JP3591751B2 - Rubber composition - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改良されたシリカ配合ゴム組成物に関し、詳しくは、タイヤ用、特にトレッドに適用した際に、これまでのシリカ配合ゴム組成物に比し大幅に低燃費性能、湿潤路面での摩擦抵抗(ウェットスキッド抵抗)および耐摩耗性能を改良し得るゴム組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ゴム用補強充填材としては、カーボンブラックが使用されている。これは、カーボンブラックが他の充填材に比べ、高い補強性と優れた耐摩耗性を有するためである。しかし、近年、省エネルギー、省資源の社会的要請の下、とりわけ、自動車の燃料消費を節約するため、コンパウンドゴムによる低燃費化も同時に求められるようになってきた。ここで、タイヤの転がり抵抗を小さくすれば、自動車の燃料消費量が軽減され、いわゆる低燃費タイヤとなることは一般に知られている。また、タイヤの転がり抵抗を小さくするには、一般に、タイヤのトレッドゴムにヒステリシスロスの小さい材料を用いればよいことも知られている。
【0003】
一方、近年の走行安定性の要求からは、ウェットスキッド抵抗の大きいゴム材料が強く望まれるようになってきた。しかし、ウェットスキッド抵抗と上述のタイヤの低転がり抵抗とは二律背反の関係にあり、両特性を共に満足させることは極めて困難であった。
【0004】
そこで、両者の両立を図る等の見地から各種シリカ配合ゴム組成物が提案され、例えば、特開平3−252431号、特開平3−252433号、特開平4ー224840号、特開平5−271477号、特開平5−51484号、特開平7−1908号、特開平7−48476号公報などに見られるように、シリカ配合ゴム組成物はウェットスキッド抵抗と低燃費性能とを改善することができることが述べられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリカは、カーボンブラックのように強固なストラクチャーを持たないために、耐摩耗性の悪化を招くという問題があった。ところで、最近、シリカを表面に付着させたカーボンブラックをゴム組成物に配合することにより、低ヒステリシスロス性(高温tanδ)、ウェットスキッド抵抗、電気抵抗および分散性を改良することができるとの提案がなされているが(特開平8−277347号公報)、かかるシリカ表面処理カーボンブラックは一般的な湿式シリカの製造時にカーボンブラックを混ぜることにより製造されるものであり、シリカとカーボンブラックとの結合は必ずしも十分とはいえず、一部の結合に限られてしまうものであった。そのため、このシリカ表面処理カーボンブラックをタイヤトレッドのゴム組成物に配合しても、耐摩耗性を損なうことなく低燃費性能とウェットスキッド抵抗との両立を図るという点では、なお不十分なものであった。
【0006】
そこで本発明の目的は、シリカをカーボンブラック表面に十分に化学結合させたシリカコーティングカーボンブラックを用いることで、耐摩耗性と低燃費性能およびウェットスキッド抵抗とを良好に両立させたゴム組成物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ゾル−ゲル法を用いてシリカを表面にコーティングしたカーボンブラックをゴム組成物に配合することにより上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
即ち、本発明のゴム組成物は、天然ゴムおよび/またはジエン系合成ゴム100重量部に対して、ゾル−ゲル法を用いてシリカを表面にコーティングしたカーボンブラック10〜100重量部が配合され、前記ゾル−ゲル法を用いてシリカを表面にコーティングするカーボンブラックには低温プラズマ処理が施されていることを特徴とするものである。
【0009】
シリカとカーボンブラック表面との結合をより強固なものとするために、カーボンブラックに低温プラズマ処理を施してもよい。また、本発明のゴム組成物には、シランカップリング剤を、シリカを表面にコーティングしたカーボンブラックに対し1〜15重量%含めることが好ましく、またシリカを表面にコーティングしたカーボンブラック中の該シリカ量が1〜40重量%であることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
本発明におけるゴム成分としては、天然ゴム(NR)又は合成ゴムを単独又はこれらをブレンドして使用することができる。合成ゴムとしては、例えば、合成ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等が挙げられる。
【0011】
本発明で補強充填材として用いるカーボンブラックとしては、SAF、ISAF、HAF、FEF級のものを好ましく使用することができるが、好ましくはジブチルフタレート吸油量(DBP)が60〜220ml/100gで、窒素吸着比表面積が50〜230m/gのものを用いると良い。なお、DBPはASTM D2414−93に、またNSAはASTM D4820に夫々準拠して求められる値である。
