JP5656366B2 - 変性重合体を含有するゴム組成物を使用したタイヤ - Google Patents
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Description
従来から、ゴム用補強充填剤としては、カーボンブラックが使用されている。これは、カーボンブラックがゴム組成物に高い耐摩耗性を付与し得るからである。カーボンブラックの単独使用で低発熱化を図ろうとする場合、カーボンブラックの充填量を減らす、あるいは、粒径の大きいものを使用することが考えられるが、いずれの場合も耐摩耗性、湿潤路面でのグリップ性が低下するのを避けられないことが知られている。一方、低発熱性を向上させるために充填剤としてシリカが知られているが(例えば、特許文献1〜4)、シリカは、その表面官能基であるシラノール基の水素結合により粒子同士が凝集する傾向にあり、また、ゴム分子とのぬれ性も劣り、ゴム中へのシリカの分散は良くない。これをよくするためには混練時間を長くする必要がある。また、ゴム中へのシリカの分散が不十分であるとゴム組成物のムーニー粘度が高くなり、押出しなどの加工性に劣る。さらに、シリカ粒子の表面は酸性であることから、ゴム組成物を加硫する際に、加硫促進剤として使用される塩基性物質を吸着し、加硫が十分行われず、弾性率が上がらないという問題も有していた。
リカの分散は十分なレベルには達しておらず、特に工業的に良好なシリカ粒子の分散を得ることは困難であった。そこで、疎水性化剤で表面を処理したシリカを混練してシランカップリング剤の反応を促進することが行われている(特許文献5)。
Aac≧−0.76×(CTAB)+274・・・(A)
を満たし、さらに灼熱減量(750℃で3時間加熱した時の質量減少%)と加熱減量(105℃で2時間加熱した時の質量減少%)とが下記式(B)
(灼熱減量)−(加熱減量)≦3・・・(B)
を満たすことが好ましい。
上記のような変性共役ジエン系重合体は、シリカ及びカーボンブラック等の充填剤との相互作用に優れ、上記のような含水ケイ酸と共に用いられたゴム組成物は、低発熱性、耐摩耗性及び破壊特性に優れている。
本発明の変性共役ジエン系重合体は、活性部位を分子内に有する共役ジエン系重合体の該活性部位に、官能基を有してもよいヒドロカルビロキシシラン化合物を反応させて官能基を導入した変性重合体である。さらに周期律表の4族、12族、13族、14族及び15族の少なくとも一つに属する元素の化合物からなる縮合促進剤の存在下、前記官能基部位に縮合反応を行なって得られる変性重合体でもよい。
また、共役ジエン系重合体の分子中に存在する活性部位の金属は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれる1種であることが好ましく、アルカリ金属がより好ましく、特にリチウムが好ましい。
さらには、ハロゲン含有モノマーを混在させ、ポリマー中のハロゲン原子を有機金属化合物によって活性化することも有効である。例えば、イソブチレン単位、パラメチルスチレン単位及びパラブロモメチルスチレン単位を含む共重合体の臭素部分をリチオ化して活性部位とすることも有効である。
活性部位は、重合体分子中に存在すればよく、限定されないが、重合体がアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を重合開始剤としたアニオン重合によるものである場合、一般に活性部位は分子の末端に来るもので、このように活性末端を有する重合体が好ましい。
また、これらの共役ジエン化合物との共重合に用いられる芳香族ビニル化合物としては、例えばスチレン;α−メチルスチレン;1−ビニルナフタレン;3−ビニルトルエン;エチルビニルベンゼン;ジビニルベンゼン;4−シクロへキシルスチレン;2,4,6−トリメチルスチレンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよいが、これらの中で、スチレンが特に好ましい。
溶液重合法を用いた場合には、溶媒中の単量体濃度は、好ましくは5〜50質量%、より好ましくは10〜30質量%である。尚、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物を用いて共重合を行う場合、仕込み単量体混合物中の芳香族ビニル化合物の含量は0〜55質量%の範囲、好ましくは3〜50、より好ましくは6〜45質量%の範囲である。
また、これらの重合開始剤の使用量は、好ましくは単量体100g当たり、0.2〜20ミリモルの範囲で選定される。
具体的には、反応に不活性な有機溶剤、例えば脂肪族、脂環族、芳香族炭化水素化合物などの炭化水素系溶剤中において、共役ジエン化合物又は共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物を、前記リチウム化合物を重合開始剤として、所望により用いられるランダマイザーの存在下にアニオン重合させることにより、目的の共役ジエン系重合体が得られる。
これらのカリウム化台物は、開始剤のアルカリ金属1グラム原子当量あたり、0.005〜0.5モルの量で添加できる。0.005モル未満では、カリウム化合物の添加効果(開始剤の反応性向上、芳香族ビニル化合物のランダム化または単連鎖付与)が現れず、一方0.5モルを超えると、重合活性が低下し、生産性を大幅に低下させることになるとともに、重合体末端を官能基で変性する反応を行なう際の変性効率が低下する。
