JP5501563B2 - 亜鉛を含まない又は実質的に含まないゴム組成物 - Google Patents
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Classifications
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- Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
- Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction
Description
・ジエンエラストマー;
・強化用充填剤としての無機充填剤;
・任意に5phrよりも少ない量のカーボンブラック;
・式(I)のシランポリスルフィド:
・記号R1及びR2は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ、1〜6個の炭素原子及びフェニル基を有する直鎖又は分枝のアルキルから選択される1価の炭化水素基を表す;
・記号R3は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ、水素、又は1〜4個の炭素原子を有する直鎖又は分枝のアルキル及び2〜8個の炭素原子を有する直鎖又は分枝のアルコキシアルキルから選択される1価の炭化水素基を表す;
・記号Zは、同一でも異なっていてもよく、1〜18個の炭素原子を含む2価の結合基である;
・xは2以上の整数又は分数である。)
を含むことを特徴とする組成物に関する。
ゴム組成物を、硬化する前及び後で、以下に示すように特徴づける。
例えば仏国標準NF T 43-005(1980年11月)に記載されている振動稠度計を用いる。ムーニー可塑性は、以下の原理に従って測定した。未加工の組成物(すなわち、硬化前)を100℃に加熱した円筒筐体で成形する。1分の予熱後、回転子を試験片内において2rpmで回転させ、及びこの運動を保持するのに用いたトルクを4分の回転後に測定する。ムーニー可塑性(ML 1+4)は、“ムーニー単位”で表す(MU、1MU=0.83ニュートン.メートル)。
測定は、130℃において仏国標準NF T 43-005に従って行う。時間関数としての稠度インデックスの評価は、ゴム組成物のスコーチ時間を決定することを可能にし、上記標準に従ってパラメーターT5(大きい回転子の場合)によって評価され、分で表され、及びこのインデックスのために測定される最小値より5単位の稠度インデックス(MUで表す)の増加を得るのに必要な時間であると定義される。
硬化後のショアーA硬度を、ASTM標準D 2240-86に従って評価する。
これらの引張試験は、弾性応力及び破損点特性を決定することを可能にする。特に明記しない限り、これらは1988年9月の仏国標準NF T 46-002に従って行う。10%伸長(M10)、100%伸張(M100)及び300%伸長(M300)における公称割線係数(又は見掛け応力、MPa)を、二次伸長(すなわち、測定値自体として与えられた伸長の量に対する調整サイクル後)で測定する。
破壊応力(MPa)及び破損点伸長(%)も測定する。全てのこれらの引張測定は、通常の温度条件(23±2℃)及び湿度(50±5%の相対湿度)で行い、仏国標準NF T 40-101(1979年12月)に従う。
動的特性ΔG*及びtan(δ)maxを粘弾性分析器(Metravib VA4000)で測定し、ASTM標準D 5992-96に従う。加硫した組成物のサンプル(4mmの厚み及び400mm2の断面積の円筒試験片)を、交代性の単一の正弦関数剪断応力に、10Hzの周波数、通常の温度条件(23℃)で、標準ASTM D 1349-99に従い、又は場合によって異なる温度で付し、その応答を記録する。走査は、0.1〜45%(外向きサイクル)、続いて45%〜0.1%(戻りサイクル)の変形振幅で行う。用いた結果は、複雑な動的剪断係数(G*)及び損失ファクターtan(δ)である。戻りサイクルでは、観察されるtan(δ)の最大値が示され、表示される(tan(δ)max、0.1〜45%変形の値の間の複素弾性率(ΔG*)におけるずれ(ペイン効果))。
