KR102560203B1 - 중하중 타이어용 고무 조성물 및 타이어 - Google Patents

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Abstract

웨트 그립 성능, 조종 안정성이 우수한 중하중 타이어용 고무 조성물, 이것을 일부에 사용한 타이어 트레드, 비드 필러, 타이어용 벨트 및 중하중 타이어를 제공한다.
고형 고무 (A) 100 질량부에 대하여, 특정한 구조를 갖는 실란 화합물에서 유래하는 관능기를 갖는 변성 액상 디엔계 고무 (B) 를 0.1 ∼ 50 질량부, 및 필러 (C) 를 20 ∼ 200 질량부 함유하는 중하중 타이어용 고무 조성물로서, 상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 가, 하기 (ⅰ) ∼ (ⅱ), (ⅰ) 중량 평균 분자량 (Mw) 이 1,000 이상 120,000 이하, (ⅱ) 비닐 함유량이 30 몰％ 이상 70 몰％ 미만, 를 만족하는, 중하중 타이어용 고무 조성물.

Description

중하중 타이어용 고무 조성물 및 타이어
본 발명은 중하중 타이어용 고무 조성물, 이것을 적어도 일부에 사용한 타이어 트레드, 비드 필러, 타이어용 벨트 및 중하중 타이어에 관한 것이다.
트럭이나 버스 등의 중하중 차량의 타이어 (중하중 타이어) 에는, 건조 노면에서의 브레이크 성능 (드라이 그립 성능) 및 습윤 노면에서의 브레이크 성능 (웨트 그립 성능) 이 우수할 것이 요구되고 있고, 추가로 내마모성이 우수할 것도 요구되고 있다. 내마모성을 향상시키기 위해, 일반적으로 고무 보강제로서 카본 블랙이나 실리카를 배합한 고무 조성물이 사용되는데, 상기 고무 조성물은 고점도이기 때문에 가공성이 나빠, 가공성 개량제로서 프로세스 오일이나 액상 중합체 등이 사용되고 있다. 그러나, 종래의 가공성 개량제를 사용한 경우, 가공성이 개량되기는 하지만, 웨트 그립 성능, 조종 안정성, 및 내마모성은 충분히 개선되지 않는다는 문제가 있었다.
상기 특성을 양호한 밸런스로 개량하기 위한 고무 조성물로서, 특허문헌 1 에는, 천연 고무 및 디엔계 합성 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종과, 카본 블랙과, 산성 및 염기성 관능기를 갖는 양성 화합물을 함유하는 고성능 중하중 타이어용 고무 조성물이 기재되어 있고, 특허문헌 2 에는, 고무 성분과 연화제와 카본 블랙을 특정한 방법으로 배합한 고무 조성물이 기재되어 있다.
또, 특허문헌 3 에는, 스티렌부타디엔 고무를 포함하는 고무 성분 100 질량부에 대하여, 중량 평균 분자량이 1000 ∼ 5000 이고, 수소 첨가율이 40 ∼ 60 ％ 인 액상 스티렌부타디엔 고무를 10 질량부 이상, 및 방향족계 석유 수지를 5 질량부 이상 포함하는 고무 조성물이 기재되어 있고, 특허문헌 4 에는, 스티렌 함유량이 30 질량％ 이상인 스티렌부타디엔 고무를 70 질량％ 이상 포함하는 디엔계 고무 100 질량부에 대하여, 특정한 카본 블랙을 80 ∼ 150 질량부, 특정한 수 평균 분자량의 폴리이소프렌을 10 ∼ 50 질량부, 특정한 연화점을 갖는 방향족 변성 테르펜 수지를 10 ∼ 50 질량부 배합한 중하중 타이어용 고무 조성물이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 5 에는, 특정한 스티렌부타디엔 고무 및 카본 블랙을 배합한 중하중 타이어용 고무 조성물이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2014-024912호 일본 공개특허공보 2001-081239호 일본 공개특허공보 2007-137941호 일본 공개특허공보 2010-126671호 일본 공개특허공보 2013-185090호
특허문헌 1 ∼ 5 에 기재된 고무 조성물을 사용한 타이어는, 웨트 그립 성능, 조종 안정성의 개선이 보이기는 하지만 충분하다고는 할 수 없어, 추가적인 개선이 요망되고 있다.
본 발명은, 상기의 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 웨트 그립 성능, 조종 안정성이 우수한 중하중 타이어용 고무 조성물, 이것을 일부에 사용한 타이어 트레드, 및 중하중 타이어를 제공한다.
본 발명자들이, 예의 검토를 실시한 결과, 특정한 변성 액상 디엔계 고무 등을 고무 조성물에 함유시킴으로써, 그 고무 조성물로부터 얻어진 타이어 트레드 등은 웨트 그립 성능 및 조종 안정성이 우수한 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 이하 [1] ∼ [13] 에 관한 것이다.
[1] 고형 고무 (A) 100 질량부에 대하여, 하기 식 (1) 로 나타내는 실란 화합물에서 유래하는 관능기를 갖는 변성 액상 디엔계 고무 (B) 를 0.1 ∼ 50 질량부, 및 필러 (C) 를 20 ∼ 200 질량부 함유하는 중하중 타이어용 고무 조성물로서,
상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 가, 하기 (ⅰ) ∼ (ⅱ)
(ⅰ) 중량 평균 분자량 (Mw) 이 1,000 이상 120,000 이하,
(ⅱ) 비닐 함유량이 30 몰％ 이상 70 몰％ 미만,
를 만족하는, 중하중 타이어용 고무 조성물.
[화학식 1]
Figure 112020026470768-pct00001
(식 (1) 중, R1 은 탄소수 1 내지 6 의 2 가의 알킬렌기이고, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로, 메톡시기, 에톡시기, 페녹시기, 메틸기, 에틸기 또는 페닐기를 나타낸다. 단, R2, R3 및 R4 의 적어도 1 개는 메톡시기, 에톡시기 또는 페녹시기이다.)
[2] 상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 38 ℃ 에 있어서의 용융 점도가 0.1 ∼ 4,000 Pa·s 인, [1] 에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물.
[3] 상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 가 이소프렌 및/또는 부타디엔의 단량체 단위를 포함하는 중합체인, [1] 또는 [2] 에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물.
[4] 상기 필러 (C) 가, 실리카 및 카본 블랙으로부터 선택되는 적어도 1 종인 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물.
[5] 상기 필러 (C) 가, 평균 입경 5 ∼ 100 ㎚ 의 카본 블랙 및 평균 입경이 0.5 ∼ 200 ㎚ 인 실리카로부터 선택되는 적어도 1 종인, [4] 에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물.
[6] 상기 필러 (C) 가 실리카이고, 실리카 100 질량부에 대하여, 실란 커플링제를 0.1 ∼ 30 질량부 함유하는, [4] 또는 [5] 에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물.
[7] 상기 고형 고무 (A) 가, 천연 고무, 스티렌부타디엔 고무, 부타디엔 고무 및 이소프렌 고무로부터 선택되는 1 종 이상인, [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물.
[8] 상기 고형 고무 (A) 가 천연 고무를 60 질량％ 이상 함유하는 것인, [1] ∼ [7] 중 어느 하나에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물.
[9] [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물을 가교시킨 가교물.
[10] [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물을 적어도 일부에 사용한 타이어 트레드.
[11] [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물을 적어도 일부에 사용한 비드 필러.
[12] [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물을 적어도 일부에 사용한 타이어용 벨트.
[13] [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물을 적어도 일부에 사용한 중하중 타이어.
본 발명에 의하면, 웨트 그립 성능이 우수하고, 조종 안정성도 양호한 중하중 타이어를 제조할 수 있는 중하중 타이어용 고무 조성물, 이것을 일부에 사용한 타이어 트레드, 비드 필러, 타이어용 벨트 및 중하중 타이어를 제공할 수 있다.
[고형 고무 (A)]
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물에서 사용하는 고형 고무 (A) 란, 20 ℃ 에 있어서 고형상으로 취급할 수 있는 고무를 말하며, 고형 고무 (A) 의 100 ℃ 에 있어서의 무니 점도 ML1+4 는 통상 20 ∼ 200 의 범위에 있고, 통상 합성 고무 및 천연 고무의 적어도 1 종으로부터 선택되는 것이다.
상기 고형 고무 (A) 로는, 예를 들어, 스티렌부타디엔 고무 (이하, 「SBR」이라고도 한다.), 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 부틸 고무, 할로겐화부틸 고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무, 부타디엔아크릴로니트릴 공중합체 고무, 클로로프렌 고무, 아크릴 고무, 불소 고무, 및 우레탄 고무 등의 합성 고무 ; 천연 고무 등을 들 수 있다. 이들 고형 고무 (A) 중에서도, 천연 고무, SBR, 부타디엔 고무, 및 이소프렌 고무가 바람직하고, 천연 고무, 및 SBR 이 더욱 바람직하다. 이들 고형 고무 (A) 는, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
상기 고형 고무 (A) 의 수 평균 분자량 (Mn) 은, 얻어지는 고무 조성물 및 가교물에 있어서의 특성을 충분히 발휘시키는 관점에서, 80,000 이상인 것이 바람직하고, 100,000 ∼ 3,000,000 의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서의 수 평균 분자량이란, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피 (GPC) 로 측정한 폴리스티렌 환산의 수 평균 분자량이다.
SBR 로는, 타이어 용도에 사용되는 일반적인 것을 사용할 수 있지만, 구체적으로는, 스티렌 함유량이 0.1 ∼ 70 질량％ 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 60 질량％ 인 것이 보다 바람직하고, 5 ∼ 50 질량％ 인 것이 더욱 바람직하다. 또, 비닐 함유량이 0.1 ∼ 80 질량％ 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 70 질량％ 인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 명세서에 있어서의 SBR 의 비닐 함유량이란, SBR 에 포함되는 전체 부타디엔에서 유래하는 단위 중, 비닐기를 갖는 단량체 단위의 함유량을 나타낸다. 이하 동일하게, 고형 고무 (A) 의 비닐 함유량은, 결합 형태에 의해 비닐기를 가질 수 있는 단량체 단위의 전체량에 대하여, 실제로 비닐기를 갖는 단량체 단위의 함유량을 나타낸다.
SBR 의 중량 평균 분자량 (Mw) 은, 바람직하게는 100,000 ∼ 2,500,000, 보다 바람직하게는 150,000 ∼ 2,000,000, 더욱 바람직하게는 150,000 ∼ 1,500,000 이다. SBR 의 중량 평균 분자량 (Mw) 이 상기 범위인 경우, 중하중 타이어용 고무 조성물의 가공성이 향상됨과 함께, 중하중 타이어용 고무 조성물로부터 얻어지는 타이어의 웨트 그립 성능이 향상되고, 추가로, 기계 강도, 내마모성, 및 조종 안정성도 향상된다. 또한, 본 명세서에 있어서의 중량 평균 분자량이란, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피 (GPC) 의 측정으로부터 구한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량이다.
SBR 의 시차 열분석법에 의해 구한 유리 전이 온도 (Tg) 는, 바람직하게는 -95 ∼ 0 ℃, 보다 바람직하게는 -95 ∼ -5 ℃, 더욱 바람직하게는 -95 ∼ -10 ℃, 더욱더 바람직하게는 -95 ∼ -15 ℃, 특히 바람직하게는 -95 ∼ -20 ℃ 이다. 유리 전이 온도가 상기 범위 내이면, 중하중 타이어용 고무 조성물의 점도가 높아지는 것을 억제할 수 있어, 취급이 용이해진다.
본 발명에 있어서 사용할 수 있는 SBR 은, 스티렌과 부타디엔을 공중합하여 얻어진다. SBR 의 제조 방법에 대하여 특별히 제한은 없고, 유화 중합법, 용액 중합법, 기상 중합법, 벌크 중합법의 어느 것이나 사용할 수 있지만, 이들 제조 방법 중에서도, 유화 중합법, 용액 중합법이 바람직하다.
