JP2022077519A - Vulcanization method of rubber composition - Google Patents

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Abstract

To a method for quantitatively determining a production amount of a cyclic sulfide structure in a rubber component, and appropriately setting a vulcanization condition of the rubber component based on the calculated production amount of the cyclic sulfide structure.SOLUTION: A vulcanization method of a rubber composition adjusts a molar ratio of a cyclic sulfide structure to entire 1,4-isoprene binding units in a rubber component to 2.0 mol% or less, in which the molar ratio is calculated by measuring solid 13C-NMR of the rubber composition containing the rubber component containing the isoprene-based rubber, and determining a ratio of a peak area of a carbon peak derived from a carbon atom forming a double bond in carbon atoms constituting the 1,4-isoprene binding units of the rubber component in the obtained 13C-NMR to a peak area of a carbo peak derived from a carbon atom coupled to a sulfur atom in the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、ゴム組成物の加硫方法に関する。 The present invention relates to a method for vulcanizing a rubber composition.

硫黄等の加硫剤を含有する未加硫ゴム組成物を加熱加圧(加硫)することにより、ゴム分子同士が硫黄原子を介して架橋されるが、ブタジエンゴムにおいては、それとともに、ゴム分子を構成する1,4-ブタジエン結合が硫黄原子を取り込んで閉環し、環状スルフィド構造を形成する副反応が起こることが報告されている(例えば、非特許文献1)。 By heating and pressurizing (vulcanizing) an unvulcanized rubber composition containing a vulcanizing agent such as sulfur, rubber molecules are cross-linked via sulfur atoms. It has been reported that the 1,4-butadiene bond constituting the molecule takes in a sulfur atom and closes the ring, causing a side reaction to form a cyclic sulfide structure (for example, Non-Patent Document 1).

Macromolecules 1999, 32, 22, 7521-7529Macromolecules 1999, 32, 22, 7521-7529

しかしながら、加硫ゴム成分中の環状スルフィド構造の生成量を定量する方法はこれまで知られていない。また、ブタジエンゴム以外のジエン系ゴムを加硫したときに、かかる環状スルフィド構造を生成するかどうかは明らかではない。さらに、該環状スルフィド構造の生成が加硫ゴム組成物の物性に与える影響も、これまで詳細に検討されていない。 However, a method for quantifying the amount of cyclic sulfide structure produced in the vulcanized rubber component has not been known so far. Further, it is not clear whether or not such a cyclic sulfide structure is formed when a diene-based rubber other than butadiene rubber is vulcanized. Furthermore, the effect of the formation of the cyclic sulfide structure on the physical properties of the vulcanized rubber composition has not been investigated in detail so far.

ゴム分子同士の架橋に寄与しない環状スルフィド構造の生成は、加硫の効率性の面で好ましくない副反応といえる。加えて、環状スルフィド構造は剛直な分子骨格を有しており、局所剛性の増大による引っ張り強さ等の破壊耐性の低下が懸念される。 The formation of a cyclic sulfide structure that does not contribute to the cross-linking of rubber molecules can be said to be an unfavorable side reaction in terms of vulcanization efficiency. In addition, the cyclic sulfide structure has a rigid molecular skeleton, and there is a concern that fracture resistance such as tensile strength may decrease due to an increase in local rigidity.

本発明は、ゴム成分中の環状スルフィド構造の生成量を定量し、算定された環状スルフィド構造の生成量を指針として、ゴム組成物の加硫条件を適切に設定する方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a method for quantifying the amount of cyclic sulfide structure produced in a rubber component and appropriately setting the vulcanization conditions of the rubber composition using the calculated amount of cyclic sulfide structure as a guideline. And.

本発明者は、鋭意検討した結果、固体13C-NMRを用いた下記の手法により、イソプレン系ゴムを含むゴム成分中の環状スルフィド構造の生成量を定量できることを見出した。さらに、算定された全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率を一定値以下とすることにより、伸びやすさ、破壊耐性などの物性に優れたタイヤ等の加硫ゴム製品を製造することができることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies, the present inventor has found that the amount of cyclic sulfide structure produced in a rubber component containing isoprene-based rubber can be quantified by the following method using solid 13 C-NMR. Furthermore, by setting the molar ratio of the cyclic sulfide structure to the calculated total 1,4-isoprene bond unit to a certain value or less, vulcanized rubber products such as tires having excellent physical properties such as stretchability and fracture resistance can be manufactured. We found that we could do it and completed the present invention.

すなわち、本発明は、
〔1〕ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率を2.0mol%以下に調節する、ゴム組成物の加硫方法であって、前記モル比率は、イソプレン系ゴムを含むゴム成分を含むゴム組成物の固体13C-NMRを測定し、得られた13C-NMRスペクトルにおける前記ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうち二重結合を形成する炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積と、前記環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積の比を求めることにより算出される、加硫方法、
〔2〕前記モル比率が、イソプレン系ゴムを含むゴム成分を含むゴム組成物の固体13C-NMRを測定し、得られた13C-NMRスペクトルにおける前記ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうちメチル基と結合した四級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積と、前記環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積の比を求めることにより算出される、上記〔1〕記載の加硫方法、
〔3〕前記環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子に由来する炭素ピークが58.2~59.3ppmで観測される、上記〔2〕記載の加硫方法、
〔4〕前記ゴム成分が天然ゴムを含む、上記〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の加硫方法、
〔5〕前記ゴム組成物中の前記ゴム成分100質量部に対するカーボンブラックの含有量が50質量部以下である、上記〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の加硫方法、
〔6〕固体13C-NMRの測定モードがDD/MASである、上記〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の加硫方法、
〔7〕上記〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の加硫方法により製造されたゴム組成物を用いたタイヤの製造方法、
〔8〕全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率が2.0mol%以下に調節されたゴム成分を含有するゴム組成物を用いたタイヤ、に関する。
That is, the present invention
[1] A method for sulphurizing a rubber composition, wherein the molar ratio of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene bonding units in the rubber component is adjusted to 2.0 mol% or less, and the molar ratio is isoprene-based. A solid 13 C-NMR of a rubber composition containing a rubber component containing rubber was measured, and a double bond among carbon atoms constituting the 1,4-isoprene bond unit of the rubber component in the obtained 13 C-NMR spectrum was obtained. It is calculated by calculating the ratio of the peak area of the carbon peak derived from the carbon atom forming the ring to the peak area of the carbon peak derived from the carbon atom bonded to the sulfur atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure. , Sulfurization method,
[2] The molar ratio is a solid 13 C-NMR of a rubber composition containing a rubber component containing an isoprene-based rubber, and the 1,4-isoprene bonding unit of the rubber component in the obtained 13 C-NMR spectrum is measured. The peak area of the carbon peak derived from the quaternary carbon atom bonded to the methyl group among the carbon atoms constituting the above, and the carbon derived from the tertiary carbon atom bonded to the sulfur atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure. The sulfide method according to the above [1], which is calculated by obtaining the ratio of the peak areas of the peaks.
[3] The sulfide method according to the above [2], wherein a carbon peak derived from a tertiary carbon atom bonded to a sulfur atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure is observed at 58.2 to 59.3 ppm. ,
[4] The vulcanization method according to any one of [1] to [3] above, wherein the rubber component contains natural rubber.
[5] The vulcanization method according to any one of [1] to [4] above, wherein the content of carbon black in the rubber composition is 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
[6] The vulcanization method according to any one of [1] to [5] above, wherein the measurement mode of solid 13 C-NMR is DD / MAS.
[7] A method for producing a tire using a rubber composition produced by the vulcanization method according to any one of [1] to [6] above.
[8] The present invention relates to a tire using a rubber composition containing a rubber component in which the molar ratio of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units is adjusted to 2.0 mol% or less.

