JP2020143235A - ゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤ - Google Patents

ゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤ Download PDF

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Abstract

【課題】氷雪路面では、一般路面に比べて摩擦係数が低下し、滑りやすくなる。そこで従来、スタッドレスタイヤの氷上性能を向上させるために数多くの手法が提案されているが、さらなる氷上性能の改善が求められていた。【解決手段】ジエン系ゴム100質量部に対し、カーボンブラックおよび/または白色充填剤を30〜100質量部、および有機成分および無機成分を含有し、平均粒子径が0.5μm〜50μmであり、かつ凹部を有する異形状粒子を0.1〜20質量部配合してなることを特徴とするゴム組成物によって上記課題を解決した。【選択図】図1

Description

本発明は、ゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤに関するものであり、詳しくは、従来技術よりも氷上性能を向上させ得るゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤに関するものである。
氷雪路面では、一般路面に比べて摩擦係数が低下し、滑りやすくなる。そこで従来、スタッドレスタイヤの氷上性能(氷上での制動性)を向上させるために数多くの手法が提案されている。例えば、ゴムに硬質異物や中空ポリマーを配合し、これによりゴム表面にミクロな凹凸を形成させ、引っ掻き効果を発現することで氷上性能を向上させる手法が知られている。
また下記特許文献1には、氷上性能を向上させることを目的として、ジエン系ゴム100重量部に対し、おわん状微粒子を0.3〜20重量部配合してなるゴム組成物が開示されている。
しかし、スタッドレスタイヤにおける氷上性能の向上を求める需要者の期待はより高いものであり更なる改良が求められていた。
特開2011−12111号公報
したがって本発明の目的は、従来技術よりも氷上性能を向上させ得るゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤを提供することにある。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ジエン系ゴムに、カーボンブラックおよび/または白色充填剤の特定量並びに特定の異形状粒子を特定量でもって配合することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下のとおりである。
1.ジエン系ゴム100質量部に対し、
カーボンブラックおよび/または白色充填剤を30〜100質量部、および
有機成分および無機成分を含有し、平均粒子径が0.5μm〜50μmであり、かつ凹部を有する異形状粒子を0.1〜20質量部
配合してなることを特徴とするゴム組成物。
2.前記ジエン系ゴム100質量部中、ポリブタジエンゴムを30質量部以上、かつ天然ゴムおよび/または合成イソプレンゴムを30質量部以上配合してなることを特徴とする前記1に記載のゴム組成物。
3.前記異形状粒子は、前記凹部を少なくとも1つ含み、前記凹部は長径が粒子径に対して0.3以上であることを特徴とする前記1または2に記載のゴム組成物。
4.前記1〜3のいずれかに記載のゴム組成物をキャップトレッドに使用したスタッドレスタイヤ。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム100質量部に対し、カーボンブラックおよび/または白色充填剤を30〜100質量部、および有機成分および無機成分を含有し、平均粒子径が0.5μm〜50μmであり、かつ凹部を有する異形状粒子を0.1〜20質量部配合してなることを特徴としているので、従来技術よりも氷上性能を向上させ得るゴム組成物およびそれを用いたスタッドレスタイヤを提供することができる。
異形状粒子断面の模式図である。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
(ジエン系ゴム)
本発明で使用されるジエン系ゴムは、ゴム組成物に配合することができる任意のジエン系ゴムを用いることができ、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−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム(NBR)、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)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。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
