JPH09278942A - ゴム・カーボンブラック用カップリング剤、その製造方法およびタイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

ゴム・カーボンブラック用カップリング剤、その製造方法およびタイヤ用ゴム組成物

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JPH09278942A
JPH09278942A JP9556596A JP9556596A JPH09278942A JP H09278942 A JPH09278942 A JP H09278942A JP 9556596 A JP9556596 A JP 9556596A JP 9556596 A JP9556596 A JP 9556596A JP H09278942 A JPH09278942 A JP H09278942A
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稔 上田
Meikyo Katanosaka
明郷 片ノ坂
Kazuyo Mukai
和代 向井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性、ウェットグリップに優れ、省燃費
性が高いタイヤに用いられる新規なゴム・カーボンブラ
ック用カップリング剤を提供することである。 【解決手段】 ゴム・カーボンブラック用カップリング
剤は、下記一般式(1)で示される化合物およびその塩
のうちの少なくとも1種の有機イオウ化合物(A)から
なっている。 【化1】 (但し、R1,R2,R3 およびR4 はいずれも水素原子ま
たは炭素数1〜3のアルキル基、Xはアルキレン基、n
は3〜12の整数である。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム・カーボンブ
ラック用カップリング剤、その製造方法およびタイヤ用
ゴム組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車に対する省燃費の要請が高
まっており、また、タイヤの特性が省燃費化に対して重
要な影響を及ぼすことから、省燃費性に優れたタイヤ用
ゴム組成物が強く望まれている。一方、走行安全性の面
から、湿潤路面でのグリップ力(以下、「ウェットグリ
ップ」という)が重視されている。
【0003】しかし、一般に省燃費タイヤとするために
はヒステリシスロスを小さくする必要があるが、ヒステ
リシスロスが小さいということは転がり抵抗が小さいこ
とを意味するため、グリップ力が低下することになる。
一方、ウェットグリップ力の向上は転がり抵抗を大きく
することであるが、この場合、ヒステリシスロスも大き
くなって燃費が悪くなる。このように両者は相反する関
係にあるため、両者を満足するゴム組成物の研究開発が
進められている。
【0004】例えば、補強剤としてカーボンブラックを
用いたタイヤ用ゴム組成物が一般的であるが、カーボン
ブラック配合量が増加するとヒステリシスロスも増大す
るという一般的事実から、ゴム分子とカーボンブラック
との化学結合を生じさせやすくすることによりカーボン
ブラックの分散性を改良し、ヒステリシスロスを低減さ
せる試みがなされている。ゴム分子とカーボンブラック
との化学結合を生じさせやすくする物質は、一般に化学
プロモーターと称されており、例えば、ニトロソ系化合
物を配合することにより、ヒステリシスロスが減少する
という報告がある(Kenneth W.Doak et al.;Rubber Che
m.Technol,28,895(1995) 、Payne,A.R.et al.;J.Rubb.R
es.Inst.Malaya,22,275(1969)、Walker,L.A. et al.;Ru
bberAge 90.925(1962)、Patts.K.T. et al.;Rubber Che
m.Technol,47,289(1974) 、Daneil F.Graves;Rubber Ch
em.Technol,66,61(1993))。これらの報告によると、い
ずれもヒステリシスロスの低減は達成されるが、耐亀裂
成長性に問題があると記載されている。
【0005】ヒステリシスロスの低減を図る別の化学プ
ロモーターとして、ジニトロアミン系のカーボンブラッ
ク/ゴムカップリング剤が提案されている(Yamaguchi,
T. etal.;Kautschuk Gummi.Kunnst.,42,403(1989))。し
かし、かかる報告によると、ジニトロアミン系のカーボ
ンブラック/ゴムカップリング剤は、ポリイソプレン系
ゴムに対しては効果的であるが、SBR等のブタジエン
系ゴムでは、特に効果は認められない(Yamaguchi,T. et
al.;Kautschuk Gummi.Kunnst.,42,403(1989)の第406
頁参照) 。
【0006】化学プロモーターを使用する代わりに、表
面を修飾したカーボンブラックを製造し、これをゴム組
成物の一成分として使用することが知られている。たと
えば、アニオン重合体の末端にクロロシリル基またはイ
ソシアネート基を導入した重合体とカーボンブラックと
を反応させると、表面が修飾されたカーボンブラックが
得られ、この表面が修飾されたカーボンブラックをゴム
組成物の成分として用いることが提案されている(特開
平4−328113号公報および特開平5−23028
6号公報)。しかしながら、この方法でゴム組成物を製
造すると、予め重合体を製造する工程と、得られた重合
体をカーボンブラックとを反応させて表面修飾する工程
が新たに必要となるため、ゴム組成物に到るまでの工程
が長くなり、製造効率の低下は避けられない。
【0007】尚、カーボンブラック以外のゴム用補強剤
としてシリカ(ホワイトカーボン)を用い、シランカッ
プリング剤を併用することによりヒステリシスロスが低
減されることがよく知られているが、補強剤としてカー
ボンブラックに代えてシリカを用いることは、耐摩耗性
の低下につながり、これをさらに向上させることが望ま
れている。
【0008】ポリイソプレン系ゴム、ブタジエン系ゴム
のいずれに対しても効果のあるゴム・カーボンブラック
用カップリング剤として、本出願人は先に特定のアミノ
チオールおよび/またはその塩を特願平7−14645
4号で提案し、この発明により省燃費性の向上効果を得
ているが、耐摩耗性、ウェットグリップ、省燃費性をさ
らに向上させることが望まれている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、耐摩耗性、ウェットグリップに優れ、省燃
費性が高いタイヤに用いられる新規なゴム・カーボンブ
ラック用カップリング剤を提供することである。本発明
