JP7031003B2 - ゴム組成物及びタイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、ゴム組成物及びそれを用いたタイヤに関する。より詳細には、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムを用いたゴム組成物及びそれを用いたタイヤに関する。
従来、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムの製造は、ベンゼン、トルエン及びキシレンなどの炭化水素を主成分とする不活性有機溶媒中において、所定の触媒を用いて、1,3-ブタジエンをシス-1,4重合し、続いて、シンジオタクチック-1,2重合(以下、単に「1,2重合」という場合がある。)する方法により行われている。
また、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムは、ゴム組成物にしたときの用途によって、種々の特性の改良が望まれている。例えば、特許文献1には、溶媒をC4留分としてSPBを微粒子化することによって引張特性や耐亀裂性を向上させたビニル・シス-ポリブタジエンゴムが記載されている。特許文献2には、ハロゲン含有の有機アルミニウム化合物中のハロゲン原子のモル数と有機アルミニウム化合物(AlR3)のモル数の比を最適な値にすることによって耐疲労性を向上させたビニル・シス-ポリブタジエンゴムが記載されている。特許文献3には、触媒使用量を調整し、優れた生産性や適した剛性を付与したビニル・シス-ポリブタジエンゴムが記載されている。特許文献4と特許文献5には、沸騰n-ヘキサン不溶分(HI)、長鎖分岐指数および分岐度を特定の範囲にし、優れたコールドフローや剛性率を付与したビニル・シス-ポリブタジエンゴムが記載されている。
特許第03855480号公報 特許第05287436号公報 特許第05447708号公報 特許第05447707号公報 特許第05585710号公報
しかしながら、種々の改良されたビニル・シス-ポリブタジエンゴムである特許文献1乃至5に記載のビニル・シス-ポリブタジエンゴムにおいても、ゴム組成物にしたときに、操縦安定性や低ロス性などの他の物性に関しては、未だ改良の余地がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、操縦安定性と低ロス性のバランスに優れたゴム組成物及びそれを用いたタイヤを提供することを目的とする。
本発明者らは、以上の目的を達成するために、鋭意検討した結果、ゴム組成物に配合されるビニル・シス-ポリブタジエンゴム中に特定の融点を有する1,2-ポリブタジエンを特定の濃度で含有させることにより、優れた操縦安定性を有するゴム組成物が製造できることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、融点が150~195℃である1,2-ポリブタジエンを35~99質量%含有するビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)1~50質量部、及び(A)以外のジエン系ゴム(B)50~99質量部を含むゴム成分(A)+(B)100質量部と、ゴム補強剤(C)1~150質量部とを含有することを特徴とするゴム組成物及びそれを用いたタイヤに関する。
以上のように、本発明によれば、低ロス性と操縦安定性のバランスに優れたゴム組成物及びそれを用いたタイヤを提供することができる。
<ビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)>
本発明のゴム組成物に用いるビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)融点が150~195℃の1,2-ポリブタジエンが35~99質量%含有される。
(1,2-ポリブタジエン)
本発明に用いるビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)において、1,2-ポリブタジエンの融点は150~195℃であるが、160~190℃であることが好ましく、170~185℃であることがさらに好ましい。1,2-ポリブタジエン(B)の融点が150℃より低いとダイ・スウェルが悪化するため好ましくなく、195℃より高いと低燃費性が悪化するため、好ましくない。
ここで、示差走査熱量計により測定した1,2-ポリブタジエン由来の吸熱ピークのピークトップの温度を1,2-ポリブタジエンの融点とする。1,2-ポリブタジエン由来の吸熱ピークが複数存在するときは、ピーク分離を行って、最大面積のピークのピークトップを1,2-ポリブタジエンの融点とする。
1,2-ポリブタジエンの含有量は、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムに対して、35~99質量%であり、35~90質量%が好ましく、40~80質量%がより好ましい。含有量が99質量%より多いと、例えば配合後の1,2-ポリブタジエンの分散性が不十分でビニル・シス-ポリブタジエンゴムの効果が小さく、好ましくない。35質量%より少ないと1,2-ポリブタジエンの弾性率向上効果が十分に発現されず、好ましくない。ここで、1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度を1,2-ポリブタジエンの濃度とする。
1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度は、示差走査熱量計によって測定された1,2-ポリブタジエン結晶部の融解熱量から算出する。
具体的には、まず、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムを昇温速度10℃/minで昇温し、1,2-ポリブタジエンの融解に由来する吸熱ピークから融解熱量を算出する。次いで、1,2-ポリブタジエンの既知の単位質量当たりの融解熱量から、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムに含まれる1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度(質量%)を算出することができる。