尚、エラストマーとして重合体を得る場合は、得られる重合体又は共重合体の示差熱分析法により求めたガラス転移温度(Tg)が−95℃〜−15℃であることが好ましい。ガラス転移温度を上記範囲にすることによって、粘度が高くなるのを抑え、取り扱いが容易な重合体を得ることができる。
官能基を有してもよいヒドロカルビロキシシラン化合物としては、特にその種類を限定するものではないが、シリカと親和性のある官能基を有する化合物、例えば、一般式(I)
で表されるヒドロカルビロキシシラン化合物及び/又はその部分縮合物、
及び一般式(II)
で表されるヒドロカルビロキシシラン化合物及び/又はその部分縮合物、
を用いることができる。
上記の変性反応においては、使用する重合体は、少なくとも20%のポリマー鎖がリビング性を有するものが好ましい。
ピリジン含有ヒドロカルビロキシシラン化合物としては、例えば、2−トリメトキシシリルエチルピリジン等が挙げられる。
で表されるヒドロカルビロキシシラン化合物及び/又はその部分縮合物。
上記炭素数1〜12アルキレン基は、直鎖状、分枝状のいずれであってもよく、具体的には、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基、オクタメチレン基、デカメチレン基等の直鎖状アルキレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、イソブチレン基、2−メチルトリメチレン基、イソペンチレン基、イソへキシレン基、イソオクチレン基、2−エチルへキシレン基、イソデシレン基などの分枝状のアルキレン基が挙げられる。
中でも炭素数1〜4のアルキレン基が好ましく、特にトリメチレン基が好ましい。
上記炭素数1〜20のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、各種ヘキソキシ基、各種オクトキシ基、各種デシロキシ基、各種ドデシロキシ基、各種テトラデシロキシ基、各種ヘキサデシロキシ基、各種オクタデシロキシ基、各種イコシロキシ基などが挙げられる。炭素数6〜20のアリーロキシ基としては、例えばフェノキシ基、メチルフェノキシ基、ジメチルフェノキシ基、ナフトキシ基等が挙げられ、炭素数7〜20のアラルキルオキシ基としては、例えば、ベンジロキシ基、フェネチロキシ基、ナフチルメトキシ基等が挙げられる。これらの中で1〜4のアルコキシ基が好ましく、特にエトキシ基が好ましい。
また、式(III)のR3、R4およびR5の2つが結合して、それらが結合している珪素原子と一緒になって4〜7員環を形成してもよく、同様に式(IV)のR9、R10およびR11の2つが結合してそれらが結合している珪素原子と一緒になって4〜7員環を形成してもよい。この4〜7員環としては炭素数4〜7のメチレン基を有するものを挙げることができる。
これらの化合物の中で好ましいのは、N,N−ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N,N−ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシラン、1−トリメチルシリル−2−エトキシ−2−メチル−1−アザ−2−シラシクロペンタンである。
上記の変性反応においては、使用する重合体は、少なくとも10%のポリマー鎖がリビング性を有するものが好ましい。
リビング重合鎖末端、例えばP−Li+と一般式(III)でf=1のときの変性剤の反応は、下記反応式
なお、上記変性剤の添加方法は、特に制限されず、一括して添加する方法、分割して添加する方法、あるいは、連続的に添加する方法などが挙げられるが、一括して添加する方法が好ましい。
変性反応の形式については特に制限はなく、バッチ式反応器を用いて行ってもよく、多段連続式反応器やインラインミキサなどの装置を用いて連続式で行ってもよい。また、該変性反応は、重合反応終了後、脱溶媒処理、水処理、熱処理、重合体単離に必要な諸操作などを行う前に実施することが肝要である。
また、変性反応時間は、通常、1分〜5時間、好ましくは2分〜1時間である。
また、この変性反応時に、所望により、公知の老化防止剤や反応停止剤を、重合体の活性部位に官能基を有してもよいヒドロカルビロキシ化合物残基を導入した後の工程において、添加することができる。
ここで用いる縮合促進剤は、上記変性反応前に添加することもできるが、変性反応後、および縮合反応開始前に添加することが好ましい。変性反応前に添加した場合、活性末端との直接反応が起こり、活性末端にヒドロカルビロキシシリル基が導入されない場合がある。
また、縮合反応開始後に添加した場合、縮合促進剤が均一に分散せず触媒性能が低下する場合がある。
縮合促進剤の添加時期としては、通常、変性反応開始5分〜5時間後、好ましくは変性反応開始15分〜1時間後である。
(a);チタンのアルコキシド
(b);チタンのカルボン酸塩
(c);チタンのアセチルアセトナート錯塩
(d);ビスマスのカルボン酸塩
(e);ジルコニウムのアルコキシド
(f);ジルコニウムのカルボン酸塩
(g);アルミニウムのアルコキシド
(h);アルミニウムのカルボン酸塩
この中でも、テトラキス(2−エチル−1,3−ヘキサンジオラト)チタン、テトラキス(2−エチルヘキソキシ)チタン、チタンジ−n−ブトキサイド(ビス−2,4−ペンタンジオネート)が好ましい。
これらの中で、トリス(2−エチルヘキサノエート)ビスマス、テトラn−プロポキシジルコニウム、テトラn−ブトキシジルコニウム、ビス(2−エチルヘキサノエート)ジルコニウムオキサイド、ビス(オレエート)ジルコニウムオキサイド、トリi−プロポキシアルミニウム、トリsec−ブトキシアルミニウム、トリス(2−エチルヘキサノエート)アルミニウム、トリス(ステアレート)アルミニウム、ジルコニウムテトラキス(アセチルアセトネート)、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)が好適である。
