JPH1025372A - シリカ強化ゴム組成物およびその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そのトレッドを有するタイヤ

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JPH1025372A
JPH1025372A JP9030431A JP3043197A JPH1025372A JP H1025372 A JPH1025372 A JP H1025372A JP 9030431 A JP9030431 A JP 9030431A JP 3043197 A JP3043197 A JP 3043197A JP H1025372 A JPH1025372 A JP H1025372A
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silica
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Paul H Sandstrom
ポール・ハリー・サンドストロム
Lawson G Wideman
ローソン・ギブソン・ワイドマン
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Goodyear Tire and Rubber Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度および耐摩耗性などに優れた、硫黄硬化
ゴムを含んでなるゴム組成物およびこのようなゴム組成
物からなるトレッドを有する空気入りゴムタイヤを提供
する。 【解決手段】 少くとも一種のジエン系エラストマー、
微粒子状シリカ、カーボンブラックおよびポリ‐(2‐
プロパノール‐1,3‐ポリスルフィド)を含んでなる
ゴム組成物を調製する。このゴム組成物を常法で硫黄硬
化することにより、強度、反発性、硬度および耐摩耗性
などに優れた硫黄硬化ゴム組成物を製造する。このゴム
組成物は空気入りゴムタイヤ用のトレッドに利用され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリカ強化材を含むゴム
組成物、およびそのトレッドを有するタイヤに関する。
一つの態様では、このゴム組成物は、ゴム、特にシリカ
および場合によってはカーボンブラックと、カップリン
グ剤としてのポリ−(2−プロパノール−1,3−ポリ
スルフィド)との組み合せで強化された硫黄硬化ゴムを
含んでなる。
【0002】
【従来の技術】大きい強度および耐摩耗性を必要とする
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、ゴム100部当たり約35か
ら約85重量部の範囲であることが多い、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
ている。そのような目的には、通常、カーボンブラック
が用いられ、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、若しくはそれら性質を向上させる。微
粒子状のシリカが用いられることも多いが、特にシリカ
がカップリング剤と併用された場合、この目的に有用で
ある。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として、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かかる強化用充填材を使
用することは、この技術分野の習熟者に周知である。
【0003】通常の場合、シリカをカップリング剤、即
ちシリカカップラーまたはシリカ接着剤(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
であることを認識することが大切である。
【0004】このようなカップリング剤は、例えば、シ
リカ粒子と前混合若しくは前反応されるか、またはゴム
/シリカの混合若しくは加工工程中にそのゴム混合物に
添加される。このカップリング剤とシリカがゴム/シリ
カの混合若しくは加工工程中にそのゴム混合物に別々に
添加されるなら、カップリング剤はその場でシリカと結
合すると考えられる。
【0005】特に、そのようなカップリング剤は、時に
は、シリカ表面と反応する能力のある構成成分若しくは
部位(シラン部分)と、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ゴムと反応する能
力のある構成成分若しくは部位も含むシランから構成さ
れている。このようにして、このカップラーはシリカと
ゴムの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。
【0006】一つの面から見ると、カップリング剤のシ
ランは、見かけ上シリカ表面に結合を形成し、そしてそ
のカップリング剤のゴム反応性成分はゴムそれ自身と結
合する。普通、このカップラーのゴム反応性成分は温度
に敏感であり、最終のより高温の硫黄硬化工程で、しか
してゴム/シリカ/カップラー混合工程の後で、従って
カップラーのシラン基がシリカと結合した後で、ゴムと
結合する傾向がある。しかし、一部は、カップラーの典
型的な温度感受性のために、カップラーのゴム反応性成
分とゴムとの間には、最初のゴム/シリカ/カップラー
混合工程(一工程或いは複数工程)で、従ってそれに続
く硬化工程の前に、ある程度のコンビネーション、即ち
結合が起こるだろう。
【0007】このカップラーのゴム反応性基成分は、例
えばメルカプト、アミノ、ビニル、エポキシおよび硫黄
基などの基の一種またはそれ以上であることができ、硫
黄またはメルカプト部位であることが多く、より普通に
は硫黄である。
【0008】シリカとゴムとを結合させる場合に有用な
非常に多数のカップリング剤、例えばポリスルフィド成
