JP2012067201A - Phenol-based biomass resin composition and rubber composition - Google Patents

Phenol-based biomass resin composition and rubber composition Download PDF

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正幸 齋藤
Hiroaki Saito
裕昭 斎藤
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英樹 渡邊
Yuki Yagi
優紀 八木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rubber composition that has a high hardness and a high storage elastic modulus and can lessen dependence on fossil fuels in the composition to thereby exhibit a high inhibiting effect on increase of carbon dioxide.SOLUTION: The phenol-based biomass resin composition comprises a phenol-based biomass resin obtained by crosslinking, with an aldehyde, phenol compounds comprising a natural phenol (A) derived from a non-edible part of a plant and a phenol (B) derived from fossil fuels with a mass ratio (A)/(B) within the range of 10/90 to 40/60, and a silane coupling agent. The rubber composition comprises a rubber, the phenol-based biomass resin composition, a curing agent and a filler.

Description

本発明は、フェノール系バイオマス樹脂組成物およびそれを用いたゴム組成物に関し、さらに詳しくはゴムの硬度向上および高貯蔵弾性率化に効果を有し、かつバイオマス比率向上に伴う地球温暖化防止に効果のあるフェノール系バイオマス樹脂組成物、特にそれを用いた空気入りタイヤ用ゴム組成物に関する。   The present invention relates to a phenol-based biomass resin composition and a rubber composition using the same, and more specifically, has an effect of improving the hardness and high storage elastic modulus of rubber, and preventing global warming accompanying an increase in biomass ratio. The present invention relates to an effective phenol-based biomass resin composition, and more particularly to a rubber composition for a pneumatic tire using the same.

従来からタイヤ用ゴムの硬度向上や高貯蔵弾性率化を目的として、カーボンブラック量の増量、カーボンブラック種の変更、硫黄の配合がなされると同時に、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂やパラターシャリーブチルフェノール−ホルムアルデヒド樹脂、パラオクチルフェノール−ホルムアルデヒド樹脂といったアルキルフェノール−ホルムアルデヒド樹脂の配合がなされてきた(例えば、非特許文献1参照。)。   Conventionally, to increase the hardness of rubber for tires and to increase the storage elastic modulus, the amount of carbon black is increased, the type of carbon black is changed, and sulfur is blended. At the same time, phenol-formaldehyde resin and paratertiary butylphenol-formaldehyde Alkylphenol-formaldehyde resins such as resins and paraoctylphenol-formaldehyde resins have been blended (see, for example, Non-Patent Document 1).

一方近年、地球温暖化防止のため、使用済み製品の焼却時に排出される二酸化炭素量を削減することや、バイオマス由来の原料を使用することにより、大気中の二酸化炭素総量を増加させない、カーボンニュートラルの考えが普及している。カーボンニュートラルとは、植物はその生育過程で光合成により二酸化炭素を吸収、固定化するため、廃棄、焼却より発生した二酸化炭素発生量は、光合成の二酸化炭素吸収量により相殺され、大気中の二酸化炭素は増加しないとみなすことである。このため、各種工業製品において、化石燃料由来の原料を使用した材料の比率を減らし、代わりに植物由来の成分を原料としたいわゆるバイオマス材料をはじめとした非化石燃料由来原料を使用した材料の比率を高めることにより、二酸化炭素排出抑制効果の高い環境調和型材料の開発が活発に進められている。   On the other hand, in recent years, in order to prevent global warming, carbon neutrals that do not increase the total amount of carbon dioxide in the atmosphere by reducing the amount of carbon dioxide emitted during incineration of used products and by using raw materials derived from biomass. The idea of Carbon neutral is a plant that absorbs and immobilizes carbon dioxide by photosynthesis during its growth process, so the amount of carbon dioxide generated from disposal and incineration is offset by the amount of carbon dioxide absorbed by photosynthesis, and carbon dioxide in the atmosphere. Is not to increase. For this reason, in various industrial products, the ratio of materials that use raw materials derived from fossil fuels is reduced, and the ratio of materials that use raw materials derived from non-fossil fuels, including so-called biomass materials that use plant-derived components as raw materials instead. Development of environmentally conscious materials with a high carbon dioxide emission suppression effect has been actively promoted.

これら開発傾向はタイヤ業界においても例外ではなく、非化石燃料由来原料を使用した材料の比率を高める開発が進められている。例えば、二酸化炭素排出抑制効果の高い環境調和型タイヤ(エコタイヤ)では、タイヤ組成物中の合成ゴム成分を天然ゴムで代替する方法や、通常のタイヤで使用されるカーボンブラックを天然無機フィラーで代替する方法等、タイヤ組成物をバイオマス材料や天然無機材料へ置換することにより、タイヤ全体の非化石燃料由来材料の含有割合を増加させている。   These development trends are no exception in the tire industry, and development is progressing to increase the ratio of materials using non-fossil fuel-derived raw materials. For example, in environmentally friendly tires (eco-tyres) with a high carbon dioxide emission suppression effect, natural rubber is used to replace the synthetic rubber component in the tire composition, or carbon black used in ordinary tires is replaced with natural inorganic fillers. The content ratio of the non-fossil fuel-derived material in the entire tire is increased by substituting the tire composition with a biomass material or a natural inorganic material, such as a method to do so.

