty acid, such as C 23 to C 50 It may be a monounsaturated higher fatty acid. Specific examples include oleic acid. The acid may also contain multiple double bonds, such as two or three double bonds, in the alkyl chain. The one or more double bonds must be sulfur curable double bonds. In the example including a plurality of double bonds, the double bonds may be conjugated. At least one double bond or all double bonds may be between two non-terminal carbons in the alkyl chain. For example, the double bond may be in the center of the alkyl chain as in oleic acid or in the vicinity thereof.

理論に束縛されるものではないが、R基中の二重結合に起因して架橋が向上すると、良好な転がり抵抗を維持したまま、25℃及び100℃での引っ張り強さ、170℃での引き裂き強度、ウェットトラクション特性が向上する。   Without being bound by theory, improved cross-linking due to double bonds in the R group, tensile strength at 25 ° C. and 100 ° C., 170 ° C., while maintaining good rolling resistance. Tear strength and wet traction characteristics are improved.

金属石鹸(B)は、上記ジエン系ゴム(A)100質量部に対して、通常1〜200質量部の量、好ましくは5〜100質量部、より好ましくは10〜100質量部、さらに好ましくは5〜30質量部又は15〜50質量部の量で、ゴム組成物中に含有される。これらの量は、ゴム工業で何年もの間使用されてきた亜鉛石鹸とは対照的である。かかる亜鉛石鹸は、代表的なジエン系ゴムに、最大でもジエン系ゴム100質量部に対して約4質量部までしか溶解しない。約4質量部を超えると、亜鉛石鹸がゴムの表面に浮上して、「ブルーム」として知られる作用をする。ここに記載した金属石鹸(B)は、好ましくは、如何なる「ブルーム」をも避ける最大200質量部までの量で使用される。   The metal soap (B) is usually 1 to 200 parts by weight, preferably 5 to 100 parts by weight, more preferably 10 to 100 parts by weight, more preferably 100 parts by weight of the diene rubber (A). It is contained in the rubber composition in an amount of 5 to 30 parts by mass or 15 to 50 parts by mass. These amounts are in contrast to zinc soaps that have been used for many years in the rubber industry. Such zinc soap dissolves in a typical diene rubber only up to about 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber. Above about 4 parts by weight, the zinc soap floats on the rubber surface and acts as "bloom". The metal soap (B) described here is preferably used in an amount up to 200 parts by weight avoiding any “bloom”.

金属石鹸(B)は、以下の方法により調製される。極性溶媒と、塩基と、カルボン酸を含む有機化学種とを組み合わせ、それらを一緒に混合して、溶液Aを形成する。塩基を添加して、酸を中和し、溶解を促進する。塩基は、金属イオン源の溶液を加える前の溶液AのpHが塩基性になるように、加えてもよい。該金属は、例えば、酸化状態が+3又は+4であり、他の実施態様では、III属(IUPACの13属)であってもよいし、亜鉛、ニッケル及び銅を除く遷移金属であってもよい。該金属は、アルミニウム、鉄、チタン及びコバルトからなる群から選択してもよい。   The metal soap (B) is prepared by the following method. A polar solvent, a base, and an organic species including a carboxylic acid are combined and mixed together to form solution A. A base is added to neutralize the acid and promote dissolution. The base may be added so that the pH of the solution A before adding the solution of the metal ion source becomes basic. For example, the metal may have an oxidation state of +3 or +4, and in other embodiments may be a group III (group 13 of IUPAC) or a transition metal excluding zinc, nickel and copper. . The metal may be selected from the group consisting of aluminum, iron, titanium and cobalt.

極性溶媒の例としては、特に限定されるものではないが、水、THF、アセトン、アセトニトリル、DMF、DMSO、酢酸、n−ブタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、エタノール、又はメタノールが挙げられる。典型的な塩基としては、特に限定されるものではないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム及びアンモニアが挙げられる。カルボン酸基を含む典型的な化学種は、金属石鹸の議論で上述したものに対応し、C2〜C5の酸、C6〜C22の脂肪酸、C23〜C50の酸等の高級脂肪酸、好適にはC6以上の脂肪酸が挙げられる。具体例としては、ラウリン酸とエチルヘキサン酸が挙げられる。 Examples of polar solvents include, but are not limited to, water, THF, acetone, acetonitrile, DMF, DMSO, acetic acid, n-butanol, isopropanol, n-propanol, ethanol, or methanol. Typical bases include but are not limited to sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, calcium carbonate and ammonia. Typical chemical species containing a carboxylic acid group correspond to those described above in the discussion of the metal soap, C 2 -C 5 acid, C 6 fatty acids -C 22, exclusive of such acids C 23 -C 50 Fatty acids, preferably C 6 or higher fatty acids. Specific examples include lauric acid and ethylhexanoic acid.

次いで、金属イオン源の溶液を溶液Aに加え、混合して、生成物Aを形成する。金属イオン源の溶液の調製は、水等の極性溶媒にかかる金属のイオン源を加え、溶液Bを形成することで行ってもよい。金属イオン源は、例えば、式(III);
lm ・・・(III)
に対応してもよく、ここで、Mは上記の金属であり、Zは、カリウムの硫酸塩、水酸化物、硫酸塩及びリン酸塩からなる群から選択され、l及びmはそれそれ独立して1〜20の整数である。例えば、硫酸アルミニウムカリウムは、安価で、アルミニウムの金属イオン源として有効であることが知られている。
The metal ion source solution is then added to solution A and mixed to form product A. The metal ion source solution may be prepared by adding a metal ion source in a polar solvent such as water to form the solution B. The metal ion source can be, for example, formula (III);
M l Z m (III)
Where M is the above metal, Z is selected from the group consisting of potassium sulfate, hydroxide, sulfate and phosphate, and l and m are each independently And an integer of 1-20. For example, potassium aluminum sulfate is known to be inexpensive and effective as a metal ion source for aluminum.

次に、溶液A及び溶液Bを一緒に混合して、生成物Aを形成する。撹拌及び加熱を用いて、溶液Bの金属イオンがカルボン酸基含有化学種と結合するのを促してもよく、それによって、極性溶媒に不溶な金属石鹸を作ることができる。生成物Aは、金属石鹸(B)を含み、硫酸カリウム及び/又は水等の他の反応残留物を含んでいてもよい。   Solution A and solution B are then mixed together to form product A. Stirring and heating may be used to encourage the metal ions in solution B to bind to the carboxylic acid group-containing species, thereby creating a metal soap that is insoluble in polar solvents. Product A contains metal soap (B) and may contain other reaction residues such as potassium sulfate and / or water.

金属石鹸(B)は、分子の高い割合がミセルタイプの構造や式(II)の構造のようなクラスター様の構造を形成するのを促進する手法で合成してもよい。例えば、アルミニウム石鹸において、ジ−石鹸は、式(II)の構造を形成するものと考えられている分子である。しかしながら、モノ−及びトリ−アルミニウム石鹸は、これらの構造に会合しない。従って、この点で、アルミニウムのジ−石鹸の形成を最大化することが有益である。式(I)で一般に表わされる他の金属石鹸に対しては、金属イオンからぶら下がっているOHが1つで、残りの原子価が有機部分で満たされていることが好ましい。   The metal soap (B) may be synthesized by a technique that promotes the formation of a cluster-like structure such as a micelle type structure or a structure of formula (II) with a high proportion of molecules. For example, in aluminum soap, di-soap is a molecule that is believed to form the structure of formula (II). However, mono- and tri-aluminum soaps do not associate with these structures. Therefore, in this respect it is beneficial to maximize the formation of aluminum di-soap. For other metal soaps generally represented by formula (I), it is preferred that one OH is hanging from the metal ion and the remaining valence is filled with organic moieties.

アルミニウムのジ−石鹸の分子は、溶液Bを溶液Aにゆっくり加えることによって、2つの溶液を急に組み合わせるのとは対照的に、生成を促すことができる。溶液A及びBの温度及び濃度を変えることは、モノ−、ジ−、又はトリ−石鹸の生成に影響を及ぼす他の方法である。また、(O2CR)基の数は、金属イオン及びO2CR分子の相対量を変化させることで、調節することができる。例えば、アルミニウムのジ−石鹸の生成は、アルミニウム源とO2CR分子源を、アルミニウムイオン対O2CR分子を約1:2の比、例えば、1:1.5〜1:2.5の比で加えることで、促すことができる。 Aluminum di-soap molecules can be promoted by slowly adding solution B to solution A as opposed to abruptly combining the two solutions. Changing the temperature and concentration of solutions A and B is another method that affects the production of mono-, di-, or tri-soap. The number of (O 2 CR) groups can be adjusted by changing the relative amounts of metal ions and O 2 CR molecules. For example, the formation of aluminum di-soap can be achieved by using an aluminum source and an O 2 CR molecular source, an aluminum ion to O 2 CR molecule ratio of about 1: 2, eg, 1: 1.5 to 1: 2.5. It can be encouraged by adding in ratio.

さらなる工程において、生成物Aを溶媒から単離する。例えば、ジラウリン酸のアルミニウム石鹸、ジエチルヘキサン酸のアルミニウム石鹸、及びジオレイン酸のアルミニウム石鹸の場合、生成物Aを水で洗い、それを乾燥することによって、単離することができ、それによって、純度約99%の粉状製品が生成する。生成物A中の他の全ての反応残留物を水で洗い流す。   In a further step, product A is isolated from the solvent. For example, in the case of dilauric acid aluminum soap, diethylhexanoic acid aluminum soap, and dioleic acid aluminum soap, product A can be isolated by washing it with water and drying it, thereby reducing the purity. About 99% of a powdered product is produced. Wash off all other reaction residues in product A with water.

