JP3188401B2 - ゴム組成物 - Google Patents

ゴム組成物

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JP3188401B2
JP3188401B2 JP26438896A JP26438896A JP3188401B2 JP 3188401 B2 JP3188401 B2 JP 3188401B2 JP 26438896 A JP26438896 A JP 26438896A JP 26438896 A JP26438896 A JP 26438896A JP 3188401 B2 JP3188401 B2 JP 3188401B2
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム組成物に関
し、更に詳しくは、未加硫時の加工性を改良した加硫可
能なシリカ配合ジエン系ゴム組成物に関する。本発明の
ゴム組成物は、乗用車やトラックおよびバス用タイヤの
トレッドゴム組成物、特にウエット性能と耐摩耗性が求
められるトレッドゴム(例えば、HPTタイヤ用トレッ
ドゴム)として有用である。なお、こゝで「シリカ」と
は、含水ケイ酸のことであり、また、「加硫」とは、通
常の硫黄による加硫のほかに、過酸化物などによる架橋
も含むものとする。
【0002】
【従来の技術】各種ゴムにシリカを配合したゴム組成物
は知られており、例えば、低発熱性で耐摩耗性などに優
れたタイヤトレッド用ゴム組成物として使用されてい
る。しかしながら、シリカを配合したタイヤトレッド
は、低転動抵抗で湿潤路のグリップ性は良いが未加硫配
合物の粘度上昇、加硫遅延、混合まとまりの低下などが
起こり、生産性が悪化するという問題があった。特に、
単純にシリカ及びカーボンブラックを同時に混合した場
合、カーボンブラックとゴムは充分な接触及び反応が起
こり充分な混合を促進するが、シリカとは充分ではなく
シリカの分散不良を引き起こし、充分なシリカの特性が
活かされなかった。かかる問題を解決すべく、従来から
種々の提案があるが、いずれも実用上満足のいくものと
は言えないのが実情である。
【0003】例えば、ジエチレングリコールや脂肪酸を
添加したり(例えば、ゴム工業便覧<第四版>、517
〜518頁、平成6年発行参照)、カルボン酸金属塩を
添加したり(例えば、Tire Technology International
1995, 107 〜108 頁参照)、シリカを予じめシリコーン
オイルで処理したり(例えば、特開平6−248116
号公報参照)することなどが提案されているが、いずれ
も実用上充分な方法とは言えない。更に、混合時の焼け
発生やまとまりの低下に対しては、混合回数を増加する
などの方法をとる以外に方法が無く、また、カーボンブ
ラックとシリカを混合する場合にも、別々に混合する
か、もしくは混合時間や混合回数を長くしているのが実
情である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、前
述の従来技術の問題点を排除して、シリカ配合加硫性ジ
エン系ゴム組成物の特性、例えば、低発熱性や耐摩耗性
などの特性を実質的に損なうことなく、未加硫ジエン系
ゴム組成物の加工性を改良したシリカ配合加硫性ジエン
系ゴム組成物を提供することを目的とする。
【0005】また、本発明は、特定のポリマー、カーボ
ンブラック/シリカ系に特定のポリシロキサンを配合す
ることで、前述のシリカ配合系の欠点であった加工性が
改良されると共に、更に、tanδの温度依存性が大と
なり、かつウエット性能、転動抵抗及び耐摩耗性が良好
な乗用車やトラック及びバス用タイヤのトレッドゴム組
成物、特に、ウエット性能と耐摩耗性が求められるトレ
ッドゴム(例えば、高性能タイヤ用トレッドゴム)とし
て有用なゴム組成物を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、スチレ
ン含量20〜60モル%のSBRを30重量部以上含ん
だジエン系ゴム100重量部に対して、シリカを5〜7
0重量部、窒素比表面積(N2 SA):70m2 /g以
上、24M4DBP吸油量:70ml/100g以上のカ
