JPH101565A - シリカ強化ゴム組成物およびトレッドを有するタイヤ - Google Patents
シリカ強化ゴム組成物およびトレッドを有するタイヤInfo
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Abstract
ラスおよび低温ヒステリシル特性等の物理的性質が改善
された硫黄硬化性ゴム組成物およびその硬化物を提供す
る。 【解決手段】 スチレン/ブタジエン共重合体ゴム、イ
ソプレン/ブタジエン共重合体ゴム、1,4−ポリブタ
ジエンゴム、天然シス1,4−ポリブタジエンゴムと、
強化材としての微粒子状シリカ、シリカカップラーとし
てのビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラ
スルフィド、疎水化剤としてのn−オクタデシルトリメ
トキシシランおよび常用のゴム用添加剤とを混合、混練
し、次いで硬化剤としての硫黄とスルフェンアミド系お
よびグアニジン系の硬化促進剤を加え、混合してゴム組
成物を調製する。このゴム組成物を常法で硬化させるこ
とにより、加工特性、並びに耐摩耗性、静止摩擦特性お
よび転がり抵抗性が改善された硫黄硬化ゴム組成物を製
造する。この硬化ゴム組成物はゴムタイヤ用のトレッド
に利用される。
Description
れているゴム組成物に関する。このゴム組成物は、一つ
の態様では、ゴム、特にシリカと、シリカカップリング
剤と、疎水化剤と、場合によってはカーボンブラックと
の組み合せで強化された、硫黄硬化性のまたは硫黄硬化
したゴムを含んでなる。
ゴムを利用するさまざまな用途、特にタイヤおよび各種
工業製品などの用途には、実質的な量の色々な強化用充
填材を含有する硫黄硬化ゴムが用いられる。そのような
目的には、通常、カーボンブラックが用いられ、それ
は、普通、その硫黄硬化ゴムに良好な物理的性質を付与
するか、またはそれら性質を向上させる。そのような目
的に、特にシリカがカップリング剤と併用された場合に
は、微粒子状のシリカが用いられることも多い。場合に
よっては、タイヤ用トレッドを含めて各種ゴム製品の強
化用充填材には、シリカとカーボンブラックとの組み合
せが用いられる。硫黄硬化性エラストマーを含めて各種
エラストマーに対するかかる強化用充填材の使用は、こ
の技術分野の習熟者に周知である。
ちシリカカップラー(本明細書中ではこのように呼ばれ
ることもある)無しで用いるなら、ゴム製品、特にゴム
タイヤトレッドの強化用充填材としては、シリカよりカ
ーボンブラックの方がかなり効果的であることに気づく
ことが重要である。
能力のある、少なくとも1種の、第一の(シラン部分の
ような)構成成分または部位、そしてまたゴム、特に炭
素−炭素二重結合、即ち不飽和結合を含む硫黄硬化性の
ゴムと相互作用する能力のある追加の部位を含むシラン
から構成されていることが多い。この追加部位は、通
常、ポリスルフィド、特に上記の第一部位間でポリスル
フィド橋の形態を取っている硫黄である。このようにし
て、シリカカップラーはシリカとゴムとの間で結合橋と
して作用し、それによりシリカのゴム強化性能が高めら
れる。
分、即ち上記の追加部位は、例えば、メルカプト、アミ
ノ、ビニル、エポキシおよび硫黄の各基、好ましくは硫
黄部位またはメルカプト部位、更に好ましくは少なくと
も2個の上記第一部位間のポリスルフィド橋としてのポ
リスルフィドの形態を取っている硫黄のような1種また
はそれ以上の基であることができる。
グ剤がシリカとゴムとを結合させる場合の使用のために
教示されており、その例にポリスルフィド橋の中に約2
から約8個の硫黄原子を含む、トリアルコキシオルガノ
シランポリスルフィド、例えばビス(3−トリアルコキ
シシリルオルガノ)ポリスルフィドのような、ポリスル
フィドの成分または構造を含むシランカップリング剤が
ある。ここで、ビス(3−トリアルコキシシリルオルガ
ノ)ポリスルフィドの例に、ビス‐(3‐トリエトキシ
シリルプロピル)テトラスルフィドおよび/または同ト
リスルフィドのようなものがある。
関連するさまざまな米国特許に、例えば第3,451,
458号;第3,664,403号;第3,768,5
37号;第3,884,285号;第3,938,57
4号;第4,482,663号;第4,590,052
号;および第5,089,554号がある。
リカカップリング剤とは違って、構成成分または部位を
1つだけ有し、シリカ表面と反応する能力のある他のシ
リカ−反応性物質が、シリカとの相互作用のために利用
されることもあると思われる。このような物質はゴムと
は簡単には反応せず、そのためそれらはシリカとゴムと
の間の相互作用を容易には促進しない。従って、そのよ
うな物質は、それ単独では、シリカをしてゴムを満足で
きる程度に強化できるようにするとは考えられない。
られる場合、通常の用い方に従って“ゴム若しくはエラ
ストマー100重量部当たりの個々の材料の部数”を意
