JP5875840B2 - Reaction evaluation method of silane coupling agent in silica compounding - Google Patents

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Description

本発明は、シリカ配合におけるシランカップリング剤の反応評価方法に関し、より詳細には、シリカ配合のゴム組成物においてシリカに対するシランカップリング剤の反応形態を評価する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for evaluating the reaction of a silane coupling agent in silica compounding, and more particularly, to a method for evaluating the reaction mode of a silane coupling agent with respect to silica in a silica compounded rubber composition.

ゴム組成物の低発熱化などを図るために、補強性充填剤としてシリカを配合することが知られている。しかしながら、シリカは、表面に存するシラノール基の影響により凝集しやすく、分散性に劣ることから、その性能を十分に発揮させることは難しい。そのため、シリカの分散性を改良するために、シランカップリング剤が併用されている。   In order to reduce the heat generation of the rubber composition, it is known to add silica as a reinforcing filler. However, silica easily aggregates due to the influence of silanol groups present on the surface and is inferior in dispersibility, so that it is difficult to sufficiently exhibit its performance. Therefore, in order to improve the dispersibility of silica, a silane coupling agent is used in combination.

シランカップリング剤は、シリカとともにゴム成分に添加し混合することにより、シリカ表面のシラノール基と反応するとともに、ゴム成分のポリマーと反応することで、両者の間を連結して、シリカの分散性を向上させる。シリカの分散性、補強性を向上するためには、かかるシランカップリング剤の反応量を高める必要がある。そのため、混合したゴム組成物中におけるシランカップリング剤の反応量を知ることが求められ、下記特許文献1には、シランカップリング剤の反応率を求める技術が開示されており、反応率と物性の相関が高いことを見出している。   The silane coupling agent is added to and mixed with the rubber component together with the silica to react with the silanol groups on the silica surface and react with the polymer of the rubber component to link the two together and disperse the silica. To improve. In order to improve the dispersibility and reinforcing property of silica, it is necessary to increase the reaction amount of the silane coupling agent. Therefore, it is required to know the reaction amount of the silane coupling agent in the mixed rubber composition, and the following Patent Document 1 discloses a technique for determining the reaction rate of the silane coupling agent. It is found that the correlation is high.

ところで、シランカップリング剤の反応は、シランカップリング剤がシリカのシラノール基と結合する縮合反応(以下、結合反応という。)だけでなく、シランカップリング剤同士が反応する自己縮合反応も起きると考えられている。シランカップリング剤の反応率が高くても、該自己縮合反応が多いと、シリカ表面と効果的に反応しているとは言えず、シリカの分散性や補強性の改良には結びつきにくい。しかるに、下記特許文献1により求められるシランカップリング剤の反応率には、上記結合反応と自己縮合反応の両方の反応が含まれており、区別することができない。   By the way, the reaction of the silane coupling agent includes not only a condensation reaction in which the silane coupling agent is bonded to the silanol group of silica (hereinafter referred to as a bonding reaction) but also a self-condensation reaction in which the silane coupling agents react with each other. It is considered. Even if the reaction rate of the silane coupling agent is high, if the self-condensation reaction is large, it cannot be said that the silane coupling agent is effectively reacted with the silica surface, and it is difficult to improve the dispersibility and reinforcement of the silica. However, the reaction rate of the silane coupling agent determined by the following Patent Document 1 includes both the above-mentioned bonding reaction and self-condensation reaction, and cannot be distinguished.

一方、下記特許文献2には、シリカとシランカップリング剤との反応について、固体高分解能29Si−NMR測定によって得られるゴム組成物中のシリカのスペクトルの帰属から、−85〜−95ppm付近にピークをもつQ2構造、−96〜−105ppm付近にピークをもつQ3構造及び−106〜−115ppm付近にピークをもつQ4構造のピーク面積を、それぞれSQ2,SQ3及びSQ4として、反応量=[SQ4/(SQ2+SQ3)]×100より、シリカとシランカップリング剤との反応量を求める方法が開示されている。この方法では、反応量の相対比較は可能であるが、配合したシランカップリング剤のうち何%が反応したのかを求めることは不可能である。また、この文献には、上記のようなNMRスペクトルの帰属を、シリカの自己縮合反応量の指標として用いる点は開示されていない。 On the other hand, in Patent Document 2 below, from the attribution of the spectrum of silica in a rubber composition obtained by solid high-resolution 29 Si-NMR measurement, the reaction between silica and a silane coupling agent is around −85 to −95 ppm. The peak area of the Q2 structure having a peak, the Q3 structure having a peak in the vicinity of −96 to −105 ppm, and the Q4 structure having a peak in the vicinity of −106 to −115 ppm are respectively represented by S Q2 , S Q3, and S Q4 , and the reaction amount = From [S Q4 / (S Q2 + S Q3 )] × 100, a method for determining the reaction amount of silica and a silane coupling agent is disclosed. In this method, it is possible to make a relative comparison of the reaction amounts, but it is impossible to determine what percentage of the blended silane coupling agent has reacted. Further, this document does not disclose that the above-mentioned NMR spectrum assignment is used as an index of the amount of silica self-condensation reaction.

なお、固体高分解能29Si−NMR測定によるシリカのスペクトルの帰属については、上記特許文献2の他、下記非特許文献1にも開示されており、それ自体は公知である。 In addition, the attribution of the spectrum of the silica by solid-state high-resolution 29 Si-NMR measurement is disclosed in the following Non-Patent Document 1 in addition to the above-mentioned Patent Document 2, and is known per se.

特開2010−216952号公報JP 2010-216952 A 特開2006−337342号公報JP 2006-337342 A

Udo Goerl他, “Investigations Into The Silica/Silane Reaction System”, Rubber Chemistry And Technology, Vol.70, p.608-623, 1997Udo Goerl et al., “Investigations Into The Silica / Silane Reaction System”, Rubber Chemistry And Technology, Vol.70, p.608-623, 1997

本発明は、上記の点に鑑み、シリカ配合において添加されるシランカップリング剤について、自己縮合反応の影響を加味した反応形態の評価を行うことができる方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the method of evaluating the reaction form which considered the influence of the self-condensation reaction about the silane coupling agent added in silica compounding in view of said point.

本発明に係るシランカップリング剤の反応評価方法は、ゴム成分にシリカと硫黄含有シランカップリング剤を混合した未加硫のゴム組成物について、シランカップリング剤の反応率を求めるとともに、シラノール残存量を求め、これらシランカップリング剤の反応率とシラノール残存量に基づきシランカップリング剤の反応形態を評価するものである。前記反応率は、未加硫のゴム組成物に対し前記ゴム成分が溶解しない溶媒を用いて抽出処理を行うことにより、前記ゴム組成物中に含まれる未反応の前記シランカップリング剤を抽出し、抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄量を定量することで反応済みのシランカップリング剤の含有量を求めるか、又は、抽出液に含まれる硫黄量を定量することで未反応のシランカップリング剤の含有量を求め、求めた反応済み又は未反応のシランカップリング剤の含有量を、前記シランカップリング剤の配合量と比較することにより求めることができる。また、前記シラノール残存量は、固体高分解能29Si−NMR測定により前記ゴム組成物中のシリカのスペクトルを得て、該スペクトルの帰属から−85〜−95ppm付近にピークをもつQ2構造、−96〜−105ppm付近にピークをもつQ3構造及び−106〜−115ppm付近にピークをもつQ4構造のピーク面積を、それぞれSQ2,SQ3及びSQ4として、シラノール残存量B=(SQ2+SQ3)/SQ4により求めることができる。 The method for evaluating the reaction of a silane coupling agent according to the present invention is to obtain a reaction rate of a silane coupling agent with respect to an unvulcanized rubber composition in which silica and a sulfur-containing silane coupling agent are mixed with a rubber component, and to obtain residual silanol. The amount of the silane coupling agent is determined, and the reaction form of the silane coupling agent is evaluated based on the reaction rate of the silane coupling agent and the residual amount of silanol. The reaction rate is determined by extracting the unreacted silane coupling agent contained in the rubber composition by performing an extraction treatment with an unvulcanized rubber composition using a solvent that does not dissolve the rubber component. The content of the reacted silane coupling agent is determined by quantifying the amount of sulfur contained in the rubber composition after extraction, or the unreacted silane cup is quantified by determining the amount of sulfur contained in the extract. The content of the ring agent can be obtained, and the obtained content of the reacted or unreacted silane coupling agent can be obtained by comparing with the blending amount of the silane coupling agent. The residual amount of silanol was obtained by obtaining a spectrum of silica in the rubber composition by high-resolution solid-state 29 Si-NMR measurement, and having a Q2 structure having a peak in the vicinity of −85 to −95 ppm from the assignment of the spectrum, −96 The silanol residual amount B = (S Q2 + S Q3 ), where the peak areas of the Q3 structure having a peak around ˜−105 ppm and the peak area of the Q4 structure having a peak around −106 to −115 ppm are S Q2 , S Q3 and S Q4 , respectively. / S Q4 .

前記反応評価方法においては、下記式(1)から前記シランカップリング剤の反応率Aを求め、該反応率Aと前記シラノール残存量Bから前記シランカップリング剤の有効反応指数C=A/Bを求めることが好ましい。   In the reaction evaluation method, the reaction rate A of the silane coupling agent is obtained from the following formula (1), and the effective reaction index C of the silane coupling agent C = A / B from the reaction rate A and the residual silanol amount B. Is preferably obtained.