「便覧」編集室編 「便覧 ゴム・プラスチック配合薬品 最新版」 ラバーダイジェスト社 1989年3月30日 p.466−467"Handbook" editorial office "Handbook rubber and plastic compounding chemical latest edition" Rubber Digest Co., Ltd. March 30, 1989 p. 466-467

しかし、現状では通常タイヤ及び環境調和型タイヤ用ゴム組成物において、硬度向上、高貯蔵弾性率化を目的として配合されるフェノール樹脂やアルキルフェノール樹脂を始め、老化防止剤、加硫促進剤などは化石燃料由来の材料を使用せざるを得ない状況となっている。タイヤ用ゴム組成物のフェノール樹脂配合量は、タイヤ全体では少量であるものの、全世界におけるタイヤ生産量は大変多いため、タイヤ焼却時、配合されたフェノール樹脂から発生される化石燃料由来の二酸化炭素量も莫大な量となる。
本発明では、高硬度及び高貯蔵弾性率の機能を備え、かつ二酸化炭素総量の増加を抑制するゴム組成物を提供することを目的とする。
However, at present, in general rubber compositions for tires and environmentally conscious tires, phenolic resins and alkylphenol resins blended for the purpose of improving hardness and increasing storage elastic modulus, anti-aging agents, vulcanization accelerators, etc. are fossil. It is in a situation where materials derived from fuel must be used. The amount of phenolic resin in the tire rubber composition is small for the entire tire, but the production of tires worldwide is very large, so carbon dioxide derived from fossil fuels generated from the compounded phenolic resin during tire incineration. The amount is also enormous.
An object of the present invention is to provide a rubber composition having functions of high hardness and high storage elastic modulus and suppressing increase in the total amount of carbon dioxide.

本発明は、以下の構成を有する。
[1]植物の非可食部由来の天然フェノール類(A)と化石燃料由来のフェノール類(B)との質量比(A)/(B)が10/90〜40/60の範囲であるフェノール類をアルデヒド類で架橋したフェノール系バイオマス樹脂とシランカップリング剤を含有することを特徴とするフェノール系バイオマス樹脂組成物。
[2]植物の非可食部由来の天然フェノール類(A)が、カシューナット殻油、カルダノール、ウルシオールの1種以上である[1]に記載のフェノール系バイオマス樹脂組成物。
[3]植物の非可食部由来の天然フェノール類(A)の金属元素濃度が100ppm未満である[1]または[2]記載のフェノール系バイオマス樹脂組成物。
[4]ゴムと、[1]〜[3]のいずれかに記載のフェノール系バイオマス樹脂組成物と、硬化剤及びフィラーを含有することを特徴とするゴム組成物。
[5]硬化剤がヘキサメチレンテトラミンである[4]に記載のゴム組成物。
The present invention has the following configuration.
[1] The mass ratio (A) / (B) of natural phenols (A) derived from non-edible parts of plants and phenols (B) derived from fossil fuels is in the range of 10/90 to 40/60. A phenolic biomass resin composition comprising a phenolic biomass resin obtained by crosslinking phenols with aldehydes and a silane coupling agent.
[2] The phenol-based biomass resin composition according to [1], wherein the natural phenol (A) derived from the non-edible part of the plant is at least one of cashew nut shell liquid, cardanol, and urushiol.
[3] The phenol-based biomass resin composition according to [1] or [2], wherein the concentration of metal element in the natural phenols (A) derived from the non-edible part of the plant is less than 100 ppm.
[4] A rubber composition comprising a rubber, the phenol-based biomass resin composition according to any one of [1] to [3], a curing agent, and a filler.
[5] The rubber composition according to [4], wherein the curing agent is hexamethylenetetramine.

本発明のゴム組成物は、高硬度及び高貯蔵弾性率の機能を備え、かつ組成物中の化石燃料依存を少なくすることができる。さらには使用原料が植物の非可食部であるため、食料とのトレードオフも発生しない。   The rubber composition of the present invention has functions of high hardness and high storage elastic modulus, and can reduce dependence on fossil fuel in the composition. Furthermore, since the raw material used is a non-edible part of the plant, there is no trade-off with food.

<フェノール系バイオマス樹脂組成物>
本発明のフェノール系バイオマス樹脂組成物は、植物の非可食部由来の天然フェノール類(A)と化石燃料由来のフェノール類(B)との質量比(A)/(B)が10/90〜40/60の範囲であるフェノール類をアルデヒド類で架橋したフェノール系バイオマス樹脂と、シランカップリング剤を含有することを特徴とする。
<Phenolic biomass resin composition>
In the phenol-based biomass resin composition of the present invention, the mass ratio (A) / (B) of natural phenols (A) derived from non-edible parts of plants and phenols (B) derived from fossil fuels is 10/90. It contains phenolic biomass resin obtained by crosslinking phenols in the range of ˜40 / 60 with aldehydes, and a silane coupling agent.