他の工程において、単離した金属石鹸(B)を無極性溶媒に溶解させ、溶液Xを形成する。無極性溶媒は、例えば、ヘキサン、ベンゼン、シクロヘキサン又はトルエンとすることができる。撹拌及び加熱を用いて、溶解を促してもよい。上記金属石鹸(B)分子は、塩基性の無極性溶媒中でクラスター様の構造、例えば、式(II)で表される構造を形成してもよく、その結果、非常に粘稠な弾性材料が生成することとなる。   In another step, the isolated metal soap (B) is dissolved in a nonpolar solvent to form solution X. The nonpolar solvent can be, for example, hexane, benzene, cyclohexane or toluene. Agitation and heating may be used to facilitate dissolution. The metal soap (B) molecule may form a cluster-like structure, for example, a structure represented by the formula (II) in a basic nonpolar solvent, and as a result, a very viscous elastic material. Will be generated.

さらなる工程においては、溶液Xを後述するジエン系ゴム(A)を含むジエン系ゴム組成物と組み合わせる。上述したどのジエン系ゴムを選択してもよい。再度、撹拌及び加熱を用いて、ゴム組成物中に金属石鹸(B)溶液が溶解するのを促してもよい。   In a further step, the solution X is combined with a diene rubber composition containing the diene rubber (A) described later. Any of the diene rubbers described above may be selected. Again, stirring and heating may be used to help the metal soap (B) solution dissolve in the rubber composition.

[ゴム配合用カーボンブラック(C)]
本発明で用いる(C)ゴム配合用カーボンブラックは、燃焼ガス生成帯域と、反応帯域と、反応停止帯域とが連設されてなる反応装置を用い、前記燃焼ガス生成帯域内で高温燃焼ガスを生成させ、次いで前記反応帯域に原料を噴霧導入してカーボンブラックを含む反応ガス流を形成させた後、反応停止帯域にて、多段急冷媒体導入手段により、該反応ガス流を急冷して、反応を終結させることにより製造されることを特徴としており、以下に、図を参照しながら、該カーボンブラックの製造方法を詳細に説明する。
[Carbon black for rubber compounding (C)]
The carbon black for rubber blending (C) used in the present invention uses a reaction apparatus in which a combustion gas generation zone, a reaction zone, and a reaction stop zone are connected in series, and the high temperature combustion gas is generated in the combustion gas generation zone. Then, after the raw material is sprayed and introduced into the reaction zone to form a reaction gas flow containing carbon black, the reaction gas flow is quenched in the reaction stop zone by the multistage rapid refrigerant introduction means, In the following, a method for producing the carbon black will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、ゴム配合用カーボンブラック(C)を製造するためのカーボンブラック製造炉の一例の縦断正面説明図である。カーボンブラック製造炉1は、その内部が燃焼帯域と反応帯域と反応停止帯域とを連設した構造であり、その全体が耐火物で覆われている。また、カーボンブラック製造炉1は、燃焼帯域として、可燃性流体導入室と、炉頭部外周から酸素含有ガス導入管によって導入された酸素含有ガスを、整流板を用いて整流して可燃性流体導入室へ導入する酸素含有ガス導入用円筒と、酸素含有ガス導入用円筒の中心軸に設置され、可燃性流体導入室へ燃焼用炭化水素を導入する燃料油噴霧装置導入管とを備える。燃焼帯域内では、燃焼用炭化水素の燃焼により高温燃焼ガスを生成する。   FIG. 1 is a longitudinal front explanatory view of an example of a carbon black production furnace for producing carbon black (C) for rubber compounding. The interior of the carbon black production furnace 1 has a structure in which a combustion zone, a reaction zone, and a reaction stop zone are connected in series, and the whole is covered with a refractory. Moreover, the carbon black production furnace 1 rectifies the oxygen-containing gas introduced from the outer periphery of the furnace head and the oxygen-containing gas introduction pipe by the oxygen-containing gas introduction pipe as a combustion zone using a rectifying plate, and combustible fluid. An oxygen-containing gas introduction cylinder to be introduced into the introduction chamber, and a fuel oil spray device introduction pipe that is installed on the central axis of the oxygen-containing gas introduction cylinder and introduces combustion hydrocarbons into the combustible fluid introduction chamber. In the combustion zone, high-temperature combustion gas is generated by combustion of combustion hydrocarbons.

カーボンブラック製造炉1は、反応帯域として、円筒が次第に収れんする収れん室と、収れん室の下流側に4つの原料油噴霧口を含む原料油導入室と、原料油導入室の下流側に反応室10とを備える。該原料油噴霧口は、燃焼帯域からの高温燃焼ガス流中に原料炭化水素を噴霧導入する。反応帯域内では、高温燃焼ガス流中に原料炭化水素を噴霧導入し、不完全燃焼又は熱分解反応により、原料炭化水素をカーボンブラックに転化する。   The carbon black production furnace 1 includes, as a reaction zone, a condensing chamber in which a cylinder gradually converges, a raw material oil introducing chamber including four raw material oil spray ports on the downstream side of the converging chamber, and a reaction chamber on the downstream side of the raw material oil introducing chamber. 10. The feed oil spray port sprays feed hydrocarbons into the hot combustion gas stream from the combustion zone. In the reaction zone, the raw material hydrocarbon is sprayed into the high-temperature combustion gas stream, and the raw material hydrocarbon is converted into carbon black by incomplete combustion or thermal decomposition reaction.

カーボンブラック製造炉1は、反応停止帯域として、多段急冷媒体導入手段12を有する反応継続兼冷却室11を備える。多段急冷媒体導入手段12は、反応帯域からの高温燃焼ガス流に対して、水などの急冷媒体を噴霧する。反応停止帯域内では、高温燃焼ガス流を急冷媒体により急冷して反応を終結する。また、カーボンブラック製造炉1は、反応帯域あるいは反応停止帯域において、ガス体を導入する装置をさらに備えてもよい。ここで、「ガス体」としては、空気、酸素と炭化水素の混合物、これらの燃焼反応による燃焼ガス等が使用可能である。このようにして、カーボンブラックの製造において、反応ガス流が反応停止帯域に入るまでの各帯域における平均反応温度と滞留時間を制御して、各段階でのカーボンブラックのトルエン着色透過度X、Y及びZを所望の値にすることにより、ゴム配合用カーボンブラック(C)が得られる。   The carbon black production furnace 1 includes a reaction continuation / cooling chamber 11 having a multistage rapid refrigerant introduction means 12 as a reaction stop zone. The multistage rapid refrigerant introduction means 12 sprays a rapid refrigerant such as water on the high-temperature combustion gas flow from the reaction zone. In the reaction stop zone, the high-temperature combustion gas flow is quenched by the quenching refrigerant to terminate the reaction. The carbon black production furnace 1 may further include a device for introducing a gas body in the reaction zone or the reaction stop zone. Here, as the “gas body”, air, a mixture of oxygen and hydrocarbon, a combustion gas obtained by a combustion reaction thereof, or the like can be used. In this way, in the production of carbon black, the average reaction temperature and residence time in each zone until the reaction gas flow enters the reaction stop zone are controlled, and the toluene coloring permeability X, Y of carbon black at each stage is controlled. And by making Z into a desired value, carbon black (C) for rubber | gum compounding is obtained.

次に、上記カーボンブラック製造炉1における各帯域について説明する。燃焼帯域とは、燃料と空気との反応により高温ガス流が生成される領域であり、この下流端は原料油が反応装置内に導入される点(複数位置で導入される場合は最も上流側)を指す。また、反応帯域とは、原料炭化水素が導入された点(複数位置の場合は最も上流側)から反応継続兼冷却室11内の多段急冷水噴霧手段12(これらの手段は反応継続兼冷却室11内で抜き差し自在であり、生産する品種、特性により使用位置は選択される)の作動(水等の冷媒体を導入する)点までを指す。すなわち、原料油噴霧口で原料油を導入し、多段急冷媒体導入手段12で水を導入した場合、この間の領域が反応帯域となる。反応停止帯域とは、急冷水圧入噴霧手段を作動させた点よりも下側(図1では右側)の帯域を指す。図1において、反応継続兼冷却室11という名称を用いたのは、原料導入時点から前記反応停止用急冷水圧入噴霧手段の作動時点までが反応帯域、それ以降が反応停止帯域であり、この急冷水導入位置が要求されるカーボンブラック性能により移動することがあるためである。   Next, each zone in the carbon black production furnace 1 will be described. The combustion zone is a region where a high-temperature gas flow is generated by the reaction of fuel and air, and this downstream end is the point at which the feedstock is introduced into the reactor (the most upstream when introduced at multiple locations) ). The reaction zone refers to the multistage quench water spray means 12 in the reaction continuation / cooling chamber 11 from the point where the raw material hydrocarbon is introduced (the most upstream in the case of a plurality of positions) (these means are the reaction continuation / cooling chamber). 11 can be inserted and removed freely, and the use position is selected according to the type of product to be produced and the characteristics thereof) to the point of operation (introducing a cooling medium such as water). That is, when the raw material oil is introduced through the raw material oil spraying port and the water is introduced by the multistage rapid refrigerant introduction means 12, the region between these becomes the reaction zone. The reaction stop zone refers to a zone below (on the right side in FIG. 1) the point where the quenching water injection spray means is operated. In FIG. 1, the name of the reaction continuation / cooling chamber 11 is used because the reaction zone is from the raw material introduction time point to the operation time point of the quenching water injection spray means for stopping the reaction, and the reaction stop zone is thereafter. This is because the cold water introduction position may move depending on the required carbon black performance.