本発明によれば、イソプレン系ゴムを含むゴム成分中の環状スルフィド構造の生成量を定量し、算定された環状スルフィド構造の生成量を指針として、加硫温度、時間等の加硫条件を適切に設定し、加硫ゴム成分中の環状スルフィド構造の生成量を一定値以下にすることで、局所剛性の増大を防止し、伸びやすさ、破壊耐性などの物性に優れたタイヤ等の加硫ゴム製品を製造することができる。 According to the present invention, the amount of cyclic sulfide structure formed in the rubber component containing isoprene-based rubber is quantified, and the calculated amount of cyclic sulfide structure formed is used as a guideline to appropriately set vulcanization conditions such as vulcanization temperature and time. By setting the amount of cyclic sulfide structure generated in the vulcanized rubber component to a certain value or less, it is possible to prevent an increase in local rigidity and vulcanize tires with excellent physical properties such as stretchability and fracture resistance. Can manufacture rubber products.

13C-NMRにより実施例1の加硫ゴム組成物を測定して得られたNMRスペクトルを示す図である。 13 It is a figure which shows the NMR spectrum obtained by measuring the vulcanized rubber composition of Example 1 by 13 C-NMR. 13C-NMRにより実施例1の加硫ゴム組成物を測定して得られたNMRスペクトルを示す拡大図である。 13 It is an enlarged view which shows the NMR spectrum obtained by measuring the vulcanized rubber composition of Example 1 by 13 C-NMR. 実施例2のゴム組成物を140℃で加硫した場合の加硫曲線を示す図である。It is a figure which shows the vulcanization curve when the rubber composition of Example 2 is vulcanized at 140 degreeC. 実施例2のゴム組成物を180℃で加硫した場合の加硫曲線を示す図である。It is a figure which shows the vulcanization curve when the rubber composition of Example 2 is vulcanized at 180 degreeC. 実施例2のゴム組成物において、加硫温度、加硫時間、および環状スルフィド構造の生成量の相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation of the vulcanization temperature, the vulcanization time, and the amount of formation of a cyclic sulfide structure in the rubber composition of Example 2. FIG.

本開示のゴム組成物の加硫方法は、ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率を2.0mol%以下に調節することを特徴とする。また前記モル比率は、イソプレン系ゴムを含むゴム成分を含むゴム組成物の固体13C-NMRを測定し、得られた13C-NMRスペクトルにおける前記ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうち二重結合を形成する炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積と、前記環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積の比を求めることにより算出される。また、前記モル比率は、イソプレン系ゴムを含むゴム成分を含むゴム組成物の固体13C-NMRを測定し、得られた13C-NMRスペクトルにおける前記ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうちメチル基と結合した四級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積と、前記環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積の比を求めることにより算出されることが好ましい。 The vulcanization method of the rubber composition of the present disclosure is characterized in that the molar ratio of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene bonding units in the rubber component is adjusted to 2.0 mol% or less. Further, the molar ratio comprises a solid 13 C-NMR of a rubber composition containing a rubber component containing an isoprene-based rubber, and constitutes a 1,4-isoprene binding unit of the rubber component in the obtained 13 C-NMR spectrum. The peak area of the carbon peak derived from the carbon atom forming the double bond among the carbon atoms to be formed, and the peak area of the carbon peak derived from the carbon atom bonded to the sulfur atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure. It is calculated by finding the ratio. Further, the molar ratio is a solid 13 C-NMR of a rubber composition containing a rubber component containing an isoprene-based rubber, and the 1,4-isoprene bonding unit of the rubber component in the obtained 13 C-NMR spectrum is used. The peak area of the carbon peak derived from the quaternary carbon atom bonded to the methyl group among the constituent carbon atoms and the carbon peak derived from the tertiary carbon atom bonded to the sulfur atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure. It is preferable to calculate by obtaining the ratio of the peak areas of.

ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率を2.0mol%以下(好ましくは1.5mol%以下、より好ましくは1.0mol%以下、さらに好ましくは0.8mol%以下)に調節することにより、局所剛性の増大を防止し、伸びやすさ、破壊耐性などの物性に優れたタイヤ等の加硫ゴム製品を製造することができる。 The molar ratio of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units in the rubber component is 2.0 mol% or less (preferably 1.5 mol% or less, more preferably 1.0 mol% or less, still more preferably 0.8 mol%). By adjusting to the following), it is possible to prevent an increase in local rigidity and manufacture a vulcanized rubber product such as a tire having excellent physical properties such as stretchability and fracture resistance.

本開示の他の実施形態は、前記の加硫方法により製造されたゴム組成物を用いたタイヤの製造方法である。 Another embodiment of the present disclosure is a method for producing a tire using the rubber composition produced by the above-mentioned vulcanization method.

本開示の他の実施形態は、全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率が2.0モル%以下に調節されたゴム成分を含有するゴム組成物を用いたタイヤである。 Another embodiment of the present disclosure is a tire using a rubber composition containing a rubber component in which the molar ratio of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units is adjusted to 2.0 mol% or less.

本開示の一実施形態である、加硫ゴム成分中の環状スルフィド構造の生成量を定量する方法について、以下に詳細に説明する。但し、以下の記載は本発明を説明するための例示であり、本発明の技術的範囲をこの記載範囲にのみ限定する趣旨ではない。なお、本明細書において、「~」を用いて数値範囲を示す場合、その両端の数値を含むものとする。 A method for quantifying the amount of cyclic sulfide structure produced in the vulcanized rubber component, which is an embodiment of the present disclosure, will be described in detail below. However, the following description is an example for explaining the present invention, and does not mean that the technical scope of the present invention is limited only to this description range. In this specification, when a numerical range is indicated by using "-", the numerical values at both ends thereof are included.

<加硫ゴム組成物>
本開示において使用できるゴム成分としては、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)等のイソプレン系ゴムが挙げられる。また、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)等のジエン系ゴムや、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(X-IIR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、エチレンプロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、シリコーンゴム、塩化ポリエチレンゴム、フッ素ゴム(FKM)、アクリルゴム(ACM)、ヒドリンゴム等の非ジエン系ゴムを含有していてもよい。これらのゴム成分は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。ゴム成分中のイソプレン系ゴム(好ましくはNR)の含有量は、特に制限されないが、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、90質量%が特に好ましく、100質量%でもよい。
<Vulcanized rubber composition>
Examples of the rubber component that can be used in the present disclosure include isoprene-based rubbers such as natural rubber (NR) and isoprene rubber (IR). Further, diene rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), styrene isoprene butadiene rubber (SIBR), chloroprene rubber (CR), and acrylonitrile butadiene rubber (NBR), butyl rubber (IIR), and halogenated butyl rubber. Contains non-diene rubber such as (X-IIR), ethylene propylene diene rubber (EPDM), ethylene propylene rubber, polynorbornene rubber, silicone rubber, polyethylene chloride rubber, fluororubber (FKM), acrylic rubber (ACM), hydrin rubber, etc. You may be doing it. These rubber components may be used alone or in combination of two or more. The content of isoprene-based rubber (preferably NR) in the rubber component is not particularly limited, but is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, further preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass. Preferably, it may be 100% by mass.

加硫剤としては硫黄が好適に用いられる。硫黄としては、粉末硫黄、油処理硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄等を用いることができる。 Sulfur is preferably used as the vulcanizing agent. As the sulfur, powdered sulfur, oil-treated sulfur, precipitated sulfur, colloidal sulfur, insoluble sulfur, highly dispersible sulfur and the like can be used.

