JP2013203918A - Coupling agent for rubber-carbon black, and rubber composition - Google Patents

Coupling agent for rubber-carbon black, and rubber composition Download PDF

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Yukitatsu Shirakawa
往立 白川
Takeshi Masuda
武 増田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coupling agent for a rubber-carbon black suitable as the raw material of a tire that exhibits excellent wet grip performance and low fuel consumption performance, and a rubber composition in which the coupling agent is blended.SOLUTION: A coupling agent for rubber-carbon black includes a mercaptobenzimidazole compound expressed by chemical formula (I) as a component. A rubber composition for a tire includes the coupling agent.

Description

本発明は、ゴム・カーボンブラック用カップリング剤及びそれを配合したゴム組成物に関するものである。   The present invention relates to a coupling agent for rubber and carbon black and a rubber composition containing the same.

近年、環境への関心が高まるにつれ、自動車に対する低燃費化の要請が高まっている。自動車の低燃費化には、タイヤの特性が大きな影響を及ぼすことから、このような目的に適ったタイヤ用ゴム組成物が強く望まれている。一方、走行安全性の面から、湿潤路面でのグリップ力、即ち「ウエットグリップ力」も重視されている。低燃費特性を改善するためには、タイヤの転がり抵抗を小さくすることが必要であるが、転がり抵抗を小さくすると、ウエットグリップ力が低下することになる。   In recent years, as the interest in the environment has increased, there has been an increasing demand for lower fuel consumption for automobiles. A tire rubber composition suitable for such a purpose is strongly desired because the characteristics of the tire have a great influence on the reduction in fuel consumption of automobiles. On the other hand, in terms of running safety, the grip force on a wet road surface, that is, “wet grip force” is also emphasized. In order to improve the low fuel consumption characteristics, it is necessary to reduce the rolling resistance of the tire. However, when the rolling resistance is reduced, the wet grip force is reduced.

ウエットグリップ力を保持しつつ、転がり抵抗を小さくする手段の一つとして、ゴムの補強剤として配合されているカーボンブラックの分散性を向上させ、且つ、ゴム分子とカーボンブラックの化学結合を強固にするゴム・カーボンブラック用カップリング剤の検討が進められている。   As one of the means to reduce rolling resistance while maintaining wet grip, improve dispersibility of carbon black compounded as a rubber reinforcing agent and strengthen the chemical bond between rubber molecules and carbon black Investigation of coupling agents for rubber and carbon black is underway.

従来、ゴム・カーボンブラック用カップリング剤として開発されてきたものの多くは、アミン化合物であり、カーボンブラック表面に存在するカルボニル基及びカルボキシル基とアミンとの酸塩基相互作用による結合が期待されるからである。
例えば、特許文献1には、ジアルキルアミノ基含有硫黄化合物をゴム・カーボンブラック用カップリング剤として利用することが報告されている。
また、特許文献2には、第4級アンモニウム基の1つであるイミニウムイオン基がカーボンブラック表面へ強固に結合する作用を利用して、第4級アンモニウム塩構造を有する有機スルフィド化合物をゴム・カーボンブラック用カップリング剤として利用することが報告されている。
Many of the compounds that have been developed as coupling agents for rubber and carbon black are amine compounds, and it is expected that carbonyl groups and carboxyl groups present on the surface of carbon black will be bonded by acid-base interaction. It is.
For example, Patent Document 1 reports that a dialkylamino group-containing sulfur compound is used as a coupling agent for rubber and carbon black.
In addition, Patent Document 2 discloses that an organic sulfide compound having a quaternary ammonium salt structure is used as a rubber by utilizing an action in which an iminium ion group, which is one of quaternary ammonium groups, is firmly bonded to the surface of carbon black.・ It has been reported to be used as a coupling agent for carbon black.

しかしながら、何れの場合においても、加硫・成型して得られるタイヤの転がり抵抗の低減効果は、未だ満足すべきものではなかった。   However, in any case, the effect of reducing the rolling resistance of the tire obtained by vulcanization and molding has not yet been satisfactory.

特開平9−278942号公報JP-A-9-278742 特開2000−239446号公報JP 2000-239446 A

本発明は、優れたウエットグリップ性能及び低燃費性能を発揮するタイヤの原料として好適なゴム・カーボンブラック用カップリング剤ならびにこれを配合したゴム組成物を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a rubber / carbon black coupling agent suitable as a tire raw material that exhibits excellent wet grip performance and low fuel consumption performance, and a rubber composition containing the same.

本発明者らは、前記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、化1の化学式(I)で示されるメルカプトベンズイミダゾール化合物をゴム・カーボンブラック用カップリング剤として使用することにより、所期の目的を達成することを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、第1の発明は、化1の化学式(I)で示されるメルカプトベンズイミダゾール化合物を成分とすることを特徴とするゴム・カーボンブラック用カップリング剤である。
第2の発明は、第1の発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を配合したことを特徴とするゴム組成物である。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have used a mercaptobenzimidazole compound represented by the chemical formula (I) of Chemical Formula 1 as a coupling agent for rubber and carbon black. It has been found that the intended purpose is achieved, and the present invention has been completed.
That is, the first invention is a coupling agent for rubber and carbon black characterized by comprising a mercaptobenzimidazole compound represented by the chemical formula (I) of Chemical Formula 1 as a component.
The second invention is a rubber composition comprising the rubber / carbon black coupling agent of the first invention.