ビニル・シス-ポリブタジエンゴムには、1,2-ポリブタジエンの非晶部を含んでもよく、1,2-ポリブタジエンの非晶部の含有量は、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムに対して、0~30質量%が好ましく、0~25質量%がより好ましく、0~10質量%が特に好ましい。より低ロス性及び操縦安定性の安定性に優れたゴム組成物を提供可能なビニル・シス-ポリブタジエンゴムを得ることができる。
ビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)中の1,2-ポリブタジエンの含有量は、後述するビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)の製造方法の第3工程において、1,3-ブタジエンをシンジオタクチック-1,2重合において調整される。
また、1,2-ポリブタジエンのピークトップ分子量(Mp)は、1,000~300,000が好ましく、5,000~150,000がより好ましい。ピークトップ分子量(Mp)が300,000より大きいと伸びが悪化する傾向にあり、1,000より小さいと弾性率が悪化する傾向にある。本発明において、ピークトップ分子量(Mp)とは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定により得られた溶出曲線におけるピークトップの分子量であり、ポリスチレンを標準物質として得た検量線から算出することができる。
(1,4-ポリブタジエン)
本発明に用いるビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)において、1,4-ポリブタジエンは、後述するビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)の製造方法の第2工程において、1,3-ブタジエンをシス-1,4重合することによって得られる。ポリブタジエンのムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、20~60が好ましく、25~45がより好ましい。ムーニー粘度(ML1+4,100℃)が20より小さいと低ロス性が低下し、60より大きいと加工性が低下する。
また、ポリブタジエンのシス-1,4構造含有率は90%以上であることが好ましく、特に95%以上であることが好ましい。
また、1,4-ポリブタジエンの重量平均分子量(Mw)は、200,000~800,000が好ましく、400,000~650,000がより好ましい。重量平均分子量(Mw)が200,000より小さいと低ロス性が低下し、800,000より大きいと加工性が低下する。
また、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)は、2.00~5.00が好ましく、2.20~3.50がより好ましい。
また、シス-1,4重合で得られる1,4-ポリブタジエンは実質的にゲル分を含有しない。
<ビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)の製造方法>
本発明に係るビニル・シス-ポリブタジエンゴムの製造方法は、1,3-ブタジエンと、炭化水素を主成分とする不活性有機溶媒との混合物を調製する第1工程と、第1工程で調整された混合物に(a)水、有機アルミニウム化合物及び可溶性コバルト化合物からなる触媒、又は(b)有機アルミニウム化合物、ニッケル化合物及びフッ素化合物からなる触媒を添加して、1,3-ブタジエンをシス-1,4重合する第2工程と、第2工程で得られた重合反応混合物中の1,3-ブタジエンをシンジオタクチック-1,2重合する第3工程と、を備え、第3工程において、得られる1,2-ポリブタジエンの融点を低下させる融点降下剤を添加することを特徴とする。
(第1工程)
本発明に係るビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)の製造方法において使用する炭化水素を主成分とする不活性有機溶媒としては、トルエン、ベンゼン及びキシレン等の芳香族炭化水素、n-ヘキサン、ブタン、ヘプタン及びペンタン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン及びシクロペンタン等の脂環族炭化水素、上記のオレフィン化合物及びシス-2-ブテン、トランス-2-ブテン等のオレフィン系炭化水素、ミネラルスピリット、ソルベントナフサ及びケロシン等の炭化水素系溶媒、並びに塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒などが挙げられる。また、1,3-ブタジエンモノマーそのものを重合溶媒として用いてもよい。
上記の不活性有機溶媒の中でも、トルエン、シクロヘキサン、及びシス-2-ブテンとトランス-2-ブテンとの混合物などが好適に用いられる。
(第2工程)
次に、第1工程で調整された混合物に(a)水、有機アルミニウム化合物及び可溶性コバルト化合物からなる触媒を添加して、1,3-ブタジエンをシス-1,4重合する。すなわち、先ず、第1工程で調製された混合物に水を添加して、水分の濃度を調整する。水分の濃度は、シス-1,4重合で用いる有機アルミニウム化合物1モル当たり、好ましくは0.1~1.4モル、特に好ましくは0.2~1.2モルの範囲である。この範囲外では触媒活性が低下したり、シス-1,4構造含有率が低下したり、分子量が異常に低く又は高くなったりするため好ましくない。また、上記の範囲外では、重合時のゲルの発生を抑制することができず、このため重合槽などへのゲルの付着が起り、さらに連続重合時間を延ばすことができないので好ましくない。水分の濃度を調整する方法は、公知の方法が適用できる。多孔質濾過材を通して添加・分散させる方法(特開平4-85304号公報)も有効である。
次に、上記のように水分の濃度を調整して得られた混合物に、有機アルミニウム化合物を添加する。有機アルミニウム化合物としては、トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムクロライド、ジアルキルアルミニウムブロマイド、アルキルアルミニウムセスキクロライド、アルキルアルミニウムセスキブロマイド、及びアルキルアルミニウムジクロライドなどが挙げられる。