加硫剤として硫黄を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、十分な加硫反応を確保する観点から、0.1質量部以上が好ましく、0.3質量部以上がより好ましく、0.5質量部以上がさらに好ましい。また、劣化防止の観点からは、5.0質量部以下が好ましく、4.0質量部以下がより好ましく、3.0質量部以下がさらに好ましい。なお、加硫剤として、オイル含有硫黄を使用する場合の加硫剤の含有量は、オイル含有硫黄に含まれる純硫黄分の合計含有量とする。 When sulfur is contained as a vulcanizing agent, the content with respect to 100 parts by mass of the rubber component is preferably 0.1 part by mass or more, more preferably 0.3 parts by mass or more, from the viewpoint of ensuring a sufficient vulcanization reaction. More preferably, 0.5 part by mass or more. From the viewpoint of preventing deterioration, 5.0 parts by mass or less is preferable, 4.0 parts by mass or less is more preferable, and 3.0 parts by mass or less is further preferable. When oil-containing sulfur is used as the vulcanizing agent, the content of the vulcanizing agent is the total content of pure sulfur contained in the oil-containing sulfur.

硫黄以外の加硫剤としては、例えば、アルキルフェノール・塩化硫黄縮合物、1,6-ヘキサメチレン-ジチオ硫酸ナトリウム・二水和物、1,6-ビス(N,N’-ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサン等が挙げられる。これらの硫黄以外の加硫剤は、田岡化学工業(株)、ランクセス(株)、フレクシス社等より市販されているものを使用することができる。 Examples of the vulcanizing agent other than sulfur include alkylphenol / sulfur chloride condensate, 1,6-hexamethylene-sodium dithiosulfate / dihydrate, and 1,6-bis (N, N'-dibenzylthiocarbamoyldithio). ) Hexane and the like can be mentioned. As these vulcanizing agents other than sulfur, those commercially available from Taoka Chemical Industry Co., Ltd., LANXESS Co., Ltd., Flexis Co., Ltd. and the like can be used.

加硫促進剤としては、特に限定されないが、例えば、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸塩系、アルデヒド-アミン系もしくはアルデヒド-アンモニア系、イミダゾリン系、キサンテート系の各加硫促進剤が挙げられ、スルフェンアミド系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、およびグアニジン系加硫促進剤が好ましい。これらの加硫促進剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The vulcanization accelerator is not particularly limited, and is, for example, sulfuramide-based, thiazole-based, thiuram-based, thiourea-based, guanidine-based, dithiocarbamate-based, aldehyde-amine-based or aldehyde-ammonia-based, imidazoline-based, and xanthate. Examples of each vulcanization accelerator of the system include a sulfur amide-based vulcanization accelerator, a thiazole-based vulcanization accelerator, and a guanidine-based vulcanization accelerator. These vulcanization accelerators may be used alone or in combination of two or more.

加硫促進剤のゴム成分100質量部に対する含有量は、1.0質量部以上が好ましく、1.5質量部以上がより好ましく、2.0質量部以上がさらに好ましい。また、加硫促進剤のゴム成分100質量部に対する含有量は、8.0質量部以下が好ましく、7.0質量部以下がより好ましく、6.0質量部以下がさらに好ましく、5.0質量部以下が特に好ましい。加硫促進剤の含有量を上記範囲内とすることにより、破壊強度および伸びが確保できる傾向がある。 The content of the vulcanization accelerator with respect to 100 parts by mass of the rubber component is preferably 1.0 part by mass or more, more preferably 1.5 parts by mass or more, and further preferably 2.0 parts by mass or more. The content of the vulcanization accelerator with respect to 100 parts by mass of the rubber component is preferably 8.0 parts by mass or less, more preferably 7.0 parts by mass or less, further preferably 6.0 parts by mass or less, and 5.0 parts by mass. Part or less is particularly preferable. By setting the content of the vulcanization accelerator within the above range, the fracture strength and elongation tend to be ensured.

本開示に係るゴム組成物には、前記成分以外にも、従来ゴム工業で一般に使用される配合剤、例えば、カーボンブラック、シリカ、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、アルミナ、クレー、タルク等の補強用充填剤、シランカップリング剤、樹脂成分、液状ポリマー、オイル、ワックス、加工助剤、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛等を適宜含有することができる。 In addition to the above-mentioned components, the rubber composition according to the present disclosure is used for reinforcing compounding agents generally used in the rubber industry, such as carbon black, silica, aluminum hydroxide, calcium carbonate, alumina, clay, and talc. It can appropriately contain a filler, a silane coupling agent, a resin component, a liquid polymer, an oil, a wax, a processing aid, an antiaging agent, stearic acid, zinc oxide and the like.

カーボンブラックとしては、特に限定されず、ゴム工業において一般的なものを適宜利用することができ、例えば、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAF等が挙げられる。これらのカーボンブラックは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The carbon black is not particularly limited, and those commonly used in the rubber industry can be appropriately used, and examples thereof include GPF, FEF, HAF, ISAF, and SAF. These carbon blacks may be used alone or in combination of two or more.

カーボンブラックのゴム成分100質量部に対する含有量は特に限定されず、配合の目的に応じて、例えば、1~150質量部、5~120質量部、10~100質量部とすることができる。カーボンブラックのゴム成分100質量部に対する含有量は、固体13C-NMRのシグナルが広幅化し環状スルフィド構造の定量化が困難になることを防止する観点から、50質量部以下が好ましく、25質量部以下がより好ましい。 The content of carbon black with respect to 100 parts by mass of the rubber component is not particularly limited, and may be, for example, 1 to 150 parts by mass, 5 to 120 parts by mass, or 10 to 100 parts by mass depending on the purpose of blending. The content of carbon black with respect to 100 parts by mass of the rubber component is preferably 50 parts by mass or less, preferably 25 parts by mass, from the viewpoint of preventing the signal of solid 13 C-NMR from widening and making it difficult to quantify the cyclic sulfide structure. The following is more preferable.

シリカとしては、特に限定されず、例えば、乾式法により調製されたシリカ(無水シリカ)、湿式法により調製されたシリカ(含水シリカ)等、ゴム工業において一般的なものを使用することができる。なかでもシラノール基が多いという理由から、湿式法により調製された含水シリカが好ましい。これらのシリカは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The silica is not particularly limited, and for example, silica prepared by a dry method (anhydrous silica), silica prepared by a wet method (hydrous silica), and the like, which are common in the rubber industry, can be used. Of these, hydrous silica prepared by a wet method is preferable because it has a large number of silanol groups. These silicas may be used alone or in combination of two or more.

シリカのゴム成分100質量部に対する含有量は特に限定されず、配合の目的に応じて、例えば、1~150質量部、5~120質量部、10~100質量部とすることができる。 The content of silica with respect to 100 parts by mass of the rubber component is not particularly limited, and may be, for example, 1 to 150 parts by mass, 5 to 120 parts by mass, or 10 to 100 parts by mass depending on the purpose of blending.

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、ゴム工業において、従来からシリカと併用される任意のシランカップリング剤を使用することができる。そのようなシランカップリング剤としては、例えば、スルフィド系シランカップリング剤、メルカプト系シランカップリング剤、チオエステル系シランカップリング剤、アミノ系シランカップリング剤、グリシドキシ系シランカップリング剤等が挙げられる。 Silica is preferably used in combination with a silane coupling agent. The silane coupling agent is not particularly limited, and any silane coupling agent conventionally used in combination with silica can be used in the rubber industry. Examples of such a silane coupling agent include a sulfide-based silane coupling agent, a mercapto-based silane coupling agent, a thioester-based silane coupling agent, an amino-based silane coupling agent, and a glycidoxy-based silane coupling agent. ..

