JP5072143B2 - ポリエーテル含有ゴム混合物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、特殊なポリエーテルを含有し改良された加工挙動を持つゴム混合物と、加硫ゴム製造のため、特に高強化、高耐摩耗性成形品製造のため、好ましくは低い転がり抵抗および高い耐摩耗性を有するタイヤ製造のためのゴム混合物の使用を提供する。
【0002】
【従来の技術】
多くの解決法が、低い転がり抵抗を有するタイヤの製造のために提案されている。ある種の多硫化シランがシリカ含有加硫ゴムのための強化用添加剤として DE-A-2 255 577 および DE-A-4 435 311、EP-A1-0 670 347 および 米国特許第 4,709,065 号に記載されている。しかしながら、これらの特許に記載された多硫化シランをシリカ含有加硫ゴムのための強化用添加剤として使用することの欠点は、許容できる加工性を得るためには、比較的多量の高価なポリスルフィド硫化物が必要となることである。
【0003】
シリカ含有ゴム混合物の加工性改良のために、脂肪酸エステル、脂肪酸塩または鉱油のような他の添加剤が提案されている。記載される添加剤は、流れ性を向上させるが、大きく伸張(例えば100〜300%)したときのモジュラスを減少させ、フィラーの強化効果を減少させるという欠点を有する。
【0004】
さらに、ポリアルコールおよびポリグリコールをゴム混合物に加えることが可能であることが知られている。例えば、EP-A1-0 869 145 および EP-A1-0 738 755 は、あるポリエチレンオキシドを含むゴム混合物を記載する。しかし、本発明の特殊な構造のポリエーテルは開示されていなかった。これらの特許における開示によれば、記載されるポリエチレンオキシドは、未加硫ゴム混合物の加工性をほとんど改良しないが、主として加硫ゴムの特性、特に帯電防止性および磨耗挙動に働きかける。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従って、発明の目的は、添加することによりゴム混合物の流れ性を改良し、改良された特性、特にタイヤの場合での耐摩耗性、転がり抵抗および濡れスキッド抵抗に関して改良された特性を有する加硫ゴムを与える添加剤を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
驚くべきことに、明らかにゴム混合物の流れ性を改良し、良好な強化特性、好都合な動的制動および良好な磨耗特性を有する加硫ゴムを導く特殊なポリエーテルを見出した。
【0007】
その結果、本発明は次のゴム混合物を提供する:100質量部の使用ゴムの総量に対して0.05〜25質量部の範囲の構造式(I)のポリエーテルと、
【化3】
〔式中、R1およびR2は独立に、水素またはC1〜C4アルキル基を表し、
R3およびR4は独立に、水素またはC1〜C6アルキル基を表し、
R5およびR6の少なくとも1つがC1〜C18アルキル基、C7〜C22アルキルアリール基またはC7〜C22アリールアルキル基であることを条件に、R5およびR6は独立に、水素、C1〜C18アルキル基、C7〜C22アルキルアリール基、C7〜C22アリールアルキル基、-CH2-OH基または-CHR4-(-O-CHR1-CHR2-)m-OH基を表し、
nおよびmは独立に、1〜10の、好ましくは1〜5の整数を表す。〕
、1〜500質量部の範囲のフィラーと任意に他のゴム用補助物質および/または架橋剤とを含むゴム混合物。
【0008】
(発明の詳細な説明)
ポリエーテル(I)の好ましい例は、192〜1500の範囲、好ましくは192〜約700の範囲の分子量を有し、ヒドロキシル基1モルにつき0.7〜10モルの範囲のエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドを有するネオペンチルグリコールまたはトリメチロールプロパンの付加および重付加化合物である。ネオペンチルグリコールまたはトリメチロールプロパン中のヒドロキシル基1モルにつき0.7〜7モルの範囲のエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドを有する付加および重付加化合物が好ましく、トリメチロールプロパン中のヒドロキシル基1モルにつき0.7〜3モルの範囲のエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドを有する対応する付加および重付加生成物が最も好ましい。
【0009】
この種の付加および重付加生成物の調製法は、先行技術(Houben-Weyl、Methoden der organischen Chemie、第 XIV/2 巻、Thieme Verlag、Stuttgart、1963年、第436〜440頁、第450頁)中にある。この種のポリエーテルはまた商業的に入手できる。好適なポリエーテルは、例えば、Bayer AG 製 Desmophen(登録商標) 550 U および Desmophen(登録商標) 4011 T である。ポリエチレンオキシドおよびポリプロピレンオキシドまたはこれらの混合ポリエーテルは製造法のため、好ましくは混合物として使用される。