反応率A(%)={(S−S)/S}×(m/m)×100 …(1)
式中、Sは、抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄分(質量%)であり、Sは、前記シランカップリング剤を除いて同配合のゴム組成物について測定した抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄分(質量%)であり、Sは、前記シランカップリング剤の配合量から算出される抽出前のゴム組成物中に含まれるシランカップリング剤による硫黄分(質量%)である。また、mは抽出前のゴム組成物の質量であり、mは抽出後のゴム組成物の質量である。
Reaction rate A (%) = {(S−S 0 ) / S r } × (m / m 0 ) × 100 (1)
In the formula, S is the sulfur content (% by mass) contained in the rubber composition after extraction, and S 0 is the rubber composition after extraction measured for the rubber composition of the same composition except for the silane coupling agent. sulfur contained in the object is (wt%), S r is sulfur with a silane coupling agent contained in the rubber composition before extraction, which is calculated from the amount of the silane coupling agent (wt%) It is. M 0 is the mass of the rubber composition before extraction, and m is the mass of the rubber composition after extraction.

本発明に係るゴム組成物の製造方法は、ゴム成分にシリカと硫黄含有シランカップリング剤を添加し、加硫促進剤と加硫剤を添加せずに混合して、上記反応評価方法で測定した前記シランカップリング剤の反応率Aが75%以上であり、かつ前記有効反応指数Cが75〜115であるゴム組成物を調製し、得られたゴム組成物に加硫促進剤と加硫剤を添加して混合することで、加硫剤を含むゴム組成物を調製するものである。   The method for producing a rubber composition according to the present invention is obtained by adding silica and a sulfur-containing silane coupling agent to a rubber component, mixing them without adding a vulcanization accelerator and a vulcanizing agent, and measuring by the above reaction evaluation method. A rubber composition having a reaction rate A of the silane coupling agent of 75% or more and an effective reaction index C of 75 to 115 was prepared, and a vulcanization accelerator and a vulcanization were added to the obtained rubber composition. A rubber composition containing a vulcanizing agent is prepared by adding and mixing the agent.

本発明によれば、ゴム組成物中におけるシランカップリング剤の反応率を求めるとともに、シラノール残存量を求めている。シラノール残存量はこの値が大きいと、シリカのシラノール基とシランカップリング剤との反応が少ないことを意味し、すなわち自己縮合反応が多いことを示す。シランカップリング剤が反応しても、かかる自己縮合反応が多ければ、シリカの分散性や補強性の改良に寄与することはできず、特性は改良されない。そのため、シランカップリング剤の反応率とともにシラノール残存量を求めることにより、自己縮合反応を加味した反応形態を評価することができ、すなわち、分散性や補強性の改良に寄与するシランカップリング剤の有効な反応が得られているかどうかを評価することができる。   According to this invention, while obtaining the reaction rate of the silane coupling agent in a rubber composition, the residual amount of silanol is calculated | required. When this value is large, the residual amount of silanol means that there is little reaction between the silanol group of silica and the silane coupling agent, that is, there are many self-condensation reactions. Even if the silane coupling agent reacts, if there are many such self-condensation reactions, it cannot contribute to the improvement of the dispersibility and reinforcement of the silica, and the characteristics are not improved. Therefore, by obtaining the silanol residual amount together with the reaction rate of the silane coupling agent, it is possible to evaluate the reaction form taking into account the self-condensation reaction, that is, the silane coupling agent contributing to the improvement of dispersibility and reinforcing properties. It can be evaluated whether an effective response is obtained.

シリカ−シランカップリング剤の反応量を求めるゴム中のシリカの固体高分解能29Si−NMRのスペクトルを示す説明図である。Silica - is an explanatory diagram showing a spectrum of a high-resolution solid-state 29 Si-NMR of the silica in the rubber seeking reaction amount of the silane coupling agent. 実施例3及び比較例5の固体高分解能29Si−NMRのスペクトル図である。It is a spectrum figure of the solid high resolution 29 Si-NMR of Example 3 and Comparative Example 5.

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。   Hereinafter, matters related to the implementation of the present invention will be described in detail.

本実施形態では、ゴム成分にシリカと硫黄含有シランカップリング剤を混合した未加硫のゴム組成物を試験対象として、該ゴム組成物について、シランカップリング剤の反応率を求めるとともに、シラノール残存量を求め、求めた反応率とシラノール残存量に基づいてシランカップリング剤の反応形態を評価する。   In this embodiment, an unvulcanized rubber composition in which silica and a sulfur-containing silane coupling agent are mixed in a rubber component is used as a test object, and the reaction rate of the silane coupling agent is determined for the rubber composition, and the silanol remaining The amount is obtained, and the reaction form of the silane coupling agent is evaluated based on the obtained reaction rate and the remaining amount of silanol.

まず、試験対象としてのゴム組成物について説明する。   First, the rubber composition as a test object will be described.

一般に、シリカ配合のゴム組成物の製造方法は、ゴム成分にシリカとシランカップリング剤を添加し混合することでノンプロゴム混合物を得るノンプロ混合工程と、該ノンプロゴム混合物に加硫剤と加硫促進剤を添加し混合するファイナル混合工程(プロ混合工程)とを含む。本実施形態では、該ノンプロゴム混合物を、試験対象としての未加硫のゴム組成物として用いる。   In general, a method for producing a silica-containing rubber composition includes a non-pro mixing step of obtaining a non-pro rubber mixture by adding and mixing silica and a silane coupling agent to a rubber component, and a vulcanizing agent and a vulcanization accelerator in the non-pro rubber mixture. Final mixing step (pro-mixing step). In this embodiment, the non-pro rubber mixture is used as an unvulcanized rubber composition as a test object.

上記ゴム成分としては、特に限定されず、例えば、天然ゴム(NR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、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)及びブチルゴム(IIR)などの各種ジエン系ゴムが挙げられる。これらのゴムは、単独又は2種類以上ブレンドして用いることができる。   The rubber component is not particularly limited. For example, natural rubber (NR), epoxidized natural rubber (ENR), styrene butadiene rubber (SBR), polybutadiene rubber (BR), polyisoprene rubber (IR), ethylene propylene diene. Examples include various diene rubbers such as rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), and butyl rubber (IIR). These rubbers can be used alone or in combination of two or more.

上記シリカとしては、特に限定されず、例えば、湿式シリカ(含水ケイ酸),乾式シリカ(無水ケイ酸),ケイ酸カルシウム,ケイ酸アルミニウム等が挙げられるが、中でも湿式シリカが好ましい。シリカのコロイダル特性は、特に限定されず、例えば、BET法による窒素吸着比表面積(BET)80〜300m/gであるものが好ましく用いられ、より好ましくは100〜250m/gであり、更に好ましくは150〜230m/gである。なお、シリカのBET比表面積はISO 5794に記載のBET法の一点値により測定される。シリカの配合量は、特に限定されず、好ましくはゴム成分100質量部に対して5〜150質量部であり、より好ましくは10〜120質量部であり、更に好ましくは30〜100質量部である。 The silica is not particularly limited, and examples thereof include wet silica (hydrous silicic acid), dry silica (anhydrous silicic acid), calcium silicate, aluminum silicate, and the like. Among these, wet silica is preferable. Colloidal properties of the silica is not particularly limited, for example, those which are nitrogen adsorption specific surface area (BET) 80~300m 2 / g by BET method is preferably used, more preferably from 100 to 250 m 2 / g, further Preferably it is 150-230 m < 2 > / g. The BET specific surface area of silica is measured by a single point value of the BET method described in ISO 5794. The blending amount of silica is not particularly limited, and is preferably 5 to 150 parts by mass, more preferably 10 to 120 parts by mass, and further preferably 30 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component. .

上記シランカップリング剤としては、分子中に硫黄を含むものであれば特に限定されず、ゴム組成物においてシリカとともに配合される各種の硫黄含有シランカップリング剤を用いることができる。例えば、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(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、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(4−トリエキトシシリルブチル)ジスルフィド、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)ジスルフィドなどのスルフィドシラン;
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、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルジメチルメトキシシラン、メルカプトエチルトリエトキシシラン、式:HS−(CH−Si(OC(O(CO)−C1327で表されるエボニック・デグサ社製「VP Si363」(式中、i=平均1、j=平均2、k=平均5)などのメルカプトシラン;
3−オクタノイルチオ−1−プロピルトリエトキシシラン(式:CH(CHC(=O)S−(CH−Si(OC)、3−プロピオニルチオプロピルトリメトキシシランなどの保護化メルカプトシラン(即ち、メルカプト基がアシル基で保護されたチオールエステル構造を持つシラン化合物)などが挙げられ、これらはいずれか1種単独で、又は2種以上組み合わせて用いることができる。シランカップリング剤の配合量は、シリカ100質量部に対して2〜25質量部であることが好ましく、より好ましくは4〜15質量部である。
The silane coupling agent is not particularly limited as long as it contains sulfur in the molecule, and various sulfur-containing silane coupling agents blended with silica in the rubber composition can be used. For example, bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, bis (3-triethoxysilylpropyl) disulfide, bis (2-triethoxysilylethyl) tetrasulfide, bis (4-triethoxysilylsilyl) disulfide, bis ( Sulfide silanes such as 3-trimethoxysilylpropyl) tetrasulfide, bis (2-trimethoxysilylethyl) disulfide;
3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyldimethylmethoxysilane, mercaptoethyltriethoxysilane, formula: HS— (CH 2 ) 3 —Si ( OC 2 H 5) i (O (C 2 H 4 O) k -C 13 H 27) Evonik Degussa represented by j "VP Si363" (where, i = average 1, j = average 2, mercaptosilane such as k = average 5);
3-octanoylthio-1-propyltriethoxysilane (Formula: CH 3 (CH 2) 6 C (= O) S- (CH 2) 3 -Si (OC 2 H 5) 3), 3- propionylthiocholine trimethoxysilane Protected mercaptosilane such as silane (that is, a silane compound having a thiol ester structure in which a mercapto group is protected with an acyl group) and the like can be mentioned, and these can be used alone or in combination of two or more. it can. It is preferable that the compounding quantity of a silane coupling agent is 2-25 mass parts with respect to 100 mass parts of silica, More preferably, it is 4-15 mass parts.