上記製造方法により得られるゴム配合用カーボンブラック(C)は、下記式(1)及び式(2)の関係を満たすことを要する。なお、図1においては、Xが、第一番目の急冷媒体導入手段12−Xより急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度(%)であり、Zが、最後の急冷媒体導入手段12−Zにより急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度(%)である。ここで、ゴム配合用カーボンブラック(C)が下記式(1)及び式(2)の関係を満たせば、段階的にトルエン着色透過度を規定することにより、カーボンブラックの粒径と表面物性のバランス化を図ることができ、補強性を上げ、耐摩耗性を向上させることができる。
10<X<40 ・・・ (1)
90<Z<100 ・・・ (2)
The rubber compounding carbon black (C) obtained by the above production method needs to satisfy the relationship of the following formulas (1) and (2). In FIG. 1, X is the toluene coloring permeability (%) of carbon black after the rapid refrigerant introduction from the first rapid refrigerant introduction means 12 -X, and Z is the final rapid refrigerant introduction means 12. -Z is the toluene coloring permeability (%) of carbon black after rapid refrigerant introduction. Here, if the carbon black (C) for rubber blending satisfies the relationship of the following formulas (1) and (2), the particle size and surface physical properties of the carbon black are determined by defining the toluene coloring permeability step by step. Balance can be achieved, reinforcing property can be improved, and wear resistance can be improved.
10 <X <40 (1)
90 <Z <100 (2)

上記したように、このような性状を有するゴム配合用カーボンブラック(C)は、反応温度及び滞留時間を制御することにより、得ることができる。例えば、反応帯域内に原料が噴霧導入されてから、第1番目の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をt1(秒)、この帯域での平均反応温度をT1(℃)とし、第1番目の急冷媒体が導入されてから、第2番目の急冷媒体導入手段(図1において、12−Y)により急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をt2(秒)、この帯域での平均反応温度をT2(℃)とし、さらに、第2番目の急冷媒体が導入されてから、最後の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間(即ち、反応停止帯域通過までの帯域における滞留時間)をt3(秒)、この帯域内での平均反応温度をT3(℃)とした場合、それらの滞留時間及び平均反応温度が、下記式(3)、式(4)及び式(5):
2.00≦α1≦5.00 ・・・ (3)
5.00≦α2≦9.00 ・・・ (4)
−2.5×(α1+α2)+85.0≦β≦90.0 ・・・ (5)
[式中、α1=t1×T1、α2=t2×T2、β=t3×T3である]の関係を満たすように制御されることにより、ゴム配合用カーボンブラック(C)を確実に得ることができる。
As described above, the rubber compounding carbon black (C) having such properties can be obtained by controlling the reaction temperature and the residence time. For example, the residence time in the zone from when the raw material is sprayed into the reaction zone until the first quenching medium is introduced is t 1 (seconds), and the average reaction temperature in this zone is T 1 (° C.). And the residence time in the zone from the introduction of the first quenching medium to the introduction of the quenching medium by the second quenching medium introducing means (12-Y in FIG. 1) is t 2 (seconds). The average reaction temperature in this zone is T 2 (° C.), and the residence time in the zone from the introduction of the second sudden refrigerant body to the introduction of the last sudden refrigerant body (ie, the reaction stop zone) When the residence time in the zone until passage) is t 3 (seconds) and the average reaction temperature in this zone is T 3 (° C.), the residence time and average reaction temperature are represented by the following formulas (3) and (3): (4) and formula (5):
2.00 ≦ α1 ≦ 5.00 (3)
5.00 ≦ α2 ≦ 9.00 (4)
−2.5 × (α1 + α2) + 85.0 ≦ β ≦ 90.0 (5)
Carbon black for rubber blending (C) by controlling so as to satisfy the relationship [where α1 = t 1 × T 1 , α2 = t 2 × T 2 , β = t 3 × T 3 ] Can be definitely obtained.

上記カーボンブラック製造炉1は、炉内の温度をモニターするため、任意の数箇所に熱電対を炉内に挿入できる構造を備える。平均反応温度T1、T2、T3を算出するために、各工程(各帯域)で、少なくとも2箇所、望ましくは3〜4箇所の温度を測定することが好ましい。さらに、滞留時間t1、t2、t3の算出は、公知の熱力学的計算方法によって導入反応ガス流体の体積を算出し、次式により算出するものとする。なお、原料油の分解反応及び急冷媒体による体積増加は無視するものとする。
滞留時間t1(sec)=原料炭化水素導入位置から第1番目の急冷媒体導入位置までの反応炉内通過容積(m3)/反応ガス流体の体積(m3/sec)
滞留時間t2(sec)=第1番目の急冷媒体導入位置から第2番目の急冷媒体が導入されるまでの反応炉内通過容積(m3)/反応ガス流体の体積(m3/sec)
滞留時間t3(sec)=第2番目の急冷媒体導入位置から最後の急冷媒体が導入されるまでの反応炉内通過容積(m3)/反応ガス流体の体積(m3/sec)
The carbon black production furnace 1 has a structure in which thermocouples can be inserted into an arbitrary number of locations in order to monitor the temperature in the furnace. To calculate the average reaction temperature T 1, T 2, T 3, at each step (each band), at least two positions, preferably it is preferable to measure the temperature of 3-4 points. Further, the residence times t 1 , t 2 , and t 3 are calculated by calculating the volume of the introduced reaction gas fluid by a known thermodynamic calculation method, and calculating by the following formula. Note that the increase in volume due to the decomposition reaction of the feedstock oil and the rapid cooling medium is ignored.
Residence time t 1 (sec) = reactor passage volume from raw material hydrocarbon introduction position to first quenching medium introduction position (m 3 ) / reaction gas fluid volume (m 3 / sec)
Residence time t 2 (sec) = reactor passage volume (m 3 ) / volume of reaction gas fluid (m 3 / sec) from the first abrupt refrigerant introduction position until the second abrupt refrigerant is introduced
Residence time t 3 (sec) = reactor passage volume (m 3 ) / volume of reaction gas fluid (m 3 / sec) from the second abrupt refrigerant introduction position to the last abrupt refrigerant introduction

さらに、上記ゴム配合用カーボンブラック(C)として、下記の関係式(6)、(7)及び(8)
20<X<40 ・・・ (6)
50<Y<60 ・・・ (7)
90<Z<95 ・・・ (8)
[式中、Yは第2番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度を示し、X及びZは前記と同義である]の関係を満たすように制御して得られたものを好適に用いることができる。
なお、上記トルエン着色透過度は、JIS K 6218:1997の第8項B法に記載の方法により測定され、純粋なトルエンとの百分率で表示される。
Further, as the carbon black for rubber blending (C), the following relational expressions (6), (7) and (8)
20 <X <40 (6)
50 <Y <60 (7)
90 <Z <95 (8)
Preferred are those obtained by controlling so as to satisfy the relationship [wherein Y represents the toluene-colored permeability of carbon black after introduction of the second quenching medium, and X and Z are as defined above] Can be used.
The toluene coloring transmittance is measured by the method described in Method B of Item 8 of JIS K 6218: 1997, and is expressed as a percentage with pure toluene.

上記ゴム配合用カーボンブラック(C)は、水素放出率が、0.3質量%を超えるのが好ましく、0.35質量%以上であるのがより好ましい。上限値については特に制限されないが、通常0.4質量%程度である。この水素放出率が0.3質量%を超えると、本発明のゴム組成物の耐摩耗性がさらに向上し、かつ発熱性もより低減される。   The carbon black for rubber blending (C) preferably has a hydrogen release rate of more than 0.3% by mass, more preferably 0.35% by mass or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 0.4% by mass. When the hydrogen release rate exceeds 0.3% by mass, the wear resistance of the rubber composition of the present invention is further improved, and the heat generation is further reduced.

なお、上記水素放出率は、(1)カーボンブラック試料を105℃の恒温乾燥機中で1時間乾燥し、デシケータ中で室温まで冷却し、(2)スズ製のチューブ状サンプル容器に約10mgを精秤して、圧着及び密栓し、(3)水素分析装置(堀場製作所EMGA621W)でアルゴン気流下、2000℃で15分間加熱したときの水素ガス発生量を測定し、その質量分率で表示される。   The hydrogen release rate is as follows: (1) a carbon black sample is dried in a constant temperature dryer at 105 ° C. for 1 hour, cooled to room temperature in a desiccator, and (2) about 10 mg is added to a tubular tube sample container made of tin. Weigh accurately, press and seal, and (3) measure the amount of hydrogen gas generated when heated at 2000 ° C for 15 minutes under an argon stream with a hydrogen analyzer (Horiba EMGA621W), and display the mass fraction. The

さらに、上記ゴム配合用カーボンブラック(C)は、ジブチルフタレート吸収量(DBP)が95〜220mL/100g、圧縮DBP吸収量(24M4DBP)が90〜200mL/100g、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積(CTAB)が70〜200m2/gであるものが好ましい。 Further, the carbon black for rubber blending (C) has a dibutyl phthalate absorption (DBP) of 95 to 220 mL / 100 g, a compressed DBP absorption (24M4DBP) of 90 to 200 mL / 100 g, a cetyltrimethylammonium bromide adsorption specific surface area (CTAB). ) Is preferably 70 to 200 m 2 / g.

