JP4076910B2

JP4076910B2 - Rubber composition for tread and pneumatic tire using the same

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Publication number: JP4076910B2
Application number: JP2003158448A
Authority: JP
Inventors: 則子八木; 清繁村岡
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004359773A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレッド用ゴム組成物および空気入りタイヤに関し、とくに改質エポキシ化天然ゴムを配合したゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石油価格の高騰や石油の枯渇が懸念されているだけでなく、省資源や炭酸ガス排出抑制のための規制強化などの環境問題的観点からも、天然素材が見直される風潮にある。タイヤ業界においても例外ではなく、合成ゴムの代替材料として天然ゴムが注目されている。天然ゴムは機械的強度が高く、耐摩耗性に優れているため、トラック／バス用タイヤなど大型タイヤに多く使用されている。しかしながら、天然ゴムは側鎖に分子量の小さなメチル基しか有しておらず、ガラス転移温度（Ｔｇ）が−６０℃と低いため、グリップ性能に劣るという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するために、エポキシ化天然ゴムを用いる方法が提案されている（特許文献１〜４参照）。エポキシ化天然ゴムは、天然ゴムの不飽和二重結合がエポキシ化されたものであり、極性基であるエポキシ基によって分子凝集力が増大するため、天然ゴムよりもガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、かつ、機械的強度や耐摩耗性、耐ガス透過性に優れている。とくに、シリカ配合ゴムにおいては、シリカ表面のシラノール基とエポキシ基が反応するため、カーボンブラック配合ゴムに匹敵するほどの機械的強度や耐摩耗性が得られる。しかしながら、エポキシ化天然ゴムはヒステリシスロスが大きくウェットグリップ性能に優れている反面、転がり抵抗特性が不充分であるという欠点があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２２０２５４号公報
【特許文献２】
特開平７−９０１２３号公報
【特許文献３】
特開平７−１４９９５５号公報
【特許文献４】
特開２００１−２３３９９５公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エポキシ化天然ゴムの有する機械的性質や耐摩耗性などの優れた特性を保持したまま、ウェットグリップ性能の向上と発熱性の低減を両立し得るトレッド用ゴム組成物、およびそれを用いた空気入りタイヤ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】
すなわち、本発明は、エポキシ化天然ゴムをルイス酸、アミン化合物、チオール化合物、アミド化合物、またはイミダゾール化合物と反応させてエポキシ基の開環を行なうことにより得られる改質エポキシ化天然ゴム５〜１００重量％を含むゴム成分１００重量部に対して、チッ素吸着比表面積が１００〜３００ｍ²／ｇであるシリカを５〜１５０重量部含有するトレッド用ゴム組成物に関する。
【０００７】
前記ゴム組成物が、前記シリカに対して２０重量％以下のシランカップリング剤を含むことが好ましい。
【０００８】
前記エポキシ化天然ゴムのエポキシ化率が５〜８０モル％であることが好ましい。
【０００９】
前記ルイス酸がアルコール、フェノール化合物、カルボン酸または酸無水物であることが好ましい。
【００１０】
改質エポキシ化天然ゴムのタンパク質含有量が、チッ素含有率で０．１％以下であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、前記トレッド用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤに関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分として、エポキシ化天然ゴムをルイス酸と反応させてエポキシ基の開環を行なうことにより得られる改質エポキシ化天然ゴム、およびシリカを含む。
【００１４】
本発明で使用されるエポキシ化天然ゴムは、市販のエポキシ化天然ゴムを用いてもよいし、天然ゴムをエポキシ化して用いてもよい。天然ゴムをエポキシ化する方法は、とくに限定されるものではなく、クロルヒドリン法、直接酸化法、過酸化水素法、アルキルヒドロペルオキシド法、過酸法などの方法を用いて行なうことができる。たとえば、天然ゴムに過酢酸や過ギ酸などの有機過酸を反応させる方法などがあげられる。
【００１５】
ところで、天然ゴム中には、通常、タンパク質などの非ゴム成分が５〜１０％程度存在している。これらの非ゴム成分、とくにタンパク質は、天然ゴムの改質を阻害する原因となる。
【００１６】
本発明で使用する改質天然ゴムは、天然ゴム中のタンパク質がチッ素含有率において０．１０重量％以下まで除去された脱タンパク天然ゴムであることが好ましい。チッ素含有率が０．１０重量％以下まで脱タンパク処理された天然ゴムを使用することにより、天然ゴムの改質を効率よく行なうことが可能となり、高い改質効果が得られる。また、改質した天然ゴムは、タンパク質量がチッ素含有率で０．０５重量％以下であることがより好ましく、０．０２重量％以下であることがとくに好ましい。チッ素含有率が０．０２％以下の天然ゴムは、ほぼ完全にタンパク質が除去されていると判断される。
【００１７】
脱タンパク天然ゴムは、ラテックスにタンパク質分解酵素または細菌などを添加してタンパク質を分解させる方法および／または石鹸などの界面活性剤で繰り返し洗浄する方法により製造することができる。前記タンパク質分解酵素としては、とくに限定はなく、細菌由来の酵素、糸状菌由来の酵素、酵母由来の酵素のいずれでも構わない。これらの中では細菌由来のタンパク質分解酵素を使用することが好ましい。前記界面活性剤としては、たとえば、陰イオン性界面活性剤および／または非イオン性界面活性剤が好適に使用される。陰イオン性界面活性剤には、たとえば、カルボン酸系、スルホン酸系、硫酸エステル系、リン酸エステル系などがあげられる。また、非イオン性界面活性剤としては、たとえばポリオキシアルキレンエーテル系、ポリオキシアルキレンエステル系、多価アルコール脂肪酸エステル系、糖脂肪酸エステル系、アルキルポリグリコシドなどが好適に使用される。
【００１８】
タンパク質分解酵素で天然ゴムラテックス中のタンパク質を分解するには、タンパク質分解酵素をフィールドラテックスまたはアンモニア処理ラテックスに約０．００１〜１０重量％の割合で添加することが好ましい。酵素による処理時間としては、とくに限定されないが、数分から１週間程度処理を行なうことが好ましい。また、ラテックスを撹拌してもよいし、静置してもかまわない。必要に応じて温度調節を行なってもよく、適当な温度としては、５〜９０℃、好ましくは２０〜６０℃である。処理温度が５℃未満では、酵素の反応が進行しにくくなる傾向がある。また、９０℃をこえると、酵素が失活する傾向がある。
【００１９】
界面活性剤によるラテックス粒子の洗浄方法としては、酵素未処理のラテックスを洗浄する方法と酵素処理を完了したラテックスを洗浄する方法のいずれでもよい。界面活性剤の添加量は、ラテックスに対して０．００１〜１５重量％であることが好ましく、０．００１〜１０重量％であることがより好ましい。洗浄方法としては、酵素未処理のラテックスまたは酵素処理したラテックスに界面活性剤を添加し、遠心分離する方法およびラテックス粒子を凝集させて分離する方法がある。遠心分離してラテックスを洗浄する場合、遠心分離は１回または数回行なえばよい。また、天然ゴムを洗浄する際に、合成ゴムまたは合成ラテックスを組み合わせて用いることもできる。
【００２０】
本発明で使用するエポキシ化天然ゴムのエポキシ化率は５〜８０モル％であることが好ましく、５〜６０モル％であることがより好ましい。エポキシ化率が５モル％未満では改質の効果が小さくなる傾向がある。また、８０モル％をこえると、ポリマーがゲル化する傾向がある。
【００２１】
