JP2018039982A - スチレン/ブタジエンエラストマーを含有するシリカ補強ゴムの製造、ゴム組成物及び部品を有するタイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】沈降シリカ補強ゴム組成物の製造法であり、下記添加剤を混合する方法である。(1)スチレン/ブタジエンエラストマー及び1つ以上の共役ジエン系エラストマーを合計100phr、(2)メルカプト有機アルコキシシランを0.1〜2phr、(3)沈降シリカの20〜120phrとゴム補強カーボンブラックの1〜50phrとを含む補強フィラー、(4)ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィドを含むシリカカプラーの沈降シリカ100重量部当り、2〜5重量部を混合し、硫黄を含むゴム成分を混合する製造法。
【選択図】なし
Description
一態様において、スチレン/ブタジエンエラストマーは、沈降シリカのスチレン/ブタジエンエラストマーへの結合を補助するために、沈降シリカ上のヒドロキシル基(例えばシラノール基)と反応する少なくとも一つの官能基(例えば、シロキシ、アミン及びチオール基の少なくとも一つ)を含有しているという意味において、官能化スチレン/ブタジエンエラストマーでありうる。
(A)少なくとも一つの連続したノンプロダクティブ混合工程(最終のプロダクティブ混合工程の前の混合工程、従って硫黄を含む硫黄硬化剤及び少なくとも一つの硫黄加硫促進剤の不在下)において、
(1)下記を含む100phrのジエン系エラストマー:
(a)約10〜約95、あるいは約40〜約80phrのスチレン/ブタジエンエラストマー、及び
(b)約90〜約5、あるいは約60〜約20phrの少なくとも一つの追加の共役ジエン系エラストマー、
(2)約0.1〜約2、あるいは約0.5〜約1.5phrのメルカプト有機アルコキシシラン(MOAS)(望ましくは、最終のプロダクティブ混合工程を除く第一の連続したノンプロダクティブ混合工程で)、
(3)約20〜約120、あるいは約50〜約100phrの沈降シリカと、約1〜約50、あるいは約3〜約30phrのゴム補強カーボンブラックとを含む補強フィラー、
(4)前記沈降シリカ100重量部あたり約2〜約15、あるいは約5〜約10重量部(phs)の、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィド(TEOSPS)(そのポリスルフィドブリッジ中に平均約2〜約4個、あるいは約2〜約2.6個の連結硫黄原子を含有する)を含むシリカカップラー
を混合し、そして
(B)最終のプロダクティブ混合工程において、硫黄、及び少なくとも一つの硫黄加硫促進剤を含むゴム成分
を混合する
ことによってブレンドする工程を含み、
ここで、TEOSPS対MOASの比率は、約3/1〜約30/1、あるいは約5/1〜約20/1の範囲であり、
ここで、スチレン/ブタジエンエラストマーは、スチレンと1,3−ブタジエンモノマーのコポリマーとして有機溶液重合調製エラストマー(S−SBR)である。
一態様において、S−SBRは、約10〜約45パーセントの範囲、あるいは約15〜約30パーセントの範囲の結合スチレン含量と、そのブタジエン成分を基にして少なくとも12パーセント、あるいは約40〜約70パーセントの範囲のビニル含量を含有する。
さらに本発明に従って、前記方法に従って製造されたゴム組成物を提供する。
さらに本発明に従って、前記ゴム組成物及び前記タイヤは硫黄硬化されて提供される。
一態様において、S−SBR及びFN−SBRのいずれも、スズ又はケイ素結合エラストマーであってもよい。
本実施例では、以下のゴム組成物を評価のために製造した。
対照ゴムサンプルAを、沈降シリカのヒドロキシル基と反応できる官能基を含有しない非官能化スチレン/ブタジエンゴム(S−SBR)を用いて製造した。該ゴム組成物はさらに、天然ゴム、沈降シリカ補強フィラー、及びビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィドを含むシリカカップラーも含有していた。
実験ゴムサンプルCでは、MPTESの形態のMOASを第一のノンプロダクティブ混合段階の後の第二のノンプロダクティブ混合段階(NP2)で添加した。
実験ゴムサンプルEでは、MPTESの形態のMOASを第三のノンプロダクティブ混合段階の後のプロダクティブ(P)混合段階で添加した。
3ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィドを含むシリカカップラー(そのポリスルフィドブリッジ中に平均約2〜約2.6個の範囲の連結硫黄原子を含有する)として、Evonik社製Si266TM
4ステアリン酸、パルミチン酸及びオレイン酸を含む脂肪酸
5Gelest Inc.社製(3−メルカプト)プロピルトリエトキシシラン(MPTES)
6硫黄硬化促進剤として、スルフェンアミド一次促進剤及びジフェニルグアニジン二次促進剤
ゴムサンプルは同じ混合手順によって製造された。すなわち、第一のノンプロダクティブ混合段階(NP1)で、エラストマー、抗酸化剤、及び沈降シリカとカップリング剤の一部のほか、表1に示されたその他の成分を密閉式ゴムミキサーにて約4分間、約160℃の温度になるまで一緒に混合した。次に、得られた混合物を、第二の連続したノンプロダクティブ混合段階(NP2)で、残りの沈降シリカ、シリカカップラー及び示された成分と共に密閉式ゴムミキサーにて約160℃の温度になるまで混合した。ゴム組成物はその後、プロダクティブ混合段階(P)で、硫黄硬化パッケージ、すなわち硫黄及び硫黄硬化促進剤と共に密閉式ゴムミキサーにて約2分間、約115℃の温度になるまで混合された。ゴム組成物は、各ノンプロダクティブ混合段階の合間及び最終のプロダクティブ混合段階の前に、各混合工程の後ごとにその密閉式ミキサーからそれぞれ取り出され、40℃未満に冷却された。
以下の表2に、表1の基本的配合に基づくゴム組成物の硬化挙動及び様々な物理的性質を示す。応力−歪、ホットリバウンド及び摩耗値など、硬化ゴムサンプルについて報告されている場合、ゴムサンプルは約160℃の温度で約14分間硬化された。
本実施例では、以下のゴム組成物を評価のために製造した。
対照ゴムサンプルIは、官能化されたスチレン/ブタジエンゴム(Fn−SBR)とシス1,4−ポリブタジエンエラストマーを、沈降シリカ補強剤を含む補強フィラー及びビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィド(TEOSPS)を含むシリカカップラーと共に含有していた。
実験ゴムサンプルKは、実験ゴムサンプルJと同様であったが、NP1混合段階で0.6phrの(3−メルカプトプロピル)トリエトキシシラン(MPTES)の形態のMOASを含有していた。この量は、100重量部の沈降シリカあたり0.92重量部のMOAS(MPTES)に相当する。
2高シス1,4−ポリブタジエンゴムとして、The Goodyear Tire & Rubber Company社製BUD4001TM、Tg約−102℃
3非官能化スチレン/ブタジエンゴム(S−SBR)、The Goodyear Tire & Rubber Company社製、スチレンと1,3−ブタジエンモノマーのバッチ反応器重合法での溶媒溶液重合により製造、スチレン含量約21パーセント、Tg(ガラス転移温度)約−22℃
4Gelest Inc.社製(3−メルカプト)プロピルトリエトキシシラン(MPTES)
5沈降シリカとして、Solvay社製Zeosil 1165MPTM
6ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィドを含むシリカカップラー(そのポリスルフィドブリッジ中に平均約2〜約2.6個の範囲の連結硫黄原子を含有する)として、Evonik社製Si266
7ステアリン酸、パルミチン酸及びオレイン酸を含む脂肪酸
8硫黄硬化促進剤として、スルフェンアミド一次促進剤及びジフェニルグアニジン二次促進剤
ゴムサンプルは実施例1のようにして製造した。
[発明の態様]
1. 沈降シリカ補強ゴム組成物の製造法であって、前記方法は、100重量部のゴムあたりの重量部(phr)を含むゴム組成物を、
(A)硫黄を含む硫黄硬化剤と少なくとも一つの硫黄加硫促進剤の不在下での少なくとも一つの連続した予備的ノンプロダクティブ混合工程において、
(1)下記を含む100phrのジエン系エラストマー:
(a)約10〜約95phrのスチレン/ブタジエンエラストマー、及び
(b)約90〜約5phrの少なくとも一つの追加の共役ジエン系エラストマー、
(2)約0.1〜約2phrのメルカプト有機アルコキシシラン(MOAS)、
(3)約20〜約120phrの沈降シリカと約1〜約50phrのゴム補強カーボンブラックとを含む補強フィラー、
