JP6167241B2 - ゴム混合物および車両タイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、特に車両タイヤ用のゴム混合物、および車両タイヤに関する。
車両タイヤの個々の構成要素のゴム組成物、特にトレッドの組成物は、高度にその走行特性を決定する。本発明の目的のために、用語車両タイヤは、空気式車両タイヤ、中実ゴムタイヤおよび二輪タイヤを包含する。
混合および加硫特性に影響を与えるために、非常に多種多様な添加剤が混合物および/または特異的ポリマーに混ぜ込まれ、使用されている。添加剤として、この時点での例として、充填材(たとえばカーボンブラック)、可塑剤、老化防止剤ならびに硫黄、促進剤および活性化剤からなる架橋システムが挙げられてもよい。
加硫システムによるポリマー鎖の架橋は、三次元の幅広いメッシュの化学網状構造を生成し、その結果としてゴム混合物は、特に増加した引き裂き伝播抵抗のために、架橋密度に応じて、たとえばより硬く、より耐亀裂性になる。
架橋は網状構造結節点の形成をもたらし、結節点でポリマー鎖は通常、ブリッジ、たとえばジエンゴムの硫黄架橋の場合には硫黄ブリッジによって互いに結合している。硫黄ブリッジの長さ、すなわち架橋ブリッジ1個当たりのS原子の数は、硫黄対促進剤の比に依存し、一般に通常の網状構造(10:1〜2:1の硫黄/促進剤比)と半効率的な網状構造(2:1〜1:2の硫黄/促進剤比)と効率的な網状構造(1:2〜1:10の硫黄/促進剤比)とを区別する。
硫黄架橋において、ポリマー鎖は、多くの遊離鎖端が存在するような方法で硫黄架橋によって互いに結合する。これらの遊離ポリマー鎖端は特に可動性であり、かつエネルギーを吸収し、それを運動エネルギーへ変換することができる。ゴム混合物は、そのため、たとえば車両タイヤに使用される場合に、転がり抵抗に悪影響を及ぼすエネルギー減衰方式で動作する。
したがって、先行技術から進んで、さらなる特性、特にウェットグリップ特性が同じレベルにとどまりながら、転がり抵抗挙動および摩耗挙動のさらなる改善を示す、特に車両タイヤ用のゴム混合物を提供することが本発明の目的である。
この目的は、少なくとも以下の構成成分:
− 5〜100phrの下式I):
I)F−(P−Y−P−S−P−Y−P−F
(式中、
Sは硫黄原子であり、および
Pは、ジ開始剤の存在下での少なくとも1つの共役ジエンと任意選択的に少なくとも1つのビニル芳香族化合物とのアニオン重合によって得られた弾性ポリマー鎖であり、および
Yは、ジ開始剤に由来するジカルバニオン基であり、および
xは独立して、各S基について1以上の整数であり、ただし、xは少なくとも1つのS基について数2、3および4の中から選択され、および
zは、1〜160の整数であり、および
各Fは独立して、−H、−SH、−SOH、−SCl、−SSCl、−SOHおよび−SOHからなる群から選択される末端基である)
の少なくとも1つのポリマーAと、
− 少なくとも1つの充填材と
を含有するゴム混合物によって達成される。
意外にも、本ゴム混合物の摩耗特性および転がり抵抗挙動は、少なくとも1つの充填材と組み合わせて上記タイプの少なくとも1つのポリマーAを用いて改善されることが見いだされた。
同時に、他のタイヤ特性は、ほぼ同じ高いレベルにとどまるか、または改善さえもされ、特に、ゴム混合物のウェットグリップ挙動および/または引き裂き特性および/または乾燥時破壊挙動は、ほぼ同じ高いレベルにとどまるか、または改善さえもされる。
本ゴム混合物が少なくとも1つの充填材を含有することが本発明にとって重要である。そのような充填材は、ゴム工業で考えられるすべての充填材、たとえばカーボンブラックもしくはシリカまたはアルミノシリケート、チョーク、デンプン、酸化マグネシウム、二酸化チタンもしくはゴムゲルなどの他の極性充填材であり得る。
充填材は好ましくは、少なくとも1つのシリカおよび/または少なくとも1つのカーボンブラックである。
シリカは、当業者に公知であり、タイヤゴム混合物用の充填材として好適であるタイプのシリカであり得る。しかし、35〜350m2/g、好ましくは35〜260m2/g、特に好ましくは100〜260m2/g、非常に特に好ましくは130〜235m2/gの窒素表面積(BET表面積)(DIN ISO 9277およびDIN 66132に従って)、および30〜400m2/g、好ましくは30〜250m2/g、特に好ましくは100〜250m2/g、非常に特に好ましくは110〜230m2/gのCTAB表面積(ASTM D 3765に従って)を有する微粉化された、沈澱シリカを使用することが特に好ましい。そのようなシリカは、たとえばタイヤトレッド用のゴム混合物において、加硫物の特に良好な物理的特性をもたらす。さらに、利点は、同じ生成物特性を維持しながら混合時間の減少の結果としての混合物の加工に生じ得、その特性は改善された生産性をもたらす。シリカとして、たとえば、Evonik製のUltrasil(登録商標)VN3タイプ(商品名)およびHDシリカとして知られる高分散性シリカ(たとえば、Rhodia製のZeosil(登録商標)1165 MP)の両方の任意のシリカを使用することが可能である。
充填材は特に好ましくは、少なくとも1つのシリカである。
シランまたはケイ素有機化合物の形態でのカップリング剤が好ましくは使用される。ここでは、互いに組み合わせて1つもしくは複数の異なるシランカップリング剤を使用することが可能である。ゴム混合物は、したがって様々なシランの混合物を含有することができる。
シランカップリング剤は、ゴムもしくはゴム混合物の混合中に(その場で)、またはゴムへの充填材の添加前でさえも前処理(前変性)においてシリカの表面シラノール基または他の極性基と反応する。シランカップリング剤として、ゴム混合物での使用について当業者に公知であるすべてのシランカップリング剤を使用することが可能である。先行技術から公知のそのようなカップリング剤は、ケイ素原子上に脱離基として少なくとも1個のアルコキシ、シクロアルコキシもしくはフェノキシ基を有し、および他の官能基として、任意選択的に解離後に、ポリマーの二重結合との化学反応を受けることができる基を有する二官能性有機シランである。後者の基は、たとえば、次の化学基:
−SCN、−SH、−NHまたは−S−(ここで、x=2〜8である)