本発明における改質エポキシ化天然ゴムは、エポキシ基との反応性をもつ化合物によりエポキシ化天然ゴム中のエポキシ基の開環を行なうことにより得られる。エポキシ基との反応性をもつ化合物としては、たとえば、ルイス酸、アミン化合物、チオール化合物、アミド化合物、イミダゾール化合物などがあげられる。エポキシ化天然ゴムを改質する方法としては、とくに制限はなく、ラテックス中、天然ゴム溶液中、固形ゴムのいずれの状態で行う方法を用いてもよい。ラテックス中で行なう場合、使用する天然ゴムラテックスはとくに制限されず、市販のアンモニア処理ラテックスおよびフィールドラテックスのいずれも使用することができる。溶液中で行なう場合、使用する有機溶媒としては、溶媒自身がエポキシ化天然ゴムおよびルイス酸と反応しないものであれば自由に使用でき、たとえば、ベンゼン、クロロベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素や、ｎ−ヘプタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ペンタン、ｎ−オクタンなどの脂肪族炭化水素、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、テトラリン、デカリンなどの脂環族炭化水素などが好適に使用できる。また、塩化メチレンなども使用することができる。固形ゴムで行なう場合には、ロールや押し出し混練機などにより直接混練りし、改質することも可能である。コストや取扱いの容易さなどから、エポキシ化天然ゴムの改質はラテックス中で行なうことが好ましい。
【００２２】
本発明で使用されるルイス酸としては、アルコール、フェノール化合物、カルボン酸および酸無水物などがあげられる。
【００２３】
アルコールとしては、具体的には、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン、フェニルメタノール、２−フェニルエタノールなどがあげられる。
【００２４】
フェノール化合物としては、フェノール、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、１−ナフトール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンなどがあげられる。
【００２５】
カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ｎ−酪酸、イソ酪酸、吉草酸、カプロン酸、グリコール酸、乳酸、ヒドロアクリル酸、３−ヒドロキシ酪酸、グリセリン酸、グルコン酸、フルオル酢酸、クロル酢酸、クロルプロピオン酸、クロル酪酸、トリクロル酪酸、トリクロル酢酸、アルデヒド酸、ピルビン酸、アセト酢酸、レプリン酸、安息香酸、ｐ−トルイル酸、ｍ−クロル安息香酸、サリチル酸、ｍ−ヒドロキシ安息香酸、フェニル酢酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、リンゴ酸、フタル酸、クエン酸などがあげられる。
【００２６】
酸無水物としてはプロピオン酸無水物、ｎ−酪酸無水物、イソ酪酸無水物、ｎ−吉草酸無水物、ヘキサン酸無水物、安息香酸無水物、グルタル酸無水物、１，２−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、無水フタル酸、１,８−ナフタル酸無水物、トリメリト酸無水物、ピロメリト酸二無水物などがあげられる。
【００２７】
本発明で使用されるエポキシ基との反応性をもつ化合物としては、ルイス酸のほかに、アミン化合物、チオール化合物、アミド化合物およびイミダゾール化合物があげられる。
【００２８】
アミン化合物としてはメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリ−ｎ−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、ｎ−ブチルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、イソブチルアミン、ジイソブチルアミン、トリイソブチルアミン、ｎ−ペンチルアミン、ジ−ｎ−ペンチルアミン、トリ−ｎ−ペンチルアミン、ｎ−ヘキシルアミン、ジ−ｎ−ヘキシルアミン、トリ−ｎ−ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ｎ−メチルシクロヘキシルアミン、ｎ−ヘプチルアミン、ジ−ｎ−ヘプチルアミン、トリ−ｎ−ヘプチルアミン、シクロヘプチルアミン、ｎ−ヘプチルアミン、ジ−ｎ−オクチルアミン、トリ−ｎ−オクチルアミン、シクロオクチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルオクチルアミン、ｎ−デシルアミン、ジ−ｎ−デシルアミン、トリ−ｎ−デシルアミン、ラウリルアミン、ミリスチルアミン、ステアリルアミン、ベンジルアミン、フェニルアミン、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、Ｎ−メチルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン、２−ナフチルアミン、４−キノリルアミン、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、１，４−ナフチレンジアミン、アニリン、ｏ−トルイジン、２，３−キシリジン、ｏ−アニシジン、ｏ−フェネチジン、Ｎ，Ｎ−ジベンジルエチレンジアミン、フェネチルアミン、ｐ−フェニレンジアミン、２，３−ジアミノナフタレン、３−メトキシプロピルアミン、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルブチルアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、ｎ−プロパノールアミン、ジ−ｎ−プロパノールアミン、トリ−ｎ−プロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジプロピレントリアミン、Ｎ−ｎ−ブチルジエタノールアミン、２−アミノペンタン、ヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシランなどがあげられる。エポキシ基との反応性が優れることから、アミン化合物としては、特に第３級アミンが好ましい。
【００２９】
チオール化合物としてはエチルメルカプタン、１−プロパンチオール、ｎ−ブチルメルカプタン、１−ヘキサンチオール、１−ドデンカンチオール、１−オクタンチオール、ベンゼンチオール、１，２−エタンジチオール、１，３−プロパンジチオール、１，４−ブタンチオール、１，２−ベンゼンチオール、１，４−ベンゼンチオール、２−アミノエタンチオール、２−アミノベンゼンチオール、４−アミノベンゼンチオール、メルカプト酢酸、ｏ−メルカプト安息香酸などがあげられる。
【００３０】
イミダゾール化合物としては、イミダゾール、１−メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、Ｎ−アセチルイミダゾール、２−メルカプト−１−メチルイミダゾール、ベンゾイミダゾール、２−メルカプトベンゾイミダゾール、２−フェニルイミダゾールなどがあげられる。
【００３１】
アミド化合物としては、ホルムアミド、アセトアミド、プロピオンアミド、ｎ−ブチルアミド、バレルアミド、ヘキサンアミド、ステアルアミド、ベンズアミド、スクシンアミド、オキサミド、Ｎ−ヒドロキシアセトアミド、Ｎ−（２−ヒドロキシ）アセトアミド、Ｎ−メチルベンズアミド、ｏ−ヒドロキシベンズアミド、ｐ−ヒドロキシベンズアミド、ｏ−アミノベンズアミド、ｐ−アミノベンズアミド、ｏ−アセトアミドフェノール、ｐ−アセトアミドフェノール、スルファニルアミド、ｏ−アセトアミド安息香酸、ベンズアニリド、アセトアミドマロン酸ジエチル、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ニコチンアミド、チオアセトアミド、ｏ−トルエンスルホンアミド、ｐ−トルエンスルホンアミドなどがあげられる。
【００３２】
エポキシ基との反応性を有する化合物の添加量は、エポキシ化天然ゴムに対して５〜６０モル％、好ましくは１０〜５５モル％である。前記化合物の添加量が５モル％未満では、充分なグリップ性能が得られない傾向がある。また、６０モル％をこえると、引張強度や耐摩耗性が低下する傾向がある。
【００３３】
エポキシ化天然ゴムの改質率は、５〜６０％であることが好ましく、１０〜５５％であることがより好ましい。改質率が５％未満では、充分なグリップ性能と低燃費性が得られない傾向がある。また、６０％をこえると、耐摩耗性や引裂強度が低下する傾向がある。
【００３４】
反応温度は４０〜１６０℃であることが好ましい。反応温度が４０℃未満では、反応速度が遅く、反応性が低下する傾向がある。１６０℃をこえると、ポリマーが反応中においてゲル化する傾向がある。
【００３５】
ラテックス中または溶液中でエポキシ化天然ゴムの改質反応を行なう場合、反応時間は、０．５〜１０時間であることが好ましく、１〜８時間であることがより好ましい。反応時間が０．５時間未満では、改質反応が充分に進行せず、目的の改質エポキシ化天然ゴムが得られにくい傾向がある。また、反応時間が１０時間をこえると、ポリマーのゲル化や副反応が起こる傾向がある。
【００３６】
本発明で使用される改質エポキシ化天然ゴムは、ゴム成分中に５〜１００重量％、好ましくは８〜１００重量％、より好ましくは１０〜１００重量％含まれる。改質エポキシ化天然ゴムが５重量％未満では、改質エポキシ化天然ゴムを配合する効果が小さくなる。