シランカップリング剤のシリカ100質量部に対する含有量は、シリカの分散性を高める観点から、1.0質量部以上が好ましく、3.0質量部以上がより好ましく、5.0質量部以上がさらに好ましい。また、耐摩耗性能の低下を防止する観点からは、30質量部以下が好ましく、20質量部以下がより好ましく、15質量部以下がさらに好ましい。 The content of the silane coupling agent with respect to 100 parts by mass of silica is preferably 1.0 part by mass or more, more preferably 3.0 parts by mass or more, and further preferably 5.0 parts by mass or more from the viewpoint of enhancing the dispersibility of silica. preferable. Further, from the viewpoint of preventing deterioration of wear resistance, 30 parts by mass or less is preferable, 20 parts by mass or less is more preferable, and 15 parts by mass or less is further preferable.

本開示の固体13C-NMR測定に付する加硫ゴム組成物は、公知の方法により製造することができる。例えば、前記の各成分をオープンロール、密閉式混練機(バンバリーミキサー、ニーダー等)等のゴム混練装置を用いて混練りし、その後加硫することにより製造できる。 The vulcanized rubber composition to be subjected to the solid 13 C-NMR measurement of the present disclosure can be produced by a known method. For example, it can be produced by kneading each of the above components using a rubber kneading device such as an open roll or a closed kneader (Banbury mixer, kneader, etc.) and then vulcanizing.

混練り工程は、例えば、加硫剤および加硫促進剤以外の配合剤および添加剤を混練りするベース練り工程と、ベース練り工程で得られた混練物に加硫剤および加硫促進剤を添加して混練りするファイナル練り(F練り)工程とを含んでなるものである。さらに、前記ベース練り工程は、所望により、複数の工程に分けることもできる。 In the kneading step, for example, a base kneading step of kneading a compounding agent and an additive other than a vulcanizing agent and a vulcanization accelerator, and a vulcanizing agent and a vulcanization accelerator are added to the kneaded product obtained in the base kneading step. It includes a final kneading (F kneading) step of adding and kneading. Further, the base kneading step can be divided into a plurality of steps, if desired.

混練条件としては特に限定されるものではないが、例えば、ベース練り工程では、排出温度150~170℃で3~10分間混練りし、ファイナル練り工程では、70~110℃で1~5分間混練りする方法が挙げられる。 The kneading conditions are not particularly limited, but for example, in the base kneading step, kneading is performed at a discharge temperature of 150 to 170 ° C. for 3 to 10 minutes, and in the final kneading step, kneading is performed at 70 to 110 ° C. for 1 to 5 minutes. There is a method of kneading.

前記の混練り工程により得られた未加硫ゴム組成物を、加硫することにより、加硫ゴム組成物を得ることができる。加硫条件としては、特に限定されるものではなく、後述するゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率(mol%)やゴム成分の重量に対する環状スルフィド構造のモル数(mol/g)が所定の範囲となるように、適宜設定することができる。例えば、加硫温度は120~200℃、120~180℃、120~160℃、130~160℃の範囲とすることができる。加硫時間は0.5~30分、0.5~15分、0.5~10分、0.5~7分、0.5~5分、1~5分の範囲とすることができる。 A vulcanized rubber composition can be obtained by vulcanizing the unvulcanized rubber composition obtained by the kneading step. The vulcanization conditions are not particularly limited, and are the molar ratio (mol%) of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units in the rubber component described later and the mole of the cyclic sulfide structure to the weight of the rubber component. It can be appropriately set so that the number (mol / g) is within a predetermined range. For example, the vulcanization temperature can be in the range of 120 to 200 ° C, 120 to 180 ° C, 120 to 160 ° C, and 130 to 160 ° C. The vulcanization time can be in the range of 0.5 to 30 minutes, 0.5 to 15 minutes, 0.5 to 10 minutes, 0.5 to 7 minutes, 0.5 to 5 minutes, and 1 to 5 minutes. ..

<定量工程>
本開示において使用可能なNMRは、固体高分解能13C-NMRであれば特に限定されないが、より優れた分解能が得られ、より正確に定量できるという理由から、NMRの13C共鳴周波数は、75MHz以上が好ましく、100MHz以上がより好ましく、126MHz以上がさらに好ましい。
<Quantitative process>
The NMR that can be used in the present disclosure is not particularly limited as long as it is a solid high resolution 13 C-NMR, but the 13 C resonance frequency of the NMR is 75 MHz because better resolution can be obtained and more accurate quantification can be obtained. The above is preferable, 100 MHz or more is more preferable, and 126 MHz or more is further preferable.

固体13C-NMRの測定条件は、例えば、以下のように設定できる。
(測定条件)
装置 Bruker社製Avance400
使用プローブ Bruker社製7mm MAS BB WB WVTプローブ
13C共鳴周波数 100.6MHz
MAS回転速度 5kHz(±1Hz)
測定モード DD/MAS
待ち時間 6秒
積算回数 40960回
観測温度 58℃
試料量 ジルコニアローターの1/4容量
外部基準物質 アダマンタン(化学シフト値は29.5ppm)
The measurement conditions for solid 13 C-NMR can be set as follows, for example.
(Measurement condition)
Equipment Bruker Avance 400
Probe used Bruker 7mm MAS BB WB WVT probe
13 C resonance frequency 100.6MHz
MAS rotation speed 5kHz (± 1Hz)
Measurement mode DD / MAS
Waiting time 6 seconds Total number of times 40960 Observation temperature 58 ° C
Sample amount 1/4 volume of zirconia rotor Adamantane (chemical shift value is 29.5 ppm)

MAS回転速度は、化学シフト異方性の除去と双極子相互作用の除去という理由から、13C共鳴周波数100.6MHzの場合、5kHz以上が好ましい。待ち時間は、定量性を保証するという理由から、6~30秒が好ましい。また、積算回数は、環状スルフィド構造を構成する炭素原子に由来するピークをより正確に定量できるようにするため、5000回以上が好ましく、10000回以上がより好ましく、20000回以上がさらに好ましく、40000回以上が特に好ましい。 The MAS rotation speed is preferably 5 kHz or more in the case of a 13 C resonance frequency of 100.6 MHz for the reason of eliminating chemical shift anisotropy and dipole interaction. The waiting time is preferably 6 to 30 seconds because it guarantees quantitativeness. Further, the number of integrations is preferably 5000 times or more, more preferably 10,000 times or more, further preferably 20,000 times or more, and even more preferably 40,000 times so that the peak derived from the carbon atom constituting the cyclic sulfide structure can be quantified more accurately. More than once is particularly preferable.

ゴム分子を構成する1,4-イソプレン結合が硫黄原子を取り込んで閉環した環状スルフィド構造は、下記に示す反応機構により、下記式(3)のような化学構造を有していると推定される。

Figure 2022077519000002
(式中、xは1以上の整数を表す) The cyclic sulfide structure in which the 1,4-isoprene bond constituting the rubber molecule takes in a sulfur atom and closes the ring is presumed to have a chemical structure as shown in the following formula (3) by the reaction mechanism shown below. ..
Figure 2022077519000002
(In the formula, x represents an integer of 1 or more)

本開示における「1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうち二重結合を形成する炭素原子」は、上記式(3)のa1およびa2で示される炭素原子を指す。このうち「ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうちメチル基と結合した四級炭素原子」は、上記式(3)のa1で示される炭素原子を指し、「ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうち三級炭素原子、は、上記式(3)のa2で示される炭素原子を指す。 In the present disclosure, "a carbon atom forming a double bond among carbon atoms constituting a 1,4-isoprene bond unit" refers to a carbon atom represented by a1 and a2 in the above formula (3). Of these, the "quaternary carbon atom bonded to the methyl group among the carbon atoms constituting the 1,4-isoprene bond unit of the rubber component" refers to the carbon atom represented by a1 in the above formula (3), and is a "rubber component". Of the carbon atoms constituting the 1,4-isoprene bond unit of No. 1, the tertiary carbon atom refers to the carbon atom represented by a2 of the above formula (3).