の1つであり得る。
したがって、たとえば、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−チオシアナトプロピルトリメトキシシランまたは2〜8個の硫黄原子を有する3,3’−ビス(トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィド、たとえば3,3’−ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(TESPT)、相当するジスルフィド(TESPD)、あるいは1〜8個の硫黄原子を有するスルフィドの混合物および異なる含有量の様々なスルフィドを、シランカップリング剤として使用することができる。TESPTは、たとえば、工業用カーボンブラック(Evonik製の商品名X50S(登録商標))との混合物としてまた添加することができる。
40〜100重量%のジスルフィド、特に好ましくは55〜85重量%のジスルフィド、非常に特に好ましくは60〜80重量%のジスルフィドを含有するシラン混合物を使用することが好ましい。
たとえば、国際公開第99/09036号パンフレットから公知であるような、ブロックトメルカプトシランもまた、シランカップリング剤として使用することができる。国際公開第2008/083241 A1号パンフレット、国際公開第2008/083242 A1号パンフレット、国際公開第2008/083243 A1号パンフレットおよび国際公開第2008/083244 A1号パンフレットに記載されているようなシランもまた使用することができる。たとえば、Momentive,USAから多数の変形で名称NXTで販売されているシラン、またはEvonik Industriesによって名称VP Si 363(登録商標)で販売されているものを使用することもまた可能である。
カップリング剤の量は好ましくは、0.1〜20phf、特に好ましくは1〜15phfである。
本明細書で用いられる表現phf(充填材の百重量部当たりの部)は、ゴム工業において充填材用のカップリング剤の量についての通常の単位である。本特許出願の目的のために、phfは、存在するシリカに関係する、すなわち、おそらく存在する他の充填材、たとえばカーボンブラックは、シランの量の計算には含まれない。
可能なカーボンブラックは、当技術分野の当業者に公知のすべてのタイプのカーボンブラックである。
一実施形態では、カーボンブラックは、30g/kg〜250g/kg、好ましくは30〜180g/kg、特に好ましくは40〜180g/kg、非常に特に好ましくは40〜130kg/gの範囲の、ASTM D 1510に従って測定される、ヨウ素吸着数とも言われるヨウ素数と、60〜200ml/100g、好ましくは70〜200ml/100g、特に好ましくは90〜200ml/100gのASTM D 2414に従ったDBP数とを有する。
ASTM D 2414に従ったDBP数は、ジブチルフタレートを用いてカーボンブラックまたは淡色の充填材の比吸収容積を測定する。
特に車両タイヤ用のゴム混合物でのそのようなタイプのカーボンブラックの使用は、耐摩耗性と発熱性との間の可能な最良の折衷を確実にし、それは、結果的に環境上適切な転がり抵抗に影響を与える。ここでは、1つのみのタイプのカーボンブラックがそれぞれのゴム混合物に使用されることが好ましいが、様々なタイプのカーボンブラックをゴム混合物に混ぜ込むこともまた可能である。
本発明のゴム混合物中の充填材は、特に好ましくは、上述の特徴を有する1つもしくは複数の異なるシリカが考えられる状態で、少なくとも1つのシリカである。
本発明の有利な実施形態では、ゴム混合物は、1つもしくは複数のシリカに加えて、いかなるさらなる充填材も含有しない。
ゴム混合物が、中空炭素繊維(HCF)として知られる離散CNT、ならびにヒドロキシ、カルボキシおよびカルボニル基などの1つもしくは複数の官能基を含有する変性CNTなどのカーボンナノチューブ(CNT)を含有することもまた考えられる。
グラファイトおよびグラフェン、ならびにまた「カーボン−シリカ二重相充填材」もまた充填材として考えられる。
本発明のゴム混合物は、0〜300phr、好ましくは20〜300phr、特に好ましくは20〜150phr、非常に特に好ましくは80〜110phrの少なくとも1つのシリカを含有する。
本発明のゴム混合物は、0〜200phr、好ましくは0〜150phr、特に好ましくは0〜100phrの少なくとも1つのカーボンブラックを含有する。
有利な実施形態では、ゴム混合物は、0phrのカーボンブラックを含有し、すなわち、それはカーボンブラックを含まない。
本発明のさらなる有利な実施形態では、ゴム混合物は、0.1〜200phr、好ましくは0.1〜150phr、特に好ましくは0.1〜100phr、非常に特に好ましくは5〜100phrの少なくとも1つのカーボンブラックを含有する。
ゴム混合物が、5〜100phrの下式I):
I)F−(P−Y−P−S−P−Y−P−F
(式中、
Sは硫黄原子であり、および
Pは、ジ開始剤の存在下での少なくとも1つの共役ジエンと任意選択的に少なくとも1つのビニル芳香族化合物とのアニオン重合によって得られた弾性ポリマー鎖であり、および
Yは、ジ開始剤に由来するジカルバニオン基であり、および
xは独立して、各S基について1以上の整数であり、ただし、xは少なくとも1つのS基について数2、3および4の中から選択され、および
zは、1〜160の整数であり、および
各Fは独立して、−H、−SH、−SOH、−SCl、−SSCl、−SOHおよび−SOHからなる群から選択される末端基である)
の少なくとも1つのポリマーAを含有することが本発明にとって重要である。
ポリマーAはしたがって、鎖内で硫黄変性されているポリマーである。ここでは、S基が式I)の鎖中へ組み込まれていることが本発明にとって重要である。
本発明の目的のために、「ポリマーA」は、下に述べられる実施形態を含む上記の特徴を有する上記の式I)のポリマーである。
本発明のゴム混合物は、加硫中に架橋される。ここでは、ポリマー鎖は、S基でおよび/またはS基内で開き、その結果、加硫性末端基を有するポリマーセクションPが加硫中に形式上形成される。三官能性網状構造結節点の形成はしたがって、鎖端とジエンゴムの二重結合との反応において考えられる。