が解決しようとする別の課題は、耐摩耗性、ウェットグ
リップに優れ、省燃費性が高いタイヤに用いられる新規
なゴム・カーボンブラック用カップリング剤を、容易に
しかも効率よく製造することである。
【0010】本発明が解決しようとするさらに別の課題
は、耐摩耗性、ウェットグリップに優れ、省燃費性が高
いタイヤに用いられるタイヤ用ゴム組成物を提供するこ
とである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記技術
動向をふまえて鋭意検討した結果、ポリイソプレン系ゴ
ム、ブタジエン系ゴムのいずれに対しても効果があり、
新規なゴム・カーボンブラック用カップリング剤を見い
だし、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明
のゴム・カーボンブラック用カップリング剤は、下記一
般式(1)で示される化合物およびその塩のうちの少な
くとも1種の有機イオウ化合物(A)からなっている。
【0012】
【化6】
【0013】(但し、R1,R2,R3 およびR4 はいずれ
も水素原子または炭素数1〜3のアルキル基、Xはアル
キレン基、nは3〜12の整数である。) 本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤の製
造方法は、下記一般式(2)で示されるチオールおよび
その塩のうちの少なくとも1種からなるチオール類とイ
オウとをアミンの存在下に反応させることを特徴として
いる。
【0014】
【化7】
【0015】(但し、R1 およびR2 はいずれも水素原
子または炭素数1〜3のアルキル基、Xはアルキレン基
である。) 本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤の別
の製造方法は、下記一般式(3)で示されるハロゲン化
アルキルと下記一般式(4)で示される硫化物とを反応
させることを特徴としている。
【0016】
【化8】
【0017】(但し、R1 およびR2 はいずれも水素原
子または炭素数1〜3のアルキル基、Xはアルキレン
基、Yは塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子から選ば
れる少なくとも1種である。)
【0018】
【化9】
【0019】(但し、Mは金属原子またはアンモニウ
ム、nは4〜12の整数である。) 本発明のタイヤ用ゴム組成物と、下記一般式(5)で示
される化合物およびその塩のうちの少なくとも1種から
なる有機イオウ化合物(B)、ジエン系ゴムおよびカー
ボンブラックを配合してなる。
【0020】
【化10】
【0021】(但し、R1,R2,R3 およびR4 はいずれ
も水素原子または炭素数1〜3のアルキル基、Xはアル
キレン基、nは1〜12の整数である。) 前記カーボンブラックは、窒素吸着比表面積が50〜2
50m2 /g、DBP吸油量が60〜150ml/10
0gであり、前記ジエン系ゴム100重量部に対して2
0〜150重量部配合されていると好ましい。
【0022】−10℃における損失係数(tanδ(-10
℃) )および70℃における損失係数(tanδ(70
℃) )の値が下式を満たしていると好ましい。 0.03≦tanδ(70 ℃) ≦0.35 W.I.R ={tanδ(-10℃) −tanδc(-10℃) }/
tanδc(-10℃) R.I.R ={tanδc(70 ℃) −tanδ(70 ℃) }/
tanδc(70 ℃) T.I.R =W.I.R +2×(R.I.R) ≧0.2 (但し、式中、tanδc(-10℃) およびtanδc(7
0 ℃) は、前記有機イオウ化合物(B)を有しない以外
は同様の組成を有する対照ゴム組成物の−10℃および
70℃のtanδである。) 前記有機イオウ化合物(B)は、前記ジエン系ゴム10
0gに対して0.3〜30mmol配合されていると好
ましい。
【0023】
【発明の実施の形態】ゴム・カーボンブラック用カップリング剤 本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤は、
一般式(1)で示される化合物およびその塩のうちの少
なくとも1種の有機イオウ化合物(A)からなる。
【0024】一般式(1)中、R1,R2,R3 およびR4
はいずれも水素原子または炭素数1〜3のアルキル基で
ある。R1,R2,R3 およびR4 の具体例としては、水素
原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−
プロピル基等を挙げることができる。なお、R1,R2,R
3 およびR4 はいずれも同じであってもよく、また、互
いに異なっていてもよい。中でも、R1,R2,R3 および
4 が、水素原子およびメチル基から選ばれるものであ
るとカーボンブラックとの結合という観点からは立体障
害の小さいため好ましく、メチル基であると製造し易い
ためさらに好ましい。また、有機イオウ化合物(A)を
ゴム組成物に配合した時に、tanδの低減効果の面か
らは、アミノ基が3級よりも1級または2級であるのが
好ましい。
【0025】Xとしては、直鎖のアルキレン基を有する
炭化水素基であれば特に限定はないが、炭素数2〜10
の直鎖状のアルキレン基であると、ゴム組成物に配合し
た時の物理特性(省燃費性、柔軟性)が良好となるため
好ましく、炭素数2〜8の直鎖状のアルキレン基である
とさらに好ましい。nは3〜12の整数であれば特に限
定はないが、nが4〜10であると、ゴム組成物中での
ゴム成分との反応性および遊離イオウ量(遊離イオウ量
が多すぎるとゴムが固くなり、少なすぎるとゴムとの反
応性が低下する)のコントロールの面から、好ましく、
nが4〜8であるとさらに好ましい。nが4であると最
も好ましい。nが3未満であると、ゴムとの反応性が低
下したり、加工性が低下する。
【0026】有機イオウ化合物(A)は一般式(1)で
示される化合物およびその塩のうちの少なくとも1種か
らなる。一般には、一般式(1)で示される化合物はそ
の構造が不安定である場合があるため、一般式(1)で
示される化合物を塩酸等の酸と反応させて得られる塩を
有機イオウ化合物(A)として用いることもできる。有
機イオウ化合物(A)としては、例えば、ビス(2−ジ
メチルアミノエチル)テトラスルフィド、ビス(3−ア
ミノプロピル)テトラスルフィド、ビス(6−ジメチル
アミノヘキシル)テトラスルフィドおよびこれらの塩酸
塩等が挙げられる。ゴム・カーボンブラック用カップリング剤の製造方法 本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を製
造する方法は、特に限定されないが、たとえば、一般