유화 중합 스티렌부타디엔 고무 (이하, E-SBR 이라고도 한다.) 는, 공지 또는 공지에 준하는 통상적인 유화 중합법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들어, 소정량의 스티렌 및 부타디엔 단량체를 유화제의 존재하에 유화 분산시키고, 라디칼 중합 개시제에 의해 유화 중합함으로써 얻어진다.
유화제로는, 예를 들어, 탄소수 10 이상의 장사슬 지방산염 또는 로진산염이 사용된다. 구체예로는, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 올레산, 스테아르산 등의 지방산의 칼륨염 또는 나트륨염을 들 수 있다.
분산매로는 통상, 물이 사용되고, 중합시의 안정성이 저해되지 않는 범위에서, 메탄올, 에탄올 등의 수용성 유기 용매를 포함하고 있어도 된다.
라디칼 중합 개시제로는, 예를 들어, 과황산암모늄이나 과황산칼륨 등의 과황산염, 유기 과산화물, 과산화수소 등을 들 수 있다.
얻어지는 E-SBR 의 분자량을 조정하기 위해, 연쇄 이동제를 사용할 수도 있다. 연쇄 이동제로는, 예를 들어, t-도데실메르캅탄, n-도데실메르캅탄 등의 메르캅탄류 ; 사염화탄소, 티오글리콜산, 디테르펜, 터피놀렌, γ-테르피넨, α-메틸스티렌 다이머 등을 들 수 있다.
유화 중합의 온도는, 사용하는 라디칼 중합 개시제의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 통상, 0 ∼ 100 ℃ 가 바람직하고, 0 ∼ 60 ℃ 가 보다 바람직하다. 중합 양식은, 연속 중합, 회분 중합의 어느 것이어도 된다. 중합 반응은, 중합 정지제의 첨가에 의해 정지시킬 수 있다.
중합 정지제로는, 예를 들어, 이소프로필하이드록실아민, 디에틸하이드록실아민, 하이드록실아민 등의 아민 화합물 ; 하이드로퀴논이나 벤조퀴논 등의 퀴논계 화합물, 아질산나트륨 등을 들 수 있다.
중합 반응 정지 후, 필요에 따라 노화 방지제를 첨가해도 된다. 중합 반응 정지 후, 얻어진 라텍스로부터 필요에 따라 미반응 단량체를 제거하고, 이어서, 염화나트륨, 염화칼슘, 염화칼륨 등의 염을 응고제로 하고, 필요에 따라 질산, 황산 등의 산을 첨가하여 응고계의 pH 를 소정의 값으로 조정하면서 중합체를 응고시킨 후, 분산매를 분리함으로써 중합체를 클램으로서 회수할 수 있다. 클램을 수세, 이어서 탈수 후, 밴드 드라이어 등으로 건조시킴으로써, E-SBR 이 얻어진다. 또한, 응고시에, 필요에 따라 미리 라텍스와 유화 분산액으로 한 신전유를 혼합하여, 유전 고무로서 회수해도 된다. 또한, 본 명세서에 있어서의 중하중 타이어용 고무 조성물 중의 조성에 있어서 신전유는 고형 고무 (A) 에는 포함시키지 않는다.
E-SBR 의 시판품으로는, JSR 주식회사 제조, 유전 스티렌부타디엔 고무 「JSR1723」 등을 들 수 있다.
용액 중합 스티렌부타디엔 고무 (이하, S-SBR 이라고도 한다.) 는, 통상적인 용액 중합법에 의해 제조할 수 있고, 예를 들어, 용매 중에서 아니온 중합 가능한 활성 금속을 사용하여, 원하는 바에 따라 극성 화합물의 존재하, 스티렌 및 부타디엔을 중합한다.
용매로는, 예를 들어, n-부탄, n-펜탄, 이소펜탄, n-헥산, n-헵탄, 이소옥탄 등의 지방족 탄화수소 ; 시클로펜탄, 시클로헥산, 메틸시클로펜탄 등의 지환식 탄화수소 ; 벤젠, 톨루엔 등의 방향족 탄화수소 등을 들 수 있다. 이들 용매는 통상, 단량체 농도가 1 ∼ 50 질량％ 가 되는 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
아니온 중합 가능한 활성 금속으로는, 예를 들어, 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속 ; 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등의 알칼리 토금속 ; 란탄, 네오디뮴 등의 란타노이드계 희토류 금속 등을 들 수 있다. 이들 활성 금속 중에서도 알칼리 금속 및 알칼리 토금속이 바람직하고, 알칼리 금속이 보다 바람직하다. 또한 알칼리 금속 중에서도, 유기 알칼리 금속 화합물이 보다 바람직하게 사용된다.
유기 알칼리 금속 화합물로는, 예를 들어, n-부틸리튬, sec-부틸리튬, t-부틸리튬, 헥실리튬, 페닐리튬, 스틸벤리튬 등의 유기 모노 리튬 화합물 ; 디리티오메탄, 1,4-디리티오부탄, 1,4-디리티오-2-에틸시클로헥산, 1,3,5-트리리티오벤젠 등의 다관능성 유기 리튬 화합물 ; 나트륨나프탈렌, 칼륨나프탈렌 등을 들 수 있다. 그 중에서도 유기 리튬 화합물이 바람직하고, 유기 모노 리튬 화합물이 보다 바람직하다. 유기 알칼리 금속 화합물의 사용량은, 요구되는 S-SBR 의 분자량에 따라 적절히 결정된다. 유기 알칼리 금속 화합물은, 디부틸아민, 디헥실아민, 디벤질아민 등의 제 2 급 아민과 반응시켜, 유기 알칼리 금속 아미드로서 사용할 수도 있다.
극성 화합물로는, 아니온 중합에 있어서, 반응을 실활시키지 않고, 부타디엔 단위의 미크로 구조나 스티렌의 공중합체 사슬 중의 분포를 조정하기 위해 통상 사용되는 것이면 특별히 제한은 없고, 예를 들어, 디부틸에테르, 테트라하이드로푸란, 에틸렌글리콜디에틸에테르 등의 에테르 화합물 ; 테트라메틸에틸렌디아민, 트리메틸아민 등의 3 급 아민 ; 알칼리 금속 알콕시드, 포스핀 화합물 등을 들 수 있다.
중합 반응의 온도는, 통상 -80 ∼ 150 ℃, 바람직하게는 0 ∼ 100 ℃, 더욱 바람직하게는 30 ∼ 90 ℃ 의 범위이다. 중합 양식은, 회분식 혹은 연속식의 어느 것이어도 된다. 또, 스티렌 및 부타디엔의 랜덤 공중합성을 향상시키기 위해, 중합계 중의 스티렌 및 부타디엔의 조성비가 특정 범위로 되도록, 반응액 중에 스티렌 및 부타디엔을 연속적 혹은 단속적으로 공급하는 것이 바람직하다.
중합 반응은, 중합 정지제로서 메탄올, 이소프로판올 등의 알코올을 첨가하여 정지시킬 수 있다. 중합 반응 정지 후의 중합 용액으로부터 직접 건조나 스팀 스트리핑 등에 의해 용매를 분리하여, 목적의 S-SBR 을 회수할 수 있다. 또한, 용매를 제거하기 전에, 미리 중합 용액과 신전유를 혼합하여, 유전 고무로서 회수해도 된다.
상기 SBR 로는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위이면, SBR 에 관능기가 도입된 변성 SBR 을 사용해도 된다. 관능기로는, 예를 들어 아미노기, 알콕시실릴기, 수산기, 에폭시기, 카르복실기 등을 들 수 있다.
변성 SBR 의 제조 방법으로는, 예를 들어, 중합 정지제를 첨가하기 전에, 중합 활성 말단과 반응할 수 있는 사염화주석, 테트라클로로실란, 디메틸디클로로실란, 디메틸디에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 테트라글리시딜-1,3-비스아미노메틸시클로헥산, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트 등의 커플링제나, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, N-비닐피롤리돈 등의 중합 말단 변성제, 또는 일본 공개특허공보 2011-132298호에 기재된 그 밖의 변성제를 첨가하는 방법을 들 수 있다. 이 변성 SBR 에 있어서, 관능기가 도입되는 중합체의 위치에 대해서는 중합 말단이어도 되고, 중합체 사슬의 측사슬이어도 된다.
상기 이소프렌 고무로는, 예를 들어, 사할로겐화티탄-트리알킬알루미늄계, 디에틸알루미늄클로라이드-코발트계, 트리알킬알루미늄-삼불화붕소-니켈계, 디에틸알루미늄클로라이드-니켈계 등의 치글러계 촉매 ; 트리에틸알루미늄-유기산 네오디뮴-루이스산계 등의 란타노이드계 희토류 금속 촉매, 또는 S-SBR 과 동일하게 유기 알칼리 금속 화합물을 사용하여 중합된, 시판되는 이소프렌 고무를 사용할 수 있다. 치글러계 촉매에 의해 중합된 이소프렌 고무가, 시스체 함유량이 많아 바람직하다. 또, 란타노이드계 희토류 금속 촉매를 사용하여 얻어지는 초고 (超高) 시스체 함유량의 이소프렌 고무를 사용해도 된다.
이소프렌 고무의 비닐 함유량은 바람직하게는 50 질량％ 이하, 보다 바람직하게는 40 질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 30 질량％ 이하이다. 비닐 함유량이 50 질량％ 를 초과하면 구름 저항 성능이 악화되는 경향이 있다. 비닐 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 또한 유리 전이 온도는 비닐 함유량에 따라 변화하지만, -20 ℃ 이하인 것이 바람직하고, -30 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
이소프렌 고무의 중량 평균 분자량 (Mw) 은 90,000 ∼ 2,000,000 인 것이 바람직하고, 150,000 ∼ 1,500,000 인 것이 보다 바람직하다. Mw 가 상기 범위에 있는 경우, 가공성과 기계 강도가 양호해진다.
상기 이소프렌 고무는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위이면, 그 일부가 다관능형 변성제, 예를 들어 사염화주석, 사염화규소, 에폭시기를 분자 내에 갖는 알콕시실란, 또는 아미노기 함유 알콕시실란과 같은 변성제를 사용함으로써 분기 구조 또는 극성 관능기를 가지고 있어도 된다.
상기 부타디엔 고무로는, 예를 들어, 사할로겐화티탄-트리알킬알루미늄계, 디에틸알루미늄클로라이드-코발트계, 트리알킬알루미늄-삼불화붕소-니켈계, 디에틸알루미늄클로라이드-니켈계 등의 치글러계 촉매 ; 트리에틸알루미늄-유기산 네오디뮴-루이스산계 등의 란타노이드계 희토류 금속 촉매, 또는 S-SBR 과 동일하게 유기 알칼리 금속 화합물을 사용하여 중합된, 시판되는 부타디엔 고무를 사용할 수 있다. 치글러계 촉매에 의해 중합된 부타디엔 고무가, 시스체 함유량이 많아 바람직하다. 또, 란타노이드계 희토류 금속 촉매를 사용하여 얻어지는 초고시스체 함유량 (예를 들어 시스체 함유량 95 ％ 이상) 의 부타디엔 고무를 사용해도 된다.
부타디엔 고무의 비닐 함유량은, 바람직하게는 50 질량％ 이하, 보다 바람직하게는 40 질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 30 질량％ 이하이다. 비닐 함유량이 50 질량％ 를 초과하면 구름 저항 성능 (저연비 성능) 이 악화되는 경향이 있다. 비닐 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 또한 유리 전이 온도는 비닐 함유량에 따라 변화하지만, -40 ℃ 이하인 것이 바람직하고, -50 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
부타디엔 고무의 중량 평균 분자량 (Mw) 은 바람직하게는 90,000 ∼ 2,000,000, 보다 바람직하게는 150,000 ∼ 1,500,000 이다. Mw 가 상기 범위에 있는 경우, 중하중 타이어용 고무 조성물의 가공성이 향상됨과 함께, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 아이스 그립 성능 및 조종 안정성도 향상된다.