なお、ジブチルフタレート吸収量(DBP)及び圧縮DBP吸収量(24M4DBP)は、ASTM D2414−88(JIS K6217−4:2001)に記載の方法により測定され、カーボンブラック100g当たりに吸収されるジブチルフタレート(DBP)の体積mLで表示される。また、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積(CTAB)は、JIS K6217−3:2001に記載の方法により測定され、カーボンブラック単位質量当たりの比表面積m2/gで表示される。 The dibutyl phthalate absorption amount (DBP) and the compressed DBP absorption amount (24M4DBP) are measured by the method described in ASTM D2414-88 (JIS K6217-4: 2001) and are absorbed per 100 g of carbon black. DBP) in mL. Further, the cetyltrimethylammonium bromide adsorption specific surface area (CTAB) is measured by the method described in JIS K6217-3: 2001 and is expressed as a specific surface area m 2 / g per unit mass of carbon black.

上記ゴム配合用カーボンブラック(C)は、上述の方法で製造され、かつ上述の物性を有するものが用いられるが、かかるカーボンブラックの形態としては、例えばFEF、SRF、HAF、ISAF、ISAF−LS、SAF−LS等が挙げられる。   The rubber compounding carbon black (C) is manufactured by the above-described method and has the above-described physical properties. Examples of the carbon black include FEF, SRF, HAF, ISAF, and ISAF-LS. , SAF-LS and the like.

ゴム配合用カーボンブラック(C)は、上記ジエン系ゴム(A)100質量部に対して、10〜250質量部、好ましくは20〜150質量部、より好ましくは30〜120質量部の量で含有される。ゴム配合用カーボンブラック(C)の配合量が10質量部未満では、ゴム組成物の補強性を充分に確保することができず、一方、250質量部を超えると、ゴム配合用カーボンブラック(C)の分散性が低下し、ゴム組成物の耐摩耗性、耐テアー性及び耐発熱性が低下する場合がある。   Carbon black for rubber compounding (C) is contained in an amount of 10 to 250 parts by weight, preferably 20 to 150 parts by weight, more preferably 30 to 120 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the diene rubber (A). Is done. If the blending amount of the carbon black for rubber blending (C) is less than 10 parts by mass, sufficient reinforcement of the rubber composition cannot be ensured. On the other hand, if it exceeds 250 parts by mass, the carbon black for blending rubber (C ) May decrease, and the rubber composition may have reduced wear resistance, tear resistance, and heat resistance.

ここで、本発明のゴム組成物は、充填剤として上記ゴム配合用カーボンブラック(C)に加え、さらに、シリカ充填剤(D)を含有するのが望ましく、具体的にはゴム配合用カーボンブラック(C)の配合量がジエン系ゴム(A)100質量部に対して60質量未満であるゴム組成物に、シリカ充填剤(D)を上記ジエン系ゴム(A)100質量部に対して100質量部以下、好ましくは20〜80質量部の範囲で配合することで、ゴム組成物の補強性(耐摩耗性)を確保することができ、さらには、ゴム組成物のヒステリシスロスを大幅に低減することができる。すなわち、ゴム配合用カーボンブラック(C)の配合量を必要以上に減量することなく、シリカ充填剤を好適な量で配合することが可能となり、ゴム組成物の低ロス性及び補強性(耐摩耗性)の両立が高いレベルで可能となる。   Here, the rubber composition of the present invention preferably contains a silica filler (D) in addition to the rubber compounding carbon black (C) as a filler, specifically, a rubber compounding carbon black. The silica filler (D) is added to 100 parts by mass of the diene rubber (A) in a rubber composition in which the blending amount of (C) is less than 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber (A). By blending in the range of 20 parts by mass or less, preferably in the range of 20 to 80 parts by mass, it is possible to ensure the reinforcing property (abrasion resistance) of the rubber composition, and further greatly reduce the hysteresis loss of the rubber composition. can do. That is, the silica filler can be blended in a suitable amount without reducing the blending amount of the carbon black for rubber blending (C) more than necessary, and the low loss and reinforcing properties (wear resistance) of the rubber composition Compatibility) is possible at a high level.

なお、上記シリカ充填剤(D)としては、特に限定されないが、湿式シリカ(含水ケイ酸)、乾燥シリカ(無水ケイ酸)、ケイ酸カルシウム等が挙げられる。これらの中でも、沈降アモルファス湿式プロセスによる含水シリカが好ましい。有用な使用量の上限値は、このタイプの充填剤によってもたらされる高い粘度によって制限される。使用可能で市販のシリカの幾つかとしては、特に限定されるものではないが、PPG工業(ピッツバーグ、ペンシルバニア)によって生産されているHiSil(登録商標)190、HiSil(登録商標)210、HiSil(登録商標)215、HiSil(登録商標)233、HiSil(登録商標)243等が挙げられる。また、多くの有用な市販グレードの種々のシリカが、Evonik社(例えば、VN2、VN3)、ローディア(例えば、Zeosil(登録商標)1165MP0)、及びJ.M.フーバー社から入手できる。   The silica filler (D) is not particularly limited, and examples thereof include wet silica (hydrous silicic acid), dry silica (anhydrous silicic acid), and calcium silicate. Among these, hydrous silica by a precipitated amorphous wet process is preferable. The upper limit of useful usage is limited by the high viscosity provided by this type of filler. Some of the commercially available silicas that can be used are not particularly limited, but include HiSil (R) 190, HiSil (R) 210, HiSil (R) produced by PPG Industries (Pittsburgh, PA). (Trademark) 215, HiSil (registered trademark) 233, HiSil (registered trademark) 243, and the like. Many useful commercial grades of various silicas are also available from Evonik (eg, VN2, VN3), Rhodia (eg, Zeosil® 1165MP0), and J. Org. M.M. Available from Hoover.

上記シリカ充填剤(D)を使用する場合、シリカをポリマーに結合させるために、カップリング剤を使用してシラン処理を施すのが望ましい。多数のカップリング剤が公知であり、特に限定されるものではないが、有機スルフィドのポリスルフィドが挙げられる。どのような有機シランのポリスルフィドを使用してもよい。   When the silica filler (D) is used, it is desirable to perform a silane treatment using a coupling agent in order to bind the silica to the polymer. Many coupling agents are known and include, but are not limited to, organic sulfide polysulfides. Any organosilane polysulfide may be used.