Figure 2013203918
(式中、Rは、炭素数1〜6の直鎖状または分岐状のアルキル基を表わす。Aは、NHまたはNRを表わす。Rは、炭素数1〜6の直鎖状または分岐状のアルキル基もしくはベンジル基を表わす。Yは、炭素数1〜10の直鎖状または分岐状の二価の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜7の二価の脂環式炭化水素基もしくは炭素数6〜10の二価の芳香族炭化水素基を表わす。)
Figure 2013203918
(Wherein R 1 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. A represents NH or NR 2. R 2 represents a linear or 1 to 6 carbon atom or Represents a branched alkyl group or a benzyl group, Y represents a linear or branched divalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, or a divalent alicyclic hydrocarbon group having 3 to 7 carbon atoms. Represents a group or a divalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms.)

本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤の成分であるメルカプトベンズイミダゾール化合物は、分子内にベンズイミダゾール構造を有しているので、カーボンブラックと共にゴムに配合した場合には、カーボンブラック表面との酸塩基相互作用による結合と合わせて、カーボンブラック表面のベンゼン環とのπ電子相互作用による結合が期待される。
この結果、本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を配合したゴム組成物をタイヤの原料に用いた場合には、優れたウエットグリップ力を保持したまま、転がり抵抗が低減し、低燃費性能が向上したタイヤとすることができる。
The mercaptobenzimidazole compound, which is a component of the coupling agent for rubber and carbon black of the present invention, has a benzimidazole structure in the molecule. In addition to the bond due to the acid-base interaction, the bond due to the π-electron interaction with the benzene ring on the carbon black surface is expected.
As a result, when the rubber composition containing the coupling agent for rubber and carbon black of the present invention is used as a raw material for tires, rolling resistance is reduced while maintaining excellent wet grip force, and fuel efficiency performance is reduced. The tire can be improved.

以下、本発明について詳細に説明する。   The present invention will be described in detail below.

本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤の成分であるメルカプトベンズイミダゾール化合物は、化学式(I)で示されるものであり、ベンズイミダゾール構造を主骨格とする左右対称の構造(ビス体構造)を有している。   The mercaptobenzimidazole compound, which is a component of the coupling agent for rubber and carbon black of the present invention, is represented by the chemical formula (I), and has a bilaterally symmetric structure (bis structure) having a benzimidazole structure as a main skeleton. Have.

当該化合物としては、例えば、
1,2−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)エタン、
1,2−ビス(メルカプト−4−メチルベンズイミダゾリル−2)エタン、
1,2−ビス(メルカプト−5−メチルベンズイミダゾリル−2)エタン、
1,3−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)プロパン、
1,3−ビス(メルカプト−1−メチルベンズイミダゾリル−2)プロパン、
1,3−ビス(メルカプト−1−エチルベンズイミダゾリル−2)プロパン、
1,4−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)ブタン、
1,5−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)ペンタン、
1,6−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)ヘキサン、
1,6−ビス(メルカプト−1−ベンジルベンズイミダゾリル−2)ヘキサン、
1,8−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)オクタン、
1,10−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)デカン、
1,4−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)2−cis−ブテン、
1,4−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)2−trans−ブテン、
1,4−ビス(メルカプト−1−メチルベンズイミダゾリル−2)2−cis−ブテン、
1,4−ビス(メルカプト−1−メチルベンズイミダゾリル−2)2−trans−ブテン、
1,4−ビス(メルカプト−1−エチルベンズイミダゾリル−2)2−cis−ブテン、
1,4−ビス(メルカプト−1−エチルベンズイミダゾリル−2)2−trans−ブテン、
1,4−ビス(メルカプト−1−n−プロピルベンズイミダゾリル−2)2−cis−ブテン、
1,4−ビス(メルカプト−1−n−プロピルベンズイミダゾリル−2)2−trans−ブテン、
1,4−ビス(メルカプト−1−イソプロピルベンズイミダゾリル−2)2−cis−ブテン、
1,4−ビス(メルカプト−1−イソプロピルベンズイミダゾリル−2)2−trans−ブテン、
1,4−ビス(メルカプト−1−n−ブチルベンズイミダゾリル−2)2−cis−ブテン、
1,4−ビス(メルカプト−1−n−ブチルベンズイミダゾリル−2)2−trans−ブテン、
1,4−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)2−メチルブタン、
1,4−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)ベンゼン、
α,α’−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)メタキシレン、
α,α’−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)パラキシレン
等が挙げられる。なお、ゴム・カーボンブラック用カップリング剤の成分として、これらのメルカプトベンズイミダゾール化合物を組み合わせて使用してもよい。
As the compound, for example,
1,2-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) ethane,
1,2-bis (mercapto-4-methylbenzimidazolyl-2) ethane,
1,2-bis (mercapto-5-methylbenzimidazolyl-2) ethane,
1,3-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) propane,
1,3-bis (mercapto-1-methylbenzimidazolyl-2) propane,
1,3-bis (mercapto-1-ethylbenzimidazolyl-2) propane,
1,4-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) butane,
1,5-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) pentane,
1,6-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) hexane,
1,6-bis (mercapto-1-benzylbenzimidazolyl-2) hexane,
1,8-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) octane,
1,10-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) decane,
1,4-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) 2-cis-butene,
1,4-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) 2-trans-butene,
1,4-bis (mercapto-1-methylbenzimidazolyl-2) 2-cis-butene,
1,4-bis (mercapto-1-methylbenzimidazolyl-2) 2-trans-butene,
1,4-bis (mercapto-1-ethylbenzimidazolyl-2) 2-cis-butene,
1,4-bis (mercapto-1-ethylbenzimidazolyl-2) 2-trans-butene,
1,4-bis (mercapto-1-n-propylbenzimidazolyl-2) 2-cis-butene,
1,4-bis (mercapto-1-n-propylbenzimidazolyl-2) 2-trans-butene,
1,4-bis (mercapto-1-isopropylbenzimidazolyl-2) 2-cis-butene,
1,4-bis (mercapto-1-isopropylbenzimidazolyl-2) 2-trans-butene,
1,4-bis (mercapto-1-n-butylbenzimidazolyl-2) 2-cis-butene,
1,4-bis (mercapto-1-n-butylbenzimidazolyl-2) 2-trans-butene,
1,4-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) 2-methylbutane,
1,4-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) benzene,
α, α′-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) metaxylene,
α, α′-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) paraxylene and the like can be mentioned. A combination of these mercaptobenzimidazole compounds may be used as a component of the coupling agent for rubber and carbon black.

