JP6180948B2 - Vulcanized rubber composition for tires - Google Patents
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Description
本発明は、熱膨張性マイクロカプセルを含む加硫ゴム組成物において、氷上摩擦性能を従来レベルよりも向上するようにしたタイヤ用加硫ゴム組成物に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vulcanized rubber composition for tires, which is a vulcanized rubber composition containing thermally expandable microcapsules and whose friction performance on ice is improved from the conventional level.
氷雪路用空気入りタイヤ(スタッドレスタイヤ)の構成として、トレッドゴム中に多数の気泡を形成し、トレッドが氷面に踏み込むときにこれら気泡が氷表面の水膜を吸収除去し、トレッドが氷面から離れるときに吸収した水を遠心力で離脱させることを繰り返して氷上性能を向上することが知られている。 The structure of pneumatic tires for snow and snow (studless tires) is that many bubbles are formed in the tread rubber, and when the tread steps on the ice surface, these bubbles absorb and remove the water film on the ice surface, and the tread becomes the ice surface. It is known that the performance on ice is improved by repeatedly removing the absorbed water by centrifugal force when leaving the vehicle.
特許文献1は、このような気泡の形成手段として、タイヤトレッド用ゴム組成物に熱膨張性マイクロカプセルを配合することを提案している。この熱膨張性マイクロカプセルは空気入りタイヤの加硫工程での加熱によって膨張し、加硫したタイヤのトレッドゴム中に膨張したマイクロカプセルの殻に被覆された気泡(中空粒子)が多数形成される。このようなスタッドレスタイヤでは、中空粒子の大きさ及び数が、その氷上性能を左右する。 Patent Document 1 proposes blending a thermally expandable microcapsule with a rubber composition for a tire tread as means for forming such bubbles. This thermally expandable microcapsule expands by heating in the vulcanization process of a pneumatic tire, and a large number of bubbles (hollow particles) covered with the expanded microcapsule shell are formed in the tread rubber of the vulcanized tire. . In such a studless tire, the size and number of hollow particles influence the performance on ice.
特許文献2は、ゴム組成物の加硫時に熱膨張性マイクロカプセルを安定的に膨張させるため、膨張前の粒子径が20〜60μmである熱膨張性マイクロカプセルの割合を80%以上にすることを提案している。一方、需要者がスタッドレスタイヤの氷上性能に求めるレベルはより高く、氷上摩擦性能をより一層高くすることが要求されている。 In Patent Document 2, in order to stably expand the thermally expandable microcapsules during vulcanization of the rubber composition, the ratio of the thermally expandable microcapsules having a particle diameter before expansion of 20 to 60 μm is set to 80% or more. Has proposed. On the other hand, the level demanded by the consumer for the performance on ice of the studless tire is higher, and it is required to further increase the friction performance on ice.
本発明の目的は、熱膨張性マイクロカプセルを含む加硫ゴム組成物において、氷上摩擦性能を従来レベルよりも向上するようにしたタイヤ用加硫ゴム組成物を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vulcanized rubber composition for tires, which is a vulcanized rubber composition containing thermally expandable microcapsules and has improved friction performance on ice as compared with the conventional level.
上記目的を達成する本発明のタイヤ用加硫ゴム組成物は、天然ゴム及び/又はブタジエンゴムを含むジエン系ゴム100重量部に、熱膨張性マイクロカプセルを1〜15重量部配合し、加硫成形時の前記熱膨張性マイクロカプセルの膨張により形成された中空粒子を含み、該中空粒子の中で粒径50μm以下のものが1〜15%、粒径140μm以上のものが10%以上であることを特徴とする。 The vulcanized rubber composition for tires of the present invention that achieves the above object is obtained by blending 1 to 15 parts by weight of thermally expandable microcapsules with 100 parts by weight of diene rubber containing natural rubber and / or butadiene rubber. Including hollow particles formed by expansion of the thermally expandable microcapsules at the time of molding, among the hollow particles, those having a particle size of 50 μm or less are 1 to 15%, those having a particle size of 140 μm or more are 10% or more It is characterized by that.
本発明のタイヤ用加硫ゴム組成物は、加硫成形したとき熱膨張性マイクロカプセルの膨張により形成された中空粒子の粒径分布を、粒径50μm以下が1〜15%、粒径140μm以上が10%以上にしたことにより、意外にも氷上摩擦性能をより一層向上することができる。 The vulcanized rubber composition for tires of the present invention has a particle size distribution of hollow particles formed by expansion of thermally expandable microcapsules when vulcanized and molded, with particle sizes of 50 μm or less being 1 to 15% and particle sizes of 140 μm or more. Surprisingly, it is possible to further improve the frictional performance on ice.
本発明のタイヤ用加硫ゴム組成物は、天然ゴム及び/又はブタジエンゴムを含むジエン系ゴム100重量部に、熱膨張性マイクロカプセルを1〜15重量部配合し、前記熱膨張性マイクロカプセルが、粒径40μm以下のマイクロカプセルを20〜60%と、粒径60μm以上のマイクロカプセルを10%以上とからなるように配合し、これを加硫成形することにより製造することができる。 In the vulcanized rubber composition for tires of the present invention, 1 to 15 parts by weight of thermally expandable microcapsules are blended with 100 parts by weight of diene rubber containing natural rubber and / or butadiene rubber, and the thermally expandable microcapsules are It can be produced by blending 20 to 60% of microcapsules having a particle size of 40 μm or less and 10% or more of microcapsules having a particle size of 60 μm or more, and vulcanizing the mixture.
