JP2020200433A - ゴム組成物及びタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高い機械的強度と優れた耐オゾンクラック性を両立したタイヤ及び、該タイヤを製造可能なゴム組成物を提供することを課題とする。
<1> ジエン系ゴムを含むゴム成分と、炭素数4〜6のアルキル基を1つ有するハイドロキノン化合物と、アミン系老化防止剤とを含有するゴム組成物。
<3> 前記ハイドロキノン化合物の含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して0.25〜1質量部である<1>又は<2>に記載のゴム組成物。
<4> 前記アミン系老化防止剤の含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して3〜10質量部である<1>〜<3>のいずれか1つに記載のゴム組成物。
<5> 前記ハイドロキノン化合物がtert−ブチル基を1つ有する<1>〜<4>のいずれか1つに記載のゴム組成物。
なお、以下の説明において、数値範囲を示す「A〜B」の記載は、端点であるA及びBを含む数値範囲を表し、「A以上B以下」(A<Bの場合)、又は「A以下B以上」(B<Aの場合)を表す。
また、質量部及び質量%は、それぞれ、重量部及び重量%と同義である。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴムを含むゴム成分と、炭素数4〜6のアルキル基を1つ有するハイドロキノン化合物と、アミン系老化防止剤とを含有する。以下、「炭素数4〜6のアルキル基を1つ有するハイドロキノン化合物」を「本発明のハイドロキノン化合物」と称することがある。
本発明のゴム組成物は、更に、充填剤、加硫剤、加硫促進剤等を含んでもよい。
本発明のゴム組成物は、上記構成であることで、高い機械的強度と優れた耐オゾンクラック性を両立したタイヤが得られる。かかる理由は定かではないが、次の理由によるものと推察される。
オゾンが加硫ゴムを劣化させる過程では、ラジカルによるゴム分子の分断が起きていると考えられている。フェノール系、クレゾール系、ハイドロキノン系等の老化防止剤は、ゴム成分に配合した場合、加硫ゴムの劣化防止効果は得られるものの、ゴム成分の加硫の際に発生するラジカルも捕捉してしまう事から、加硫の進行を阻害し、結果として所望の加硫ゴム物性、特に機械的強度が得られなくなるという欠点がある。その為、従来、分子の構造としてヒドロキシ基の近くを嵩高い分子で置換したり、ヒドロキシ基の水素をアルキルで置換したりして効果を抑制した材料が使用されてきたが、これらの老化防止剤では効果が小さく、必要とされるオゾン劣化防止効果が得られなかった。
よって、1置換体を使用する事により、より具体的には、ハイドロキノン骨格に、炭素数4〜6のアルキル基を1つ有するハイドロキノン化合物を用いることにより、目的を達成する事ができると考えられる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴムを含むゴム成分を含有する。
ジエン系ゴムは、天然ゴムであってもよいし、合成ゴムであってもよい。
合成ゴムは、例えば、ポリブタジエンゴム(BR)、ポリイソプレンゴム(IR)、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニリトル−ブタジエンゴム(NBR)等が挙げられる。
ジエン系ゴムは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。天然ゴムと合成ゴムとの組み合わせであってもよいし、この場合、合成ゴムは2種以上であってもよい。
ジエン系ゴムは、以上の中でも、加硫ゴムの機械的強度と耐オゾンクラック性を向上する観点から、天然ゴム、ポリイソプレンゴム(IR)、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、及びポリブタジエンゴム(BR)が好ましく、天然ゴム、ポリイソプレンゴム(IR)、及びポリブタジエンゴム(BR)がより好ましく、天然ゴム及びポリブタジエンゴム(BR)が更に好ましい。
ハイシスポリブタジエンゴムの製造方法は特に限定されず、公知の方法により製造すればよい。例えば、ネオジム系触媒を用いてブタジエンを重合する方法が挙げられる。
ハイポリシスブタジエンゴムは市販されており、例えば、JSR社製の「BR01」、「T700」、宇部興産社製の「UBEPOL BR150L」などが挙げられる。
本発明のゴム組成物は、炭素数4〜6のアルキル基を1つ有するハイドロキノン化合物(本発明のハイドロキノン化合物)を含有する。
