グアユール天然ゴムと共晶組成物とを含むゴム組成物を含むタイヤ構成要素が本明細書に開示される。タイヤ構成要素を提供又は調製するための関連する方法も開示される。
第1の実施形態では、タイヤ構成要素、好ましくは、タイヤトレッドを提供するための方法が開示される。第1の実施形態の方法は、ゴム組成物を調製することを含み、ゴム組成物は、(a)(i)少なくとも1,200,000グラム/モル、好ましくは1.25~1.35グラム/モルのMw、少なくとも250,000グラム/モル、好ましくは300,000~400,000グラム/モルのMn、及び3,000,000~4,000,000グラム/モルのMw/Mn、及びHevea天然ゴムによって提供される最大90重量%を有するグアユール天然ゴムによって提供される少なくとも10重量%を有する10~100部の天然ゴム、好ましくは51~90部の天然ゴムと、(ii)0~90部、好ましくは10~49部の少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴムと、を含む、100部の少なくとも1種のゴムと、(b)カーボンブラック及びシリカから選択される、約30~約150phrの補強充填剤と、(c)硫黄系加硫剤、少なくとも1種の加硫促進剤、加硫活性化剤、及び共晶組成物を、好ましくは約0.005~約3phr、より好ましくは約0.01~約1phrの量で含む硬化パッケージと、を含み、(a)、(b)、及び(c)は、タイヤ構成要素を提供するために、硬化したゴム組成物において使用される。
第2の実施形態では、ゴム組成物を含むタイヤ構成要素、好ましくは、タイヤトレッドが提供される。ゴム組成物は、(a)(i)少なくとも1,200,000グラム/モル、好ましくは1.25~1.35グラム/モルのMw、少なくとも250,000グラム/モル、好ましくは300,000~400,000グラム/モルのMn、及び3~4のMw/Mnを有するグアユール天然ゴムによって提供される少なくとも10重量%を有する10~100部、好ましくは51~90部の天然ゴムと、(ii)0~90部、好ましくは10~49部の少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴムと、を含む、100部の少なくとも1種のゴムと、(b)カーボンブラック及びシリカから選択される、約30~約150phrの補強充填剤と、(c)硫黄系加硫剤、少なくとも1種の加硫促進剤、加硫活性化剤、及び共晶組成物、又はこれらの残留物を、好ましくは約0.005~約3phr、より好ましくは約0.01~約1phrの量で含む硬化パッケージと、を含み、(a)、(b)及び(c)は、タイヤ構成要素を提供するために、硬化したゴム組成物において使用される。
定義
本明細書に記載される用語は、実施形態を説明するためだけのものであり、全体として本発明を限定すると解釈すべきではない。
本明細書で使用されるとき、用語「BR」又は「ポリブタジエン」は、1,3-ブタジエンのホモポリマーを指す。
本明細書で使用されるとき、「過半量」という用語は、50%超(例えば、少なくとも50.1%、少なくとも50.5%、少なくとも51%など)を指す。
本明細書で使用されるとき、「半量未満」という用語は、50%未満(例えば、49.5%以下、49%以下など)を指す。
本明細書で特に明記しない限り、用語「ムーニー粘度」は、ムーニー粘度、ML1+4を指す。ゴム組成物のムーニー粘度は、加硫又は硬化に先立って測定されることを、当業者は理解するであろう。
本明細書で使用されるとき、略記Mnは、数平均分子量に使用される。
本明細書で使用されるとき、略記Mwは、重量平均分子量に使用される。
本明細書で使用されるとき、用語「天然ゴム」は、Heveaゴムの木などの原料、及び非Hevea原料(例えば、グアユールゴムノキ及びTKSなどのタンポポ)から収穫することができるものなどの、天然由来のゴムを意味する。言い換えれば、「天然ゴム」という用語は、合成ポリイソプレンを除くものと解釈すべきである。
本明細書で使用されるとき、用語「phr」とは、ゴム100部当たりの部を意味する。100部のゴムは、本明細書において100部のエラストマー成分とも称される。
本明細書で使用するとき、「ポリイソプレン」という用語は、合成ポリイソプレンを意味する。言い換えれば、この用語は、イソプレンモノマーから製造されたポリマーを示すために用いられ、天然由来のゴム(例えば、Hevea天然ゴム、グアユール起源の天然ゴム、又はタンポポ起源の天然ゴム)を含むと解釈すべきではない。ただし、「ポリイソプレン」という用語は、イソプレンモノマーの天然源から製造されるポリイソプレンを含むと解釈すべきである。
本明細書で使用されるとき、用語「SBR」は、スチレン-ブタジエン共重合体ゴムを意味する。
本明細書で使用されるとき、「トレッド」という用語は、通常の膨張及び負荷下で道路と接触するタイヤの部分、並びに任意のサブトレッドの両方を包含することを意味する。
天然ゴム
上で考察したように、本明細書に開示される第1及び第2の実施形態によれば、ゴム組成物は、(i)10~100部(例えば、10、20、30、40、50、60、70、80、90、又は100部)の天然ゴム、好ましくは51~90部(例えば、51、55、60、65、70、75、80、85、90、95又は100部)の天然ゴムを含む100部の少なくとも1つのゴムを含む。天然ゴムがゴム組成物中に10~100部の量で存在すると述べることは、天然ゴムが、ゴム組成物中の全ゴムの10部から最大100部の量で存在し得ることを意味する。少なくとも1種のゴム100部並びにグアユール天然ゴムの部は、重量部を指す。
天然ゴム(i)の総量のうち、少なくとも10重量%は、以下に記載されるようなグアユール天然ゴムによって提供される。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、少なくとも30重量%(例えば、30重量%、40重量%、50重量%、60重量%、70重量%、80重量%、90重量%、又は更には100重量%)、より好ましくは少なくとも40重量%(例えば、40重量%、50重量%、60重量%、70重量%、80重量%、90重量%、又は更には100重量%)を含む、増加した重量パーセントの天然ゴム(i)が、以下に記載されるようなグアユール天然ゴムによって提供される。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、少なくとも50重量%の天然ゴム(i)が、以下に記載されるようなグアユール天然ゴムによって提供される。同様に、第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、天然ゴム(i)の全体(すなわち、100重量%)が、以下に記載されるようなグアユール天然ゴムから構成されることが具体的に想定される。
グアユール天然ゴム
上で考察したように、本明細書に開示される第1及び第2の実施形態によれば、ゴム組成物中の少なくとも10重量%の天然ゴム(i)は、グアユール天然ゴムを含む。第1及び第2の実施形態によれば、グアユール天然ゴムは、少なくとも1,200,000グラム/モル(例えば、1,200,000、1,250,000、1,300,000、1,350,000、1,400,000、1,450,000など)のMw、及び少なくとも250,000グラム/モル(例えば、250,000、300,000、350,000、400,000、450,000、500,000など)のMnを有する。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、グアユール天然ゴムは、1,250,000~1,350,000グラム/モル(例えば、1,250,000、1,300,000、又は1,350,000)のMw、及び300,000~400,000グラム/モル(例えば、250,000、300,000、又は350,000)のMnを有する。本明細書で言及されるMw及びMn値(ひいてはMw/Mn値)は、ポリスチレン標準を使用してGPCによって測定される値を指す。
第1の実施形態及び第2の実施形態によれば、グアユール天然ゴムの樹脂含量は様々であり得る。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、グアユール天然ゴムは、約2~約5重量%又は2~5重量%(例えば、2、2.2、2.4、2.5、2.6、2.8、3、3.2、3.4、3.5、3.6、3.8、4、4.2、4.4、4.5、4.6、4.8、又は5%)の樹脂含量を有する。第1の実施形態及び第2の実施形態によれば、グアユール天然ゴムの灰分含量は様々であり得る。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、グアユール天然ゴムは、約0.1~約0.2重量%又は0.1~0.2重量%(例えば、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、又は0.2%)の灰分を有する。第1及び第2の実施形態のうちの特に好ましい実施形態では、グアユール天然ゴムは、約2~約5重量%又は2~5重量%の樹脂含量、及び約0.1~0.2重量%又は0.1~0.2重量%の灰分含量を有する。天然ゴム試料の樹脂含量は、アセトン抽出物を使用して測定することができ、したがって、「樹脂」という用語は、「アセトン抽出物」という語句と互換的に使用される。精製グアユール天然ゴムの樹脂含量は、以下のアセトン抽出手順に従って決定することができる。グアユールゴムの9~10グラムの試料を共溶媒(31mLのアセトン、170mLのペンタン)で6時間ソックスレー抽出して、ゴム及び樹脂の両方を可溶化する。樹脂は、アセトン相に可溶化される。可溶化ゴム(ペンタン相内に含有される)は、メタノール凝固、遠心分離、及び乾燥を使用して単離することができる。より具体的には、ソックスレー抽出からの20mLの抽出物を遠心分離管に移し、20mLのメタノールを添加して、ゴムを凝固させる。管及びその内容物を1500rpmで20分間遠心分離して、溶媒から凝固ゴムを分離する。管内の上清をフラスコにデカントし、樹脂%測定のために保存する。管及びその凝固したゴム内容物をアセトンのアリコート(10mL)ですすぎ、アセトンを、デカントした上清を含有するフラスコに管から注ぐ。次いで、管内の残りの凝固ゴムを、60℃に予熱した真空オーブンに入れ、真空下で30分間乾燥させる。室温に冷却した後、管を秤量し、その中のゴムの量を計算する。樹脂含量(アセトン相内に含有される)は、上清及びデカントされたアセトンを含有するフラスコを利用することによって決定される。溶媒を、ほぼ乾燥するまで換気フード中でフラスコから蒸発させる。次いで、フラスコを110℃のオーブンに30分間入れることによって、残りの内容物を更に乾燥させる。冷却後、フラスコを秤量し、フラスコ内に残っている樹脂の量を計算する。本明細書で使用される場合、「灰分」という用語(本明細書に開示されるプロセスによって生成される固体精製ゴムに関連して使用されるような)は、550℃±25℃でゴムを灰化した後に残る無機材料(すなわち、炭素を含まない)を意味する。
本明細書に開示される第1及び第2の実施形態によれば、グアユール天然ゴムのムーニー粘度は様々であり得る。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、グアユール天然ゴムは、少なくとも65(例えば、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、82、83、84、85、86、87、88、89、又は90)、より好ましくは少なくとも70(例えば、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、82、83、84、85、86、87、88、89、又は90)の、100℃でのML1+4を有する。そのような実施形態によれば、100℃でのML1+4はまた、65~90、好ましくは70~90などの前述の値によって包含される範囲内であり得ることが理解されるべきである。
本明細書に開示される第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、グアユール天然ゴムは、官能化されている。そのような実施形態では、グアユール天然ゴムは、好ましくは、カーボンブラック反応性官能基、好ましくはSBR及びBRに関して以下に詳細に記載されるような官能基で官能化される。
追加のゴム
上で考察したように、本明細書に開示される第1及び第2の実施形態によれば、ゴム組成物は、(ii)0~90部の少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴムを含む。少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴム(ii)がゴム組成物中に0~90部(例えば、0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、又は90部)の量で存在すると述べることは、この少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴム(ii)が任意選択であるが、存在する場合、ゴム組成物中のゴム全体100部のうち最大90部の量で存在し得ることを意味する。少なくとも1種のゴムの100部並びに少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴムの部は、重量部を指す。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴムは、ゴム組成物中に10~49部(例えば、10、15、20、25、30、35、40、45、又は49部)の量で存在する。
第1及び第2の実施形態によれば、少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴム(ii)は、(a)1,3-ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2-エチル-1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ペンタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、4-メチル-1,3-ペンタジエン、及び2,4-ヘキサジエンからなる群から選択される少なくとも1種の共役ジエン系モノマーと、(b)任意選択で、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、o-メチルスチレン、p-ブチルスチレン、ビニルナフタレン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種のビニル芳香族モノマーとから作製されるポリマー又はコポリマーであってもよい。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、少なくとも1種のゴム(ii)は、スチレン-ブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、及びこれらの混合物からなる群から選択される。特定のそのような実施形態では、少なくとも1種のゴム(ii)は、ポリブタジエンを含む。好適なポリブタジエンとしては、高シスポリブタジエン(少なくとも90%、好ましくは少なくとも92%のシス結合含量を有するとみなすことができる)が挙げられ、そのような高シスポリブタジエンは、任意選択で官能化される。第1及び第2の実施形態のうちの他の実施形態では、少なくとも1つのゴム(ii)は、スチレン-ブタジエンゴムを含み、そのようなスチレン-ブタジエンゴムは、任意選択で官能化される。第1及び第2の実施形態のうちの他の実施形態では、少なくとも1つのゴム(ii)は、ポリブタジエン(好ましくは高シスポリブタジエン)とスチレン-ブタジエンゴムとの組み合わせを含み、特定のそのような実施形態では、ポリブタジエン又はスチレン-ブタジエンゴムの少なくとも1つは官能化されている。
少なくとも1つの共役ジエンモノマー系ゴムが官能化ゴム(例えば、少なくとも90%のシス-1,4-結合含量を有する官能化ポリブタジエン及び/又は官能化SBR)を含む、第1及び第2の実施形態のうちのそれらの実施形態では、存在する官能基は様々であり得る。前述の好ましい実施形態によれば、使用される官能基は、カーボンブラック反応性であり、より好ましい実施形態では、官能基は極性基を含む。(BR及びSBRについての)好適なカーボンブラック反応性官能基の非限定的な例としては、ヒドロキシル、カルボニル、エーテル、エステル、ハライド、アミン、イミン、アミド、ニトリル、及びオキシラン(例えば、エポキシ環)基が挙げられるが、これらに限定されない。官能化ポリマーが使用される場合、官能基は、ポリマーの頭部及び/若しくは尾部に組み込まれてもよく、並びに/又はポリマー骨格に沿って付加されてもよい。官能化開始剤の非限定的な例としては、有機アルカリ金属化合物(例えば、有機リチウム化合物)であって、1つ以上のヘテロ原子(例えば、窒素、酸素、ホウ素、ケイ素、硫黄、スズ、及びリン原子)又は上記原子を含む複素環基、多くの場合1つ以上の窒素原子を更に含み(例えば、置換アルジミン、ケチミン、第二級アミン等)、任意選択でジイソプロペニルベンゼン等の化合物と予備反応された、有機アルカリ金属化合物が挙げられる。多数の官能性開始剤は、当分野において公知である。例示的なものは、米国特許第5,153,159号、同第5,332,810号、同第5,329,005号、同第5,578,542号、同第5,393,721号、同第5,698,464号、同第5,491,230号、同第5,521,309号、同第5,496,940号、同第5,567,815号、同第5,574,109号、同第5,786,441号、同第7,153,919号、同第7,868,110号、及び米国特許出願公開第2011-0112263号に開示されており、それらは、参照により本明細書に組み込まれる。第1及び第2の実施形態の特定の実施形態では、官能性開始剤が使用される場合、官能性窒素含有開始剤が利用され、非限定的な例としては、環状アミン、特にアゼチジンなどの環状二級アミン;ピロリジン;ピペリジン;モルホリン;N-アルキルピペラジン;ヘキサメチレンイミン;ヘプタメチレンイミン、及びドデカメチレンイミンが挙げられる。
共晶組成物
上で考察したように、第1及び第2の実施形態によれば、ゴム組成物は、共晶組成物を含む。特定の量の共晶組成物は、様々であり得る。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、共晶組成物は、約0.005~約3phr又は0.005~3phr(例えば、0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、又は3phr)の量で、より好ましくは約0.01~約1phr又は0.01~1phr(例えば、0.01、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、又は1phr)の量で存在する。
第1及び第2の実施形態のうちの1つ以上の実施形態において、共晶組成物は、以下の式Iによって定義される。
Cat+X-Yz