上記加硫剤としては、特に限定するものではないが、通常は硫黄が用いられる。加硫剤としての硫黄としては、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、オイル処理硫黄などが挙げられる。これらはそれぞれ単独で、又は2種以上混合して用いることができる。加硫剤の配合量は、特に限定されないが、上記ゴム成分100質量部に対して0.1〜10質量部であることが好ましく、より好ましくは0.5〜5質量部である。   The vulcanizing agent is not particularly limited, but usually sulfur is used. Examples of sulfur as a vulcanizing agent include powdered sulfur, precipitated sulfur, colloidal sulfur, insoluble sulfur, and oil-treated sulfur. These may be used alone or in combination of two or more. Although the compounding quantity of a vulcanizing agent is not specifically limited, It is preferable that it is 0.1-10 mass parts with respect to 100 mass parts of said rubber components, More preferably, it is 0.5-5 mass parts.

上記加硫促進剤としては、特に限定されず、例えば、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(CBS)、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(BBS)、N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(OBS)、N,N−ジイソプロピル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(DPBS)などのスルフェンアミド系、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラブチルチウラムジスルフィド(TBTD)などのチウラム系、1,3−ジフェニルグアニジン(DPG)、1,3−ジ−O−トリルグアニジン(DOTG)などのグアニジン系、ジベンゾチアゾリルジスルフィド(MBTS)、2−メルカプトベンゾチアゾール(MBT)などのチアゾール系などが挙げられる。これらはそれぞれ単独で、又は2種以上組み合わせて用いることができる。加硫促進剤の配合量としては、特に限定するものではないが、上記ゴム成分100質量部に対して0.1〜7質量部であることが好ましく、より好ましくは0.5〜5質量部である。   The vulcanization accelerator is not particularly limited. For example, N-cyclohexyl-2-benzothiazolylsulfenamide (CBS), N-tert-butyl-2-benzothiazolylsulfenamide (BBS), N -Sulfenamides such as oxydiethylene-2-benzothiazolylsulfenamide (OBS), N, N-diisopropyl-2-benzothiazolylsulfenamide (DPBS), tetramethylthiuram disulfide (TMTD), tetrabutyl Thiuram series such as thiuram disulfide (TBTD), guanidine series such as 1,3-diphenylguanidine (DPG), 1,3-di-O-tolylguanidine (DOTG), dibenzothiazolyl disulfide (MBTS), 2-mercapto Thiazoles such as benzothiazole (MBT) And the like. These can be used alone or in combination of two or more. Although it does not specifically limit as a compounding quantity of a vulcanization accelerator, It is preferable that it is 0.1-7 mass parts with respect to 100 mass parts of said rubber components, More preferably, it is 0.5-5 mass parts. It is.

上記ゴム組成物には、その他の成分として、カーボンブラックなどの他の補強性充填剤、プロセスオイルなどの軟化剤、可塑剤、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、ワックス、樹脂類など、通常ゴム工業で使用される各種添加剤を配合することができる。   In the rubber composition, as other components, other reinforcing fillers such as carbon black, softeners such as process oil, plasticizers, anti-aging agents, zinc white, stearic acid, wax, resins, etc. Various additives used in the rubber industry can be blended.

上記ノンプロ混合工程では、ゴム成分に、シリカ、シランカップリング剤、及び、その他の添加剤を添加して混合することにより、未加硫のゴム組成物としてのノンプロゴム混合物を得る。混合は、ゴム分野において一般に使用される各種混合機、例えば、バンバリーミキサーやロール、ニーダーなどを用いて行うことができ、好ましくはバンバリーミキサー等の密閉式混練機を用いることである。かかる混合によりゴム組成物は加熱され、これにより、液体のシランカップリング剤はシリカ表面のシラノール基と反応して固体となる。   In the non-pro mixing step, a non-pro rubber mixture as an unvulcanized rubber composition is obtained by adding and mixing silica, a silane coupling agent, and other additives to the rubber component. Mixing can be performed using various mixers generally used in the rubber field, for example, a Banbury mixer, a roll, a kneader, etc., preferably using a closed kneader such as a Banbury mixer. By this mixing, the rubber composition is heated, whereby the liquid silane coupling agent reacts with silanol groups on the silica surface to become a solid.

上記ノンプロ混合工程で添加するその他の添加剤には、加硫剤と加硫促進剤を含まないことが好ましい。この段階で加硫剤や加硫促進剤を配合すると、混合時の熱により硫黄や加硫促進剤がゴム成分と結合してしまい、後記の反応率を測定する際に、抽出後もゴム組成物にこれらに由来する硫黄分が残ってしまうため、シランカップリング剤の硫黄分のみを定量することが困難になるためである。なお、加硫剤と加硫促進剤を除くその他の添加剤については、ノンプロゴム混合段階で全て配合してもよい。   It is preferable that the other additive added in the non-pro mixing step does not contain a vulcanizing agent and a vulcanization accelerator. If a vulcanizing agent or a vulcanization accelerator is blended at this stage, sulfur and the vulcanization accelerator are combined with the rubber component due to heat during mixing, and the rubber composition is also extracted after the extraction when measuring the reaction rate described later. This is because it is difficult to determine only the sulfur content of the silane coupling agent because the sulfur content derived from these remains in the product. In addition, you may mix | blend all the additives other than a vulcanizing agent and a vulcanization accelerator in a non-pro rubber mixing stage.

次に、シランカップリング剤の反応率を求める方法について説明する。   Next, a method for obtaining the reaction rate of the silane coupling agent will be described.

シランカップリング剤の反応率は、上記特許文献1(特開2010−216952号公報)に記載の方法により測定することができる。すなわち、
(a1)上記未加硫のゴム組成物に対し、ゴム成分が溶解しない溶媒を用いて抽出処理を行うことにより、ゴム組成物中に含まれる未反応のシランカップリング剤を抽出し、
(a2)抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄量を定量することで反応済みのシランカップリング剤の含有量を求めるか、又は、抽出液に含まれる硫黄量を定量することで未反応のシランカップリング剤の含有量を求め、
(a3)求めた反応済み又は未反応のシランカップリング剤の含有量を、前記シランカップリング剤の配合量と比較することによりシランカップリング剤の反応率を求める。
The reaction rate of the silane coupling agent can be measured by the method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-216952). That is,
(A1) Extracting the unreacted silane coupling agent contained in the rubber composition by subjecting the unvulcanized rubber composition to extraction using a solvent in which the rubber component does not dissolve,
(A2) The content of the reacted silane coupling agent is determined by quantifying the amount of sulfur contained in the rubber composition after extraction, or the amount of sulfur contained in the extract is unreacted Find the silane coupling agent content,
(A3) The reaction rate of the silane coupling agent is obtained by comparing the obtained content of the reacted or unreacted silane coupling agent with the blending amount of the silane coupling agent.

上記(a1)の抽出処理を行う際には、シランカップリング剤が抽出しやすいように、未加硫のゴム組成物を例えば1mm以下のシート状としておくことが好ましい。抽出溶媒としては、ゴム成分のポリマーは溶解しないが、未反応のシランカップリング剤を含む薬品が溶解する各種有機溶媒、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、アセトニトリルなどを用いることができる。抽出処理により、未反応のシランカップリング剤と反応済みのシランカップリング剤を分離することができる。なお、抽出処理方法としては、ソックスレー抽出によることが好ましい。   When the extraction treatment (a1) is performed, it is preferable that the unvulcanized rubber composition is made into a sheet of 1 mm or less, for example, so that the silane coupling agent can be easily extracted. As the extraction solvent, the rubber component polymer does not dissolve, but various organic solvents in which chemicals including unreacted silane coupling agent dissolve, such as acetone, methyl ethyl ketone, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, acetonitrile Etc. can be used. By the extraction treatment, the unreacted silane coupling agent and the reacted silane coupling agent can be separated. In addition, as an extraction processing method, it is preferable to use Soxhlet extraction.

上記(a2)の硫黄量の定量は、公知の種々の硫黄分析装置を用いて行うことができ、例えば、イオンクロマトグラフ法(日本ダイオネクス株式会社製「ICS−1500」)や、酸素気流燃焼−赤外線吸収法(LECOジャパン株式会社製硫黄炭素分析装置「SC−632」)などが挙げられる。その際、抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄量を定量してもよく、あるいはまた、抽出液に含まれる硫黄量を定量してもよいが、測定精度の点から前者の方が好ましい。   The amount of sulfur in the above (a2) can be determined using various known sulfur analyzers, such as ion chromatography (“ICS-1500” manufactured by Nippon Dionex Co., Ltd.), oxygen stream combustion— An infrared absorption method (LECO Japan Co., Ltd. sulfur carbon analyzer "SC-632") etc. are mentioned. At that time, the amount of sulfur contained in the rubber composition after extraction may be quantified, or the amount of sulfur contained in the extract may be quantified, but the former is preferable from the viewpoint of measurement accuracy.

上記(a3)において、シランカップリング剤の反応率Aは、下記式(1)により求めることができる。   In said (a3), the reaction rate A of a silane coupling agent can be calculated | required by following formula (1).

反応率A(%)={(S−S)/S}×(m/m)×100 …(1) Reaction rate A (%) = {(S−S 0 ) / S r } × (m / m 0 ) × 100 (1)

式中、Sは、抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄分(質量%)である。Sは、前記シランカップリング剤を除いて同配合のゴム組成物について測定した抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄分(質量%)である。Sは、前記シランカップリング剤の配合量から算出される抽出前のゴム組成物中に含まれるシランカップリング剤による硫黄分(質量%)である。また、mは抽出前のゴム組成物の質量であり、mは抽出後のゴム組成物(好ましくは、抽出後、真空乾燥等により乾燥したゴム組成物)の質量である。 In formula, S is a sulfur content (mass%) contained in the rubber composition after extraction. S 0 is the sulfur content (% by mass) contained in the rubber composition after extraction measured for the rubber composition of the same composition excluding the silane coupling agent. Sr is the sulfur content (mass%) by the silane coupling agent contained in the rubber composition before extraction calculated from the blending amount of the silane coupling agent. M 0 is the mass of the rubber composition before extraction, and m is the mass of the rubber composition after extraction (preferably a rubber composition dried by vacuum drying after extraction).