この製造方法において、前記熱膨張性マイクロカプセルとして、粒径分布が互いに異なる少なくとも2種類の熱膨張性マイクロカプセルを組み合わせて配合することが好ましい。 In this production method, it is preferable that at least two types of thermally expandable microcapsules having different particle size distributions are combined as the thermally expandable microcapsules.
本発明のタイヤ用加硫ゴム組成物をトレッド部に使用した空気入りタイヤは、スタッドレスタイヤとして優れた性能を有し、とりわけ氷上摩擦性能を一層向上することができる。 The pneumatic tire using the vulcanized rubber composition for tires of the present invention in the tread portion has excellent performance as a studless tire, and in particular, the friction performance on ice can be further improved.
本発明において、使用するジエン系ゴムは、天然ゴム及び/又はブタジエンゴムを含む。天然ゴム及び/又はブタジエンゴムを含むことにより、空気入りタイヤにしたとき氷上摩擦性能を高くすることができる。本発明では、天然ゴム、ブタジエンゴム以外の他のジエン系ゴムを配合することができる。他のジエン系ゴムとしては、例えば、イソプレンゴム、各種のスチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム等が挙げられる。本発明の空気入りタイヤ、とりわけ氷雪路用空気入りタイヤ(スタッドレスタイヤ)のトレッド部を構成するジエン系ゴムとして、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムが好ましい。 In the present invention, the diene rubber used includes natural rubber and / or butadiene rubber. By including natural rubber and / or butadiene rubber, the friction performance on ice can be enhanced when a pneumatic tire is formed. In the present invention, diene rubbers other than natural rubber and butadiene rubber can be blended. Examples of other diene rubbers include isoprene rubber, various styrene butadiene rubbers, butyl rubber, and ethylene-propylene-diene rubber. Natural rubber, butadiene rubber, and styrene butadiene rubber are preferable as the diene rubber constituting the tread portion of the pneumatic tire of the present invention, particularly a pneumatic tire for snowy and snowy roads (studless tire).
本発明において、上述したジエン系ゴムの平均ガラス転移温度は−50℃以下であることが好ましく、更に好ましくは−60〜−100℃であると良い。ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度を−50℃以下にすることにより、低温下でのゴムコンパウンドのしなやかさを維持し、氷面に対する凝着力を高くするので、冬用タイヤのトッレド部に好適に使用することができる。なおガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により20℃/分の昇温速度条件によりサーモグラムを測定し、転移域の中点の温度とする。また、ジエン系ゴムが油展品であるときは、油展成分(オイル)を含まない状態におけるジエン系ゴムのガラス転移温度とする。また、平均ガラス転移温度とは、各ジエン系ゴムのガラス転移温度に各ジエン系ゴムの重量分率を乗じた合計(ガラス転移温度の重量平均値)である。なお、すべてのジエン系ゴムの重量分率の合計を1とする。 In the present invention, the above-mentioned diene rubber has an average glass transition temperature of preferably −50 ° C. or lower, and more preferably −60 to −100 ° C. By setting the average glass transition temperature of diene rubber to -50 ° C or lower, the suppleness of the rubber compound is maintained at low temperatures and the adhesion to the ice surface is increased, making it suitable for the toled part of winter tires. Can be used. The glass transition temperature is determined by differential scanning calorimetry (DSC) with a thermogram measured at a rate of temperature increase of 20 ° C./min and set as the temperature at the midpoint of the transition region. When the diene rubber is an oil-extended product, the glass transition temperature of the diene rubber in a state not containing an oil-extended component (oil) is used. The average glass transition temperature is the sum of the glass transition temperature of each diene rubber multiplied by the weight fraction of each diene rubber (weight average value of glass transition temperature). The total weight fraction of all diene rubbers is 1.
本発明の加硫ゴム組成物は、上述したジエン系ゴム100重量部に対し、熱膨張性マイクロカプセルを1〜15重量部、好ましくは2〜10重量部配合する。熱膨張性マイクロカプセルの配合量が1重量部未満であると加硫時に熱膨張性マイクロカプセルが膨張した中空粒子(マイクロカプセルの殻)の容積が不足し、氷上摩擦性能を十分に改良することができない。また表面処理熱膨張性マイクロカプセルの配合量が15重量部を超えると、トレッドゴムの耐摩耗性能が悪化する虞がある。 In the vulcanized rubber composition of the present invention, 1 to 15 parts by weight, preferably 2 to 10 parts by weight of thermally expandable microcapsules are blended with 100 parts by weight of the diene rubber described above. If the amount of the thermally expandable microcapsule is less than 1 part by weight, the volume of the hollow particles (microcapsule shell) in which the thermally expandable microcapsule expanded during vulcanization will be insufficient, and the friction performance on ice will be sufficiently improved. I can't. Moreover, when the compounding quantity of a surface treatment thermally expansible microcapsule exceeds 15 weight part, there exists a possibility that the abrasion resistance performance of a tread rubber may deteriorate.
