JP2021130800A - ゴム組成物及びタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
ゴム成分中の芳香族ビニル単位の比率>熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率
芳香族ビニル含有ゴムの含有量>ブタジエンゴムの含有量>熱可塑性エラストマーの含有量
芳香環樹脂成分中の芳香環構造の比率>ゴム成分中の芳香環構造の比率>熱可塑性エラストマー中の芳香環構造の比率
可塑剤の含有量>熱可塑性エラストマーの含有量
熱可塑性エラストマーは、通常、シリカ等のフィラーが導入されず、ゴム組成物中に柔軟な相を形成する。この柔軟な相により、ゴム組成物内の応力集中が緩和される。
また、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)吸着比表面積が180m2/g以上のシリカ(微粒子シリカ)を用いることで、ゴム成分とシリカとの界面(相互作用)が増加し、シリカを含むゴムの相がより強固となるが、熱可塑性エラストマーの相は柔軟なままであるため、上記ゴム組成物中に強固な相と柔軟な相とが混在することになる。これにより、上述の応力集中が更に緩和されることで、ゴムマトリクスの破壊強度が顕著に向上し、優れた耐摩耗性が得られると考えられる。
芳香族ビニル含有ゴムが非共役オレフィン単位を有する場合、共役ジエン単位の比率は、耐摩耗性の観点から、好ましくは40質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。下限は特に限定されない。
なお、水素添加率は、1H−NMRを測定して得られたスペクトルの不飽和結合部のスペクトル減少率から計算することができる。
変性ゴムとしては、シリカ等の充填剤と相互作用する官能基を有するゴムであればよく、例えば、ゴムの少なくとも一方の末端を、上記官能基を有する化合物(変性剤)で変性された末端変性ゴム(末端に上記官能基を有する末端変性ゴム)や、主鎖に上記官能基を有する主鎖変性ゴムや、主鎖及び末端に上記官能基を有する主鎖末端変性ゴム(例えば、主鎖に上記官能基を有し、少なくとも一方の末端を上記変性剤で変性された主鎖末端変性ゴム)や、分子中に2個以上のエポキシ基を有する多官能化合物により変性(カップリング)され、水酸基やエポキシ基が導入された末端変性ゴム等が挙げられる。また、上述の水添共重合体を変性したものも使用可能である。
SBRとしては、住友化学(株)、JSR(株)、旭化成(株)、日本ゼオン(株)等の製品を、BRとしては、宇部興産(株)、JSR(株)、旭化成(株)、日本ゼオン(株)等の製品を、それぞれ使用できる。
熱可塑性エラストマーは、架橋点の役割を果たすハードセグメントと、ゴム弾性を示すソフトセグメントとで構成された共重合体(ブロック共重合体)であり、通常、常温(25℃)で固体である。
ゴム成分中の芳香族ビニル単位の比率(質量%)>熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率(質量%)
この関係を満たすことで、ゴム相の極性が高くなり、ゴム中のシリカの分散性が向上するとともに、熱可塑性エラストマー相へのシリカの導入が抑制される。これにより、ゴム相と熱可塑性エラストマー相との硬さの差が大きくなり、上述の応力集中がより大きく緩和されると考えられる。
なお、ゴム成分が複数種(例えば、スチレン単位が10質量%のSBRと、BRとを併用し、ゴム成分100質量%中、SBRが70質量%、BRが30質量%)である場合、ゴム成分中の芳香族ビニル単位の比率は、7質量%(=70×0.1/100×100)である。これは、後述の熱可塑性エラストマーの場合も同様である。
スチレン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、スチレン−ビニルイソプレン−スチレントリブロック共重合体(SIS)、スチレン−イソブチレンジブロック共重合体(SIB)、スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体(SBS)、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレントリブロック共重合体(SEBS)、スチレン−エチレン・プロピレン−スチレントリブロック共重合体(SEPS)、スチレン−エチレン・エチレン・プロピレン−スチレントリブロック共重合体(SEEPS)、スチレン−ブタジエン・ブチレン−スチレントリブロック共重合体(SBBS)等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なかでも、スチレンブロックを両末端に有する共重合体が好ましく、スチレン−エチレン・プロピレン−スチレントリブロック共重合体(SEPS)、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレントリブロック共重合体(SEBS)がより好ましい。
芳香族ビニル含有ゴムの含有量(ゴム成分100質量%中の含有量(質量%))>ブタジエンゴムの含有量(ゴム成分100質量%中の含有量(質量%))>熱可塑性エラストマーの含有量(ゴム成分100質量部に対する含有量(質量部))
