JPWO2018131694A1 - タイヤトレッド用ゴム組成物および空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
[1]ジエン系ゴムと、シリカと、硬化物とを含有し、上記シリカの含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、20〜100質量部であり、上記硬化物の含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、0.3〜30質量部であり、上記ジエン系ゴムが、天然ゴムと、末端にポリオルガノシロキサン基を有する変性ブタジエンゴムとを含有し、上記ジエン系ゴム中の上記天然ゴムの含有量が、30〜90質量%であり、上記ジエン系ゴム中の上記変性ブタジエンゴムの含有量が、10〜70質量%であり、上記硬化物が、上記ジエン系ゴムと相溶しない架橋性オリゴマーまたはポリマーを硬化させた硬化物であり、上記硬化物のJIS A硬度が、3〜45である、タイヤトレッド用ゴム組成物。
[2]上記ポリオルガノシロキサン基が、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基からなる連結基又はエーテル基を介してブタジエン鎖の末端と結合された基である、上記[1]に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
ただし、上記置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基を構成する−CH2−の一部が−O−で置換されていてもよい。
また、上記置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基からなる連結基と、上記ブタジエン鎖の末端との間に、後述する一般式(Si)で表されるケイ素含有連結基が存在していてもよい。
[3]上記硬化物が、平均粒子径が5〜250μmの粒子状物である、上記[1]または[2]に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
[4]上記架橋性オリゴマーまたはポリマーが、ポリエーテル系もしくはシロキサン系の重合体または共重合体であり、かつ、シラン官能基を有する、上記[1]〜[3]に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
[5]更に、軟化点が60〜150℃の芳香族変性テルペン樹脂を含有し、上記芳香族変性テルペン樹脂の含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、2〜20質量部である、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
[6]更に、熱膨張性マイクロカプセルを含有し、上記熱膨張性マイクロカプセルの含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、0.5〜20質量部である、上記[1]〜[5]のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
[7]上記[1]〜[6]のいずれかに記載のタイヤトレッド用ゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤ。
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物(以下、「本発明の組成物」ともいう)は、ジエン系ゴムと、シリカと、硬化物とを含有し、上記シリカの含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、20〜100質量部であり、上記硬化物の含有量が、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、0.3〜30質量部であり、上記ジエン系ゴムが、天然ゴムと、末端にポリオルガノシロキサン基を有する変性ブタジエンゴムとを含有し、上記ジエン系ゴム中の上記天然ゴムの含有量が、30〜90質量%であり、上記ジエン系ゴム中の上記変性ブタジエンゴムの含有量が、10〜70質量%であり、上記硬化物が、上記ジエン系ゴムと相溶しない架橋性オリゴマーまたはポリマーを硬化させた硬化物であり、上記硬化物のJIS A硬度が、3〜45である、タイヤトレッド用ゴム組成物である。
一方で、本発明の組成物においては、上記特定の変性ブタジエンゴムの変性末端が上記硬化物と相互作用し、その凝集を抑えるものと考えられる。
結果として、本発明の組成物を用いたタイヤは、優れた氷上性能およびウェットグリップ性能に加え、優れた低発熱性および耐摩耗性を発現するものと推測される。
本発明の組成物に含有されるジエン系ゴムは、天然ゴムと、末端にポリオルガノシロキサン基を有する変性ブタジエンゴムとを含有する。
上記ジエン系ゴムに含まれる天然ゴムは特に制限されない。
上記ジエン系ゴム中の上記天然ゴムの含有量は、30〜90質量%であり、30〜85質量%が好ましく、35〜80質量%がより好ましい。
上記ジエン系ゴムに含まれる変性ブタジエンゴムは、末端にポリオルガノシロキサン基を有する変性ブタジエンゴムである。
上記変性ブタジエンゴムは、主鎖として、共役ジエン系重合体鎖であるポリブタジエン(ブタジエンゴム)を有し、この主鎖の末端に、ポリオルガノシロキサン基を有する。