熱膨張性マイクロカプセルは、熱可塑性樹脂で形成された殻材中に、熱膨張性物質を内包した構成からなる。このため未加硫タイヤを加硫成形するとき、ゴム組成物中に分散したマイクロカプセルが加熱されると、殻材に内包された熱膨張性物質が膨張して殻材の粒径を大きくし、トレッドゴム中に多数の中空粒子を形成する。これにより、氷の表面に発生する水膜を効率的に吸収除去すると共に、ミクロなエッジ効果が得られるため、氷上性能を向上させる。また、マイクロカプセルの殻材は、トレッドゴムより硬いためトレッド部の耐摩耗性を高くすることができる。熱膨張性マイクロカプセルの殻材はニトリル系重合体により形成することができる。 The thermally expandable microcapsule has a configuration in which a thermally expandable substance is encapsulated in a shell formed of a thermoplastic resin. For this reason, when vulcanizing and molding an unvulcanized tire, if the microcapsules dispersed in the rubber composition are heated, the thermally expandable substance contained in the shell material expands to increase the particle size of the shell material. A large number of hollow particles are formed in the tread rubber. As a result, the water film generated on the surface of the ice is efficiently absorbed and removed, and a micro edge effect is obtained, thereby improving the performance on ice. In addition, since the shell material of the microcapsule is harder than the tread rubber, the wear resistance of the tread portion can be increased. The shell material of the thermally expandable microcapsule can be formed of a nitrile polymer.
またマイクロカプセルの殻材中に内包する熱膨張性物質は、熱によって気化又は膨張する特性をもち、例えば、イソアルカン、ノルマルアルカン等の炭化水素からなる群から選ばれる少なくとも1種が例示される。イソアルカンとしては、イソブタン、イソペンタン、2−メチルペンタン、2−メチルヘキサン、2,2,4−トリメチルペンタン等を挙げることができ、ノルマルアルカンとしては、n−ブタン、n−プロパン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン等を挙げることができる。これらの炭化水素は、それぞれ単独で使用しても複数を組み合わせて使用してもよい。熱膨張性物質の好ましい形態としては、常温で液体の炭化水素に、常温で気体の炭化水素を溶解させたものがよい。このような炭化水素の混合物を使用することにより、未加硫タイヤの加硫成形温度領域(150〜190℃)において、低温領域から高温領域にかけて十分な膨張力を得ることができる。 Further, the thermally expandable substance included in the shell material of the microcapsule has a property of being vaporized or expanded by heat, and examples thereof include at least one selected from the group consisting of hydrocarbons such as isoalkane and normal alkane. Examples of isoalkanes include isobutane, isopentane, 2-methylpentane, 2-methylhexane, 2,2,4-trimethylpentane, and examples of normal alkanes include n-butane, n-propane, n-hexane, Examples thereof include n-heptane and n-octane. These hydrocarbons may be used alone or in combination. As a preferable form of the thermally expandable substance, a substance obtained by dissolving a hydrocarbon which is gaseous at normal temperature in a hydrocarbon which is liquid at normal temperature is preferable. By using such a mixture of hydrocarbons, a sufficient expansion force can be obtained from the low temperature region to the high temperature region in the vulcanization molding temperature region (150 to 190 ° C.) of the unvulcanized tire.
本発明において、熱膨張性マイクロカプセルは、ゴム組成物を加硫成形したとき、熱膨張性マイクロカプセルの膨張により形成された中空粒子の粒径分布が、粒径50μm以下の中空粒子が1〜15%、粒径140μm以上の中空粒子が10%以上である。加硫成形後の中空粒子の粒径分布を、このような範囲内にすることにより、氷上摩擦性能を一層向上することができる。 In the present invention, the thermally expandable microcapsule has a particle size distribution of hollow particles formed by the expansion of the thermally expandable microcapsule when the rubber composition is vulcanized, and the hollow particles having a particle size of 50 μm or less are 1 to The hollow particles having a particle size of 15% and a particle size of 140 μm or more are 10% or more. By making the particle size distribution of the hollow particles after vulcanization molding within such a range, the on-ice friction performance can be further improved.
一般に、熱膨張性マイクロカプセルからなる中空粒子を含む加硫ゴム組成物は、中空粒子の平均粒子径が大きいほど氷上摩擦性能が高く、中空粒子の平均粒子径が小さいほど氷上摩擦性能が低くなる。これに対し本発明のタイヤ用加硫ゴム組成物は、粒径が大きい中空粒子と粒径が小さい中空粒子とを組み合わせて配合することにより、意外にも粒径が大きい中空粒子だけを配合した加硫ゴム組成物よりも、氷上摩擦性能を優れたものにすることができる。 Generally, a vulcanized rubber composition containing hollow particles made of thermally expandable microcapsules has a higher frictional performance on ice as the average particle diameter of the hollow particles is larger, and a lower frictional performance on ice as the average particle diameter of the hollow particles is smaller. . On the other hand, the vulcanized rubber composition for tires of the present invention is surprisingly compounded only by hollow particles having a large particle size by combining hollow particles having a large particle size and hollow particles having a small particle size. The friction performance on ice can be made superior to the vulcanized rubber composition.