この関係を満たすことで、シリカとの親和性が高い順に含有量が多くなるため、ゴム中のシリカの分散性を向上させることができる。
なお、シリカのCTAB吸着比表面積は、ASTM D3765−80に記載の方法に準じて測定される値である。
シランカップリング剤としては、特に限定されず、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、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)トリスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)ジスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)ジスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリエトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、等のスルフィド系、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシラン、Momentive社製のNXT、NXT−Z等のメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニル系、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、等のグリシドキシ系、3−ニトロプロピルトリメトキシシラン、3−ニトロプロピルトリエトキシシラン等のニトロ系、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン等のクロロ系等があげられる。市販品としては、EVONIK社、Momentive社、信越シリコーン(株)、東京化成工業(株)、アヅマックス(株)、東レ・ダウコーニング(株)等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
芳香環樹脂成分としては、アリゾナケミカル社、ヤスハラケミカル(株)等の製品を使用できる。
芳香環樹脂成分中の芳香環構造の比率>ゴム成分中の芳香環構造の比率>熱可塑性エラストマー中の芳香環構造の比率
この関係を満たすことで、芳香環樹脂成分及びゴム成分の極性が熱可塑性エラストマーよりも高くなるため、シリカが熱可塑性エラストマーに取り込まれにくくなる。これにより、熱可塑性エラストマー相の柔軟性が向上し、上述の応力集中がより大きく緩和されると考えられる。
なお、芳香環樹脂成分が複数種(例えば、芳香環構造が10質量%の樹脂Aと、芳香環構造が20質量%の樹脂Bとを併用し、ゴム成分100質量部に対し、樹脂Aが10質量部、樹脂Bが10質量部)である場合、芳香環樹脂成分中の芳香環構造の比率は、1.5質量%(=(10×0.1+10×0.2)/20×100)である。これは、後述のゴム成分、熱可塑性エラストマーの場合も同様である。
なお、樹脂の軟化点は、JIS K 6220−1:2001に規定される軟化点を環球式軟化点測定装置で測定し、球が降下した温度である。
可塑剤は、通常、常温(25℃)で液体状態の可塑剤であり、例えば、オイル、液状樹脂、液状ジエン系ポリマー等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、オイルが好ましい。
可塑剤の含有量(ゴム成分100質量部に対する含有量(質量部))>熱可塑性エラストマーの含有量(ゴム成分100質量部に対する含有量(質量部))
この関係を満たすことで、熱可塑性エラストマー中に可塑剤が取り込まれにくくなり、可塑剤によるシリカの分散促進効果を充分に発揮させることが可能となる。
カーボンブラックとしては、特に限定されず、N134、N110、N220、N234、N219、N339、N330、N326、N351、N550、N762等が挙げられる。市販品としては、旭カーボン(株)、キャボットジャパン(株)、東海カーボン(株)、三菱ケミカル(株)、ライオン(株)、新日化カーボン(株)、コロンビアカーボン社等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なお、カーボンブラックのN2SAは、JIS K6217−2:2001に準拠して測定される値である。
硫黄としては、ゴム工業において一般的に用いられる粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄、可溶性硫黄等が挙げられる。市販品としては、鶴見化学工業(株)、軽井沢硫黄(株)、四国化成工業(株)、フレクシス社、日本乾溜工業(株)、細井化学工業(株)等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