上記の有機アルミニウム化合物のうち、一般式AlR(但し、Rは炭素原子数1~10の炭化水素基である)により表わされるトリアルキルアルミニウムを好ましく用いることができる。トリアルキルアルミニウムの例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリ-n-プロピルアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリ-n-ブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリペンチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリシクロヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリフェニルアルミニウム、トリ-p-トリルアルミニウム、及びトリベンジルアルミニウムを挙げることができる。なお、トリアルキルアルミニウム内のアルキル基は、互いに同一でも、あるいは異なっていてもよい。
上記の有機アルミニウム化合物に加えて、ジメチルアルミニウムクロライド及びジエチルアルミニウムクロライドなどのジアルキルアルミニウムクロライド、セスキエチルアルミニウムクロライド及びエチルアルミニウムジクロライドなどの有機アルミニウムハロゲン化合物、ジエチルアルミニウムハイドライド、ジイソブチルアルミニウムハイドライド及びセスキエチルアルミニウムハイドライドなどの水素化有機アルミニウム化合物を用いることもできる。
これらの有機アルミニウム化合物は、2種類以上を併用することもできる。
有機アルミニウム化合物の使用量は、(a)水、有機アルミニウム化合物及び可溶性コバルト化合物からなる触媒を用いてシス-1,4重合する場合は、1,3-ブタジエン1モル当たり0.1ミリモル以上、特に0.5~50ミリモルであることが好ましい。また、(b)有機アルミニウム化合物、ニッケル化合物及びフッ素化合物からなる触媒を用いてシス-1,4重合する場合は、1,3-ブタジエン1モル当たり1×10-5~1×10-1モルであることが好ましい。
次いで、有機アルミニウム化合物を添加した混合物に可溶性コバルト化合物を添加して、1,3-ブタジエンをシス-1,4重合する。可溶性コバルト化合物としては、炭化水素を主成分とする不活性有機溶媒若しくは液体1,3-ブタジエンに可溶なものであるか、又は均一に分散できる、例えば、コバルト(II)アセチルアセトナート及びコバルト(III)アセチルアセトナートなどコバルトのβ-ジケトン錯体、コバルトアセト酢酸エチルエステル錯体のようなコバルトのβ-ケト酸エステル錯体、コバルトオクトエート、コバルトナフテネート及びコバルトベンゾエートなどの炭素数6以上の有機カルボン酸のコバルト塩、塩化コバルトピリジン錯体及び塩化コバルトエチルアルコール錯体などのハロゲン化コバルト錯体などが用いられる。可溶性コバルト化合物の使用量は、1,3-ブタジエン1モル当たり0.001マイクロモル以上、特に0.005マイクロモル以上であることが好ましい。また、可溶性コバルト化合物に対する有機アルミニウム化合物のモル比(Al/Co)は10以上であり、特に50以上であることが好ましい。
また、(a)水、有機アルミニウム化合物及び可溶性コバルト化合物からなる触媒の代わりに(b)有機アルミニウム化合物、ニッケル化合物及びフッ素化合物からなる触媒を添加して、1,3-ブタジエンをシス-1,4重合してもよい。この場合、水は、シス-1,4重合触媒の成分として添加しても、添加しなくてもよい。
ニッケル化合物としては、ニッケルの塩や錯体が好ましく用いられる。特に好ましいものとして、塩化ニッケル及び臭化ニッケルなどのハロゲン化ニッケル、硝酸ニッケルなどの無機酸のニッケル塩、オクチル酸ニッケル、酢酸ニッケル、ニッケルオクトエートなどの炭素原子数1~18のカルボン酸ニッケル、ナフテン酸ニッケル、マロン酸ニッケル、ニッケルのビスアセチルアセトナート及びトリスアセチルアセトネート、アセト酢酸エチルエステルなどのニッケル錯体、ハロゲン化ニッケルのトリアリールホスフィン錯体、トリアルキルホスフィン錯体、ピリジン錯体及びピコリン錯体等の有機塩基錯体、並びにエチルアルコール錯体などの各種錯体を挙げることができる。ニッケル化合物の使用量は、1,3-ブタジエン1モル当たり1×10-7~1×10-3モルであることが好ましい。
フッ素化合物としては、三フッ化ホウ素のエーテル、アルコール、又はこれらの混合物の錯体、あるいはフッ化水素のエーテル、アルコール、又はこれらの錯体の混合物が好ましく用いられる。特に好ましいものとして、三フッ化ホウ素ジエチルエーテレート、三フッ化ホウ素ジブチルエーテレート、フッ化水素ジエチルエーテレート、及びフッ化水素ジブチルエーテレートを挙げることができる。フッ素化合物の使用量は、1,3-ブタジエン1モル当たり1×10-4~1モルであることが好ましい。
1,3-ブタジエンをシス-1,4重合する温度は、0℃を超えて100℃以下、好ましくは10~100℃、さらに好ましくは20~100℃である。重合時間は、10分~2時間の範囲が好ましい。シス-1,4重合後のポリマー濃度が5~26質量%となるように、シス-1,4重合を行うことが好ましい。重合は、重合槽(重合器)内にて溶液を攪拌混合して行う。重合に用いる重合槽としては、高粘度液攪拌装置付きの重合槽、例えば特公昭40-2645号公報に記載された装置を用いることができる。
シス-1,4重合時に、公知の分子量調節剤、例えばシクロオクタジエン、アレン、メチルアレン(1,2-ブタジエン)などの非共役ジエン類、又はエチレン、プロピレン、ブテン-1などのα-オレフィン類を使用することができる。また、重合時のゲルの生成をさらに抑制するため、公知のゲル化防止剤を使用することができる。
(第3工程)
次に、第2工程で得られた重合反応混合物中の1,3-ブタジエンをシンジオタクチック-1,2重合する。その際に、得られたシス-1,4重合物に、1,3-ブタジエンを添加しても添加しなくてもよい。また、この1,2重合する方法は、特に限定されないが、1,2重合する際に、一般式AlR(但し、Rは炭素原子数1~10の炭化水素基である)により表される有機アルミニウム化合物及び二硫化炭素を添加して1,3-ブタジエンを1,2重合することが好ましく、必要に応じて可溶性コバルト化合物をさらに添加してもよい。またさらに、1,2重合する際に、重合系に水を添加してもよい。
