KR20170052590A - 변성 고무, 고무 조성물, 및 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 천연 고무 및 합성 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고무를, 식 (1) 로 나타내는 화합물에 의해 변성시켜 얻어지는, 변성 고무 (A) 를 제공한다 (식 중, X 는, 구아니딘 부위와 염을 형성하고 있는 산이다).

Description

변성 고무, 고무 조성물, 및 타이어 {MODIFIED RUBBER, RUBBER COMPOSITION, AND TIRE}

본 발명은 변성 고무, 고무 조성물, 및 타이어에 관한 것이다.

충전재는, 고무에 혼합하여, 고무를 보강 또는 증량하거나, 고무에 특수 기능을 부여하는 등의 목적으로 사용되는 배합제이다. 충전재로서 대표적인 카본 블랙은, 고무의 탄성률, 파단 강도 등의 역학 특성의 향상 (보강 효과) 에 기여하고 있고, 또한, 고무에 도전성을 부여하는 등의 기능도 갖고 있다.

또, 카본 블랙과 마찬가지로 고무의 보강 효과를 얻을 수 있고, 또한 발열성이 낮은, 즉 저로스성인 고무 조성물을 얻을 수 있는 충전재로서, 실리카 등의 무기 충전재가 알려져 있다. 그 실리카 등의 무기 충전재는, 환경성을 배려한 저연비 타이어용의 고무 조성물 등에 사용되고 있다.

무기 충전재를 배합하는 고무 조성물에 있어서, 무기 충전재를 배합할 때, 무기 충전재, 특히 표면에 실란올기를 갖는 친수성의 실리카는, 소수성의 고무와의 친화성이 낮아, 고무 조성물 중에서 응집된다. 따라서, 실리카에 의한 보강성을 높이고, 저발열 효과를 얻으려면, 실리카와 고무의 친화성을 높일 필요가 있다. 그 방법으로서, 극성기로 말단 변성함으로써 무기 충전재와의 친화성을 향상시킨 합성 고무 (예를 들어, 특허문헌 1 참조), 극성기 함유 단량체를 공중합시켜 무기 충전재와의 친화성을 향상시킨 합성 고무 (예를 들어, 특허문헌 2 참조) 등이 알려져 있다. 천연 고무를 변성하여 극성기를 도입하는 방법으로는, 천연 고무를 산화한 후, 극성기를 갖는 하이드라지드 화합물로 변성하는 방법 (예를 들어, 특허문헌 3 참조), 극성기를 도입한 변성 천연 고무와 실리카를 함유하는 고무 조성물에 실란 커플링제를 첨가함으로써, 실리카의 분산성을 더욱 향상시키는 방법 (예를 들어, 특허문헌 4 참조) 이 알려져 있다.

일본 공개특허공보 2010-209253호 일본 공개특허공보 2011-38009호 일본 공개특허공보 2009-108204호 일본 공개특허공보 2011-246513호

향후, 대기 중의 이산화탄소 농도 상승, 대기 오염 등의 환경 문제에 대한 세상의 관심은 더욱 더 높아질 것이 예상되고, 타이어의 구름 저항을 억제하고, 자동차의 저연비화로 연결되는, 변성 고무, 그 변성 고무와 실리카 등의 무기 충전재를 함유하는, 저로스성이 우수한 고무 조성물, 및 타이어를 제공하는 기술이 요구되고 있다.

본 발명은, 상기 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 실리카 등의 무기 충전재를 함유하는 고무 조성물로 했을 때에 저로스성 및 파단 강도를 향상시킬 수 있는 변성 고무를 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 천연 고무 및 합성 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고무를, 특정의 구조를 갖는 화합물에 의해 변성시켜 얻어지는, 변성 고무를 사용함으로써, 고무 조성물로 했을 때에 저로스성 및 파단 강도가 향상되는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시키기에 일렀다.

즉, 본 발명은 하기와 같다.

[1]

천연 고무 및 합성 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고무를, 식 (1) 로 나타내는 화합물에 의해 변성시켜 얻어지는 변성 고무 (A).

[화학식 1]

(식 중, X 는, 구아니딘 부위와 염을 형성하고 있는 산이다)

[2]

상기 천연 고무 및 합성 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고무와 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물을, 20 ∼ 180 ℃ 의 온도 하에서 혼합하여 얻어지는 [1] 에 기재된 변성 고무 (A).

[3]

상기 식 (1) 로 나타내는 화합물의 사용량이, 상기 고무의 총량에 대해, 0.01 ∼ 10 질량％ 인 [1] 또는 [2] 에 기재된 변성 고무 (A).

