JP6862016B2 - アルミノシリケート粒子を含むゴム補強材およびこれを含むタイヤ用ゴム組成物 - Google Patents
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Description
関連出願との相互参照
本出願は、２０１８年２月２１日付の韓国特許出願第１０−２０１８−００２０６５１号および２０１９年１月２９日付の韓国特許出願第１０−２０１９−００１１３１６号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、２０１８年２月２１日付の韓国特許出願第１０−２０１８−００２０６５１号および２０１９年１月２９日付の韓国特許出願第１０−２０１９−００１１３１６号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、アルミノシリケート粒子を含むゴム補強材およびこれを含むタイヤ用ゴム組成物に関する。
地球温暖化と環境問題への懸念が広がるにつれ、エネルギー効率を高めて炭素排出量を縮減させる環境配慮の概念が多方面で強調されている。このような環境配慮の概念は、タイヤ産業分野で高効率の環境に優しいタイヤの開発と廃タイヤのリサイクル方法づくりなどで具体化されている。
環境に優しいタイヤ（あるいはグリーンタイヤ）は、ゴムの転がり抵抗（ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を低くして高効率と高燃費特性を付与して、結果的に炭素排出量の縮減を可能にするタイヤをいう。このような環境に優しいタイヤを製造するために改質されたゴム材料およびゴム補強用白色添加剤（例えば、沈降シリカ（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｓｉｌｉｃａ））などが主に使用されている。
一般に、シリカ素材は、ゴム組成物内で分散性が低く、耐摩耗性が失われるなどの問題がある。これを補完するために、特定条件の高分散性沈降シリカをシランカップリング剤（ｓｉｌａｎｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ）と共に活用して良好な耐摩耗性を有する環境に優しいタイヤ用素材を作製できることが知られている。
一方、高分散性沈降シリカのように、互いに相反する特性（転がり抵抗力と耐摩耗性などの機械的強度）を良好に有し得る添加剤に対する関心も高い。ゴム補強用白色添加剤としてアルミナ、粘土、カオリンなどを適用する場合にも、転がり抵抗を低くして環境に優しいタイヤ用素材に活用できることが知られている。しかし、このようなゴム補強用白色添加剤は、強い凝集体の形成などで分散性が減少し、これに伴う機械的強度の低下などの問題点が現れる。
Ｋａｙ Ｓａａｌｗａｃｈｔｅｒ、Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ ａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ａｄｖａｎｃｅｄ ｌｏｗ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｎｕｃｌｅａｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄｓ、Ｒｕｂｂｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．８５、Ｎｏ．３、ｐｐ．３５０−３８６（２０１２）。
本発明は、タイヤに対する優れた補強効果と加工性を付与できるゴム補強材を提供する。
そして、本発明は、前記ゴム補強材を含むタイヤ用ゴム組成物を提供する。
そして、本発明は、前記ゴム補強材を含むタイヤ用ゴム組成物を提供する。
本発明によれば、
下記の化学式１の組成を有する非晶質のアルミノシリケート粒子を含むゴム補強材であって；
前記アルミノシリケート粒子は、
Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって得られたデータグラフにおいて、２θの２３°〜３７°範囲における最大ピークの半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）が５°〜７°であり、２３°以上２６°未満の２θ範囲で最大ピーク強度（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ、Ｉｍａｘ）を有する、ゴム補強材が提供される：
（化学式１）
［（ＭａＡｌｘＯ２ｘ）・（ＳｉｙＯ２ｙ）］・ｍ（Ｈ２Ｏ）
前記化学式１において、
前記Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｆｒ、Ｃａ、Ｚｎ、およびＭｇからなる群より選択された元素またはこれらのイオンであり、
ａ≧０、ｘ＞０、ｙ＞０、およびｍ≧０であり、
ａ／ｘ＜１．２であり、
３．０＜ｙ／ｘ＜２０．０である。
下記の化学式１の組成を有する非晶質のアルミノシリケート粒子を含むゴム補強材であって；
前記アルミノシリケート粒子は、
Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって得られたデータグラフにおいて、２θの２３°〜３７°範囲における最大ピークの半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）が５°〜７°であり、２３°以上２６°未満の２θ範囲で最大ピーク強度（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ、Ｉｍａｘ）を有する、ゴム補強材が提供される：
（化学式１）
［（ＭａＡｌｘＯ２ｘ）・（ＳｉｙＯ２ｙ）］・ｍ（Ｈ２Ｏ）
前記化学式１において、
前記Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｆｒ、Ｃａ、Ｚｎ、およびＭｇからなる群より選択された元素またはこれらのイオンであり、
ａ≧０、ｘ＞０、ｙ＞０、およびｍ≧０であり、
ａ／ｘ＜１．２であり、
３．０＜ｙ／ｘ＜２０．０である。
そして、本発明によれば、前記ゴム補強材を含むタイヤ用ゴム組成物が提供される。
以下、発明の実施形態によるゴム補強材およびこれを含むタイヤ用ゴム組成物について説明する。
以下、発明の実施形態によるゴム補強材およびこれを含むタイヤ用ゴム組成物について説明する。
本明細書に明示的な言及がない限り、専門用語は、単に特定の実施形態を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。
本明細書で使用される単数形態は、文章がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。
本明細書で使用される単数形態は、文章がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。
本明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素または成分の付加を除外させるわけではない。
Ｉ．ゴム補強材
発明の一実施形態によれば、
下記の化学式１の組成を有する非晶質のアルミノシリケート粒子を含むゴム補強材であって；
前記アルミノシリケート粒子は、
Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって得られたデータグラフにおいて、２θの２３°〜３７°範囲における最大ピークの半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）が５°〜７°であり、２３°以上２６°未満の２θ範囲で最大ピーク強度（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ、Ｉｍａｘ）を有する、ゴム補強材が提供される：