本出願では、亜鉛又は亜鉛誘導体を“実質的に含まない”組成物とは、極端に無視できる量の亜鉛又は亜鉛誘導体を含む組成物を意味すると理解され、すなわち、その中の亜鉛の質量が0.5phrよりも少なく、好ましくは0.3phrよりも少ないようなものである。さらに好ましくは、本発明の組成物は亜鉛(又は亜鉛の誘導体)を含まず(すなわち、全体的に含まない)、言い換えればその中の亜鉛の量が0に等しい(0phr)。
特に明記しないかぎり、本記載で示される割合は質量%である。
“ジエン”タイプのエラストマー又はゴム(該2つの用語は同義である)は、一般的には少なくとも一部がジエンモノマー(共役している又はしていない炭素-炭素二重結合を有するモノマー)から生じるエラストマー(すなわち、ホモポリマー又はコポリマー)を意味すると理解される。
(a)・4〜12個の炭素原子を有する共役ジエンモノマーの重合によって得られる任意のホモポリマー;
(b)・8〜20個の炭素原子を有する1種以上の共役ジエンの共重合、又は8〜20個の炭素原子を有する1種以上の共役ジエン及び1種以上のビニル芳香族化合物の共重合によって得られる任意のコポリマー;
(c)・エチレン、3〜6個の炭素原子を有するα-オレフィン、及び6〜12個の炭素原子を有する非共役ジエンモノマーの共重合によって得られる3成分コポリマー、例えば、エチレン、プロピレン、及び上記のタイプの非共役ジエンモノマー、例えば特に1,4-ヘキサジエン、エチリデンノルボルネン又はジシクロペンタジエンから得られるエラストマー;
(d)・イソブテン及びイソプレン(ブチルゴム)のコポリマー、及びさらにハロゲン化、特に塩素化又は臭素化されているこのタイプのコポリマー。
“強化用無機充填剤”は、周知の習慣で、その色及びその由来(天然又は合成)がどうであろうと、任意の無機又は鉱物充填剤を意味するとここでは理解され、また、カーボンブラックとは対照的に、“白い”充填剤、“透明な”充填剤又はそれとは別に“黒くない”充填剤としても呼ばれ、それ自体で、中間結合剤以外の方法を用いずに、タイヤトレッドの製造を意図するゴム組成物を強化することができ、言い換えれば、その強化機能において、特にトレッドのための従来のタイヤグレードのカーボンブラックに取って代わることができる。そのような充填剤は、一般的には周知の習慣で、その表面のヒドロキシル(-OH)基の存在によって特徴付けられる。
“カップリング剤”は、周知の習慣で、無機充填剤及びジエンエラストマーの間の十分な化学的及び/又は物理的結合を確立することのできる試薬を意味すると理解されることがここで想起され;少なくとも二官能性のそのようなカップリング剤は、例えば簡易化した一般式“Y-A-X”を有する:
式中、
・Yは、物理的及び/又は化学的に無機充填剤と結合することのできる官能基(“Y”官能基)を表し、このような結合は、例えば、カップリング剤のケイ素原子と無機充填剤の表面ヒドロキシル(OH)基(例えば、シリカの場合は表面のシラノール)との間に確立することができる。
・Xは、例えば硫黄原子によって、物理的及び/又は化学的にエラストマーと結合することのできる官能基(“X”官能基)を表す。
・Aは、YとXとをつなぐことを可能とする基を表す。
・第一に、“X”官能基としての、ジエンエラストマーとの安定な結合を形成することのできるポリスルフィド官能基(Sx);
・第二に、“Y”官能基としての、ケイ素原子当たり一つ及び一つのみの(-OR3)基-(≡Si-OR3)官能基-後者の表面ヒドロキシル基によって強化用無機充填剤上にそれをグラフトすることができる;
・分子の中心おけるポリスルフィド基の間に結合を与える2つの結合Z、及び分子の各末端を固定する2つの(≡Si-OR3)官能基、
を含む。
・記号R1及びR2は、メチル、エチル、n-プロピル及びイソプロピルの中から選択される;
