JP4733993B2 - 変性天然ゴムマスターバッチ及びその製造方法、並びにゴム組成物及びタイヤ - Google Patents
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(i)天然ゴムラテックスと、充填剤を予め水中に分散させてなるスラリー溶液とを混合する工程;
(ii)前記(i)工程で得られた混合液を凝固させる工程;並びに、
(iii)前記(ii)工程で得られた凝固物に極性基含有化合物を加え、機械的なせん断力をかけながら乾燥して、凝固物中の天然ゴム分子に極性基含有化合物をグラフト重合又は付加させる工程
を含むことを特徴とする。
nM・xSiOy・zH2O ・・・ (I)
[式中、Mは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウム及びジルコニウムからなる群から選ばれる金属、これらの金属の酸化物又は水酸化物、及びそれらの水和物、またはこれらの金属の炭酸塩から選ばれる少なくとも一種であり;n、x、y及びzは、それぞれ1〜5の整数、0〜10の整数、2〜5の整数、及び0〜10の整数である]で表される無機化合物からなる群から選択される少なくとも一種である。
ローター径50mmのコロイドミルに脱イオン水1425g及びカーボンブラック(N110)75gを投入し、ローター・ステーター間隙1mm、回転数1500rpmで10分間撹拌し、得られたスラリーに、更にアニオン系界面活性剤[花王デモール N]を0.05%加え、圧力式ホモジナイザーを用いて圧力500kPaの条件下で3回循環させて、カーボンブラックスラリー溶液を調製した。なお、使用したカーボンブラックの24M4DBP吸油量をISO 6894に準拠して測定したところ、水中に分散させる前の24M4DBP吸油量が98mL/100gで、スラリー溶液から乾燥回収した後の24M4DBP吸油量が96mL/100g(保持率:98.0%)であった。また、スラリー溶液中のカーボンブラックの粒度分布を、分散後直ちにレーザー回折型粒度分布計[MICROTRAC FRA型]を使用し、水の屈折率1.33、粒子屈折率1.57として測定したところ、体積平均粒子径(mv)が15.1μmで且つ90体積%粒径(D90)が19.5μmであった。
ホモミキサー中に、天然ゴムのフィールドラテックスを脱イオン水で希釈し、ゴム分20%に調整した天然ゴムラテックスと、上記カーボンブラックスラリー溶液とを、ゴム成分100質量部に対してカーボンブラックが50質量部になるように添加し、撹拌しながら、ギ酸をpH=4.7になるまで加え、凝固させた。次に、得られた凝固物1を回収及び水洗し、水分が約40%になるまで脱水を行った。なお、凝固物1中のカーボンブラック量は、天然ゴム100質量部に対して50質量部であった。
上記凝固物1の乾燥物含有量を求めた後、乾燥物量換算で900gの凝固物1と、N,N-ジエチルアミノエチルメタクリレート 3.0gと、tert-ブチルハイドロパーオキサイド(t-BHPO)1.2gとを混練機内で室温にて30rpmで2分間練り込み、均一に分散させた。次に、得られた混合物にテトラエチレンペンタミン(TEPA)1.2gを均一に加えながら、神戸製鋼製二軸混練押出機[同方向回転スクリュー径=30mm, L/D=35, ベントホール3ヶ所]を用い、バレル温度120℃、回転数100rpmで機械的せん断力を加えながら押し出すことにより、乾燥した変性天然ゴムマスターバッチAを得た。
N,N-ジエチルアミノエチルメタクリレート 3.0gの代わりに、製造例2では2-ヒドロキシエチルメタクリレート 2.1gを加え、製造例3では2-ビニルピリジン 1.7gを加え、製造例4ではアクリロニトリル 1.7gを加え、製造例5ではメタクリルアミド 2.8gを加え、それ以外は、上記製造例1と同様にして変性天然ゴムマスターバッチB〜Eを得た。また、変性天然ゴムマスターバッチAと同様にして、変性天然ゴムマスターバッチB〜Eにおける単量体として加えた極性基含有化合物のグラフト量を分析して、表1に示す結果を得た。
tert-ブチルハイドロパーオキサイド(t-BHPO)及びテトラエチレンペンタミン(TEPA)を添加せずに、N,N-ジエチルアミノエチルメタクリレート 3.0gの代わりに、製造例6ではN,N-ジメチルアミノエタンチオール 1.7gを加え、製造例7では4-メルカプトピリジン 1.8gを加え、それ以外は、上記製造例1と同様にして変性天然ゴムマスターバッチF、Gを得た。また、得られた変性天然ゴムマスターバッチF、Gにおける単量体として加えた極性基含有化合物の付加量を熱分解ガスクロマトグラフ−質量分析装置を用いて分析して、表1に示す結果を得た。