상기 부타디엔 고무는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위이면, 그 일부가 다관능형 변성제, 예를 들어 사염화주석, 사염화규소, 에폭시기를 분자 내에 갖는 알콕시실란, 또는 아미노기 함유 알콕시실란과 같은 변성제를 사용함으로써 형성된 분기 구조 또는 극성 관능기를 가지고 있어도 된다.
또한, SBR, 이소프렌 고무, 및 부타디엔 고무의 적어도 1 종과 함께, 부틸 고무, 할로겐화부틸 고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무, 부타디엔아크릴로니트릴 중합체 고무, 클로로프렌 고무 등을 1 종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다. 또, 이들의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 시판되고 있는 것을 사용할 수 있다.
상기 천연 고무로는, 예를 들어 SMR (말레이시아산 TSR), SIR (인도네시아산 TSR), STR (태국산 TSR) 등의 TSR (Technically Specified Rubber) 이나 RSS (Ribbed Smoked Sheet) 등의 타이어 공업에 있어서 일반적으로 사용되는 천연 고무, 고순도 천연 고무, 에폭시화 천연 고무, 수산기화 천연 고무, 수소 첨가 천연 고무, 그래프트화 천연 고무 등의 개질 천연 고무를 들 수 있다. 그 중에서도, 품질의 편차가 적은 점, 및 입수 용이성의 면에서, SMR20, STR20 이나 RSS＃3 이 바람직하다. 이들 천연 고무는 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
본 발명에 있어서 사용하는 고형 고무 (A) 는, 천연 고무를 60 질량％ 이상 포함하는 것이 바람직하다. 고형 고무 (A) 가 천연 고무를 60 질량％ 이상 함유하면, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 기계 강도 및 내마모성이 향상된다. 전술한 관점에서, 고형 고무 (A) 중의 천연 고무의 함유량은, 보다 바람직하게는 70 질량％ 이상, 더욱 바람직하게는 80 질량％ 이상, 더욱더 바람직하게는 90 질량％ 이상, 특히 바람직하게는 95 질량％ 이상이다.
[변성 액상 디엔계 고무 (B)]
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물에서 사용하는 변성 액상 디엔계 고무 (B) 란, 액상의 중합체이고, 중량 평균 분자량 (Mw) 이 1,000 이상 120,000 이하의 범위, 비닐 함유량이 30 몰％ 이상 70 몰％ 미만이고, 상기 서술한 식 (1) 로 나타내는 실란 화합물에서 유래하는 관능기를 갖는 것을 말한다. 본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물에 있어서, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 가 포함됨으로써, 고무 조성물 중의 필러 (C) 의 분산성이 우수하고, 원하는 물성의 향상에 이상적인 상태가 된다. 또, 예를 들어 타이어 트레드 등으로서 사용한 경우에는, 웨트 그립 성능이 향상되고, 조종 안정성도 향상된다.
변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 원료가 되는 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 는, 그 중합체를 구성하는 단량체 단위로서 공액 디엔 단위를 포함한다. 공액 디엔으로는, 예를 들어, 부타디엔, 이소프렌 ; 2,3-디메틸부타디엔, 2-페닐부타디엔, 1,3-펜타디엔, 2-메틸-1,3-펜타디엔, 1,3-헥사디엔, 1,3-옥타디엔, 1,3-시클로헥사디엔, 2-메틸-1,3-옥타디엔, 1,3,7-옥타트리엔, 미르센, 및 클로로프렌 등의 부타디엔 및 이소프렌 이외의 공액 디엔 (b1) 을 들 수 있다. 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 에 포함되는 공액 디엔 단위로는, 부타디엔 및/또는 이소프렌의 단량체 단위가 포함되어 있는 것이 바람직하다.
변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 원료가 되는 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 는, 그 중합체를 구성하는 전체 단량체 단위 중, 50 질량％ 이상이 부타디엔 및/또는 이소프렌의 단량체 단위인 것이 바람직한 일 양태이다. 부타디엔 단위 및 이소프렌 단위의 합계 함유량은, 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 의 전체 단량체 단위에 대하여 60 ∼ 100 질량％ 인 것이 바람직하고, 70 ∼ 100 질량％ 인 것이 보다 바람직하다.
상기 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 에 포함될 수 있는 부타디엔 단위 및 이소프렌 단위 이외의 다른 단량체 단위로는, 전술한 부타디엔 및 이소프렌 이외의 공액 디엔 (b1) 단위, 방향족 비닐 화합물 (b2) 단위 등을 들 수 있다.
방향족 비닐 화합물 (b2) 로는, 예를 들어, 스티렌, α-메틸스티렌, 2-메틸스티렌, 3-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 4-프로필스티렌, 4-t-부틸스티렌, 4-시클로헥실스티렌, 4-도데실스티렌, 2,4-디메틸스티렌, 2,4-디이소프로필스티렌, 2,4,6-트리메틸스티렌, 2-에틸-4-벤질스티렌, 4-(페닐부틸)스티렌, 1-비닐나프탈렌, 2-비닐나프탈렌, 비닐안트라센, N,N-디에틸-4-아미노에틸스티렌, 비닐피리딘, 4-메톡시스티렌, 모노클로로스티렌, 디클로로스티렌, 및 디비닐벤젠 등을 들 수 있다. 이들 방향족 비닐 화합물 중에서는, 스티렌, α-메틸스티렌, 및 4-메틸스티렌이 바람직하다.
상기 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 에 있어서의, 부타디엔 단위 및 이소프렌 단위 이외의 다른 단량체 단위의 함유량은, 50 질량％ 이하이고, 40 질량％ 이하가 보다 바람직하고, 30 질량％ 이하가 더욱 바람직하다. 예를 들어, 비닐 방향족 화합물 (b2) 단위가 상기 범위 이하이면, 고무 조성물의 가공성이 향상되는 경향이 있다.
상기 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 로는, 공액 디엔 및 필요에 따라 포함되는 공액 디엔 이외의 다른 단량체를, 예를 들어, 유화 중합법, 또는 용액 중합법 등에 의해 중합하여 얻어지는 중합체가 바람직하다.
상기 유화 중합법으로는, 공지 또는 공지에 준하는 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 소정량의 공액 디엔을 포함하는 단량체를 유화제의 존재하에 유화 분산시키고, 라디칼 중합 개시제에 의해 유화 중합한다.
유화제로는, 예를 들어 탄소수 10 이상의 장사슬 지방산염 및 로진산염 등을 들 수 있다. 장사슬 지방산염으로는, 예를 들어, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 올레산, 스테아르산 등의 지방산의 칼륨염 또는 나트륨염 등을 들 수 있다.
분산매로는 통상, 물이 사용되고, 중합시의 안정성이 저해되지 않는 범위에서, 메탄올, 에탄올 등의 수용성 유기 용매를 포함하고 있어도 된다.
라디칼 중합 개시제로는, 예를 들어 과황산암모늄이나 과황산칼륨과 같은 과황산염, 유기 과산화물, 과산화수소 등을 들 수 있다.
얻어지는 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 의 분자량을 조정하기 위해, 연쇄 이동제를 사용해도 된다. 연쇄 이동제로는, 예를 들어, t-도데실메르캅탄, n-도데실메르캅탄 등의 메르캅탄류 ; 사염화탄소, 티오글리콜산, 디테르펜, 터피놀렌, γ-테르피넨, α-메틸스티렌 다이머 등을 들 수 있다.
유화 중합의 온도는, 사용하는 라디칼 중합 개시제의 종류 등에 따라 적절히 설정할 수 있지만, 통상 0 ∼ 100 ℃ 의 범위, 바람직하게는 0 ∼ 60 ℃ 의 범위이다. 중합 양식은, 연속 중합, 회분 중합의 어느 것이어도 된다.
중합 반응은, 중합 정지제의 첨가에 의해 정지시킬 수 있다. 중합 정지제로는, 예를 들어, 이소프로필하이드록실아민, 디에틸하이드록실아민, 하이드록실아민 등의 아민 화합물, 하이드로퀴논이나 벤조퀴논 등의 퀴논계 화합물, 아질산나트륨 등을 들 수 있다.
중합 반응 정지 후, 필요에 따라 노화 방지제를 첨가해도 된다. 중합 반응 정지 후, 얻어진 라텍스로부터 필요에 따라 미반응 단량체를 제거하고, 이어서, 염화나트륨, 염화칼슘, 염화칼륨 등의 염을 응고제로 하고, 필요에 따라 질산, 황산 등의 산을 첨가하여 응고계의 pH 를 소정의 값으로 조정하면서, 상기 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 를 응고시킨 후, 분산매를 분리함으로써 중합체를 회수한다. 이어서 수세, 및 탈수 후, 건조시킴으로써, 상기 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 가 얻어진다. 또한, 응고시에, 필요에 따라 미리 라텍스와 유화 분산액으로 한 신전유를 혼합하여, 유전한 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 로서 회수해도 된다.
상기 용액 중합법으로는, 공지 또는 공지에 준하는 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 용매 중에서, 치글러계 촉매, 메탈로센계 촉매, 아니온 중합 가능한 활성 금속 또는 활성 금속 화합물을 사용하여, 필요에 따라 극성 화합물의 존재하에서, 공액 디엔을 포함하는 단량체를 중합한다.
용매로는, 예를 들어, n-부탄, n-펜탄, 이소펜탄, n-헥산, n-헵탄, 이소옥탄 등의 지방족 탄화수소 ; 시클로펜탄, 시클로헥산, 메틸시클로펜탄 등의 지환식 탄화수소 ; 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소 등을 들 수 있다.
아니온 중합 가능한 활성 금속으로는, 예를 들어, 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속 ; 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등의 알칼리 토금속 ; 란탄, 네오디뮴 등의 란타노이드계 희토류 금속 등을 들 수 있다. 아니온 중합 가능한 활성 금속 중에서도 알칼리 금속 및 알칼리 토금속이 바람직하고, 알칼리 금속이 보다 바람직하다.
아니온 중합 가능한 활성 금속 화합물로는, 유기 알칼리 금속 화합물이 바람직하다. 유기 알칼리 금속 화합물로는, 예를 들어, 메틸리튬, 에틸리튬, n-부틸리튬, sec-부틸리튬, t-부틸리튬, 헥실리튬, 페닐리튬, 스틸벤리튬 등의 유기 모노 리튬 화합물 ; 디리티오메탄, 디리티오나프탈렌, 1,4-디리티오부탄, 1,4-디리티오-2-에틸시클로헥산, 1,3,5-트리리티오벤젠 등의 다관능성 유기 리튬 화합물 ; 나트륨나프탈렌, 칼륨나프탈렌 등을 들 수 있다. 이들 유기 알칼리 금속 화합물 중에서도 유기 리튬 화합물이 바람직하고, 유기 모노 리튬 화합물이 보다 바람직하다.
유기 알칼리 금속 화합물의 사용량은, 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 및 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 용융 점도, 분자량 등에 따라 적절히 설정할 수 있지만, 공액 디엔을 포함하는 전체 단량체 100 질량부에 대하여, 통상 0.01 ∼ 3 질량부의 양으로 사용된다.
상기 유기 알칼리 금속 화합물은, 디부틸아민, 디헥실아민, 디벤질아민 등의 제 2 급 아민과 반응시켜, 유기 알칼리 금속 아미드로서 사용할 수도 있다.