このようなメルカプトベンズイミダゾール化合物は、例えば、化2の反応式(i)に示されるように、前駆体となる2−メルカプトベンズイミダゾール系化合物と、ジハロゲン化合物を、水または有機溶媒中、ハロゲン捕捉剤存在下で反応させることによって、容易に合成することができる。   Such a mercaptobenzimidazole compound, for example, as shown in the reaction formula (i) of Chemical Formula 2, can be obtained by trapping a precursor 2-mercaptobenzimidazole compound and a dihalogen compound in water or an organic solvent. It can be easily synthesized by reacting in the presence of an agent.

Figure 2013203918
(式中、A、R及びYは前記と同じであり、Xは塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子を表わす。)
Figure 2013203918
(In the formula, A, R 1 and Y are the same as defined above, and X represents a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom.)

2−メルカプトベンズイミダゾール系化合物としては、例えば、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプト−4−メチルベンズイミダゾール、2−メルカプト−5−メチルベンズイミダゾール、2−メルカプト−1−メチルベンズイミダゾール、2−メルカプト−1−エチルベンズイミダゾール、2−メルカプト−1−プロピルベンズイミダゾール、2−メルカプト−1−イソプロピルベンズイミダゾール、2−メルカプト−1−n−ブチルベンズイミダゾール、2−メルカプト−1−ベンジルベンズイミダゾール等が挙げられる。   Examples of 2-mercaptobenzimidazole compounds include 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercapto-4-methylbenzimidazole, 2-mercapto-5-methylbenzimidazole, 2-mercapto-1-methylbenzimidazole, 2- Mercapto-1-ethylbenzimidazole, 2-mercapto-1-propylbenzimidazole, 2-mercapto-1-isopropylbenzimidazole, 2-mercapto-1-n-butylbenzimidazole, 2-mercapto-1-benzylbenzimidazole, etc. Is mentioned.

ジハロゲン化合物としては、例えば、1,2−ジクロロエタン、1,3−ジブロモプロパン、1,4−ジクロロブタン、1,4−ジクロロ−2−cis−ブテン、1,4−ジクロロ−2−trans−ブテン、1,5−ジクロロペンタン、1,6−ジクロロヘキサン、1,6−ジブロモヘキサン、1,4−ジクロロシクロヘキサン、1,7−ジクロロペンタン、1、8−ジクロロオクタン、1、9−ジクロロノナン、1、10−ジクロロデカン、1,4−ジクロロ−2−メチルブタン、α、α’−ジクロロメタキシレン、α、α’−ジクロロパラキシレン等が挙げられる。   Examples of the dihalogen compound include 1,2-dichloroethane, 1,3-dibromopropane, 1,4-dichlorobutane, 1,4-dichloro-2-cis-butene, 1,4-dichloro-2-trans-butene. 1,5-dichloropentane, 1,6-dichlorohexane, 1,6-dibromohexane, 1,4-dichlorocyclohexane, 1,7-dichloropentane, 1,8-dichlorooctane, 1,9-dichlorononane, Examples include 1,10-dichlorodecane, 1,4-dichloro-2-methylbutane, α, α′-dichlorometaxylene, α, α′-dichloroparaxylene and the like.

ハロゲン捕捉剤としては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムプロポキシド、トリエチルアミン、ジアザビシクロウンデカン等の有機系アミン化合物や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の無機系アルカリ化合物が挙げられ、これらを組み合わせて使用してもよい。   Halogen scavengers include organic amine compounds such as sodium methoxide, sodium ethoxide, sodium propoxide, triethylamine, diazabicycloundecane, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, sodium carbonate Inorganic alkaline compounds such as potassium carbonate may be used, and these may be used in combination.

