JP2020139064A - 石油系芳香族含有油、ゴム組成物、タイヤ及びタイヤの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一方で、欧州においては、ゴム配合油に特定の発ガン性多環芳香族化合物を特定量以上含有するものを、タイヤ又はタイヤ部品の製造に使用してはならないとの規制(REACH規則)が2010年より適用されている。そのため、REACH規則に合致するゴム配合油が求められている。
特許文献1によれば、ゴム成分と、含水炭酸カルシウムと、シランカップリング剤とを混練する第一ベース練り工程と、前記第一ベース練り工程により得られた混練物と、シリカとを混練する第二ベース練り工程とを含む製造方法により得られるタイヤ用ゴム組成物が開示されている。これによれば、シリカの分散性に優れ、省燃費性、ウェットグリップ性能、耐摩耗性をバランス良く向上できるタイヤ用ゴム組成物が得られるという。
また、本発明は、REACH規則を満たす石油系芳香族含有油を含有し、転がり抵抗性能及びウェットグリップ性能に優れた、ゴム組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、当該石油系芳香族含有油を含有するタイヤ、及び当該タイヤの製造方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の一態様は、下記の石油系芳香族含有油、ゴム組成物、タイヤ、及びタイヤの製造方法である。
HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合が、前記芳香族分100質量%に対し、10質量%以上30質量%以下であり、
ベンゾ(a)ピレンの含有量が1質量ppm以下であり、
下記1)〜8)の特定芳香族化合物の含有量の合計が10質量ppm以下である、石油系芳香族含有油。
1)ベンゾ(a)ピレン(BaP)
2)ベンゾ(e)ピレン(BeP)
3)ベンゾ(a)アントラセン(BaA)
4)クリセン(CHR)
5)ベンゾ(b)フルオランテン(BbFA)
6)ベンゾ(j)フルオランテン(BjFA)
7)ベンゾ(k)フルオランテン(BkFA)
8)ジベンゾ(a,h)アントラセン(DBAhA)。
(2)前記クレイゲル法による飽和分の割合が、20質量%以上である、前記(1)に記載の石油系芳香族含有油。
(3)前記HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合が、前記芳香族分100質量%に対し、28質量%以下である、前記(1)又は(2)に記載の石油系芳香族含有油。
(4)前記クレイゲル法による飽和分の割合が、35質量%以下である、前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の石油系芳香族含有油。
(5)前記HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合が、前記芳香族分100質量%に対し、20質量%以上である、前記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の石油系芳香族含有油。
(6)前記クレイゲル法による飽和分の割合が、30質量%以下である、前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の石油系芳香族含有油。
(7)前記HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合が、前記芳香族分100質量%に対し、25質量%以下である、前記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の石油系芳香族含有油。
(8)前記HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合が、前記芳香族分100質量%に対し、24.5質量%以下である、前記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の石油系芳香族含有油。
(9)ゴムに混合されて用いられるエキステンダーオイル又はプロセスオイルである、前記(1)〜(8)のいずれか一つに記載の石油系芳香族含有油。
(10)前記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の石油系芳香族含有油と、ゴムとを含有する、ゴム組成物。
(11)前記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の石油系芳香族含有油を含有する、タイヤ。
(12)ゴムと、前記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の石油系芳香族含有油と、を配合して加硫することを含む、前記(11)に記載のタイヤの製造方法。
また、本発明によれば、REACH規則を満たす石油系芳香族含有油を含有し、転がり抵抗性能及びウェットグリップ性能に優れた、ゴム組成物を提供できる。
