JP6478407B2 - ファルネセン重合体、それを用いたゴム組成物及びタイヤ - Google Patents
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Description
タイヤにおいては、ウェットグリップ性能といった湿潤路面での制動性能や、アイスグリップ性能といった低温時や氷雪路面での制動性能等の広範な条件下での高いレベルの制動性能が要求される。
制動性能を向上させるには、ガラス転移温度(Tg)が高いゴム、例えば、スチレン−ブタジエンゴムを使用したり、平均粒径が5〜100nm程度のカーボンブラックを多量に配合したりする方法が知られている。しかし、これらの方法では、ゴム組成物の粘度が高くなって製造時の成形加工性が低下するという問題がある。
また、特許文献2では、ファルネセン共重合体、及びゴム成分として該ファルネセン共重合体を用いたタイヤ用ゴム組成物が記載され、制動性能は改善されるものの、前記ファルネセン共重合体のガラス転移温度は−25℃以上であり、流動性及び成形加工性が不十分であるという問題がある。
このようにタイヤ用ゴム組成物において、製造時の成形加工性及び制動性能をバランスよく改良することは困難とされていた。
[1] ファルネセン由来の単量体単位(a)を含むファルネセン重合体であって、該ファルネセン重合体を構成する単量体単位の総量中における、単量体単位(a)の含有量が50質量%以上であり、ガラス転移温度(Tg)が−90〜−26℃である、ファルネセン重合体。
[2] 上記[1]に記載のファルネセン重合体を含むゴム成分(A)、及びフィラー(B)を含有するゴム組成物であって、ゴム成分(A)総量中における前記ファルネセン重合体の含有量が5〜50質量%であり、ゴム成分(A)100質量部に対し、フィラー(B)を20〜150質量部含有する、ゴム組成物。
[3] 上記[2]に記載のゴム組成物を少なくとも一部に用いたタイヤ。
本発明のファルネセン重合体は、ファルネセン由来の単量体単位(a)(以下、単に「単量体単位(a)」とも称する)を含むファルネセン重合体であって、該ファルネセン重合体を構成する単量体単位の総量中における、単量体単位(a)の含有量が50質量%以上であり、ガラス転移温度(Tg)が−90〜−26℃である。
単量体単位(a)は、α−ファルネセン由来の単量体単位であってもよく、また、下記式(I)で表されるβ−ファルネセン由来の単量体単位であってもよく、α−ファルネセン由来の単量体単位とβ−ファルネセン由来の単量体単位とを含むものでもよいが、製造容易性の観点から、β−ファルネセン由来の単量体単位を含有することが好ましい。
β−ファルネセン由来の単量体単位の含有量は、製造容易性の観点から、単量体単位(a)中、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましく、100モル%であること、すなわち単量体単位(a)のすべてがβ−ファルネセン由来の単量体単位であることが更に好ましい。
本発明のファルネセン重合体を構成する単量体単位の総量中における単量体単位(a)の含有量は、好ましくは50〜100質量%、より好ましくは55〜100質量%、更に好ましくは60〜100質量%の範囲である。
本発明のファルネセン重合体は、ファルネセン由来の単量体単位(a)とファルネセン以外の他の単量体に由来する単量体単位(b)(以下、単に「単量体単位(b)」とも称する)の共重合体であってもよい。
かかる単量体単位(b)を形成できるファルネセン以外の他の単量体としては、ファルネセンと共重合可能なものであれば特に限定されず、例えば芳香族ビニル化合物、ファルネセン以外の共役ジエン化合物、アクリル酸及びその誘導体、メタクリル酸及びその誘導体、アクリルアミド及びその誘導体、メタクリルアミド及びその誘導体、並びにアクリロニトリル等が挙げられる。
これら他の単量体は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明のファルネセン重合体を構成する単量体単位(a)及び(b)の総量中における単量体単位(b2)の含有量は、好ましくは3〜50質量%、より好ましくは5〜45質量%、更に好ましくは10〜40質量%、より更に好ましくは15〜40質量%、より更に好ましくは15〜35質量%の範囲である。
一般に、架橋していない高分子量の重合体は熱可塑性を示し、適切な温度で流動する領域を持っており、熱分解や変性反応等が起こらない限り高温になるにしたがって粘度は低下する。粘度の温度分散挙動については下記式(1)で示されるアンドレードの式が提案されており、下記式(1)より活性化エネルギー(E*)を求めることができる。
η*=Aexp(−E*/RT) (1)
[式(1)中、η*は複素粘度、Aは頻度因子、E*は活性化エネルギー(J/mol)、Rは気体定数〔J/(mol・K)〕、Tは絶対温度(K)を表す。]
なお、本発明における複素粘度η*は、後述する実施例に記載の方法によるものである。
したがって、活性化エネルギー(E*)は、粘度低減化の観点から、好ましくは32kJ/mol以上、より好ましくは35kJ/mol以上であり、そして、加工安定性の観点から、好ましくは60kJ/mol以下、より好ましくは50kJ/mol以下、より更に好ましくは40kJ/mol以下である。