2−メルカプトベンズイミダゾール系化合物とジハロゲン化合物との反応において、反応温度は50〜110℃であることが好ましく、60〜80℃であることがより好ましい。反応時間は、2〜48時間であることが好ましく、6〜18時間であることがより好ましい。
ハロゲン捕捉剤の使用量は、2−メルカプトベンズイミダゾール系化合物に対して、0.5〜3倍モルとすることが好ましく、1.5〜2.5倍モルとすることがより好ましい。
有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、トルエン、キシレン、モノクロルベンゼン、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン等を使用することができる。
In the reaction between the 2-mercaptobenzimidazole compound and the dihalogen compound, the reaction temperature is preferably 50 to 110 ° C, and more preferably 60 to 80 ° C. The reaction time is preferably 2 to 48 hours, and more preferably 6 to 18 hours.
The amount of the halogen scavenger used is preferably 0.5 to 3 moles, more preferably 1.5 to 2.5 moles, with respect to the 2-mercaptobenzimidazole compound.
As the organic solvent, methanol, ethanol, isopropanol, butanol, toluene, xylene, monochlorobenzene, dimethylformamide, dioxane, tetrahydrofuran and the like can be used.

反応により生成したメルカプトベンズイミダゾール化合物は、反応液を室温まで冷却すると析出する。その後、これをろ取し、溶剤で洗浄することにより単離精製される。この洗浄の際に用いる溶剤としては、生成物が溶解しにくいものであれば特に制限されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、トルエン、アセトニトリル、ジオキサン、モノクロルベンゼン等を使用することができる。   The mercaptobenzimidazole compound produced by the reaction precipitates when the reaction solution is cooled to room temperature. Then, it is isolated and purified by filtering it and washing with a solvent. The solvent used in this washing is not particularly limited as long as the product is difficult to dissolve. For example, water, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, toluene, acetonitrile, dioxane, monochlorobenzene, etc. should be used. Can do.

本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴムに、カーボンブラックと共に本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を配合して、混練することにより調製することができる。   The rubber composition of the present invention can be prepared by blending the rubber / carbon black coupling agent of the present invention together with carbon black in a diene rubber and kneading.

本発明のゴム組成物に配合するジエン系ゴムとしては、従来からゴム工業の分野において使用されているものを特に制限なく使用することができるが、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)、クロロプレンゴム(CR)等を好ましく使用できる。また、これらを組み合わせて使用してもよい。   As the diene rubber compounded in the rubber composition of the present invention, those conventionally used in the field of rubber industry can be used without particular limitation. For example, natural rubber (NR), isoprene rubber (IR ), Butadiene rubber (BR), styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), butyl rubber (IIR), chloroprene rubber (CR) and the like can be preferably used. Moreover, you may use combining these.

本発明のゴム組成物に配合するカーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等が使用可能であるが、タイヤ用の原料の観点から、ファーネスブラックを好ましく使用することができる。
ファーネスブラックとしては、旭カーボン社製の旭#70や東海カーボン社のシースト3G等の市販品が使用できる。
For example, furnace black, acetylene black, thermal black, channel black, and the like can be used as the carbon black to be blended in the rubber composition of the present invention. From the viewpoint of a raw material for tires, furnace black is preferably used. Can do.
As the furnace black, commercially available products such as Asahi # 70 manufactured by Asahi Carbon Co., Ltd. and Seest 3G manufactured by Tokai Carbon Co. can be used.

本発明のゴム組成物においては、ジエン系ゴム100重量部に対して、カーボンブラックを10〜100重量部の割合で配合することが好ましく、30〜80重量部の割合で配合することがより好ましい。カーボンブラックの配合量が10重量部未満では、加硫・成形したゴムの耐摩耗性が低下し、100重量部を超えると、加硫前における混練時のゴム組成物が増粘して加工性が低下する。   In the rubber composition of the present invention, carbon black is preferably blended at a rate of 10 to 100 parts by weight, more preferably 30 to 80 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of diene rubber. . If the blending amount of carbon black is less than 10 parts by weight, the abrasion resistance of the vulcanized and molded rubber will be reduced. Decreases.

本発明のゴム組成物においては、カーボンブラック100重量部に対して、本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を1〜30重量部の割合で配合することが好ましく、2〜20重量部の割合で配合することがより好ましい。該カップリング剤の配合量が1重量部未満では、加硫・成形して得られるタイヤの転がり抵抗の十分な低減効果が得られない。また、該カップリング剤の配合量が30重量部を超えても、同低減効果はほぼ頭打ちとなり、該カップリング剤の使用量が増えるばかりで経済的ではない。   In the rubber composition of the present invention, the rubber / carbon black coupling agent of the present invention is preferably compounded in an amount of 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of carbon black. It is more preferable to mix in proportions. When the blending amount of the coupling agent is less than 1 part by weight, the effect of sufficiently reducing the rolling resistance of a tire obtained by vulcanization and molding cannot be obtained. Moreover, even if the blending amount of the coupling agent exceeds 30 parts by weight, the reduction effect is almost flattened, and the amount of the coupling agent used is increased, which is not economical.