式中、Cat+はカチオンであり、X-は対アニオン(例えば、ルイス塩基)であり、zは、対アニオン(例えば、ルイス酸又はブレンステッド酸)と相互作用するY分子の数を指す。以下により詳細に考察するように、Cat+は、アンモニウム、ホスホニウム、又はスルフォニウムカチオンを含むことができる。X-は、ハロゲン化物イオンを含むことができ、Yは、水素結合供与体、金属ハロゲン化物、又は金属ハロゲン化物水和物を含むことができる。第1及び第2の実施形態のうちの1つ以上の実施形態において、zは、深共晶溶媒を実現する数であるが、他の実施形態においては、zは、それぞれの共晶構成成分よりも低い融点を有する錯体を別様に実現する数である。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、カチオン源とアニオン源との組み合わせを含む。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、共晶組成物は、アンモニウム化合物、ホスホニウム化合物、スルホニウム化合物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるカチオン源と、金属ハロゲン化物化合物、金属ハロゲン化物水和物化合物、水素結合供与体化合物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるアニオン源との組み合わせを含む。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、アンモニウム化合物から選択され、好ましくは、以下:(i)以下の式II:(R1)(R2)(R3)(R4)-N+-Φ-を有するアンモニウム化合物であって、式中、各R1、R2、R3、及びR4が、独立して、水素及び一価有機基から選択され、R1、R2、R3、及びR4のうちの2つが、二価有機基を形成するように連結され得、Φが、対アニオンである、アンモニウム化合物、(ii)好ましくは、N-エチル-2-ヒドロキシ-N,N-ジメチルエタンアミニウムクロリド、2-ヒドロキシ-N,N,N-トリメチルエタンアミニウムクロリド(塩化コリンとしても知られる)、及びN-ベンジル-2-ヒドロキシ-N,N-ジメチルエタンアミンクロリド、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、式IVを有するアンモニウム化合物、又は(iii)好ましくは、2-クロロ-N,N,N-トリメチルエタンアミニウム(クロロコリンクロリドとしても知られる)、及び2-(クロロカルボニルオキシ)-N,N,N-トリメチルエタンアミニウムクロリド、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、式IIIを有するアンモニウム化合物のうちの少なくとも1つから選択される、カチオン源を含む。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、アニオン源と、(i)として上述した群から選択されるアンモニウム化合物であるカチオン源と、を含む。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、アニオン源と、(ii)として上述した群から選択されるアンモニウム化合物であるカチオン源と、を含む。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、アニオン源と、(iii)として上述した群から選択されるアンモニウム化合物であるカチオン源と、を含む。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、カチオン源は、第四級アンモニウム塩を含むアンモニウム化合物である。第四級アンモニウム塩を使用した有用な共晶組成物としては、第四級アンモニウム塩と金属ハロゲン化物との化合物(I型共晶組成物と称される)、第四級アンモニウム塩と金属ハロゲン化物水和物との化合物(II型共晶組成物と称される)、第四級アンモニウム塩と水素結合供与体との化合物(III型共晶組成物と称される)、又は金属ハロゲン化物水和物と水素結合供与体との化合物(IV型共晶組成物と称される)が挙げられる。アンモニウム化合物の代わりに、スルホニウム又はホスホニウムの類似の化合物を用いることもでき、これらは、当業者であれば容易に想定することができる。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、第四級アンモニウム塩は、20℃で固体である。これら又は他の実施形態において、金属ハロゲン化物及び水素結合供与体は、20℃で固体である。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態において、上で考察したように、アンモニウム化合物とも称されてもよい有用な第四級アンモニウム塩は、以下の式IIによって定義されてもよい。特定のそのような実施形態において、対アニオン(例えば、Φ-)ハロゲン化物(X-)、硝酸塩(NO3
-)、テトラフルオロホウ酸塩(BF4
-)、過塩素酸塩(ClO4
-)、トリフレート(SO3CF3
-)、トリフルオロ酢酸塩(COOCF3
-)からなる群から選択される。特定のそのような実施形態において、Φ-は、ハロゲン化物イオンであり、ある特定の実施形態では、塩化物イオンである。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、カチオン源が、式(II)を有するアンモニウム化合物である場合、一価有機基は、ヒドロカルビル基を含み、二価有機基は、ヒドロカルビレン基を含む。特定のそのような実施形態において、一価及び二価の有機基は、ヘテロ原子を含み、そのようなヘテロ原子は、例えば、酸素及び窒素、並びに/又はハロゲン原子などであるが、これらに限定されない。したがって、一価の有機基としては、アルコキシ基、シロキシ基、エーテル基、及びエステル基、並びにカルボニル基又はアセチル置換基を挙げることができる。特定のそのような実施形態において、ヒドロカルビル基及びヒドロカルビレン基は、1個(又は適切な最小数)~約18個の炭素原子、他の実施形態においては1~約12個の炭素原子、また他の実施形態においては1~約6個の炭素原子を含む。ヒドロカルビル基及びヒドロカルビレン基は、分枝状、環状、又は直鎖状であってもよい。例示的なタイプのヒドロカルビル基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアルキルアリール基が挙げられる。例示的なタイプのヒドロカルビレン基としては、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、及びアルキルアリーレン基が挙げられる。特定の実施形態において、ヒドロカルビル基は、メチル基、エチル基、オクタデシル基、フェニル基、及びベンジル基からなる群から選択される。ある特定の実施形態において、ヒドロカルビル基はメチル基であり、ヒドロカルビレン基は、エチレン又はプロピレン基である。
概して、第1及び第2の実施形態におけるカチオン源に有用なタイプのアンモニウム化合物としては、第二級アンモニウム化合物、第三級アンモニウム化合物、及び第四級アンモニウム化合物が挙げられる。特定のそのような実施形態において、アンモニウム化合物としては、ハロゲン化アンモニウムが挙げられ、その例としては、塩化アンモニウムなどが挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態において、アンモニウム化合物は、第四級アンモニウム塩化物である。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、カチオン源が、アンモニウム化合物である場合、R1、R2、R3、及びR4は、水素であり、アンモニウム化合物は、塩化アンモニウムである。1つ以上の実施形態において、アンモニウム化合物は非対称である。
カチオン源がアンモニウム化合物である、第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、アンモニウム化合物は、アルコキシ基を含み、式IIIによって定義することができる。
(R1)(R2)(R3)-N+-(R4-OH)Φ-
式中、各R1、R2、及びR3は、個々に水素又は一価有機基から選択されるか、あるいは代替として、R1、R2、及びR3のうちの2つが結合して二価有機基を形成し、R4は二価有機基であり、Φ-は対アニオンである。特定のそのような実施形態において、R1、R2、R3及びうちの少なくとも1つ、他の実施形態においては少なくとも2つ、他の実施形態においては少なくとも3つは、水素ではない。
式IIIによって定義されるアンモニウム化合物の例としては、N-エチル-2-ヒドロキシ-N,N-ジメチルエタンアミニウムクロリド、2-ヒドロキシ-N,N,N-トリメチルエタンアミニウムクロリド(コリンクロリドとしても知られる)、及びN-ベンジル-2-ヒドロキシ-N,N-ジメチルエタノールアミンクロリドが挙げられるが、これらに限定されない。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、カチオン源は、ハロゲン含有置換基を含み、かつ式IVによって定義することができる、アンモニウム化合物である。
Φ--(R1)(R2)(R3)-N+-R4X
式中、各R1、R2、及びR3は、個々に水素又は一価有機基から選択されるか、あるいは代替として、R1、R2、及びR3のうちの2つが結合して二価有機基を形成し、R4は二価有機基であり、Xはハロゲン原子であり、Φ-は対アニオンである。1つ以上の実施形態において、R1、R2、R3及びうちの少なくとも1つ、他の実施形態においては少なくとも2つ、他の実施形態においては少なくとも3つは、水素ではない。1つ以上の実施形態において、Xは塩素である。
式IVによって定義されるアンモニウム化合物の例としては、2-クロロ-N,N,N-トリメチルエタンアミニウム(クロルコリンクロリドとも呼ばれる)、及び2-(クロロカルボニルオキシ)-N,N,N-トリメチルエタンアミニウムクロリドが挙げられるが、これらに限定されない。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、ホスホニウム化合物から選択されるカチオン源を含む。そのようなホスホニウム化合物の非限定的な例としては、アルミノホスフェート、コバルトアルミノホスフェート、及びリン酸亜鉛が挙げられるが、これらに限定されない。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、スルホニウム化合物から選択されるカチオン源を含む。そのようなスルホニウム化合物の非限定的な例としては、フルオロスルホネート、アルミニウムスルホネート、及び亜鉛スルホネートが挙げられるが、これらに限定されない。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、水素結合供与体化合物から選択されるアニオン源を含む。アミン、アミド、カルボン酸、及びアルコールを含む、様々なタイプの水素結合供与体化合物が、第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態におけるアニオン源として有用であり得る。1つ以上の実施形態において、水素結合供与体化合物は、炭化水素鎖構成成分を含む。炭化水素鎖構成成分は、炭素鎖長が、少なくとも2個、他の実施形態においては少なくとも3個、また他の実施形態においては少なくとも5個の炭素原子であってもよい。これらの又は他の実施形態において、炭化水素鎖構成成分は、炭素鎖長が、30個未満の、他の実施形態においては20個未満の、他の実施形態においては10個未満の炭素原子を有する。
第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、アニオンイオン源が水素結合供与体化合物である場合、アニオンイオン源は、以下:(i)アミン、アミド、カルボン酸、アルコール、及びこれらの混合物;(ii)脂肪族アミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、アミノエチルピペラジン、トリエチレンテトラミン、トリス(2-アミノエチル)アミン、N,N’-ビス-(2アミノエチル)ピペラジン、ピペラジノエチルエチレンジアミン、及びテトラエチレンペンタアミン、プロピレンアミン、アニリン、置換アニリン、並びにこれらの組み合わせなどのアミン;(iii)尿素、1-メチル尿素、1,1-ジメチル尿素、1,3-ジメチル尿素、チオ尿素、尿素、ベンズアミド、アセトアミド、及びこれらの組み合わせなどのアミド;(iv)好ましくは、フェニルプロピオン酸、フェニル酢酸、安息香酸、シュウ酸、マロン酸、アジピン酸、コハク酸、クエン酸、トリカルバリル酸、及びこれらの組み合わせなどのカルボン酸;又は(v)好ましくは、脂肪族アルコール、フェノール、置換フェノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、レゾルシノール、置換レゾルシノール、グリセロール、ベンゼントリオール、及びこれらの組み合わせなどのアルコールのうちの少なくとも1つから選択される。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、カチオン源と、(i)として上述した群から選択される水素結合供与体化合物であるアニオン源と、を含む。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、カチオン源と、(ii)として上述した群から選択される水素結合供与体化合物であるアニオン源と、を含む。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、カチオン源と、(iii)として上述した群から選択される水素結合供与体化合物であるアニオン源と、を含む。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、カチオン源と、(iv)として上述した群から選択される水素結合供与体化合物であるアニオン源と、を含む。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、カチオン源と、(v)として上述した群から選択される水素結合供与体化合物であるアニオン源と、を含む。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、アニオン源がアミンである場合、有用なアミンは、式Vを有するものとして記載することができ、
R1-(CH2)x-R2
式中、R1及びR2は、-NH2、-NHR3、又は-NR3R4であり、xは、少なくとも2の整数である。1つ以上の実施形態において、xは、2~約10又は2~10(例えば、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10)であり、他の実施形態では、xは、約2~約8、又は2~8(例えば、2、3、4、5、6、7、又は8)であり、他の実施形態では、xは、約2~約6又は2~6(例えば、2、3、4、5、又は6)である。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、アニオン源がアミドである場合、有用なアミドは、式VIを有するものとして記載することができる。
R-CO-NH2
式中、Rは、H、NH2、CH3、又はCF3である。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、アニオン性供給源がカルボン酸である場合、有用なカルボン酸としては、一官能性、二官能性、及び三官能性有機酸が挙げられる。そのような有機酸としては、アルキル酸、アリール酸、及び混合アルキル-アリール酸を挙げることができる。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、アニオン源がアルコールである場合、有用なアルコールとしては、モノオール、ジオール、及びトリオールが挙げられるが、これらに限定されない。モノオールの具体例としては、脂肪族アルコール、フェノール、置換フェノール、及びこれらの混合物が挙げられる。ジオールの具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、レゾルシノール、置換レゾルシノール、及びこれらの混合物が挙げられる。トリオールの具体例としては、グリセロール、ベンゼントリオール、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、金属ハロゲン化物からなる群から選択され、好ましくは、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、塩化スズ、臭化スズ、ヨウ化スズ、塩化鉄、臭化鉄、及びヨウ化鉄、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択されるアニオン源を含む。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、金属ハロゲン化物水和物化合物から選択されるアニオン源を含む。一般に、第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態で使用するのに好適な金属ハロゲン化物水和物化合物としては、上で考察した金属ハロゲン化物に対応する金属ハロゲン化物水和物、例えば、ハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化スズ、及びハロゲン化鉄が挙げられる。例えば、非限定的な例としては、上記のハロゲン化物に対応する塩化アルミニウム六水和物及び塩化銅二水和物が挙げられる。
第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、共晶組成物は、上記(ii)から選択されるアンモニウム化合物と、上記(iii)から選択される水素結合供与体化合物との組み合わせを含む。第1及び第2の実施形態のうちの特に好ましい実施形態では、共晶組成物は、塩化コリンと尿素との組み合わせを含む。特定のこのような実施形態では、共晶組成物の量は、好ましくは0.01~2phr又は0.01~2phr(例えば、0.01、0.05、0.1、0.5、1、1.5、又は2phr)、より好ましくは約0.1~約1phr(例えば、0.1、0.2、0.3、0,4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、又は1phr)である。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、共晶組成物は、ゴム組成物の他の成分に共晶組成物を導入する前に調製される。言い換えれば、そのような実施形態によれば、第1の構成成分は、第2の構成成分と、これらの混合物(共晶組成物として)を加硫性組成物に導入する前に、事前化合される。第1及び第2の実施形態のうちの1つ以上の実施形態において、組み合わされた構成成分は、共晶組成物を構成すると考えられ得る均質な液体組成物が観察されるまで混合される。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態において、共晶組成物は、共晶混合物を加硫性組成物に導入する前に、ゴム配合物の1種以上の成分と事前化合される。言い換えれば、第1及び第2の実施形態のうちの1つ以上の実施形態において、加硫性組成物の構成成分(例えば、酸化亜鉛などの金属化合物)を共晶組成物と化合して、事前化合物又はマスターバッチを形成してから、その事前化合物をゴムが混合されるミキサーに導入する。例えば、酸化亜鉛が共晶溶媒中に溶解されてから、ミキサー内のゴムへと導入されてもよい。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態において、共晶組成物は、事前化合物の微量成分であり、したがって共晶組成物と予備混合される構成成分は、共晶組成物の担体としてみなすことができる。例えば、共晶組成物は、より大きな体積の酸化亜鉛と化合されることができ、酸化亜鉛が、固体である酸化亜鉛と共晶組成物との化合物を、ミキサー内のゴムに送達するための担体として作用する。更に他の実施形態において、共晶対を構成する物質のうちの1つが、共晶組成物の固体担体として作用し、したがって、共晶組成物の第1の成分と第2の成分との化合は、ミキサー内のゴムに固体として添加され得る事前化合物を形成する。当業者であれば、所望の温度に固体組成物を維持するために、この性質の混合物が、他の共晶部材に対して過剰な量の第1又は第2の共晶対の構成物質を化合させることで形成され得ることを理解されよう。
