JPH04234446A - N,N’−(m−フェニレン)ビスマレイミドを含む硫黄加硫性ゴム組成物 - Google Patents

N,N’−(m−フェニレン)ビスマレイミドを含む硫黄加硫性ゴム組成物

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JPH04234446A
JPH04234446A JP3230483A JP23048391A JPH04234446A JP H04234446 A JPH04234446 A JP H04234446A JP 3230483 A JP3230483 A JP 3230483A JP 23048391 A JP23048391 A JP 23048391A JP H04234446 A JPH04234446 A JP H04234446A
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JP
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sulfur
rubber
bismaleimide
phenylene
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JP3115368B2 (ja
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Lawson Gibson Wideman
ローソン・ギブソン・ワイドマン
Paul Harry Sandstrom
ポール・ハリー・サンドストローム
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Goodyear Tire and Rubber Co
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Goodyear Tire and Rubber Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/16Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/34Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
    • C08K5/3412Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having one nitrogen atom in the ring
    • C08K5/3415Five-membered rings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L21/00Compositions of unspecified rubbers

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  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】多数のゴム製品、主に自動車タイ
ヤ、ホース、ベルト等は複合物として知られており、コ
ード形態の繊維で強化されている。このような場合には
全て、繊維はゴムにしっかりと結合されていなければな
らない。
【0002】
【従来の技術】ゴム複合物の製造で頻々問題になること
は、ゴムと強化材との接着を良好に維持することである
。ゴムと強化材との接着を促進する従来の方法は、ゴム
ラテックスとフェノール−ホルムアルデヒド縮合生成物
との混合物で強化材を予備処理することであり、フェノ
ールは殆ど常にレゾルシノールである。これが云わゆる
「RFL(レゾルシノール−ホルムアルデヒドヒドラテ
ックス)」法である。このような接着を促進する別法は
、加硫ゴム素材組成物にフェノール/ホルムアルデヒド
縮合生成物を配合して、その場で(加硫されたゴム/繊
維マトリックス中で)樹脂を形成することである(以下
、「イン−シテュ(in−situ)法」と称する)。 縮合生成物の成分はメチレン受容体とメチレン供与体と
からなる。最も一般的なメチレン供与体にはN−(置換
オキシメチル)メラミン、ヘキサメチレンテトラミン又
はヘキサメトキシメチルメラミンがある。一般的なメチ
レン受容体はレゾルシノールのようなジヒドロキシベン
ゼン化合物である。このイン−シテュ法は、強化材が鋼
線である場合に特に効果的であると知見されていた。R
EL系による鋼線の予備処理はあまり効果的でないこと