好適な有機シランのポリスルフィドとしては、特に限定されるものではないが、3,3’−ビス(トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’-ビス(トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’−ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3,3’−ビス(トリエトキシシリルプロピル)オクタスルフィド、3,3’−ビス(トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、2,2’−ビス(トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、3,3’−ビス(トリメトキシシリルプロピル)トリスルフィド、3,3’−ビス(トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド、3,3’−ビス(トリブトキシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’−ビス(トリメトキシシリルプロピル)ヘキサスルフィド、3,3’−ビス(トリメトキシシリルプロピル)オクタスルフィド、3,3’−ビス(トリオクトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3,3’−ビス(トリヘキソキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’−ビス(トリ−2”−エチルヘキソキシシリルプロピル)トリスルフィド、3,3’−ビス(トリイソオクトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3,3’−ビス(トリ−t−ブトキシシリルプロピル)ジスルフィド、2,2’−ビス(メトキシジエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、2,2’−ビス(トリプロポキシシリルエチル)ペンタスルフィド、3,3’−ビス(トリシクロネオキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3,3’−ビス(トリシクロペントキシシリルプロピル)トリスルフィド、2,2’−ビス(トリ−2”−メチルシクロヘキソキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(トリメトキシシリルメチル)テトラスルフィド、3−メトキシエトキシプロポキシシリル3’−ジエトキシブトキシ−シリルプロピルテトラスルフィド、2,2’−ビス(ジメチルメトキシシリルエチル)ジスルフィド、2,2’−ビス(ジメチルsecブトキシシリルエチル)トリスルフィド、3,3’−ビス(メチルブチルエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3,3’−ビス(ジt−ブチルメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、2,2’−ビス(フェニルメチルメトキシシリルエチル)トリスルフィド、3,3’−ビス(ジフェニルイソプロポキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3,3’−ビス(ジフェニルシクロヘキソキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’−ビス(ジメチルエチルメルカプトシリルプロピル)テトラスルフィド、2,2’−ビス(メチルジメトキシシリルエチル)トリスルフィド、2,2’−ビス(メチルエトキシプロポキシシリルエチル)テトラスルフィド、3,3’−ビス(ジエチルメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3,3’−ビス(エチルジ−secブトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’−ビス(プロピルジエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’−ビス(ブチルジメトキシシリルプロピル)トリスルフィド、3,3’−ビス(フェニルジメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3’−トリメトキシシリルプロピルテトラスルフィド、4,4’−ビス(トリメトキシシリルブチル)テトラスルフィド、6,6’−ビス(トリエトキシシリルヘキシル)テトラスルフィド、12,12’−ビス(トリイソプロポキシシリルドデシル)ジスルフィド、18,18’−ビス(トリメトキシシリルオクタデシル)テトラスルフィド、18,18’−ビス(トリプロポキシシリルオクタデセニル)テトラスルフィド、4,4’−ビス(トリメトキシシリル−ブテン−2−イル)テトラスルフィド、4,4’−ビス(トリメトキシシリルシクロヘキシレン)テトラスルフィド、5,5’−ビス(ジメトキシメチルシリルペンチル)トリスルフィド、3,3’−ビス(トリメトキシシリル−2−メチルプロピル)テトラスルフィド、3,3’−ビス(ジメトキシフェニルシリル−2−メチルプロピル)ジスルフィド、及び3−オクタノイルチオ−1−プロピルトリエトキシシラン(NXT)が挙げられる。またこれら種々の有機シランのポリスルフィド化合物の混合物を用いることができる。   Although it does not specifically limit as a polysulfide of a suitable organosilane, 3,3'-bis (trimethoxysilylpropyl) disulfide, 3,3'-bis (triethoxysilylpropyl) disulfide, 3,3 ' -Bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3,3'-bis (triethoxysilylpropyl) octasulfide, 3,3'-bis (trimethoxysilylpropyl) tetrasulfide, 2,2'-bis (triethoxy Silylethyl) tetrasulfide, 3,3′-bis (trimethoxysilylpropyl) trisulfide, 3,3′-bis (triethoxysilylpropyl) trisulfide, 3,3′-bis (tributoxysilylpropyl) disulfide, 3,3′-bis (trimethoxysilylpropyl) hexasulfi 3,3′-bis (trimethoxysilylpropyl) octasulfide, 3,3′-bis (trioctoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3,3′-bis (trihexoxysilylpropyl) disulfide, 3, 3'-bis (tri-2 "-ethylhexoxysilylpropyl) trisulfide, 3,3'-bis (triisooctoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3,3'-bis (tri-t-butoxysilylpropyl) ) Disulfide, 2,2′-bis (methoxydiethoxysilylethyl) tetrasulfide, 2,2′-bis (tripropoxysilylethyl) pentasulfide, 3,3′-bis (tricycloneoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3,3′-bis (tricyclopentoxysilylpropyl) trisulfide, 2, '-Bis (tri-2 "-methylcyclohexoxysilylethyl) tetrasulfide, bis (trimethoxysilylmethyl) tetrasulfide, 3-methoxyethoxypropoxysilyl 3'-diethoxybutoxy-silylpropyl tetrasulfide, 2,2' -Bis (dimethylmethoxysilylethyl) disulfide, 2,2'-bis (dimethylsecbutoxysilylethyl) trisulfide, 3,3'-bis (methylbutylethoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3,3'-bis (di t-butylmethoxysilylpropyl) tetrasulfide, 2,2′-bis (phenylmethylmethoxysilylethyl) trisulfide, 3,3′-bis (diphenylisopropoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3,3′-bis (diphenyl) Cyclohexo Sisilylpropyl) disulfide, 3,3′-bis (dimethylethylmercaptosilylpropyl) tetrasulfide, 2,2′-bis (methyldimethoxysilylethyl) trisulfide, 2,2′-bis (methylethoxypropoxysilylethyl) Tetrasulfide, 3,3′-bis (diethylmethoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3,3′-bis (ethyldi-secbutoxysilylpropyl) disulfide, 3,3′-bis (propyldiethoxysilylpropyl) disulfide, 3, , 3′-bis (butyldimethoxysilylpropyl) trisulfide, 3,3′-bis (phenyldimethoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3′-trimethoxysilylpropyltetrasulfide, 4,4′-bis (trimethoxysilylbutyl) ) Tetra Sulfide, 6,6′-bis (triethoxysilylhexyl) tetrasulfide, 12,12′-bis (triisopropoxysilyldodecyl) disulfide, 18,18′-bis (trimethoxysilyloctadecyl) tetrasulfide, 18,18 '-Bis (tripropoxysilyloctadecenyl) tetrasulfide, 4,4'-bis (trimethoxysilyl-buten-2-yl) tetrasulfide, 4,4'-bis (trimethoxysilylcyclohexylene) tetrasulfide 5,5′-bis (dimethoxymethylsilylpentyl) trisulfide, 3,3′-bis (trimethoxysilyl-2-methylpropyl) tetrasulfide, 3,3′-bis (dimethoxyphenylsilyl-2-methylpropyl) ) Disulfide and 3-octanoylthio 1-propyltriethoxysilane (NXT) may be mentioned. Also, a mixture of these various polysilane compounds of organosilanes can be used.

上記ゴム組成物中のカップリング剤の量は、ゴム組成物中のシリカ充填剤(D)の質量を基準とする。かかるカップリング剤の量は、シリカ充填剤(D)の0.1質量%〜20質量%、好ましくは1質量%〜15質量%である。   The amount of the coupling agent in the rubber composition is based on the mass of the silica filler (D) in the rubber composition. The amount of the coupling agent is 0.1% by mass to 20% by mass, preferably 1% by mass to 15% by mass, of the silica filler (D).

[ゴム組成物]
本発明のゴム組成物は、上記ジエン系ゴム(A)、金属石鹸(B)、ゴム配合用カーボンブラック(C)、場合によってはさらにシリカ充填剤(D)のほか、加硫剤、加硫促進剤、オイル、粘着付与樹脂、老化防止剤、脂肪酸、ワックス、素練り促進剤、加硫遅延剤、活性剤、加工添加剤、可塑剤、顔料及びオゾン劣化防止剤からなる群から選択される1種以上の成分を含有する。
[Rubber composition]
The rubber composition of the present invention comprises the above diene rubber (A), metal soap (B), carbon black for rubber blending (C), and optionally a silica filler (D), vulcanizing agent, vulcanizing agent. Accelerator, oil, tackifier resin, anti-aging agent, fatty acid, wax, peptizer, vulcanization retarder, activator, processing additive, plasticizer, pigment, and antiozonant Contains one or more components.

加硫剤の例としては、硫黄、及び硫黄供与性化合物が挙げられる。かかる加硫剤の配合量は、ジエン系ゴム(A)100質量部に対して、0.1〜10質量部、好ましくは1〜5質量部である。具体例としては、1.5質量部、1.7質量部、1.87質量部、及び2.0質量部が挙げられる。   Examples of vulcanizing agents include sulfur and sulfur donating compounds. The compounding quantity of this vulcanizing agent is 0.1-10 mass parts with respect to 100 mass parts of diene rubber (A), Preferably it is 1-5 mass parts. Specific examples include 1.5 parts by mass, 1.7 parts by mass, 1.87 parts by mass, and 2.0 parts by mass.

加硫促進剤は、特に限定されない。多数の促進剤が当該技術分野で公知であり、特に限定されるものではないが、ジフェニルグアニジン(DPG)、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、4,4’−ジチオジモルホリン(DTDM)、テトラブチルチウラムジスルフィド(TBTD)、ベンゾチアジルジスルフィド(MBTS)、2−(モルホリノチオ)ベンゾチアゾール(MBS)が挙げられる。かかる促進剤の配合量の例としては、ジエン系ゴム(A)100質量部に対して、0.25質量部、0.5質量部、1.0質量部、1.5質量部、1.65質量部、及び2.0質量部が挙げられる。これら促進剤を2種以上組み合わせて用いてもよい。   The vulcanization accelerator is not particularly limited. A number of accelerators are known in the art and include, but are not limited to, diphenylguanidine (DPG), tetramethylthiuram disulfide (TMTD), 4,4′-dithiodimorpholine (DTDM), tetrabutyl Examples include thiuram disulfide (TBTD), benzothiazyl disulfide (MBTS), and 2- (morpholinothio) benzothiazole (MBS). Examples of the blending amount of the accelerator include 0.25 parts by mass, 0.5 parts by mass, 1.0 part by mass, 1.5 parts by mass, and 1. parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber (A). 65 mass parts and 2.0 mass parts are mentioned. Two or more of these accelerators may be used in combination.

オイルは、ゴム組成物において、配合助剤として、従来から使用されている。オイルの例としては、特に限定されるものではないが、芳香族系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、及び/又はパラフィン系プロセスオイルが挙げられる。幾つかの用途では、低多環芳香族(PCA)オイル、特には、PCA含量が3%未満のオイルを使用することが好ましい。オイルの好適な使用量は、ゴム組成物中のゴム状マトリックス100質量部に対して、通常0〜100質量部、好ましくは0〜70質量部、より好ましくは0〜50質量部の広い範囲に渡り、例えば、15質量部、20質量部、又は30質量部の量とすることができる。典型的な実施態様においては、金属石鹸(B)を用いて、ゴム配合物中のオイルの一部を置き換えたり、オイルの全部を置き換えたりする。例えば、オイルの1%から100%、5%から50%、又は10%から40%を、金属石鹸(B)で置き換えてもよい。   Oil has been conventionally used as a compounding aid in rubber compositions. Examples of oils include, but are not limited to, aromatic process oils, naphthenic process oils, and / or paraffinic process oils. For some applications, it is preferred to use low polycyclic aromatic (PCA) oils, particularly oils having a PCA content of less than 3%. The suitable amount of oil used is usually in a wide range of 0 to 100 parts by weight, preferably 0 to 70 parts by weight, more preferably 0 to 50 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of the rubbery matrix in the rubber composition. For example, the amount can be 15 parts by mass, 20 parts by mass, or 30 parts by mass. In a typical embodiment, metal soap (B) is used to replace part of the oil in the rubber compound or all of the oil. For example, 1% to 100%, 5% to 50%, or 10% to 40% of the oil may be replaced with metal soap (B).