前記一般式AlRにより表される有機アルミニウム化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリn-ヘキシルアルミニウム及びトリフェニルアルミニウムなどが好適である。有機アルミニウム化合物は、1,3-ブタジエン1モル当たり0.1ミリモル以上、特に0.5~50ミリモルが好ましい。二硫化炭素の濃度は、20ミリモル/L以下、特に好ましくは0.01~10ミリモル/Lである。二硫化炭素の代替として、公知のイソチオシアン酸フェニルやキサントゲン酸化合物を使用してもよい。水は、1,3-ブタジエンを有機アルミニウム化合物と接触させた後、重合系に添加することが好ましい。水の添加量は、有機アルミニウム化合物1モル当たり0.1~1.5モルが好ましい。可溶性コバルト化合物としては、前記第2工程で記載したものと同様のものを用いることができる。
本発明に係るビニル・シス-ポリブタジエンゴムの製造方法は、第3工程において、得られる1,2-ポリブタジエンの融点を低下させる融点降下剤を添加することを特徴とする。融点降下剤としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトンなどが挙げられ、未反応の1,3-ブタジエンとの分離・精製の観点から、ジメチルスルホキシド(DMSO)が特に好ましい。
融点降下剤の添加量は、第3工程で添加する有機アルミニウム化合物に対して、モル比0.01~10が好ましく、0.05~5がより好ましく、0.1~3が特に好ましい。融点降下剤を上記の量添加することで、第3工程において得られる1,2-ポリブタジエンの融点を150~195℃に調整することができる。添加量のモル比が10より多いと融点が過剰に低下し、1,2-ポリブタジエンの弾性率向上効果が小さい傾向にあり、0.1より少ないと低燃費性の改善効果が小さい傾向にあるため、好ましくない。
1,2重合する温度は、-5~100℃が好ましく、特に-5~80℃が好ましい。1,2重合する際に、1,3-ブタジエンを追加で添加することにより、1,2重合時の1,2-ポリブタジエンの収量を増大させることもできる。重合時間は、2分~2時間の範囲が好ましい。1,2重合後のポリマー濃度が3~30質量%となるように、1,2重合を行うことが好ましい。重合は重合槽(重合器)内にて重合溶液を攪拌混合して行う。1,2重合に用いる重合槽としては、1,2重合中は更に高粘度となり、ポリマーが付着しやすいので、高粘度液攪拌装置付きの重合槽、例えば特公昭40-2645号公報に記載された装置を用いることができる。
重合反応が所定の重合率に達した後、常法に従って公知の老化防止剤を添加することができる。老化防止剤としては、フェノール系の2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)、リン系のトリノニルフェニルフォスファイト(TNP)、並びに硫黄系の4,6-ビス(オクチルチオメチル)-o-クレゾール及びジラウリル-3,3’-チオジプロピオネート(TPL)などが挙げられる。これらを単独でも2種以上組み合わせて用いてもよく、老化防止剤の添加は、ビニル・シス-ポリブタジエンゴム100質量部に対して0.001~5質量部である。
重合反応は、重合溶液にメタノール及びエタノールなどのアルコール、又は水などの極性溶媒を大量に投入する方法、塩酸及び硫酸などの無機酸、酢酸及び安息香酸などの有機酸、亜リン酸エステル、又は塩化水素ガスを重合溶液に導入する方法など、それ自体公知の方法を用いて停止する。次いで、通常の方法に従い、生成したビニル・シス-ポリブタジエンゴムを分離、洗浄、続いて乾燥する。
ビニル・シス-ポリブタジエンゴムに含まれる1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度を、例えば必要とする機能に合わせて、任意に変化させることができる。具体的な方法としては、例えば、生成したビニル・シス-ポリブタジエンゴムを、乾燥前或いは乾燥後に、液体中或いは窒素中或いは大気中、或いはこれら以外の雰囲気下で加熱することによって、結晶の一部或いは全部を非晶化することができる。
<ゴム組成物>
本発明のゴム組成物は、前記ビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)1~50質量部、及び(A)以外のジエン系ゴム(B)50~99質量部を含むゴム成分(A)+(B)100質量部と、ゴム補強剤(C)1~150質量部とを含有する。
((A)以外のジエン系ゴム(B))
本発明において、(B)成分の(A)以外のジエン系ゴムとしては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、乳化重合若しくは溶液重合スチレン-ブタジエンゴム、ブチルゴムから選ばれる少なくとも1種類以上のジエン系ゴムを用いることができる。天然ゴム及び/又はブタジエンゴムを含有することが好ましい。ベーストレッドに用いる場合には、天然ゴム及びブタジエンゴムを含有することがより好ましく、天然ゴムを30質量部以上含むことが更に好ましい。(B)成分を(A)成分と混合させるときには、通常行われているバンバリー、ロールなどの混練時に混合してもよいし、重合後の溶液状態のままで予め混合、乾燥したものを使用してもよい。
(A)成分と(B)成分との割合は、ゴム成分(A)+(B)100質量部に対して、(A)成分が5~45質量部、(B)成分が65~95質量部であることが好ましく、(A)成分が10~40質量部、(B)成分が60~90質量部であることがより好ましく、特に(A)成分が15~35質量部、(B)成分が65~85質量部である場合、タイヤ用のゴム組成物として最適である。
(ゴム補強剤(C))
本発明において、(C)成分のゴム補強剤としては、各種のカーボンブラック、シリカ等の充填剤、活性化炭酸カルシウム、超微粒子珪酸マグネシウム等の無機補強剤やシンジオタクチック-1,2-ポリブタジエン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ハイスチレン樹脂、フェノール樹脂、リグニン、及び変性メラミン樹脂等の有機補強剤が挙げられる。なお、ビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)中のシンジオタクチック-1,2-ポリブタジエンは、ゴム補強剤(C)には含まれないものとする。
カーボンブラックとしては、特に制限されないが、例えば、FEF,FF,GPF,SAF,ISAF,SRF,HAF等を挙げることができる。カーボンブラックの含有量は、操縦安定性の観点から20質量部以上が好ましく、低燃費性の観点から100質量部以下が好ましい。