が観察されていたからである。
【0003】レゾルシノールは、各種メチレン供与体と
の反応によりゴム状ポリマー中で樹脂ネットワークを形
成することが知られている。不都合なことに、レゾルシ
ノールの使用には幾つかの固有の欠点がある。レゾルシ
ノールはゴム中に容易には分散せず、事実、樹脂もレゾ
ルシノールもゴムに化学結合するようにはならない。更
に、レゾルシノールはその原料形態では過度に揮発性で
あり、潜在的に毒性なので健康に有害である。レゾルシ
ノールを用いることの別の欠点は、周期的に供給不足に
なることである。
【0004】レゾルシノールを他のものに替えんとする
試みが多数なされてきたが、多大な成功を収めたものは
殆どなかった。例えば米国特許第4,605,696号
は、メチレン受容体としてフェノールエステルを使用し
てゴムと強化剤の接着を強化する方法を開示している。 このフェノールエステル類はレゾルシノールより揮発性
が低いが、それでも樹脂をゴムに化学的に引きつける反
応性部位を容易に与えるものではない。
【0005】ビスマレイミドは、架橋助剤として過酸化
物開始剤と共にゴムに使用されてきた。しかしながら、
ビスマレイミドがゴム内部で樹脂ネットワークを形成し
て硫黄加硫性ゴムを強化することは知られていない。
【0006】
【発明が解決しょうとする課題】従って、ゴムの剥ぎ取
り接着力及び引き裂き力を同時に向上させるようなイン
−シテュ樹脂系で用いるレゾルシノールの代替物が求め
られている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、硫黄加硫性ゴ
ム、硫黄加硫剤及び(a)メチレン供与体と(b)N,
N’−(m−フェニレン)ビスマレイミドとの反応生成
物からなる硫黄加硫性ゴム組成物に関するものである。
【0008】本発明は、硫黄加硫性ゴム内部の樹脂ネッ
トワークにN,N’−(m−フェニレン)ビスマレイミ
ドを一成分として添入することに関する。本発明の一利
点は、N,N’−(m−フェニレン)ビスマレイミドが
低い揮発性を示し、かつ、イン−シテュ−樹脂法でレゾ
ルシノールの反応性に類似していることである。
【0009】本発明は、(1)硫黄加硫性ゴム、(2)
硫黄加硫剤、(3)約0.1乃至50 phrのメチレ
ン供与体及び(4)約0.1乃至50 phrのN,N
’−(m−フェニレン)ビスマレイミドを含んでなる硫
黄加硫性ゴム組成物にも関する。
【0010】本発明の目的に関し、N,N’−(m−フ
ェニレン)ビスマレイミドはメチレン受容体として機能
する。「メチレン受容体」なる語は、当業者の知るとこ
ろであり、それにメチレン供与体が反応してメチロール
モノマーと考えられるものを形成する反応物を記すため
に用いられる。 メチロールモノマーが縮合してメチレン橋を形成すると
樹脂になる。後でメチレン橋になる部分に寄与する最初
の反応物がメチレン供与体であり、もう一つの反応物が
メチレン受容体である。
【0011】硫黄加硫されたゴム組成物に含まれるN,
N’−(m−フェニレン)ビスマレイミドの量は、ゴム
のタイプ及び所望の物理的性質すなわち接着性や引裂き
性に応じて変化する。一般的に云えば、この量はゴム1
00重量部当り約0.1乃至約50重量部(phr)の
範囲にわたる。N,N’−(m−フェニレン)ビスマレ
イミドの量は、約0.5乃至約5.0 phrの範囲に
あることが好ましい。
【0012】N,N’−(m−フェニレン)ビスマレイ
ミドとメチレン供与体を組み合せると、「硫黄加硫性エ
ラストマー又はゴム」の諸性質を改善する。本願で使用
する「硫黄加硫性エラストマー又はゴム」は天然ゴム及
びその各種の原料形態及び再生形態並びに各種合成ゴム
を包含する。 代表的な合成ポリマーには、ブタジエンとその同族体及
び誘導体、例えばメチルブタジエン、ジメチルブタジエ
ン及びペンタジエンの単独重合生成物、並びにブタジエ
ン又はその同族体若しくは誘導体とその他の不飽和有機
化合物から形成されるような共重合物が含まれる。後者
には、アセチレン類たとえばビニルアセチレン;オレフ
ィン例えばイソプレンと共重合してブチルゴムを形成す
るイソブチレン;ビニル化合物、例えばアクリル酸、ア
クリロニトリル(ブタジエンと重合してNBRを形成す
る)、メタクリル酸及びスチレン(後者はブタジエンと
重合してSBRを形成する)並びにビニルエステル類及
び各種の不飽和のアルデヒド、ケトン及びエーテル、例
えばアクロレイン、メチルイソプロペニルケトン及びビ
ニルエチルエーテルがある。イソプレンの単独重合及び
イソプレンと他のジオレフィン類を各種不飽和有機化合