また、ある種の追加の充填剤を利用してもよく、例えば、クレー、タルク、アルミニウム水和物、水酸化アルミニウム及びマイカ等の鉱物系充填剤が挙げられる。これら追加の充填剤は、任意であり、例えばジエン系ゴム(A)100質量部に対して、0.5〜40質量部の量で利用できる。   Certain additional fillers may also be used, including mineral fillers such as clay, talc, aluminum hydrate, aluminum hydroxide and mica. These additional fillers are optional, and can be used in an amount of 0.5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber (A), for example.

また、老化防止剤を、例えばジエン系ゴム(A)100質量部に対して、0.5質量部、1質量部、1.5質量部、2.0質量部、及び2.5質量部等の量で使用してもよい。かかる老化防止剤の2種以上を同時に使用してもよい。   Further, the anti-aging agent is, for example, 0.5 parts by mass, 1 part by mass, 1.5 parts by mass, 2.0 parts by mass, 2.5 parts by mass, etc. with respect to 100 parts by mass of the diene rubber (A). May be used in an amount of. Two or more of such anti-aging agents may be used simultaneously.

上記ジエン系ゴム(A)、金属石鹸(B)、ゴム配合用カーボンブラック(C)、場合によってはさらにシリカ充填剤(D)のほか、加硫剤、加硫促進剤、オイル、粘着付与樹脂、老化防止剤、脂肪酸、ワックス、素練り促進剤、加硫遅延剤、活性剤、加工添加剤、可塑剤、顔料及びオゾン劣化防止剤からなる群から選択される1種以上の成分を、ゴムの配合技術の分野で一般に知られた方法で、例えば、標準的なゴムの混合設備及び手法を用い、上記成分を所望の使用量で一緒に混合することによって、配合してもよい。また例えば、ジエン系ゴム組成物は、公知の適切な方法に従って、乳化重合、溶液重合、又はバルク重合で調製してもよい。一般に、ブラベンダーや小型のバンバリーミキサー等の内部ミキサー中で、成分の混合を達成することができ、せん断力が含まれるので、配合プロセスは、一般に、発熱し、高温が通常である。   In addition to the diene rubber (A), metal soap (B), carbon black for rubber blending (C), and optionally silica filler (D), vulcanizing agent, vulcanization accelerator, oil, tackifying resin One or more components selected from the group consisting of antioxidants, fatty acids, waxes, peptizers, vulcanization retarders, activators, processing additives, plasticizers, pigments and antiozonants, rubber May be compounded in a manner generally known in the art of blending techniques, for example, by using standard rubber mixing equipment and techniques, and mixing the above ingredients together in the desired amounts used. Further, for example, the diene rubber composition may be prepared by emulsion polymerization, solution polymerization, or bulk polymerization according to a known appropriate method. In general, ingredients can be mixed in an internal mixer such as a Brabender or a small Banbury mixer, and shearing forces are included, so the compounding process is generally exothermic and usually hot.

一実施態様において、ゴム組成物は、(a)130℃〜200℃(落下温度)の温度で、添加された硫黄及び硬化剤が存在しない状況下、エラストマー、カーボンブラック又はカーボンブラックとシリカ充填剤との混合物を含む補強性充填剤を一緒に混合する工程、(b)混合物を混合温度よりも低く冷却する工程、(c)工程(b)で得られた混合物を加硫温度よりも低い温度で、硬化剤及び満足のいく硬化を実現するのに有効な量の硫黄と共に混合する工程、及び(d)工程(c)で得られた混合物を硬化させる工程によって、調製する。配合物は、通常、140℃〜190℃で、5〜120分間硬化させる。また、成分を一緒に混合するための落下温度は、145℃〜190℃、又は155℃〜180℃とすることもできる。   In one embodiment, the rubber composition comprises (a) an elastomer, carbon black or carbon black and silica filler in the absence of added sulfur and curing agent at a temperature of 130 ° C. to 200 ° C. (fall temperature). (B) cooling the mixture below the mixing temperature, (c) lowering the mixture obtained in step (b) below the vulcanization temperature. In the step of mixing with a curing agent and an amount of sulfur effective to achieve a satisfactory cure, and (d) curing the mixture obtained in step (c). The formulation is usually cured at 140 ° C. to 190 ° C. for 5 to 120 minutes. Also, the drop temperature for mixing the components together can be 145 ° C to 190 ° C, or 155 ° C to 180 ° C.

最初の混合工程は、少なくとも2つのサブ工程を含むことができる。即ち、最初の混合工程は、(i)130℃〜180℃の温度で、エラストマー、少なくとも充填剤の一部を一緒に混合するサブ工程、(ii)混合温度よりも低い温度に混合物を冷却するサブ工程、及び(iii)有る場合は、残りの充填剤と、サブ工程(ii)で得られた混合物を混合するサブ工程を含むことがきる。少なくとも2つのサブ工程によって達成される温度は、前記温度範囲内で、互いに同一でも異なってもよい。   The initial mixing step can include at least two sub-steps. That is, the first mixing step is (i) a sub-step of mixing together elastomer and at least a part of the filler at a temperature of 130 ° C. to 180 ° C., and (ii) cooling the mixture to a temperature lower than the mixing temperature. Sub-steps, and (iii) if present, can include a sub-step of mixing the remaining filler with the mixture obtained in sub-step (ii). The temperature achieved by the at least two sub-processes may be the same or different from each other within the temperature range.

上記方法は、配合物の粘度を下げ、補強性充填剤の分散を向上させるために、さらに、第一の混合物に成分を全く加えない、或いは、非硬化成分を加えるリミル工程を含んでもよい。上記金属石鹸(B)は、該リミル工程で添加することができる。リミル工程の落下温度は、通常、130℃〜175℃で、例えば、145℃〜165℃である。   The above method may further include a remilling step in which no components are added to the first mixture or uncured components are added to reduce the viscosity of the formulation and improve the dispersion of the reinforcing filler. The metal soap (B) can be added in the remill process. The drop temperature in the remill process is usually 130 ° C. to 175 ° C., for example, 145 ° C. to 165 ° C.

混合プロセスの最終工程は、最終配合物に満足のいく硬化を実現するのに有効な量の硫黄を含む硬化剤の混合物への添加である。最終混合物を混合する温度は、配合物の望まない予備硬化を避けるために、加硫温度未満にしなければならない。そのため、最終混合工程の温度は、120℃を超えるべきではなく、通常、40℃〜120℃、好ましくは、60℃〜110℃、より好ましくは、75℃〜100℃である。   The final step of the mixing process is the addition of a curing agent containing an amount of sulfur effective to achieve a satisfactory cure in the final formulation. The temperature at which the final mixture is mixed must be below the vulcanization temperature to avoid unwanted precuring of the formulation. Therefore, the temperature of the final mixing step should not exceed 120 ° C, and is usually 40 ° C to 120 ° C, preferably 60 ° C to 110 ° C, and more preferably 75 ° C to 100 ° C.

[トレッド及びタイヤ]
上記ゴム組成物はタイヤ部材のいずれにも適用し得るが、トレッドに用いるのが好適である。かかるトレッドを採用したタイヤは、耐摩耗性に優れるとともに、転がり抵抗が低く、高度なトラクション性能を発揮し、特にウェット性能に優れる。なお、本発明のタイヤは、上述のゴム組成物をトレッドに用いる以外特に制限は無く、常法に従って製造することができる。また、該タイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。
[Treads and tires]
The rubber composition can be applied to any tire member, but is preferably used for a tread. A tire employing such a tread has excellent wear resistance, low rolling resistance, high traction performance, and particularly excellent wet performance. The tire of the present invention is not particularly limited except that the above rubber composition is used for the tread, and can be produced according to a conventional method. Moreover, as gas with which this tire is filled, inert gas, such as nitrogen, argon, helium other than normal or the air which adjusted oxygen partial pressure, can be used.

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

[カーボンブラックX〜Yの製造]
図1に示すカーボンブラック製造炉1を用いて、カーボンブラックX〜Yを製造した。ここで、多段冷却媒体導入手段12としては、第1番目の急冷媒体導入手段12−X、第2番目の急冷媒体導入手段12−Y及び最後の急冷媒体導入手段12−Zからなる3段急冷媒体導入手段を用いた。また、製造炉内の温度をモニターするため、任意の数カ所に熱電対を炉内に挿入できる構造を備える上記製造炉を用いた。カーボンブラック製造炉において、燃料には比重0.8622(15℃/4℃)のA重油を用い、原料油としては表1に示した性状の重質油を使用した。また、表2に示すカーボンブラック製造炉の操作条件により、下記に示す物性を備えたカーボンブラックX〜Yを製造した。
[Production of carbon black XY]
Carbon black XY was manufactured using the carbon black manufacturing furnace 1 shown in FIG. Here, as the multistage cooling medium introducing means 12, a three-stage rapid cooling comprising a first rapid refrigerant introducing means 12-X, a second rapid refrigerant introducing means 12-Y, and a final rapid refrigerant introducing means 12-Z. Media introduction means were used. Moreover, in order to monitor the temperature in a manufacturing furnace, the said manufacturing furnace provided with the structure which can insert a thermocouple in an arbitrary several places in a furnace was used. In the carbon black production furnace, A heavy oil having a specific gravity of 0.8622 (15 ° C / 4 ° C) was used as the fuel, and heavy oil having the properties shown in Table 1 was used as the raw material oil. Further, carbon blacks X to Y having the physical properties shown below were manufactured according to the operating conditions of the carbon black manufacturing furnace shown in Table 2.