縮合反応時の温度が20℃未満の場合は、縮合反応の進行が遅く、縮合反応を完結することができなくなるおそれがあるため、得られる変性共役ジエン系重合体に経時変化が発生し、品質上問題となる場合がある。一方、180℃を超えると、ポリマーの老化反応が進行し物性を低下させる場合があるので好ましくない。
なお、縮合反応時の反応系の圧力は、通常、0.01〜20MPa、好ましくは0.05〜10MPaである。
縮合反応の形式については特に制限はなく、バッチ式反応器を用いても、多段連続式反応器などの装置を用いて連続式で行ってもよい。また、この縮合反応と脱溶媒を同時に行っても良い。
上記のように縮合処理したのち、従来公知の後処理を行い、目的の変性共役ジエン系重合体を得ることができる。
すなわち、該保護アミノ基上のシリル保護基を加水分解することによって遊離したアミノ基に変換する。これを脱溶媒処理することにより、第一アミノ基を有する乾燥したポリマーが得られる。なお、上記縮合処理を含む段階から、脱溶媒して乾燥ポリマーまでのいずれかの段階において必要に応じて変性剤由来の保護第一アミノ基の脱保護処理を行うことができる。
この変性共役ジエン系重合体は1種用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、この変性共役ジエン系重合体と併用される他のゴム成分としては、天然ゴム、合成イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−α−オレフィン共重合ゴム、エチレン−α−オレフィン−ジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、クロロブレンゴム、ハロゲン化ブチルゴムおよびこれらの混合物などが挙げられる。また、その一部が多官能型、例えば四塩化スズ、四塩化珪素のような変性剤を用いることにより分岐構造を有しているものでもよい。
本発明で使用する含水ケイ酸は、ケイ酸ナトリウム等のケイ酸アルカリ塩水溶液を硫酸等の鉱酸で中和することにより含水ケイ酸を析出、沈殿させる方法、いわゆる沈殿法含水ケイ酸の製造方法に準じた方法により得られる。
即ち、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積(CTAB)(m2/g)と音響式粒度分布測定によって求められる一次凝集体の数の最頻値の直径Aac(nm)とが下記式(A)
Aac≧−0.76×(CTAB)+274・・・(A)
を満たし、好ましくは灼熱減量(750℃で3時間加熱した時の質量減少%)と加熱減量(105℃で2時間加熱した時の質量減少%)とが下記式(B)
(灼熱減量)−(加熱減量)≦3・・・(B)
を満たす含水ケイ酸である。
CTABの測定は、ASTM D3765−92記載の方法に準拠して行うことができる。ASTM D3765−92記載の方法は、カーボンブラックのCTABを測定する方法であるので、若干の修正を加える。即ち、カーボンブラックの標準品を使用せず、セチルトリメチルアンムニウムブロミド(以下、CE−TRABと略記する)標準液を調製し、これによって含水ケイ酸OT(ジ−2−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム)溶液の標定を行い、含水ケイ酸表面に対するCE−TRAB1分子当たりの吸着断面積を0.35nm2としてCE−TRABの吸着量から、比表面積を算出する。
音響式粒度分布測定装置による測定は、含水ケイ酸の0.01M KCl水溶液を超音波で5分間分散処理し、泡を除去して二次凝集体を破壊した後、測定する。含水ケイ酸の一次凝集体の粒径と粒子数の分布が得られ、このうち、最も頻度が多く現われた粒子の直径をAac(nm)とすると、
Aac≧−0.76×(CTAB)+274・・・(A)
を満足することが必要である。Aacが、この条件を満たさない時、低発熱性と耐摩耗性のどちらか又は両方が低下する。さらに、Aacは、1μm以下であることが好ましい。1μmより大きいと含水ケイ酸が破壊核となり、ゴム組成物の力学的特性が損なわれる虞がある。
(灼熱減量)−(加熱減量)≦3・・・(B)
であることが好ましい。
加熱減量及び灼熱減量は、JIS K6220−1ゴム用配合剤の試験方法に準じて行い、加熱減量は通常105±2℃で2時間加熱した時の質量の減少%、灼熱減量は通常750±25℃で3時間強熱した時の質量の減少%である。
続いて、該含水ケイ酸スラリーをフィルタープレス等のケーキ洗浄が可能なろ過機により濾別、洗浄して副生電解質を除去した後、得られた含水ケイ酸ケーキをスラリー化し、噴霧乾燥機等の乾燥機を用いて乾燥し製造される。
シランカップリング剤は、含水ケイ酸表面に残存するシラノール基とゴム成分ポリマーと反応して、含水ケイ酸とゴムとの結合橋として作用し補強相を形成する。
本発明で用いられるシランカップリング剤は、好ましくは下記一般式で表される化合物よりなる群から選ばれた少なくとも一種である。
(式中、XはCnH2n+1O(nは1〜3の整数)又は塩素原子であり、Yは炭素数1〜3のアルキル基であり、mは1〜3の整数、pは1〜9の整数、qは1以上の整数で分布を有していてもよい。但し、mが1の時、2つのYは同一でも異なってもよく、mが2又は3の時、2つ又は3つのXは同一でも異なってもよい。)