まず、本発明のフェノール系バイオマス樹脂組成物に含有されるフェノール系バイオマス樹脂について説明する。フェノール系バイオマス樹脂は植物の非可食部由来の天然フェノール類(A)と化石燃料由来のフェノール類(B)との質量比(A)/(B)が10/90〜40/60の範囲であるフェノール類をアルデヒド類で架橋したものである。
植物の非可食部由来の天然フェノール類(A)としては、カシューナット殻油や、カルダノール、ウルシオールが挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。一般的に、植物の非可食部由来の天然フェノール類は、カリウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マンガン等の金属元素を含む場合が多いが、これらの成分が多くなるとフェノール類とアルデヒド類の反応を阻害し、樹脂合成時に高分子量化が妨げられ、ゴム組成物の補強効果が低下し、硬度が高くならない。フェノール類とアルデヒド類の反応を阻害しないためには、植物の非可食部由来の天然フェノール類(A)の金属元素濃度が100ppm未満であることが好ましい。
化石燃料由来のフェノール類(B)としては特に限定されないが、フェノール、レゾルシン、クレゾール、キシレノール、プロピルフェノール、ブチルフェノール、オクチルフェノール、フェニルフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールFなどが挙げられ、これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも経済性及びタイヤ組成物の硬度向上及び高貯蔵弾性率化の点から、フェノール、クレゾール、ビスフェノールAが好ましい。
天然フェノール類(A)と化石燃料由来のフェノール類(B)との質量比において、(A)成分が10質量%以上であれば、フェノール系バイオマス樹脂中の植物由来率が高くなり、環境調和性に対する寄与効果が向上する。また(B)成分が60質量%以上であれば、ゴム組成物の硬度及び貯蔵弾性率が良好になる。
First, the phenolic biomass resin contained in the phenolic biomass resin composition of the present invention will be described. The phenol-based biomass resin has a mass ratio (A) / (B) of natural phenols (A) derived from non-edible parts of plants and phenols (B) derived from fossil fuels in the range of 10/90 to 40/60. These are phenols crosslinked with aldehydes.
Examples of natural phenols (A) derived from non-edible parts of plants include cashew nut shell oil, cardanol and urushiol. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type. In general, natural phenols derived from non-edible parts of plants often contain metal elements such as potassium, sodium, calcium, magnesium, iron, manganese, etc., but if these components increase, phenols and aldehydes This hinders the reaction, prevents high molecular weight during resin synthesis, reduces the reinforcing effect of the rubber composition, and does not increase the hardness. In order not to inhibit the reaction between phenols and aldehydes, the metal element concentration of natural phenols (A) derived from non-edible parts of plants is preferably less than 100 ppm.
The phenols derived from fossil fuels (B) are not particularly limited, but include phenol, resorcin, cresol, xylenol, propylphenol, butylphenol, octylphenol, phenylphenol, bisphenol A, bisphenol F, etc. May be used in combination, or two or more may be used in combination. Among these, phenol, cresol, and bisphenol A are preferable from the viewpoints of economic efficiency, improved hardness of the tire composition, and higher storage elastic modulus.
In the mass ratio of the natural phenols (A) and the fossil fuel-derived phenols (B), if the component (A) is 10% by mass or more, the plant-derived rate in the phenol-based biomass resin is increased, and the environment is harmonized. The contribution effect to sex is improved. Moreover, if (B) component is 60 mass% or more, the hardness and storage elastic modulus of a rubber composition will become favorable.

フェノール類と反応させるアルデヒド類としては、特に限定されないが、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、グリオキザール、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドなどが挙げられ、これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも経済性、フェノール類との反応性の点からホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドが好ましい。   Although it does not specifically limit as aldehydes made to react with phenol, Formaldehyde, paraformaldehyde, trioxane, acetaldehyde, propionaldehyde, glyoxal, benzaldehyde, salicylaldehyde, etc. are mentioned, These may be used individually by 1 type. And two or more kinds may be used in combination. Among these, formaldehyde and paraformaldehyde are preferable from the viewpoint of economy and reactivity with phenols.

フェノール系バイオマス樹脂は、上記フェノール類とアルデヒド類を酸性触媒存在下、または塩基性触媒存在下、通常のフェノール樹脂製造方法を施すことによって、ノボラック型フェノール樹脂、あるいはレゾール型フェノール樹脂として得ることができる。   A phenol-based biomass resin can be obtained as a novolak-type phenol resin or a resol-type phenol resin by subjecting the above phenols and aldehydes to a conventional phenol resin production method in the presence of an acidic catalyst or in the presence of a basic catalyst. it can.