中空粒子の粒径分布としては、中空粒子の中で粒径140μm以上のものが10%以上、好ましくは粒径が140〜200μmのものが10〜40%、より好ましくは粒径が140〜180μmのものが10〜30%であるとよい。また中空粒子の中で粒径50μm以下のものが1〜15%、好ましくは粒径が20〜50μmのものが1〜5%、より好ましくは粒径が30〜50μmのものが2〜5%であるとよい。 The particle size distribution of the hollow particles is 10% or more of hollow particles having a particle size of 140 μm or more, preferably 10 to 40%, preferably 140 to 200 μm, more preferably 140 to 180 μm. 10 to 30% is good. Among hollow particles, those having a particle size of 50 μm or less are 1 to 15%, preferably those having a particle size of 20 to 50 μm are 1 to 5%, more preferably those having a particle size of 30 to 50 μm are 2 to 5%. It is good to be.
本明細書において、加硫成形により得られた加硫ゴム組成物における中空粒子の粒径分布は、加硫ゴム組成物の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、50個以上の中空粒子の粒径を測定し、数平均粒子径及び粒径分布(個数に基づく割合[%])を求めるものとする。加硫ゴム組成物として、加硫した空気入りタイヤのトレッド部から切り出したゴム組成物を用いることができる。また観察時に中空粒子の端部を切断した断面と判別できるときは、その粒子の粒径を除外することができる。 In the present specification, the particle size distribution of the hollow particles in the vulcanized rubber composition obtained by vulcanization molding is determined by observing the cross section of the vulcanized rubber composition with a scanning electron microscope (SEM) and measuring 50 or more hollow particles. The particle size of the particles is measured, and the number average particle size and particle size distribution (ratio [%] based on the number) are obtained. As the vulcanized rubber composition, a rubber composition cut out from a tread portion of a vulcanized pneumatic tire can be used. Moreover, when it can discriminate | determine from the cross section which cut | disconnected the edge part of the hollow particle at the time of observation, the particle size of the particle | grain can be excluded.
本発明のタイヤ用加硫ゴム組成物の製造方法は、天然ゴム及び/又はブタジエンゴムを含むジエン系ゴム100重量部に、熱膨張性マイクロカプセルを1〜15重量部配合し、その熱膨張性マイクロカプセルが、粒径40μm以下のマイクロカプセルを20〜60%と、粒径60μm以上のマイクロカプセルを10%以上とからなるように未加硫のゴム組成物を調製し、これを加硫成形することにより製造することができる。 In the method for producing a vulcanized rubber composition for tires according to the present invention, 1 to 15 parts by weight of thermally expandable microcapsules are blended with 100 parts by weight of diene rubber containing natural rubber and / or butadiene rubber, and the heat expandability thereof. An unvulcanized rubber composition is prepared so that the microcapsules are composed of 20 to 60% of microcapsules having a particle size of 40 μm or less and 10% or more of microcapsules having a particle size of 60 μm or more, and this is vulcanized and molded. Can be manufactured.
本発明の製造方法において、膨張前の粒径が40μm以下の熱膨張性マイクロカプセルを20〜60%、膨張前の粒径が60μm以上の熱膨張性マイクロカプセルを10%以上になるように、1種類以上の熱膨張性マイクロカプセルを配合し、ジエン系ゴムに混合するようにする。熱膨張性マイクロカプセルを配合・混合するのは、ジエン系ゴムに充填剤や各種配合剤を配合し混練した後、冷却し硫黄や加硫促進剤などの加硫系配合剤と共に配合・混合するとよい。得られた未加硫のゴム組成物をグリーン成形し、これを加硫成形することにより、上述した粒径分布を有する中空粒子を含む加硫ゴム組成物を製造することができる。 In the production method of the present invention, the thermally expandable microcapsules having a particle size before expansion of 40 μm or less are 20 to 60%, and the thermally expandable microcapsules having a particle size before expansion of 60 μm or more are 10% or more. One or more kinds of thermally expandable microcapsules are blended and mixed with the diene rubber. The heat-expandable microcapsules are compounded and mixed by mixing and mixing with fillers and various compounding agents in diene rubber and then cooling and compounding and mixing with vulcanizing compounding agents such as sulfur and vulcanization accelerators. Good. The obtained unvulcanized rubber composition is green-molded and vulcanized to produce a vulcanized rubber composition containing the hollow particles having the particle size distribution described above.
膨張前の熱膨張性マイクロカプセルは、粒径が40μm以下のものが20〜60%、好ましくは粒径が20〜40μmのものが20〜60%、より好ましくは30〜40μmのものが20〜60%になるように配合する。また膨張前の粒径が60μm以上の熱膨張性マイクロカプセルが10%以上、好ましくは粒径が60〜80μmのものが10〜50%、より好ましくは粒径が60〜80μmのものが10〜40%になるように配合する。 The heat-expandable microcapsules before expansion have a particle size of 20 to 60%, preferably 20 to 60%, more preferably 30 to 40 μm, and more preferably 20 to 60%. Mix to 60%. Further, 10% or more of thermally expandable microcapsules having a particle size of 60 μm or more before expansion, preferably 10 to 50% of those having a particle size of 60 to 80 μm, more preferably 10 to 10 of those having a particle size of 60 to 80 μm. Mix to 40%.