(4)前記沈降シリカ100重量部あたり約2〜約15重量部(phs)の、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィド(TEOSPS)(そのポリスルフィドブリッジ中に平均約2〜約4個の連結硫黄原子を含有する)を含むシリカカップラー
を混合し、
ここで、TEOSPS対MOASの重量比は、約3/1〜約30/1の範囲であり、次いで
(B)最終のプロダクティブ混合工程において、硫黄、及び少なくとも一つの硫黄加硫促進剤を含むゴム成分を混合する
ことによってブレンドすることを含み、
ここで、スチレン/ブタジエンエラストマーは、スチレンと1,3−ブタジエンモノマーのコポリマーとして有機溶液重合調製エラストマー(S−SBR)である方法。
5.前記MOAS及びTEOSPSの両方とも第一のノンプロダクティブ混合工程で前記ゴム組成物とブレンドされ、前記MOAS又はTEOSPSの少なくとも一つの一部が少なくとも一つのその後の連続したノンプロダクティブ混合工程で前記ゴム組成物とブレンドされる、1の方法。
7.前記スチレン/ブタジエンゴムが、約15〜約40パーセントの範囲の結合スチレン含量と、スチレン/ブタジエンゴムのポリブタジエン部分を基にして、約40〜約70パーセントの範囲のビニル含量を有する、1の方法。
(A)前記連続したノンプロダクティブ混合工程は約140℃〜約170℃の範囲の温度になるまで実施され、前記最終のプロダクティブ混合工程は約100℃〜約120℃の範囲で実施され、そして
(B)前記ゴム組成物は、各工程の後、そのゴムミキサーから取り出されて、約40℃未満の温度に冷却される、
1の方法。
10.前記沈降シリカが、第一のノンプロダクティブ混合工程で前記ゴム組成物とブレンドされる、1の方法。
13.前記メルカプト有機アルコキシシラン(MOAS)が、式(I):
16.15のゴム組成物を含む部品を有するタイヤ。
17.3の方法によって製造されるゴム組成物。
19.4の方法によって製造されるゴム組成物。
Claims (19)
- 沈降シリカ補強ゴム組成物の製造法であって、前記方法は、100重量部のゴムあたりの重量部(phr)を含むことを特徴とするゴム組成物を、
(A)硫黄を含む硫黄硬化剤と少なくとも一つの硫黄加硫促進剤の不在下での少なくとも一つの連続した予備的ノンプロダクティブ混合工程において、
(1)下記を含む100phrのジエン系エラストマー:
(a)10〜95phrのスチレン/ブタジエンエラストマー、及び
(b)90〜5phrの少なくとも一つの追加の共役ジエン系エラストマー、
(2)0.1〜2phrのメルカプト有機アルコキシシラン(MOAS)、
(3)20〜120phrの沈降シリカと1〜50phrのゴム補強カーボンブラックとを含む補強フィラー、
(4)前記沈降シリカ100重量部あたり2〜15重量部(phs)の、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィド(TEOSPS)(そのポリスルフィドブリッジ中に平均2〜4個の連結硫黄原子を含有する)を含むシリカカップラー
を混合し、
ここで、TEOSPS対MOASの重量比は3/1〜30/1の範囲であり、次いで
(B)最終のプロダクティブ混合工程において、硫黄、及び少なくとも一つの硫黄加硫促進剤を含むゴム成分を混合する
ことによってブレンドすることを含み、
ここで、スチレン/ブタジエンエラストマーは、スチレンと1,3−ブタジエンモノマーのコポリマーとして有機溶液重合調製エラストマー(S−SBR)である方法。 - 前記S−SBRが、10〜45パーセントの範囲の結合スチレン含量と、そのブタジエン成分を基にして少なくとも12パーセントのビニル含量を含有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記MOASが、第一のノンプロダクティブ混合工程で前記ゴム組成物とブレンドされ、前記TEOSPSが前記第一のノンプロダクティブ混合工程と前記連続したノンプロダクティブ混合工程の少なくとも一つでブレンドされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記MOAS及びTEOSPSの両方とも第一のノンプロダクティブ混合工程で前記ゴム組成物とブレンドされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