（化学式１）
［（ＭａＡｌｘＯ２ｘ）・（ＳｉｙＯ２ｙ）］・ｍ（Ｈ２Ｏ）
前記化学式１において、
前記Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｆｒ、Ｃａ、Ｚｎ、およびＭｇからなる群より選択された元素またはこれらのイオンであり、
ａ≧０、ｘ＞０、ｙ＞０、およびｍ≧０であり、
ａ／ｘ＜１．２であり、
３．０＜ｙ／ｘ＜２０．０である。
発明の一実施形態によれば、
下記の化学式１の組成を有する非晶質のアルミノシリケート粒子を含むゴム補強材であって；
前記アルミノシリケート粒子は、
Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって得られたデータグラフにおいて、２θの２３°〜３７°範囲における最大ピークの半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）が５°〜７°であり、２３°以上２６°未満の２θ範囲で最大ピーク強度（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ、Ｉｍａｘ）を有する、ゴム補強材が提供される：
（化学式１）
［（ＭａＡｌｘＯ２ｘ）・（ＳｉｙＯ２ｙ）］・ｍ（Ｈ２Ｏ）
前記化学式１において、
前記Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｆｒ、Ｃａ、Ｚｎ、およびＭｇからなる群より選択された元素またはこれらのイオンであり、
ａ≧０、ｘ＞０、ｙ＞０、およびｍ≧０であり、
ａ／ｘ＜１．２であり、
３．０＜ｙ／ｘ＜２０．０である。
本発明者らの継続した研究結果、上述した特性を満たすアルミノシリケート粒子は、ゴム組成物内での優れた分散性による向上した補強効果を示すことができながらもゴム組成物の加工性を阻害せず、タイヤ用ゴム組成物に付与されるゴム補強材として好ましく適用可能である。
そして、前記アルミノシリケート粒子は、粒子内部の微細気孔の形成が抑制されることによって、上述した物性を満たさない補強材に比べて優れた機械的物性（例えば、優れた耐久性、耐摩耗性、圧縮強度など）を示すことができる。
既存のアルミノシリケートは、分散性向上のためのカップリング剤を活用しても、ゴム組成物内の分散時、粒子間凝集が強く起きて分散が容易でなかった。しかし、上述した特性を満たすアルミノシリケート粒子は、シリカと類似する水準の優れた分散性を確保できながらも補強効果の向上と転がり抵抗の低下を可能にする。
本発明によれば、前記ゴム補強材に含まれるアルミノシリケート粒子は、非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）である。
特に、本発明の一実施例による非晶質のアルミノシリケート粒子は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって得られたデータグラフにおいて、２θの２３°〜３７°範囲における最大ピークの半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）が５°〜７°であることを満たして、ゴム補強材として優れた物性を示すことができる。
好ましくは、前記最大ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）は、５．０°以上、あるいは５．５°以上、あるいは６．０°以上である。また、好ましくは、前記最大ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）は、７．０°以下、あるいは６．５°以下である。
より好ましくは、前記最大ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）は、５°〜７°、あるいは５．５°〜７°、あるいは５．５°〜６．５°、あるいは６．０°〜６．５°であってもよい。
前記最大ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）は、前記アルミノシリケート粒子のＸ線回折から得られた２θの２３°〜３７°範囲における最大ピーク強度の１／２位置でのピーク幅を数値化したものである。
前記最大ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）の単位は、２θの単位である度（°）で表すことができ、結晶性の高い化合物であるほど半値幅の数値が小さい。
同時に、本発明の一実施例による非晶質のアルミノシリケート粒子は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって得られたデータグラフにおいて、２３°以上２６°未満の２θ範囲で最大ピーク強度（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ、Ｉｍａｘ）を示すことができて、ゴム補強材としてより向上した物性を示すことができる。
好ましくは、前記最大ピーク強度（Ｉｍａｘ）は、２θの２３．０°以上、あるいは２３．５°以上、あるいは２４．０°以上、あるいは２４．５°以上である。また、好ましくは、前記最大ピーク強度（Ｉｍａｘ）は、２θの２６．０°未満、あるいは２５．９°以下、あるいは２５．８°以下である。
より好ましくは、前記最大ピーク強度（Ｉｍａｘ）は、２θの２３°以上２６°未満、あるいは２３．５°〜２５．９°、あるいは２４．０°〜２５．９°、あるいは２４．５°〜２５．８°であってもよい。
参照として、非晶質シリカ（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃａ）は、２０°〜２５°の２θ範囲でＩｍａｘを示し、非晶質アルミナ（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ａｌｕｍｉｎａ）は、３０°〜４０°の２θ範囲でＩｍａｘを示すことが一般的である。
一方、前記アルミノシリケート粒子は、下記の化学式１の組成を有する：
（化学式１）
［（ＭａＡｌｘＯ２ｘ）・（ＳｉｙＯ２ｙ）］・ｍ（Ｈ２Ｏ）
前記化学式１において、
前記Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｆｒ、Ｃａ、Ｚｎ、およびＭｇからなる群より選択された元素またはこれらのイオンであり、
ａ≧０、ｘ＞０、ｙ＞０、およびｍ≧０であり、
ａ／ｘ＜１．２であり、
３．０＜ｙ／ｘ＜２０．０である。
（化学式１）
［（ＭａＡｌｘＯ２ｘ）・（ＳｉｙＯ２ｙ）］・ｍ（Ｈ２Ｏ）
前記化学式１において、
前記Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｆｒ、Ｃａ、Ｚｎ、およびＭｇからなる群より選択された元素またはこれらのイオンであり、
ａ≧０、ｘ＞０、ｙ＞０、およびｍ≧０であり、
ａ／ｘ＜１．２であり、
３．０＜ｙ／ｘ＜２０．０である。
前記アルミノシリケート粒子は、金属元素（Ｍ）またはこれらのイオンとしてアルカリ金属またはこれらのイオンを含み、特に３．０＜ｙ／ｘ＜２０．０およびａ／ｘ＜１．２の組成を満たす。
具体的には、前記化学式１において、ｙ／ｘは、３．０超過、あるいは３．１以上、あるいは３．２以上、あるいは３．３以上、あるいは３．５以上、あるいは４．０以上であり；２０．０未満、あるいは１５．０以下、あるいは１０．０以下、あるいは５．０以下、あるいは４．５以下、あるいは４．４以下、あるいは４．３以下、あるいは４．２以下であることが、本発明による諸特性の発現に有利であり得る。
