JP6790112B2 - ゴム混合物 - Google Patents

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Description

本発明は、ゴム混合物、その製造方法およびその使用に関する。
欧州特許出願公開第2810956号明細書(EP2810956)、欧州特許出願公開第1866366号明細書(EP1866366)および英国特許出願公告第953350号明細書(GB953350)から、トリエタノールアミンを含有するシリコーンゴムまたはニトリルゴム混合物が公知である。
さらに、トリエタノールアミンを含有する樹脂混合物またはプラスチック混合物が、中国特許第103937347号明細書(CN103937347)、中国特許第103694545号明細書(CN103694545)および中国特許第104312380号明細書(CN104312380)から公知である。
中国特許第103601925号明細書(CN103601925)および中国特許第103554891号明細書(CN103554891)から、特定のゴム、トリエタノールアミンおよび場合によってはメチルトリエトキシシランを含有する混合物が公知である。
メチルトリエトキシシランおよびトリエタノールアミンを含有する公知のゴム混合物の欠点は、架橋密度が比較的低いことである。
ジフェニルグアニジンを促進剤としてゴム混合物中で使用することは、様々な文献の箇所から公知である(例えばH.−D.Luginsland、A Review on the chemistry and reinforcement of the silica−silane filler system for rubber applications、Shaker、Aachen、2002、49頁)。
ジフェニルグアニジンを含有するゴム混合物のさらなる欠点は、有毒とされているアミンを放出することである。
本発明の課題は、有毒なアミンを放出せず、かつ高い架橋密度を達成するゴム混合物を提供することである。
本発明の対象は、
(a)シリコーンゴム、クロロプレンゴム、ブロモブチルゴム、フッ素ゴムおよびニトリルゴムを除く少なくとも1種のゴム
(b)一般式(I):
Figure 0006790112
(上記式中、Gは、一価の、非分枝鎖状または分枝鎖状の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族が混ざった(C〜C16)、好ましくは(C〜C12)、特に好ましくは(C〜C)、極めて特に好ましくは(C)の炭化水素鎖であり、
Rは、同じまたは異なり、かつ直鎖状の置換されていないまたは分枝鎖状の置換されていない(C〜C10)アルキル基、好ましくは(C〜C)アルキル基、特に好ましくはメチル基またはエチル基、またはアルキルポリエーテル基−(R−O)−Rであり、ここでRは、同じまたは異なり、分枝鎖状または非分枝鎖状の、飽和または不飽和の、脂肪族の二価C〜C30炭化水素基であり、mは平均1〜30であり、Rは、置換されていないまたは置換されている分枝鎖状または非分枝鎖状の一価C〜C30アルキル基、C〜C30アルケニル基、C〜C30アリール基またはC〜C30アラルキル基である)
の少なくとも1種のシラン
(c)トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンおよび[HO−CH(フェニル)CHNの群から選択される少なくとも1種のアミン化合物、および
(d)少なくとも1種の二官能性シラン
を含有することを特徴とするゴム混合物である。
好適には、ゴム(a)は、ジエンゴム、好適には天然ゴム、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレン/ブタジエンコポリマー、イソブチレン/イソプレンコポリマー、ブタジエン/アクリロニトリルコポリマー、エチレン/プロピレン/ジエンコポリマー(EPDM)、部分的に水素化されたまたは完全に水素化されたNBRゴムであり得る。
好ましくは、一般式(I)のシラン(b)は、CH(CH14CH−Si(−O−CH−CH、CH(CHCH−Si(−O−CH−CH、CHCHCH−Si(−O−CH−CH、CH(CH14CH−Si(−O−CH、CH(CHCH−Si(−O−CH、CHCHCH−Si(−O−CH、フェニル−Si(−O−CH−CH、フェニル−Si(−O−CH、CH=CH−CH−Si(−O−CH−CHまたはCH=CH−CH−Si(−O−CHであり得る。
一般式(I)のシランは、一般式(I)のシランの混合物であり得る。
一般式(I)のシランは、一般式(I)のシランの部分的に加水分解された化合物を含み得る。
二官能性シラン(d)は、硫黄シラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランまたはメタクリロキシプロピルトリメトキシシランであり得る。
硫黄シランは、式(II):
Figure 0006790112
(上記式中、Rは、式Iに記載した通りであり、Rは、分枝鎖状または非分枝鎖状の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族が混ざった二価C〜C30炭化水素基であり、n=2の場合、AはSに等しく、ここでx=1〜10であり、n=1の場合、AはSHまたはSCNに等しい)
