JP7682160B2 - Rubber Additives - Google Patents
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Description
本発明は、ゴム用添加剤、ゴム組成物、及びゴム組成物の製造方法、並びにゴム成形体及びタイヤ部材に関する。The present invention relates to a rubber additive, a rubber composition, a method for producing a rubber composition, and a rubber molded body and a tire component.
ゴムは、無定形かつ軟質の高分子物質であり、天然ゴムや合成ゴムのような有機高分子を主成分とし、弾性限界が高く弾性率の低い材料(弾性ゴム)である。かかるゴムの特性を利用して、ゴムを含有するゴム組成物は、タイヤ、シール材、免振防振材等の様々な分野で利用されている。
タイヤ用途等のゴム組成物には、弾性率を向上させるために無機充填材等が配合されている。また、ゴムの有する特性を生かし、種々の要求される物性を満たすために、ポリエステルを配合する技術が提案されている。
Rubber is an amorphous and soft polymeric substance, mainly composed of organic polymers such as natural rubber and synthetic rubber, and is a material (elastic rubber) with a high elastic limit and low elastic modulus. Taking advantage of such properties of rubber, rubber compositions containing rubber are used in various fields such as tires, sealing materials, and vibration-isolating and vibration-proof materials.
Rubber compositions for tires and the like are blended with inorganic fillers to improve the elastic modulus. In addition, a technique for blending polyesters has been proposed to take advantage of the properties of rubber and to satisfy various required physical properties.
例えば、特開平3-115337号(特許文献1)には、柔軟性、弾性に加えて、耐熱性、機械物性、加工性にも優れるエラストマー組成物として、加硫性ゴム成分、及び脂肪族ジオールと特定の芳香族ジオールとを構成成分とする脂肪族ポリエステルを含有するエラストマー組成物が開示されている。
特開2012-136586号(特許文献2)には、引張伸びの大幅な低下を抑えながら、加工性を確保しつつ、高弾性化を図ることができるゴム組成物として、特定の低極性ジエン系ゴム、特定の熱可塑性ポリエステル樹脂、特定の高極性ジエン系ゴムを特定割合で含有するゴム組成物が開示されている。
特開2020-2322号(特許文献3)には、空気透過防止性能及び加工性に優れたゴム組成物として、イソブチレン系ゴム、ジエン系ゴムからなるゴム成分100質量部に対し、ポリエステルを5~32質量部含むゴム組成物が開示されている。
米国特許第4327199号(特許文献4)には、アクリル酸系ゴム約25~98重量部と、前記ゴムと熱可塑性結晶性ポリエステルとの合計量100重量部あたり約75~2重量部の熱可塑性結晶性ポリエステルとの混合物を含む熱可塑性組成物が開示されている。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-115337 (Patent Document 1) discloses an elastomer composition that contains a vulcanizable rubber component and an aliphatic polyester having an aliphatic diol and a specific aromatic diol as constituent components, as an elastomer composition that is excellent in heat resistance, mechanical properties, and processability in addition to flexibility and elasticity.
Japanese Patent Laid-Open No. 2012-136586 (Patent Document 2) discloses a rubber composition that contains a specific low-polarity diene-based rubber, a specific thermoplastic polyester resin, and a specific high-polarity diene-based rubber in specific proportions as a rubber composition that can achieve high elasticity while suppressing a significant decrease in tensile elongation and ensuring processability.
Japanese Patent Laid-Open No. 2020-2322 (Patent Document 3) discloses a rubber composition having excellent air permeation prevention performance and processability, which contains 5 to 32 parts by mass of polyester per 100 parts by mass of a rubber component consisting of an isobutylene-based rubber and a diene-based rubber.
U.S. Pat. No. 4,327,199 (Patent Document 4) discloses a thermoplastic composition comprising a mixture of about 25 to 98 parts by weight of an acrylic rubber and about 75 to 2 parts by weight of a thermoplastic crystalline polyester per 100 parts by weight of the combined amount of the rubber and the thermoplastic crystalline polyester.
本発明は、アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステルからなる、ゴム用添加剤であって、アルコール成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールの含有量が85質量%以上であり、カルボン酸成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量が50質量%以上である、ゴム用添加剤に関する。The present invention relates to a rubber additive comprising a polyester which is a polycondensation product of an alcohol component and a carboxylic acid component, in which the content of an aliphatic diol having 2 to 16 carbon atoms in the alcohol component is 85% by mass or more, and the content of an aliphatic dicarboxylic acid compound having 2 to 16 carbon atoms in the carboxylic acid component is 50% by mass or more.
ゴム組成物に無機充填材等を増量すると、発熱性が大きくなる傾向がある。例えば、上記特許文献1~4の技術では、弾性率はある程度向上するものの発熱抑制の点では不十分である。
本発明は、変形しにくく(貯蔵弾性率が高く)、変形時においても発熱性が低い(損失正接が大きくない)ゴム成形体を得ることができるゴム用添加剤、それを含有するゴム組成物、及びゴム組成物の製造方法、並びにゴム成形体及びタイヤ部材に関する。
Increasing the amount of inorganic filler in a rubber composition tends to increase heat generation. For example, the techniques of Patent Documents 1 to 4 mentioned above improve the elastic modulus to a certain extent, but are insufficient in terms of heat generation suppression.
The present invention relates to a rubber additive capable of producing a rubber molded article that is resistant to deformation (has a high storage modulus) and has low heat build-up even when deformed (has a small loss tangent), a rubber composition containing the additive, a method for producing the rubber composition, and a rubber molded article and a tire component.