上記ポリオルガノシロキサン基としては、例えば、後述する工程(B)において説明するポリオルガノシロキサン(変性剤)に由来する基が好適に挙げられる。
更に、上記変性ブタジエンゴムは、主鎖(ブタジエン鎖)と、ポリオルガノシロキサン基との間に、後述する工程(A)において説明するケイ素化合物(カップリング剤)に由来する基を有していてもよい。
また、主鎖(ブタジエン鎖)と、ポリオルガノシロキサン基との間の結合は、シリカと後述するシランカップリング剤との反応が過剰に進行するのを抑制でき、組成物の加工性が優れる理由から、窒素原子を介した結合以外の結合であるのが好ましい。
炭化水素系連結基は、例えば、炭素数1〜20のポリメチレン基((CH2)k(kは1〜20の整数である。))、炭素数6〜20のアリーレン基、または炭素数5〜20のシクロアルキレン基である。
また、上記炭化水素系連結基は、これを構成する−CH2−の一部が−O−で置換されていてもよい。
炭化水素系連結基中、−O−で置換される−CH2−の数は、全数でなければ特に制限はなく、1〜5が好ましく、1〜2がより好ましい。
Yは、置換基を有していてもよい炭素数1〜20のポリメチレン基又はエーテル基である。
上記ポリメチレン基中の−CH2−の1個以上(好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜2個)が、それぞれ独立に、−O−で置換されていてもよい。ただし、−O−で置換される−CH2−の数は、ポリメチレン基を構成する−CH2−の全数ではない。
また、上記ポリメチレン基中の*aと直接結合する原子(つまり、ポリオルガノシロキサン基中のケイ素原子と直接結合する原子)は、炭素原子が好ましい。
Yは、置換基を有していてもよい炭素数1〜20のポリメチレン基であるのが好ましい。
*aは、ポリオルガノシロキサン基中のケイ素原子との結合位置である。
*bは、工程(A)において説明するケイ素化合物(カップリング剤)に由来する基(好ましくは、後述する一般式(Si)中の*1)またはブタジエン鎖末端との結合位置である。
工程(A)において説明するケイ素化合物(カップリング剤)に由来する基は、以下の一般式(Si)で表されるケイ素含有連結基であるのが好ましい。
Q1およびQ2は、それぞれ独立して、化学的単結合または−O−である。
RL1およびRL2は、それぞれ独立して、置換基であり、複数あるRL1およびRL2は、それぞれ、同一であってもよいし、または異なっていてもよい。
A1は、化学的単結合、炭素数1〜20のポリメチレン基((CH2)k(kは1〜20の整数である。))、炭素数6〜20のアリーレン基、または炭素数5〜20のシクロアルキレン基である。
*1は、別のケイ素含有連結基中の*2、または、炭化水素系連結基(好ましくは一般式(C)中の*b)との結合位置である。
*2は、別のケイ素含有連結基中の*1、または、ブタジエン鎖末端との結合位置である。
上記「−(炭化水素系連結基またはエーテル基)−」は、「−(炭化水素系連結基)−」であるのが好ましい。
上記炭化水素系連結基は、上述の一般式(C)で表される基であるのが好ましい。
上記工程(A)において説明するケイ素化合物に由来する基は、上述の一般式(Si)で表されるケイ素含有連結基であるのが好ましい。
なお、上記式では、ポリオルガノシロキサン基中のケイ素原子における、炭化水素系連結基以外の基との結合は省略して記載している。同様に、ブタジエン鎖末端における、工程(A)において説明するケイ素化合物に由来する基(または炭化水素系連結基)以外の基との結合は省略して記載している。
より詳細には、上記変性ブタジエンゴムを含む組成物(以下、「組成物S」ともいう)を製造する方法の好適態様について説明する。
上記変性ブタジエンゴムを含む組成物Sの製造方法は、例えば、
少なくとも共役ジエン単量体を、不活性溶媒中で重合開始剤を用いて重合させることにより得られる活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖を含有する溶液と、
1分子中に、上記活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖の活性末端と反応しうる反応点を6以上有するケイ素化合物、および、1分子中に、上記活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖の活性末端と反応しうる官能基を3〜200個有するポリオルガノシロキサンと、を混合することにより、上記組成物Sを製造する方法であることが好ましい。
上記組成物Sの製造方法においては、まず、少なくとも共役ジエン単量体を、不活性溶媒中で重合開始剤を用いて重合させることにより、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖を含有する溶液を得る。
ブタジエンとしては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン(2−メチル−1,3−ブタジエン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−クロロ−1,3−ブタジエンなどが挙げられ、なかでも、1,3−ブタジエンが好ましい。
これらの共役ジエン単量体は、それぞれ単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