分を含むシランカップリング剤、若しくは、例えばビス
‐(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/またはトリスルフィドのような、ポリスルフ
ィド橋の中に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のような構造物が教示されている。
【0009】シリカおよびシリカ強化タイヤトレッドに
関連するさまざまな米国特許に、米国特許第3,45
1,458号;同3,664,403号;同3,76
8,537号;同3,884,285号;同3,93
8,574号;同4,482,663号;同4,59
0,052号;および同5,089,554号があり、
また英国特許第1,424,503号もある。
【0010】“phr”という用語は、本明細書で用い
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。
【0011】本発明の説明において、“ゴム”および
“エラストマー”という用語は、特に断らない限り、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
混練技術分野の習熟者には周知である。
【0012】エラストマーのTgとはガラス転移温度を
意味し、示差走査熱量計により加熱速度10℃/分でう
まく測定できる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シリ
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、反発性、
硬度および耐摩耗性などに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。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの態様によ
れば、(A)少なくとも一種のジエン系エラストマー1
00重量部、(B)約25から約100phr、場合に
よっては約35から90phrの、シリカとカーボンブ
ラックから成る強化用充填材、および(C)(i)ポリ
スルフィド橋の中に2から6個の硫黄原子を含むポリ−
(2−プロパノール−1,3−ポリスルフィド)、若し
くは(ii)約95から約25重量パーセント、或いは
また約90から約55重量パーセントのポリ−(2−プ
ロパノール−1,3−ポリスルフィド)と、それに対応
して約5から約75重量パーセント、或いはまた約10
から約45重量パーセントの、ポリスルフィド橋の中に
2から8個の硫黄原子を含む、例えばビス‐(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ビス
‐(3‐トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド
の少なくとも一種のようなビス‐(3‐トリアルコキシ
シリルアルキル)ポリスルフィドとの組み合せから選ば
れるシリカカップラーからなり;ここでシリカとカーボ
ンブラックとの重量比は少なくとも0.1/1、場合に
よっては少なくとも3/1、また場合によっては少なく
とも10/1である、ゴム組成物が提供される。
【0015】シリカカップラーとシリカとの重量比は、
普通、約0.01/1から約0.2/1の範囲であるこ
とが望まれる。
【0016】本発明の一つの態様では、強化用充填材が
約25から約90phrのシリカと約30phrまでの
カーボンブラックから構成されているそのようなゴム組
成物が提供される。
【0017】本発明の一つの態様では、そのシリカカッ
プラーは、約90から約55重量パーセントのポリ‐
(2‐プロパノール‐1,3‐ポリスルフィド)と、そ
れに対応して約10から約45重量パーセントの、少く
とも一種のビス‐(3‐トリエトキシシリルプロピル)
テトラスルフィドおよびビス‐(3‐トリエトキシシリ
ルプロピル)トリスルフィドから構成される。
【0018】本発明の実施において、シリカとカーボン
ブラックとの比は約3/1から約30/1の範囲で用い
ることができる。
【0019】かくして、本発明の一つの態様では、その
ゴム組成物はエラストマー強化用ピグメントとしてシリ
カとカーボンブラックとの組み合せを含んでいる。
【0020】このゴム組成物は、そのシリカ/カーボン
ブラック中に含まれるシリカが少量であってもよいし、
或いはシリカで定量的に強化され、カーボンブラックが
少量であってもよい。
【0021】本発明のもう一つの態様では、本発明のゴ
ム組成物からなるトレッドを有するタイヤが提供され
る。
【0022】シリカカップラーとシリカとの重量比は、
普通、約0.01/1から約0.2/1の範囲であるこ
とが望まれる。
【0023】一つの態様では、沈降シリカは、通常、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(DB
P)吸収値を有することを特徴とする。
【0024】ポリ‐(2‐プロパノール‐1,3‐ポリ
スルフィド)シリカカップラーは、1および3炭素原子
の位置にポリスルフィド結合を有する高分子第2アルコ
ールとして更に十分に説明できるであろう。1および3
炭素原子の位置とは、そのポリスルフィド橋に付いてい
る2‐プロパノールの末端炭素若しくは末端メチレンを
意味する。“高分子”第2アルコールとは、その2‐プ
ロパノールの繰返単位が2‐プロパノールの1位と3位
に付いている繰返ポリスルフィド橋によって結合されて
いることを意味する。
【0025】かかる高分子ポリスルフィドを代表する式
は次の通りである:
【化1】
【0026】但し、上記の式において:Rは水素または
アルキル基である。例えば、Rは同一若しくは異なる基
であって、水素、メチル、エチル、n‐プロピル、イソ
プロピル、n‐ブチルなどの基から選ばれる。
【0027】Mは高分子ポリスルフィド中の繰返単位の
