JP6715857B2

JP6715857B2 - タイヤを製造するための二酸化ケイ素含有ゴムコンパウンドの製造方法

Info

Publication number: JP6715857B2
Application number: JP2017548202A
Authority: JP
Inventors: ボッティフランチェスコ; ディロンザラファエレ
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: CN107406619B; CN107406619A; WO2016147089A1; EP3268423B1; EP3268423A1; US20180057615A1; JP2018514601A; US10233266B2

Description

本発明は、タイヤを製造するための二酸化ケイ素含有ゴムコンパウンドの製造方法に関する。

トレッドコンパウンド内のカーボンブラックの代わりに二酸化ケイ素を使用することが知られている。特に、二酸化ケイ素はシラン結合剤と組み合わせて使用される。シラン結合剤は、二酸化ケイ素のシラノール基と相互作用し、それによってその粒子間の水素結合の形成を阻害する機能を有する。上記水素結合が形成されると必然的に凝集体が形成されるため、ポリマーベース中で二酸化ケイ素が不規則に分散してしまう。さらに、シラン結合剤は、適切に官能化されていれば、ポリマーベースと相互作用してポリマーベースと二酸化ケイ素との間に化学架橋を形成することができる。カーボンブラックと比較して、二酸化ケイ素は、改善された転がり抵抗およびウェットコンディションでのロードホールディング性をコンパウンドに付与する。

タイヤ研究の目的の１つは、他の特性を悪化させたり損なわずに転がり抵抗を改善することである。当業者に知られているように、転がり抵抗はタイヤの重量と密接に関係している。コンパウンド重量の低減は、二酸化ケイ素の量を低減することにより達成することができる。かかる解決策は、コンパウンドの重量を必然的に減少させて転がり抵抗の点で結果的に有利ではあるものの、耐摩耗性などのコンパウンドの機械的特性を低下させてしまう。

そのため、機械的特性を悪化させずにコンパウンドの重量を低減させることができる解決策の必要性があった。

本出願人は、予期せぬことに、コンパウンドの重量を、その機械的特性を変化させずにあるいは向上をもさせつつ、低減させることができる解決策を見出した。

本発明の主題は、架橋性不飽和鎖を有するポリマーベースと；二酸化ケイ素を含むフィラーと；シラン結合剤と；加硫システムとを含む、タイヤを製造するための二酸化ケイ素含有ゴムコンパウンドであって、前記フィラーは、二酸化ケイ素の層が堆積された、ゼオライト族（ファミリー）のミネラルからなる複合ミネラルを含む、ゴムコンパウンドである。

本明細書において「架橋性不飽和鎖を有するポリマーベース」という用語は、硫黄系システムによる架橋（加硫）後にエラストマーに典型的な全ての化学的物理的および機械的特性を獲得することができる、任意の天然のまたは合成の非架橋ポリマーを意味する。

本明細書において「加硫システム」とは、硫黄と、コンパウンド製造中に最終混合段階で添加され、コンパウンドが加硫温度に曝されたときにポリマーベースの加硫を促進する目的を有する促進プロダクトとを少なくとも含む成分の複合体を意味する。

好ましくは、前記フィラーは、５０〜９５ｐｈｒの二酸化ケイ素および５〜５０ｐｈｒの前記複合ミネラルを含み、より好ましくは、前記フィラーは、７０〜９０ｐｈｒの二酸化ケイ素および１０〜３０ｐｈｒの前記複合ミネラルを含む。

好ましくは、前記複合ミネラルは、８５〜９５重量部のゼオライトおよび５〜１５重量部の二酸化ケイ素からなる。

好ましくは、ゼオライト族の前記ミネラルは、全容積の１５〜５０％の範囲の空容積を有する。

好ましくは、前記複合ミネラルは、以下の操作によって製造される：
− 液体状態の二酸化ケイ素前駆体中に、ゼオライト族の前記ミネラルを浸漬させ続ける工程、
− 二酸化ケイ素前駆体中に浸漬させたゼオライト族の前記ミネラルを有機溶媒に添加し、得られた溶液を撹拌下に維持する工程、
− 前記溶液に二酸化ケイ素の合成のための触媒を添加する工程、
− 沈殿剤を添加することにより、二酸化ケイ素を含むゼオライト族のミネラルのマトリックスを沈殿させる工程、および、
− 前の操作で沈殿したマトリックスを分離し、洗浄する工程。

好ましくは、前記二酸化ケイ素前駆体は、テトラアルコキシシラン、ポリ硫黄シラン、遊離メルカプトシラン、および、ブロック化メルカプトシランからなる群に含まれる。

好ましくは、前記二酸化ケイ素前駆体はテトラエトキシシランである。

好ましくは、二酸化ケイ素の合成のための前記触媒は塩基性触媒である。

好ましくは、前記二酸化ケイ素前駆体は、ゼオライト族の前記ミネラルに対して１５０〜３５０重量％の範囲の量で使用される。

本発明のさらなる主題は、本発明の主題のコンパウンドで製造されたタイヤ部分であり、好ましくは、かかるタイヤ部分はトレッドである。

本発明のさらなる主題は、本発明の主題のコンパウンドで製造された部分を含むタイヤである。

本発明のさらなる主題は、二酸化ケイ素の層が堆積されたゼオライト族のミネラルからなる複合ミネラルの、タイヤの製造のためのゴムコンパウンドにおける使用である。

いくつかの実施形態の試験例を純粋に例示的かつ非限定的な目的のために以下に記載する。

試験例
３つの比較コンパウンド（Ａ〜Ｃ）および１つの本発明に係るコンパウンド（Ｄ）を調製した。

特に、比較コンパウンドＡは、トレッド用の標準コンパウンドを表し；比較コンパウンドＢは、二酸化ケイ素の量がより少ない点でコンパウンドＡと異なり；比較コンパウンドＣは、表面の二酸化ケイ素層を有さないゼオライト族のミネラルを含む点でコンパウンドＢと異なり；本発明のコンパウンドＤは、単一のゼオライト族ミネラルの代わりに複合ミネラルを使用している点でコンパウンドＣと異なる。試験例の各コンパウンドは下記の手順に従って調製した。