N,N-ジエチルアミノエチルメタクリレートを加えない以外は、上記製造例1と同様にして天然ゴムマスターバッチHを得た。
ローター径50mmのコロイドミルに脱イオン水1425g及び湿式シリカ[日本シリカ工業(株)製, ニップシールLP]75gを投入し、ローター・ステーター間隙0.3mm、回転数7000rpmで10分間撹拌し、シリカスラリーを調製した。なお、使用したシリカの24M4DBP吸油量をISO 6894に準拠して測定したところ、水中に分散させる前の24M4DBP吸油量が150mL/100gで、スラリー溶液から乾燥回収した後の24M4DBP吸油量が144mL/100g(保持率:96.0%)であった。また、スラリー溶液中のシリカの粒度分布を、分散後直ちにレーザー回折型粒度分布計[MICROTRAC FRA型]を使用し、水の屈折率1.33、粒子屈折率1.57として測定したところ、体積平均粒子径(mv)が13.2μmで且つ90体積%粒径(D90)が24.0μmであった。
ホモミキサー中に、天然ゴムのフィールドラテックスを脱イオン水で希釈し、ゴム分20%に調整した天然ゴムラテックスと、上記シリカスラリー溶液とを、ゴム成分100質量部に対してシリカが50質量部になるように添加し、撹拌しながら、ギ酸をpH=4.7になるまで加え、凝固させた。次に、得られた凝固物2を回収及び水洗し、水分が約40%になるまで脱水を行った。なお、凝固物2中のシリカ量は、天然ゴム100質量部に対して50質量部であった。
上記凝固物2の乾燥物含有量を求めた後、乾燥物量換算で900gの凝固物2と、N,N-ジエチルアミノエチルメタクリレート 3.0gと、tert-ブチルハイドロパーオキサイド(t-BHPO)1.2gとを混練機内で室温にて30rpmで2分間練り込み、均一に分散させた。次に、得られた混合物にテトラエチレンペンタミン(TEPA)1.2gを均一に加えながら、神戸製鋼製二軸混練押出機[同方向回転スクリュー径=30mm, L/D=35, ベントホール3ヶ所]を用い、バレル温度120℃、回転数100rpmで機械的せん断力を加えながら押し出すことにより、乾燥した変性天然ゴムマスターバッチIを得た。また、変性天然ゴムマスターバッチAと同様にして、変性天然ゴムマスターバッチIにおける単量体として加えた極性基含有化合物のグラフト量を分析して、表1に示す結果を得た。
N,N-ジエチルアミノエチルメタクリレート 3.0gの代わりに、製造例10では2-ヒドロキシエチルメタクリレート 2.1gを加え、製造例11では2-ビニルピリジン 1.7gを加え、製造例12ではメタクリル酸 1.4gを加え、製造例13ではアクリロニトリル 1.7gを加え、製造例14ではグリシジルメタクリレート 2.3gを加え、製造例15ではメタクリルアミド 2.8gを加え、それ以外は、上記製造例9と同様にして変性天然ゴムマスターバッチJ〜Oを得た。また、変性天然ゴムマスターバッチAと同様にして、変性天然ゴムマスターバッチJ〜Oにおける単量体として加えた極性基含有化合物のグラフト量を分析して、表1に示す結果を得た。
tert-ブチルハイドロパーオキサイド(t-BHPO)及びテトラエチレンペンタミン(TEPA)を添加せずに、N,N-ジエチルアミノエチルメタクリレート 3.0gの代わりに、製造例16ではN,N-ジメチルアミノエタンチオール 1.7gを加え、製造例17では4-メルカプトピリジン 1.8gを加え、製造例18ではメルカプトエタノール 1.3gを加え、製造例19ではメルカプト酢酸 1.5gを加え、製造例20では3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン 3.3gを加え、それ以外は、上記製造例9と同様にして変性天然ゴムマスターバッチP〜Tを得た。また、得られた変性天然ゴムマスターバッチP〜Tにおける単量体として加えた極性基含有化合物の付加量を熱分解ガスクロマトグラフ−質量分析装置を用いて分析して、表1に示す結果を得た。
N,N-ジエチルアミノエチルメタクリレートを加えない以外は、上記製造例9と同様にして天然ゴムマスターバッチUを得た。
JIS K6300-1994に準拠して、130℃にてゴム組成物のムーニー粘度ML1+4(130℃)を測定した。
上記ゴム組成物を145℃で33分間加硫して得た加硫ゴムに対し、JIS K6301-1995に準拠して引張試験を行い、引張強さ(Tb)を測定した。引張強さが大きい程、耐破壊性が良好であることを示す。