得られたカーボンブラックX〜Yについて、ASTM D2414-88(JIS K6217-97)に準拠してジブチルフタレート(DBP)吸収量を、ASTM D3037-88に準拠して窒素吸着比表面積(N2SA)を、ASTM D3265-88に準拠して比着色力(TINT)を、JIS K6218-97に準拠してトルエン着色透過度を夫々測定した。 The resulting carbon black X~Y, ASTM D2414-88 (JIS K6217-97) to conform dibutyl phthalate (DBP) absorption amount, compliance with the nitrogen adsorption specific surface area ASTM D3037-88 (N 2 SA) The specific coloring power (TINT) was measured according to ASTM D3265-88, and the toluene coloring transmittance was measured according to JIS K6218-97.

Figure 2011116920
Figure 2011116920

Figure 2011116920
Figure 2011116920

[金属石鹸Z(ジオレイン酸アルミニウム石鹸)の製造]
1.9Lのガラス瓶に、2000mLの水及び40g(1mol)の水酸化ナトリウム(純度99+%、アルドリッチ製)を加えた。水酸化ナトリウムが完全に溶けた後、313gのオレイン酸(純度90%、アルドリッチ製)を加えた。次に、混合物を、溶液が完全に透明になるまで、75℃で1時間激しく混合した。以下、この溶液を「溶液A」という。
[Manufacture of metal soap Z (sodium dioleate)
To a 1.9 L glass bottle, 2000 mL of water and 40 g (1 mol) of sodium hydroxide (purity 99 +%, manufactured by Aldrich) were added. After the sodium hydroxide was completely dissolved, 313 g oleic acid (purity 90%, made by Aldrich) was added. The mixture was then mixed vigorously at 75 ° C. for 1 hour until the solution was completely clear. Hereinafter, this solution is referred to as “solution A”.

もう一つの1.9Lのガラス瓶に、2000mLの水及び238gの硫酸アルミニウムカリウム(純度99+%、アルドリッチ製)を加えた。次に、混合物を、溶液が完全に透明になるまで、75℃で1時間激しく混合した。以下、この溶液を「溶液B」という。   To another 1.9 L glass bottle, 2000 mL of water and 238 g of potassium aluminum sulfate (purity 99 +%, Aldrich) were added. The mixture was then mixed vigorously at 75 ° C. for 1 hour until the solution was completely clear. Hereinafter, this solution is referred to as “solution B”.

次に、暖かいままの溶液A及びBを組み合わせ、激しい撹拌の下、この組み合わせによりゲル様の材料が生成した。このケースでは、溶液Bを、約100mL/分の速度で、溶液A中にゆっくりと加えた。この材料を脱イオン水で8回洗浄し、次に、65℃で一晩、真空乾燥した。最終生成物(ジオレイン酸アルミニウム石鹸)は、白色の粉体であり、トルエンへの溶解や、ジエン系ゴムへの混合が容易であった。   The warm solutions A and B were then combined and under vigorous stirring, this combination produced a gel-like material. In this case, Solution B was slowly added into Solution A at a rate of about 100 mL / min. This material was washed 8 times with deionized water and then vacuum dried at 65 ° C. overnight. The final product (aluminum dioleate soap) was a white powder, and was easily dissolved in toluene and mixed into a diene rubber.

[実施例1、比較例1〜3]
必要に応じて上記金属石鹸Z及びカーボンブラックX〜Yを用いて、表3に示す配合処方のゴム組成物を常法に従って調製し、該ゴム組成物をトレッドゴムに適用した、サイズ:11R22.5の重荷重用タイヤを常法に従って試作し、転がり抵抗、耐摩耗性及び耐テアー性を下記の方法で評価した。結果を表3に示す。
[Example 1, Comparative Examples 1-3]
A rubber composition having the formulation shown in Table 3 was prepared according to a conventional method using the metal soap Z and carbon blacks X to Y as required, and the rubber composition was applied to a tread rubber. Size: 11R22. A heavy-duty tire No. 5 was prototyped according to a conventional method, and rolling resistance, abrasion resistance and tear resistance were evaluated by the following methods. The results are shown in Table 3.

《耐摩耗性》
供試タイヤをトラックのドライブ軸に装着して10万km走行した後の摩耗量を測定し、比較例1の摩耗量の逆数を100として指数表示した。指数値が大きい程、摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れることを示す。
《Abrasion resistance》
The amount of wear after the test tire was mounted on the drive shaft of the truck and traveled 100,000 km was measured. The larger the index value, the smaller the wear amount and the better the wear resistance.

《転がり抵抗》
供試タイヤに対し、正規荷重及び内圧の下、80km/hでの転がり抵抗を測定し、比較例1の転がり抵抗を100として指数表示した。指数値が小さい程、転がり抵抗が小さいことを示す。
《Rolling resistance》
The rolling resistance at 80 km / h was measured for the test tire under normal load and internal pressure, and the rolling resistance of Comparative Example 1 was indicated as 100 and indicated as an index. It shows that rolling resistance is so small that an index value is small.

《湿潤路面での摩擦係数(WETμ)》
スタンレーロンドン社製ブリティッシュポータブルスキッドテスターを用いて、湿潤コンクリート路面上を、加硫ゴム試験片でこすって測定した際の抵抗値を、比較例1を100として指数表示した。数値が大きいほど、湿潤路面での摩擦係数(μ)が高く、ウェットトラクション特性が良好であることを示す。
《Friction coefficient on wet road surface (WETμ)》
The resistance value when the wet concrete road surface was rubbed with a vulcanized rubber test piece using a British portable skid tester manufactured by Stanley London Co., Ltd. was indicated as an index with Comparative Example 1 being 100. The larger the value, the higher the coefficient of friction (μ) on the wet road surface, indicating better wet traction characteristics.

Figure 2011116920
Figure 2011116920

*1:スチレン−ブタジエン共重合体、タフデン100、旭化成工業製
*2:上記製造方法により得られたゴム配合用カーボンブラックX
*3:上記製造方法により得られたゴム配合用カーボンブラックY
*4:東ソーシリカ社製、ニップシールAQ
*5:上記製造方法により得られた金属石鹸
*6:ノクラック6C、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、大内新興化学工業社製
*7:Si69、ビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、デグサ社製
*8:ノクセラーD、1,3−ジフェニルグアニジン、大内新興化学工業社
*9:ノクセラーCZ、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド、大内新興化学工業社製
* 1: Styrene-butadiene copolymer, Toughden 100, manufactured by Asahi Kasei Corporation
* 2: Carbon black X for rubber compound obtained by the above manufacturing method
* 3: Carbon black Y for rubber compound obtained by the above manufacturing method
* 4: NIPSEAL AQ, manufactured by Tosoh Silica
* 5: Metal soap obtained by the above production method
* 6: Nocrack 6C, N-phenyl-N ′-(1,3-dimethylbutyl) -p-phenylenediamine, manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Industry Co., Ltd.
* 7: Si69, bis- (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, manufactured by Degussa
* 8: Noxeller D, 1,3-diphenylguanidine, manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Industry Co., Ltd.
* 9: Noxeller CZ, N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamide, manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Industry Co., Ltd.

表3によれば、特定の金属石鹸(B)とカーボンブラック(C)とを含有する実施例1は、双方とも含まない比較例1、及びいずれか一方のみを含有する比較例2〜3に比べ、耐摩耗性、転がり抵抗、ウェット性能のすべてにおいて優れた結果を明示しており、金属石鹸(B)とカーボンブラック(C)とが極めて向上された相乗効果を発揮することがわかる。   According to Table 3, Example 1 containing a specific metal soap (B) and carbon black (C) is in Comparative Example 1 that does not contain both, and Comparative Examples 2-3 that contain only one of them. In comparison, excellent results in all of wear resistance, rolling resistance and wet performance are clearly shown, and it can be seen that the metal soap (B) and the carbon black (C) exhibit a greatly improved synergistic effect.