[4]

[1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 변성 고무 (A), 무기 충전재 (B) 를 포함하는 충전재, 및 실란 커플링제 (C) 를 함유하는 고무 조성물.

[5]

상기 무기 충전재 (B) 가 실리카인 [4] 에 기재된 고무 조성물.

[6]

상기 충전재가 카본 블랙을 포함하는 [4] 또는 [5] 에 기재된 고무 조성물.

[7]

상기 식 (1) 로 나타내는 화합물과, 상기 천연 고무 및 합성 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고무와, 상기 무기 충전재 (B) 를 포함하는 충전재와, 상기 실란 커플링제 (C) 를 혼합하여 얻어지고,

[4] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 변성 고무 (A) 를 적어도 일부 함유하는 고무 조성물.

[8]

혼합시의 온도가, 20 ∼ 180 ℃ 의 범위에 있는 [7] 에 기재된 고무 조성물.

[9]

상기 식 (1) 로 나타내는 화합물의 사용량이, 상기 고무의 총량에 대해, 0.01 ∼ 10 질량％ 인 [7] 또는 [8] 에 기재된 고무 조성물.

[10]

[4] ∼ [9] 중 어느 하나에 기재된 고무 조성물을 타이어 부재의 트레드에 사용한 타이어.

본 발명에 관련된 변성 고무에 의하면, 저로스성 및 파단 강도가 우수한 고무 조성물을 얻는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태 (이하, 간단히「본 실시형태」라고 한다) 에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 본 실시형태는, 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명을 이하의 내용에 한정하는 취지는 아니다. 본 발명은, 그 요지의 범위 내에서 적절히 변형하여 실시할 수 있다.

＜변성 고무＞

본 실시형태의 변성 고무 (A) (이하, 간단히「변성 고무」라고도 한다) 는, 천연 고무 및 합성 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고무 (이하,「원료 고무」, 간단히「고무」라고도 한다) 를, 식 (1) 로 나타내는 화합물 (이하,「고무 변성제」, 간단히「변성제」라고도 한다) 에 의해 변성시켜 얻어진다.

[화학식 2]

식 중, X 는, 구아니딘 부위와 염을 형성하고 있는 산이다.

본 실시형태의 변성 고무 (A) 의 원료 고무로는, 천연 고무, 합성 고무, 및 그 양방 모두 사용할 수 있는데, 특히 천연 고무를 사용한 경우에 본 실시형태의 효과를 현저하게 얻을 수 있어 바람직하다. 합성 고무는, 상기 특허문헌 1 에 개시되어 있는 극성기로 말단 변성함으로써 무기 충전재와의 친화성을 향상시킨 합성 고무, 또는 상기 특허문헌 2 에 개시되어 있는 극성기 함유 단량체를 공중합시켜 무기 충전재와의 친화성을 향상시킨 합성 고무와 같이, 중합시에 극성기를 간편하게 도입할 수 있는 데 반하여, 천연 고무는 그러한 수법을 사용할 수 없기 때문이다.

천연 고무로는, 특별히 한정되지 않지만, 천연 고무 라텍스를 응고, 건조시켜 얻어지는 시트 고무, 블록 고무 중 어느 형상도 원료로서 사용할 수 있다. 시트 고무로는, 특별히 한정되지 않지만,「천연 고무 각종 등급품의 국제 품질 포장 기준」(통칭 그린 북) 의 등급 설정에 의해 분류한, 시트를 연기로 그슬리면서 건조시킨 리브드 스모크드 시트 (RSS), 시트를 열풍 건조시킨 에어 드라이 시트 (ADS) 응고물을 충분히 수세하고 열풍으로 건조시킨 크레이프 등을 들 수 있고, 그 밖에, TC 러버 (Technically Classified Rubber), SP 러버 (Super Processing Rubber), MG 러버, PP 크레이프, 연화제, 풀림제 첨가 고무 등을 들 수 있다. 블록 고무로는, 특별히 한정되지 않지만, 말레이시아의 SMR (Standard Malaysian Rubber), 인도네시아의 SIR, 타이의 TTR, 스리랑카의 SCR, 싱가폴의 SSR 등을 들 수 있다. 이들 천연 고무 원재료는, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

또, 천연 고무 라텍스를 산화 처리한 후에 응고시킨 고무를 사용해도 되고, 천연 고무 라텍스의 산화는 공지된 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 평8-81505호의 기재에 따라, 유기 용제에 1.0 ∼ 30 질량％ 의 비율로 용해한 천연 고무 라텍스를 금속계 산화 촉매의 존재하에서 공기 산화함으로써 천연 고무 라텍스의 산화를 실시할 수 있다. 또, 일본 공개특허공보 평9-136903호에 기재되어 있는 바와 같이, 천연 고무 라텍스에 카르보닐 화합물을 첨가하여, 산화를 실시할 수도 있다. 산화 방법으로서 공기 산화를 실시하는 경우에는, 일본 공개특허공보 평9-136903호에 기재되어 있는 바와 같이, 공기 산화를 촉진하기 위하여 라디칼 발생제의 존재하에서 공기 산화를 실시해도 된다. 라디칼 발생제로는, 특별히 한정되지 않지만, 과산화물계 라디칼 발생제, 레독스계 라디칼 발생제, 아조계 라디칼 발생제가 바람직하게 사용된다.