味する。
“エラストマー”という用語は、本明細書で用いられる
場合、特に断らない限りは、互換的に用いられる。“ゴ
ム組成物”、“混練ゴム”および“ゴムコンパウンド”
という用語は、本明細書で用いられる場合、“各種の構
成成分および材料とブレンド若しくは混合されているゴ
ム”を指すものとして互換的に用いられる。このような
用語は、ゴム混合またはゴム混練の技術分野の習熟者に
は周知である。
カと特定のカップリング剤との配合物、および場合によ
ってはカーボンブラックで強化された、強度および耐摩
耗性の優れた硫黄硬化ゴムを含んでなるゴム組成物を提
供することである。
少なくとも1種のジエン系エラストマー100重量部、
(B)約30から約100phr、場合によっては約4
5から約90phrの、沈降シリカとカーボンブラック
から構成される微粒子状の強化用充填材にして、約30
から約100phr、また別の態様では約35から約8
5phrの沈降シリカとそれに対応して約ゼロから約5
0phr、また別の態様では約5から約40phrのカ
ーボンブラックからなり、そしてシリカとカーボンブラ
ックとの重量比が少なくとも約1/1、また別の態様で
は少なくとも約2/1、更に別の態様では少なくとも約
10/1である上記の強化用充填材、(C)上記のシリ
カと反応する部位と上記のエラストマー(1種または複
数種)と相互作用する部位とを有する少なくとも1種の
シリカカップラー、および(D)約0.5から約10p
hr、また別の態様では約0.5から約5phrのシリ
カ−反応性のシラン含有疎水化剤を含んでなるゴム組成
物が提供される。
応性のアルキルアルコキシシラン系疎水化剤をシリカカ
ップラーと共に含んでいる、シリカ配合量が比較的多い
エラストマー組成物が提供されると言うことである。
相いれない物質”、従って水に溶ける能力がない物質に
係る。“親水性”と言う用語は、通常、“水を結合また
は吸収する傾向が強い物質”に係る。水は、シリカのよ
うに、極性物質であると通常考えられているが、これに
対してゴムの本質は非極性であると通常考えられてい
る。
“極性のある親水性官能基をそれより非極性の疎水性の
組成に化学的に転化させることにより極性をより小さく
し、かつ親水性をより小さくする”ことを意味すべく用
いられる。
疎水化剤”とは、“その疎水化剤のアルコキシシラン単
位がシリカ表面のシラノール基と反応し”、かくして、
シリカカップラーのシラン成分が行うように、シリカと
化学的に結合することを意味する。従って、シリカ表面
には、アルキル炭化水素の官能化された疎水性シリル基
がシラノール基に代わって配されている。シリカ表面の
シラノール基に対しては、シリカカップラー(このカッ
プラーのシラン部位)も疎水化剤も共に競争反応性であ
るが、エラストマーに関してはシリカカップラーだけ
が、即ち、例えばポリスルフィド橋のような前記の追加
の部位だけが反応性を有する。
と疎水化剤は共にシリカの表面シラノール基と反応性で
あり、従ってそのシラノール基に対して競争して反応す
るので、疎水化剤はシリカカップラーと同時に、または
シリカカップラーに続いて添加されるようにすることが
重要である。その結果、正確な機構または結果を完全に
知ることはできないが、本発明では、疎水化剤はシリカ
カップラーに対して相乗効果的利益をもたらすが、疎水
化剤によりシリカカップラーの使用は置き換えられない
と考えられる。
しくは、Rn(R’O)mSi(ただし、RおよびR’は
個々に1から30個の炭素原子を有する第一、第二およ
び第三アルキル基および同アルカリール基より成る群か
ら選ばれ;nおよびmは1から3の整数であって、その
和は4である)なる一般式を有するアルキルアルコキシ
シランと記述することができる。第一アルキル基の代表
的な例はメチル、エチル、プロピル、オクチル、n−オ
クタデシルおよびn−ヘキサデシルの内の少なくとも1
種から選ばれるものである。第二アルキル基の代表的な
例はイソプロピルおよびsec−ブチルの内の少なくと
も1種から選ばれるものである。第三アルキル基の代表
的な例はt−ブチルおよびジメチルブチルの内の少なく
とも1種から選ばれるものである。
基である表面と反応する疎水化剤の部位は、そのアルコ
キシシラン部位である。
化剤の代表例は、例えば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、n−オクチルトリエトキシ
シラン、n−ヘキサデシルトリエトキシシラン、ジメチ
ルジエトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシ
ラン、n−オクタデシルトリエトキシシランおよびメチ
ルn−オクチルジエトキシシランである。
を含むゴム/シリカ組成物に対する前記のシリカ疎水化
剤の添加は、粘度低下などの、改良された加工特性をも
たらすだけでなく、シリカ、シラン含有シリカカップラ