また、本発明によれば、当該石油系芳香族含有油を含有するタイヤ、及び当該タイヤの製造方法を提供できる。
実施形態の石油系芳香族含有油は、クレイゲル法による飽和分の割合、HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合、ベンゾ(a)ピレンの含有量、及び特定芳香族化合物の含有量が、特定の数値範囲を満たすものである。これらの項目について下記数値範囲を満たす石油系芳香族含有油を含有するゴム組成物又はタイヤは、tanδ(50℃)及びtanδ(0℃)の値が好ましいものとなり、ウェットグリップ性能及び転がり抵抗性能が両立される。
実施形態の石油系芳香族含有油は、上記各項目の数値範囲を満たすものであれば、製法や分類は特に制限されるものではなく、例えば、常圧蒸留残渣、常圧蒸留留分、減圧蒸留留分、減圧蒸留残渣、脱れき油、溶剤抽出ラフィネート、水素化精製油、脱蝋油、溶剤抽出エキストラクト等が挙げられ、後述の石油系芳香族含有油の製造方法で製造された油を含有するものであることが好ましい。石油系芳香族含有油における石油由来の炭化水素油の含有割合は、50質量%以上であってよく、80質量%以上であってよく、95質量%以上であってよい。
上記の飽和分の割合が上記数値を満たすことで、当該油を含有するゴム組成物又はタイヤのtanδ(50℃)及びtanδ(0℃)の値が好ましいものとなり、ウェットグリップ性能及び転がり抵抗性能が両立される。
このことは、飽和分が炭化水素の極性として適度なバランスであり、ゴムに一定の親和性を示すとともに、ゴムの配合剤にも一定の親和性を示すものであるため、上記の飽和分の割合が上記範囲内にあることで、製造されるゴム組成物又はタイヤの物理特性を好適なものとできるためと考えられる。
上記の芳香族分の割合が上記数値を満たすことで、当該油を含有するゴム組成物又はタイヤのtanδ(50℃)及びtanδ(0℃)の値が好ましいものとなり、ウェットグリップ性能及び転がり抵抗性能が両立される。
このことは、芳香族分がゴムに高い親和性を示すものであるため、上記の芳香族分の割合が上記範囲内にあることで、製造されるゴム組成物又はタイヤの物理特性を好適なものとできるためと考えられる。
上記の極成分の割合は、上記の飽和分及び芳香族分の割合と相反関係となるものであり、上記の極成分の割合が、上記数値を満たすことで、当該油を含有するゴム組成物又はタイヤのtanδ(50℃)及びtanδ(0℃)の値が好ましいものとなり、ウェットグリップ性能及び転がり抵抗性能が両立される。
このことは、後述の実施例に示すデータから検討されるに、芳香族分の中でも2環以上の芳香族分の割合が、ウェットグリップ性能及び転がり抵抗性能の両立に大きく寄与する。そのなかで、2環芳香族分は、ウェットグリップ性能及び転がり抵抗性能の向上に加え、さらにREACH規則を満たすとの観点からも良好な性質を有する。
上記の1環芳香族分の割合は、上記の2環以上の芳香族分の割合と相反関係となるものであり、上記の1環芳香族分の割合が、上記数値を満たすことで、当該油を含有するゴム組成物又はタイヤのtanδ(50℃)及びtanδ(0℃)の値が好ましいものとなり、ウェットグリップ性能及び転がり抵抗性能が両立される。
上記の3環以上の芳香族分の割合が、上記数値を満たすことで、当該油を含有するゴム組成物又はタイヤのtanδ(50℃)及びtanδ(0℃)の値が好ましいものとなり、ウェットグリップ性能及び転がり抵抗性能が両立され、さらにREACH規則を満たす点からも良好なものとすることができる。
ベンゾ(a)ピレンの含有量が1質量ppm以下であり、
下記1)〜8)の特定芳香族化合物(PAHs)の含有量の合計が10質量ppm以下である。
1)ベンゾ(a)ピレン(BaP)
2)ベンゾ(e)ピレン(BeP)
3)ベンゾ(a)アントラセン(BaA)
4)クリセン(CHR)
5)ベンゾ(b)フルオランテン(BbFA)
6)ベンゾ(j)フルオランテン(BjFA)
7)ベンゾ(k)フルオランテン(BkFA)
8)ジベンゾ(a,h)アントラセン(DBAhA)。
ベンゾ(a)ピレン及び特定芳香族化合物(PAHs)の含有量は、欧州規格EN 16143:2013 Petroleum products - Determination of content of Benzo(a)pyrene (BaP) and selected polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in extender oils - Procedure using double LC cleaning and GC/MS analysisの規定により求めるものとする。
上記%CAが上記数値を満たすものであると、発ガン性の高い多環芳香族量が抑制され、同時にゴムとの相溶性にを向上させるアロマ性を帯びてくる傾向にあり、当該油を含有するゴム組成物又はタイヤのtanδ(50℃)及びtanδ(0℃)の値が好ましいものとなり、ウェットグリップ性能及び転がり抵抗性能の両立がより一層好ましいものとなる。