【0012】
次に、本発明によるゾル−ゲル法を用いてシリカを表面にコーティングしたカーボンブラック(以下「シリカコーティングカーボンブラック」と略記する)の製造方法について具体的に説明する。
本発明においては、ゾル−ゲル法を用いることにより、カーボンブラックをその表面に存在する含酸素官能基(水酸基、キノン基、カルボキシル基等)を介してシリカと結合させる。かかる結合は、未処理のカーボンブラックでも十分に起こり得るが、カーボンブラック表面の含酸素官能基が多く存在すればする程、シリカとの結合は増大し、好ましいものとなる。そこで、本発明においては、カーボンブラック表面へのシリカの結合をより増大させるために、カーボンブラックに低温プラズマ処理を施すことが好ましい。
【0013】
低温プラズマ処理による官能基の導入は、例えば特公平5−18339号公報、刊行物「色材」(60(6),342,1987年)等に記載されているように、低温プラズマによりカーボンブラック表面に含酸素官能基を導入することが可能である。
【0014】
プラズマを発生する電源としては、高周波、マイクロウェーブ、直流、交流などがあり、放電形式としては誘導負荷、または容量負荷によるグロー放電、コロナ放電、ボクサーチャージャーなどがあるが、形式は特に問われるものではない。
【0015】
プラズマ照射時の雰囲気ガスは、HO、酸素、空気、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、窒素、アルゴン、ヘリウムなどから一種または二種以上を混合して用いることができるが、カーボンブラック表面に含酸素官能基を効率的に導入する目的から、HO、酸素、空気を用いることが好ましい。更に好ましくはプラズマ照射時のカーボンブラック灰化を防ぐ観点からHOが良い。
【0016】
反応系の雰囲気ガスの圧力は、10−2〜5Torr、好ましくは10−2〜3Torrが良い。圧力が高すぎるとプラズマが不安定になり、カーボンブラック表面への含酸素官能基導入量が減少するため、次の本発明に係るゾル−ゲル工程でコーティングされるシリカ量の増加が十分ではなくなる。
【0017】
次に、ゾル−ゲル法は、反応メカニズムが簡単で、かつ金属、ガラス、セラミック等の表面コーティングにおいて均一性に優れていることが一般に知られている。本発明においては、このゾル−ゲル法をシリカをカーボンブラックにコーティングするのに用いたものであり、このようなカーボンブラックへのゾル−ゲルコーティングは未だ知られていない手法である。これに対し、上記特開平8−277347号公報記載のカーボンブラック表面へのシリカの付着方法は、記載されているとおり、カーボンブラック表面のごく一部にしかシリカが付着せず、またシリカとカーボンブラックが物理的に付着していると考えられるため、一般的にゴム業界で使用されているシリカとカーボンブラックを単純にブレンドしたものとさほど差が無いのが実状である。
【0018】
本発明におけるゾル−ゲル法は、基本的には通常行われている方法を適用できるが、原料としては水ガラス、各種アルコキシシランSiR(OR)4−n(R:アルキル基)、気相法シリカ等が代表的なものとして挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。しかし、反応速度の点からテトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラn−プロポキシシランが好ましい。また、通常ゾル−ゲル法で使用されるように、アルコール、HO、HCl、NHCl等を必要に応じて加えることができる。
【0019】
また、加えるHOと、原料中のSiとのモル比(HO/Si)は、25以上が好ましく、更には50以上がより好ましい。Siの濃度が高すぎると、シリカがカーボンブラック表面以外でも析出し、必要とするシリカコーティングカーボンブラックから実質的になるサンプルが得られなくなる。
【0020】
このようにしてゾル−ゲル法により得られたシリカコーティングカーボンブラックにおけるシリカとカーボンブラックとは極めて良好に化学結合しており、これをゴム組成物に配合した場合、単純なブレンドや物理的付着とは明らかに異なる優れた効果が得られる。本発明のゾル−ゲル法においては、いわゆる一般的なゾル−ゲル法として知られるように、原料Si源同士が加水分解、脱水縮合してゾルを形成し、その後カーボンブラック表面でゲル化する過程の他に、原料Si源モノマーがカーボンブラック表面に化学結合した後、その部位を基点にして原料モノマーが脱水縮合をくり返し、カーボンブラック表面をシリカでコーティングする過程も起こり得る。
【0021】
なお、かかるシリカコーティングカーボンブラック中のシリカ量は1〜40重量%であることが好ましく、更に好ましくは2〜30重量%である。シリカの量が1重量%未満であると、ウェットスキッド抵抗および低燃費性能の改善効果が不十分である。一方、40重量%を超えると、効果の改善が見られない。尚、かかるシリカ量は、シリカコーティングカーボンブラックを電気炉中で完全に燃焼させることにより得られる灰分量から求められる。