ーおよびシラン含有疎水化剤を含む硬化したゴム組成物
の性能も改善することが観察されている。即ち、疎水化
剤の使用により、例えば耐摩耗性、高モジュラス、反発
性および低温ヒステリシス特性の内の1つまたはそれ以
上のような硬化エラストマーの物理的性質が改善される
ことが観察されている。このような性質を持つタイヤト
レッドは、その性質により、改良された耐トレッド摩耗
性、転がり抵抗性および静止摩擦特性の1つまたはそれ
以上が得られると予想されるので、上記の物理的性質の
改善は、本発明では、有益であると考えられる。
カ強化ゴム組成物のような各種のエラストマー組成物に
おいて各種の目的に粘度調整剤および加工助剤として使
用されてきた。
の新しい展開をなすものであると考えられる。本発明で
は、シラン部位を含むシリカ疎水化剤は、実質的にシリ
カで強化されたゴム組成物中で、同様にシラン部位を含
むシリカカップラーと併用されるものであって、これは
新規であると考えられる。更に、実際、シリカカップラ
ーか疎水化剤のいずれかをシリカ強化エラストマー組成
物中で単独使用しても観察されなかった独特の相乗効果
的性能が観察されている。
できるが、1つの好ましいカップラーは、前記のよう
に、ポリスルフィド橋に2から約8個の硫黄原子を含む
ビス−(トリアルコキシシリルアルキル)ポリスルフィ
ドである。例えば、このシリカカップラーはポリスルフ
ィド橋に平均約4個の硫黄原子を有するビス−(3−ト
リエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドか、また
は、別の例としてポリスルフィド橋に約2個の硫黄原子
を有するポリスルフィドであることができる。
は約0.01/1から約0.25/1の範囲である。
のシラン官能基に基づくモル比は、実際上、約0.1/
1から約2/1の範囲であり、別の態様の場合は約0.
3/1から約1/1のモル比が好ましい。
ラストマーの強化用ピグメントとしてシリカとカーボン
ブラックの両者の組み合わせを含み、この場合その強化
用充填材の主要成分はシリカである。
ストマー組成物の硫黄による硬化で硬化された組成物と
して提供することもできる。硫黄硬化は常用の方法、即
ち昇温、昇圧条件下で適切な時間硬化させることにより
行われる。
物からなるトレッドを有するタイヤが提供される。
に硫黄と1種またはそれ以上の適切な硬化促進剤、そし
てときには遅延剤も含む硫黄硬化性のエラストマーに普
通に使用される硬化剤である。硫黄硬化性エラストマー
組成物のためのこのような硬化剤とその使用は、この技
術分野の習熟者には周知である。
トマー、および硬化剤以外の関連成分が1つまたはそれ
以上の逐次工程でまず混合され、次いで硬化剤を加える
ための最終混合工程が行われる、硫黄硬化性ゴム組成物
を製造するための逐次混合法も周知である。
ように、ゴム組成物は少なくとも1種のジエン系エラス
トマー、即ちゴムを含んでなる。このようなエラストマ
ーは、一般に、共役ジエン類の単独重合体および共重合
体、並びに共役ジエン(1種または複数種)とビニル芳
香族化合物との共重合体から選ばれる。このようなジエ
ンは、例えばイソプレンと1,3−ブタジエンから選ぶ
ことができ、またそのようなビニル芳香族化合物はスチ
レンとアルファーメチルスチレンから選ぶことができ
る。かかるエラストマー、即ちゴムは、例えばシス1,
4‐ポリイソプレンゴム(天然および/または合成ゴ
ム、好ましくは天然ゴム)、3,4‐ポリイソプレンゴ
ム、スチレン/ブタジエン共重合体ゴム、イソプレン/
ブタジエン共重合体ゴム、スチレン/イソプレン共重合
体ゴム、スチレン/イソプレン/ブタジエン三元共重合
体ゴム、シス1,4‐ポリブタジエンゴム、トランス
1,4−ポリブタジエンゴム(トランス含量70−95
パーセント)、低ビニル含量ポリブタジエンゴム(ビニ
ル含量10−30パーセント)、中ビニル含量ポリブタ
ジエンゴム(ビニル含量30−50パーセント)および
高ビニル含量ポリブタジエンゴム(ビニル含量50−9
0パーセント)の内の少なくとも1種から選ぶことがで
きる。
は、このゴムはジエン系ゴムの内の少なくとも2種であ
ることが好ましい。例えば、シス1,4‐ポリイソプレ
ンゴム(天然または合成ゴムであるが、天然ゴムが好ま
しい)、3,4‐ポリイソプレンゴム、スチレン/イソ
プレン/ブタジエンゴム、乳化および/または溶液重合
で合成されたスチレン/ブタジエンゴム、シス1,4‐
ポリブタジエンゴムおよび乳化重合で合成されたブタジ
エン/アクリロニトリル共重合体ゴムのようなゴムの内
の2種またはそれ以上のゴムの組み合せが推奨される。
8パーセントの結合スチレンを含む比較的普通のスチレ
ン含量の乳化重合で合成されたスチレン/ブタジエンゴ
ム(E‐SBR)が用いられることもあり、またある用
途では、中ないし比較的高い結合スチレン含量、即ち約
30から約45パーセントの結合スチレン含量を有する