なお、氷上性能向上の観点から、本発明で使用されるジエン系ゴムは、ポリブタジエンゴム(BR)を含み、該ジエン系ゴムの全体を100質量部としたときに、BRが30質量部以上を占めることが好ましく、35〜70質量部の範囲であることがさらに好ましい。また、強度向上の観点から、ジエン系ゴム100質量部中、天然ゴム(NR)および/または合成イソプレンゴム(IR)は30質量部以上を占めることが好ましく、35〜70質量部の範囲であることがさらに好ましい。
(カーボンブラックおよび/または白色充填剤)
本発明に使用されるカーボンブラックとしては、具体的には、例えば、SAF、ISAF、HAF、FEF、GPE、SRF等のファーネスカーボンブラックが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、カーボンブラックは、補強性能向上の観点から、窒素吸着比表面積(NSA)が10〜300m/gであるのが好ましく、50〜150m/gであるのがさらに好ましい。
なお窒素吸着比表面積(NSA)は、JIS K 6217−2:2001「第2部:比表面積の求め方−窒素吸着法−単点法」にしたがって測定した値である。
本発明に使用される白色充填剤としては、具体的には、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、タルク、クレー、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化チタン、硫酸カルシウム等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらのうち、氷上性能がより良好となる理由から、シリカが好ましい。
シリカとしては、具体的には、例えば、湿式シリカ(含水ケイ酸)、乾式シリカ(無水ケイ酸)、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シリカは、氷上性能並びに転がり抵抗の良化の観点から、CTAB吸着比表面積が50〜300m/gであるのが好ましく、90〜200m/gであるのがさらに好ましい。
なお、CTAB吸着比表面積は、シリカ表面への臭化n−ヘキサデシルトリメチルアンモニウムの吸着量をJIS K6217−3:2001「第3部:比表面積の求め方−CTAB吸着法」にしたがって測定した値である。
(異形状粒子)
本発明で使用される異形状粒子は、有機成分および無機成分を含有し、平均粒子径が0.5μm〜50μmであり、かつ凹部を有することを特徴とする。このような異形状粒子は公知であり、例えば特開2017−66328号公報に開示された粒子を使用することができるが、以下、異形状粒子について説明する。
本発明で使用される異形状粒子は、所定のアルコキシシランから形成され得るものであり、凹部(以下、「第1の凹部」という場合がある)を少なくとも1つ有する。ここで凹部とは、異形状粒子の表面に形成され、周囲に対して落ち込んでいる箇所を意味する。
第1の凹部の長径(L1)は、異形状粒子の粒子径(D)に対して、その比(L1/D)が0.3以上であり、0.5以上であってもよく、より好ましくは0.6以上、さらに好ましくは0.65以上であり、1.0以下であることが好ましく、より好ましくは0.95以下である。
前記第1の凹部の長径は、第1の凹部の外周を結んだ形状の中心(重心)を通り、かつ第1の凹部の外周で区切られる線分のうち、最も長い線分(又はその長さ)を意味するものとする。
また、第1の凹部の外周とは、第1の凹部の面積が最大となる方向(以下、「法線方向」という場合がある。)から異形状粒子表面を観察した走査型電子顕微鏡像において、第1の凹部の縁に現れる明度の高い部分を意味するものとする。そして各粒子ごとにL1/Dの値を求め、その平均値を異形状粒子のL1/Dの代表値とする(L2/Dの場合も同じ)。
なお、異形状粒子のL1/Dが所定範囲となる特徴を、「特徴(b)」という場合がある。
また、本発明で使用される異形状粒子は、以下の特徴(a)、(c)、(d)のいずれかを満足するものであることが好ましい。
特徴(a)
第1の凹部の形状は、その外周が、3以上の頂点を有する閉じた形状(以下、「多角形」という場合がある)となっていることが好ましい。本明細書でいう頂点は、幾何学で定義される尖った頂点の他、丸みを帯びたものも含む。前記多角形としては、凸多角形、凹多角形のいずれでもよく、凸多角形が好ましい。
特徴(c)
また、前記第1の凹部の短径(L2)と、異形状粒子の粒子径(D)との比(L2/D)は、0.05以上であることが好ましく、より好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.2以上であり、1未満であることが好ましく、より好ましくは1.0未満、さらに好ましくは0.9以下、特に好ましくは0.8以下である。