本発明のファルネセン重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは1.0〜8.0であり、より好ましくは1.0〜5.0であり、更に好ましくは1.0〜3.0である。Mw/Mnが上記の範囲内であると、ファルネセン重合体の粘度のばらつきが小さくなる。
本発明における重量平均分子量及び分子量分布は、後述する実施例に記載の方法により、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めたポリスチレン換算によるものである。
本発明におけるガラス転移温度は、後述する実施例に記載の方法によるものである。
本発明のファルネセン重合体は、ファルネセンを含有する単量体(X)を、乳化重合法、溶液重合法、塊状重合法、懸濁重合法又は国際公開第2010/027463号、国際公開第2010/027464号に記載の方法等により製造することができる。これらの中でも、乳化重合法又は溶液重合法が好ましく、溶液重合法がより好ましい。
本発明の製造方法に用いる単量体(X)中のファルネセンの含有量は、50〜100質量%の範囲が好ましく、55〜100質量%の範囲がより好ましく、60〜100質量%の範囲が更に好ましい。
単量体(X)は、さらにファルネセン以外の他の単量体を含有してもよい。かかる他の単量体としては、前述した単量体単位(b)を形成できる単量体が挙げられる。
本発明の製造方法に用いる単量体(X)中の他の単量体の含有量は、3質量〜50質量%の範囲が好ましく、5〜45質量%の範囲がより好ましく、10〜40質量%の範囲が更に好ましく、15〜40質量%の範囲がより更に好ましい。
本発明の製造方法として用いる乳化重合法は、公知の方法を適用できる。例えば、所定量のファルネセンを含む単量体(X)を乳化剤の存在下に乳化分散し、ラジカル重合開始剤により乳化重合する。
乳化剤としては、例えば炭素数10以上の長鎖脂肪酸塩又はロジン酸塩が用いられる。具体例としては、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸等の脂肪酸のカリウム塩又はナトリウム塩が挙げられる。
分散剤としては通常、水が使用され、重合時の安定性が阻害されない範囲で、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒を含んでいてもよい。
ラジカル重合開始剤としては、例えば、過硫酸アンモニウムや過硫酸カリウムのような過硫酸塩、有機過酸化物、過酸化水素等が挙げられる。
乳化重合の重合温度は、使用するラジカル重合開始剤の種類によって適宜選択できるが、通常、0〜100℃、好ましくは0〜60℃の範囲である。重合様式は連続式あるいは回分式のいずれでもよい。
重合反応は、重合停止剤の添加により停止できる。重合停止剤としては、例えば、イソプロピルヒドロキシルアミン、ジエチルヒドロキシルアミン、ヒドロキシルアミン等のアミン化合物、ヒドロキノンやベンゾキノン等のキノン系化合物、亜硝酸ナトリウム等が挙げられる。
重合反応停止後、必要に応じて老化防止剤を添加してもよい。重合反応停止後、得られたラテックスから必要に応じて未反応単量体を除去し、次いで、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム等の塩を凝固剤とし、必要に応じて硝酸、硫酸等の酸を添加して凝固系のpHを所定の値に調整しながら、ファルネセン重合体を凝固させた後、分散溶媒を分離することによってファルネセン重合体を回収する。次いで水洗及び脱水後、乾燥することで、本発明のファルネセン重合体が得られる。なお、凝固の際に、必要に応じて予めラテックスと乳化分散液にした伸展油とを混合し、油展の重合体として回収してもよい。
本発明の製造方法として用いる溶液重合法は、公知の方法を適用できる。例えば、溶媒中で、チーグラー系触媒、メタロセン系触媒、アニオン重合可能な活性金属を使用して、所望により極性化合物の存在下、ファルネセンを含む単量体(X)を重合する。
アニオン重合可能な活性金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属;ランタン、ネオジム等のランタノイド系希土類金属等が挙げられる。これらの中でもアルカリ金属及びアルカリ土類金属が好ましく、アルカリ金属がより好ましい。アルカリ金属の中でも、有機アルカリ金属化合物が更に好ましい。
有機アルカリ金属化合物はまた、ジブチルアミン、ジヘキシルアミン、ジベンジルアミン等の第2級アミンと反応させて、有機アルカリ金属アミドとして使用することもできる。
本発明のファルネセン重合体が、共重合体である場合には、重合系中のファルネセン及びファルネセン以外の他の単量体の組成比が特定の範囲になるように、反応液中にファルネセン及びファルネセン以外の他の単量体を連続的あるいは断続的に供給してもよい。また、予め特定の組成比に調整したファルネセン及びファルネセン以外の他の単量体の混合物を供給することで、ランダム共重合体を製造することができる。さらに、反応液中でファルネセン及びファルネセン以外の他の単量体を特定の組成比となるように順次重合することで、ブロック共重合体を製造することができる。