数を代表し、約3から約250の範囲の整数であり、そ
してnはポリスルフィド橋中の硫黄原子の数を表し、2
から約6である。
【0028】ポリ‐(2‐プロパノール‐1,3‐ポリ
スルフィド)はその高分子カップラーの第2アルコール
基を介してシリカ表面に強く会合するように働き、しか
してそのカップラーのゴム反応性ポリスルフィド部分が
結合することによりジエン重合体にシリカを結び付け
る。これは、本発明では、比較的強いイオン結合によっ
て重合体にシリカを結び付けることができるので好都合
であると考えられる。
【0029】ゴム組成物が強化用ピグメントとしてのシ
リカで主として強化されることが望まれる場合には、シ
リカとカーボンブラックとの重量比は少なくとも約3/
1、好ましくは少なくとも10/1であり、例えば約3
/1から約30/1の範囲であることが好ましい。
【0030】本発明の一つの態様では、シリカカップラ
ーは本質的にポリ−(2−プロパノール−1,3−ポリ
スルフィド)から成る。
【0031】さらにもう一つの態様では、このシリカカ
ップラーをポリ−(2−プロパノール−1,3−ポリス
ルフィド)と、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/またはそのようなテトラ
スルフィドとビス‐(3‐トリエトキシシリルプロピ
ル)トリスルフィドとのブレンドとの組み合せから構成
することができる。
【0032】このポリ‐(2‐プロパノール‐1,3‐
ポリスルフィド)は、鎖長と分子量が可変の高分子第2
アルコールテトラスルフィドと称することもできる。本
明細書中で、それはポリスルフィドと称されているが、
それは、普通、そのポリスルフィド部位中に平均で約
3.5から約4.5個の硫黄原子を含んでいる。一つの
面から見ると、それは非シラン系シリカ‐ゴムカップラ
ーと称することもできる。特に、それは、約90℃から
約118℃の範囲の融解点;および約3570cm-1
ら約3450cm-1の範囲および約1100cm-1と約
1350cm-1から約1260cm-1の範囲に赤外線ス
ペクトルの第2アルコールの吸収バンド強度の性質を有
すると特徴付けることができる。低分子GPC分析は、
その高分子量部分が18,000から20,000の分
子量範囲にあり、その分子量の約60〜96パーセント
は9,000より大きいことを示している。
【0033】このポリ−(2−プロパノール−1,3−
ポリスルフィド)は、それがシリカに対する非常に強い
会合性吸引力と、シリカのゴムへの格別良好な分散に好
都合であると考えられるゴムに対する大きな反応性を有
しているので、本発明の実施に特に有利であると考えら
れる。
【0034】歴史的に言えば、ゴムコンパウンド成分の
ゴムへの分散が均一であればある程、得られるその硬化
されたゴムの性質はより良好になる。ポリ−(2−プロ
パノール−1,3−ポリスルフィド)のシリカへの強い
会合と、ゴムとの大きい親和性、相溶性および反応性が
このエラストマー組成物内に優れたシリカの分散をもた
らすと考えられる。
【0035】一つの態様において、ゴム組成物は硫黄で
硬化された状態として提供することができる。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。
【0036】本発明の実施においては、前記で指摘した
ように、ゴム組成物は少なくとも一種のジエン系エラス
トマー、即ちゴムを含んでなる。かくして、そのエラス
トマーは硫黄硬化性エラストマーと考えられる。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、スチレン/イソプレン/ブ
タジエン三元共重合体ゴムおよびシス1,4‐ポリブタ
ジエンゴムの少なくとも一種から選ぶことができる。
【0037】一つの態様では、このゴムは少なくとも二
種のジエン系ゴムであることが好ましい。かかるジエン
系ゴムは、例えば共役ジエン系炭化水素の単独重合体お
よび共重合体、並びに少なくとも一種のジエン系炭化水
素とビニル芳香族化合物との共重合体であることができ
る。かかるジエン系炭化水素は、例えば1,3‐ブタジ
エンとイソプレンから選ぶことができる。かかるビニル
芳香族化合物は、例えばスチレン或いはα‐メチルスチ
レンであることができる。例えば、少なくともシス1,
4‐ポリイソプレンゴム(天然または合成ゴムである
か、天然ゴムが好ましい)、3,4‐ポリイソプレンゴ
ム、イソプレン/ブタジエンゴム、スチレン/イソプレ
ン/ブタジエンゴム、乳化および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、ビニル含有量が30から50パーセントの中ビ
ニル含量ポリブタジエンゴム、ビニル含有量が50から
75パーセントの高ビニル含量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
ル共重合体から選ばれるエラストマーのような、二種ま
たはそれ以上のゴムの組み合せが推奨される。
【0038】本発明の一つの態様では、約20から約2
8パーセントの結合スチレンを含む、比較的普通のスチ
レン含有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、また幾
つかの用途では、中ないし比較的高い結合スチレン含有
量、即ち約30から約45パーセントの結合スチレンを
含むE‐SBRが用いられることもある。
【0039】スチレン含有量が約30から約45パーセ
ントという比較的高スチレン含量の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(sk
idresistance)を高めるのに有益であると
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
るのに有益であると考えられる。
