JP4067391B2

JP4067391B2 - タイヤ用ゴム組成物

Info

Publication number: JP4067391B2
Application number: JP2002346066A
Authority: JP
Inventors: 操日座
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP2004175993A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタイヤ用ゴム組成物に関し、更に詳しくは低転がり抵抗性及びウェットグリップ性の良好なタイヤ用シリカ含有ゴム組成物の加工性、特に加硫系を含まない非加硫系配合物の混合、加工性を改良した、特に乗用車タイヤのキャップトレッド用ゴムとして使用するのに好適なゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリスルフィド結合を有するアルコキシシランカップリング剤を用いた、シリカ配合ゴム組成物は公知であり、タイヤとして用いた場合の、その優れた低転がり抵抗性と湿潤路面でのグリップ性（ウェットグリップ性）のために、乗用車用タイヤトレッド用ゴム組成物として幅広く使用されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
日座操、日本接着学会誌、Ｖｏｌ３７，Ｎｏ．５，（２００１），ｐｐ．１９７−２０２．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリスルフィド結合をもったアルコキシシランカップリング剤は、ポリスルフィド結合がゴムの混合中に切断し、架橋反応を起こすため、ヤケの原因になるという問題があった。そのため、従来はジスルフィド結合のようなゴムの混合中にヤケを起しにくいものを使わざるを得なかった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、従来のポリスルフィド系アルコキシシランカップリング剤を配合したゴム組成物に比べて、低転がり抵抗性及び湿潤路面でのグリップ性能に優れ、加工時にヤケを生じないシリカ配合ゴム組成物を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に従えば、共役ジエンと芳香族ビニルとの共重合体をハイドロボレーション反応により変性して共重合体のビニル基に水酸基を導入することにより得られる水酸基を側鎖に有する共重合体を１０重量％以上含むゴム成分１００重量部、シリカ１０〜１２０重量部及びイソシアネート基を有するアルコキシシランカップリング剤０．５〜１８重量部を含んでなるタイヤ用ゴム組成物が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に従えば、主鎖中に水酸基を含むジエン系ゴムとシリカとをイソシアネート基を有するアルコキシシランカンプリング剤により反応させることにより、シリカでゴムを補強させることができる。
【０００８】
本発明で用いる主鎖に水酸基を有するジエン系ゴムは、共役ジエンモノマー（例えばブタジエン）とスチレンとの共重合体中に含まれるビニル結合をハイドロボレーション反応によりアルコール変性することによって得られる。
【０００９】
本発明で用いるイソシアネート基を有するアルコキシシランカップリング剤としては、例えば３−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどを用いることができ、これは、例えば信越化学工業（株）より商品名ＫＢＥ−９００７として市販されている。
【００１０】
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、低転がり抵抗性とウェットグリップ性に優れるので、乗用車用のキャップトレッド用のゴムとして好適に用いることができる。
【００１１】
主鎖中に水酸基を有する共役ジエンは、例えばブタジエンなどのジエンモノマーとスチレンのような芳香族ビニルモノマーとの通常の共重合体中に存在するビニル結合をＢＨ₃ ／Ｈ₂ Ｏ₂ −ＮａＯＨなどのようなホウ素化合物を用いてハイドロボレーション反応により変性して共重合体のビニル基に水酸基を導入することにより得られる。このハイドロボレーション反応は公知であり、例えばスチレン・ブタジエン共重合体の５％ＴＨＦ溶液に１ＭＢＨ₃ ＴＨＦを加え、０℃で２４hrs 反応する。それに３ＮＮａＯＨと３０％Ｈ₂ Ｏ₂ 水溶液を添加して以下の反応式によって実施することができる。
【００１２】
【化１】

【００１３】
本発明に従えば、上のようにして得られた主鎖中に水酸基を有する共役ジエンと芳香族ビニルとの共重合体を含むゴム１００重量部にシリカを１０〜１２０重量部、好ましくは２０〜８０重量部とイソシアネート基含有アルコキシシランカップリング剤０．５〜１８重量部、好ましくは１〜８重量部を必須成分として配合する。
【００１４】
本発明に従えば、前記した主鎖中に水酸基を有するゴムと、式：
ＯＣＮ−Ｒ¹ −ＳｉＲ² _n（ＯＲ³ ）_m （式中、Ｒ¹ は炭素数１〜６のアルキル基、Ｒ² は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ³ は炭素数１〜４のアルキル基を示し、ｎは０〜２、ｍは１〜３でｎ＋ｍ＝３である）で表される、イソシアネート基含有アルコキシシランカップリング剤とは加熱混練により、例えば以下のように反応して例えばポリマー中に−ＣＨ₂ Ｓｉ（ＯＥｔ）₃ 基が導入される。
【００１５】
【化２】