重合反応は、重合停止剤としてメタノール、イソプロパノール等のアルコールを添加して、反応を停止できる。得られた重合反応液をメタノール等の貧溶媒に注いで共重合体を析出させるか、重合反応液を水で洗浄し、分離後、乾燥することにより共重合体を単離できる。
本発明のゴム組成物は、前記ファルネセン重合体を含むゴム成分(A)、及びフィラー(B)を含有するゴム組成物であって、ゴム成分(A)総量中における前記ファルネセン重合体の含有量が5〜50質量%であり、ゴム成分(A)100質量部に対し、フィラー(B)を20〜150質量部含有する。
本発明において、ゴム成分(A)は、前記ファルネセン重合体を含み、ゴム成分(A)総量中におけるファルネセン重合体の含有量が5〜50質量%である。これにより成形加工性及び制動性能が向上する。
前記ファルネセン重合体のゴム成分(A)総量中における含有量は、成形加工性及び制動性能を向上させる観点から、5〜50質量%であり、好ましくは10〜45質量%、より好ましくは20〜40質量%である。
ゴム成分(A)として用いる天然ゴムは、例えばSMR、SIR、STR等のTSRやRSS等のタイヤ工業において一般的に用いられる天然ゴム、高純度天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、水酸基化天然ゴム、水素添加天然ゴム、グラフト化天然ゴム等の改質天然ゴム等が挙げられる。これらの中でも、品質のばらつきが少ない点及び入手容易性の点から、SMR20、STR20やRSS#3が好ましい。これら天然ゴムは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。2種以上の天然ゴムを混合して用いる場合、その組み合わせは本発明の効果を損なわない範囲で任意に選択でき、またその組み合わせによって、物性値を調整できる。
ゴム成分(A)として用いる合成ゴムは、SBR、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブタジエンアクリロニトリル共重合体ゴム、及びクロロプレンゴムから選ばれる1種以上が好ましく、SBR、イソプレンゴム、及びブタジエンゴムから選ばれる1種以上がより好ましい。2種以上の合成ゴムを混合して用いる場合、その組み合わせは本発明の効果を損なわない範囲で任意に選択でき、その組み合わせによって、物性値を調整できる。また、これらの製造方法は特に限定されず、市販されているものを使用できる。
SBRとしては、タイヤ用途に用いられる一般的なものを使用できるが、具体的には、スチレン含有量が0.1〜70質量%のものが好ましく、5〜50質量%のものがより好ましい。また、ビニル含有量が0.1〜60質量%のものが好ましく、0.1〜55質量%のものがより好ましい。
SBRの重量平均分子量(Mw)は、10万〜250万であることが好ましく、15万〜200万であることがより好ましく、20万〜150万であることが更に好ましい。上記の範囲内である場合、成形加工性と得られるタイヤの機械強度とを両立することができる。
乳化重合スチレンブタジエンゴム(以下、「E−SBR」とも称する)は、通常の乳化重合法により製造でき、例えば、所定量のスチレン及びブタジエン単量体を乳化剤の存在下に乳化分散し、ラジカル重合開始剤により乳化重合することにより得られる。また、得られるE−SBRの分子量を調整するため、連鎖移動剤を使用することもできる。重合反応停止後、得られたラテックスから必要に応じて未反応単量体を除去し、次いで、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム等の塩を凝固剤とし、必要に応じて硝酸、硫酸等の酸を添加して凝固系のpHを所定の値に調整しながら共重合体を凝固させた後、分散溶媒を分離することによって共重合体をクラムとして回収できる。該クラムを水洗、次いで脱水後、バンドドライヤー等で乾燥することで、E−SBRが得られる。
有機アルカリ金属化合物としては、例えばn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、ヘキシルリチウム、フェニルリチウム、スチルベンリチウム等の有機モノリチウム化合物;ジリチオメタン、1,4−ジリチオブタン、1,4−ジリチオ−2−エチルシクロヘキサン、1,3,5−トリリチオベンゼン等の多官能性有機リチウム化合物;ナトリウムナフタレン、カリウムナフタレン等が挙げられる。これらの中でも有機リチウム化合物が好ましく、有機モノリチウム化合物がより好ましい。有機アルカリ金属化合物の使用量は、要求されるS−SBRの分子量によって適宜決められる。
溶媒としては、例えばn−ブタン、n−ペンタン、イソペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、イソオクタン等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素等が挙げられる。これらの溶媒は通常、単量体濃度が1〜50質量%となる範囲で用いることが好ましい。
