JP5714593B2 - エポキシド樹脂を含むゴム組成物 - Google Patents
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Description
この剛性化は、補強充填剤のレベルを上げることによってまたはある補強樹脂をタイヤの部分の構成ゴム組成物に組み入れることによって得ることができる。
しかしながら、知られているように、充填剤のレベルを上げることによるゴム組成物の剛性の増加は、タイヤのヒステリシス特性、したがって転がり抵抗特性に不利になる。実際は、燃料の消費を減らすために、したがって環境を保護するために、転がり抵抗を低下させることが継続している目標である。
通例、この剛性の増加は、メチレン受容体/供与体系に基づき補強樹脂を組み入れることによって得られる。用語“メチレン受容体”および“メチレン供与体”は、当業者に周知であり、一緒に反応して、縮合により、一方では、補強充填剤/エラストマー網目構造によって、もう一方では(架橋剤が硫黄である場合には)、エラストマー/硫黄網目構造によって追加されかつ相互貫入される3次元補強樹脂を生成することができる化合物を示すために広く使われている。上記のメチレン受容体は、それを架橋またはキュアすることができる、“メチレン供与体”としても一般に知られているキュアリング剤と組み合わされる。そのとき、樹脂のフェノール核のオルト位とパラ位の炭素とメチレン供与体の間の架橋(-CH2-)の形成によってゴムマトリックスのキュアリング中に樹脂の架橋がもたらされ、3次元樹脂網目構造が生成される。
通例、メチレン受容体は、フェノール樹脂である。フェノールノボラック樹脂は、接着または補強のように多様な用途として、特にタイヤまたはタイヤトレッドを意図したゴム組成物にすでに記載されている: 例えば、欧州特許第0 649 446号明細書が参照される。
通例、メチレン供与体は、ヘキサメチレンテトラミン(HMTと略記される)またはヘキサメトキシメチルメラミン(HMMMまたはH3Mと略記される)またはヘキサエトキシメチルメラミンである。
本発明の他の主題は、本発明のゴム組成物を含むタイヤまたはタイヤのための半仕上げ製品である。
本発明の他の主題は、本発明のゴム組成物を含む仕上げゴム製品または半仕上げゴム製品である。
本発明およびその利点は、以下の説明および実施例に照らして容易に理解されるであろう。
以下に示されるようにゴム組成物を確認する。
I.1-動的特性
動的特性G*(10%)および40℃でのtan(δ)は、規格ASTM D 5992-96に従って粘度アナライザー(Metravib VA4000)により測定する。単純な交互正弦剪断応力に、10Hzの周波数で、規格ASTM D 1349-99に従って標準条件下(23℃)に、または場合に応じて異なる温度で供した加硫組成物の試料(厚さ4mmと400mm2の断面積を有する円筒状試験片)の応答を記録する。ひずみ振幅スウィープを0.1から50%まで(アウトワードサイクル)、次に50から1%まで(リターンサイクル)行う。使った結果は、複素動的剪断弾性率G*および損失係数tan(δ)である。リターンサイクルについて、tan(δ)maxを示す観測されたtan(δ)の最大値と、40℃における10%歪みの複素動的剪断弾性率G*(10%)を示す。
当業者に周知なように、40℃でのtan(δ)の値が材料のヒステリシス、従って転がり抵抗を表すことが思い出される: 40℃でのtan(δ)maxが小さいほど、転がり抵抗が小さい。
本発明のゴム組成物は、以下をベースとする:
- 少なくとも1つのジエンエラストマー;
- 少なくとも1つの補強充填剤;
- 少なくとも1つの架橋系;
- 1と20phrの間のエポキシド樹脂;
- 1と15phrの間のアミンを含むキュアリング剤。
本発明のゴム組成物は、ジエンエラストマーを含む。
用語“ジエン”エラストマーまたはゴムは、知られているように、少なくとも部分的に(すなわち、ホモポリマーまたはコポリマー)ジエンモノマー(共役されていても共役されてなくてもよい2つの炭素-炭素二重結合をもつモノマー)から得られるエラストマーを意味すると理解されなければならない。
(a) - 炭素原子4から12個までを有する共役ジエンモノマーの重合によって得られるホモポリマー;
(b) - 1つ以上の共役ジエンの相互とまたは炭素原子8から20個までを有する1つ以上のビニル芳香族化合物との共重合によって得られるコポリマー;