式(2)で示されるチオールおよびその塩のうちの少な
くとも1種からなるチオール類とイオウとをアミンの存
在下に反応させる方法、一般式(3)で示されるハロ
ゲン化アルキルと一般式(4)で示される硫化物とを反
応させる方法等があり、これらの方法によってゴム・カ
ーボンブラック用カップリング剤を容易にしかも効率よ
く製造することができる。 〔の製造方法〕以下に、上記に示したゴム・カーボ
ンブラック用カップリング剤の製造方法を詳細に説明す
る。
【0027】チオール類は、一般式(2)で示されるチ
オールおよびその塩のうちの少なくとも1種からなって
おり、一般式(2)で示されるチオールでもよく、その
塩であってもよい。チオール類がチオールを塩酸等の酸
と反応させて得られる塩である場合は、得られるゴム・
カーボンブラック用カップリング剤が安定となるために
好ましい。
【0028】一般式(2)中、R1,R2 はいずれも水素
原子または炭素数1〜3のアルキル基である。R1,R2
の具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、n
−プロピル基、iso−プロピル基等を挙げることがで
きる。なお、R1 およびR2はいずれも同じであっても
よく、また、互いに異なっていてもよい。中でも、R 1,
2,R3 およびR4 が、水素原子およびメチル基から選
ばれるものであると、得られたゴム・カーボンブラック
用カップリング剤とカーボンブラックとの結合という観
点からは立体障害の小さいため好ましく、メチル基であ
ると製造し易いためさらに好ましい。
【0029】一般式(2)中、Xとしては、直鎖のアル
キレン基を有する炭化水素基であれば特に限定はない
が、炭素数2〜10の直鎖状のアルキレン基であると、
得られたゴム・カーボンブラック用カップリング剤を配
合した時の物理特性(省燃費性、柔軟性)が良好となる
ため好ましく、炭素数2〜8の直鎖状のアルキレン基で
あるとさらに好ましい。アルキレン基が短い程、イオウ
が多いポリスルフィドが生成する傾向がある。
【0030】チオール類は一般式(2)で示されるチオ
ールおよびその塩のうちの少なくとも1種であれば、特
に限定はなく、チオール類の具体例としては、ジメチル
アミノエタンチオール、2−アミノエタンチオール、3
−アミノプロパンチオール、ジメチルアミノプロパンチ
オール、ジメチルアミノヘキサンチオール、6−アミノ
ヘキサンチオール等のチオールおよびその塩を挙げるこ
とができる。これらのチオール類は1種または必要に応
じて2種以上を使用してもよい。その中でも、チオール
類がジメチルアミノエタンチオール、2−アミノエタン
チオールから選ばれる少なくとも1種およびその塩であ
ると、入手し易いために好ましい。
【0031】イオウは2分子のチオール類と反応して、
ゴム・カーボンブラック用カップリング剤が得られる。
イオウには同素体が存在することが知られているが、本
製造方法に使用するイオウについては、同素体の種類に
限定はない。チオール類とイオウとの使用量は特に限定
はないが、チオール類1モルに対して、イオウを1〜2
モル使用すると、ポリスルフィド結合数を所望の結合数
にコントロールできるため好ましい。
【0032】アミンは触媒として作用し反応を促進す
る。アミンとしては特に限定はないが、具体的として
は、n−プロピルアミン、ピリジン、トリエチルアミン
や、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリ
メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエ
チルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリ
プロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリ
ブチルアミン等の脂肪族アミン;アニリン、N−メチル
アニリン、N,N−ジメチルアニリン、ピリジン、メチ
ルピリジン、ジメチルピリジン等の芳香族アミン等を挙
げることができる。これらのアミンは1種または必要に
応じて2種以上を使用してもよい。
【0033】アミンの使用量については特に限定はない
が、チオール類1モルに対して、アミンを1〜3モル使
用すると反応速度を速くし、これをコントロールできる
ため好ましい。チオール類とイオウとの反応は、無溶媒
または溶媒中で行うことができる。反応に使用すること
ができる溶媒としては、メタノール、エタノール、プロ
パノール、エチレングリコール等のアルコール;塩化メ
チレン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化
水素;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル;
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、テトラヒドロ
フラン、ジオキサン等のエーテル等を挙げることができ
る。これらの溶媒は1種または必要に応じて2種以上を
使用してもよい。その中でも、溶媒がメタノール、クロ
ロホルム、アセトニトリルから選ばれる少なくとも1種
であると、チオール類が溶媒に良く溶け、より均一に反
応を行うことができるため好ましい。
【0034】チオール類とイオウとの反応において、そ
の反応時間および反応温度については特に限定はない。
反応時間については、0.1〜5時間、好ましくは0.
1〜1時間である。反応温度については、通常20〜8
0℃であり、好ましくは20〜60℃である。また、反
応圧力は、常圧、減圧および加圧のいずれでもよい。チ
オール類とイオウとの反応での操作手順については特に
限定はないが、イオウが固体であるため、イオウを連続
的に反応系に添加するのは困難であるので、イオウとア
ミンとを含む溶媒中にチオール類を滴下するのが好まし
い。 〔の製造方法〕次に、上記に示したゴム・カーボン
ブラック用カップリング剤の別の製造方法を詳細に説明
する。
【0035】ハロゲン化アルキルは一般式(3)で示さ
れる化合物であり、一般式(3)中、Yは塩素原子、臭
素原子およびヨウ素原子から選ばれる少なくとも1種で
あってもよいが、ハロゲン化アルキルと硫化ナトリウム
との反応性および経済性の観点からは臭素原子であるの
が好ましく、経済性からは塩素原子であるのが好まし
い。
【0036】一般式(3)中、R1,R2 はいずれも水素
原子または炭素数1〜3のアルキル基である。R1,R2
の具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、n
−プロピル基、iso−プロピル基等を挙げることがで
きる。なお、R1 およびR2はいずれも同じであっても
