JPH1025368A - シリカ強化ゴム組成物およびトレッドを有するタイヤ - Google Patents

シリカ強化ゴム組成物およびトレッドを有するタイヤ

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JPH1025368A
JPH1025368A JP9064890A JP6489097A JPH1025368A JP H1025368 A JPH1025368 A JP H1025368A JP 9064890 A JP9064890 A JP 9064890A JP 6489097 A JP6489097 A JP 6489097A JP H1025368 A JPH1025368 A JP H1025368A
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Martin Paul Cohen
マーティン・ポール・コーエン
John Pennington Lawrence
ジョン・ペニントン・ローレンス
Cheryl Ann Losey
シェリル・アン・ロゼイ
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Goodyear Tire and Rubber Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリル化剤とシリカカップリング剤とを共に
含有する、シリカ強化ゴム組成物、及び該組成物のトレ
ッドを有するタイヤ。 【解決手段】 本発明はシリカ強化ゴム組成物、および
シリカ強化ゴム組成物を含むトレッドを有する空気入り
タイヤに関する。シリカ強化ゴム組成物は、少なくとも
1種のエラストマー、シリカ、シリカカップリング剤、
シリル化剤および任意にカーボンブラックを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリカで定量的に
強化されたゴム組成物に関する。一面において、このゴ
ム組成物はゴム、特に、シリカ、シリカカップリング
剤、シリル化剤および任意にカーボンブラックの組み合
わせで強化された硫黄硬化性のまたは硬化されたゴムを
含む。
【0002】
【従来の技術】高い強度および耐摩耗性を必要とするゴ
ムを用いる様々な用途、特にタイヤおよび各種工業製品
のような用途では、かなりの量の粒状充填材を含有する
硫黄硬化ゴムが用いられる。カーボンブラックはそのよ
うな目的に一般に用いられ、硫黄硬化ゴムに良好な物理
的性質を通常もたらしたり、あるいはこれらの性質を高
める。粒状シリカも、特にシリカをカップリング剤と併
用するとき、そのような目的にしばしば用いられる。場
合によっては、シリカとカーボンブラックとの組み合わ
せが、タイヤ用トレッドを含めた各種ゴム製品のための
強化充填材として用いられる。そのような強化充填材を
硫黄硬化性エラストマーを含めたエラストマーに用いる
ことは、当業者に周知のことである。
【0003】一般に、カーボンブラックは、シリカをカ
ップリング剤、すなわちシリカカップリング剤(時には
ここではこう呼ぶ)なしで用いるならば、シリカよりも
ゴム製品にとって、特にゴムタイヤトレッドにとって、
相当有効な強化充填材であるということを認めることは
重要である。
【0004】しばしばカップリング剤は、少なくとも1
つの第1構成成分、すなわちシリカ表面と反応しうる部
分(例えばシラン部分)、およびゴム、特に炭素−炭素
二重結合すなわち不飽和を含む加硫性ゴムと相互作用し
うる別の部分を有するシランを含む。通常、別の部分は
ポリスルフィド、特に上記第1部分間のポリスルフィド
橋の形の硫黄である。かくして、その後、カップリング
剤はシリカとゴムとの間の結合橋として働き、これによ
ってシリカのゴム強化面が高められる。
【0005】そのようなカップリング剤のゴム反応基成
分、すなわち上記の別の部分は、例えば、メルカプト、
アミノ、ビニル、エポキシおよび硫黄基のような基の1
種以上、好ましくは硫黄またはメルカプト部分、さらに
好ましくは上記第1部分の少なくとも2つの間のポリス
ルフィド橋としてのポリスルフィドの形の硫黄である。
【0006】シリカおよびゴムの結合に用いるための多
数のそのようなカップリング剤が教示されており、それ
らの例は、ポリスルフィド成分または構造を含むシラン
カップリング剤、例えばトリアルコキシオルガノシラン
ポリスルフィド、例えばポリスルフィド橋内に約2〜約
8個の硫黄を含むビス(3−トリアルコキシシリルオル
ガノ)ポリスルフィド、例えばビス(3−トリエトキシ
シリルプロピル)テトラスルフィドおよび/またはトリ
スルフィドである。
【0007】シリカおよびシリカ強化タイヤトレッドに
関する様々な米国特許には、例えば米国特許第3,45
1,458号;第3,664,403号;第3,76
8,537号;第3,884,285号;第3.93
8,574号;第4,482,663号;第4,59
0,052号および第5,089,554号がある。
【0008】一面において、上記ゴム反応性シリカカッ
プリング剤とは対照的に、シリカ表面と反応することが
できるただ1つの構成成分すなわち部分を有する別のシ
リカ反応性物質を、シリカとの相互作用に用いてもよ
い。そのような物質はゴムと容易に反応しないので、こ
れらはシリカとゴムとの間の相互作用をただちに促すこ
とはない。従って、ここでは、そのような物質単独で
は、シリカがゴムを満足に強化できないと考えられる。
【0009】ここで用いられる”phr”は慣用に従
い、”ゴムまたはエラストマー100重量部当たりの各
材料の重量部”を意味する。
【0010】本発明の説明において、”ゴム”および”
エラストマー”という用語が用いられているならば、こ
れらは特に断りがなければ置き換えて用いてもよい。”
ゴム組成物”、”配合ゴム”および”ゴムコンパウン
ド”という用語がここで用いられているならば、これら
は各種成分および材料と共にブレンドまたは混合された
ゴムのことを意味し、置き換えて用いることができ、こ
のような用語は、ゴム混合分野またはゴム配合分野の業
者には周知のものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、シリカで定
量的に強化されたゴム組成物に関する。一面において、
このゴム組成物はゴム、特に、シリカ、シリカカップリ