E‐SBRが用いられることもある。
トと比較的高いスチレン含量のE‐SBRは、タイヤト
レッドの静止摩擦特性またはスキッド抵抗性を高めるの
目的に有益であると考えられる。E‐SBR自体の存在
が、特に溶液重合で合成したSBR(S‐SBR)を利
用した場合に比べて、未硬化エラストマー混合組成物の
加工性を向上させる目的に有益であると考えられる。
レンと1,3‐ブタジエンが水系エマルションとして共
重合されていることを意味する。これは当該技術分野の
習熟者には周知である。結合スチレン含量は、例えば約
5から50%の範囲で変えることができる。一つの態様
では、このE‐SBRはアクリロニトリルを含んで、E
‐SBARのような三元共重合体ゴムを形成していても
よく、その三元共重合体中の結合アクリロニトリルの量
は、例えば約2から約30重量パーセントである。
リロニトリルを共重合体中に含む乳化重合で合成したス
チレン/ブタジエン/アクリロニトリル三元共重合体ゴ
ムも、特に他のジエン系エラストマーと併用される場合
に、本発明で用いられるジエン系ゴムとして意図され
る。
BR)は、通常、約5から約50パーセント、好ましく
は約9から約36パーセントの範囲の結合スチレンを含
んでいる。このS‐SBRは、例えば炭化水素系有機溶
媒の存在下で有機リチウム触媒によってうまく製造する
ことができる。
ヤトレッド組成物中で用いられた時に、ヒステリシスが
一層低くなる結果として、タイヤのころがり抵抗性の低
下を促進することである。
I)は、それがタイヤトレッド組成物中で用いられた時
に、タイヤの静止摩擦特性を向上させる目的に有益であ
ると考えられる。
で引用、参照するものとされる米国特許第5,087,
668号明細書中でより十分に説明されている。Tgは
ガラス転移温度のことであり、示差走査熱量計により加
熱速度10℃/分でうまく測定することができる。
は、タイヤトレッドの耐摩耗性、即ち耐トレッド摩耗性
を向上させる目的に有益であると考えられる。
の有機溶媒中での溶液重合によって製造することができ
る。
1,4‐結合含量を有することを特徴とするものが好都
合である。
1,4‐ポリイソプレン天然ゴムはゴムの技術分野の習
熟者には周知である。
物に対して合理的な程度に大きいモジュラスと摩耗抵抗
性を与えるのに十分な量の強化用充填材(1種または複
数種)、即ち沈降シリカと、もし使用されるならばカー
ボンブラックを含んでいるのがよい。シリカとカーボン
ブラックを合せた重量は、前記のように、ゴム100部
当たり約30部程度の少量でもよいが、約45から約9
0重量部であることが好ましい。
ックが両者共強化用充填材として使用される場合、その
ような充填材の過半量がシリカであるのが好ましい。
シリカ系および沈降シリカ系のピグメント(シリカ)を
含めて、ゴムの混練用途で通常使用される各種シリカ系
ピグメントを用いることができるが、沈降シリカが好ま
しい。
メントは、例えば可溶性ケイ酸塩、例えばケイ酸ナトリ
ウムの酸処理で得られるもののような沈降シリカである
が、これには一般にシリカゲルは含まれない。
用いて測定したBET表面積が、好ましくは約40から
約600m2/gの範囲、更に普通には約50から約3
00m2/gの範囲にあることを特徴とすると思われ
る。表面積を測定するこのBET法は、米国化学会誌
(Journal of the American
Chemical Society)第60巻、304
頁(1930年)に説明されている。
ら約400、更に普通には約150から約300の範囲
のジブチルフタレート(DBP)吸収値を有することを
特徴とするものである。
粒径が、例えば0.01から0.05ミクロンの範囲で
あると予想される。但し、シリカ粒子の大きさは、それ
より更に小さい場合も、或いは多分それより更に大きい
場合もあり得る。
に考えられる。単に例として、そして限定するのではな
く示すと、PPGインダストリーズ社(PPG Ind
ustries)からハイ−シル(Hi‐Sil)とい
う商標名で、210、243などの商品番号で市販され
ているシリカ;ローン・プーラン社(Rhone‐Po
ulenc)から、例えばゼオシル(Zeosil)1
165MPという名称で市販されているシリカ;および
デグッサ社(Degussa AG)から、例えばVN
2およびVN3などの名称で市販されているシリカなど
がある。
るように、本発明のゴム組成物は、各種の硫黄硬化性成
分ゴムを、例えば、硫黄、活性化剤、遅延剤および促進
剤のような硬化助剤、オイル、粘着性樹脂を含めて各種
の樹脂、シリカおよび可塑剤のような加工助剤、充填
材、顔料、脂肪酸、酸化亜鉛、ワックス、酸化防止剤と
オゾン亀裂防止剤、素練り促進剤、および例えばカーボ
ンブラックのような強化材のような、一般に用いられて
いるさまざまな添加材料と混合する方法のような、ゴム
混練技術分野で一般に知られている方法によって混練さ
れる。この技術分野の習熟者には知られているように、