よく、また、互いに異なっていてもよい。なお、R1
よびR2 はいずれも同じであってもよく、また、互いに
異なっていてもよい。中でも、R1 およびR2 が、水素
原子およびメチル基から選ばれるものであると、得られ
たゴム・カーボンブラック用カップリング剤とカーボン
ブラックとの結合という観点からは立体障害の小さいた
め好ましく、メチル基であると製造し易いためさらに好
ましい。
【0037】Xとしては、直鎖のアルキレン基を有する
炭化水素基であれば特に限定はないが、炭素数2〜10
の直鎖状のアルキレン基であると、得られたゴム・カー
ボンブラック用カップリング剤を配合した時の物理特性
(省燃費性、柔軟性)が良好となるため好ましく、炭素
数2〜8の直鎖状のアルキレン基であるとさらに好まし
い。アルキレン基が短い程、イオウが多いポリスルフィ
ドが生成する傾向がある。
【0038】ハロゲン化アルキルは一般式(3)で示さ
れる化合物であれば特に限定はなく、ハロゲン化アルキ
ルの具体例としては、ジメチルアミノプロピルクロライ
ド、ジメチルアミノプロピルブロマイド、ジメチルアミ
ノプロピルイオダイド、ジメチルアミノヘキシルクロラ
イド、ジメチルアミノヘキシルブロマイド、ジメチルア
ミノヘキシルイオダイド、3−アミノプロピルクロライ
ド、3−アミノプロピルブロマイド等を挙げることがで
きる。これらのハロゲン化アルキルは1種または必要に
応じて2種以上を使用してもよい。その中でも、ハロゲ
ン化アルキルがジメチルアミノプロピルクロライド、ジ
メチルアミノプロピルブロマイド、ジメチルアミノヘキ
シルクロライド、ジメチルアミノヘキシルブロマイドか
ら選ばれる少なくとも1種が好ましい。
【0039】硫化物は一般式(4)で示される化合物で
ある。一般式(4)中、Mは金属原子またはアンモニウ
ムであれば特に限定はない。金属原子の具体例として
は、リチウム、ナトリウム、カリウム、オスミウム、そ
の中でも、金属原子がナトリウムであると、反応性およ
び経済性の観点からは好ましい。一般式(4)中、nは
4〜12の整数であれば特に限定はないが、nが2〜1
0であると、安定で取扱易く、安価であるため好まし
く、nが3〜6であるとさらに好ましい。
【0040】硫化物は一般式(4)で示される化合物で
あれば特に限定はなく、硫化物の具体例としては、Na
2 4 、Na2 5 、K2 6 、Os2 6 、Na2
6 等の金属硫化物;(NH4 2 4 、(NH4 2
5 、(NH4 2 9 等の硫化アンモニウム等を挙げる
ことができる。これらの硫化物は1種または必要に応じ
て2種以上を使用してもよい。その中でも、硫化物がN
2 4 またはNa26 であると、安定で取扱易く、
安価であるために好ましい。
【0041】ハロゲン化アルキルと硫化物との使用量は
特に限定はないが、ハロゲン化アルキル1モルに対し
て、硫化物を0.1〜5モル使用すると、ポリスルフィ
ド結合数を所望の結合数にコントロールできるため好ま
しい。ハロゲン化アルキルと硫化物との反応は、無溶媒
または溶媒中で行うことができる。反応に使用すること
ができる溶媒としては、メタノール、エタノール、プロ
パノール、エチレングリコール等のアルコール;ジエチ
ルエーテル、ジプロピルエーテル、テトラヒドロフラ
ン、ジオキサン等のエーテル;アセトン、メチルエチル
ケトン等のケトン等の有機溶媒を挙げることができる。
これらの溶媒は1種または必要に応じて2種以上を使用
してもよい。その中でも、溶媒がメタノールまたはエタ
ノールであると好ましい。
【0042】なお、溶媒として水を使用することは可能
であるが、水を使用した場合は、反応によって生成する
副生成物である塩は水に溶解するため、反応混合物から
塩のみを除去する工程が必要となる。それに対して、有
機溶媒では塩は溶けず、有機溶媒中で析出させることが
できるので、有機溶媒を使用するのが好ましい。ハロゲ
ン化アルキルと硫化物との反応において、その反応時間
および反応温度については特に限定はない。反応時間に
ついては、0.5〜12時間、好ましくは1〜8時間で
ある。反応温度については、通常20〜80℃であり、
好ましくは20〜60℃である。また、反応圧力は、常
圧、減圧および加圧のいずれでもよい。
【0043】ハロゲン化アルキルと硫化物との反応での
操作手順については特に限定はないが、硫化物が固体で
あるため、硫化物を連続的に反応系に添加するのは困難
であるので、硫化物を含む溶媒中にハロゲン化アルキル
を滴下するのが好ましい。上記およびに示した方法
以外のゴム・カーボンブラック用カップリング剤の製造
方法としては、たとえば、上記一般式(2)で示され
るチオールと下記一般式(6)で示されるハロゲン化イ
オウとを反応させる方法がある。
【0044】
【化11】
【0045】(但し、mは1〜4の整数、Yは塩素原子
または臭素原子である。) さらに、その他の製造方法としては、下記一般式
(7)で示されるハロゲン化合物と上記一般式(4)で
示される硫化物とを反応させた後、下記一般式(8)で
示されるアミノ化合物をさらに反応させる方法や、フ
タルイミドカリウムに下記一般式(7)で示されるハロ
ゲン化合物を反応させた後、上記一般式(4)で示され
る硫化物とを反応させ、さらにメチルヒドラジンまたは
塩酸を反応させる、Gabriel 合成反応を修飾した方法が
ある。
【0046】
【化12】
【0047】(但し、Xはアルキレン基、Yは塩素原子
または臭素原子である。)
【0048】
【化13】
【0049】(但し、R5 およびR6 はいずれも水素原
子または炭素数1〜3のアルキル基である。)タイヤ用ゴム組成物 本発明のタイヤ用ゴム組成物は、有機イオウ化合物
(B)、ジエン系ゴムおよびカーボンブラックを配合し
てなる組成物である。
【0050】本発明のゴム組成物に用いられるジエン系
ゴムの種類は特に限定されず、天然ゴム、ポリイソプレ
ンゴム等のイソプレン系ゴム;ポリブタジエンゴム、ス
チレン−ブタジエンゴム(SBR)等のブタジエン系ゴ
ムのいずれをも用いることができ、1種または必要に応
じて2種以上を使用することができる。中でも、ジエン
系ゴムとして、ブタジエン系ゴムを含むものが、ウェッ
トグリップ、省燃費性等のタイヤの諸特性およびロール
加工性、押出し加工性、成形加工性等の加工性のバラン
スが良好であるため好ましく、ブタジエン系ゴムがジエ
ン系ゴムの少なくとも20重量%以上であるとさらに好
ましい。
【0051】カーボンブラックは、窒素吸着比表面積が
50〜250m2 /g、DBP吸油量が60〜150m
l/100gの特性を有するカーボンブラックが好まし
く用いられる。窒素吸着比表面積が50m2 /g未満ま
たはDBP吸油量が60ml/100g未満では補強性
に劣る。また、窒素吸着比表面積が250m2 /gを超