本開示における「環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した炭素原子」は、上記式(3)のb1およびb2で示される炭素原子を指す。このうち「環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子およびメチル基と結合した四級炭素原子」は、上記式(3)のb1で示される炭素原子を指し、「環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子」は、上記式(3)のb2で示される炭素原子を指す。 The "carbon atom bonded to the sulfur atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure" in the present disclosure refers to the carbon atom represented by b1 and b2 of the above formula (3). Of these, the "quaternary carbon atom bonded to the sulfur atom and the methyl group among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure" refers to the carbon atom represented by b1 of the above formula (3) and constitutes the "cyclic sulfide structure". Of the carbon atoms, the "tertiary carbon atom bonded to the sulfur atom" refers to the carbon atom represented by b2 of the above formula (3).

ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうち三級炭素原子(上記式(3)のa2で示される炭素原子)に由来する炭素ピークは、123.5~128.0ppmで観測される。 Of the carbon atoms constituting the 1,4-isoprene bond unit of the rubber component, the carbon peak derived from the tertiary carbon atom (carbon atom represented by a2 in the above formula (3)) is 123.5 to 128.0 ppm. Observed.

ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうちメチル基と結合した四級炭素原子(上記式(3)のa1で示される炭素原子)に由来する炭素ピークは、133.0~137.5ppmで観測される。 Among the carbon atoms constituting the 1,4-isoprene bond unit of the rubber component, the carbon peak derived from the quaternary carbon atom bonded to the methyl group (the carbon atom represented by a1 in the above formula (3)) is 133.0. It is observed at ~ 137.5 ppm.

環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子(上記式(3)のb2で示される炭素原子)に由来する炭素ピークは、58.2~59.3ppmで観測される。 Among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure, the carbon peak derived from the tertiary carbon atom bonded to the sulfur atom (the carbon atom represented by b2 in the above formula (3)) is observed at 58.2 to 59.3 ppm. To.

環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子およびメチル基と結合した四級炭素原子(上記式(3)のb1で示される炭素原子)に由来する炭素ピークは、57.8~58.2ppmで観測される。 Among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure, the carbon peak derived from the sulfur atom and the quaternary carbon atom bonded to the methyl group (the carbon atom represented by b1 in the above formula (3)) is 57.8 to 58.2 ppm. Observed at.

得られた13C-NMRスペクトルから、ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率(mol%)を、例えば、下記式(4)により求めることができる。
(ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率(mol%))=
{(環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積)+(環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子およびメチル基と結合した四級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積)}/{(ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうち三級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積)+(ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうちメチル基と結合した四級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積)}×100 ・・・(4)
From the obtained 13 C-NMR spectrum, the molar ratio (mol%) of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene bond units in the rubber component can be obtained, for example, by the following formula (4).
(Mole ratio (mol%) of cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units in the rubber component) =
{(Peak area of carbon peak derived from tertiary carbon atom bonded to sulfur atom among carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure) + (bonded to sulfur atom and methyl group among carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure) Peak area of carbon peak derived from quaternary carbon atom)} / {(Peak area of carbon peak derived from tertiary carbon atom among carbon atoms constituting 1,4-isoprene bond unit of rubber component) + (rubber Peak area of carbon peak derived from quaternary carbon atom bonded to methyl group among carbon atoms constituting 1,4-isoprene bond unit of component)} × 100 ・ ・ ・ (4)

なお、1,4-イソプレン結合単位には、シス-1,4結合とトランス-1,4結合が存在するが(上記式(1)は、便宜上、シス-1,4結合で表示)、本開示ではその両方を含むものとする。したがって、ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうち二重結合を形成する炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積は、シス-1,4結合の当該炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積と、トランス-1,4結合の当該炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積を合算するものとする。環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積は、シス-1,4結合より生じた環状スルフィド構造の当該炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積と、トランス-1,4結合より生じた環状スルフィド構造の当該炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積を合算するものとする。 The 1,4-isoprene bond unit includes cis-1,4 bond and trans-1,4 bond (the above formula (1) is represented by cis-1,4 bond for convenience). The disclosure shall include both. Therefore, the peak area of the carbon peak derived from the carbon atom forming the double bond among the carbon atoms constituting the 1,4-isoprene bond unit of the rubber component is derived from the carbon atom of the cis-1,4 bond. The peak area of the carbon peak and the peak area of the carbon peak derived from the carbon atom of the trans-1,4 bond shall be added up. The peak area of the carbon peak derived from the carbon atom bonded to the sulfur atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure is the peak of the carbon peak derived from the carbon atom of the cyclic sulfide structure generated from the cis-1,4 bond. The area shall be added up with the peak area of the carbon peak derived from the carbon atom of the cyclic sulfide structure generated from the trans-1,4 bond.

ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうち三級炭素原子(上記式(3)のa2で示される炭素原子)に由来する炭素ピークのピーク面積と、ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうちメチル基と結合した四級炭素原子(上記式(3)のa1で示される炭素原子)に由来する炭素ピークのピーク面積は、理論上同じである。また、環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子(上記式(3)のb2で示される炭素原子)に由来する炭素ピークのピーク面積と、環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子およびメチル基と結合した四級炭素原子(上記式(3)のb1で示される炭素原子)に由来する炭素ピークのピーク面積も、理論上同じである。 The peak area of the carbon peak derived from the tertiary carbon atom (the carbon atom represented by a2 in the above formula (3)) among the carbon atoms constituting the 1,4-isoprene bond unit of the rubber component, and the carbon component 1, The peak area of the carbon peak derived from the quaternary carbon atom bonded to the methyl group (the carbon atom represented by a1 in the above formula (3)) among the carbon atoms constituting the 4-isoprene bond unit is theoretically the same. .. Further, among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure, the peak area of the carbon peak derived from the tertiary carbon atom bonded to the sulfur atom (the carbon atom represented by b2 in the above formula (3)) and the cyclic sulfide structure are formed. The peak area of the carbon peak derived from the quaternary carbon atom bonded to the sulfur atom and the methyl group (the carbon atom represented by b1 in the above formula (3)) is also theoretically the same.

