JP4434582B2

JP4434582B2 - キノンジイミンを含むシリカ充填されたゴム

Info

Publication number: JP4434582B2
Application number: JP2002552066A
Authority: JP
Inventors: ラビンドラ，ナスダッタ，; ニコラース，マリアフンティンク，; アウケ，ゲラルダスタルマ，
Original assignee: フレクシスビー．ブイ．
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2021-11-26
Also published as: CA2432431C; CN1481415A; DE60133489T2; ATE391148T1; JP2004524387A; CN1197904C; ES2304402T3; AU2002231644A1; RU2285020C2; BR0116262A; EP1358263B1; WO2002050180A8; BR0116262B1; DE60133489D1; EP1358263A1; WO2002050180A1; CA2432431A1; MXPA03005574A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリカ充填された、硫黄加硫可能なゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
殆どのゴム組成物は、強化フィラー、例えば、カーボンブラック又は、明色若しくは白色フィラー、例えば、シリカ若しくはシリケートとカーボンブラックとの組み合わせを含む。シリカ又はシリケートの比較的多くの量を含むゴム組成物は当業者に周知であり、かつそのような組成物から作られたゴムトレッドを持つ空気タイヤは通常、いわゆる「グリーンタイヤ」と言われる。これらのゴム組成物は典型的には、カーボンブラックを含まないか、又は少量のカーボンブラック、典型的には5〜20phrのみを含む。
【０００３】
ゴム、とりわけ、グリーンタイヤゴム組成物中でのシリカの分散は、フィラーとゴムとの間の乏しい相互作用及びフィラーとフィラーの強い相互作用の故に問題があること、並びに動力及び時間浪費はもちろん混合が困難であることが当業者に周知である。ゴム中でのシリカの乏しい分散は、加硫物の物理的及び動的性質を低下させること、とりわけ、増加されたヒステリシス及び増加された熱蓄積をもたらす。該分散を改善するために、シリカカップリング剤、例えば、Degussaにより販売されているシランカップリング剤であるビス-(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(Si-69)を使用することが慣用的である。シリカ及びシリカカップリング剤は典型的には、旅客自動車のタイヤトレッドに使用される。シリカ/シランカップリング剤の系は、タイヤトレッドの磨耗を改善し(即ち、耐磨耗性を改善し)、かつゴム加硫物の動的性質を改善する。とりわけ、それはヒステリシスを低減し、そしてこれは、ウェットグリップについて負の効果を伴うことなしに、燃料の節約をもたらすところのより良好な耐ローリング性に変換され得る。
【０００４】
しかし、そのような公知のシリカカップリング剤が使用されるとき、該分散は未だ標準の混合状態下において最適ではない。更に、シランカップリング剤を使用する結果として、揮発性アルコールが形成される。そしてそれは、ゴム組成物から漏れ出しそして環境問題を与える。加えて、慣用量のシリカカップリング剤の使用がゴム加硫物のコストに加わる故に、該剤の量の低減が所望される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題を解決することを提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、不飽和ゴム、20〜100phrのシリカ、1.6〜8phrのシリカカップリング剤、0.05〜5phrの劣化防止剤、0.1〜5phrの加硫促進剤、0.1〜10phrの硫黄、及び0.5〜5phrのキノンジイミンを含むところの、シリカ充填された、硫黄加硫可能なゴム組成物が提供される。但し、上記の劣化防止剤はキノンジイミンではない。
【０００７】
本発明の文脈において、術語「シリカ」はシリカ及びシリケートを含む。
【０００８】
本出願において、術語「phr」は、ゴムの100重量部当りの重量部数を意味する。ゴムブレンドの場合において、それは合計ゴムの100重量部に基づいている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