【００３７】
本発明のゴム組成物は、改質エポキシ化天然ゴム以外のゴム成分として、天然ゴム（ＮＲ）および／またはジエン系合成ゴムを含むことができる。ジエン系合成ゴムとしては、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、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）、ブチルゴム（ＩＩＲ）などがあげられる。これらのゴムは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３８】
本発明で使用するシリカとしては、湿式法または乾式法により製造されたシリカがあげられるが、とくに制限はない。本発明に用いられるシリカは、チッ素吸着非表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１００〜３００ｍ²／ｇ、好ましくは１３０〜２８０ｍ²／ｇである。シリカのＮ₂ＳＡが１００ｍ²／ｇ未満では、補強効果が小さい。また、３００ｍ²／ｇをこえると、分散性が低下し、ゴム組成物が発熱性しやすくなる。
【００３９】
シリカの配合量は、前記ゴム成分１００重量部に対して５〜１５０重量部、好ましくは１０〜１２０重量部、さらに好ましくは１５〜１００重量部である。シリカの配合量が５重量部未満では、充分に低減された発熱性、優れたウェットグリップ性能が得られない。また、１５０重量部をこえると、加工性、作業性が低下するため好ましくない。
【００４０】
本発明で使用できるシランカップリング剤としては、従来からシリカ充填材と併用される任意のシランカップリング剤を用いることができる。たとえば、スルフィド系、メルカプト系、ビニル系、アミノ系、グリシドキシ系、ニトロ系、クロロ系などのシランカップ剤を用いることができる。
【００４１】
スルフィド系のシランカップリング剤としては、具体的には、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）ジスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリエトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリメトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィドなどがあげられる。
【００４２】
メルカプト系のシランカップリング剤としては、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、２−メルカプトエチルトリメトキシシラン、２−メルカプトエチルトリエトキシシランなどがあげられる。
【００４３】
ビニル系のシランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどがあげられる。
【００４４】
アミノ系のシランカップリング剤としては、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシランなどがあげられる。
【００４５】
グリシドキシ系のシランカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランなどがあげられる。
【００４６】
ニトロ系のシランカップリング剤としては、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、３−ニトロプロピルトリエトキシシランなどがあげられる。
【００４７】
クロロ系のシランカップリング剤としては、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、２−クロロエチルトリメトキシシラン、２−クロロエチルトリエトキシシランなどがあげられる。
【００４８】
これらのなかでも、カップリング剤添加効果とコストの両立から、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどが好適に用いられる。これらのシランカップリング剤は１種、または２種以上組み合わせて用いてよい。
【００４９】
シランカップリング剤の配合量は、シリカ重量に対して０〜２０重量％であることが好ましい。シランカップリング剤の配合量が２０重量％をこえると、コストがかかるわりにカップリング効果が得られず、補強性、耐摩耗性が低下するので好ましくない。分散効果、カップリング効果を考慮すると、シランカップリング剤の配合量は、さらには０．５〜１５重量％、とくには１〜１５重量％であることが望ましい。
【００５０】
なお、本発明のゴム組成物には、ゴム成分、シリカ、シランカップリング剤のほかに、必要に応じて、カーボンブラック、軟化剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤などの通常のゴム工業で使用される添加剤を適宜配合することができる。
【００５１】
本発明のタイヤは、本発明のゴム組成物を用いて通常の方法によって製造される。すなわち、必要に応じて各種添加剤を配合した本発明のゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤトレッドの形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、未加硫タイヤを形成したのち、加硫機中で加熱加圧してタイヤを製造することができる。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５３】
（改質天然ゴムの製造）
（ポリマー１（脱タンパク天然ゴム））
ガスリー（マレーシア）製の高アンモニアタイプの天然ゴムラテックス（固形分６２．０％）を使用した。
【００５４】
０．１２％のナフテン酸ソーダ水溶液で、天然ゴムラテックスを固形ゴム成分が１０％になるよう希釈した。リン酸二水素ナトリウムを用いてｐＨを９．２に調製したのち、２Ｍのアルカラーゼをゴム成分１０ｇに対して０．８７ｇの割合で加えた。さらにｐＨを９．２に再調整したのち、３７℃で２４時間維持した。
【００５５】
酵素処理を完了したラテックスにノニオン系界面活性剤であるエマルゲン８１０（花王（株）製）の１％水溶液を加えてゴム濃度を８％に調製したのち、１１０００ｒｐｍで３０分間遠心分離した。生じたクリーム状留分をエマルゲン８１０の１％水溶液に分散させ、ゴム濃度が約８％になるように調製したのち、再度遠心分離をした。この操作をさらにもう一度くり返したのち、得られたクリーム状留分を蒸留水に分散し、固形ゴム成分６０％の脱タンパクゴムラテックス（ポリマー１）を調製した。
【００５６】
（ポリマー２（高アンモニアタイプの天然ゴムのエポキシ化））
高アンモニアタイプの天然ゴムラテックス（野村貿易（株）製、Ｈｙｔｅｘ）（固形分６０％）１５０ｇを、撹拌棒、滴下ロート、コンデンサーを備えた５００ｍｌの４つ口フラスコに入れ、固形分が３０％になるように蒸留水１５０ｍｌを加えて希釈し、２０℃に調整した。これにノニオン系乳化剤（花王（株）製「エマルゲン１０６」）０．９ｇを撹拌しながら加えた。つぎに、ラテックスのｐＨが５〜６の範囲で推移するように２．８％アンモニア水で調整しながら、濃度２．５モル／Ｌの過酢酸２６５ｇをゆっくりと添加した。添加後、室温で５時間反応させてエポキシ化天然ゴムラテックス（ポリマー２）を得た。
【００５７】
（ポリマー３（脱タンパク天然ゴムのエポキシ化））
高アンモニアタイプの天然ゴムに代えてポリマー１の脱タンパク天然ゴムを使用したほかは、ポリマー２と同様にしてエポキシ化天然ゴムラテックス（ポリマー３）を得た。
【００５８】
（ポリマー４（エポキシ化天然ゴムの改質））
エポキシ化天然ゴム（ポリマー２）をアンモニア水でｐＨ１０に調整したのち、ゴム成分９０ｇに対してフェノールを４４．６ｇ添加し、６５℃で５時間反応させた。反応終了後、メタノールを加えてゴム成分のみを凝固させ、水で数回洗浄し、乾燥させることにより、ポリマー４を得た。
【００５９】
（ポリマー５（エポキシ化天然ゴムの改質））
ポリマー３のエポキシ化天然ゴムを用いたほかは、ポリマー４と同様にしてポリマー５を得た。
【００６０】
（分析用サンプルの調製）
それぞれ得られたポリマー１〜５および市販の高アンモニア天然ゴムラテックス（野村貿易（株）製、Ｈｙｔｅｘ）をガラス板上に流延し、室温で乾燥させた後、減圧下で乾燥させた。乾燥後、ポリマー２〜５はアセトンで抽出し、不純物を除去した。
【００６１】
（天然ゴムの分析方法）
（チッ素含有率）
ケルダール試験法によりチッ素含有率を測定した。
【００６２】
（ＩＲ）
パーキンエルマー社製のフーリエ変換赤外分光装置を用いて赤外線吸収スペクトルを測定した。
【００６３】
（¹Ｈ−ＮＭＲ）
日本電子（株）製を用いて測定した。測定溶媒として重クロロホルムを用いた。
【００６４】
（エポキシ化率（Ａ））
５．１ｐｐｍの天然ゴム由来メチンプロトンの面積強度（Ｂ）と２．７ｐｐｍ付近のエポキシ基由来プロトンの面積強度（Ｃ）との比から、エポキシ化率を下記式により求めた。
【００６５】
【数１】