ーボンブラックを10〜100重量部配合し、更にシリ
カとカーボンブラックの総量が50重量部以上であり、
シリカ配合量の1〜40重量%の下記アルコキシシリル
基(I)またはアシルオキシシリル基(II)を、Si原
子に直接結合したアルコキシ基が1分子中に6個以上ま
たはアシルオキシ基が1分子中に2個以上存在するよう
に、含有する平均重合度が3〜10,000のポリシロ
キサンを含んでなるゴム組成物: ≡Si−OR1 (I) ≡Si−OCOR2 (II) (式中、R1 は、炭素数1〜18の置換または非置換の
1価の炭化水素基もしくはエーテル結合含有有機基であ
り、R2 は、水素または炭素数1〜21の炭化水素基で
ある。)が提供される。
【0007】本発明の好ましい態様によれば、前記ゴム
組成物中に、シリカ配合量の1〜40重量%のシランカ
ップリング剤を更に含むゴム組成物が提供される。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の構成及び作用効
果について詳しく説明する。前述の如く、シリカを配合
したタイヤトレッドの加硫物性は良好であるが、未加硫
時の加工性に劣るという欠点があった。本発明者らの知
見によれば、これは、シリカ表面に存在するシラノール
基(≡Si−OH)に起因し、シラノール基の凝集力に
よりゴム組成物中で構造体が生成して粘度が上昇した
り、シラノール基の極性により加硫促進剤などが吸着さ
れて加硫が遅延したり、非極性ゴムとの相溶性が充分で
ないために混合のまとまりが低下したりする現象のため
に未加硫組成物の加工性が低下する。更に、シリカ配合
ゴム組成物には、ゴムへの補強のために、シランカップ
リング剤が併用されることが多いが、シリカ粒子の内腔
にもシラノール基が存在し、これがシランカップリング
剤と反応してシランカップリング剤を損失させ、補強効
果が低下するため多量のシランカップリング剤を配合し
なければならないという問題があった。従来技術におけ
るように、これにジエチレングリコールなどの極性物質
を添加すると、加硫促進剤などの極性配合剤が吸着され
る現象はある程度防止できるが、完全には防止できず、
シランカップリング剤などのシリカ粒子と化学結合する
物質が内腔に結合するのを防止することもできなかっ
た。
【0009】しかるに、本発明に従えば、前記(I)の
アルコキシシリル基または(II)のアシルオキシシリル
基を含有するポリシロキサンをゴム組成物中に配合する
ので、これらの基がシリカのシラノール基と反応してシ
リカ表面をポリシロキサンが覆うことになり、その結果
として従来技術の問題点を悉く解決して、シリカのシラ
ノール基の凝集力や極性によって生ずる粘度上昇や、加
硫促進剤などの極性添加剤およびシランカップリング剤
などの無駄な消費を効果的に抑えることができる。
【0010】本発明に従ってゴム組成物中に配合される
アルコキシシリル基(I)またはアシルオキシシリル基
(II)を、Si原子に直接結合したアルコキシ基が1分
子中に6個以上またはアシルオキシ基が1分子中に2個
以上存在するように、含有するポリシロキサンは、前述
の如く、シラノール基または極性基と反応するアルコキ
シシリル基(I)またはアシルオキシシリル基(II)を
有し、充填剤粒子の表面を覆って潤滑効果を示す大き
さ、即ち平均重合度が3〜10,000、好ましくは1
0〜1,000のポリマー(又はオリゴマー)である必
要がある。従って、本発明のポリシロキサンにおいては
特定量の≡Si−O−R1 基または≡Si−OCOR2
基の存在が必須であり、これらの基は主鎖、側鎖、末端
のいずれにあってもよいが、特に主鎖にあるのが好まし
い。またこれらの基に含まれるOR 1 基を1分子中に6
個以上またはOCOR2 基を1分子中に2個以上含有さ
せることによって、充填剤と強固に結合させることがで
きる。さらに水素基や他の有機基があってもよい。な
お、本発明において使用する前記ポリシロキサンは、そ
の分子中にSi原子に直接結合した炭化水素基、好まし
くはアルキル基を少なくとも1個有するのがゴム成分と
の親和性の観点から好ましい。かかるポリシロキサンは
公知物質であり、例えば、一般的には以下のようにして
製造することができる。
【0011】アルコキシシリルまたはアシルオキシシリ