【００１６】
このようにしてポリマー中に導入された例えば−ＣＨ₂ Ｓｉ（ＯＥｔ）₃ 基がゴム組成物中でシリカと反応して所望の効果が得られるのである。なお、上記反応は水酸基を有するモノマー（具体的にはヒドロキシエチルアクリレート）を共重合した場合の例を示すが、前記ハイドロボレーション反応によって得た主鎖中に水酸基を有するポリマーの場合も同様に反応する。
【００１７】
本発明に従ったゴム組成物中に配合するゴム成分は前記した主鎖中に水酸基を有する共重合体ゴムが全ゴム成分中の１０重量％以上、好ましくは２０重量％以上含むことが必要であるが、これに天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）などの１種又はそれ以上の汎用のジエン系ゴムを配合することができる。
【００１８】
本発明に従ったゴム組成物中に配合されるシリカはタイヤ用などに従来から使用されている任意のシリカ（好ましくはＮ₂ ＳＡ（ＪＩＳＫ６２２１に準拠）が１００〜３００ｍ² ／ｇ）を用いることができ、シリカの配合量が少な過ぎると低転がり抵抗性やウェットグリップ性能の改良効果が少ないので好ましくなく、逆に多過ぎると耐摩耗性に劣るので好ましくない。
【００１９】
本発明に従ったゴム組成物中に配合されるイソシアネート基含有アルコキシシランカップリング剤は分子中にイソシアネート（ＮＣＯ）基及びアルコキシ（ＯＲ）基を有する前記一般式で表される任意の化合物を用いることができ、その配合量が少な過ぎると反応性が低いので好ましくなく、逆に多過ぎると未反応部が残りヤケ易くなるので好ましくない。
【００２０】
本発明に係るゴム組成物には、前記した必須成分に加えて、カーボンブラックなどのシリカ以外の補強剤（フィラー）、加硫剤、加硫促進剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤などのタイヤ用、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して組成物とし、加硫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。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでないことはいうまでもない。
【００２２】
実施例１、参考例１〜５及び比較例１〜３
表Ｉに示す配合において、以下の混合法１又は２に従って、ゴム、シリカ及びカップリング剤を反応させ、次に加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉型ミキサーで５分間混練し、１６５±５℃に達したときに放出してマスターバッチを得た。このマスターバッチに加硫促進剤と硫黄をオープンロールで混練し、ゴム組成物を得た。
【００２３】
混合法１
ゴムとシリカとカップリング剤を１２０〜１６０℃の温度で、１０分間以上反応させ、次に所定のカーボンブラックやゴム薬品（加硫系を除く）を加え、加硫系を最後に添加し、ゴム組成物を得る方法。
【００２４】
混合法２
ゴムに予めカップリング剤を反応させ、この反応は、水酸基とイソシアネート基が反応する。必要に応じて、反応促進触媒ジブチル錫ジラウリレートを添加する。このカップリング剤を反応させたゴムとシリカを１２０〜１６０℃の温度で、１０分以上反応させ、これに所定のカーボンやゴム薬品を加え、加硫系を最後に添加してゴム組成物を得る方法。
【００２５】
次に得られたゴム組成物を１５×１５×０．２cmの金型中で１６０℃で３０分間加硫して加硫ゴムシートを調製し、９０％加硫時間（Ｔ９０）、３００％モジュラス（Ｍ３００）、破断強度（Ｔｂ）及び破断伸び（Ｅｂ）をＪＩＳＫ６２５１に準拠して測定した。結果を表Ｉに示す。更にウェットグリップ性（ｔａｎδ、０℃）、低転がり抵抗性（ｔａｎδ、６０℃）及び耐摩耗性（ランボーン摩耗）（比較例１の値を１００として指数表示）を以下のようにして測定し、その結果も表Ｉに示した。
【００２６】
低転がり抵抗性（ｔａｎδ（６０℃）：ＪＩＳＫ６３０１に準じて東洋精機製作所製粘弾性装置レオログラフソリッドにて２０Hz、初期伸張１０％、動歪み２％で測定（試料幅５mm、温度６０℃で測定）。
ウェットグリップ性（ｔａｎδ（０℃）：ＪＩＳＫ６３０１に準じて東洋精機製作所製粘弾性装置レオログラフソリッドにて２０Hz、初期伸張１０％、動歪み２％で測定（試料幅５mm、温度０℃で測定）。
【００２７】
ランボーン摩耗：ランボーン摩耗試験機を用いて温度２０℃にて測定した。各配合の容積損失を計算し、比較例１の損失量を１００とした。数字が大きい方が損失量が少なく、耐摩耗性に優れる。
【００２８】
加工性：１２０℃２０分間の加熱処理後、一軸押出し機で２０ｍ／ｍ×１ｍ／ｍ形状に押出し、加工性をチェックした。
○：平滑なゴム表面、×：ヤケ粒の入った表面
【００２９】
【表１】