キノンジイミンはゴム産業において公知の化合物である。国際特許出願公開第99/20687号は、加硫に先立って、キノンジイミン劣化防止剤及びカーボンブラックの存在下においてエラストマー物質を高温混合することに関する。加硫に先立って、キノンジイミンをエラストマーと混合することにより、高められたハンドリング及び加工の質が加硫ゴムに実現されることが開示されている。
【００１０】
現在まで、キノンジイミンは、劣化防止剤として使用することのみが報告されている。シリカ充填されたゴム、とりわけ、グリーンタイヤゴム中でのそれらの使用は、ゴム技術の分野において開示されておらず又は示唆されてもいない。
【００１１】
任意のキノンジイミンが、本発明のシリカ充填された、硫黄加硫可能なゴム組成物に使用され得る。キノンジイミンはゴム技術の分野において公知の化合物である。好ましくは、p-キノンジイミンが本発明に従って使用される。
【００１２】
好ましくは、本発明に従って使用されるべきキノンジイミンは、N-イソプロピル-N’-フェニル-p-キノンジイミン、N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-キノンジイミン、N,N’-ビス-(1,4-ジメチルペンチル)-p-キノンジイミン、N,N’-ビス-(1-エチル-3-メチルペンチル)-p-キノンジイミン、N,N’-ジフェニル-p-キノンジイミン、N,N’-ジトリル-p-キノンジイミン、及びN,N’-ジ-β-ナフチル-p-キノンジイミンより成る群から選ばれる。
【００１３】
本発明のゴム組成物において、好ましくは0.5〜3.5phr、より好ましくは0.5〜2phr、最も好ましくは0.5〜1.5phrの量のキノンジイミンが使用される。
【００１４】
本発明に従って使用されるところのゴムは不飽和ゴムである。好ましくは、該ゴムは、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、及びこれらの混合物、例えば、SBRとBRとのブレンドより成る群から選ばれる。グリーンタイヤにおいて、典型的には、溶液重合により誘導されたSBRが使用される。
【００１５】
本発明に従って使用されるところのシリカ強化フィラーは当業者に周知である。読者は、W.Hofmann著, Rubber Technology Handbook, Hanser出版社,ミュンヘン1989年、とりわけ、第277〜294頁を参照されたい。好ましくは、本発明の組成物において、高表面積シリカ若しくはシリケート、又はこれらの混合物が使用される。本発明に従うシリカ充填された、硫黄加硫可能なゴム組成物は、好ましくは40〜100phr、より好ましくは50〜90phr、最も好ましくは60〜90phrのシリカを含む。
【００１６】
任意のシリカカップリング剤が本発明に従って使用され得る。好ましくはシランカップリング剤が使用される。
【００１７】
シリカカップリング剤は、慣用の量、即ち、1.6〜8phr、好ましくは1.6〜6phr、より好ましくは3.2〜6phr、最も好ましくは3.2〜5phrで使用される。通常、高表面積シリカ及びシリケートは、低表面積フィラーより多いシリカカップリング剤を必要とする。典型的には、180m²/gのBETの表面積を有するシリカのために、シリカの重量に基づいて8重量%(即ち、6.4phr)のSi-69が使用される。
【００１８】
本発明の組成物において、硫黄、硫黄供与体又はそれらの混合物が使用される。ゴムとコンパウンド化されるべき硫黄の量は、通常0.1〜10phr、好ましくは0.1〜5phr、より好ましくは0.5〜3phrである。硫黄供与体が使用されるなら、その量は、硫黄の量に関して計算されなければならない。
【００１９】
本発明に従って使用され得るところの硫黄供与体の典型的な例は、ジチオジモルホリン、カプロラクタムジスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、及びジペンタメチレンチウラムテトラスルフィドを含む。読者は、W.Hofmann著, Rubber Technology Handbook, Hanser出版社、ミュンヘン1989年、とりわけ、第231〜233頁を参照されたい。
【００２０】
本発明の組成物において、単一の加硫促進剤又は促進剤混合物のいずれかが使用され得る。本発明に従って使用され得るところの加硫促進剤のために、読者は、W.Hofmann著, Rubber Technology Handbook, Hanser出版社、ミュンヘン1989年を参照されたい。