以下、実施形態の石油系芳香族含有油の製造方法について説明する。当該方法によれば、本発明の石油系芳香族含有油を製造可能である。なお、本発明の石油系芳香族含有油は、下記実施形態の石油系芳香族含有油の製造方法により製造されたものに限定されるものではない。
溶剤抽出によりエキストラクトを得る工程、又は、
溶剤抽出して得られたエキストラクトと、ラフィネート又はラフィネートを精製した基油とを混合する工程を含む。
溶剤抽出の対象物としては、原油を常圧蒸留した残渣を減圧蒸留した減圧蒸留残渣の脱れきによって得られる脱れき油留分や、原油を常圧蒸留した残渣を減圧蒸留した減圧蒸留留分が挙げられる。溶剤抽出において、エキストラクトは、溶剤抽出の対象物を芳香族炭化水素に対して親和性を有する溶剤で抽出処理し、溶剤と抽出物(エキストラクト)とを分離回収ことにより得られる。出発原料の原油は、パラフィン系原油、ナフテン系原油など種々の原油を、単独あるいは混合して用いることができるが、特にはパラフィン系原油を用いることが好ましい。
なお、ここでは、脱ろう油51とエキストラクト34とを混合して石油系芳香族含有油62を得る場合を説明したが、脱ろう油51に代えて、ラフィネート31又は水素化精製油41と、エキストラクト34と混合してもよい。
脱れきは、塔頂温度:好ましくは40〜120℃、より好ましくは50〜100℃、塔底温度:好ましくは30〜100℃、より好ましくは40〜90℃、溶剤比:好ましくは1〜10、より好ましくは1〜9、となる条件にて行うことができる。
溶剤抽出は、エキストラクト33,34を得るため、得られた脱れき油を芳香族炭化水素に選択的親和性を有する溶剤で抽出する処理を行うことが好ましい。芳香族炭化水素に選択的親和性を有する溶剤としては、極性溶媒であってよく、フルフラール、フェノール及びN−メチル−2−ピロリドンからなる群より選択される1つあるいはそれ以上を用いることができる。エキストラクト収率を上記の範囲とするための具体的な抽出条件は、脱れき油組成にもよるため一義的に決めることはできないが、溶剤比、圧力、温度等を適宜選定することにより可能である。一般的には、塔頂温度:好ましくは100〜155℃、より好ましくは100〜140℃、塔底温度:好ましくは40〜120℃、より好ましくは50〜110℃、油1に対する溶剤比:好ましくは2〜5、より好ましくは3〜4.5で溶剤と接触させるとよい。
一方、ラフィネート31,32を得るため、常圧換算沸点が300〜700℃の減圧蒸留留分を芳香族炭化水素に親和性を有する溶剤で抽出する溶剤精製処理を行うことが好ましい。芳香族炭化水素に選択的親和性を有する溶剤としては、フルフラール、フェノール及びN−メチル−2−ピロリドンから1つあるいはそれ以上を選択して用いることができる。この溶剤精製工程においては、通常の潤滑油基油を精製する条件、例えば、フルフラールを抽出溶媒として用いる場合、塔頂温度:好ましくは90〜150℃、より好ましくは100〜140℃、塔底温度:好ましくは40〜90℃、より好ましくは50〜80℃、油1に対する溶剤比:好ましくは0.5〜4、より好ましくは1〜3、で溶剤と接触させるとよい。
その他所望により、ラフィネートを水素化精製及び/又は溶剤脱ロウあるいは水素化脱ロウ処理により、脱ロウすることにより、より好ましい基油が得られる。なお、前記水素化精製は、ニッケル、コバルト、モリブデン等の活性金属1種以上をアルミナやシリカ−アルミナ等の担体に担持した触媒の存在下に、水素圧5〜15MPa、温度250〜400℃、液空間速度(LHSV)1〜5h−1の条件で行うとよい。また、前記溶剤脱ロウは、例えば、メチルエチルケトン/トルエンの混合溶媒下に、溶媒/油比(容積比)=1/1〜5/1、温度−10〜−40℃で行うとよく、また、水素化脱ロウは、ゼオライト触媒の存在下に、水素圧5〜15MPa、温度300〜400℃、LHSV1〜5Hr−1の条件で行うとよい。
水素化精製は、触媒存在下、高温高圧の水素と原料油を接触させることで、硫黄分、窒素分など、プロセスオイルの使用、保存などに悪影響をおよぼす不純物を水素化軽質反応物として除去することができ、結果として安定性や色相などを向上することができる。溶剤脱ろうはアセトン、メチルエチルケトン、ベンゼン、トルエンからなる群より選択される1つあるいはそれ以上の溶剤を用いて原料油に混合し、その後冷却工程を経てノルマルパラフィンをはじめとするワックス留分を析出させ、これをフィルタにてろ過して分離除去することで低温流動性の向上を図ることができる。
以上のようにして得られたエキストラクトと基油とを質量比で95/5〜5/95、特に好ましくは、80/20〜20/80の割合で混合することにより実施形態の石油系芳香族含有油を製造することができる。
以下、実施形態のゴム組成物について説明する。なお、本発明のゴム組成物は、下記ゴム組成物に限定されるものではない。