(c) - エチレンと炭素原子3〜6個を有するα-オレフィンと炭素原子6から12個までを有する非共役ジエンモノマーとの共重合によって得られた三元コポリマー、例えば、エチレンとプロピレンと上述のタイプの非共役ジエンモノマー、例えば、特に、1,4-ヘキサジエン、エチリデンノルボルネンまたはジシクロペンタジエンとから得られたエラストマー;
(d) - イソブテンとイソプレンのコポリマー(ブチルゴム)、さらにこのタイプのコポリマーのハロゲン化変形例、特に塩素化または臭素化変形例。
共役ジエンとして特に以下のものが適している: 1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン、2,3-ジ(C1-C5)アルキル-1,3-ブタジエン、例えば、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2-メチル-3-エチル-1,3-ブタジエンまたは2-メチル-3-イソプロピル-1,3-ブタジエン、アリール-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、2,4-ヘキサジエン。ビニル芳香族化合物として、例えば、以下のものが適している: スチレン、オルト-、メタ-またはパラ-メチルスチレン、市販の“ビニルトルエン”混合物、パラ(tert-ブチル)スチレン、メトキシスチレン、クロロメシチレン、ビニルメシチレン、ジビニルベンゼンまたはビニルナフタレン。
タイヤの製造に使用し得るゴム組成物を補強するその能力が知られている補強充填剤のタイプ、例えばカーボンブラックのような有機充填剤、または補強無機充填剤、例えばシリカ、またはこれらの2つのタイプの充填剤のブレンド、特にカーボンブラックとシリカのブレンドを使うことができる。
(I) Z - A - Sx - A - Z、式中:
- xは、2から8まで(好ましくは2から5まで)の整数であり;
- Aは、二価の炭化水素基(好ましくは、C1-C18アルキレン基またはC6-C12アリーレン基、より詳しくはC1-C10、特にC1-C4アルキレン、特にプロピレン)であり;
- Zは、下記の式の1つに対応する:
- R1基は、無置換または置換され、相互に同一かまたは異なり、C1-C18アルキル、C5-C18シクロアルキルまたはC6-C18アリール基(好ましくはC1-C6アルキル基、シクロヘキシル基またはフェニル基、特にC1-C4アルキル基、より詳しくはメチルおよび/またはエチル)を示し;
- R2基は、無置換または置換され、相互に同一かまたは異なり、C1-C18アルコキシル基またはC5-C18シクロアルコキシル基(好ましくはC1-C8アルコキシルおよびC5-C8シクロアルコキシルより選ばれる基、より好ましくはC1-C4アルコキシルより選ばれる基、特にメトキシルおよびエトキシルより選ばれる基)を示す。
本発明の組成物は、1と15phrの間のアミンを含むキュアリング剤と反応する1と20phrの間のエポキシド樹脂を含む。
II.3.a-エポキシド樹脂
本発明に用いられるエポキシド樹脂としては、すべてのポリエポキシド化合物、例えば、芳香族エポキシド化合物、脂環式エポキシド化合物および脂肪族エポキシド化合物が挙げられる。特に、芳香族エポキシド化合物の中で、ノボラックエポキシ樹脂、2,2-ビス[4-(グリシジルオキシ)フェニル]プロパン、ポリ[(o-クレシルグリシジルエーテル)-co-ホルムアルデヒド]、これらの化合物の混合物が好ましい。
本発明の組成物のエポキシド樹脂は、樹脂の架橋を可能にするアミンを含むキュアリング剤と組み合わせて用いられる。
既知のキュアリング剤は、(ポリ)アミン化合物、ポリフェノール化合物およびカチオン光開始剤、特に、ジシアンジアミド、ヒドラジド、イミダゾール化合物、スルホニウム塩、オニウム塩、ケトイミンまたは酸無水物、例えば、ポリ無水物、4,4'-(4,4'-イソプロピリデンジフェノキシル)ビス(フタル酸無水物)、ピロメリト酸二無水物である。
アミンを含むキュアリング剤の量は、1と15phrの間である; 示される最低限よりも少ないと、技術的効果が不充分であり、示される最大限よりも多いと、組成物の生状態での加工のリスクが生じ、不利になる。