しかしながら、環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子およびメチル基と結合した四級炭素原子(上記式(3)のb1で示される炭素原子)に由来する炭素ピークは、環状スルフィド構造を構成しない硫黄原子と結合した炭素原子(すなわち、架橋部位を構成する炭素原子)に由来する炭素ピークと重なることがある。このことから、ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率(mol%)を、例えば、下記式(5)により求めてもよい。
(ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率(mol%))=
{(環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積)×2}/{(ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうちメチル基と結合した四級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積)×2}×100 ・・・(5)
However, among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure, the carbon peak derived from the sulfur atom and the quaternary carbon atom bonded to the methyl group (the carbon atom represented by b1 in the above formula (3)) constitutes the cyclic sulfide structure. It may overlap with a carbon peak derived from a carbon atom bonded to a non-sulfur atom (that is, a carbon atom constituting a cross-linking site). From this, the molar ratio (mol%) of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units in the rubber component may be obtained, for example, by the following formula (5).
(Mole ratio (mol%) of cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units in the rubber component) =
{(Peak area of carbon peak derived from tertiary carbon atom bonded to sulfur atom among carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure) x 2} / {(Carbon constituting 1,4-isoprene bond unit of rubber component) Peak area of carbon peak derived from quaternary carbon atom bonded to methyl group among atoms) × 2} × 100 ・ ・ ・ (5)

なお、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム等の1,4-ブタジエン骨格を有するゴム成分を加硫した場合も、同様に環状スルフィド構造が生成する。この場合、環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した炭素原子に由来する炭素ピークは、49~52ppmで観測され、上記の1,4-イソプレン骨格を有するゴム成分において環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子(上記式(3)のb2で示される炭素原子)に由来する炭素ピーク、および環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子およびメチル基と結合した四級炭素原子(上記式(3)のb1で示される炭素原子)に由来する炭素ピークとは区別される。また、ゴム成分の1,4-ブタジエン結合単位を構成する炭素原子のうち二重結合を形成する炭素原子に由来する炭素ピークは、123~134ppmで観測される。このことから、1,4-イソプレン骨格を有するゴム成分と1,4-ブタジエン骨格を有するゴム成分とを併用した場合、ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位および全1,4-ブタジエン結合単位の総量に対する環状スルフィド構造のモル比率(mol%)を算出することも可能である。 When a rubber component having a 1,4-butadiene skeleton such as butadiene rubber or styrene-butadiene rubber is vulcanized, a cyclic sulfide structure is similarly produced. In this case, among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure, the carbon peak derived from the carbon atom bonded to the sulfur atom is observed at 49 to 52 ppm, and the cyclic sulfide structure is observed in the above-mentioned rubber component having a 1,4-isoprene skeleton. A carbon peak derived from a tertiary carbon atom bonded to a sulfur atom (a carbon atom represented by b2 in the above formula (3)) among the carbon atoms constituting the above, and a carbon atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure. It is distinguished from the carbon peak derived from the quaternary carbon atom bonded to the methyl group (the carbon atom represented by b1 in the above formula (3)). Further, among the carbon atoms constituting the 1,4-butadiene bond unit of the rubber component, the carbon peak derived from the carbon atom forming the double bond is observed at 123 to 134 ppm. From this, when the rubber component having a 1,4-isoprene skeleton and the rubber component having a 1,4-butadiene skeleton are used in combination, all 1,4-isoprene bonding units and all 1,4-butadiene in the rubber component are used. It is also possible to calculate the molar ratio (mol%) of the cyclic sulfide structure to the total amount of bond units.

また、算出されたゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率より、ゴム成分の重量に対する環状スルフィド構造のモル数(mol/g)を、下記式(6)により求めることができる。なお、1,4-イソプレン結合単位のモル質量は68.12g/molである。
(ゴム成分の重量に対する環状スルフィド構造のモル数(mol/g))=
{(ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率(mol%))/100}
×{(ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位の重量比(質量%))/100}
×{1/(1,4-イソプレン結合単位のモル質量(g/mol)} ・・・(6)
Further, the number of moles (mol / g) of the cyclic sulfide structure with respect to the weight of the rubber component is determined by the following formula (6) from the calculated molar ratio of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units in the rubber component. You can ask. The molar mass of the 1,4-isoprene binding unit is 68.12 g / mol.
(Number of moles of cyclic sulfide structure with respect to the weight of the rubber component (mol / g)) =
{(Mole ratio (mol%) of cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units in the rubber component) / 100}
× {(Weight ratio (mass%) of all 1,4-isoprene binding units in the rubber component) / 100}
× {1 / (molar mass (g / mol) of 1,4-isoprene binding unit} ... (6)

本開示では、上述の方法により、加硫ゴム組成物中の環状スルフィド構造の生成量を定量することができ、これにより、環状スルフィド構造の生成量を抑制できる、配合、練り、加硫条件の最適化に必要な情報を得ることができる。 In the present disclosure, the amount of cyclic sulfide structure produced in the vulcanized rubber composition can be quantified by the above-mentioned method, whereby the amount of cyclic sulfide structure produced can be suppressed, and the compounding, kneading, and vulcanization conditions can be suppressed. You can get the information you need for optimization.

ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率は、破壊耐性の観点から、2.0mol%以下が好ましく、1.5mol%以下がより好ましく、1.0mol%以下がさらに好ましく、0.8mol%以下が特に好ましい。該モル比率は、ゴム成分、充填剤、加硫促進剤、酸化亜鉛等の促進助剤、加硫温度、加硫時間等により適宜調節することができる。 The molar ratio of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units in the rubber component is preferably 2.0 mol% or less, more preferably 1.5 mol% or less, and 1.0 mol% or less from the viewpoint of fracture resistance. More preferably, 0.8 mol% or less is particularly preferable. The molar ratio can be appropriately adjusted by a rubber component, a filler, a vulcanization accelerator, an accelerator such as zinc oxide, a vulcanization temperature, a vulcanization time, and the like.

ゴム成分の重量に対する環状スルフィド構造のモル数は、0.30×10-3mol/g以下が好ましく、0.15×10-3mol/g以下がより好ましい。 The number of moles of the cyclic sulfide structure with respect to the weight of the rubber component is preferably 0.30 × 10 -3 mol / g or less, and more preferably 0.15 × 10 -3 mol / g or less.

以下、本開示を実施例に基づいて説明するが、本開示はこれら実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present disclosure will be described based on examples, but the present disclosure is not limited to these examples.

以下、実施例において用いた各種薬品をまとめて示す。
NR:TSR20
シリカ:エボニックデグサ社製のULTRASIL(登録商標)VN3(N2SA:175m2/g)
シランカップリング剤:エボニックデグサ社製のSi266(ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド)
オイル:出光興産(株)製のダイアナプロセスNH-70S
ワックス:日本精蝋(株)製のオゾエース0355
老化防止剤1:大内新興化学工業(株)製のノクラック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2:大内新興化学工業(株)製のノクラックRD(ポリ(2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン))
ステアリン酸:日油(株)製のビーズステアリン酸つばき
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄(5%オイル含有粉末硫黄)
加硫促進剤1:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N-tert-ブチル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(TBBS))
加硫促進剤2: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(CBS))
加硫促進剤3:大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(1,3-ジフェニルグアニジン(DPG))
The various chemicals used in the examples are collectively shown below.
NR: TSR20
Silica: ULTRASIL® VN3 (N 2 SA: 175m 2 / g) manufactured by Evonik Degussa
Silane coupling agent: Si266 (bis (3-triethoxysilylpropyl) disulfide) manufactured by Evonik Degussa
Oil: Diana Process NH-70S manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.
Wax: Ozo Ace 0355 manufactured by Nippon Seiro Co., Ltd.
Anti-aging agent 1: Nocrack 6C (N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine) manufactured by Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd.
Anti-aging agent 2: Nocrack RD (Poly (2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline)) manufactured by Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd.
Stearic acid: Beads made by Nichiyu Co., Ltd. Tsubaki Zinc oxide: Zinc oxide type 2 made by Mitsui Metal Mining Co., Ltd .: Sulfur powder manufactured by Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd. (powdered sulfur containing 5% oil)
Vulcanization Accelerator 1: Noxeller NS (N-tert-butyl-2-benzothiazolylsulfenamide (TBBS)) manufactured by Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd.
Vulcanization accelerator 2: Noxeller CZ (N-cyclohexyl-2-benzothiazolylsulfenamide (CBS)) manufactured by Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd.
Vulcanization accelerator 3: Noxeller D (1,3-diphenylguanidine (DPG)) manufactured by Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd.