변성 고무 (A) 의 원료로서 사용할 수 있는 합성 고무로는, 특별히 한정되지 않지만, 1,4-폴리부타디엔, 1,2-폴리부타디엔, 1,4-폴리이소프렌, 3,4-폴리이소프렌, 스티렌부타디엔 고무, 말단 변성 스티렌부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무 등의 분자 내에 이중 결합을 갖는 디엔계 고무를 들 수 있다.

본 실시형태에서는, 상기한 천연 고무, 합성 고무, 변성 고무 중 어느 것을 사용해도 된다. 이들을 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

본 실시형태의 고무 변성제는, 상기 서술한 식 (1) 로 나타내는 화합물 (이하,「1,3-디아미노구아니딘염」, 또는「디아미노구아니딘염」이라고도 한다) 이다.

[화학식 3]

(식 중, X 는, 구아니딘 부위와 염을 형성하고 있는 산이다)

본 실시형태의 변성 고무를 고무 조성물에 사용했을 때에, 저로스성이 우수한 요인은 다음과 같이 추찰된다 (단, 요인은 이것에 한정되지 않는다). 상기 변성제와 고무가 반응하여 얻어지는 변성 고무는, 변성제 유래의 하이드라진 부위가 고무와 결합되어 있다. 변성제는, 2 관능의 하이드라진 부위를 갖고 있기 때문에, 각각이 고무와 결합하는 것에서 기인하여, 파단 강도가 향상된다. 변성 고무는, 아미노기 등의 극성기를 갖기 때문에, 무기 충전재의 극성기, 특히 실리카의 경우에는 실리카 표면의 실란올기와 친화성이 향상됨으로써, 고무-무기 충전재 간의 밀착성이 향상되어, 타이어 등의 고무 성형체를 얻었을 때에, 저로스성이 우수한 고무 성형체가 된다. 특히, 변성제 유래의 구아니딘 부위가, 변성 고무의 극성기로서 작용하고, 실리카 표면의 실란올기와 수소 결합을 강하게 형성하는 것에서 기인하여, 고무-무기 충전재 간의 밀착성 향상에 기여하고 있다. 이 강한 수소 결합의 형성은, 구아니딘 부위가 갖는, 극성의 높이, 염기성의 강도 등에서 기인하고 있다.

1,3-디아미노구아니딘은, 그 분자 내에 존재하는 복수의 질소 원자에 의해 공액산의 플러스의 전하가 공명 안정화되기 때문에, 강한 염기성을 나타내고, 통상적으로는 산과의 복합체 (염) 로 존재한다. 1,3-디아미노구아니딘염으로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 1,3-디아미노구아니딘염산염, 1,3-디아미노구아니딘요오드화수소산염, 1,3-디아미노구아니딘브롬화수소산염, 1,3-디아미노구아니딘황산염, 1,3-디아미노구아니딘질산염, 1,3-디아미노구아니딘옥살산염, 1,3-디아미노구아니딘인산염, 1,3-디아미노구아니딘탄산염, 1,3-디아미노구아니딘아세트산염, 1,3-디아미노구아니딘술팜산염, 1,3-디아미노구아니딘과염소산염, 1,3-디아미노구아니딘규산염, 1,3-디아미노구아니딘붕산염, 1,3-디아미노구아니딘페닐포스핀산염을 들 수 있다. 이들 중에서도, 상업적으로 입수가 용이한 1,3-디아미노구아니딘염산염, 1,3-디아미노구아니딘황산염, 1,3-디아미노구아니딘탄산염, 1,3-디아미노구아니딘질산염이 바람직하고, 제조시의 정제의 용이성에서 1,3-디아미노구아니딘염산염, 1,3-디아미노구아니딘탄산염이 바람직하다.