粒子径が15nm以上、90nm以下、窒素吸着比表面積が15~135m/g、ジブチルフタレート(DBP)吸油量が60ml/100g以上、180ml/100g以下であることが好ましい。
本発明において、ゴム補強剤としてシリカを用いることができる。シリカの種類は特に制限されず、一般グレードのシリカ、シランカップリング剤などで表面処理を施した特殊シリカなど、用途に応じて使用することができる。
シリカとしては、特に制限はなく、例えば、湿式シリカ(含水ケイ酸)、乾式シリカ(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、これらの中でも、湿式シリカが好ましい。これらシリカは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
(C)成分の配合割合は、ゴム成分(A)+(B)100質量部に対して、10~150質量部が好ましく、20~120質量部がより好ましい。(C)成分が10質量部より少ないと、引張応力が低下する傾向があり、150質量部より多いと、加工性が悪化する傾向がある。
(C)成分のうち、カーボンブラック、シリカ等の充填剤を合計30質量部以上含むことが弾性率向上の観点から好ましい。加工性の観点から150質量部以下であることが好ましい。その詳細な機構は不明ではあるが、1,2-ポリブタジエンとカーボンブラック、シリカ等の充填剤がネットワークを形成することにより、弾性率を向上するものと推定される。
(その他の成分)
本発明のゴム組成物は、必要に応じて、その他の成分である石油樹脂、クマロンインデン樹脂、加硫剤、加硫助剤、老化防止剤、充填剤、プロセスオイル、亜鉛華、ステアリン酸など、通常ゴム業界で用いられる薬品を含有してもよい。
石油樹脂としては、C系樹脂、C-C系樹脂、C系樹脂、テルペン系樹脂、テルペン-芳香族化合物系樹脂、ロジン系樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、及びアルキルフェノール系樹脂等などがあげられる。
加硫剤としては、公知の加硫剤、例えば硫黄、有機過酸化物、樹脂加硫剤、酸化マグネシウムなどの金属酸化物などが用いられる。
加硫促進剤としては、公知の加硫促進剤、例えばアルデヒド類、アンモニア類、アミン類、グアニジン類、チオウレア類、チアゾール類、チウラム類、ジチオカーバメイト類、キサンテート類などが用いられる。
充填剤としては、炭酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウム、クレー、リサージュ、珪藻土、再生ゴム及び粉末ゴムなどが挙げられる。
老化防止剤としては、アミン-ケトン系、イミダゾール系、アミン系、フェノール系、硫黄系及び燐系などが挙げられる。
プロセスオイルは、アロマティック系、ナフテン系、パラフィン系のいずれを用いてもよい。
本発明のゴム組成物は、前記各成分を通常行われているバンバリー、オープンロール、ニーダー、二軸混練り機などを用いて混練りすることで得られる。
本発明のゴム組成物を加硫して得られる加硫ゴム組成物は、その改良された操縦安定性と低ロス性のバランスを生かして、乗用車及び競技用等のタイヤ用途、また大型、重荷重用タイヤ用途にも適用可能である。
本発明に係るゴム組成物は、キャップトレッド、ベーストレッド、サイド補強ゴム、カーカス、ベルト、チェーファー、ビード、スティフナー、インナーライナー等のタイヤの各部位に用いることができ、特にタイヤのキャップトレッド、ベーストレッドに用いることが好ましい。
本発明に係るゴム組成物を用いたタイヤは、空気入りタイヤであることが好ましく、充填する気体としては、通常の又は酸素分圧が調整された空気、窒素、並びにアルゴン及びヘリウム等の不活性ガスなどがある。
本発明に係るゴム組成物をタイヤの各部材に用いる場合、各成分を含有させた本発明に係るゴム組成物が未加硫の段階で加工され、タイヤ成形機上で通常の方法により貼り付け成形され、生タイヤを得ることができる。この生タイヤを加硫機注で加熱加圧して、タイヤを得ることができる。
また、本発明に係るゴム組成物は、タイヤ用途以外に、防振ゴム、免震ゴム、ベルト(ベルトコンベア)、ゴムクローラ、各種ホース、モランなどに用いることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。なお、ビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)及びゴム組成物の物性は、以下のようにして測定した。
<ビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)>
1.1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度
ビニル・シス-ポリブタジエンゴムに含まれる1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度は、示差走査熱量計(島津製作所製、DSC-50)によって測定された1,2-ポリブタジエン結晶部の融解熱量から算出した。具体的には、まず、ビニル・シス-ポリブタジエンゴム約10mgを昇温速度10℃/minで昇温し、1,2-ポリブタジエンの融解に由来する吸熱ピークから融解熱量を算出した。次いで、1,2-ポリブタジエンの既知の単位質量当たりの融解熱量から、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムに含まれる1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度(質量%)を算出した。
2.1,2-ポリブタジエンの非晶部の濃度
ビニル・シス-ポリブタジエンゴムに含まれる1,2-ポリブタジエンの非晶部の濃度は、1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度と1,4-ポリブタジエンの濃度から、下記式(1)によって算出した。
(1,2-ポリブタジエンの非晶部の濃度(質量%))=100-(非晶化処理後の1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度(質量%))-(1,4-ポリブタジエンの濃度(質量%))・・・式(1)