物と共重合させて調製される各種合成ゴムも包含される
。1,4−シス−ポリブタジエン及び1,4−シス−ポ
リイソプレン並びに同様な合成ゴム等の合成ゴムも包含
される。
【0013】合成ゴムの特定例には、ポリブタジエン(
トランス−及びシス−1,4−ポリブタジエンを含む)
、ポリイソプレン(シス−1,4−ポリイソプレンを含
む)、ブチルゴム、1,3−ブタジエン又はイソプレン
とスチレン、アクリロニトリル及びメタクリル酸メチル
等のモノマーとのコポリマーが含まれる。本発明に用い
て好適な合成ゴムは、ポリブタジエン、ポリイソブチレ
ン、ブタジエン−スチレンコポリマー及びシス−1,4
−ポリイソプレンである。
【0014】本発明の硫黄加硫性ゴム組成物はメチレン
供与体を含有する。「メチレン供与体」なる語は、N,
N’−(m−フェニレン)−ビスマレイミドと反応する
ことができ、その場所で樹脂を形成する化合物を意味す
る。
【0015】硫黄加硫されたゴム組成物に含まれるメチ
レン供与体の量は、ゴムのタイプ及び所望の物理的性質
すなわち接着性及び引裂き性に応じて変化する。一般的
に云うと、この量は約0.1乃至約50 phrの範囲
にわたる。 メチレン供与体の含有量は、約0.5乃至約5.0 p
hrの範囲にあると好ましい。
【0016】本発明に用いて好適なメチレン供与体の例
には、ヘキサメチレンテトラミン、ヘキサエトキシメチ
ルメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ラウリロ
キシメチルピリジニウムクロリド、エトキシメチルピリ
ジニウムクロリド、トリオキサンヘキサメトキシメチル
メラミン、(その水酸基がエステル若しくは部分エステ
ル化されていてもよい)及びパラホルムアルデヒド等の
ホルムアルデヒドのポリマーが含まれる。メチレン供与
体は、上記のものに加えて、一般式
【0017】
【0018】のN置換オキシメチルメラミンであっても
よい。
【0019】上式中、Xは1乃至8個の炭素原子を有す
るアルキルであり;R,R1,R2,R3及びR4は水
素、1乃至8個の炭素原子を有するアルキル、−CH2
OX基又はその縮合生成物から独立に選択される。特定
のメチレン供与体には、ヘキサキス(メトキシメチル)
メラミン、N,N’,N”−トリメチル/N,N’,N
”−トリメチロールメラミン、ヘキサメチロールメラミ
ン、N,N’,N”−ジメチロールメラミン、N−メチ
ロールメラミン、N,N’−ジメチロールメラミン、N
,N’,N”−トリス(メトキシメチル)メラミン及び
N,N’,N”−トリブチル−N,N’,N”−トリメ
チロールメラミンが含まれる。 メラミンのN−メチロール誘導体は公知の方法により調
製される。
【0020】メチレン供与体:N,N’−(m−フェニ
レン)ビスマレイミドの重量比は変えることができる。 一般的に云えば、この重量比は約1:10乃至約10:
1の範囲にわたり、約1:3乃至3:1の範囲が好適で
ある。
【0021】本発明の硫黄加硫性ゴム組成物は硫黄加硫
剤を含有する。硫黄加硫剤の好適例には、元素硫黄(遊
離硫黄)又は硫黄を供与する加硫剤たとえば二硫化アミ
ン、ポリスルフィド重合体又は硫黄オレフィンアダクト
が含まれる。硫黄加硫剤は元素硫黄が好ましい。硫黄加
硫剤の量は、ゴムのタイプ及び使用する硫黄加硫剤の個
々のタイプに応じて変化する。一般的に云うと、硫黄加
硫剤の量は約 0.1乃至約 5 phrの範囲にわた
り、約 0.5乃至約 2 phrの範囲が好適である
【0022】強化材料と共に複合物の形成に用いられる
加硫性ゴム組成物は、タイヤ、ベルト又はホースの製造
に使用することができる。複合物の形成に使用されるゴ
ム加硫物は、通常の配合諸成分たとえばカーボンブラッ
ク、分解防止剤、酸化亜鉛、促進剤、シリカ、プロセス
油及び柔軟性付与油等を含有する。プロダクティブ原料
(productive stock)又は非プロダク
ティブ原料の何れにメチレン供与体を配合してもよい。 メチレン供与体は一般に混合がより均一になる非プロダ
クティブ原料への配合が好ましい。硫黄加硫性ゴムへの
メチレン受容体の添入は、バンバリー又はブラベンダを
使用するなど常用の混合手段により行なうことができる
【0023】硬化物の諸性質は、モンサント(Mons
anto)振動ディスクレオメータを用い、150℃の
温度及び11ヘルツの周波数で操作して測定された。振
動ディスクレオメータは、バビット(Robert O
. Babbit)編の Vanderbilt Ru
bber Handbook(米国コネチカット州ノー
ウォーク;アール、ティー、ファンダービルト社(R.