【0040】乳化重合で合成したE‐SBRとは、スチ
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
習熟者には良く知られている。結合スチレン含有量は、
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。
【0041】約2から約40重量パーセントの結合アク
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/アクリロニトリル共重合体ゴム
も、本発明で用いられるジエン系ゴムとして意図される
ものである。
【0042】この溶液重合で合成されたSBR(S‐S
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したスチレン
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。
【0043】S‐SBRを使用する目的は、それがタイ
ヤトレッド組成物中に用いられた時に、ヒステリシスが
低くなる結果として、タイヤのころがり抵抗性を向上さ
せることである。
【0044】3,4‐ポリイソプレンゴム(3,4‐P
I)は、それがタイヤトレッド組成物中に用いられた時
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。
【0045】3,4‐PIおよびその利用は、本明細書
で引用、参照するものとされる米国特許第5,087,
668号明細書中に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℃/分でうまく測定できる。
【0046】シス1,4‐ポリブタジエンゴム(BR)
は、タイヤトレッドの摩耗、即ちトレッド摩耗特性を向
上させるのに有益であると考えられる。
【0047】かかるBRは、例えば1,3‐ブタジエン
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。
【0048】このBRは、例えば少くとも90%のシス
1,4‐結合含有量を有することを特徴とするものが好
都合である。
【0049】シス1,4‐ポリイソプレンおよびシス
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。
【0050】本発明の硬化ゴム組成物は、妥当な程度に
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
シリカおよびカーボンブラック強化用充填材(一種また
は複数)を含んでいるべきである。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35若しくは約
45から約90重量部であることが望ましい。
【0051】本発明においてシリカとしては、熱分解法
シリカ系および沈降シリカ系ピグメント(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。
【0052】本発明で好ましく用いられるシリカ系ピグ
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。
【0053】このようなシリカは、例えば、窒素ガスを
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、より普通には約50から約3
00m2/gの範囲にあることを特徴とするものであろ
う。この表面積を測定するBET法は、米国化学会誌
Journal of the AmericanC
hemical Society)第60巻、304頁
(1930年)に説明されている。
【0054】シリカは、また、一般的には、約100か
ら約400、より普通には約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。
【0055】シリカは、電子顕微鏡で測定して平均最大
粒径が、例えば0.01から0.05ミクロンの範囲で
あると予想されるだろう。但し、シリカ粒子の大きさ
は、それより小さい場合も、或いは多分それより大きい
場合もあり得る。
【0056】各種の市販シリカが本発明で使用するため
に入手できる。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
う登録商標で、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‐P
oulenc)から、例えばゼオシル(Zeosil)
1165MP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V
N2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。
【0057】この技術分野の習熟者には容易に理解され
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、
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)の利用目
的に応じて、前記の添加物を選び、そして、普通、常用
の量で使用する。
【0058】本発明では、若し使用するなら、前に説明
したように、強化用タイプのカーボンブラック(一種ま
たは複数)の常用量が添加される。シリカカップラーは
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
もよいことが認めらるべきであり、そしてこのカーボン
ブラックは前記のゴム組成物処方用のカーボンブラック
の量の中に含められるべきである。粘着樹脂を使用する
なら、その常用量は約0.5から約10phr、普通は
約1から約5phrの範囲である。加工助剤の常用量は