なお、短径(L2)は、前記長径に直交し、かつ第1の凹部の外周で区切られる線分のうち、最も長い線分(又はその長さ)を意味するものとする。
特徴(d)
前記第1の凹部の長径(L1)と短径(L2)との比(L2/L1)は、好ましくは1未満、より好ましくは1.0未満、さらに好ましくは0.9以下であり、0.7以下又は0.5以下であってもよい。前記比(L2/L1)は0.1以上であることが好ましく、より好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.3以上である。
本発明で使用される異形状粒子は、上記特徴(a)、(c)、(d)の全てを満足するものであることがより好ましい。
さらに、前記第1の凹部は、ある程度の深さを有するものであることが好ましく、この深さ(H)と粒子径(D)との比(H/D)は、0.1以上であることが好ましく、より好ましくは0.2以上であり、0.7以下であることが好ましく、より好ましくは0.6以下である。前記比(H/D)が大きくなるほど、低い圧力でも容易に変形しやすくなるとともに、アンカー効果を発揮しやすくなる。
凹部の深さは、異形状粒子の断面において、図1に示すように、凹部の起点1を結ぶ直線2から、凹部の底部3に垂線を下ろしたとき、最も長い垂線の長さとする。
また、前記第1の凹部の内部(外周で囲まれる部分)は、滑らかな曲面であることが好ましく、少なくとも、22,000倍(加速電圧1.00kV)で観察した走査型電子顕微鏡像において、100nm以上の大きさの凹部や凸部が観察されないことが好ましい。
なお、本発明で使用される異形状粒子の集合において、全ての異形状粒子が、それぞれ凹部(第1の凹部)を1つ有するものであることが好ましいが、第1の凹部を有しない異形状粒子が含まれていてもよい。この場合、第1の凹部を有しない異形状粒子の割合は、20%以下であることが好ましく、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下である。
前記第1の凹部の個数は、例えば、10以下であり、5つ以下であることがより好ましく、よりいっそう好ましくは3つ以下、さらに好ましくは2つ以下、特に好ましくは1つである。
他方、前記第1の凹部の非形成面(凹部外周の外側)の全体に、第1の凹部よりも浅い(高低差が小さい)凹凸部が連続して形成されることが好ましい。
なお前記浅い凹凸面は、平坦面に複数の浅い凹部のみが形成された面、平坦面に複数の浅い凸部のみが形成された面を含む。前者の場合、平坦面が相対的に凸部に該当し、後者の場合、平坦面が相対的に凹部に該当する。
そして、凹凸面を形成する凹部或いは凸部に着目すると、いずれも第1の凹部よりも大きさが小さいものであることが好ましく、具体的には、凹部或いは凸部の平均長径(L3)と、第1の凹部の長径(L1)との比(L3/L1)は、0.01以上であることが好ましく、より好ましくは0.05以上であり、0.3以下であることが好ましく、0.2以下であることがより好ましい。
前記第1の凹部よりも浅い(高低差が小さい)凹部或いは凸部の長径は、この凹部或いは凸部の外周を結んだ形状の中心(重心)を通り、かつこの凹部或いは凸部の外周で区切られる線分のうち、最も長い線分(又はその長さ)を意味するものとする。その平均長径(L3)は、前記凹部或いは凸部の長径を複数(例えば10個)測定し、その平均として算出することができる。なお凹部或いは凸部の外周とは、異形状粒子表面を観察した走査型電子顕微鏡像において、高低差に由来する明度の差から凹部或いは凸部の縁と認められる部分を意味するものとする。
前記凹凸面としては、例えば、第1の凹部よりも浅い凹部(以下、「ディンプル部」という場合がある)が連続して形成される凹凸面が好ましい。ディンプル部は、第1の凹部に対して小さくなっており、具体的には、ディンプル部の平均長径(L3)と、第1の凹部の長径(L1)との比(ディンプル部平均長径(L3)/L1)は、0.01以上であることが好ましく、より好ましくは0.1以上であり、0.3以下であることが好ましく、0.2以下であることがより好ましい。またディンプル部は、第1の凹部よりもなだらかなものであることが好ましい。
また前記凹凸面としては、第1の凹部よりも高低差が小さい凸部が連続して形成される凹凸面であることも好ましい。この凸部は、例えば上部が筋状に尖った形状であることが好ましい。また、このような筋状凸部が、ランダムに配向しつつ互いに交差することなく密に配置されたていることがより好ましい。筋状凸部は、曲線状或いは直線状のいずれでもよく、折れ線状になっていてもよい。筋状凸部の平均長径(L3)と、第1の凹部の長径(L1)との比(筋状凸部平均長径(L3)/L1)は、0.01以上であることが好ましく、より好ましくは0.05以上であり、0.3以下であることが好ましく、0.2以下であることがより好ましい。