硫黄硬化性材料および硫黄硬化した材料(ゴム)の意図
された用途に応じて、上記の添加物を選び、そして、普
通、常用の量で使用する。
イプのカーボンブラック(1種または複数種)が常用量
で添加されることは前に説明した。シリカカップラーお
よび/またはシリカ疎水化剤はカーボンブラックと一緒
に用いてもよいこと、即ちゴム組成物に添加する前にカ
ーボンブラックと予備混合してもよいことに気づくべき
であり、そしてこのカーボンブラックは前記ゴム組成物
の処方のためのカーボンブラックの前記量の中に含めら
れるべきである。粘着剤樹脂を使用するなら、その常用
量は約0.5から約10phr、普通は約1から約5p
hrの範囲である。加工助剤の常用量は約1から約50
phrである。このような加工助剤に、例えば芳香族
系、ナフテン系および/またはパラフィン系のプロセス
オイルがある。酸化防止剤の常用量は約1から約5ph
rである。代表的な酸化防止剤は、例えばジフェニル‐
p‐フェニレンジアミン、および例えばヴァンデルビル
トのゴムハンドブック(Vanderbilt Rub
ber Handbook)(1978年)、344−
346頁に開示されているもののようなその他の酸化防
止剤であることができる。オゾン亀裂防止剤の常用量は
約1から5phrである。
約0.5から約3phrであることができる。この脂肪
酸の例にステアリン酸、パルミチン酸、リノール酸また
は1種またはそれ以上の脂肪酸の混合物がある。
用されることが多いが、ゴムの混練実務では、それは
“ステアリン酸”と一般に称されており、従って本発明
の説明と実施ではそのように称される。
ある。ワックスの常用量は約1から約5phrである。
マイクロクリスタリンワックスがよく用いられる。素練
り促進剤の常用量は、それが使用される場合、約0.1
から約1phrである。代表的素な練り促進剤は、例え
ばペンタクロロチオフェノールおよびジベンズアミドジ
フェニルジスルフィドであることができる。
した硫黄硬化剤の例に、元素硫黄(フリー硫黄)または
硫黄供給性硬化剤、例えばアミンジスルフィド、高分子
ポリスルフィドまたは硫黄−オレフィン付加体がある。
好ましい硫黄硬化剤は元素硫黄である。この技術分野の
習熟者に知られているように、硫黄硬化剤は約0.5か
ら約4phrの範囲の量であって、場合によっては約8
phrまでも用いられることがあるが、約1.5から約
2.5phr、時には2から2.5phrの範囲が好ま
しい。
または温度を調節し、硬化物の性質を改善するために用
いられる。1つの態様では、単一の促進剤系、即ち一次
促進剤が用い得る。通常、推奨される一次促進剤(1種
または複数種)は総量で約0.5から約4phr、好ま
しくは約0.8から約2phrの範囲の量で用いられ
る。もう1つの態様では、一次促進剤と二次促進剤を組
み合わせて用いることもあり、この場合硬化を活性化
し、硬化物の性質を改善するために、二次促進剤は約
0.05から約3phrの量で使用される。これら促進
剤の組み合わせには最終製品の性質に対して相乗効果を
生むことが期待され、いずれかの促進剤を単独で用いて
製造した物より幾分良好である。さらに、標準の加工温
度では影響されないが、常用の硬化温度で満足な硬化を
もたらす遅効型促進剤も用いることができる。硬化遅延
剤が使用されることもある。本発明で使用することがで
きる適したタイプの促進剤は、アミン類、ジスルフィド
類、グアニジン類、チオ尿素類、チアゾール類、チウラ
ム類、スルフェンアミド類、ジチオカーバメート類およ
びザンテート類である。一次促進剤はスルフェンアミド
系化合物であるのが好ましい。二次促進剤が用いられる
場合には、二次促進剤はグアニジン、ジチオカーバメー
トまたはチウラム系の各化合物であるのが好ましい。硫
黄硬化剤および促進剤(1種または複数種)の存在や両
者の相対量は、本発明の1つの態様とは見なされず、本
発明は、より一義的には、前記の疎水化剤とシリカカッ
プラーとのシリカ強化ゴム組成物における併用に関す
る。
対量は本発明の1つの態様とは見なされず、本発明は、
より一義的には、前記疎水化剤とシリカカップラーとの
シリカ強化ゴム組成物における併用に関する。
術分野の習熟者に知られている方法によって行うことが
できる。例えば、これら各成分は、通常、少なくとも二
つの工程、即ち少なくとも一つの非硬化発現工程とそれ
に続く硬化発現混合工程で混合される。最終硬化剤は、
普通、“硬化発現”混合工程と呼ばれる最終工程で混合
され、この工程では、混合は、通常、それに先行する非
硬化発現混合工程(1工程または複数工程)より低い混
合温度(1つまたは複数)である温度若しくは最終温度
で行われる。ゴム、シリカおよびシリカカップラー、シ
リカ疎水化剤、および、若し用いるならカーボンブラッ
クが1つまたはそれ以上の非硬化発現混合工程で混合さ
れる。“非硬化発現”および“硬化発現”混合工程とい