【００６６】
（開環率（Ｄ））
７．２ｐｐｍ付近のフェニル基由来メチンプロトンの面積強度（Ｅ）と５．１ｐｐｍ付近の天然ゴム由来メチンプロトンの面積強度（Ｆ）および２．７ｐｐｍ付近のエポキシ基由来プロトンの面積強度（Ｇ）から、下記式により求めた。
【００６７】
【数２】

【００６８】
（改質率）
下記式によりエポキシ化天然ゴムの改質率を求めた。
【００６９】
【数３】

【００７０】
ＨＡＮＲ（高アンモニアタイプの天然ゴムラテックス、野村貿易（株）製のＨｙｔｅｘ）およびポリマー１〜５について、分析結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】

【００７２】
実施例１〜４および比較例１〜１０
（各種薬品の説明）
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
ＳＢＲ：ジェイエスアール（株）製のＳＢＲ１５０２（スチレン単位量：２３．５重量％）
ＨＡＮＲ：野村貿易（株）高アンモニアタイプの天然ゴムラテックスＨｙｔｅｘシリカ：デグッサ製のウルトラジルＶＮ３（Ｎ₂ＳＡ：２１０ｍ²／ｇ）
シランカップリング剤：デグッサ製のＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）
老化防止剤：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）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＴＢＢＳ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）
加硫促進剤ＤＰＧ；大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルグアニジン）
【００７３】
（加硫ゴムサンプルの調製）
天然ゴムラテックス中に、ギ酸またはメタノールを少しずつ加え、ゴム成分のみを凝固させたのち、蒸留水で数回洗浄し、乾燥させた。得られた天然ゴムを用いて、表２〜３に示す配合処方にしたがって、混練り配合し、各種供試ゴム組成物を得た。これらの配合物を１５０℃で３０分間プレス加硫して加硫物を得た。これらについて以下に示す各特性の試験を行なった。
【００７４】
（加硫ゴムサンプルの試験方法）
（加工性）
ＪＩＳＫ６３００に定められたムーニー粘度の測定法にしたがい、１３０℃で測定した。比較例１または比較例６のムーニー粘度（ＭＬ₁₊₄）を１００とし、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど、ムーニー粘度が低く、加工性に優れている。
（ムーニー粘度指数）＝（比較例１のＭＬ₁₊₄）／（各配合のＭＬ₁₊₄）×１００
【００７５】
（転がり抵抗指数）
粘弾性スペクトロメーターＶＥＳ（（株）岩本製作所）を用いて、温度７０℃、初期歪み１０％、動歪み２％の条件下で各配合のｔａｎδ（損失正接）を測定した。比較例１または比較例６のｔａｎδを１００として、下記計算式で指数表示した。指数が大きいほど転がり抵抗特性が優れる。
（転がり抵抗指数）＝（比較例１のｔａｎδ）／（各配合のｔａｎδ）×１００
【００７６】
（摩耗試験）
ランボーン摩耗試験機にて、温度２０℃、スリップ率２０％、試験時間５分間の条件でランボーン摩耗量を測定し、各配合の容積損失を計算し、比較例１または比較例６の損失量を１００として下記計算式で指数表示した。指数が大きいほど耐摩耗性が優れる。
（摩耗指数）＝（比較例１の損失量）／（各配合の損失量）×１００
【００７７】
（ウェットスキッド試験）
スタンレー社製のポータブルスキッドテスターを用いてＡＳＴＭＥ３０３−８３の方法にしたがって最大摩擦係数を測定した。比較例１または比較例６の測定値を１００として下記計算式により指数表示した。指数が大きいほどウェットグリップ性能が優れる。
（ウェッドスキッド指数）＝（各配合の数値）／（比較例１の数値）×１００
【００７８】
加硫ゴムサンプルの試験結果を表２〜３に示す。
【００７９】
【表２】