記MOAS及びTEOSPSの両方とも第一のノンプロダクティブ混合工程で前記ゴム組成物とブレンドされ、前記MOAS又はTEOSPSの少なくとも一つの一部が少なくとも一つのその後の連続したノンプロダクティブ混合工程で前記ゴム組成物とブレンドされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記スチレン/ブタジエンゴムが、スチレン/ブタジエンゴムのポリブタジエン部分を基にして、10〜80パーセントの範囲のビニル含量を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記スチレン/ブタジエンゴムが、15〜40パーセントの範囲の結合スチレン含量と、スチレン/ブタジエンゴムのポリブタジエン部分を基にして40〜70パーセントの範囲のビニル含量を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記混合工程が、密閉式ゴムミキサー内で実施され、そこでは、
(A)前記連続したノンプロダクティブ混合工程は140℃〜170℃の範囲の温度になるまで実施され、前記最終のプロダクティブ混合工程は100℃〜120℃の範囲で実施され、そして
(B)前記ゴム組成物は、各工程の後、そのゴムミキサーから取り出されて、40℃未満の温度に冷却される
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記ノンプロダクティブ混合工程が、1〜6つの連続したノンプロダクティブ混合工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記沈降シリカが、第一のノンプロダクティブ混合工程で前記ゴム組成物とブレンドされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記沈降シリカの一部が第一のノンプロダクティブ混合工程で前記ゴム組成物とブレンドされ、前記沈降シリカの残りが、前記第一のノンプロダクティブ混合工程の後の少なくとも一つの連続したノンプロダクティブ混合工程で前記ゴム組成物とブレンドされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記S−SBRが、前記沈降シリカ上のヒドロキシル基と反応する官能基を含有する官能化スチレン/ブタジエンゴム(Fn−SBR)であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記メルカプト有機アルコキシシラン(MOAS)が、式(I):
[式中、R1、R2及びR3は、1〜12個の炭素原子を含有するアルキル基及びアルコキシ基の少なくとも一つを含み、ここで、前記基の少なくとも一つはアルコキシ基であり、前記アルコキシ基の少なくとも一つはエトキシ基であり、R4は、1〜18個の炭素原子を含有するアルキレン基である]によって表される化合物を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記MOASが、(3−メルカプトプロピル)トリエトキシシラン(MPTES)、(3−メルカプトプロピル)トリメトキシシラン(MPTMS)、(2−メルカプトエチル)トリエトキシシラン(METES)、(11−メルカプトウンデシル)トリメトキシシラン(MUDTMS)、(3−メルカプトプロピル)トリメチルジエトキシシラン(MPMDES)、(3−メルカプトプロピル)メチルジメトキシシラン(MPMDMS)、(3−メルカプトプロピル)トリメトキシエトキシシラン(MPTMES)、(3−メルカプトプロピル)シラトラン(MPSTR)及び(3−メルカプトプロピル)−3,7,10−トリメチルシラトラン(MPTMSTR)の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法によって製造されることを特徴とするゴム組成物。
- 請求項15に記載のゴム組成物を含むことを特徴とする部品を有するタイヤ。
- 請求項3に記載の方法によって製造されることを特徴とするゴム組成物。
- 請求項17に記載のゴム組成物を含むことを特徴とする部品を有するタイヤ。
- 請求項4に記載の方法によって製造されることを特徴とするゴム組成物。
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