【0022】
また、本発明においては、かかるシリカコーティングカーボンブラックのゴム組成物への配合量は10〜100重量部、好ましくは10〜80重量部である。この配合量が10重量部未満であるとウェットスキッド抵抗および低燃費性能の改善効果が十分でなく、一方100重量部を超えると低燃費性能が悪化する。尚、本発明のゴム組成物にはカーボンブラックおよび/またはシリカを加えることができる。この場合、シリカコーティングカーボンブラック、シリカおよびカーボンブラックの合計部数は120重量部以下が好ましい。120重量部を超えると、低燃費性能が悪化するばかりか、ゴムが硬くなり、作業性に劣る。
【0023】
さらに、本発明のゴム組成物においては、シランカップリング剤が、シリカコーティングカーボンブラックに対し1〜15重量%含まれていることが好ましい。シランカップリング剤の配合量が1重量%未満では、カップリング効果が小さく、一方、15重量%を超えるとポリマーのゲル化を引き起し、好ましくない。
【0024】
かかるシランカップリング剤は、通常ゴム業界で使用されるものであれば特に限定されないが、具体的には、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリサルファイド(ポリサルファイド部分のS数:2〜8)、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシランが好ましい。
【0025】
なお、本発明のゴム組成物においては、上記のゴム成分、シリカコーティングカーボンブラック、シランカップリング剤以外に、必要に応じて、軟化剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤等の通常ゴム工業で使用される配合剤を適宜配合することができる。
【0026】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する。
下記の表1に示す条件に従い、未処理のN234カーボンブラック、ゾル−ゲル法によるシリカコーティングカーボンブラック(試料番号2〜5)、および比較のために沈降法によりシリカを表面に付着させたカーボンブラック(試料番号1)を夫々調製した。なお、具体的低温プラズマ処理および具体的ゾル−ゲル法並びに沈降法の処理は以下のようにして行った。
【0027】
低温プラズマ条件
プラズマ実験装置はロータリーエバポレーターを改良したものを用い、また高周波発生装置には発振周波数13.56MHzの日本電波興業(株)製、NFG−150を使用した。
減圧乾燥させたN234カーボンブラック(未造粒品)を反応容器に入れ、油拡散真空ポンプを用いて真空(10−2Torr以下)にした後、1Torrまで水蒸気を導入し、1時間プラズマを照射した。この際、水蒸気の流量を変えることで、表1に示すように雰囲気ガスに与えるプラズマのエネルギー(W/FM)をコントロールした。
【0028】
ゾル−ゲル法
テトラエトキシシラン(TEOS)20g、水400gを入れた1リットルのフラスコに塩酸またはNHClを加え、表1に示すようにpH値を2.5あるいは9.8に調整したものをゾル−ゲル反応母液とした。これに未処理のN234カーボンブラック(未造粒品)(試料番号2)あるいはプラズマ処理したカーボンブラック(試料番号3〜5)50gを加え、80℃で15分攪拌した後、室温で72時間攪拌し、ろ過、乾燥後、軽く粉砕して各試料を得た。
【0029】
沈降法
N234カーボンブラックのスラリーを調製し、80℃に加温した後、ケイ酸ナトリウム(SiO/NaO=3.4)を2時間かけて滴下した。このとき系のpHが9.5を保つように硫酸も同時に滴下した。ケイ酸ナトリウム滴下後は、硫酸のみをpHが4になるまで滴下し、ろ過、水洗、乾燥して目的物(試料1)を得た。
【0030】
未処理のN234カーボンブラック、ゾル−ゲル法によるシリカコーティングカーボンブラック(試料番号2〜5)、および比較のために沈降法によりシリカを表面に付着させたカーボンブラック(試料番号1)の窒素吸着比表面積(NSA)並びに灰分(900℃の電気炉中に24時間放置後の残渣の割合(%))を下記の表1に併記する。
【0031】
【表1】

Figure 0003591751
【0032】
上記表1に示すカーボンブラックおよび試料1〜5を用いて、下記の表2に示す配合処方(重量部)に従い各種ゴム組成物を調製した。
得られたゴム組成物について、ヒステリシスロス、ウエットスキッド抵抗および耐摩耗性を以下のようにして評価した。
【0033】
(イ)ヒステリシスロス(tanδ(50℃))
米国レオメトリックス社製の動的スペクトロメータを使用し、50℃にて動的剪断歪み(振幅1.0%、周波数15Hz)を与えてtanδ値を測定し、比較例1における値を100として指数表示した。従って、数値が小さい程ヒステリシスロスが小さく良好であることを示す。
【0034】
(ロ)ウエットスキッド抵抗