【００８０】
【表３】

【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、エポキシ化天然ゴムの有する機械的性質や耐摩耗性などの優れた特性を保持したまま、ウェットグリップ性能と低発熱性を両立することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tread rubber composition and a pneumatic tire, and particularly to a rubber composition containing a modified epoxidized natural rubber.
[0002]
[Prior art]
In recent years, not only are there concerns about rising oil prices and depletion of oil, but natural materials are being reconsidered from the viewpoint of environmental issues such as resource conservation and stricter regulations to control carbon dioxide emissions. There is no exception in the tire industry, and natural rubber is attracting attention as an alternative to synthetic rubber. Since natural rubber has high mechanical strength and excellent wear resistance, it is often used for large tires such as truck / bus tires. However, natural rubber has only a small molecular weight methyl group in the side chain and has a problem of poor grip performance because its glass transition temperature (Tg) is as low as -60 ° C.
[0003]
In order to solve such problems, methods using epoxidized natural rubber have been proposed (see Patent Documents 1 to 4). Epoxidized natural rubber is obtained by epoxidizing unsaturated double bonds of natural rubber, and has a higher glass transition temperature (Tg) than natural rubber because the molecular cohesion is increased by epoxy groups that are polar groups. In addition, it is excellent in mechanical strength, wear resistance, and gas permeation resistance. In particular, in a silica-containing rubber, since a silanol group and an epoxy group on the silica surface react, mechanical strength and abrasion resistance comparable to that of a carbon black-containing rubber can be obtained. However, the epoxidized natural rubber has a large hysteresis loss and excellent wet grip performance, but has a drawback of insufficient rolling resistance characteristics.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-220254 [Patent Document 2]
JP-A-7-90123 [Patent Document 3]
JP-A-7-149955 [Patent Document 4]
[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2001-233959
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to a rubber composition for a tread capable of achieving both improvement in wet grip performance and reduction in heat generation while maintaining excellent properties such as mechanical properties and wear resistance of epoxidized natural rubber, and An object is to provide a used pneumatic tire.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention provides a modified epoxidized natural rubber 5 to 100 obtained by reacting an epoxidized natural rubber with a Lewis acid, an amine compound, a thiol compound, an amide compound, or an imidazole compound to open an epoxy group. The present invention relates to a rubber composition for a tread containing 5 to 150 parts by weight of silica having a nitrogen adsorption specific surface area of 100 to 300 m ² / g with respect to 100 parts by weight of a rubber component containing 5% by weight.
[0007]
The rubber composition preferably contains 20% by weight or less of a silane coupling agent with respect to the silica.
[0008]
It is preferable that the epoxidized natural rubber has an epoxidation rate of 5 to 80 mol%.
[0009]
The Lewis acid is preferably an alcohol, a phenol compound, a carboxylic acid or an acid anhydride.
[0010]
The protein content of the modified epoxidized natural rubber is preferably 0.1% or less in terms of nitrogen content.
[0011]
The present invention also relates to a pneumatic tire using the tread rubber composition.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0013]
The rubber composition of the present invention contains, as a rubber component, a modified epoxidized natural rubber obtained by reacting an epoxidized natural rubber with a Lewis acid to perform ring opening of an epoxy group, and silica.
[0014]
As the epoxidized natural rubber used in the present invention, commercially available epoxidized natural rubber may be used, or natural rubber may be epoxidized. The method for epoxidizing natural rubber is not particularly limited, and can be carried out using a method such as a chlorohydrin method, a direct oxidation method, a hydrogen peroxide method, an alkyl hydroperoxide method, or a peracid method. Examples thereof include a method of reacting natural rubber with an organic peracid such as peracetic acid or performic acid.
[0015]
By the way, natural rubber usually contains about 5 to 10% of non-rubber components such as proteins. These non-rubber components, particularly proteins, are a cause of inhibiting the modification of natural rubber.
[0016]
The modified natural rubber used in the present invention is preferably a deproteinized natural rubber from which the protein in the natural rubber has been removed to a content of nitrogen of 0.10% by weight or less. By using natural rubber that has been deproteinized to a nitrogen content of 0.10% by weight or less, it becomes possible to efficiently modify the natural rubber, and a high reforming effect can be obtained. Further, the modified natural rubber preferably has a protein content of 0.05% by weight or less, particularly preferably 0.02% by weight or less, in terms of nitrogen content. It is judged that the natural rubber having a nitrogen content of 0.02% or less has almost completely removed proteins.
[0017]
The deproteinized natural rubber can be produced by a method of degrading proteins by adding a proteolytic enzyme or bacteria to latex and / or a method of repeatedly washing with a surfactant such as soap. The proteolytic enzyme is not particularly limited, and may be any of bacteria-derived enzymes, filamentous fungi-derived enzymes, and yeast-derived enzymes. Among these, it is preferable to use a bacterial protease. As the surfactant, for example, an anionic surfactant and / or a nonionic surfactant is preferably used. Examples of the anionic surfactant include carboxylic acid type, sulfonic acid type, sulfuric acid ester type, and phosphoric acid ester type. Further, as the nonionic surfactant, for example, polyoxyalkylene ether, polyoxyalkylene ester, polyhydric alcohol fatty acid ester, sugar fatty acid ester, alkyl polyglycoside and the like are preferably used.
[0018]
In order to degrade the protein in the natural rubber latex with a proteolytic enzyme, it is preferable to add the proteolytic enzyme to the field latex or the ammonia-treated latex at a ratio of about 0.001 to 10% by weight. The treatment time with the enzyme is not particularly limited, but it is preferable to perform the treatment for several minutes to one week. Further, the latex may be stirred or left to stand. The temperature may be adjusted as necessary, and an appropriate temperature is 5 to 90 ° C, preferably 20 to 60 ° C. When the treatment temperature is less than 5 ° C., the enzyme reaction tends to hardly proceed. Moreover, when it exceeds 90 degreeC, there exists a tendency for an enzyme to deactivate.
[0019]
As a method for washing latex particles with a surfactant, either a method for washing latex that has not been treated with enzyme or a method for washing latex that has been subjected to enzyme treatment may be used. The addition amount of the surfactant is preferably 0.001 to 15% by weight, more preferably 0.001 to 10% by weight, based on the latex. As a washing method, there are a method of adding a surfactant to latex that has not been treated with enzyme or latex that has been treated with enzyme, and a method of centrifuging, and a method of coagulating and separating latex particles. When washing the latex by centrifugation, the centrifugation may be performed once or several times. In addition, when washing natural rubber, synthetic rubber or synthetic latex can be used in combination.
[0020]
The epoxidation rate of the epoxidized natural rubber used in the present invention is preferably 5 to 80 mol%, and more preferably 5 to 60 mol%. If the epoxidation rate is less than 5 mol%, the effect of modification tends to be small. Moreover, when it exceeds 80 mol%, there exists a tendency for a polymer to gelatinize.
[0021]