ング剤、シリル化剤および任意にカーボンブラックの組
み合わせで強化された硫黄硬化性のまたは硬化されたゴ
ムを含む。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)少なく
とも1種のジエンに基づくエラストマー100重量部、
(B)約60〜約100phr、あるいは約60〜約9
0phrのシラノール基含有沈降シリカおよびこれに応
じて0〜約10phr、あるいは0〜約7phr、また
は約3〜約7phrのカーボンブラックを含む、沈降シ
リカおよびカーボンブラックを含む粒状強化充填材約5
0〜約100phr、随意に約60〜約90phr、こ
こで、カーボンブラックを用いるならば、シリカ対カー
ボンブラックの重量比は少なくとも約6/1、あるいは
少なくとも約10/1である、(C)上記シリカと反応
性の部分および上記エラストマーと相互作用性の別の部
分を有する少なくとも1種のシリカカップリング剤、
(D)式: R123Si−X (式中、Xは、(1) 塩素、臭素およびヨウ素の1つ
から選択されるハロゲン基、(2) −NH−C=OR
1、(3) −NR4−A、(4) −NH−C=ONH
−A、および(5) −N(R42よりなる群から選択
される基であり、R1、R2、R3およびR4は、1〜30
個あるいは約1〜3個の炭素原子を有する第1、第2お
よび第3アルキル基並びにアルカリール基よりなる群か
ら独立して選択され、R4はあるいは水素であり、そし
てAは−SiR123である)を有するシラノール反
応性トリアルキルシリル官能基含有シリル化剤約0.5
〜約10phr、あるいは約2〜約6phrを含んでな
るゴム組成物を提供する。
【0013】本発明の重要な特徴は、シリル化剤または
シリカカップリング剤を個々に含有するのではなく、シ
リカ反応性シリル化剤とシリカカップリング剤とを共に
含有する、シリカ添加量が比較的多いエラストマー組成
物を提供することである。
【0014】”シリル化剤”という用語は、活性水素含
有物質、例えば、本発明の場合はシリカ表面上のシラノ
ール基(SiOH)と反応して、基体物質、すなわち本
発明の場合はシリカ表面に、シリル官能基を導入するこ
とができる物質を一般に意味する。
【0015】”シリル化剤”という用語はここでは、シ
リカ表面上のシラノール基(SiOH)と反応して、シ
リカ表面にトリアルキルシリル基を導入することができ
る上記トリアルキルシリル官能基含有物質を意味するの
に用いられる。
【0016】”シリカ反応性シリル化剤”という用語に
よって、薬剤のトリアルキルシリル基がシリカ表面でシ
ラノール基と反応する、従って、シリカと化学的に化合
することをここでは意味する。
【0017】従って、シリル化剤からのトリアルキルシ
リル基が、シラノール基の水素原子の代わりに、シリカ
表面上に配置される。
【0018】アルコキシシラン単位を含むシリカカップ
リング剤のアルコキシシラン成分もシラノール基とシリ
カ表面で反応し、これによってシリカと化学的に化合す
ることも重要なことである。
【0019】シリカカップリング剤(カップリング剤の
シラン部分)とシリル化剤とがシリカ表面上のシラノー
ル基について争うことが認められる一方、ポリスルフィ
ド橋のようなシリカカップリング剤の別の部分のみが、
ジエンに基づくエラストマーとの反応性を有する。
【0020】シラン含有シリカカップリング剤のアルコ
キシシラン部分およびシリル化剤のトリアルキルシリル
部分の両者はシリカ表面上のシラノール基と反応性であ
り、従って、これらのシラノール基について争うので、
シリル化剤はシリカに、シリカカップリング剤と同時に
加えるか、またはシリカカップリング剤の後に加えるこ
とが重要である。その結果、正確なメカニズムまたは結
果は完全には分からないが、シリル化剤はシリカカップ
リング剤に相乗的利益をもたらすが、代わりに用いうる
ものではないとここでは考えられる。シリカ強化エラス
トマー組成物にシリル化剤とシリカカップリング剤とを
組み合わせて用いると、シリル化剤またはシリカカップ
リング剤を個々に用いることによって得られる性能に対
して、相乗的な利益、例えば、より高い300%モジュ
ラス値で例示されるような改善された性能、ホット弾性
反撥値によって証明されるような減少したヒステリシ
ス、および/またはDIN摩耗試験によって証明される
ような改善された耐摩耗性のような相乗的利益が観察さ
れる。
【0021】上記シラノール反応性シリル化剤につい
て、および上記R1、R2、R3およびR4について、第1
アルキル基の代表例は、メチル、エチル、プロピル、オ
クチル、n−オクタデシル、およびn−ヘキサデシル基
の少なくとも1つから選択されるものであり;第2アル
キル基の代表例は、イソプロピルおよび第2ブチル基の
少なくとも1つから選択されるものであり;そして第3
アルキル基の代表例が、第3ブチルおよびジメチルブチ
ル基の少なくとも1つから選択されるものである。
【0022】通常はシリカ表面上のシラノール基である
沈降シリカの表面と反応性であるのは、シリル化剤のト
リアルキルシリル部分である。
【0023】各種シリル化剤の代表例は、これらに限定
するものではないが、トリメチルシリルジエチルアミ
ン、N,N′−ビス(トリメチルシリル)尿素、トリメ
チルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザンおよびモノ
トリメチルシリルアセトアミドである。
【0024】上記シリカシリル化剤を、シリカカップリ
ング剤を含有するゴムシリカ組成物へ加えると、シリカ
強化エラストマー組成物の加工特性の改善、例えば粘度
の低下ばかりでなく、硬化エラストマー組成物の性能特
性の改善、例えば耐摩耗性、引き裂き強さおよび弾性反
撥力も得られることが、本発明の実施で観察された。
【0025】耐摩耗性、引き裂き強さおよび弾性反撥値
のような硬化物理的性質が同時に改善される。そのよう
な性質を有するタイヤトレッドは、改善された耐トレッ
ド摩耗性、転がり抵抗および耐久性の1つ以上をもたら
すとここでは予想されるので、有利なことであると考え
られる。
【0026】各種シリル化剤は各種エラストマー組成
物、例えば5〜50phrのシリカおよび10〜60p
hrのカーボンブラックを含有するシリカおよびカーボ
ンブラック強化ゴム組成物に、様々な目的のためにこれ