の硫黄シランであり得る。
硫黄シラン(d)は、好適にはビス[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、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、(EtO)Si−(CH−S−C(O)−C15、(EtO)Si−(CH−SCN、(C1327(OCHCH−O−)(CHO)Si−(CH−SHまたは(C1327(OCHCH−O−)(CO)Si−(CH−SHであり得る。
一般式(I)のシラン(b)は、使用されるゴム100重量部を基準として、0.1〜8重量部、好ましくは0.2〜6重量部、特に好ましくは0.8〜4重量部の量で含有され得る。
アミン化合物(c)は、使用されるゴム100重量部を基準として、0.1〜8重量部、好ましくは0.2〜5重量部、特に好ましくは0.7〜4重量部の量で含有され得る。
二官能性シラン(d)は、使用されるゴム100重量部を基準として、2〜15重量部、好ましくは4〜12重量部、特に好ましくは5〜9重量部の量で含有され得る。
本発明によるゴム混合物は、好ましくは、
(a)ゴムとしてジエンゴム、
(b)一般式(I)のシランとしてCHCHCH−Si(−O−CH−CH
(c)アミン化合物としてトリエタノールアミン、および
(d)二官能性シランとしてビス[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、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、(EtO)Si−(CH−S−C(O)−C15、(EtO)Si−(CH−SCN、(C1327(OCHCH−O−)(CHO)Si−(CH−SHまたは(C1327(OCHCH−O−)(CO)Si−(CH−SH
を含有し得る。
本発明のさらなる対象は、
(a)シリコーンゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴムおよびニトリルゴムを除く少なくとも1種のゴム
(b)一般式(I):
Figure 0006790112
(上記式中、GおよびRは、上記の意味を有する)
の少なくとも1種のシラン
(c)トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンおよび[HO−CH(フェニル)CHNの群から選択される少なくとも1種のアミン化合物、および
(d)少なくとも1種の二官能性シラン
を混合することを特徴とする、本発明によるゴム混合物の製造方法である。
このゴム混合物は、少なくとも1種のフィラーを含有することができる。
一般式(I)のシランの添加およびフィラーの添加は、100〜200℃の材料温度で行われ得る。しかしながら、これらは、例えばさらなるゴム助剤と併用して、40〜100℃のより低い温度でも添加され得る。
一般式(I)のシランは、単独または場合によってはアミン化合物と併用して、純粋な形態でも、不活性の有機担体または無機担体に施与されても、また有機担体または無機担体と予め反応させて、混合プロセスに添加することができる。好ましい担体材料は、沈降シリカもしくは焼成シリカ、ワックス、熱可塑性樹脂、天然ケイ酸塩もしくは合成ケイ酸塩、天然酸化物もしくは合成酸化物、好ましくは酸化アルミニウム、またはカーボンブラックであり得る。
本発明によるゴム混合物のためには、フィラーとして以下のものを使用することができる:
−カーボンブラック:ここで使用されるカーボンブラックは、ランプブラック法、ファーネスブラック法、ガスブラック法またはサーマルブラック法により製造され得る。カーボンブラックは、20〜200m/gのBET表面積を有することができる。場合によっては、カーボンブラックには、例えばSiがドープされていてもよい。
−非晶質シリカ、好適には沈降シリカまたは焼成シリカ。非晶質シリカは、5〜1000m/g、好適には20〜400m/gの比表面積(BET表面積)および10〜400nmの一次粒径を有することができる。シリカは、場合によっては、その他の金属酸化物、例えばAl酸化物、Mg酸化物、Ca酸化物、Ba酸化物、Zn酸化物およびチタン酸化物との混合酸化物としても存在することができる。
−合成ケイ酸塩、例えばケイ酸アルミニウムまたはアルカリ土類金属ケイ酸塩、例えばケイ酸マグネシウムまたはケイ酸カルシウム。20〜400m/gのBET表面積および10〜400nmの一次粒子直径を有する合成ケイ酸塩。
−合成または天然の酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウム。
−天然ケイ酸塩、例えばカオリンおよびその他の天然に生じるシリカ。
−ガラス繊維およびガラス繊維製品(マット、ストランド)またはマイクロガラスビーズ。
好ましくは、非晶質シリカ、特に好ましくは沈降シリカまたはケイ酸塩、殊に好ましくは20〜400m/gのBET表面積を有する沈降シリカを、それぞれゴム100重量部を基準として、5〜180重量部の量で使用することができる。