다음으로, 본 실시형태의 변성 고무의 제조법에 대해 서술한다. 본 실시형태의 변성 고무는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 식 (1) 로 나타내는 화합물인 변성제 및 고무를 믹서, 압출기, 혼련기 등을 사용하여 혼합함으로써 얻어진다. 그 중에서도, 분산성 향상 면에서 혼련기로 혼합하는 것이 바람직하다. 변성제를 믹서, 압출기, 혼련기 등에 첨가하는 방법으로서, 분체를 그대로 첨가하는 방법, 용매에 용해시켜 용액으로서 첨가하는 방법, 에멀션 용액으로서 첨가하는 방법 중 어느 것을 사용해도 된다.

본 실시형태의 변성 고무를 얻기 위한 반응 조건은, 특별히 한정되지 않지만, 고무와 변성제를, 20 ∼ 180 ℃ 의 온도 하에서 혼합하고, 변성시키는 것이 바람직하고, 50 ∼ 160 ℃ 의 온도 하에서 혼합하고, 변성시키는 것이 보다 바람직하다. 20 ℃ ∼ 180 ℃ 의 온도 하이면, 고무와 변성제를 충분히 혼합할 수 있고, 또한 변성제의 분해를 억제할 수 있는 경향이 있다. 고무의 혼련 시간은 상기 반응 온도에서 0.5 ∼ 30 분간이 되도록 조절되는 것이 바람직하고, 2.0 ∼ 10 분간이면 보다 바람직하다. 0.5 ∼ 30 분간이면 생산성을 악화시키지 않고 고무와 변성제를 충분히 반응시킬 수 있는 경향이 있다. 반응의 분위기로는, 공기 하 등의 산소 존재하에서 실시하는 것이 바람직하다. 산소 존재하에서 혼련함으로써, 고무가 일부 산화되어 변성제와의 반응성이 향상되는 경향이 있기 때문이다.

또, 본 실시형태의 변성 고무는, 변성제와 고무를 한 번에 압출기, 혼련기 등으로 혼합함으로써도 얻어지지만, 천연 고무 라텍스를 산화 처리한 후에 응고시킨 고무를 사용하는 수법이나, 변성제를 첨가하기 전에 소련 (素練) 으로 불리는 원료 고무에 기계력을 가하여 분자 응집 (회합) 을 풀고 분자 사슬을 절단하여 고무의 가소도를 가공하기 쉬운 레벨로 조절하는 공정을 실시하는 수법을 사용하는 것도, 변성제와 고무의 반응성을 향상시킬 수 있는 경향이 있기 때문에 바람직하다. 상기의 소련 공정은, 풀림제 (펩타이저) 를 사용해도 된다.

변성제, 고무, 무기 충전재, 및 실란 커플링제에, 필요에 따라 적절히 선택한 각종 배합제를 배합하고, 믹서, 압출기, 혼련기 등을 사용하여 혼합함으로써도, 고무 조성물 중에 변성 고무가 일부 생성된다. 이 수법은, 상기의 변성제 및 고무를 혼합하는 수법보다 작업 효율 면에서 바람직하다. 이 조작을 실시하면, 본 실시형태의 고무 조성물을 얻을 수 있다.

본 실시형태의 변성 고무를 제조할 때에 사용하는 변성제의 사용량은, 얻어진 변성 고무가, 고무의 각 분자에 빠짐없이 소량의 극성기가 도입됨으로써, 가공성을 저하시키지 않고 실리카, 카본 블랙 등의 충전재에 대한 친화성이 향상되고, 저로스성이 우수한 고무 조성물을 제공하는 점에서, 원료 고무의 총량 (100 질량％) 에 대해, 0.01 ∼ 10 질량％ 인 것이 바람직하고, 0.1 ∼ 3.0 질량％ 인 것이 보다 바람직하다.

＜고무 조성물＞

본 실시형태의 고무 조성물은, 변성 고무 (A), 무기 충전재 (B) 를 포함하는 충전재, 및 실란 커플링제 (C) 를 함유한다.

본 실시형태의 고무 조성물은, 변성 고무 (A), 무기 충전재 (B) 를 포함하는 충전재, 및 실란 커플링제 (C) 를 혼합하여 얻어진다. 또, 본 실시형태의 고무 조성물은, 변성제와, 원료 고무와, 무기 충전재 (B) 를 포함하는 충전재와, 실란 커플링제 (C) 를 혼합하여 얻어지는, 변성 고무 (A) 를 함유하는 고무 조성물로 해도 된다. 또, 그 혼합시의 온도가, 20 ∼ 180 ℃ 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 50 ∼ 160 ℃ 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 그 혼합시에 있어서, 변성제의 사용량이, 원료 고무의 총량 (100 질량％) 에 대해, 0.01 ∼ 10 질량％ 인 것이 바람직하고, 0.1 ∼ 3.0 질량％ 인 것이 보다 바람직하다.