ポータブルスキッドレジスタンステスターを用いて、室温にて湿潤コンクリート路面に対する有効摩擦係数μを求め、比較例1における値を100として指数表示した。従って、数値が大きい程ウエットスキッド抵抗が大きく良好であることを示す。
【0035】
(ハ)耐摩耗性
ランボーン摩耗法により測定した。負荷荷重が2.0kg、室温におけるスリップ率50%における摩耗量を測定し、それらの逆数を用いて、比較例1における値を100として指数表示した。従って、数値が大きい程耐摩耗性が良好であることを示す。
得られた結果を下記の表2に併記する。
【0036】
【表2】
Figure 0003591751
1)日本合成ゴム(株)製 アロマオイル37.5phrの油展スチレンブタジエンゴム
2)日本合成ゴム(株)製 ポリブタジエンゴム
3)東海カーボン(株)製 シースト7H
4)日本シリカ(株)製 ニプシルAQ
5)ドイツのデグサ社製 Si69
6)ジフェニルグアニジン
7)N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド
【0037】
表2に示す評価結果から以下のことが確かめられた。
沈降法によりシリカを表面に付着させたカーボンブラックを用いたゴム組成物(比較例4)は、シリカとカーボンブラックとを単純なブレンド状態で配合したゴム組成物(比較例3)と効果の面でさほど差がなかった。これに対し、実施例1〜3のゴム組成物は、いずれも耐摩耗性を実質的に損なうことなく低燃費性能とウエットスキッド抵抗とが大幅に改善された。このことは、表2に示す耐摩耗性とヒステリシスロス(tanδ(50℃))との関係からも明らかである。
【0038】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明のゴム組成物においては、ゾル−ゲル法によるシリカコーティングカーボンブラックを所定量配合したことにより、耐摩耗性と低燃費性能およびウェットスキッド抵抗とを良好に両立させることができる。また、ゾル−ゲル法によるシリカコーティング前のカーボンブラックに低温プラズマ処理を施すことにより、あるいは所定量のシランカップリング剤を配合することにより、かかる効果をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例、参考例および比較例におけるtanδと耐摩耗性との関係を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improved silica-containing rubber composition, and more particularly, when applied to a tire, particularly to a tread, has significantly lower fuel consumption performance and friction on wet road surfaces than conventional silica-containing rubber compositions. The present invention relates to a rubber composition capable of improving resistance (wet skid resistance) and abrasion resistance.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, carbon black has been used as a reinforcing filler for rubber. This is because carbon black has high reinforcing properties and excellent wear resistance as compared with other fillers. However, in recent years, under the social demands for energy saving and resource saving, it has been required at the same time to reduce fuel consumption by using compound rubber in order to save fuel consumption of automobiles. Here, it is generally known that reducing the rolling resistance of the tire reduces the fuel consumption of the vehicle, resulting in a so-called fuel-efficient tire. It is also known that the rolling resistance of a tire can be reduced by using a material having a small hysteresis loss for the tread rubber of the tire.
