JP2019099700A - タイヤ外層用ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents

タイヤ外層用ゴム組成物及び空気入りタイヤ Download PDF

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Abstract

【課題】低燃費性及び耐オゾン性をバランス良く改善できるタイヤ外層用ゴム組成物、及びこれを用いた空気入りタイヤを提供する。【解決手段】ブタジエンゴムを含むゴム成分と、フェニレンジアミン系老化防止剤と、HLB値が5〜12の界面活性剤とを含有し、前記ブタジエンゴムが、窒素原子を含有する、及び/又は、シス含量が60質量%以下であり、前記ゴム成分100質量%中、前記ブタジエンゴムの含有量が3〜50質量%であり、前記ゴム成分100質量部に対して、前記フェニレンジアミン系老化防止剤の含有量が1〜10質量部、前記界面活性剤の含有量が0.1〜6質量部であり、カーボンブラックの含有量が25質量部未満であるタイヤ外層用ゴム組成物に関する。【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤ外層用ゴム組成物、及び該ゴム組成物を用いて作製したタイヤ外層部材を有する空気入りタイヤに関する。
トレッドやサイドウォール等のタイヤ外層部材には、オゾンによるクラックの発生やその進行を抑制するために、通常、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン(6PPD)、2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン重合体(TMQ)等の老化防止剤やワックスが配合されている。
また、特許文献1では、シス含量が少ないシリカ用変性ブタジエンゴムにより、低燃費性等を向上させる手法が開示されている。
特許第6018207号公報
本発明者が検討したところ、シス含量が少ないブタジエンゴムを配合した場合、耐オゾン性が悪化する傾向があった。これは、シス含量が少なく、ビニル含量、トランス含量が多いことで、ポリマーの集積密度が低く、亀裂発生後の自己修復性が低くなり、耐亀裂成長性が悪化するためであると考えられる。
さらに、上記傾向は軽自動車のタイヤで特に顕著であったが、これは、低燃費性を重視して、オイル量やフィラー量を少なくしていること、また、走行距離が短く、路面で傷ついたタイヤ表面が摩耗で削られる機会が少ないことに起因すると考えられる。
本発明は、前記課題を解決し、低燃費性及び耐オゾン性をバランス良く改善できるタイヤ外層用ゴム組成物、及びこれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、ブタジエンゴムを含むゴム成分と、フェニレンジアミン系老化防止剤と、HLB値が5〜12の界面活性剤とを含有し、前記ブタジエンゴムが、窒素原子を含有する、及び/又は、シス含量が60質量%以下であり、前記ゴム成分100質量%中、前記ブタジエンゴムの含有量が3〜50質量%であり、前記ゴム成分100質量部に対して、前記フェニレンジアミン系老化防止剤の含有量が1〜10質量部、前記界面活性剤の含有量が0.1〜6質量部であり、カーボンブラックの含有量が25質量部未満であるタイヤ外層用ゴム組成物に関する。
前記ブタジエンゴムが、末端変性ブタジエンゴムであることが好ましい。
前記界面活性剤のSP値が8〜12であることが好ましい。
前記ゴム成分100質量部に対して、オイルの含有量が9質量部以下であることが好ましい。
本発明はまた、前記ゴム組成物を用いて作製したタイヤ外層部材を有する空気入りタイヤに関する。
本発明によれば、窒素原子を含有する、及び/又は、シス含量が60質量%以下のBRと、フェニレンジアミン系老化防止剤と、HLB値が5〜12の界面活性剤とを所定量含有し、かつカーボンブラックが所定量以下であるタイヤ外層用ゴム組成物であるため、低燃費性及び耐オゾン性をバランス良く改善できる。
本発明は、窒素原子を含有する、及び/又は、シス含量が60質量%以下のBRと、フェニレンジアミン系老化防止剤と、HLB値が5〜12の界面活性剤とを所定量含有し、かつカーボンブラックが所定量以下であるタイヤ外層用ゴム組成物である。
窒素原子を含有する、及び/又は、シス含量が60質量%以下のブタジエンゴムを配合すると、低燃費性が向上する一方で、耐オゾン性が低下する傾向がある。補強材であるカーボンブラックを減量した場合も、同様の傾向がある。
これに対し、本発明では、上記ブタジエンゴムともに、フェニレンジアミン系老化防止剤と、HLB値が5〜12の界面活性剤とを配合することで、カーボンブラックを減量していても、低燃費性及び耐オゾン性を良好なレベルで両立させることができる。
このような効果は、以下の作用機構によってもたらされると推測される。
6PPD等のフェニレンジアミン系老化防止剤は、ゴム組成物の表面にブリードすることで、オゾンクラックの抑制効果を発揮する。上記ゴム組成物では、上記界面活性剤がフェニレンジアミン系老化防止剤のキャリアとして機能することで、ゴム組成物中のフェニレンジアミン系老化防止剤の濃度勾配が減少し、ゴム組成物の表面にフェニレンジアミン系老化防止剤がブリードしやすくなる。これにより、上記ブタジエンゴムによる低燃費性の向上効果と、カーボンブラックを減量したことによる低燃費性の向上効果とを享受しながら、良好な耐オゾン性も得られると考えられる。
<ゴム成分>
上記ゴム組成物は、ゴム成分として、窒素原子を含有する、及び/又は、シス含量が60質量%以下のブタジエンゴム(BR)を使用する。上記BRは、これらの条件の少なくとも一方を満たすものであればよいが、低燃費性の観点から、両方の条件を満たすものが好ましい。
上記BRが窒素原子を含有する形態として、窒素原子を有する変性剤により、BRの主鎖が変性された形態(主鎖変性BR)、BRの末端が変性された形態(末端変性BR)があるが、低燃費性の観点から、末端変性BRであることが好ましい。
なお、上記BRが変性BRであったとしても、必ずしも窒素原子を有する変性剤で変性されたものに限定されず、他の変性剤で変性されたものであってもよい。
変性BRがシリカ用変性BRである場合、変性剤としては、例えば、アミノ基、アミド基、アルコキシシリル基、イソシアネート基、イミノ基、イミダゾール基、ウレア基、エーテル基、カルボニル基、オキシカルボニル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基、アンモニウム基、イミド基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、カルボキシル基、ニトリル基、ピリジル基、アルコキシ基、水酸基、オキシ基、エポキシ基等の官能基を有する変性剤を用いることができる。なお、これらの官能基は、置換基を有していてもよい。低燃費性の観点から、変性剤は、窒素原子を含む官能基を有する変性剤が好ましく、下記式(1)で表される化合物がより好ましい。
Figure 2019099700
(式中、R、R及びRは、同一若しくは異なって、アルキル基、アルコキシ基、シリルオキシ基、アセタール基、カルボキシル基(−COOH)、メルカプト基(−SH)又はこれらの誘導体を表す。R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又はアルキル基を表す。R及びRは結合して窒素原子と共に環構造を形成してもよい。nは整数を表す。)
式(1)において、R、R及びRとしてはアルコキシ基(好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基)が好適である。R及びRとしてはアルキル基(好ましくは炭素数1〜3のアルキル基)が好適である。nは、好ましくは1〜5、より好ましくは2〜4、更に好ましくは3である。また、R及びRが結合して窒素原子と共に環構造を形成する場合、4〜8員環であることが好ましい。なお、アルコキシ基には、シクロアルコキシ基(シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(フェノキシ基、ベンジルオキシ基等)も含まれる。
式(1)で表される化合物の具体例としては、2−ジメチルアミノエチルトリメトキシシラン、3−ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、2−ジメチルアミノエチルトリエトキシシラン、3−ジメチルアミノプロピルトリエトキシシラン、2−ジエチルアミノエチルトリメトキシシラン、3−ジエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、2−ジエチルアミノエチルトリエトキシシラン、3−ジエチルアミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、3−ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、3−ジメチルアミノプロピルトリエトキシシラン、3−ジエチルアミノプロピルトリメトキシシランが好ましい。
変性BRがカーボンブラック(CB)用変性BRである場合、スズ化合物で変性されたスズ変性BRが好ましい。スズ変性BRとしては、ビニル含量が5〜50質量%、Mw/Mnが2.0以下、スズ原子の含有量が50〜3000ppmのものが好適である。
なお、本明細書において、シス含量(シス−1,4−結合ブタジエン単位量)及びビニル含量(1,2−結合ブタジエン単位量)は、赤外吸収スペクトル分析法によって測定できる。また、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)(東ソー(株)製GPC−8000シリーズ、検出器:示差屈折計、カラム:東ソー(株)製のTSKGEL SUPERMULTIPORE HZ−M)による測定値を基に標準ポリスチレン換算により求めることができる。