本発明のゴム混合物は、先行技術と比較して転がり抵抗指標を改善させることが分かった。そのため、遊離鎖端は、先行技術で公知のポリマーの架橋とは異なり、この網状構造の場合にはわずかに形成されるにすぎないか、またはまったく形成されないと推定される。遊離鎖端は、吸収エネルギーを運動エネルギーへ変換することができ、その結果、架橋ポリマーの多くの遊離鎖端を有するゴム混合物は、高い減衰挙動、したがって不利な転がり抵抗挙動を示す。ポリマーAのために加硫後の本発明のゴム混合物では実質的にゼロの遊離鎖端のままであり、その結果、本発明のゴム混合物は改善された転がり抵抗挙動を有する。
さらに、式I)のポリマーAは、硫黄によって互いに直線的に結合したポリマー鎖であり、その結果として遊離鎖端の数は先行技術と比較して同様に減少する。遊離硫黄を使用する先行技術による硫黄加硫では、4つのポリマー鎖は通常、鎖の中間で、すなわち、鎖端ではなく硫黄網状構造結節点に結合し、したがって4つの遊離鎖端が存在する。
本発明のゴム混合物中に存在するポリマーAは、式I)に示されるように、ポリマー鎖Pを含有する。これらは、ジ開始剤の存在下で少なくとも1つの共役ジエンと任意選択的に少なくとも1つのビニル芳香族化合物とのアニオン重合によって得られている。結果として生じるリビングアニオンポリマー鎖は、二塩化二硫黄SClと反応している。式I)の硫黄変性ポリマーは、このようにして形成されている。
少なくとも1つの共役ジエンは、当業者に公知の任意の共役ジエンであり得る。共役ジエンは好ましくは、1,3−ブタジエン、および2−(C〜C−アルキル)−1,3−ブタジエン、および2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、および1,3−ペンタジエン、および2,4−ヘキサジエン、および1,3−ヘキサジエン、および1,3−ヘプタジエン、および1,3−オクタジエン、および2−メチル−2,4−ペンタジエン、およびシクロペンタジエン、および2,4−ヘキサジエン、および1,3−シクロオクタジエンからなる群から選択される。
挙げられた共役ジエンの1つまたは2つ以上が互いに混合剤で使用されることが考えられる。
2−(C〜C−アルキル)−1,3−ブタジエンの例は、イソプレン(2−メチル−1,3−ブタジエン)である。
共役ジエンは特に好ましくは、1,3−ブタジエン、およびイソプレン、および2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、および1,3−ペンタジエン、および2,4−ヘキサジエン、および1,3−ヘキサジエン、および1,3−ヘプタジエン、および1,3−オクタジエン、および2−メチル−2,4−ペンタジエン、およびシクロペンタジエン、および2,4−ヘキサジエン、および1,3−シクロオクタジエンからなる群から選択される。
少なくとも1つの共役ジエンは非常に特に好ましくは、イソプレンおよび/または1,3−ブタジエンである。
本発明の好ましい実施形態では、共役ジエンは1,3−ブタジエンである。本発明の好ましい実施形態では、ポリマー鎖は、さらなる共役ジエンなしにおよびビニル芳香族化合物なしに1,3−ブタジエンの重合によって形成されており、したがってブタジエンゴム(BR)の鎖である。
本発明の目的のために、用語「ビニル芳香族化合物」は、モノビニル芳香族化合物、すなわち、1つのみのビニル基が芳香族基に結合している化合物、および2つ以上のビニル基が芳香族基に結合しているビニル芳香族化合物を包含する。
上述の式I)によれば、ポリマー鎖Pは任意選択的に、少なくとも1つのビニル芳香族モノマーを含有することができる。
当業者に公知の任意のビニル芳香族化合物が、ビニル芳香族化合物と考えられる。ビニル芳香族化合物は好ましくは、スチレン、およびC1〜4−アルキル置換スチレン、およびスチルベン、およびビニルベンジルジメチルアミン、および4−ビニルベンジルジメチルアミノエチルエーテル、およびN,N−ジメチルアミノエチルスチレン、および第三ブトキシスチレン、およびビニルピリジン、およびジビニル芳香族化合物からなる群から選択される。
1〜4アルキル置換スチレンは、たとえば、2−メチルスチレンおよび/または3−メチルスチレンおよび/または4−メチルスチレンおよび/または2,4−ジメチルスチレンおよび/または2,4,6−トリメチルスチレンおよび/またはアルファ−メチルスチレンおよび/または2,4−ジイソプロピルスチレンおよび/または4−第三ブチルスチレンであり得る。
ジビニル芳香族化合物は、たとえば、1,2−ジビニルベンゼンおよび/または1,3−ジビニルベンゼンおよび/または1,4−ジビニルベンゼンであり得る。
1つまたは2つ以上のビニル芳香族化合物が互いに混合剤で使用されることが考えられる。
ビニル芳香族化合物は好ましくは、スチレン、および2−メチルスチレン、および3−メチルスチレン、および4−メチルスチレン、および2,4−ジメチルスチレン、および2,4,6−トリメチルスチレン、およびアルファ−メチルスチレン、および2,4−ジイソプロピルスチレン、および4−第三ブチルスチレン、およびスチルベン、およびビニルベンジルジメチルアミン、および4−ビニルベンジルジメチルアミノエチルエーテル、およびN,N−ジメチルアミノエチルスチレン、および第三ブトキシスチレン、およびビニルピリジン、および1,2−ジビニルベンゼン、および1,3−ジビニルベンゼン、および1,4−ジビニルベンゼンからなる群から選択される。
本発明の好ましい実施形態では、ポリマー鎖Pは、ジ開始剤の存在下での少なくとも1つの共役ジエンと少なくとも1つのビニル芳香族化合物とのアニオン重合によって得られる。
ビニル芳香族化合物は特に好ましくはスチレンである。
本発明の好ましい実施形態では、弾性ポリマー鎖Pは、少なくとも1,3−ブタジエンとスチレンとのアニオン重合によって形成されている。第3のまたはさらなるモノマーがポリマー鎖P中に存在することがここでは考えられる。
本発明の特に好ましい実施形態では、弾性ポリマー鎖Pは、1,3−ブタジエンとスチレンとのアニオン重合によって形成されている。
本発明のこの特に好ましい実施形態では、ポリマーAはしたがって、式II):
II)F−(SBR−Y−SBR−S−SBR−Y−SBR−F