えると分散性が悪くなり、DBP吸油量が150ml/
100gを超えると粘度が上昇しすぎて加工性が悪くな
る。カーボンブラックとしては、窒素吸着比表面積が7
0〜230m2 /g、DBP吸油量が70〜140ml
/100gの特性を有するカーボンブラックがさらに好
ましく用いられる。
【0052】カーボンブラックの配合量は、ウェットグ
リップ、省燃費性、摩耗性、等のタイヤの諸特性および
ロール加工性、押出し加工性、成形加工性等の加工性に
ついての総合的なバランスを考えると、ゴム成分100
重量部あたり20〜150重量部であることが好まし
く、25〜80重量部であるさらに好ましい。また、本
発明のゴム組成物には、一般式(5)で示される化合物
およびその塩のうちの少なくとも1種からなる有機イオ
ウ化合物(B)が配合されている。なお、前述の有機イ
オウ化合物(A)はすべて有機イオウ化合物(B)に含
まれる化合物である。
【0053】一般式(5)中、R1,R2,R3 およびR4
はいずれも水素原子または炭素数1〜3のアルキル基で
ある。R1,R2,R3 およびR4 の具体的としては、水素
原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−
プロピル基等を挙げることができる。なお、R1,R2,R
3 およびR4 はいずれも同じであってもよく、また、互
いに異なっていてもよい。R1,R2,R3 およびR4 は水
素原子、メチル基であると好ましく、水素原子であると
さらに好ましい。
【0054】Xとしては、直鎖のアルキレン基を有する
炭化水素基であれば特に限定はないが、炭素数2〜10
の直鎖状のアルキレン基であると、ゴム組成物の物理特
性(省燃費性、柔軟性)が良好となるため好ましく、炭
素数2〜8の直鎖状のアルキレン基であるとさらに好ま
しい。nは1〜12の整数であれば特に限定はないが、
nが4〜12であると、ゴムと有機イオウ化合物(B)
との反応性および反応によって遊離するイオウの量をコ
ントロールできるため好ましく、nが4〜8であるとさ
らに好ましい。nが小さいと、ゴムと有機イオウ化合物
(B)との反応性が低下する。また、nが大きいと、ゴ
ムが固くなり過ぎることがある。
【0055】有機イオウ化合物(B)は一般式(5)で
示される化合物およびその塩のうちの少なくとも1種か
らなる。一般には、一般式(5)で示される化合物はそ
の構造が不安定な場合があるため、一般式(5)で示さ
れる化合物を塩酸等の酸と反応させて得られる塩を有機
イオウ化合物(B)として用いることができる。有機イ
オウ化合物(B)としては、例えば、ビス(2−ジメチ
ルアミノエチル)テトラスルフィド、ビス(2−アミノ
エチル)テトラスルフィド、シスタミン、ビス(3−ア
ミノプロピル)テトラスルフィド、ビス(6−ジメチル
アミノヘキシル)テトラスルフィド、ビス(6−アミノ
ヘキシル)テトラスルフィドおよびこれらの塩酸塩等が
挙げられる。中でも、有機イオウ化合物(B)が、ビス
(2−ジメチルアミノエチル)テトラスルフィド、ビス
(2−アミノエチル)テトラスルフィドおよびこれらの
塩酸塩から選ばれ少なくとも1種であると、入手し易く
好ましく、また、有機イオウ化合物(B)がビス(6−
アミノヘキシル)テトラスルフィドおよびこの塩酸塩か
ら選ばれ少なくとも1種であると、省燃費性に優れるた
め好ましい。
【0056】有機イオウ化合物(B)の配合量は適宜選
択されるが、一般に後述のtanδの関係を満たすよう
にするためには、有機イオウ化合物(B)がジエン系ゴ
ム100gに対して0.1ミリモル〜100ミリモル配
合されていると、耐摩耗性、ウェットグリップがさらに
向上し、省燃費性がより高くなるため好ましい。有機イ
オウ化合物(B)の配合量はジエン系ゴム100gに対
して、さらに好ましくは0.2〜50ミリモル、より好
ましくは0.3〜30ミリモル、最も好ましくは0.5
〜20ミリモルである。
【0057】また、本発明のゴム組成物には、必要に応
じて、加硫剤、加硫促進剤をはじめとする通常のゴム配
合で用いられる補強剤、充填剤、軟化剤、加工助剤、老
化防止剤等の添加剤が適宜配合され得る。本発明のタイ
ヤ用ゴム組成物は、以上のような組成を有するゴム組成
物であるが、ゴム成分の種類、有機イオウ化合物(B)
の種類、カーボンブラックの種類、さらには他の添加剤
の種類、および配合量、混練方法、加硫方法等によりそ
の損失係数(tanδ)の値は種々に変化し得る。本発
明の対象とするタイヤ用ゴム組成物が、特に、tanδ
が下記に示す一定の要件を満足するゴム組成物であると
好ましい。
【0058】ここで、ウェットグリップは低温域(例え
ば、−10〜0℃)のtanδと密接に関係があり、転
がり抵抗は高温域(例えば、50〜70℃)のtanδ
と密接に関係がある。低温域でのtanδの値の大きい
方がウェットグリップが良好であり、高温域でのtan
δの値の小さい方が省燃費性が優れていることがわかっ
ている(Y.Saito の「New Polymer Development for Lo
w Rolling ResistanceTyres 」,1986 年のKautschuk un
d Gummi Kunststoffe 39参照)。
【0059】本発明のタイヤ用ゴム組成物では、ウェッ
トグリップの指標として、−10℃の損失係数(tan
δ(-10℃) )を用い、転がり抵抗の指標として70℃の
損失係数(tanδ(70 ℃) )を用いて、tanδ(-10
℃) とtanδ(70 ℃) とが下式を満たしていると、ウ
ェットグリップがさらに向上し、省燃費性がより高くな
るため好ましい。
【0060】0.03≦tanδ(70 ℃) ≦0.35 W.I.R ={tanδ(-10℃) −tanδc(-10℃) }/
tanδc(-10℃) R.I.R ={tanδc(70 ℃) −tanδ(70 ℃) }/
tanδc(70 ℃) T.I.R =W.I.R +2×(R.I.R) ≧0.2 式中、tanδc(-10℃) およびtanδc(70 ℃)
は、対照ゴム組成物、すなわち有機イオウ化合物(B)
が配合されていない以外は等しい組成を有するゴム組成
物の−10℃および70℃のtanδである。一般にt
anδの値は、カーボンブラック、軟化剤、および加硫
剤等の種類および量に大きく依存しており、これらは従
来の技術において説明したように、ウェットグリップ、
および省燃費性のみならず他の必要特性、例えば耐摩耗
性、加工性等の様々な特性とのバランスの中で最適化さ
れる。従って、有機イオウ化合物(B)による改良効果
を調べるためには、対照とされる基本配合ゴム組成物と
の比較する必要がある。また、T.I.R.の式中で
R.I.R.を2倍にしているのは、R.I.R.を改
良することによって得られるメリットおよびR.I.