본 실시형태에 있어서의 무기 충전재 (B) 란, 규소, 전형 금속 또는 천이 금속의 산화물 또는 수산화물 및 그것들의 수화물, 그리고 이들 금속의 탄산염에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는 무기 화합물을 가리킨다.

무기 충전재 (B) 로서 구체적으로는, 당업계에서 사용되는 무기 충전재이면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 후술하는 카본 블랙은, 여기서 말하는 무기 충전재 (B) 에는 포함되지 않는 것으로, 무기 충전재 (B) 에는 해당되지 않는다. 무기 충전재는, 표면이 활성인 실리카, 표면 처리 클레이 등의 보강성 충전재와, 탄산칼슘, 클레이, 탤크 등의 비보강성 충전재로 크게 구별된다. 무기 충전재 (B) 의 구체예로는, 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 규산알루미늄 (클레이), 규산마그네슘 (탤크), 규산칼슘, 아연화 등을 들 수 있다. 변성 고무와의 상호 작용을 고려하면, 보강성 충전재인 것이 바람직하고, 실리카인 것이 보다 바람직하다. 실리카로는, 특별히 한정되지 않고, 습식 실리카 (함수 규산), 건식 실리카 (무수 규산) 등을 사용할 수 있다.

실리카를 사용하는 경우에는, BET 비표면적이 40 ∼ 350 ㎡/g 인 것이 바람직하다. 실리카의 BET 비표면적이 이 범위이면, 실리카의 입자경이 적절해지고, 인장 강도가 향상되고, 히스테리시스 로스가 저하되는 경향이 있다. BET 비표면적은, JIS Z 8830 : 2013 에 준거하여 측정할 수 있다.

본 실시형태의 고무 조성물에 사용하는 충전재로서, 상기의 무기 충전재 외에, 보강 효과를 높이기 위하여, 카본 블랙을 첨가할 수도 있다. 또한, 카본 블랙은, 상기의 무기 충전재 (B) 와는 다른 충전재이고, 무기 충전재 (B) 와는 명확하게 구별되는 것이다. 카본 블랙으로는, 특별히 한정되지 않지만, GPF, FEF, SRF, HAF, ISAF, SAF 와 같은 여러 가지 그레이드의 것 등을 들 수 있다.

본 실시형태의 고무 조성물에 있어서의 무기 충전재 (B) 와 카본 블랙의 합계 함유량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 가공성을 악화시키지 않고, 충분한 저로스 효과 또는 보강 효과가 얻어지는 함유량으로서, 원료 고무 100 질량부에 대해 5.0 ∼ 100 질량부의 범위에 있는 것이 바람직하고, 20 ∼ 80 질량부의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.

본 실시형태의 실란 커플링제 (C) 로는, 특별히 한정되지 않지만, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)테트라술파이드, 비스(3-메틸디메톡시실릴프로필)테트라술파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)테트라술파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디술파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)디술파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)트리술파이드, 3-헥사노일티오프로필트리에톡시실란, 3-옥타노일티오프로필트리에톡시실란, 3-데카노일티오프로필트리에톡시실란, 3-라우로일티오프로필트리에톡시실란, 2-헥사노일티오에틸트리에톡시실란, 2-옥타노일티오에틸트리에톡시실란, 2-데카노일티오에틸트리에톡시실란, 2-라우로일티오에틸트리에톡시실란, 3-헥사노일티오프로필트리메톡시실란, 3-옥타노일티오프로필트리메톡시실란, 3-데카노일티오프로필트리메톡시실란, 3-라우로일티오프로필트리메톡시실란, 2-헥사노일티오에틸트리메톡시실란, 2-옥타노일티오에틸트리메톡시실란, 2-데카노일티오에틸트리메톡시실란, 2-라우로일티오에틸트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 3-트리메톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카르바모일테트라술파이드, 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아졸릴테트라술파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴로일모노술파이드 등을 들 수 있다. 그 함유량은, 상기 무기 충전재 100 질량부에 대해 1 ∼ 20 질량부인 것이 바람직하다.

본 실시형태의 고무 조성물에는, 상기 변성 고무, 고무, 무기 충전재, 실란 커플링제 외에, 고무 공업계에서 통상적으로 사용되는 배합제로서, 특별히 한정되지 않지만, 노화 방지제, 연화제, 가황 촉진제, 가황 촉진 보조제, 가황제 등을, 본 실시형태의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 적절히 선택하여 배합할 수 있다. 이들의 배합제는, 시판품을 바람직하게 사용할 수 있다.