(式中、SBRは、ジ開始剤の存在下での1,3−ブタジエンとスチレンとのアニオン重合によって得られた弾性ポリマー鎖であり、およびすべての他の基およびパラメータは、式I)について上に定義された通りである)
の硫黄変性スチレン−ブタジエンゴムである。
式II)のポリマーAのスチレン含有量は、ポリマーの総質量を基準として、好ましくは5〜70重量%、特に好ましくは5〜60重量%、非常に特に好ましくは5〜50重量%である。
本発明のゴム混合物中の5重量%未満のスチレンは、転がり抵抗、ウェットグリップおよび耐摩耗性についての指標間の不十分なバランス、ならびに低下した引張強度をもたらす。70重量%超のスチレンは、ヒステリシス損失に悪影響を及ぼす。
本発明のゴム混合物中の式II)のポリマーAは、他のタイヤ特性が悪影響を受けることなく先行技術に基づく車両タイヤの転がり抵抗および耐摩耗性のさらなる改善を達成することを、とりわけトレッドでの使用によって、特に容易に可能にする。
式II)のポリマーAのSBR単位は、ブロックコポリマーまたはランダムコポリマーであり得る。40重量%以上のスチレンモノマーが個別に結合し、一方、10重量%以下が、8つ以上の隣接スチレンモノマーのブロック中に存在することが好ましい。これらの限界外のポリマーは、増加したヒステリシス損失を示し得る。互いに結合したスチレン単位の長さは、Tanaka et al.,Polymer,Vol.22,pages 1721−1723,1981に記載されているように、オゾン分解−ゲル浸透クロマトグラフィーを用いて測定される。
式II)の実施形態を含む式I)のポリマーAのビニル含有量は、ポリマー中の共役ジエンの量、たとえばブタジエンの量を基準として、好ましくは2〜90重量%、特に好ましくは5〜75重量%である。
本発明のゴム混合物中の2重量%未満のビニル含有量は、転がり抵抗、ウェットグリップおよび耐摩耗性についての指標間の不十分なバランス、ならびに低下した引張強度をもたらす。90重量%超のビニル含有量は、引張強度、耐摩耗性およびヒステリシス損失に悪影響を及ぼす。
本発明の有利な実施形態では、式II)の実施形態を含む式I)のポリマーAは、ゴム混合物の加硫前に、−100〜0℃、好ましくは−85〜0℃のガラス転移温度Tを有する。ポリマーAのTは、加硫前に、特に好ましくは−30〜0℃、非常に特に好ましくは−30〜−10℃である。
それによってポリマー鎖Pが得られている重合は、好ましくは溶液重合である。
式II)の硫黄変性ポリマーAは、したがって好ましくは、硫黄変性SSBRである。
ポリマー鎖とSClとの反応後のワークアップのタイプが、ポリマーAの式II)の実施形態を含む式I)中の末端基Fのタイプを決定する。SClと反応しておらず、かつワークアップ中にプロトン化されているアニオン性ポリマー鎖端は、末端基として、水素原子−Hを有する。別のリビングアニオン性ポリマー鎖にさらに結合することなくSClと反応しているポリマー鎖端は、末端基として、−SSClまたはSClの、誘導体もしくはさらなる反応生成物、特に酸化生成物、たとえば−SH、−SOH、−SCl、−SOHもしくは−SOHを有する。
たとえば、1,3ブタジエンとスチレンとの重合に使用されるジ開始剤は、当業者に公知であり、重合において開始剤として作用する効果を有し、および重合において(開始剤)1分子当たり少なくとも2つのカルバニオン、すなわち、たとえば、ジカルバニオンを提供する任意の化合物であり得る。ジ開始剤は好ましくは有機リチウム化合物である。考えられるジ開始剤は、たとえば、次の文献:欧州特許第0 316 857号明細書、欧州特許第0 413 294号明細書、米国特許第4,182,818号明細書、米国特許第4,196,153号明細書、米国特許第5,561,210号明細書、米国特許第5,521,255号明細書および国際公開第2011/047220号パンフレットに記載されている。そのようなジ開始剤は、たとえば:
1,3−フェニレンビス(3−メチル−1−フェニルペンチリデン)ビスリチウム、
1,3−フェニレンビス(3−メチル−1−(4−メチル)フェニルペンチリデン)ビスリチウム、
1,3−フェニレンビス(3−メチル−1−(4−エチル)フェニルペンチリデン)ビスリチウム、
1,3−フェニレンビス(3−メチル−1−(4−(1,1−ジメチル)エチル)フェニルペンチリデン)ビスリチウム、
1,3−フェニレンビス(3−メチル−1−(4−ドデシル)フェニルペンチリデン)ビスリチウム、
1,3−フェニレンビス(3−メチル−1−(1−メチル)フェニルペンチリデン)ビスリチウム、
1,4−フェニレンビス(3−メチル−1−フェニルペンチリデン)ビスリチウム
である。
本発明の好ましい実施形態では、ジ開始剤は、1,3−フェニレンビス(3−メチル−1−(4−メチル)フェニルペンチリデン)ビスリチウムであり、したがって、下式II)
Figure 0006167241
の構造を有する。
これは、本発明のこの実施形態では、ポリマーAの式II)の実施形態を含む式I)中のYが、ジカルバニオン1,3−フェニレンビス(3−メチル−1−(4−メチル)フェニルペンチリデン)2−であることを意味する。
ジ開始剤が少なくとも1つのさらなる開始剤と組み合わせて使用されることもまた考えられる。さらなる開始剤は好ましくは、有機リチウム化合物、たとえばエチルリチウム、プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、第二ブチルリチウム、第三ブチルリチウム、フェニルリチウム、ヘキシルリチウム、1,4−ジリチオ−n−ブタン、1,3−ジ(2−リチオ−2−ヘキシル)ベンゼンおよび1,3−ジ(2−リチオ−2−プロピル)ベンゼンである。n−ブチルリチウムおよび/または第二ブチルリチウムをさらなる開始剤として使用することが特に好ましい。
ポリマーAは、上に描かれた式I)およびII)から理解できるように、ポリマー鎖内のS基中に複数の硫黄原子を含有する。式II)の実施形態を含む式I)のポリマーAは、ポリマーの1kg当たり0.1〜30g(略して、g/kgのポリマー)の、好ましくは0.1〜10g/kgのポリマーの、特に好ましくは0.5〜3g/kgのポリマーの、非常に特に好ましくは2〜3g/kgのポリマーの量で硫黄を含有する。