ここで挙げられたフィラーは、単独または混合物で使用され得る。本方法の特に好ましい実施形態において、混合物を製造するために、それぞれゴム100重量部を基準として、10〜180重量部のフィラー、好適には沈降シリカ(場合によっては0〜100重量部のカーボンブラックと併用)、ならびに0.1〜5重量部の一般式(I)のシラン(b)、0.1〜5重量部のアミン化合物(c)および2〜15重量部の二官能性シラン(d)を使用することができる。
本発明によるゴム混合物を製造するためには、天然ゴムだけでなく、合成ゴムも適している。好ましい合成ゴムは、例えばW.Hofmann、Kautschuktechnologie、Genter Verlag、Stuttgart 1980に記載されている。これらの合成ゴムは、特に、
−ポリブタジエン(BR)、
−ポリイソプレン(IR)、
−スチレン/ブタジエンコポリマー、例えばSBRエマルション(E−SBR)またはSBR溶液(L−SBR)、好適には、ポリマー全体を基準として、1〜60重量%、特に好ましくは2〜50重量%のスチレン含量を有するもの、
−イソブチレン/イソプレンコポリマー(IIR)、
−ブタジエン/アクリロニトリルコポリマー、好適には、ポリマー全体(NBR)を基準として、5〜60重量%、好適には10〜50重量%のアクリロニトリル含量を有するもの、
−部分的に水素化されたまたは完全に水素化されたNBRゴム(HNBR)、
−エチレン/プロピレン/ジエンコポリマー(EPDM)、または
−官能基、例えばカルボキシ基、シラノール基またはエポキシ基をさらに有する先に挙げたゴム、例えばエポキシ化されたNR、カルボキシにより官能化されたNBR、またはシラノール(−SiOH)もしくはシロキシ(−Si−OR)により官能化された、アミノ、エポキシ、メルカプト、ヒドロキシにより官能化されたSBR、
ならびにこれらのゴムの混合物
を含む。殊に、乗用車のタイヤのトレッド面を製造するためには、好適には−50℃を上回るガラス転移温度を有するアニオン重合したL−SBRゴム(SBR溶液)、およびこのゴムとジエンゴムとの混合物が有利である。
本発明による加硫ゴムは、さらなるゴム助剤を含有することができ、このゴム助剤は、例えば反応促進剤、老化防止剤、熱安定剤、光安定剤、オゾン劣化防止剤、加工助剤、可塑剤、樹脂、粘着剤、発泡剤、着色料、顔料、ワックス、増量剤、有機酸、遅延剤、金属酸化物、ならびに活性化剤、例えばジフェニルグアニジン、ポリエチレングリコール、アルコキシ末端ポリエチレングリコールアルキル−O−(CH−CH−O)yl−H(ただし、y=2〜25、好ましくはy=2〜15、特に好ましくはy=3〜10、極めて特に好ましくはy=3〜6である)またはヘキサントリオールであって、ゴム産業で知られているものである。
ゴム助剤は、特に使用目的に即した公知の量で使用され得る。通常の量は、ゴムを基準として、例えば0.1〜50重量%の量であり得る。架橋剤としては、過酸化物、硫黄または硫黄供与物質を使用することができる。本発明によるゴム混合物は、加硫促進剤をさらに含有することができる。適切な加硫促進剤の例は、メルカプトベンゾチアゾール、スルフェンアミド、グアニジン、チウラム、ジチオカルバメート、チオ尿素およびチオカーボネートであり得る。加硫促進剤および硫黄は、ゴム100重量部を基準として、0.1〜10重量%、好ましくは0.1〜5重量%の量で使用され得る。
本発明によるゴム混合物の加硫は、100〜200℃、好ましくは120〜180℃の温度、場合によっては10〜200barの圧力で行われ得る。ゴムとフィラー、任意のゴム助剤、およびシランとの混合は、公知の混合ユニット、例えばローラ、インターナルミキサーおよび混合式押出成形機内で実施され得る。
本発明によるゴム混合物は、成形体を製造するために、例えば空気圧式タイヤ、タイヤのトレッド面、ケーブルシース、ホース、ドライブベルト、コンベヤベルト、ローラカバー、タイヤ、靴のソール、シールリングおよび減衰要素を製造するために使用され得る。
本発明によるゴム混合物は、グアニジン、好適にはジフェニルグアニジンを含有し得ない。
一般式(I)のシランは、二次促進剤としてのアミン化合物と併用して使用され得る。これにより、グアニジン促進剤の使用を、部分的または完全に省略することができる。
本発明によるゴム混合物は、加硫の際に、公知のグアニジン促進剤に比べて、有毒なアニリンまたはその誘導体を放出せず、ゴム混合物中で、DPGなしで、より勾配が急な加硫曲線、より良好な加工性(ムーニー粘度)、より長いインキュベーション時間(Inkubationszeiten)(t10、t20)、より速い加硫時間(t90)を示すという利点を有する。
実施例
実施例1:ゴム技術調査
ゴム混合物に使用される配合は、以下の表1aおよび1bに記載されている。ここで、phrという単位は、使用される原料ゴム100重量部を基準とする重量割合を意味する。一般式Iのシランは、等モル、つまり同じ物質量で使用される。
Figure 0006790112
Figure 0006790112
使用される物質:
a)Buna VSL4526−2:Lanxess AGの溶液重合されたSBRコポリマー(スチレン含量=26重量%、ビニル割合=44.5重量%、TDAE油含量=27.3重量%、ムーニー粘度(ML1+4/100℃)=50ME)。