ル基を含有するポリシロキサンは、Si−H基含有ポリ
シロキサンとアルコール又はカルボン酸とを触媒の存在
下に反応させることによって合成される。
【0012】前記≡Si−H基含有ポリシロキサンとし
ては、以下のものを例示できる。
【0013】
【化1】
【0014】前記アルコールとしては、メタノール、エ
タノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、
ヘプタノール、オクタノール、オクタデカノール、フェ
ノール、ベンジルアルコールの他に、エチレングリコー
ルモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチ
ルエーテルなど酸素原子を有するアルコールを例示する
ことができる。また、前記カルボン酸としては、酢酸、
プロピオン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ミリスチ
ン酸などを例示することができる。更に、前記触媒とし
ては、塩化白金酸、白金−エーテル錯体、白金−オレフ
ィン錯体、PdCl2(PPh3)2 ,RhCl2(PPh3)
2 が使用できる。
【0015】有機基を導入する方法としては、≡Si−
Hと二重結合を有する有機化合物を上記触媒を用いて反
応させることにより容易に導入される。二重結合を有す
る化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、α
−メチルスチレンダイマー、リモネン、ビニルシクロヘ
キセン等がある。
【0016】別の方法としては、相当する≡Si−H基
含有ポリシロキサンと、以下に示すような二重結合含有
アルコキシシランとを、前記した触媒の存在下に反応さ
せることにより合成することができる。
【0017】
【化2】
【0018】更に別の方法として、本発明において使用
するポリシロキサンは、シラノール末端ポリシロキサン
とアルコキシシランとを2価のスズ化合物などの触媒の
存在下に反応させることにより合成することができる。
このようなシラノール末端ポリシロキサンとしては、以
下のものを例示することができる。
【0019】
【化3】
【0020】前記アルコキシシランとしては、以下のア
ルコキシシランを挙げることができ、更に、表Iに示す
シランカップリング剤を挙げることができる。
【0021】
【化4】
【0022】
【表1】
【0023】本発明において使用するポリシロキサン
は、更に、反応性の官能基を側鎖又は末端に有するポリ
シロキサンと前記表Iのシランカップリング剤との反応
により合成することができる。反応性の官能基を有する
ポリシロキサンとしては、エポキシ基、アミノ基、メル
カプト基、カルボキシル基等を有するものを例示するこ
とができる。なお、本発明において使用するポリシロキ
サンは、前述の通り、その末端基及び側鎖は特に限定は
なく、製造時に使用した原料の種類によって定まるもの
であり、例えば、トリメチルシリル基、メチルジフェニ
ルシリル基、トリフェニルシリル基の他、有機基であっ
てもよい。
【0024】本発明において使用されるポリシロキサン
の配合量は、ゴム組成物中のシリカ重量に対し1〜40
重量%、好ましくは2〜20重量%、最も好ましくは5
〜10重量%である。ポリシロキサンの配合量が少な過
ぎると所望の結果が得られず、逆に多過ぎるとシリカと
結合しない該物質が加硫物からしみ出す場合があるので
好ましくない。
【0025】本発明に係る加硫性ジエン系ゴム組成物に
は、スチレン含量20〜60モル%のSBRを30重量
部以上含むことが必要である。該ゴム成分をかかる配合
比で含有させることにより、本発明のジエン系ゴム組成
物では、特にこれをトレッドゴムとして使用した場合に
グリップ力の向上が図れる。本発明の加硫性ジエン系ゴ
ム組成物に配合する他のジエン系ゴムには、従来から各
種ゴム組成物に配合されている任意のジエン系ゴム、例
えば、天然ゴム(NR)、ポリイソプレンゴム(I
R)、各種ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル
−ブタジエン共重合体ゴム(NBR)、ブチルゴム(I
IR)などが使用される。また、これらのジエン系ゴム