上記BRのシス含量は、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下、更に好ましくは38%以下であり、また、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
上記BRのビニル含量は、好ましくは30質量%以下、より好ましくは15質量%以下であり、また、好ましくは1質量%以上、より好ましくは10質量%以上である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
上記BRとしては、例えば、住友化学(株)、日本ゼオン(株)等の製品を使用できる。
ゴム成分100質量%中の上記BRの含有量は、3〜50質量%であればよいが、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上であり、また、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
上記BR以外に使用できるゴム成分としては、イソプレンゴム(IR)、エポキシ化イソプレンゴム、水素添加イソプレンゴム、グラフト化イソプレンゴム、天然ゴム(NR)、脱タンパク質天然ゴム(DPNR)、高純度天然ゴム(UPNR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、水素添加天然ゴム(HNR)、グラフト化天然ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)等のジエン系ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(X−IIR)等の非ジエン系ゴム等が挙げられる。また、上記BR以外のBR(他のBR)も使用可能である。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、他のBR、SBR、NRが好ましく、他のBR、SBRがより好ましい。
他のBRとしては、例えば、シス含量が90質量%を超えるBR(ハイシスBR)、1,2−シンジオタクチックポリブタジエン結晶(SPB)を含むBR等、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なかでも、ハイシスBRが好ましい。
ハイシスBRとしては、ネオジム等の希土類元素系触媒を用いて合成されたBR(希土類系BR)が好ましい。希土類系BRとしては、ランクセス(株)等の製品を使用可能である。
希土類系BRは、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)が、好ましくは1.2以上、より好ましくは1.4以上であり、また、好ましくは4.5以下、より好ましくは2.5以下、更に好ましくは1.8以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
希土類系BRのMwは、好ましくは20万以上、より好ましくは50万以上であり、また、好ましくは90万以下、より好ましくは70万以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
希土類系BRのMnは、好ましくは10万以上、より好ましくは28万以上であり、また、好ましくは60万以下、より好ましくは40万以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
希土類系BRのシス含量は、好ましくは95質量%以上、より好ましくは97質量%以上であり、上限は特に限定されない。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
希土類系BRのビニル含量は、好ましくは1.5質量%以下、より好ましくは0.7質量%以下であり、下限は特に限定されない。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
他のBRを含有する場合、ゴム成分100質量%中の他のBRの含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上であり、また、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
SBRとしては特に限定されず、例えば、乳化重合SBR(E−SBR)、溶液重合SBR(S−SBR)等、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
SBRとしては、例えば、住友化学(株)、JSR(株)、旭化成(株)、日本ゼオン(株)等により製造・販売されているSBRを使用することができる。
また、SBRは、変性SBRであってもよい。変性SBRとしては、上述の変性BRと同様の変性剤で変性されたものを使用でき、式(1)で表される化合物で末端が変性されたものが好適である。
SBRの結合スチレン量は、好ましくは50質量%以下、より好ましくは45質量%以下、更に好ましくは40質量%以下、特に好ましくは35質量%以下であり、また、好ましくは15質量%以上、より好ましくは27質量%以上である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、結合スチレン量は、H−NMR測定により算出される。
SBRを含有する場合、ゴム成分100質量%中のSBRの含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは60質量%以上、更に好ましくは75質量%以上であり、また、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
NRとしては特に限定されず、例えば、SIR20、RSS♯3、TSR20等、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。
NRを含有する場合、ゴム成分100質量%中の他のNRの含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上であり、また、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
<界面活性剤>
上記界面活性剤は、HLB値が5〜12である。HLB値は、界面活性剤の親水性及び疎水性を示す尺度であり、上記範囲内であれば、ゴムとの親和性が良好であり、ゴム組成物中に良好に分散することができる。
本明細書において、界面活性剤は、親水基及び疎水基を有するものである。また、HLB値は、小田法による計算値であり、グリフィン法による計算値ではない。小田法は、例えば「界面活性剤入門」〔2007年三洋化成工業株式会社発行、藤本武彦著〕212頁に記載されている方法である。
HLB≒10×無機性/有機性
上記界面活性剤のHLB値は、5〜12であればよいが、好ましくは6以上、より好ましくは8以上であり、また、好ましくは11.5以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
上記界面活性剤のSP値は、好ましくは8以上、より好ましくは9以上であり、また、好ましくは12以下、より好ましくは11以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、本明細書において、SP値は、化合物の構造に基づいてHoy法によって算出される溶解度パラメーター(Solubility Parameter)を意味する。Hoy法とは、例えば、K.L.Hoy “Table of Solubility Parameters”,Solvent and Coatings Materials Reserch and Development Department,Union Carbites Corp.(1985)に記載された計算方法である。
上記界面活性剤としては、例えば、下記式(I)で表される化合物、下記式(II)で表される化合物、下記式(III)で表される化合物、下記式(IV)で表される化合物、ポリエーテル(A)及び脂肪酸アミド(B)からなる群より選択される少なくとも1種を使用することができる。
Figure 2019099700
(式中、a、b、cは自然数を表す。)
Figure 2019099700
(式中、R11は、炭素数6〜26の炭化水素基を表す。dは自然数を表す。)
Figure 2019099700
(式中、R12及びR13は、同一若しくは異なって、炭素数6〜26の炭化水素基を表す。eは自然数を表す。)
Figure 2019099700
(式中、Xは−CONH−又は−COO−を表す。R14は炭素数7〜23のアルキル基又は炭素数7〜23のアルケニル基を表す。R15は炭素数1〜3のアルキレン基を表す。R16及びR17は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基又は炭素数1〜3のヒドロキシアルキル基を表し、少なくとも1つはヒドロキシアルキル基である。)
まず、式(I)で表される化合物について説明する。
式(I)で表される化合物は、プルロニック型非イオン界面活性剤であり、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー、ポリプロピレングリコールエチレンオキシド付加物とも呼ばれる。プルロニック型非イオン界面活性剤は、両側にエチレンオキシド構造から構成される親水基を有し、この親水基に挟まれるように、プロピレンオキシド構造から構成される疎水基を有する。