上記ゴム組成物を145℃で33分間加硫して得た加硫ゴムに対し、粘弾性測定装置[レオメトリックス社製]を用い、温度50℃、歪み5%、周波数15Hzで損失正接(tanδ)を測定した。tanδが小さい程、低ロス性に優れることを示す。
上記ゴム組成物を145℃で33分間加硫して得た加硫ゴムに対し、ランボーン型摩耗試験機を用い、室温におけるスリップ率60%での摩耗量を測定し、表3においては比較例1の摩耗量の逆数を100とし、表4においては比較例2の摩耗量の逆数を100としてそれぞれ指数表示した。指数値が大きい程、摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れることを示す。
*2 デグサ製, 「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.
*3 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.
*4 N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド.
*5 N-t-ブチル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド.
Claims (11)
- (i)天然ゴムラテックスと、充填剤を予め水中に分散させてなるスラリー溶液とを混合する工程;
(ii)前記(i)工程で得られた混合液を凝固させる工程;並びに、
(iii)前記(ii)工程で得られた凝固物に極性基含有化合物を加え、機械的なせん断力をかけながら乾燥して、凝固物中の天然ゴム分子に極性基含有化合物をグラフト重合又は付加させる工程
を含むことを特徴とする変性天然ゴムマスターバッチの製造方法。 - 前記スラリー溶液中の充填剤は、体積平均粒子径(mv)が25μm以下で且つ90体積%粒径(D90)が30μm以下であり、該スラリー溶液から乾燥回収した充填剤の24M4DBP吸油量が、水中に分散させる前の24M4DBP吸油量の93%以上を保持していることを特徴とする請求項1に記載の変性天然ゴムマスターバッチの製造方法。
- 前記充填剤が、カーボンブラック、シリカ及び下記一般式(I):
nM・xSiOy・zH2O ・・・ (I)
[式中、Mは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウム及びジルコニウムからなる群から選ばれる金属、これらの金属の酸化物又は水酸化物、及びそれらの水和物、またはこれらの金属の炭酸塩から選ばれる少なくとも一種であり;n、x、y及びzは、それぞれ1〜5の整数、0〜10の整数、2〜5の整数、及び0〜10の整数である]で表される無機化合物からなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1又は2に記載の変性天然ゴムマスターバッチの製造方法。 - 前記極性基含有化合物の極性基が、アミノ基、イミノ基、ニトリル基、アンモニウム基、イミド基、アミド基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基、エポキシ基、オキシカルボニル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基、含窒素複素環基、含酸素複素環基、スズ含有基及びアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする請求項1に記載の変性天然ゴムマスターバッチの製造方法。
- 前記極性基含有化合物のグラフト量又は付加量が、前記凝固物中のゴム成分に対して0.01〜5.0質量%であることを特徴とする請求項1に記載の変性天然ゴムマスターバッチの製造方法。
- 前記天然ゴムラテックス及び/又は前記スラリー溶液が更に界面活性剤を含むことを特徴とする請求項1に記載の変性天然ゴムマスターバッチの製造方法。
- 前記乾燥を連続混練機を用いて行うことを特徴とする請求項1に記載の変性天然ゴムマスターバッチの製造方法。
- 前記連続混練機が二軸混練押出機であることを特徴とする請求項7に記載の変性天然ゴムマスターバッチの製造方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の方法で製造された変性天然ゴムマスターバッチ。
- 請求項9に記載の変性天然ゴムマスターバッチを用いたゴム組成物。
- 請求項10に記載のゴム組成物をタイヤ部材のいずれかに用いたことを特徴とするタイヤ。
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