【００２１】
典型的な加硫促進剤は、チアゾール及びベンゾチアゾールに基づいた促進剤、例えば、2-メルカプトベンゾチアゾール及びビス(2-ベンゾチアゾリル)ジスルフィド、ベンゾチアゾール-2-スルフェンアミドに基づいた促進剤、例えば、N-シクロヘキシル-ベンゾチアゾール-2-スルフェンアミド、N-ターシャリー-ブチル‐ベンゾチアゾール-2-スルフェンアミド(TBBS)、N,N-ジシクロヘキシル‐ベンゾチアゾール-2-スルフェンアミド、及び2-(モルホリノチオ)ベンゾチアゾール、チオリン酸誘導体、チウラム、ジチオカルバメート、ジフェニルグアニジン(DPG)、ジオルトトリルグアニジン、ジチオカルバミルスルフェンアミド、キサンテート、及び一つ以上のこれらの促進剤の混合物を含む。好ましくは、加硫促進剤はベンゾチアゾール-2‐スルフェンアミドを含む。ベンゾチアゾール-2‐スルフェンアミドとジフェニルグアニジンとの組み合わせがとりわけ好ましい。
【００２２】
本発明の組成物において、加硫剤促進剤は通常、0.1〜5phr、好ましくは0.3〜3phr、最も好ましくは0.5〜2.5phrの量で使用される。
【００２３】
本発明に従うゴム組成物中に劣化防止剤が含まれる。劣化防止剤はキノンジイミンではない。適切な劣化防止剤の例は、W.Hofmann著, Rubber Technology Handbook, Hanser出版社、ミュンヘン1989年、第268〜277頁に見出され得る。
【００２４】
0.05〜5phr、好ましくは0.5〜5phr、より好ましくは1〜3phr、より一層好ましくは1〜2phrの量の劣化防止剤が、本発明の組成物に使用される。
【００２５】
好ましくは劣化防止剤はp-フェニレンジアミンである。好ましくは、p-フェニレンジアミンは、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(6PPD)、N, N’-ビス-(1,4-ジメチル-ペンチル) - p-フェニレンジアミン、N,N’-ビス-(1-エチル-3-メチルペンチル)-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジトリル-p-フェニレンジアミン、及びN,N’-ジ-β-ナフチル-p-フェニレンジアミンより成る群から選ばれる。
【００２６】
慣用のゴム添加剤がまた、本発明に従うシリカ充填された、硫黄加硫可能なゴム組成物に含まれ得る。例は、プロセスオイル、例えば、芳香族オイル、粘着性付与剤、ワックス、(フェノール系)酸化防止剤、耐オゾン剤、ピグメント、例えば、二酸化チタン、樹脂、可塑材、ファクチス、加硫活性化剤、例えば、ステアリン酸及び酸化亜鉛、並びにフィラー、例えば、カーボンブラックを含む。これらの慣用のゴム添加剤は、ゴムコンパウンディング分野の当業者に公知の量で加えられ得る。読者はまた、下記の実施例を参照されたい。上記のように、カーボンブラックは、典型的には5〜20phrの量で本発明の組成物に含まれ得る。
【００２７】
更に、加硫禁止剤、即ち、スコーチ遅延剤、例えば、シクロヘキシルチオフタルイミド、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、ベンゼンヘキサカルボン酸三無水物、4-メチルフタル酸無水物、無水トリメリット酸、4-クロロフタル酸無水物、サリチル酸、安息香酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、及びN-ニトロソジフェニルアミンが、慣用の公知の量で含まれ得る。これらの典型的なゴム添加剤及び加硫禁止剤についての更なる詳細のために、W.Hofmann著, Rubber Technology Handbook, Hanser出版社、ミュンヘン1989年を参照されたい。
【００２８】
最後に、特定の適用のためのゴム組成物において、スチールコード接着促進剤、例えば、コバルト塩及びジチオサルフェートを慣用の公知の量で含むことがまた所望され得る。
【００２９】
本発明に従う好ましいシリカ充填された、硫黄加硫可能なゴム組成物は、スチレン‐ブタジエンゴム(SBR)、好ましくは溶液SBR、40〜100phrのシリカ、1.6〜6phrのシリカカップリング剤、より好ましくはシランカップリング剤、0.5〜5phrの劣化防止剤、0.3〜3phrの加硫促進剤(ここで、加硫促進剤はより好ましくはベンゾチアゾール-2-スルフェンアミドを含み、最も好ましくはベンゾチアゾール-2-スルフェンアミドとジフェニルグアニジンとの組み合わせを含む)、0.1〜5phrの硫黄及び/又は硫黄供与体、及び0.5〜3.5phrのキノンジイミンを含む。