なお、1,4-ポリブタジエンの濃度(質量%)は、下記式(2)によって算出した。
(1,4-ポリブタジエンの濃度(質量%))=100-(非晶化処理前の1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度(質量%))
ここで、「非晶化処理後」とは、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムに含まれる1,2-ポリブタジエンの結晶部の濃度を調整するために行われる1,2-ポリブタジエンの結晶部の一部の非晶化処理の後のことをいい、「非晶化処理前」とは、その非晶化処理の前のことをいう。
3.1,2-ポリブタジエンの融点
1,2-ポリブタジエンの融点は、試料約10mg、昇温速度10℃/minとした場合の値を示差走査熱量計(島津製作所製、DSC-50)により測定した。1,2-ポリブタジエン由来の吸熱ピークのピークトップの温度を融点とした。なお、1,2-ポリブタジエン由来の吸熱ピークが複数存在するときは、ピーク分離を行って、最大面積のピークのピークトップの温度を融点とした。
4.重量平均分子量(Mw)
ポリスチレンを標準物質としてテトラヒドロフランを溶媒として温度40℃で、GPC(島津製作所製)法により行い、得られた分子量分布曲線から求めた検量線を用いて計算し、重量平均分子量(Mw)を求めた。
5.ムーニー粘度(ML1+4,100℃)
JIS-K6300-1に従い、島津製作所製のムーニー粘度計を使用して100℃で1分間予熱したのち、4分間測定してゴムのムーニー粘度(ML1+4,100℃)を求めた。
<ゴム組成物>
1.低ロス性(tanδ)
得られたゴム組成物を160℃で20分加硫後、粘弾性測定装置ARES(TA Instruments社製)を用い、温度50℃、動歪0.1%、周波数15Hzで測定した。そして、比較例2のtanδを100とし、比較例1と実施例1~4のそれぞれの逆数について指数を算出した。指数が大きいほど、tanδが小さく、低ロス性に優れることを示す。
また、参考例として、ゴム組成物を150℃で25分加硫後、粘弾性測定装置EPLEXOR(GABO社製)を用い、温度50℃、動歪0.2%、周波数16Hzで測定した。そして、参考例1のtanδを100とし、参考例2の逆数について指数を算出した。指数が大きいほど、tanδが小さく、低ロス性に優れることを示す。
2.操縦安定性(貯蔵弾性率)
得られたゴム組成物を160℃で20分加硫後、粘弾性測定装置ARES(TA Instruments社製)を用いた動的粘弾性試験において、温度30℃、動歪0.1%、周波数15Hzで貯蔵弾性率G’を測定した。そして、比較例2のG’を100とし、比較例1と実施例1~4のそれぞれについて指数を算出した。指数が大きいほど、G’が大きく、操縦安定性に優れることを示す。
また、参考例として、ゴム組成物を150℃で25分加硫後、粘弾性測定装置EPLEXOR(GABO社製)を用い、温度50℃、動歪0.2%、周波数16Hzで測定した。そして、参考例1の貯蔵弾性率E’を100とし、参考例2について指数を算出した。指数が大きいほど、E’が大きく、操縦安定性に優れることを示す。
3.低ロス性と操縦安定性のバランス
低ロス性指数と操縦安定性指数を足して、2で割った値を、低ロス性と操縦安定性のバランス指数とした。指数が大きいほど、低ロス性と操縦安定性のバランスに優れることを示す。バランス指数が108以上であれば、低ロス性と操縦安定性のバランスに優れていると言える。
(合成例1)
ヘリカル羽を備えチッソ置換を終えた1.5Lステンレス製オートクレーブに、シクロヘキサン(450mL)を投入しオートクレーブを密閉し、次いで1,3-ブタジエン(450mL)を圧送することで、原料溶液(FB)900mlを作製した。原料溶液に、2.47mmol/Lの濃度となるように、水(HO)をシリンジを用いて添加し、その後、オートクレーブを30℃まで昇温し、30分・500rpmで攪拌した。オートクレーブを25℃まで冷却した後、ジエチルアルミニウムクロライド及びトリエチルアルミニウム(モル比3:1)を3.0mmol/Lの濃度となるように、シリンジを用いて添加し、5分攪拌した。次いで、1,5-シクロオクタジエン(COD)を28.5mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、35℃まで昇温させた。コバルトオクトエート(Co(Oct))を6.18μmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、35℃で12分シス-1,4重合を実施した。得られた重合反応混合物に、トリエチルアルミニウム(TEA)を3.91mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し2分間保持、次いで、コバルトオクトエート(Co(Oct))を0.800mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、更に2分間保持し、ジメチルスルホキシド(DMSO)を0.98mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加した。最後に、二硫化炭素(CS)を1.17mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、35℃で25分シンジオタクチック-1,2重合を実施した。得られた重合反応混合物にトリスノニルフェニルフォスファイトを添加し、シンジオタクチック-1,2重合を停止させた。その後、オートクレーブを冷却・脱圧し、重合反応混合物を得た。次に、重合反応物を80℃の水に投入し、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムを析出させた。析出したビニル・シス-ポリブタジエンゴムを回収し、水と共にステンレス製オートクレーブに入れ、密閉し、130℃で10分保持した。冷却後、ステンレス製オートクレーブからビニル・シス-ポリブタジエンゴムを取り出し、100℃で1時間乾燥した。合成例1に係るビニル・シス-ポリブタジエンゴムの組成と融点を表1に示す。また、合成例1のビニル・シス-ポリブタジエンゴムの重量平均分子量(Mw)は404,000であり、ムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、38.6であった。