T.  Vanderbilt Company,In
c)、1978年)第583ほ591頁に記載されてい
る。このキュアメータの使用法及び曲線から読み取られ
る標準値はASTM D−2084に詳しく記載されて
いる。 振動ディスクレオメータで得られる代表的な硬化曲線は
、Vanderbilt Rubber Handbo
ok 1978年版の第588頁に示されている。
【0024】このような振動ディスクレオメーターでは
、配合されたゴム試料を一定振幅で振動する剪断作用に
付する。試験対象材料中に振動ディスクを埋置し、加硫
温度でのロータの振動に要するトルクを測定するのであ
る。この硬化試験を用いて得られる値は、ゴム処方又は
配合物処方の変化が極めて容易に検出される理由で非常
に重要である。急速硬化速度を有すると通常は有利なこ
とは明らかである。
【0025】下記の表は、調製された二種のゴム配合物
に関して得られた硬化曲線から定量した硬化の性質を報
告するものである。この硬化の性質には、最小トルク、
最大トルク、25%トルク増の時間(分)(t25分)
及び90%トルク増の時間(分)(t90分)がある。
【0026】剥ぎ取り接着試験を行なって、調製した各
種ゴム配合物間の界面接着を測定した。この界面接着の
測定は、インストロン(Instron)機を用い、両
端を互いに180°の角度で引張りながら一方の配合物
を他方の配合物から未引裂試験試料に対して直角に引き
離して行なった。接触面積は、硬化時のコンパウンド間
にマイラー(Mylar)シートを配置して測定した。 試験時は、両材料はマイラーシートの窓を介して互いに
接触するのである。
【0027】ナイロンへの接着は、タイヤコード接着試
験(TCAT)を用いて評価した。ニコルソン(D.W
.Nicholson)、リビングストン(D.I.L
ivingston)及びフィールディング−ラッセル
(G.S.Fielding−Russell)のTi
re Science and Technology
(1978)6,114;フィールディン−ラッセル及
びリビングストンの Rubber Chemistr
y and   Technology(1980)5
3,950;及びロンゴン(R.L.Rongone)
、ニコルソン及びペイン(R.E.Payne)の米国
特許第4,095,465号(1978年6月20日)
に記載の方法に従って試料を調製して試験した。
【0028】本発明を説明するため以下に実施例を提示
する。但しこれらの実施例は本発明を限定するものでは
ない。
【0029】
【実施例1】物理的試験 下記の表1は、本実施例に用いた基本的なゴムコンパウ
ンドを示すものである。このゴムコンパウンドは三段バ
ンバリー混合にて調製された。部数及び百分率は、特記
無い限り全て重量基準である。
【0030】表1に記載した樹脂成分を夫々の量(ph
r)で用いて種々の試料を調製した。各試料の硬化デー
タ並びにその他の物理的データを表2に記載する。
【0031】                          
       表    1            
            試料1    試料2   
 試料3    試料4    試料5第一非プロダク
ティブ   天然ゴム              100.0
     100.0     100.0     
100.0     100.0  カーボンブラック
       15.0      15.0    
  15.0      15.0      15.