本発明のトレッドのゴム組成物は、また、トレッドの製造を意図したエラストマーに一般的に用いられる通常の添加剤の全部または一部、例えば、色素、オゾン劣化防止ワックス、化学オゾン劣化防止剤、酸化防止剤のような保護剤、上述した以外の可塑剤、疲労防止剤、補強樹脂、硫黄または硫黄供与体および/または過酸化物および/またはビスマレイミドに基づく架橋系、加硫促進剤または加硫活性化剤を含む。
本発明のゴム組成物は、適切なミキサー内で当業者に周知の2つの連続調製相を用いて製造することができる: 110℃と190℃の間、好ましくは130℃と180℃の間の最高温度までの高温で熱機械的加工または混練する第1の相(“非生産”相)、続いて典型的には110℃よりも低い、例えば、40℃と100℃の間のより低い温度で機械的加工する第2の相(“生産”相)、仕上げ相の間に架橋系が組み入れられる。
その組成物の調製方法は、例えば、下記の段階を含む:
‐第1の段階(“非生産”段階)で補強充填剤をジエンエラストマーに組み入れる工程であって、全てを110℃と190℃の間の最高温度に達するまで熱機械的に混練する、前記工程;
‐合わせた混合物を100℃未満の温度に冷却する工程;
‐引き続き、第2の段階(“生産”段階)で架橋系を組み入れる工程;
‐全てを110℃未満の最高温度まで混練する工程。
1と20phrの間のエポキシド樹脂と1と15phrの間のアミンを含むキュアリング剤が、非生産相の間または生産相の間に導入され得る。好ましくは、エポキシド樹脂が非生産相の間に、キュアリング剤が生産相の間に導入される。
引き続き、このようにして得られた最終組成物は、例えば、特に実験室での確認のためのシートまたはプラークの形にカレンダー加工されるか、或いは、例えば、タイヤの製造に用いられるゴム形状要素の形に押出され得る。
本発明は、生状態(即ち、キュアリング前)およびキュア状態(即ち、架橋または加硫後)双方での上記のタイヤおよびタイヤ用半仕上げ製品およびゴム製品に関する。
本発明のゴム組成物は、タイヤの各部分、特に、クラウン、ビード領域、サイドウォール領域に使用し得る。
本発明の好ましい実施態様によれば、上記のゴム組成物は、タイヤの少なくとも1つの部分に硬いエラストマー層としてタイヤに使用し得る。
本発明の他の好ましい実施態様は、タイヤのサイドウォールに位置決めされるエラストマー層を形成するための本発明の組成物の使用であり得る。
III.1-組成物の調製
以下の試験のための手順は、以下の通りである: ジエンエラストマー、補強充填剤、1と20phrの間のエポキシド樹脂、さらに種々の他の成分を、加硫系を除いて、出発容器温度が約60℃である内部ミキサー(最終充填度: 約70容積%)に連続して導入する。次に、熱機械的加工を一段で行い(非生産相)、165℃の最大“低下”温度に達するまで全体で約3から4分まで続ける。
このようにして得られた組成物を、引き続き、物理的性質または機械的性質の測定のために、プラーク(2〜3mmの厚さ)またはゴムの薄いシートの形でカレンダー加工するか、または形状要素の形で押出す。
本試験は、特に、その領域が高い低歪み剛性を必要とする、アンダーレイヤーまたはタイヤの底部領域に特に使用し得るゴム組成物を例示する。これらの組成物は、キュアリングの間、ホルムアルデヒドを形成することがなく、同様のレベルのヒステリシスを保持しつつ、従来のゴム組成物より剛性が大きい(フェノール樹脂とメチレン供与体としてHMTを含む)。
(1) 天然ゴム;
(2) カーボンブラックN326(規格ASTM D-1765による名称);
(3) フェノール/ホルムアルデヒド樹脂(“Peracit 4536K”Perstorp製);
(4) エポキシド樹脂(“DEN 439”Uniqema製);
(5) 酸化亜鉛(工業グレード - Umicore);
(6) (“Pristerene 4931”Uniqema製);
(7) N-(1,3-ジメチルブチル)-N-フェニル-パラ-フェニレンジアミン(Santoflex 6-PPD、Flexsys製);
(8) ヘキサメチレンテトラミン(Degussa製);
(9) 3,3'-ジアミノベンジジン(Sigma-Aldrich製);
(10) p-キシリレンジアミン(Sigma-Aldrich製);
(11) 1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(Sigma-Aldrich製);
(12) 1,8-ジアミノオクタン(Sigma-Aldrich製);