第1及び第2の実施形態のうちの1つ以上の実施形態において、共晶溶媒は、ゴムマスターバッチの形成における開始成分として加硫性ゴムに導入される。その後、共晶溶媒が、ゴムとの高剪断で、高温下で混合される。第1及び第2の実施形態のうちの1つ以上の実施形態において、共晶溶媒は、110℃を超える最低温度でゴムと混合され、他の実施形態においては130℃を超える最低温度で、他の実施形態においては150℃を超える最低温度でゴムと混合される。第1及び第2の実施形態のうちの1つ以上の実施形態において、高剪断、高温での混合は、約110℃~約170℃の温度で行われる。
第1及び第2の実施形態のうちの他の実施形態において、共晶溶媒は、硫黄系硬化剤とともに、順次又は一度のいずれかで、加硫性ゴムに導入される。その後、共晶溶媒は、110℃未満の最大温度で加硫性ゴムと混合され、他の実施形態においては、105℃未満の最大温度で、また他の実施形態においては、100℃未満の最大温度で加硫性ゴムと混合される。第1及び第2の実施形態のうちの1つ以上の実施形態において、硬化剤との混合は、約70~約110℃の温度で行われる。
共晶溶媒と同様に、酸化亜鉛及びステアリン酸は、ゴムマスターバッチに開始成分として添加することができ、したがって、これらの成分は、高温下で、高剪断の混合をされることになる。あるいは、第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、酸化亜鉛及びステアリン酸は、硫黄系硬化剤とともに(例えば、最終混合段階において)添加され得、それによって低温混合のみを受ける。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、酸化亜鉛は、共晶溶媒とは別個にかつ個別にゴム組成物に導入される。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態において、酸化亜鉛及び共晶溶媒は事前化合されて酸化亜鉛マスターバッチを形成するが、この酸化亜鉛マスターバッチは、酸化亜鉛が共晶溶媒中に溶解又は別の方法で分散される溶液を含み得る。その後、酸化亜鉛マスターバッチを加硫性ゴムに導入することができる。
補強充填剤
上で考察したように、本明細書に開示される第1及び第2の実施形態によれば、ゴム組成物は、カーボンブラック、シリカ、及びこれらの組み合わせから選択される、約30~約150phr又は30~150phr(例えば、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、又は150phr)の補強充填剤を含む(含む)。補強充填剤がカーボンブラック、シリカ、及びこれらの組み合わせから選択されると述べることは、補強充填剤のみがカーボンブラックである実施形態、補強充填剤のみがシリカである実施形態、並びに補強充填剤がカーボンブラック及びシリカの両方を含む実施形態を包含することを意味する。以下でより詳細に考察するように、カーボンブラックとシリカの両方が存在する場合、各々の相対量は様々であり得る。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、ゴム組成物は、カーボンブラック、シリカ、及びこれらの組み合わせから選択される、約30~約60phr又は30~60phr(例えば、30、35、40、45、50、55、又は60phr)の補強充填剤を含む。第1及び第2の実施形態のうちの特定の他の実施形態では、ゴム組成物は、カーボンブラック、シリカ、及びこれらの組み合わせから選択される、約50~約150phr又は50~150phr(例えば、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、又は150phr)の補強充填剤を含む。
カーボンブラック充填剤が補強充填剤の一部分(又は全部)として存在する、第1及び第2の実施形態のうちのそれらの実施形態では、1つ又は2つ以上のカーボンブラックが存在してもよい。第1の実施形態及び第2の実施形態によれば、使用されるカーボンブラックの特定のタイプは様々であり得る。概して、第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態のゴム組成物中の補強充填剤として使用するための好適なカーボンブラックは、少なくとも約20m2/g(少なくとも20m2/gを含む)、及び、より好ましくは、少なくとも約35m2/g~最大で約200m2/g、又はそれより高い(35m2/g~200m2/gを含む)の表面積を有するものを含む、一般に入手可能な商業的に製造されたカーボンブラックのいずれかを含む。カーボンブラックについて本明細書において使用される表面積の値は、臭化セチルトリメチル-アンモニウム(cetyltrimethyl-ammonium bromide、CTAB)技法を使用するASTM D-1765によって決定される。有用なカーボンブラックの中には、ファーネスブラック、チャネルブラック、及びランプブラックがある。より詳細には、有用なカーボンブラックの例としては、超耐摩耗性ファーネス(super abrasion furnace、SAF)ブラック、高耐摩耗性ファーネス(HAF)ブラック、良押出性ファーネス(fast extrusion furnace、FEF)ブラック、微細ファーネス(fine furnace、FF)ブラック、準超耐摩耗性ファーネス(intermediate super abrasion furnace、ISAF)ブラック、半補強性ファーネス(semi-reinforcing furnace、SRF)ブラック、中加工性チャネルブラック、難加工性チャネルブラック、及び導電性チャネルブラックが挙げられる。利用され得る他のカーボンブラックとしては、アセチレンブラックが挙げられる。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、ゴム組成物は、上述のブラックの2種以上の混合物を含む。好ましくは、第1の実施形態及び第2の実施形態によれば、カーボンブラック充填剤が存在する場合、1つのタイプ(又は等級)の補強カーボンブラックのみからなる。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態での使用に好適な典型的なカーボンブラックは、ASTM D-1765-82aによって指定される、N-110、N-220、N-339、N-330、N-351、N-550及びN-660である。使用されるカーボンブラックは、ペレット化形状又は非ペレット化綿状塊とすることができる。好ましくは、一層均質な混合を行うため、非ペレット化カーボンブラックが好ましい。
シリカ充填剤が補強充填剤の一部分として存在する、第1及び第2の実施形態のうちのそれらの実施形態では、1つ又は2つ以上のシリカが存在してもよい。追加的に、シリカ充填剤が存在する、第1及び第2の実施形態のうちのそれらの実施形態では、補強シリカ充填剤の表面積は様々であり得る。第1の実施形態及び第2の実施形態によれば、少なくとも1種の補強シリカ充填剤のための特定のタイプのシリカは様々であり得る。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態での使用に好適な補強シリカ充填剤の非限定例としては、沈殿非晶質シリカ、湿性シリカ(水和ケイ酸)、乾燥シリカ(無水ケイ酸)、フュームドシリカ、ケイ酸カルシウムなどが挙げられるが、これらに限定されない。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態での使用に好適な他の補強シリカ充填剤は、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム(Mg2SiO4、MgSiO3など)、ケイ酸カルシウムマグネシウム(CaMgSiO4)、ケイ酸カルシウム(Ca2SiO4など)、ケイ酸アルミニウム(Al2SiO5、Al4.3SiO4.5H2Oなど)、ケイ酸アルミニウムカルシウム(Al2O3.CaO2、SiO2など)などを含むが、これらに限定されない。列挙された補強シリカ充填剤の中で、沈殿非晶質湿式プロセス、含水シリカ充填剤が好ましい。このような補強シリカ充填剤は、水中の化学反応により生成され、そこから凝集体へと強力に結合し、順次、集塊物へとわずかに強く結合する一次粒子を伴う超微粒の球状粒子として、沈殿される。表面積は、BET法で測定すると、様々な補強シリカ充填剤の補強特性を特徴付ける好ましい測定値である。本明細書に開示される第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、ゴム組成物は、約100m2/g~約400m2/g、100m2/g~400m2/g(例えば、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、若しくは400m2/g)、約100m2/g~約350m2/g、又は100m2/g~350m2/g(例えば、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、若しくは350m2/g)の表面積(BET法によって測定される)を有する補強シリカ充填剤を含む。本明細書に開示される第1の実施形態及び第2の実施形態の特定の実施形態において、ゴム組成物は、約110m2/g~約200m2/g、110m2/g~200m2/g(例えば、110、120、130、140、150、160、170、180、190、又は200m2/g)、約110~約140m2/g、110~140m2/g(例えば、110、115、120、125、130、135、又は140m2/g)、180m2/g~約200m2/g、及び180m2/g~200m2/g(例えば、180、185、190、195、又は200m2/g)の範囲のBET表面積を有する補強シリカ充填剤を含み、特定のそのような実施形態では、ゴム組成物中に存在する唯一のシリカ充填剤は、前述の範囲のうちの1つの範囲内のBET表面積を有する。本明細書に開示される第1及び第2の実施形態のうちの他の実施形態では、ゴム組成物は、約210m2/g~約320m2/g、210m2/g~320m2/g(例えば、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295、300、305、310、315、又は320m2/g)、約220m2/g~約300m2/g、及び220m2/g~300m2/g(例えば、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295、又は300m2/g)を含むBET表面を有する補強シリカ充填剤を含む。特定のそのような実施形態では、ゴム組成物中に存在する唯一のシリカ充填剤は、前述の範囲のうちの1つの範囲内のBET表面積を有する。本明細書に開示される第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、ゴム組成物は、約5.5~約8、5.5~8(例えば、5.5、5.7、5.9、6.1、6.3、6.5、6.7、6.9、7.1、7.3、7.5、7.7、7.9、若しくは8)、約6~約8、6~8(例えば、6、6.2、6.4、6.6、6.8、7、7.2、7.4、7.6、7.8、若しくは8)、約6~約7.5、6~7.5、約6.5~約8、6.5~8、約6.5~約7.5、6.5~7.5、約5.5~約6.8、又は5.5~6.8のpHを有する補強シリカ充填剤を含む。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態で使用することができる市販の補強シリカ充填剤のいくつかとしては、PPG Industries(Pittsburgh,Pa.)によって製造された、Hi-Sil(登録商標)EZ120G、Hi-Sil(登録商標)EZ120G-D、Hi-Sil(登録商標)134G、Hi-Sil(登録商標)EZ 160G、Hi-Sil(登録商標)EZ 160G-D、Hi-Sil(登録商標)190、Hi-Sil(登録商標)190G-D、Hi-Sil(登録商標)EZ 200G、Hi-Sil(登録商標)EZ 200G-D、Hi-Sil(登録商標)210、Hi-Sil(登録商標)233、Hi-Sil(登録商標)243LD、Hi-Sil(登録商標)255CG-D、Hi-Sil(登録商標)315-D、Hi-Sil(登録商標)315G-D、Hi-Sil(登録商標)HDP 320Gなど、が挙げられるが、これらに限定されない。同様に、多くの有用な商用グレードの異なる補強シリカ充填剤もまた、Evonik Corporation(例えば、Ultrasil(登録商標)320 GR、Ultrasil(登録商標)5000 GR、Ultrasil(登録商標)5500 GR、Ultrasil(登録商標)7000 GR、Ultrasil(登録商標)VN2 GR、Ultrasil(登録商標)VN2、Ultrasil(登録商標)VN3、Ultrasil(登録商標)VN3 GR、Ultrasil(登録商標)7000 GR、Ultrasil(登録商標)7005、Ultrasil(登録商標)7500 GR、Ultrasil(登録商標)7800 GR、Ultrasil(登録商標)9500 GR、Ultrasil(登録商標)9000 G、Ultrasil(登録商標)9100 GR)及びSolvay(例えば、Zeosil(登録商標)1115MP、Zeosil(登録商標)1085GR、Zeosil(登録商標)1165MP、Zeosil(登録商標)1200MP、Zeosil(登録商標)Premium、Zeosil(登録商標)195HR、Zeosil(登録商標)195GR、Zeosil(登録商標)185GR、Zeosil(登録商標)175GR、及びZeosil(登録商標)165 GR)から入手可能である。
シリカカップリング剤
本明細書に開示される第1の実施形態及び第2の実施形態の特定の実施形態では、シリカ充填剤が存在する場合、1種又は2種以上のシリカカップリング剤もまた、(任意選択で)利用され得る。第1の実施形態及び第2の実施形態における好ましい実施形態では、シリカ充填剤が存在する場合、少なくとも1種のシリカカップリング剤が利用される。シリカカップリング剤は、ゴム組成物中のシリカ充填剤の凝集の防止又は低減に有用である。シリカ充填剤粒子の凝集は、ゴム組成物の粘度を上昇させると考えられ、したがって、この凝集を防止することにより、粘度が低下し、ゴム組成物の加工性及びブレンドが改善される。
概して、シラン及び構成成分、又はポリマー、特に加硫性ポリマーと反応可能な部分を有するものなどの任意の従来のシリカカップリング剤のタイプが使用可能である。シリカカップリング剤は、シリカとポリマーとの間の連結架橋として作用する。本明細書において開示される第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態における使用に好適なシリカカップリング剤としては、アルキルアルコキシ、メルカプト、ブロックされたメルカプト、硫化物含有(例えば、一硫化物ベースのアルコキシ含有、二硫化物ベースのアルコキシ含有、四硫化物ベースのアルコキシ含有)、アミノ、ビニル、エポキシ、及びこれらの組み合わせなどの基を含有するシリカカップリング剤が挙げられる。特定の実施形態では、シリカカップリング剤は、前処理されたシリカの形態でゴム組成物に添加されてもよい。前処理されたシリカは、ゴム組成物に添加される前にシランで前表面処理されている。前処理されたシリカを使用することにより、1つの成分中に2つの成分(すなわち、シリカとシリカカップリング剤)を添加することが可能になり、それによって一般にゴムの配合が容易になる傾向がある。
アルキルアルコキシシランは、一般式R10
pSi(OR11)4-pを有し、各R11は独立して一価の有機基であり、pは1~3の整数であるが、少なくとも1つのR10がアルキル基であることを条件とする。好ましくは、pは1である。一般に、各R10は、独立してC1~C20の脂肪族、C5~C20の環式脂肪族、又はC6~C20の芳香族を含み、各R11は、独立してC1~C6の脂肪族を含む。特定の例示的な実施形態では、各R10は、独立してC6~C15の脂肪族を含み、更なる実施形態では、各R10は、独立してC8~C14の脂肪族を含む。メルカプトシランは、一般式HS-R13-Si(R14)(R15)2を有し、R13は二価の有機基であり、R14はハロゲン原子又はアルコキシ基であり、各R15は、独立してハロゲン、アルコキシ基又は一価の有機基である。ハロゲンは塩素、臭素、フッ素、又はヨウ素である。アルコキシ基は、好ましくは、1~3個の炭素原子を有する。ブロックされたメルカプトシランは、一般式B-S-R16-Si-X3を有し、シリル基がシリカ-シラン反応におけるシリカとの反応に利用可能であり、ブロック基Bがメルカプト水素原子を置換して硫黄原子とポリマーとの反応をブロックする。上述の一般式において、Bは、不飽和ヘテロ原子の形態であり得る、又は単結合を介して硫黄に直接結合される炭素であり得るブロック基である。R16は、C1~C6の直鎖又は分岐鎖アルキリデンであり、各Xは、C1~C4のアルキル又はC1~C4のアルコキシからなる群から独立して選択される。
第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態での使用に好適なアルキルアルコキシシランの非限定例としては、オクチルトリエトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、イソブチルトリエトキシ-シラン、エチルトリメトキシシラン、シクロヘキシル-トリブトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘプチルトリエトキシシラン、ノニルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ドデシルトリエトキシシラン、テトラデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、メチルオクチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘプチルトリメトキシシラン、ノニルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、テトラデシルトリメトキシシラン、オクタデシル-トリメトキシシラン、メチルオクチルジメトキシシラン、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態での使用に好適なビス(トリアルコキシシリルオルガノ)ポリスルフィドの非限定例としては、ビス(トリアルコキシシリルオルガノ)ジスルフィド及びビス(トリアルコキシシリルオルガノ)テトラスルフィドが挙げられる。ビス(トリアルコキシシリルオルガノ)ジスルフィドの具体的な非限定例としては、以下に限定されないが、3,3’-ビス(トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’-ビス(トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’-ビス(トリブトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’-ビス(トリ-t-ブトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’-ビス(トリヘキソキシシリルプロピル)ジスルフィド、2,2’-ビス(ジメチルメトキシシリルエチル)ジスルフィド、3,3’-ビス(ジフェニルシクロヘキソキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’-ビス(エチル-ジ-sec-ブトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’-ビス(プロピルジエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、12,12’-ビス(トリイソプロポキシシリルプロピル)ジスルフィド、3,3’-ビス(ジメトキシフェニルシリル-2-メチルプロピル)ジスルフィド、及びこれらの混合物が挙げられる。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態での使用に好適なビス(トリアルコキシシリルオルガノ)テトラスルフィドシリカカップリング剤の非限定例としては、以下に限定されないが、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(2-トリエトキシシリルエチル)テトラスフィド、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、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-トリエトキシシリル-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、及びこれらの混合物が挙げられる。ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドは、Evonik Degussa Corporation製のSi69(登録商標)として市販されている。