노화 방지제의 종류로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 나프틸아민계, p-페닐렌디아민계, 하이드로퀴논 유도체, 비스, 트리스, 폴리페놀계, 디페닐아민계, 퀴놀린계, 모노페놀계, 티오비스페놀계, 힌더드페놀계 등을 들 수 있고, 추가적인 노화 방지 효과 면에서, p-페닐렌디아민계, 디페닐아민계의 아민계 노화 방지제가 바람직하다. 디페닐아민계 노화 방지제로는, 특별히 한정되지 않지만, 4,4'-비스(α-메틸벤질)디페닐아민, 4,4'-비스(α,α-디메틸벤질)디페닐아민, p-(p-톨루엔술포닐아미드)디페닐아민, 디(4-옥틸페닐)아민 등을 들 수 있고, 이들 중에서, 더욱 높은 노화 방지 효과 면에서 4,4'-비스(α-메틸벤질)디페닐아민이 보다 바람직하다. 또, p-페닐렌디아민계 노화 방지제로는, 특별히 한정되지 않지만, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-디-2-나프틸-p-페닐렌디아민, N-시클로헥실-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-(3-메타크릴로일옥시-2-하이드록시프로필)-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(1-메틸헵틸)-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(1,4-디메틸펜틸)-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(1-에틸-3-메틸펜틸)-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민 등을 들 수 있고, 이들 중에서, 더욱 높은 노화 방지 효과 및 비용 면에서 N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민이 보다 바람직하다. 노화 방지제의 고무 조성물에 있어서의 함유량은, 고무 조성물 중에 있어서의 고무 성분의 0.1 ∼ 5.0 질량％ 인 것이 바람직하다.

연화제의 종류로는, 특별히 한정되지 않지만, 석유나 콜타르 유래의 광물유계 연화제, 지방유나 소나무 유래의 식물유계 연화제, 합성 수지계 연화제 등을 들 수 있다.

가황 촉진제의 종류로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 메르캅토벤조티아졸, 2,2'-디벤조티아졸릴디술파이드 등의 티아졸계, N-시클로헥실-2-벤조티아졸릴술펜아미드, N,N'-디시클로헥실-2-벤조티아졸릴술펜아미드, N'-tert-부틸-2-벤조티아졸릴술펜아미드 등의 술펜아미드계, 디페닐구아니딘 등의 구아니딘계를 들 수 있다. 이들 가황 촉진제는, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 그 함유량은 고무 성분 100 질량부에 대해 0.1 ∼ 5.0 질량부인 것이 바람직하다. 가황 촉진 보조제로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 스테아르산, 아연화를 들 수 있다.

가황제의 종류로는, 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 당업계에서 사용되는 것을 적절히 사용할 수 있고, 황, 과산화물 등을 들 수 있지만, 바람직하게는 황이다. 가황제의 함유량은 고무 성분 100 질량부에 대해, 0.1 ∼ 5.0 질량부인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 ∼ 3.0 질량부이다. 가황제의 함유량이 0.1 질량부 이하임으로써, 충분한 가황이 얻어지는 경향이 있고, 또, 가황제의 함유량이 5.0 질량부 이하임으로써, 이른바 스코치 시간이 짧아지는 것과, 혼련 중에 고무가 눋는 것을 억제할 수 있는 경향이 있다.

＜타이어＞

본 실시형태의 타이어는, 상기 고무 조성물을 사용한 것을 특징으로 하고, 상기 고무 조성물을 타이어 부재의 트레드에 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고무 조성물을 트레드에 사용한 타이어는, 저연비성이 우수하다. 또한, 본 실시형태의 타이어는, 상기 서술한 고무 조성물을 타이어 부재의 어느 것에 사용하는 것 이외에 특별히 제한은 없고, 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다. 또, 그 타이어에 충전하는 기체로는, 통상적인 혹은 산소 분압을 조정한 공기 외에, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 실시형태를 더욱 상세하게 설명하지만, 본 실시형태는 이하의 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

믹서 내를 30 ℃ 로 가열한 라보 플라스토 밀 ((주) 토요 정기 제작소 제조) 에, 천연 고무 응고체 (RSS＃1, 카토 산상 (주) 제조) 41.4 g 을 투입하고, 회전수 60 rpm 으로 뚜껑을 닫은 상태에서 1 분간, 뚜껑을 연 상태에서 4 분간 혼련하였다. 전단 발열에 의해 고무의 온도가 80 ℃ 까지 상승한 시점에서, 1,3-디아미노구아니딘염산염 (토쿄 화성 공업 (주) 제조) 0.414 g (3.30 m㏖) 을 투입하고, 추가로 3 분간 혼련함으로써, 변성 고무 1 을 얻었다. 이 때, 고무의 온도는 85 ℃ 에 도달하고 있었다.