式(I)で表される化合物のポリプロピレンオキシドブロックの重合度(式(I)のb)、及びポリエチレンオキシドの付加量(式(I)のa+c)は特に限定されず、使用条件・目的等に応じて適宜選択できる。ポリプロピレンオキシドブロックの割合が高くなる程ゴムとの親和性が高く、ゴム表面に移行する速度が遅くなる傾向がある。本発明の効果がより良好に得られるという理由から、ポリプロピレンオキシドブロックの重合度(式(I)のb)は、好ましくは10以上、より好ましくは20以上、更に好ましくは30以上であり、また、好ましくは100以下、より好ましくは60以下、更に好ましくは40以下である。同様に、ポリエチレンオキシドの付加量(式(I)のa+c)は、好ましくは3以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは25以上であり、また、好ましくは100以下、より好ましくは55以下、更に好ましくは30以下である。
式(I)で表される化合物としては、BASFジャパン(株)、三洋化成工業(株)、旭電化工業(株)、第一工業製薬(株)、日油(株)等により製造・販売されている製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、式(I)で表される化合物、老化防止剤、ワックス等を含む複合ブリード物が雨等で流出した場合にも、タイヤの黒色が数日で回復する。そのため、式(I)で表される化合物を用いることで、タイヤトレッド表面の被膜を数日で再生可能になると考えられる。
次に、式(II)で表される化合物について説明する。
式(II)のR11は、炭素数6〜26の炭化水素基を表す。R11の炭化水素基の炭素数が上記範囲内であると、ブルーム速度が好適となり、本発明の効果がより良好に得られる。
11の炭化水素基の炭素数は、好ましくは8以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは14以上であり、また、好ましくは24以下、より好ましくは22以下、更に好ましくは20以下である。
11の炭素数6〜26の炭化水素基としては、炭素数6〜26のアルケニル基、炭素数6〜26のアルキニル基、炭素数6〜26のアルキル基が挙げられる。
炭素数6〜26のアルケニル基としては、例えば、1−ヘキセニル基、2−ヘキセニル基、1−オクテニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基、イコセニル基、トリコセニル基、ヘキサコセニル基等が挙げられる。
炭素数6〜26のアルキニル基としては、例えば、ヘキシニル基、へプチニル基、オクチニル基、ノニニル基、デシニル基、ウンデシニル基、ドデシニル基、トリデシニル基、テトラデシニル基、ペンタデシニル基、ヘプタデシニル基、オクタデシニル基、イコシニル基、トリコシニル基、ヘキサコシニル基等が挙げられる。
炭素数6〜26のアルキル基としては、例えば、へキシル基、へプチル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、オクタデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、イコシル基、トリコシル基、ヘキサコシル基等が挙げられる。
11としては、炭素数6〜26のアルケニル基、炭素数6〜26のアルキニル基が好ましく、炭素数6〜26のアルケニル基がより好ましい。
式(II)のd(自然数)は、大きいほど親水親油バランスを表すHLB値が高くなり、ゴム表面に移行する速度が速くなる傾向がある。dの値は特に限定されず、使用条件・目的等に応じて適宜選択できるが、好ましくは2以上、より好ましくは4以上、更に好ましくは8以上、特に好ましくは10以上であり、また、好ましくは25以下、より好ましくは20以下、更に好ましくは16以下、特に好ましくは14以下である。
式(II)で表される化合物は、非イオン界面活性剤であり、例えば、エチレングリコールモノオレエート、エチレングリコールモノパルミエート、エチレングリコールモノパルミテート、エチレングリコールモノパクセネート、エチレングリコールモノリノレート、エチレングリコールモノリノレネート、エチレングリコールモノアラキドネート、エチレングリコールモノステアレート、エチレングリコールモノセチルエート、エチレングリコールモノラウレート等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、入手の容易性、コストの点から、エチレングリコールモノオレエート、エチレングリコールモノラウレート、エチレングリコールモノステアレート、エチレングリコールモノパルミテートが好ましい。
次に、式(III)で表される化合物について説明する。
式(III)のR12及びR13は、同一若しくは異なって、炭素数6〜26の炭化水素基を表す。R12及びR13の炭化水素基の炭素数が上記範囲内であると、ブルーム速度が好適となり、本発明の効果がより良好に得られる。
12及びR13の炭化水素基の炭素数は、好ましくは8以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは14であり、また、好ましくは24以下、より好ましくは22以下、更に好ましくは20以下である。
12及びR13の炭素数6〜26の炭化水素基としては、炭素数6〜26のアルケニル基、炭素数6〜26のアルキニル基、炭素数6〜26のアルキル基が挙げられる。
炭素数6〜26のアルケニル基、炭素数6〜26のアルキニル基、炭素数6〜26のアルキル基としては、上述のR11の場合と同様の基が挙げられる。
12及びR13としては、炭素数6〜26のアルケニル基、炭素数6〜26のアルキニル基が好ましく、炭素数6〜26のアルケニル基がより好ましい。
式(III)のe(自然数)は、大きいほど親水親油バランスを表すHLB値が高くなり、ゴム表面に移行する速度が速くなる傾向がある。eの値は特に限定されず、使用条件・目的等に応じて適宜選択できる。なかでも、eとしては、好ましくは2以上、より好ましくは4以上、更に好ましくは8以上、特に好ましくは10以上であり、また、好ましくは25以下、より好ましくは20以下、更に好ましくは16以下、特に好ましくは14以下である。
式(III)で表される化合物は、非イオン界面活性剤であり、例えば、エチレングリコールジオレエート、エチレングリコールジパルミエート、エチレングリコールジパルミテート、エチレングリコールジパクセネート、エチレングリコールジリノレート、エチレングリコールジリノレネート、エチレングリコールジアラキドネート、エチレングリコールジステアレート、エチレングリコールジセチルエート、エチレングリコールジラウレート等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、入手の容易性、コストの点から、エチレングリコールジオレエート、エチレングリコールジラウレート、エチレングリコールジステアレート、エチレングリコールジパルミテートが好ましい。
次に、式(IV)で表される化合物について説明する。
Xは、−CONH−又は−COO−を表す。本発明の効果がより良好に得られるという理由から、Xは−CONH−が好ましい。
14は、炭素数7〜23のアルキル基又は炭素数7〜23のアルケニル基である。該アルキル基及びアルケニル基は、直鎖状、分枝鎖状及び環状の何れでもよいが、直鎖状が好ましい。例えば、オクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、ヘンイコシル基、トリコシル基等のアルキル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ヘプタデセニル基等のアルケニル基が挙げられる。
本発明の効果がより良好に得られるという理由から、R14のアルキル基及びアルケニル基の炭素数は、好ましくは9以上、より好ましくは11以上であり、また、好ましくは21以下、より好ましくは19以下である。
14としては、本発明の効果がより良好に得られるという理由から、アルキル基が好ましい。
15は、炭素数1〜3のアルキレン基である。該アルキレン基は、直鎖状及び分枝鎖状の何れでもよいが、直鎖状が好ましい。
炭素数1〜3のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基が挙げられる。
16及びR17は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基又は炭素数1〜3のヒドロキシアルキル基を表し、少なくとも1つはヒドロキシアルキル基である。
炭素数1〜3のアルキル基は、直鎖状、分枝鎖状及び環状の何れでもよいが、直鎖状が好ましい。炭素数1〜3のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基が挙げられる。
炭素数1〜3のヒドロキシアルキル基は、直鎖状、分枝鎖状及び環状の何れでもよいが、直鎖状が好ましい。炭素数1〜3のヒドロキシアルキル基のアルキル基(すなわち、炭素数1〜3のアルキル基)としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基が挙げられる。
16及びR17としては、本発明の効果がより良好に得られるという理由から、一方が水素原子、もう一方がヒドロキシアルキル基であることが好ましい。