芳香族ビニル単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−エチルスチレン、3−エチルスチレン、4−エチルスチレン、2,4−ジイソプロピルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、4−t−ブチルスチレン、5−t−ブチル−2−メチルスチレン、ビニルナフタレン、ジメチルアミノメチルスチレン、ジメチルアミノエチルスチレンなどを用いることができる。
これらの中でも、スチレン、α−メチルスチレン、4−メチルスチレンが好ましく、スチレンがより好ましい。
これらの芳香族ビニル単量体は、それぞれ単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
共役ジエン系重合体鎖は、共役ジエン単量体単位50〜100質量%を含むものが好ましく、60〜100質量%を含むものがより好ましく、70〜100質量%を含むものが更に好ましく、また、芳香族ビニル単量体単位50〜0質量%を含むものが好ましく、40〜0質量%を含むものがより好ましく、30〜0質量%を含むものが更に好ましい。
他の単量体としては、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのα,β−不飽和ニトリル;アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸などの不飽和カルボン酸または酸無水物;メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルなどの不飽和カルボン酸エステル;1,5−ヘキサジエン、1,6−ヘプタジエン、1,7−オクタジエン、ジシクロペンタジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネンなどの非共役ジエン;などを挙げることができる。
これらの単量体は、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖中に、単量体単位として、10質量%以下とするのが好ましく、5質量%以下とするのがより好ましい。
その具体例としては、例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサン、2−ブテンなどの脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロへキサン、シクロヘキセンなどの脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素;等が挙げられる。
不活性溶媒の使用量は、単量体濃度が、通常、1〜50質量%であり、好ましくは10〜40質量%である。
有機アルカリ金属化合物は、予め、ジブチルアミン、ジヘキシルアミン、ジベンジルアミン、ピロリジン、ヘキサメチレンイミン、およびヘプタメチレンイミン(好ましくは、ピロリジン、ヘキサメチレンイミン、およびヘプタメチレンイミン)などの第2級アミンと反応させて、有機アルカリ金属アミド化合物として使用してもよい。
これらの重合開始剤は、それぞれ単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
重合様式としては、回分式、連続式などいずれの様式をも採用できるが、共役ジエン単量体と芳香族ビニル単量体とを共重合させる場合は、共役ジエン単量体単位と芳香族ビニル単量体単位との結合のランダム性を制御しやすい点で、回分式が好ましい。
極性化合物としては、ジブチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル化合物;テトラメチルエチレンジアミンなどの第三級アミン;アルカリ金属アルコキシド;ホスフィン化合物;等が挙げられる。
これらの中でも、エーテル化合物、および第三級アミンが好ましく、第三級アミンがより好ましく、テトラメチルエチレンジアミンが更に好ましい。
これらの極性化合物は、それぞれ単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
極性化合物の使用量は、目的とするビニル結合含有量に応じて決定すればよく、重合開始剤1モルに対して、通常、0.001〜100モル、好ましくは0.005〜50モル、より好ましくは0.01〜30モルの範囲である。
ピークトップ分子量は、GPCにより検出され、ポリスチレン換算分子量として求めるものとする。また、共役ジエン系重合体鎖のピークが複数認められる場合は、GPCにより検出される共役ジエン系重合体鎖に由来する、分子量の最も小さいピークのピークトップ分子量を、活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖のピークトップ分子量とする。
上記組成物Sの製造方法は、上記活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖を含有する溶液と、1分子中に、上記活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖の活性末端と反応しうる反応点を6以上有するケイ素化合物(以下、単に「カップリング剤」ともいう)とを混合する工程(A)を有する。
上記反応点としては、共役ジエン系重合体鎖の活性末端と反応できるものであれば特に限定されないが、例えば、ケイ素原子と結合している、ハロゲン原子やアルコキシル基などが挙げられる。