加硫促進剤としては、2−メルカプトベンゾチアゾール、ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド等のチアゾール系加硫促進剤;テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラベンジルチウラムジスルフィド(TBzTD)、テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド(TOT−N)等のチウラム系加硫促進剤;N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド(CBS)、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(TBBS)、N−オキシエチレン−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N,N′−ジイソプロピル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド等のスルフェンアミド系加硫促進剤;ジフェニルグアニジン、ジオルトトリルグアニジン、オルトトリルビグアニジン等のグアニジン系加硫促進剤を挙げることができる。市販品としては、住友化学(株)、大内新興化学工業(株)等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
酸化亜鉛としては、従来公知のものを使用でき、市販品としては、三井金属鉱業(株)、東邦亜鉛(株)、ハクスイテック(株)、正同化学工業(株)、堺化学工業(株)等の製品を使用できる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ワックスとしては、特に限定されず、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油系ワックス;植物系ワックス、動物系ワックス等の天然系ワックス;エチレン、プロピレン等の重合物等の合成ワックス等が挙げられる。市販品としては、大内新興化学工業(株)、日本精蝋(株)、精工化学(株)等の製品を使用できる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
老化防止剤としては、例えば、フェニル−α−ナフチルアミン等のナフチルアミン系老化防止剤;オクチル化ジフェニルアミン、4,4′−ビス(α,α′−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン等のジフェニルアミン系老化防止剤;N−イソプロピル−N′−フェニル−p−フェニレンジアミン、N−(1,3−ジメチルブチル)−N′−フェニル−p−フェニレンジアミン、N,N′−ジ−2−ナフチル−p−フェニレンジアミン等のp−フェニレンジアミン系老化防止剤;2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリンの重合物等のキノリン系老化防止剤;2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、スチレン化フェノール等のモノフェノール系老化防止剤;テトラキス−[メチレン−3−(3′,5′−ジ−t−ブチル−4′−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン等のビス、トリス、ポリフェノール系老化防止剤等が挙げられる。市販品としては、精工化学(株)、住友化学(株)、大内新興化学工業(株)、フレクシス社等の製品を使用できる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ステアリン酸としては、従来公知のものを使用でき、市販品としては、日油(株)、花王(株)、富士フイルム和光純薬(株)、千葉脂肪酸(株)等の製品を使用できる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
熱可塑性エラストマー1:クラレ(株)製のハイブラー7125(SEPS(水添SIS)、スチレン単位:20質量%、芳香環構造:15質量%)
熱可塑性エラストマー2:旭化成(株)製のタフテックH1043(SEBS(水添SBS)、スチレン単位:67質量%、芳香環構造:50質量%)
SBR1:下記製造例1で製造したSBR(スチレン単位:40質量%、芳香環構造:30質量%、1,3−ブタジエン単位:60質量%)
SBR2:下記製造例2で製造した水添SBR(スチレン単位:30質量%、芳香環構造:23質量%、1,3−ブタジエン単位(水素添加前):70質量%、水素添加率:80モル%)
BR:宇部興産(株)製のBR150B
シリカ1:エボニック社製の9100GR(CTAB吸着比表面積:203m2/g)
シリカ2:東ソー・シリカ(株)製のNipsil AQ(CTAB吸着比表面積:155m2/g)
シランカップリング剤:エボニック社製の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)
カーボンブラック:三菱化学(株)製のダイヤブラックN220(N2SA:114m2/g)
オイル:出光興産(株)製のダイアナプロセスNH−70S(アロマ系プロセスオイル)
レジン1:アリゾナケミカル社製のSylvatraxx4401(α−メチルスチレン系樹脂(α−メチルスチレンとスチレンとの共重合体)、芳香環構造:65質量%、軟化点:85℃)
レジン2:JXTGエネルギー(株)製のHA125(水添ジシクロペンタジエン樹脂、芳香環構造:0質量%、軟化点:124.5℃)
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン)
ステアリン酸:日油(株)製のステアリン酸「椿」
ワックス:日本精蝋(株)製のオゾエース0355