本発明のゴム組成物が本発明のハイドロキノン化合物を含有しないと、高い機械的強度と優れた耐オゾンクラック性を両立したタイヤ等の加硫ゴム製品が得られない。既述のように、ハイドロキノン化合物が、置換基を有しないか、ハイドロキノン骨格において、置換基を有しないか、置換基を有していても、置換基の炭素数が3以下では、高い機械的強度を実現することができない。また、置換基の炭素数が7以上である場合及び2置換体以上では、耐オゾンクラック性を実現することができない。
中でも、高い機械的強度と優れた耐オゾンクラック性のバランスの観点から、炭素数は4〜5であることが好ましく、また、分岐状であることが好ましく、tert−ブチル基がより好ましい。すなわち、ハイドロキノン化合物はtert−ブチル基を1つ有することが好ましい。
本発明のゴム組成物中の本発明のハイドロキノン化合物の含有量は、上記観点から、ゴム成分100質量部に対して0.2〜1.5質量部であることがより好ましく、0.25〜1質量部であることが更に好ましく、0.25〜0.7質量部であることが特に好ましい。
本発明のゴム組成物は、オゾンによる亀裂の発生及び進行を抑制するために、アミン系老化防止剤を含有する。
アミン系老化防止剤としては、例えば、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と称されることがある)、N−フェニル−N′−イソプロピル−p−フェニレンジアミン、アルキル化ジフェニルアミン、4,4′−(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン、N−フェニル−N′−(3−メタクリロイロキシ−2−ヒドロキシプロピル−p−フェニレンジアミン、N−(1−メチルヘプチル)−N′−フェニル−p−フェニレンジアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、オクチル化ジフェニルアミンとその誘導体、N,N′−ジフェニル−p−フェニレンジアミン、N,N′−ジ−β−ナフチル−p−フェニレンジアミンなどが挙げられる。アミン系老化防止剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
以上の中でも、加硫ゴムの耐オゾンクラック性をより向上する観点から、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)をが好ましい。
また、アミン系老化防止剤の含有量(a)は、加硫ゴムの高い機械的強度と優れた耐オゾンクラック性とのバランスの観点から、本発明のハイドロキノン化合物の含有量(b)に対する割合(a/b)が、質量基準で、2〜15であることが好ましく、3〜12であることがより好ましく、4〜12であることが更に好ましく、5〜12であることがより更に好ましい。
本発明のゴム組成物は、本発明の効果を損なわない限度において、本発明のハイドロキノン化合物及びアミン系老化防止剤以外の老化防止剤(例えば、フェノール系老化防止剤、キノリン系老化防止剤等)を更に含有していてもよい。
本発明のゴム組成物は、上記のゴム成分及び老化防止剤以外の成分を更に含有していてもよい。例えば、充填剤、硫黄、ステアリン酸、亜鉛華、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、ワックス等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して含有していてもよい。
本発明のゴム組成物は、硫黄を含有することが好ましい。
硫黄は、特に制限はなく、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、表面処理硫黄、不溶性硫黄等を挙げることができる。
本発明のゴム組成物中の硫黄の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.1〜5質量部が好ましい。この含有量が0.1質量部以上であることで加硫を充分に進行させることができ、5質量部以下をとすることで、加硫ゴムの耐老化性を抑制することができる。
ゴム組成物中の硫黄の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.5〜3.5質量部であることがより好ましく、1〜3質量部であることが更に好ましい。
本発明のゴム組成物は、加硫促進剤を含有することが好ましい。
加硫促進剤としては、例えば、グアジニン系、アルデヒド−アミン系、アルデヒド−アンモニア系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チオ尿素系、ジチオカルバメート系、ザンテート系、及び、チウラム系の加硫促進剤が挙げられる。加硫促進剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
以上の中でも、加硫ゴムの機械的強度と耐オゾンクラック性を向上する観点から、本発明のゴム組成物は、スルフェンアミド系の加硫促進剤及びチアゾール系の加硫促進剤の少なくとも一方を含有することが好ましい。