上記組成物Sの製造方法は、上記工程(A)の他に、上記活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖を含有する溶液と、1分子中に、上記活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖の活性末端と反応しうる官能基を3〜200個有するポリオルガノシロキサン(以下、単に「変性剤」ともいう)とを混合する工程(B)を有する。
上記官能基としては、共役ジエン系重合体鎖の活性末端と反応できるものであれば特に限定されないが、例えば、エポキシ基、アルコキシル基、ピロリドニル基、アリロキシル基、カルボニル基、イソシアネート基、ビニル基、およびハロゲン原子などが挙げられる。これらの中でも、シリカとの親和性に優れるという観点より、エポキシ基、アルコキシル基、およびピロリドニル基が好ましい。また、本発明の組成物の加工性が優れる点からは、エポキシ基またはアルコキシル基が好ましく、エポキシ基がより好ましい。
−Z1−Z2−E・・・(4)
これらの変性剤は、それぞれ単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
次いで、所望により、老化防止剤、クラム化剤、スケール防止剤などを重合溶液に添加した後、直接乾燥やスチームストリッピングにより溶媒を分離して、目的とする組成物Sを回収する。
ここで、「上記変性ブタジエンゴムの、GPCにより検出される分子量の最も小さいピーク」とは、「上記変性ブタジエンゴムに含まれる重合体の中で、分子量の最も小さい重合体に由来するピーク」を指す。カップリング率が上記範囲にあると、得られる組成物Sは、フローしにくくなり、貯蔵安定性に優れる。また、最終的に得られるタイヤは、低発熱性により優れたものとなる。
カップリング率とは、上記変性ブタジエンゴムの中で、3以上の共役ジエン系重合体鎖が反応後のカップリング剤および/または変性剤の残部を介して結合された構造体の割合(質量分率)を指す。これは、GPC(ポリスチレン換算)により測定できる。
上記変性ブタジエンゴムの重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)で表わされる分子量分布は、1.1〜5.0が好ましく、1.2〜3.0がより好ましい。
上記変性ブタジエンゴムのムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、30〜75の範囲が好ましい。
上記変性ブタジエンゴムの共役ジエン単量体単位部分におけるビニル結合含有量は、50質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましい。
本発明の組成物に含有されるシリカは特に制限されず、タイヤ等の用途でゴム組成物に配合されている従来公知の任意のシリカを用いることができる。
上記シリカとしては、例えば、湿式シリカ、乾式シリカ、ヒュームドシリカ、珪藻土などが挙げられる。上記シリカは、1種のシリカを単独で用いても、2種以上のシリカを併用してもよい。
本明細書において、CTAB吸着比表面積は、シリカ表面へのCTAB吸着量をJIS K6217−3:2001「第3部:比表面積の求め方−CTAB吸着法」にしたがって測定した値である。
本発明の組成物に含有される硬化物は、上記ジエン系ゴムと相溶しない架橋性オリゴマーまたはポリマーを硬化させた硬化物であり、JIS A硬度が3〜45である、硬化物(以下、「特定硬化物」ともいう)である。
すなわち、架橋性オリゴマーまたはポリマーはジエン系ゴムに実際に含有される成分との間で非相溶であればよく、ジエン系ゴムに実際には含まれていないゴム成分(例えば、上述した「その他のゴム成分」)と非相溶である必要はない。例えば、後述する実施例の場合、ジエン系ゴムは天然ゴムおよび変性ブタジエンゴムからなるため、架橋性ポリマーは、天然ゴムおよび変性ブタジエンゴムと互いに非相溶であればよい。
「JIS A硬度」とは、JIS K6253−3:2012に規定されるデュロメータ硬さであって、タイプAのデュロメータにより温度25℃において測定した硬さをいう。
上記架橋性オリゴマーまたはポリマーは、上記ジエン系ゴムと相溶せず、架橋性を有するオリゴマーまたはポリマーであれば特に限定されない。
「相溶」とは、2種類の(または複数の)異なる分子鎖が分子レベルにおいて均一に相溶すること(分子レベルで完全に混ざり合うこと)を意味し、逆に、「相溶しない」とは、分子レベルで完全には混ざり合わないことを意味する。
上記シロキサン系の重合体または共重合体としては、例えば、−(Si(R1)(R2)O)−で表されるシロキサン構造(式中、R1およびR2は、それぞれ独立に、炭素原子数1〜4のアルキル基またはフェニル基を表す。)を主鎖に有する重合体または共重合体等が挙げられる。
上記シラン官能基は、いわゆる架橋性シリル基とも呼ばれ、その具体例としては、加水分解性シリル基;シラノール基;シラノール基をアセトキシ基誘導体、エノキシ基誘導体、オキシム基誘導体、アミン誘導体などで置換した官能基;等が挙げられる。
これらのうち、加水分解性と貯蔵安定性のバランスが良好となる理由から、アルコキシシリル基が好ましく、具体的には、下記式(X)で表されるアルコキシシリル基がより好ましく、メトキシシリル基、エトキシシリル基が更に好ましい。