・記号R3は、水素、メチル、エチル、n-プロピル及びイソプロピルの中から選択される;
・記号Zは、C1-C8アルキレンの中から選択される。
さらに好ましくは、
・記号R1及びR2は、メチル及びエチルの中から選択される;
・記号R3は、水素、メチル及びエチルの中から選択される;
・記号Zは、C1-C4アルキレン、特にメチレン、エチレン又はプロピレン、特にプロピレン-(CH2)3-の中から選択される。
本発明のゴム組成物は、5よりも少なく、好ましくは4よりも少ないphrのカーボンブラック、さらに好ましくは3よりも少ないphrのカーボンブラック(特に0.05〜3phr)を含むという他の本質的な特徴を有し;それは全体的にカーボンブラックを含まなくてもよい(すなわち、ゼロphr)。
カーボンブラックは、市場で入手可能なために分離して用いてもよく、又は任意の他の形態、例えば用いられるゴム製造用添加剤の一部のための支持物として用いてもよい。
本発明のトレッドのゴム組成物は、タイヤ、特にトレッドの製造を意図するエラストマー組成物に通常用いられる従来の添加剤、例えば、可塑化剤又は増量オイル、後者は事実上芳香族又は非芳香族であり、顔料、抗オゾンワックスなどの保護剤、化学オゾン劣化防止剤、抗酸化剤、耐疲労剤、強化用樹脂、メチレン受容体(例えばノボラックフェノール樹脂)又は供与体(例えばHMT又はH3M)、例えば国際出願WO 02/10269(又は米国特許第2003-0212185号明細書)に記載されているもの、硫黄又は硫黄及び/又は過酸化物及び/又はビスマレイミド供与体のいずれかに基づく架橋システム、加硫促進剤及び加硫賦活剤の全て又は一部を含み、もちろん亜鉛系賦活剤は除く。
本発明の主題はまた、亜鉛を含まない又は実質的に含まず(すなわち、0.5phrよりも少ない亜鉛を含む)、及び未硬化状態で向上した加工可能性を有するジエンエラストマー及び強化用無機充填剤に基づくゴム組成物を調製するための方法でもあり、該方法は、強化用充填剤としての少なくとも1種の無機充填剤、上記式(I)のシランポリスルフィド及び0〜5phrのカーボンブラックを、少なくとも1種のジエンエラストマーに混練することによって組み込むことを特徴とする。
・ミキサー内において:
・強化用無機充填剤;
・カップリング剤としてのシランポリスルフィド;
・任意にカーボンブラック、
を、1つ以上の段階で、130℃〜200℃の最大温度が達成されるまで全混合物を熱可塑的に混練することによってジエンエラストマーに組み込む工程;
・全混合物を100℃よりも低い温度まで冷却する工程;
・続いて、
・亜鉛を含まないか、又は最終組成物における亜鉛の量が0.5phrよりも少ないような加硫システム:
を組み込む工程;
・120℃よりも低い最大温度が達成されるまで全混合物を混練する工程;
・そのようにして得られたゴム組成物を押出又はカレンダーにかける工程、
を含み、及び任意のカーボンブラックの量が5phrよりも少なく、且つシランポリスルフィドが上記の式(I)を満たすことを特徴とする。
・該組成物における亜鉛の量が0.3phrよりも少ない;
・強化用無機充填剤の量が20〜200phr、さらに好ましくは30〜150phr;
・カップリング剤の量が2〜15phr;
・最大熱機械的混練温度が145℃〜185℃;
・強化用無機充填剤がシリカ又はアルミナ含有充填剤;
・カーボンブラックの量が4phrよりも少なく、好ましくは3phrよりも少ない;
・ジエンエラストマーがブタジエン/スチレンコポリマー(SBR)であり、好ましくはポリブタジエン(BR)との混合物で用いられる。
・組成物における亜鉛の量がゼロ(すなわち、0phr);
・無機充填剤の量が50phrよりも多く、特に60〜140phr、例えば70〜130phrの範囲内;
・強化用無機充填剤がシリカ;
・カーボンブラックの量が0.05〜3phr、さらに好ましくは0.1〜2phr;
・シランポリスルフィドがポリスルフィド、特にビス-ヒドロキシシリルプロピル又はビス-(C1-C4)アルコキシシリルプロピルのジスルフィド又はテトラスルフィド;