まで用いられてきたことが認められる。例えば、日本特
許公開要約書第5051484号参照。
【0027】本発明は、トリアルキルシリル部分を含む
シリカシリル化剤を、シラン部分を含むシリカカップリ
ング剤と組み合わせて、実質的にシリカで強化された
(例えば、少なくとも60phrのシリカおよび10p
hr未満のカーボンブラック)ゴム組成物に用いるの
で、そのような従来の慣行から逸脱するものと考えられ
る。
【0028】一面において、相乗的性能はシリカ強化エ
ラストマー組成物に、上記シリル化剤およびシリカカッ
プリング剤の両者を用いたときに観察され、シリル化剤
およびシリカカップリング剤のいずれかを単独で用いた
ときには観察されなかった。さらに、相乗効果は、シリ
ル化剤を限られた量すなわちレベルでのみ用いたときに
得られると思われる。
【0029】本発明を実施する際、各種シリカカップリ
ング剤を用いることができるが、1つの好ましいカップ
リング剤は、上記のようなポリスルフィド橋内に約2〜
約8個の硫黄原子を含むビス(トリアルコキシシリルア
ルキル)ポリスルフィドである。例えば、シリカカップ
リング剤は、ポリスルフィド橋内に平均約4個の硫黄原
子を有するビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テ
トラスルフィド、あるいはポリスルフィド橋内に約2個
の硫黄原子を有するポリスルフィドである。
【0030】一般に、シリカカップリング剤対シリカの
重量比は約0.01/1〜約0.25/1である。
【0031】実際には、シリカシリル化剤のトリアルキ
ルシリル官能価対シリカカップリング剤のシラン官能価
に基づくモル比は約0.1/1〜4/1であり、約0.
5/1〜約3/1のモル比が好ましい。
【0032】本発明の一面において、ゴム組成物は高レ
ベルすなわち多量のシリカ、すなわち、過半量のエラス
トマー強化顔料として少なくとも約50phrのシリカ
と、第2エラストマー強化材料としての10phr未満
のカーボンブラックを含む。
【0033】ゴム組成物自体は、未硬化エラストマー組
成物の加硫により、硫黄硬化組成物として提供すること
もできる。硫黄硬化は一般的な方法で、すなわち、高い
温度および圧力の条件下、適当な時間、硬化することに
よって行うことができる。
【0034】さらに、本発明は、本発明のゴム組成物の
トレッドを有するタイヤを提供する。
【0035】本方法のための上記硬化剤は、硫黄硬化性
エラストマーに一般に用いられる硬化剤であり、これら
には一般に硫黄および1種以上の適当な硬化促進剤、そ
して時には遅延剤も含まれる。そのような硬化剤、およ
びこれらの硫黄硬化エラストマー組成物への使用は当業
者に周知のことである。
【0036】さらに、エラストマー、および硬化剤を除
いた関連成分を、1つ以上の連続工程でまず混合し、そ
の後、硬化剤を加える最終混合工程が続く、硫黄硬化性
ゴム組成物を製造するための連続混合法も当業者に周知
のことである。
【0037】本発明を実施する際、上記のように、ゴム
組成物は少なくとも1種のジエンに基づくエラストマー
またはゴムを含む。そのようなエラストマーは共役ジエ
ンのホモポリマーおよびコポリマー、並びに共役ジエン
とビニル芳香族化合物とのコポリマーから一般に選択さ
れる。そのようなジエンは、例えばイソプレンおよび
1,3−ブタジエンから選択され、そのようなビニル芳
香族化合物は、スチレンおよびα−メチルスチレンから
選択される。そのようなエラストマーまたはゴムは、例
えばシス 1,4−ポリイソプレンゴム(天然および/
または合成、好ましくは天然ゴム)、3,4−ポリイソ
プレンゴム、スチレン/ブタジエンコポリマーゴム、イ
ソプレン/ブタジエンコポリマーゴム、スチレン/イソ
プレンコポリマーゴム、スチレン/イソプレン/ブタジ
エンターポリマーゴム、シス 1,4−ポリブタジエン
ゴム、トランス 1,4−ポリブタジエンゴム(70〜
95%トランス)、低ビニルポリブタジエンゴム(10
〜30%ビニル)、中ビニルポリブタジエンゴム(30
〜50%ビニル)、高ビニルポリブタジエンゴム(50
〜90%ビニル)の少なくとも1種から選択される。
【0038】一面において、特にタイヤトレッドの場
合、ゴムは、少なくとも2種のジエンに基づくゴムであ
るのが好ましい。例えば、シス 1,4−ポリイソプレ
ンゴム(天然または合成、好ましくは天然ゴム)、3,
4−ポリイソプレンゴム、スチレン/イソプレン/ブタ
ジエンゴム、乳化および/または溶液重合誘導スチレン
/ブタジエンゴム、シス 1,4−ポリブタジエンゴ
ム、および乳化重合製造ブタジエン/アクリロニトリル
コポリマーのような、2種以上のゴムの組み合わせが好
ましい。
【0039】本発明の一面では、乳化重合誘導スチレン
/ブタジエン(E−SBR)は約20〜約28%結合ス
チレンの比較的一般的なスチレン含有率のものを用い、
あるいは用途によっては、結合スチレン含有率が中程度
ないし比較的高い、すなわち約30〜約45%の結合ス
チレン含有率のE−SBRを用いる。
【0040】E−SBRの場合、約30〜約45%の比
較的高いスチレン含有率は、タイヤトレッドのけん引力
または耐横滑り性を高めるために有利であると考えられ
る。E−SBRの存在は、特に溶液重合製造SBR(S
−SBR)の利用と較べて、未硬化エラストマー組成物
混合物の加工性を高めるために有利であると考えられ
る。
【0041】乳化重合製造E−SBRとは、スチレンお
よび1,3−ブタジエンが水性エマルジョンとして共重
合されていることを意味する。これは当業者には周知の
ことである。結合スチレン含有率は、例えば、約5〜5
0%で変えることができる。一面において、E−SBR
はアクリロニトリルを含有して、E−SBARとして、
ターポリマー中の結合アクリロニトリルが例えば約2〜
約30重量%のターポリマーゴムを形成してもよい。
【0042】特に、他のジエンに基づくエラストマーと
組み合わせて用いるならば、コポリマーに約2〜約40
重量%の結合アクリロニトリルを含有する乳化重合製造
スチレン/ブタジエン/アクリロニトリルターポリマー
ゴムも、本発明で用いるためのジエンに基づくゴムとし
て考えられる。
【0043】溶液重合製造SBR(S−SBR)の結合
スチレン含有量は一般に約5〜約50%、好ましくは約
9〜約36%である。S−SBRは、例えば、有機炭化