本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤をジエン系ゴムに配合するタイミングについては、ジエン系ゴムにカーボンブラックを混合する前、または、ジエン系ゴムにカーボンブラックを混合している途中に添加する事が好ましい。   The timing of blending the rubber / carbon black coupling agent of the present invention with the diene rubber is added before mixing the carbon black with the diene rubber or while mixing the carbon black with the diene rubber. Things are preferable.

また、本発明のゴム組成物には、ジエン系ゴム100重量部に対し、加硫剤として可溶性硫黄または不溶性硫黄を使用し、それらの何れか一方もしくは両方を併せて、0.5〜10重量部配合することが好ましく、2〜5重量部配合することがより好ましい。   Further, in the rubber composition of the present invention, soluble sulfur or insoluble sulfur is used as a vulcanizing agent with respect to 100 parts by weight of the diene rubber, and either one or both of them is combined to 0.5 to 10 weights. It is preferable to mix part, more preferably 2 to 5 parts by weight.

この他、本発明のゴム組成物には、従来からゴム用に一般的に使用されているシリカやクレー、タルク等の補強剤や充填剤を配合することができる。これらの配合量は、一般的な量とすることができるが、好ましくは、ジエン系ゴム100重量部に対して、40〜120重量部の割合である。   In addition, the rubber composition of the present invention can be blended with reinforcing agents and fillers such as silica, clay and talc that have been conventionally used for rubber. These compounding amounts can be general amounts, but are preferably 40 to 120 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the diene rubber.

また、スルフェンアミド系等の加硫促進剤、亜鉛華(酸化亜鉛)、酸化マグネシウム等の加硫促進助剤、ナフテンオイル、アロマオイル等のプロセスオイル、ステアリン酸等の分散剤(ワックス)、老化防止剤の他、酸化防止剤、オゾン亀裂防止剤、素練り促進剤、粘着樹脂、加硫遅延剤等を本発明の効果を損なわない範囲において使用することができる。   In addition, vulcanization accelerators such as sulfenamides, vulcanization accelerators such as zinc white (zinc oxide) and magnesium oxide, process oils such as naphthenic oil and aroma oil, dispersants (wax) such as stearic acid, Besides antioxidants, antioxidants, ozone cracking inhibitors, peptizers, adhesive resins, vulcanization retarders, and the like can be used as long as the effects of the present invention are not impaired.

本発明のゴム組成物は、前述の原料をバンバリーミキサーや、オープンロール等の混練機を用いて混練することによって得られる。そして、例えば、カーカスやベルト、ビード、トレッド等のタイヤ用ゴム部材として加硫成型される。   The rubber composition of the present invention can be obtained by kneading the above-described raw materials using a Banbury mixer or a kneader such as an open roll. Then, for example, it is vulcanized and molded as a tire rubber member such as a carcass, a belt, a bead, or a tread.

以下、本発明を対照試験、実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、これらにおいて使用した主な原材料は、以下のとおりである。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to control tests, examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto. The main raw materials used in these are as follows.

[原材料]
・NR:(チョンハットン社製、商品名「SMR―CV60」)
・SBR:(日本ゼオン社製、商品名「ニポール1723」)
・BR:(日本合成ゴム社製、商品名「BR01」)
・カーボンブラック:(旭カーボン社製、商品名「♯70」、BET比表面積77m/g、DBP給油量101ml/100g)
・プロセスオイル:(出光興産社製、商品名「アロマックス3」)
・ステアリン酸:(ミヨシ油脂社製、商品名「MXST」)
・亜鉛華:(正同化学工業社製、商品名「酸化亜鉛2種」)
・加硫剤:(四国化成工業社製、不溶性硫黄含有量:硫黄分として80%、商品名「ミュークロンOT20」)
・加硫促進剤:(大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーCZ−G」)
・老化防止剤:(大内新興化学工業社製、商品名「ノクラック6C」)
[raw materials]
・ NR: (Product name “SMR-CV60” manufactured by Chong Hutton)
・ SBR: (Nippon Zeon, product name "Nipol 1723")
・ BR: (Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd., trade name “BR01”)
Carbon black: (Asahi Carbon Co., Ltd., trade name “# 70”, BET specific surface area 77 m 2 / g, DBP oil supply 101 ml / 100 g)
・ Process oil: (made by Idemitsu Kosan Co., Ltd., trade name “Aromax 3”)
・ Stearic acid: (Miyoshi Oil & Fats, trade name “MXST”)
・ Zinc Hana: (Made by Shodo Chemical Industry Co., Ltd., trade name “Zinc oxide 2 types”)
・ Vulcanizing agent: (manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd., insoluble sulfur content: 80% as sulfur content, trade name “Muclon OT20”)
・ Vulcanization accelerator: (Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd., trade name “Noxeller CZ-G”)
・ Anti-aging agent: (Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd., trade name “NOCRACK 6C”)

実施例において使用したゴム・カーボンブラック用カップリング剤は以下のとおりであり、これらの合成例を参考例1〜4に示す。   The coupling agents for rubber and carbon black used in the examples are as follows, and these synthesis examples are shown in Reference Examples 1 to 4.