好ましくは、前記化学式１において、ｙ／ｘは、３．０超過２０．０未満、あるいは３．１〜１０．０、あるいは３．２〜５．０、あるいは３．３〜４．５、あるいは３．５〜４．２、あるいは４．０〜４．２であってもよい。
また、具体的には、前記化学式１において、ａ／ｘは、１．２未満、あるいは１．０以下、あるいは０．９以下、あるいは０．８以下、あるいは０．７以下であり；０．０１以上、あるいは０．０２以上、あるいは０．０３以上、あるいは０．０４以上、あるいは０．０５以上、あるいは０．１以上、あるいは０．２以上、あるいは０．３以上、あるいは０．５以上であることが、本発明による諸特性の発現に有利であり得る。
好ましくは、前記化学式１において、ａ／ｘは、０．０１〜１．０、あるいは０．０１〜０．９、あるいは０．０５〜０．９、あるいは０．１〜０．８、あるいは０．３〜０．８、あるいは０．５〜０．７であってもよい。
発明の実施形態によれば、前記アルミノシリケート粒子は、窒素吸着／脱着分析による１１０〜２６０ｍ２／ｇのブルナウアー・エメット・テラー比表面積（ＳＢＥＴ）と、９０〜２２０ｍ２／ｇの外部比表面積（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ、ＳＥＸＴ）とを有する。
具体的には、前記ＳＢＥＴは、１１０ｍ２／ｇ以上、あるいは１１５ｍ２／ｇ以上であり；２６０ｍ２／ｇ以下、あるいは２５０ｍ２／ｇ以下、あるいは２４５ｍ２／ｇ以下である。好ましくは、前記ＳＢＥＴは、１１０〜２６０ｍ２／ｇ、あるいは１１５〜２６０ｍ２／ｇ、あるいは１１５〜２５０ｍ２／ｇ、あるいは１１５〜２４５ｍ２／ｇであってもよい。
そして、前記ＳＥＸＴは、９０ｍ２／ｇ以上あるいは９５ｍ２／ｇ以上であり；２２０ｍ２／ｇ以下、あるいは２１０ｍ２／ｇ以下、あるいは２００ｍ２／ｇ以下、あるいは１９５ｍ２／ｇ以下である。好ましくは、前記ＳＥＸＴは、９０〜２２０ｍ２／ｇ、あるいは９０〜２１０ｍ２／ｇ、あるいは９０〜２００ｍ２／ｇ、あるいは９０〜１９５ｍ２／ｇ、あるいは９５〜１９５ｍ２／ｇであってもよい。
付加して、前記アルミノシリケート粒子が有する前記ＳＢＥＴとＳＥＸＴとの比（ＳＥＸＴ／ＳＢＥＴ）は、０．６５〜０．９５であることが、本発明による諸特性の発現により有利であり得る。
具体的には、前記ＳＥＸＴ／ＳＢＥＴは、０．６５以上、あるいは０．７０以上、あるいは０．７５以上であり；０．９５以下、あるいは０．９３以下、あるいは０．９２以下、あるいは０．９１以下である。
好ましくは、前記ＳＥＸＴ／ＳＢＥＴは、０．６５〜０．９５、あるいは０．７０〜０．９３、あるいは０．７５〜０．９２、あるいは０．７５〜０．９１であってもよい。
ゴム補強材に適用される無機素材における微細気孔（ｍｉｃｒｏｐｏｒｅ）の含有量は最小化されることが好ましい。前記微細気孔は欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）として作用して、ゴム補強材としての物性を低下させかねないからである。
本発明の実施形態によれば、前記アルミノシリケート粒子は、前記ＳＢＥＴからｔ−プロット法によって計算された２ｎｍ未満の気孔サイズを有する微細気孔の体積（Ｖｍｉｃｒｏ）が０．０５ｃｍ３／ｇ未満と小さくて、ゴム補強材として優れた機械的物性の発現を可能にする。
具体的には、前記Ｖｍｉｃｒｏは、０．０５ｃｍ３／ｇ未満、あるいは０．０２５ｃｍ３／ｇ以下、あるいは０．０２０ｃｍ３／ｇ以下であり；０．００１ｃｍ３／ｇ以上、あるいは０．００２ｃｍ３／ｇ以上、あるいは０．００３ｃｍ３／ｇ以上、あるいは０．００４ｃｍ３／ｇ以上、あるいは０．００５ｃｍ３／ｇ以上、あるいは０．００６ｃｍ３／ｇ以上である。
好ましくは、前記Ｖｍｉｃｒｏは、０．００１〜０．０２５ｃｍ３／ｇ、あるいは０．００３〜０．０２０ｃｍ３／ｇ、あるいは０．００５〜０．０２０ｃｍ３／ｇ、あるいは０．００６〜０．０２０ｃｍ３／ｇであってもよい。
発明の実施形態によれば、前記アルミノシリケート粒子は、１０〜５０ｎｍの平均一次粒径を有する。
具体的には、前記アルミノシリケート粒子は、１０ｎｍ以上、あるいは１５ｎｍ以上、あるいは２０ｎｍ以上；５０ｎｍ以下、あるいは４５ｎｍ以下、あるいは４０ｎｍ以下、あるいは３５ｎｍ以下の平均一次粒径を有することができる。
一般に、ゴム補強材は、粒径が小さいほど優れた補強効果を示すことができるが、粒径が小さいほどゴム組成物内で粒子間の凝集現象が現れやすくて分散性が低下する。このような凝集現象が激しくなると、ゴム補強材とゴム成分との間の相分離が発生し、結果的にタイヤの加工性が低下し、目標の補強効果も得にくくなりうる。
一方、前記アルミノシリケート粒子の二次粒子（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ）、つまり、凝集体は、粒度分析器（ＰＳＡ）を用いて、蒸留水下で測定された１〜２５μｍの体積平均粒径（Ｄｍｅａｎ）、１〜２０μｍの幾何標準偏差（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）、および１〜５０μｍの９０％累積粒径（Ｄ９０）を示す二次粒子サイズ分布を有することができる。
具体的には、前記アルミノシリケート粒子の二次粒子は、蒸留水下で測定された１μｍ以上、あるいは２．５μｍ以上、あるいは５μｍ以上、あるいは７．５μｍ以上、あるいは１０．０μｍ以上；そして、２５．０μｍ以下、あるいは２２．５μｍ以下、あるいは２０．０μｍ以下、あるいは１９．５μｍ以下の体積平均粒径（Ｄｍｅａｎ）を有することができる。
好ましくは、前記アルミノシリケート粒子の二次粒子は、蒸留水下で測定された１〜２５μｍ、あるいは５〜２２．５μｍ、あるいは７．５〜２０μｍ、あるいは１０〜１９．５μｍの体積平均粒径（Ｄｍｅａｎ）を有する。
そして、前記アルミノシリケート粒子の二次粒子は、蒸留水下で測定された１．０μｍ以上、あるいは２．５μｍ以上、あるいは５．０μｍ以上、あるいは７．０μｍ以上；そして、２０μｍ以下、あるいは１５μｍ以下、あるいは１０μｍ以下の幾何標準偏差（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）を有することができる。
好ましくは、前記アルミノシリケート粒子の二次粒子は、蒸留水下で測定された１〜２０μｍ、あるいは５〜１５μｍ、あるいは７〜１０μｍの幾何標準偏差を有する。
そして、前記アルミノシリケート粒子の二次粒子は、蒸留水下で測定された１μｍ以上、あるいは５μｍ以上、あるいは１０μｍ以上、あるいは１５μｍ以上、あるいは２０μｍ以上、あるいは２５μｍ以上；そして、５０μｍ以下、あるいは４０μｍ以下、あるいは３５μｍ以下の９０％累積粒径（Ｄ９０）を有することができる。
好ましくは、前記アルミノシリケート粒子の二次粒子は、蒸留水下で測定された１〜５０μｍ、あるいは１０〜４０μｍ、あるいは２０〜３５μｍ、あるいは２５〜３５μｍの９０％累積粒径（Ｄ９０）を有する。
一方、上述した諸特性を満たすアルミノシリケート粒子は、以下の段階を含む方法で製造される：
［ｉ］塩基性またはアルカリ溶液（例えば、水酸化ナトリウム溶液）にケイ素源、アルミニウム源、および水を添加し撹拌して、特定の金属原子比を満足するモノマー単位のＡｌ−Ｏ−Ｓｉ構造を形成させる段階；
［ｉｉ］前記アルミノシリケートモノマーを常圧下で低温（例えば、常温〜９０℃）で３〜２４時間硬化させてＡｌ−Ｏ−Ｓｉ重合反応を起こす段階；
［ｉｉｉ］重合されたアルミノシリケート粒子を洗浄および乾燥する段階；および