本発明で使用される異形状粒子の比表面積(S1)は、上記第1の凹部及び場合によっては非凹部形成面の浅い凹凸面によって高められており、例えば1.2m2/g以上であることが好ましく、より好ましくは1.4m2/g以上、さらに好ましくは1.5m2/g以上であり、50m2/g以下であることが好ましく、より好ましくは30m2/g以下、さらに好ましくは20m2/g以下である。
異形状粒子の比表面積(S1)は、BET法を用いて測定することができる。測定装置としては、自動比表面積/細孔分布測定装置〔例えば、日本ベル(株)製、商品名:BELLSORPMini−II〕を用いることができる。
また上記比表面積(S1)と、異形状粒子の体積平均粒子径及び真比重から求めた理論比表面積(S0)との比率(S1/S0)は、1.5以上であることが好ましく、より好ましくは2以上、さらに好ましくは2.5以上であり、20以下であることが好ましく、より好ましくは15以下である。前記比率(S1/S0)が大きいほど、異形状粒子の比表面積が真球に比べて大きく、凹部、或いはディンプル部が顕著に形成されることになる。
前記理論比表面積(S0)は、粒子形状に真球を仮定し、粒子の表面積と質量の比率(表面積/質量)に基づいて算出される値であり、具体的には、下記式に基づいて算出される値とする。
理論比表面積(S0)(m2/g)=6/(真比重(g/cm3)×体積平均粒子径(μm))
本発明で使用される異形状粒子は、上記特定の形状を有するとともに、後述するように所定のアルコキシシランから形成され得るものであるため、その内部にシロキサン結合(Si−O−Si)を有しておりケイ素含有量が高められている。異形状粒子のケイ素含有量は、例えば、15質量%以上であることが好ましく、より好ましくは18質量%以上であり、例えば50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは40質量%以下である。
前記ケイ素含有量は、異形状粒子を空気などの酸化性雰囲気中、950℃で焼成したときの灰分質量(これをSiO2量とする)からSi分に相当する質量を算出し、該Si量を焼成処理に供した異形状粒子の質量で除すことにより求めることができる。灰分質量からSi分に相当する質量を算出するには、灰分質量に0.4672(Si原子量/SiO2式量)を乗じることによって求めることができる。
異形状粒子の体積平均粒子径は、0.5μm以上であることが好ましく、より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは2μm以上であり、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがさらに好ましく、20μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることがとくに好ましい。
なお異形状粒子の体積平均粒子径は、コールターカウンター法により測定された値であり、コールター原理を利用した精密粒度分布測定装置(例えば、ベックマンコールター(株)製「コールターマルチサイザーIII型」)により測定できる。
また、異形状粒子の粒子径の変動係数(CV値)は、好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは8.5%以下である。なお、粒子径の変動係数とは、コールター原理を利用した精密粒度分布測定装置により測定される粒子の体積平均粒子径と、粒子径の標準偏差とを下記式に当てはめて得られる値である。
粒子径の変動係数(%)=100×(粒子径の標準偏差/体積平均粒子径)
さらに前記異形状粒子の真比重は、0.5以上であることが好ましく、より好ましくは0.9以上であり、2以下であることが好ましく、より好ましくは1.5以下である。
異形状粒子の真比重は、気体置換法により求めることができる。測定装置としては、真比重計〔例えば、アキュピックII1340(島津製作所製)〕を用いることができる。
(異形状粒子の製造方法)
上記異形状粒子は、エチレン性不飽和結合含有基を有するアルコキシシラン(A)と、テトラアルコキシシラン(B)とから形成することができる。具体的には、アルコキシシラン(A)及びテトラアルコキシシラン(B)(以下、アルコキシシラン(A)及びテトラアルコキシシラン(B)とをまとめて「単量体」と呼ぶ場合がある)を加水分解、重縮合してシロキサン粒子を製造し、次いで、このシロキサン粒子に含まれるエチレン性不飽和結合を重合することにより、極めて少ない工程数で上記所定の凹部を有する異形状粒子を製造することができる。