水素溶媒の存在下での有機リチウム触媒作用によって都
合よく製造することができる。
【0044】S−SBRを用いる目的は、これをタイヤ
トレッド組成物に用いたときヒステリシスが低下して、
タイヤ転がり抵抗が改善されるからである。
【0045】3,4−ポリイソプレンゴム(3,4−P
I)は、タイヤトレッド組成物に用いたときタイヤのけ
ん引力を促すために有利であると考えられる。
【0046】3,4−PIおよびその使用については米
国特許第5,087,668号にさらに詳しく記載され
ており、これは参照することによってここに記載された
ものとする。Tgとは、10℃/分の加熱速度での示差
走査熱量計によって測定することができるガラス転移温
度を意味する。
【0047】シス 1,4−ポリブタジエンゴム(B
R)は、タイヤトレッドの耐摩耗性または耐トレッド摩
耗性を促すために有利であると考えられる。
【0048】そのようなBRは、例えば、1,3−ブタ
ジエンの有機溶液重合によって製造することができる。
【0049】BRは、例えば、シス 1,4−含有率が
少なくとも90%であるという特徴を有するものが都合
がよいかもしれない。
【0050】シス 1,4−ポリイソプレンおよびシス
1,4−ポリイソプレン天然ゴムは当業者に周知であ
る。
【0051】加硫ゴム組成物は、硬化ゴム組成物にとっ
て妥当な高さのモジュラス、耐摩耗性および引き裂き抵
抗の一助となるのに十分な量の、すなわち約50phr
を越える粒状シリカ強化充填材を含有すべきである。シ
リカの量は、上記のように、ゴム100重量部当たり約
50重量部もの少量でもよいが、約60〜約90重量部
または約100重量部までの量さ好ましい。
【0052】カーボンブラックは約10phrの少ない
レベルで存在させてもまたは全くなしでもよい。カーボ
ンブラックは、本発明のエラストマー組成物において主
な強化充填材として作用させるつもりはない。ここで、
カーボンブラックが用いられるならば、これは、黒色エ
ラストマー組成物が望ましい場合の着色剤として、およ
び/またはシリカカップリング剤がエラストマー組成物
に液状で加えられる場合のシリカカップリング剤のよう
な、エラストマー組成物のための液体添加剤用担体とし
て主に用いられる。
【0053】ゴムの配合に一般に用いられる珪質顔料 熱分解および沈降珪質顔料(シリカ)を含む、ゴムの配
合に用いられる一般的な珪質顔料を、本発明においてシ
リカとして用いうるが、沈降シリカが好ましい。
【0054】本発明で用いるのに好ましい珪質顔料は、
一般にシリカゲルを除いた、沈降シリカ、例えば、珪酸
ナトリウムのような可溶性珪酸塩の酸性化によって得ら
れるものである。
【0055】そのようなシリカは、例えば、窒素ガスを
用いて測定したBET表面積が好ましくは約40〜約6
00m2/g、より通例は約50〜約300m2/gであ
る特徴を有する。表面積を測定するBET法について
は、Journal of the American
Chemical Society, Vol.6
0, p.304 (1930)に記載されている。
【0056】シリカは一般に、ジブチルフタレート(D
BP)吸収値が約100〜約400、より通常は約15
0〜約300の特徴を有しうる。
【0057】シリカは、例えば電子顕微鏡による測定で
0.01〜0.05ミクロンの平均極限粒子サイズを有
することが求められるかもしれないが、シリカ粒子はこ
れより小さくても、あるいはこれより大きくてもよい。
【0058】本発明での使用が考えられる各種の商業的
に入手しうるシリカは、例えば、表示Hi−Sil 2
10、243等のHi−Sil登録商標でPPGインダ
ストリーズ社から商業的に入手しうるシリカ;Zeos
il(登録商標)1165MPのようなRhone−P
oulenc社から入手しうるシリカ;表示VN2およ
びVN3等のようなDegussa社から入手しうるシ
リカであるが、これらは例にすぎず、これらに限定され
ない。
【0059】ゴム組成物がゴム配合分野で一般に知られ
た方法によって、例えば各種加硫性成分ゴムを、一般に
用いられる各種添加材料、例えば、硫黄、活性剤、遅延
剤および促進剤のような硬化助剤、油のような加工添加
剤、粘着付与樹脂を含めた樹脂、可塑剤、充填材、顔
料、脂肪酸、酸化亜鉛、ワックス、酸化防止剤、オゾン
亀裂防止剤、しゃく解剤、およびカーボンブラックのよ
うな強化材料と混合することによって配合されること
は、当業者に容易に理解されることである。当業者に知
られているように、加硫性および加硫物質(ゴム)の使
用目的によって、上記添加剤は選択され、常用量で一般
に用いられる。
【0060】本発明の場合、少量の強化タイプカーボン
ブラックを用いるならば、その量は上記の通りである。
【0061】シリカカップリング剤および/またはシリ
カシリル化剤が液状であるなら、カーボンブラックと共
に用いうる、すなわち、ゴム組成物に加える前にカーボ
ンブラックと予備混合しうること、そしてそのようなカ
ーボンブラックはゴム組成物配合物に対して上記カーボ
ンブラック量で含有させることは明らかなことである。
【0062】粘着付与剤樹脂を使用するならば、その一
般量は約0.5〜約10phr、通常は約1〜約5ph
rである。加工助剤の一般量は1〜約50phrであ
る。そのような加工助剤には例えば、芳香族、ナフテン
系および/またはパラフィン系プロセス油を含めること
ができる。酸化防止剤の一般量は約1〜約5phrであ
る。代表的な酸化防止剤は例えば、ジフェニル−p−フ
ェニレンジアミン、およびVanderbilt Ru
bber Handbook (1978),p.34
4−346に記載のもの等である。オゾン亀裂防止剤の
一般量は約1〜約5phrである。
【0063】ステアリン酸、パルミチン酸、リノール酸
または1種以上の脂肪酸の混合物を含めることができる
脂肪酸を用いるならば、その一般量は約0.5〜約3p
hrである。
【0064】しばしばステアリン酸は比較的不純な状態
で用いられ、これはゴム配合慣例において”ステアリン
酸”と一般に呼ばれており、本発明の説明および実施に
おいてもそのように呼ぶ。
【0065】酸化亜鉛の一般量は約2〜約5phrであ
る。ワックスの一般量は約1〜約5phrである。しば
しばマイクロクリスタリンワックスが用いられる。しゃ
く解剤を用いるならば、その一般量は約0.1〜約1p
hrである。一般的なしゃく解剤は例えばペンタクロロ