図2は、原料ゴムからタイヤ組成物を調製する過程の一例を説明する工程図である。タイヤ原料となるタイヤ組成物は、原料ゴム、及び各種配合剤が配合されている。合成ゴムは、その合成時にエキステンダーオイルが配合されることがあり、原料ゴムとして、予めエキステンダーオイルを含有するゴム組成物(油展ゴムともいわれる)が使用されてもよい(図2(a)参照)。又はエキステンダーオイルを含有しない原料ゴム(非油展ゴムともいわれる)が使用されてもよい(図2(b)参照)。原料ゴムには、プロセスオイル及び各種配合剤が添加される(図2(a),(b)参照)。
油展ゴムである原料ゴム(ゴム組成物)は、単量体を重合反応に供することで得ることができ、その過程でエキステンダーオイルを添加して製造することができる。例えば、原料ゴムのゴム原料である単量体とエキステンダーオイルとを含む反応液を重合反応に供する方法や、原料ゴムのゴム原料である単量体を含む反応液を重合反応させた後、重合体溶液にエキステンダーオイルを添加する方法により、油展ゴムを製造することができる(図2(a))。
タイヤ組成物(ゴム組成物)は、前記原料ゴム、本発明に係る石油系芳香族含有油、及び配合剤を、例えば、公知のゴム用混練機、例えば、ロール、ミキサー、ニーダーなどで混練し、製造することができる。タイヤ組成物は任意の条件で加硫することができる。
本明細書においては、原料ゴム及び実施形態の石油系芳香族含有油(エキステンダーオイル又はプロセスオイル)を含有するものをゴム組成物という。
実施形態のゴム組成物は、タイヤの製造に用いられるタイヤ用ゴム組成物として好適である。一実施形態として、本発明は、原料ゴム、本発明に係る石油系芳香族含有油、及び配合剤を含有する、タイヤ組成物を提供する。タイヤ組成物は、実施形態のゴム組成物に包含される概念とする。タイヤ組成物(ゴム組成物)は加硫されていてもよく、未加硫であってもよい。
なお、ここではエキステンダーオイルとプロセスオイルとで表現を分けているが、これらは総称してプロセスオイルと呼ばれることがある。
石油系芳香族含有油との相溶性の観点からは、エラストマー性ポリマーは、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、及びアクリルニトリルゴムからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。さらに、タイヤ性能として、転がり抵抗性能及びウェットグリップ性能を発揮するトレッド部に好適に使用可能であるとの観点から、エラストマー性ポリマーは、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴムからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。
カーボンブラックは粒子径に基づいて、ハードカーボンとソフトカーボンとに分類される。ソフトカーボンはゴムに対する補強性が低く、ハードカーボンはゴムに対する補強性が強い。実施形態のゴム組成物がカーボンブラックを含有する場合には、特に補強性の強いハードカーボンを用いるのが好ましい。カーボンブラックは、エラストマー性ポリマー100質量部に対して10〜250質量部配合されていることが好ましく、20〜200質量部配合されていることがより好ましく、30〜50質量部配合されていることがさらに好ましい。
シリカとしては、特に限定されないが、例えば、乾式法ホワイトカーボン、湿式法ホワイトカーボン、コロイダルシリカ、および沈降シリカなどが挙げられる。これらの中でも、含水ケイ酸を主成分とする湿式法ホワイトカーボンが好ましい。これらのシリカはそれぞれ単独あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらシリカの比表面積は、特に制限されないが、窒素吸着比表面積(BET法)で通常10〜400m2/g、好ましくは20〜300m2/g、更に好ましくは120〜190m2/gの範囲であるときに、補強性、耐摩耗性および発熱性等の改善に対し好適である。ここで、窒素吸着比表面積は、ASTM D3037−81に準じ、BET法で測定される値である。
シラン化合物としては、特に制限されるものではないが、硫黄含有シランカップリング剤が好ましく、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィドがより好ましい。
充填剤として、シリカ及び/又はシランカップリング剤が用いられる場合、シリカ及び/又はシランカップリング剤は、エラストマー性ポリマー100質量部に対して、10〜300質量部配合されていることが好ましく、50〜150質量部配合されていることがより好ましく、70〜100質量部配合されていることがさらに好ましい。シラン化合物(シランカップリング剤)の含有量は、エラストマー性ポリマー100質量部に対し、0.1〜30質量部であることが好ましく、1〜20質量部であることがより好ましい。
石油系芳香族含有油は、エラストマー性ポリマー100質量部に対して、0.5〜80質量部配合されていることが好ましく、10〜50質量部配合されていることがより好ましく、20〜40質量部配合されていることがさらに好ましい。
実施形態のタイヤは、上記の実施形態に係る石油系芳香族含有油を含有するものである。
実施形態のタイヤは、ゴムと、実施形態の石油系芳香族含有油と、を配合して加硫することで、製造することができる。