約1から約50phr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5phr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(Vanderbi
lt Rubber Handbook)344−34
6頁(1978年)に記載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。ステアリン酸を含
めて脂肪酸を若し使用するなら、その常用量は約0.5
から約3phrである。酸化亜鉛の常用量は約2から約
5phrである。ワックスの常用量は約1から約5ph
r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。
【0059】硬化は硫黄硬化剤の存在下で行われる。適
した硫黄硬化剤の例は、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−オレフィン付加体である。
好ましい硫黄硬化剤は元素硫黄である。この技術分野の
習熟者には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、まはた場合により約8p
hrまでも用いられることもあるが、約1.5から約
2.5phr、時には2から2.5phrの範囲が好ま
しい。
【0060】硬化促進剤は、硬化に必要な時間および/
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。一つの態様では、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(一種
または複数)は総量で約0.5から約4phr、好まし
くは約0.8から約1.5phrの範囲の量で用いられ
る。もう一つの態様では、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、二次促進剤の使用
量はより少量である(約0.05から約3phr)。こ
れらの促進剤の組み合わせには最終製品の性質に対し相
乗効果を与えることが期待され、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い性質が期待される。
さらに、標準の加工温度では影響を及ぼさないで、常用
の硬化温度で満足な硬化ができる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
発明で使用するのに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(一種または複数)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、強化用充填材としての
シリカと、その強化用充填材のカップリング剤としての
ポリ−(2−プロパノール−1,3−ポリスルフィド)
との併用に関する。
【0061】上記の添加剤の存在や相対量は本発明の1
つの態様とは見なされず、本発明は、より一義的には、
ゴム組成物における、特定のゴムブレンドと、そのゴム
の強化のためにシリカおよびポリ−(2−プロパノール
−1,3−ポリスルフィド)それぞれとの、若しくはビ
ス‐(3‐トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフ
ィドとの併用、さらには、場合によつてはカーボンブラ
ックとの併用に関する。
【0062】本発明のゴム組成物の混合は、ゴム混合技
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
段階、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通常混
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(一工程または複数工程)より低い
混合温度(一つまたは複数)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、
および、若し用いるなら、カーボンブラックが一つまた
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。
【0063】本発明のゴム組成物はさまざまな目的に使
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、容易に明かな種々の方法で組立てら
れ、賦形され、成形され、そして硬化され得る。
【0064】
【実施例】本発明は次の実施例を参照することにより更
によく理解されるであろう。それらの例において、特に
断らない限り、部およびパーセントは重量で与えられ
る。
【0065】例1 ポリ‐(2‐プロパノール‐1,3‐ポリスルフィド)
は、次のようにして合成される:2‐リットルの樹脂製
3つ口フラスコに、硫化ナトリウム・一水和物129.
6g(0.54モル)、硫黄51.8g(1.52モ
ル)および蒸留水400mLを装填した。このフラスコ
を窒素ガスでパージし、窒素風船を取り付けてシールし
た。このフラスコを撹拌しながら95℃に加熱すると、
透明な赤色のテトラスルフィドのダイアニオンの生成が
観測された。純粋なエピクロロヒドリン100g(1.
08モル)を非常にゆっくり滴下し、非常に発熱性のこ
の反応を制御できるようにした。
【0066】約3/4時間かけて添加した後、撹拌機の
羽の上にゴム状の重合体のボールが生成し、赤い色は消
える。この高分子物をフラスコから取り出し、FTIR
分析法で分析すると、クロロおよびエポキシド官能基が
消え、ヒドロキシル基が生成することが示された。“F
TIR分析法”なる用語は“フーリエ変換赤外スペクト
ル分析法”のことである。
【0067】低分子GPC図は、分子量約20,000
までの繰返オリゴマー・パターンを示し、19,330
mw領域の高分子量の物は35.9%;9,940mw