式(IV)で表される化合物の具体例としては、例えば、ラウリン酸アミドエチルアミノエタノール、ステアリン酸アミドエチルアミノエタノール等の脂肪酸アミドエチルアミノエタノール;ラウリン酸エステルエチルアミノエタノール、ステアリン酸エステルエチルアミノエタノール等の脂肪酸エステルエチルアミノエタノール;ステアリン酸アミド(Nメチル)エチルアミノエタノール、ステアリン酸アミド(Nエタノール)エチルアミノエタノール、ラウリン酸アミドメチルアミノエタノール、ステアリン酸アミドメチルアミノエタノール、ラウリン酸アミドプロピルアミノエタノール、ステアリン酸アミドプロピルアミノエタノール、ラウリン酸アミドエチルアミノメタノール、ステアリン酸アミドエチルアミノメタノール、ラウリン酸アミドエチルアミノプロパノール、ステアリン酸アミドエチルアミノプロパノール、ステアリン酸エステル(Nメチル)エチルアミノエタノール、ステアリン酸エステル(Nエタノール)エチルアミノエタノール、ラウリン酸エステルメチルアミノエタノール、ステアリン酸エステルメチルアミノエタノール、ラウリン酸エステルプロピルアミノエタノール、ステアリン酸エステルプロピルアミノエタノール、ラウリン酸エステルエチルアミノメタノール、ステアリン酸エステルエチルアミノメタノール、ラウリン酸エステルエチルアミノプロパノール、ステアリン酸エステルエチルアミノプロパノール等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、本発明の効果がより良好に得られるという理由から、脂肪酸アミドエチルアミノエタノールが好ましく、ラウリン酸アミドエチルアミノエタノールがより好ましい。
式(IV)で表される化合物は公知の方法により合成でき、例えば、脂肪酸又は脂肪酸メチルエステルと2−(2−アミノエチルアミノ)エタノールを混合し、120℃〜180℃で加熱し、生成した水又はメタノールを留去することで、脂肪酸アミドエチルアミノエタノールを得ることができる。
次に、ポリエーテル(A)について説明する。
ポリエーテル(A)としては、2連鎖以上のポリエチレンオキシドの平均質量が、ポリエチレンオキシドの質量の85%以下のもの、すなわち、連鎖エチレンオキシド含量が85%以下のものを好適に使用できる。
ここで、「連鎖エチレンオキシド含量」とは、ポリエーテルに含まれる全ポリエチレンオキシドに対する2連鎖以上のポリエチレンオキシドの割合を表し、下記式で計算される。
連鎖エチレンオキシド含量(%)=2連鎖以上のエチレンオキシドの平均個数/全エチレンオキシドの個数×100(%)
なお、2連鎖以上のポリエチレンオキシドとは、エチレンオキサイド(EO)単位が2単位以上連鎖したもので、−EO−EO−(2連鎖)、−EO−EO−EO−(3連鎖)、等で示されるものである。
例えば、エチレンオキシド(EO)モノマーが4つ、プロピレンオキシド(PO)モノマーが1つのポリエーテルの場合、連鎖エチレンオキシド含量は下記のとおり算出される。
Figure 2019099700
連鎖エチレンオキシド含量(%)
=2連鎖以上のEOの平均個数/全EOの個数×100(%)
=(1/5×4+1/5×3+1/5×4+1/5×3+1/5×4)/4×100(%)
=3.6/4×100=90(%)
ポリエーテル(A)の連鎖エチレンオキシド含量は、好ましくは85質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは75質量%以下である。下限は特に限定されない。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
ポリエーテル(A)の数平均分子量(スチレン換算値)は300以上が好ましく、1,500以上がより好ましく、2,000以上が更に好ましい。また、50,000以下が好ましく、40,000以下がより好ましく、20,000以下が更に好ましい。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
ポリエーテル(A)は、R21−O−(R22−O)−R23、又はR24−{(O−R22−O)−R21で表されるものであることが好ましい。ここで、R21、R23は、水素又は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、脂環族炭化水素基、芳香族炭化水素基、アルカノイル基であり、炭素に結合する水素を芳香族炭化水素基で置換したものでもよい。R22は、同一若しくは異なって、炭素数2〜10の2価の脂肪族炭化水素基又は2価の脂環族炭化水素基であり、炭素に結合する水素を芳香族炭化水素基で置換したものでもよい。R24は、3個以上の水酸基を有する化合物(a)から水酸基を除いた残基である。x及びyは整数を表し、連鎖エチレンオキシド含量が前述の範囲を満たす限り、任意に選択できるが、1〜40が好ましい。
21、R23としては特に限定されず、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ステアリル基、オレイル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、フェニル基、トルイル基、ナフチル基、ピリジル基、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ヘキシノイル基、オクチノイル基、オクタデカノイル基、オレオイル基、ベンゾイル基、等が挙げられる。
22としては特に限定されず、例えば、エチレン基、プロパン−1,2−ジイル基、ブタン−1,2−ジイル基、(2−メチル)プロパン−1,2−ジイル基、ヘキサン−1,2−ジイル基、オクタン−1,2−ジイル基、(1−フェニル)エタン−1,2−ジイル基、(1−フェニル)プロパン−1,2−ジイル基、シクロヘキサン−1,2−ジイル基、シクロオクタン−1,2−ジイル基、等が挙げられる。
3個以上の水酸基を有する化合物(a)としては特に限定されず、例えば、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、単糖類、多糖類、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、等が挙げられる。
ポリエーテル(A)としては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、2−メチルプロピレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、等のオキシラン化合物を単独重合又は共重合させて得られるポリアルキレングリコール;該ポリアルキレングリコールの水酸基の水素をアルキル基で置換した化合物(ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンジアルキルエーテル等);該ポリアルキレングリコールの水酸基を有機酸と脱水反応させた化合物;多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物;等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリエーテル(A)としては、三洋化成工業(株)、(株)ADEKA、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ(株)等により製造・販売されている製品を使用できる。
次に、脂肪酸アミド(B)について説明する。
脂肪酸アミド(B)は、飽和脂肪酸アミドでも不飽和脂肪酸アミドでもよい。飽和脂肪酸アミドとしては、例えば、N−(1−オキソオクタデシル)サルコシン、ステアリン酸アミド、ベヘニン酸アミド等が挙げられる。不飽和脂肪酸アミドとしては、例えば、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、脂肪酸アミド(B)は、脂肪酸アルカノールアミドであってもよい。脂肪酸アルカノールアミドは、脂肪酸モノアルカノールアミド、脂肪酸ジアルカノールアミドのいずれでもよいが、炭素数2〜3のヒドロキシアルキル基を有するものが好ましい。脂肪酸アルカノールアミドの具体例としては、パルミチン酸モノエタノールアミド、パルミチン酸メチルエタノールアミド、パルミチン酸ジエタノールアミド、オレイン酸モノエタノールアミド、オレイン酸メチルエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド、ラウリン酸モノエタノールアミド、ラウリン酸メチルエタノールアミド、ラウリン酸ジエタノールアミド、パーム核油脂肪酸モノエタノールアミド、パーム核油脂肪酸メチルエタノールアミド、パーム核油脂肪酸ジエタノールアミド、ヤシ油脂肪酸モノエタノールアミド、ヤシ油脂肪酸メチルエタノールアミド、ヤシ油脂肪酸ジエタノールアミド等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なかでも、ヤシ油脂肪酸メチルエタノールアミドが好ましい。
脂肪酸アミド(B)としては、日油(株)、花王(株)等により製造・販売されている製品を使用できる。
脂肪酸アミド(B)は、脂肪酸金属塩との混合物であってもよい。
脂肪酸金属塩を構成する脂肪酸としては、特に限定されないが、飽和又は不飽和脂肪酸(好ましくは炭素数6〜28(より好ましくは炭素数10〜25、更に好ましくは炭素数14〜20)の飽和又は不飽和脂肪酸)が挙げられ、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、ネルボン酸等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なかでも、飽和脂肪酸が好ましく、炭素数14〜20の飽和脂肪酸がより好ましい。
また、脂肪酸金属塩を構成する金属としては、例えば、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属、亜鉛、ニッケル、モリブデン等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なかでも、亜鉛、カルシウムが好ましい。