は、エチレン−プロピレン共重合体ゴム(EPR,EP
DM)などとブレンドして使用することもできる。
【0026】本発明のジエン系ゴム組成物に配合する充
填剤としてのシリカおよびカーボンブラックについて
は、本発明では、シリカ5〜70重量部に窒素比表面積
(N2SA):70m2 /g以上、24M4DBP:7
0ml/100g以上のカーボンブラックを10〜100
重量部配合する。これらの配合比率は、本発明のゴム組
成物が目的とするシリカによるウエット性能/転動抵抗
の向上とカーボンブラックによる耐摩耗性およびドライ
性能の向上を共にバランスよく図るために必要である。
また、使用されるカーボンブラックについては、N2
A:70m2 /g〜200m2 /g,24M4DBP:
70ml/100g〜200ml/100gのものが、本発
明では好ましく使用される。
【0027】本発明の好ましい態様に係る加硫性ジエン
系ゴム組成物は、更にシランカップリング剤を含む。本
発明において使用されるシランカップリング剤は、従来
からシリカ充填剤と併用される任意のシランカップリン
グ剤とすることができ、典型例としては前記表Iに示し
たものを挙げることができる。このうち、ビス−〔3−
(トリエトキシシリル)−プロピル〕テトラスルフィド
が加工性の面から最も好ましい。さらに、以下の表IIに
示した、加硫時にゴムと反応する特殊なシランカップリ
ング剤も好適に使用することができる。
【0028】
【表2】
【0029】本発明に係る加硫性ジエン系ゴム組成物に
シランカップリング剤を配合すると、耐摩耗性およびド
ライ性能を更に改良することができる。本発明における
シランカップリング剤の好ましい使用量は、組成物中の
シリカの配合量に対し、1〜40重量%、更に好ましく
は2〜10重量%である。シランカップリング剤の配合
量が少な過ぎると所望の効果が得られず、逆に多過ぎる
と混合や押出工程での焼け(スコーチ)が生じやすくな
るので好ましくない。
【0030】本発明に係るジエン系ゴム組成物には、前
記した必須成分に加えて、通常の加硫又は架橋剤、加硫
又は架橋促進剤、各種オイル、老化防止剤、充填剤、可
塑性剤、軟化剤などのタイヤ用、その他一般ゴム用に一
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、かかる配合物は一般的な方法で混練、加硫して組成
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。
【0031】
【実施例】以下、実施例及び比較例に従って本発明を更
に詳しく説明するが、本発明の技術的範囲をこれらの実
施例に限定するものでないことは言うまでもない。
【0032】以下の実施例及び比較例の配合に用いたポ
リシロキサン1、ポリシロキサン2およびポリシロキサ
ン3は、次の一般的な方法で合成した。ポリシロキサン1 ポリメチルハイドロジェンシロキサン(KF99、信越
化学工業社製)100g、メタノール60gを混ぜ、塩
化白金酸1%イソプロピルアルコール溶液40μlを添
加、80℃で10時間反応させ合成した。この化合物の
推定構造は、以下の通りである。
【0033】
【化5】
【0034】ポリシロキサン2 ポリメチルハイドロジェンシロキサン(KF99、信越
化学工業社製)100g、エタノール72gを混ぜ、塩
化白金酸1%イソプロピルアルコール溶液40μlを添
加、80℃で10時間反応させ合成した。この化合物の
推定構造は、以下の通りである。
【0035】
【化6】
【0036】ポリシロキサン3 ステアリン酸(新日本理化製、雪印5000)220g
を90℃、減圧下で1時間乾燥し、2.5%塩化白金酸
100μl添加後、ポリメチルハイドロジェンシロキサ
ン50gを90℃で滴化し、同温度で2時間、100℃
で2時間反応させ合成した。推定構造は、以下の通りで
ある。
【0037】
【化7】
【0038】以下の実施例及び比較例の各例の配合に用