重量平均分子量および数平均分子量は、いずれもゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により標準ポリスチレン換算により測定するものとする。
これらのうち、硬化効率が高い理由から、酸触媒または金属触媒を用いて硬化させる方法が好ましい。
上記酸触媒として、酸性度や分散性の観点から、常温で液体の酸を用いるのが好ましく、具体的には、乳酸、ギ酸を用いるのがより好ましい。
具体的には、ジメチルスズジラウレート、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズマレエート、ジブチルスズジアセテート、オクチル酸スズ、ナフテン酸スズなどのスズカルボン酸塩類;テトラブチルチタネート、テトラプロピルチタネートなどのチタン酸エステル類;アルミニウムトリスアセチルアセトナート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、ジイソプロポキシアルミニウムエチルアセトアセテートなどの有機アルミニウム化合物類;ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、チタンテトラアセチルアセトナートなどのキレート化合物類;オクタン酸鉛、オクタン酸ビスマスなどのオクタン酸金属塩;等が挙げられる。
上記金属触媒として、酸性度の観点から、スズカルボン酸塩類を用いるのがより好ましい。
本発明の組成物における上記硬化物の平均粒子径は、本発明の組成物の加硫試験体の断面を電子顕微鏡(倍率:500〜2000倍程度)にて画像解析し、観察された上記硬化物の粒子の最大長を任意の10個以上の粒子で測定し、平均化した値をいう。
本発明の組成物は、必要に応じて、その効果や目的を損なわない範囲で更に他の成分(任意成分)を含有できる。
上記任意成分としては、例えば、カーボンブラック、シランカップリング剤、芳香族変性テルペン樹脂、熱膨張性マイクロカプセル、充填剤、酸化亜鉛(亜鉛華)、ステアリン酸、老化防止剤、ワックス、加工助剤、オイル、液状ポリマー、熱硬化性樹脂、加硫剤(例えば、硫黄)、加硫促進剤などのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤などが挙げられる。
本発明の組成物は、更に、芳香族変性テルペン樹脂を含有できる。
上記芳香族変性テルペン樹脂は、本発明の効果がより優れる理由から、軟化点が60〜150℃である芳香族変性テルペン樹脂であることが好ましい。上記軟化点は、本発明の効果がより優れる理由から、100〜140℃であることがより好ましい。
ここで、軟化点は、JIS K7206:1999に準拠して測定されたビカット軟化点である。
本発明の組成物において、上記芳香族変性テルペン樹脂の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、2〜20質量部が好ましく、5〜15質量部がより好ましい。
本発明の組成物は、更に、熱膨張性マイクロカプセルを含有できる。
上記熱膨張性マイクロカプセルは、熱により気化して気体を発生する液体を熱可塑性樹脂に内包した熱膨張性熱可塑性樹脂粒子であり、この粒子をその膨張開始温度以上の温度、通常130〜190℃の温度で加熱して膨張させて、その熱可塑性樹脂からなる外殻中に気体を封入した気体封入熱可塑性樹脂粒子となる。
上記熱可塑性樹脂としては、例えば(メタ)アクリロニトリルの重合体、また(メタ)アクリロニトリル含有量の高い共重合体が好適に用いられる。その共重合体の場合の他のモノマー(コモノマー)としては、ハロゲン化ビニル、ハロゲン化ビニリデン、スチレン系モノマー、(メタ)アクリレート系モノマー、酢酸ビニル、ブタジエン、ビニルピリジン、クロロプレン等のモノマーが用いられる。
上記熱可塑性樹脂は、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、トリアクリルホルマール、トリアリルイソシアヌレート等の架橋剤で架橋可能にされていてもよい。架橋形態については、未架橋が好ましいが、熱可塑性樹脂としての性質を損なわない程度に部分的に架橋していてもよい。
熱により気化して気体を発生する上記液体としては、例えば、n−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、ブタン、イソブタン、ヘキサン、石油エーテルなどの炭化水素類;塩化メチル、塩化メチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエタン、トリクロルエチレンなどの塩素化炭化水素;等の液体が挙げられる。
熱膨張性マイクロカプセルの膨張前の粒子径は、5〜300μmが好ましく、10〜200μmがより好ましい。
本発明の組成物は、更に、カーボンブラックを含有できる。
上記カーボンブラックは特に限定されず、例えば、SAF−HS、SAF、ISAF−HS、ISAF、ISAF−LS、IISAF−HS、HAF−HS、HAF、HAF−LS、FEF等の各種グレードのものを使用できる。
上記カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、50〜200m2/gであることが好ましく、70〜150m2/gであることがより好ましい。
窒素吸着比表面積(N2SA)は、カーボンブラック表面への窒素吸着量をJIS K6217−2:2001「第2部:比表面積の求め方−窒素吸着法−単点法」にしたがって測定した値である。