R.を改良することの難易度を考慮して重みづけしたこ
とによる。
【0061】tanδ(70 ℃) を上記範囲に限定した理
由は、tanδ(70 ℃) が0.03未満では耐摩耗性が
極端に悪くなり、0.35を超えると省燃費性が極端に
悪くなるので好ましくないからである。また、T.I.
R.の値を0.2以上としたのは、実際にこの技術を応
用した場合に省燃費性に優れることを確認し易いためで
ある。
【0062】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。 −実施例1− 〔ビス(2−ジメチルアミノエチル)テトラスルフィド
(塩酸塩)の製造〕2リットルのフラスコにイオウ3
0.5g、メタノール578.5gを仕込んでサスペン
ジョンとした後、n−プロピルアミン3.7gを加え
た。次に、ジメチルアミノエタンチオール塩酸塩90g
のメタノール溶液(27wt%)を、フラスコ内の液温
を60℃に保持しながら、2時間かけて滴下した。その
後60℃で15時間反応を継続し、放冷後、反応液を一
度濾過した溶液を濃縮したものに水120gを加え、さ
らにエーテル450mlと7.5%KOH120mlを
入れて分液した。エーテル層の溶媒を留去し、スルフィ
ド混合物24gを得た。
【0063】また、反応に使用したフラスコの壁面に付
着していた析出物をメタノール400mlを加え加温し
て、析出物でメタノールに溶けるものを溶解させ、未溶
解のイオウを濾過した。濾液を放冷後、再析出物を濾過
し減圧乾燥してスルフィド塩酸塩混合物を得た(5.3
g)。スルフィド混合物について、1 H−NMR、13
−NMR、FAB−MSおよびFT−IRを測定した。 1 H−NMR スルフィド混合物をCDCl3 に溶かして1 H−NMR
を測定し、測定結果を図1に示す。図2は図1をさらに
拡大してものである。1 H−NMR測定結果からは、混
合物は、A:ビス(2−ジメチルアミノエチル)ジスル
フィド,B:ビス(2−ジメチルアミノエチル)トリス
ルフィド,C:ビス(2−ジメチルアミノエチル)テト
ラスルフィドからなり、それぞれの比率(A:B:C)
は、プロトン比率(積分比率)から、4.0:1.3:
0.26(モル比)、68:26:6(重量比)であ
る。 13C−NMR スルフィド混合物の13C−NMRを測定し、測定結果を
図3に示す。図4は図3をさらに拡大してものである。
13C−NMRでも1 H−NMRと同様に、スルフィド混
合物は、上記A、BおよびCの混合物であることが確認
された。FAB−MS スルフィド混合物をクロロホルムに溶かし、その5%溶
液を調製した。この溶液3μlとm−ニトロベンジルア
ルコール(NBA)約2mgとをFAB−MS用のター
ゲット上で混和させた液を測定溶液とした。測定条件は
以下のとおり。スルフィド混合物のFAB−MSを測定
し、測定結果を図5に示す。
【0064】測定結果から、m/z=44,58,7
2,104,136は、上記A、BおよびCの部分構造
を示している。スルフィド混合物はアミン化合物ですの
で、分子イオンは検出されず、そのプロトン付加体とし
て検出された(m/z=209,241,273)。こ
れらをまとめたFAB−MSの帰属を表1に示す。
【0065】
【表1】
【0066】〔FAB−MSの測定条件〕 装置:JMS AX505H(日本電子製) 一次粒子:キャノン 3KV,10mA スキャンレインジ(m/z):20〜2000 スキャン速度:8sec マトリックス:m−ニトロベンジルアルコール イオンマルチ:1.5kv(POSモード)FT−IR スルフィド混合物のFT−IRを測定すると、反応原料
中の−SH基に由来する吸収は消失していることが確認
され、−CH2 N(CH3 2 のC−H伸縮に由来する
強い吸収が2800cm-1付近にみられた。
【0067】スルフィド混合物は、以上の測定(1 H−
NMR、13C−NMR、FAB−MSおよびFT−I
R)結果から、目的とするC:ビス(2−ジメチルアミ
ノエチル)テトラスルフィドを含み、B:ビス(2−ジ
メチルアミノエチル)トリスルフィドをさらに含んでい
ることが確認された。また、スルフィド塩酸塩混合物を
アルカリ性条件下でスルフィド混合物に変換して、1
−NMR、13C−NMR、FAB−MSおよびFT−I
Rを測定すると上記と同じ結果が得られた。
【0068】−実施例2− 〔ビス(2−ジメチルアミノプロピル)テトラスルフィ
ドの製造〕4硫化ナトリウム2.9gのメタノール溶液
(5wt%)にジメチルアミノプロピルクロライド4.