・SBRが溶液で調製されたSBRであり、且つBRが90%よりも多くのシス-1,4結合を有する。
III-1. 組成物の調製
以下の試験の手順は以下である:充填剤(シリカ及び任意にカーボンブラック)、カップリング剤、ジエンエラストマー、及び種々の他の成分を、加硫システムを除いて連続的に内部ミキサーの容量の70%が充填されるまで入れ、最初のタンクの温度は約60℃である。続いて、熱機械的作業(非生産段階)を1段階において全体で約3〜4分の持続時間で、165℃の最大“滴下”温度が得られるまで行う。そのようにして得られた混合物を回収し、冷却し、及び続いて加硫システム(硫黄及びスルフェンアミドタイプの第一級促進剤)を、好適な時間(例えば5〜12分)全てを混合すること(生産段階)によって30℃で外部ミキサー(ホモフィニッシャー)において組み込む。
この第一試験では、公知のSBR及びBRジエンエラストマーに基づき且つシリカで強化されている、乗用車タイプの自動車のための放射状カーカスタイヤのトレッドの製造に用いることのできる5種の組成物を比較する。
・組成物C-1:TESPTシラン;1.5phrのZnO;5phrのカーボンブラック;
・組成物C-2:TESPTシラン;ZnOを用いない;5phrのカーボンブラック;
・組成物C-3:TESPTシラン;ZnOを用いない;1phrのカーボンブラック;
・組成物C-4:単官能基シラン;ZnOを用いない;5phrのカーボンブラック;
・組成物C-5:単官能基シラン;ZnOを用いない;1phrのカーボンブラック。
・まず、組成物C-2からのZnOの除去は、参照組成物C-1と比べて、スコーチ時間の非常に有意な降下(50%)を生じ、T5は12分から6分になることに注目すべきである;そのような減少は、当業者によって工業的観点から有害であると考えられる;
・単純にカーボンブラックの量を5phrから1phrに減少させても、パラメーターT5に有意な効果は見られない(組成物C-2と組成物C-3を比較);
・さらに、従来のTESPTカップリング剤を単官能基シランと置き換えても同じである(組成物C-2と組成物C-4を比較);
・予期せずに、単官能基シラン及び非常に少量のカーボンブラックを組み合わせて含む本発明の組成物C-5のみが、出発対照組成物C-1と同等に、ZnOの不存在下で、工業的観点から許容できるスコーチに対する抵抗(T5>10分)を得ることを可能にする。
この第二試験では、公知のSBR及びBRジエンエラストマーに基づき且つシリカで強化されている5種の他の組成物を比較する。
・組成物C-6:TESPTシラン;1.5phrのZnO;5phrのカーボンブラック;
・組成物C-7:TESPTシラン;ZnOを用いない;5phrのカーボンブラック;
・組成物C-8:TESPTシラン;ZnOを用いない;3phrのカーボンブラック;
・組成物C-4:単官能基シラン;ZnOを用いない;3phrのカーボンブラック;
・組成物C-5:単官能基シラン;ZnOを用いない;0.3phrのカーボンブラック。
・まず、組成物C-7からのZnOの除去は、参照組成物C-6と比べて、スコーチ時間の有害な降下50%を生じ、T5は14分から7分になることに注目すべきである;
・単純にカーボンブラックの量を5phrから1phrに減少させても、パラメーターT5に有意な効果は見られない(組成物C-7と組成物C-8を比較);
・予期せずに、単官能基シラン及び非常に少量のカーボンブラック(それぞれ3phr及び0.3phr)を組み合わせて含む本発明の組成物C-9及びC-10のみが、出発対照組成物C-6と同等に、ZnOの不存在下で、工業的観点から許容できるか、又はさらに組成物C-10のカーボンブラックが非常に少量(0.3phr)の場合に改善されるスコーチに対する抵抗(T5>10分)を得ることを可能にする。