本明細書に開示される第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態での使用に好適なメルカプトシランの非限定例としては、1-メルカプトメチルトリエトキシシラン、2-メルカプトエチルトリエトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3-メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、2-メルカプトエチルトリプロポキシシラン、18-メルカプトオクタデシルジエトキシクロロシラン、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書に開示される第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態での使用に好適なブロックされたメルカプトシランの非限定例としては、米国特許第6,127,468号、同第6,204,339号、同第6,528,673号、同第6,635,700号、同第6,649,684号、及び同第6,683,135号(これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる)に記載されたものが挙げられるが、これらに限定されない。ブロックされたメルカプトシランの代表例としては、2-トリエトキシシリル-1-エチルチオアセテート、2-トリメトキシシリル-1-エチルチオアセテート、2-(メチルジメトキシシリル)-1-エチルチオアセテート、3-トリメトキシシリル-1-プロピルチオアセテート、トリエトキシシリルメチル-チオアセテート、トリメトキシシリルメチルチオアセテート、トリイソプロポキシシリルメチルチオアセテート、メチルジエトキシシリルメチルチオアセテート、メチルジメトキシシリルメチルチオアセテート、メチルジイソプロポキシシリルメチルチオアセテート、ジメチルエトキシシリルメチルチオアセテート、ジメチルメトキシシリルメチルチオアセテート、ジメチルイソプロポキシシリルメチルチオアセテート、2-トリイソプロポキシシリル-1-エチルチオアセテート、2-(メチルジエトキシシリル)-1-エチルチオアセテート、2-(メチルジイソプロポキシシリル)-1-エチルチオアセテート、2-(ジメチルエトキシシリル-1-エチルチオアセテート、2-(ジメチルメトキシシリル)-1-エチルチオアセテート、2-(ジメチルイソプロポキシシリル)-1-エチルチオアセテート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルチオアセテート、3-トリイソプロポキシシリル-1-プロピルチオアセテート、3-メチルジエトキシシリル-1-プロピル-チオアセテート、3-メチルジメトキシシリル-1-プロピルチオアセテート、3-メチルジイソプロポキシシリル-1-プロピルチオアセテート、1-(2-トリエトキシシリル-1-エチル)-4-チオアセチルシクロヘキサン、1-(2-トリエトキシシリル-1-エチル)-3-チオアセチルシクロヘキサン、2-トリエトキシシリル-5-チオアセチルノルボルネン、2-トリエトキシシリル-4-チオアセチルノルボルネン、2-(2-トリエトキシシリル-1-エチル)-5-チオアセチルノルボルネン、2-(2-トリエトキシ-シリル-1-エチル)-4-チオアセチルノルボルネン、1-(1-オキソ-2-チア-5-トリエトキシシリルフェニル)安息香酸、6-トリエトキシシリル-1-ヘキシルチオアセテート、1-トリエトキシシリル-5-ヘキシルチオアセテート、8-トリエトキシシリル-1-オクチルチオアセテート、1-トリエトキシシリル-7-オクチルチオアセテート、6-トリエトキシシリル-1-ヘキシルチオアセテート、1-トリエトキシシリル-5-オクチルチオアセテート、8-トリメトキシシリル-1-オクチルチオアセテート、1-トリメトキシシリル-7-オクチルチオアセテート、10-トリエトキシシリル-1-デシルチオアセテート、1-トリエトキシシリル-9-デシルチオアセテート、1-トリエトキシシリル-2-ブチルチオアセテート、1-トリエトキシシリル-3-ブチルチオアセテート、1-トリエトキシシリル-3-メチル-2-ブチルチオアセテート、1-トリエトキシシリル-3-メチル-3-ブチルチオアセテート、3-トリメトキシシリル-1-プロピルチオオクタノエート、3-トリエトキシシリル-1-プロピル-1-プロピルチオパルミテート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルチオオクタノエート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルチオベンゾエート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルチオ-2-エチルヘキサノエート、3-メチルジアセトキシシリル-1-プロピルチオアセテート、3-トリアセトキシシリル-1-プロピルチオアセテート、2-メチルジアセトキシシリル-1-エチルチオアセテート、2-トリアセトキシシリル-1-エチルチオアセテート、1-メチルジアセトキシシリル-1-エチルチオアセテート、1-トリアセトキシシリル-1-エチル-チオアセテート、トリス-(3-トリエトキシシリル-1-プロピル)トリチオホスフェート、ビス-(3-トリエトキシシリル-1-プロピル)メチルジチオホスホネート、ビス-(3-トリエトキシシリル-1-プロピル)エチルジチオホスホネート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルジメチルチオホスフィネート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルジエチルチオホスフィネート、トリス-(3-トリエトキシシリル-1-プロピル)テトラチオホスフェート、ビス-(3-トリエトキシシリル-1-プロピル)メチルトリチオホスホネート、ビス-(3-トリエトキシシリル-1-プロピル)エチルトリチオホスホネート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルジメチルジチオホスフィネート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルジエチルジチオホスフィネート、トリス-(3-メチルジメトキシシリル-1-プロピル)トリチオホスフェート、ビス-(3-メチルジメトキシシリル-1-プロピル)-メチルジチオホスホネート、ビス-(3-メチルジメトキシシリル-1-プロピル)-エチルジチオホスホネート、3-メチルジメトキシシリル-1-プロピルジメチルチオホスフィネート、3-メチルジメトキシシリル-1-プロピルジエチルチオホスフィネート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルメチルチオサルフェート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルメタンチオスルホネート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルエタンチオスルホネート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルベンゼンチオスルホネート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルトルエンチオスルホネート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルナフタレンチオスルホネート、3-トリエトキシシリル-1-プロピルキシレンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルメチルチオサルフェート、トリエトキシシリルメチルメタンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルエタンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルベンゼンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルトルエンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルナフタレンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルキシレンチオスルホネートなどからなる群から選択される。様々なブロックされたメルカプトシランの混合物を使用することができる。特定の例示的実施形態での使用に好適なブロックされたメルカプトシランの更なる例は、Momentive Performance Materials Inc.(Albany,NY)から入手可能なNXT(商標)シラン(3-オクタノイルチオ-1-プロピルトリエトキシシラン)である。
本明細書に開示される第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態での使用に好適な前処理されたシリカ(すなわち、シランで前表面処理されたシリカ)の非限定例としては、メルカプトシランで前処理されたCiptane(登録商標)255 LD及びCiptane(登録商標)LP(PPG Industries)シリカ、並びにオルガノシランビス(トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィド(Si69)とUltrasil(登録商標)VN3シリカとの間の反応の生成物であるCoupsil(登録商標)8113(Degussa)が挙げられるが、これらに限定されない。Coupsil 6508、Agilon 400(商標)シリカ(PPG Industries製)、Agilon 454(登録商標)シリカ(PPG Industries製)、及び458(登録商標)シリカ(PPG Industries製)。シリカが前処理されたシリカを含む実施形態では、前処理されたシリカは、シリカ充填剤について既に開示される量で使用される(すなわち、81~120phr又は約90~約120phrなど)。
第1の実施形態及び第2の実施形態における一実施形態では、シリカカップリング剤が利用される場合、使用される量は様々であり得る。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、ゴム組成物は、シリカカップリング剤を含まない。第1の実施形態及び第2の実施形態における他の好ましい実施形態では、シリカカップリング剤は、シリカ充填剤に対するシリカカップリング剤の総量の比が、約0.1:100~約1:5(すなわち、シリカ100部当たり約0.1~約20重量部)(0.1:100~1:5を含む)、約1:100~約1:10、1:100~1:10、約1:100~約1:20、1:100~1:20、約1:100~約1:25、1:100~1:25、並びに約1:100~約0:100及び1:100~0:100となるように、十分な量で存在する。第1の実施形態及び第2の実施形態の好ましい実施形態では、シリカカップリング剤のシリカ充填剤に対する総量の比は、1:10~1:20の比(すなわち、100部のシリカ当たり10~5重量部)の範囲内にある。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、ゴム組成物は、約0.1~約15phrのシリカカップリング剤を含み、これには、0.1~15phr(例えば、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、又は15phr)、約0.1~約12phr、0.1~12phr、約0.1~約10phr、0.1~10phr、約0.1~約7phr、0.1~7phr、約0.1~約5phr、0.1~5phr、約0.1~約3phr、0.1~3phr、約1~約15phr、1~15phr(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、又は15phr)、約1~約12phr、1~12phr(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、又は12phr)、約1~約10phr、1~10phr(例えば、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、又は10phr)、約1~約7phr、1~7phr、約1~約5phr、1~5phr、約1~約3phr、1~3phr、約3~約15phr、3~15phr、約3~約12phr、3~12phr、約3~約10phr、3~10phr、約3~約7phr、3~7phr、約3~約5phr、3~5phr、約5~約15phr、5~15phr、約5~約12phr、5~12phr、約5~約10phr、5~10phr、約5~約7phr、又は5~7phrが含まれる。第1の実施形態及び第2の実施形態における好ましい実施形態では、ゴム組成物は、8~12phr、又はこの範囲内にある前述の範囲のうちの1つの量のシリカカップリング剤を含む。
硬化パッケージ
上で考察したように、本明細書に開示される第1及び第2の実施形態によれば、ゴム組成物は、硫黄系加硫剤、少なくとも1種の加硫促進剤、加硫活性化剤、及び共晶組成物(以下で詳細に考察する)を含む(含む)、硬化パッケージを含む。共晶組成物は、一般に、最終混合段階中に(硫黄系加硫剤及び少なくとも1種の加硫促進剤とともに)添加されるので、硬化パッケージの説明に含まれる。
本明細書に開示される第1及び第2の実施形態によれば、ゴム組成物の硬化パッケージは、硫黄系加硫剤を含む。使用される特定の硫黄系加硫剤は、様々であり得る。第1の実施形態及び第2の実施形態における好ましい実施形態では、加硫剤は、硫黄系硬化剤(のみ)からなる。特定の好適な硫黄加硫剤の例としては、「ゴム製造業者(rubbermaker)」の可溶性硫黄、二硫化アミン、ポリマー性ポリスルフィド、又は硫黄オレフィン付加物などの硫黄供与性硬化剤、及び不溶性のポリマー性硫黄が挙げられる。好ましくは、硫黄系加硫剤は、可溶性硫黄、又は可溶性硫黄ポリマーと不溶性硫黄ポリマーとの混合物である。硬化で用いられる好適な硬化剤及び他の成分(例えば、加硫阻害剤及びスコーチ防止剤)の全般的な開示として、Kirk-Othmer,Encyclopedia of Chemical Technology,3rd ed.,Wiley Interscience,N.Y.1982,Vol.20,pp.365~468、特にVulcanization Agents and Auxiliary Materials,pp.390~402又はA.Y.CoranによるVulcanization(Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,Second Edition(1989 John Wiley & Sons,Inc.))を参照することができ、これらの両方ともが、参照により本明細書に組み込まれる。硫黄系加硫剤は、単独で又は組み合わせて使用することができる。概して、第1の実施形態及び第2の実施形態の特定の実施形態では、硫黄系加硫剤は、0.1~10phrの範囲(例えば、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10phr)、1~7.5phrを含む、1~5phrを含む、好ましくは、1~3.5phr(例えば、1、1.5、2、2.5、3、又は3.5phr)の量で使用され得る。
第1及び第2の実施形態によれば、ゴム組成物は、少なくとも1種の加硫促進剤を含む。加硫促進剤は、加硫に必要な時間及び/又は温度を制御し、加硫物の特性を改善させるために使用される。本明細書に開示される第1の実施形態及び第2の実施形態(secondembodiments)における特定の実施形態での使用に好適な加硫促進剤の例としては、チアゾール加硫促進剤、例えば、2-メルカプトベンゾチアゾール、2,2’-ジチオビス(ベンゾチアゾール)(2,2’-dithiobis(benzothiazole)、MBTS)、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(N-cyclohexyl-2-benzothiazole-sulfenamide、CBS)、N-tert-ブチル-2-ベンゾチアゾール-スルフェンアミド(N-tert-butyl-2-benzothiazole-sulfenamide、TBBS)など、グアニジン加硫促進剤、例えば、ジフェニルグアニジン(diphenyl guanidine、DPG)など、チウラム加硫促進剤、カルバミン酸加硫促進剤などが挙げられるが、これらに限定されない。概して、使用される加硫促進剤の量は、0.1~10phr(例えば、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10phr)、好ましくは1~6phr(例えば、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、又は6phr)の範囲である。好ましくは、第1の実施形態及び第2の実施形態におけるゴム組成物に使用される任意の加硫促進剤は、一硫化チウラム及び多硫化チウラムなどの任意のチウラム(その例としては、TMTM(tetramethyl thiuram monosulfide、テトラメチルチウラムモノスルフィド)、TMTD(tetramethyl thiuram disulfide、テトラメチルチウラムジスルフィド)、DPTT(dipentamethylene thiuram tetrasulfide、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド)、TETD(tetraethyl thiuram disulfide、テトラエチルチウラムジスルフィド)、TiBTD(tetraisobutyl thiuram disulfide、テトライソブチルチウラムジスルフィド)、及びTBzTD(tetrabenzyl thiuram disulfide、テトラベンジルチウラムジスルフィド)が挙げられる)を除外し、言い換えれば、第1の実施形態及び第2の実施形態におけるゴム組成物は、好ましくは、チウラム促進剤を含有しない(すなわち、0phr)。