0gのメタノール溶液(30wt%)を滴下し、53
℃、6時間の反応条件でメタノール還流下で反応させ
た。溶液を濾過、濃縮後、テトラヒドロフラン(TH
F)に溶解し可溶部を濃縮し、ビス(2−ジメチルアミ
ノプロピル)テトラスルフィドを得た(2g)。
【0069】得られたビス(2−ジメチルアミノプロピ
ル)テトラスルフィドの構造も、実施例1と同様にし
て、1 H−NMR、13C−NMR、FAB−MSおよび
FT−IRを測定することによって、ビス(2−ジメチ
ルアミノプロピル)テトラスルフィドであることが確認
された。 −実施例および比較例、ゴム組成物No.1〜23−ゴム組成物No.1〜7 表2に示す配合組成(単位:phr)を有するゴム組成
物No.1〜7を調製し、各ゴム組成物の−10℃およ
び70℃におけるtanδを測定し、測定値に基づいて
W.I.R.,T.I.R.,R.I.R.を算出し
た。これらの値も併せて表1に示す。No.1,No.
5は、有機イオウ化合物(B)を含まない対照ゴム組成
物に該当する比較例である。この他は実施例に該当し、
No.3,No.4,No.7では有機イオウ化合物
(B)として実施例1、実施例2で得られ、精製した化
合物を使用し、No.2,No.6では有機イオウ化合
物(B)として市販のシスタミン二塩酸塩を使用した。
【0070】
【表2】
【0071】*1 日本合成ゴム製溶液重合SBR *2:ISAF(窒素吸着比表面積111m2 /g,DB
P吸油量115ml/100g) *3:N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフ
ェンアミド *4:N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスル
フェンアミド *5:ジエン系ゴム100gに対する有機イオウ化合物(B)
の量(mmol) 各ゴム組成物について、ウェットグリップおよび省燃費
性を下記評価方法に基づいて測定し、その結果を表3に
示す。 〔評価方法〕 ウェットグリップ;ゴム組成物を用いて作成したタイヤ
を取り付けたμ−S測定車で、湿潤路面を時速40km
で走行し、ブレーキをかけて車輪をロックさせた時点か
ら測定車が停止するまでの間の摩擦係数(μ)を測定
し、この間の最大摩擦係数を測定した。ゴム組成物N
o.A1で作成したタイヤの最大摩擦係数を100とし
て、他のゴム組成物で作成したタイヤの最大摩擦係数を
指数で表した。指数が大きい程、ウェットグリップに優
れている。
【0072】省燃費性;荷重350kgfをかけた状態
で、時速80kmでタイヤを回転させて転がり摩擦係数
を測定した。ゴム組成物No.A1で作成したタイヤの
転がり摩擦係数を100として、他のゴム組成物で作成
したタイヤの転がり摩擦係数を指数で表した。指数が小
さい程、転がり抵抗が小さく、省燃費性に優れている。
【0073】
【表3】
【0074】〔評価〕No.1と比較して、No.2〜
4ではウェットグリップは同レベルを維持しており、加
えて省燃費性が改良されている。また、No.5と比較
して、No.6〜7では、上記と同様に、ウェットグリ
ップは同レベルを維持しており、加えて省燃費性が改良
されている。ゴム組成物No.8〜15 表4に示す配合組成(単位:phr)を有するゴム組成
物No.8〜15を調製し、各ゴム組成物の−10℃お
よび70℃におけるtanδをゴム組成物No.1〜7
と同様にして測定し、測定値に基づいてW.I.R.,
T.I.R.,R.I.R.を算出した。これらの値も
併せて表4に示す。No.8は、有機イオウ化合物
(B)を含まない対照ゴム組成物に該当する。この他は
実施例に該当し、ジエン系ゴム100gに対して有機イ
オウ化合物(B)であるシスタミン二塩酸塩の配合量を
0.5〜50mmolの範囲で変更したものであり、図
6はシステアミン塩酸塩の配合量とT.I.R.との関
係を示す図である。
【0075】
【表4】
【0076】*1 日本合成ゴム製溶液重合SBR *2:ISAF(窒素吸着比表面積111m2 /g,DB
P吸油量115ml/100g) *3:N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフ
ェンアミド *4:ジエン系ゴム100gに対する有機イオウ化合物(B)
の量(mmol) 各ゴム組成物について、ウェットグリップおよび省燃費
性を上記評価方法に基づいて測定し、その結果を表5に
示す。
【0077】
【表5】
【0078】〔評価〕No.8と比較して、No.9〜
15ではウェットグリップは同レベルを維持しており、
加えて省燃費性が改良されている。図6より、有機イオ
ウ化合物(B)であるシスタミン二塩酸塩の配合量が1
〜5mmolの少量であってもT.I.R.の値は大き
く、配合量が5mmolあたりまではT.I.R.の値
は単調増加する。配合量が5mmolを超えるとT.
I.R.の値はゆるやかに減少に転じ、配合量が多すぎ
るとT.I.R.は低下するようになる。ゴム組成物No.16〜23 表6に示す配合組成(単位:phr)を有するゴム組成
物No.16〜23を調製し、各ゴム組成物の−10℃
および70℃におけるtanδをゴム組成物No.1〜
7と同様にして測定し、測定値に基づいてW.I.
R.,T.I.R.,R.I.R.を算出した。これら
の値も併せて表6に示す。No.16は、有機イオウ化
合物(B)を含まない対照ゴム組成物に該当する。この
他は実施例に該当し、ジエン系ゴム100gに対して有
機イオウ化合物(B)であるビス(2−ジメチルアミノ
エチル)テトラスルフィドの配合量を0.5〜50mm
olの範囲で変更したものであり、図7はビス(2−ジ
メチルアミノエチル)テトラスルフィドの配合量とT.