硫黄含有量の測定は、X線蛍光分光分析法(Axiosスペクトロメーター、PANalytical;Fundex製の、ソフトウェアPCFPWによるデータ解析;ホットプレスでの試料調製、次に中間測定)を用いて実施される。
式I)によれば、zは、1〜160の整数であり、zは好ましくは、1〜80の、特に好ましくは1〜40の整数である。
本発明の好ましい実施形態では、zは少なくとも2であり、その結果少なくとも2つのS基がポリマー中に存在する。
式II)の実施形態を含む式I)によれば、xは独立して、各S基について1以上の整数であり、ただし、xは少なくとも1つのS基については数2、3および4の中から選択される。
本発明の好ましい実施形態では、xは、1〜8の、特に好ましくは1〜6の、非常に特に好ましくは1〜4の整数であり、ただし、xは少なくとも1つのS基については数2、3および4から選択される。
本発明の特に好ましい実施形態では、zは、1〜40の整数であり、xは、1〜4の整数であり、ただし、xは少なくとも1つのS基については数2、3および4から選択される。
式II)の実施形態を含む式I)の硫黄含有ポリマーAの平均分子量(M)は、5〜2000kg/モル、好ましくは10〜1500kg/モル、特に好ましくは15〜1000kg/モルである。
ポリマーの分子量(重量平均Mおよび数平均M)の測定は、ゲル浸透クロマトグラフィーを用いて実施される(ポリスチレン標準EasiCal PS−1を用いて較正された、40℃で溶出液としてテトラヒドロフラン(THF)を使用するGPC;サイズ排除クロマトグラフィー(SEC);試料調製:0.6%未満の含水率を有する9〜11mgの乾燥ポリマーが20分間振盪することによって10mlのTHFに溶かされ、ポリマー溶液はその後使い捨ての0.45μmフィルターを通して2mlアンプルへ移され、1ml/分の溶出速度、注入容量100μl、測定機器Agilent Series 1100/1200でGPCでの測定;モジュールセットアップ:イソポンプ、オートサンプラー、サーモスタット、VW検出器、RI検出器、脱ガス装置;カラムPL mixed B/HP mixed B、300mmの長さをそれぞれ有する3つのカラム:カラムタイプ79911 GP−MXB、Plgel 10μm MIXED−B GPC/SECカラム、Agilent Technologies)。
本発明に関連して考察されるポリマーのブタジエンの量に基づくビニル含有量の測定は、赤外吸収分光分析を用いて実施される(IR;Morello法、IFS 66 FT−IRスペクトロメーター、Bruker Analytic GmbH、CS中で膨潤させることによる試料調製)。
本発明に関連して考察されるポリマーのスチレン含有量の測定は、IR、IFS 66 FT−IRスペクトロメーター、Bruker Analytic GmbH、CS中で膨潤させることによる試料調製、検量線の測定、次のバンドの固定による結合スチレン含有量の測定を用いて実施される:a)トランス−1,4−ポリブタジエン単位については966cm−1、b)シス−1,4−ポリブタジエン単位については730cm−1、c)1,2−ポリブタジエン単位については910cm−1、およびd)結合スチレン(「結合スチレン(スチレン芳香族結合)」)については700cm−1。バンド高さは、適切な吸光係数に従って標準化され、合計して100%にされる。標準化は、H−および13C−NMRを用いて実施される。スチレン含有量はまた、代替手段として、NMR(Avance 400(H=400MHz;13C=l00MHz)、Bruker Analytik GmbH)を用いて測定された。
未加硫ポリマーのガラス転移温度(T)の測定は、動的走査熱量測定法(DSC 2920(TA Instrument))を用いて実施された。
式II)の実施形態を含む式I)のポリマーAは好ましくは、150ムーニー(Mooney)単位(MU)以下の、特に好ましくは120以下の、非常に特に好ましくは100以下の、さらに非常に特に好ましくは10〜100のムーニー粘度(ML1+4、100℃、ASTM D 1646(2004)に従って)を有する。
100以下のポリマーAのムーニー粘度で、本発明のゴム混合物の良好な加工性(たとえば、メカニカルミキサーでの発熱性、充填材の分散、押出挙動)が確保される。
本発明の有利な実施形態では、ゴム混合物は、100phrのポリマーAを含有する、すなわち、それは、いかなるさらなるゴムも含有せず、すべての他の重量割合はポリマーAの100重量%を基準とする。
本発明のさらなる有利な実施形態では、ゴム混合物は、1〜95phrの少なくとも1つのさらなるゴムと組み合わせて5〜99phrのポリマーAを含有する。
少なくとも1つのさらなるゴムは、天然ポリイソプレン、合成ポリイソプレン、ブタジエンゴム、溶液重合スチレン−ブタジエンゴム、乳化重合スチレン−ブタジエンゴム、液体ゴム、ハロブチルゴム、ポリノルボルネン、イソプレン−イソブチレンコポリマー、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、アクリレートゴム、フルオロゴム、シリコーンゴム、ポリスルフィドゴム、エピクロロヒドリンゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエンターポリマー、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム、イソプレン−ブタジエンコポリマーおよび水素化スチレン−ブタジエンゴムからなる群から選択される。
さらなるゴムは好ましくは、合成ポリイソプレン、天然ポリイソプレン(NR)、スチレン−ブタジエンゴムおよびポリブタジエン(BR)からなる群から選択される少なくとも1つのジエンゴムである。
天然ポリイソプレンおよび合成ポリイソプレンは、当業者に公知のすべてのタイプのものであり得る。
さらなるジエンゴムは好ましくは、少なくとも天然ポリイソプレンである。本発明のゴム混合物の特に良好な加工性(押出性、混合性など)は、このようにして達成される。さらなるジエンゴムの群からのスチレン−ブタジエンゴムは、本特許出願の目的のために、先行技術で公知のスチレン−ブタジエンゴムである。
0〜100phr、好ましくは0.1〜80phr、好ましくは0.1〜70phrの少なくとも1つの可塑剤が、ゴム混合物中にさらに存在することができる。