【００３０】
本発明のシリカ充填された、硫黄加硫可能なゴム組成物は、慣用の方法で混合されかつ加硫される。即ち、混合及び加硫は、当業者に周知の手段及び装置を使用して実行される。適切な混合及び加硫手順は、W.Hofmann著, Rubber Technology Handbook, Hanser出版社、ミュンヘン1989年に開示されている。
【００３１】
加硫プロセスは典型的には、110〜200℃、好ましくは120〜190℃、より好ましくは140〜180℃の温度で、12時間以下、好ましくは6時間以下、より好ましくは3時間以下、最も好ましくは1時間以下の期間実行される。
【００３２】
本発明はまた、慣用の方法において、本発明に従うゴム組成物を加硫することにより得られるゴム加硫物を含むところの工業製品、例えば、旅客自動車及びトラック用の空気タイヤ、並びに産業用ゴム製品に関する。
【００３３】
本発明は下記の実施例により説明される。
【００３４】
【実施例】
表1にタイヤトレッドのために典型的なゴム組成物が示されている。比較例A、B及びCはキノンジイミンなしの対照である。実施例1及び2はN-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-キノンジイミンを伴う。
【００３５】
表1のゴム組成物は、下記の慣用の混合手順に従って混合された。
1.第1混合(出発温度30℃、90℃に冷却):
t=0 SBR+BR
t=1 1/2シリカ(KS408gr)+Si-69
t=2 1/2シリカ+オイル+残り
t=3 スウィープ(sweep)
t=4 ダンプ(dump)
2.第2混合: t=0、段階1から混合し、バンバリーミキサーの温度が125℃に達するまで144rpmで開始し、72rpmに減じ、そしてラムを持ち上げることにより5分間、130〜135℃の間に時計において温度を維持する。ニードル温度は150〜157℃の間に維持されなければならない。
3.粉砕機混合:ASTM手順に従う約50〜70℃での2軸粉砕機での最終混合
【００３６】
ゴム組成物が、下記の表に示されたような時間、170℃で圧縮成形により加硫された。24時間、加硫されたゴムシートを冷却した後、テストピースが切り出され、そしてそれらの性質が測定された。
【００３７】
レオロジー性が、Monsanto Rheometer MDR2000E、arc0.5°、170℃/60分間において測定された。スコーチ時間(t_s2)は、最小トルク(M_L)の上2dNMのトルクに上昇するための時間である。最適加硫時間(t₉₀)は、最大トルク(M_H)の90%における時間である。T_endはレオメーターでの時間であり、かつ1時間に設定される。デルタトルク(デルタS)は、最小トルクと最大トルクとの間の相違である。最適加硫時間とスコーチ時間との間の相違は硬化速度の基準である。
【００３８】
熱蓄積(HBU)測定、即ち、ニードル温度の測定は、ASTM D623/Aに従って実行された(荷重:10.8kg;ストローク:4.45mm;継続時間:30分間;出発温度:100℃)。
【００３９】
Payne効果、即ち、歪領域0.7%〜25%における貯蔵モジュラスの減少が、100℃及び20cpmにおいてRPA2000において測定された。
【００４０】
動機械的(即ち、粘弾性的)性質は、Metravib R.D.S.粘度分析計(変形タイプ:引張‐圧縮;温度:60℃;周波数:15Hz;動的歪:0.01%〜10%歪の歪スウィープ、即ち、対数目盛で9区間)を使用して測定された。ヒステリシス(即ち、タンジェントデルタ)は、変形の1サイクル当りに失われるエネルギーのパーセンテージである。
【００４１】
フィラーとゴムとの間の相互作用は技術上、Payne効果の形態及び相互作用パラメーターσ/ηの形態で表現される。RPA2000測定(粘弾性データ)から、Payne効果、即ち、(MPaでの)ηが計算される(即ち、0.7%歪及び25%歪での貯蔵モジュラスの相違)。ηのための数が低くなればなるほど、シリカ分散はどんどん良好になる。相互作用パラメーターは、Payne効果及び式σ/η×100に従ってモジュラス300とモジュラス100(即ち、σ)との相違から計算される。該数が高くなればなるほど、シリカ対ゴムのカップリングがますます良好になる。
【００４２】
架橋密度及び架橋のタイプは、当業者に公知の方法に従って測定された。
【００４３】
【表１】
表1:ゴム組成物