次に、シラノール残存量を求める方法について説明する。   Next, a method for determining the residual amount of silanol will be described.

シラノール残存量は、固体高分解能29Si−NMR測定により、上記未加硫のゴム組成物中のシリカのスペクトルを得て、該スペクトルの帰属から求めることができる。その際、測定対象としてのゴム組成物としては、上記未加硫のゴム組成物そのものでもよく、あるいはまた、バウンドラバー状態のものでもよい。ここで、バウンドラバー状態のものとは、上記未加硫のゴム組成物をトルエンなどの溶剤で溶かし、これにより得られたバウンドラバーを表層部に有するシリカのことである。 The residual amount of silanol can be obtained from the attribution of the spectrum obtained by obtaining a spectrum of silica in the unvulcanized rubber composition by solid high-resolution 29 Si-NMR measurement. At that time, the rubber composition as a measurement target may be the above-mentioned unvulcanized rubber composition itself, or may be in a bound rubber state. Here, the thing of a bound rubber state is a silica which melt | dissolves the said unvulcanized rubber composition with solvents, such as toluene, and has the bound rubber obtained by this in a surface layer part.

固体高分解能29Si−NMR(CP/MAS)の測定自体は、例えば、上記特許文献2(特開2006−337342号公報)や非特許文献1(Rubber Chemistry And Technology, Vol.70, p.608-623)に記載された公知の方法を用いることができる。 The measurement itself of high-resolution solid-state 29 Si-NMR (CP / MAS) is, for example, the above-mentioned Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-337342) and Non-Patent Document 1 (Rubber Chemistry And Technology, Vol. 70, p. 608). -623) can be used.

上記未加硫のゴム組成物に対し、固体高分解能29Si−NMR測定を行うことにより、図1に示すようなシリカのスペクトルが得られる。各スペクトルの帰属については、上記特許文献2や非特許文献1に記載された通りであり、−85〜−95ppm付近にピークをもつのがQ2構造(Si原子に2個のOH基が結合)、−96〜−105ppm付近にピークをもつのがQ3構造(Si原子に1個のOH基が結合)、及び、−106〜−115ppm付近にピークをもつのがQ4構造(Si原子にOH基が結合していない)をそれぞれ示す。そして、上記Q2、Q3及びQ4の各構造につき、ピーク面積(積分強度)SQ2,SQ3及びSQ4をそれぞれ求め、下記式(2)によりシラノール残存量Bを算出する。 By performing solid high resolution 29 Si-NMR measurement on the unvulcanized rubber composition, a silica spectrum as shown in FIG. 1 is obtained. The attribution of each spectrum is as described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, and a Q2 structure (two OH groups are bonded to Si atoms) has a peak near −85 to −95 ppm. The Q3 structure (one OH group is bonded to Si atom) has a peak in the vicinity of -96 to -105 ppm, and the Q4 structure (OH group in Si atom has a peak in the vicinity of -106 to -115 ppm). Are not connected). Then, peak areas (integrated intensities) S Q2 , S Q3, and S Q4 are obtained for each of the structures of Q2, Q3, and Q4, and the silanol residual amount B is calculated by the following formula (2).

シラノール残存量B=(SQ2+SQ3)/SQ4 …(2) Silanol remaining amount B = (S Q2 + S Q3 ) / S Q4 (2)

シリカとシランカップリング剤との反応が多いほど、シリカ表面のシラノール基が少なくなり、即ちQ2及びQ3構造が少なくなって、Q4構造が多くなる。そのため、Q4構造のピーク面積SQ4に対するQ2及びQ3構造のピーク面積の和(SQ2+SQ3)の比は、シリカ表面に存在するシラノール基の量、即ちシラノール残存量Bを示す指標となり、この値が大きいほどシラノール基の残存量が多く、小さいほどシラノール基の残存量が少ないことを示す。 The more reaction between the silica and the silane coupling agent, the less silanol groups on the silica surface, that is, the fewer Q2 and Q3 structures and the larger the Q4 structure. Therefore, the ratio of the sum (S Q2 + S Q3) of the peak area of Q2 and Q3 structures to the peak area S Q4 of Q4 structure, the amount of silanol groups present on the silica surface, i.e. be an index indicating the silanol remaining amount B, the The larger the value, the larger the remaining amount of silanol groups, and the smaller the value, the smaller the remaining amount of silanol groups.

次に、上記で求めたシランカップリング剤の反応率Aとシラノール残存量Bに基づいてシランカップリング剤の反応形態を評価する方法について説明する。   Next, a method for evaluating the reaction mode of the silane coupling agent based on the reaction rate A and silanol remaining amount B of the silane coupling agent determined above will be described.

上記のように、シランカップリング剤の反応は、シリカのシラノール基との結合反応だけでなく、シランカップリング剤同士が反応する自己縮合反応もあるが、上記反応率Aには、両反応が含まれており区別できない。そのため、シラノール残存量Bを参照して反応形態を評価する。シラノール残存量Bが多いということは、上記結合反応が少ないことを意味し、自己縮合反応が多いことを示す。すなわち、シラノール残存量Bは自己縮合の相対的大小を示す指標となる。反応率Aが同じであっても、シラノール残存量Bの値が大きければ、自己縮合反応が多く、シリカの分散性や補強性の改良に有効な上記結合反応が少ないことを意味する。一方、反応率Aが高く、かつシラノール残存量Bの値が小さければ、シリカの分散性や補強性の改良に有効な上記結合反応が多いことを意味する。そのため、反応率Aとともにシラノール残存量Bを求めることにより、自己縮合反応を加味した反応形態を評価することができ、分散性や補強性の改良に寄与するシランカップリング剤の有効な反応が得られているかどうかを評価することができる。   As described above, the reaction of the silane coupling agent includes not only a binding reaction with a silanol group of silica but also a self-condensation reaction in which the silane coupling agents react with each other. It is included and cannot be distinguished. Therefore, the reaction form is evaluated with reference to the residual amount B of silanol. A large amount of residual silanol B means that the above-mentioned bonding reaction is small and indicates that there are many self-condensation reactions. That is, the silanol residual amount B is an index indicating the relative magnitude of self-condensation. Even if the reaction rate A is the same, if the value of the residual amount B of silanol is large, it means that there are many self-condensation reactions and there are few said coupling reactions effective in improving the dispersibility and reinforcing properties of silica. On the other hand, if the reaction rate A is high and the value of the residual amount of silanol B is small, it means that there are many bonding reactions effective for improving the dispersibility and reinforcement of silica. Therefore, by obtaining the silanol residual amount B together with the reaction rate A, it is possible to evaluate the reaction form taking into account the self-condensation reaction, and an effective reaction of the silane coupling agent that contributes to the improvement of dispersibility and reinforcement is obtained. Can be evaluated.

具体的な評価方法としては、反応率Aとシラノール残存量Bから、下記式(3)によりシランカップリング剤の有効反応指数Cを算出することである。   A specific evaluation method is to calculate the effective reaction index C of the silane coupling agent from the reaction rate A and the silanol residual amount B by the following formula (3).

有効反応指数C=(反応率A[%])/(シラノール残存量B) …(3)   Effective reaction index C = (reaction rate A [%]) / (silanol remaining amount B) (3)

有効反応指数Cの値が大きいほど、自己縮合反応が少なく、結合反応が多いことを示しており、すなわちシランカップリング剤の自己縮合が少なく、シリカ表面と効果的に反応していることを示す。逆に、有効反応指数Cの値が小さいということは、シランカップリング剤の反応量自体が少ないか(すなわち、反応率Aが低い)、又は、反応量自体は多いものの、自己縮合反応が多く、シリカ表面と効果的に反応していないことを示す。   The larger the value of the effective reaction index C, the less the self-condensation reaction and the more the coupling reaction, that is, the less the self-condensation of the silane coupling agent and the more effective reaction with the silica surface. . Conversely, a small value of the effective reaction index C means that the reaction amount of the silane coupling agent itself is small (that is, the reaction rate A is low) or the reaction amount itself is large but the self-condensation reaction is large. , Indicating that it does not react effectively with the silica surface.

そのため、有効反応指数Cが所定の値以上か否かに基づいてシリカの反応形態を評価することができる。かかる所定の値として、有効反応指数Cの値は75以上であることが好ましく、シリカ表面との有効な反応量を確保して、シリカの分散性や補強性の改良効果を高めることができる。より好ましくは80以上である。有効反応指数Cの上限値は、ゴム組成物の物性の点からは特に限定されないが、未加硫段階でのムーニー粘度の上昇を抑えることができるという点で、115以下であることが好ましい。   Therefore, the reaction form of silica can be evaluated based on whether the effective reaction index C is equal to or greater than a predetermined value. As the predetermined value, the value of the effective reaction index C is preferably 75 or more, and an effective amount of reaction with the silica surface can be secured to enhance the effect of improving the dispersibility and reinforcement of silica. More preferably, it is 80 or more. The upper limit of the effective reaction index C is not particularly limited from the viewpoint of the physical properties of the rubber composition, but is preferably 115 or less in that an increase in Mooney viscosity at the unvulcanized stage can be suppressed.