このように熱膨張性マイクロカプセルの粒径を調節するため、粒径分布が互いに異なる少なくとも2種類の熱膨張性マイクロカプセルを組み合わせて配合することができる。2種類の熱膨張性マイクロカプセルを選択するとき、それぞれの平均粒子径の差が、好ましくは25μm以上、より好ましくは25〜50μmであるとよい。このような平均粒子径の差を有する2種類の熱膨張性マイクロカプセルを用いることにより、膨張前の熱膨張性マイクロカプセルの粒径の調節を容易にすることができる。 Thus, in order to adjust the particle size of the thermally expandable microcapsules, at least two types of thermally expandable microcapsules having different particle size distributions can be combined and blended. When two types of thermally expandable microcapsules are selected, the difference between the average particle diameters is preferably 25 μm or more, more preferably 25 to 50 μm. By using two types of thermally expandable microcapsules having such a difference in average particle diameter, the particle diameter of the thermally expandable microcapsules before expansion can be easily adjusted.
2種類の熱膨張性マイクロカプセルの配合割合は、平均粒子径が大きい熱膨張性マイクロカプセルを好ましくは30〜95重量%、より好ましくは40〜90重量%、平均粒子径が小さい熱膨張性マイクロカプセルを好ましくは70〜5重量%、より好ましくは60〜10重量%にするとよい。2種類の熱膨張性マイクロカプセルの配合割合をこのような範囲内にすることにより、氷上摩擦性能を従来レベル以上に向上することができる。 The mixing ratio of the two types of thermally expandable microcapsules is preferably 30 to 95% by weight of thermally expandable microcapsules having a large average particle diameter, more preferably 40 to 90% by weight, and thermally expandable microcapsules having a small average particle diameter. The capsule is preferably 70 to 5% by weight, more preferably 60 to 10% by weight. By setting the blending ratio of the two types of thermally expandable microcapsules within such a range, the friction performance on ice can be improved to a level higher than the conventional level.
本発明において、タイヤ用加硫ゴム組成物は、シリカ、カーボンブラック等の充填剤を配合することができる。充填剤を配合することによりゴムの強度を高くし耐摩耗性能を良好にすることができる。充填剤の配合量は、ジエン系ゴム100重量部に対し好ましくは10〜80重量部、より好ましくは20〜70重量部にするとよい。充填剤の配合量が10重量部より小さいとゴム強度を高くして耐摩耗性能を向上することができない。充填剤の配合量が80重量部より大きいとタイヤ用加硫ゴム組成物の転がり抵抗が悪化する。 In the present invention, the tire vulcanized rubber composition may contain a filler such as silica and carbon black. By blending the filler, the strength of the rubber can be increased and the wear resistance can be improved. The blending amount of the filler is preferably 10 to 80 parts by weight, more preferably 20 to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the diene rubber. If the blending amount of the filler is less than 10 parts by weight, the rubber strength cannot be increased and the wear resistance performance cannot be improved. When the blending amount of the filler is larger than 80 parts by weight, the rolling resistance of the vulcanized rubber composition for tire is deteriorated.
シリカ、カーボンブラック以外の充填剤としては、空気入りタイヤに使用することができる任意の充填剤を用いることができ、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、タルク、クレー、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化チタン、硫酸カルシウム等を挙げることができる。 As fillers other than silica and carbon black, any filler that can be used for pneumatic tires can be used, for example, calcium carbonate, magnesium carbonate, talc, clay, alumina, aluminum hydroxide, titanium oxide. And calcium sulfate.
本発明のタイヤ用加硫ゴム組成物は、シリカを配合することが好ましく、例えば湿式シリカ、乾式シリカなどの任意のシリカを単独又は組合せて用いることができる。 The vulcanized rubber composition for tires of the present invention preferably contains silica. For example, any silica such as wet silica and dry silica can be used alone or in combination.
本発明の加硫ゴム組成物にシリカを配合するとき、シランカップリング剤を配合することができる。シランカップリング剤を配合することにより、ジエン系ゴムに対するシリカの分散性を向上しゴムとの補強性を高めることができる。同時に熱膨張性マイクロカプセルに担持したシリカのジエン系ゴムとの親和性を改良し、加硫後のゴムとマイクロカプセルの殻との界面を強化する効果が十分に得られない。 When silica is blended with the vulcanized rubber composition of the present invention, a silane coupling agent can be blended. By compounding a silane coupling agent, the dispersibility of silica in the diene rubber can be improved and the reinforcement with the rubber can be enhanced. At the same time, the effect of improving the affinity of the silica diene rubber supported on the thermally expandable microcapsule and strengthening the interface between the vulcanized rubber and the microcapsule shell cannot be sufficiently obtained.
シランカップリング剤の配合量は、加硫ゴム組成物中のシリカの配合量に対し好ましくは3〜15重量%を配合すると良く、より好ましくは5〜10重量%を配合すると良い。シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の3重量%未満であるとシリカの分散を十分に改良することができない。シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の15重量部を超えると所望の硬度、強度や、耐摩耗性を得ることができない。 The blending amount of the silane coupling agent is preferably 3 to 15% by weight, more preferably 5 to 10% by weight, based on the blending amount of silica in the vulcanized rubber composition. If the amount of the silane coupling agent is less than 3% by weight of the amount of silica, the silica dispersion cannot be improved sufficiently. If the blending amount of the silane coupling agent exceeds 15 parts by weight of the blending amount of silica, desired hardness, strength and wear resistance cannot be obtained.