[0003]
On the other hand, due to recent demands for running stability, a rubber material having a large wet skid resistance has been strongly desired. However, the wet skid resistance and the above-mentioned low rolling resistance of the tire have a trade-off relationship, and it is extremely difficult to satisfy both the characteristics.
[0004]
Therefore, various silica-containing rubber compositions have been proposed from the standpoint of achieving a balance between the two, for example, JP-A-3-252431, JP-A-3-252433, JP-A-4-224840, JP-A-5-271777. As disclosed in JP-A-5-51484, JP-A-7-1908, and JP-A-7-48476, the rubber composition containing silica can improve wet skid resistance and low fuel consumption performance. Has been stated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since silica does not have a strong structure unlike carbon black, there is a problem that abrasion resistance is deteriorated. By the way, recently, it has been proposed that low hysteresis loss (high temperature tan δ), wet skid resistance, electric resistance and dispersibility can be improved by blending carbon black having silica adhered to its surface into a rubber composition. However, such a silica surface-treated carbon black is produced by mixing carbon black during the production of general wet silica, and the bonding between silica and carbon black is performed. Was not always sufficient, and was limited to some combinations. Therefore, even if this silica surface-treated carbon black is added to the rubber composition of the tire tread, it is still insufficient in terms of achieving both low fuel consumption performance and wet skid resistance without impairing abrasion resistance. there were.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a rubber composition that achieves both good abrasion resistance, low fuel consumption performance, and wet skid resistance by using silica-coated carbon black in which silica is sufficiently chemically bonded to the carbon black surface. To provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, have found that the above object can be achieved by blending carbon black coated on the surface with silica using a sol-gel method into a rubber composition. Thus, the present invention has been completed.
[0008]
That is, the rubber composition of the present invention is blended with 100 to 100 parts by weight of natural rubber and / or a diene-based synthetic rubber, and 10 to 100 parts by weight of carbon black whose surface is coated with silica using a sol-gel method. The carbon black whose surface is coated with silica using the sol-gel method is subjected to a low-temperature plasma treatment.
[0009]
To make the bond between the silica and the carbon black surface stronger, the carbon black may be subjected to a low-temperature plasma treatment. The rubber composition of the present invention preferably contains a silane coupling agent in an amount of 1 to 15% by weight based on the carbon black coated on the surface of the silica, and the silica in the carbon black coated on the surface of the silica. Preferably, the amount is from 1 to 40% by weight.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
As the rubber component in the present invention, natural rubber (NR) or synthetic rubber can be used alone or in combination. Examples of the synthetic rubber include synthetic polyisoprene rubber, polybutadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR), and the like.
[0011]
As the carbon black used as the reinforcing filler in the present invention, SAF, ISAF, HAF, FEF grade carbon black can be preferably used, and preferably, dibutyl phthalate oil absorption (DBP) is 60 to 220 ml / 100 g, and nitrogen is used. It is preferable to use one having an adsorption specific surface area of 50 to 230 m 2 / g. Note that DBP is a value determined in accordance with ASTM D2414-93, and N 2 SA is a value determined in accordance with ASTM D4820.
[0012]
Next, a method for producing carbon black having silica coated on its surface using the sol-gel method according to the present invention (hereinafter abbreviated as “silica-coated carbon black”) will be specifically described.