<加硫ゴム組成物の調製>
表1に示す配合処方にしたがい、1.7Lの密閉型バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を排出温度150~160℃になるまで1~10分間混練りし、混練物を得た。次に、2軸オープンロールを用いて、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を添加し、4分間、105℃になるまで練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を、160℃で8分間加硫して加硫ゴム組成物を得た。
<Preparation of vulcanized rubber composition>
According to the formulation shown in Table 1, a 1.7 L closed-type Banbury mixer is used to knead chemicals other than sulfur and vulcanization accelerator for 1 to 10 minutes until the discharge temperature reaches 150 to 160 ° C, and the kneaded product is kneaded. Got Next, using a twin-screw open roll, sulfur and a vulcanization accelerator were added to the obtained kneaded product and kneaded for 4 minutes until the temperature reached 105 ° C. to obtain an unvulcanized rubber composition. The obtained unvulcanized rubber composition was vulcanized at 160 ° C. for 8 minutes to obtain a vulcanized rubber composition.

<環状スルフィド構造の定量>
得られた加硫ゴム組成物について、下記の条件で固体13C-NMRを測定し、13C-NMRスペクトルを得た。得られた13C-NMRスペクトルから、ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうちメチル基が結合した四級炭素に由来する炭素ピークのピーク面積と、環状スルフィド構造を構成する炭素原子に由来するピークのピーク面積との比に基づいて、下記式(5)により、ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する前記環状スルフィド構造のモル比率を(mol%)算出した。
(ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率(mol%))=
{(環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積)×2}/{(ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうちメチル基と結合した四級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積)×2}×100 ・・・(5)
<Quantification of cyclic sulfide structure>
The obtained vulcanized rubber composition was measured for solid 13 C-NMR under the following conditions to obtain a 13 C-NMR spectrum. From the obtained 13 C-NMR spectrum, the peak area of the carbon peak derived from the quaternary carbon to which the methyl group is bonded among the carbon atoms constituting the 1,4-isoprene bond unit of the rubber component and the cyclic sulfide structure are formed. Based on the ratio of the peak derived from the carbon atom to the peak area, the molar ratio of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene bond units in the rubber component is calculated (mol%) by the following formula (5). bottom.
(Mole ratio (mol%) of cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units in the rubber component) =
{(Peak area of carbon peak derived from tertiary carbon atom bonded to sulfur atom among carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure) x 2} / {(Carbon constituting 1,4-isoprene bond unit of rubber component) Peak area of carbon peak derived from quaternary carbon atom bonded to methyl group among atoms) × 2} × 100 ・ ・ ・ (5)

(固体13C-NMR測定条件)
装置 Bruker社製Avance400
使用プローブ Bruker社製7mm MAS BB WB WVTプローブ
共鳴周波数 100.6MHz
MAS回転速度 5kHz(±1Hz)
測定モード DD/MAS
待ち時間 6秒
積算回数 40960回
観測温度 58℃
試料量 ジルコニアローターの1/4容量
外部基準物質 アダマンタン(化学シフト値は29.5ppm)
(Solid 13 C-NMR measurement conditions)
Equipment Bruker Avance 400
Probe used Bruker 7mm MAS BB WB WVT probe Resonance frequency 100.6MHz
MAS rotation speed 5kHz (± 1Hz)
Measurement mode DD / MAS
Waiting time 6 seconds Total number of times 40960 Observation temperature 58 ° C
Sample amount 1/4 volume of zirconia rotor Adamantane (chemical shift value is 29.5 ppm)

Figure 2022077519000003
Figure 2022077519000003

<未加硫ゴム組成物の調製>
表2に示す配合処方にしたがい、1.7Lの密閉型バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を排出温度150~160℃になるまで1~10分間混練りし、混練物を得た。次に、2軸オープンロールを用いて、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を添加し、4分間、105℃になるまで練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。
<Preparation of unvulcanized rubber composition>
According to the formulation shown in Table 2, a 1.7 L closed-type Banbury mixer is used to knead chemicals other than sulfur and vulcanization accelerator for 1 to 10 minutes until the discharge temperature reaches 150 to 160 ° C, and the kneaded product is kneaded. Got Next, using a twin-screw open roll, sulfur and a vulcanization accelerator were added to the obtained kneaded product and kneaded for 4 minutes until the temperature reached 105 ° C. to obtain an unvulcanized rubber composition.

Figure 2022077519000004
Figure 2022077519000004

<加硫曲線>
前記の未加硫ゴム組成物を調製した後、JIS K 6300-2:2001に準拠し、キュラストメーターを用いて、加硫ゴム組成物の加硫曲線を140℃および180℃でそれぞれ得た(図3、図4)。得られた各加硫温度での加硫曲線において、トルクの最大値(Fmax)と最小値(Fmin)を測定し、{(Fmax-Fmin)×0.5+Fmin}のトルクに達するまでの加硫時間(秒)をT50、トルクの最大値(Fmax)に達するまでの加硫時間(秒)をT100、T100の3倍の時間をT300とした。
<Vulcanization curve>
After preparing the above-mentioned unvulcanized rubber composition, the vulcanization curves of the vulcanized rubber composition were obtained at 140 ° C. and 180 ° C., respectively, in accordance with JIS K 6300-2: 2001 and using a curast meter. (Figs. 3 and 4). In the obtained vulcanization curve at each vulcanization temperature, the maximum value (Fmax) and the minimum value (Fmin) of the torque are measured, and vulcanization until the torque reaches {(Fmax-Fmin) × 0.5 + Fmin}. The time (seconds) was T50, the vulcanization time (seconds) until the maximum torque value (Fmax) was reached was T100, and the time three times that of T100 was T300.

図3および図4の加硫曲線についてそれぞれ、加硫時間T50、T100、T300を求め、それぞれの加硫時間加硫したゴム組成物を得た。該加硫ゴム組成物について、固体13C-NMRを測定し、前記の定量方法により、加硫ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率(mol%)を算出した。結果を表3および図5に示す。なお、表3および図5では、全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率(mol%)を「環状スルフィド/全1,4-イソプレン(mol%)」と表記している。 The vulcanization times T50, T100, and T300 were obtained for the vulcanization curves of FIGS. 3 and 4, respectively, and the rubber compositions vulcanized by the respective vulcanization times were obtained. For the vulcanized rubber composition, solid 13 C-NMR is measured, and the molar ratio (mol%) of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene bond units in the vulcanized rubber component is calculated by the above-mentioned quantification method. bottom. The results are shown in Table 3 and FIG. In Table 3 and FIG. 5, the molar ratio (mol%) of the cyclic sulfide structure to the total 1,4-isoprene binding unit is expressed as “cyclic sulfide / total 1,4-isoprene (mol%)”.

Figure 2022077519000005
Figure 2022077519000005

加硫温度を140℃から180℃に上昇させても、トルクの最大値はほとんど変化がなかった。一方、加硫温度を140℃から180℃に上昇させると、環状スルフィドの生成量は増大した。また、トルクが最大値に達した後も、環状スルフィドの生成量は増大した。 Even when the vulcanization temperature was increased from 140 ° C. to 180 ° C., the maximum value of torque hardly changed. On the other hand, when the vulcanization temperature was raised from 140 ° C. to 180 ° C., the amount of cyclic sulfide produced increased. In addition, the amount of cyclic sulfide produced increased even after the torque reached the maximum value.