0第二非プロダクティブ   カーボンブラック       35.0    
  35.0      35.0      35.
0      35.0  プロセス油       
       5.0       5.0     
  5.0       5.0       5.0
  脂肪酸                  1.
0       1.0       1.0    
   1.0       1.0  酸化亜鉛   
             5.0       5.
0       5.0       5.0    
   5.0  酸化防止剤            
  2.0       2.0       2.0
       2.0       2.0  N,N
’−(m−フェニレン)   ビスマレイミド          0     
    0         0.75      0
         1.5  レゾルシノール    
      0         0.75     
 0         1.5       0プロダ
クティブ   硫黄、促進剤、   遅延剤                  3.
2       3.2       3.2    
   3.2       3.2  ヘキサメチレン   テトラミン              0   
      1.5       1.5      
 0         0  ヘキサメトキシメチル   メラミン                0  
       0         0       
  1.5       1.5          
                      表  
  2                      
  試料1    試料2    試料3    試料
4    試料5レゾルシノール          
  0         0.75      0  
       1.5       0N,N’−(m
−フェニレン) ビスマレイミド            0     
    0         0.75      0
         1.5ヘキサメチレン テトラミン                0   
      1.5       1.5      
 0         0ヘキサメトキシメチル メラミン                  0  
       0         0       
  1.5       1.5レオメータ(150℃
) 最大トルク               39.4 
     47.6      45.5      
46.4      45.9最小トルク      
         11.0      12.3  
    11.5      11.4      1
1.0トルク差                 2
8.4      35.3      34.0  
    35.0      34.8t90、分  
                 22.6    
  20.4      18.2      24.
5      27.1t25、分         
         15.0       9.9  
    10.0      14.9      1
6.0応力ー歪 引張り強さ、MPa         21.7   
   26.6      27.4      24
.7      25.3破断伸び、%       
    487       502       5
08       486       461100
%弾性率、MPa         2.15    
  2.81      2.90      2.7
4      3.07300%弾性率、MPa   
     11.1      14.3      
15.0      13.4      15.0反
撥率(ASTM D1054) 100℃、%               68.0
      70        71.5     
 67.5      69.5剥取り接着(95℃)   対自己、ニュートン   164       1
59       193       184   
    135ナイロン接着力   ニュートン            22.1  
    25.0      27.2      2
8.2      39.6レオバイブロン  E’,60℃、MPa、            1
.07      1.55      1.41  
    1.85      1.69 タンデルタ、
60℃         0.017     0.0
16     0.014     0.016   
  0.015レゾルシノールをN,N’−(m−フェ
ニレン)ビスマレイミドに置き換えると、対照試料より
も弾性率(300%)が増加した樹脂を形成する。剥ぎ
取り接着力が対照試料(レゾルシノールを含む配合物)
よりも増加することは、マレイミドのテールを介して樹