言い換えると、実施形態のタイヤは、上記タイヤ組成物(ゴム組成物)を含んでよく、タイヤ組成物に対し、加硫を行うことにより製造することができる。具体的には、例えば、上記タイヤ組成物を加硫成形して、タイヤを製造することができる。より具体的には、例えば、上記タイヤ組成物を加熱溶融し、加熱溶融したタイヤ組成物を押し出し、次いで、タイヤ成型機を用いて成形した後、加硫機を用いて加熱・加圧することにより、タイヤを製造することができる。
両性能は二律背反であるため、一方を損なうことなく、もう一方を高められれば結果として両立ができる。通常、省燃費タイヤと呼ばれているものにはシリカを配合することで両立、特に省燃費性能を志向されているが、シリカは表面に親水基が多く、ゴムポリマーとはなじみにくいため、シリカどうしで凝集してしまう傾向がある。その場合、タイヤが走行中に変形した際に、シリカ同士が擦れるなどして発熱してしまい、余計なエネルギーロスが生じる。したがって、シリカをゴムポリマー中でいかに分散させるかがポイントとなる。上述の特定成分を特定量で含む石油系芳香族含有油は、シリカを含め各種配合剤の分散や溶解に作用し、それらのゴムポリマー中での挙動が各物理特性に好ましい影響を与え、結果として背反性能の両立に繋がるものと考えられる。
<実施例1−1>
中東原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた減圧蒸留残渣を圧縮液化したプロパンによる脱れき抽出装置(運転条件:塔頂温度60〜90℃、塔底温度50〜80℃、溶剤比1.5〜6.0の範囲で調整)に供し、得られた脱れき油をフルフラール抽出装置(運転条件:塔頂温度130〜140℃、塔底温度80〜100℃、溶剤比3.0〜4.0の範囲で調整)に供し、得られたエキストラクト留分をエキストラクト(A)とした。
中東原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた500N相当の減圧蒸留留分をフルフラール抽出装置(運転条件:塔頂温度110〜130℃、塔底温度60〜80℃、溶剤比1.0〜3.0の範囲で調整)に供し、得られたラフィネート留分を水素化精製装置(運転条件:貴金属系触媒を用いて、液空間速度1.0〜2.0h−1、反応温度270〜330℃、水素オイル比1500〜2500NL/L、水素分圧4.0〜6.0MPaの範囲で調整)に供し、得られた水素化精製油を溶剤脱蝋装置(運転条件:メチルエチルケトンとトルエンの混合溶剤、一次溶剤比2.0、二次溶剤比0.8、脱蝋温度−15〜−25℃の範囲で調整)に供し、得られた脱蝋油を脱蝋油(B)とした。
エキストラクト(A)/脱蝋油(B)を質量比で60/40に混合して、実施例1のプロセスオイルを得た。
中東原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた減圧蒸留残渣を圧縮液化したプロパンによる脱れき抽出装置(運転条件:塔頂温度50〜80℃、塔底温度40〜70℃、溶剤比5.0〜8.0の範囲で調整)に供し、得られた脱れき油をフルフラール抽出装置(運転条件:塔頂温度100〜120℃、塔底温度50〜70℃、溶剤比3.5〜4.5の範囲で調整)に供し、得られたエキストラクト留分をエキストラクト(C)とした。
中東原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた500N相当の減圧蒸留留分をフルフラール抽出装置(運転条件:塔頂温度100〜120℃、塔底温度50〜70℃、溶剤比1.0〜3.0の範囲で調整)に供し、得られたラフィネート留分を水素化精製装置(運転条件:貴金属系触媒を用いて、液空間速度1.0〜2.0h−1、反応温度320〜370℃、水素オイル比1500〜2500NL/L、水素分圧8.0〜10.0MPaの範囲で調整)に供し、得られた水素化精製油を溶剤脱蝋装置(運転条件:メチルエチルケトンとトルエンの混合溶剤、一次溶剤比1.3、二次溶剤比1.3、脱蝋温度−15〜−25℃の範囲で調整)に供し、得られた脱蝋油を脱蝋油(D)とした。
エキストラクト(C)/脱蝋油(D)を質量比で70/30に混合して、実施例2のプロセスオイルを得た。
中東原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた減圧蒸留残渣を圧縮液化したプロパンによる脱れき抽出装置(運転条件:塔頂温度55〜85℃、塔底温度45〜75℃、溶剤比1.0〜4.0の範囲で調整)に供し、得られた脱れき油をフルフラール抽出装置(運転条件:塔頂温度110〜130℃、塔底温度60〜80℃、溶剤比3.0〜4.0の範囲で調整)に供し、得られたエキストラクト留分をエキストラクト(E)とした。