In the present invention, by using the sol-gel method, carbon black is bonded to silica via oxygen-containing functional groups (hydroxyl group, quinone group, carboxyl group, etc.) present on the surface. Such a bond can sufficiently occur even with untreated carbon black, but the more oxygen-containing functional groups present on the surface of the carbon black, the more the bond with silica increases, which is preferable. Therefore, in the present invention, in order to further increase the bonding of silica to the surface of the carbon black, it is preferable to subject the carbon black to a low-temperature plasma treatment.
[0013]
Introduction of a functional group by low-temperature plasma treatment is described in, for example, Japanese Patent Publication No. 5-18339, publication "Coloring Material" (60 (6), 342, 1987), and the like. It is possible to introduce oxygen-containing functional groups on the surface.
[0014]
Power sources for generating plasma include high frequency, microwave, direct current, and alternating current, and discharge types include glow discharge, corona discharge, and boxer charger due to inductive load or capacitive load. is not.
[0015]
The atmosphere gas at the time of plasma irradiation can be used alone or as a mixture of two or more of H 2 O, oxygen, air, carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen, nitrogen, argon, helium and the like. It is preferable to use H 2 O, oxygen, and air for the purpose of efficiently introducing an oxygen-containing functional group into the polymer. H 2 O is more preferable from the viewpoint of preventing carbon black ashing during plasma irradiation.
[0016]
The pressure of the atmospheric gas in the reaction system is 10 −2 to 5 Torr, preferably 10 −2 to 3 Torr. If the pressure is too high, the plasma becomes unstable, and the amount of oxygen-containing functional groups introduced into the carbon black surface decreases, so that the increase in the amount of silica coated in the next sol-gel process according to the present invention is not sufficient. .
[0017]
Next, it is generally known that the sol-gel method has a simple reaction mechanism and is excellent in uniformity in surface coating of metal, glass, ceramic and the like. In the present invention, this sol-gel method is used for coating silica with carbon black, and such sol-gel coating on carbon black is a technique not yet known. On the other hand, the method of adhering silica to the surface of carbon black described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-277347 describes that, as described, silica adheres only to a very small part of the surface of carbon black, Since black is considered to be physically attached, there is no actual difference from a simple blend of silica and carbon black generally used in the rubber industry.
[0018]
As the sol-gel method in the present invention, a method usually used can be basically applied, but as a raw material, water glass, various alkoxysilanes SiR n (OR) 4-n (R: alkyl group), gas phase Typical examples include silica, but are not particularly limited thereto. However, from the viewpoint of the reaction rate, tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), and tetra-n-propoxysilane are preferable. Also, usually sol - As used gel method, it may be added an alcohol, H 2 O, HCl, if necessary the NH 4 Cl or the like.
[0019]
Further, the molar ratio (H 2 O / Si) of H 2 O to be added and Si in the raw material is preferably 25 or more, and more preferably 50 or more. If the concentration of Si is too high, silica precipitates on the surface other than the carbon black surface, and a sample substantially consisting of the required silica-coated carbon black cannot be obtained.
[0020]
The silica and the carbon black in the silica-coated carbon black obtained by the sol-gel method in this way have extremely good chemical bonds, and when this is blended with the rubber composition, simple blending or physical adhesion is not achieved. Has a distinctly different superior effect. In the sol-gel method of the present invention, as is known as a so-called general sol-gel method, a process in which raw material Si sources are hydrolyzed and dehydrated and condensed to form a sol, and then gelled on the surface of carbon black. In addition, after the raw material Si source monomer chemically bonds to the carbon black surface, the raw material monomer repeats dehydration condensation based on the site, and a process of coating the carbon black surface with silica may occur.
[0021]
The amount of silica in the silica-coated carbon black is preferably from 1 to 40% by weight, and more preferably from 2 to 30% by weight. If the amount of silica is less than 1% by weight, the effect of improving wet skid resistance and low fuel consumption performance is insufficient. On the other hand, if it exceeds 40% by weight, no improvement in the effect is observed. The amount of silica is determined from the amount of ash obtained by completely burning silica-coated carbon black in an electric furnace.