(13) N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド(Santocure CBS、Flexsys製)。
Claims (11)
- - 少なくとも1つのジエンエラストマー;
- 少なくとも1つの補強充填剤;
- 少なくとも1つの架橋系;
- 1と20phrの間のエポキシド樹脂;
- 1と15phrの間のアミンを含むキュアリング剤
をベースとするゴム組成物であって、
アミンを含む前記キュアリング剤が、p-キシリレンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,8-ジアミノオクタン、3,3'-ジアミノベンジジンおよびこれらの化合物の混合物からなる群より選ばれる、上記ゴム組成物。 - ジエンエラストマーが、天然ゴム、合成ポリイソプレン、ポリブタジエン、ブタジエンコポリマー、イソプレンコポリマーおよびこれらのエラストマーの混合物からなる群より選ばれる、請求項1に記載のゴム組成物。
- エポキシド樹脂のレベルが、1と15phrの間である、請求項1または2に記載のゴム組成物。
- 補強充填剤が、カーボンブラック、シリカまたはカーボンブラックとシリカの混合物を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 補強充填剤の量が、20と200phrの間である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のゴム組成物を含む、タイヤ。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のゴム組成物を含む仕上げゴム製品または半仕上げゴム製品。
- 請求項1に記載のゴム組成物の調製方法であって、以下の段階:
- 第1の段階(“非生産”段階)で、補強充填剤、1と20phrの間のエポキシド樹脂および1と15phrの間のアミンを含むキュアリング剤をジエンエラストマーに組み入れる工程であって、110℃と190℃の間の最高温度に達するまですべてが熱機械的に混練される、前記工程;
- 合わせた混合物を100℃未満の温度に冷却する工程;
- 引き続き、第2の段階(“生産”段階)で、架橋系を組み入れる工程;
- すべてを110℃未満の最高温度まで混練する工程
を含むことを特徴とする、前記方法。 - 請求項1に記載のゴム組成物の調製方法であって、以下の段階:
- 第1の段階(“非生産”段階)で、補強充填剤をジエンエラストマーに組み入れる工程であって、110℃と190℃の間の最高温度に達するまですべてが熱機械的に混練される、前記工程;
- 合わせた混合物を100℃未満の温度に冷却する工程;
- 引き続き、第2の段階(“生産”段階)で、架橋系、1と20phrの間のエポキシド樹脂および1と15phrの間のアミンを含むキュアリング剤を組み入れる工程;
- すべてを110℃未満の最高温度まで混練する工程
を含むことを特徴とする、前記方法。 - 請求項1に記載のゴム組成物の調製方法であって、以下の段階:
- 第1の段階(“非生産”段階)で、補強充填剤および1と20phrの間のエポキシド樹脂をジエンエラストマーに組み入れる工程であって、110℃と190℃の間の最高温度に達するまですべてが熱機械的に混練される、前記工程;
- 合わせた混合物を100℃未満の温度に冷却する工程;
- 引き続き、第2の段階(“生産”段階)で、架橋系および1と15phrの間のアミンを含むキュアリング剤を組み入れる工程;
- すべてを110℃未満の最高温度まで混練する工程
を含むことを特徴とする、前記方法。 - 請求項1に記載のゴム組成物の調製方法であって、以下の段階:
- 第1の段階(“非生産”段階)で、補強充填剤および1と15phrの間のアミンを含むキュアリング剤をジエンエラストマーに組み入れる工程であって、110℃と190℃の間の最高温度に達するまですべてが熱機械的に混練される、前記工程;
- 合わせた混合物を100℃未満の温度に冷却する工程;
- 引き続き、第2の段階(“生産”段階)で、架橋系および1と20phrの間のエポキシド樹脂を組み入れる工程;
- すべてを110℃未満の最高温度まで混練する工程
を含むことを特徴とする、前記方法。
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