シランカップリング剤の種類は、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであれば特に制限されるものではないが、例えば、ビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラサルファイド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジサルファイド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラサルファイド、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等の硫黄含有シランカップリング剤を例示することができる。 The type of the silane coupling agent is not particularly limited as long as it can be used for the rubber composition containing silica. For example, bis- (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, bis (3- Examples thereof include sulfur-containing silane coupling agents such as (triethoxysilylpropyl) disulfide, 3-trimethoxysilylpropylbenzothiazole tetrasulfide, γ-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-octanoylthiopropyltriethoxysilane. .
タイヤ用加硫ゴム組成物には、上述した充填剤以外にも、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、加工助剤などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができる。かかる添加剤は一般的な方法で混練して未加硫のゴム組成物とし、これを加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。このようなゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。 In addition to the fillers described above, vulcanized rubber compositions for tires generally include tire rubber compositions such as vulcanization or crosslinking agents, vulcanization accelerators, anti-aging agents, plasticizers, and processing aids. Various additives used can be blended. Such an additive can be kneaded by a general method to form an unvulcanized rubber composition, which can be used for vulcanization or crosslinking. As long as the amount of these additives is not contrary to the object of the present invention, a conventional general amount can be used. Such a rubber composition can be produced by mixing each of the above components using a known rubber kneading machine, for example, a Banbury mixer, a kneader, a roll or the like.
本発明のタイヤ用加硫ゴム組成物はスタッドレスタイヤのトレッド部を構成するのに好適である。このように構成されたトレッド部は、氷上性能を従来レベル以上に向上することができる。 The vulcanized rubber composition for tires of the present invention is suitable for constituting a tread portion of a studless tire. The tread portion configured as described above can improve the performance on ice to a level higher than the conventional level.
以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, the scope of the present invention is not limited to these Examples.
表3に示すジエン系ゴム、充填材及び配合剤を共通配合とし、表1、2に示す配合からなる8種類のゴム組成物(実施例1〜4、標準例1〜2、比較例1〜2)を、硫黄、加硫促進剤、熱膨張性マイクロカプセルを除く成分を1.8Lの密閉型ミキサーで5分間混練し放出・冷却し、これに硫黄、加硫促進剤、熱膨張性マイクロカプセルを加えてオープンロールで混合することにより未加硫のゴム組成物を調製した。なお表1、2に記載した熱膨張性マイクロカプセルの配合量は、表3に記載したジエン系ゴム100重量部に対する重量部で示した。 Eight types of rubber compositions (Examples 1 to 4, Standard Examples 1 to 2, Comparative Examples 1 to 2) having the composition shown in Tables 1 and 2 with the diene rubber, filler and compounding agent shown in Table 3 as a common compound. 2), components other than sulfur, vulcanization accelerator, and heat-expandable microcapsules are kneaded for 5 minutes in a 1.8 L closed mixer, discharged and cooled, and sulfur, vulcanization accelerator, and heat-expandable micro An unvulcanized rubber composition was prepared by adding capsules and mixing with an open roll. In addition, the compounding quantity of the thermally expansible microcapsule described in Table 1, 2 was shown by the weight part with respect to 100 weight part of diene rubbers described in Table 3.
表1,2において、膨張前の熱膨張性マイクロカプセルの平均粒径及び粒径の分布は、レーザー回折式粒度分布測定装置(SYMPATEC社製HEROS&RODOS)を使用して、乾式分散ユニットの分散圧5.0bar、真空度5.0mbarの条件で乾式測定により求めた。 In Tables 1 and 2, the average particle size and particle size distribution of the thermally expandable microcapsules before expansion are determined by using a laser diffraction particle size distribution measuring device (HEROS & RODOS manufactured by SYMPATEC) and a dispersion pressure of 5 in the dry dispersion unit. It was determined by dry measurement under the conditions of 0.0 bar and a vacuum degree of 5.0 mbar.
また、ゴム組成物の加硫に伴い、熱膨張性マイクロカプセルが膨張して形成された中空粒子の粒径の分布は、得られた加硫ゴム組成物からなる加硫ゴム試験片の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、50個以上の中空粒子の粒径を測定し、数平均粒径、粒径の数分布を求めた。 In addition, the particle size distribution of the hollow particles formed by the expansion of the thermally expandable microcapsule with the vulcanization of the rubber composition is the same as that of the vulcanized rubber test piece made of the vulcanized rubber composition. It observed with the scanning electron microscope (SEM), the particle size of 50 or more hollow particles was measured, and the number average particle size and the number distribution of the particle size were calculated | required.
得られた8種類のゴム組成物を所定の金型中で、170℃で10分間プレス加硫してタイヤ用加硫ゴム組成物からなる試験片を調製した。得られた加硫ゴム試験片の氷上摩擦性能を下記に示す方法により評価した。 The obtained eight kinds of rubber compositions were press vulcanized at 170 ° C. for 10 minutes in a predetermined mold to prepare test pieces made of a vulcanized rubber composition for tires. The friction performance on ice of the obtained vulcanized rubber test piece was evaluated by the following method.