チオフェノールおよびジベンズアミドジフェニルジスル
フィドである。
【0066】加硫は加硫剤の存在下で行われる。適した
加硫剤の例は、元素硫黄(遊離硫黄)または硫黄供与加
硫剤、例えばアミンジスルフィド、高分子量ポリスルフ
ィドまたは硫黄オレフィン付加物である。加硫剤は元素
硫黄であるのが好ましい。当業者には知られているよう
に、加硫剤はプロダクティブ混合工程において約0.5
〜約4phr、さらに場合によっては約8phrまでの
量で用いられ、約1〜約2.5phr、時には約1〜約
2phrが通常好ましい。
【0067】促進剤は、加硫に必要な時間および/また
は温度を制御し、そして加硫ゴムの性質を改善するのに
用いられる。1つの態様では、単一の促進剤系、すなわ
ち、第1促進剤を用いうる。一般にかつ好ましくは、第
1促進剤は約0.5〜約4phr、好ましくは約0.8
〜約2phrの合計量で用いられる。別の態様では、第
1および第2促進剤の組み合わせを用いてもよく、第2
促進剤は活性化のためおよび加硫ゴムの性質の改善のた
めに約0.05〜約3phrの量で用いられる。これら
の促進剤の組み合わせは最終特性に相乗効果をもたらす
ことが予想され、いずれかの促進剤を単独で用いること
によって得られる場合よりはいくらか優れている。さら
に、遅延作用促進剤を用いてもよく、これらは普通の加
工温度に影響されないが、通常の加硫温度で満足な硬化
をもたらす。加硫遅延剤を使用してもよい。本発明で用
いうる適した種類の促進剤は、アミン類、ジスルフィド
類、グアニジン類、チオ尿素類、チアゾール類、チウラ
ム類、スルフェンアミド類、ジチオカルバメート類およ
びキサンテート類である。第1促進剤はスルフェンアミ
ドであるのが好ましい。第2促進剤を用いるならば、第
2促進剤はグアニジン、ジチオカルバメートまたはチウ
ラム化合物であるのが好ましい。加硫剤および促進剤の
存在および相対量は、上記シリル化剤をシリカカップリ
ング剤と組み合わせてシリカ強化ゴム組成物に用いるこ
とを主にめざす本発明の一面であるとは考えられない。
【0068】他の添加剤の存在および相対量は、上記の
ように、シリカカップリング剤と組み合わせて使用する
必要がある上記シリル化剤をシリカ強化ゴム組成物に用
いることを主にめざす本発明の一面であるとは考えられ
ない。
【0069】ゴム組成物の混合はゴム混合分野の業者に
公知の方法によって行うことができる。例えば、成分は
少なくとも2つの段階、すなわち、少なくとも1つのノ
ンプロダクティブ段階、およびその後のプロダクティブ
混合段階で一般に混合される。最終硬化剤は、”プロダ
クティブ”混合段階と一般に呼ばれる最終段階で一般に
混合される。ここでの混合は極限温度、前のノンプロダ
クティブ混合段階より低い混合温度で一般に行われる。
ゴム、シリカ、シリカカップリング剤、シリカシリル化
剤、および用いるならばカーボンブラック、が1つ以上
のノンプロダクティブ混合段階で混合される。”ノンプ
ロダクティブ”および”プロダクティブ”混合段階とい
う用語は、ゴム混合分野の業者にはよく知られている。
【0070】本発明のゴム組成物は様々な目的に用いる
ことができ、例えば、これは各種タイヤ配合物に用いる
ことができる。そのようなタイヤは当業者に知られたお
よび明らかな様々な方法によって製造、造形、成形およ
び硬化することができる。
【0071】本発明は、次の実施例を参照することによ
ってさらに理解することができる。実施例中の部および
%は断りがなければ重量によるものである。
【0072】
【実施例】実施例I この実施例では、トリアルキルシリル含有シリル化剤
を、定量シリカ強化エラストマー組成物のための配合成
分として評価した。
【0073】表1に示す材料を含有するゴム組成物を、
2つの別の添加(混合)段階である、各々温度160℃
および100℃、時間6分および2分の1つのノンプロ
ダクティブ混合段階およびプロダクティブ混合段階を用
いて、Kobe(登録商標)密閉式ミキサー内で製造し
た。シリル化剤の量は表1では”可変”とし、そして表
2ではより詳しく示してある。
【0074】3および6phrのシリル化剤を添加して
製造した試料1、2および3を比較すると、コンパウン
ド粘度がより低いという加工利点、並びにモジュラス、
弾性反撥力および耐摩耗性の硬化特性利点が明らかであ
る。特に、3および6phrのシリル化剤を含有する試
料2および3のタイヤトレッド性能表示特性は、試料1
のそれらよりも良好であり、すなわち、300%モジュ
ラスはより高く、摩耗重量損失はより少なくて、より良
好な耐トレッド摩耗性を示し、そして弾性反撥力はより
高くて、より良好な(減少した)転がり抵抗を示してい
る。
【0075】
【表1】
【0076】1) ザ グッドイヤー タイヤ & ラ
バー社のスチレン含有率約40%の乳化重合製造スチレ
ン/ブタジエンコポリマーゴム; 2) ザ グッドイヤー タイヤ & ラバー社のTg
が約−43℃のイソプレン含有率約50%のイソプレン
/ブタジエンコポリマーゴム; 3) ザ グッドイヤー タイヤ & ラバー社からB
udene 1254として得られるシス 1,4−ポ
リブタジエンゴム; 4) 天然シス 1,4−ポリイソプレンゴム; 5) フェニレンジアミンタイプのもの; 6) Rhone Poulenc社からのZ1165
MP; 7) Degussa社からX50Sとして商業的に入
手しうるビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テト
ラスルフィドの50/50ブレンドまたは複合物。技術
的に、テトラスルフィドは、複合物または混合物として
のオルガノシランポリスルフィドであって、この混合物
は、約2〜約8個の結合硫黄原子を有するそのようなポ
リスルフィドを含みうるが、平均的なポリスルフィドブ
リッジは約3.5〜約4個の結合硫黄原子を含むと解さ
れる; 8) Huls America社から得られるシリル
化剤。
【0077】
【表2】
【0078】特に、この実施例は、シリル化剤である
N,N−ビス(トリメチルシリル)尿素を、試料2およ
び3におけるように、シリカカップリング剤と共に用い
ると、著しい改善が得られることを示している。
【0079】例えば、試料2および3のエラストマー組
成物の加工性は、対照試料1と比較すると、ノンプロダ
クティブ混合エラストマー組成物およびプロダクティブ