重合反応の温度は、通常−80〜150℃、好ましくは0〜100℃、より好ましくは30〜90℃の範囲である。重合様式は、回分式あるいは連続式のいずれでもよい。重合反応は、重合停止剤としてメタノール、イソプロパノール等のアルコールを添加して反応を停止できる。重合停止剤を添加する前に重合末端変性剤を添加してもよい。重合反応停止後の重合溶液は、直接乾燥やスチームストリッピング等により溶媒を分離して、目的のS−SBRを回収できる。なお、溶媒を除去する前に、予め重合溶液と伸展油とを混合し、油展ゴムとして回収してもよい。
イソプレンゴムとしては、例えばチーグラー系触媒、ランタノイド系希土類金属触媒、有機アルカリ金属化合物等を用いて重合して得られる市販のイソプレンゴムを用いることができる。これらの中でも、シス体含量が高い観点から、チーグラー系触媒を用いて重合して得られるイソプレンゴムが好ましい。また、ランタノイド系希土類金属触媒を用いて得られる超高シス体含量のイソプレンゴムを用いてもよい。
イソプレンゴムのビニル含量は、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。ビニル含量が50質量%以下であると転がり抵抗性能が良好になる。ビニル含量の下限は特に限定されない。
イソプレンゴムの重量平均分子量(Mw)は、9万〜200万であることが好ましく、15万〜150万であることがより好ましい。重量平均分子量が上記の範囲内にある場合、成形加工性と得られるタイヤの機械強度が良好となる。
上記イソプレンゴムは、その一部が多官能型変性剤、例えば四塩化錫、四塩化珪素、エポキシ基を分子内に有するアルコキシシラン、又はアミノ基含有アルコキシシランのような変性剤を用いることにより分岐構造又は極性官能基を有していてもよい。
ブタジエンゴムとしては、例えばチーグラー系触媒、ランタノイド系希土類金属触媒、有機アルカリ金属化合物等を用いて重合して得られる市販のブタジエンゴムを用いることができる。これらの中でも、シス体含量が高い観点から、チーグラー系触媒を用いて重合して得られるブタジエンゴムが好ましい。また、ランタノイド系希土類金属触媒を用いて得られる超高シス体含量のブタジエンゴムを用いてもよい。
ブタジエンゴムのビニル含量は、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。ビニル含量が50質量%以下であると転がり抵抗性能が良好になる。ビニル含量の下限は特に限定されない。
ブタジエンゴムの重量平均分子量(Mw)は9万〜200万であることが好ましく、15万〜150万であることがより好ましく、25万〜80万であることが更に好ましい。重量平均分子量が上記範囲にある場合、成形加工性と得られるタイヤの機械強度が良好となる。
上記ブタジエンゴムは、その一部が多官能型変性剤、例えば四塩化錫、四塩化珪素、エポキシ基を分子内に有するアルコキシシラン、又はアミノ基含有アルコキシシランのような変性剤を用いることにより分岐構造又は極性官能基を有していてもよい。
本発明のゴム組成物は、ゴム成分(A)100質量部に対し、フィラー(B)を20〜150質量部含有する。フィラー(B)を用いることにより、機械強度、耐熱性、耐候性等の物性が改善され、硬度の調整、ゴム組成物の増量をすることができる。
本発明で用いるフィラー(B)としては、シリカ、酸化チタン等の酸化物;クレー、タルク、マイカ、ガラス繊維、ガラスバルーン等のケイ酸塩;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩;水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物;硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の硫酸塩;カーボンブラック、炭素繊維等の炭素類等の無機フィラー、樹脂粒子、木粉、コルク粉等の有機フィラー等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
フィラー(B)のゴム組成物中の含有量は、ゴム成分(A)100質量部に対するフィラー(B)の含有量は、20〜150質量部であり、25〜130質量部が好ましく、30〜110質量部がより好ましい。フィラー(B)の含有量が上記の範囲であると、成形加工性、制動性能、機械強度、及び耐磨耗性が向上する。
カーボンブラック(B−1)としては、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、及びケッチェンブラック等のカーボンブラックを用いることができる。これらの中でも、ゴム組成物の加硫速度やその加硫物の機械強度を向上させる観点から、ファーネスブラックが好ましい。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ファーネスブラックの市販品としては、例えば、三菱化学株式会社「ダイアブラック」、東海カーボン株式会社製「シースト」等が挙げられる。アセチレンブラックの市販品としては、例えば、電気化学工業株式会社製「デンカブラック」が挙げられる。ケッチェンブラックの市販品としては、例えば、ライオン株式会社製「ECP600JD」が挙げられる。
カーボンブラック(B−1)の平均粒径は、カーボンブラックの分散性、タイヤの耐摩耗性及び機械強度の向上の観点から、5〜100nmが好ましく、5〜80nmがより好ましく、10〜70nmが更に好ましい。