そのような可塑剤には、当業者に公知のすべての可塑剤、たとえば芳香族、ナフテン系もしくはMES(マイルド抽出溶媒和物)などのパラフィン系鉱油可塑剤またはTDAE(処理済み留出芳香族抽出物)、またはゴム液体油(RTL)またはバイオマス液体油(BTL)またはファクチスもしくは可塑剤樹脂または液体ポリマー(たとえば液体BR)が含まれ、それらの平均分子量(BS ISO 11344:2004に基づく方法を用いて、GPC=ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定される)は、500〜20,000g/モルの範囲にある。液体ポリマーが本発明のゴム混合物に可塑剤として使用される場合には、これらは、ポリマーマトリックスの組成の計算でゴムとしてカウントされない。
鉱油が使用される場合、これは好ましくは、DAE(蒸留芳香族抽出物)、RAE(残留芳香族抽出物)、TDAE(処理済み留出芳香族抽出物)、MES(マイルド抽出溶媒)およびナフテン油からなる群から選択される。
さらに、本発明のゴム混合物は、従来型添加剤を慣習的な重量割合で含有することができる。これらの添加剤には、
a)N−フェニル−N’−(1,3−ジメチルブチル)−p−フェニレンジアミン(6PPD)、N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(DPPD)、N,N’−ジトリル−p−フェニレンジアミン(DTPD)、N−イソプロピル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン(IPPD)、2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン(TMQ)などの老化防止剤、
b)酸化亜鉛および脂肪酸(たとえばステアリン酸)などの活性化剤、
c)ワックス、
d)樹脂、特に粘着付与樹脂、
e)2,2’−ジベンズアミドジフェニルジスルフィド(DBD)などの素練り助剤、ならびに
f)脂肪酸塩、たとえば亜鉛石鹸、および脂肪酸エステルおよびそれらの誘導体などの加工助剤
が含まれる。
存在する強度支持具(strength bearer)と直接接触するタイヤまたは工業ゴム物品の内部構成要素用に本発明のゴム混合物を使用する場合に特に、多くの場合粘着付与樹脂の形態での、好適な接着システムが一般にさらにゴム混合物に添加される。
さらなる添加剤の総量の重量割合は、3〜150phr、好ましくは3〜100phr、特に好ましくは5〜80phrである。
全割合のさらなる添加剤には、0.1〜10phr、好ましくは0.2〜8phr、特に好ましくは0.2〜4phrの酸化亜鉛(ZnO)が含まれる。
当業者に公知のすべてのタイプの酸化亜鉛、たとえばZnO顆粒または粉末がここでは可能である。通常使用される酸化亜鉛は一般に、10m2/g未満のBET表面積を有する。しかし、10〜60m2/gのBET表面積を有するナノ酸化亜鉛を使用することもまた可能である。
加硫は任意選択的に、硫黄および/または硫黄供与体の存在下で、かつ加硫促進剤を用いて実施され、ある加硫促進剤は同時に、硫黄供与体として作用することができる。
遊離できる硫黄が式II)の実施形態を含む式I)のポリマーA中に結合しているため、すべての他の硫黄供与性化合物は、「さらなる硫黄供与体」と言われる。
硫黄および/またはさらなる硫黄供与体およびまた1つもしくは複数の促進剤が、最後の混合工程でゴム混合物に所定量で添加される。促進剤は、チアゾール促進剤、メルカプト促進剤、スルフェンアミド促進剤、チオカーバメート促進剤、チウラム促進剤、チオホスフェート促進剤、チオ尿素促進剤、キサントゲネート促進剤およびグアニジン促進剤からなる群から選択される。
N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド(CBS)、N,N−ジシクロヘキシルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド(DCBS)、ベンゾチアジル−2−スルフェノモルホリド(MBS)およびN−第三ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド(TBBS)からなる群から選択される少なくとも1つのスルフェンアミド促進剤を使用することが好ましい。
たとえば、商品名Vulkuren(登録商標)、Duralink(登録商標)もしくはPerkalink(登録商標)で入手可能であるようなさらなる網状構造形成システム、または国際公開第2010/049261 A2号パンフレットに記載されているような網状構造形成システムをまたゴム混合物に使用することができる。このシステムは、4つよりも多い官能性で架橋する加硫剤と少なくとも1つの加硫促進剤とを含有する。4つよりも多い官能性で架橋する加硫剤は、たとえば、一般式(1):
(1)G[C2a−CH−SY]
(式中、Gは、多価環状炭化水素基および/または多価ヘテロ炭化水素基および/または1〜100個の原子を含有する多価シロキサン基であり;式中、各Yは、硫黄含有官能基を含有するゴム活性基の中から独立して選択され;a、bおよびcは、aが0〜6であり;bが0〜8であり;およびcが3〜5であることを独立して満たす整数である)
を有する。
ゴム活性基は好ましくは、チオスルホネート基、ジチオカーバメート基、チオカルボニル基、メルカプト基、炭化水素基およびナトリウムチオスルホネート基(Bunte(ブンテ)塩基)の中から選択される。
本発明によるゴム混合物の非常に良好な摩耗および引き裂き特性は、このようにして達成される。
本発明の目的のために、硫黄およびTESPTなどの硫黄供与性シランなどの、さらなる硫黄供与体、ならびに上に記載されたような加硫促進剤および国際公開第2010/049261 A2号パンフレットに記載されているような、4つよりも多い官能性で架橋する加硫剤、たとえば式(1)の加硫剤、ならびにまた上述のシステムVulkuren(登録商標)、Duralink(登録商標)およびPerkalink(登録商標)が用語加硫剤の下に包含される。