【００４４】
【表２】
表2:170℃における硬化特性

【００４５】
表1及び2におけるデータは、シリカカップリング剤(即ち、Si-69)の量が減少するとき、スコーチ時間(即ち、t_s2)‐即ち、スコーチ安全がその上減少することを示している(比較例A対比較例B)。キノンジイミンの組み込みはスコーチ安全を改善し、かつより短い硬化時間(即ち、t₉₀)及びより高い硬化速度(即ち、t₉₀-t_s2)をもたらした(比較例B対実施例1)。該データは更に、キノンジイミンの組み込みがシランカップリング剤の量の更なる減少を可能にすることを示している。
【００４６】
【表３】
表3:ゴム加硫物の性質

【００４７】
表3におけるデータは、シランカップリング剤の量を減じることの効果、例えば、減少された引張モジュラス、増加された熱蓄積、及び増加された磨耗損失が、キノンジイミンの使用により補われることを示している。
【００４８】
【表４】
表4:ゴム加硫物の粘弾性的性質

【００４９】
表4のデータは、キノンジイミンの使用が、ゴム組成物中のシランカップリング剤の量が減じられるときに見られるヒステリシス損失(即ち、タンジェントデルタ)の補償をもたらすことを示している。
【００５０】
ゴム組成物中にキノンジイミンを含めることで復元される引張モジュラス及びヒステリシスは、ゴムに対するシリカの化学カップリングのしるしである。
【００５１】
【表５】
表5:Payne効果及び相互作用パラメーター

【００５２】
表5のデータは、キノンジイミンの存在下に硬化されたゴム加硫物が、その不存在下に硬化されたゴムより改善されたPayne効果及び相互作用パラメーター、そして従って、より良好なシリカ対ゴムの相互作用を有することを示している。
【００５３】
【表６】
表6:架橋密度及び架橋タイプ¹

¹カッコ内の値は、3日間、100℃で空気老化した後の値である。
【００５４】
表6のデータは、キノンジイミンの使用が、シランカップリング剤の減じられた量でポリスルフィド架橋(即ち、Poly-S)の改善された保持及びより短い硬化時間をもたらすことを示している。結果として、改善された老化性が見られた。

Claims

不飽和ゴム、20〜100phrのシリカ、ならびに1.6〜8phrのシリカカップリング剤と、0.05〜5phrの劣化防止剤と、0.1〜5phrの加硫促進剤と、0.1〜10phrの硫黄と、0.5〜5phrのキノンジイミンとの混合物を含むところの、シリカ充填された、硫黄加硫可能なゴム組成物(但し、上記の劣化防止剤はキノンジイミンではない)。
0.5〜3.5phrのキノンジイミンを含むことを特徴とする請求項1記載の組成物。
キノンジイミンが、N-イソプロピル-N’-フェニル-p-キノンジイミン、N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-キノンジイミン、N,N’-ビス-(1,4-ジメチルペンチル)-p-キノンジイミン、N,N’-ビス-(1-エチル-3-メチルペンチル)-p-キノンジイミン、N,N’-ジフェニル-p-キノンジイミン、N,N’-ジトリル-p-キノンジイミン、及びN,N’-ジ-β-ナフチル-p-キノンジイミンより成る群から選ばれることを特徴とする請求項1又は2記載の組成物。
劣化防止剤がp-フェニレンジアミンであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の組成物。
p-フェニレンジアミンが、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(6PPD)、N,N’-ビス-(1,4-ジメチル-ペンチル)-p-フェニレンジアミン、N,N’-ビス-(1-エチル-3-メチルペンチル)-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジトリル-p-フェニレンジアミン、及びN,N’-ジ-β-ナフチル-p-フェニレンジアミンより成る群から選ばれることを特徴とする請求項4記載の組成物。
ゴムが、スチレン-ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、及びこれらの混合物より成る群から選ばれることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の組成物。
上記混合物が1.6〜6phrのシリカカップリング剤を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の組成物。
シリカカップリング剤がシランカップリング剤であることを特徴とする請求項7記載の組成物。
40〜100phrのシリカを含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の組成物。
12時間以下の期間、110〜200℃の温度で、請求項1〜9のいずれか一つに記載のゴム組成物を混合しかつ加熱することを含むところの加硫法。
請求項10記載の方法により得られるゴム加硫物を含むところの空気タイヤ。