脂肪酸アミド(B)と脂肪酸金属塩との混合物としては、脂肪酸カルシウムと脂肪酸アミドとの混合物であるストラクトール社製のWB16等を使用することができる。
なお、式(IV)で表される化合物は、脂肪酸アミド(B)には含まれない。
上記で説明した界面活性剤の中では、本発明の効果がより良好に得られるという理由から、式(I)で表される化合物、式(IV)で表される化合物、ポリエーテル(A)、脂肪酸アミド(B)が好ましい。さらに、耐オゾン性やウェットグリップ性能の面で有利であるという点では、式(I)で表される化合物が好ましく、離型性の面で有利であるという点では、脂肪酸アミド(B)が好ましい。
上記界面活性剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.1〜6質量部であればよいが、好ましくは0.2質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上、更に好ましくは0.7質量部以上であり、また、好ましくは5質量部以下、より好ましくは4質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
<老化防止剤>
上記ゴム組成物は、フェニレンジアミン系老化防止剤を含有する。
フェニレンジアミン系老化防止剤としては特に限定されず、例えば、N−イソプロピル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、N,N’−ジ−2−ナフチル−p−フェニレンジアミン等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なかでも、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン(6PPD)が好ましい。
フェニレンジアミン系老化防止剤としては、例えば、精工化学(株)、住友化学(株)、大内新興化学工業(株)、フレクシス社等の製品を使用できる。
フェニレンジアミン系老化防止剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、1〜10質量部であればよいが、好ましくは1.5質量部以上、より好ましくは2質量部以上であり、また、好ましくは6質量部以下、より好ましくは5質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
フェニレンジアミン系老化防止剤は、他の老化防止剤と併用してもよい。
他の老化防止剤としては特に限定されず、例えば、フェニル−α−ナフチルアミン等のナフチルアミン系老化防止剤;オクチル化ジフェニルアミン、4,4’−ビス(α,α’−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン等のジフェニルアミン系老化防止剤;2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン重合体等のキノリン系老化防止剤;2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、スチレン化フェノール等のモノフェノール系老化防止剤;テトラキス−[メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン等のビス、トリス、ポリフェノール系老化防止剤等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、キノリン系老化防止剤が好ましく、2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン重合体(TMQ)がより好ましい。
他の老化防止剤を含有する場合、他の老化防止剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上であり、また、好ましくは3質量部以下、より好ましくは2質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
<パラフィンワックス>
上記ゴム組成物は、パラフィンワックスを含有することが好ましい。これにより、より良好な耐オゾン性が得られる。
ここで、パラフィンワックスとは、炭素数20以上のアルカンと定義できるが、広い温度域で優れた耐オゾン性(オゾンクラック性能)が得られるという理由から、炭素数20以上のノルマルアルカン(直鎖アルカン)を主として含むものが好ましい(本明細書においては、炭素数20以上のノルマルアルカンを単に「ノルマルアルカン」とも称する)。特に優れた耐オゾン性が得られるという理由から、パラフィンワックス100質量%中のノルマルアルカンの含有量は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは85質量%以上である。
なお、パラフィンワックスは、1種を単独で用いてもよく、炭素数分布やノルマル比率(全アルカン中のノルマルアルカンの比率)が異なる他品種のワックスと合わせ2種以上を併用してもよい。
パラフィンワックスとしては、例えば、大内新興化学工業(株)、日本精鑞(株)、精工化学(株)等の製品を使用できる。
パラフィンワックスを含有する場合、パラフィンワックスの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは2質量部以上であり、また、好ましくは8質量部以下、より好ましくは6質量部以下、更に好ましくは6質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
パラフィンワックスを含有する場合、パラフィンワックス中のノルマルアルカンの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.3質量部以上、より好ましくは0.8質量部以上、更に好ましくは1.2質量部以上であり、また、好ましくは5質量部以下、より好ましくは3質量部以下、更に好ましくは2質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
パラフィンワックス中のノルマルアルカンと上記界面活性剤との含有比率(ノルマルアルカン/界面活性剤)は、質量基準で、好ましくは0.3以上、好ましくは0.5以上、より好ましくは0.6以上であり、また、好ましくは3以下、より好ましくは2以下、更に好ましくは1.5以下である。上記範囲内であると、タイヤトレッド表面に、均一で柔軟性のある皮膜を形成することができ、特に優れた耐オゾン性が得られる。
<レジン>
上記ゴム組成物は、レジンを含有してもよい。
レジンとしては、例えば、芳香族ビニル重合体、クマロンインデン樹脂、インデン樹脂、ロジン樹脂、テルペン系樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
芳香族ビニル重合体は、α−メチルスチレン及び/又はスチレンを重合して得られる樹脂であり、スチレンの単独重合体、α−メチルスチレンの単独重合体、α−メチルスチレンとスチレンとの共重合体等が挙げられる。なかでも、本発明の効果がより良好に得られるという理由から、α−メチルスチレンとスチレンとの共重合体が好ましい。
クマロンインデン樹脂は、樹脂の骨格(主鎖)を構成する主なモノマー成分として、クマロン及びインデンを含む樹脂であり、クマロン、インデン以外に骨格に含まれるモノマー成分としては、スチレン、α−メチルスチレン、メチルインデン、ビニルトルエン等が挙げられる。
インデン樹脂は、樹脂の骨格(主鎖)を構成する主なモノマー成分として、インデンを含む樹脂である。
ロジン樹脂は、天然ロジン、重合ロジン、変性ロジン、これらのエステル化合物、又は、これらの水素添加物に代表される樹脂である。
テルペン系樹脂としては、テルペン化合物を重合して得られるポリテルペン樹脂や、テルペン化合物と芳香族化合物とを重合して得られる芳香族変性テルペン樹脂等を使用できる。また、これらの水素添加物を使用することもできる。
ポリテルペン樹脂は、テルペン化合物を重合して得られる樹脂である。該テルペン化合物は、(Cの組成で表される炭化水素及びその含酸素誘導体で、モノテルペン(C1016)、セスキテルペン(C1524)、ジテルペン(C2032)等に分類されるテルペンを基本骨格とする化合物であり、例えば、α−ピネン、β−ピネン、ジペンテン、リモネン、ミルセン、アロオシメン、オシメン、α−フェランドレン、α−テルピネン、γ−テルピネン、テルピノレン、1,8−シネオール、1,4−シネオール、α−テルピネオール、β−テルピネオール、γ−テルピネオール等が挙げられる。
ポリテルペン樹脂としては、上述したテルペン化合物を原料とするピネン樹脂、リモネン樹脂、ジペンテン樹脂、ピネン/リモネン樹脂等が挙げられる。なかでも、重合反応が容易である点、天然松脂が原料のため、安価であるという点から、ピネン樹脂が好ましい。ピネン樹脂は、通常、異性体の関係にあるα−ピネン及びβ−ピネンの両方を含んでいるが、含有する成分の違いにより、β−ピネンを主成分とするβ−ピネン樹脂と、α−ピネンを主成分とするα−ピネン樹脂とに分類される。
芳香族変性テルペン樹脂としては、テルペン化合物及びフェノール系化合物を原料とするテルペンフェノール樹脂や、テルペン化合物及びスチレン系化合物を原料とするテルペンスチレン樹脂等が挙げられる。また、テルペン化合物、フェノール系化合物及びスチレン系化合物を原料とするテルペンフェノールスチレン樹脂を使用することもできる。
なお、フェノール系化合物としては、例えば、フェノール、ビスフェノールA、クレゾール、キシレノール等が挙げられる。また、スチレン系化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン等が挙げられる。
