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
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Abstract
Description
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。
すなわち本発明は以下のとおりである。
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。
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(N2SA)が10〜300m2/gであるのが好ましく、50〜150m2/gであるのがさらに好ましい。
なお窒素吸着比表面積(N2SA)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
理論比表面積(S0)(m2/g)=6/(真比重(g/cm3)×体積平均粒子径(μm))
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。
粒子径の変動係数(%)=100×(粒子径の標準偏差/体積平均粒子径)
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。
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。
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。
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)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
結果を表2に示す。
*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=159m2/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)
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。
2 凹部の起点1を結ぶ直線
3 凹部の底部
Claims (4)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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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