次にフェノール系バイオマス樹脂組成物に含有されるシランカップリング剤について説明する。シランカップリング剤は特に限定されないが、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられ、これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
またフェノール系バイオマス樹脂組成物に含有されるシランカップリング剤の量は、フェノール系バイオマス樹脂100質量部に対し、0.01〜10質量部が好ましく、0.1〜5質量部がより好ましい。フェノール系バイオマス樹脂100質量部に対し、シランカップリング剤0.01質量部以上であれば、樹脂とフィラーの密着性が向上することによりゴムの補強効果が大きくなり、10質量部以下であれば、経済的に優れる。
Next, the silane coupling agent contained in the phenol biomass resin composition will be described. The silane coupling agent is not particularly limited, but vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N- 2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane and the like may be mentioned, and these may be used alone or in combination of two or more.
Moreover, 0.01-10 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of phenol-type biomass resins, and, as for the quantity of the silane coupling agent contained in a phenol-type biomass resin composition, 0.1-5 mass parts is more preferable. If it is 0.01 mass part or more of silane coupling agents with respect to 100 mass parts of phenol type biomass resin, the reinforcement effect of rubber will become large by improving the adhesiveness of resin and a filler, and if it is 10 mass parts or less. , Economically superior.

フェノール系バイオマス樹脂組成物中に化石燃料由来のフェノール類のみを原料としたフェノール樹脂(以下、「化石燃料原料フェノール樹脂」という。)を含有しても良い。化石燃料原料フェノール樹脂は特に限定されないが、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、パラターシャリーブチルフェノール−ホルムアルデヒド樹脂、パラオクチルフェノール−ホルムアルデヒド樹脂、クレゾール−ホルムアルデヒド樹脂、フェノール−パラターシャリーブチルフェノール−ホルムアルデヒド樹脂などが挙げられ、これらは1種を単独で含有してもよいし、2種以上を組み合わせて含有してもよい。フェノール系バイオマス樹脂組成物中の、化石燃料原料フェノール樹脂の含有量は特に限定されないが、フェノール系バイオマス樹脂と化石燃料原料フェノール樹脂との質量比が、5/95〜100/0の範囲であり、30/70〜100/0の範囲であることが好ましい。フェノール系バイオマス樹脂の質量比が5/95以上であれば、フェノール系バイオマス樹脂組成物中の植物由来率が高くなり、環境調和性に対する寄与効果が向上する。   The phenol-based biomass resin composition may contain a phenol resin using only phenols derived from fossil fuel as raw materials (hereinafter referred to as “fossil fuel raw material phenol resin”). The fossil fuel raw material phenol resin is not particularly limited, and examples thereof include phenol-formaldehyde resin, para-tertiary butyl phenol-formaldehyde resin, para-octyl phenol-formaldehyde resin, cresol-formaldehyde resin, phenol-para tertiary butyl phenol-formaldehyde resin, etc. May contain 1 type independently, and may contain it in combination of 2 or more type. The content of the fossil fuel raw material phenol resin in the phenolic biomass resin composition is not particularly limited, but the mass ratio of the phenolic biomass resin and the fossil fuel raw material phenol resin is in the range of 5/95 to 100/0. 30/70 to 100/0 is preferable. If the mass ratio of the phenol-based biomass resin is 5/95 or more, the plant-derived rate in the phenol-based biomass resin composition is increased, and the contribution effect to environmental harmony is improved.

<ゴム組成物>
本発明のゴム組成物は、ゴムとフェノール系バイオマス樹脂組成物と、硬化剤及びフィラーを含有する。
本発明のゴム組成物に使用するゴムは、特に限定されないが、天然ゴム(NB)のほか、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IR)、ブチルゴム(IIR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)等の合成ジエン系ゴムが挙げられ、これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、ゴム組成物、またはそれ用いたタイヤにおける植物由来率を向上させ、環境調和性を高めるため、天然ゴムを用いることが好ましい。
<Rubber composition>
The rubber composition of the present invention contains rubber, a phenol-based biomass resin composition, a curing agent and a filler.
The rubber used in the rubber composition of the present invention is not particularly limited, but besides natural rubber (NB), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), butyl rubber (IIR), styrene-butadiene rubber (SBR), Synthetic diene rubbers such as acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) may be used, and these may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use natural rubber in order to improve the plant-derived rate in the rubber composition or the tire used therefor and to enhance environmental harmony.

本発明のゴム組成物に使用するゴムとフェノール系バイオマス樹脂の配合比率は特に限定されないが、ゴム100質量部に対し、フェノール樹脂1〜50質量部、より好ましくは1〜30質量部である。ゴム100質量部に対し、フェノール樹脂が1〜50質量部である場合、ゴム組成物に対する硬度向上、高貯蔵弾性率化が良好となる。   Although the compounding ratio of the rubber | gum used for the rubber composition of this invention and phenol-type biomass resin is not specifically limited, It is 1-50 mass parts of phenol resins with respect to 100 mass parts of rubber | gum, More preferably, it is 1-30 mass parts. When phenol resin is 1-50 mass parts with respect to 100 mass parts of rubber | gum, the hardness improvement with respect to a rubber composition and high storage elastic modulus improvement will become favorable.

本発明のゴム組成物に使用する硬化剤としては特に限定されないが、ヘキサメチレンテトラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、パラホルムアルデヒド、グリオキザールなどが挙げられるが、中でもヘキサメチレンテトラミンが経済性、ゴムとの相溶性、ゴム組成物製造後の安定性の観点から好ましい。   The curing agent used in the rubber composition of the present invention is not particularly limited, and examples include hexamethylenetetramine, hexamethoxymethylmelamine, paraformaldehyde, glyoxal, etc. Among them, hexamethylenetetramine is economical and compatible with rubber. From the viewpoint of stability after production of the rubber composition, it is preferable.