(式中、XはCnH2n+1O(nは1〜3の整数)又は塩素原子であり、Yは炭素数1〜3のアルキル基であり、Wはメルカプト基、ビニル基、アミノ基、グリシドキシ基又はエポキシ基であり、mは1〜3の整数、rは0〜9の整数である。但し、mが1の時、2つのYは同一でも異なってもよく、mが2又は3の時、2つ又は3つのXは同一でも異なってもよい。)
(式中、XはCnH2n+1O(nは1〜3の整数)又は塩素原子であり、Yは炭素数1〜3のアルキル基であり、Zはベンゾチアゾリル基、N,N−ジメチルチオカルバモイル基又はメタクリロイル基であり、mは1〜3の整数、pは1〜9の整数、qは1以上の整数で分布を有していてもよい。但し、mが1の時、2つのYは同一でも異なってもよく、mが2又は3の時、2つ又は3つのXは同一でも異なってもよい。)
これらの中で補強性改善効果などの点から、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィドおよび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が好適である。
これらのシランカップリング剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
カーボンブラックとしては特に制限はなく、例えばSRF、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAFなどが用いられ、ヨウ素吸着量(IA)が60mg/g以上、かつジブチルフタレート吸油量(DBP)が80ml/100g以上のカーボンブラックが好ましい。カーボンブラックを用いることにより、グリップ性能および耐破壊特性の改良効果は大きくなるが、耐摩耗性に優れるHAF、ISAF、SAFが特に好ましい。
カーボンブラックは、1種用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明のタイヤに使用するゴム組成物は、ロールなどの開放式混練機、バンバリーミキサーなどの密閉式混練機などの混練り機を用いて混練りすることによって得られ、成形加工後に加硫を行ない、各種ゴム製品に適用可能である。例えば、タイヤトレッド、アンダートレッド、カーカス、サイドウォール、ビード部などのタイヤ用途を始め、防振ゴム、防舷材、ベルト、ホースその他の工業品などの用途に用いることができるが、特に、低発熱性、耐摩耗性、破壊強度のバランスに優れた、低燃費用タイヤ、大型タイヤ、高性能タイヤのトレッド用ゴムとして好適に使用される。
変性共役ジエン系重合体の物性
(1)共役ジオレフィン部分のビニル含量(ブタジエン部を100としたときの質量%)
270MHz1H−NMRによって求めた。
(2)結合スチレン含量(ポリマー中の質量%)
270MHz1H−NMRによって求めた。
(3)重量平均分子量(Mw)
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(東ソー社製、HLC−8220GPC)を用いて、ポリスチレン換算で求めた。
(4)ムーニー粘度(ML1+4/100℃)
JIS K6300に従って、Lローター、予熱1分、ローター作動時間4分、温度100℃で求めた。
(1)音響式粒度分布径の測定
各含水ケイ酸の0.01M KCl水溶液を超音波で5分間分散処理し、泡を除去した後、超音波式粒度分布測定装置DT1200(Dispertion Technology社製)を用いて、含水ケイ酸の1次凝集体の直径の最頻値Aac(nm)を測定した。
ASTM D3765−92記載の方法に準拠して実施した。ASTM D3765−92記載の方法は、カーボンブラックのCTABを測定する方法であるので、若干の修正を加えた。すなわち、カーボンブラックの標準品であるIRB#3(83.0m2/g)を使用せず、別途セチルトリメチルアンムニウムブロミド(以下、CE−TRABと略記する)標準液を調製し、これによって含水ケイ酸OT(ジ−2−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム)溶液の標定を行い、含水ケイ酸表面に対するCE−TRAB1分子当たりの吸着断面積を0.35nm2としてCE−TRABの吸着量から、比表面積(m2/g)を算出した。これは、カーボンブラックと含水ケイ酸とでは表面が異なるので、同一表面積でもCE−TRABの吸着量に違いがあると考えられるからである。
含水ケイ酸サンプルを秤量し、加熱減量の場合は105℃でサンプルを2時間加熱し、灼熱減量の場合は750℃でサンプルを3時間加熱した後、質量を測定し、加熱前のサンプル質量との差を加熱前の質量に対して%で表した。
ゴム組成物の評価は下記の方法により測定を行った。
(1)低発熱性
米国レオメトリックス社製の動的スペクトロメーターを使用し、引張動歪1%、周波数10Hz、50℃の条件でtanδ(50℃)を測定した。比較例を100として指数で表示し、数値が大きいほど低発熱性である。
タイヤサイズ185/70R14の空気入りタイヤに170kPaの内圧を充填したあと、395kgの荷重を負荷しながら、大型試験ドラム上を時速80km/hで所定時間走行させ、次に前記ドラムの駆動力を遮断して、タイヤを慣性走行させ、この時のタイヤの減速度から転がり抵抗を求め、比較例を100として指数表示した。指数が大きい程、転がり抵抗が小さい。
タイヤの転がり抵抗の評価に用いたのと同様のタイヤにて国内一般市街地を10,000km走行させた時の残溝深さより求めた。比較例を100として指数により表示した。指数が大きい程、耐摩耗性が良好である。