［ｉｖ］乾燥したアルミノシリケート粒子を破砕して粒度分布を調節する段階。
［ｉ］塩基性またはアルカリ溶液（例えば、水酸化ナトリウム溶液）にケイ素源、アルミニウム源、および水を添加し撹拌して、特定の金属原子比を満足するモノマー単位のＡｌ−Ｏ−Ｓｉ構造を形成させる段階；
［ｉｉ］前記アルミノシリケートモノマーを常圧下で低温（例えば、常温〜９０℃）で３〜２４時間硬化させてＡｌ−Ｏ−Ｓｉ重合反応を起こす段階；
［ｉｉｉ］重合されたアルミノシリケート粒子を洗浄および乾燥する段階；および
［ｉｖ］乾燥したアルミノシリケート粒子を破砕して粒度分布を調節する段階。
前記製法で前記モノマー単位の形成に適用される反応物の種類、反応物のモル比、反応条件などを調節して、上述した諸特性を満たすアルミノシリケート粒子を得ることができる。
好ましくは、上述した諸特性を満たすアルミノシリケート粒子は、（ａ）７０℃超過９５℃以下の温度下、アルカリ性のシリコンソースと酸性のアルミニウムソースとの中和反応によってアルミノシリケート塩を含むｐＨ６〜ｐＨ１０の反応溶液を得る段階；（ｂ）前記アルミノシリケート塩を洗浄してアルミノシリケート粒子を得る段階；および（ｃ）前記アルミノシリケート粒子を乾燥する段階を含む方法で製造される。
特に、前記製造方法において、前記中和反応を７０℃超過９５℃以下の温度下で行うが、前記中和反応によって形成される反応溶液がｐＨ６〜ｐＨ１０の水素イオン濃度を有するようにすることによって、ゴム組成物内で優れた分散性を示しながらもゴム成形工程で向上した作業性と生産性の発現を可能にするアルミノシリケート粒子が提供される。
前記製造方法によって提供されるアルミノシリケート粒子は、タイヤ用ゴム組成物に添加されるゴム補強材として好ましく適用可能である。
前記製造方法において、前記シリコンソースは、水溶性シリコン塩を含むｐＨ７超過のアルカリ性溶液である。
前記水溶性シリコン塩としては、水溶液でｐＨ７超過のアルカリ性を示すことができるシリコン化合物が特別な制限なく使用可能である。好ましくは、前記水溶性シリコン塩は、ケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）およびケイ酸カリウム（Ｋ２ＳｉＯ３）からなる群より選択された１種以上の化合物であってもよい。
前記製造方法において、前記アルミニウムソースは、水溶性アルミニウム塩を含むｐＨ７未満の酸性溶液である。
前記水溶性アルミニウム塩としては、水溶液でｐＨ７未満の酸性を示すことができるアルミニウム化合物が特別な制限なく使用可能である。好ましくは、前記水溶性アルミニウム塩は、アルミニウムクロライド（ＡｌＣｌ３）、硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）、アルミニウムモノアセテート（（ＨＯ）２ＡｌＣＨ３ＣＯ２）、アルミニウムジアセテート（ＨＯＡｌ（ＣＨ３ＣＯ２）２）、アルミニウムトリアセテート（Ａｌ（ＣＨ３ＣＯ２）３）、硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）、および硫酸アルミニウムカリウム（ＡｌＫ（ＳＯ４）２）からなる群より選択された１種以上の化合物であってもよい。より好ましくは、前記水溶性アルミニウム塩として、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムカリウム、またはこれらの混合物を使用することが、アルミノシリケート粒子の回収過程で粒子の凝集を最小化できるという点で有利であり得る。
前記中和反応は、前記アルカリ性のシリコンソースと酸性のアルミニウムソースとを混合する方法で行われ、これにより、固形分としてアルミノシリケート塩を含む反応溶液が得られる。
特に、前記中和反応は、７０℃超過９５℃以下の温度下で行われることが好ましい。
具体的には、前記中和反応は、７０℃超過、あるいは７５℃以上、あるいは８０℃以上；そして、９５℃以下、あるいは９０℃以下、あるいは８５℃以下の温度下で行われる。より好ましくは、前記中和反応は、７５℃〜９０℃の温度下で行われる。
具体的には、前記中和反応は、７０℃超過、あるいは７５℃以上、あるいは８０℃以上；そして、９５℃以下、あるいは９０℃以下、あるいは８５℃以下の温度下で行われる。より好ましくは、前記中和反応は、７５℃〜９０℃の温度下で行われる。
前記中和反応の実行温度が低すぎる場合、シリコンソースおよびアルミニウムソースを含む無機成分が中和反応の途中に凝集して反応が均一に進行しにくい。それにより、前記中和反応後、最終的に得られるアルミノシリケート粒子の粒度制御が困難になり、前記粒子が硬く凝集して巨大な二次粒子を形成し、結果的に目標のゴム補強効果を有する粒子が得られない。そのため、前記中和反応は、７０℃超過の温度下で行われることが好ましい。
ただし、前記中和反応の実行温度が高すぎる場合、溶媒の沸騰現象によって反応効率が低下する恐れがある。そのため、前記中和反応は、９５℃以下の温度下で行われることが好ましい。
前記中和反応でシリコンソースとアルミニウムソースとの混合比率は、各ソースに含まれている塩の種類、各ソースが有するｐＨおよび前記中和反応の生成物である反応溶液が有する好ましいｐＨ範囲を考慮して決定可能である。
特に、発明の実施形態によれば、前記中和反応の生成物である反応溶液は、ｐＨ６以上、あるいはｐＨ６〜ｐＨ１０、あるいはｐＨ６〜ｐＨ８の水素イオン濃度を有することが好ましい。
前記反応溶液の水素イオン濃度がｐＨ６未満の場合、アルミノシリケート粒子の粒度制御が困難になり、前記粒子の大きさが全般的に大きくなって、目標のゴム補強効果が達成されないことがある。
さらに、前記反応溶液のｐＨは、最終的に得られるアルミノシリケート粒子が示すｐＨに影響を及ぼす。そして、前記アルミノシリケート粒子が示すｐＨは、前記粒子をゴム組成物に配合する過程でスコーチタイム（ｓｃｏｒｃｈ ｔｉｍｅ）に影響を及ぼす。
前記スコーチタイムは、ゴム成形過程でゴム組成物の熱硬化が始まるのにかかる時間を意味する。一般に、ゴム組成物の熱硬化が始まった後には、モールドでゴム組成物の流れが止まり、プレスのような成形が困難になるため、作業性と生産性の確保のためには適切なスコーチタイムが要求される。
しかし、前記アルミノシリケート粒子が示すｐＨが低すぎたり、高すぎたりする場合、ゴム成形過程で適切なスコーチタイムの確保を困難にして、別途の熱硬化遅延剤の添加やスコーチ防止のためのさらなる措置が要求されるなど、ゴム成形の作業性と生産性が低下することがある。
例えば、前記アルミノシリケート粒子が示すｐＨが低すぎる場合、ゴム配合時、スコーチタイムが急激に遅くなり、ｐＨが高すぎる場合、スコーチタイムが急激に速くなりうる。
具体的には、前記粒子のｐＨは、ゴム配合過程で共に混合される成分の反応性に大きな影響を及ぼすが、特にアミン系の機能基が反応する速度を促進または緩和する。つまり、前記粒子のｐＨが低い場合、アミングループの反応性を低下させ、前記粒子のｐＨが高い場合、アミングループの反応性を促進する。ゴム配合工程上、反応性が過度に促進される場合、製品の成形に問題が生じ、反応性が過度に低下する場合、生産性が低下することがある。
したがって、前記アルミノシリケート粒子をゴム補強材に適用したゴム成形工程で適切なスコーチタイムが確保できるようにするために、前記中和反応は、アルミノシリケート塩を含む反応溶液がｐＨ６〜ｐＨ１０の水素イオン濃度を有するように行われることが好ましい。
前記洗浄段階では、前記中和反応により得られた反応溶液から固形分のアルミノシリケート塩を回収し、これを蒸留水、脱イオン水のような水に分散させた後、数回洗浄してアルミノシリケート粒子を得る。