本発明のゴム組成物に使用するフィラーは特に限定されないが、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、タルク、クレー、マイカなどが挙げられるが、中でもゴム組成物に対する硬度付与の観点からカーボンブラックとシリカが好ましい。   The filler used in the rubber composition of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include carbon black, silica, calcium carbonate, magnesium carbonate, alumina, magnesium oxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, talc, clay and mica. Of these, carbon black and silica are preferred from the viewpoint of imparting hardness to the rubber composition.

本発明のゴム組成物は、この他にカーボンブラック等の補強剤、硫黄等の加硫剤、さらには加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、各種オイル、ワックス等、ゴム工業界で通常使用される配合剤を含有しても良い。   In addition to this, the rubber composition of the present invention is usually used in the rubber industry, such as a reinforcing agent such as carbon black, a vulcanizing agent such as sulfur, a vulcanization accelerator, an anti-aging agent, a plasticizer, various oils, and waxes. You may contain the compounding agent used.

本発明のゴム組成物は一般的な方法、例えば前記フェノール樹脂、ゴム成分のほか、補強剤や必要に応じて使用する配合剤をバンバリーミキサー、ロール、ニーダーなどで混練することにより製造することができる。   The rubber composition of the present invention can be produced by a general method, for example, by kneading a reinforcing agent or a compounding agent used as necessary in addition to the phenol resin and the rubber component with a Banbury mixer, a roll, a kneader or the like. it can.

本発明のゴム組成物は、高硬度及び高貯蔵弾性率の機能を備え、かつ組成物中の化石燃料依存を少なくすることが出来るため、タイヤ用途に使用することができる。   The rubber composition of the present invention has functions of high hardness and high storage elastic modulus, and can reduce dependence on fossil fuel in the composition, so that it can be used for tire applications.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited at all by these Examples.

[合成例1]
攪拌装置、冷却管、温度計を付した3L四つ口フラスコに金属元素濃度68ppmのカルダノール300g、フェノール1081g、50%ホルマリン645g、シュウ酸27.6gを入れ、6時間還流させた。これを脱水還流により200℃まで昇温後、0.093MPaにて1時間減圧濃縮を行い、140℃でシランカップリング剤(信越化学工業製KBE−903)5gを添加したのち取り出し、フェノール系バイオマス樹脂組成物aを1436g得た。
[Synthesis Example 1]
A 3 L four-necked flask equipped with a stirrer, a condenser, and a thermometer was charged with 300 g of cardanol having a metal element concentration of 68 ppm, 1081 g of phenol, 645 g of 50% formalin, and 27.6 g of oxalic acid, and refluxed for 6 hours. This was heated up to 200 ° C. by dehydration and reflux, concentrated under reduced pressure at 0.093 MPa for 1 hour, added with 5 g of a silane coupling agent (KBE-903 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) at 140 ° C., taken out, and phenolic biomass 1436 g of resin composition a was obtained.

[合成例2]
攪拌装置、冷却管、温度計を付した2L四つ口フラスコに金属元素濃度55ppmのウルシオール158g、フェノール1296g、50%ホルマリン450g、シュウ酸28.9gを入れ、6時間還流させた。これを脱水還流により200℃まで昇温後、0.093MPaにて1時間減圧濃縮を行い、140℃でシランカップリング剤(信越化学工業製KBE−903)2gを添加したのち取り出し、フェノール系バイオマス樹脂組成物bを1428g得た。
[Synthesis Example 2]
A 2 L four-necked flask equipped with a stirrer, a condenser, and a thermometer was charged with 158 g of urushiol having a metal element concentration of 55 ppm, 1296 g of phenol, 450 g of 50% formalin, and 28.9 g of oxalic acid, and refluxed for 6 hours. This was heated to 200 ° C. by dehydration and reflux, concentrated under reduced pressure at 0.093 MPa for 1 hour, added with 2 g of a silane coupling agent (KBE-903 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) at 140 ° C., taken out, and phenolic biomass. 1428 g of resin composition b was obtained.

[合成例3]
攪拌装置、冷却管、温度計を付した2L四つ口フラスコに金属元素濃度3480ppmのカシューナット殻油300g、フェノール630g、50%ホルマリン277g、シュウ酸19.2gを入れ、6時間還流させた。これを脱水還流により200℃まで昇温後、0.093MPaにて1時間減圧濃縮を行い、140℃でシランカップリング剤(信越化学工業製KBE−903)5gを添加したのち取り出し、フェノール系バイオマス樹脂組成物cを1000g得た。
[Synthesis Example 3]
A 2 L four-necked flask equipped with a stirrer, a condenser, and a thermometer was charged with 300 g of cashew nut shell oil having a metal element concentration of 3480 ppm, 630 g of phenol, 277 g of 50% formalin, and 19.2 g of oxalic acid, and refluxed for 6 hours. This was heated up to 200 ° C. by dehydration and reflux, concentrated under reduced pressure at 0.093 MPa for 1 hour, added with 5 g of a silane coupling agent (KBE-903 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) at 140 ° C., taken out, and phenolic biomass 1000 g of resin composition c was obtained.