(合成例2)
44.5質量%の1,3-ブタジエンと二硫化炭素248質量ppmを含むシクロヘキサン溶液10L/hと水0.41ml/hを60℃の温度にて混合し、この混合液を30℃に保持された5.0Lの撹拌機付ステンレス製熟成槽に供給した。併せて、10質量%のジエチルアルミニウムクロライドのシクロヘキサン溶液と10質量%のトリエチルアルミニウムのシクロヘキサン溶液の混合液(Alモル比3:1)を57ml/hで、同じ熟成槽に供給した。得られた熟成液を、35℃に保持された5.3Lの撹拌機付ステンレス製シス重合槽に供給した。この重合槽には、COD34ml/hと0.03質量%のコバルトオクトエート(Co(Oct))のシクロヘキサン-トルエン溶液も供給してシス-1,4重合を行った。得られたシス-1,4重合液を、5.3Lのリボン型撹拌機付ステンレス製1,2-ポリブタジエン重合槽に供給し、35℃でシンジオタクチック-1,2重合を行った。この重合槽には、10質量%のトリエチルアルミニウムのシクロヘキサン溶液80ml/hと7.5質量%のコバルトオクトエート(Co(Oct))のシクロヘキサン-トルエン溶液36ml/hと5質量%のDMSOのトルエン溶液36ml/hと、1.0質量%の1,3-ブタジエンを含むシクロヘキサン溶液1L/hも同時に供給した。得られたシンジオタクチック-1,2重合液を1.0Lの撹拌機付ステンレス製混合槽に供給し、水100ml/hと、4,6-ビス(オクチルチオエチル)-o-クレゾールとトリスノニルフェニルフォスファイトをそれぞれビニル・シス-ポリブタジエンゴム100質量部に対して1質量%加え、重合を停止した後、130℃に保持された熱水中に投入し、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムを析出させた。この析出物を100℃で1時間乾燥した。合成例2に係るビニル・シス-ポリブタジエンゴムの組成と1,2-ポリブタジエンの融点を表1に示す。また、合成例2のビニル・シス-ポリブタジエンゴムの重量平均分子量(Mw)は411,000であった。
(合成例3)
ヘリカル羽を備えチッソ置換を終えた1.5Lステンレス製オートクレーブに、シクロヘキサン(450mL)を投入しオートクレーブを密閉し、次いで1,3-ブタジエン(450mL)を圧送することで、原料溶液(FB)900mlを作製した。原料溶液に、1.85mmol/Lの濃度となるように、水(HO)をシリンジを用いて添加し、その後、オートクレーブを60℃まで昇温し、30分・500rpmで攪拌した。オートクレーブを25℃まで冷却した後、ジエチルアルミニウムクロライド及びトリエチルアルミニウム(モル比3:1)を3.0mmol/Lの濃度となるように、シリンジを用いて添加し、5分攪拌した。次いで、1,5-シクロオクタジエン(COD)を21.7mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、35℃まで昇温させた。コバルトオクトエート(Co(Oct))を5.02μmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、35℃で12分シス-1,4重合を実施した。得られた重合反応混合物に、トリエチルアルミニウム(TEA)を3.91mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し2分間保持、次いで、コバルトオクトエート(Co(Oct))を0.756mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、更に2分間保持し、ジメチルスルホキシド(DMSO)を0.94mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加した。最後に、二硫化炭素(CS)を1.17mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、35℃で25分シンジオタクチック-1,2重合を実施した。得られた重合反応混合物にトリスノニルフェニルフォスファイトを添加し、シンジオタクチック-1,2重合を停止させた。その後、オートクレーブを冷却・脱圧し、重合反応混合物をバットに取り出した。100℃に温めた真空乾燥機にバットごと投入し、未反応のブタジエン及び溶剤を除去することで、合成例3に係るビニル・シス-ポリブタジエンゴムを得た。合成例3に係るビニル・シスーポリブタジエンゴムの組成と1,2-ポリブタジエンの融点を表1に示した。また、合成例3のビニル・シス-ポリブタジエンゴムの重量平均分子量(Mw)は404,000であり、ムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、38.6であった。
(合成例4)
シス-1,4重合において、水の濃度を1.60mmol/Lに、1,5-シクロオクタジエン(COD)濃度を16.3mmol/Lに、コバルトオクトエート(Co(Oct))濃度を1.54μmol/Lに、そしてシンジオタクチック-1,2重合において、コバルトオクトエート(Co(Oct))濃度を0.800mmol/Lに、それぞれ変えた以外、合成例3と同様にビニル・シス-ポリブタジエンゴムを製造した。合成例4に係るビニル・シスーポリブタジエンゴムの組成と1,2-ポリブタジエンの融点を表1に示した。また、合成例4のビニル・シス-ポリブタジエンゴムの重量平均分子量(Mw)は484,000であった
(参考合成例)