乾燥し、窒素置換された内容積800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、ブタジエンのシクロヘキサン溶液(16%)、スチレンのシクロヘキサン溶液(21%)をブタジエン単量体40g、スチレン単量体10gとなるように注入し、2,2−ジテトラヒドロフリルプロパン0.34ミリモルを注入し、これにn−ブチルリチウム(BuLi)0.38ミリモルを加えた後、50℃の温水浴中で1.5時間重合を行った。重合転化率はほぼ100%であった。
この後、重合系にさらに2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応の停止を行い、さらに常法に従い乾燥することにより重合体Aを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表1に示す。
乾燥し、窒素置換された内容積800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、ブタジエンのシクロヘキサン溶液(16%)、スチレンのシクロヘキサン溶液(21%)をブタジエン単量体40g、スチレン単量体10gとなるように注入し、2,2−ジテトラヒドロフリルプロパン0.34ミリモルを注入し、これにn−ブチルリチウム(BuLi)0.38ミリモルを加えた後、50℃の温水浴中で1.5時間重合を行った。重合転化率はほぼ100%であった。
この重合系に四塩化スズ0.33ミリモルを加えた後、さらに50℃で30分間変性反応を行った。この後、重合系にさらに2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応の停止を行い、さらに常法に従い乾燥することにより重合体Bを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表1に示す。
製造例2において、変性剤である四塩化スズをテトラエトキシシランに代えた以外は、製造例2と同様にして重合体Cを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表1に示す。
製造例2において、変性剤である四塩化スズをN−(3−トリエトキシシリルプロピル)−4,5−ジヒドロイミダゾールに代えた以外は、製造例2と同様にして重合体Dを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表1に示す。
製造例2において、変性剤である四塩化スズをN−(1,3−ジメチルブチリデン)−3−(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミンに代えた以外は、製造例2と同様にして重合体Eを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表1に示す。
製造例2において、変性剤である四塩化スズをN,N−ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシランに代えた以外は、製造例2と同様にして重合体Fを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表1に示す。
製造例2において、変性剤である四塩化スズをN,N−ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリエトキシシランに代えた以外は、製造例2と同様にして重合体Gを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表1に示す。
乾燥し、窒素置換された内容積800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、ブタジエンのシクロヘキサン溶液(16%)、スチレンのシクロヘキサン溶液(21%)をブタジエン単量体40g、スチレン単量体10gとなるように注入し、さらに2,2−ジテトラヒドロフリルプロパン0.34ミリモルを注入し、これにn−ブチルリチウム(BuLi)0.38ミリモルを加えた後、50℃の温水浴中で1.5時間重合を行った。重合転化率はほぼ100%であった。
この重合系にN−(3−トリエトキシシリルプロピル)−4,5−ジヒドロイミダゾール0.33ミリモルを加えた後、さらに50℃で30分間変性反応を行った。この後、重合系にビス(2−エチルヘキサノエート)スズ0.33ミリモル及び水1.26ミリモルを加えた後、50℃で30分間縮合反応を行った。この後、重合系にさらに2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応の停止を行い、さらに常法に従い乾燥することにより重合体Hを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表2に示す。
製造例8において、変性剤であるN−(3−トリエトキシシリルプロピル)−4,5−ジヒドロイミダゾールをN,N−ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシランに、縮合促進剤であるビス(2−エチルヘキサノエート)スズをテトラキス(2−エチル−1,3−ヘキサンジオラト)チタンに代えた以外は、製造例8と同様にして重合体Iを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表2に示す。
製造例9において、縮合促進剤であるテトラキス(2−エチル−1,3−ヘキサンジオラト)チタンの代わりに、テトラキス(2−エチルヘキソキシ)チタンを用いた以外は、製造例9と同様にして重合体Jを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表2に示す。