シランカップリング剤の反応形態を評価する際には、上記有効反応指数Cとともに、反応率Aが所定の値以上か否か基づいて評価することが好ましい。有効反応指数C及び反応率Aがともにそれぞれ所定の値以上であれば、自己縮合反応が少なく、シリカ表面との有効な反応量が多い反応形態であると評価することができ、シリカの分散性や補強性の改良効果に優れた結果が得られる。かかる所定の値として、反応率Aは75%以上であることが好ましく、より好ましくは80%以上であり、更に好ましくは90%以上である。   When evaluating the reaction form of the silane coupling agent, it is preferable to evaluate based on whether the reaction rate A is not less than a predetermined value together with the effective reaction index C. If both the effective reaction index C and the reaction rate A are each equal to or higher than a predetermined value, it can be evaluated that the reaction form has few self-condensation reactions and a large amount of effective reaction with the silica surface. And excellent results in improving the reinforcing property. As the predetermined value, the reaction rate A is preferably 75% or more, more preferably 80% or more, and further preferably 90% or more.

このように有効反応指数Cで評価する代わりに、シランカップリング剤の反応率Aとシラノール残存量Bのそれぞれの値に基づいて、シランカップリング剤の反応形態を評価してもよい。すなわち、反応率Aが所定の値以上か否かと、シラノール残存量Bが所定の値以下か否かとに基づいて反応形態を評価してもよい。この場合、反応率Aの値が高く、かつシラノール残存量Bの値が低いほど、シランカップリング剤の自己縮合が少なく、シリカ表面と効果的に反応していることを示す。そのため、反応率Aが所定の値以上かつシラノール残存量Bが所定の値以下であれば、シリカ表面との有効な反応量が多い反応形態であると評価することができる。この場合の所定の値として、反応率Aは、75%以上であることが好ましく、より好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上である。また、シラノール残存量Bの値は、1.25以下であることが好ましく、より好ましくは1.00以下である。シラノール残存量Bの下限は特に限定されないが、通常は0.70以上である。   Instead of evaluating with the effective reaction index C in this way, the reaction form of the silane coupling agent may be evaluated based on the respective values of the reaction rate A of the silane coupling agent and the residual amount B of silanol. That is, the reaction form may be evaluated based on whether the reaction rate A is equal to or greater than a predetermined value and whether the residual amount of silanol B is equal to or less than a predetermined value. In this case, the higher the value of the reaction rate A and the lower the residual silanol amount B, the less the self-condensation of the silane coupling agent, indicating that the silica surface is effectively reacted. Therefore, if the reaction rate A is a predetermined value or more and the silanol residual amount B is a predetermined value or less, it can be evaluated that the reaction form has a large effective reaction amount with the silica surface. As a predetermined value in this case, the reaction rate A is preferably 75% or more, more preferably 80% or more, and further preferably 90% or more. The silanol residual amount B is preferably 1.25 or less, and more preferably 1.00 or less. The lower limit of the silanol residual amount B is not particularly limited, but is usually 0.70 or more.

次に、本実施形態に係るゴム組成物の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the rubber composition which concerns on this embodiment is demonstrated.

該製造方法としては、ゴム成分にシリカと硫黄含有シランカップリング剤を添加し、加硫促進剤と加硫剤を添加せずに混合して、前記シランカップリング剤の反応率Aが75%以上であり、かつ前記有効反応指数Cが75〜115であるゴム組成物(ノンプロゴム混合物)を調製し、次いで、得られたゴム組成物に加硫促進剤と加硫剤を添加して混合(ファイナル混合)することで、加硫剤を含むゴム組成物を調製することができる。   As the production method, silica and a sulfur-containing silane coupling agent are added to a rubber component, and they are mixed without adding a vulcanization accelerator and a vulcanizing agent. The reaction rate A of the silane coupling agent is 75%. A rubber composition (non-pro rubber mixture) having an effective reaction index C of 75 to 115 is prepared as described above, and then a vulcanization accelerator and a vulcanizing agent are added to the obtained rubber composition and mixed ( By performing final mixing, a rubber composition containing a vulcanizing agent can be prepared.

このような反応率Aと有効反応指数Cを有するノンプロゴム混合物を得るための具体的な方法としては、特に限定されないが、ゴム成分にシリカとシランカップリング剤を添加し最高混合温度を120〜150℃として混合することでノンプロゴム混合物を得た後、該ノンプロゴム混合物を常温域(15〜30℃)で熟成させることが好ましい。   A specific method for obtaining such a non-pro rubber mixture having a reaction rate A and an effective reaction index C is not particularly limited, but silica and a silane coupling agent are added to the rubber component, and the maximum mixing temperature is 120 to 150. After obtaining a non-pro rubber mixture by mixing at a temperature of 0 ° C., the non-pro rubber mixture is preferably aged at room temperature (15 to 30 ° C.).

このようにノンプロ混合時における最高混合温度を通常よりもやや低く設定することにより、ノンプロ混合時に高温で排出することにより進行量が多くなるシランカップリング剤の自己縮合反応を抑えることができる。該最高混合温度は、より好ましくは120〜140℃である。   Thus, by setting the maximum mixing temperature at the time of non-pro mixing slightly lower than usual, it is possible to suppress the self-condensation reaction of the silane coupling agent that increases in progress by discharging at a high temperature at the time of non-pro mixing. The maximum mixing temperature is more preferably 120 to 140 ° C.

また、このようにして得られたノンプロゴム混合物を常温域で一定時間熟成させることにより、シリカとシランカップリング剤との結合反応を有利に進行させて、反応率Aと有効反応指数Cの値を高めることができ、補強性と低発熱性を向上することができる。熟成温度は20〜30℃であることがより好ましい。また、ノンプロゴム混合物を熟成される熟成時間は、80〜300時間であることが好ましく、より好ましくは100〜250時間である。   Further, by aging the non-pro-rubber mixture obtained in this way for a certain period of time in the normal temperature range, the coupling reaction between the silica and the silane coupling agent is advantageously advanced, and the reaction rate A and the effective reaction index C are determined. It is possible to improve the reinforcing property and the low heat generation property. The aging temperature is more preferably 20 to 30 ° C. The aging time for aging the non-pro rubber mixture is preferably 80 to 300 hours, more preferably 100 to 250 hours.

本実施形態では、常温域で熟成した後に、熟成したゴム混合物に加硫剤と加硫促進剤を添加し混合するファイナル混合工程を行う。ファイナル混合工程での混合も、ゴム分野において一般に使用される各種混合機、例えば、バンバリーミキサーやロール、ニーダーなどを用いて行うことができる。ファイナル混合は、比較的低温(100℃以下)で行うことが好ましく、これにより、架橋の進行による未加硫ゴム組成物のムーニー粘度の上昇を抑えることができる。   In this embodiment, after aging in a normal temperature range, a final mixing step is performed in which a vulcanizing agent and a vulcanization accelerator are added to and mixed with the aged rubber mixture. Mixing in the final mixing step can also be performed using various mixers generally used in the rubber field, for example, a Banbury mixer, a roll, a kneader or the like. The final mixing is preferably carried out at a relatively low temperature (100 ° C. or lower), whereby the increase in Mooney viscosity of the unvulcanized rubber composition due to the progress of crosslinking can be suppressed.

なお、上記実施形態では、ノンプロ混合工程として1回の混合工程の場合について説明したが、ノンプロ混合工程を複数回に分けて複数回の混合工程の後に、熟成工程を行ってもよい。また、ノンプロ混合工程の後に、添加剤を添加せずに再練りを行うリミル工程を実施し、その後、上記熟成工程を行うようにしてもよい。また、熟成工程の後に、追加のノンプロ混合工程を実施し、その後ファイナル混合工程を行うようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the case of one mixing step as the non-pro mixing step has been described, but the non-pro mixing step may be divided into a plurality of times and the aging step may be performed after the plurality of mixing steps. Further, after the non-pro mixing step, a remill step of re-kneading without adding an additive may be performed, and then the aging step may be performed. Further, after the ripening step, an additional non-pro mixing step may be performed, and then the final mixing step may be performed.

この例では、上記のようにノンプロゴム混合物(特には熟成後)について上記所定の反応率A及び有効反応指数Cのものを得るが、これらの特性を測定すること自体はゴム組成物の製造方法において必須ではない。すなわち、ゴム組成物の製造工程を定める際に上記ノンプロゴム混合物での反応率A及び有効反応指数Cを測定して、これらが上記所定範囲内に入るように排出温度や熟成条件などを決定しておけば、実際のゴム組成物の製造に際しては反応率を測定する必要はない。もちろん、ゴム組成物の製造方法として、上記反応率の測定ステップを含むものであってもよい。   In this example, the non-pro rubber mixture (especially after aging) as described above is obtained with the above predetermined reaction rate A and effective reaction index C. However, measuring these characteristics itself is a method for producing a rubber composition. Not required. That is, when determining the production process of the rubber composition, the reaction rate A and the effective reaction index C in the non-pro rubber mixture are measured, and the discharge temperature and the aging conditions are determined so that they are within the predetermined range. In this case, it is not necessary to measure the reaction rate in the actual production of the rubber composition. Of course, the method for producing the rubber composition may include a step for measuring the reaction rate.

このようにして得られるゴム組成物の用途は、特に限定されず、タイヤ(例えば、トレッドやサイドウォール、ビード部などの各部位)、防振ゴム(例えば、エンジンマウント、ストラットマウント、ボディマウント、サスペンションブッシュなど)、免震ゴム(建築用免震ゴムなど)、コンベアベルトなどのベルトなど、各種ゴム製品に用いることができる。好ましくは、タイヤに用いることであり、常法に従い、例えば140〜200℃で加硫成形することにより、各種空気入りタイヤのゴム部分(トレッドゴムやサイドウォールゴムなど)を構成することができる。   The use of the rubber composition thus obtained is not particularly limited, and tires (eg, parts such as treads, sidewalls, and bead parts), vibration-proof rubbers (eg, engine mounts, strut mounts, body mounts, Suspension bush, etc.), seismic isolation rubber (construction seismic isolation rubber, etc.), and belts such as conveyor belts can be used for various rubber products. Preferably, it is used for a tire, and rubber parts (tread rubber, sidewall rubber, etc.) of various pneumatic tires can be constituted by vulcanization molding at 140 to 200 ° C., for example, according to a conventional method.