[実施例のゴム・カーボンブラック用カップリング剤]
・1,4’−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)ブタン(「C4SBZ」と略記する)
・1,6’−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)ヘキサン(「C6SBZ」と略記する)
・α,α’−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)メタキシレン(「CmXSBZ」と略記する)
・1,4’−ビス(メルカプトベンズイミダゾリル−2)2−trans−ブテン(「C4SVBZ」と略記する)
[Rubber / Carbon Black Coupling Agent in Examples]
1,4′-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) butane (abbreviated as “C4SBZ”)
1,6′-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) hexane (abbreviated as “C6SBZ”)
Α, α'-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) metaxylene (abbreviated as "CmXSBZ")
1,4′-bis (mercaptobenzimidazolyl-2) 2-trans-butene (abbreviated as “C4SVBZ”)

〔参考例1〕
<C4SBZの合成>
2Lのフラスコにエタノール1L、ナトリウムエトキシド136g(2.0モル)、2−メルカプトベンズイミダゾール300g(2.0モル)、1,4−ジブロモブタン216g(1.0モル)を投入して反応液を調製し、内温40で1時間撹拌した後、70℃で3時間撹拌を行った。反応液を室温まで冷却した後、系内の析出物を分離し、水洗、乾燥することにより、目的物のC4SBZを312g(0.88モル、収率88%)得た。
[Reference Example 1]
<Synthesis of C4SBZ>
1 L of ethanol, 136 g (2.0 mol) of sodium ethoxide, 300 g (2.0 mol) of 2-mercaptobenzimidazole, and 216 g (1.0 mol) of 1,4-dibromobutane are charged into a 2 L flask. After stirring at an internal temperature of 40 for 1 hour, stirring was performed at 70 ° C. for 3 hours. After the reaction solution was cooled to room temperature, the precipitate in the system was separated, washed with water and dried to obtain 312 g (0.88 mol, yield 88%) of the desired product C4SBZ.

〔参考例2〕
<C6SBZの合成>
2Lのフラスコにエタノール1L、ナトリウムエトキシド136g(2.0モル)、2−メルカプトベンズイミダゾール300g(2.0モル)、1,6−ジクロロヘキサン155g(1.0モル)を投入して反応液を調製し、内温40で1時間撹拌した後、80℃で5時間撹拌を行った。反応液を室温まで冷却した後、系内の析出物を分離し、水洗、乾燥することにより、目的物のC6SBZを309g(0.81モル、収率81%)得た。
[Reference Example 2]
<Synthesis of C6SBZ>
1 L of ethanol, 136 g (2.0 mol) of sodium ethoxide, 300 g (2.0 mol) of 2-mercaptobenzimidazole, and 155 g (1.0 mol) of 1,6-dichlorohexane were charged into a 2 L flask. After stirring at an internal temperature of 40 for 1 hour, the mixture was stirred at 80 ° C. for 5 hours. After the reaction solution was cooled to room temperature, the precipitate in the system was separated, washed with water and dried to obtain 309 g (0.81 mol, yield 81%) of the desired product C6SBZ.

〔参考例3〕
<CmXSBZの合成>
3Lのフラスコにエタノール2L、ナトリウムエトキシド136g(2.0モル)、2−メルカプトベンズイミダゾール300g(2.0モル)、α、α’−ジクロロメタキシレン175g(1.0モル)を投入して反応液を調製し、内温40で1時間撹拌した後、75℃で7時間撹拌を行った。反応液を室温まで冷却した後、系内の析出物を分離し、水洗、乾燥することにより、目的物のCmXSBZを350g(0.87モル、収率87%)得た。
[Reference Example 3]
<Synthesis of CmXSBZ>
2 L of ethanol, 136 g (2.0 mol) of sodium ethoxide, 300 g (2.0 mol) of 2-mercaptobenzimidazole, and 175 g (1.0 mol) of α, α′-dichlorometaxylene were charged into a 3 L flask. A reaction solution was prepared and stirred at an internal temperature of 40 for 1 hour, and then stirred at 75 ° C. for 7 hours. After cooling the reaction solution to room temperature, the precipitate in the system was separated, washed with water and dried to obtain 350 g (0.87 mol, yield 87%) of the desired product CmXSBZ.

〔参考例4〕
<C4SVBZの合成>
3Lのフラスコにエタノール2L、ナトリウムエトキシド136g(2.0モル)、2−メルカプトベンズイミダゾール300g(2.0モル)、1,4−ジクロロ−2−trans−ブテン125g(1.0モル)を投入して反応液を調製し、内温40で1時間撹拌した後、70℃で7時間撹拌を行った。反応液を室温まで冷却した後、系内の析出物を分離し、水洗、乾燥することにより、目的物のC4SVBZを295g(0.84モル、収率84%)得た。
[Reference Example 4]
<Synthesis of C4SVBZ>
In a 3 L flask, 2 L of ethanol, 136 g (2.0 mol) of sodium ethoxide, 300 g (2.0 mol) of 2-mercaptobenzimidazole, and 125 g (1.0 mol) of 1,4-dichloro-2-trans-butene The reaction mixture was added to prepare a reaction solution, which was stirred at an internal temperature of 40 for 1 hour, and then stirred at 70 ° C. for 7 hours. After the reaction solution was cooled to room temperature, the precipitate in the system was separated, washed with water and dried to obtain 295 g (0.84 mol, yield 84%) of the desired product C4SVBZ.