アクリル系樹脂としては、カルボキシル基を有し、芳香族ビニルモノマー成分とアクリル系モノマー成分とを共重合して得られる、スチレンアクリル樹脂等を使用できる。
アクリル系樹脂を構成するアクリル系モノマー成分としては、例えば、(メタ)アクリル酸や、(メタ)アクリル酸エステル(2エチルヘキシルアクリレート等のアルキルエステル、アリールエステル、アラルキルエステル等)、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミド誘導体等の(メタ)アクリル酸誘導体が挙げられる。なお、(メタ)アクリル酸は、アクリル酸及びメタクリル酸の総称である。
アクリル系樹脂を構成する芳香族ビニルモノマー成分としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルナフタレン、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等の芳香族ビニルが挙げられる。
本発明の効果がより良好に得られるという理由から、上記で説明したレジンの中では、芳香族ビニル重合体、クマロンインデン樹脂、テルペン系樹脂が好ましい。
レジンのSP値は、ゴム成分との相溶性の観点から、好ましくは11以下、より好ましくは10以下、更に好ましくは9.5以下であり、また、好ましくは6.5以上、より好ましくは7.5以上、更に好ましくは8.7以上である。
レジンの軟化点は、ゴム成分との相溶性の観点から、好ましくは−10℃以上、より好ましくは0℃以上、更に好ましくは10℃以上であり、また、好ましくは170℃以下、より好ましくは150℃以下、更に好ましくは130℃以下である。
なお、本明細書において、軟化点とは、JIS K6220:2001に規定される軟化点を環球式軟化点測定装置で測定し、球が降下した温度である。
レジンのガラス転移温度(Tg)は、ゴム成分との相溶性の観点から、好ましくは−30℃以上であり、また、好ましくは100℃以下、より好ましくは80℃以下、更に好ましくは70℃以下である。
レジンとしては、例えば、丸善石油化学(株)、住友ベークライト(株)、ヤスハラケミカル(株)、東ソー(株)、Rutgers Chemicals社、BASF社、アリゾナケミカル社、日塗化学(株)、(株)日本触媒、JXエネルギー(株)、荒川化学工業(株)、田岡化学工業(株)、東亞合成(株)等の製品を使用できる。
レジンを含有する場合、レジンの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは4質量部以上であり、また、好ましくは10質量部以下、より好ましくは8質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
<カーボンブラック>
上記ゴム組成物は、ゴム成分100質量部に対するカーボンブラックの含有量が25質量部未満である。
使用できるカーボンブラックとしては、特に限定されないが、N134、N110、N220、N234、N219、N339、N330、N326、N351、N550、N762等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは50m/g以上、より好ましくは100m/g以上であり、また、好ましくは200m/g以下、より好ましくは150m/g以下である。上記範囲内であると、本発明の効果が好適に得られる。
なお、本明細書において、カーボンブラックのNSAは、JIS K6217−2:2001に準拠して測定される値である。
カーボンブラックとしては、例えば、旭カーボン(株)、キャボットジャパン(株)、東海カーボン(株)、三菱化学(株)、ライオン(株)、新日化カーボン(株)、コロンビアカーボン社等の製品を使用できる。
上記ゴム組成物がカーボンブラックを含有する場合、カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、25質量部以下であればよいが、好ましくは20質量部以下、更に好ましくは10質量部以下であり、また、好ましくは3質量部以上、より好ましくは5質量部以上である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる。
<シリカ>
上記ゴム組成物は、シリカを含有することが好ましい。
シリカとしては特に限定されず、例えば、乾式法シリカ(無水シリカ)、湿式法シリカ(含水シリカ)等を用いることができるが、シラノール基が多いという理由から、湿式法シリカ(含水シリカ)が好ましい。
シリカの窒素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは70m/g以上、より好ましくは150m/g以上であり、また、好ましくは300m/g以下、より好ましくは200m/g以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、シリカのNSAは、ASTM D3037−81に準じてBET法で測定される値である。
シリカとしては、例えば、デグッサ社、ローディア社、東ソー・シリカ(株)、ソルベイジャパン(株)、(株)トクヤマ等の製品を使用できる。
シリカを含有する場合、シリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは30質量部以上、より好ましくは45質量部以上、更に好ましくは60質量部以上であり、また、好ましくは200質量部以下、より好ましくは150質量部以下、更に好ましくは100質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
<シランカップリング剤>
シリカは、シランカップリング剤と併用することが好ましい。
シランカップリング剤としては、特に限定されず、例えば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)トリスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)ジスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)ジスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリエトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、等のスルフィド系、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシラン、Momentive社製のNXT、NXT−Z等のメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニル系、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、等のグリシドキシ系、3−ニトロプロピルトリメトキシシラン、3−ニトロプロピルトリエトキシシラン等のニトロ系、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン等のクロロ系等があげられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある点から、メルカプト系シランカップリング剤が好ましい。
シランカップリング剤としては、例えば、デグッサ社、Momentive社、信越シリコーン(株)、東京化成工業(株)、アヅマックス(株)、東レ・ダウコーニング(株)等の製品を使用できる。
シランカップリング剤を含有する場合、シランカップリング剤の含有量は、シリカ100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、より好ましくは5質量部以上、更に好ましくは8質量部以上であり、また、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
<オイル>
上記ゴム組成物は、オイルを含んでもよい。
オイルとしては、例えば、プロセスオイル、植物油脂、又はその混合物が挙げられる。プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系プロセスオイル、アロマ系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル等を用いることができる。植物油脂としては、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落花生湯、ロジン、パインオイル、パインタール、トール油、コーン油、こめ油、べに花油、ごま油、オリーブ油、ひまわり油、パーム核油、椿油、ホホバ油、マカデミアナッツ油、桐油等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、本発明の効果が良好に得られるという理由から、プロセスオイルが好ましく、アロマ系プロセスオイルがより好ましい。
オイルを含有する場合、オイルの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上であり、また、好ましくは9質量部以下、より好ましくは6質量部以下、より好ましくは4質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
<ステアリン酸>
上記ゴム組成物は、ステアリン酸を含有してもよい。
ステアリン酸としては、従来公知のものを使用でき、例えば、日油(株)、NOF社、花王(株)、和光純薬工業(株)、千葉脂肪酸(株)等の製品を使用できる。