I.R.との関係を示す図である。
【0079】
【表6】
【0080】*1 日本合成ゴム製溶液重合SBR *2:ISAF(窒素吸着比表面積111m2 /g,DB
P吸油量115ml/100g) *3:N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフ
ェンアミド *4:ジエン系ゴム100gに対する有機イオウ化合物(B)
の量(mmol) 各ゴム組成物について、ウェットグリップおよび省燃費
性を上記評価方法に基づいて測定し、その結果を表7に
示す。
【0081】
【表7】
【0082】〔評価〕No.16と比較して、No.1
7〜23ではウェットグリップは同レベルを維持してお
り、加えて省燃費性が改良されている。図7より、有機
イオウ化合物(B)であるビス(2−ジメチルアミノエ
チル)テトラスルフィドの配合量が1〜5mmolの少
量であってもT.I.R.の値は大きく、配合量が5m
molあたりまではT.I.R.の値は単調増加する。
配合量が5mmolを超えるとT.I.R.の値はゆる
やかに減少に転じ、配合量が多すぎるとT.I.R.は
低下するようになる。
【0083】
【発明の効果】本発明のゴム・カーボンブラック用カッ
プリング剤は、一般式(1)で示される化合物およびそ
の塩のうちの少なくとも1種の有機イオウ化合物(A)
からなっているため、このゴム・カーボンブラック用カ
ップリング剤を含んでいると耐摩耗性、ウェットグリッ
プに優れ、省燃費性が高いタイヤとなる。
【0084】本発明のゴム・カーボンブラック用カップ
リング剤の製造方法によれば、耐摩耗性、ウェットグリ
ップに優れ、省燃費性が高いタイヤに用いられる新規な
ゴム・カーボンブラック用カップリング剤を、容易にし
かも効率よく製造することができる。本発明のタイヤ用
ゴム組成物は、一般式(5)で示される化合物およびそ
の塩のうちの少なくとも1種からなる有機イオウ化合物
(B)、ジエン系ゴムおよびカーボンブラックを配合し
てなるため、耐摩耗性、ウェットグリップに優れ、省燃
費性が高いタイヤを得ることができる。
【0085】前記カーボンブラックは、窒素吸着比表面
積が50〜250m2 /g、DBP吸油量が60〜15
0ml/100gであり、前記ジエン系ゴム100重量
部に対して20〜150重量部配合されていると、ウェ
ットグリップ、省燃費性、摩耗性、等のタイヤの諸特性
およびロール加工性、押出し加工性、成形加工性等の加
工性についての総合的なバランスをとることができる。
【0086】−10℃における損失係数(tanδ(-10
℃) )および70℃における損失係数(tanδ(70
℃) )の値が上式を満たしていると、ウェットグリップ
がさらに向上し、省燃費性がより高くなる。前記有機イ
オウ化合物(B)は、前記ジエン系ゴム100gに対し
て0.3〜30mmol配合されていると、前述のta
nδの関係を満たすようになり、耐摩耗性、ウェットグ
リップがさらに向上し、省燃費性がより高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られたスルフィド混合物の1 H−
NMRを測定した結果を示す図である。
【図2】実施例1で得られたスルフィド混合物の1 H−
NMRを測定した結果を示す拡大図である。
【図3】実施例1で得られたスルフィド混合物の13C−
NMRを測定した結果を示す図である。
【図4】実施例1で得られたスルフィド混合物の13C−
NMRを測定した結果を示す拡大図である。
【図5】実施例1で得られたスルフィド混合物のFAB
−MSを測定した結果を示す図である。
【図6】タイヤ用ゴム組成物において、シスタミン二塩
酸塩の配合量とT.I.R.との関係を示す図である。
【図7】タイヤ用ゴム組成物において、ビス(2−ジメ
チルアミノエチル)テトラスルフィドの配合量とT.
I.R.との関係を示す図である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(1)で示される化合物および
    その塩のうちの少なくとも1種の有機イオウ化合物
    (A)からなるゴム・カーボンブラック用カップリング
    剤。 【化1】 (但し、R1,R2,R3 およびR4 はいずれも水素原子ま
    たは炭素数1〜3のアルキル基、Xはアルキレン基、n
    は3〜12の整数である。)
  2. 【請求項2】下記一般式(2)で示されるチオールおよ
    びその塩のうちの少なくとも1種からなるチオール類と
    イオウとをアミンの存在下に反応させることを特徴とす
    るゴム・カーボンブラック用カップリング剤の製造方
    法。 【化2】 (但し、R1 およびR2 はいずれも水素原子または炭素
    数1〜3のアルキル基、Xはアルキレン基である。)
  3. 【請求項3】下記一般式(3)で示されるハロゲン化ア
    ルキルと下記一般式(4)で示される硫化物とを反応さ
    せることを特徴とするゴム・カーボンブラック用カップ
    リング剤の製造方法。 【化3】 (但し、R1 およびR2 はいずれも水素原子または炭素
    数1〜3のアルキル基、Xはアルキレン基、Yは塩素原
    子、臭素原子およびヨウ素原子から選ばれる少なくとも
    1種である。) 【化4】 (但し、Mは金属原子またはアンモニウム、nは4〜1
    2の整数である。)
  4. 【請求項4】下記一般式(5)で示される化合物および
    その塩のうちの少なくとも1種からなる有機イオウ化合
    物(B)、ジエン系ゴムおよびカーボンブラックを配合
    してなるゴム組成物。 【化5】 (但し、R1,R2,R3 およびR4 はいずれも水素原子ま
    たは炭素数1〜3のアルキル基、Xはアルキレン基、n
    は1〜12の整数である。)
  5. 【請求項5】前記カーボンブラックは、窒素吸着比表面
    積が50〜250m2 /g、DBP吸油量が60〜15
    0ml/100gであり、前記ジエン系ゴム100重量
    部に対して20〜150重量部配合されている、請求項
    4に記載のタイヤ用ゴム組成物。
  6. 【請求項6】−10℃における損失係数(tanδ(-10
    ℃) )および70℃における損失係数(tanδ(70
    ℃) )の値が下式を満たしている、請求項4または5に
    記載のタイヤ用ゴム組成物。 0.03≦tanδ(70 ℃) ≦0.35 W.I.R ={tanδ(-10℃) −tanδc(-10℃) }/
    tanδc(-10℃) R.I.R ={tanδc(70 ℃) −tanδ(70 ℃) }/
    tanδc(70 ℃) T.I.R =W.I.R +2×(R.I.R) ≧0.2 (但し、式中、tanδc(-10℃) およびtanδc(7
    0 ℃) は、前記有機イオウ化合物(B)を有しない以外
    は同様の組成を有する対照ゴム組成物の−10℃および
    70℃のtanδである。)
  7. 【請求項7】前記有機イオウ化合物(B)は、前記ジエ
    ン系ゴム100gに対して0.3〜30mmol配合さ
    れている、請求項4〜6のいずれかに記載のタイヤ用ゴ
    ム組成物。
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