上述したように、第1及び第2の実施形態によれば、ゴム組成物は加硫活性化剤を含む。加硫剤又は加硫活性化剤は、加硫を補助するために使用される添加剤である。概して、加硫活性化剤は、無機成分及び有機成分の両方を含む。酸化亜鉛は、最も広く使用されている無機加硫活性化剤である。ステアリン酸、パルミチン酸、ラウリン酸、及び前述の各々の亜鉛塩を含む様々な有機加硫活性化剤が、一般的に使用されている。概して、第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、使用される加硫活性化剤の量は、0.1~6phr(例えば、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、又は6phr)、好ましくは0.5~4phr(例えば、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、又は4phr)の範囲である。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、酸化亜鉛とステアリン酸の両方が加硫活性化剤として使用され、利用される総量は、前述の範囲のうちの1つに含まれる。特定のそのような実施形態では、使用される唯一の加硫活性化剤は、酸化亜鉛及びステアリン酸である。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、ゴム組成物の硬化パッケージはまた、加硫阻害剤を含む(更に含む)。加硫阻害剤は、加硫プロセスを制御するため、概して、所望の時間及び/又は温度に達するまで加硫を遅らせるか又は阻害するために使用される。一般的な加硫阻害剤としては、限定するものではないが、Santogard製のPVI、シクロヘキシルチオフタルミド(cyclohexylthiophthalmide)が挙げられる。一般に、第1及び第2の実施形態の特定の実施形態では、加硫抑制剤の量は、0.01~1phr(例えば、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、又は1phr)、好ましくは0.01~0.3phr(例えば、0.01、0.015、0.02、0.025、又は0.3phr)である。
可塑化構成要素
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、ゴム組成物は、可塑化構成要素も含む(更に含む)。存在する場合、可塑化構成要素は、可塑化油及び樹脂から選択される1つ以上の成分を含んでもよい。第1及び第2の実施形態によれば、ゴム組成物が可塑化成分を含む場合、ゴム組成物は、少なくとも30℃のTgを有する少なくとも1つの可塑化油の0~50phr(例えば、0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、又は50phr)及び少なくとも1つの炭化水素樹脂の0~60phr(例えば、0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、又は60phr)を含む可塑化成分を含む。言い換えれば、そのようなゴム組成物は、可塑化油、炭化水素樹脂、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。第1の実施形態及び第2の実施形態の他の実施形態では、可塑化油又は炭化水素樹脂のうちの少なくとも1つが、ゴム組成物中に存在する。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、可塑化構成要素は、0~30phrの可塑化油(例えば、0、5、10、15、20、25、又は30phr)及び5~60phr(例えば、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、又は60phr)の炭化水素樹脂、より好ましくは0~15phrの可塑化油及び5~50phrの炭化水素樹脂を含む。第3の実施形態の特定の実施形態では、可塑化油は、少なくとも1phr(例えば、1~50phr、1~30phr、1~15phr、1~10phr、1~5phrなど)の量で存在する。
第1の実施形態及び第2の実施形態によれば、可塑化油がゴム組成物中に存在する場合、様々なタイプの可塑化油が利用され得、それらのタイプは、芳香油、ナフテン油、及び低PCA油(エステル可塑剤)を含むが、これらに限定されない。好ましくは、可塑化油は、25℃で液体(注入可能)である。好適な低PCA油としては、IP346法によって測定すると、3重量%未満の多環式芳香族含量を有するものが挙げられる。IP346法の手順は、Institute of Petroleum(英国)発行のStandard Methods for Analysis & Testing of Petroleum and Related Products and British Standard 2000 Parts,2003,第62版に見出すことができる。好適な低PCA油としては、軽度抽出溶媒和物(MES)、処理留出物芳香族抽出物(TDAE)、TRAE、及び重ナフテン系が挙げられる。好適なMES油は、CATENEX SNR(SHELL製)、PROREX 15及びFLEXON 683(EXXONMOBIL製)、VIVATEC 200(BP製)、PLAXOLENE MS(TOTAL FINA ELF製)、TUDALEN 4160/4225(DAHLEKE製)、MES-H(REPSOL製)、MES(Z8製)、並びにOLIO MES S201(AGIP製)として市販されている。好適なTDAE油は、TYREX 20(EXXONMOBIL製)、VIVATEC 500、VIVATEC 180、及びENERTHENE 1849(BP製)、並びにEXTENSOIL 1996(REPSOL製)として入手可能である。好適な重ナフテン系油は、SHELLFELX 794、ERGON BLACK OIL、ERGON H2000、CROSS C2000、CROSS C2400、及びSAN JOAQUIN 2000Lとして入手可能である。好適な低PCA油としてはまた、野菜、木の実、及び種子から採取できるものなど、様々な植物起源の油も挙げられる。非限定例としては、以下に限定されないが、ダイズ油、ヒマワリ油(少なくとも60%、少なくとも70%、又は少なくとも80%のオレイン酸含有量を有する高オレイン酸ヒマワリ油を含む)、サフラワー油、コーン油、亜麻仁油、綿実油、菜種油、カシュー油、ゴマ油、ツバキ油、ホホバ油、マカダミアナッツ油、ココナツ油、及びヤシ油が挙げられる。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、タイヤゴム組成物は、10phr未満(例えば、9、8、7、6、5、4、3、2、1、又は0phr)、5phr未満、1~5phr未満、又は更には0phrなどのごくわずかの量の油を含む。
上述のように、第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、可塑化構成要素は、エステル可塑剤の形態の可塑化油を含み、これは、概して室温で液体である可塑剤のタイプである。厳密には油であるとは考えられないが、エステル可塑剤は、第1及び第2の実施形態のうちのゴム組成物において同様の可塑化目的を果たすことができるので、本明細書では可塑化油とともに考察する。好適なエステル可塑剤は当業者に既知であり、リン酸エステル、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、及びオレイン酸エステル(すなわち、オレイン酸由来)が挙げられるが、これらに限定されない。エステルは少なくとも1つの-OHが-O-アルキル基で置換されている酸から誘導される化学化合物であることを考慮すると、トレッドゴム組成物中で使用する好適なエステル可塑剤では様々なアルキル基が使用され得、これには、C1~C20(例えば、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20)、又はC6~C12の概ね直鎖又は分枝鎖のアルキルが含まれる。前述のエステルのうちの特定のものは、2つ以上の-OH基を有する酸に基づき、したがって、1つ又は2つ以上のO-アルキル基を収容することができる(例えば、リン酸トリアルキル、フタル酸ジアルキル、アジピン酸ジアルキル)。好適なエステル可塑剤の非限定例としては、リン酸トリオクチル、フタル酸ジオクチル、アジピン酸ジオクチル、オレイン酸ノニル、オレイン酸オクチル、及びこれらの組み合わせが挙げられる。前述のうちの1種以上など、エステル可塑剤の使用は、エステル可塑剤の比較的低いTgに少なくとも部分的に起因して、このようなエステル可塑剤を含有するトレッドゴム組成物から作製されるタイヤの雪又は氷性能に有益であり得る。第1の実施形態及び第2の実施形態の特定の実施形態では、トレッドゴム組成物は、-40℃~-70℃(例えば、-40、-45、-50、-55、-60、-65、又は-70℃)、又は-50℃~-65℃(例えば、-50、-51、-52、-53、-54、-55、-56、-57、-58、-59、-60、-61、-62、-63、-64、又は-65℃)のTgを有する1種以上のエステル可塑剤を含む。1種以上のエステル可塑剤が利用される、第1の実施形態及び第2の実施形態におけるそれらの実施形態では、利用される量は様々であり得る。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、利用される1種以上のエステル可塑剤は、1~25phr(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、又は25phr)、1~20phr(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、又は20phr)、1~15phr(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、又は15phr)、1~10phr(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10phr)、2~6phr(例えば、2、3、4、5、又は6phr)、又は2~5phr(例えば、2、3、4、又は5phr)の総量で使用される。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の好ましい実施形態では、エステル可塑剤の量は15phr以下又は12phr以下である。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、油が1~10phr未満、又は1~5phrの量で存在する場合、1種以上のエステル可塑剤が(前述の量のうちの1つで)油と組み合わせて使用される。第1の実施形態及び第2の実施形態における他の実施形態では、1種以上のエステル可塑剤は、トレッドゴム組成物中に任意の油が存在しない状態で(すなわち、0phrの油)使用される(上記の量のうちの1つ)。
炭化水素樹脂が第1及び第2の実施形態のうちのゴム組成物中で使用される場合、可塑化構成要素中で利用される炭化水素樹脂の特定のタイプは様々であり得、特に可塑性樹脂を含み得る。本明細書で使用するとき、可塑性樹脂という用語は、室温(23℃)において固体である化合物を指し、通常、少なくとも5phrとなる使用される量で、ゴム組成物中で混和性である。一般に、可塑性樹脂は希釈剤として作用し、一般に、非混和性である粘着性樹脂と対比的なものとなり得、移動してゴム組成物の表面に粘性をもたらすことができる。可塑性樹脂が利用される第1及び第2の実施形態のうちのある特定の実施形態では、可塑性樹脂は、炭化水素樹脂を含み、この中に含まれているモノマーに応じて、脂肪族タイプ、芳香族タイプ、又は脂肪族/芳香族タイプとすることができる。第3の実施形態のゴム組成物において使用するのに好適な可塑性樹脂の例としては、シクロペンタジエン(多くの場合、CPDと略称)又はジシクロペンタジエン(多くの場合、DCPDとして略称)ホモポリマー又はコポリマー樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。テルペンホモポリマー又はコポリマー樹脂、フェノールホモポリマー又はコポリマー樹脂、C5又はC9部分ホモポリマー又はコポリマー樹脂、アルファ-メチルスチレンホモポリマー又はコポリマー樹脂、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。このような樹脂は、例えば、個々に、又は組み合わせて使用することができる。第3の実施形態の特定の実施形態では、30℃超(好ましくは、40℃超及び/又は120℃以下若しくは100℃以下)のTg、400~2000グラム/モル(好ましくは、500~2000グラム/モル)の数平均分子量(Mn)、及び3未満(好ましくは、2未満)の多分散度指数(PI)(PI=Mvv/Mnであり、Mvvは、樹脂の重量平均分子量である)のうちの少なくとも1つを満たす可塑性樹脂が使用される。樹脂のTgは、ASTM D3418(1999)に準拠して、DSC(示差走査熱量測定)によって測定することができる。樹脂のMw、Mn、及びPIは、THF、35℃、濃度1g/1、流速1ミリリットル/分、注入前に0.45μmの気孔率を有するフィルターを通して濾過した溶液、ポリスチレン標準によるムーア(Moore)較正、一連の3つの「Waters」カラムのセット(「Styragel」HR4E、HR1、及びHR0.5)、示差屈折率計(「Waters 2410」)及びその関連する操作ソフトウェア(「Waters Empower」)による検出を使用して、サイズ排除クロマトグラフィー(size exclusion chromatography、SEC)によって決定することができる。
他の成分
本明細書に開示される第1及び第2の実施形態のうちのゴム組成物に任意選択で添加され得る様々な他の成分としては、ワックス(場合によっては酸化防止剤である)、加工助剤、補強樹脂、素練り促進剤、及び酸化防止剤/劣化防止剤が挙げられる。劣化防止剤である成分は、N,N’二置換-p-フェニレンジアミン、例えば、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)、N,N’-ビス(1,4-ジメチルペンチル)-p-フェニレンジアミン(77PD)、N-フェニル-N-イソプロピル-p-フェニレンジアミン(IPPD)、及びN-フェニル-N’-(1,3-ジメチルブチル)-p-フェニレンジアミン(HPPD)から選択されたものなどのオゾン劣化防止剤又は酸化防止剤として分類され得る。劣化防止剤の他の例としては、アセトンジフェニルアミン縮合生成物、2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン、オクチル化ジフェニルアミン、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、及び特定のワックスが挙げられる。第1及び第2の実施形態のうちの特定の他の実施形態では、タイヤトレッドゴム組成物は、酸化防止剤又はオゾン劣化防止剤などの劣化防止剤を含み得ないか、又は本質的に含み得ない。
ゴム組成物の特性
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、ゴム組成物は、グアユールゴムがHevea天然ゴム(好ましくは、粘度安定化されたTSRグレード)で置き換えられた比較ゴム組成物と比較して、改善された特性を有すると説明することができる。特定のそのような実施形態では、硬化したゴム組成物(145℃で33分間硬化させた場合)は、以下の物理的特性:(a)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも3%高い(例えば、3%高い、4%高い、5%高い、6%高い、7%高い、8%高い、又はそれ以上)、23℃での破断点伸び、(b)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも5%高い(例えば、5%高い、6%高い、7%高い、8%高い、9%高い、10%高い、又はそれ以上)、23℃での引張強度(tensile strength、Tb)、又は(c)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも低い、好ましくは少なくとも3%低い(例えば、3%低い、4%低い、5%低い、6%低い、7%低い、又はそれ未満)、60℃でのtanデルタによって証明される転がり抵抗のうちの少なくとも1つを有する。前述の実施形態の特定の実施形態では、硬化したゴム組成物は、特性(a)~(d)を有し、以下の物理的特性(145℃で33分間硬化させた場合):(d)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも2%高い(例えば、2%高い、3%高い、4%高い、5%高い、又はそれ以上)、M50、M100、M300、及びこれらの組み合わせから選択される係数も有する。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、(a)~(c)の各々が、好ましくはそれらの好ましい範囲によって満たされる。第1及び第2の実施形態のうちの他の実施形態では、(a)~(d)の各々が、好ましくはそれらの好ましい範囲によって満たされる。特定のそのような実施形態では、係数は、M50又はM100から選択され、好ましくはM100である。