[0022]
In the present invention, the amount of the silica-coated carbon black in the rubber composition is 10 to 100 parts by weight, preferably 10 to 80 parts by weight. If the amount is less than 10 parts by weight, the effect of improving wet skid resistance and fuel efficiency is not sufficient, while if it exceeds 100 parts by weight, fuel efficiency deteriorates. Incidentally, carbon black and / or silica can be added to the rubber composition of the present invention. In this case, the total number of parts of the silica-coated carbon black, silica and carbon black is preferably 120 parts by weight or less. If it exceeds 120 parts by weight, not only does the fuel economy performance deteriorate, but the rubber becomes hard and workability is poor.
[0023]
Furthermore, in the rubber composition of the present invention, it is preferable that the silane coupling agent is contained in an amount of 1 to 15% by weight based on the silica-coated carbon black. If the amount of the silane coupling agent is less than 1% by weight, the coupling effect is small, while if it exceeds 15% by weight, gelation of the polymer is caused, which is not preferable.
[0024]
Such a silane coupling agent is not particularly limited as long as it is generally used in the rubber industry. Specifically, bis (3-triethoxysilylpropyl) polysulfide (S number of polysulfide portion: 2 to 8), γ-mercaptopropyltriethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltri Methoxysilane is preferred.
[0025]
In the rubber composition of the present invention, in addition to the above rubber component, silica-coated carbon black, and silane coupling agent, if necessary, a softening agent, an antioxidant, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanizing accelerator, A compounding agent usually used in the rubber industry, such as a sulfuric acid accelerating aid, can be appropriately compounded.
[0026]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
According to the conditions shown in Table 1 below, untreated N234 carbon black, silica-coated carbon black by a sol-gel method (sample Nos. 2 to 5), and carbon black having silica adhered to the surface by a sedimentation method for comparison (Sample No. 1) were prepared respectively. The specific low-temperature plasma treatment, the specific sol-gel method, and the sedimentation method were performed as follows.
[0027]
Low-temperature plasma conditions A plasma experiment apparatus obtained by improving a rotary evaporator was used, and an NFG-150 manufactured by Nippon Dempa Kogyo Co., Ltd. having an oscillation frequency of 13.56 MHz was used as a high-frequency generator.
N234 carbon black (non-granulated product) dried under reduced pressure is put into a reaction vessel, and a vacuum (10 −2 Torr or less) is applied by using an oil diffusion vacuum pump, and then steam is introduced up to 1 Torr and plasma is irradiated for 1 hour. did. At this time, the energy (W / FM) of the plasma applied to the atmosphere gas was controlled as shown in Table 1 by changing the flow rate of the steam.
[0028]
Sol - gel method <br/> tetraethoxysilane (TEOS) 20 g, in 1 liter flask containing water 400g of hydrochloric acid or NH 4 Cl was added, the pH value of 2.5 or 9.8 as shown in Table 1 Was adjusted to be a sol-gel reaction mother liquor. To this, 50 g of untreated N234 carbon black (ungranulated product) (sample No. 2) or plasma-treated carbon black (samples 3 to 5) was added, stirred at 80 ° C. for 15 minutes, and then stirred at room temperature for 72 hours. After filtering, drying and crushing lightly, each sample was obtained.
[0029]
A slurry of sedimentation method N234 carbon black was prepared, heated to 80 ° C., and then sodium silicate (SiO 2 / Na 2 O = 3.4) was added dropwise over 2 hours. At this time, sulfuric acid was simultaneously added dropwise so that the pH of the system was maintained at 9.5. After the sodium silicate was dropped, only sulfuric acid was dropped until the pH reached 4, followed by filtration, washing with water, and drying to obtain a target product (sample 1).
[0030]
Nitrogen adsorption ratios of untreated N234 carbon black, silica-coated carbon black by sol-gel method (Sample Nos. 2 to 5), and carbon black with silica attached to the surface by sedimentation method (Sample No. 1) for comparison The surface area (N 2 SA) and ash content (ratio (%) of the residue after standing in an electric furnace at 900 ° C. for 24 hours) are also shown in Table 1 below.