製造例9において、縮合促進剤であるテトラキス(2−エチル−1,3−ヘキサンジオラト)チタンの代わりに、ビス(2−エチルヘキサノエート)スズを用いた以外は、製造例9と同様にして重合体Kを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表2に示す。
製造例9において、変性剤であるN,N−ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシランをメチルトリエトキシシランに、縮合促進剤であるテトラキス(2−エチル−1,3−ヘキサンジオラト)チタンをビス(2−エチルヘキサノエート)酸化ジルコニウムに代えた以外は、製造例9と同様にして重合体Lを得た。得られた重合体の重合処方及び分析値を表2に示す。
*1:2,2−ジテトラヒドロフリルプロパン
*2:n−ブチルリチウム
*3:四塩化スズ
*4:テトラエトキシシラン
*5:N−(3−トリエトキシシリルプロピル)−4,5−ジヒドロイミダゾール
*6:N−(1,3−ジメチルブチリデン)−3−(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミン
*7:N,N−ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシラン
*8:N,N−ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリエトキシシラン
*9:メチルトリエトキシシラン
*10:ビス(2−エチルヘキサノエート)スズ
*11:テトラキス(2−エチル−1,3−ヘキサンジオラト)チタン
*12:テトラキス(2−エチルヘキソキシ)チタン
*13:ビス(2−エチルヘキサノエート)酸化ジルコニウム
製造例A
攪拌機を備えた容量180リットルのジャケット付ステンレス製反応槽に、水93Lとケイ酸ナトリウム水溶液(SiO2160g/L、SiO2/Na2Oモル比3.3)0.6Lを入れ96℃に加熱した。得られた溶液中のNa2O濃度は0.005mol/Lであった。
この溶液の温度を96℃に維持しながら、上記と同じのケイ酸ナトリウム水溶液を540ml/分、硫酸(18mol/L)を24ml/分の流量で同時に滴下した。流量を調整しながら、反応溶液中のNa2O濃度を0.00〜0.01mol/Lの範囲に維持して中和反応を行なった。反応途中から白濁をはじめ、47分目に粘度が上昇してゲル状溶液となった。さらに添加を続けて90分で反応を停止した。反応停止後、反応液温度を96℃に30分間維持した。生じた溶液中のシリカ濃度は55g/Lであった。引き続いて、上記濃度の硫酸を溶液のpHが3になるまで添加してケイ酸スラリーを得た。得られたケイ酸スラリーをフィルタープレスで濾過、水洗を行なって湿潤ケーキを得た。次いで、湿潤ケーキを乳化装置を用いてスラリーとして、噴霧式乾燥機で乾燥して湿式法含水ケイ酸Aを得た。得られた含水ケイ酸の物性を表3に示す。
製造例Aと同じ容器および原料を使用し、水93Lとケイ酸ナトリウム水溶液0.6Lを入れ、90℃に加熱した。得られた溶液中のNa2O濃度は0.005mol/Lであった。
この溶液の温度を90℃に維持しながら、上記と同じケイ酸ナトリウム水溶液を540ml/分、硫酸(18mol/L)を24ml/分の流量で同時に滴下した。流量を調整しながら、反応溶液中のNa2O濃度を0.00〜0.01mol/Lの範囲に維持して中和反応を行なった。反応途中から白濁をはじめ、47分目に粘度が上昇してゲル状溶液となった。さらに添加を続けて90分で反応を停止した。反応停止後、反応液温度を90℃に30分間維持した。生じた溶液中のシリカ濃度は55g/Lであった。引き続いて、上記濃度の硫酸を溶液のpHが3になるまで添加してケイ酸スラリーを得た。以下製造例Aと同様な方法で湿式法含水ケイ酸Bを得た。得られた含水ケイ酸の物性を表3に示す。
製造例Aと同じ容器および原料を使用し、水93Lとケイ酸ナトリウム水溶液0.6Lを入れ、84℃に加熱した。得られた溶液中のNa2O濃度は0.005mol/Lであった。
この溶液の温度を84℃に維持しながら、上記と同じケイ酸ナトリウム水溶液を540ml/分、硫酸(18mol/L)を24ml/分の流量で同時に滴下した。流量を調整しながら、反応溶液中のNa2O濃度を0.00〜0.01mol/Lの範囲に維持して中和反応を行なった。反応途中から白濁をはじめ、48分目に粘度が上昇してゲル状溶液となった。さらに添加を続けて90分で反応を停止した。反応停止後、反応液温度を84℃に30分間維持した。生じた溶液中のシリカ濃度は55g/Lであった。引き続いて、上記濃度の硫酸を溶液のpHが3になるまで添加してケイ酸スラリーを得た。以下製造例Aと同様な方法で湿式法含水ケイ酸Cを得た。得られた含水ケイ酸の物性を表3に示す。
製造例Aと同じ容器および原料を使用し、水93Lとケイ酸ナトリウム水溶液0.6Lを入れ、90℃に加熱した。得られた溶液中のNa2O濃度は0.005mol/Lであった。
この溶液の温度を90℃に維持しながら、上記と同じケイ酸ナトリウム水溶液を540ml/分、硫酸(18mol/L)を24ml/分の流量で同時に滴下した。流量を調整しながら、反応溶液中のNa2O濃度を0.00〜0.01mol/Lの範囲に維持して中和反応を行なった。反応途中から白濁をはじめ、47分目に粘度が上昇してゲル状溶液となった。さらに添加を続けて90分で反応を停止した。反応停止後、反応液温度を90℃に60分間維持した。生じた溶液中のシリカ濃度は55g/Lであった。引き続いて、上記濃度の硫酸を溶液のpHが3になるまで添加してケイ酸スラリーを得た。以下製造例Aと同様な方法で湿式法含水ケイ酸Dを得た。得られた含水ケイ酸の物性を表3に示す。