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

[第1実施例]
ゴム組成物の配合は下記表1に示す通りであり、実施例及び比較例ともに共通の配合とした。
[First embodiment]
The blending of the rubber composition is as shown in Table 1 below, and the blending was common to the examples and comparative examples.

ゴム組成物の調製に際しては、まず、ノンプロ混合工程において、硫黄と加硫促進剤を除く成分をバンバリーミキサーで混合し、表2に示す排出温度にて排出して、ノンプロゴム混合物を得た。得られたノンプロゴム混合物は、ロールを用いて厚さ=2mmのシート状に形成した。次いで、比較例1,3,4,5,6及び8では、常温熟成せずに、ノンプロ混合後、直ちにファイナル混合工程を行うことでゴム組成物を調製した。ファイナル混合は、ノンプロゴム混合物に硫黄及び加硫促進剤を加えて、オープンロールにより60℃で5分間練り込んで行った。これに対し、実施例1〜3及び比較例2,7及び9では、上記シート状のノンプロゴム混合物を常温(25℃)で168時間熟成させた後、比較例1と同様にファイナル混合工程を行うことでゴム組成物を調製した。   In preparing the rubber composition, first, in the non-pro mixing step, the components excluding sulfur and the vulcanization accelerator were mixed with a Banbury mixer and discharged at the discharge temperature shown in Table 2 to obtain a non-pro rubber mixture. The obtained non-pro rubber mixture was formed into a sheet having a thickness of 2 mm using a roll. Next, in Comparative Examples 1, 3, 4, 5, 6 and 8, a rubber composition was prepared by performing a final mixing step immediately after non-pro mixing without aging at room temperature. Final mixing was performed by adding sulfur and a vulcanization accelerator to the non-pro rubber mixture and kneading with an open roll at 60 ° C. for 5 minutes. In contrast, in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2, 7 and 9, the sheet-like non-pro rubber mixture was aged at room temperature (25 ° C.) for 168 hours, and then the final mixing step was performed in the same manner as in Comparative Example 1. Thus, a rubber composition was prepared.

上記ゴム組成物の調製過程において、ファイナル混合前のノンプロゴム混合物(常温熟成なしの例についてはノンプロ混合直後のもの、常温熟成した例については常温熟成直後のもの)について、シランカップリング剤の反応率A、シラノール残存量B、及び有効反応指数Cを求めた。   In the process of preparing the rubber composition, the reaction rate of the silane coupling agent with respect to the non-pro rubber mixture before final mixing (in the case of non-normal temperature aging, immediately after non-pro mixing, in the case of normal temperature aging, immediately after normal temperature aging) A, residual amount B of silanol, and effective reaction index C were determined.

ファイナル混合後の各ゴム組成物について、未加硫状態でのムーニー粘度を測定するとともに、160℃×30分間で加硫した所定形状の試験サンプルについて、300%モジュラスを測定した。また、該ゴム組成物を用いて、キャップ/ベース構造のトレッドを有するタイヤのキャップトレッドに適用し、205/65R15 94Hの空気入りラジアルタイヤを常法に従い製造し、転がり抵抗を評価した。各測定・評価方法は以下の通りである。   For each rubber composition after final mixing, the Mooney viscosity in an unvulcanized state was measured, and a 300% modulus was measured for a test sample having a predetermined shape vulcanized at 160 ° C. for 30 minutes. Further, the rubber composition was applied to a cap tread of a tire having a tread having a cap / base structure, and a 205 / 65R159H pneumatic radial tire was produced according to a conventional method, and rolling resistance was evaluated. Each measurement / evaluation method is as follows.

(シランカップリング剤の反応率A)
質量m=1.00gに調整した厚み1mm以下のシート状の試料を、アセトンで8時間ソックスレー抽出を行い、抽出後のゴム組成物を30℃で5時間真空乾燥して質量mを測定した。次いで、日本ダイオネクス株式会社製イオンクロマトグラフ「ICS−1500」により、抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄分S(硫黄濃度:質量%)を求めた。また、表1に示す配合においてシランカップリング剤を配合しない以外は同一のゴム組成物を同様の操作により作製し、抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄分S(質量%)を求め、上記式(1)によりシランカップリング剤の反応率Aを求めた。なお、シランカップリング剤の配合量から算出される抽出前のゴム組成物中に含まれるシランカップリング剤による硫黄分S(質量%)は0.587である。
(Reaction rate A of silane coupling agent)
A sheet-like sample with a thickness of 1 mm or less adjusted to mass m 0 = 1.00 g was subjected to Soxhlet extraction with acetone for 8 hours, and the rubber composition after extraction was vacuum-dried at 30 ° C. for 5 hours to measure mass m. . Subsequently, the sulfur content S (sulfur concentration: mass%) contained in the rubber composition after extraction was determined by an ion chromatograph “ICS-1500” manufactured by Nippon Dionex Co., Ltd. Also, except for not blending the silane coupling agent in the formulation shown in Table 1 were prepared by the same operation with the same rubber composition, determine the sulfur content S 0 (wt%) contained in the rubber composition after extraction, The reaction rate A of the silane coupling agent was determined from the above formula (1). Incidentally, the sulfur content S r (wt%) with a silane coupling agent contained in the rubber composition before extraction, which is calculated from the amount of the silane coupling agent is 0.587.

(シラノール残存量B)
ノンプロゴム混合物をトルエンに浸けて室温で24時間放置した後、更にトルエンを交換して24時間浸けることでゴムポリマーを溶出させ、その後、50℃で2時間真空乾燥することにより、バウンドラバー状態のシリカを得た。これを測定試料として、固体高分解能29Si−NMR測定を行った。詳細には、NMR装置としてBruker社製のAVANCE400を用い、測定モードは29Si−NMR,CP−MAS法(交差分極−マジック角回転法)とし、マジック角回転数:4000Hz、コンタクトタイム:5msec、積算回数:2048回、及び、遅延時間:5secとして、シリカのスペクトルを求めた。そして、該スペクトルから上記Q2、Q3及びQ4構造の各ピーク面積SQ2,SQ3,SQ4を、Bruker社製の標準ソフトTopspinによりデコンヴォルーション(Deconvolution)を行い算出し、上記式(2)によりシラノール残存量Bを求めた。
(Silanol remaining amount B)
After immersing the non-pro rubber mixture in toluene and allowing it to stand at room temperature for 24 hours, the rubber polymer is eluted by further replacing the toluene and immersing for 24 hours, and then vacuum-dried at 50 ° C. for 2 hours to produce silica in a bound rubber state. Got. Using this as a measurement sample, solid high-resolution 29 Si-NMR measurement was performed. Specifically, an AVANCE400 manufactured by Bruker is used as the NMR apparatus, the measurement mode is 29 Si-NMR, CP-MAS method (cross polarization-magic angle rotation method), magic angle rotation speed: 4000 Hz, contact time: 5 msec, The spectrum of silica was obtained by setting the number of integrations: 2048 times and the delay time: 5 sec. Then, the peak areas S Q2 , S Q3 , and S Q4 of the Q2, Q3, and Q4 structures are calculated from the spectrum by performing deconvolution with standard software Topspin manufactured by Bruker, and the above formula (2) Thus, the residual amount B of silanol was determined.

(有効反応指数C)
上記で求めたシランカップリング剤の反応率Aとシラノール残存量Bから、上記式(3)により有効反応指数Cを算出した。
(Effective response index C)
From the reaction rate A and silanol residual amount B of the silane coupling agent determined above, the effective reaction index C was calculated by the above formula (3).

(ムーニー粘度)
JIS K6300に準拠して東洋精機(株)製ロータレスムーニー測定機を用い、未加硫ゴムを100℃で1分間余熱後、4分後のトルク値をムーニー単位で測定した値であり、比較例5の値を100とした指数で表示した。指数が小さいほど粘度が低く、加工性に優れることを示す。
(Mooney viscosity)
Using a Toyo Seiki Co., Ltd. rotorless Mooney measuring machine in accordance with JIS K6300, after preheating the unvulcanized rubber at 100 ° C for 1 minute, the torque value after 4 minutes was measured in Mooney units. Displayed as an index with the value of Example 5 taken as 100. The smaller the index, the lower the viscosity and the better the workability.

(300%モジュラス)
JIS K6251に準じて引張試験(ダンベル3号形)を実施し、300%伸長時のモジュラス値を比較例5の数値を100とした指数で表示した。300%モジュラスは値が大きいほどシランカップリング剤がシリカ補強に対して効果があることを示しており、従って、上記指数が大きい程、補強性に優れ、望ましいことを示す。
(300% modulus)
A tensile test (dumbbell No. 3 type) was conducted according to JIS K6251 and the modulus value at 300% elongation was displayed as an index with the value of Comparative Example 5 as 100. The larger the value of the 300% modulus, the more effective the silane coupling agent is for silica reinforcement. Therefore, the larger the index, the better the reinforcing property and the more desirable.

(転がり抵抗)
使用リムを15×6.5JJとしてタイヤを装着し、空気圧230kPa、荷重4.4kNとして、転がり抵抗測定用の1軸ドラム試験機にて23℃で80km/hで走行させたときの転がり抵抗を測定した。結果は、比較例5の値を100とした指数で表示した。指数が小さいほど、転がり抵抗が小さく(低発熱性に優れ)、従って燃費性に優れることを示す。
(Rolling resistance)
Rolling resistance when running at 23km and 80km / h on a single-axis drum tester for rolling resistance measurement, with a rim of 15x6.5JJ and tires mounted, air pressure of 230kPa and load of 4.4kN It was measured. The results were expressed as an index with the value of Comparative Example 5 being 100. The smaller the index, the smaller the rolling resistance (excellent in low heat generation), and thus the better fuel economy.