なお、カーボンブラック(B−1)の平均粒径は、透過型電子顕微鏡により粒子の直径を測定して、その平均値を算出することにより求めることができる。
シリカ(B−2)としては、例えば、乾式法シリカ(無水ケイ酸)、湿式法シリカ(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、成形加工性、制動性能、機械強度、及び耐摩耗性の向上の観点から、湿式法シリカが好ましい。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シリカ(B−2)の平均粒径は、成形加工性、制動性能、機械強度、及び耐摩耗性の向上の観点から、0.5〜200nmが好ましく、5〜150nmがより好ましく、10〜100nmが更に好ましく、10〜60nmがより更に好ましい。
なお、シリカ(B−2)の平均粒径は、透過型電子顕微鏡により粒子の直径を測定して、その平均値を算出することにより求めることができる。
(シランカップリング剤)
本発明のゴム組成物は、シランカップリング剤を含有することが好ましい。シランカップリング剤としては、スルフィド系化合物、メルカプト系化合物、ビニル系化合物、アミノ系化合物、グリシドキシ系化合物、ニトロ系化合物及びクロロ系化合物等が挙げられる。
スルフィド系化合物としては、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(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、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)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリメトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、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スルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド及び3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド等が挙げられる。
メルカプト系化合物としては、例えば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、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン及び2−メルカプトエチルトリエトキシシラン等が挙げられる。
アミノ系化合物としては、例えば3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、及び3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
グリシドキシ系化合物としては、例えばγ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、及びγ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。
ニトロ系化合物としては、例えば3−ニトロプロピルトリメトキシシラン、及び3−ニトロプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
クロロ系化合物としては、例えば3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、2−クロロエチルトリメトキシシラン、及び2−クロロエチルトリエトキシシラン等が挙げられる。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、添加効果が大きい観点及びコストの観点から、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、及び3−メルカプトプロピルトリメトキシシランが好ましい。
本発明のゴム組成物は、機械強度の向上、耐熱性や耐候性等の物性の改良、硬度調整、増量剤を含有させることによる経済性の改善等を目的として、必要に応じてカーボンブラック(B−1)及びシリカ(B−2)以外のフィラーを更に含有していてもよい。
本発明のゴム組成物がカーボンブラック(B−1)及びシリカ(B−2)以外のフィラーを含有する場合、その含有量は、ゴム成分(A)100質量部に対して、0.1〜120質量部が好ましく、5〜90質量部がより好ましく、10〜80質量部が更に好ましい。前記フィラーの含有量が前記範囲内であると、加硫物の機械強度がより一層向上する。
本発明のゴム組成物は、架橋剤を添加して架橋(加硫)させて用いることが好ましい。架橋剤としては、例えば硫黄及び硫黄化合物、酸素、有機過酸化物、フェノール樹脂及びアミノ樹脂、キノン及びキノンジオキシム誘導体、ハロゲン化合物、アルデヒド化合物、アルコール化合物、エポキシ化合物、金属ハロゲン化物及び有機金属ハロゲン化物、シランカップリング剤以外のシラン化合物等が挙げられる。これらの中でも硫黄及び硫黄化合物が好ましい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。架橋剤の含有量は、ゴム成分(A)100質量部に対して0.1〜10質量部が好ましく、0.5〜8質量部がより好ましく、0.8〜5質量部が更に好ましい。