う用語は、ゴム混合技術分野の習熟者には周知である。
用できる。例えば、これは各種のタイヤコンパウンド用
に使用できる。このようなタイヤは、この技術分野での
習熟者に知られ、容易に明かになる種々の方法で組み立
てられ、賦形され、成形され、そして硬化され得る。
によく理解されるであろう。それらの実施例において、
部およびパーセントは、特に断らない限りは、重量で与
えられる。
強化されたエラストマー組成物の配合構成成分の1つの
成分として評価された。
つの別々の添加(混合)工程と1つの再混練工程、即ち
1つの非硬化発現混合工程と、1つの再混練工程と硬化
発現混合工程を用い、コーブTM(KobeTM)密閉式ミ
キサー中で、それぞれ温度160℃、140℃および1
00℃で、時間9分、1.3分および2分間混合して調
製した。疎水化剤の量は表1に“可変値”と示され、そ
して表2により具体的に記載されている。
硬化物に適当な性質を得るために、シラン含有カップリ
ング剤が使用されている。このような性質には、300
%モジュラス、反発弾性、および特に0℃と60℃にお
けるタンデルタがある。
添加して調整された試料2は、混合の仕事が小さく、コ
ンパウンドの粘度が低いと言う加工上の利点と、それに
加えて低温および高温のヒステリシスおよびモジュラス
が優れていると言う硬化物の性質に関する利点を明確に
示している。特に、疎水化剤を3.0phr含有する試
料2の、タイヤトレッドの性能の指標となる性質は試料
1の性質より良好である。即ち、その300%モジュラ
スは試料1より大きく、強化と耐トレッド摩耗性の能力
が改善されていることを示し、その0℃でのタンデルタ
が試料1より高く、静止摩擦特性の能力が改善されてい
ることを示し、その100℃での反発弾性が試料1より
大きく、更にはその60℃でのタンデルタが試料1より
低く、これらは共に転がり抵抗性の能力が改善(低下)
されていることを示している。
ー社(Goodyear Tire& Rubber
Company)から入手した、乳化重合で合成したス
チレン含量約40%のスチレン/ブタジエン共重合体ゴ
ム;
ー社から入手したイソプレン含量約50%、Tg約−4
3℃のイソプレン/ブタジエン共重合体ゴム; 3)グッドイヤー タイヤ アンド ラバー社からブデ
ン(Budene)1254として入手したシス1,4
‐ポリブタジエンゴム;
ム; 5)フェニレンジアミンタイプ; 6)ローン‐プーラン社からのZ1165Mとして得ら
れるシリカ;
れている、ビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)
テトラスルフィド(このテトラスルフィドもデグッサ社
からSi69として入手できる)とカーボンブラックと
の50/50ブレンドの形の複合物であり、従ってその
テトラスルフィドは複合物の50%を占めていると考え
られる。技術的には、このテトラスルフィドは複合物若
しくは混合物としての有機シラン系ポリスルフィドであ
ると考えられ、その中でその平均的ポリスルフィド橋は
約3.5から約4個の連結硫黄原子を含んでいるが、但
しその混合物は約2から約8個の連結硫黄原子を有する
そのようなポリスルフィドを含んでいることができる。
手。
共に試料2で用いられている疎水化剤のn−オクタデシ
ルトリメトキシシランは、シリカカップラーだけを含
み、疎水化剤が含まれていない対照試料1と比較したと
き、耐トレッド摩耗性、静止摩擦特性および転がり抵抗
性の指標となる性質が有意に改善することができること
を示している。
の硬化発現混合工程を用いるコーブ密閉式ミキサーでの
2工程混合法で、それぞれ温度160℃および100℃
で、時間6分および2分間混合して調製した。この場合
も、疎水化剤の量は表1に“可変値”と示され、そして
表3により具体的に示されている。
添加して調整された表3の試料4はそれぞれ転がり抵抗
性、耐トレッド摩耗性および静止摩擦特性においてトレ
ッド性能がより良好であることを示している、反発弾性
がより高く、DIN摩耗試験で測定した耐摩耗性の損失
がより少なく、そして0℃でのタンデルタがより高いと
言う点を含めて硬化物の性質に関する利点を明確に示し
ている。
物を、1つの非硬化発現混合工程と一つの硬化発現混合
工程を用い、コーブ密閉式ミキサー中で、それぞれ温度
160℃および100℃で、時間8分および2分間混合
して調製した。シリカカップラーと疎水化剤の両者の量
は表4に“可変値”と示され、そして表5により具体的
に示されている。
リカカップラーを含んでいない試料6は、シリカカップ
ラーだけを6.4phr含有し、疎水化剤を含んでいな
い試料5と比較すると、モジュラス、DIN耐摩耗性お
よ反発弾性を含めて強化特性がはるかに劣っていること
を明確に示している。
しで使用すると、性能指標としての物理的性質が全て劣
っていることが観察される。これに対して、疎水化剤を
シリカカップラーと併用すると、物理的性質の指標が全