上記カーボンブラックの含有量は特に制限されないが、上記ジエン系ゴム100質量部に対して、1〜200質量部が好ましく、10〜100質量部がより好ましい。
本発明の組成物は、更に、シランカップリング剤を含有できる。
上記シランカップリング剤は、加水分解性基および有機官能基を有するシラン化合物であれば特に制限されない。
上記加水分解性基は特に制限されないが、例えば、アルコキシ基、フェノキシ基、カルボキシル基、アルケニルオキシ基などが挙げられる。なかでも、アルコキシ基であることが好ましい。加水分解性基がアルコキシ基である場合、アルコキシ基の炭素数は、1〜16であることが好ましく、1〜4であることがより好ましい。炭素数1〜4のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などが挙げられる。
シランカップリング剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の組成物の製造方法は特に限定されず、その具体例としては、例えば、上述した各成分を、公知の方法、装置(例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロールなど)を用いて、混練する方法などが挙げられる。
本発明の組成物が硫黄または加硫促進剤を含有する場合は、硫黄および加硫促進剤以外の成分を先に高温(好ましくは100〜155℃)で混合し、冷却してから、硫黄または加硫促進剤を混合するのが好ましい。
本発明の組成物は、従来公知の加硫または架橋条件で加硫または架橋できる。
本発明の空気入りタイヤは、上述した本発明の組成物を用いた空気入りタイヤである。なかでも、本発明の組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤであることが好ましい。
図1に、本発明の空気入りタイヤの実施態様の一例を表すタイヤの部分断面概略図を示すが、本発明の空気入りタイヤは図1に示す態様に限定されない。
左右一対のビード部1間においては、繊維コードが埋設されたカーカス層4が装架されており、このカーカス層4の端部はビードコア5およびビードフィラー6の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されて巻き上げられている。
タイヤトレッド部3においては、カーカス層4の外側に、ベルト層7がタイヤ1周に亘って配置されている。
ビード部1においては、リムに接する部分にリムクッション8が配置されている。
タイヤトレッド部3は上述した本発明の組成物により形成されている。
攪拌機付きオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン5670g、1,3−ブタジエン700gおよび、テトラメチルエチレンジアミン0.17mmolを仕込んだ後、n−ブチルリチウムをシクロヘキサンと1,3−ブタジエンとに含まれる重合を阻害する不純物の中和に必要な量を添加し、更に、n−ブチルリチウムを重合反応に用いる分として8.33mmolを加え、50℃で重合を開始した。重合を開始してから20分経過後、1,3−ブタジエン300gを30分間かけて連続的に添加した。重合反応中の最高温度は80℃であった。連続添加終了後、更に15分間重合反応を継続し、重合転化率が95%から100%の範囲になったことを確認してから、少量の重合溶液をサンプリングした。サンプリングした少量の重合溶液は、過剰のメタノールを添加して反応停止した後、風乾して、重合体を取得し、GPC分析の試料とした。その試料を用いて、重合体(活性末端を有する共役ジエン系重合体鎖に該当)のピークトップ分子量および分子量分布を測定したところ、それぞれ、「23万」および「1.04」であった。
更に、その後、下記式(6)で表されるポリオルガノシロキサンA(mとkの数値は平均値)0.0382mmol(重合に使用したn−ブチルリチウムの0.00459倍モルに相当)を20重量%キシレン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。
その後、重合停止剤として、使用したn−ブチルリチウムの2倍モルに相当する量のメタノールを添加した。これにより、変性ブタジエンゴム1を含有する溶液を得た。この溶液に、ゴム成分100部あたり、老化防止剤として2,4−ビス(n−オクチルチオメチル)−6−メチルフェノール0.2部を添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、60℃で24時間真空乾燥して、固形状の変性ブタジエンゴム1(組成物S)を得た。この変性ブタジエンゴム1(組成物S)について、重量平均分子量、分子量分布、カップリング率、ビニル結合含有量、および、ムーニー粘度を測定したところ、それぞれ、「51万」、「1.46」、「28%」、「11質量%」および「46」であった。
3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.112mol及びメチルイソプロピルケトン0.123molを、窒素雰囲気下、室温にて2日間撹拌した。得られた反応溶液からメタノール及び未反応のメチルイソプロピルケトンを真空下除去することにより、平均縮合度2.4のケチミンシラン縮合物を合成した。