また、加硫促進剤として、加硫促進剤パッケージを用いてもよい。加硫促進剤パッケージは、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とジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィドを含む。
本発明のゴム組成物中の加硫促進剤の含有量は、加硫ゴムの機械的強度と耐オゾンクラック性を向上する観点から、ゴム成分100質量部に対して、0.1〜5質量部であることが好ましく、0.3〜3質量部であることがより好ましく、0.5〜2質量部であることが更に好ましい。
本発明のゴム組成物は、カーボンブラック、シリカ、水酸化アルミニウム等の充填剤を含有することが好ましい。
ゴム組成物が充填剤を含有することで、加硫ゴムの機械的強度をより向上することができる。
カーボンブラックは、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。カーボンブラックは、例えば、FEF、MAF、GPF、SRF、HAF、ISAF、SAFグレードのものが好ましく、FEF、MAF、GPFグレードのものがより好ましく、FEFグレードのものが更に好ましい。
シリカは、特に限定されず、一般グレードのシリカ、シランカップリング剤などで表面処理を施した特殊シリカなど、用途に応じて使用することができる。シリカは、例えば、湿式シリカを用いることが好ましい。充填剤がシリカを含有する場合、加硫ゴムの機械的強度をより向上する観点から、ゴム組成物は更にシランカップリング剤を配合することが好ましい。
充填剤は、1種のみ用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
ゴム組成物中の充填剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して10〜70質量部であることが好ましく、20〜60質量部であることがより好ましく、25〜50質量部であることが更に好ましい。
本発明のゴム組成物は、軟化剤を含有することが好ましい。
軟化剤は、例えば、鉱物由来のミネラルオイル、石油由来のアロマチックオイル、パラフィンオイル、ナフテンオイル、天然物由来のパームオイル等のプロセスオイル等が挙げられる。これらの中でも、タイヤのウェットグリップ性能の向上の観点から、鉱物由来の軟化剤及び石油由来のプロセスオイルを用いることが好ましい。
軟化剤は、1種のみ用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
ゴム組成物中の軟化剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して1〜10質量部であることが好ましく、2〜8質量部であることがより好ましく、2〜6質量部であることが更に好ましい。
本発明のゴム組成物は、上述した各成分を配合して、バンバリーミキサー、ロール、インターナルミキサー等の混練り機を使用して混練りすることによって製造することができる。各成分の配合量は、ゴム組成物中の含有量として既述した量と同じである。
各成分の混練は、全一段階で行ってもよく、二段階以上に分けて行ってもよく、例えば、第一段階において、硫黄及び発泡剤以外の配合成分を混練し、第二段階において、硫黄及び発泡剤を混練する方法が挙げられる。また、同一成分を複数の段階に分けて添加し、混練してもよい。
混練の第一段階の最高温度は、130〜170℃とすることが好ましく、第二段階の最高温度は、90〜120℃とすることが好ましい。
本発明のタイヤは、本発明のゴム組成物を用いてなる。
本発明のゴム組成物は、種々の加硫ゴム製品に使用され、タイヤ(空気入りタイヤ)のケース、トレッド部材等として好適である。
タイヤに充填する気体としては、通常の、又は酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが例示される。
なお、本発明のゴム組成物をタイヤに使用する場合、タイヤのトレッド部材に限定されるものではなく、ベーストレッド、サイドウォール、サイド補強ゴム、ビードフィラー等に用いてもよい。
また、タイヤ用途以外にも、防振ゴム、免震ゴム、ベルト(コンベアベルト)、ゴムクローラ、各種ホース、モランなどに本発明のゴム組成物を使用することができる。
(実施例1〜3、及び比較例1〜12)
表1及び2に示す配合処方にて、バンバリーミキサーを用いて、ゴム組成物の配合成分を混練し、サンプルとなるゴム組成物(実施例1〜3、並びに比較例1、4〜7、及び11〜12)を調製した。
得られたゴム組成物を、160℃にて15分間加硫して加硫ゴムを作製し、該加硫ゴムを用いて、機械的強度と耐オゾンクラック性を評価した。
比較例2〜3及び8〜10のゴム組成物及びその評価結果は実験データから得られる検量線を用いて予測した予測データである。
表1及び表2に示す成分は、以下の通りである。