그 변성 고무 1 (9.0 g) 을 아세톤과 메탄올의 2 : 1 혼합 용매 200 g 중에서 2 시간 가열 환류함으로써, 미반응의 1,3-디아미노구아니딘염산염의 추출을 실시하였다. 용매를 감압 증류 제거한 후, 잔류물을 액체 크로마토그래피로 정량 분석한 결과, 1,3-디아미노구아니딘염산염과 아세톤의 축합체인 비스(1-메틸에틸리덴)디아미노구아니딘염산염이 0.044 g (0.21 m㏖) 함유되어 있었다. 즉, 추출된 미반응의 1,3-디아미노구아니딘염산염은 0.027 g (0.21 m㏖) 이고, 용출 전의 그 변성 고무 1 (9.0 g) 에 함유되는 1,3-디아미노구아니딘염산염은 0.089 g (0.71 m㏖) 으로서, 첨가한 1,3-디아미노구아니딘염산염의 70 ㏖％ 가 천연 고무와 반응하였다.

따라서, 그 변성 고무 1 에 있어서의 1,3-디아미노구아니딘의 부가량은 천연 고무 원재료 중의 고계 고무 성분에 대해 0.7 질량％ 인 것을 확인하였다.

(참고예 1)

믹서 내를 30 ℃ 로 가열한 라보 플라스토 밀 ((주) 토요 정기 제작소 제조) 에, 천연 고무 응고체 (RSS＃1, 카토 산상 (주) 제조) 41.4 g 을 투입하고, 회전수 60 rpm 으로 뚜껑을 닫은 상태에서 1 분간, 뚜껑을 연 상태에서 4 분간 혼련하였다. 전단 발열에 의해 고무의 온도가 80 ℃ 까지 상승한 시점에서, 아미노구아니딘염산염 (토쿄 화성 공업 (주) 제조) 0.414 g (3.75 m㏖) 을 투입하고, 추가로 3 분간 혼련함으로써, 변성 고무 2 를 얻었다. 이 때, 고무의 온도는 85 ℃ 에 도달하고 있었다.

(참고예 2)

반응기 내를 30 ℃ 로 가열한 라보 플라스토 밀에, 천연 고무 응고체 (RSS＃1) 41.4 g 을 투입하고, 회전수 60 rpm 으로 뚜껑을 닫은 상태에서 1 분간, 뚜껑을 연 상태에서 4 분간 혼련하였다. 전단 발열에 의해 고무의 온도가 80 ℃ 에 도달한 후, 추가로 3 분간 혼련함으로써, 미변성 고무 1 을 얻었다. 이 때, 고무의 온도는 85 ℃ 에 도달하고 있었다.

(실시예 2, 비교예 1, 2)

표 1 의 조성에 따라, 처음에 변성 고무 1, 2 또는 미변성 고무 1, 실리카, 실란 커플링제, 아연화, 스테아르산을 상기 라보 플라스토 밀로, 140 ℃ 에서 5 분간 혼련한 후, 일단 55 ℃ 로 냉각시켜 이것에 황과 가황 촉진제를 투입, 혼련 하고, 90 ℃ 에 도달 후, 추가로 3 분간 혼련하여 고무 조성물을 조제하였다. 계속해서, 프레스기 (키타가와 정기 (주) 제조) 를 사용하여 145 ℃, 10 ㎫ 로 38 ∼ 40 분간 가황함으로써 가황 고무 조성물을 얻었다. 이하에 사용한 성분에 대해 나타낸다.

실리카 : 상품명「닙실 AQ」(BET 비표면적 ＝ 207 ㎡/g, 토소·실리카 (주) 제조)

실란 커플링제 : 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술파이드 (에보닉 재팬 (주) 제조)

아연화 (와코 순약 공업 (주) 제조)

스테아르산 (와코 순약 공업 (주) 제조)

황 (호소이 화학 공업 (주) 제조, 250 ㎛)

가황 촉진제 (CBS) : N-시클로헥실-2-벤조티아졸릴술펜아미드 (와코 순약 공업 (주) 제조)

가황 촉진제 (DPG) : 디페닐구아니딘 (와코 순약 공업 (주) 제조)

(실시예 3, 비교예 3, 4)

표 2 의 조성에 따라, 처음에 천연 고무 응고체 (RSS＃1), 실리카, 실란 커플링제, 아연화, 스테아르산, 변성제 1, 2 를 상기 라보 플라스토 밀로, 140 ℃ 에서 5 분간 혼련한 후, 일단 55 ℃ 로 냉각시켜 이것에 황과 가황 촉진제를 투입하고, 90 ℃ 에서 3 분간 혼련하여 고무 조성물을 조제하였다. 계속해서, 프레스기 (키타가와 정기 (주) 제조) 를 사용하여 145 ℃, 10 ㎫ 로 37 ∼ 39 분간 가황함으로써 가황 고무 조성물을 얻었다. 이하에 사용한 성분에 대해 나타낸다(표 1 에서 사용한 것에 대해서는 동일하다).