混合エラストマー組成物両者の未硬化粘度の減少によっ
て証明されるように改善される。
【0080】さらに、300%モジュラス、ホット弾性
反撥力およびDIN耐摩耗値は、シリカカップリング剤
のみを含有してシリル化剤を用いない対照試料1と比較
して、試料2および3では改善された。
【0081】実施例II 表3に示す材料を含有する実施例Iに記載のようなゴム
組成物を、各々温度160℃および100℃、時間8分
および2分の1つのノンプロダクティブ混合段階および
プロダクティブ混合段階を用いて、Kobe(登録商
標)密閉式ミキサー内で製造した。シリカカップリング
剤およびシリル化剤の量は、表3では不定とし、そして
表4ではより詳しく示してある。
【0082】6phrのシリル化剤のみを含有し、シリ
カカップリング剤非含有の試料7は、6.4phrのシ
リカカップリング剤のみを含有し、シリル化剤非含有の
試料4と比較すると、300%モジュラス、DIN耐摩
耗性および室温弾性反撥力を含めた硬化物理的性質がは
るかに優れていることが明らかである。
【0083】シリカカップリング剤の他に6phrのシ
リル化剤を含有する試料5は、DIN耐摩耗性、引き裂
き強さおよび室温弾性反撥力のような硬化物理的性質が
優れており、耐久性、耐トレッド摩耗性および転がり抵
抗のようなタイヤ性能が改善されたことを示している。
【0084】対照的に、シリカカップリング剤の他に1
2phrのシリル化剤を含有する試料6の硬化物理的性
質は、試料4と似ており、試料5よりは劣っている。特
に、試料6の耐摩耗性、室温弾性反撥力および引き裂き
強さは、試料5より劣っている。これは、高シリカ強化
ゴム組成物におけるシリル化剤とシリカカップリング剤
との有利な相乗活性には上限があることを示している。
【0085】従って、シリカカップリング剤なしでシリ
ル化剤を用いると、タイヤトレッドの耐トレッド摩耗性
および転がり抵抗性能を示すものに相当する物理的性質
の強化特性が劣っていることが観察される。6phrの
シリル化剤とシリカカップリング剤とを組み合わせて用
いると、耐摩耗性、モジュラス率、弾性反撥力および引
き裂き抵抗のような硬化物理的性質が相乗的に改善され
るとここでは考えられる。12phrのシリル化剤とシ
リカカップリング剤とを組み合わせて用いることは、も
はや最適ではないことが観察され、より低いレベルのシ
リル化剤の場合に見られる相乗的改善は示さなかった。
【0086】
【表3】
【0087】
【表4】
【0088】本発明の説明のために特定の代表的な態様
および詳細について記載してきたが、本発明の精神およ
び範囲から逸脱することなく様々な変更を加えうること
は当業者にとって明らかなことである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08K 13/02 C08K 13/02 (71)出願人 590002976 1144 East Market Stre et,Akron,Ohio 44316− 0001,U.S.A. (72)発明者 ジョン・ペニントン・ローレンス アメリカ合衆国オハイオ州44236,ハドソ ン,セイント・レジス・ブールヴァード 6917 (72)発明者 シェリル・アン・ロゼイ アメリカ合衆国オハイオ州44240,ケント, メロイ・ロード 1634

Claims (44)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)少なくとも1種の、ジエンに基づ
    くエラストマー100重量部、(B)約60〜約100
    phrの沈降シリカおよびこれに応じて0〜約10ph
    rのカーボンブラックを含む、シリカおよび任意にカー
    ボンブラックを含む粒状強化充填材約50〜約100p
    hr、ここで、カーボンブラックを用いるならば、シリ
    カ対カーボンブラックの重量比は少なくとも約6/1で
    ある、(C)シリカと反応性の部分およびエラストマー
    と相互作用性の別の部分を有する少なくとも1種のシリ
    カカップリング剤、(D)シリカ反応性トリアルキルシ
    リル官能基含有シリル化剤約0.5〜約10phr、こ
    こで、シリル化剤対シリカカップリング剤のシラン官能
    価に基づくモル比は約0.1/1〜4/1である、を含
    んでなるゴム組成物であって、シリル化剤が式: R123Si−X (式中、Xは、 (1) 塩素、臭素およびヨウ素の1つから選択される
    ハロゲン基、 (2) −NH−C=OR1、 (3) −NR4−A、 (4) −NH−C=ONH−A、および (5) −N(R42 よりなる群から選択される基であり、 R1、R2、R3およびR4は、1〜30個の炭素原子を有
    する第1、第2および第3アルキル基並びにアルカリー
    ル基よりなる群から独立して選択され、そしてAは−S
    iR123である)を有する、前記のゴム組成物。
  2. 【請求項2】 シリル化剤のR1、R2、R3およびR4
    ついて、第1アルキル基の代表例が、メチル、エチル、
    プロピル、オクチル、n−オクタデシル、およびn−ヘ
    キサデシル基の少なくとも1つから選択されるものであ
    り;第2アルキル基の代表例が、イソプロピルおよび第
    2ブチル基の少なくとも1つから選択されるものであ
    り;そして第3アルキル基の代表例が、第3ブチルおよ
    びジメチルブチル基の少なくとも1つから選択されるも
    のである、請求項1に記載のゴム組成物。
  3. 【請求項3】 シリル化剤が、トリメチルシリルジエチ
    ルアミン、N,N′−ビス(トリメチルシリル)尿素、
    トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザンおよ
    びモノトリメチルシリルアセトアミドの少なくとも1つ
    から選択される、請求項1に記載のゴム組成物。
  4. 【請求項4】 シリカカップリング剤が、ポリスルフィ
    ド橋内に約2〜約8個の硫黄原子を含むビス(トリアル
    コキシシリルオルガノ)ポリスルフィドである、請求項
    1に記載のゴム組成物。
  5. 【請求項5】 シリカカップリング剤がビス(トリアル
    コキシシリルアルキル)ポリスルフィドである、請求項