本発明のゴム組成物は、発明の効果を阻害しない範囲で、成形加工性、流動性等の改良を目的とし、必要に応じてシリコンオイル、アロマオイル、TDAE(Treated Distilled Aromatic Extracts)、MES(Mild Extracted Solvates)、RAE(Residual Aromatic Extracts)、パラフィンオイル、及びナフテンオイル等のプロセスオイル、脂肪族炭化水素樹脂、脂環族炭化水素樹脂、C9系樹脂、ロジン系樹脂、クマロン−インデン系樹脂、フェノール系樹脂等の樹脂成分、低分子量ポリブタジエン、低分子量ポリイソプレン、低分子量スチレンブタジエン共重合体、及び低分子量スチレンイソプレン共重合体等の液状重合体を軟化剤として適宜使用することができる。なお、上記共重合体はブロック又はランダム等のいずれの重合形態であってもよい。液状重合体の重量平均分子量は500〜10万であることが成形加工性の観点から好ましい。
酸化防止剤としては、例えばヒンダードフェノール系化合物、リン系化合物、ラクトン系化合物、及びヒドロキシル系化合物等が挙げられる。
老化防止剤としては、例えばアミン−ケトン系化合物、イミダゾール系化合物、アミン系化合物、フェノール系化合物、硫黄系化合物及びリン系化合物等が挙げられる。
本発明のゴム組成物の製造方法は特に限定されず、前記各成分を均一に混合すればよい。均一に混合する方法としては、例えばニーダールーダー、ブラベンダー、バンバリーミキサー、インターナルミキサー等の接線式もしくは噛合式の密閉式混練機、単軸押出機、二軸押出機、ミキシングロール、ローラー等が挙げられ、通常70〜270℃の温度範囲で行うことができる。
本発明のタイヤは、前記ゴム組成物を少なくとも一部に用いたタイヤである。そのため、機械強度、耐摩耗性、ウェットグリップ性能、アイスグリップ性能等の制動性能が良好である。本発明のゴム組成物は、タイヤの各種部材に使用することができるが、特に乗用車用、トラックバス用、自動二輪車、産業車両用のタイヤトレッドとして好適に使用することができる。
なお、本発明のタイヤには、本発明のゴム組成物を架橋した架橋物を用いてもよい。本発明のゴム組成物あるいは本発明のゴム組成物からなる架橋物を用いたタイヤは、長期間使用した場合でも機械強度、耐摩耗性、ウェットグリップ性能、アイスグリップ性能等の制動性能等の特性を維持することができる。
実施例及び比較例において使用した各成分は以下の通りである。
<ゴム成分(A)>
・天然ゴム:STR20(タイ産)
・スチレンブタジエンゴム(SBR):JSR1500(JSR株式会社製)
重量平均分子量45万、スチレン含有量23.5質量%
<フィラー(B)>
〔カーボンブラック(B−1)〕
・ダイアブラックI(三菱化学株式会社製) 平均粒径20nm
〔シリカ(B−2)〕
・ULTRASIL7000GR(エボニック デグサ ジャパン株式会社製) 湿式シリカ、平均粒径14nm
(シランカップリング剤)
・Si75(エボニック デグサ ジャパン株式会社製)
(架橋剤)
・硫黄:微粉硫黄200メッシュ(鶴見化学工業株式会社製)
(加硫促進剤)
・加硫促進剤(1):ノクセラーNS−P(大内新興化学工業株式会社製)
・加硫促進剤(2):ノクセラーCZ−G(大内新興化学工業株式会社製)
・加硫促進剤(3):ノクセラーD(大内新興化学工業株式会社製)
・加硫促進剤(3):ノクセラーTBT−N(大内新興化学工業株式会社製)
(加硫助剤)
・ステアリン酸:ルナックS−20(花王株式会社製)
・亜鉛華 :酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製)
(その他の成分)
・老化防止剤(1):ノクラック6C(大内新興化学工業株式会社製)
・老化防止剤(2):アンテージRD(川口化学工業株式会社製)
・TDAE :VivaTec500(H&R社製)
・ワックス :サンタイトS(精工化学株式会社製)
実施例1−1
窒素置換し乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン2560g、重合開始剤としてsec−ブチルリチウム(10.5質量%シクロヘキサン溶液)0.8gを仕込み、50℃に昇温した後、予め調製した640gのβ−ファルネセンを10ml/分で加えて1時間重合した。得られた重合反応液にメタノール0.1gを添加して重合を停止した後、水2Lを用いて重合反応液を洗浄した。洗浄後の重合反応液と水とを分離して、70℃で12時間減圧乾燥することにより、ファルネセン重合体A−1を製造した。
窒素置換し乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン2520g、重合開始剤としてsec−ブチルリチウム(10.5質量%シクロヘキサン溶液)0.6gを仕込み、50℃に昇温した後、2.8gのテトラヒドロフランを仕込み、更に予め調製した168gのβ−ファルネセンと112gのブタジエンの混合液を10ml/分で加えて1時間重合した。得られた重合反応液にメタノール0.1gを添加して重合を停止した後、水2Lを用いて重合反応液を洗浄した。洗浄後の重合反応液と水とを分離して、70℃で12時間減圧乾燥することにより、ファルネセン重合体A−2を製造した。