氷上摩擦性能
得られた加硫ゴム試験片を偏平円柱状の台ゴムに貼り付け、インサイドドラム型氷上摩擦試験機を用いて、測定温度−1.5℃、荷重5.5kg/cm3、ドラム回転速度25km/hの条件で氷上摩擦係数を測定した。得られた氷上摩擦係数を、表1では標準例1の値を100、表2では標準例2の値を100とする指数にして、それぞれの「氷上摩擦性能」の欄に示した。この指数値が大きいほど氷上摩擦力が大きく氷上性能が優れることを意味する。
Friction performance on ice The obtained vulcanized rubber test piece was affixed to a flat columnar base rubber, and using an inside drum type on-ice friction tester, measurement temperature -1.5 ° C, load 5.5 kg / cm 3 , drum The friction coefficient on ice was measured under the condition of a rotational speed of 25 km / h. The obtained friction coefficient on ice is shown in the column of “Friction performance on ice” in Table 1 with an index in which the value of Standard Example 1 is 100 in Table 1 and the value of Standard Example 2 is 100 in Table 2. A larger index value means a greater frictional force on ice and better performance on ice.
表1、2において、マイクロカプセル−1およびマイクロカプセル−2は、いずれも松本油脂製薬社で調製した熱膨張性マイクロカプセルである。 In Tables 1 and 2, microcapsule-1 and microcapsule-2 are both thermally expandable microcapsules prepared by Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.
マイクロカプセル−1の製造方法
熱膨張性マイクロカプセルを以下の工程により調製し、マイクロカプセル−2とした。水系成分として、固形分40%のコロイダルシリカ25g、ジエタノールアミン−アジピン酸縮合物1g、塩化ナトリウム150g及びイオン交換水500gを混合後、pH3.5に調整して水系分散媒体を製造した。次いで、油系成分として、アクリロニトリル70g、メタクリロニトリル70g、メタクリル酸70g、エチレングリコールジメタクリレート3g及びアゾビス(2,4−ジメチリルバレロニトリル)1gを混合して均一溶液の単量体混合物を調製した。この単量体混合物に、イソペンタン30gおよび2−メチルペンタン30gを加え、オートクレーブに仕込み、水系分散媒体を更に仕込んだ。5分間700rpmで仕込み物を撹拌後、オートクレーブ内を窒素置換し、反応温度60℃で8時間反応させた。なお、反応圧力は0.5MPa、撹拌は350rpmで行った。最終工程では、熱膨張性マイクロカプセルの水分を除去するために、ミキサードライヤーを用いて70℃で乾燥した。
Manufacturing method of microcapsule-1 A thermally expandable microcapsule was prepared by the following steps to obtain a microcapsule-2. As an aqueous component, 25 g of colloidal silica having a solid content of 40%, 1 g of diethanolamine-adipic acid condensate, 150 g of sodium chloride and 500 g of ion-exchanged water were mixed and adjusted to pH 3.5 to produce an aqueous dispersion medium. Next, 70 g of acrylonitrile, 70 g of methacrylonitrile, 70 g of methacrylic acid, 3 g of ethylene glycol dimethacrylate and 1 g of azobis (2,4-dimethylylvaleronitrile) are mixed as oil components to prepare a monomer mixture of a uniform solution. did. To this monomer mixture, 30 g of isopentane and 30 g of 2-methylpentane were added and charged in an autoclave, and an aqueous dispersion medium was further charged. After stirring the charged product at 700 rpm for 5 minutes, the inside of the autoclave was purged with nitrogen and reacted at a reaction temperature of 60 ° C. for 8 hours. The reaction pressure was 0.5 MPa and stirring was performed at 350 rpm. In the final process, in order to remove the water | moisture content of a thermally expansible microcapsule, it dried at 70 degreeC using the mixer dryer.
マイクロカプセル−1は、膨張前の平均粒径が57μm、粒径40μm以下のマイクロカプセルが8%、粒径60μm以上のマイクロカプセルが36%であった。またマイクロカプセル−1が膨張した後の中空粒子は、中空粒子の中で粒径50μm以下のものが0%、粒径140μm以上のものが40%であった。 Microcapsule-1 had an average particle size of 57 μm before expansion, 8% of microcapsules having a particle size of 40 μm or less, and 36% of microcapsules having a particle size of 60 μm or more. Further, the hollow particles after the expansion of the microcapsule-1 were 0% of hollow particles having a particle size of 50 μm or less and 40% having a particle size of 140 μm or more.