以下でより詳細に考察するように、第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、タイヤ構成要素は、TBRタイヤトレッド、好ましくはTBRトレッドの路面接触部分用である。特定のそのような実施形態では、TBRトレッドの硬化したゴム組成物は、以下の物理的特性(145℃で33分間硬化させた場合):(a)少なくとも約250%又は少なくとも250%、の23℃での破断点伸び(例えば、250%、275%、300%、325%、350%、375%、400%、425%、450%、475%、500%、525%、550%、575%、若しくはそれ以上)、好ましくは約250%~約550%又は250%~550%(例えば、250%、275%、300%、325%、350%、375%、400%、425%、450%、475%、500%、525%、若しくは550%)、(b)少なくとも約18MPa又は少なくとも18MPa(例えば、18MPa、20MPa、22MPa、24MPa、26MPa、28MPa、30MPa、32MPa、34MPa、35MPa、36MPa、若しくはそれ以上)、好ましくは約18MPa~約35MPa又は18MPa~35MPa(例えば、18MPa、20MPa、22MPa、24MPa、26MPa、28MPa、30MPa、32MPa、34MPa、若しくは35MPa)の、23℃での引張強度(Tb)、又は(c)約0.21以下又は0.21以下(例えば、0.21、0.2、0.18、0.16、0.14、0.12、0.1、0.08、0.06、若しくはそれ以下)、好ましくは約0.06~約0.21又は0.06~0.21(例えば、0.21、0.2、0.18、0.16、0.14、0.12、0.1、0.08、0.06、若しくはそれ以下)の、60℃でのtanデルタによって証明される転がり抵抗のうちの少なくとも1つを有する。上記実施形態の特定の実施形態では、TBRトレッドの硬化したゴム組成物は、特性(a)~(d)を有し、以下の物理的特性(145℃で33分間硬化させた場合):(i)少なくとも約1.3MPa又は少なくとも1.3MPaのM50(例えば、1.3MPa、1.5MPa、1.7MPa、1.8MPa、2MPa、2.2MPa、2.4MPa、2.5MPa、2.6MPa、若しくはそれ以上)、好ましくは約1.3MPa~約2.5MPa又は1.3MPa~2.5MPa(例えば、1.3MPa、1.5MPa、1.7MPa、1.8MPa、2MPa、2.2MPa、2.4MPa、2.5MPa)、(ii)少なくとも約2.3MPa又は少なくとも2.3MPaのM100(例えば、2.3MPa、2.5MPa、2.7MPa、2.9MPa、3MPa、3.2MPa、3.4MPa、3.5MPa、3.6MPa、3.8MPa、4MPa、4.2MPa、4.4MPa、4.5MPa、4.6MPa、4.8MPa、5MPa、5.2MPa、若しくはそれ以上)、好ましくは約2.3MPa~約5MPa又は2.3MPa~5MPa(例えば、2.3MPa、2.5MPa、2.7MPa、2.9MPa、3MPa、3.2MPa、3.4MPa、3.5MPa、3.6MPa、3.8MPa、4MPa、4.2MPa、4.4MPa、4.5MPa、4.6MPa、4.8MPa、5MPa)、又は(iii)少なくとも約12MPa若しくは少なくとも12MPaのM300(例えば、12MPa、14MPa、15MPa、16MPa、18MPa、20MPa、22MPa、24MPa、若しくはそれ以上)、好ましくは約12MPa~約22MPa又は12MPa~22MPa(例えば、12MPa、14MPa、15MPa、16MPa、18MPa、20MPa、22MPa)のうちの少なくとも1つから選択される係数も有する。
タイヤ構成要素
上で考察したように、本明細書に開示される第1の実施形態は、タイヤ構成要素を提供するための方法を対象とし、本明細書に開示される第2の実施形態は、タイヤ構成要素を対象とする。第1及び第2の実施形態によれば、特定のタイヤ構成要素は様々であり得る。第1及び第2の実施形態による例示的なタイヤ構成要素としては、タイヤトレッド、ベーストレッド、ベルト、及びサイドウォールが挙げられるが、これらに限定されない。第1及び第2の実施形態のうちの好ましい実施形態では、タイヤ構成要素は、タイヤトレッド、より好ましくは路面接触トレッドである。第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、タイヤ構成要素は、タイヤのサイドウォールである。第1及び第2の実施形態のうちの更に他の実施形態では、タイヤ構成要素は、ベルトである。
タイヤのタイプ
第1及び第2の実施形態によれば、タイヤ構成要素が設計されるタイヤのタイプは、様々であり得る。第1及び第2の実施形態によれば、タイヤ構成要素は、トラック及びバスラジアルタイヤ(TBRタイヤ)用又は乗用車及び軽トラックタイヤ(PSRタイヤ)用に設計することができる。前述の好ましい実施形態では、タイヤ構成要素は、TBRトレッド又はPSRトレッドのいずれかであり、最も好ましくは、路面接触TBRトレッド又は路面接触PSRトレッドである。当業者が理解するように、全天然ゴムの特定の量、少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴム(ii)の量(存在する場合)、及び補強充填剤の量は、タイヤ構成要素がTBRタイヤ又はPSRタイヤにおいて使用するためのものであるかどうかに応じて様々であり得る。概して、全天然ゴムの量、グアユール天然ゴムによる置換の量、少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴム(ii)の量、及びTBRタイヤ構成要素又はPSRタイヤ構成要素のいずれかのための補強充填剤の量は、上記で考察した範囲内に入る。しかしながら、以下に詳細に考察するように、トレッドを含むTBR又はPSRタイヤ構成要素のいずれかに対して、前述の以下の部分範囲が特に有用であり得る。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、タイヤ構成要素が設計されるタイヤのタイプは、TBRタイヤである。上記の好ましい実施形態では、タイヤ構成要素は、トレッド、すなわち、TBRタイヤ用のトレッドである。タイヤ構成要素がTBRトレッドである、第1及び第2の実施形態のうちのそれらの実施形態では、ゴム組成物は、カーボンブラック、シリカ、及びこれらの組み合わせから選択される、好ましくは、約30~約60phr又は30~60phr(例えば、30、35、40、45、50、55、又は60phr)の補強充填剤を含む。第1及び第2の実施形態のうちの特定のそのような実施形態では、トレッドは、第1のタイプのTBRタイヤ用であり、補強充填剤は、0~20重量%のシリカ(例えば、0%、5%、10%、15%、又は20%)を含み、これは、0%のシリカ及び最大20重量%のシリカ、並びに0~10重量%のシリカ(例えば、0%、5%、又は10%)、1~10重量%のシリカ(例えば、1%、5%、又は10%)、5~20重量%のシリカ(例えば、5%、10%、15%、又は20%)、5~15重量%のシリカ(例えば、5%、10%、又は15%)、及び10~20重量%のシリカ(例えば、10%、15%、又は20%)などの前述の範囲内の量を含むとみなすことができ、補強充填剤の残りは、カーボンブラックを含む。第1及び第2の実施形態のうちの他の実施形態では、タイヤ構成要素は、第2のタイプのTBRタイヤ用のトレッドであり、好ましくは約30~約60phrの補強充填剤を含み、補強充填剤は、0~60重量%(例えば、0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、又は60%)、1~60重量%(例えば、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、又は60%)、5~50重量%(例えば、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%)、10~60重量%(例えば、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、又は60%)、20~60重量%(例えば、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、又は60%)などを含む、最大60重量%のシリカを含み、補強充填剤の残りは、カーボンブラックを含む。タイヤ構成要素がTBRトレッドである、第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、ゴム組成物は、好ましくは、1~10phr(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、若しくは10phr)の可塑化構成要素、又は1~5phr若しくは5~9phrなどの前述の範囲内の量を含み、特定のそのような実施形態では、可塑化構成要素は、1~8phrの樹脂(例えば、1、2、3、4、5、6、7、又は8phr)及び1~5phr(例えば、1、2、3、4、又は5phr)の可塑化油を含み、可塑化構成要素の総量は、1~10phrである。
第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、タイヤ構成要素が設計されるタイヤのタイプは、PSRタイヤである。上記の好ましい実施形態では、タイヤ構成要素は、トレッド、すなわち、PSRタイヤ用のトレッドである。タイヤ構成要素がPSRトレッドである、第1及び第2の実施形態のうちのそれらの実施形態では、ゴム組成物は、カーボンブラック、シリカ、及びこれらの組み合わせから選択される、好ましくは、約50~約150phr又は50~150phr(例えば、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、又は150phr)の補強充填剤を含む。補強充填剤の50~150phrの量は、50~100phr、50~90phr、50~80phr、50~70phr、70~120phr、70~100phr、90~150phr、90~140phr、90~130phr、90~120phrなどの前述の範囲内の量を含めると考えられるべきである。タイヤ構成要素がPSRトレッドである、第1及び第2の実施形態のうちの特定の実施形態では、補強充填剤は、約50~約150phr又は50~150phrの量で存在し、シリカは、51~95%、60~90%、70~90%などの前述の範囲内の量を含む、補強充填剤の重量の大部分(例えば、51%、60%、70%、80%、85%、90%、95%、又はそれ以上)を含む。
ゴム組成物の調製
本明細書に開示される第1の実施形態及び第2の実施形態におけるゴム組成物の調製に含まれる特定の工程は、概して、少なくとも1回の非生産用マスターバッチ段階及び最終生産用混合段階で成分を混合することを含む、従来実施される方法の工程である。第1の実施形態及び第2の実施形態の特定の実施形態では、ゴム組成物は、例えば、バンブリミキサー又はミル粉砕用ロールで、成分を一緒に混錬するなどによる当技術分野において既知の方法によって、(上記で開示した)ゴム組成物の成分を混合することによって調製される。このような方法は、一般に、少なくとも1回の非生産用マスターバッチ混合段階と、最終生産用混合段階とを含む。非生産用マスターバッチ段階という用語は、当業者に既知であり、一般に、加硫剤又は加硫促進剤を添加しない混合段階(単複数の段階)であると理解されている。最終生産用混合段階という用語も当業者に既知であり、一般に、ゴム組成物中に加硫剤及び加硫促進剤を添加する混合段階であると理解されている。第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、ゴム組成物は、複数の非生産用マスターバッチ混合段階を含むプロセスによって調製される。
第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の好ましい実施形態では、ゴム組成物は、マスターバッチ混合段階が、タンデム混合又は相互噛合混合のうちの少なくとも1つを含むプロセスによって調製される。タンデム混合は、2つの混合チャンバを有し、各チャンバが1組の混合用ローターを有する、ミキサーを使用することを含むものとして理解することができ、一般に、2つの混合チャンバは、一次ミキサーである上部ミキサーと一緒に積層され、下部ミキサーは、上部又は一次ミキサーからバッチを受け入れる。特定の実施形態では、一次ミキサーは噛み合うローターを利用し、他の実施形態では、一次ミキサーは接線方向のローターを利用する。好ましくは、下部ミキサーは、噛み合うローターを利用する。噛み合い混合は、噛み合うローターを有するミキサーの使用を含むものとして理解され得る。噛み合うローターとは、ローターが互いに噛み合うように、セット内の1つのローターの大径が、セット内の対向するローターの小径と相互作用するローターのセットを指す。噛み合うローターは、ローター間の相互作用により、均一の速度で駆動されなければならない。噛み合うローターとは対照的に、接線方向ローターとは、各ローターが、側面と称され得る空洞内で互いに独立して回転する、1組のローターを指す。一般に、接線方向のローターを有するミキサーは、ラムを含むのに対し、ラムは、噛み合うローターを有するミキサーでは必要ではない。
一般に、ゴム(又はポリマー)及び少なくとも1種の補強充填剤(及び任意のシランカップリング剤、液体可塑剤及び樹脂)を非生産用又はマスターバッチ混合段階(又は複数の段階)で添加する。一般に、硬化パッケージの少なくとも加硫剤成分及び加硫促進成分は、最終又は生産用混合段階で添加されるであろう。
第1の実施形態及び第2の実施形態における特定の実施形態では、ゴム組成物は、少なくとも1回の非生産用マスターバッチ混合段階が約130℃~約200℃の温度で実施されるプロセスを使用して調製される。第1の実施形態及び第2の実施形態の特定の実施形態では、ゴム組成物は、ゴム組成物の望ましくない事前硬化を回避するために加硫温度を下回る温度で実施される最終生産用混合段階を使用して調製される。したがって、生産用又は最終混合段階の温度は、約120℃を超えるべきではなく、通常、約40℃~約120℃、又は約60℃~約110℃、とりわけ約75℃~約100℃である。第1の実施形態及び第2の実施形態の特定の実施形態では、ゴム組成物は、少なくとも1回の非生産用混合段階と少なくとも1回の生産用混合段階とを含むプロセスによって調製される。シリカ充填剤の使用は、任意選択的に、そのような充填剤の一部又は全部を別個に添加するための別個の再粉砕段階を必要とし得る。この段階は、多くの場合、マスターバッチ段階で採用される温度と同様であるが、往々にしてわずかに低い温度、すなわち、約90℃~約150℃の落下温度までの温度で行われる。
以下の実施例は、本開示の特定の及び例示的な実施形態、並びに/又は実施形態の特徴を例示するものである。実施例は、単に例示の目的で提供されており、本開示を限定するものとして解釈すべきでない。本開示の実施形態の趣旨及び範囲を逸脱することなく、これらの具体的な実施例に対する多くの変更が可能である。本明細書に開示される第1及び第2の実施形態によるゴム組成物は、異なるゴム(上記の考察による)を使用して、補強充填剤の異なる組み合わせ及び量を使用して、可塑化構成要素の異なる成分又は量(上記の考察による)を使用して、並びに異なる特定の硬化パッケージ成分及び量(上記の考察による)を使用して作製することができることを具体的に理解されたい。
実施例A~H:以下の表1に記載の成分を使用して、ゴム組成物を調製した。表1の検討から分かるように、組成物は、高シス-ポリブタジエン(以下、BRと略記する)と、以下Hevea NRと略記するHevea天然ゴム(粘度安定剤TSRグレード)又は以下GRと略記するグアユール天然ゴムのいずれかと、を利用した。利用したグアユール天然ゴム(GR)は、1,300,000グラム/モルのMw、350,000グラム/モルのMn、2~5重量%の樹脂、及び0.1~0.2重量%の灰分を有していた。使用した共晶混合物は、Scionix Ltd.から購入した市販の製品(商品名Relineで販売されている)であり、これは塩化コリンと尿素の組み合わせであった。実施例Gのゴム組成物は本発明であると考えられ、他のゴム組成物(すなわち、実施例A~F及びH)は、以下に詳細に考察するように、比較のために提供される。表1中の全ての成分は、phrで列挙されており、ゴム組成物を調製する際に使用した混合手順は、表2に提供されたものであった(6ポンドのブラベンダーミキサーを使用)。
1=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
表2に列挙したようにゴム組成物A~Hごとに、表3に列挙した特性を以下のように決定した。
・Eb及びTbは、ASTM D-412に記載される標準的手順に従うが、これには限定されないガイドラインに従って、幅の断面寸法4mm、中心部厚さ1.9mmを有するダンベル型試料を用いて測定した。測定中、試験片を一定速度(毎秒20%)で歪ませ、結果として得られた力を伸展(歪み)の関数として記録した。23℃で測定されたEb及びTbは、室温測定値と呼ばれることがある。50%、100%、及び300%(MPa単位)での係数の測定値は、それぞれM50、M100、及びM300とも称され、それぞれ50%、100%、及び300%伸びでのゴム組成物の試料の引張応力を測定する。これらの係数の測定値は真の係数測定値ではなく、Eb及びTbについて記載したのと同じ方法を用いて測定することができる。
・tanδ値は、TA Instruments製のAdvanced Rheometric Expansion System(ARES)で行った歪み掃引試験によって測定した。試験片は、長さ14.4mm及び直径7.8mmを有する円筒形状を有していた。試験は、10Hzの周波数を使用して行われた。温度を、2%の一定歪みで-120℃から120℃まで掃引した。0℃及び60℃での測定値を、ゴム組成物の各々について記録した。ゴム組成物の60℃における指標tanδは、タイヤトレッドに組み込まれる場合の、その圧延抵抗の指標である。ゴム組成物の0℃でのtanδは、タイヤトレッドに組み込まれたときのそのウェットトラクションを示す。一般に、60℃でのtanδ値が低いほど改善であると考えられ、0℃でのtanδが高いほど改善であると考えられる。
表3に提供されたデータを検討することから明らかなように、本発明のゴム組成物Gは、いずれのゴム組成物においても、最良(最高)Tb及び最良(最高)Ebを呈した。同様に、本発明のゴム組成物Gは、いずれのゴム組成物においても、最良(最低)の60℃でのtanδ又は転がり抵抗を呈した。共晶組成物の添加の効果は、本発明のゴム組成物Gを対照ゴム組成物C(共晶組成物を欠くという点でのみGと異なる)と比較することによって示され、ゴム組成物Gは、改善されたTb、Eb、M50、M100、M300、及び転がり抵抗を呈する。本発明のゴム組成物Gを対照ゴム組成物F(グアユールゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた点のみがGと異なる)と比較すると、ゴム組成物Gは、5%を超えて高い(約9%高い)Tb、5%を超えて高いEb、及び改善された/より低い(約3.3%低い)転がり抵抗を有することが明らかである。本発明のゴム組成物Gを対照ゴム組成物Fと比較すると、ゴム組成物GのM50及びM100値は、Fの対応する値とほぼ同じ高さであり、わずか0.01MPaしか異ならないことも明らかである。本発明のゴム組成物Gが、任意の共晶組成物(並びにグアユールゴム)を欠くが、代わりにゴム組成物Gと比較して増加した量の加硫促進剤(15%高い)及び増加した量の硫黄(15%高い)を利用したゴム組成物Eと比較して、改善されたEb、Tb及び転がり抵抗を呈したことも注目すべきであると考えられた(一般に、増加した量の加硫促進剤及び硫黄の効果は、ゴム組成物E及びE’を比較することによって、比較例又は対照例において観察することができる)。したがって、共晶組成物を使用することによって、グアユールゴムの樹脂を考慮するために加硫促進剤又は硫黄の量を増加させる必要がないことが決定された。同様に、増加した量の加硫促進剤及び硫黄(組成物E)ではなく共晶組成物(ゴム組成物Gにおけるような)を使用することによって、M50、M100、及びM300は全て、10%を超えて改善された。
本発明の以下の例示的な実施形態が具体的に想定される。
実施形態1:タイヤ構成要素、好ましくはタイヤトレッドを提供するための方法であって、方法は、ゴム組成物を調製することを含み、ゴム組成物は、(a)(i)少なくとも1,200,000グラム/モル、好ましくは1.25~1.35グラム/モルのMw、少なくとも250,000グラム/モル、好ましくは300,000~400,000グラム/モルのMn、及び3,000,000~4,000,000グラム/モルのMw/Mn、及びHevea天然ゴムによって提供される最大90重量%を有するグアユール天然ゴムによって提供される少なくとも10重量%を有する10~100部の天然ゴム、好ましくは51~90部の天然ゴムと、(ii)0~90部の少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴムと、を含む、100部の少なくとも1種のゴムと、(b)カーボンブラック及びシリカから選択される、約30~約150phrの補強充填剤と、(c)硫黄系加硫剤、少なくとも1種の加硫促進剤、加硫活性化剤、及び共晶組成物を、好ましくは約0.005~約3phr、より好ましくは約0.01~約1phrの量で含む硬化パッケージと、を含み、(a)、(b)、及び(c)が、タイヤ構成要素を提供するために、硬化したゴム組成物において使用される、方法。