領域の物が38.7%;840mw領域の物が1.8
%;720mw領域の物が20.1%;610mw領域
の物が2.4%;510mw領域の物が2.9%;39
0mw領域の物が2.8%;そして270mw領域の物
が2.5%であることを示した。“GPC”という用語
はゲル浸透クロマトグラフィーを意味する。
【0068】この重合体を、エラストマー組成物と混練
するために約3/8インチの立方体に裁断した。この重
合体は118℃で流動し、水銀柱29インチの減圧下、
70℃で4時間乾燥後の重量は175gであった。
【0069】例2 ポリ‐(2‐プロパノール‐1,3‐ジスルフィド)
は、次のようにして合成される:例1の条件で反応を行
ったが、但し樹脂製フラスコには400mLの蒸留水中
に硫化ナトリウム・一水和物129.6g(0.54モ
ル)と硫黄17.3g(0.54モル)を装填してポリ
スルフィド混合物を生成させた。
【0070】合成および減圧乾燥すると、69gの重合
体が得られた。この重合体は88℃で流動し、低分子G
PC図は19,330mw領域の物が30.8%;9,
940mw領域の物が33.3%;840mw領域の物
が1.5%;720mw領域の物が1.8%;610m
w領域の物が2.0%;510mw領域の物が2.4
%;そして270mw領域の物が20.5%の分布を示
すことが明らかになった。
【0071】例3 ポリ‐(2‐プロパノール‐1,3‐ヘキサスルフィ
ド)は、次のようにして合成される:例1の条件で反応
を行ったが、但し樹脂製フラスコには500mLの蒸留
水中に硫化ナトリウム・一水和物129.6g(0.5
4モル)と硫黄86.4g(2.7モル)を装填してポ
リスルフィド混合物を生成させた。
【0072】合成および減圧乾燥すると、139gの重
合体が得られた。この重合体は68℃で流動し、低分子
GPC図は19,330mw領域の高分子量の物が4
4.9%;9,940mw領域の物が47.7%;そし
て840mw領域の物が5.5%の分布を示すことが明
らかになった。
【0073】例1、2および3のエピクロロヒドリンと
ポリスルフィドとの比を希望により変化させて、最終生
成物中のアルカノールと硫黄との比を調整できることは
容易に確認することができる。
【0074】例4 本例では、シリカ強化ゴム組成物において、比較的普通
に用いられているシリカ/エラストマーカップリング
剤、即ち担体としてのカーボンブラックに担持されたビ
ス‐(3‐トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフ
ィドの代替物として、例1に従って合成したポリ−(2
−プロパノール1,3−ポリスルフィド)が評価され
た。
【0075】表1に示した材料を含むゴム組成物を、別
々で逐次の三つの添加(混合)工程、即ち二つの非硬化
発現混合工程と一つの最終硬化発現混合工程を用い、B
Rバンバリーゴム混合機中で、それぞれ温度160℃、
160℃および120℃で、時間4分、4分および2分
間混合して調製した。カップラーの量は表1には“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。
【0076】試料1は、本例では、シリカ/エラストマ
ーカップリング剤を使用しない対照例とみなされるもの
である。
【0077】シリカを含むゴム組成物、即ちコンパウン
ドで適切な硬化物性能を得るには、カップリング剤(試
料2および3)を使用することが必要であることは極め
て明かである。このような性質には、例えば破断引張り
強さ、100%および300%モジュラス、反発性、硬
度、レオビブロンE´(Rheovibron E´)
および、特にDIN摩耗耐久性(値の低い方が、耐久性
が良い摩耗値を示す)が含まれる。
【0078】シリカカップリング剤を用いないで製造さ
れた試料1に較べて、試料2と3は、明らかに、カップ
リング剤の利点を示している。本発明で用いられるシリ
カカップラーを含む試料3の諸性質は、上記の在来シラ
ンカップリング剤を含んでいる試料2が示す諸性質と少
なくとも同等であるか、それより若干良好な性質を有す
る。
【0079】特に、本例は、試料3で用いられているポ
リ−(2−プロパノール−1,3−ポリスルフィド)
が、シリカ/エラストマーカップリング剤を含まない対
照試料1に比べて、モジュラス、反発弾性、硬度および
摩耗性を有意に改善することができることを示してい
る。さらに、これらの性質は常用のシランカップリング
剤を含む試料2の性質より幾分優れている。
【0080】
【表1】
【0081】1)グッドイヤー タイヤ アンド ラバ
ー社(Goodyear Tire& Rubber
Company)から入手した合成シス‐1,4‐ポリ
イソプレンゴム(NAT2200);
【0082】2)重合1,2‐ジヒドロ‐2,2,4‐
トリメチルジヒドロキノリン系; 3)PPGインダストリーズ社からハイ−シル−210
として入手したシリカ;
【0083】4)デグッサ社から材料X50Sとして市
販されている、50/50重量比でカーボンブラッに担
持若しくは混合された有機シラン・テトラスルフィドか
ら構成された活性50%の複合物;技術的には、この有
機シランポリスルフィドは複合物若しくは混合物と考え
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ポリスルフ
ィドを含んでいるだろう;および
【0084】5)本明細書の例1で合成された反応生成
物。
【0085】
【表2】
【0086】例5 この例では、シリカ強化ゴム組成物において、比較的普
通に用いられているシリカカップリング剤、即ち担体と
してのカーボンブラックに担持されているビス−(3−
トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドの代替
物として、例1に従って合成したポリ−(2−プロパノ
ール−1,3−テトラスルフィド)が評価された。