いた他の配合成分は、以下の市販品を用いた。 SBR−1:日本ゼオン(株)製“Nipol 1712”(37.5phr 油展) (スチレン含量:24モル%、ビニル含量:15%) SBR−2:日本ゼオン(株)製“Nipol 9520”(37.5phr 油展) (スチレン含量:38モル%、ビニル含量:14%) SBR−3:乳化重合SBR(37.5phr 油展、Tg=−20℃) (スチレン含量:47モル%、ビニル含量:13%) SBR−4:日本ゼオン(株)製“NS116”(非油展) (スチレン含量:21モル%、ビニル含量:67%) SBR−5:日本ゼオン(株)製“NS112”(非油展) (スチレン含量:16モル%、ビニル含量:34%) BR:日本ゼオン(株)製“Nipol 1220” NR:SIR−20 カーボンブラック−1:三菱化成(株)製“DIA BLACK A” (N2 SA=142m2 /g,24M4DBP=98ml/100g) カーボンブラック−2:東海カーボン(株)製“SEAST KH” (N2 SA=93m2 /g,24M4DBP=101ml/100g) カーボンブラック−3:三菱化成(株)製“DIA BLACK E” (N2 SA=41m2 /g,24M4DBP=78ml/100g) (注)上記各カーボンブラックのN2 SA及び24M4
DBP吸油量は、それぞれASTM−D3037−93
およびASTM−D−3493により測定した。 シリカ:日本シリカ(株)製“ニップシールAQ” シランカップリング剤:デグッサ製“Si69” シリコーンオイル:信越化学工業(株)製“KF99” 活性剤:ジエチレングリコール 液状ポリマー:液状BR、分子量15000、1.4シ
ス80% アロマチックオイル:共同石油(株)製“プロセスオイ
ルX−140” 亜鉛華:正同化学(株)製“亜鉛華3号” ステアリン酸:花王石鹸(株)製“Lunac YA” 老化防止剤:N−フェニル−N′−(1,3−ジメチ
ル)−p−フェニレンジアミン(住友化学工業(株)製
“アンチゲン6C”) ワックス:大内新興化学(株)製“サンノック” イオウ:油処理イオウ 加硫促進剤:N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾリル−
スルフェンアミド (大内新興化学(株)製“ノクセラーNS−F”)
【0039】サンプルの調製 上記の加硫促進剤とイオウを除く成分を1.8リットル
の密閉型ミキサーで3〜5分間混練し、165±5℃に
達したときに放出したマスターバッチに加硫促進剤とイ
オウを8インチのオープンロールで混練し、ゴム組成物
を得た。得られたゴム組成物の未加硫物性の「混合加工
性」を評価した。次に、この組成物を15×15×0.
2cmの金型中で160℃で20分間プレス加硫して、目
的とする試験片(ゴムシート)を調製し、加硫物性の
「tanδ@−10℃,60℃」、「ウエットスキッ
ド」、「ランボーン摩耗」及び「反発弾性」について測
定、評価した。
【0040】各例において得られた組成物の未加硫物性
および加硫物性の試験方法は、以下の通りである。加硫物性 1)tanδ @−1060℃: 粘弾性スペクトロメーター(東洋精機(株)製)を用い
て、温度−10℃及び60℃、初期歪10%、動的歪±
2%、周波数20Hzの条件で測定した値である。 2)ウエットスキッド: ブリテッシュ・ポータブル・スキッドテスターを用い
て、湿潤路面(温度20℃)の条件下で測定し、比較例
1を100として指数表示した。数値は大なる程、スキ
ッド抵抗が優れていることを示す。 3)ランボーン摩耗: ランボーン摩耗試験機(岩本製作所(株)製)を用い
て、温度20℃、スリップ率50%の条件で摩耗減量を
測定し、比較例1を100として指数表示した。数値は
大なる程、耐摩耗性が良好であることを示す。 4)反発弾性: JIS K 6301に準じて、温度60℃のときの反
発弾性を測定した。未加硫物性 1)混合加工性 混合ゴムのまとまり、シーティング性、カーボンブラッ
ク/シリカの分散状態等を5点満点で採点した。
【0041】実施例1〜14及び比較例1〜7 これらの例は、SBR同士、SBRとBR、およびSB
RとBRとNRの配合系のゴム組成物におけるポリシロ
キサン、シランカップリング剤及び一括混合の評価結果
を示すものである。それらの配合及び結果を表III に示
す。
【0042】
【表3】
【0043】
【表4】
【0044】
【表5】
【0045】表III の比較例1は、従来のキャップコン
パウンドを示すものであり、比較例2では、この比較例