−コンパウンドの調製−
（第１の混合工程）
混合に先だって、接線式ローターを有する内部容積２３０〜２７０リットルのミキサーに、架橋性不飽和鎖を有するポリマーベース、二酸化ケイ素、シラン結合剤、および、予定されている場合、複合ミネラルまたはゼオライト族ミネラルを充填し、充填率６６〜７２％とした。

ミキサーを４０〜６０ｒｐｍの速度で操作し、１４０〜１６０℃の温度に達した時点で、形成された混合物を排出した。

（第２の混合工程）
第１の混合工程から得られた混合物に、加硫システム、酸化亜鉛および酸化防止剤を添加し、充填率６３〜６７％とした。

ミキサーを２０〜４０ｒｐｍの速度で操作し、１００〜１１０℃の温度に達した時点で、形成された混合物を排出した。

表ＩはコンパウンドＡ〜Ｄの組成をｐｈｒで示す。

Ｓ−ＳＢＲは、平均分子量が５００×１０^３〜１５００×１０^３でありスチレン含量が２０〜４５％である、溶液中での重合プロセスによって得られるポリマーベースである。

ＢＲはブタジエンゴムを表す。

使用した二酸化ケイ素はＥＶＯＮＩＫ社からＶＮ３の名称で市販されており、表面積は約１７０ｍ^２／ｇである。

使用したシラン結合剤は、式（ＣＨ_３ＣＨ_２Ｏ）_３Ｓｉ（ＣＨ_２）_３ＳＳ（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＣＨ_２ＣＨ_３）_３で表され、ＥＶＯＮＩＫ社から「ＳＩ７５」の名称で市販されている。

使用するゼオライトは、天然および合成のいずれであってもよい。

６ＰＰＤは酸化防止剤として使用されるＮ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミンの略語である。

ＤＰＧは、加硫促進剤として使用されるジフェニル−グアニジンの略語である。

複合ミネラルは以下の手順で得た。

特に、手順は下記のとおりである。すなわち、
− １００ｇのゼオライト上に２５０ｇのテトラエトキシシランを堆積させ；
− 上記のように処理したゼオライトを１．５ＬのＴＨＦに懸濁させ、得られた懸濁液を２４時間ゆっくり撹拌し；
− ｎ−ヘキシルアミン５ｇおよび水５８ｇを懸濁液に加え、これを周囲温度で３０時間撹拌し；
− アセトンの添加によって沈殿を誘導し；
− その後、沈殿したゼオライトマトリックスを分離し、乾燥させた。

このように、二酸化ケイ素で官能化したゼオライトを得た。

表Ｉに示す各コンパウンドをＤＩＮ５３５１６規格に準拠して測定した、比重測定および耐摩耗性測定に付した。

表ＩＩは耐摩耗性および比重の結果を示す。表ＩＩの値は標準比較化合物Ａから得られた結果に基づいて指標化した。耐摩耗性は、得られる値が大きいほど対応する特性が良好である。比重は、得られる値が小さいほど対応する特性が良好である。

表ＩＩに示すデータからわかるように、本発明に従って製造されたコンパウンドは、必然的に転がり抵抗が改善されるより低い比重と共に、摩耗に対する耐性が向上した。

言い換えると、本発明者らは、二酸化ケイ素よりも低い密度は低いが、二酸化ケイ素を使用した場合と同じ利点をコンパウンドに付与するように構成された複合ミネラルでコンパウンド中に存在する二酸化ケイ素の一部を置き換えることができる解決策を生み出した。

Claims

架橋性不飽和鎖を有するポリマーベースと；二酸化ケイ素を含むフィラーと；シラン結合剤と；加硫システムとを含む、タイヤを製造するための二酸化ケイ素含有ゴムコンパウンドであって、
前記フィラーは、二酸化ケイ素の層が堆積された、ゼオライト族のミネラルからなる複合ミネラルを含む、ゴムコンパウンド。
前記フィラーは、５０〜９５ｐｈｒの二酸化ケイ素および５〜５０ｐｈｒの前記複合ミネラルを含む、請求項１に記載のゴムコンパウンド。
前記フィラーは、７０〜９０ｐｈｒの二酸化ケイ素および１０〜３０ｐｈｒの前記複合ミネラルを含む、請求項２に記載のゴムコンパウンド。
前記複合ミネラルは、８５〜９５重量部のゼオライトおよび５〜１５重量部の二酸化ケイ素から構成される、請求項１〜３のいずれ一項に記載のゴムコンパウンド。
ゼオライト族の前記ミネラルは、全容積の１５〜５０％の範囲の空容積を有する、請求項１〜４のいずれ一項に記載のゴムコンパウンド。
５〜１０ｐｈｒの前記シラン結合剤を含む、請求項１〜５のいずれ一項に記載のゴムコンパウンド。
二酸化ケイ素の層が堆積された、ゼオライト族のミネラルからなる複合ミネラルの、タイヤの製造のためのゴムコンパウンドにおける使用。
前記複合ミネラルは、８５〜９５重量部のゼオライトおよび５〜１５重量部の二酸化ケイ素から構成される、請求項７に記載の使用。
ゼオライト族の前記ミネラルは、全容積の１５〜５０％の範囲の空容積を有する、請求項７または８に記載の使用。