加水分解・重縮合の開始当初は、アルコキシシラン(A)及びテトラアルコキシシラン(B)は、均一に混ざり合っていると考えられる。ところが、アルコキシシラン(A)とテトラアルコキシシラン(B)とは、加水分解及び重縮合のされやすさが異なっており、相対的に加水分解・重縮合されやすい単量体が優先的に重合体を形成し、続いて相対的に加水分解・重縮合されにくい単量体が重合体を形成する。このためアルコキシシラン(A)に由来する成分とテトラアルコキシシランに由来する成分とで、分布に偏りが生じると考えられる。さらに加水分解・重縮合が進むにつれ、水や溶媒等が重合体内部から排出されて重合体の体積が減少していき、単量体組成の偏りが生じている部分に収縮応力が働く結果、上記凹部が形成されるものと考えられる。
さらに、異形状粒子に残存しているエチレン性不飽和結合を重合することで、本発明で使用される異形状粒子を得ることができる。
異形状粒子に用いられる単量体のうちテトラアルコキシシラン(B)は、凹部を形成させる観点から、アルコキシシラン(A)100質量部に対して40質量部以上であることが好ましく、より好ましくは60質量部以上、さらに好ましくは80質量部以上、特に好ましくは100質量部以上であり、500質量部以下であることが好ましく、より好ましくは300質量部以下である。
また、アルコキシシラン(A)に含まれるエチレン性不飽和結合含有基は、末端に二重結合を有する基であり、(メタ)アクリル基、又は末端に二重結合を有するアルケニル基であることが好ましい。末端に二重結合を有するアルケニル基としては、炭素数2〜4(好ましくは炭素数2〜3)のアルケニル基が好ましく、具体的には、ビニル基、アリル基、2−メチルプロペニル基等が挙げられる。
また、アルコキシシラン(A)のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ等の炭素数2〜4のアルコキシ基が挙げられ、メトキシ基又はエトキシ基が好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
前記アルコキシシラン(A)としては、具体的には、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン等の(メタ)アクリル基を有するトリアルコキシシラン;3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン等の(メタ)アクリル基を有するジアルコキシシラン;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニルトリアルコキシシラン;ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン等のビニルジアルコキシシラン;アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン等のアリルトリアルコキシシラン;アリルメチルジメトキシシラン、アリルメチルジエトキシシラン等のアリルジアルコキシシラン;2−メチル−2−プロペニルトリメトキシシラン;等が挙げられる。中でも、トリアルコキシシランが好ましく、(メタ)アクリル基を有するトリアルコキシシラン、ビニルトリアルコキシシランがより好ましい。
前記アルコキシシラン(A)は、後述するテトラアルコキシシラン(B)よりも加水分解・重縮合されやすいものであることが好ましい。
また、テトラアルコキシシラン(B)のアルコキシ基としては、同一でも異なっていてもよく、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4のアルコキシ基が挙げられ、メトキシ基又はエトキシ基が好ましく、エトキシ基が特に好ましい。
アルコキシシラン(B)としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられ、テトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランが好ましく、テトラエトキシシランが特に好ましい。
前記アルコキシシラン(A)及びテトラアルコキシシラン(B)を加水分解・重縮合する際の反応溶媒は、少なくとも水を含んでいればよく、1種又は2種以上の水溶性有機溶媒を含んでいてもよい。
前記水溶性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、ブタノール、ペンタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;酢酸エチル等のエステル類;等を挙げられる。中でも水溶性有機溶媒としては、アルコール類が好ましく、メタノール又はエタノールがより好ましく、メタノールが特に好ましい。
前記水溶性有機溶媒は、反応溶媒中50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは40質量%以下、さらに好ましくは35質量%以下であり、20質量%以下であることが好ましい。
また、アルコキシシラン(A)及びテトラアルコキシシラン(B)を加水分解・重縮合する際、触媒を共存させてもよい。触媒としては、アンモニア、尿素、エタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物等の塩基性触媒を用いることができる。