【0087】表3に示した材料を含むゴム組成物を、別
々で逐次の三つの添加(混合)工程、即ち二つの非硬化
発現混合工程と一つの最終硬化発現混合工程を用い、B
Rバンバリーゴム混合機中で、それぞれ温度160℃、
160℃および120℃で、時間4分、4分および2分
間混合して調製した。カップラーの量は表3に“可変
値”であると示され、そして表4により具体的に説明さ
れている。
【0088】シリカを含むゴム組成物、即ちコンパウン
ドで適切な硬化物性能を得るには、カップリング剤を使
用することが必要であることは極めて明かである。この
ような性質には、破断引張り強さ、100%および30
0%モジュラス、反発性、硬度、レオビブロンE´およ
び、特にDIN摩耗耐久性(値の低い方が、耐久性が良
い摩耗値を示す)が含まれる。試料5および6は、シリ
カカップリング剤を用いないで製造された試料4に較べ
て、明らかに、カップリング剤の利点を示している。本
発明で用いらるシリカカップラーを含む試料6の性質
は、カップリング剤を含まない試料4が示す性質より良
好な性質を有している。
【0089】特に、この例は、試料6で用いられている
ポリ−(2−プロパノール−1,3−テトラスルフィ
ド)は、カップリング剤を含んでいない対照試料4に比
べて、モジュラス、反発性、硬度および摩耗耐久性を有
意に向上させ得ることを示している。
【0090】
【表3】
【0091】1)グッドイヤー タイヤ アンド ラバ
ー社から入手した合成シス‐1,4‐ ポリイソプ
レンゴム(NAT2200); 2)重合1,2‐ジヒドロ‐2,2,4‐トリメチルジ
ヒドロキノリン系; 3)PPGインダストリーズ社からハイ−シル−210
として入手したシリカ;
【0092】4)デグッサ社から材料X50Sとして市
販されている、50/50重量比でカーボンブラッに担
持若しくは混合された有機シラン・テトラスルフィドか
ら構成された活性50%の複合物;技術的には、この有
機シランポリスルフィドは複合物若しくは混合物と考え
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ポリスルフ
ィドを含んでいるだろう;および
【0093】5)本明細書の例1で製造された反応生成
物のポリ−(2−プロパノール−1,3−テトラスルフ
ィド)。
【0094】
【表4】
【0095】例6 この例では、ポリ−(2−プロパノール−1,3−テト
ラスルフィド)が多量のシリカを充填したゴム組成物に
おいて評価された。表5に示した材料を含むゴム組成物
を、別々の三つの添加工程、即ち二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、BRバンバリー
ゴム混合機中で、それぞれ温度160℃、160℃およ
び120℃で、時間4分、4分および2分間混合して調
製された。硬化挙動と硬化物の性質を表6に示す。
【0096】ポリ−(2−プロパノール−1,3−テト
ラスルフィド)と常用のカップリング剤とを組み合せて
使用すると、高水準のシリカ充填材の存在下で、硬化物
の性質が素晴らしいゴム組成物が得られた。
【0097】
【表5】
【0098】1)グッドイヤー タイヤ アンド ラバ
ー社から入手した、23.5%の結合スチレンと37.
5phrの芳香族オイルを含む乳化重合スチレン/ブタ
ジエン共重合体エラストマー(SBR1712);
【0099】2)グッドイヤー タイヤ アンド ラバ
ー社から入手した高シス1,4‐ポリブタジエンゴム
(BUD1207); 3)グッドイヤー タイヤ アンド ラバー社から入手
した合成シス1,4‐ポリイソプレンゴム(NAT22
00);
【0100】4)ローン‐プーラン社からのゼオシル1
165MP; 5)重合1,2‐ジヒドロ‐2,2,4‐トリメチルキ
ノリン系; 6)ストラクトール(Struktol)A6;
【0101】7)本明細書の例1の反応生成物; 8)デグッサ社からのX50S。
【0102】
【表6】
【0103】例7 この例では、多量のシリカを充填したゴム組成物におい
て、ポリ‐(2‐プロパノール‐1,3‐ポリスルフィ
ド)の三種の試料を、ビス‐(3‐トリエトキシシリル
プロピル)テトラスルフィドを一部置換して評価した。
即ち、表7に示した材料を含むゴム組成物を別々の三つ
の添加工程、即ち二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、BRバンバリーゴム混合機中
で、それぞれ温度160℃、160℃、および120℃
で、時間4分、4分および2分間混合して調製した。硬
化挙動と硬化物の性質を表8に示す。
【0104】本発明のポリ‐(2‐プロパノール‐1,
3‐テトラスルフィド)と常用のカップリング剤を組み
合せて使用すると、高水準のシリカ充填材の存在下で素
晴らしい硬化物の性質を示すゴム組成物が得られた。
【0105】
【表7】
【0106】1)グッドイヤー タイヤ アンド ラバ
ー社から入手した23.5%の結合スチレンと37.5
phrの芳香族オイルを含む乳化重合スチレン/ブタジ
エン共重合体エラストマー(SBR1712);
【0107】2)グッドイヤー タイヤ アンド ラバ
ー社から入手した高シス1,4‐ポリブタジエンゴム
(BUD1207); 3)グッドイヤー タイヤ アンド ラバー社から入手
した合成シス‐1,4‐ ポリイソプレンゴム(N
AT2200); 4)ローン‐プーラン社からのゼオシル1165MP;
【0108】5)重合1,2‐ジヒドロ‐2,2,4‐
トリメチルキノリン系; 6)ストラクトール(Struktol)A6; 7)それぞれ本明細書の例1、2および3の反応生成
物;および 8)デグッサ社からのX50S
【0109】
【表8】
【0110】本発明を例示する目的で一定の代表的態様
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