実施形態2:(i)の51~90部の天然ゴムが、グアユール天然ゴムによって提供される、実施形態1に記載の方法。
実施形態3:(ii)が、10~49部の量で存在する、実施形態1又は2に記載の方法。
実施形態4:共晶組成物が、約0.005~約3phrの量で存在する、実施形態1~3のいずれか1つに記載の方法。
実施形態5:共晶組成物が、約0.01~約1phrの量で存在する、実施形態1~4のいずれか1つに記載の方法。
実施形態6:グアユール天然ゴムが、少なくとも20重量%の天然ゴムを提供する、実施形態1~5のいずれか1つに記載の方法。
実施形態7:グアユール天然ゴムが、少なくとも30重量%の天然ゴムを提供する、実施形態1~5のいずれか1つに記載の方法。
実施形態8:グアユール天然ゴムが、少なくとも40重量%の天然ゴムを提供する、実施形態1~5のいずれか1つに記載の方法。
実施形態9:グアユール天然ゴムが、重量の大部分の天然ゴムを提供する、実施形態1~5のいずれか1つに記載の方法。
実施形態10:グアユール天然ゴムが、少なくとも70重量%の天然ゴムを提供する、実施形態1~5のいずれか1つに記載の方法。
実施形態11:グアユール天然ゴムが、より好ましくは少なくとも80重量%の天然ゴムである、実施形態1~5のいずれか1つに記載の方法。
実施形態12:グアユール天然ゴムが、100重量%の天然ゴムを提供する、実施形態1~5のいずれか1つに記載の方法。
実施形態13:グアユール天然ゴムが、好ましくはカーボンブラック反応性官能基で官能化されている、実施形態1~12のいずれか1つに記載の方法。
実施形態14:グアユール天然ゴムが、約2~約5重量%の樹脂含量及び約0.1~約0.2重量%の灰分含量を有する、実施形態1~13のいずれか1つに記載の方法。
実施形態15:ゴム(iii)が、1,3-ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2-エチル-1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ペンタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、4-メチル-1,3-ペンタジエン、及び2,4-ヘキサジエンからなる群から選択される少なくとも1種の共役ジエン系モノマーと、任意選択で、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、o-メチルスチレン、p-ブチルスチレン、ビニルナフタレン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種のビニル芳香族モノマーとから作製されるポリマー又はコポリマーである、実施形態1~14のいずれか1つに記載の方法。
実施形態16:共役ジエンが、1,3-ブタジエンである、実施形態15に記載の方法。
実施形態17:共役ジエンが、1,3-ブタジエンであり、芳香族ビニルモノマーが、スチレンである、実施形態15に記載の方法。
実施形態18:ゴム(ii)が、スチレン-ブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、及びこれらの混合物からなる群から選択される、実施形態1~17のいずれか1つに記載の方法。
実施形態19:ゴム(ii)が、官能化高シスポリブタジエンゴム、好ましくはカーボンブラック反応性官能基で官能化された高シスポリブタジエンゴムを含む、実施形態18に記載の方法。
実施形態20:共晶組成物が、アンモニウム化合物、ホスホニウム化合物、スルホニウム化合物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるカチオン源と、金属ハロゲン化物化合物、金属ハロゲン化物水和物化合物、水素結合供与体化合物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるアニオン源との組み合わせを含む、実施形態1~19のいずれか1つに記載の方法。
実施形態21:カチオン源が、アンモニウム化合物からなる群から選択され、好ましくは、以下:(i)式II:(R1)(R2)(R3)(R4)-N+-Φ-を有するアンモニウム化合物であって、式中、各R1、R2、R3、及びR4が、独立して、水素及び一価有機基から選択され、R1、R2、R3、及びR4のうちの2つが、二価有機基を形成するように連結され得、Φが、対アニオンである、アンモニウム化合物、(ii)好ましくは、N-エチル-2-ヒドロキシ-N,N-ジメチルエタンアミニウムクロリド、2-ヒドロキシ-N,N,N-トリメチルエタンアミニウムクロリド、及びN-ベンジル-2-ヒドロキシ-N,N-ジメチルエタンアミンクロリド、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、式IVを有するアンモニウム化合物、又は(iii)好ましくは、2-クロロ-N,N,N-トリメチルエタンアミニウム、及び2-(クロロカルボニルオキシ)-N,N,N-トリメチルエタンアミニウムクロリド、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、式IIIを有するアンモニウム化合物のうちの少なくとも1つから選択される、実施形態20に記載の方法。
実施形態22:アニオン源が、水素結合供与体化合物からなる群から選択され、好ましくは、以下:(i)アミン、アミド、カルボン酸、アルコール、及びこれらの混合物;(ii)好ましくは、脂肪族アミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、アミノエチルピペラジン、トリエチレンテトラミン、トリス(2-アミノエチル)アミン、N,N’-ビス-(2アミノエチル)ピペラジン、ピペラジノエチルエチレンジアミン、及びテトラエチレンペンタアミン、プロピレンアミン、アニリン、置換アニリン、並びにこれらの組み合わせから選択されるアミン;(iii)好ましくは、尿素、1-メチル尿素、1,1-ジメチル尿素、1,3-ジメチル尿素、チオ尿素、ベンズアミド、アセトアミド、及びこれらの組み合わせから選択されるアミド;(iv)好ましくは、フェニルプロピオン酸、フェニル酢酸、安息香酸、シュウ酸、マロン酸、アジピン酸、コハク酸、クエン酸、トリカルバリル酸、及びこれらの組み合わせから選択されるカルボン酸;又は(v)好ましくは、脂肪族アルコール、フェノール、置換フェノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、レゾルシノール、置換レゾルシノール、グリセロール、ベンゼントリオール、及びこれらの組み合わせから選択されるアルコールのうちの少なくとも1つから選択される、実施形態20又は21に記載の方法。
実施形態23:アニオン源が、金属ハロゲン化物からなる群から選択され、好ましくは、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、塩化スズ、臭化スズ、ヨウ化スズ、塩化鉄、臭化鉄、及びヨウ化鉄、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態20又は21に記載の方法。
実施形態24:共晶組成物が、塩化コリンと尿素との組み合わせを含む、実施形態1~23のいずれか1つに記載の方法。
実施形態25:タイヤ構成要素が、以下の物理的特性:(a)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも3%高い、23℃での破断点伸び、(b)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも5%高い、23℃での引張強度(Tb)、又は(c)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも低い、好ましくは少なくとも3%低い、60℃でのtanデルタによって証明される転がり抵抗のうちの1つを有する、タイヤトレッドである、実施形態1~24のいずれか1つに記載の方法。
実施形態26:タイヤ構成要素が、特性(a)~(c)を有し、以下の物理的特性:(d)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも2%高い、M50、M100、M300、及びこれらの組み合わせから選択される係数も有するタイヤトレッドである、実施形態25に記載の方法。
実施形態27:(a)~(d)の各々が、満たされ、係数が、M50又はM100から選択され、好ましくはM100である、実施形態26に記載の方法。
実施形態28:タイヤ構成要素が、タイヤトレッド、好ましくはトラック又はバスラジアルタイヤのタイヤトレッドであり、硬化したゴム組成物が、以下の物理的特性:(a)少なくとも約250%、好ましくは約250%~約550%の、23℃での破断点伸び、(b)少なくとも約18MPa、好ましくは約18MPa~約35MPaの、23℃での引張強度(Tb)、(c)約0.21以下、好ましくは約0.06~約0.21の、60℃でのtanデルタによって証明される転がり抵抗のうちの少なくとも1つを有する、実施形態1~27のいずれか1つに記載の方法。
実施形態29:硬化したゴム組成物が、特性(a)~(c)を有し、以下の物理的特性:(d)以下:(i)少なくとも約1.3MPa、好ましくは約1.3MPa~約2.5MPaのM50、(ii)少なくとも約2.3MPa、好ましくは約2.3MPa~約5MPaのM100、又は(iii)少なくとも約12MPa、好ましくは約12MPa~約22MPaのM300のうちの少なくとも1つから選択される係数も有する、実施形態28に記載の方法。
実施形態30:(a)~(d)の各々が、満たされ、係数が、M50又はM100から選択され、好ましくはM100である、実施形態29に記載の方法。
実施形態31:共晶組成物が、固体担体と予備混合されている、実施形態1~30のいずれか1つに記載の方法。
実施形態100:ゴム組成物を含むタイヤ構成要素、好ましくは、タイヤトレッドであって、ゴム組成物は、(a)(i)少なくとも1,200,000グラム/モル、好ましくは1.25~1.35グラム/モルのMw、少なくとも250,000グラム/モル、好ましくは300,000~400,000グラム/モルのMn、及び3~4のMw/Mnを有するグアユール天然ゴムによって提供される少なくとも10重量%を有する10~100部、好ましくは51~90部の天然ゴムと、(ii)0~90部、好ましくは10~49部の少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴムと、を含む、100部の少なくとも1種のゴムと、(b)カーボンブラック及びシリカから選択される、約30~約150phrの補強充填剤と、(c)硫黄系加硫剤、少なくとも1種の加硫促進剤、加硫活性化剤、及び共晶組成物、又はこれらの残留物を、好ましくは約0.005~約3phr、より好ましくは約0.01~約1phrの量で含む硬化パッケージと、を含み、(a)、(b)及び(c)が、タイヤ構成要素を提供するために、硬化したゴム組成物において使用されている、タイヤ構成要素。
実施形態101:タイヤ構成要素が、タイヤトレッドである、実施形態100に記載のタイヤ構成要素。
実施形態102:(i)の51~90部の天然ゴムが、グアユール天然ゴムによって提供される、実施形態100又は101に記載のタイヤ構成要素。
実施形態103:(ii)が、10~49部の量で存在する、実施形態100~102のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態104:共晶組成物が、約0.005~約3phrの量で存在する、実施形態100~103のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態105:共晶組成物が、約0.01~約1phrの量で存在する、実施形態100~104のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態106:グアユール天然ゴムが、少なくとも20重量%の天然ゴムを提供する、実施形態100~105のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態107:グアユール天然ゴムが、少なくとも30重量%の天然ゴムを提供する、実施形態100~105のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態108:グアユール天然ゴムが、少なくとも40重量%の天然ゴムを提供する、実施形態100~105のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態109:グアユール天然ゴムが、重量の大部分の天然ゴムを提供する、実施形態100~105のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態110:グアユール天然ゴムが、少なくとも70重量%の天然ゴムを提供する、実施形態100~105のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態111:グアユール天然ゴムが、より好ましくは少なくとも80重量%の天然ゴムである、実施形態100~105のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態112:グアユール天然ゴムが、100重量%の天然ゴムを提供する、実施形態100~105のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態113:グアユール天然ゴムが、約2~約5重量%の樹脂含量及び約0.1~約0.2重量%の灰分含量を有する、実施形態100~112のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態114:ゴム(iii)が、1,3-ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2-エチル-1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ペンタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、4-メチル-1,3-ペンタジエン、及び2,4-ヘキサジエンからなる群から選択される少なくとも100種の共役ジエン系モノマーと、任意選択で、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、o-メチルスチレン、p-ブチルスチレン、ビニルナフタレン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種のビニル芳香族モノマーとから作製されるポリマー又はコポリマーである、実施形態100~113のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態115:共役ジエンが、1,3-ブタジエンである、実施形態114に記載のタイヤ構成要素。
実施形態116:共役ジエンが、1,3-ブタジエンであり、芳香族ビニルモノマーが、スチレンである、実施形態114に記載のタイヤ構成要素。
実施形態117:ゴム(ii)が、スチレン-ブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、及びこれらの混合物からなる群から選択される、実施形態100~116のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態118:ゴム(ii)が、官能化高シスポリブタジエンゴム、好ましくはカーボンブラック反応性官能基で官能化された高シスポリブタジエンゴムを含む、実施形態117に記載のタイヤ構成要素。
実施形態119:共晶組成物が、アンモニウム化合物、ホスホニウム化合物、スルホニウム化合物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるカチオン源と、金属ハロゲン化物化合物、金属ハロゲン化物水和物化合物、水素結合供与体化合物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるアニオン源との組み合わせを含む、実施形態100~118のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態120:カチオン源が、アンモニウム化合物からなる群から選択され、好ましくは、以下:(i)式II:(R1)(R2)(R3)(R4)-N+-Φ-を有するアンモニウム化合物であって、式中、各R1、R2、R3、及びR4が、独立して、水素及び一価有機基から選択され、R1、R2、R3、及びR4のうちの2つが、二価有機基を形成するように連結され得、Φが、対アニオンである、アンモニウム化合物、(ii)好ましくは、N-エチル-2-ヒドロキシ-N,N-ジメチルエタンアミニウムクロリド、2-ヒドロキシ-N,N,N-トリメチルエタンアミニウムクロリド、及びN-ベンジル-2-ヒドロキシ-N,N-ジメチルエタンアミンクロリド、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、式IVを有するアンモニウム化合物、又は(iii)好ましくは、2-クロロ-N,N,N-トリメチルエタンアミニウム、及び2-(クロロカルボニルオキシ)-N,N,N-トリメチルエタンアミニウムクロリド、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、式IIIを有するアンモニウム化合物のうちの少なくとも1つから選択される、実施形態119に記載のタイヤ構成要素。
実施形態121:アニオン源が、水素結合供与体化合物からなる群から選択され、好ましくは、以下:(i)アミン、アミド、カルボン酸、アルコール、及びこれらの混合物;(ii)好ましくは、脂肪族アミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、アミノエチルピペラジン、トリエチレンテトラミン、トリス(2-アミノエチル)アミン、N,N’-ビス-(2アミノエチル)ピペラジン、ピペラジノエチルエチレンジアミン、及びテトラエチレンペンタアミン、プロピレンアミン、アニリン、置換アニリン、並びにこれらの組み合わせから選択されるアミン;(iii)好ましくは、尿素、1-メチル尿素、1,1-ジメチル尿素、1,3-ジメチル尿素、チオ尿素、ベンズアミド、アセトアミド、及びこれらの組み合わせから選択されるアミド;(iv)好ましくは、フェニルプロピオン酸、フェニル酢酸、安息香酸、シュウ酸、マロン酸、アジピン酸、コハク酸、クエン酸、トリカルバリル酸、及びこれらの組み合わせから選択されるカルボン酸;又は(v)好ましくは、脂肪族アルコール、フェノール、置換フェノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、レゾルシノール、置換レゾルシノール、グリセロール、ベンゼントリオール、及びこれらの組み合わせから選択されるアルコールのうちの少なくとも1つから選択される、実施形態120に記載のタイヤ構成要素。
実施形態122:アニオン源が、金属ハロゲン化物からなる群から選択され、好ましくは、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、塩化スズ、臭化スズ、ヨウ化スズ、塩化鉄、臭化鉄、及びヨウ化鉄、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態120又は121に記載のタイヤ構成要素。