ステアリン酸を含有する場合、ステアリン酸の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上であり、また、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
<酸化亜鉛>
上記ゴム組成物は、酸化亜鉛を含有してもよい。
酸化亜鉛としては、従来公知のものを使用でき、例えば、三井金属鉱業(株)、東邦亜鉛(株)、ハクスイテック(株)、正同化学工業(株)、堺化学工業(株)等の製品を使用できる。
酸化亜鉛を含有する場合、酸化亜鉛の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上であり、また、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
<硫黄>
上記ゴム組成物は硫黄を含有してもよい。
硫黄としては、ゴム工業において一般的に用いられる粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄、可溶性硫黄等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
硫黄としては、例えば、鶴見化学工業(株)、軽井沢硫黄(株)、四国化成工業(株)、フレクシス社、日本乾溜工業(株)、細井化学工業(株)等の製品を使用できる。
硫黄を含有する場合、硫黄の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上であり、また、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下、更に好ましくは3質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
<加硫促進剤>
上記ゴム組成物は、加硫促進剤を含有してもよい。
加硫促進剤としては、2−メルカプトベンゾチアゾール、ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド等のチアゾール系加硫促進剤;テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラベンジルチウラムジスルフィド(TBzTD)、テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド(TOT−N)等のチウラム系加硫促進剤;N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N−オキシエチレン−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N−オキシエチレン−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N,N′−ジイソプロピル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド等のスルフェンアミド系加硫促進剤;ジフェニルグアニジン、ジオルトトリルグアニジン、オルトトリルビグアニジン等のグアニジン系加硫促進剤を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、本発明の効果がより良好に得られるという理由から、スルフェンアミド系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤が好ましい。
加硫促進剤を含有する場合、加硫促進剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上であり、また、好ましくは10質量部以下、より好ましくは7質量部以下である。上記範囲内であると、本発明の効果がより良好に得られる傾向がある。
上記ゴム組成物には、前記成分の他、タイヤ工業において一般的に用いられている添加剤、例えば、有機過酸化物;炭酸カルシウム、タルク、アルミナ、クレー、水酸化アルミニウム、マイカ等の充填剤;等を更に配合してもよい。これらの添加剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.1〜200質量部が好ましい。
上記ゴム組成物の製造方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、前記各成分をオープンロール、バンバリーミキサー、ニーダー等のゴム混練装置を用いて混練し、その後加硫する方法等により製造できる。
混練条件としては、加硫剤及び加硫促進剤以外の添加剤を混練するベース練り工程では、混練温度は、通常100〜180℃、好ましくは120〜170℃である。加硫剤、加硫促進剤を混練する仕上げ練り工程では、混練温度は、通常120℃以下、好ましくは85〜110℃である。また、加硫剤、加硫促進剤を混練した組成物は、通常、プレス加硫等の加硫処理が施される。加硫温度としては、通常140〜190℃、好ましくは150〜185℃である。
上記ゴム組成物は、トレッド、サイドウォール、クリンチ、ウイング等のタイヤ外層部材に使用でき、特に、トレッド(キャップトレッド)、サイドウォールに好適である。
<空気入りタイヤ>
本発明の空気入りタイヤは、上記ゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。
すなわち、前記成分を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でトレッド等の形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することによりタイヤを得る。
上記空気入りタイヤは、乗用車用タイヤ、大型乗用車用タイヤ、大型SUV用タイヤ、トラック、バス等の重荷重用タイヤ、ライトトラック用タイヤ、二輪自動車用タイヤ等に使用可能である。
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
以下、実施例及び比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
<NR>
TSR
<BR1>
ランクセス(株)製のCB25(Nd系触媒を用いて合成したBR(Nd系BR)、シス含量:97質量%、ビニル含量:0.7質量%、Mw/Mn:1.78、Mw:50万、Mn:28万)
<BR2>
宇部興産(株)製のBR150B(Co系触媒を用いて合成したBR(Co系BR)、シス含量:96質量%、ビニル含量:2.1質量%、Mw/Mn:2.30、Mw:44万、Mn:19万)
<シリカ用変性BR1>
製造例1で作製した末端変性BR(シス含量:38質量%、ビニル含量:13質量%、変性剤:式(1)のR、R及びR=−OCH、R及びR=−CH、n=3)
<シリカ用変性BR2>
住友化学(株)製の末端変性BR(シス含量:37質量%、ビニル含量:15質量%、変性剤:式(1)のR、R及びR=−OCH、R及びR=−CHCH、n=3)
<CB用変性BR>
日本ゼオン(株)製のBR1250H(末端がスズ原子で変性されたスズ変性BR、ビニル含量:10質量%、シス含量:40質量%、トランス含量:50質量%、Mw/Mn:1.40、Mw:46万、Mn:33万、スズ原子の含有量:250ppm)
<シリカ用変性SBR1>
製造例2で作製した末端変性SBR(結合スチレン量:27質量%、変性剤:式(1)のR、R及びR=−OCH、R及びR=−CH、n=3)
<シリカ用変性SBR2>
製造例3で作製した末端変性SBR(結合スチレン量:37質量%、変性剤:式(1)のR、R及びR=−OCH、R及びR=−CH、n=3)
<カーボンブラックN220>
キャボットジャパン(株)製のショウブラックN220(NSA:114m/g)
<シリカ>
エボニックデグッサ社製のウルトラジルVN3(NSA:175m/g)
<シランカップリング剤>
エボニックデグッサ社製のSi75(ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド)
<レジン1>
アリゾナケミカル社製のSylvatraxx4401(α−メチルスチレン系樹脂(α−メチルスチレンとスチレンとの共重合体)、SP値:8.81、軟化点:85℃、Tg:43℃)
<レジン2>
ヤスハラケミカル(株)製のYSレジンTO125(芳香族変性テルペン樹脂、SP値:8.73、軟化点:125℃、Tg:64℃)
<レジン3>
Rutgers Chemicals社製のNOVARES C10(クマロンインデン樹脂、SP値:8.8、軟化点:10℃、Tg:−30℃)
<界面活性剤1>
ストラクトール社製のWB16(脂肪酸カルシウム及び脂肪酸アミドの混合物(脂肪酸アミド(B)に該当)、HLB値:8.3、SP値:10.0)
<界面活性剤2>
日油(株)製のオレイン酸アミド(脂肪酸アミド(B)に該当、HLB値:6.3、SP値:10.2)
<界面活性剤3>
三洋化成工業(株)製のニューポールPE−64(プルロニック型非イオン界面活性剤(PEG/PPG−25/30コポリマー、式(I)で表される化合物に該当)、式(I)のa+c:25、b:30、HLB値:10.9、SP値:9.2)
<界面活性剤4>
三洋化成工業(株)製のニューポール50HB−100(ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブチルエーテル(ポリエーテル(A)に該当)、EO平均付加モル数:5、PO平均付加モル数:5、エチレンオキシド含有率:43.2%、連鎖エチレンオキシド含量:66.7%、HLB値:11.2、SP値:9.5)
<界面活性剤5>
三洋化成工業(株)製のラウリン酸アミドエチルアミノエタノール(下記式で表される化合物(式(IV)で表される化合物に該当)、HLB値:8.5、SP値:10.5)
Figure 2019099700