比較例において使用したゴム・カーボンブラック用カップリング剤は、以下のとおりである。
[比較例のゴム・カーボンブラック用カップリング剤]
・ビス(ジメチルアミノエチル)テトラスルフィド(「DME」と略記する。特許文献1記載の方法に従って合成した。)
・ビス(ジメチルアミノプロピル)テトラスルフィド(「DMP」と略記する。特許文献1記載の方法に従って合成した。)
・ビス(ジメチルアミノピリジニウムヘキシルクロリド)テトラスルフィド(「DPH」と略記する。特許文献2記載の方法に従って合成した。)
The coupling agents for rubber and carbon black used in the comparative examples are as follows.
[Coupling agent for rubber and carbon black of comparative example]
Bis (dimethylaminoethyl) tetrasulfide (abbreviated as “DME”, synthesized according to the method described in Patent Document 1)
Bis (dimethylaminopropyl) tetrasulfide (abbreviated as “DMP”, synthesized according to the method described in Patent Document 1)
Bis (dimethylaminopyridinium hexyl chloride) tetrasulfide (abbreviated as “DPH”, synthesized according to the method described in Patent Document 2)

対照試験、実施例及び比較例で採用した評価試験方法は、以下のとおりである。   The evaluation test methods employed in the control tests, examples and comparative examples are as follows.

[内部損失測定試験]
シート状に加工した未加硫のゴム組成物を、200×200×2mmの金型中で160℃×20分間加熱して加硫し、この加硫ゴムシートから5×20×2mmの短冊状の試験片を切り出した。この試験片を、粘弾性スペクトロメーター(ユービーエム社製、型式Rheosol-G5000)に、掴み具間隔15mmでセットし、雰囲気温度0℃及び60℃で、周波数10Hz、動歪5°の捻り変形を与えて試験片の内部損失[Tanδ]を測定した。
0℃での内部損失[Tanδ(0℃)]は、ウエットグリップ力の指数であり、数値が大きい程、タイヤのウエットグリップ力が大きいと判定される。
60℃での内部損失[Tanδ(60℃)]は、転がり抵抗の指数であり、数値が小さい程、タイヤの転がり抵抗が小さく、低燃費特性が良好であると判定される。
[Internal loss measurement test]
The unvulcanized rubber composition processed into a sheet is vulcanized by heating at 160 ° C. for 20 minutes in a 200 × 200 × 2 mm mold, and a strip of 5 × 20 × 2 mm is formed from this vulcanized rubber sheet. The test piece was cut out. This test piece was set on a viscoelastic spectrometer (Model Rheosol-G5000, manufactured by UBM Co.) with a gripping tool spacing of 15 mm, torsional deformation with an ambient temperature of 0 ° C. and 60 ° C., a frequency of 10 Hz, and a dynamic strain of 5 °. The internal loss [Tanδ] of the test piece was measured.
The internal loss [Tan δ (0 ° C.)] at 0 ° C. is an index of the wet grip force, and it is determined that the wet grip force of the tire is larger as the numerical value is larger.
The internal loss [Tan δ (60 ° C.)] at 60 ° C. is an index of rolling resistance. The smaller the numerical value, the smaller the rolling resistance of the tire and the better the fuel efficiency characteristics.

内部損失測定試験の結果は、表1においては全て対照試験1のウエットグリップ指数、転がり抵抗指数の値を100とした場合の相対値で示し、表2においては全て対照試験2のウエットグリップ指数、転がり抵抗指数の値を100とした場合の相対値で示した。   The results of the internal loss measurement test are all shown in Table 1 as relative values when the value of the wet grip index of the control test 1 and the rolling resistance index is 100, and in Table 2, all of the wet grip index of the control test 2 The relative value when the value of the rolling resistance index is 100 is shown.

〔対照試験1〕
NR、カーボンブラック、プロセスオイル、ステアリン酸を表1記載の組成になるように計量し、これらをバンバリーミキサーを用いて混練し、マスターバッチを調製した。これに、亜鉛華、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤を表1記載の組成になるように添加し、表面温度70℃の2本ロールミキサーを用いて混練し、シート状に加工した未加硫のゴム組成物を調製した。
このゴム組成物について、内部損失測定試験を行ったところ、得られた試験結果は表1に示したとおりであった。
[Control study 1]
NR, carbon black, process oil, and stearic acid were weighed so as to have the composition shown in Table 1, and kneaded using a Banbury mixer to prepare a master batch. To this, zinc oxide, vulcanizing agent, vulcanization accelerator, and anti-aging agent are added so as to have the composition shown in Table 1, kneaded using a two-roll mixer with a surface temperature of 70 ° C., and processed into a sheet form An unvulcanized rubber composition was prepared.
When this rubber composition was subjected to an internal loss measurement test, the test results obtained were as shown in Table 1.