극성 화합물은, 아니온 중합에 있어서, 통상, 반응을 실활시키지 않고, 공액 디엔 단위의 미크로 구조 (예를 들어 비닐 함유량) 를 조정하기 위해 사용된다. 극성 화합물로는, 예를 들어, 디부틸에테르, 테트라하이드로푸란, 에틸렌글리콜디에틸에테르 등의 에테르 화합물 ; N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민, 트리메틸아민 등의 3 급 아민 ; 알칼리 금속 알콕시드, 포스핀 화합물 등을 들 수 있다. 극성 화합물은, 유기 알칼리 금속 화합물 1 몰에 대하여, 통상 0.01 ∼ 1000 몰의 양으로 사용된다.
용액 중합의 온도는, 통상 -80 ∼ 150 ℃ 의 범위, 바람직하게는 0 ∼ 100 ℃ 의 범위, 보다 바람직하게는 10 ∼ 90 ℃ 의 범위이다. 중합 양식은 회분식 혹은 연속식의 어느 것이어도 된다.
중합 반응은, 중합 정지제의 첨가에 의해 정지시킬 수 있다. 중합 정지제로는, 예를 들어, 메탄올, 이소프로판올 등의 알코올을 들 수 있다. 얻어진 중합 반응액을 메탄올 등의 빈용매에 붓고, 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 를 석출시키거나, 중합 반응액을 물로 세정하고, 분리 후, 건조시킴으로써 상기 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 를 단리할 수 있다.
상기 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 의 제조 방법으로는, 상기 방법 중에서도, 용액 중합법이 바람직하다.
이와 같이 하여 얻어진 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 는, 그대로 (수소 첨가되지 않은 상태에서) 후술하는 식 (1) 로 나타내는 실란 화합물에서 유래하는 관능기에 의한 변성이 실시되어도 되지만, 그 액상 디엔계 고무 중에 포함되는 불포화 결합의 적어도 일부를 수소 첨가한 후에 변성이 실시되어도 된다.
또, 상기 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 는, 후술하는 식 (1) 로 나타내는 실란 화합물에서 유래하는 관능기의 특성을 보다 바람직한 상태로 발휘시키는 점에서, 관능기 (예를 들어, 수산기 등) 로 변성되어 있지 않은 것이 바람직한 일 양태이다. 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 가 다른 관능기로 변성되어 있지 않음으로써, 얻어지는 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 안정성이 보다 우수한 경향이 있다. 또, 얻어지는 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 식 (1) 로 나타내는 실란 화합물에서 유래하는 관능기의 필러 (C) (예를 들어 실리카) 에 대한 상호 작용 (예를 들어 반응성) 이 보다 우수한 경향이 있다.
상기 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 는 하기 식 (1) 로 나타내는 실란 화합물 (이하, 실란 화합물 (1) 이라고도 한다.) 에서 유래하는 관능기에 의해 변성되어, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 로서 사용된다.
[화학식 2]
Figure 112020026470768-pct00002
상기 식 (1) 중, R1 은 탄소수 1 내지 6 의 2 가의 알킬렌기이다. 2 가의 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬렌기로는, 예를 들어 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기, 펜틸렌기, 헥실렌기를 들 수 있다. R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로, 메톡시기, 에톡시기, 페녹시기, 메틸기, 에틸기 또는 페닐기를 나타낸다. 단, R2, R3 및 R4 의 적어도 1 개는 메톡시기, 에톡시기 또는 페녹시기이다.
상기 실란 화합물 (1) 로는, 예를 들어, 메르캅토메틸렌메틸디에톡시실란, 메르캅토메틸렌트리에톡시실란, 2-메르캅토에틸트리메톡시실란, 2-메르캅토에틸트리에톡시실란, 2-메르캅토에틸메톡시디메틸실란, 2-메르캅토에틸에톡시디메틸실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필디메톡시메틸실란, 3-메르캅토프로필디에톡시메틸실란, 3-메르캅토프로필디메톡시에틸실란, 3-메르캅토프로필디에톡시에틸실란, 3-메르캅토프로필메톡시디메틸실란, 3-메르캅토프로필에톡시디메틸실란 등을 들 수 있다. 이들 실란 화합물은 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
실란 화합물 (1) 의 메르캅토기 (-SH) 가, 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 에 포함되는 탄소-탄소 불포화 결합에 라디칼 부가 반응함으로써, 실란 화합물 (1) 에서 유래하는 관능기, 구체적으로는 하기 식 (2) 로 나타내는 부분 구조를 관능기로서 갖는 변성 액상 디엔계 고무 (B) 가 얻어진다.
[화학식 3]
Figure 112020026470768-pct00003
상기 식 (2) 중의 R1, R2, R3 및 R4 의 정의 및 구체예 등은, 식 (1) 중의 R1, R2, R3 및 R4 의 정의 및 구체예 등과 동일하다.
실란 화합물 (1) 에서 유래하는 관능기의 변성 액상 디엔계 고무 (B) 1 분자당 평균 관능기수는 1 ∼ 30 개가 바람직하고, 1 ∼ 25 개가 보다 바람직하고, 1 ∼ 20 개가 보다 바람직하고, 1 ∼ 15 개가 더욱 바람직하고, 1 ∼ 9 개가 특히 바람직하다. 평균 관능기수가 1 미만인 경우에는, 필러 (C) 와의 친화성이 낮아, 고무 조성물 중의 필러 분산성을 개선할 수 없고, 원하는 물성 향상이 없는 경우, 예를 들어 웨트 그립 성능의 향상, 조종 안정성 향상을 할 수 없는 경우가 있다. 한편 평균 관능기수가 30 을 초과하는 경우에는, 그 고무 조성물로부터 얻어지는 타이어 트레드 등에서도 원하는 물성 향상이 없고 악화되는 경향, 예를 들어, 웨트 그립 성능 또는 조종 안정성이 악화되는 경향이 있다.
변성 액상 디엔계 고무 (B) 1 분자당 평균 관능기수는, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 관능기의 당량 (g/eq) 과 스티렌 환산의 수 평균 분자량 (Mn) 으로부터 구할 수 있다.
(1 분자당 평균 관능기수) ＝ [(수 평균 분자량 (Mn))/(스티렌 단위의 분자량) × (공액 디엔 및 필요에 따라 포함되는 공액 디엔 이외의 다른 단량체 단위의 평균 분자량)]/(관능기의 당량)
또한, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 관능기의 당량은, 관능기 1 개당 결합하고 있는 부타디엔 및 필요에 따라 포함되는 부타디엔 이외의 다른 단량체의 질량을 의미한다. 관능기의 당량은, 1H-NMR 또는 13C-NMR 을 사용하여 관능기 유래의 피크와 중합체 주사슬에서 유래하는 피크의 면적비로부터 산출할 수 있다. 또한, 관능기 유래의 피크란, 알콕시기 유래의 피크를 가리킨다.
변성 액상 디엔계 고무 (B) 에 있어서의 실란 화합물 (1) 의 부가량은, 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 100 질량부에 대하여 1 ∼ 60 질량부가 바람직하고, 1 ∼ 50 질량부가 보다 바람직하고, 1 ∼ 40 질량부가 더욱 바람직하다. 부가된 변성 화합물량이 60 질량부보다 많은 경우에는, 필러 (C) 의 분산성 효과가 부족하고, 얻어지는 타이어 트레드 등의 조종 안정성이 저하되는 경향이 있다. 1 질량부보다 낮은 경우에는, 필러 (C) 의 분산성 효과가 부족하고, 원하는 물성 향상, 예를 들어 웨트 그립 성능, 조종 안정성의 향상이 충분하지 않은 경향이 있다. 또한, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 중에 부가된 실란 화합물 (1) 의 부가량은, 예를 들어, 핵자기 공명 분광법 등의 각종 분석 기기를 사용하여 구할 수 있다.
실란 화합물 (1) 을 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 에 부가시키는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 액상 디엔계 고무 중에 실란 화합물 (1), 추가로 필요에 따라 라디칼 촉매를 첨가하고, 유기 용매의 존재하 또는 비존재하에 가열하는 방법을 채용할 수 있다. 사용하는 라디칼 발생제에는 특별히 제한은 없고, 통상 시판되고 있는 유기 과산화물, 아조계 화합물, 과산화수소 등을 사용할 수 있다. 실란 화합물 (1) 을 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 에 부가하는 반응을, 라디칼 발생제를 사용하지 않고 가열만에 의해 실시하는 것은 바람직하지 않다. 예를 들어, 가열 온도가 지나치게 낮은 경우에는 부가하는 반응이 충분히 일어나지 않아, 1 분자당 평균 관능기수가 원하는 범위로 되지 않는 경우가 있다. 또, 가열 온도를 높게 한 경우에는, 부가 반응이 진행되는 경우가 있지만, 폴리머 주사슬 상에 라디칼이 발생함으로써 폴리머의 다량화 반응도 동시에 진행되는 경우가 있기 때문에, 변성 액상 디엔계 고무의 Mw 가 원하는 범위로 되지 않는 경우, 변성 액상 디엔계 고무의 점도가 원하는 범위로 되지 않는 경우가 있다. 부가 반응시의 온도가 높은 이들 경우에는, 변성 액상 디엔계 고무의 취급성이 악화되는 경우, 얻어지는 타이어용 고무 조성물의 물성에 대한 악영향이 생기는 경우가 있다. 한편으로, 부가 반응을 라디칼 발생제를 사용하여 실시하면, 비교적 낮은 온도에서도 다량화 반응 등의 부반응을 충분히 억제하면서, 부가하는 반응이 충분히 진행된다.
상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 GPC 의 측정으로부터 구한 폴리스티렌 환산의 최대 피크 분자량을 Mt 로 했을 때, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 GPC 측정에 의해 얻어지는 GPC 크로마토그램의 중합체 유래의 전체 면적을 100 ％ 로 하여, 분자량이 Mt × 1.45 이상의 영역에 있는 중합체의 비율이 0 ∼ 30 ％ 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0 ∼ 20 ％ 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하고, 0 ∼ 18 ％ 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하고, 0 ∼ 15 ％ 의 범위인 것이 더욱더 바람직하고, 0 ∼ 10 ％ 의 범위인 것이 특히 바람직하고, 0 ∼ 8 ％ 의 범위인 것이 특히 더 바람직하다. 이와 같은 변성 액상 디엔계 고무 (B) 를 고무 조성물에 배합함으로써, 고무 조성물의 가공성이 양호해지고, 또한 얻어지는 고무 조성물 중의 후술하는 필러 (C) 의 친화성이 향상되기 때문에, 고무 조성물을 제조할 때에 필러 (C) 의 근방에 존재하기 쉬워지고, 그 결과 고무 조성물 중의 필러 (C) 등의 분산 상태가 얻어지는 가교물의 물성 향상 (예를 들어, 드라이 그립 성능과 웨트 그립 성능의 양립) 을 위해서는 이상적이게 되는 것으로 추정된다. 또, 그 변성 액상 디엔계 고무 (B) 가 필러 (C) 의 근방에 존재하기 쉬워지는 결과, 내마모성이 우수한 가교물이 얻어진다.