そして、洗浄された前記アルミノシリケート粒子を乾燥する段階が行われる。前記乾燥は、２０〜１５０℃の温度下で１〜４８時間行われる。
必要に応じて、得られたアルミノシリケート粒子を粉砕、分級する段階など通常の段階がさらに行われる。
ＩＩ．タイヤ用ゴム組成物
発明の他の実施形態によれば、上述したアルミノシリケート粒子をゴム補強材として含むタイヤ用ゴム組成物が提供される。
上述した方法によって製造されて前記特性を満たすアルミノシリケート粒子は、ゴム組成物内での優れた分散性による向上した補強効果を示すことができながらも向上した作業性と生産性の発現を可能にする。
発明の他の実施形態によれば、上述したアルミノシリケート粒子をゴム補強材として含むタイヤ用ゴム組成物が提供される。
上述した方法によって製造されて前記特性を満たすアルミノシリケート粒子は、ゴム組成物内での優れた分散性による向上した補強効果を示すことができながらも向上した作業性と生産性の発現を可能にする。
そして、前記アルミノシリケート粒子は、粒子内部の微細気孔の形成が抑制されることによって、上述した物性を満足しないゴム補強材に比べて優れた機械的物性（例えば、優れた耐久性、耐摩耗性、圧縮強度など）を示すことができる。
前記タイヤ用ゴム組成物には、通常のジエンエラストマーが特別な制限なく含まれる。
例えば、前記ジエンエラストマーは、天然ゴム、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン／スチレンコポリマー、ブタジエン／イソプレンコポリマー、ブタジエン／アクリロニトリルコポリマー、イソプレン／スチレンコポリマー、およびブタジエン／スチレン／イソプレンコポリマーからなる群より選択された１種以上の化合物であってもよい。
そして、前記タイヤ用ゴム組成物には、前記アルミノシリケート粒子とジエンエラストマーとの間の化学的および／または物理的結合を提供するカップリング剤が含まれる。前記カップリング剤としては、ポリシロキサン系化合物のような通常の成分が特別な制限なく含まれる。
例えば、前記ジエンエラストマーは、天然ゴム、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン／スチレンコポリマー、ブタジエン／イソプレンコポリマー、ブタジエン／アクリロニトリルコポリマー、イソプレン／スチレンコポリマー、およびブタジエン／スチレン／イソプレンコポリマーからなる群より選択された１種以上の化合物であってもよい。
そして、前記タイヤ用ゴム組成物には、前記アルミノシリケート粒子とジエンエラストマーとの間の化学的および／または物理的結合を提供するカップリング剤が含まれる。前記カップリング剤としては、ポリシロキサン系化合物のような通常の成分が特別な制限なく含まれる。
この他にも、前記タイヤ用ゴム組成物には、タイヤ分野で通常使用される可塑剤、顔料、抗酸化剤、オゾン劣化防止剤、加硫促進剤などが添加される。
本発明によるゴム補強材に含まれるアルミノシリケート粒子は、ゴム組成物内での優れた分散性による向上した補強効果を示すことができながらもゴム組成物の加工性を阻害せず、タイヤ用ゴム組成物に付与されるゴム補強材として好ましく適用可能である。
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明をこれらのみに限定するものではない。
実施例１
８０℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
８０℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
前記アルミノシリケート塩を常温の蒸留水に入れて１２時間撹拌し、遠心分離する方法で洗浄した。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
実施例２
８０℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硫酸アルミニウムカリウム（ＡｌＫ（ＳＯ４）２）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
８０℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硫酸アルミニウムカリウム（ＡｌＫ（ＳＯ４）２）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
前記アルミノシリケート塩を常温の蒸留水に入れて１２時間撹拌し、遠心分離する方法で洗浄した。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
実施例３
７５℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
７５℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
前記アルミノシリケート塩を常温の蒸留水に入れて１２時間撹拌し、遠心分離する方法で洗浄した。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
実施例４
８５℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
８５℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
前記アルミノシリケート塩を常温の蒸留水に入れて１２時間撹拌し、遠心分離する方法で洗浄した。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
実施例５
９０℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
９０℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
前記アルミノシリケート塩を常温の蒸留水に入れて１２時間撹拌し、遠心分離する方法で洗浄した。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
比較例１
２３ｇのＫＯＨ（Ｄａｅｊｕｎｇ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ＆ｍｅｔａｌｓ）および２７ｇのコロイドシリカ（ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｓｉｌｉｃａ）（Ｌｕｄｏｘ ＨＳ３０ｗｔ％；Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を６２ｍｌの蒸留水に入れて完全に溶解させた。前記溶液に１５ｇのメタカオリン（ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ）（Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ７、Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて８００ｒｐｍで４０分間ミキシングした。
２３ｇのＫＯＨ（Ｄａｅｊｕｎｇ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ＆ｍｅｔａｌｓ）および２７ｇのコロイドシリカ（ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｓｉｌｉｃａ）（Ｌｕｄｏｘ ＨＳ３０ｗｔ％；Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を６２ｍｌの蒸留水に入れて完全に溶解させた。前記溶液に１５ｇのメタカオリン（ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ）（Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ７、Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて８００ｒｐｍで４０分間ミキシングした。