【0010】
100質量部の使用ゴムの総量に対して、0.3〜15質量部の、好ましくは1〜10質量部の範囲の量のポリエーテル(I)を、本発明のゴム混合物に加える。
【0011】
本発明のゴム混合物の調製のために使用されるゴムは、天然ゴムおよび合成ゴムを含む。好ましい合成ゴムは、例えば、W. Hofmann、Kautschuktechnolgie、Genter Verlag、Stuttgart、1980年 に記載されている。そのようなゴムはとりわけ次のようなものを含む:
BR ポリブタジエン
ABR ブタジエン/C1〜C4-アルキルアクリレートコポリマー
CR ポリクロロプレン
IR ポリイソプレン
SBR スチレン含有量が1〜60wt%の範囲、好ましくは20〜50wt%の範囲にあるスチレン/ブタジエンコポリマー
IIR イソブチレン/イソプレンコポリマー
NBR アクリロニトリル含有量が5〜60wt%の範囲、好ましくは10〜40wt%の範囲にあるブタジエン/アクリロニトリルコポリマー
HNBR 部分水素化または完全水素化NBRゴム
EPDM エチレン/プロピレン/ジエンコポリマー
およびこれらゴムの混合物。
【0012】
天然ゴム、エマルションSBRおよび溶液SBRの混合物並びにポリブタジエンゴムは、自動車両用タイヤの製造のために重要である。ビニル含有量が20〜60wt%の範囲である溶液SBRゴムの使用並びに、ニッケル、コバルト、チタンおよび/またはネオジムを基礎とする触媒を用いて調製された1,4-シス高含有量(>90%)ポリブタジエンゴム、さらにビニル含有量が75%までのポリブタジエンゴム、および記載した溶液SBRとポリブタジエンゴムとの混合物の使用が、本発明のゴム混合物の使用について特に重要である。最も好ましいものは、結合した官能基、特にヒドロキシル基および/またはカルボキシル基の付加濃度を有する対応する溶液SBRとポリブタジエンゴムである。ヒドロキシル基および/またはカルボキシル基の好ましい濃度は、ゴムに対して0.05〜3wt%の範囲である。本発明の最も好ましいゴムは、例えばドイツ特許出願 DE-A1-198 32 549、DE-A1-198 52 648、DE-A1-199 14 848、DE-A1-199 20 788、DE-A1-199 20 814 および DE-A2.653.144 および EP-A1-0 464 478 に記載されており、これらの特許は米国での慣習により本出願に参照資料として含まれる。
【0013】
本発明のゴム混合物は、100質量部のゴムの総量に対して0.1〜300質量部の範囲の幅広い種類のフィラーを含むことができる。好適なフィラーは、主として酸化物フィラーおよび/またはケイ酸塩フィラーおよび/またはカーボンブラックである。酸化物フィラーおよび/またはケイ酸塩フィラーが好ましい。
【0014】
次のものが最も好ましい。
・高分散シリカ。その調製は、例えばケイ酸塩溶液の沈殿またはハロゲン化ケイ素の火炎加水分解による。その比表面積は5〜1000m2/gの範囲、好ましくは20〜400m2/gの範囲である(BET表面積)。その一次粒子寸法は10〜400nmの範囲である。シリカはまた任意に、Al、Mg、Ca、Ba、Zn、Zr、Ti酸化物のような他の金属酸化物との混合酸化物であってもよい。
・合成ケイ酸塩。例えばケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウムまたはケイ酸カルシウムのようなケイ酸アルカリ土類金属など。そのBET表面積は20〜400m2/gの範囲であり、その一次粒子径は10〜400nmの範囲である。
・天然シリカ。例えばカオリンおよび他の天然に産出するシリカなど。
・ガラス繊維およびガラス繊維製品(マット、ロープなど)またはガラスミクロビーズ。
・金属酸化物。例えば酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなど。
・金属炭酸塩。例えば炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛など。
・金属水酸化物。例えば水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなど。
【0015】
記載したフィラーは100質量部の使用ゴムに対して、好ましくは5〜200質量部の範囲の量で、より好ましくは10〜150質量部の範囲の量で使用される。
【0016】
上述のように、カーボンブラックもまたフィラーとして好適である。カーボンブラックは、ランプブラック法、ファーネスブラック法またはガスブラック法により調製され、一般に20〜200m2/gのBET表面積を有し、例えばSAF、ISAF、HAF、FEFまたはGPFカーボンブラックなどがある。
【0017】