상기 유기 과산화물로는, 예를 들어, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 시클로헥사논퍼옥사이드, 3,3,5-트리메틸시클로헥사논퍼옥사이드, 메틸시클로헥사논퍼옥사이드, 아세틸아세톤퍼옥사이드, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-시클로헥산, 1,1-비스(t-헥실퍼옥시)시클로헥산, 2,2-비스(t-부틸퍼옥시)부탄, t-부틸하이드로퍼옥사이드, 쿠멘하이드로퍼옥사이드, 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드, 파라멘탄하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸헥산2,5-디하이드로퍼옥사이드, 1,1,3,3-테트라메틸부틸하이드로퍼옥사이드, 디t-부틸퍼옥사이드, t-부틸쿠밀퍼옥사이드, 디쿠밀퍼옥사이드, 비스(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2.5-헥사노일퍼옥사이드, 라우로일퍼옥사이드, 과산화숙신산, 과산화벤조일 및 그 치환체, 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드, 메타톨루오일퍼옥사이드, 디이소프로필퍼옥시디카보네이트, t-부틸-2-에틸헥사노에이트, 디-2-에틸헥실퍼옥시디카보네이트, 디메톡시이소프로필퍼옥시카보네이트, 디(3-메틸-3-메톡시부틸)퍼옥시디카보네이트, t-부틸퍼옥시아세테이트, t-부틸퍼옥시피발레이트, t-부틸퍼옥시네오데카노에이트, t-부틸퍼옥시옥타노에이트, t-부틸퍼옥시3,3,5-트리메틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시라우레이트, t-부틸퍼옥시카보네이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, t-부틸퍼옥시이소부티레이트 등을 들 수 있다.
상기 아조계 화합물로는, 예를 들어, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 1,1'-아조비스(시클로헥산-1-카르보니트릴), 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴), 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(2,4-디메틸-4-메톡시발레로니트릴), 2,2'-아조비스(2-(2-이미다졸린-2-일)프로판), 2,2'-아조비스(2,4,4-트리메틸펜탄), 2,2'-아조비스(2-메틸프로판), 2,2'-아조비스(2-하이드록시메틸프로피온니트릴), 4,4'-아조비스(4-시아노발레릭 애시드), 디메틸2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 2-시아노-2-프로필아조포름아미드, 2-페닐아조-4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴 등을 들 수 있다.
상기 방법에서 사용되는 유기 용매로는, 일반적으로는 탄화수소계 용매, 할로겐화 탄화수소계 용매를 들 수 있다. 이들 유기 용매 중에서도, n-부탄, n-헥산, n-헵탄, 시클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 탄화수소계 용매가 바람직하다.
또한, 상기 방법에 의해 변성 화합물을 부가하는 반응을 실시할 때에는, 부반응을 억제하는 관점 등으로부터 노화 방지제를 첨가해도 된다.
이 때에 사용하는 바람직한 노화 방지제로는, 예를 들어, 2,6-디t-부틸-4-메틸페놀 (BHT), 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 4,4'-티오비스(3-메틸-6-t-부틸페놀), 4,4'-부틸리덴비스(3-메틸-6-t-부틸페놀) (AO-40), 3,9-비스[1,1-디메틸-2-[3-(3-t-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시]에틸]-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]운데칸 (AO-80), 2,4-비스[(옥틸티오)메틸]-6-메틸페놀 (Irganox 1520L), 2,4-비스[(도데실티오)메틸]-6-메틸페놀 (Irganox 1726), 2-[1-(2-하이드록시-3,5-디t-펜틸페닐)에틸]-4,6-디t-펜틸페닐아크릴레이트 (Sumilizer GS), 2-t-부틸-6-(3-t-부틸-2-하이드록시-5-메틸벤질)-4-메틸페닐아크릴레이트 (Sumilizer GM), 6-t-부틸-4-[3-(2,4,8,10-테트라-t-부틸디벤조[d,f][1,3,2]디옥사포스페핀-6-일옥시)프로필]-2-메틸페놀 (Sumilizer GP), 아인산트리스(2,4-디t-부틸페닐) (Irgafos 168), 디옥타데실3,3'-디티오비스프로피오네이트, 하이드로퀴논, p-메톡시페놀, N-페닐-N'-(1,3-디메틸부틸)-p-페닐렌디아민 (노크락 6C), 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 (LA-77Y), N,N-디옥타데실하이드록실아민 (Irgastab FS 042), 비스(4-t-옥틸페닐)아민 (Irganox 5057) 등을 들 수 있다. 상기 노화 방지제는, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
노화 방지제의 첨가량은, 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 100 질량부에 대하여 0 ∼ 10 질량부가 바람직하고, 0 ∼ 5 질량부가 보다 바람직하다.
이 변성 액상 디엔계 고무 (B) 에 있어서, 관능기가 도입되는 위치에 대해서는 중합 말단이어도 되고, 중합체 사슬의 측사슬이어도 되지만, 복수의 관능기를 용이하게 도입할 수 있다는 관점에서, 중합 사슬의 측사슬인 것이 바람직하다. 또한 상기 관능기는 1 종 단독으로 포함되어 있어도 되고 2 종 이상 포함되어 있어도 된다. 따라서, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 는, 변성 화합물 1 종에 의해 변성된 것이어도 되고, 또한 2 종 이상의 변성 화합물로 변성되어 있어도 된다.
미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 와 실란 화합물 (1) 의 혼합 비율은, 예를 들어, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 1 분자당 평균 관능기수가 원하는 값이 되도록 적절히 설정하면 되는데, 예를 들어, 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 와 실란 화합물 (1) 의 질량비 (B')/(1) 이 0.3 ∼ 300 이 되도록 혼합하면 된다.
특정한 성상을 갖는 변성 액상 디엔계 고무 (B) 를 제조하는 수법으로는, 실란 화합물 (1) 을 라디칼 부가하는 반응을 적절한 반응 온도에 있어서, 충분한 반응 시간으로 반응시키는 것이 유효하다. 예를 들어, 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 에 실란 화합물 (1) 을 부가시키는 반응에 있어서의 온도는 10 ∼ 200 ℃ 가 바람직하고, 50 ℃ ∼ 180 ℃ 가 보다 바람직하고, 50 ℃ ∼ 140 ℃ 가 더욱 바람직하다. 또한 반응 시간은 1 ∼ 200 시간이 바람직하고, 1 ∼ 100 시간이 보다 바람직하고, 1 ∼ 50 시간이 더욱 바람직하고, 1 ∼ 25 시간이 더욱더 바람직하다.
상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 38 ℃ 에서 측정한 용융 점도는, 0.1 ∼ 4,000 Pa·s 가 바람직하고, 1 ∼ 3,500 Pa·s 가 보다 바람직하고, 1 ∼ 3,000 Pa·s 가 더욱 바람직하다. 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 용융 점도가 상기 범위 내이면, 얻어지는 고무 조성물의 유연성이 향상되기 때문에, 가공성이 향상된다. 또한, 본 발명에 있어서 액상 디엔계 고무 (B) 의 용융 점도는, 38 ℃ 에 있어서 브룩필드형 점도계에 의해 측정한 값이다.
변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 중량 평균 분자량 (Mw) 은 1,000 이상 120,000 이하이다. 본 발명에 있어서 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 Mw 는, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피 (GPC) 의 측정으로부터 구한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량이다. 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 Mw 가 상기 범위 내이면, 제조시의 공정 통과성이 우수하고, 경제성이 양호해진다. 또, 본 발명의 고무 조성물의 가공성이 양호해지고, 필러 (C) 의 분산성도 원하는 물성 향상 (예를 들어, 웨트 그립 성능 향상, 조종 안정성 향상) 을 위해 이상적인 상태가 된다.
구름 저항 성능, 내마모성 향상의 관점에서는, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 Mw 는 바람직하게는 1,000 이상 120,000 이하, 보다 바람직하게는 15,000 이상 100,000 이하, 더욱 바람직하게는 15,000 이상 80,000 이하가 바람직한 일 양태이다.
실리카 분산성, 웨트 그립 향상의 관점에서는, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 Mw 는 바람직하게는 1,000 이상 15,000 미만, 보다 바람직하게는 2,000 이상 15,000 미만, 더욱 바람직하게는 3,000 이상 15,000 미만이 바람직한 다른 일 양태이다.
본 발명에 있어서는, Mw 가 상이한 2 종 이상의 변성 액상 디엔계 고무 (B) 를 조합하여 사용해도 된다.
변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 분자량 분포 (Mw/Mn) 는 1.0 ∼ 20.0 이 바람직하고, 1.0 ∼ 15.0 이 보다 바람직하고, 1.0 ∼ 10.0 이 더욱 바람직하다. Mw/Mn 이 상기 범위 내이면, 얻어지는 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 점도의 편차가 작아, 보다 바람직하다. 또한, 분자량 분포 (Mw/Mn) 는, GPC 의 측정에 의해 구한 표준 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량 (Mw)/수 평균 분자량 (Mn) 의 비를 의미한다.
변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 비닐 함유량은 30 몰％ 이상 70 몰％ 미만이고, 바람직하게는 40 몰％ 이상 70 몰％ 미만, 보다 바람직하게는 50 몰％ 이상 70 몰％ 미만이다. 본 발명에 있어서, 「비닐 함유량」이란, 변성 액상 디엔계 고무에 포함되는, 이소프렌 단위, 부타디엔 단위, 및 이소프렌 단위와 부타디엔 단위 이외의 공액 디엔 (b1) 단위의 합계 100 몰％ 중, 1,2-결합 또는 3,4-결합으로 결합을 하고 있는 공액 디엔 단위 (1,4-결합 이외로 결합을 하고 있는 공액 디엔 단위) 의 합계 몰％ 를 의미한다. 비닐 함유량은, 1H-NMR 을 사용하여 1,2-결합 또는 3,4-결합으로 결합을 하고 있는 공액 디엔 단위 유래의 피크와 1,4-결합으로 결합을 하고 있는 공액 디엔 단위에서 유래하는 피크의 면적비로부터 산출할 수 있다.
비닐 함유량이 70 몰％ 이상이 되면, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 와 고형 고무 (A) 의 상용성이 나빠지기 때문에, 필러 (C) 의 고무 조성물 중의 분산성이 악화되고, 얻어지는 타이어 트레드 등의 조종 안정성이 악화되는 경향이 있고, 웨트 그립 성능도 악화되는 경향이 있다.
또한, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 비닐 함유량은, 예를 들어, 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 를 제조할 때에 사용하는 용매의 종류, 필요에 따라 사용되는 극성 화합물, 중합 온도 등을 제어함으로써 원하는 값으로 할 수 있다.
변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 유리 전이 온도 (Tg) 는, 이소프렌 단위, 부타디엔 단위 및 공액 디엔 (b1) 단위의 비닐 함유량, 공액 디엔 (b1) 의 종류, 공액 디엔 이외의 단량체에서 유래하는 단위의 함유량 등에 따라 변화할 수 있지만, -150 ∼ 50 ℃ 가 바람직하고, -130 ∼ 50 ℃ 가 보다 바람직하고, -130 ∼ 30 ℃ 가 더욱 바람직하다. Tg 가 상기 범위이면, 예를 들어, 고무 조성물로부터 얻어지는 가교물로 이루어지는 타이어의 구름 저항 성능이 양호해진다. 또한 점도가 높아지는 것을 억제할 수 있어 취급이 용이해진다.
상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 는, 1 종 단독으로 사용되어도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 는, 그 제조에 사용하는 중합 촉매에서 유래하는 촉매 잔류물량이, 금속 환산으로 0 ∼ 200 ppm 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 원료가 되는 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 를 제조하기 위한 중합 촉매로서 유기 리튬 화합물 등의 유기 알칼리 금속을 사용한 경우에는, 촉매 잔류물량의 기준이 되는 금속은, 리튬 등의 알칼리 금속이 된다. 촉매 잔류물량이 상기 범위에 있음으로써, 가공 등을 할 때에 택이 저하되지 않고, 또한 본 발명의 고무 조성물로부터 얻어지는 가교물의 내열성, 타이어의 구름 저항 성능이 향상된다. 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 제조에 사용하는 중합 촉매에서 유래하는 촉매 잔류물량으로는, 금속 환산으로, 보다 바람직하게는 0 ∼ 150 ppm, 더욱 바람직하게는 0 ∼ 100 ppm 이다. 또한, 촉매 잔류물량은, 예를 들어 편광 제이만 원자 흡광 분광 광도계를 사용함으로써 측정할 수 있다.