触媒は、反応溶媒100質量部に対して、0.05質量部以上であることが好ましく、より好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.2質量部以上であり、2質量部以下である事が好ましく、より好ましくは1質量部以下、さらに好ましくは0.5質量部以下である。
加水分解・重縮合工程において、反応温度は0〜50℃の範囲にあることが好ましい。
上記アルコキシシラン(A)及びテトラアルコキシシラン(B)の加水分解・重縮合によりシロキサン粒子中にはシロキサン結合(Si−O−Si)が形成される一方、アルコキシシラン(A)に由来するエチレン性不飽和結合が残留している。これを重合(ラジカル重合)することで異形状粒子を製造することができる。
重合開始剤としては、過酸化物系開始剤や、アゾ系開始剤等が使用可能である。
また、ラジカル重合の際の反応温度は、40℃以上が好ましく、より好ましくは50℃以上であり、100℃以下が好ましく、より好ましくは80℃以下である。反応温度を高めることによりエチレン性不飽和結合の重合度を高めることができ、反応温度を抑制することで、異形状粒子の凝集を抑制できる。また、重合時間は、5〜600分が好ましく、より好ましくは10〜300分である。
また、重合の際、乳化剤を共存させてもよい。乳化剤を共存させることで、粒子の分散状態を安定化させやすくなる。
前記乳化剤としては、例えば、ポリオキシエチレンスチレン化アリールエーテル硫酸アンモニウム、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸アンモニウム等のアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、オキシエチレン−オキシプロピレンブロックポリマー等のノニオン性界面活性剤;等が挙げられ、アニオン性界面活性剤が好ましい。
重合工程は、加水分解・重縮合工程と連続的に実施してもよい。この場合、加水分解・重縮合工程により得られた反応液に、重合開始剤や必要に応じて乳化剤を加えればよい。
本発明で使用される異形状粒子は、ゴム表面にミクロな凹凸を形成させ、従来技術よりも高い引っ掻き効果を発現することにより、さらに氷上性能を向上させるものと推測される。
(ゴム組成物の配合割合)
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム100質量部に対し、カーボンブラックおよび/または白色充填剤を30〜100質量部、および前記異形状粒子を0.1〜20質量部配合してなることを特徴とする。
カーボンブラックおよび/または白色充填剤の前記配合量が30質量部未満では、ゴム組成物の機械的特性や耐摩耗性が悪化し、逆に100質量部を超えるとゴム組成物のしなやかさや氷上性能が悪化する。
異形状粒子の前記配合量が1質量部未満であると配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に20質量部を超えるとゴム組成物のしなやかさが悪化する。
前記カーボンブラックおよび/または白色充填剤の配合量は、ジエン系ゴム100質量部に対し、40〜90質量部が好ましい。
前記異形状粒子の配合量は、ジエン系ゴム100質量部に対し、5〜15質量部が好ましい。
(その他成分)
本発明におけるゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤;加硫又は架橋促進剤;酸化亜鉛;老化防止剤;可塑剤などのゴム組成物に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。
また本発明のゴム組成物は従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造するのに適しており、トレッド、とくにキャップトレッドに適用し、スタッドレスタイヤとするのがよい。
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。なお、下記例中、「部」とあるのは「質量部」を意味する。
(調製例1:異形状粒子1の調製)
冷却管、温度計、滴下口を備えた四つ口フラスコに、イオン交換水804部と、25%アンモニア水12部、メタノール396部を仕込み25℃に保持した。攪拌下、滴下口から、シラン単量体(シード形成モノマー)として3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、「KBM503」)53部、テトラエトキシシラン(信越化学工業社製、「LS−2430」)53部を添加し、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン及びテトラエトキシシランの加水分解、縮合反応を行って、ポリシロキサン粒子の分散液を調製した。このポリシロキサン粒子の体積基準の平均粒子径は4.10μm、粒子径の変動係数は4.2%であった。