て相乗作用的に改善された(上記の実施例1と2)。
ー社からソルフレックス(Solflex)1216と
して入手できる、スチレン含量約12パーセント、Tg
約−43℃の有機溶液重合で合成したスチレン/ブタジ
エン共重合体エラストマー;
分と類似したものであるか、または同一のものである。
的性質を以下の表5に示すが、それらはこの表には試料
5および6として報告されている。
物を、シリカカップラーと種々の疎水化剤との組み合わ
せを色々変えて調製した。これら材料の量は次の表6に
具体的に記載されている。
プラーと疎水化剤とのブレンドを表し、これに対して試
料7はシリカカップラーだけを含み、疎水化剤が含まれ
ていないものである。
が等重量の、2種の疎水化剤のいずれか、即ちn−オク
タデシルトリメトキシシランか、またはn−オクチルト
リエトキシシランで置き換えられている。
1/4が等重量の、上記2種の疎水化剤のいずれかで置
き換えられている。
おむね、シリカカップラーを使用し、疎水化剤が含まれ
ていない試料7の物理的性質より劣っている。具体的に
言うと、全てのケースで耐摩耗性の損失がより大きく、
また試料8−11の全てのケースで300%モジュラス
がより小さい。従って、0℃でのタンデルタ値と100
℃での反発弾性値が試料2−5対試料7で同様であると
言う事実にも係わらず、試料8−11の総合的なタイヤ
トレッド性能は、前記の耐摩耗性損失の低下とモジュラ
スの低下により示されるとおり、試料7の性能より劣る
と考えられる。
1および2に示されるように、シリカカップラーに加え
て疎水化剤を使用すると、タイヤトレッドの転がり抵抗
性、静止摩擦特性および耐トレッド摩耗性能がより良好
であることを示す、シリカ強化ゴムコンパウンドの多く
の性質に予想外の相乗作用的改善が得られたことを証明
している。
は、シリカ強化エラストマー組成物においてシリカカッ
プラーに代えて疎水化剤を使用すると、併用の場合に比
べて劣る結果が得られたことを証明している。
化エラストマー組成物におけるシリカカップラーの疎水
化剤による一部置換は望ましくなく、硬化したゴムコン
パウンドに関して併用の場合に比べて劣る性質を与えた
ことを証明している。
Specialities,Inc)からA137と
して入手。
的態様と細部を示したが、この技術分野の習熟者には、
本発明の精神と範囲から逸脱することなしに、その中で
さまざまな変更と修正がなされ得ることは明らかであろ
う。
Claims (24)
- 【請求項1】 (A)少なくとも1種のジエン系エラス
トマー100重量部、(B)約30から約100phr
の、シリカとカーボンブラックから構成される微粒子状
の強化用充填材にして、約30から約100phrの沈
降シリカとそれに対応してゼロから50phrのカーボ
ンブラックから成り、そして、カーボンブラックが使用
されている場合、シリカとカーボンブラックとの重量比
が少なくとも約1/1である該強化用充填材、(C)該
シリカと反応する部位と該エラストマー(1種または複
数種)と相互作用する部位とを有する少なくとも1種の
シリカカップラー、および(D)約0.5から約10p
hrのシリカ−反応性のシラン含有疎水化剤を含んでな
る組成物にして、疎水化剤のシラン官能基とシリカカッ
プラーとのモル比が約0.1/1から2/1の範囲にあ
り;該疎水化剤はRn(R’O)mSi(ただし、Rおよ
びR’は個々に1から30個の炭素原子を有する第一、
第二および第三アルキル基および同アルカリール基より
成る群から選ばれ;nおよびmは1から3の整数であっ
て、その和は4である)なる一般式を有するアルキルア
ルコキシシランである、上記のゴム組成物。 - 【請求項2】 疎水化剤に関し、その第一アルキル基が
メチル、エチル、プロピル、オクチル、n−オクタデシ
ルおよびn−ヘキサデシルの内の少なくとも1種から選
ばれ、第二アルキル基がイソプロピルおよびsec−ブ
チルの内の少なくとも1種から選ばれ、そして第三アル
キル基がt−ブチルおよびジメチルブチルの内の少なく
とも1種から選ばれる、請求項1に記載のゴム組成物。 - 【請求項3】 疎水化剤が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、n−オクチルトリエトキ
シシラン、n−ヘキサデシルトリエトキシシラン、ジメ
チルジエトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシ
シラン、n−オクタデシルトリエトキシシランおよびメ
チルn−オクチルジエトキシシランの内の少なくとも1
種から選ばれる、請求項1に記載のゴム組成物。 - 【請求項4】 シリカカップラーがビス−(トリアルコ
キシシリルオルガノ)ポリスルフィドであって、そのポ
リスルフィド橋中に約2から約8個の硫黄原子が含まれ
ているものである、請求項1に記載のゴム組成物。 - 【請求項5】 シリカカップラーがビス−(トリアルコ