액상 디엔계 고무의 촉매 잔류물량을 이와 같은 특정한 양으로 하는 방법으로는, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 또는 원료가 되는 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 를 정제하여, 촉매 잔류물을 충분히 제거하는 방법 등을 들 수 있다. 정제하는 방법으로는, 물 혹은 온수, 또는 메탄올, 아세톤 등으로 대표되는 유기 용매 혹은 초임계 유체 이산화탄소에 의한 세정이 바람직하다. 세정 횟수로는, 경제적인 관점에서 1 ∼ 20 회가 바람직하고, 1 ∼ 10 회가 보다 바람직하다. 또, 세정 온도로는, 20 ∼ 100 ℃ 가 바람직하고, 40 ∼ 90 ℃ 가 보다 바람직하다. 또한 중합 반응 전에, 중합의 저해를 실시하는 불순물을 증류나 흡착제에 의해 제거하여, 단량체의 순도를 높인 후에 중합을 실시하는 것에 의해서도, 필요한 중합 촉매량이 적어도 되기 때문에, 촉매 잔류물량을 저감시킬 수 있다. 또, 상기와 동일한 관점에서, 본 발명의 고형 고무 (A), 변성 액상 디엔계 고무 (B) 및 필러 (C) 를 함유하는 중하중 타이어용 고무 조성물 중의 촉매 잔류물량이, 금속 환산으로 0 ∼ 200 ppm 인 것이 바람직하고, 0 ∼ 150 ppm 이 보다 바람직하고, 0 ∼ 100 ppm 이 더욱 바람직하다. 이 경우의 촉매 잔류물량은 고형 고무 (A), 변성 액상 디엔계 고무 (B) 및/또는 그 중하중 타이어용 고무 조성물 중에 포함되는 그 밖의 임의 성분의 제조에 사용하는 중합 촉매에서 유래하는 촉매 잔류물량이어도 된다.
본 발명의 고무 조성물에 있어서, 고형 고무 (A) 100 질량부에 대한 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 함유량은, 0.1 ∼ 50 질량부이고, 0.1 ∼ 45 질량부가 바람직하고, 0.5 ∼ 40 질량부가 보다 바람직하고, 1 ∼ 40 질량부가 더욱 바람직하고, 2 ∼ 40 질량부가 더욱더 바람직하고, 2 ∼ 30 질량부가 특히 바람직하다. 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 함유량이 상기 범위 내이면, 고무 조성물 중에서의 필러 (C) 의 분산성, 얻어지는 타이어 트레드 등에서 웨트 그립 성능이 우수하고, 조종 안정성 등이 양호해진다.
[필러 (C)]
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물에서 사용하는 필러 (C) 로는, 중하중 타이어용 고무 조성물에 일반적으로 사용하는 것이면 특별히 제한은 없고, 기계 강도의 향상 등의 물성의 개선, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 드라이 그립 성능, 웨트 그립 성능, 및 저연비 성능을 향상시키는 등의 관점에서는, 상기 필러 (C) 중에서도, 카본 블랙 및 실리카로부터 선택되는 적어도 1 종이 바람직하다.
상기 카본 블랙으로는, 예를 들어, 퍼니스 블랙, 채널 블랙, 서멀 블랙, 아세틸렌 블랙, 및 케첸 블랙 등을 들 수 있다. 가교 속도 향상, 얻어지는 가교물의 기계 강도 향상, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 드라이 그립 성능, 웨트 그립 성능, 및 저연비 성능을 향상시키는 등의 관점에서는, 이들 카본 블랙 중에서도, 퍼니스 블랙이 바람직하다. 이들 카본 블랙은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
카본 블랙의 평균 입경은, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 드라이 그립 성능, 웨트 그립 성능, 및 저연비 성능을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 5 ㎚ 이상, 보다 바람직하게는 10 ㎚ 이상, 더욱 바람직하게는 15 ㎚ 이상이고, 그리고, 바람직하게는 100 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 80 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 70 ㎚ 이하, 더욱더 바람직하게는 60 ㎚ 이하이다. 또한, 카본 블랙의 평균 입경은, 투과형 전자 현미경에 의해 입자의 직경을 측정하고, 그 평균치를 산출함으로써 구할 수 있다.
상기 퍼니스 블랙의 시판품으로는, 예를 들어, 미츠비시 화학 주식회사의 「다이아 블랙」, 토카이 카본 주식회사 제조의 「시스트」 등을 들 수 있다. 아세틸렌 블랙의 시판품으로는, 예를 들어, 덴키 카가쿠 공업 주식회사 제조의 「덴카 블랙」 등을 들 수 있다. 케첸 블랙의 시판품으로는, 예를 들어, 라이온 주식회사 제조의 「ECP600JD」 등을 들 수 있다.
상기 카본 블랙은, 고형 고무 (A) 에 대한 젖음성, 분산성 등을 향상시키는 관점에서, 질산, 황산, 염산 또는 이들의 혼합산 등에 의한 산 처리나, 공기 존재하에서의 열 처리에 의한 표면 산화 처리를 실시해도 된다. 또, 본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물 및 이 조성물로부터 얻어지는 가교물의 기계 강도 향상의 관점에서, 흑연화 촉매의 존재하에 2,000 ∼ 3,000 ℃ 에서 열 처리를 실시해도 된다. 또한, 흑연화 촉매로는, 붕소, 붕소 산화물 (예를 들어, B2O2, B2O3, B4O3, B4O5 등), 붕소옥소산 (예를 들어, 오르토붕산, 메타붕산, 사붕산 등) 및 그 염, 붕소 탄화물 (예를 들어, B4C, B6C 등), 질화붕소 (BN), 그 밖의 붕소 화합물이 바람직하게 사용된다.
상기 카본 블랙은, 분쇄 등에 의해 입도를 조정한 후, 사용할 수도 있다. 카본 블랙의 분쇄에는, 고속 회전 분쇄기 (해머 밀, 핀 밀, 케이지 밀) 나 각종 볼 밀 (전동 밀, 진동 밀, 유성 밀), 교반 밀 (비드 밀, 애트라이터, 유통관형 밀, 애뉼러 밀) 등을 사용할 수 있다.
상기 실리카로는, 습식 실리카 (함수 규산), 건식 실리카 (무수 규산), 규산칼슘, 규산알루미늄 등을 들 수 있다. 이들 실리카 중에서도, 가공성, 얻어지는 가교물의 기계 강도 및 내마모성을 한층 더 향상시키고, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 드라이 그립 성능, 웨트 그립 성능, 및 저연비 성능을 한층 더 향상시키는 관점에서, 습식 실리카가 바람직하다. 이들 실리카는, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
실리카의 평균 입경은, 중하중 타이어용 고무 조성물의 가공성, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 드라이 그립 성능, 웨트 그립 성능, 및 저연비 성능을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 0.5 ㎚ 이상, 보다 바람직하게는 2 ㎚ 이상, 더욱 바람직하게는 5 ㎚ 이상, 더욱더 바람직하게는 8 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 10 ㎚ 이상이고, 그리고, 바람직하게는 200 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 150 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 100 ㎚ 이하, 더욱더 바람직하게는 50 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 30 ㎚ 이하, 가장 바람직하게는 20 ㎚ 이하이다. 또한, 실리카의 평균 입경은, 투과형 전자 현미경에 의해 입자의 직경을 측정하고, 그 평균치를 산출함으로써 구할 수 있다.
이들 카본 블랙 및 실리카 중에서도, 얻어지는 고무 조성물 및 그 가교물의 구름 저항 성능 향상 등의 관점에서는, 필러 (C) 로는 실리카를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 기계 강도를 향상시키는 것, 및 필러를 증량제로서 배합하는 것에 의한 제조 비용의 개선 등을 목적으로 하여, 실리카 및 카본 블랙 이외의 필러를 함유하고 있어도 된다.
실리카 및 카본 블랙 이외의 필러로는, 예를 들어, 유기 충전제나, 클레이, 탤크, 마이카, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 황산바륨, 산화티탄, 유리 섬유, 섬유상 필러, 및 유리 벌룬 등의 무기 충전제를 사용할 수 있다. 이들 필러는, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
고형 고무 (A) 100 질량부에 대한 필러 (C) 의 양은, 20 ∼ 200 질량부이고, 바람직하게는 20 ∼ 150 질량부이다. 필러 (C) 의 양이 상기 범위 내이면, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 드라이 그립 성능, 웨트 그립 성능, 및 저연비 성능이 향상된다. 전술한 관점에서, 고형 고무 (A) 100 질량부에 대한 필러 (C) 의 양은, 보다 바람직하게는 30 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 40 질량부 이상이고, 그리고, 바람직하게는 120 질량부 이하, 보다 바람직하게는 100 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 90 질량부 이하, 더욱더 바람직하게는 80 질량부 이하이다.
또, 필러 (C) 로서 실리카를 사용하는 경우, 고형 고무 (A) 100 질량부에 대한 실리카의 양은, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 드라이 그립 성능, 웨트 그립 성능, 및 저연비 성능을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 20 질량부 이상, 보다 바람직하게는 25 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 30 질량부 이상, 더욱더 바람직하게는 35 질량부 이상, 특히 바람직하게는 40 질량부 이상이고, 그리고, 바람직하게는 100 질량부 이하, 보다 바람직하게는 90 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 80 질량부 이하이다.
또한, 필러 (C) 로서 카본 블랙을 사용하는 경우, 고형 고무 (A) 100 질량부에 대한 카본 블랙의 양은, 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용한 타이어의 드라이 그립 성능, 웨트 그립 성능, 및 저연비 성능을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 10 질량부 이상, 보다 바람직하게는 20 질량부 이상, 더욱더 바람직하게는 30 질량부 이상, 특히 바람직하게는 40 질량부 이상이고, 그리고, 바람직하게는 120 질량부 이하, 보다 바람직하게는 100 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 80 질량부 이하이다.
실리카 및 카본 블랙을 병용하는 경우, 실리카와 카본 블랙의 비율 (질량비 ＝ 실리카/카본 블랙) 은, 1/99 ∼ 99/1 이 바람직하고, 10/90 ∼ 90/10 이 보다 바람직하고, 30/70 ∼ 80/20 이 더욱더 바람직하다.
[그 밖의 성분]
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물에서는, 필러 (C) 로서 실리카 등을 함유하는 경우에는, 실란 커플링제를 함유하는 것이 바람직한 일 양태이다. 실란 커플링제로는, 예를 들어, 술파이드계 화합물, 메르캅토계 화합물, 비닐계 화합물, 아미노계 화합물, 글리시독시계 화합물, 니트로계 화합물, 클로로계 화합물 등을 들 수 있다.
술파이드계 화합물로는, 예를 들어, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)테트라술파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)테트라술파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)테트라술파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)트리술파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)트리술파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디술파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)디술파이드, 3-트리메톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카르바모일테트라술파이드, 3-트리에톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카르바모일테트라술파이드, 2-트리메톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카르바모일테트라술파이드, 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아졸테트라술파이드, 3-트리에톡시실릴프로필벤조티아졸테트라술파이드, 3-트리에톡시실릴프로필메타크릴레이트모노술파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노술파이드, 3-옥타노일티오-1-프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다.
메르캅토계 화합물로는, 예를 들어, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 2-메르캅토에틸트리메톡시실란, 2-메르캅토에틸트리에톡시실란 등을 들 수 있다.
비닐계 화합물로는, 예를 들어 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
아미노계 화합물로는, 예를 들어, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리에톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
글리시독시계 화합물로는, 예를 들어, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란,γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란 등을 들 수 있다.
니트로계 화합물로는, 예를 들어, 3-니트로프로필트리메톡시실란, 3-니트로프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다.
클로로계 화합물로는, 예를 들어, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 2-클로로에틸트리메톡시실란, 2-클로로에틸트리에톡시실란 등을 들 수 있다.