窒素置換し乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン2400g、重合開始剤としてsec−ブチルリチウム(10.5質量%シクロヘキサン溶液)1.0gを仕込み、50℃に昇温した後、2.8gのテトラヒドロフランを仕込み、更に予め調製した240gのβ−ファルネセンと160gのスチレンの混合液を10ml/分で加えて1時間重合した。得られた重合反応液にメタノール0.1gを添加して重合を停止した後、水2Lを用いて重合反応液を洗浄した。洗浄後の重合反応液と水とを分離して、70℃で12時間減圧乾燥することにより、ファルネセン重合体A−3を製造した。
窒素置換し乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン2600g、重合開始剤としてsec−ブチルリチウム(10.5質量%シクロヘキサン溶液)0.6gを仕込み、50℃に昇温した後、3.0gのテトラヒドロフランを仕込み、更に予め調製した308gのβ−ファルネセンと92gのスチレンの混合液を10ml/分で加えて1時間重合した。得られた重合反応液にメタノール0.1gを添加して重合を停止した後、水2Lを用いて重合反応液を洗浄した。洗浄後の重合反応液と水とを分離して、70℃で12時間減圧乾燥することにより、ファルネセン重合体A−4を製造した。
窒素置換し乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン2600g、重合開始剤としてsec−ブチルリチウム(10.5質量%シクロヘキサン溶液)1.0gを仕込み、50℃に昇温した後、予め調製した80gのβ−ファルネセンと320gのブタジエンの混合液を10ml/分で加えて1時間重合した。得られた重合反応液にメタノール0.1gを添加して重合を停止した後、水2Lを用いて重合反応液を洗浄した。洗浄後の重合反応液と水とを分離して、70℃で12時間減圧乾燥することにより、ファルネセン重合体AX−1を製造した。
窒素置換し乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン2600g、重合開始剤としてsec−ブチルリチウム(10.5質量%シクロヘキサン溶液)0.7gを仕込み、50℃に昇温した後、0.04gのテトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)を仕込み、更に予め調製した80gのβ−ファルネセンと228gのブタジエンと92gのスチレンの混合液を10ml/分で加えて1時間重合した。得られた重合反応液にメタノール0.1gを添加して重合を停止した後、水2Lを用いて重合反応液を洗浄した。洗浄後の重合反応液と水とを分離して、70℃で12時間減圧乾燥することにより、ファルネセン重合体AX−2を製造した。
東ソー株式会社製「HLC−8320」を使用し、サンプル/テトラヒドロフラン=5mg/10mLの濃度で調整し、測定した。なお、展開溶液としては和光純薬工業株式会社製テトラヒドロフランを使用した。
重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及び分子量分布(Mw/Mn)はGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)により標準ポリスチレン換算で求めた。測定装置及び条件は、以下の通りである。
・装置 :東ソー株式会社製GPC装置「HLC−8320」
・分離カラム :東ソー株式会社製「TSKgelSuperHZM−M」
・溶離液 :テトラヒドロフラン
・溶離液流量 :0.7ml/分
・サンプル濃度:5mg/10ml
・カラム温度 :40℃
ファルネセン重合体10mgをアルミパンに採取し、示差走査熱量測定(DSC)により10℃/分の昇温速度条件においてサーモグラムを測定し、DSCのピークトップの値をガラス転移温度とした。
JIS K6300に準拠し、ファルネセン重合体の100℃におけるムーニー粘度(予備加熱1分後、回転開始4分後)を測定した。
活性化エネルギー(E*)は、温度100℃、130℃、150℃における複素粘度η*を測定し、各絶対温度の逆数(1/T)に対して複素粘度η*の自然対数をプロットし、該プロットの傾きから下記式(1)で示されるアンドレードの式より活性化エネルギー(E*)を求めた。
なお、ファルネセン重合体の複素粘度η*(Pa・s)は、レオメトリック・サイエンティフィック社製の回転式粘弾性装置(RDAIII)により、直径13φのパラレルプレートを使用し、周波数5Hz、歪み2%で測定した。
η*=Aexp(−E*/RT) (1)
[式(1)中、η*は複素粘度、Aは頻度因子、E*は活性化エネルギー(J/mol)、Rは気体定数〔J/(mol・K)〕、Tは絶対温度(K)を表す。]