キシシリルアルキル)ポリスルフィドである、請求項2
に記載のゴム組成物。 - 【請求項6】 シリカカップラーがビス−(3−トリエ
トキシシリルプロピル)テトラスルフィドである、請求
項3に記載のゴム組成物。 - 【請求項7】 ジエン系エラストマーがシス1,4‐ポ
リイソプレンゴム、3,4‐ポリイソプレンゴム、スチ
レン/ブタジエン共重合体ゴム、イソプレン/ブタジエ
ン共重合体ゴム、スチレン/イソプレン共重合体ゴム、
スチレン/イソプレン/ブタジエン三元共重合体ゴム、
シス1,4‐ポリブタジエンゴム、トランス1,4−ポ
リブタジエンゴム(トランス含量70−95パーセン
ト)、低ビニル含量ポリブタジエンゴム(ビニル含量1
0−30パーセント)、中ビニル含量ポリブタジエンゴ
ム(ビニル含量30−50パーセント)、高ビニル含量
ポリブタジエンゴム(ビニル含量50−90パーセン
ト)、並びに乳化重合で合成されたスチレン/ブタジエ
ン/アクリロニトリル三元共重合体ゴムおよび同ブタジ
エン/アクリロニトリル共重合体ゴムの内の少なくとも
1種から選ばれる、請求項1に記載のゴム組成物。 - 【請求項8】 シリカが約50から約300m2/gの
範囲のBET表面積と約150から約300の範囲のジ
ブチルフタレート(DBP)吸収値を有することを特徴
とする沈降シリカである、請求項1に記載のゴム組成
物。 - 【請求項9】 (A)少なくとも1種のジエン系エラス
トマー100重量部、(B)約45から約90phr
の、シリカとカーボンブラックから構成される微粒子状
の強化用充填材にして、約35から約85phrの沈降
シリカとそれに対応して約5から40phrのカーボン
ブラックから成り、そしてシリカとカーボンブラックと
の重量比が少なくとも約1/1である該強化用充填材、
(C)該シリカと反応する部位と該エラストマー(1種
または複数種)と相互作用する部位とを有する少なくと
も1種のシリカカップラー、および(D)約0.5から
約5phrのシリカ−反応性のシラン含有疎水化剤を含
んでなるゴム組成物にして、疎水化剤のシラン官能基と
シリカカップラーとのモル比が約0.1/1から2.0
/1の範囲にあり;該疎水化剤はRn(R’O)mSi
(ただし、RおよびR’は個々に1から30個の炭素原
子を有する第一、第二および第三アルキル基および同ア
ルカリール基よりなる群から選ばれ;nおよびmは1か
ら3の整数であって、その和は4である)なる一般式を
有するアルキルアルコキシシランである、請求項1に記
載のゴム組成物。 - 【請求項10】 疎水化剤に関し、その第一アルキル基
がメチル、エチル、プロピル、オクチル、n−オクタデ
シルおよびn−ヘキサデシルの内の少なくとも1種から
選ばれ、第二アルキル基がイソプロピルおよびsec−
ブチルの内の少なくとも1種から選ばれ、そして第三ア
ルキル基がt−ブチルおよびジメチルブチルの内の少な
くとも1種から選ばれる、請求項9に記載のゴム組成
物。 - 【請求項11】 疎水化剤が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、n−オクチルトリエ
トキシシラン、n−ヘキサデシルトリエトキシシラン、
ジメチルジエトキシシラン、n−オクタデシルトリメト
キシシラン、n−オクタデシルトリエトキシシランおよ
びメチルn−オクチルジエトキシシランの内の少なくと
も1種から選ばれる、請求項9に記載のゴム組成物。 - 【請求項12】 シリカカップラーがビス−(トリアル
コキシシリルオルガノ)ポリスルフィドであって、その
ポリスルフィド橋中に約2から約8個の硫黄原子を含ま
れているものである、請求項9に記載のゴム組成物。 - 【請求項13】 請求項1に記載のゴム組成物からなる
トレッドを有するタイヤ。 - 【請求項14】 請求項2に記載のゴム組成物からなる
トレッドを有するタイヤ。 - 【請求項15】 請求項3に記載のゴム組成物からなる
トレッドを有するタイヤ。 - 【請求項16】 請求項4に記載のゴム組成物からなる
トレッドを有するタイヤ。 - 【請求項17】 請求項5に記載のゴム組成物からなる
トレッドを有するタイヤ。 - 【請求項18】 請求項6に記載のゴム組成物からなる
トレッドを有するタイヤ。 - 【請求項19】 請求項7に記載のゴム組成物からなる
トレッドを有するタイヤ。 - 【請求項20】 請求項8に記載のゴム組成物からなる
トレッドを有するタイヤ。 - 【請求項21】 請求項9に記載のゴム組成物からなる
トレッドを有するタイヤ。 - 【請求項22】 請求項10に記載のゴム組成物からな
るトレッドを有するタイヤ。 - 【請求項23】 請求項11に記載のゴム組成物からな
るトレッドを有するタイヤ。 - 【請求項24】 請求項12に記載のゴム組成物からな
るトレッドを有するタイヤ。
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