製造例Aと同じ容器および原料を使用し、水93Lとケイ酸ナトリウム水溶液0.6Lを入れ、90℃に加熱した。得られた溶液中のNa2O濃度は0.005mol/Lであった。
この溶液の温度を78℃に維持しながら、上記と同じケイ酸ナトリウム水溶液を540ml/分、硫酸(18mol/L)を24ml/分の流量で同時に滴下した。流量を調整しながら、反応溶液中のNa2O濃度を0.00〜0.01mol/Lの範囲に維持して中和反応を行なった。反応途中から白濁をはじめ、49分目に粘度が上昇してゲル状溶液となった。さらに添加を続けて90分で反応を停止した。反応停止後、反応液温度を78℃に60分間維持した。生じた溶液中のシリカ濃度は55g/Lであった。引き続いて、上記濃度の硫酸を溶液のpHが3になるまで添加してケイ酸スラリーを得た。以下製造例Aと同様な方法で湿式法含水ケイ酸Eを得た。得られた含水ケイ酸の物性を表3に示す。
製造例Aと同じ容器および原料を使用し、水93Lとケイ酸ナトリウム水溶液0.6Lを入れ、65℃に加熱した。得られた溶液中のNa2O濃度は0.005mol/Lであった。
この溶液の温度を65℃に維持しながら、上記と同じケイ酸ナトリウム水溶液を540ml/分、硫酸(18mol/L)を24ml/分の流量で同時に滴下した。流量を調整しながら、反応溶液中のNa2O濃度を0.00〜0.01mol/Lの範囲に維持して中和反応を行なった。反応途中から反応溶液は白濁をはじめ、50分目に粘度が上昇してゲル状溶液となった。さらに添加を続けて90分で反応を停止した。反応停止後、反応液温度を65℃に60分間維持した。生じた溶液中のシリカ濃度は55g/Lであった。引き続いて、上記濃度の硫酸を溶液のpHが3になるまで添加してケイ酸スラリーを得た。以下製造例Aと同様な方法で湿式法含水ケイ酸Fを得た。得られた含水ケイ酸の物性を表3に示す。
製造例Aと同じ容器および原料を使用し、水86Lとケイ酸ナトリウム水溶液0.5Lを入れ、96℃に加熱した。得られた溶液中のNa2O濃度は0.005mol/Lであった。
この溶液の温度を96℃に維持しながら、上記と同じケイ酸ナトリウム水溶液を615ml/分、硫酸(18mol/L)を27ml/分の流量で同時に滴下した。流量を調整しながら、反応溶液中のNa2O濃度を0.00〜0.01mol/Lの範囲に維持して中和反応を行なった。反応途中から反応溶液は白濁をはじめ、40分目に粘度が上昇してゲル状溶液となった。さらに添加を続けて90分で反応を停止した。反応停止後、反応液温度を96℃に30分間維持した。生じた溶液中のシリカ濃度は62g/Lであった。引き続いて、上記濃度の硫酸を溶液のpHが3になるまで添加してケイ酸スラリーを得た。以下製造例Aと同様な方法で湿式法含水ケイ酸Gを得た。得られた含水ケイ酸の物性を表3に示す。
表1に示す製造例1〜7及び表2に示す製造例8〜12の変性共役ジエン系重合体A〜Lと表3に示す含水ケイ酸A〜Gを用い、表4〜7に示す配合に従ってゴム組成物を調製し、160℃15分間の条件で加硫を行い、上記の方法で各ゴム組成物の低発熱性及び各ゴム組成物を使用して製造したタイヤの転がり抵抗、耐摩耗性を測定した。
測定結果を表4〜7に示す。なお、表4〜7においては、低発熱性、転がり抵抗、耐摩耗性のいずれも、表毎に各表にある比較例1、3、5、7を100とした指数で表した。数値の大なるほど良好であることを示している。
*1:宇部興産製 BR150L
*2:富士興産製 アロマックス#3
*3:N339、東海カーボン社製 シーストKH
*4:東ソーシリカ社製 NipsilAQ
*5:Degussa社製 Si75
*6: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
*7:ジフェニルグアニジン
*8:N−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド
*1:JSR社製 BR01
*2:富士興産製 アロマックス#3
*3:N339、東海カーボン社製 シーストKH
*4:Degussa社製 Si75
*5: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
*6:N−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド
*7:N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド
*1:ランクセス社製 溶液重合SBR BunaVSL5025−1
*2:N339、東海カーボン社製 シーストKH
*3:東ソーシリカ社製 NipsilAQ
*4:Degussa社製 Si75
*5: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
*6:ジフェニルグアニジン
*7:N−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド
*8:N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド
*1:富士興産製 アロマックス#3
*2:N339、東海カーボン社製 シーストKH
*3:東ソーシリカ社製 NipsilAQ
*4:Degussa社製 Si75