最も好ましい実施態様において本発明のゴム混合物は、少なくとも1つのゴムに加えて、100質量部の使用ゴムに対して各0.5〜10質量部のポリヒドロキシル化合物(I)、10〜100質量部の酸化物フィラーまたはケイ酸塩フィラーおよび5〜50質量部のカーボンブラックを含む。
【0018】
加硫ゴムを調製するために、既知で通例用いられるゴム用補助物質を本発明のゴム混合物に加えることができ、それらは特に加硫促進剤、酸化防止剤、熱安定剤、耐光剤、オゾン劣化防止剤、加工助剤、可塑剤、粘着付与剤、発泡剤、着色剤、顔料、ワックス、エキステンダー、有機酸、遅延剤、金属酸化物、架橋剤および活性剤である。これに関して、I. Franta、Elastomers and Rubber Compounding Materials、Elsevier 1989年、第325〜494頁が参照される。
【0019】
ゴム用助剤は、通常の量で用いられ、とりわけ最終用途に依存する。通常量は、使用ゴムの総量に対して0.1〜50wt%の範囲である。
【0020】
さらに、硫黄、硫黄供与体または過酸化物のような既知の架橋剤もまた加硫ゴムの調製に用いることができる。さらに、メルカプトベンズチアゾール、グアニジン、チウラム、ジチオカルバメート、チオウレアおよび/またはチオカルバメートのような加硫促進剤もまた当然に、本発明のゴム混合物に加えても良い。加硫促進剤および架橋剤は、使用ゴムの総量に対して0.1〜10wt%の範囲の量で、好ましくは0.1〜5wt%の範囲の量で用いられる。
【0021】
好ましい実施態様において本発明のゴム混合物はまた、記載したゴム、フィラー、ポリエーテル(I)、ゴム用助剤および架橋剤に加えて、0.2〜4質量部の範囲の脂肪族、シクロ脂肪族および/または芳香族C6〜C36カルボン酸の亜鉛塩、例えば獣脂脂肪酸、オレイン酸または安息香酸の亜鉛塩を含む。さらに、最も好ましい実施態様において、100質量部の使用ゴムに対して0.5〜15質量部の範囲の硫黄含有シリルエーテルもまた、フィラー活性剤として加えられ、それらは特に DE-A-2 141 159 および DE-A-2 255 577 に記載されているようなビス-(トリアルコキシシリル-アルキル)-ポリスリフィド、DE-A-4 425 311 および EP-A1-0 670 347 に記載されているようなオリゴマーおよび/またはポリマー硫黄含有シリルエーテル並びにさらに DE-A-195 44 469 に記載されているようなメルカプト-アルキルトリアルコキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシランおよび/またはチオシアナトアルキルシリルエーテルである。
【0022】
本発明のゴム混合物は、混合装置、特にロール、密閉式ミキサーおよび混合押出機のような通例の装置を用いて調製することができる。
【0023】
本発明のゴム混合物の加硫は、100〜200℃の、好ましくは130〜180℃の温度範囲で、任意に10〜200barの圧力範囲で、通例どおりに行うことができる。
【0024】
本発明のポリエーテル(I)を含むゴム混合物は特に、著しく高い流れ性、高い加工信頼性、および改良された加硫反応速度により特徴づけられ、モジュラスについて比較的高い値を有する加硫ゴムを提供する。その結果、それらは、高強化、高耐摩耗性成形品を経済的に製造するために特に好適である。
【0025】
次に掲げるものも、特に成形品として例示できる:ケーブル外装、ホース、伝導ベルト、コンベヤーベルト、ロール被覆、タイヤ、靴底、シール環および制動要素。最も好ましいものは、低転がり抵抗を有するタイヤトレッドの製造のために本発明のゴム混合物を使用することである。
【0026】
以下、本発明の好ましい態様を記載する。
A.前記ゴム混合物が、100質量部の使用ゴムに対して0.1〜300質量部の無機フィラーおよび/または有機フィラーを含む請求項1に記載のゴム混合物。
B.前記フィラーが酸化物フィラー若しくはケイ酸塩フィラーおよびカーボンブラックまたはこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項1に記載のゴム混合物。
C.前記フィラーが1つまたはそれ以上の20〜400m2/gの比表面積を有する沈降シリカおよび/若しくは沈降ケイ酸塩またはこれらの混合物を含む前記B項に記載のゴム混合物。
D.前記ゴム混合物が100質量部の使用ゴムに対して0.1〜300質量部の無機フィラーおよび/または有機フィラーを含む請求項3に記載の加硫ゴム。
E.前記フィラーが酸化物フィラー若しくはケイ酸塩フィラーおよびカーボンブラックまたはこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項3に記載の加硫ゴム。
F.前記フィラーが1つまたはそれ以上の20〜400m2/gの比表面積を有する沈降シリカおよび/若しくは沈降ケイ酸塩またはこれらの混合物を含む前記E項に記載の加硫ゴム。
G.前記加硫ゴムがタイヤである請求項3に記載の加硫ゴム。
H.前記加硫ゴムがタイヤトレッドである請求項3に記載の加硫ゴム。
【0027】