(1)10質量%(6.9phr)のMESオイルで増量されているSBR(乾燥SBRを表す)(又は全体が75.9phrの増量SBR);25%のスチレン、58%の1,2-ポリブタジエン単位及び23%のトランス-1,4-ポリブタジエン単位(Tg=-24℃);
(2)4.3%の1-2;2.7%のトランス;93%のシス1-4(Tg=-106℃)を有するBR;
(3)シリカタイプ“HDS”(Rhodiaの“Zeosil 1165MP”-BET及びCTAB:約160m2/g);
(4)TESPTカップリング剤(Degussaの“Si69”);
(5)式(VI)の単官能基シラン;
(6)MESオイル(Exxon MobilのFlexon 683);
(7)高いTg(73℃)の可塑性炭化水素樹脂(DRTのポリリモネン樹脂“Dercolyte L120”);
(8)N-1,3-ジメチルブチル-N-フェニルパラフェニレンジアミンン(FlexsysのSantoflex 6-PPD);
(9)ジフェニルグアニジン(FlexsysのPerkacit DPG);
(10)カーボンブラックN234;
(11)N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド(FlexsysのSantocure CBS)。
(1)10質量%(6.9phr)のMESオイルで増量されているSBR(乾燥SBRを表す)(又は全体が75.9phrの増量SBR);25%のスチレン、58%の1,2-ポリブタジエン単位及び23%のトランス-1,4-ポリブタジエン単位(Tg=-24℃);
(2)4.3%の1-2;2.7%のトランス;93%のシス1-4(Tg=-106℃)を有するBR;
(3)シリカタイプ“HDS”(Rhodiaの“Zeosil 1165MP”-BET及びCTAB:約160m2/g);
(4)TESPTカップリング剤(Degussaの“Si69”);
(5)式(VI)の単官能基シラン;
(6)MESオイル(Exxon MobilのFlexon 683);
(7)高いTg(73℃)の可塑性炭化水素樹脂(DRTのポリリモネン樹脂“Dercolyte L120”);
(8)N-1,3-ジメチルブチル-N-フェニルパラフェニレンジアミンン(FlexsysのSantoflex 6-PPD);
(9)ジフェニルグアニジン(FlexsysのPerkacit DPG);
(10)カーボンブラックN234;
(11)N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド(FlexsysのSantocure CBS)。
Claims (6)
- 以下の特徴を満たす、請求項1記載の組成物。
・記号R1及びR2が、メチル及びエチルから選択される;
・記号R3が、水素であり;
・記号Zが、C1-C4アルキレンから選択される。 - シランポリスルフィドが、ビス-モノヒドロキシジメチルシリルプロピルポリスルフィド及びこれらのポリスルフィドの混合物から選択される、請求項1記載の組成物。
- ジエンエラストマーが、ポリブタジエン、合成ポリイソプレン、天然ゴム、ブタジエンコポリマー、イソプレンコポリマー及びこれらのエラストマーの混合物からなる群から選択される、請求項1記載の組成物。
- 亜鉛を含まないか又は0.5phrよりも少ない亜鉛を含有し、及び未硬化状態において向上した加工可能性を有する、ジエンエラストマー及び強化用無機充填剤に基づくゴム組成物を調製するための方法であって、少なくとも1種のジエンエラストマーに、強化用充填剤としての少なくとも1種の無機充填剤、0〜5phrのカーボンブラック及び式(I)のシランポリスルフィドを混練することによって組み込むことを特徴とする、方法。
・記号R1及びR2が、メチル、エチル、n-プロピル及びイソプロピルから選択される;
・記号R3が、水素であり;
・記号Zが、C1-C8アルキレンから選択される;
・xは2以上の整数又は分数である。) - 請求項1記載のゴム組成物を含む、タイヤトレッド。
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