〔実施例1〜6〕
ゴム・カーボンブラック用カップリング剤を使用した以外は、対照試験1の場合と同様にして、表1記載の組成を有するシート状に加工した未加硫のゴム組成物を調製した。
このゴム組成物について内部損失測定試験を行ったところ、得られた試験結果は、表1に示したとおりであった。
[Examples 1 to 6]
An unvulcanized rubber composition processed into a sheet having the composition shown in Table 1 was prepared in the same manner as in Control Test 1 except that a rubber / carbon black coupling agent was used.
When this rubber composition was subjected to an internal loss measurement test, the test results obtained were as shown in Table 1.

〔比較例1〜3〕
実施例1〜6と同様にして、表1記載の組成を有するシート状に加工した未加硫のゴム組成物を調製した。
このゴム組成物について内部損失測定試験を行ったところ、得られた試験結果は、表1に示したとおりであった。
[Comparative Examples 1-3]
In the same manner as in Examples 1 to 6, unvulcanized rubber compositions processed into sheets having the compositions shown in Table 1 were prepared.
When this rubber composition was subjected to an internal loss measurement test, the test results obtained were as shown in Table 1.

〔対照試験2〕
NRの代わりにSBRを使用した以外は、対照試験1と同様にして、表2記載の組成を有するシート状に加工した未加硫のゴム組成物を調製した。
このゴム組成物について内部損失測定試験を行ったところ、得られた試験結果は、表2に示したとおりであった。
[Control study 2]
An unvulcanized rubber composition processed into a sheet having the composition shown in Table 2 was prepared in the same manner as in Control Test 1 except that SBR was used instead of NR.
When this rubber composition was subjected to an internal loss measurement test, the test results obtained were as shown in Table 2.

〔実施例7〜12〕
ゴム・カーボンブラック用カップリング剤を使用した以外は、対照試験2の場合と同様にして、表2記載の組成を有するシート状に加工した未加硫のゴム組成物を調製した。
このゴム組成物について内部損失測定試験を行ったところ、得られた試験結果は、表2に示したとおりであった。
[Examples 7 to 12]
An unvulcanized rubber composition processed into a sheet having the composition shown in Table 2 was prepared in the same manner as in Control Test 2 except that the coupling agent for rubber and carbon black was used.
When this rubber composition was subjected to an internal loss measurement test, the test results obtained were as shown in Table 2.

〔比較例4〜6〕
実施例7〜12と同様にして、表2記載の組成を有するシート状に加工した未加硫のゴム組成物を調製した。
このゴム組成物について内部損失測定試験を行ったところ、得られた試験結果は、表2に示したとおりであった。
[Comparative Examples 4 to 6]
In the same manner as in Examples 7 to 12, unvulcanized rubber compositions processed into sheets having the compositions shown in Table 2 were prepared.
When this rubber composition was subjected to an internal loss measurement test, the test results obtained were as shown in Table 2.

Figure 2013203918
Figure 2013203918

Figure 2013203918
Figure 2013203918

表1及び表2に示した試験結果によれば、本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を配合したゴム組成物の場合には、従来技術のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を配合したゴム組成物の場合に比べ、ウエットグリップ指数は同等を維持しつつ、転がり抵抗性が飛躍的に改善されたものと認められる。   According to the test results shown in Tables 1 and 2, in the case of the rubber composition containing the rubber / carbon black coupling agent of the present invention, the conventional rubber / carbon black coupling agent was added. Compared to the case of the rubber composition, it is recognized that the rolling resistance is drastically improved while maintaining the same wet grip index.

本発明によれば、優れたウエットグリップ性能を有し、転がり抵抗を低減させた低燃費型タイヤを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a fuel-efficient tire that has excellent wet grip performance and reduced rolling resistance.

Claims (2)

化1の化学式(I)で示されるメルカプトベンズイミダゾール化合物を成分とすることを特徴とするゴム・カーボンブラック用カップリング剤。
Figure 2013203918
(式中、Rは、炭素数1〜6の直鎖状または分岐状のアルキル基を表わす。Aは、NHまたはNRを表わす。Rは、炭素数1〜6の直鎖状または分岐状のアルキル基もしくはベンジル基を表わす。Yは、炭素数1〜10の直鎖状または分岐状の二価の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜7の二価の脂環式炭化水素基もしくは炭素数6〜10の二価の芳香族炭化水素基を表わす。)
A rubber / carbon black coupling agent comprising a mercaptobenzimidazole compound represented by the chemical formula (I) of Chemical Formula 1 as a component.
Figure 2013203918
(Wherein R 1 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. A represents NH or NR 2. R 2 represents a linear or 1 to 6 carbon atom or Represents a branched alkyl group or a benzyl group, Y represents a linear or branched divalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, or a divalent alicyclic hydrocarbon group having 3 to 7 carbon atoms. Represents a group or a divalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms.)
請求項1記載のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を配合したことを特徴とするゴム組成物。   A rubber composition comprising the rubber / carbon black coupling agent according to claim 1.
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