まな変更と改変がなされ得ることは明らかであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590002976 1144 East Market Stre et,Akron,Ohio 44316− 0001,U.S.A. (72)発明者 ローソン・ギブソン・ワイドマン アメリカ合衆国オハイオ州44278,トール マッジ,ノース・ヴィレッジ・ヴュー 82

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)少なくとも一種のジエン系エラス
    トマー100重量部、(B)約25から約100phr
    の、微粒子状の沈降シリカとカーボンブラックから成る
    充填材、および(C)(i)ポリスルフィド橋中に2か
    ら6個の硫黄原子を含むポリ−(2−プロパノール−
    1,3−ポリスルフィド)から、若しくは(ii)約9
    5から約25重量パーセントの該ポリ−(2−プロパノ
    ール−1,3−ポリスルフィド)と、それに対応して約
    5から約75重量パーセントの、ポリスルフィド橋の中
    に2から8個の硫黄原子を含むビス‐(3‐トリアルコ
    キシシリルアルキル)ポリスルフィドとの組み合わせか
    ら選ばれるシリカカップラーを含んでなり、ここでシリ
    カカップラーとシリカとの重量比は約0.01/1から
    約0.2/1の範囲にあり;そしてシリカとカーボンブ
    ラックとの重量比は少くとも約0.1/1である、ゴム
    組成物。
  2. 【請求項2】 ポリ−(2−プロパノール−1,3−ポ
    リスルフィド)がカーボンブラック担体上に担持されて
    いる、請求項1に記載のゴム組成物。
  3. 【請求項3】 シリカカップラーが本質的にポリ−(2
    −プロパノール−1,3−ポリスルフィド)から成り、
    そしてシリカカップラーとシリカとの重量比が約0.0
    1/1から約0.2/1の範囲にある、請求項1に記載
    のゴム組成物。
  4. 【請求項4】 シリカカップラーが約95から約25重
    量パーセントのポリ−(2−プロパノール−1,3−ポ
    リスルフィド)と、それに対応して約5から約75重量
    パーセントのビス‐(3‐トリエトキシシリルプロピ
    ル)テトラスルフィドおよびビス‐(3‐トリエトキシ
    シリルプロピル)トリスルフィドとの組み合せである、
    請求項1に記載のゴム組成物。
  5. 【請求項5】 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、中ビニル含
    量ポリブタジエンゴム、高ビニル含量ポリブタジエンゴ
    ム、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ブタジエン
    /アクリロニトリル共重合体ゴムの少なくとも一種から
    選ばれる、請求項1に記載のゴム組成物。
  6. 【請求項6】 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
    とするものである、請求項1に記載のゴム組成物。
  7. 【請求項7】 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
    とするものである、請求項2に記載のゴム組成物。
  8. 【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
    とするものである、請求項3に記載のゴム組成物。
  9. 【請求項9】 (A)少なくとも一種のジエン系エラス
    トマー100重量部、(B)約25から約90phrの
    微粒子状シリカ、(C)約30phrまでのカーボンブ
    ラック、および(D)合わせて約90から55重量パー
    セントのポリ−(2−プロパノール−1,3−ポリスル
    フィド)、約10から45重量パーセントのビス‐(3
    ‐トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドおよ
    びビス‐(3‐トリエトキシシリルプロピル)トリスル
    フィドから構成されるシリカカップラーを含んでなり、
    ここでシリカカップラーとシリカとの重量比は約0.0
    1/1から約0.2/1の範囲にあり;シリカとカーボ
    ンブラックとの重量比は約3/1から約30/1の範囲
    にあり;そしてシリカが約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
    とするものである、ゴム組成物。
  10. 【請求項10】 請求項1に記載のゴム組成物からなる
    ゴムトレッドを有するタイヤ。
  11. 【請求項11】 請求項2に記載のゴム組成物からなる
    ゴムトレッドを有するタイヤ。
  12. 【請求項12】 請求項3に記載のゴム組成物からなる
    ゴムトレッドを有するタイヤ。
  13. 【請求項13】 請求項4に記載のゴム組成物からなる
    ゴムトレッドを有するタイヤ。
  14. 【請求項14】 請求項5に記載のゴム組成物からなる
    ゴムトレッドを有するタイヤ。
  15. 【請求項15】 請求項6に記載のゴム組成物からなる
    ゴムトレッドを有するタイヤ。
  16. 【請求項16】 請求項7に記載のゴム組成物からなる
    ゴムトレッドを有するタイヤ。
  17. 【請求項17】 請求項8に記載のゴム組成物からなる
    ゴムトレッドを有するタイヤ。
  18. 【請求項18】 請求項9に記載のゴム組成物からなる
    ゴムトレッドを有するタイヤ。
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