発明を以下の実施例によりさらに説明するが、発明をそれら実施例に限定する意図は無い。実施例において他に明記がなければ、すべての部およびパーセンテージは質量による。
【0028】
【実施例】
ポリエーテルは、Houben-Weyl、Methoden der organischen Chemie、第 XIV/2巻、Thieme Verlag、Stuttgart、1963年、第436〜440頁、第450頁に従って、対応するアルコールまたはフェノールから調製することができる。量に関するデータは、質量部として示す。ムーニー粘度の測定は、DIN 53 523 に記載されているように行った。
【0029】
実施例1〜9
次のゴム混合物を、300ml密閉式ミキサー内で調製した(35rpm、開始温度120℃、混合時間5分)。トリメチロールプロパンとエチレンオキシドとの付加物(ヒドロキシル基1当量につき、1.3モル、2.5モルおよび4モルのエチレンオキシド)およびトリメチロールプロパンとプロピレンオキシドとの付加物(ヒドロキシル基1当量につき1モルのプロピレンオキシド)を、本発明のポリエーテルとして、先行技術のさまざまなポリエーテルと比較した。
【0030】
【表1】
【表2】
【0031】
実施例10〜15
次のゴム混合物を、300ml密閉式ミキサー内で調製した(55rpm、開始温度100℃、混合時間7分、最終温度130℃)。EP-A1-0 974 616 に従って100質量部の溶液SBR Buna(登録商標) VSL 5020-0 と2質量部のメルカプトエタノールおよび0.233質量部のジラウリルペルオキシドとをシクロヘキサン中80℃で反応させ、37.5質量部の芳香族鉱油 Mobilsol K(Mobil Oil 製)を用いて増量することによって、使用したヒドロキシル-S-SBRゴムを得た。混合物の組成および結果を表3に示す。
【0032】
【表3】
* 例えば、Weber & Schaner、Hamburg 20095 から入手可能。
【0033】
次いで、次の化合物をゴムローラーで混合した(50℃)。
【表4】
【0034】
測定した混合物の粘度から、通例のポリエチレンオキシドポリエーテルは実質的に粘度低下の効果を有さず、本発明のポリエーテルは粘度低下の点で特別な地位を有し、かなり有効な流動性促進剤であることが示される。
【0035】
実施例16〜19
次のゴム混合物を、1.5l密閉式ミキサー内で調製した(70rpm、開始温度80℃、最終温度140℃)。EP-A1-0 974 616 に従って100質量部の溶液SBR Buna VSL 5020-0 と1.15質量部のメルカプトエタノールおよび0.15質量部の Trigonox 29-C50(炭化水素中1,1-ジ(tert-ブチルペルオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン50wt%溶液、供給者:Akzo Nobel Chemicals GmbH)とを110℃で反応させ、21質量部の芳香族鉱油 Mobilsol K(Mobil Oil 製)を用いて増量することによって、使用したヒドロキシル-L-SBRゴムを得た。混合物の組成および結果を表5に示す。分子量1,000を有するポリプロピレングリコールポリエーテル(比較ポリエーテルB)およびソルビトール由来多官能性ポリプロピレングリコール/エチレングリコールポリエーテル(比較ポリエーテルC)を、比較物質として用いた。
【0036】
【表5】
【0037】
押出操作:90℃の温度、1.4ccm/秒の速度でフラット台形型ノズル(最大高4mm、幅50mm)を用いて、ゴム混合物を押し出した。
押出物の外観:
比較例16、17、18 ぎざぎざ状の縁、粗くてむらのある表面。
実施例19 なめらかな縁、 なめらかで均一な表面。
【0038】
ゴム混合物を、20分間170℃で加硫した。次の加硫ゴム特性が得られた。
【0039】
【表6】
【0040】
発明は例証の目的のために上述において詳細に記載されたが、そのような詳細は単に例証の目的のためだけであると理解されるべきであり、請求項により制限され得る場合を除き、本発明の意図および目的から外れることなく当業者によりその中で変形することができるものと理解されるべきである。
Claims (3)
- 100質量部の使用ゴムの総量に対して、ネオペンチルグリコールおよび/またはトリメチロールプロパン中のヒドロキシル基1モルにつき0.7〜7モルのエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドの付加および重付加化合物を0.3〜15質量部、並びにフィラーとして沈降シリカおよび/または沈降ケイ酸塩を0.1〜300質量部含むゴム混合物。
- 沈降シリカおよび/または沈降ケイ酸塩が5〜1000m 2 /gの比表面積を有する請求項1に記載のゴム混合物。
- さらに架橋剤を含む請求項1または2に記載のゴム混合物。
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