The modified epoxidized natural rubber in the present invention can be obtained by ring opening of an epoxy group in an epoxidized natural rubber with a compound having reactivity with an epoxy group. Examples of the compound having reactivity with an epoxy group include a Lewis acid, an amine compound, a thiol compound, an amide compound, and an imidazole compound. The method for modifying the epoxidized natural rubber is not particularly limited, and a method performed in any state of latex, natural rubber solution, or solid rubber may be used. When performed in latex, the natural rubber latex to be used is not particularly limited, and any of commercially available ammonia-treated latex and field latex can be used. When carried out in solution, the organic solvent to be used can be freely used as long as the solvent itself does not react with epoxidized natural rubber and Lewis acid. For example, aromatic hydrocarbons such as benzene, chlorobenzene, toluene, xylene, etc. In addition, aliphatic hydrocarbons such as n-heptane, n-hexane, n-pentane and n-octane, and alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, methylcyclohexane, tetralin and decalin can be preferably used. Also, methylene chloride and the like can be used. In the case of using solid rubber, it can be directly kneaded and modified by a roll or an extrusion kneader. In view of cost and ease of handling, the epoxidized natural rubber is preferably modified in latex.
[0022]
Examples of the Lewis acid used in the present invention include alcohols, phenol compounds, carboxylic acids and acid anhydrides.
[0023]
Specific examples of alcohol include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, t-butyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, and triethylene glycol. Glycerin, phenylmethanol, 2-phenylethanol and the like.
[0024]
Examples of the phenol compound include phenol, o-cresol, p-cresol, 1-naphthol, catechol, resorcinol, hydroquinone and the like.
[0025]
Carboxylic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, n-butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, caproic acid, glycolic acid, lactic acid, hydroacrylic acid, 3-hydroxybutyric acid, glyceric acid, gluconic acid, fluoroacetic acid, chloroacetic acid , Chloropropionic acid, chlorobutyric acid, trichlorobutyric acid, trichloroacetic acid, aldehyde acid, pyruvic acid, acetoacetic acid, repric acid, benzoic acid, p-toluic acid, m-chlorobenzoic acid, salicylic acid, m-hydroxybenzoic acid, phenylacetic acid , Malonic acid, succinic acid, tartaric acid, malic acid, phthalic acid, citric acid and the like.
[0026]
Examples of acid anhydrides include propionic anhydride, n-butyric anhydride, isobutyric anhydride, n-valeric anhydride, hexanoic anhydride, benzoic anhydride, glutaric anhydride, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid Anhydride, phthalic anhydride, 1,8-naphthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic dianhydride and the like can be mentioned.
[0027]
Examples of the compound having reactivity with the epoxy group used in the present invention include amine compounds, thiol compounds, amide compounds and imidazole compounds in addition to Lewis acids.
[0028]
As amine compounds, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, n-propylamine, di-n-propylamine, tri-n-propylamine, isopropylamine, diisopropylamine, triisopropylamine, n-butylamine , Di-n-butylamine, tri-n-butylamine, isobutylamine, diisobutylamine, triisobutylamine, n-pentylamine, di-n-pentylamine, tri-n-pentylamine, n-hexylamine, di-n -Hexylamine, tri-n-hexylamine, cyclohexylamine, dicyclohexylamine, n-methylcyclohexylamine, n-heptylamine, di-n-heptylamine, tri-n-heptylamine, Loheptylamine, n-heptylamine, di-n-octylamine, tri-n-octylamine, cyclooctylamine, N, N-dimethyloctylamine, n-decylamine, di-n-decylamine, tri-n-decylamine , Laurylamine, myristylamine, stearylamine, benzylamine, phenylamine, diphenylamine, triphenylamine, N-methylbenzylamine, N, N-dimethylbenzylamine, 2-naphthylamine, 4-quinolylamine, ethylenediamine, trimethylenediamine, Triethylenediamine, diethylenetriamine, 1,4-naphthylenediamine, aniline, o-toluidine, 2,3-xylidine, o-anisidine, o-phenetidine, N, N-dibenzylethylenediamine, phenethyl Min, p-phenylenediamine, 2,3-diaminonaphthalene, 3-methoxypropylamine, N-methylaniline, N, N-dimethylaniline, N-ethyl-N-methylbutylamine, N-methyldiethanolamine, n-propanolamine , Di-n-propanolamine, tri-n-propanolamine, diisopropanolamine, triisopropanolamine, dipropylenetriamine, Nn-butyldiethanolamine, 2-aminopentane, hexamethylenediamine, dodecamethylenediamine, 3-amino Examples include propyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethyl) aminopropyltriethoxysilane, and 3- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane. . A tertiary amine is particularly preferred as the amine compound because of its excellent reactivity with an epoxy group.
[0029]
Examples of thiol compounds include ethyl mercaptan, 1-propanethiol, n-butylmercaptan, 1-hexanethiol, 1-dodencanthiol, 1-octanethiol, benzenethiol, 1,2-ethanedithiol, 1,3-propanedithiol, 1,4-butanethiol, 1,2-benzenethiol, 1,4-benzenethiol, 2-aminoethanethiol, 2-aminobenzenethiol, 4-aminobenzenethiol, mercaptoacetic acid, o-mercaptobenzoic acid, etc. It is done.
[0030]
Examples of the imidazole compound include imidazole, 1-methylimidazole, 2-methylimidazole, N-acetylimidazole, 2-mercapto-1-methylimidazole, benzimidazole, 2-mercaptobenzimidazole, and 2-phenylimidazole.
[0031]
Examples of amide compounds include formamide, acetamide, propionamide, n-butylamide, valeramide, hexaneamide, stearamide, benzamide, succinamide, oxamide, N-hydroxyacetamide, N- (2-hydroxy) acetamide, N-methylbenzamide, o- Hydroxybenzamide, p-hydroxybenzamide, o-aminobenzamide, p-aminobenzamide, o-acetamidophenol, p-acetamidophenol, sulfanilamide, o-acetamidobenzoic acid, benzanilide, diethyl acetamidomalonate, N-methylformamide, N , N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, nicotinamide Thioacetamide, o- toluenesulfonamide, etc. p- toluenesulfonamide and the like.
[0032]
The addition amount of the compound having reactivity with the epoxy group is 5 to 60 mol%, preferably 10 to 55 mol%, based on the epoxidized natural rubber. When the amount of the compound is less than 5 mol%, sufficient grip performance tends to be not obtained. Moreover, when it exceeds 60 mol%, there exists a tendency for tensile strength and abrasion resistance to fall.
[0033]
The modification rate of the epoxidized natural rubber is preferably 5 to 60%, and more preferably 10 to 55%. If the reforming rate is less than 5%, sufficient grip performance and low fuel consumption tend not to be obtained. Moreover, when it exceeds 60%, there exists a tendency for abrasion resistance and tear strength to fall.
[0034]
The reaction temperature is preferably 40 to 160 ° C. When the reaction temperature is less than 40 ° C., the reaction rate is slow and the reactivity tends to decrease. Above 160 ° C, the polymer tends to gel during the reaction.
[0035]
When the modification reaction of the epoxidized natural rubber is performed in the latex or in the solution, the reaction time is preferably 0.5 to 10 hours, and more preferably 1 to 8 hours. If the reaction time is less than 0.5 hours, the modification reaction does not proceed sufficiently, and the desired modified epoxidized natural rubber tends to be difficult to obtain. Moreover, when reaction time exceeds 10 hours, there exists a tendency for the gelatinization of a polymer and a side reaction to occur.
[0036]
The modified epoxidized natural rubber used in the present invention is contained in the rubber component in an amount of 5 to 100% by weight, preferably 8 to 100% by weight, more preferably 10 to 100% by weight. When the modified epoxidized natural rubber is less than 5% by weight, the effect of blending the modified epoxidized natural rubber is small.
[0037]
The rubber composition of the present invention can contain natural rubber (NR) and / or a diene synthetic rubber as a rubber component other than the modified epoxidized natural rubber. Diene-based synthetic rubbers include styrene-butadiene rubber (SBR), polybutadiene rubber (BR), polyisoprene rubber (IR), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR). And butyl rubber (IIR). These rubbers may be used alone or in combination of two or more.
[0038]
The silica used in the present invention includes silica produced by a wet method or a dry method, but is not particularly limited. The silica used in the present invention has a nitrogen adsorption non-surface area (N ₂ SA) of 100 to 300 m ² / g, preferably 130 to 280 m ² / g. When the N ₂ SA of silica is less than 100 m ² / g, the reinforcing effect is small. On the other hand, if it exceeds 300 m ² / g, the dispersibility is lowered and the rubber composition tends to be exothermic.