中東原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた500N相当の減圧蒸留留分をフルフラール抽出装置(運転条件:塔頂温度105〜125℃、塔底温度55〜75℃、溶剤比1.2〜2.8の範囲で調整)に供し、得られたラフィネート留分を水素化精製装置(運転条件:貴金属系触媒を用いて、液空間速度2.0〜3.0h−1、反応温度310〜360℃、水素オイル比1500〜2500NL/L、水素分圧8.5〜12.0MPaの範囲で調整)に供し、得られた水素化精製油を溶剤脱蝋装置(運転条件:メチルエチルケトンとトルエンの混合溶剤、一次溶剤比1.0〜2.0、二次溶剤比0.5〜1.4、脱蝋温度−15〜−25℃の範囲で調整)に供し、得られた脱蝋油を脱蝋油(F)とした。
エキストラクト(E)/脱蝋油(F)を質量比で62/38に混合して、実施例3のプロセスオイルを得た。
ナフテン原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた1000N相当の減圧蒸留留分を水素化精製装置(運転条件:貴金属系触媒を用いて、液空間速度1.0〜3.0h−1、反応温度270℃〜340℃、水素オイル比1400〜2800NL/L、水素分圧3.0〜9.0MPaの範囲で調整)に供し、得られた水素化精製油を水素化精製油(K)とした。
ナフテン原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた減圧蒸留残渣を減圧蒸留残渣(L)とした。
水素化精製油(K)と減圧蒸留残渣(L)を100℃の動粘度が55mm2/s近傍となるよう混合して、実施例4のプロセスオイルを得た。
上記エキストラクト(E)を、実施例5のプロセスオイルとした。
上記エキストラクト(C)を、実施例6のプロセスオイルとした。
中東原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた500N相当の減圧蒸留留分をフルフラール抽出装置(運転条件:塔頂温度100〜130℃、塔底温度50〜80℃、溶剤比1.0〜3.0の範囲で調整)に供し、得られたラフィネート留分を水素化精製装置(運転条件:貴金属系触媒を用いて、液空間速度1.0〜3.0h−1、反応温度280〜340℃、水素オイル比1500〜2500NL/L、水素分圧6.0〜10.0MPaの範囲で調整)に供し、得られた水素化精製油を溶剤脱蝋装置(運転条件:メチルエチルケトンとトルエンの混合溶剤、一次溶剤比1.0〜2.0、二次溶剤比0.5〜1.4、脱蝋温度−15〜−25℃の範囲で調整)に供し、得られた脱蝋油を脱蝋油(G)とした。
中東原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた減圧蒸留残渣を減圧蒸留残渣(H)とした。
ナフテン原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた1000N相当の減圧蒸留留分を水素化精製装置(運転条件:貴金属系触媒を用いて、液空間速度1.0〜3.0h−1、反応温度270℃〜340℃、水素オイル比1400〜2800NL/L、水素分圧3.0〜9.0MPaの範囲で調整)に供し、得られた水素化精製油を水素化精製油(I)とした。
ナフテン原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた減圧蒸留残渣を減圧蒸留残渣(J)とした。
脱蝋油(G)/減圧蒸留残渣(H)を質量比で50/50に混合し、水素化精製油(I)/減圧蒸留残渣(J)を質量比で50/50に混合し、両者を100℃の動粘度が30mm2/s近傍となるよう混合して、比較例1のプロセスオイルを得た。
ナフテン原油を常圧蒸留装置に供し、得られた常圧蒸留残渣を減圧蒸留装置に供し、得られた2000N相当の減圧蒸留留分を水素化精製装置(運転条件:貴金属系触媒を用いて、液空間速度1.0〜3.0h−1、反応温度270℃〜340℃、水素オイル比1400〜2800NL/L、水素分圧3.0〜9.0MPaの範囲で調整)に供し、得られた水素化精製油を、比較例2のプロセスオイルとした。
上記脱蝋油(F)を、比較例3のプロセスオイルとした。
上記エキストラクト(E)/脱蝋油(F)を質量比で80/20に混合して、比較例5のプロセスオイルを得た。
上記実施例及び比較例で得られたプロセスオイルを試料とし、下記項目の測定を行った。
クレイゲル法(クレイゲルカラムクロマト):ASTM D2007−11 Standard Test Method for Characteristic Groups in Rubber Extender and Processing Oils and Other Petroleum-Derived Oils by the Clay-Gel Absorption Chromatographic Methodにより、芳香族分、飽和分、極成分(質量%)を求めた。
HPLC(高圧液体クロマトグラフィー)を用いた芳香族分分画は、(既報:Analytical Chemistry, 1983, 55, p.1375-1379)に掲載されている「Separation of aromatic and polar compounds in fossil fuel liquids by liquid chromatography」を参考とし、以下の手順で実施した。