ポリマーAのポリマー鎖に組み込まれた硫黄のために、元素状硫黄および/またはさらなる硫黄供与体の形態での比較的少量の硫黄が、加硫前にゴム混合物に添加される。元素状硫黄および/またはさらなる硫黄供与体の形態でのさらなる硫黄の必要量は、それぞれのゴム混合物の使用の分野に依存する。添加されるべきそれぞれの量は、当業者に公知である。元素状硫黄が添加される場合、車両タイヤのヒール用のゴム混合物の場合における量は、たとえば、0〜5phrである。一般にヒールよりも低い硫黄含有量を有する、車両タイヤのトレッドの場合には、添加されるべき元素状硫黄の量は好ましくは、0.1〜1phr、特に好ましくは0.1〜0.5phrである。
本発明の一実施形態では、ゼロの元素状硫黄およびゼロのさらなる硫黄供与体、すなわち、0phrの硫黄および0phrのさらなる硫黄供与体が添加されることが考えられる。
本発明のさらなる実施形態では、複数の促進剤が添加される。グアニジン促進剤DPG(ジフェニルグアニジン)と組み合わせて、スルフェンアミド促進剤、特に好ましくはCBSを使用することが好ましい。DPGの量は、0〜5phr、好ましくは0.1〜3phr、特に好ましくは0.5〜2.5phr、非常に特に好ましくは1〜2.5phrである。
さらに、加硫遅延剤がゴム混合物中に存在することができる。
本発明のゴム混合物の製造は、ゴム工業において慣習的である方法であって、加硫システム(硫黄および加硫影響物質)は別としてすべての構成成分を含むベース混合物が第一に1つもしくは複数の混合段階で製造される方法によって実施される。完成混合物は、最終混合段階での加硫システムの添加によって製造される。完成混合物は、たとえば、押出操作によってさらに加工され、適切な形状にされる。
先行技術と比較して、湿潤時破壊および/または乾燥時破壊および/または引き裂き特性などの他の関連特性がかなりの程度まで悪影響を受けることなく、最適化された摩耗特性および改善された転がり抵抗挙動を有する車両タイヤを提供することが本発明のさらなる目的である。
この目的は、少なくとも1つの構成要素に上に記載されたような本発明による少なくとも1つのゴム混合物を含有する車両タイヤによって達成される。ここで、車両タイヤに関連する本発明は、本発明のゴム混合物のすべての上述の例、実施形態およびさらなる開発を包含する。タイヤは好ましくは、空気式車両タイヤである。
湿潤時破壊および/または乾燥時破壊および/または引き裂き特性などの他の関連特性がかなりの程度まで悪影響を受けることなく車両タイヤの摩耗特性および転がり抵抗挙動を最適化することが本発明のさらなる目的である。
この目的は、車両タイヤを製造するために上記のゴム混合物を使用することによって達成される。ここで、本発明は、本発明のゴム混合物のすべての上述の例、実施形態およびさらなる開発を包含する。
タイヤは好ましくは、空気式車両タイヤである。
車両タイヤでの使用のために、混合物は好ましくは、トレッドの形状にされ、車両タイヤブランクの製造において公知の方法で適用される。しかし、トレッドはまた、タイヤブランク上へゴム混合物の狭いストリップの形態で巻くことができる。二部トレッド(上方部分:キャップおよび下方部分:ベース)の場合には、本発明のゴム混合物は、キャップ用およびベース用の両方に使用することができる。
車両タイヤにおいて本体混合物として使用するための本発明のゴム混合物の製造は、トレッドについて上に記載されたように実施される。相違は、押出操作後の造形にある。1つもしくは複数の異なる本体混合物用の本発明のゴム混合物の結果として生じる付形物は次に、タイヤブランクを構築するのに役立つ。
本発明はこれから、表1にまとめられる比較例および実施例を用いて例示される。「I」で示される混合物はここでは、本発明による混合物であり、一方、「C」で示される混合物は、比較混合物である。
表の混合物の例のすべての場合に、示される量は、全体ゴムの100重量部に基づく重量部(phr)またはシリカの100重量部に基づく重量部(phf)である。
混合物の製造は、実験室接線式ミキサーにおいて2段階で通常の条件下に実施した。ゴム混合物I1は、上記の式II)を有する実施形態での100phrのポリマーAを有する。ゴム混合物C1の場合には、例として使用される式I)のポリマーAと比較して、匹敵する分子量、匹敵するビニル含有量、匹敵するスチレン含有量および同様にSBRのポリマーセクションであって、しかしS基の代わりに、ケイ素元素によって互いに結合しているSBRのポリマーセクションを有する、式III)の比較ポリマーCを、式I)またはII)のポリマーの代わりに使用した。比較ポリマーのこれらのポリマーセクションは、いかなる硫黄加硫性末端基も持たない。
さらに、同様の硬度(室温でのShore A)を、ゴム混合物I1の場合に硫黄および促進剤の量を適合させることによって設定した。
試験検体を加硫によってすべての混合物から作製し、ゴム工業にとって典型的な材料特性をこれらの試験検体を使用して測定した。以下の試験方法を、試験検体に関する上記の試験について用いた。
・ DIN 53 505に従って室温(RT)でのShore A硬度(単位Shore A、ShAと略記される)
・ DIN 53 512に従って室温(RT)および70℃での反発弾性(略して反発)
・ DIN 53 504に従って室温(RT)で300%伸びでの応力値(弾性率300)
・ DIN 53 504に従って室温での引張強度および破断点伸び
・ DIN53 516またはDIN/ISO 4649に従って室温での摩耗
・ DIN 53 513(温度掃引)に従って動的−機械的測定からの損失係数tan δ(タンジェト・デルタ)からのゴム混合物のガラス転移温度T
・ DIN 53 513(温度掃引)に従って動的−機械的測定からの最大損失係数tan δ(最大)
Figure 0006167241
表1からの使用物質:
a)ポリマーA:下式II):
II)F−(SBR−Y−SBR−S−SBR−Y−SBR−F
[ここで、T=−16.3℃;ムーニー粘度=94.3MU;ビニル含有量=68.1重量%;スチレン含有量=21.6重量%;硫黄含有量=1.3g/kgのポリマー;M=463kg/モル;Mn=194kg/モルであり;14.35ミリモルの式II)のジ開始剤1,3−フェニレンビス(3−メチル−1−(4−メチル)フェニルペンチリデン)ビスリチウム;10.99ミリモルのSCl;10.48モルのブタジエン;1.452モルのスチレン;7.158ミリモルのTMEDA(N,N,N’,N’−テトラメチルエタン−1,2−ジアミン)から製造された]