【００３０】
表Ｉ脚注
*1：ポリマー１スチレン１５重量％、ブタジエン７５重量％及びヒドロキシエチルメタクリレート１０重量％で構成され、過硫酸カリウムを用いて乳化重合により製造した。
*2：ポリマー２ブタジエン７５重量％及びヒドロキシエチルメタクリレート２５重量％で構成され、過硫酸カリウムを用いて乳化重合により製造した。
*3：ポリマー３スチレン５重量％、ブタジエン７５重量％及びヒドロキシエチルメタクリレート２０重量％で構成され、過硫酸カリウムを用いて乳化重合により製造した。
*4：ポリマー４ＶＳＬ５０２５（バイエル（株）製ＳＢＲ，スチレン２５％、ビニル５０％）を溶媒（テトラヒドロフラン）に溶解し、ホウ素化合物（ＢＨ₃ ）及び３０％過酸化水素水の存在下のハイドロボレーション反応により、ＳＢＲ側鎖のビニル基をヒドロキシエチル基に変性した。
【００３１】
*5：ＳＢＲ１７１２：日本ゼオン（株）製ＳＢＲ（スチレン２３．５％）
*6：ＶＳＬ５０２５：バイエル（株）製ＳＢＲ（スチレン２５％、ビニル５０％）
*7：ＮＲ：ＳＩＲ−２０
*8：ＢＲ：日本ゼオン（株）製ＢＲ（シス９７％）
*9：Ｔ．１５２４：旭化成工業（株）製溶液重合ＳＢＲ（スチレン２０％）
【００３２】
*10 ：Ｚ１１６５ＭＰ：ローディア（株）製シリカ
*11 ：Ｎ２３４：東海カーボン（株）製カーボンブラック
*12 ：オイル：日石三菱（株）製アロマチックオイル
*13 ：Ｓｉ６９：デグッサ（株）製シランカップリング剤
*14 ：信越化学工業（株）製ＫＢＥ−９００７
【００３３】
*15 ：関東化学（株）製試薬
*16 ：正同化学工業（株）製酸化亜鉛
*17 ：日本油脂（株）製工業用ステアリン酸
*18 ：住友化学工業（株）製老化防止剤Ｓ−１３
*19 ：日本精蝋（株）製ワックス
*20 ：フレキシス（株）製加硫促進剤ＣＢＳ
*21 ：鶴見化学工業（株）製硫黄
*22 ：住友化学工業（株）製Ｄ
【００３４】
【発明の効果】
以上の通り、従来のポリスルフィド系のアルコキシシランカップリング剤に比較し、本発明に従って、イソシアネート基を有するアルコキシシランカップリング剤を配合した配合量ではｔａｎδ（０℃）が高く、ｔａｎδ（６０℃）が低くなり、また耐摩耗性も良好になる。このように本発明によれば、優れた低転がり抵抗性及び湿潤路面でのグリップ性能を示し、加工時のヤケも生じないため、乗用車タイヤ用ゴム組成物、特に乗用車用キャップトレッド用ゴムとして、好適に用いることができる。

Claims

共役ジエンと芳香族ビニルとの共重合体をハイドロボレーション反応により変性して共重合体のビニル基に水酸基を導入することにより得られる水酸基を側鎖に有する共重合体を１０重量％以上含むゴム成分１００重量部、シリカ１０〜１２０重量部及びイソシアネート基を有するアルコキシシランカップリング剤０．５〜１８重量部を含んでなるタイヤ用ゴム組成物。
天然ゴム、ポリイソプレンゴム、共役ジエンと芳香族ビニルとの共重合体ゴム及び共役ジエンゴム重合体から選ばれたゴム成分を５０重量部以下含む請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
ゴム成分１００重量部に対し、カーボンブラック１００重量部以下を含む請求項１又は２に記載のタイヤ用ゴム組成物。