表3に記載した配合割合(質量部)にしたがって、ゴム成分(A)、フィラー(B)、シランカップリング剤、加硫助剤、老化防止剤(1)及び(2)を、それぞれ密閉式バンバリーミキサーに投入して開始温度75℃、樹脂温度が160℃となるように6分間混練した後、ミキサー外に取り出して室温まで冷却した。次いで、この混合物をミキシングロールに入れ、架橋剤(硫黄)及び加硫促進剤(1)を加えて60℃で6分間混練することでゴム組成物を得た。
また、得られたゴム組成物をプレス成形(160℃、30〜35分)して架橋物(加硫ゴム)のシート(厚み2mm)(加硫シート)を作製し、下記の方法に基づき、ムーニー粘度及びウェットグリップ性能を評価した。結果を表3に示す。
表4に記載した配合割合(質量部)にしたがって、ゴム成分(A)、フィラー(B)、シランカップリング剤、加硫助剤、老化防止剤(1)、TDAE、及びワックスを、それぞれ密閉式バンバリーミキサーに投入して開始温度75℃、樹脂温度が160℃となるように6分間混練した後、ミキサー外に取り出して室温まで冷却した。次いで、この混合物をミキシングロールに入れ、架橋剤(硫黄)及び加硫促進剤(1)〜(3)を加えて60℃で6分間混練することでゴム組成物を得た。
また、得られたゴム組成物をプレス成形(160℃、35〜40分)して架橋物(加硫ゴム)のシート(厚み2mm)(加硫シート)を作製し、下記の方法に基づき、ムーニー粘度及びアイスグリップ性能を評価した。結果を表4に示す。
(ムーニー粘度)
ゴム組成物の成形加工性の指標として、JIS K6300に準拠し、実施例2−1〜2−4及び比較例2−1〜2−3で得られたゴム組成物の130℃におけるムーニー粘度(予備加熱1分後、回転開始4分後)を測定した。
表3及び4において、実施例2−1〜2−4の数値は、比較例2−1又は2−2の値を100とした際の相対値であり、数値が小さいほど成形加工性が良好であることを示す。
タイヤの制動性能の指標として、ウェットグリップ性能を評価した。
実施例2−1〜2−2及び比較例2−1で作製した加硫シートから縦40mm×横7mmの試験片を切り出し、GABO社製動的粘弾性測定装置を用いて、測定温度0℃、周波数10Hz、静的歪み10%、動的歪み2%の条件で、tanδを測定し、ウェットグリップ性能を評価した。
表3において、実施例2−1及び2−2の数値は、比較例2−1の値を100とした際の相対値であり、この数値が大きいほどウェットグリップ性能が良好であることを示す。
タイヤの制動性能の指標として、アイスグリップ性能を評価した。
実施例2−3〜2−4及び比較例2−2〜2−3で作製した加硫シートから縦40mm×横7mmの試験片を切り出し、GABO社製動的粘弾性測定装置を用いて、測定温度−20℃、周波数10Hz、静的歪み0.5%、動的歪み0.1%の条件で貯蔵弾性率(E’)を測定し、E’の逆数(1/E’)をアイスグリップ性能として評価した。
表4において、実施例2−3〜2−4及び比較例2−3の数値は、比較例2−2の値を100とした際の相対値であり、この数値が小さいほどアイスグリップ性能が良好であることを示す。
表4より、実施例2−3〜2−4のゴム組成物は、比較例2−2〜2−3に比べてムーニー粘度が小さく、アイスグリップ性能に優れていることから、優れた成形加工性と制動性能との両立が達成されていることが分かる。
Claims (8)
- ファルネセン由来の単量体単位(a)を含むファルネセン重合体であって、該ファルネセン重合体を構成する単量体単位の総量中における、単量体単位(a)の含有量が50質量%以上であり、ガラス転移温度(Tg)が−90〜−26℃であり、かつ、ゲル浸透クロマトグラフィーで求めたポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が70万〜300万である、ファルネセン重合体。
- タイヤ用ゴム組成物のゴム成分である、請求項1に記載のファルネセン重合体。
- 前記ファルネセン重合体が、ファルネセン由来の単量体単位(a)とファルネセン以外の他の単量体に由来する単量体単位(b)の共重合体である、請求項1又は2に記載のファルネセン重合体。
- 単量体単位(b)が、ファルネセン以外の共役ジエン化合物由来の単量体単位(b1)及び芳香族ビニル化合物由来の単量体単位(b2)から選ばれる1種以上である、請求項3に記載のファルネセン重合体。
- 単量体単位(a)が、β−ファルネセン由来の単量体単位である、請求項1〜4のいずれかに記載のファルネセン重合体。
- 前記ファルネセン重合体の複素粘度(η*)と絶対温度(T)との関係を示す下記式(1)から求めた活性化エネルギー(E*)が、30〜65kJ/molである、請求項1〜5のいずれかに記載のファルネセン重合体。
η*=Aexp(−E*/RT) (1)
[式(1)中、η*は複素粘度、Aは頻度因子、E*は活性化エネルギー(J/mol)、Rは気体定数〔J/(mol・K)〕、Tは絶対温度(K)を表す。] - 請求項1〜6のいずれかに記載のファルネセン重合体を含むゴム成分(A)、及びフィラー(B)を含有するゴム組成物であって、ゴム成分(A)総量中における前記ファルネセン重合体の含有量が5〜50質量%であり、ゴム成分(A)100質量部に対し、フィラー(B)を20〜150質量部含有する、ゴム組成物。
- 請求項7に記載のゴム組成物を少なくとも一部に用いたタイヤ。
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