窒素置換した内容量10Lのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン、ブタジエン9.215mol及び1,1,4,4−テトラメチルエチレンジアミン5.464molを仕込み、撹拌を開始した。反応器内の内容物の温度を50℃にした後、n−ブチルリチウム4.856molを添加した。重合添加率が100%に達した後、上記で合成したケチミンシラン縮合物のトルエン溶液を添加して1時間撹拌し、さらにメタノール0.5mLを添加して30分間撹拌し、得られたポリマー溶液に老化防止剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製イルガノックス1520)を少量添加し、減圧濃縮して溶媒を除去した。メタノール中でポリマーを凝固、洗浄した後に乾燥することにより固形状の変性ブタジエンゴム2を得た。
加水分解性シリル基末端ポリオキシプロピレングリコール(末端に加水分解性シリル基を有するポリプロピレングリコール)(MSポリマーS810、カネカ社製)(架橋性ポリマー)のペースト状生成物10質量部に対して、乳酸(酸触媒)を0.1質量部添加した。
次いで、十分に撹拌した後、常温にて2日間で硬化させることにより、特定硬化物を合成した。
得られた特定硬化物1のJIS A硬度は8であった。また、後述する加硫ゴム試験片における特定硬化物の平均粒子径は38μmであった。
下記表1に示す成分を同表に示す割合(質量部)で配合した。
具体的には、まず、下記表1に示す成分のうち硫黄および加硫促進剤を除く成分を、1.7リットルの密閉式バンバリーミキサーを用いて150℃付近に温度を上げてから、5分間混合した後に放出し、室温まで冷却してマスターバッチを得た。更に、上記バンバリーミキサーを用いて、得られたマスターバッチに硫黄および加硫促進剤を混合し、タイヤトレッド用ゴム組成物を得た。
得られたタイヤトレッド用ゴム組成物をJIS K6300に準拠して、ムーニー粘度計にてL型ロータ(38.1mm径、5.5mm厚)を使用し、予熱時間1分、ロータの回転時間4分、100℃、2rpmの条件で測定した。得られた結果は、標準例1の値を100とする指数として表した。この指数が小さいほど粘度が小さく、成型加工性が優れることを意味する。この指数は、115以下であるのが好ましい。
加硫ゴム試験片を偏平円柱状の台ゴムにはりつけ、インサイドドラム型氷上摩擦試験機にて、測定温度:−1.5℃、荷重:5.5kg/cm3、ドラム回転速度:25km/時間の条件で、氷上摩擦係数を測定した。
結果を表1に示す(表1中の「氷上性能」の欄)。結果は標準例の氷上摩擦係数を100とする指数で表した。指数が大きいほどゴムと氷との摩擦力が大きく、タイヤにしたときに氷上性能に優れる。
加硫ゴム試験片について、JIS K6394:2007に準じ、粘弾性スペクトロメーター(東洋精機製作所社製)を用いて、伸張変形歪率10%±2%、振動数20Hz、温度0℃の条件でtanδ(0℃)を測定した。
結果を表1に示す(表1中の「tanδ(0℃)」の欄)。結果は標準例のtanδ(0℃)を100とする指数で表した。指数が大きいほどtanδ(0℃)が大きく、タイヤにしたときにウェットグリップ性能に優れる。
温度0℃の条件で測定する代わりに、温度60℃の条件で測定した以外は上述したtanδ(0℃)と同様の手順にしたがって、加硫ゴム試験片のtanδ(60℃)を測定した。
結果(tanδ(60℃)の逆数)を表1に示す(表1中の「tanδ(60℃)」の欄)。結果は標準例のtanδ(60℃)の逆数を100とする指数で表した。指数が大きいほどtanδ(60℃)が小さく、タイヤにしたときに低発熱性に優れる。
加硫ゴム試験片について、ランボーン摩耗試験機(岩本製作所社製)を用いて、JIS K 6264−2:2005に準拠し、付加力4.0kg/cm3(=39N)、スリップ率30%、摩耗試験時間4分、試験温度を室温の条件で摩耗試験を行い、摩耗質量を測定した。そして、下記のとおり指数を算出した。結果を表1に示す。指数が大きいほど摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れる。
指数=(標準例の試験片の摩耗質量/各例の摩耗質量)×100
・天然ゴム:TSR20(天然ゴム、Tg:−62℃)
・比較ブタジエンゴム:NIPOL BR1220(未変性BR、日本ゼオン社製)
・変性ブタジエンゴム1:上述のとおり合成された変性ブタジエンゴム1
・変性ブタジエンゴム2:上述のとおり合成された変性ブタジエンゴム2
・カーボンブラック:ショウブラックN339(キャボットジャパン社製)
・シリカ:ZEOSIL 1165MP(CTAB吸着比表面積:159m2/g、ローディア社製)
・シランカップリング剤:Si69(ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、エボニックデグッサ社製)
・アロマオイル:エキストラクト4号S(昭和シェル石油社製)
・特定硬化物:上述のとおり合成された特定硬化物
・芳香族変性テルペン樹脂:YSレジン TO−125(軟化点:125±5℃、ヤスハラケミカル社製)
・熱膨張性マイクロカプセル:マイクロスフェアF100(松本油脂社製)
・硫黄:金華印油入微粉硫黄(硫黄の含有量95.24質量%、鶴見化学工業社製)
・ステアリン酸:ビーズステアリン酸(日油社製)
・亜鉛華:酸化亜鉛3種(正同化学工業社社製)
・加硫促進剤1:ノクセラーCZ−G(大内新興化学工業社製)