    1に記載のゴム組成物。
  6. 【請求項6】 シリカカップリング剤がビス(3−トリ
    エトキシシリルプロピル)テトラスルフィドである、請
    求項4に記載のゴム組成物。
  7. 【請求項7】 ジエンに基づくエラストマーが、シス
    1,4−ポリイソプレンゴム、3,4−ポリイソプレン
    ゴム、スチレン/ブタジエンコポリマーゴム、イソプレ
    ン/ブタジエンコポリマーゴム、スチレン/イソプレン
    コポリマーゴム、スチレン/イソプレン/ブタジエンタ
    ーポリマーゴム、シス 1,4−ポリブタジエンゴム、
    トランス 1,4−ポリブタジエンゴム(70〜95%
    トランス)、低ビニルポリブタジエンゴム(10〜30
    %ビニル)、中ビニルポリブタジエンゴム(30〜50
    %ビニル)、高ビニルポリブタジエンゴム(50〜90
    %ビニル)、乳化重合製造スチレン/ブタジエン/アク
    リロニトリルターポリマーゴム、およびブタジエン/ア
    クリロニトリルコポリマーゴムの少なくとも1種から選
    択される、請求項1に記載のゴム組成物。
  8. 【請求項8】 シリカが、約50〜約300m2/gの
    BET表面積および約150〜約300cc/100g
    のジブチルフタレート(DBP)吸収値を有することを
    特徴とする沈降シリカである、請求項1に記載のゴム組
    成物。
  9. 【請求項9】 (A)少なくとも1種の、ジエンに基づ
    くエラストマー100重量部、(B)約60〜約90p
    hrの沈降シリカおよび約3〜約7phrのカーボンブ
    ラックを含む、シリカおよび任意にカーボンブラックを
    含む粒状強化充填材約60〜約90phr、ここで、シ
    リカ対カーボンブラックの重量比は少なくとも約6/1
    である、(C)シリカと反応性の部分およびエラストマ
    ーと相互作用性の別の部分を有する少なくとも1種のシ
    リカカップリング剤、(D)シリカ反応性トリアルキル
    シリル官能基含有シリル化剤約0.5〜約10phr、
    ここで、シリル化剤対シリカカップリング剤のシラン官
    能価に基づくモル比は約0.1/1〜4/1である、を
    含んでなるゴム組成物であって、シリル化剤が式: R123Si−X (式中、Xは、 (1) 塩素、臭素およびヨウ素の1つから選択される
    ハロゲン基、 (2) −NH−C=OR1、 (3) −NR4−A、 (4) −NH−C=ONH−A、および (5) −N(R42 よりなる群から選択される基であり、 R1、R2、R3およびR4は、1〜約3個の炭素原子を有
    する第1、第2および第3アルキル基並びにアルカリー
    ル基よりなる群から独立して選択され、そしてAは−S
    iR123である)を有する、前記のゴム組成物。
  10. 【請求項10】 シリル化剤のR1、R2、R3およびR4
    について、第1アルキル基の代表例が、メチル、エチ
    ル、プロピル、オクチル、n−オクタデシル、およびn
    −ヘキサデシル基の少なくとも1つから選択されるもの
    であり;第2アルキル基の代表例が、イソプロピルおよ
    び第2ブチル基の少なくとも1つから選択されるもので
    あり;そして第3アルキル基の代表例が、第3ブチルお
    よびジメチルブチル基の少なくとも1つから選択される
    ものである、請求項9に記載のゴム組成物。
  11. 【請求項11】 シリル化剤が、トリメチルシリルジエ
    チルアミン、N,N′−ビス(トリメチルシリル)尿
    素、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン
    およびモノトリメチルシリルアセトアミドの少なく1つ
    から選択される、請求項9に記載のゴム組成物。
  12. 【請求項12】 シリカカップリング剤が、ポリスルフ
    ィド橋内に約2〜約8個の硫黄原子を含有するビス(ト
    リアルコキシシリルオルガノ)ポリスルフィドである、
    請求項9に記載のゴム組成物。
  13. 【請求項13】 シリカカップリング剤がビス(トリア
    ルコキシシリルアルキル)ポリスルフィドである、請求
    項10に記載のゴム組成物。
  14. 【請求項14】 シリカカップリング剤がビス(3−ト
    リエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドである、
    請求項11に記載のゴム組成物。
  15. 【請求項15】 ジエンに基づくエラストマーが、シス
    1,4−ポリイソプレンゴム、3,4−ポリイソプレ
    ンゴム、スチレン/ブタジエンコポリマーゴム、イソプ
    レン/ブタジエンコポリマーゴム、スチレン/イソプレ
    ンコポリマーゴム、スチレン/イソプレン/ブタジエン
    ターポリマーゴム、シス 1,4−ポリブタジエンゴ
    ム、トランス 1,4−ポリブタジエンゴム(70〜9
    5%トランス)、低ビニルポリブタジエンゴム(10〜
    30%ビニル)、中ビニルポリブタジエンゴム(30〜
    50%ビニル)、高ビニルポリブタジエンゴム(50〜
    90%ビニル)、乳化重合製造スチレン/ブタジエン/
    アクリロニトリルターポリマーゴム、およびブタジエン
    /アクリロニトリルコポリマーゴムの少なくとも1種か
    ら選択される、請求項9に記載のゴム組成物。
  16. 【請求項16】 シリカが、約50〜約300m2/g
    のBET表面積および約150〜約300cc/100
    gのジブチルフタレート(DBP)吸収値を有すること
    を特徴とする沈降シリカである、請求項9に記載のゴム
    組成物。
  17. 【請求項17】 (A)少なくとも1種の、ジエンに基
    づくエラストマー100重量部、(B)約60〜約90
    phrの沈降シリカおよび約3〜約7phrのカーボン
    ブラックを含む、シリカおよび任意にカーボンブラック
    を含む粒状強化充填材約60〜約90phr、ここで、
    シリカ対カーボンブラックの重量比は少なくとも約6/
    1である、(C)シリカと反応性の部分およびエラスト
    マーと相互作用性の別の部分を有する少なくとも1種の