マイクロカプセル−2の製造方法
熱膨張性マイクロカプセルを以下の工程により調製し、マイクロカプセル−2とした。水系成分として、固形分40%のコロイダルシリカ45g、ジエタノールアミン−アジピン酸縮合物1g、塩化ナトリウム150g及びイオン交換水500gを混合後、pH3.5に調整して水系分散媒体を製造した。次いで、油系成分として、アクリロニトリル70g、メタクリロニトリル70g、メタクリル酸70g、エチレングリコールジメタクリレート3g及びアゾビス(2,4−ジメチリルバレロニトリル)1gを混合して均一溶液の単量体混合物を調製した。この単量体混合物に、イソペンタン30gおよび2−メチルペンタン30gを加え、オートクレーブに仕込み、水系分散媒体を更に仕込んだ。5分間700rpmで仕込み物を撹拌後、オートクレーブ内を窒素置換し、反応温度60℃で8時間反応させた。なお、反応圧力は0.5MPa、撹拌は350rpmで行った。最終工程では、熱膨張性マイクロカプセルの水分を除去するために、ミキサードライヤーを用いて70℃で乾燥した。
Manufacturing method of microcapsule-2 A thermally expandable microcapsule was prepared by the following steps to obtain a microcapsule-2. As an aqueous component, 45 g of colloidal silica having a solid content of 40%, 1 g of diethanolamine-adipic acid condensate, 150 g of sodium chloride and 500 g of ion-exchanged water were mixed and adjusted to pH 3.5 to produce an aqueous dispersion medium. Next, 70 g of acrylonitrile, 70 g of methacrylonitrile, 70 g of methacrylic acid, 3 g of ethylene glycol dimethacrylate and 1 g of azobis (2,4-dimethylylvaleronitrile) are mixed as oil components to prepare a monomer mixture of a uniform solution. did. To this monomer mixture, 30 g of isopentane and 30 g of 2-methylpentane were added and charged in an autoclave, and an aqueous dispersion medium was further charged. After stirring the charged product at 700 rpm for 5 minutes, the inside of the autoclave was purged with nitrogen and reacted at a reaction temperature of 60 ° C. for 8 hours. The reaction pressure was 0.5 MPa and stirring was performed at 350 rpm. In the final process, in order to remove the water | moisture content of a thermally expansible microcapsule, it dried at 70 degreeC using the mixer dryer.
マイクロカプセル−2は、膨張前の平均粒径が25μm、粒径40μm以下のマイクロカプセルが94%、粒径60μm以上のマイクロカプセルが0%であった。またマイクロカプセル−2が膨張した後の中空粒子は、中空粒子の中で粒径50μm以下のものが20%、粒径140μm以上のものが0%であった。 Microcapsule-2 had an average particle size of 25 μm before expansion, 94% of microcapsules with a particle size of 40 μm or less, and 0% of microcapsules with a particle size of 60 μm or more. The hollow particles after the expansion of the microcapsule-2 were 20% of hollow particles having a particle size of 50 μm or less, and 0% having a particle size of 140 μm or more.
なお、表3において使用した原材料の種類を下記に示す。
・NR:天然ゴム、RSS#3
・BR:ブタジエンゴム、日本ゼオン社製Nipol BR1220
・カーボンブラック:東海カーボン社製シースト6
・シリカ:東ソーシリカ社製Nipsil AQ
・シランカップリング剤:硫黄含有シランカップリング剤、エボニクデグサ社製Si69
・酸化亜鉛:正同化学工業社製酸化亜鉛3種
・ステアリン酸:日油社製ビーズステアリン酸
・老化防止剤−1:精工化学社製オゾノン6C
・老化防止剤−2:精工化学社製ノンフレックスRD
・オイル:昭和シェル石油社製エキストラクト4号S
・硫黄:鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
・加硫促進剤:大内新興化学工業社製ノクセラーCZ−G
In addition, the kind of raw material used in Table 3 is shown below.
・ NR: Natural rubber, RSS # 3
BR: Butadiene rubber, Nippon Zeon BR1220
・ Carbon black: Seest 6 made by Tokai Carbon
Silica: Nipsil AQ manufactured by Tosoh Silica
Silane coupling agent: Sulfur-containing silane coupling agent, Si69 manufactured by Evonik Degussa
・ Zinc oxide: 3 types of zinc oxide manufactured by Shodo Chemical Industry Co., Ltd. ・ Stearic acid: Bead stearic acid manufactured by NOF Corporation ・ Anti-aging agent-1: Ozonon 6C manufactured by Seiko Chemical Co., Ltd.
Anti-aging agent-2: Seiko Chemical non-flex RD
・ Oil: Extract No. 4 S manufactured by Showa Shell Sekiyu KK
・ Sulfur: Fine powder sulfur with Jinhua seal oil manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd. ・ Vulcanization accelerator: Noxeller CZ-G manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.
表1、2から明らかなように実施例1〜4のタイヤ用加硫ゴム組成物は、氷上摩擦性能を従来レベル(標準例1及び2、比較例1及び2)以上に向上することが確認された。 As is clear from Tables 1 and 2, it was confirmed that the vulcanized rubber compositions for tires of Examples 1 to 4 improved the friction performance on ice to the conventional level (Standard Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2) or more. It was done.
比較例1の加硫ゴム組成物は配合したマイクロカプセル−2が膨張して形成された中空粒子の粒径が、標準例1に配合したマイクロカプセル−1が膨張した中空粒子と比べ小さいため、氷上摩擦性能が低下した。 The vulcanized rubber composition of Comparative Example 1 has a smaller particle size of the hollow particles formed by expanding the blended microcapsule-2, compared to the hollow particles expanded by the microcapsule-1 blended in Standard Example 1, Frictional performance on ice decreased.
比較例2の加硫ゴム組成物は配合したマイクロカプセル−2が膨張して形成された中空粒子の粒径が、標準例2に配合したマイクロカプセル−1が膨張した中空粒子と比べ小さいため、氷上摩擦性能が低下した。 The vulcanized rubber composition of Comparative Example 2 has a smaller particle size of the hollow particles formed by expanding the blended microcapsule-2, compared to the hollow particles expanded by the microcapsule-1 blended in Standard Example 2, Frictional performance on ice decreased.
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