1 カーボンブラック製造炉
10 反応室
11 反応継続兼冷却室
12 多段急冷媒体導入手段
12−X 第1番目の急冷媒体導入手段
12−Y 第2番目の急冷媒体導入手段
12−Z 最後の急冷媒体導入手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon black production furnace 10 Reaction chamber 11 Reaction continuation and cooling chamber 12 Multistage rapid refrigerant body introduction means 12-X First rapid refrigerant body introduction means 12-Y Second rapid refrigerant body introduction means 12-Z Last sudden refrigerant body introduction means

Claims (21)

(A)ジエン系ゴム、
(B)下記式(I)で表される金属石鹸;
Figure 2011116920
[式中、Mは酸化状態が+3又は+4の金属であり、Rはそれぞれ独立して選択された有機部分であり、nはMの原子価である]、及び
(C)燃焼ガス生成帯域と、反応帯域と、反応停止帯域とが連設されてなる反応装置を用い、前記燃焼ガス生成帯域内で高温燃焼ガスを生成させ、次いで前記反応帯域に原料を噴霧導入してカーボンブラックを含む反応ガス流を形成させた後、反応停止帯域にて、多段急冷媒体導入手段により、該反応ガス流を急冷して、反応を終結させることにより得られたゴム配合用カーボンブラックを含有し、かつ
前記ゴム配合用カーボンブラック(C)が、下記条件(i)及び(ii);
(i)前記多段急冷媒体導入手段でのトルエン着色透過度が、下記式(1)及び(2);
10<X<40 ・・・ (1)
90<Z<100 ・・・ (2)
[式中、Xは原料導入位置から第1番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度(%)で、Zは最後の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度(%)である]の関係を満たす;
(ii)前記ジエン系ゴム(A)100質量部に対して、ゴム配合用カーボンブラック(C)を、10〜250質量部の量で含有する;
を満たすことを特徴とするゴム組成物。
(A) Diene rubber,
(B) a metal soap represented by the following formula (I);
Figure 2011116920
[Wherein M is a metal with an oxidation state of +3 or +4, R is an independently selected organic moiety, and n is the valence of M], and (C) a combustion gas generation zone; , A reaction apparatus in which a reaction zone and a reaction stop zone are connected to each other, a high-temperature combustion gas is generated in the combustion gas generation zone, and then a raw material is sprayed into the reaction zone to contain carbon black. Containing a carbon black for rubber compounding obtained by quenching the reaction gas stream by a multistage rapid refrigerant introduction means in the reaction stop zone after forming the gas stream, and terminating the reaction, and Carbon black for rubber compounding (C) has the following conditions (i) and (ii);
(I) The toluene coloring permeability in the multistage rapid refrigerant introduction means is represented by the following formulas (1) and (2):
10 <X <40 (1)
90 <Z <100 (2)
[In the formula, X is the toluene coloring permeability (%) of carbon black after introduction of the first quenching medium from the raw material introduction position, and Z is the toluene coloring permeability (%) of carbon black after the last quenching medium introduction. Satisfy the relationship of
(Ii) The rubber compounding carbon black (C) is contained in an amount of 10 to 250 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber (A);
The rubber composition characterized by satisfy | filling.
前記式(I)中、n−1が2または3であることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。   2. The rubber composition according to claim 1, wherein n-1 is 2 or 3 in the formula (I). 前記式(I)中、(O2CR)基が炭素数6以上の脂肪酸から誘導されることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。 The rubber composition according to claim 1, wherein in the formula (I), the (O 2 CR) group is derived from a fatty acid having 6 or more carbon atoms. 前記金属石鹸(B)が、水に溶解しないことを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 1, wherein the metal soap (B) does not dissolve in water. 前記ジエン系ゴム(A)が、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 1, wherein the diene rubber (A) is selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, natural rubber, and combinations thereof. 前記金属石鹸(B)が、前記ジエン系ゴム(A)100質量部に対して、5〜100質量部の量で含有することを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 1, wherein the metal soap (B) is contained in an amount of 5 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the diene rubber (A). 前記金属石鹸(B)が、アルミニウムとカルボン酸誘導体との石鹸であることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 1, wherein the metal soap (B) is a soap of aluminum and a carboxylic acid derivative. 前記金属石鹸(B)が、ジエチルへキサン酸のアルミニウム石鹸及びジラウリン酸のアルミニウム石鹸からなる群より選ばれることを特徴とする請求項7に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 7, wherein the metal soap (B) is selected from the group consisting of aluminum soap of diethylhexanoic acid and aluminum soap of dilauric acid. さらに、シリカ充填剤(D)を含有することを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。   Furthermore, the rubber composition of Claim 1 containing a silica filler (D). 前記シリカ充填剤(D)がシラン処理されたシリカであることを特徴とする請求項9に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 9, wherein the silica filler (D) is silane-treated silica. 前記金属石鹸(B)の分子が、無極性溶媒中、ミセル構造又は式(II)で表される構造を形成することを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物;
Figure 2011116920
[式中、xは自然数である]。
The rubber composition according to claim 1, wherein the molecule of the metal soap (B) forms a micelle structure or a structure represented by the formula (II) in a nonpolar solvent;
Figure 2011116920
[Wherein x is a natural number].
前記式(I)中、Rが少なくとも1つの不飽和単位を有するアルキル鎖を含むことを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 1, wherein in the formula (I), R includes an alkyl chain having at least one unsaturated unit. 前記式(I)中、Rが1つ又は複数の硫黄硬化可能な二重結合を有するアルキル鎖を含むことを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。   2. The rubber composition according to claim 1, wherein R in the formula (I) includes an alkyl chain having one or more sulfur-curable double bonds. 前記二重結合が、アルキル鎖中の2つの非末端炭素の間にあることを特徴とする請求項13に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 13, wherein the double bond is between two non-terminal carbons in an alkyl chain. 前記金属石鹸(B)が、ジオレイン酸のアルミニウム石鹸であることを特徴とする請求項3に記載のゴム組成物。   4. The rubber composition according to claim 3, wherein the metal soap (B) is a dioleic acid aluminum soap. 前記ゴム配合用カーボンブラック(C)が、
反応帯域内に原料が噴霧導入されてから、第1番目の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をt1(秒)、この帯域での平均反応温度をT1(℃)とし、第1番目の急冷媒体が導入されてから、第2番目の急冷媒体導入手段(図1において、12−Y)により急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間をt2(秒)、この帯域での平均反応温度をT2(℃)とし、さらに、第2番目の急冷媒体が導入されてから、最後の急冷媒体が導入されるまでの帯域における滞留時間(即ち、反応停止帯域通過までの帯域における滞留時間)をt3(秒)、この帯域内での平均反応温度をT3(℃)とした場合、
下記式(3)、(4)及び(5);
2.00≦α1≦5.00 ・・・ (3)
5.00≦α2≦9.00 ・・・ (4)
−2.5×(α1+α2)+85.0≦β≦90.0 ・・・ (5)
[式中、α1=t1×T1、α2=t2×T2、β=t3×T3である]の関係を満たすように制御して得られることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
The rubber compounding carbon black (C) is
The residence time in the zone from when the raw material is sprayed into the reaction zone until the first quenching medium is introduced is t 1 (seconds), the average reaction temperature in this zone is T 1 (° C.), The residence time in the zone from the introduction of the first quenching medium to the introduction of the quenching medium by the second quenching medium introduction means (12-Y in FIG. 1) is t 2 (seconds). The average reaction temperature in the zone is T 2 (° C.), and the residence time in the zone from the introduction of the second quenching medium until the last quenching medium is introduced (ie, until the reaction stop zone passes) The residence time in this zone is t 3 (seconds) and the average reaction temperature in this zone is T 3 (° C.).
The following formulas (3), (4) and (5);
2.00 ≦ α1 ≦ 5.00 (3)
5.00 ≦ α2 ≦ 9.00 (4)
−2.5 × (α1 + α2) + 85.0 ≦ β ≦ 90.0 (5)
Claim 1 characterized in that it is obtained by controlling so as to satisfy the relationship [where α1 = t 1 × T 1 , α2 = t 2 × T 2 , β = t 3 × T 3 ]. The rubber composition as described.
前記ゴム配合用カーボンブラック(C)が、下記式(6)、(7)及び(8);
20<X<40 ・・・ (6)
50<Y<60 ・・・ (7)
90<Z<95 ・・・ (8)
[式中、Yは第2番目の急冷媒体導入後のカーボンブラックのトルエン着色透過度を示し、X及びZは前記と同義である]の関係を満たすように制御して得られることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
The rubber compounding carbon black (C) has the following formulas (6), (7) and (8):
20 <X <40 (6)
50 <Y <60 (7)
90 <Z <95 (8)
It is obtained by controlling so as to satisfy the relationship of [wherein Y represents the toluene coloring permeability of carbon black after the introduction of the second quenching medium, and X and Z are as defined above] The rubber composition according to claim 1.
前記ゴム配合用カーボンブラック(C)の水素放出率が、0.3質量%を超えることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。   2. The rubber composition according to claim 1, wherein a hydrogen release rate of the carbon black for rubber blending (C) exceeds 0.3 mass%. 前記ゴム配合用カーボンブラック(C)において、ジブチルフタレート吸収量(DBP)が95〜220mL/100g、圧縮DBP吸収量(24M4DBP)が90〜200mL/100g、及びセチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積(CTAB)が70〜200m2/gであることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。 In the rubber compounding carbon black (C), dibutyl phthalate absorption (DBP) is 95 to 220 mL / 100 g, compression DBP absorption (24M4DBP) is 90 to 200 mL / 100 g, and cetyltrimethylammonium bromide adsorption specific surface area (CTAB) The rubber composition according to claim 1, wherein the rubber composition is 70 to 200 m 2 / g. 請求項1〜19のいずれかに記載のゴム組成物を用いて得られたトレッドゴム。   A tread rubber obtained using the rubber composition according to claim 1. 請求項1〜19のいずれかに記載のゴム組成物を用いて得られたタイヤ。   A tire obtained using the rubber composition according to claim 1.
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