実施形態123:共晶組成物が、塩化コリンと尿素との組み合わせを含む、実施形態100~122のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態124:タイヤ構成要素が、以下の物理的特性:(a)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも3%高い、23℃での破断点伸び、(b)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも5%高い、23℃での引張強度(Tb)、又は(c)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも低い、好ましくは少なくとも3%低い、60℃でのtanデルタによって証明される転がり抵抗のうちの1つを有する、タイヤトレッドである、実施形態100~123のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態125:(a)~(c)の各々が、満たされ、タイヤトレッドが、追加の以下の特性:(d)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも2%高い、M50、M100、M300、及びこれらの組み合わせから選択される係数も有する、実施形態124に記載のタイヤ構成要素。
実施形態126:(a)~(d)の各々が、満たされ、係数が、M50又はM100から選択され、好ましくはM100である、実施形態125に記載のタイヤ構成要素。
実施形態127:タイヤ構成要素が、タイヤトレッド、好ましくはトラック又はバスラジアルタイヤ用のタイヤトレッドであり、硬化したゴム組成物が、以下の物理的特性:(a)少なくとも約250%、好ましくは約250%~約550%の、23℃での破断点伸び、(b)少なくとも約18MPa、好ましくは約18MPa~約35MPaの、23℃での引張強度(Tb)、(c)約0.21以下、好ましくは約0.06~約0.21の、60℃でのtanデルタによって証明される転がり抵抗のうちの少なくとも1つを有する、実施形態100~123のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態128:硬化したゴム組成物が、特性(a)~(c)を有し、以下の物理的特性:(d)以下:(i)少なくとも約1.3MPa、好ましくは約1.3MPa~約2.5MPaのM50、(ii)少なくとも約2.3MPa、好ましくは約2.3MPa~約5MPaのM100、又は(iii)少なくとも約12MPa、好ましくは約12MPa~約22MPaのM300のうちの少なくとも1つから選択される係数を有する、実施形態127に記載のタイヤ構成要素。
実施形態129:共晶組成物が、固体担体と予備混合されている、実施形態100~128のいずれか1つに記載のタイヤ構成要素。
実施形態200:ゴム組成物を含むタイヤトレッドであって、ゴム組成物は、(a)(i)少なくとも1,200,000グラム/モル、好ましくは1.25~1.35グラム/モルのMw、少なくとも250,000グラム/モル、好ましくは300,000~400,000グラム/モルのMn、及び3~4のMw/Mnを有するグアユール天然ゴムによって提供される少なくとも10重量%を有する10~100部、好ましくは51~90部の天然ゴムと、(ii)0~90部、好ましくは10~49部の少なくとも1種の共役ジエンモノマー系ゴムと、を含む、100部の少なくとも1種のゴムと、(b)カーボンブラック及びシリカから選択される、約30~約150phrの補強充填剤と、(c)硫黄系加硫剤、少なくとも1種の加硫促進剤、加硫活性化剤、及び共晶組成物、又はこれらの残留物を、好ましくは約0.005~約3phr、より好ましくは約0.01~約1phrの量で含む硬化パッケージと、を含み、(a)、(b)及び(c)が、タイヤ構成要素を提供するために、硬化したゴム組成物において使用されている、タイヤトレッド。
実施形態201:タイヤ構成要素が、タイヤトレッドである、実施形態200に記載のタイヤトレッド。
実施形態202:(i)の51~90部の天然ゴムが、グアユール天然ゴムによって提供される、実施形態200又は201に記載のタイヤトレッド。
実施形態203:(ii)が、10~49部の量で存在する、実施形態200~202のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態204:共晶組成物が、約0.005~約3phrの量で存在する、実施形態200~203のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態205:共晶組成物が、約0.01~約1phrの量で存在する、実施形態200~204のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態206:グアユール天然ゴムが、少なくとも20重量%の天然ゴムを提供する、実施形態200~205のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態207:グアユール天然ゴムが、少なくとも30重量%の天然ゴムを提供する、実施形態200~205のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態208:グアユール天然ゴムが、少なくとも40重量%の天然ゴムを提供する、実施形態200~205のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態209:グアユール天然ゴムが、重量の大部分の天然ゴムを提供する、実施形態200~205のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態210:グアユール天然ゴムが、少なくとも70重量%の天然ゴムを提供する、実施形態200~205のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態211:グアユール天然ゴムが、より好ましくは少なくとも80重量%の天然ゴムである、実施形態200~205のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態212:グアユール天然ゴムが、200重量%の天然ゴムを提供する、実施形態100~205のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態213:グアユール天然ゴムが、約2~約5重量%の樹脂含量及び約0.1~約0.2重量%の灰分含量を有する、実施形態200~212のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態214:ゴム(iii)が、1,3-ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2-エチル-1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ペンタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、4-メチル-1,3-ペンタジエン、及び2,4-ヘキサジエンからなる群から選択される少なくとも200種の共役ジエン系モノマーと、任意選択で、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、o-メチルスチレン、p-ブチルスチレン、ビニルナフタレン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1種のビニル芳香族モノマーとから作製されるポリマー又はコポリマーである、実施形態200~213のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態215:共役ジエンが、1,3-ブタジエンである、実施形態214に記載のタイヤトレッド。
実施形態216:共役ジエンが、1,3-ブタジエンであり、芳香族ビニルモノマーが、スチレンである、実施形態214に記載のタイヤトレッド。
実施形態217:ゴム(ii)が、スチレン-ブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、及びこれらの混合物からなる群から選択される、実施形態200~216のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態218:ゴム(ii)が、官能化高シスポリブタジエンゴム、好ましくはカーボンブラック反応性官能基で官能化された高シスポリブタジエンゴムを含む、実施形態217に記載のタイヤトレッド。
実施形態219:共晶組成物が、アンモニウム化合物、ホスホニウム化合物、スルホニウム化合物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるカチオン源と、金属ハロゲン化物化合物、金属ハロゲン化物水和物化合物、水素結合供与体化合物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるアニオン源との組み合わせを含む、実施形態200~218のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態220:カチオン源が、アンモニウム化合物からなる群から選択され、好ましくは、以下:(i)式II:(R1)(R2)(R3)(R4)-N+-Φ-を有するアンモニウム化合物であって、式中、各R1、R2、R3、及びR4が、独立して、水素及び一価有機基から選択され、R1、R2、R3、及びR4のうちの2つが、二価有機基を形成するように連結され得、Φが、対アニオンである、アンモニウム化合物、(ii)好ましくは、N-エチル-2-ヒドロキシ-N,N-ジメチルエタンアミニウムクロリド、2-ヒドロキシ-N,N,N-トリメチルエタンアミニウムクロリド、及びN-ベンジル-2-ヒドロキシ-N,N-ジメチルエタンアミンクロリド、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、式IVを有するアンモニウム化合物、又は(iii)好ましくは、2-クロロ-N,N,N-トリメチルエタンアミニウム、及び2-(クロロカルボニルオキシ)-N,N,N-トリメチルエタンアミニウムクロリド、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、式IIIを有するアンモニウム化合物のうちの少なくとも1つから選択される、実施形態219に記載のタイヤトレッド。
実施形態221:アニオン源が、水素結合供与体化合物からなる群から選択され、好ましくは、以下:(i)アミン、アミド、カルボン酸、アルコール、及びこれらの混合物;(ii)好ましくは、脂肪族アミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、アミノエチルピペラジン、トリエチレンテトラミン、トリス(2-アミノエチル)アミン、N,N’-ビス-(2アミノエチル)ピペラジン、ピペラジノエチルエチレンジアミン、及びテトラエチレンペンタアミン、プロピレンアミン、アニリン、置換アニリン、並びにこれらの組み合わせから選択されるアミン;(iii)好ましくは、尿素、1-メチル尿素、1,1-ジメチル尿素、1,3-ジメチル尿素、チオ尿素、ベンズアミド、アセトアミド、及びこれらの組み合わせから選択されるアミド;(iv)好ましくは、フェニルプロピオン酸、フェニル酢酸、安息香酸、シュウ酸、マロン酸、アジピン酸、コハク酸、クエン酸、トリカルバリル酸、及びこれらの組み合わせから選択されるカルボン酸;又は(v)好ましくは、脂肪族アルコール、フェノール、置換フェノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、レゾルシノール、置換レゾルシノール、グリセロール、ベンゼントリオール、及びこれらの組み合わせから選択されるアルコールのうちの少なくとも1つから選択される、実施形態220に記載のタイヤトレッド。
実施形態222:アニオン源が、金属ハロゲン化物からなる群から選択され、好ましくは、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、塩化スズ、臭化スズ、ヨウ化スズ、塩化鉄、臭化鉄、及びヨウ化鉄、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態220又は221に記載のタイヤトレッド。
実施形態223:共晶組成物が、塩化コリンと尿素との組み合わせを含む、実施形態200~222のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態224:トレッドタイヤが、トラック又はバスラジアルタイヤ用である、実施形態200~223のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態225:タイヤトレッドが、空気入りタイヤ用、好ましくは乗用車又は軽トラック用である、実施形態200~223のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態226:以下の物理的特性:(a)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも3%高い、23℃での破断点伸び、(b)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも5%高い、23℃での引張強度(Tb)、又は(c)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも低い、好ましくは少なくとも3%低い、60℃でのtanデルタによって証明される転がり抵抗のうちの1つを有する、実施形態200~225のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態227:(a)~(c)の各々が、満たされ、タイヤトレッドが、追加の以下の特性:(d)グアユール天然ゴムの代わりにHevea天然ゴムを用いた比較用の硬化したゴム組成物よりも高い、好ましくは少なくとも2%高い、M50、M100、M300、及びこれらの組み合わせから選択される係数も有する、実施形態226に記載のタイヤトレッド。
実施形態228:(a)~(d)の各々が、満たされ、係数が、M50又はM100から選択され、好ましくはM100である、実施形態227に記載のタイヤトレッド。
実施形態229:タイヤトレッドは、トラック又はバスラジアルタイヤ用であり、硬化したゴム組成物が、以下の物理的特性:(a)少なくとも約250%、好ましくは約250%~約550%の、23℃での破断点伸び、(b)少なくとも約18MPa、好ましくは約18MPa~約35MPaの、23℃での引張強度(Tb)、(c)約0.21以下、好ましくは約0.06~約0.21の、60℃でのtanデルタによって証明される転がり抵抗のうちの少なくとも1つを有する、実施形態200~228のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
実施形態230:硬化したゴム組成物が、特性(a)~(c)を有し、以下の物理的特性:(d)以下:(i)少なくとも約1.3MPa、好ましくは約1.3MPa~約2.5MPaのM50、(ii)少なくとも約2.3MPa、好ましくは約2.3MPa~約5MPaのM100、又は(iii)少なくとも約12MPa、好ましくは約12MPa~約22MPaのM300のうちの少なくとも1つから選択される係数を有する、実施形態229に記載のタイヤトレッド。
実施形態231:共晶組成物が、固体担体と予備混合されている、実施形態200~230のいずれか1つに記載のタイヤトレッド。
本出願は、本明細書において開示されている組成物及び方法の実施形態が開示される数値範囲全体で実行できるため、明確な範囲限界が明細書内に言葉どおりに言及されていない場合でも、開示される数値範囲内の任意の範囲を支持する、いくつかの数値範囲限界を開示している。実質的に任意の複数又は単数の用語を本明細書で用いることに関して、当業者は、状況又は用途に適切となるように、複数から単数へ、又は単数から複数へ置き換えることができる。様々な単数又は複数の置き換えは、簡潔にするため、本明細書では明示的に記述されている場合がある。
全般的に、当業者は、本明細書及び特に添付の特許請求の範囲で使用された用語は、概して「オープン」な用語を意図していることを理解するであろう。例えば、「含む」という用語は、「含むがこれらに限定されない」と解釈されるべきであり、「有する」という用語は、「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「挙げられる」という用語は、「挙げられるがこれらに限定されない」と解釈されるべきである。更に、当業者は、前置きされた請求項の記載において特定の数が意図される場合、そのような意図は当該請求項中に明示的に記載されるものとし、そのような記載がない場合は、そのような意図も存在しないことを理解するだろう。例えば、理解を助けるものとして、以下の添付の特許請求の範囲には、請求項の記載を前置きするために、前置き語句「少なくとも1つ」及び「1つ以上」の使用を含む場合がある。しかし、そのような語句の使用は、同じ請求項が、前置き語句「1つ以上」又は「少なくとも1つ」、及び、「a」又は「an」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「a」又は「an」による請求項の記載の前置きが、そのように前置きされた請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、そのような記載を1つのみ含む発明に限定することを意味するものとして解釈されてはならず(例えば、「a」又は「an」は、典型的には、「少なくとも1つ」又は「1つ以上」を意味すると解釈されるべきである)、請求項の記載の前置きに使用される定冠詞の使用についても同じことが言える。加えて、前置きされた請求項の記載において特定の数が明示的に記載される場合でも、当業者は、このような記載が、少なくとも記載される数を意味するものと典型的には解釈されるべきであることを理解している(例えば、他の修飾語句を持たない明らかな記載である「2つの記載」は、典型的には、少なくとも2つの記載、又は2つ以上の記載を意味する)。更に、「A、B、及びCなどのうち少なくとも1つ」に類似する慣例表現を用いる場合、全般的に、このような構成は、当業者がその慣例表現を理解し得るという意味において意図される(例えば、「A、B、及びCのうち少なくとも1つを有するシステム」として、Aのみ、Bのみ、Cのみ、A及びBをともに、A及びCをともに、B及びCをともに、並びに/又は、A、B、及びCをともに有するシステムなどが挙げられ得るが、これらに限定されない)。更に、当業者は、事実上、2つ以上の代替用語を示す任意の離接的な単語又は語句は、明細書、請求項、又は図面を問わず、これらの用語のうちの1つ、これらの用語のうちのいずれか、又はこれらの用語の両方を含む可能性を企図すると理解されるべきであることを、理解するであろう。例えば、語句「A又はB」は、「A」又は「B」又は「A及びB」の可能性を含むと理解されるであろう。特許、特許出願、及び非特許文献を含むがこれらに限定されない全ての参考文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。組成物及び方法の様々な態様並びに実施形態を本明細書に開示してきたが、他の態様及び実施形態が、当業者には明らかであろう。本明細書で開示されている様々な態様及び実施形態は、例示目的であり、特許請求の範囲により示されている真の範囲及び趣旨を限定することを意図していない。