ヘリカル羽を備えチッソ置換を終えた1.5Lステンレス製オートクレーブに、シクロヘキサン(360mL)を投入しオートクレーブを密閉し、次いで1,3-ブタジエン(240mL)を圧送することで、原料溶液(FB)600mlを作製した。原料溶液に、1.76mmol/Lの濃度となるように、水(HO)をシリンジを用いて添加し、その後、オートクレーブを60℃まで昇温し、30分・500rpmで攪拌した。オートクレーブを25℃まで冷却した後、ジエチルアルミニウムクロライド及びトリエチルアルミニウム(モル比3:1)を3.6mmol/Lの濃度となるように、シリンジを用いて添加し、5分攪拌した。次いで、1,5-シクロオクタジエン(COD)を18.3mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、45℃まで昇温させた。コバルトオクトエート(Co(Oct))を12.5μmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、45℃で20分シス-1,4重合を実施した。得られた重合反応混合物に、トリエチルアルミニウム(TEA)を5.40mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し2分間保持、次いで、コバルトオクトエート(Co(Oct))を0.150mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、更に2分間保持し、ジメチルスルホキシド(DMSO)を5.40mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加した。最後に、二硫化炭素(CS)を0.54mmol/Lの濃度となるようにシリンジを用いて添加し、45℃で20分シンジオタクチック-1,2重合を実施した。得られた重合反応混合物に1,4-ナフトキノンを添加し、シンジオタクチック-1,2重合を停止させた。その後、オートクレーブを冷却・脱圧し、重合反応混合物をバットに取り出した。100℃に温めた真空乾燥機にバットごと投入し、未反応のブタジエン及び溶剤を除去することで、ビニル・シス-ポリブタジエンゴムを得た。参考合成例に係るビニル・シス-ポリブタジエンゴムの組成と1,2-ポリブタジエンの融点を表1に示した。また、参考合成例のビニル・シス-ポリブタジエンゴムの重量平均分子量(Mw)は490,000であり、ムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、41.7であった。
Figure 0007031003000001
前記合成例1~4で得られたビニル・シス-ポリブタジエンゴムを表2に従ってプラストミルでカーボンブラック、天然ゴム、プロセスオイル、亜鉛華、ステアリン酸および老化防止剤(それぞれ質量部、以下同じ)を加えて混練する一次配合を実施し、次いで、加硫促進剤および硫黄を添加する二次配合を実施して、配合物を作成した。さらに、この配合物を成型し、プレス加硫してゴム組成物を得た後、低ロス性(tanδ)、操縦安定性(貯蔵弾性率)を測定し、低ロス性と操縦安定性のバランスを算出した。これらゴム組成物の物性測定結果についても、表2に示す。
また、比較例1としてビニル・シス-ポリブタジエンゴムを含有させていないもの、比較例2として市販のビニル・シス-ポリブタジエンゴム(VCR412:1,2-ポリブタジエンの濃度12%及び融点200℃)を含有させたものを用意し、実施例1~4と同様に物性測定を行った。その結果を表2に示す。
また参考合成例に係るビニル・シス-ポリブタジエンゴムを表3に従ってカーボンブラック、天然ゴム、プロセスオイル、亜鉛華、ステアリン酸および老化防止剤を加えて混練する一次配合を実施し、次いで、加硫促進剤および硫黄を添加する二次配合を実施して、配合物(参考例2)を作成した。さらに、この配合物を成型し、プレス加硫してゴム組成物を得た後、低ロス性(tanδ)、操縦安定性(貯蔵弾性率)を測定し、低ロス性と操縦安定性のバランスを算出した。これらゴム組成物の物性測定結果についても、表3に示す。また、参考例1として、VCR412を配合したものを用意した。
Figure 0007031003000002
(注1)天然ゴム(RSS♯3) (注2)ブタジエンゴム;宇部興産株式会社製「UBEPOL 150L」 (注3)宇部興産株式会社製「UBEPOL VCR412」 (注4)旭カーボン株式会社製「#80」 (注5)出光興産社製「ダイアナプロセスNH-70S」 (注6)大内新興化学工業社製「ノクラック6C」 (注7)大内新興化学工業社製「ノクセラーD」
Figure 0007031003000003
(注1)天然ゴム(RSS♯1) (注2)宇部興産株式会社製「UBEPOL VCR412」 (注3)三菱化学株式会社製 「ダイアブラックI」 (注4)H&R社製 「Viva Tec 400」 (注5)住友化学社製「アンチゲン6C」 (注6)大内新興化学工業社製「ノクセラーNS」
以上より、実施例1~4に係るゴム組成物は、比較例1及び2のゴム組成物と比較して、低ロス性と操縦安定性のバランスの改善が図られていることが分かる。また、実施例1と実施例2~4との比較により、1,2-ポリブタジエンの非晶部の濃度が低いビニル・シス-ポリブタジエンゴムを用いたゴム組成物は、より低ロス性と操縦安定性のバランスの改善が図られていることが分かる。

Claims (6)

  1. ビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)1~50質量部、及び(A)以外のジエン系ゴム(B)50~99質量部を含むゴム成分(A)+(B)100質量部と、ゴム補強剤(C)1~150質量部とを含有し、前記ビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)は、融点が150~195℃である1,2-ポリブタジエンを35~99質量%と残部の1,4-ポリブタジエンとを含有することを特徴とするゴム組成物。
  2. 請求項1記載のゴム組成物の製造方法であって、
    1,3-ブタジエンと、炭化水素を主成分とする不活性有機溶媒との混合物を調製する第1工程と、
    第1工程で調整された混合物に(a)水、有機アルミニウム化合物及び可溶性コバルト化合物からなる触媒、又は(b)有機アルミニウム化合物、ニッケル化合物及びフッ素化合物からなる触媒を添加して、1,3-ブタジエンをシス-1,4重合する第2工程と、
    第2工程で得られた重合反応混合物中の1,3-ブタジエンをシンジオタクチック-1,2重合し、得られる1,2-ポリブタジエンの融点を低下させる融点降下剤を添加する第3工程
    とにより前記ビニル・シス-ポリブタジエンゴム(A)を得ることを備えた製造方法
  3. 前記融点降下剤が、ジメチルスルホキシドであることを特徴とする請求項2記載のゴム組成物の製造方法
  4. 請求項1記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
  5. 請求項1記載のゴム組成物をキャップトレッドに用いたことを特徴とするタイヤ。
  6. 請求項1記載のゴム組成物をベーストレッドに用いたことを特徴とするタイヤ。
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