これを７０℃の温度下で４時間硬化（ｃｕｒｉｎｇ）させた。
硬化によって形成された固体生成物を９０℃の蒸留水に入れて１２時間撹拌し、遠心分離する方法でｐＨ７水準になるまで洗浄した。
硬化によって形成された固体生成物を９０℃の蒸留水に入れて１２時間撹拌し、遠心分離する方法でｐＨ７水準になるまで洗浄した。
洗浄された前記固体生成物を蒸留水に分散させてコロイダル溶液を形成した後、１５００ｒｐｍ下で５分間遠心分離して未反応ソースを沈降させた。これからアルミノシリケート粒子が分散した上層液を得て、沈降した未反応ソースを廃棄した。
前記アルミノシリケート粒子が分散した上層液を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
前記比較例１は、強塩基（ｐＨ１４）の水溶液雰囲気でメタカオリン（ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ）を用いてアルミノシリケートを合成する方法で、実施例に比べて合成工程が複雑なだけでなく、強塩基雰囲気を組成するうえで高い費用が要求される。
比較例２
３０℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
３０℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
前記アルミノシリケート塩を常温の蒸留水に入れて１２時間撹拌し、遠心分離する方法で洗浄した。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
比較例３
７０℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
７０℃下、０．００５Ｍケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）水溶液と０．００５Ｍ硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）水溶液とをｐＨ６．２となるように混合した後、オーバーヘッド撹拌機（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｓｔｉｒｒｅｒ）を用いて５００ｒｐｍで１０分間ミキシングして中和反応を行った。前記中和反応によってアルミノシリケート塩を含む反応溶液（ｐＨ６．２）を得た。
前記アルミノシリケート塩を常温の蒸留水に入れて１２時間撹拌し、遠心分離する方法で洗浄した。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
洗浄されたアルミノシリケート塩を７０℃のオーブンで２４時間乾燥して、最終的にアルミノシリケート粒子を得た。
比較例４
Ｅｖｏｎｉｋ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社で販売中のシリカ粒子（ＵＬＴＲＡＳＩＬ（登録商標） ７０００ＧＲ）を準備した。
Ｅｖｏｎｉｋ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社で販売中のシリカ粒子（ＵＬＴＲＡＳＩＬ（登録商標） ７０００ＧＲ）を準備した。
製造例１
密閉式混合機に１３７ｇのジエンエラストマー混合物（ＳＳＢＲ２５５０、ＬＧ化学）、補強材として、実施例１による７０ｇのアルミノシリケート粒子および１１．２ｇのシランカップリング剤（ポリシロキサン系）を投入した。これを１５０℃下で５分間混合した後、硫黄と加硫促進剤を添加して９０秒間混合した。
密閉式混合機に１３７ｇのジエンエラストマー混合物（ＳＳＢＲ２５５０、ＬＧ化学）、補強材として、実施例１による７０ｇのアルミノシリケート粒子および１１．２ｇのシランカップリング剤（ポリシロキサン系）を投入した。これを１５０℃下で５分間混合した後、硫黄と加硫促進剤を添加して９０秒間混合した。
得られた混合物を厚さ２〜３ｍｍのシート形態に押出し、これを１６０℃で加硫（ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ）してゴム成形物を得た。この時、加硫時間は、前記混合物を１６０℃でＭＤＲ（ｍｏｖｉｎｇ ｄｉｅ ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定したデータを参照して調節された。
製造例２
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに実施例２によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに実施例２によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
製造例３
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに実施例３によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに実施例３によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
製造例４
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに実施例４によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに実施例４によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
製造例５
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに実施例５によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに実施例５によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
製造例６
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに比較例１によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに比較例１によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
製造例７
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに比較例２によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに比較例２によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
製造例８
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに比較例３によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに比較例３によるアルミノシリケート粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