[比較合成例1]
攪拌装置、冷却管、温度計を付した2L四つ口フラスコに金属元素濃度55ppmのウルシオール158g、フェノール1296g、50%ホルマリン450g、シュウ酸28.9gを入れ、6時間還流させた。これを脱水還流により200℃まで昇温後、0.093MPaにて1時間減圧濃縮を行い、取り出し、フェノール系バイオマス樹脂を1428g得た。
[Comparative Synthesis Example 1]
A 2 L four-necked flask equipped with a stirrer, a condenser, and a thermometer was charged with 158 g of urushiol having a metal element concentration of 55 ppm, 1296 g of phenol, 450 g of 50% formalin, and 28.9 g of oxalic acid, and refluxed for 6 hours. This was heated up to 200 ° C. by dehydration and reflux, then concentrated under reduced pressure at 0.093 MPa for 1 hour, taken out, and 1428 g of phenol-based biomass resin was obtained.

(金属元素濃度の測定)
合成例1〜3及び比較合成例1で使用した植物の非可食部由来の天然フェノール類の金属元素濃度は、エスエスアイ・ナノテクノロジー社製誘導結合プラズマ発光分光分析装置SPS4000にて測定した。
(Measurement of metal element concentration)
Metal element concentrations of natural phenols derived from non-edible parts of plants used in Synthesis Examples 1 to 3 and Comparative Synthesis Example 1 were measured with an inductively coupled plasma emission spectrometer SPS4000 manufactured by SSI Nanotechnology.

合成例1〜3で得られたフェノール系バイオマス樹脂組成物及び比較合成例1で得られたフェノール系バイオマス樹脂の軟化点を以下の方法で測定し、植物由来率を以下の方法で算出した。結果を表1に示す。
[軟化点]
JIS K6910に従って測定した。
[フェノール系バイオマス樹脂組成物中の植物由来率]
フェノール系バイオマス樹脂組成物中の植物由来率=(植物の非可食部由来の天然フェノール類)/(フェノール系バイオマス樹脂組成物収量質量)×100
ただし、比較合成例1のフェノール系バイオマス樹脂については、以下の方法で算出した。
フェノール系バイオマス樹脂中の植物由来率=(植物の非可食部由来の天然フェノール類)/(フェノール系バイオマス樹脂収量質量)×100
The softening points of the phenolic biomass resin compositions obtained in Synthesis Examples 1 to 3 and the phenolic biomass resin obtained in Comparative Synthesis Example 1 were measured by the following method, and the plant-derived rate was calculated by the following method. The results are shown in Table 1.
[Softening point]
It measured according to JIS K6910.
[Plant-derived rate in phenolic biomass resin composition]
Plant-derived ratio in phenol-based biomass resin composition = (natural phenols derived from non-edible parts of plants) / (phenol-based biomass resin composition yield mass) × 100
However, the phenol-based biomass resin of Comparative Synthesis Example 1 was calculated by the following method.
Plant-derived ratio in phenol-based biomass resin = (natural phenols derived from non-edible parts of plants) / (phenol-based biomass resin yield mass) × 100

Figure 2012067201
Figure 2012067201

(ゴム組成物の製造)
実施例、比較例で使用した各種配合材料について、以下まとめて説明する。
天然ゴム(NR):RSS3号
化石燃料原料フェノール樹脂:PS−6200(フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、植物由来率0%、群栄化学工業社製)
カーボンブラック:HAF(三菱化学社製)
ワックス:サンノック(大内振興化学社製)
オイル:ダイアナプロセスAH40(出光興産社製)
老化防止剤:ノクラック6C(大内振興化学社製)
ステアリン酸:ステアリン酸さくら(日本油脂社製)
硫黄:硫黄(鶴見化学工業社製)
亜鉛華:酸化亜鉛(堺化学社製)
硬化剤:ヘキサメチレンテトラミン(三菱ガス化学社製)
加硫促進剤:ノクセラーNS−P(大内振興化学社製)
(Manufacture of rubber composition)
Various compounding materials used in Examples and Comparative Examples will be described collectively below.
Natural rubber (NR): RSS No. 3 Fossil fuel raw material phenol resin: PS-6200 (phenol-formaldehyde resin, plant-derived rate 0%, manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.)
Carbon black: HAF (Mitsubishi Chemical Corporation)
Wax: Sunnock (Ouchi Shinko Chemical Co., Ltd.)
Oil: Diana Process AH40 (made by Idemitsu Kosan Co., Ltd.)
Anti-aging agent: NOCRACK 6C (manufactured by Ouchi Shinko Chemical Co., Ltd.)
Stearic acid: Sakura stearate (manufactured by NOF Corporation)
Sulfur: Sulfur (manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd.)
Zinc flower: Zinc oxide (manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.)
Curing agent: Hexamethylenetetramine (Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.)
Vulcanization accelerator: Noxeller NS-P (Ouchi Shinko Chemical Co., Ltd.)