硫黄:鶴見化学(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤1:大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
加硫促進剤2:大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(1,3−ジフェニルグアニジン)
十分に窒素置換した耐熱反応容器にn−ヘキサン、スチレン、1,3−ブタジエン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)、n−ブチルリチウムを加えて、50℃で5時間攪拌し、重合反応を行った。その後、アルコールを加えて反応を止め、反応溶液に2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールを添加後、再沈殿精製によりSBR1を得た。
十分に窒素置換した耐熱反応容器にn−ヘキサン、スチレン、1,3−ブタジエン、TMEDA、n−ブチルリチウムを加えて、50℃で5時間攪拌し、重合反応を行った。次いで、水素ガスを0.4MPa−Gaugeの圧力で供給しながら20分間撹拌し、未反応のポリマー末端リチウムと反応させ、水素化リチウムとした。水素ガス供給圧力を0.7MPa−Gauge、反応温度を90℃とし、チタノセンジクロリドを主体とする触媒を用いて水素添加を行った。水素の吸収が目的の水素添加率となる積算量に達した時点で、反応温度を常温とし、水素圧を常圧に戻して反応容器より抜き出し、反応溶液を水中に撹拌投入して溶媒をスチームストリッピングにより除去することによって、SBR2を得た。
表1に示す配合内容に従い、(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を5分間混練りし、150℃で排出して混練物を得た。次に、得られた混練物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、80℃の条件下で5分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材と共に貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、170℃で10分間加硫し、試験用タイヤ(サイズ:195/65R15)を得た。
各試験用タイヤを車両に装着して、湿潤アスファルト路面にて初速度80km/hからの制動距離を求め、比較例3を100として指数表示した。指数が大きいほど、制動距離が短く、ウェットグリップ性能が良好であることを示す。
各試験用タイヤを車両に装着して、50,000km走行後のトレッド部の溝深さを測定した。測定値から、トレッド部の摩耗量を算出し、比較例3を100として指数表示した。指数が大きいほど、摩耗量が少なく、耐摩耗性が良好であることを示す。
また、実施例は、ウェットグリップ性能も良好であり、耐摩耗性及びウェットグリップ性能の総合性能(指数の合計)が比較例よりも改善された。
Claims (9)
- ゴム成分と、非共役オレフィン単位を有する熱可塑性エラストマーと、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積が180m2/g以上のシリカとを含有するゴム組成物。
- 前記ゴム成分及び前記熱可塑性エラストマーが芳香族ビニル単位を有し、
前記ゴム成分及び前記熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率が、以下の関係を満たす請求項1記載のゴム組成物。
ゴム成分中の芳香族ビニル単位の比率>熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率 - 前記ゴム成分が、芳香族ビニル単位を有する芳香族ビニル含有ゴムと、ブタジエンゴムとを含み、
前記芳香族ビニル含有ゴム、前記ブタジエンゴム及び前記熱可塑性エラストマーの含有量が、以下の関係を満たす請求項1又は2記載のゴム組成物。
芳香族ビニル含有ゴムの含有量>ブタジエンゴムの含有量>熱可塑性エラストマーの含有量 - 前記芳香族ビニル含有ゴムが非共役オレフィン単位を有する請求項3記載のゴム組成物。
- 前記芳香族ビニル含有ゴム中の芳香族ビニル単位の比率が35質量%以上である請求項3又は4記載のゴム組成物。
- 前記芳香族ビニル単位がスチレン単位である請求項2〜5のいずれかに記載のゴム組成物。
- 芳香環構造を有する芳香環樹脂成分を更に含有し、
前記芳香環樹脂成分、前記ゴム成分及び前記熱可塑性エラストマー中の芳香環構造の比率が、以下の関係を満たす請求項1〜6のいずれかに記載のゴム組成物。
芳香環樹脂成分中の芳香環構造の比率>ゴム成分中の芳香環構造の比率>熱可塑性エラストマー中の芳香環構造の比率 - 可塑剤を更に含有し、
前記可塑剤及び前記熱可塑性エラストマーの含有量が、以下の関係を満たす請求項1〜7のいずれかに記載のゴム組成物。
可塑剤の含有量>熱可塑性エラストマーの含有量 - 請求項1〜8のいずれかに記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
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