図2は、実施例3と比較例5について、固体高分解能29Si−NMR測定によるシリカのスペクトル図である。図示されたように、常温熟成していない比較例5に対し、常温熟成した実施例3では、−85〜−95ppmにおけるQ2構造のピークと−96〜−105ppmにおけるQ3構造のピークが下がっており、すなわち、シリカ表面に残存するシラノール基の比率が下がっており、シラノール残存量Bの値が小さくなっていた。 FIG. 2 is a spectrum diagram of silica in Example 3 and Comparative Example 5 by solid-state high-resolution 29 Si-NMR measurement. As shown in the figure, in comparison with Comparative Example 5 which was not aged at room temperature, in Example 3 which was aged at room temperature, the peak of Q2 structure at −85 to −95 ppm and the peak of Q3 structure at −96 to −105 ppm were lowered. That is, the ratio of silanol groups remaining on the silica surface was lowered, and the value of the remaining amount B of silanol was small.

表2に示すように、シランカップリング剤の反応率Aが高いほど、各物性値が概ね良好となる傾向が見られたが、例えば、比較例6〜9のように、反応率Aが高くても、有効反応指数Cが低い場合は、ムーニー粘度が高く、性能に劣っていた。これに対し、反応率Aが75%以上かつ有効反応指数Cが75以上であり、反応率Aと有効反応指数Cがともに高い実施例1〜3では、ムーニー粘度は低く、300%モジュラスは高く、転がり抵抗は低くなっており、いずれも特性として優れていた。このように反応率Aだけでなく、有効反応指数Cも加味することにより、シランカップリング剤の反応形態をより正確に評価することができる。   As shown in Table 2, the higher the reaction rate A of the silane coupling agent, the more generally each physical property value tended to be favorable. For example, as in Comparative Examples 6 to 9, the reaction rate A was high. However, when the effective reaction index C was low, the Mooney viscosity was high and the performance was poor. On the other hand, in Examples 1 to 3, where the reaction rate A is 75% or more and the effective reaction index C is 75 or more, and both the reaction rate A and the effective reaction index C are high, the Mooney viscosity is low and the 300% modulus is high. The rolling resistance was low, and all of them were excellent in characteristics. Thus, by considering not only the reaction rate A but also the effective reaction index C, the reaction form of the silane coupling agent can be more accurately evaluated.

また、ノンプロ混合後に常温熟成することにより、反応率Aを高めるとともに、シラノール残存量Bの値を効果的に下げることができ、有効反応指数Cを高めることができた。これは、シランカップリング剤が常温で穏やかにシリカ粒子表面と反応することにより理想的に働いており、すなわち、自己縮合反応を抑えながら、結合反応が進行しているためと考えられる。この点、物性データについても、各排出温度において常温熟成の有無で対比すれば明らかなように、常温熟成により反応率A及び有効反応指数Cが高くなることで、物性値も良好となっている。なお、排出温度が高い場合(比較例6〜9)、シランカップリング剤の反応がノンプロ混合排出の段階でかなり進んでしまっているため、自己縮合反応を抑えるという常温熟成による効果代が小さく、ムーニー粘度も増加していた。   Moreover, by aging at room temperature after non-pro mixing, the reaction rate A was increased, the value of the remaining amount of silanol B was effectively reduced, and the effective reaction index C was increased. This is considered to be because the silane coupling agent works ideally by gently reacting with the surface of the silica particles at room temperature, that is, the binding reaction proceeds while suppressing the self-condensation reaction. In this respect, as for physical property data, as is clear from the presence or absence of normal temperature aging at each discharge temperature, the reaction rate A and the effective reaction index C are increased by normal temperature aging, and the physical property values are also good. . In addition, when the discharge temperature is high (Comparative Examples 6 to 9), the reaction of the silane coupling agent has advanced considerably at the stage of non-pro mixed discharge, so the effect cost due to room temperature aging to suppress the self-condensation reaction is small, Mooney viscosity also increased.

[第2実施例]
ゴム組成物の配合は、シランカップリング剤(デグサ社製「Si69」)の配合量を、第1実施形態の6質量部から12質量部に変更し、その他は第1実施例と同様とした。下記表3に示す条件に従い、比較例10,12,13,14及び15では、常温熟成せずに、ノンプロ混合後、直ちにファイナル混合工程を行うことでゴム組成物を調製した。また、実施例4〜6及び比較例11,16では、上記シート状のノンプロゴム混合物を常温(25℃)で168時間熟成させた後、ファイナル混合工程を行うことでゴム組成物を調製した。その他の調製方法は第1実施例と同様である。
[Second Embodiment]
In the composition of the rubber composition, the compounding amount of the silane coupling agent (“Si69” manufactured by Degussa) was changed from 6 parts by mass to 12 parts by mass in the first embodiment, and the others were the same as in the first example. . According to the conditions shown in Table 3 below, in Comparative Examples 10, 12, 13, 14, and 15, rubber compositions were prepared by performing a final mixing step immediately after non-pro mixing without aging at room temperature. In Examples 4 to 6 and Comparative Examples 11 and 16, the above-mentioned sheet-like non-pro rubber mixture was aged at room temperature (25 ° C.) for 168 hours, and then a final mixing step was performed to prepare a rubber composition. Other preparation methods are the same as those in the first example.

各実施例及び比較例について、第1実施例と同様に、ファイナル混合前のノンプロゴム混合物につき、シランカップリング剤の反応率A、シラノール残存量B、及び有効反応指数Cを求めた。また、ファイナル混合後の各ゴム組成物について、第1実施例と同様に、ムーニー粘度、300%モジュラス及び転がり抵抗を測定・評価した(但し、比較例13をコントロールとして、その値を100とした指数で表示した)。   For each example and comparative example, the reaction rate A, residual silanol amount B, and effective reaction index C of the silane coupling agent were determined for the non-pro-rubber mixture before final mixing, as in the first example. For each rubber composition after final mixing, the Mooney viscosity, 300% modulus and rolling resistance were measured and evaluated in the same manner as in Example 1 (however, the value was set to 100 using Comparative Example 13 as a control). (Expressed as an index).

結果は、表3に示す通りであり、第1実施例と同様に、反応率Aと有効反応指数Cがともに高い実施例4〜6では、ムーニー粘度の上昇を抑えながら、300%モジュラスが高く、転がり抵抗が低くなっており、特性として優れていた。なお、比較例16では、反応率Aが高く、かつ有効反応指数Cも高いため、300%モジュラスと転がり抵抗性には優れていたが、有効反応指数Cが高すぎて、未加硫段階でのムーニー粘度が高く、加工性に劣っていた。   The results are as shown in Table 3. As in the first example, in Examples 4 to 6 where both the reaction rate A and the effective reaction index C are high, the 300% modulus is high while suppressing the increase in Mooney viscosity. The rolling resistance was low and the characteristics were excellent. In Comparative Example 16, since the reaction rate A was high and the effective reaction index C was also high, the 300% modulus and the rolling resistance were excellent, but the effective reaction index C was too high and in the unvulcanized stage. The Mooney viscosity was high and the processability was poor.

[第3実施例]
ゴム組成物の配合は、シランカップリング剤として、3−オクタノイルチオ−1−プロピルトリエトキシシラン(GEシリコーンズ社製「NXT」)6質量部を用い、その他は第1実施例と同様とした。下記表4に示す条件に従い、第1実施例と同様にして、比較例17及び実施例7のゴム組成物を調製した。詳細には、比較例17では、常温熟成せずに、ノンプロ混合後、直ちにファイナル混合工程を行うことでゴム組成物を調製した。実施例7では、シート状のノンプロゴム混合物を常温(25℃)で168時間熟成させた後、ファイナル混合工程を行うことでゴム組成物を調製した。その他の調製方法は第1実施例と同様である。
[Third embodiment]
The rubber composition was compounded in the same manner as in the first example except that 6 parts by mass of 3-octanoylthio-1-propyltriethoxysilane (“NXT” manufactured by GE Silicones) was used as the silane coupling agent. According to the conditions shown in Table 4 below, rubber compositions of Comparative Example 17 and Example 7 were prepared in the same manner as in the first example. Specifically, in Comparative Example 17, a rubber composition was prepared by performing a final mixing step immediately after non-pro mixing without aging at room temperature. In Example 7, the sheet-like non-pro rubber mixture was aged at room temperature (25 ° C.) for 168 hours, and then a final mixing step was performed to prepare a rubber composition. Other preparation methods are the same as those in the first example.

比較例17及び実施例7について、ファイナル混合前のノンプロゴム混合物につき、シランカップリング剤の反応率A、シラノール残存量B、及び有効反応指数Cを、第1実施例と同様にして求めた。なお、この場合、S(質量%)=0.224である。 For Comparative Example 17 and Example 7, the reaction rate A, residual silanol amount B, and effective reaction index C of the silane coupling agent were determined in the same manner as in Example 1 for the non-pro rubber mixture before final mixing. In this case, S r (mass%) = 0.224.

また、ファイナル混合後の各ゴム組成物について、ムーニー粘度、300%モジュラス、及び転がり抵抗を、第1実施例と同様に測定評価した(但し、比較例17をコントロールとして、その値を100とした指数で表示した)。   Further, the Mooney viscosity, 300% modulus, and rolling resistance of each rubber composition after final mixing were measured and evaluated in the same manner as in the first example (however, the value was set to 100 using Comparative Example 17 as a control). (Expressed as an index).