b)Buna CB24:Lanxess AGの溶液重合された高シス−1,4−ポリブタジエン(ネオジム触媒)(シス−1,4含量=少なくとも96%、ムーニー粘度(ML1+4/100℃)44ME)。
c)シリカ:Evonik Industries AG社のULTRASIL(登録商標)7000GR(容易に分散可能な沈降シリカ、BET表面積=170m/g、CTAB表面積=160m/g)。
d)Si266(登録商標):Evonik Industries AG社のビス(トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド。
e)Corax(登録商標)N330:Orion Engineered Carbons GmbH社のカーボンブラック。
f)ZnO:Arnsperger Chemikalien GmbH社の酸化亜鉛(ZnO)RS RAL844C。
g)Caldic Deutschland Chemie B.V.社の脂肪酸混合物(C16/C18)EDENOR ST1。
h)Vivatec500:H&R AGのTDAE油。
i)Protektor G3108:Paramelt B.V.社の、精製された炭化水素からのオゾン劣化防止用ワックス(凝固点≒57℃)。
j)Vulkanox(登録商標)4020/LG:Rhein Chemie Rheinau GmbHの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(6PPD)。
k)Vulkanox(登録商標)HS/LG:Rhein Chemie Rheinau GmbHのポリマー状の2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン(TMQ)。
l)BASF SE社のトリエタノールアミン。
m)Rhenogran(登録商標)DPG−80:Rhein Chemie Rheinau GmbHの、20%のエラストマー状の担体上に分散された80%のN,N’−ジフェニルグアニジン(DPG)。
n)有機ケイ素化合物1:Evonik Industries AG社のDynasylan(登録商標)MTES(メチルトリエトキシシラン)。
o)有機ケイ素化合物2:Evonik Industries AG社のDynasylan(登録商標)PTEO(プロピルトリエトキシシラン)。
p)有機ケイ素化合物3:Evonik Industries AG社のDynasylan(登録商標)PTMO(プロピルトリメトキシシラン)。
q)有機ケイ素化合物4:abcr GmbH社のアリルトリエトキシシラン。
r)有機ケイ素化合物5:TCI Europe N.V.社のトリエトキシフェニルシラン。
s)Perkacit TBzTD:Weber&Schaerから購入したテトラベンジルチウラムジスルフィド(TBzTD)(メーカー:Dalian Richon)。
t)Vulkacit(登録商標)CZ/EG−C:Rhein Chemie Rheinau GmbH社の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。
u)硫黄:Solvay&CPC Barium Strontium GmbH&Co.KG社のMahlschwefel80/90°。
これらの混合物を、1.5Lのインターナルミキサー(E型)内、155℃のバッチ温度で、表2に記載の混合規定に従って三段階で製造する。
ゴム混合物およびその加硫物の一般的な製造方法は、以下の書籍に記載されている:「Rubber Technology Handbook」、W.Hofmann、Hanser Verlag 1994。
Figure 0006790112
Figure 0006790112
加硫は、165℃の温度で、t95%後に保持圧力120barの一般的な加硫プレスにおいて行われる。t95%時間は、ISO6502(3.2項「rotorless curemeter」)に従って、ダイ可動式レオメーター(ローターレス加硫計)により165℃で特定される。
ゴム技術試験は、表3に記載されている試験法に従って行われる。
Figure 0006790112
表4には、原料混合物および加硫物に関するゴム技術データが記載されている。
Figure 0006790112
比較混合物2に比べて、その他全ての混合物では、二次促進剤の効果が、加硫時間(MDR、t90%の値)の短縮および加工性(ムーニー粘度)の改善において示される。本発明による混合物4、5、6および7、ならびに比較混合物3におけるシランとトリエタノールアミンとの組み合わせにより、比較混合物1および2に比べて、改善された作業可能時間(MDR、t10%およびt20%の値)がさらに達成される。
本発明による混合物4、5、6および7により、比較混合物1、2および3に比べて、架橋密度(MDR、△トルク(M最大−M最小))の改善がさらにもたらされる。さらに、本発明による混合物4、5、6および7では、比較混合物1および2で意図される補強効果が達成され、これは、比較混合物3よりも改善されている。

Claims (10)