<界面活性剤6>
花王(株)製のアミノーンC−11S(ヤシ油脂肪酸メチルエタノールアミド(脂肪酸アミド(B)に該当)、Mw:約260、HLB値:10.0、SP値:10.8)
<ポリエチレングリコール>
日油(株)製のPEG4000(HLB値:19.5、SP値:9.6)
<パラフィンワックス>
日本精蝋(株)製のOzoace0355(融点:70℃、ノルマルアルカン含有量:85質量%))
<ステアリン酸>
日油(株)製のステアリン酸「椿」(HLB値:4.2、SP値:9.1)
<加工助剤>
ストラクトール社製のEF44(脂肪酸亜鉛)
<オイル>
出光興産(株)製のダイアナプロセスAH−24(アロマ系プロセスオイル)
<老化防止剤6PPD>
住友化学(株)製のアンチゲン6C(N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン)
<老化防止剤TMQ>
大内新興化学工業(株)製のノクラック224(2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン重合体)
<酸化亜鉛>
三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
<5%オイル含有粉末硫黄>
細井化学(株)製のHK−200−5
<加硫促進剤TBBS>
大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
<加硫促進剤DPG>
大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(ジフェニルグアニジン)
なお、界面活性剤4の「エチレンオキシド含有率」、「連鎖エチレンオキシド含量」は、下記式で算出した。
エチレンオキシド含有率(%)=全エチレンオキシド質量/ポリエーテル質量×100(%)
連鎖エチレンオキシド含量(%)=2連鎖以上のエチレンオキシドの平均質量/全エチレンオキシド質量×100(%)
<末端変性剤の作製>
窒素雰囲気下、250mlメスフラスコに3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン(アヅマックス(株)製)を20.8g入れ、さらに無水ヘキサン(関東化学(株)製)を加え、全量を250mlにして作製した。
<製造例1>
充分に窒素置換した30L耐圧容器にシクロヘキサン(関東化学(株)製)を18L、ブタジエン(高千穂商事(株)製)を2000g、ジエチルエーテル(関東化学(株)製)を53mmol加え、60℃に昇温した。次に、ブチルリチウム(関東化学(株)製)を16.6mL加えた後、3時間撹拌した。次に0.4mol/Lの四塩化ケイ素/ヘキサン溶液を12ml加え、30分撹拌を行った。次に、上記末端変性剤を13mL追加し30分間撹拌を行った。反応溶液に2,6−tert−ブチル−p−クレゾール(大内新興化学工業(株)製)0.2gを溶かしたメタノール(関東化学(株)製)2mLを添加後、反応溶液を18Lのメタノールが入ったステンレス容器に入れて凝集体を回収した。得られた凝集体を24時間減圧乾燥させ、変性BR(シリカ用変性BR1)を得た。Mwは420,000であり、ビニル含量は13質量%であった。
<製造例2>
充分に窒素置換した30L耐圧容器にn−ヘキサンを18L、スチレン(関東化学(株)製)を540g、ブタジエンを1460g、テトラメチルエチレンジアミンを17mmolを加え、40℃に昇温した。次に0.4mol/Lの四塩化ケイ素/ヘキサン溶液を3.5ml加え、30分撹拌を行った。次に、ブチルリチウムを10.5mL加えた後、50℃に昇温させ3時間撹拌した。次に、上記末端変性剤を30mL追加し30分間撹拌を行った。反応溶液に2,6−tert−ブチル−p−クレゾール(大内新興化学工業(株)製)0.2gを溶かしたメタノール(関東化学(株)製)2mLを添加後、反応溶液を18Lのメタノールが入ったステンレス容器に入れて凝集体を回収した。得られた凝集体を24時間減圧乾燥させ、変性SBR(シリカ用変性SBR1)を得た。結合スチレン量は27質量%であった。Mwは400,000であり、ビニル含量は53モル%であった。
<製造例3>
充分に窒素置換した30L耐圧容器にn−ヘキサンを18L、スチレン(関東化学(株)製)を740g、ブタジエンを1260g、テトラメチルエチレンジアミンを17mmolを加え、40℃に昇温した。次に0.4mol/Lの四塩化ケイ素/ヘキサン溶液を3.5ml加え、30分撹拌を行った。次に、ブチルリチウムを10.5mL加えた後、50℃に昇温させ3時間撹拌した。次に、上記末端変性剤を30mL追加し30分間撹拌を行った。反応溶液に2,6−tert−ブチル−p−クレゾール(大内新興化学工業(株)製)0.2gを溶かしたメタノール(関東化学(株)製)2mLを添加後、反応溶液を18Lのメタノールが入ったステンレス容器に入れて凝集体を回収した。得られた凝集体を24時間減圧乾燥させ、変性SBR(シリカ用変性SBR2)を得た。結合スチレン量は37質量%であった。Mwは410,000であり、ビニル含量は54モル%であった。
<実施例及び比較例>
表2に示す配合処方にしたがい、(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の薬品を150℃の条件下で5分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、80℃の条件下で5分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。
得られた未加硫ゴム組成物を170℃の条件下で10分間プレス加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
また、得られた未加硫ゴム組成物をキャップトレッドの形状に成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを作製し、170℃の条件下で10分間プレス加硫して試験用タイヤ(サイズ:195/65R15)を得た。
得られた加硫ゴム組成物及び試験用タイヤを下記により評価した。結果を表2に示す。
<粘弾性試験>
(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータVESを用いて、温度50℃、周波数10Hz、初期歪10%及び動歪2%の条件下で上記加硫ゴム組成物のtanδを測定し、比較例1を100として指数表示した(RR指数)。指数が大きいほど、転がり抵抗が低く、低燃費性に優れることを示す。指数が110以上の場合に良好であると判断した。
<耐オゾン性試験>
上記試験用タイヤを80℃のオーブン内で1週間放置して熱老化させた後、悪路コースを10km走行した。そして、走行後の上記試験用タイヤのキャップトレッドから、JIS K 6259「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−耐オゾン性の求め方」に準じて、所定のサイズの試験片を切り出し作製し、動的オゾン劣化試験を行った。往復運動の周波数0.5±0.025Hz、オゾン濃度50±5pphm、試験温度40℃、引張歪み20±2%の条件下で、48時間試験した後の亀裂の状態(亀裂発生の有無、亀裂サイズ)を観察することで、耐オゾン性を評価し、比較例1を100として指数表示した(オゾンクラック指数)。指数が大きいほど、亀裂の発生数が少なく、亀裂サイズが小さく、耐オゾン性(オゾンクラック性能)に優れることを示す。指数が100以上の場合に良好であると判断した。
Figure 2019099700
表2より、窒素原子を含有する、及び/又は、シス含量が60質量%以下のBRと、フェニレンジアミン系老化防止剤と、HLB値が5〜12の界面活性剤とを所定量含有し、かつカーボンブラックが所定量以下である実施例は、低燃費性及び耐オゾン性の両方が良好な水準であった。
ポリエチレングリコールであるPEG4000も、親水基及び疎水基を有しており、界面活性剤の一種であると言えるが、HLB値が5〜12の範囲外であるため、配合しても、良好な耐オゾン性は得られなかった(比較例11)。
同様に、ステアリン酸も、界面活性剤の一種であると言えるが、HLB値が5〜12の範囲外であるため、増量しても、良好な耐オゾン性は得られなかった(比較例8)。
その他の比較例で示されているように、老化防止剤を増量した場合や、ワックスを増量した場合等も、同様の結果であった。

Claims (5)

  1. ブタジエンゴムを含むゴム成分と、フェニレンジアミン系老化防止剤と、HLB値が5〜12の界面活性剤とを含有し、
    前記ブタジエンゴムが、窒素原子を含有する、及び/又は、シス含量が60質量%以下であり、
    前記ゴム成分100質量%中、前記ブタジエンゴムの含有量が3〜50質量%であり、
    前記ゴム成分100質量部に対して、前記フェニレンジアミン系老化防止剤の含有量が1〜10質量部、前記界面活性剤の含有量が0.1〜6質量部であり、カーボンブラックの含有量が25質量部未満であるタイヤ外層用ゴム組成物。
  2. 前記ブタジエンゴムが、末端変性ブタジエンゴムである請求項1記載のタイヤ外層用ゴム組成物。
  3. 前記界面活性剤のSP値が8〜12である請求項1又は2記載のタイヤ外層用ゴム組成物。
  4. 前記ゴム成分100質量部に対して、オイルの含有量が9質量部以下である請求項1〜3のいずれかに記載のタイヤ外層用ゴム組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のゴム組成物を用いて作製したタイヤ外層部材を有する空気入りタイヤ。
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