結果は、表4に示す通りであり、シランカップリング剤として保護化メルカプトシランを用いた場合についても、スルフィドシランを用いた第1実施例と同様に、ノンプロ混合後に常温熟成を行った実施例7では、反応率Aが高く、シラノール残存量Bが低くなり、有効反応指数Cが高くなっていた。また、ムーニー粘度が低くなり、300%モジュラスは高くなり、転がり抵抗が低くなっており、すなわち、加工性と補強性、低燃費性のバランスに優れていた。   The results are as shown in Table 4, and also in the case of using protected mercaptosilane as the silane coupling agent, as in the first example using sulfide silane, the examples were subjected to normal temperature aging after non-pro mixing. In No. 7, the reaction rate A was high, the silanol residual amount B was low, and the effective reaction index C was high. Further, the Mooney viscosity was decreased, the 300% modulus was increased, and the rolling resistance was decreased, that is, the balance between workability, reinforcement, and fuel efficiency was excellent.

[第4実施例]
ゴム組成物の配合は、シランカップリング剤として、3−メルカプトプロピルトリエキシシラン(モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製「A−1891」)6質量部を用い、その他は第1実施例と同様とした。下記表5に示す条件に従い、第1実施例と同様にして、比較例18及び実施例8のゴム組成物を調製した。詳細には、比較例18では、常温熟成せずに、ノンプロ混合後、直ちにファイナル混合工程を行うことでゴム組成物を調製した。実施例8では、シート状のノンプロゴム混合物を常温(25℃)で168時間熟成させた後、ファイナル混合工程を行うことでゴム組成物を調製した。その他の調製方法は第1実施例と同様である。
[Fourth embodiment]
The rubber composition was blended in the same manner as in the first example except that 6 parts by mass of 3-mercaptopropyltrioxysilane (“A-1891” manufactured by Momentive Performance Materials) was used as the silane coupling agent. According to the conditions shown in Table 5 below, rubber compositions of Comparative Example 18 and Example 8 were prepared in the same manner as in the first example. Specifically, in Comparative Example 18, a rubber composition was prepared by performing a final mixing step immediately after non-pro mixing without aging at room temperature. In Example 8, after a sheet-like non-pro rubber mixture was aged at room temperature (25 ° C.) for 168 hours, a final mixing step was performed to prepare a rubber composition. Other preparation methods are the same as those in the first example.

比較例18及び実施例8について、ファイナル混合前のノンプロゴム混合物につき、シランカップリング剤の反応率A、シラノール残存量B、及び有効反応指数Cを、第1実施例と同様にして求めた。なお、この場合、S(質量%)=0.343である。 For Comparative Example 18 and Example 8, the reaction rate A of the silane coupling agent, the residual amount of silanol B, and the effective reaction index C were determined in the same manner as in Example 1 for the non-pro rubber mixture before final mixing. In this case, S r (mass%) = 0.343.

また、ファイナル混合後の各ゴム組成物について、ムーニー粘度、300%モジュラス、及び転がり抵抗を、第1実施例と同様に測定評価した(但し、比較例18をコントロールとして、その値を100とした指数で表示した)。   Further, the Mooney viscosity, 300% modulus, and rolling resistance of each rubber composition after final mixing were measured and evaluated in the same manner as in the first example (however, the value was set to 100 using Comparative Example 18 as a control). (Expressed as an index).

結果は、表5に示す通りであり、シランカップリング剤としてメルカプトシランを用いた場合についても、スルフィドシランを用いた第1実施例と同様に、ノンプロ混合後に常温熟成を行った実施例8では、反応率Aが高く、シラノール残存量Bが低くなり、有効反応指数Cが高くなっていた。また、ムーニー粘度が低くなり、300%モジュラスは高くなり、転がり抵抗が低くなっており、すなわち、加工性と補強性、低燃費性のバランスに優れていた。   The results are as shown in Table 5, and in the case of using mercaptosilane as the silane coupling agent, as in Example 1 using sulfide silane, Example 8 in which room temperature aging was performed after non-pro mixing was used. The reaction rate A was high, the silanol residual amount B was low, and the effective reaction index C was high. Further, the Mooney viscosity was decreased, the 300% modulus was increased, and the rolling resistance was decreased, that is, the balance between workability, reinforcement, and fuel efficiency was excellent.

以上のように、本実施形態によれば、シランカップリング剤の反応率Aだけでなく、自己縮合反応の相対的大小を表す指標としての有効反応指数Cも加味することにより、シランカップリング剤の反応形態をより正確に評価することができる。そのため、自己縮合反応量を制御し、これが少なくなるようなゴム組成物の開発が容易となり、優れた特性を持つシリカ配合のゴム組成物を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, not only the reaction rate A of the silane coupling agent but also the effective reaction index C as an index representing the relative magnitude of the self-condensation reaction is added. The reaction form can be more accurately evaluated. Therefore, it is easy to develop a rubber composition that controls the amount of self-condensation reaction and reduces this amount, and a silica-containing rubber composition having excellent characteristics can be obtained.

また、上記実施例のように、シランカップリング剤の反応率Aが75%以上かつ有効反応指数Cが75〜115であれば、ムーニー粘度が低く、300%モジュラスが高く、更に転がり抵抗が低く、そのため、加工性と補強性、低燃費性のバランスに優れたゴム組成物が得られる。   Further, as in the above examples, when the reaction rate A of the silane coupling agent is 75% or more and the effective reaction index C is 75 to 115, the Mooney viscosity is low, the 300% modulus is high, and the rolling resistance is low. Therefore, a rubber composition excellent in the balance between processability, reinforcement, and fuel efficiency can be obtained.

Claims (2)

ゴム成分にシリカと硫黄含有シランカップリング剤を混合した未加硫のゴム組成物に対し、前記ゴム成分が溶解しない溶媒を用いて抽出処理を行うことにより、前記ゴム組成物中に含まれる未反応の前記シランカップリング剤を抽出し、抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄量を定量することで反応済みのシランカップリング剤の含有量を求めるか、又は、抽出液に含まれる硫黄量を定量することで未反応のシランカップリング剤の含有量を求め、求めた反応済み又は未反応のシランカップリング剤の含有量を、前記シランカップリング剤の配合量と比較することによりシランカップリング剤の反応率を求め、
固体高分解能29Si−NMR測定により前記ゴム組成物中のシリカのスペクトルを得て、該スペクトルの帰属から−85〜−95ppm付近にピークをもつQ2構造、−96〜−105ppm付近にピークをもつQ3構造及び−106〜−115ppm付近にピークをもつQ4構造のピーク面積を、それぞれSQ2,SQ3及びSQ4として、シラノール残存量B=(SQ2+SQ3)/SQ4を求め、
前記シランカップリング剤の反応率と前記シラノール残存量に基づき前記シランカップリング剤の反応形態を評価する
ことを特徴とするシランカップリング剤の反応評価方法。
An unvulcanized rubber composition in which silica and a sulfur-containing silane coupling agent are mixed with a rubber component is subjected to an extraction treatment using a solvent in which the rubber component does not dissolve, whereby an unvulcanized rubber composition contained in the rubber composition. The content of the reacted silane coupling agent is obtained by extracting the silane coupling agent of the reaction and quantifying the amount of sulfur contained in the rubber composition after extraction, or the amount of sulfur contained in the extract By determining the content of the unreacted silane coupling agent, the content of the obtained reacted or unreacted silane coupling agent is compared with the blending amount of the silane coupling agent. Find the reaction rate of the ring agent,
A silica spectrum in the rubber composition was obtained by high-resolution solid-state 29 Si-NMR measurement. From the assignment of the spectrum, a Q2 structure having a peak in the vicinity of −85 to −95 ppm and a peak in the vicinity of −96 to −105 ppm were obtained. The remaining area of silanol B = (S Q2 + S Q3 ) / S Q4 is obtained by setting the peak areas of the Q3 structure and the Q4 structure having a peak in the vicinity of −106 to −115 ppm as S Q2 , S Q3 and S Q4 , respectively.
A reaction evaluation method for a silane coupling agent, wherein a reaction form of the silane coupling agent is evaluated based on a reaction rate of the silane coupling agent and a residual amount of silanol.
下記式(1)から前記シランカップリング剤の反応率Aを求め、該反応率Aと前記シラノール残存量Bから前記シランカップリング剤の有効反応指数C=A/Bを求めることを特徴とする請求項1記載のシランカップリング剤の反応評価方法。
反応率A(%)={(S−S0)/Sr}×(m/m0)×100 …(1)
(式中、Sは、抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄分(質量%)であり、S0は、前記シランカップリング剤を除いて同配合のゴム組成物について測定した抽出後のゴム組成物に含まれる硫黄分(質量%)であり、Srは、前記シランカップリング剤の配合量から算出される抽出前のゴム組成物中に含まれるシランカップリング剤による硫黄分(質量%)である。また、m0は抽出前のゴム組成物の質量であり、mは抽出後のゴム組成物の質量である。)
The reaction rate A of the silane coupling agent is obtained from the following formula (1), and the effective reaction index C = A / B of the silane coupling agent is obtained from the reaction rate A and the residual amount B of silanol. The reaction evaluation method of the silane coupling agent according to claim 1.
Reaction rate A (%) = {(S−S 0 ) / S r } × (m / m 0 ) × 100 (1)
(In the formula, S is the sulfur content (% by mass) contained in the rubber composition after extraction, and S 0 is the rubber after extraction measured for the rubber composition of the same composition excluding the silane coupling agent. sulfur contained in the composition are (% by weight), S r is sulfur with a silane coupling agent contained in the rubber composition before extraction, which is calculated from the amount of the silane coupling agent (wt% M 0 is the mass of the rubber composition before extraction, and m is the mass of the rubber composition after extraction.)
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