*5: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
*6:ジフェニルグアニジン
*7:N−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド
*8:N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド
ヒドロカルビロキシ化合物及び縮合促進剤による縮合によって変性した変性共役ジエン系重合体及び構造性含水ケイ酸を配合したゴム組成物を用いたタイヤ(実施例1〜17)は、比較例1〜8に比べて低発熱性、転がり抵抗及び耐摩耗性のいずれにおいても優れている。
Claims (12)
- 含水ケイ酸とヒドロキシシリル基、アルコキシシリル基、アミノ基またはハロゲン原子の少なくとも1つの官能基を導入した変性共役ジエン系重合体を配合してなるゴム組成物であって、含水ケイ酸が沈殿法により製造され、そのセチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積(CTAB)(m2/g)と音響式粒度分布測定によって求められる一次凝集体の直径の最頻値Aac(nm)とが下記式(A)を、灼熱減量(750℃で3時間加熱した時の質量減少%)と加熱減量(105℃で2時間加熱した時の質量減少%)とが下記式(B)を満たし、かつ、該最頻値Aacが1000nm以下、該CTABが50〜250m2/gであることを特徴とするゴム組成物を使用したタイヤ。
Aac≧−0.76×(CTAB)+274・・・(A)
2.1≦(灼熱減量)−(加熱減量)≦3・・・(B) - 変性共役ジエン系重合体が、ジエン系モノマーを単独又は他のモノマーと併用し、炭化水素溶媒中でアルカリ金属又はアルカリ土類金属系開始剤を用いてアニオン重合させて得られる金属の活性部位を有する共役ジエン系重合体の該活性部位に、ヒドロカルビロキシシラン化合物を反応させて得た変性共役ジエン系重合体からなるゴム組成物を使用した請求項1記載のタイヤ。
- 変性共役ジエン系重合体に導入された官能基が、分子末端に導入されている変性共役ジエン系重合体を配合したゴム組成物を使用した請求項1又は2に記載のタイヤ。
- 変性共役ジエン系重合体に導入された官能基が、重合停止側の分子末端に導入されている変性共役ジエン系重合体を配合したゴム組成物を使用した請求項3に記載のタイヤ。
- 官能基として、アルコキシシリル基とアミノ基が同時に導入された変性共役ジエン系重合体を配合したゴム組成物を使用した請求項1に記載のタイヤ。
- アミノ基が、プロトン性アミノ基又は保護されたアミノ基である変性共役ジエン系重合体を配合したゴム組成物を使用した請求項1又は5に記載のタイヤ。
- アミノ基が、第一アミノ基又は保護された第一アミノ基である変性共役ジエン系重合体を配合したゴム組成物を使用した請求項1又は5に記載のタイヤ。
- 変性共役ジエン系重合体が、周期律表4族、12族、13族、14族及び15族に属する元素のうちの少なくとも一つの化合物からなる縮合促進剤の存在下で縮合反応を行って得た変性共役ジエン系重合体からなるゴム組成物を使用した請求項1〜7のいずれかに記載のタイヤ。
- ゴム組成物にゴム成分として、さらに天然ゴム及び/又はジエン系合成ゴムから選ばれる少なくとも1つ以上のゴムを含有し、全ゴム成分100質量部に対して含水ケイ酸を10〜150質量部を配合してなる請求項1に記載のタイヤ。
- ゴム組成物にシランカップリング剤を含水ケイ酸の配合量の1〜20質量%配合したことを特徴とする請求項1に記載のタイヤ。
- シランカップリング剤が、下記一般式(VI)で表される化合物:
XmY3−mSi−(CH2)pSq−(CH2)p−SiXmY3−m・・(VI)
[式中、XはCnH2n+1O(nは1〜3の整数)又は塩素原子であり、Yは炭素数1〜3のアルキル基であり、mは1〜3の整数、pは1〜9の整数、qは1以上の整数で分布を有していてもよい。但し、mが1の時、2つのYは同一でも異なってもよく、mが2又は3の時、2つ又は3つのXは同一でも異なってもよい。]、
下記一般式(VII)で表される化合物:
XmY3−mSi−(CH2)r−W・・・(VII)
[式中、XはCnH2n+1O(nは1〜3の整数)又は塩素原子であり、Yは炭素数1〜3のアルキル基であり、Wはメルカプト基、ビニル基、アミノ基、グリシドキシ基又はエポキシ基であり、mは1〜3の整数、rは0〜9の整数である。但し、mが1の時、2つのYは同一でも異なってもよく、mが2又は3の時、2つ又は3つのXは同一でも異なってもよい。]
および下記一般式(VIII)で表される化合物:
XmY3−mSi−(CH2)p−Sq−Z・・・(VIII)
[式中、XはCnH2n+1O(nは1〜3の整数)又は塩素原子であり、Yは炭素数1〜3のアルキル基であり、Zはベンゾチアゾリル基、N,N−ジメチルチオカルバモイル基又はメタクリロイル基であり、mは1〜3の整数、pは1〜9の整数、qは1以上の整数で分布を有していてもよい。但し、mが1の時、2つのYは同一でも異なってもよく、mが2又は3の時、2つ又は3つのXは同一でも異なってもよい。]
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10に記載のタイヤ。 - ゴム組成物に補強用充填剤としてカーボンブラックをゴム成分100質量部に対して80質量部以下含有し、カーボンブラックと含水ケイ酸との総配合量が120質量部以下であることを特徴とするゴム組成物を使用した請求項1に記載のタイヤ。
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