脂がジエンゴムに結合することを示している。弾性率と
引裂き力が共に増大することは非常に望ましいことであ
り、かつまた、極めて達成困難なことである。  レゾルシノールとヘキサメチレンテトラミンとを組み合
わせると(試料2)、対照(試料1)と比べて最大レオ
メータトルク、300%弾性率及び60℃のレオバイブ
ロン(Rheovibron)E’が増加した樹脂配合
物が得られる。レゾルシノールの代わりにN,N’−(
m−フェニレン)ビスマレイミドを用い且つヘキサメチ
レンテトラミンを組み合わせたもの(試料3)も、対照
(試料1)と比べて最大レオメータトルク、300%弾
性率及びレオバイブロンE’が増加した樹脂配合物を形
成する。ビスマレイミドコンパウンド(試料3)も、レ
ゾルシノールコンパウンド(試料2)よりも反撥率、対
自己剥ぎ取り接着力(引裂き力)及び対ナイロン接着力
が高い。レゾルシノールとヘキサメトキシメチルメラミ
ンとを組み合わせたもの(試料4)も対照(試料1)と
比べて最大レオメータトルク、300%弾性率及び60
℃のレオバイブロンE’が高い樹脂配合物を形成する。 レゾルシノールに代えてマレイミドを用い且つメラミン
を組み合わせたもの(試料5)も、レオメータ最大トル
ク、300%弾性率及びレオバイブロンE’が増大した
樹脂配合物を形成する。マレイミドは、高い反撥率及び
著しく高い対ナイロン接着力を与える点でもレゾルシノ
ール(試料4)よりも有利であることを示している。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  硫黄加硫性ゴム、硫黄加硫剤及び(a
    )メチレン供与体と(b)N,N’−(m−フェニレン
    )ビスマレイミドとの反応生成物を含んでいる硫黄加硫
    性ゴム組成物。
  2. 【請求項2】  ゴムが天然ゴム、ポリブタジエン、ポ
    リイソプレン、ブチルゴム、EPDM、スチレン/ブタ
    ジエンコポリマー、アクリロニトリル、ブタジエン及び
    スチレンのターポリマー並びにそれらの混合物からなる
    群から選択される請求項1の組成物。
  3. 【請求項3】  メチレン供与体がヘキサメチレンテト
    ラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ラウリロキシ
    メチルピリジニウムクロリド、エチロキシメチルピリジ
    ニウムクロリド、トリオキサンヘキサメチロールメラミ
    ン及びパラホルムアルデヒドからなる群から選択される
    請求項1の組成物。
  4. 【請求項4】  メチレン供与体が、一般式(式中、X
    は1乃至8個の炭素原子を有するアルキルであり、R、
    R1,R2、R3、及び  R4は水素、1乃至8個の
    炭素原子を有するアルキル、−CH2OX又はそれらの
    縮合生成物からなる群から独立に選択される)から選択
    される請求項1の組成物。
  5. 【請求項5】  メチレン供与体がヘキサキス(メトキ
    シメチル)メラミン、N,N’,N”−トリメチル/N
    ,N’,N”−トリメチロールメラミン、ヘキサメチロ
    ールメラミン、N,N’,N”−ジメチロールメラミン
    、N−メチロールメラミン、N,N’−ジメチロールメ
    ラミン、N,N’,N”−トリス(メトキシメチル)メ
    ラミン及びN,N’,N”−トリブチル−N,N’,N
    ”−トリメチロールメラミンからなる群から選択される
    請求項1の組成物。
  6. 【請求項6】  メチレン供与体対N,N’−(m −
    フェニレン)ビスマレイミドの重量比が約1対10乃至
    約10対1の範囲にわたる請求項1の組成物。
  7. 【請求項7】  メチレン供与体対N,N’−(m −
    フェニレン)ビスマレイミドの重量比が約1対3乃至約
    3対1の範囲にわたる請求項6の組成物。
  8. 【請求項8】  硫黄加硫剤が元素硫黄、二硫化アミン
    、ポリスフィド重合体又は硫黄オレフィンアダクトから
    なる群から選択される請求項1の組成物。
  9. 【請求項9】  硫黄加硫剤が約0.1乃至約 5 p
    hrの範囲にわたる請求項8の組成物。
  10. 【請求項10】  硫黄加硫性ゴムに含まれるN,N’
    −(m−フェニレン)ビスマレイミドの量が約0.1乃
    至約50 phrの範囲にわたる請求項1の組成物。
  11. 【請求項11】  N,N’−(m−フェニレン)ビス
    マレイミドの量が約0.5乃至約5.0 phrの範囲
    にわたる請求項10の組成物。
  12. 【請求項12】  メチレン供与体の量が約0.1乃至
    50 phrの範囲にわたる請求項1の組成物。
  13. 【請求項13】  メチレン供与体の量が約0.5乃至
    5 phrの範囲にわたる請求項12の組成物。
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