試料をヘキサンで5倍に希釈することにより前処理を行った。カラムは、ウォーターズ社製Spherisorb A5Y 250×4.6mmを用い、流量は2.5mL/分とし、検出器にはUV検出器を使用し、波長270nmで測定した。溶離液は、試料導入からの時間が0〜10.0分まではヘキサンを用い、10.0〜30.0分まではヘキサン100質量%からジクロロメタン40質量%とヘキサン60質量%の混合溶液に直線的にジクロロメタン含有量を増大させた。試料導入からの時間が30.0〜30.1分の間にジクロロメタン40質量%とヘキサン60質量%の混合溶液をジクロロメタン100質量%に変更し、30.1分以降はジクロロメタン100質量%を用いた。
得られたピーク面積から以下の式により環別の芳香族炭化水素の含有量(質量%)を求めた。ここで、1環面積は、ベンゼンのピークからナフタレンの直前のピークまでのピーク面積の合計であり、2環面積は、ナフタレンのピークからアントラセンの直前のピークまでのピーク面積の合計であり、また、3環以上面積は、アントラセンのピーク以降のピーク面積の合計である。
1環芳香族分(質量%)=(1環面積/(1環面積+0.1×2環面積+0.025×3環以上面積))×100;
2環芳香族分(質量%)=(0.1×2環面積/(1環面積+0.1×2環面積+0.025×3環以上面積))×100;
3環以上の芳香族分(質量%)=(0.025×3環面積/(1環面積+0.1×2環面積+0.025×3環以上面積))×100
JIS K2283:2000の規定により測定した。
ASTM D611−12 Standard Test Methods for Aniline Point and Mixed Aniline Point of Petroleum Products and Hydrocarbon Solventsの規定により測定した。
DSC(示差走査熱量計)にて一定の昇温速度で昇温した際に測定される、ガラス転移領域における熱量変化ピークから得られたガラス転移点とした。初期温度は、通常予期ガラス転移点より30℃〜50℃程度又はそれより低い温度とし、当該初期温度で一定時間保持した後、昇温を開始した。具体的には、以下の条件で測定した。
装置:日立ハイテクサイエンス製DSC7020
初期温度:−90℃、10分間保持
昇温速度:10℃/分
終了温度:30℃、5分間保持
ASTM D2140−08 Standard Practice for Calculating Carbon-Type Composition of Insulating Oils of Petroleum Originの規定により測定した。
ASTM D2140−08 Standard Practice for Calculating Carbon-Type Composition of Insulating Oils of Petroleum Originの規定により測定した。
欧州規格EN 16143:2013 Petroleum products - Determination of content of Benzo(a)pyrene (BaP) and selected polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in extender oils - Procedure using double LC cleaning and GC/MS analysisの規定により測定した。
なお、PAHsとは以下に示すものである。
1)ベンゾ(a)ピレン(BaP)
2)ベンゾ(e)ピレン(BeP)
3)ベンゾ(a)アントラセン(BaA)
4)クリセン(CHR)
5)ベンゾ(b)フルオランテン(BbFA)
6)ベンゾ(j)フルオランテン(BjFA)
7)ベンゾ(k)フルオランテン(BkFA)
8)ジベンゾ(a,h)アントラセン(DBAhA)
<実施例1−2 〜 実施例6−2>
ゴムポリマーと、上記の実施例1−1〜6−1で製造したプロセスオイルと、その他の各配合剤(シリカ、シランカップリング剤、老化防止剤、加硫助剤、酸化亜鉛、硫黄、加硫促進剤)とを、下記配合にて調製した後、混練りを行い、未加硫のゴム組成物を得た後、160℃にてプレス加硫成形した。
ゴムポリマーと、上記の比較例1−1〜4−1で製造したプロセスオイルと、その他の各配合剤(同上)とを、下記配合にて調製した後、混練りを行い、未加硫のゴム組成物を得た後、160℃にてプレス加硫成形した。
・シリカ: エボニック製 ULTRASIL7000GR
・シランカップリング剤:エボニック製 Si75
・老化防止剤: 大内新興化学工業製 ノクラック6C
・加硫助剤: 日油製 ステアリン酸
・酸化亜鉛: 東邦亜鉛製 酸化亜鉛3号
・プロセスオイル: 実施例および比較例で製造した各プロセスオイル
・硫黄: 市販加硫用硫黄
・加硫促進剤A: 大内新興化学工業製 ノクセラーcz
・加硫促進剤B: 大内新興化学工業製 ノクセラーd
(一段目)
・試験機: 東洋精機製作所製ラボプラストミルB-600
・試験機容積: 600cc
・充填率: 70%(質量比)
・回転数: 100rpm
・温度: 100℃開始で上限155℃とした
・練り時間: 約9分