・天然ゴム:TSR20
・ポリブタジエンゴム:宇部興産社製、商品名「UBEPOL BR150L」
・カーボンブラック:旭カーボン社製、N550(FEF)、商品名「旭 #65」
・マイクロクリスタリンワックス:精工化学社製、商品名「サンタイトA」
・ハイドロキノン化合物2:フェニルハイドロキノン、東京化成工業社製
・ハイドロキノン化合物3:ハイドロキノン、東京化成工業社製
・ハイドロキノン化合物4:2,5−ジ−tert−ブチルハイドロキノン、東京化成工業社製
・ハイドロキノン化合物5:2,5−ジ−tert−アミルハイドロキノン、東京化成工業社製
・ハイドロキノン化合物6:メチルハイドロキノン、東京化成工業社製
・ハイドロキノン化合物7:2,5−ビス(1,1,3,3−テトラメチルブチル)ハイドロキノン、和光純薬社製
・ハイドロキノン化合物8:テトラメチルハイドロキノン、東京化成工業社製
・ハイドロキノン化合物9:ハイドロキノンモノメチルエーテル、東京化成工業社製
・フェノール系老化防止剤:2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、川口化学工業社製、商品名「Antage BHT」
なお、上記ハイドロキノン化合物及びフェノール系老化防止剤の構造式は次の通りである。
・ステアリン酸:新日本理化社製、商品名「50S」
・亜鉛華(混練の第一段階):JIS規格で分類される第2種の酸化亜鉛
・アミン系老化防止剤:6PPD〔N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine〕、川口化学工業社製、商品名「Antage 6C」
・加硫遅延剤:新日本石油化学社製、商品名「日石ネオレジン B−100」
なお、アミン系老化防止剤の構造式は次の通りである。
・キノリン系老化防止剤:Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinolin、精工化学社製、商品名「ノンフレックス RD」
・硫黄:細井化学工業社製、商品名「HK200−5」
なお、キノリン系老化防止剤の構造式は次の通りである。
得られた加硫ゴムをJIS3号ダンベル形状に打ち抜いたシートについて、ORIENTEC社製の引張試験機テンシロンRTC−1225Aにより、JIS K 6250に準拠して、試験温度23℃、引張速度300mm/minの条件で引張試験を行い、破断強度(Tb)を測定した。
比較例1の破断強度を100として、実施例及び比較例の破断強度を指数化した。許容範囲は97以上である。破断強度の指数が大きい程、加硫ゴムが高い機械的強度を有することを示す。
結果を表2(「破断強度」欄)に示す。
JIS K 6259−1:2015(加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−耐オゾン性の求め方−第1部:静的オゾン劣化試験及び動的オゾン劣化試験)に準拠し、オゾン濃度50ppm、40℃、20%伸張条件下で動的オゾン劣化試験を行い、長さ1mmの亀裂が発生するまでの日数を測定価した。
比較例1の日数を100として、実施例及び比較例の日数を指数化した。許容範囲は140以上である。日数の指数が大きい程、加硫ゴムに亀裂が発生するまで日数かかったことを意味し、すなわち、耐オゾンクラック性に優れることを示す。
結果を表2(「耐オゾン性」欄)に示す。
これに対し、比較例の加硫ゴムは、耐オゾンクラック性に優れても、機械的強度が低く、高い機械的強度と優れた耐オゾンクラック性を両立することができなかった。
以上より、実施例の加硫ゴムをタイヤのトレッド部材、サイド部材等に適用すると、高い機械的強度と優れた耐オゾンクラック性を有するタイヤが得られると考えられる。
Claims (6)
- ジエン系ゴムを含むゴム成分と、
炭素数4〜6のアルキル基を1つ有するハイドロキノン化合物と、
アミン系老化防止剤と
を含有するゴム組成物。 - 硫黄を含有する請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記ハイドロキノン化合物の含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して0.25〜1質量部である請求項1又は2に記載のゴム組成物。
- 前記アミン系老化防止剤の含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して3〜10質量部である請求項1〜3のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記ハイドロキノン化合物がtert−ブチル基を1つ有する請求項1〜4のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
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