    シリカカップリング剤、(D)シリカ反応性トリアルキ
    ルシリル官能基含有シリル化剤約0.5〜約10ph
    r、ここで、シリル化剤対シリカカップリング剤のシラ
    ン官能価に基づくモル比は約0.1/1〜4/1であ
    る、を含んでなるゴム組成物であって、シリル化剤が
    式: R123Si−X (式中、Xは、 (1) 塩素、臭素およびヨウ素の1つから選択される
    ハロゲン基、 (2) −NH−C=OR1、 (3) −NR4−A、 (4) −NH−C=ONH−A、および (5) −N(R42 よりなる群から選択される基であり、 R1、R2およびR3は、1〜3個の炭素原子を有する第
    1、第2および第3アルキル基並びにアルカリール基よ
    りなる群から独立して選択され、R4は水素であり、そ
    してAは−SiR123である)を有する、前記のゴ
    ム組成物。
  18. 【請求項18】 シリル化剤のR1、R2およびR3につ
    いて、第1アルキル基の代表例が、メチル、エチル、プ
    ロピル、オクチル、n−オクタデシル、およびn−ヘキ
    サデシル基の少なくとも1つから選択されるものであ
    り;第2アルキル基の代表例が、イソプロピルおよび第
    2ブチル基の少なくとも1つから選択されるものであ
    り;そして第3アルキル基の代表例が、第3ブチルおよ
    びジメチルブチル基の少なくとも1つから選択されるも
    のである、請求項17に記載のゴム組成物。
  19. 【請求項19】 シリル化剤が、トリメチルシリルジエ
    チルアミン、N,N′−ビス(トリメチルシリル)尿
    素、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン
    およびモノトリメチルシリルアセトアミドの少なく1つ
    から選択される、請求項17に記載のゴム組成物。
  20. 【請求項20】 シリカカップリング剤が、ポリスルフ
    ィド橋内に約2〜約8個の硫黄原子を含有するビス(ト
    リアルコキシシリルオルガノ)ポリスルフィドである、
    請求項17に記載のゴム組成物。
  21. 【請求項21】 シリカカップリング剤がビス(トリア
    ルコキシシリルアルキル)ポリスルフィドである、請求
    項18に記載のゴム組成物。
  22. 【請求項22】 シリカカップリング剤がビス(3−ト
    リエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドである、
    請求項19に記載のゴム組成物。
  23. 【請求項23】 請求項1に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  24. 【請求項24】 請求項2に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  25. 【請求項25】 請求項3に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  26. 【請求項26】 請求項4に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  27. 【請求項27】 請求項5に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  28. 【請求項28】 請求項6に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  29. 【請求項29】 請求項7に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  30. 【請求項30】 請求項8に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  31. 【請求項31】 請求項9に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  32. 【請求項32】 請求項10に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  33. 【請求項33】 請求項11に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  34. 【請求項34】 請求項12に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  35. 【請求項35】 請求項13に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  36. 【請求項36】 請求項14に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  37. 【請求項37】 請求項15に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  38. 【請求項38】 請求項16に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  39. 【請求項39】 請求項17に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  40. 【請求項40】 請求項18に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  41. 【請求項41】 請求項19に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  42. 【請求項42】 請求項20に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  43. 【請求項43】 請求項21に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
  44. 【請求項44】 請求項22に記載のゴム組成物のトレッ
    ドを有するタイヤ。
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