[0031]
[Table 1]
Figure 0003591751
[0032]
Various rubber compositions were prepared from the carbon blacks shown in Table 1 and Samples 1 to 5 in accordance with the formulation (parts by weight) shown in Table 2 below.
The obtained rubber composition was evaluated for hysteresis loss, wet skid resistance and abrasion resistance as follows.
[0033]
(A) Hysteresis loss (tan δ (50 ° C))
Using a dynamic spectrometer manufactured by Rheometrics Co., USA, a tan δ value was measured at 50 ° C. while applying a dynamic shear strain (amplitude: 1.0%, frequency: 15 Hz), and the index in Comparative Example 1 was set to 100. displayed. Therefore, the smaller the numerical value, the smaller the hysteresis loss and the better.
[0034]
(B) Wet skid resistance Using a portable skid resistance tester, the effective friction coefficient μ against a wet concrete road surface was determined at room temperature, and the index in Comparative Example 1 was set to 100 to indicate the index. Therefore, the larger the numerical value, the larger the wet skid resistance and the better.
[0035]
(C) Abrasion resistance Measured by the Lambourn abrasion method. The amount of wear at a load of 2.0 kg and a slip ratio of 50% at room temperature was measured, and the index of the value in Comparative Example 1 was set to 100 using the reciprocal of the wear amount. Therefore, the larger the value, the better the wear resistance.
The results obtained are shown in Table 2 below.
[0036]
[Table 2]
Figure 0003591751
1) Oil-extended styrene-butadiene rubber of 37.5 phr aroma oil manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd. 2) Polybutadiene rubber manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd. 3) Seast 7H manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.
4) Nipsil AQ manufactured by Nippon Silica Co., Ltd.
5) Si69 manufactured by Degussa of Germany
6) diphenylguanidine 7) N-tert-butyl-2-benzothiazolylsulfenamide
From the evaluation results shown in Table 2, the following was confirmed.
The rubber composition using carbon black having silica adhered to the surface by the sedimentation method (Comparative Example 4) is different from the rubber composition (Comparative Example 3) in which silica and carbon black are blended in a simple blend state. There was not much difference. In contrast, all of the rubber compositions of Examples 1 to 3 exhibited significantly improved fuel economy and wet skid resistance without substantially impairing wear resistance. This is clear from the relationship between the wear resistance and the hysteresis loss (tan δ (50 ° C.)) shown in Table 2.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, in the rubber composition of the present invention, by mixing a predetermined amount of silica-coated carbon black by a sol-gel method, it is possible to achieve both good wear resistance, low fuel consumption performance and wet skid resistance. Can be. Such effects can be further enhanced by subjecting the carbon black before silica coating by the sol-gel method to low-temperature plasma treatment or by blending a predetermined amount of a silane coupling agent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between tan δ and wear resistance in Examples, Reference Examples and Comparative Examples.

Claims (3)

天然ゴムおよび/またはジエン系合成ゴム100重量部に対して、ゾル−ゲル法を用いてシリカを表面にコーティングしたカーボンブラック10〜100重量部が配合され、前記ゾル−ゲル法を用いてシリカを表面にコーティングするカーボンブラックには低温プラズマ処理が施されていることを特徴とするゴム組成物。Against natural rubber and / or diene synthetic rubber 100 parts by weight, the sol - gel method carbon black 10 to 100 parts by weight was applied to the surface of silica with is blended, the sol - silica by gel method A rubber composition, characterized in that carbon black to be coated on the surface has been subjected to low-temperature plasma treatment . シランカップリング剤が、シリカを表面にコーティングしたカーボンブラックに対し1〜15重量%含まれている請求項記載のゴム組成物。The rubber composition according to claim 1, wherein the silane coupling agent is contained in an amount of 1 to 15% by weight based on carbon black coated with silica. シリカを表面にコーティングしたカーボンブラック中の該シリカ量が1〜40重量%である請求項1または2記載のゴム組成物。The rubber composition according to claim 1 or 2 , wherein the amount of the silica in carbon black having silica coated on the surface is 1 to 40% by weight.
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