<引張試験>
JIS K 6251:2017に準拠し、加硫温度180℃、加硫時間T100およびT300にて調製した加硫ゴム組成物からなる3号ダンベル型試験片を用いて、23℃雰囲気下にて引張試験を実施し、破断時伸びEB(%)および破断時の引張強度TB(MPa)、並びに100%伸長時、200%伸長時、300%伸長時の引張応力(MPa)をそれぞれ測定した。結果を表4に示す。
<Tensile test>
Tensile test in a 23 ° C atmosphere using a No. 3 dumbbell type test piece made of a vulcanized rubber composition prepared at a vulcanization temperature of 180 ° C. and vulcanization times T100 and T300 in accordance with JIS K 6251: 2017. EB (%) at break, tensile strength TB (MPa) at break, and tensile stress (MPa) at 100% elongation, 200% elongation, and 300% elongation were measured. The results are shown in Table 4.

Figure 2022077519000006
Figure 2022077519000006

トルクが最大値に達した後も、環状スルフィドの生成量が増大するとともに、ゴムが硬くなり伸びにくくなる傾向が確認された。 Even after the torque reached the maximum value, it was confirmed that the amount of cyclic sulfide produced increased and the rubber became hard and difficult to stretch.

<アセトン抽出量および結合硫黄量の測定>
JIS K 6229:2015に準拠し、加硫時間T100およびT300における各加硫ゴム試験片を24時間アセトンに浸漬して可溶成分を抽出する。抽出前後の各試験片の質量を測定し、下記式によりアセトン抽出量(質量%)を求めることができる。さらに、可溶成分抽出後の試験片をオーブンに入れ、100℃で30分加熱し、試験片中の溶媒を除去した後、JIS K 6233:2016に準拠した酸素燃焼フラスコ法により、試験片中の結合硫黄量(質量%)を算出することができる。
アセトン抽出量(質量%)={(抽出前のゴム試験片の質量-抽出後のゴム試験片の質量)/(抽出前のゴム試験片の質量)}×100
<Measurement of acetone extraction amount and bound sulfur amount>
According to JIS K 6229: 2015, each vulcanized rubber test piece at vulcanization time T100 and T300 is immersed in acetone for 24 hours to extract soluble components. The mass of each test piece before and after extraction can be measured, and the amount of acetone extracted (% by mass) can be determined by the following formula. Further, the test piece after extracting the soluble component is placed in an oven and heated at 100 ° C. for 30 minutes to remove the solvent in the test piece, and then in the test piece by the oxygen combustion flask method according to JIS K 6233: 2016. The amount of bound sulfur (% by mass) can be calculated.
Acetone extraction amount (mass%) = {(mass of rubber test piece before extraction-mass of rubber test piece after extraction) / (mass of rubber test piece before extraction)} x 100

<トルエン膨潤指数の測定>
JIS K 6258:2016に準拠し、加硫時間T100およびT300における各加硫ゴム試験片について、23℃のトルエンに24時間浸漬した前後の質量を測定し、下記式によりトルエン膨潤指数を求めることができる。トルエン膨潤指数が小さいほど架橋密度が高いことを示す。
(トルエン膨潤指数)=(浸漬後の重量)/(浸漬前の重量)×100
<Measurement of toluene swelling index>
In accordance with JIS K 6258: 2016, the mass of each vulcanized rubber test piece at vulcanization time T100 and T300 before and after immersion in toluene at 23 ° C. for 24 hours is measured, and the toluene swelling index can be obtained by the following formula. can. The smaller the toluene swelling index, the higher the crosslink density.
(Toluene swelling index) = (weight after immersion) / (weight before immersion) x 100

このように同じ配合で加硫時間を変化させ、それぞれ結合硫黄量およびトルエン膨潤指数を評価することにより、ゴム組成物の架橋密度の経時変化および環状スルフィドの生成量との相関を調べることができる。 By changing the vulcanization time with the same composition in this way and evaluating the amount of bound sulfur and the toluene swelling index, respectively, it is possible to investigate the correlation between the change over time in the crosslink density of the rubber composition and the amount of cyclic sulfide produced. ..

本開示では、上述の方法により、加硫ゴム組成物中の環状スルフィド構造の生成量を定量することができ、これにより、環状スルフィド構造の生成量を抑制できる、配合、練り、加硫条件の最適化に必要な情報を得ることができる。 In the present disclosure, the amount of cyclic sulfide structure produced in the vulcanized rubber composition can be quantified by the above-mentioned method, whereby the amount of cyclic sulfide structure produced can be suppressed, and the compounding, kneading, and vulcanization conditions can be suppressed. You can get the information you need for optimization.

Claims (8)

ゴム成分中の全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率を2.0mol%以下に調節する、ゴム組成物の加硫方法であって、
前記モル比率は、イソプレン系ゴムを含むゴム成分を含むゴム組成物の固体13C-NMRを測定し、得られた13C-NMRスペクトルにおける前記ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうち二重結合を形成する炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積と、前記環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積の比を求めることにより算出される、加硫方法。
A method for vulcanizing a rubber composition, wherein the molar ratio of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene bonding units in the rubber component is adjusted to 2.0 mol% or less.
The molar ratio comprises a solid 13 C-NMR of a rubber composition containing a rubber component containing an isoprene-based rubber, and constitutes a 1,4-isoprene binding unit of the rubber component in the obtained 13 C-NMR spectrum. The ratio of the peak area of the carbon peak derived from the carbon atom forming the double bond among the carbon atoms to the peak area of the carbon peak derived from the carbon atom bonded to the sulfur atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure. A smelting method calculated by obtaining.
前記モル比率が、イソプレン系ゴムを含むゴム成分を含むゴム組成物の固体13C-NMRを測定し、得られた13C-NMRスペクトルにおける前記ゴム成分の1,4-イソプレン結合単位を構成する炭素原子のうちメチル基と結合した四級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積と、前記環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子に由来する炭素ピークのピーク面積の比を求めることにより算出される、請求項1記載の加硫方法。 The molar ratio measures solid 13 C-NMR of a rubber composition containing a rubber component containing isoprene-based rubber, and constitutes a 1,4-isoprene binding unit of the rubber component in the obtained 13 C-NMR spectrum. The peak area of the carbon peak derived from the quaternary carbon atom bonded to the methyl group among the carbon atoms and the peak of the carbon peak derived from the tertiary carbon atom bonded to the sulfur atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure. The sulphurization method according to claim 1, which is calculated by obtaining the area ratio. 前記環状スルフィド構造を構成する炭素原子のうち硫黄原子と結合した三級炭素原子に由来する炭素ピークが58.2~59.3ppmで観測される、請求項2記載の加硫方法。 The sulfide method according to claim 2, wherein the carbon peak derived from the tertiary carbon atom bonded to the sulfur atom among the carbon atoms constituting the cyclic sulfide structure is observed at 58.2 to 59.3 ppm. 前記ゴム成分が天然ゴムを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の加硫方法。 The vulcanization method according to any one of claims 1 to 3, wherein the rubber component contains natural rubber. 前記ゴム組成物中の前記ゴム成分100質量部に対するカーボンブラックの含有量が50質量部以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の加硫方法。 The vulcanization method according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of carbon black in the rubber composition is 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the rubber component. 固体13C-NMRの測定モードがDD/MASである、請求項1~5のいずれか一項に記載の加硫方法。 The vulcanization method according to any one of claims 1 to 5, wherein the measurement mode of the solid 13 C-NMR is DD / MAS. 請求項1~6のいずれか一項に記載の加硫方法により製造されたゴム組成物を用いたタイヤの製造方法。 A method for producing a tire using a rubber composition produced by the vulcanization method according to any one of claims 1 to 6. 全1,4-イソプレン結合単位に対する環状スルフィド構造のモル比率が2.0mol%以下に調節されたゴム成分を含有するゴム組成物を用いたタイヤ。 A tire using a rubber composition containing a rubber component in which the molar ratio of the cyclic sulfide structure to all 1,4-isoprene binding units is adjusted to 2.0 mol% or less.
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