製造例９
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに比較例４によるシリカ粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
補強材として、実施例１のアルミノシリケート粒子の代わりに比較例４によるシリカ粒子を添加したことを除き、製造例１と同様の方法でゴム組成物と成形物を得た。
試験例１
蛍光Ｘ線分析装置（Ｘ−ｒａｙ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）（ＸＲＦ、Ｒｉｇａｋｕ ｚｓｘ ｐｒｉｍｕｓ ＩＩ、ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｔｙｐｅ）を用いて、前記実施例と比較例による粒子の成分組成を確認した。前記ＸＲＦ測定はＲｈターゲット（Ｒｈ ｔａｒｇｅｔ）を活用し、３０ｍｍ直径のホルダーに粒子粉末を装着して測定した。
蛍光Ｘ線分析装置（Ｘ−ｒａｙ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）（ＸＲＦ、Ｒｉｇａｋｕ ｚｓｘ ｐｒｉｍｕｓ ＩＩ、ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｔｙｐｅ）を用いて、前記実施例と比較例による粒子の成分組成を確認した。前記ＸＲＦ測定はＲｈターゲット（Ｒｈ ｔａｒｇｅｔ）を活用し、３０ｍｍ直径のホルダーに粒子粉末を装着して測定した。
前記表１を参照すれば、比較例１のアルミノシリケート粒子は、好ましい範囲を満たさない前記ｙ／ｘ値を有することが確認された。
試験例２
Ｘ線回折分析器（Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ Ｄ４−Ｅｎｄｅａｖｏｒ ＸＲＤ）を用いて、４０ｋＶの印加電圧および４０ｍＡの印加電流下、前記実施例および比較例の粒子に対するＸ線回折分析を実施した。
Ｘ線回折分析器（Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ Ｄ４−Ｅｎｄｅａｖｏｒ ＸＲＤ）を用いて、４０ｋＶの印加電圧および４０ｍＡの印加電流下、前記実施例および比較例の粒子に対するＸ線回折分析を実施した。
測定した２θの範囲は１０°〜９０°であり、０．０５°の間隔でスキャンした。この時、スリット（ｓｌｉｔ）は可変発散スリット（ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ ｓｌｉｔ）６ｍｍを用い、ＰＭＭＡホルダーによるバックグラウンドノイズ（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｎｏｉｓｅ）を無くすために、サイズの大きいＰＭＭＡホルダー（直径＝２０ｍｍ）を用いた。
Ｘ線回折によって得られたデータグラフにおいて、２θの２０°〜３７°範囲における最大ピークである約２９°ピークの半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）を計算した。
試験例３
（１）走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ））を用いて、前記実施例および比較例による粒子の平均一次粒径を測定した。
（１）走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ））を用いて、前記実施例および比較例による粒子の平均一次粒径を測定した。
前記平均一次粒径の測定時、粒径はフェレ径を意味したものであり、多様な方向での粒子の直径を測定して得られた平均値で計算された。具体的には、粒子が１００個以上観察されるＳＥＭイメージを得た後、ランダムな直線を図式後、当該直線の長さおよび直線に含まれている粒子数、倍率により粒子の一次粒径を計算することができ、このような直線を２０個以上にして平均一次粒径を求めた。
（２）比表面積分析器（ＢＥＬ Ｊａｐａｎ Ｉｎｃ．、ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍａｘ）を用いて、前記実施例および比較例による粒子に対する窒素吸着／脱着ブルナウアー・エメット・テラー比表面積（ＳＢＥＴ）および２ｎｍ未満の微細気孔を除いた外部比表面積（ＳＥＸＴ）を測定した。そして、前記ＳＢＥＴからｔ−プロット法によって２ｎｍ未満の気孔サイズを有する微細気孔の体積（Ｖｍｉｃｒｏ）を計算した。
前記特性の測定において、対象粒子を２５０℃下で４時間加熱して前処理し、前記分析器に装着されたエアオーブンの温度は４０℃に維持された。
前記表３を参照すれば、前記実施例では、凝集体の形成なしに２０ｎｍ水準の平均一次粒径と優れた比表面積特性を有するアルミノシリケート粒子が得られることが確認される。
試験例４
１０ｍｌの蒸留水に前記実施例および比較例による０．１ｇの粒子を添加して１重量％の粒子を含む溶液を準備した。前記溶液を１００Ｗパルス超音波処理（ｐｕｌｓｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）装置で９０％の出力（ｐｏｗｅｒ）で５分間超音波処理（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）した。この時、超音波処理（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）によるエネルギーは、ゴム組成物の配合時に組成物に加えられる機械力（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｆｏｒｃｅ）と類似の物理的エネルギーとして作用して、ゴム組成物内に分散して存在する凝集体（ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ）のサイズ分布を間接的に確認することができる。
１０ｍｌの蒸留水に前記実施例および比較例による０．１ｇの粒子を添加して１重量％の粒子を含む溶液を準備した。前記溶液を１００Ｗパルス超音波処理（ｐｕｌｓｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）装置で９０％の出力（ｐｏｗｅｒ）で５分間超音波処理（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）した。この時、超音波処理（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）によるエネルギーは、ゴム組成物の配合時に組成物に加えられる機械力（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｆｏｒｃｅ）と類似の物理的エネルギーとして作用して、ゴム組成物内に分散して存在する凝集体（ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ）のサイズ分布を間接的に確認することができる。
得られた分散液を粒度分析器（ＨＯＲＩＢＡ社、モデル名ＬＡ−９６０、ｌａｓｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｔｙｐｅ）を用いて追加的に２分間超音波処理（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）した後、前記粒子の凝集体（ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ）のサイズ分布、体積平均粒径（Ｄｍｅａｎ、μｍ）、幾何標準偏差（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ；Ｓｔｄ．Ｄｅｖ．、μｍ）、および体積分布の累積粒径（Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０、μｍ）を測定した。