[0039]
The amount of silica is 5 to 150 parts by weight, preferably 10 to 120 parts by weight, and more preferably 15 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. When the blending amount of silica is less than 5 parts by weight, sufficiently reduced exothermic property and excellent wet grip performance cannot be obtained. On the other hand, if the amount exceeds 150 parts by weight, the workability and workability deteriorate, which is not preferable.
[0040]
As the silane coupling agent that can be used in the present invention, any silane coupling agent conventionally used in combination with a silica filler can be used. For example, sulfide-type, mercapto-type, vinyl-type, amino-type, glycidoxy-type, nitro-type, chloro-type silane cup agents can be used.
[0041]
Specific examples of sulfide-based silane coupling agents include bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, bis (2-triethoxysilylethyl) tetrasulfide, and bis (3-trimethoxysilylpropyl) tetrasulfide. Bis (2-trimethoxysilylethyl) tetrasulfide, bis (3-triethoxysilylpropyl) trisulfide, bis (3-trimethoxysilylpropyl) trisulfide, bis (3-triethoxysilylpropyl) disulfide, bis ( 3-trimethoxysilylpropyl) disulfide, 3-trimethoxysilylpropyl-N, N-dimethylthiocarbamoyl tetrasulfide, 3-triethoxysilylpropyl-N, N-dimethylthiocarbamoyl tetrasulfide, 2-triethoxy Silylethyl-N, N-dimethylthiocarbamoyl tetrasulfide, 2-trimethoxysilylethyl-N, N-dimethylthiocarbamoyl tetrasulfide, 3-trimethoxysilylpropylbenzothiazolyl tetrasulfide, 3-triethoxysilylpropylbenzothia Examples include zolyl tetrasulfide, 3-triethoxysilylpropyl methacrylate monosulfide, and 3-trimethoxysilylpropyl methacrylate monosulfide.
[0042]
Examples of mercapto-based silane coupling agents include 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 2-mercaptoethyltrimethoxysilane, 2-mercaptoethyltriethoxysilane, and the like.
[0043]
Examples of vinyl-based silane coupling agents include vinyltriethoxysilane and vinyltrimethoxysilane.
[0044]
Examples of amino silane coupling agents include 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethyl) aminopropyltriethoxysilane, and 3- (2-aminoethyl) aminopropyl. Examples include trimethoxysilane.
[0045]
Examples of glycidoxy-based silane coupling agents include γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, and γ-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane. Etc.
[0046]
Examples of the nitro silane coupling agent include 3-nitropropyltrimethoxysilane and 3-nitropropyltriethoxysilane.
[0047]
Examples of the chloro-based silane coupling agent include 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, 2-chloroethyltrimethoxysilane, 2-chloroethyltriethoxysilane, and the like.
[0048]
Among these, bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, and the like are preferably used because of the effect of adding a coupling agent and cost. These silane coupling agents may be used alone or in combination of two or more.
[0049]
It is preferable that the compounding quantity of a silane coupling agent is 0 to 20 weight% with respect to the silica weight. If the blending amount of the silane coupling agent exceeds 20% by weight, the coupling effect cannot be obtained in spite of the cost, and the reinforcing property and wear resistance are lowered. Considering the dispersion effect and the coupling effect, the blending amount of the silane coupling agent is preferably 0.5 to 15% by weight, particularly 1 to 15% by weight.
[0050]
In addition to the rubber component, silica, and silane coupling agent, the rubber composition of the present invention includes carbon black, a softening agent, an anti-aging agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, and a vulcanizing agent as necessary. Additives used in the normal rubber industry such as an acceleration aid can be appropriately blended.
[0051]
The tire of the present invention is produced by an ordinary method using the rubber composition of the present invention. That is, the rubber composition of the present invention blended with various additives as necessary is extruded in accordance with the shape of the tire tread at an unvulcanized stage and molded by a usual method on a tire molding machine. After forming an unvulcanized tire, the tire can be manufactured by heating and pressing in a vulcanizer.
[0052]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
[0053]
(Manufacture of modified natural rubber)
(Polymer 1 (deproteinized natural rubber))
A high ammonia type natural rubber latex (solid content 62.0%) manufactured by Guthrie (Malaysia) was used.
[0054]
Natural rubber latex was diluted with 0.12% sodium naphthenate aqueous solution so that the solid rubber component was 10%. After adjusting the pH to 9.2 using sodium dihydrogen phosphate, 2M alcalase was added at a ratio of 0.87 g to 10 g of the rubber component. Furthermore, after readjusting pH to 9.2, it maintained at 37 degreeC for 24 hours.
[0055]
1% aqueous solution of Emulgen 810 (manufactured by Kao Corporation), a nonionic surfactant, was added to the latex after completion of the enzyme treatment to adjust the rubber concentration to 8%, and then centrifuged at 11000 rpm for 30 minutes. The resulting creamy fraction was dispersed in a 1% aqueous solution of Emulgen 810 to prepare a rubber concentration of about 8%, and then centrifuged again. After repeating this operation once more, the obtained creamy fraction was dispersed in distilled water to prepare a deproteinized rubber latex (polymer 1) having a solid rubber component of 60%.
[0056]
(Polymer 2 (epoxidation of high ammonia type natural rubber))
150 g of high ammonia type natural rubber latex (Hytex, manufactured by Nomura Trading Co., Ltd.) (solid content 60%) is placed in a 500 ml four-necked flask equipped with a stir bar, dropping funnel and condenser, and the solid content is 30%. Then, 150 ml of distilled water was added to dilute to 20 ° C. To this, 0.9 g of a nonionic emulsifier (“Emulgen 106” manufactured by Kao Corporation) was added with stirring. Next, 265 g of peracetic acid having a concentration of 2.5 mol / L was slowly added while adjusting with 2.8% aqueous ammonia so that the pH of the latex was in the range of 5-6. After the addition, the reaction was allowed to proceed at room temperature for 5 hours to obtain an epoxidized natural rubber latex (Polymer 2).
[0057]
(Polymer 3 (epoxidation of deproteinized natural rubber))
Epoxidized natural rubber latex (Polymer 3) was obtained in the same manner as Polymer 2, except that the deproteinized natural rubber of Polymer 1 was used instead of the high ammonia type natural rubber.
[0058]
(Polymer 4 (modified epoxidized natural rubber))
After adjusting the epoxidized natural rubber (Polymer 2) to pH 10 with aqueous ammonia, 44.6 g of phenol was added to 90 g of the rubber component, and reacted at 65 ° C. for 5 hours. After completion of the reaction, methanol was added to solidify only the rubber component, washed several times with water, and dried to obtain polymer 4.
[0059]
(Polymer 5 (modified epoxidized natural rubber))
A polymer 5 was obtained in the same manner as the polymer 4 except that the epoxidized natural rubber of the polymer 3 was used.
[0060]
(Preparation of sample for analysis)
Each of the obtained polymers 1 to 5 and a commercially available high ammonia natural rubber latex (Hytex, manufactured by Nomura Trading Co., Ltd.) were cast on a glass plate, dried at room temperature, and then dried under reduced pressure. After drying, polymers 2-5 were extracted with acetone to remove impurities.
[0061]
(Natural rubber analysis method)
(Nitrogen content)
The nitrogen content was measured by the Kjeldahl test method.
[0062]
(IR)
The infrared absorption spectrum was measured using a Fourier transform infrared spectrometer manufactured by PerkinElmer.
[0063]
⁽¹ H-NMR)
Measurements were made using a product made by JEOL. Deuterated chloroform was used as a measurement solvent.
[0064]
(Epoxidation rate (A))
From the ratio of the area strength (B) of 5.1 ppm natural rubber-derived methine proton and the area strength (C) of the epoxy group-derived proton in the vicinity of 2.7 ppm, the epoxidation rate was determined by the following formula.
[0065]
[Expression 1]