の硫黄変性SSBR
b)ポリマーC:下式III)
Figure 0006167241
[ここで、Me=メチル基;T=−16.4℃;ムーニー粘度=32.6MU;ビニル含有量=67.5重量%;スチレン含有量=21.6重量%;硫黄含有量=0g/kgのポリマー;M=323kg/モル、M=102kg/モル;9.046ミリモルの式II)のジ開始剤;6.732ミリモルのMeSiCl;6.559モルのブタジエン;0.911モルのスチレン;4.605ミリモルのTMEDAから製造され;波線はSBRコポリマー単位を表す]
の比較ポリマー
c)シリカ:Evonik製のULTRASIL(登録商標)VN3
表1から理解することができるように、本発明によるゴム混合物I1は、比較混合物C1と比較して、実質的に同じガラス転移温度で70℃での反発弾性について著しくより高い値を示し、それは、比較混合物C1と比較して本発明のゴム混合物の著しく改善された転がり抵抗挙動を示唆するものである。さらに、本発明のゴム混合物I1は、改善された摩耗挙動および増加した引張強度を示す。
同時に、他の物理的特性は、実質的に同じレベルにとどまっている。特に、I1の反発弾性の差は、C1と比較して著しく増加し、それは、I1が転がり抵抗とウェットグリップとの相反するターゲットに関して優れていることを示唆する。
本発明のゴム混合物はしたがって、他のタイヤ特性が悪影響を受けることなく先行技術に基づく車両タイヤの転がり抵抗および耐摩耗性のさらなる改善を達成することを、特にトレッドでの使用によって可能にする。

Claims (10)

  1. 少なくとも次の構成成分:
    − 5〜100phrの下式I):
    I)F−(P−Y−P−S−P−Y−P−F
    (式中、
    Sは硫黄原子であり、および
    Pは、ジ開始剤の存在下での少なくとも1つの共役ジエンと任意選択的に少なくとも1つのビニル芳香族化合物とのアニオン重合によって得られた弾性ポリマー鎖であり、および
    Yは、前記ジ開始剤に由来するジカルバニオン基であり、および
    xは独立して、各S基について1以上の整数であり、ただし、xは少なくとも1つのS基について数2、3および4の中から選択され、および
    zは、1〜160の整数であり、および
    各Fは独立して、−H、−SH、−SOH、−SCl、−SSCl、−SOHおよび−SOHからなる群から選択される末端基である)
    の少なくとも1つのポリマーAと、
    − 少なくとも1つの充填材と
    を含有することを特徴とする、ゴム混合物。
  2. 前記少なくとも1つの共役ジエンが、1,3−ブタジエン、およびイソプレン、および2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、および1,3−ペンタジエン、および2,4−ヘキサジエン、および1,3−ヘキサジエン、および1,3−ヘプタジエン、および1,3−オクタジエン、および2−メチル−2,4−ペンタジエン、およびシクロペンタジエン、および2,4−ヘキサジエン、および1,3−シクロオクタジエンからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載のゴム混合物。
  3. 前記少なくとも1つの共役ジエンが1,3−ブタジエンであることを特徴とする、請求項2に記載のゴム混合物。
  4. 前記ビニル芳香族化合物が、スチレン、および2−メチルスチレン、および3−メチルスチレン、および4−メチルスチレン、および2,4−ジメチルスチレン、および2,4,6−トリメチルスチレン、およびアルファ−メチルスチレン、および2,4−ジイソプロピルスチレン、および4−第三ブチルスチレン、およびスチルベン、およびビニルベンジルジメチルアミン、および4−ビニルベンジルジメチルアミノエチルエーテル、およびN,N−ジメチルアミノエチルスチレン、および第三ブトキシスチレン、およびビニルピリジン、および1,2−ジビニルベンゼン、および1,3−ジビニルベンゼン、および1,4−ジビニルベンゼンからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のゴム混合物。
  5. 前記ビニル芳香族化合物がスチレンであることを特徴とする、請求項4に記載のゴム混合物。
  6. 前記ポリマーAが、下式II):
    II)F−(SBR−Y−SBR−S−SBR−Y−SBR−F
    (式中、
    Sは硫黄原子であり、および
    SBRは、ジ開始剤の存在下での1,3−ブタジエンとスチレンとのアニオン重合によって得られた弾性ポリマー鎖であり、および
    Yは、前記ジ開始剤に由来するジカルバニオン基であり、および
    xは独立して、各S基について1以上の整数であり、ただし、xは少なくとも1つのS基について数2、3および4の中から選択され、および
    zは、1〜160の整数であり、および
    各Fは独立して、−H、−SH、−SOH、−SCl、−SSCl、−SOHおよび−SOHからなる群から選択される末端基である)
    を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のゴム混合物。
  7. 前記ジ開始剤が、少なくとも1つの有機リチウム化合物であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のゴム混合物。
  8. 前記ポリマーAが、ポリマーの1kg当たり0.1〜30gの硫黄含有量を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のゴム混合物。
  9. 前記充填材が、少なくとも1つのシリカおよび/または少なくとも1つのカーボンブラックであることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載のゴム混合物。
  10. 少なくとも1つの構成要素中に請求項1〜9のいずれか一項に記載の少なくとも1つのゴム混合物を含有することを特徴とする、車両タイヤ。
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