前記表４を参照すれば、前記実施例によるアルミノシリケート粒子の二次粒子は、ゴム補強材として適した範囲の粒子サイズ分布を示すことが確認される。
試験例５
粘弾性測定器（ＤＭＴＳ ５００Ｎ、Ｇａｂｏ、ドイツ）を用いて、動的ひずみ（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｒａｉｎ）３％および静的ひずみ（ｓｔａｔｉｃ ｓｔｒａｉｎ）３％下、製造例によるゴム成形物に対する動的損失係数（ｔａｎδ）を測定した。測定された値は前記製造例９のゴム成形物の値を基準として正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）して併せて示した。
粘弾性測定器（ＤＭＴＳ ５００Ｎ、Ｇａｂｏ、ドイツ）を用いて、動的ひずみ（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｒａｉｎ）３％および静的ひずみ（ｓｔａｔｉｃ ｓｔｒａｉｎ）３％下、製造例によるゴム成形物に対する動的損失係数（ｔａｎδ）を測定した。測定された値は前記製造例９のゴム成形物の値を基準として正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）して併せて示した。
参照として、０℃での動的損失係数（ｔａｎδ＠０℃）はタイヤのウェットグリップ（ｗｅｔ ｇｒｉｐ）特性に関連付けられており、その絶対値が高いほどウェットグリップ（ｗｅｔ ｇｒｉｐ）特性に優れていると評価される。そして、６０℃での動的損失係数（ｔａｎδ＠６０℃）はタイヤの転がり抵抗（ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）特性に関連付けられており、その絶対値が低いほど転がり抵抗（ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）特性に優れていると評価される。
前記表５を参照すれば、製造例１〜５によるゴム成形物は、製造例６および９のゴム成形物に比べて優れた転がり抵抗（ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）特性およびウェットグリップ（ｗｅｔ ｇｒｉｐ）特性を示すことが確認された。
製造例７および製造例８では、ゴム成形物（シート）の成形が不可能なため、これに対する物性を測定することができなかった。
試験例６
前記製造例のゴム成形物に対して、耐摩耗性測定器（ａｂｒａｓｉｏｎ ｔｅｓｔｅｒ、Ｂａｒｅｉｓｓ ＧｍｂＨ）を用いて、ＤＩＮ ＩＳＯ ４６４９の基準によりテスト対象物質と基準物質の質量損失（ｍａｓｓ ｌｏｓｓ）および比重を測定して摩耗抵抗指数（ａｂｒａｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ）を計算し、耐摩耗性を評価した。
前記製造例のゴム成形物に対して、耐摩耗性測定器（ａｂｒａｓｉｏｎ ｔｅｓｔｅｒ、Ｂａｒｅｉｓｓ ＧｍｂＨ）を用いて、ＤＩＮ ＩＳＯ ４６４９の基準によりテスト対象物質と基準物質の質量損失（ｍａｓｓ ｌｏｓｓ）および比重を測定して摩耗抵抗指数（ａｂｒａｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ）を計算し、耐摩耗性を評価した。
前記摩耗抵抗指数は｛［（基準物質のｌｏｓｓ ｗｅｉｇｈｔ）×（基準物質の比重）］／［（テスト対象物質のｌｏｓｓ ｗｅｉｇｈｔ）×（テスト対象物質の比重）］｝×１００で計算された（基準物質：ｎｅｕｔｒａｌ ｒｕｂｂｅｒ）。
前記表６を参照すれば、製造例１〜５によるゴム成形物は、製造例６のゴム成形物に比べて顕著に優れた耐摩耗性を示すことが確認された。
前記表５および表６を参照すれば、製造例６のゴム成形物は、製造例９のゴム成形物に比べて優れた転がり抵抗（ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）特性およびウェットグリップ（ｗｅｔ ｇｒｉｐ）特性を示したが、顕著に低い耐摩耗性を有することが確認された。
前記表５および表６を参照すれば、製造例６のゴム成形物は、製造例９のゴム成形物に比べて優れた転がり抵抗（ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）特性およびウェットグリップ（ｗｅｔ ｇｒｉｐ）特性を示したが、顕著に低い耐摩耗性を有することが確認された。
Claims (6)
- 下記の化学式１の組成を有する非晶質のアルミノシリケート粒子を含むゴム補強材であって；
前記アルミノシリケート粒子は、
Ｘ線回折（ＸＲＤ；線源（ＣｕＫα））によって得られたデータグラフにおいて、２θの２３°〜３７°範囲における最大ピークの半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）が５°〜７°であり、２３°以上２６°未満の２θ範囲で最大ピーク強度（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ、Ｉｍａｘ）を有する、ゴム補強材：
（化学式１）
［（ＭａＡｌｘＯ２ｘ）・（ＳｉｙＯ２ｙ）］・ｍ（Ｈ２Ｏ）
前記化学式１において、
前記Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｆｒ、Ｃａ、Ｚｎ、およびＭｇからなる群より選択された元素またはこれらのイオンであり、
ａ≧０、ｘ＞０、ｙ＞０、およびｍ≧０であり、
ａ／ｘ＜１．２であり、
３．０＜ｙ／ｘ＜２０．０である。 - 前記アルミノシリケート粒子は、
窒素吸着／脱着分析による１１０〜２６０ｍ２／ｇのブルナウアー・エメット・テラー比表面積（ＳＢＥＴ）および９０〜２２０ｍ２／ｇの外部比表面積（ＳＥＸＴ）を有し、前記外部比表面積（Ｓ ＥＸＴ ）が２ｎｍ未満の微細気孔を除いたものであり、
前記ＳＢＥＴからｔ−プロット法によって計算された２ｎｍ未満の気孔サイズを有する微細気孔の体積（Ｖｍｉｃｒｏ）が０．０５ｃｍ３／ｇ未満である、請求項１に記載のゴム補強材。 - 前記アルミノシリケート粒子は、蒸留水下で測定された１〜２５μｍの体積平均粒径（Ｄｍｅａｎ）、１〜２０μｍの幾何標準偏差（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）、および１〜５０μｍの９０％累積粒径（Ｄ９０）を示す二次粒子サイズ分布を有する、請求項１または２に記載のゴム補強材。
- 請求項１から３のいずれか一項に記載のゴム補強材を含むタイヤ用ゴム組成物。
- 前記ゴム補強材および少なくとも１種のジエンエラストマーを含む、請求項４に記載のタイヤ用ゴム組成物。
- 前記ジエンエラストマーは、天然ゴム、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン／スチレンコポリマー、ブタジエン／イソプレンコポリマー、ブタジエン／アクリロニトリルコポリマー、イソプレン／スチレンコポリマー、およびブタジエン／スチレン／イソプレンコポリマーからなる群より選択された１種以上の化合物である、請求項５に記載のタイヤ用ゴム組成物。
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