・加硫促進剤2:ソクシノールD−G(住友化学社製)
実施例2と実施例3とを対比すると、芳香族変性テルペン樹脂を含有する実施例2は、より優れたウェットグリップ性能を示した。
実施例1〜4を対比すると、シリカの含有量が50質量部以上である実施例1〜3は、より優れた氷上性能およびウェットグリップ性能を示した。
実施例1〜4と実施例5を対比すると、変性ブタジエンゴムにおいて、ポリオルガノシロキサン基が、炭化水素系連結基(または、炭化水素系連結基及びケイ素含有連結基)を介してブタジエン鎖と結合された変性ブタジエンゴム1を使用する実施例1〜4は、より優れた加工性を示した。
2:サイドウォール部
3:タイヤトレッド部
4:カーカス層
5:ビードコア
6:ビードフィラー
7:ベルト層
8:リムクッション
下記表1に示す成分を同表に示す割合(質量部)で配合し、標準例1、比較例1〜6、実施例1〜4および参考例1で用いられるタイヤトレッド用ゴム組成物を得た。
具体的には、まず、下記表1に示す成分のうち硫黄および加硫促進剤を除く成分を、1.7リットルの密閉式バンバリーミキサーを用いて150℃付近に温度を上げてから、5分間混合した後に放出し、室温まで冷却してマスターバッチを得た。更に、上記バンバリーミキサーを用いて、得られたマスターバッチに硫黄および加硫促進剤を混合し、タイヤトレッド用ゴム組成物を得た。
また、以下の説明において、参考例1は、実施例5と表記する。
Claims (7)
- ジエン系ゴムと、シリカと、硬化物とを含有し、
前記シリカの含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して、20〜100質量部であり、前記硬化物の含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して、0.3〜30質量部であり、
前記ジエン系ゴムが、天然ゴムと、末端にポリオルガノシロキサン基を有する変性ブタジエンゴムとを含有し、前記ジエン系ゴム中の前記天然ゴムの含有量が、30〜90質量%であり、前記ジエン系ゴム中の前記変性ブタジエンゴムの含有量が、10〜70質量%であり、
前記硬化物が、前記ジエン系ゴムと相溶しない架橋性オリゴマーまたはポリマーを硬化させた硬化物であり、前記硬化物のJIS A硬度が、3〜45である、タイヤトレッド用ゴム組成物。 - 前記ポリオルガノシロキサン基が、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基からなる連結基またはエーテル基を介してブタジエン鎖の末端と結合された基である、請求項1に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
ただし、前記置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基からなる連結基を構成する−CH2−の一部が−O−で置換されていてもよい。
また、前記置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基からなる連結基と、前記ブタジエン鎖の末端との間に、以下の一般式(Si)で表されるケイ素含有連結基が存在していてもよい。
*1−Q1−Si(RL1)2−A1−Si(RL2)2−Q2−*2 ・・・(Si)
一般式(Si)中、
Q1およびQ2は、それぞれ独立して、化学的単結合または−O−である。
RL1およびRL2は、それぞれ独立して、置換基であり、複数あるRL1およびRL2は、それぞれ、同一であってもよいし、または異なっていてもよい。
A1は、化学的単結合、炭素数1〜20のポリメチレン基((CH2)k(kは1〜20の整数である。))、炭素数6〜20のアリーレン基、または炭素数5〜20のシクロアルキレン基である。
*1は、別のケイ素含有連結基中の*2、または、前記置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基からなる連結基との結合位置である
*2は、別のケイ素含有連結基中の*1、または、前記ブタジエン鎖の末端との結合位置である。 - 前記硬化物が、平均粒子径が5〜250μmの粒子状物である、請求項1又は2に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 前記架橋性オリゴマーまたはポリマーが、ポリエーテル系もしくはシロキサン系の重合体または共重合体であり、かつ、シラン官能基を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
- 更に、軟化点が60〜150℃の芳香族変性テルペン樹脂を含有し、
前記芳香族変性テルペン樹脂の含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して、2〜20質量部である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。 - 更に、熱膨張性マイクロカプセルを含有し、
前記熱膨張性マイクロカプセルの含有量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して、0.5〜20質量部である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤ。
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