그 밖의 화합물로는, 예를 들어, 옥틸트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 헥사데실트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
이들 실란 커플링제는, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 이들 실란 커플링제 중에서도, 보강 효과가 큰 관점에서, 술파이드계 화합물 및 메르캅토계 화합물 등의 황을 함유하는 실란 커플링제가 바람직하고, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디술파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술파이드, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란이 보다 바람직하다.
상기 실란 커플링제는, 필러 (C) 100 질량부에 대하여 바람직하게는 0.1 ∼ 30 질량부, 보다 바람직하게는 0.5 ∼ 20 질량부, 더욱 바람직하게는 1 ∼ 15 질량부 함유된다. 실란 커플링제의 함유량이 상기 범위 내이면, 분산성, 커플링 효과, 보강성, 내마모성이 향상된다.
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물은, 그 고무를 가교하기 위해, 추가로 가류제 (加硫劑) (D) 를 함유하고 있어도 된다. 가류제 (D) 로는, 예를 들어, 황, 황 화합물 등을 들 수 있다. 황 화합물로는, 예를 들어, 모르폴린디술파이드, 및 알킬페놀디술파이드 등을 들 수 있다. 이들 가류제 (D) 는 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 상기 가류제 (D) 는, 가교물의 역학 물성의 관점에서, 고형 고무 (A) 100 질량부에 대하여, 통상 0.1 ∼ 10 질량부, 바람직하게는 0.5 ∼ 10 질량부, 보다 바람직하게는 0.8 ∼ 5 질량부 함유된다.
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물은, 예를 들어 고무를 가교 (가류) 하기 위한 가류제 (D) 가 포함되어 있는 경우에는, 추가로 가류 촉진제 (E) 를 함유하고 있어도 된다. 가류 촉진제 (E) 로는, 예를 들어, 구아니딘계 화합물, 술펜아미드계 화합물, 티아졸계 화합물, 티우람계 화합물, 티오우레아계 화합물, 디티오카르밤산계 화합물, 알데히드-아민계 화합물, 알데히드-암모니아계 화합물, 이미다졸린계 화합물, 및 크산테이트계 화합물 등을 들 수 있다. 이들 가류 촉진제 (E) 는 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 상기 가류 촉진제 (E) 는, 고형 고무 (A) 100 질량부에 대하여, 통상 0.1 ∼ 15 질량부, 바람직하게는 0.1 ∼ 10 질량부 함유된다.
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물은, 예를 들어 고무를 가교 (가류) 하기 위한 가류제 (D) 로서 황, 황 화합물 등이 포함되어 있는 경우에는, 추가로 가류 보조제 (F) 를 함유하고 있어도 된다. 가류 보조제 (F) 로는, 예를 들어, 스테아르산 등의 지방산, 아연화 등의 금속 산화물, 스테아르산아연 등의 지방산 금속염을 들 수 있다. 이들 가류 보조제 (F) 는 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 상기 가류 보조제 (F) 는, 고형 고무 (A) 100 질량부에 대하여, 통상 0.1 ∼ 15 질량부, 바람직하게는 1 ∼ 10 질량부 함유된다.
중하중 타이어용 고무 조성물은 가류제 외에 가교제를 함유해도 된다. 가교제로는, 예를 들어, 산소, 유기 과산화물, 페놀 수지, 아미노 수지, 퀴논 및 퀴논디옥심 유도체, 할로겐 화합물, 알데히드 화합물, 알코올 화합물, 에폭시 화합물, 금속 할로겐화물, 유기 금속 할로겐화물, 및 실란 화합물 등을 들 수 있다. 이들은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 가교제의 양은, 고형 고무 (A) 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 0.1 ∼ 10 질량부이다.
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물은, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 가공성, 유동성 등의 개량을 목적으로 하여, 필요에 따라 실리콘 오일, 아로마 오일, TDAE (Treated Distilled Aromatic Extracts), MES (Mild Extracted Solvates), RAE (Residual Aromatic Extracts), 파라핀 오일, 나프텐 오일 등의 프로세스 오일, 지방족 탄화수소 수지, 지환족 탄화수소 수지, C9 계 수지, 로진계 수지, 쿠마론·인덴계 수지, 페놀계 수지 등의 수지 성분, 저분자량 폴리부타디엔, 저분자량 폴리이소프렌, 저분자량 스티렌부타디엔 공중합체, 및 저분자량 스티렌이소프렌 공중합체 등의 액상 중합체를 연화제로서 함유하고 있어도 된다. 본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물이 상기 프로세스 오일, 수지, 액상 중합체를 연화제로서 함유하는 경우에는, 그 함유량은, 내블리드성의 관점에서, 고형 고무 (A) 100 질량부에 대하여 바람직하게는 50 질량부 이하, 보다 바람직하게는 30 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 15 질량부 이하이다.
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물은, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 내후성, 내열성, 내산화성 등의 향상을 목적으로 하여, 필요에 따라 노화 방지제, 산화 방지제, 왁스, 활제, 광 안정제, 스코치 방지제, 가공 보조제, 안료나 색소 등의 착색제, 난연제, 대전 방지제, 광택 제거제, 블로킹 방지제, 자외선 흡수제, 이형제, 발포제, 항균제, 곰팡이 방지제, 향료 등의 첨가제를 함유해도 된다.
산화 방지제로는, 예를 들어, 힌더드페놀계 화합물, 인계 화합물, 락톤계 화합물, 하이드록실계 화합물 등을 들 수 있다.
노화 방지제로는, 예를 들어, 아민-케톤계 화합물, 이미다졸계 화합물, 아민계 화합물, 페놀계 화합물, 황계 화합물 및 인계 화합물 등을 들 수 있다. 이들 첨가제는, 1 종 단독으로 사용되어도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
[중하중 타이어용 고무 조성물의 제조 방법]
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물의 제조 방법은, 상기 각 성분을 균일하게 혼합할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다. 중하중 타이어용 고무 조성물의 제조에 사용하는 장치로는, 예를 들어, 니더 루더, 브라벤더, 밴버리 믹서, 인터널 믹서 등의 접선식 또는 맞물림식의 밀폐식 혼련기, 단축 압출기, 2 축 압출기, 믹싱 롤, 및 롤러 등을 들 수 있다. 상기 고무 조성물의 제조는, 통상 70 ∼ 270 ℃ 의 온도 범위에서 실시할 수 있다.
본 발명의 중하중 타이어용 고무 조성물은 가교함으로써 가교물 (가류 고무) 로서 사용하는 것이 바람직하다. 가류의 조건 및 방법에 특별히 제한은 없지만, 가류 금형을 사용하여 가류 온도 120 ∼ 200 ℃ 및 가류 압력 0.5 ∼ 20 ㎫ 의 조건에서 실시하는 것이 바람직하다.
가교물 중으로부터의, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 추출률은, 20 질량％ 이하가 바람직하고, 15 질량％ 이하가 보다 바람직하고, 10 질량％ 이하가 더욱 바람직하다.
또한, 상기 추출률은, 가교물 2 g 을 톨루엔 400 ㎖ 중에 침지하고, 23 ℃ 에서 48 시간 후에 톨루엔 중에 추출된 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 양으로부터 산출할 수 있다.
[타이어 트레드 및 공기 타이어]
본 발명의 타이어 트레드는, 상기 중하중 타이어용 고무 조성물을 적어도 일부에 사용한 것이고, 우수한 웨트 그립 성능 및 조종 안정성을 나타내는 것이다. 본 발명의 타이어 트레드의 구조는 특별히 제한되지 않고, 1 층 구조여도 되고 다층 구조여도 되지만, 다층 구조로 하는 경우에는, 노면과 접촉하는 층에 상기 중하중 타이어용 고무 조성물을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 공기 타이어는, 상기 중하중 타이어용 고무 조성물을 적어도 일부에 사용한 것이고, 특히 상기 타이어 트레드를 사용한 공기 타이어가 바람직하다. 본 발명의 공기 타이어는, 상기 중하중 타이어용 고무 조성물을 일부에 사용하고 있기 때문에, 우수한 웨트 그립 성능을 나타내고, 조종 안정성이 향상되어 있다.
상기 고무 조성물 및 그 고무 조성물의 가교물을 사용할 수 있는 타이어의 부위로는, 예를 들어, 트레드 (캡 트레드, 언더 트레드), 사이드 월, 런플랫 타이어용 고무 보강층 (라이너 등), 림 쿠션, 비드 필러, 비드 인슐레이션, 비드 에이펙스, 클린치 에이펙스, 벨트, 벨트 쿠션, 브레이커, 브레이커 쿠션, 채퍼, 채퍼 패드, 스트립 에이펙스 등을 들 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예 및 비교예에 있어서 사용한 각 성분은 이하와 같다.
〈고형 고무 (A)〉
천연 고무 : STR20 (태국산 천연 고무)
부타디엔 고무 : BR01 (JSR 주식회사 제조, Mw : 55만, 시스체 함유량 95 질량％)
〈변성 액상 디엔계 고무 (B)〉
후술하는 제조예 1 에서 얻어진 변성 액상 폴리부타디엔 및 제조예 2 에서 얻어진 액상 디엔계 고무
〈필러 (C)〉
실리카 : ULTRASIL7000GR (에보닉 데구사 재팬 제조, 습식 실리카, 평균 입경 14 ㎚)
카본 블랙 : 다이아 블랙 I (미츠비시 화학 주식회사 제조, 평균 입경 20 ㎚)
〈가류제 (D)〉
황 (미분 황 200 메시, 츠루미 화학 공업 주식회사 제조)
〈가류 촉진제 (E)〉
가류 촉진제 (1) : 노크세라 CZ-G (오우치 신흥 화학 공업 주식회사 제조)
가류 촉진제 (2) : 노크세라 D (오우치 신흥 화학 공업 주식회사 제조)
〈가류 보조제 (F)〉
스테아르산 : 루낙 S-20 (카오 주식회사 제조)
아연화 : 산화아연 (사카이 화학 공업 주식회사 제조)
〈임의 성분〉
TDAE : VivaTec500 (H＆R 사 제조)
실란 커플링제 : Si-75 (에보닉 데구사 재팬 제조)
노화 방지제 (1) : 안테이지 RD (카와구치 화학 공업 주식회사)
노화 방지제 (2) : 노크락 6C (오우치 신흥 화학 공업 주식회사 제조)
제조예 1 : 변성 액상 디엔계 고무 (B-1) 의 제조
충분히 건조시킨 5 L 오토클레이브를 질소 치환하고, 헥산 1150 g 및 n-부틸리튬 (17 질량％ 헥산 용액) 154 g 을 주입하고, 50 ℃ 로 승온한 후, 교반 조건하, 중합 온도를 50 ℃ 가 되도록 제어하면서, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민 10 g 과, 부타디엔 1250 g 을 축차 첨가하고, 1 시간 중합하였다. 그 후 메탄올을 첨가하여 중합 반응을 정지시키고, 중합체 용액을 얻었다. 얻어진 중합체 용액에 물을 첨가하고 교반하여, 물로 중합체 용액을 세정하였다. 교반을 종료하고, 중합체 용액상과 수상이 분리되어 있는 것을 확인한 후, 물을 분리하였다. 세정 종료 후의 중합체 용액을 70 ℃ 에서 24 시간 진공 건조시킴으로써, 미변성 액상 디엔계 고무 (B'-1) 을 얻었다.
계속해서, 용량 1 L 의 오토클레이브 안에, 얻어진 미변성 액상 디엔계 고무 (B'-1) 700 g 을 주입하고, 60 ℃ 에서 3 시간 교반을 하면서 질소 탈기를 하였다. 1,1-비스(t-헥실퍼옥시)시클로헥산 0.2 g 과 (3-메르캅토프로필)트리에톡시실란 130 g 을 첨가하고, 105 ℃ 에서 8 시간 반응시켜, 변성 액상 디엔계 고무 (B-1) 을 얻었다.