[実施例1]
天然ゴム 100g、フェノール系バイオマス樹脂組成物a 10g、カーボンブラック 60g、ワックス 2g、オイル 4g、老化防止剤 2g、ステアリン酸 4g、亜鉛華 5gを加圧ニーダーにて、150℃5分間混練した。これに硫黄 2.5g、硬化剤 5g、加硫促進剤を添加し、2軸ロールにて80℃2分間混練し、シート状の未加硫ゴム組成物を得た。
[Example 1]
100 g of natural rubber, 10 g of phenol-based biomass resin composition a, 60 g of carbon black, 2 g of wax, 4 g of oil, 2 g of anti-aging agent, 4 g of stearic acid, and 5 g of zinc white were kneaded in a pressure kneader at 150 ° C. for 5 minutes. To this, 2.5 g of sulfur, 5 g of a curing agent, and a vulcanization accelerator were added and kneaded with a biaxial roll at 80 ° C. for 2 minutes to obtain a sheet-like unvulcanized rubber composition.

[実施例2]
フェノール系バイオマス樹脂組成物a 10gの代わりに、フェノール系バイオマス樹脂組成物b 10gを用いたこと以外は実施例1と同様にして未加硫ゴム組成物を得た。
[Example 2]
An unvulcanized rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10 g of the phenolic biomass resin composition b was used instead of 10 g of the phenolic biomass resin composition a.

[実施例3]
フェノール系バイオマス樹脂組成物a 10gの代わりに、フェノール系バイオマス樹脂組成物c 10gを用いたこと以外は実施例1と同様にして未加硫ゴム組成物を得た。
[Example 3]
An unvulcanized rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10 g of the phenol-based biomass resin composition c was used instead of 10 g of the phenol-based biomass resin composition a.

[比較例1]
フェノール系バイオマス樹脂組成物a 10gの代わりに、フェノール系バイオマス樹脂 10gを用いたこと以外は実施例1と同様にして未加硫ゴム組成物を得た。
[Comparative Example 1]
An unvulcanized rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10 g of phenol-based biomass resin was used instead of 10 g of phenol-based biomass resin composition a.

[比較例2]
フェノール系バイオマス樹脂組成物a 10gの代わりに、化石燃料原料フェノール樹脂 10gを用いたこと以外は実施例1と同様にして未加硫ゴム組成物を得た。
[Comparative Example 2]
An unvulcanized rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10 g of the fossil fuel raw material phenol resin was used instead of 10 g of the phenol-based biomass resin composition a.

実施例1〜3及び比較例1〜2で得られた未加硫ゴム組成物について、それぞれ下記式に従い、植物由来率を算出した。結果を表2に示す。   About the unvulcanized rubber composition obtained in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2, the plant origin rate was computed according to the following formula, respectively. The results are shown in Table 2.

[ゴム組成物中の植物由来率]
ゴム組成物中の植物由来率(%)=[(フェノール系バイオマス樹脂組成物使用量)×(フェノール系バイオマス樹脂組成物中の植物由来率)×0.01+(天然ゴム使用量)]/(全使用成分の総量)×100
ただし、比較例1のゴム組成物については、以下の方法で算出した。
ゴム組成物中の植物由来率=[(フェノール系バイオマス樹脂使用量)×(フェノール系バイオマス樹脂中の植物由来率)×0.01+(天然ゴム使用量)]/(全使用成分の総量)×100
植物由来成分は、大気中の二酸化炭素を用いた光合成により得られる。そのため、前述のカーボンニュートラルの考えにより、二酸化炭素増加に影響を与えないと考えられる。したがって、植物由来率の値が高いほど、大気中の二酸化炭素増加を抑制でき、地球温暖化防止効果が高くなる。
[Plant-derived rate in rubber composition]
Plant-derived rate in rubber composition (%) = [(phenolic biomass resin composition usage) × (plant-derived rate in phenolic biomass resin composition) × 0.01 + (natural rubber usage)] / ( Total amount of all ingredients used) x 100
However, the rubber composition of Comparative Example 1 was calculated by the following method.
Plant-derived ratio in rubber composition = [(phenolic biomass resin usage) × (plant-derived ratio in phenolic biomass resin) × 0.01 + (natural rubber usage)] / (total amount of all components used) × 100
Plant-derived components are obtained by photosynthesis using carbon dioxide in the atmosphere. For this reason, it is considered that the increase in carbon dioxide is not affected by the above-mentioned idea of carbon neutral. Therefore, the higher the value of the plant-derived rate, the more the increase in carbon dioxide in the atmosphere can be suppressed, and the global warming prevention effect becomes higher.

実施例1〜3及び比較例1〜2で得られた未加硫ゴム組成物について、それぞれ150mm×150mm×2mmの金型を用い、150℃30分間プレス加硫することにより試験サンプルを作成し、以下の方法により、硬さ、破断強度、貯蔵弾性率測定を行った。測定結果を表2に示す。   For the unvulcanized rubber compositions obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2, test samples were prepared by press vulcanization at 150 ° C. for 30 minutes using a 150 mm × 150 mm × 2 mm mold, respectively. The hardness, breaking strength, and storage elastic modulus were measured by the following methods. The measurement results are shown in Table 2.