1の組成をベースにシリカとシランカップリング剤を配
合したものは、摩耗および加工性が悪くなることを示し
ている。これに比して、本発明の特定のポリシロキサン
とシランカップリング剤、並びに特定のポリシロキサン
のみを配合してなる実施例1〜14のゴム組成物では、
摩耗が同等以上でウエットスキッド性が良好であり、低
転動抵抗化および加工性の点で全く問題が無いことがわ
かる。また、実施例9に対し、ポリシロキサンのみ(シ
ランカップリング剤無し)配合の実施例14では、摩耗
がやゝ低下するものの、反発弾性がやゝ増し、また加工
性の点でも問題がないことを示している。これに対し
て、比較例3のように、ポリシロキサンおよびシランカ
ップリング剤を配合しない系では、摩耗、加工性が悪い
ことを示している。また、比較例4のように、実施例1
のポリシロキサンに代えてシリコーンオイルを配合した
系では、ゴムシートが発泡して実用に供し得なかった。
実施例1に対し、ポリシロキサンおよびシランカップリ
ング剤を配合した系であってもポリマー系が規定外のも
のである比較例5および6では、ウエットスキッド性が
劣ることが、また、実施例1に対して規定外のカーボン
ブラックを配合した比較例7の系では、ウエットスキッ
ド性および摩耗が劣ることがわかる。
【0046】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に従えば、
特定のSBRを含むポリマー、カーボンブラック/シリ
カ系に特定のポリシロキサンを配合することにより、ま
た一層好ましくは、更にシランカップリング剤を配合す
ることにより、従来のシリカ配合系の欠点であった未加
硫ゴム組成物の加工性が改良され、かつ、加硫ゴム組成
物の諸物性も同等もしくはそれ以上になり、シリカの分
散性が良好になるためtanδの温度依存性が大とな
り、ウエット性能および転動抵抗が改良され、耐摩耗性
も向上する。したがって、本発明のゴム組成物は、乗用
車やトラックおよびバス用タイヤのトレッドゴム組成
物、特にウエット性能と耐摩耗性が求められるトレッド
ゴム(例えば、高性能タイヤ用トレッドゴム)として極
めて有用である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08L 83:06) (56)参考文献 特開 平7−258474(JP,A) 特開 平7−292161(JP,A) 特開 平8−183886(JP,A) 特開 平8−59894(JP,A) 特開 平10−110067(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 7/00 - 21/02 C08K 3/04 C08K 3/36 C08L 83/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スチレン含量20〜60モル%のSBR
    を30重量部以上含んだジエン系ゴム100重量部に対
    して、シリカを5〜70重量部、窒素比表面積(N2
    A):70m2 /g以上、24M4DBP吸油量:70
    ml/100g以上のカーボンブラックを10〜100重
    量部配合し、更にシリカとカーボンブラックの総量が5
    0重量部以上であり、シリカ配合量の1〜40重量%の
    下記アルコキシシリル基(I)またはアシルオキシシリ
    ル基(II)を、Si原子に直接結合したアルコキシ基が
    1分子中に6個以上またはアシルオキシ基が1分子中に
    2個以上存在するように、含有する平均重合度が3〜1
    0,000のポリシロキサンを含んでなるゴム組成物。 ≡Si−OR1 (I) ≡Si−OCOR2 (II) (式中、R1 は、炭素数1〜18の置換または非置換の
    1価の炭化水素基もしくはエーテル結合含有有機基であ
    り、R2 は、水素または炭素数1〜21の炭化水素基で
    ある。)
  2. 【請求項2】 シリカ配合量の1〜40重量%のシラン
    カップリング剤を更に含む請求項1に記載のゴム組成
    物。
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