次いで、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(第一工業製薬社製「ハイテノール(登録商標)NF−08」)の20%水溶液5.6部と、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(和光純薬工業社製「V−65」)1.3部を加え、窒素雰囲気下で反応液を65℃まで昇温させて、65℃で2時間保持し、単量体成分のラジカル重合を行った。ラジカル重合後の乳濁液を固液分離し、得られたケーキをイオン交換水、メタノールで洗浄した後、窒素雰囲気下120℃で1時間乾燥させ、異形状粒子1を得た。得られた重合体微粒子の各物性は表1に示すとおりであった。
(調製例2:異形状粒子2の調製)
シラン単量体の種類と使用量を表1に示す通りとした以外は製造例1と同様にして、異形状粒子を調製した。
Figure 2020143235
実施例1〜4、比較例1〜2
表2に示す配合(質量部)において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を1.7リットルの密閉式バンバリーミキサーで5分間混練した後、加硫促進剤および硫黄を加えてさらに混練し、ゴム組成物を得た。次に得られた未加硫のゴム組成物を所定の金型中で160℃、20分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法で加硫ゴム試験片の物性を測定した。
氷上性能:得られた加硫ゴム試験片を偏平円柱状の台ゴムに貼り付け、インサイドドラム型氷上摩擦試験機を用いて、測定温度−3.0℃、荷重5.5kg/cm、ドラム回転速度25km/hの条件で氷上摩擦係数を測定した。得られた氷上摩擦係数を、比較例1の値を100として指数で示した。指数が大きいほど氷上摩擦力が大きく氷上性能に優れることを意味する。
結果を表2に示す。
Figure 2020143235
*1:NR(RSS#3)
*2:BR(日本ゼオン株式会社製Nipol BR1220)
*3:カーボンブラック(東海カーボン株式会社製シーストKHP)
*4:シリカ(ローディア社製Zeosil 1165MP、CTAB比表面積=159m/g)
*5:シランカップリング剤(エボニックデグッサ社製Si69、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド)
*6:オイル(昭和シェル石油株式会社製エキストラクト4号S)
*7:異形状粒子1(前記調製例1にしたがい調製した異形状粒子1)
*8:異形状粒子2(前記調製例2にしたがい調製した異形状粒子2)
*9:真球状粒子(日本触媒社製エポスターM05、真球状であって凹部を持たない。平均粒子径=5μm)
*10:硫黄(鶴見化学工業株式会社製金華印油入微粉硫黄)
*11:加硫促進剤1(大内新興化学工業(株)製ノクセラーCZ−G)
*12:加硫促進剤2(住友化学(株)製ソクシノールD−G)
表2の結果から、各実施例のゴム組成物は、ジエン系ゴム100質量部に対し、カーボンブラックおよび/または白色充填剤を30〜100質量部、および有機成分および無機成分を含有し、平均粒子径が0.5μm〜50μmであり、かつ凹部を有する異形状粒子を0.1〜20質量部配合してなるものであるので、比較例1に比べて、氷上性能がいずれも向上している。
これに対し、比較例2は、異形状粒子を使用せず、その替わりに真球状であって凹部を持たない粒子を使用した例であるので、各実施例ほどには氷上性能が向上しなかった。
1 凹部の起点
2 凹部の起点1を結ぶ直線
3 凹部の底部

Claims (4)

  1. ジエン系ゴム100質量部に対し、
    カーボンブラックおよび/または白色充填剤を30〜100質量部、および
    有機成分および無機成分を含有し、平均粒子径が0.5μm〜50μmであり、かつ凹部を有する異形状粒子を0.1〜20質量部
    配合してなることを特徴とするゴム組成物。
  2. 前記ジエン系ゴム100質量部中、ポリブタジエンゴムを30質量部以上、かつ天然ゴムおよび/または合成イソプレンゴムを30質量部以上配合してなることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
  3. 前記異形状粒子は、前記凹部を少なくとも1つ含み、前記凹部は長径が粒子径に対して0.3以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のゴム組成物。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のゴム組成物をキャップトレッドに使用したスタッドレスタイヤ。
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