[硬さ]
JIS K6253に準じ、テクロック製タイプAデュロメータGS−719Gを使用し硬さ(ショアA)を測定した。この硬さ(ショアA)の値が高いほど、硬度が良好で優れている。
[Hardness]
According to JIS K6253, hardness (Shore A) was measured using a TECLOCK type A durometer GS-719G. The higher the hardness (Shore A) value, the better and better the hardness.

[破断強度]
JIS K6251に準じ、東洋精機製ストログラフV10−Cにて、ダンベル状3号とした試験片の破断強度を測定した。破断強度の値が高いほど引張り強度に優れている。
[Breaking strength]
In accordance with JIS K6251, the breaking strength of the test piece having a dumbbell shape No. 3 was measured with a strograph V10-C manufactured by Toyo Seiki. The higher the breaking strength value, the better the tensile strength.

[貯蔵弾性率]
エスエスアイ・ナノテクノロジー製DMS110を使用し、温度40℃、周波数10Hzにて貯蔵弾性率を測定した。この貯蔵弾性率の値が高いほど、剛性に優れる。
[Storage modulus]
The storage elastic modulus was measured at a temperature of 40 ° C. and a frequency of 10 Hz using SMS NanoTechnology DMS110. The higher the storage modulus value, the better the rigidity.

Figure 2012067201
Figure 2012067201

表2の結果より、実施例1〜3は比較例2と比べて、ゴム組成物の植物由来率が0.6〜1.6%高い結果が得られた。ゴム組成物としての植物由来率の差は小さいが、前述したように全世界でのタイヤ生産量は大変多いため二酸化炭素総量の増加抑制効果は大きい。また、実施例1〜3は比較例2と比べて、貯蔵弾性率及び硬さが高いため、このようなゴム組成物をタイヤとした場合、操縦安定性に優れたタイヤとなる。特に、配合したフェノール樹脂組成物の原料として使用した植物の非可食部由来の天然フェノール類の金属元素濃度が100ppm未満の実施例1〜2は、100ppm以上の実施例3と比べて硬さ、破断強度、貯蔵弾性率が高かった。
シランカップリング剤を配合しない比較例1は実施例2と比べて、硬さ、破断強度、貯蔵弾性率が低かった。そのため、比較例1のゴム組成物をタイヤとした場合、操縦安定性に対する効果は小さくなる。
From the results shown in Table 2, Examples 1 to 3 showed that the plant-derived rate of the rubber composition was 0.6 to 1.6% higher than that of Comparative Example 2. Although the difference in the plant-derived rate as a rubber composition is small, as described above, since the tire production volume in the world is very large, the effect of suppressing the increase in the total amount of carbon dioxide is large. Moreover, since Examples 1-3 are high in storage elastic modulus and hardness compared with the comparative example 2, when such a rubber composition is used as a tire, it becomes a tire excellent in steering stability. In particular, Examples 1 and 2 in which the metal element concentration of the natural phenols derived from the non-edible part of the plant used as a raw material of the blended phenol resin composition is less than 100 ppm are harder than Example 3 of 100 ppm or more. The breaking strength and storage elastic modulus were high.
In Comparative Example 1 in which no silane coupling agent was blended, the hardness, breaking strength, and storage elastic modulus were lower than in Example 2. Therefore, when the rubber composition of Comparative Example 1 is a tire, the effect on steering stability is reduced.

Claims (5)

植物の非可食部由来の天然フェノール類(A)と化石燃料由来のフェノール類(B)との質量比(A)/(B)が10/90〜40/60の範囲であるフェノール類をアルデヒド類で架橋したフェノール系バイオマス樹脂とシランカップリング剤を含有することを特徴とするフェノール系バイオマス樹脂組成物。   Phenols having a mass ratio (A) / (B) of natural phenols (A) derived from non-edible parts of plants and phenols (B) derived from fossil fuels in the range of 10/90 to 40/60 A phenolic biomass resin composition comprising a phenolic biomass resin crosslinked with an aldehyde and a silane coupling agent. 植物の非可食部由来の天然フェノール類(A)が、カシューナット殻油、カルダノール、ウルシオールの1種以上である請求項1に記載のフェノール系バイオマス樹脂組成物。   The phenol-based biomass resin composition according to claim 1, wherein the natural phenols (A) derived from the non-edible part of the plant is at least one of cashew nut shell liquid, cardanol, and urushiol. 植物の非可食部由来の天然フェノール類(A)の金属元素濃度が100ppm未満である請求項1または2に記載のフェノール系バイオマス樹脂組成物。   The phenol-based biomass resin composition according to claim 1 or 2, wherein the concentration of metal element in the natural phenols (A) derived from the non-edible part of the plant is less than 100 ppm. ゴムと、請求項1〜3のいずれか1項に記載のフェノール系バイオマス樹脂組成物と、硬化剤及びフィラーを含有することを特徴とするゴム組成物。   A rubber composition comprising rubber, the phenol-based biomass resin composition according to any one of claims 1 to 3, a curing agent, and a filler. 硬化剤がヘキサメチレンテトラミンである請求項4に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 4, wherein the curing agent is hexamethylenetetramine.
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