(二段目)
・試験機: 池田機械工業製電気加熱式高温ロール機
・サイズ: 6インチφ×16インチ
・回転数: 前ロール25rpm
・回転比: 前後比 1:1.22
・温度: 23±10℃
上記実施例及び比較例のプレス加硫成形後のゴム練り片から、8mmφ×10mmの試験片を作製し、当該試験片に対して、下記項目の測定を行った。
TAINSTRUMENTS製粘弾性測定装置ARESを用いて、ねじりモードで、周波数10Hz、測定温度範囲−50℃〜100℃、昇温速度2℃/min、動的ひずみ0.1%で測定を行った。得られた温度可変tanδより、0℃の値を抜粋した。
tanδ(0℃)は、ウェットグリップ性能の指標であり、この値が大きいほどウェットグリップ性能に優れることを意味する。
TAINSTRUMENTS製粘弾性測定装置ARESを用いて、ねじりモードで、周波数10Hz、測定温度範囲−50℃〜100℃、昇温速度2℃/min、動的ひずみ0.1%で測定を行った。得られた温度可変tanδより、50℃の値を抜粋した。
tanδ(50℃)は、転がり抵抗性能の指標であり、この値が小さいほど転がり抵抗性能に優れることを意味する。
上記の測定結果を以下に示す。なお、上記の実施例1−1及び実施例1−2は、実施例1と略記する。他の実施例及び比較例についても同様に略記する。
特に、「クレイゲル法による芳香族分の割合」が実施形態に規定の範囲を満たすプロセスオイルを配合して得られた実施例1〜3のゴム組成物は、ウェットグリップ性能及び転がり抵抗性能が、良好な数値にて両立されていることがわかる。
また、実施例及び比較例のいずれのプロセスオイルも、ベンゾ(a)ピレン及び特定芳香族化合物(PAHs)の含有量が、REACH規則を満たすものであることが確認できた。
Claims (12)
- クレイゲル法による飽和分の割合が、40質量%以下であり、
HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合が、前記芳香族分100質量%に対し、10質量%以上30質量%以下であり、
ベンゾ(a)ピレンの含有量が1質量ppm以下であり、
下記1)〜8)の特定芳香族化合物の含有量の合計が10質量ppm以下である、石油系芳香族含有油。
1)ベンゾ(a)ピレン(BaP)
2)ベンゾ(e)ピレン(BeP)
3)ベンゾ(a)アントラセン(BaA)
4)クリセン(CHR)
5)ベンゾ(b)フルオランテン(BbFA)
6)ベンゾ(j)フルオランテン(BjFA)
7)ベンゾ(k)フルオランテン(BkFA)
8)ジベンゾ(a,h)アントラセン(DBAhA)。 - 前記クレイゲル法による飽和分の割合が、20質量%以上である、請求項1に記載の石油系芳香族含有油。
- 前記HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合が、前記芳香族分100質量%に対し、28質量%以下である、請求項1又は2に記載の石油系芳香族含有油。
- 前記クレイゲル法による飽和分の割合が、35質量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の石油系芳香族含有油。
- 前記HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合が、前記芳香族分100質量%に対し、20質量%以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の石油系芳香族含有油。
- 前記クレイゲル法による飽和分の割合が、30質量%以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の石油系芳香族含有油。
- 前記HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合が、前記芳香族分100質量%に対し、25質量%以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の石油系芳香族含有油。
- 前記HPLCを用いて分画される2環芳香族分の割合が、前記芳香族分100質量%に対し、24.5質量%以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の石油系芳香族含有油。
- ゴムに混合されて用いられるエキステンダーオイル又はプロセスオイルである、請求項1〜8のいずれか一項に記載の石油系芳香族含有油。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の石油系芳香族含有油と、ゴムとを含有する、ゴム組成物。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の石油系芳香族含有油を含有する、タイヤ。
- ゴムと、請求項1〜9のいずれか一項に記載の石油系芳香族含有油と、を配合して加硫することを含む、請求項11に記載のタイヤの製造方法。
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