제조예 2 : 액상 디엔계 고무 (B'-2) 의 제조
충분히 건조시킨 5 L 오토클레이브를 질소 치환하고, 헥산 1150 g 및 n-부틸리튬 (17 질량％ 헥산 용액) 154 g 을 주입하고, 50 ℃ 로 승온한 후, 교반 조건하, 중합 온도를 50 ℃ 가 되도록 제어하면서, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민 10 g 과, 부타디엔 1250 g 을 축차 첨가하고, 1 시간 중합하였다. 그 후 메탄올을 첨가하여 중합 반응을 정지시키고, 중합체 용액을 얻었다. 얻어진 중합체 용액에 물을 첨가하고 교반하여, 물로 중합체 용액을 세정하였다. 교반을 종료하고, 중합체 용액상과 수상이 분리되어 있는 것을 확인한 후, 물을 분리하였다. 세정 종료 후의 중합체 용액을 70 ℃ 에서 24 시간 진공 건조시킴으로써, 액상 디엔계 고무 (B'-2) 를 얻었다.
또한, 제조예에서 얻어진 변성 액상 디엔계 고무 등의 각 물성의 측정 방법 및 산출 방법은 이하와 같다.
(중량 평균 분자량의 측정 방법)
변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 Mw 는, GPC (겔 퍼미에이션 크로마토그래피) 에 의해 표준 폴리스티렌 환산 분자량으로 구하였다. 측정 장치 및 조건은, 이하와 같다.
·장치 : 토소 주식회사 제조 GPC 장치 「GPC8020」
·분리 칼럼 : 토소 주식회사 제조 「TSKgelG4000HXL」
·검출기 : 토소 주식회사 제조 「RI-8020」
·용리액 : 테트라하이드로푸란
·용리액 유량 : 1.0 ㎖/분
·샘플 농도 : 5 mg/10 ㎖
·칼럼 온도 : 40 ℃
(비닐 함유량)
변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 비닐 함유량을, 니혼 전자 주식회사 제조의 1H-NMR (500 ㎒) 을 사용하여, 샘플/중클로로포름 ＝ 50 mg/1 ㎖ 의 농도, 적산 횟수 1024 회로 측정하였다. 얻어진 스펙트럼의 비닐화된 디엔 화합물 유래의 이중 결합의 피크와, 비닐화되어 있지 않은 디엔 화합물 유래의 이중 결합의 피크의 면적비로부터, 비닐 함유량을 산출하였다.
(유리 전이 온도)
변성 액상 디엔계 고무 (B) 10 mg 을 알루미늄 팬에 채취하고, 시차 주사 열량 측정 (DSC) 에 의해 10 ℃/분의 승온 속도 조건에 있어서 서모그램을 측정하고, DDSC 의 피크 톱의 값을 유리 전이 온도 (Tg) 로 하였다.
(38 ℃ 에 있어서의 용융 점도의 측정 방법)
변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 38 ℃ 에 있어서의 용융 점도를 브룩필드형 점도계 (BROOKFIELD ENGINEERING LABS. INC. 제조) 에 의해 측정하였다.
(변성 액상 디엔계 고무 (B) 1 분자당 평균 관능기수)
변성 액상 디엔계 고무 (B) 1 분자당 평균 관능기수는, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 관능기의 당량 (g/eq) 과 스티렌 환산의 수 평균 분자량 (Mn) 으로부터 구할 수 있다.
(1 분자당 평균 관능기수) ＝ [(수 평균 분자량 (Mn))/(스티렌 단위의 분자량) × (공액 디엔 및 필요에 따라 포함되는 공액 디엔 이외의 다른 단량체 단위의 평균 분자량)]/(관능기의 당량)
또한, 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 관능기의 당량은, 관능기 1 개당 결합하고 있는 부타디엔 및 필요에 따라 포함되는 부타디엔 이외의 다른 단량체의 질량을 의미한다. 관능기의 당량은, 1H-NMR 또는 13C-NMR 을 사용하여 관능기 유래의 피크와 중합체 주사슬에서 유래하는 피크의 면적비로부터 산출할 수 있다. 또한, 관능기 유래의 피크란, 알콕시기 유래의 피크를 가리킨다.
이하, 제조예 1 에서 얻어진 변성 액상 디엔계 고무 (B-1) 및 제조예 2 에서 얻어진 액상 디엔계 고무 (B'-2) 의 물성을 표 1 에 정리한다.
Figure 112020026470768-pct00004
실시예 1 및 비교예 1 ∼ 3
표 2 에 기재한 배합 비율 (질량부) 에 따라, 고형 고무 (A), 변성 액상 디엔계 고무 (B), 필러 (C), TDAE, 실란 커플링제, 아연화, 스테아르산, 및 노화 방지제를, 각각 밀폐식 밴버리 믹서에 투입하고 개시 온도 60 ℃, 수지 온도가 150 ℃ 가 되도록 6 분간 혼련한 후, 믹서 밖으로 꺼내어 실온까지 냉각하였다. 이어서, 이 혼합물을 재차 밴버리 믹서에 넣고, 가류제 (황) 및 가류 촉진제를 첨가하고 100 ℃ 에서 75 초 혼련함으로써 고무 조성물을 얻었다.
또, 얻어진 고무 조성물을 프레스 성형 (145 ℃, 20 ∼ 30 분) 하여 가류 고무 시트 (두께 2 ㎜) 를 제조하고, 하기 방법에 기초하여, 구름 저항 성능 (저연비성), 웨트 그립 성능, 조종 안정성, 경도를 평가하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다.
또한, 각 평가의 측정 방법은 이하와 같다.
(구름 저항 성능)
실시예 및 비교예에서 제조한 고무 조성물의 시트로부터 세로 40 ㎜ × 가로 5 ㎜ 의 시험편을 잘라내고, GABO 사 제조의 동적 점탄성 측정 장치를 사용하여, 측정 온도 60 ℃, 주파수 10 Hz, 정적 변형 10 ％, 동적 변형 2 ％ 의 조건에서, tanδ 를 측정하고, 구름 저항 성능의 지표로 하였다. 각 실시예 및 비교예의 수치는, 표 2 의 비교예 1 의 값을 100 으로 했을 때의 상대치이다. 또한, 수치가 작을수록 고무 조성물의 구름 저항 성능이 양호하다.
(웨트 그립 성능)
실시예 및 비교예에서 제조한 고무 조성물의 시트로부터 세로 40 ㎜ × 가로 5 ㎜ 의 시험편을 잘라내고, GABO 사 제조의 동적 점탄성 측정 장치를 사용하여, 측정 온도 0 ℃, 주파수 10 Hz, 정적 변형 10 ％, 동적 변형 2 ％ 의 조건에서, tanδ 를 측정하고, 웨트 그립 성능의 지표로 하였다. 각 실시예 및 비교예의 수치는, 표 2 의 비교예 1 의 값을 100 으로 했을 때의 상대치이다. 또한, 수치가 클수록 고무 조성물의 웨트 그립 성능이 양호하다.
(조종 안정성)
실시예 및 비교예에서 제조한 고무 조성물의 시트로부터 세로 40 ㎜ × 가로 5 ㎜ 의 시험편을 잘라내고, GABO 사 제조의 동적 점탄성 측정 장치를 사용하여, 측정 온도 25 ℃ 또는 70 ℃, 주파수 10 Hz, 정적 변형 10 ％, 동적 변형 2 ％ 의 조건에서, E' 를 측정하고, 조종 안정성의 지표로 하였다. 각 실시예 및 비교예의 수치는, 표 2 의 비교예 1 의 값을 각각 100 으로 했을 때의 상대치이다. 또한, 수치가 클수록 타이어에 사용했을 때의 조종 안정성이 양호하다.
(경도)
실시예 및 비교예에서 제조한 고무 조성물의 시트로부터 세로 40 ㎜ × 가로 5 ㎜ 의 시험편을 잘라내고, JIS K 6253 에 준거하여, 타입 A 경도계에 의해 경도를 측정하였다. 각 실시예 및 비교예의 수치는, 표 2 의 비교예 1 의 값을 100 으로 했을 때의 상대치이다. 또한, 수치가 클수록 고무 조성물의 경도가 크고 양호하다.
본 발명의 고무 조성물은 가공성, 필러 분산성이 우수할 뿐만 아니라, 가교제를 첨가하거나 하여 가교성의 고무 조성물로 한 경우, 우수한 특성의 가교물을 부여하는 점에서, 타이어 용도 등에 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 타이어 트레드 등에 가교물 등을 사용한 경우에는, 웨트 그립 성능이 향상될 뿐만 아니라, 조종 안정성의 향상을 달성할 수 있기 때문에 유용하다. 또, 경도가 향상되어 고무의 변형을 억제할 수 있기 때문에, 비드 필러, 타이어용 벨트에도 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 고형 고무 (A) 100 질량부에 대하여, 하기 식 (1) 로 나타내는 실란 화합물을, 미변성의 액상 디엔계 고무 (B') 에 부가시켜 얻어지는 하기 식 (2) 로 나타내는 부분 구조를 관능기로서 갖는 변성 액상 디엔계 고무 (B) 를 0.1 ∼ 50 질량부, 및 필러 (C) 를 20 ∼ 200 질량부 함유하는 중하중 타이어용 고무 조성물로서,
    상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 가, 하기 (ⅰ) ∼ (ⅱ)
    (ⅰ) 중량 평균 분자량 (Mw) 이 1,000 이상 120,000 이하,
    (ⅱ) 비닐 함유량이 30 몰％ 이상 70 몰％ 미만,
    를 만족하는, 중하중 타이어용 고무 조성물.
    Figure 112023010168678-pct00006

    (식 (1) 중, R1 은 탄소수 1 내지 6 의 2 가의 알킬렌기이고, R2, R3 및 R4 는 각각 독립적으로, 메톡시기, 에톡시기, 페녹시기, 메틸기, 에틸기 또는 페닐기를 나타낸다. 단, R2, R3 및 R4 의 적어도 1 개는 메톡시기, 에톡시기 또는 페녹시기이다.)

    (식 (2) 중, R1, R2, R3 및 R4 의 정의는, 식 (1) 중의 R1, R2, R3 및 R4 의 정의와 동일하다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 의 38 ℃ 에 있어서의 용융 점도가 0.1 ∼ 4,000 Pa·s 인, 중하중 타이어용 고무 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변성 액상 디엔계 고무 (B) 가 이소프렌 및/또는 부타디엔의 단량체 단위를 포함하는 중합체인, 중하중 타이어용 고무 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필러 (C) 가, 실리카 및 카본 블랙으로부터 선택되는 적어도 1 종인, 중하중 타이어용 고무 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 필러 (C) 가, 평균 입경 5 ∼ 100 ㎚ 의 카본 블랙 및 평균 입경이 0.5 ∼ 200 ㎚ 인 실리카로부터 선택되는 적어도 1 종인, 중하중 타이어용 고무 조성물.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 필러 (C) 가 실리카이고, 실리카 100 질량부에 대하여, 실란 커플링제를 0.1 ∼ 30 질량부 함유하는, 중하중 타이어용 고무 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고형 고무 (A) 가, 천연 고무, 스티렌부타디엔 고무, 부타디엔 고무 및 이소프렌 고무로부터 선택되는 1 종 이상인, 중하중 타이어용 고무 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 고형 고무 (A) 가 천연 고무를 60 질량％ 이상 함유하는 것인, 중하중 타이어용 고무 조성물.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물을 가교시킨 가교물.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물을 적어도 일부에 사용한 타이어 트레드.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물을 적어도 일부에 사용한 비드 필러.
  12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물을 적어도 일부에 사용한 타이어용 벨트.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 중하중 타이어용 고무 조성물을 적어도 일부에 사용한 중하중 타이어.
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