변성제 1 : 1,3-디아미노구아니딘염산염 (토쿄 화성 공업 (주) 제조)

변성제 2 : 아미노구아니딘염산염 (토쿄 화성 공업 (주) 제조)

그 가황 고무 조성물에 대해, 하기 방법으로 발열성 및 인장 파단 강도를 측정, 평가하였다. 결과를 표 1, 2 에 나타낸다.

(1) 발열성

상기 가황 고무 조성물에 대해, 동적 점탄성 측정 장치 (세이코 인스트루 (주) 제조 DMS6100) 를 사용하여, 온도 50 ℃, 변형률 0.5 ％, 주파수 10 ㎐ 에서 손실 탄젠트 (tanδ) 를 측정하고, 표 1 의 비교예 2, 표 2 의 비교예 4 의 값을 100 으로 하여 각각 지수 표시하였다. 지수치가 작을수록, tanδ 가 낮고, 고무 조성물이 저발열성인 것을 나타낸다.

(2) 인장 파단 강도

상기 가황 고무 조성물에 대해, JIS K 6251 : 2010 에 준거하여 인장 시험을 실시하여, 인장 파단 강도를 측정하고, 표 1 의 비교예 1, 표 2 의 비교예 4 의 값을 100 으로 하여 각각 지수 표시하였다. 지수치가 클수록, 인장 파단 강도가 큰 것을 나타낸다.

표 1 중, 배합 처방의 각 성분은 질량부를 나타낸다.

표 1 로부터, 실시예의 고무 조성물은, 1,3-디아미노구아니딘염으로 변성되지 않은 디엔계 고무를 사용하여 혼합한 고무 조성물과 비교하여, 저발열성이 우수하고, 인장 파단 강도가 커지는 것이 적어도 확인되었다.

표 2 중, 배합 처방의 각 성분은 질량부를 나타낸다.

표 2 로부터, 실시예의 고무 조성물은, 1,3-디아미노구아니딘염을 첨가하지 않고 혼합한 고무 조성물과 비교하여, 저발열성이 우수하고, 인장 파단 강도가 커지는 것이 적어도 확인되었다.

본 출원은, 2014년 9월 12일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2014-186074호) 에 기초하는 것으로서, 그것들의 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.

산업상 이용가능성

본 발명에 관련된 변성 고무, 및 고무 조성물은, 타이어를 비롯한 여러 가지 타이어 부재의 재료 등으로서 이용할 수 있다.

Claims (10)

1. 천연 고무 및 합성 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고무를, 식 (1) 로 나타내는 화합물에 의해 변성시켜 얻어지는 변성 고무 (A).
   [화학식 1]
   

   

   
   (식 중, X 는, 구아니딘 부위와 염을 형성하고 있는 산이다)
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 천연 고무 및 합성 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고무와 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물을, 20 ∼ 180 ℃ 의 온도 하에서 혼합하여 얻어지는 변성 고무 (A).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 식 (1) 로 나타내는 화합물의 사용량이, 상기 고무의 총량에 대해, 0.01 ∼ 10 질량％ 인 변성 고무 (A).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 변성 고무 (A), 무기 충전재 (B) 를 포함하는 충전재, 및 실란 커플링제 (C) 를 함유하는 고무 조성물.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 무기 충전재 (B) 가 실리카인 고무 조성물.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 충전재가 카본 블랙을 포함하는 고무 조성물.
7. 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물과, 상기 천연 고무 및 합성 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고무와, 상기 무기 충전재 (B) 를 포함하는 충전재와, 상기 실란 커플링제 (C) 를 혼합하여 얻어지고,
   제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 변성 고무 (A) 를 적어도 일부 함유하는 고무 조성물.
8. 제 7 항에 있어서,
   혼합시의 온도가, 20 ∼ 180 ℃ 의 범위에 있는 고무 조성물.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 식 (1) 로 나타내는 화합물의 사용량이, 상기 고무의 총량에 대해, 0.01 ∼ 10 질량％ 인 고무 조성물.
10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 고무 조성물을 타이어 부재의 트레드에 사용한 타이어.