  1. (a)シリコーンゴム、クロロプレンゴム、ブロモブチルゴム、フッ素ゴムおよびニトリルゴムを除く少なくとも1種のジエンゴム
    (b)一般式(I):
    Figure 0006790112
    (上記式中、Gは、一価の、非分枝鎖状または分枝鎖状の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族が混ざった( )の炭化水素鎖であり、
    Rは、同じまたは異なり、かつ直鎖状の置換されていないまたは分枝鎖状の置換されていない(C )アルキル基である)
    の少なくとも1種のシラン
    (c)トリエタノールアミン、および
    (d)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、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、(EtO) Si−(CH −S−C(O)−C 15 、(EtO) Si−(CH −SCN、(C 13 27 (OCH CH −O−) (CH O)Si−(CH −SHおよび(C 13 27 (OCH CH −O−) (C O)Si−(CH −SHからなる群から選択される少なくとも1種の二官能性シラン
    を含有することを特徴とするゴム混合物。
  2. 一般式(I)のシランが、C(CHCH−Si(−O−CH−CH、CHCHCH−Si(−O−CH−CH 、C(CHCH−Si(−O−CH、CHCHCH−Si(−O−CH、フェニル−Si(−O−CH−CH、フェニル−Si(−O−CH、CH=CH−CH−Si(−O−CH−CHまたはCH=CH−CH−Si(−O−CHであることを特徴とする、請求項1記載のゴム混合物。
  3. フィラーおよび場合によってはさらなるゴム助剤を含有することを特徴とする、請求項1または2記載のゴム混合物。
  4. 一般式(I)のシランが、使用されるゴム100重量部を基準として、0.1〜8重量部の量で含有されていることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項記載のゴム混合物。
  5. 前記トリエタノールアミンが、使用されるゴム100重量部を基準として、0.1〜8重量部の量で含有されていることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項記載のゴム混合物。
  6. 前記二官能性シランが、使用されるゴム100重量部を基準として、2〜15重量部の量で含有されていることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項記載のゴム混合物。
  7. (a)前記ゴムが、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、ブロモブチルゴム、フッ素ゴムおよびニトリルゴムを除くジエンゴムであること、
    (b)一般式(I)のシランがCHCHCH−Si(−O−CH−CHであること
    (c)前記アミン化合物がトリエタノールアミンであること、および
    (d)前記二官能性シランが、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、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、(EtO)Si−(CH−S−C(O)−C15、(EtO)Si−(CH−SCN、(C1327(OCHCH−O−)(CHO)Si−(CH−SHまたは(C1327(OCHCH−O−)(CO)Si−(CH−SHであること
    を特徴とする、請求項1記載のゴム混合物。
  8. (a)シリコーンゴム、クロロプレンゴム、ブロモブチルゴム、フッ素ゴムおよびニトリルゴムを除く少なくとも1種のジエンゴム
    (b)一般式(I):
    Figure 0006790112
    の少なくとも1種のシラン
    (c)トリエタノールアミン、および
    (d)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、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、(EtO) Si−(CH −S−C(O)−C 15 、(EtO) Si−(CH −SCN、(C 13 27 (OCH CH −O−) (CH O)Si−(CH −SHおよび(C 13 27 (OCH CH −O−) (C O)Si−(CH −SHからなる群から選択される少なくとも1種の二官能性シラン
    を混合することを特徴とする、請求項1記載のゴム混合物の製造方法。
  9. 成形体を製造するための、請求項1記載のゴム混合物の使用。
  10. 空気圧式タイヤ、タイヤのトレッド面、ゴムを含有するタイヤ構成要素、ケーブルシース、ホース、ドライブベルト、コンベヤベルト、ローラカバー、タイヤ、靴のソール、シールリングおよび減衰要素を製造するための、請求項1記載のゴム混合物の使用。
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