[0066]
(Ring opening rate (D))
From the area strength (E) of the phenyl group-derived methine protons near 7.2 ppm, the area strength (F) of the natural rubber-derived methine protons near 5.1 ppm, and the area strength (G) of the epoxy group-derived protons near 2.7 ppm Was determined by the following formula.
[0067]
[Expression 2]

[0068]
(Modification rate)
The modification rate of the epoxidized natural rubber was determined by the following formula.
[0069]
[Equation 3]

[0070]
Table 1 shows the analysis results of HANR (high ammonia type natural rubber latex, Hytex manufactured by Nomura Trading Co., Ltd.) and polymers 1-5.
[0071]
[Table 1]

[0072]
Examples 1-4 and Comparative Examples 1-10
(Description of various chemicals)
NR: RSS # 3
SBR: SBR1502 manufactured by JSR Corporation (styrene unit amount: 23.5% by weight)
HANR: Nomura Trading Co., Ltd. High ammonia type natural rubber latex Hytex silica: Ultrazil VN3 manufactured by Degussa (N ₂ SA: 210 m ² / g)
Silane coupling agent: Si69 (bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide) manufactured by Degussa
Anti-aging agent: NOCRACK 6C (N- (1,3-dimethylbutyl) -N′-phenyl-p-phenylenediamine) manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Industry Co., Ltd.
Stearic acid: Zinc stearate oxide manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd .: Zinc Hua No. 1 manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Sulfur: Powder sulfur vulcanization accelerator manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd. TBBS: Ouchi Shinsei Chemical Industry ( Noxeller NS (N-tert-butyl-2-benzothiazylsulfenamide)
Vulcanization accelerator DPG; Noxeller D (N, N'-diphenylguanidine) manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.
[0073]
(Preparation of vulcanized rubber sample)
To the natural rubber latex, formic acid or methanol was added little by little to coagulate only the rubber component, then washed several times with distilled water and dried. The obtained natural rubber was kneaded and blended according to the blending formulations shown in Tables 2 to 3 to obtain various test rubber compositions. These blends were press vulcanized at 150 ° C. for 30 minutes to obtain vulcanized products. These were tested for the following characteristics.
[0074]
(Test method for vulcanized rubber samples)
(Processability)
It was measured at 130 ° C. according to the Mooney viscosity measurement method defined in JIS K6300. The Mooney viscosity (ML _{1 + 4} ) of Comparative Example 1 or Comparative Example 6 was set to 100, and the index was expressed by the following calculation formula. The larger the index, the lower the Mooney viscosity and the better the processability.
(Mooney viscosity index) = (ML _{1 + 4} of Comparative Example 1) / (ML _{1 + 4 of} each formulation) × 100
[0075]
(Rolling resistance index)
Using a viscoelastic spectrometer VES (Iwamoto Seisakusho Co., Ltd.), tan δ (loss tangent) of each formulation was measured under conditions of a temperature of 70 ° C., an initial strain of 10%, and a dynamic strain of 2%. The tan δ of Comparative Example 1 or Comparative Example 6 was set to 100, and an index was displayed using the following formula. The larger the index, the better the rolling resistance characteristics.
(Rolling resistance index) = (tan δ of Comparative Example 1) / (tan δ of each formulation) × 100
[0076]
(Abrasion test)
Using a Lambourne abrasion tester, measure the Lambourne wear amount under the conditions of a temperature of 20 ° C., a slip rate of 20%, and a test time of 5 minutes, calculate the volume loss of each formulation, and calculate the loss amount of Comparative Example 1 or Comparative Example 6 The index was expressed as 100 with the following calculation formula. The higher the index, the better the wear resistance.
(Abrasion index) = (loss amount of Comparative Example 1) / (loss amount of each formulation) × 100
[0077]
(Wet skid test)
Using a Stanley portable skid tester, the maximum coefficient of friction was measured according to the method of ASTM E303-83. The measured value of Comparative Example 1 or Comparative Example 6 was taken as 100, and indexed by the following formula. The larger the index, the better the wet grip performance.
(Wed skid index) = (Numerical value of each formulation) / (Numerical value of Comparative Example 1) × 100
[0078]
The test results of the vulcanized rubber samples are shown in Tables 2-3.
[0079]
[Table 2]

[0080]
[Table 3]

[0081]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to achieve both wet grip performance and low heat buildup while maintaining excellent properties such as mechanical properties and wear resistance of the epoxidized natural rubber.

Claims

A rubber component 100 containing 5 to 100% by weight of a modified epoxidized natural rubber obtained by reacting an epoxidized natural rubber with a Lewis acid, an amine compound, a thiol compound, an amide compound or an imidazole compound to perform ring opening of an epoxy group A rubber composition for a tread containing 5 to 150 parts by weight of silica having a nitrogen adsorption specific surface area of 100 to 300 m ² / g with respect to parts by weight.

The rubber composition for treads of Claim 1 containing 20 weight% or less of silane coupling agents with respect to the said silica.

The rubber composition for a tread according to claim 1 or 2, wherein the epoxidized natural rubber has an epoxidation rate of 5 to 80 mol%.

The rubber composition for a tread according to claim 1, wherein the Lewis acid is an alcohol, a phenol compound, a carboxylic acid or an acid anhydride.

The rubber composition for a tread according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the protein content of the modified epoxidized natural rubber is 0.1% or less in terms of nitrogen content.

A pneumatic tire using the rubber composition for a tread according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.