本発明者は、特定の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、特定の脂肪族ジカルボン酸化合物を含むカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステルからなるゴム用添加剤が、上記課題を解決しうることを見出した。
すなわち、本発明は下記の[1]~[5]に関する。
[1]アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステルからなる、ゴム用添加剤であって、アルコール成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールの含有量が85質量%以上であり、カルボン酸成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量が50質量%以上である、ゴム用添加剤。
[2]前記[1]に記載のゴム用添加剤、ゴム成分、及び無機充填材を含有するゴム組成物。
[3]前記[1]に記載のゴム用添加剤と、ゴム成分と、無機充填材とを、110℃以上の温度で混練してゴム混練物を得た後、得られたゴム混練物に硫黄を添加して、140℃未満の温度で混合する、ゴム組成物の製造方法。
[4]前記[2]に記載のゴム組成物を加硫してなるゴム成形体。
[5]前記のゴム用添加剤、ゴム組成物、又はゴム成形体を用いたタイヤ部材。
The present inventors have discovered that a rubber additive comprising a polyester, which is a polycondensate of an alcohol component containing a specific aliphatic diol and a carboxylic acid component containing a specific aliphatic dicarboxylic acid compound, can solve the above problems.
That is, the present invention relates to the following [1] to [5].
[1] A rubber additive comprising a polyester which is a polycondensation product of an alcohol component and a carboxylic acid component, wherein the content of an aliphatic diol having 2 to 16 carbon atoms in the alcohol component is 85% by mass or more, and the content of an aliphatic dicarboxylic acid compound having 2 to 16 carbon atoms in the carboxylic acid component is 50% by mass or more.
[2] A rubber composition comprising the rubber additive according to [1] above, a rubber component, and an inorganic filler.
[3] A method for producing a rubber composition, comprising kneading the rubber additive according to [1] above, a rubber component, and an inorganic filler at a temperature of 110°C or higher to obtain a rubber kneaded product, and then adding sulfur to the obtained rubber kneaded product and mixing at a temperature of less than 140°C.
[4] A rubber molded article obtained by vulcanizing the rubber composition described in [2] above.
[5] A tire component using the rubber additive, rubber composition, or rubber molded article.
本発明によれば、変形しにくく(貯蔵弾性率が高く)、変形時においても発熱性が低い(損失正接が大きくない)ゴム成形体が得られるゴム用添加剤、並びにそれを含有するゴム組成物及びゴム成形体を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a rubber additive that can produce a rubber molded article that is resistant to deformation (has a high storage modulus) and has low heat generation even when deformed (has a small loss tangent), as well as a rubber composition and a rubber molded article that contain the same.
本発明によれば、変形しにくく、変形時においても発熱性が低いゴム成形体を得ることができるゴム用添加剤を得ることができる。その理由は必ずしも明確ではないが、以下のように考えられる。
本発明のゴム用添加剤を構成するポリエステルは、炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物を含むカルボン酸成分とを重縮合してなる。ここで、前記ポリエステルのアルコール成分とカルボン酸成分とが共に炭素数2以上16以下の脂肪族化合物であることから、このポリエステルは、含有されるゴム組成物及びゴム成形体中でゴム成分とは相溶せずに微細な結晶を形成し、ゴム成分中でポリエステルのネットワークを形成すると考えられる。
このポリエステルのネットワークが形成されることで、得られるゴム成形体は高い貯蔵弾性率を発現すると共に、ゴム成分と相溶せずにポリエステルのネットワークが存在することで、変形時においても損失正接(tanδ)が大きくならず、低発熱性を発現できると考えられる。
According to the present invention, it is possible to obtain an additive for rubber that can give a rubber molded article that is less likely to deform and has low heat generation even when deformed. The reason for this is not necessarily clear, but is thought to be as follows.
The polyester constituting the rubber additive of the present invention is obtained by polycondensation of an alcohol component containing an aliphatic diol having from 2 to 16 carbon atoms and a carboxylic acid component containing an aliphatic dicarboxylic acid compound having from 2 to 16 carbon atoms. Here, since the alcohol component and the carboxylic acid component of the polyester are both aliphatic compounds having from 2 to 16 carbon atoms, it is considered that this polyester is incompatible with the rubber component in the rubber composition and rubber molded product contained therein, forms fine crystals, and forms a polyester network in the rubber component.
It is believed that the formation of this polyester network allows the resulting rubber molding to exhibit a high storage modulus, and that the presence of the polyester network, which is not compatible with the rubber component, prevents the loss tangent (tan δ) from becoming large even during deformation, thereby enabling the rubber molding to exhibit low heat buildup.
[ゴム用添加剤]
本発明のゴム用添加剤は、アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステルからなる、ゴム用添加剤であって、アルコール成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールの含有量が85質量%以上であり、カルボン酸成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量が50質量%以上である。
本発明のゴム用添加剤は、必要に応じて、各種の添加剤、例えば、シランカップリング剤、老化防止剤、スコーチ防止剤、軟化剤、ステアリン酸、プロセスオイル等を混合した添加剤組成物としてゴム組成物の製造に用いることができる。
[Rubber additives]
The rubber additive of the present invention is a rubber additive comprising a polyester which is a polycondensation product of an alcohol component and a carboxylic acid component, in which the content of an aliphatic diol having 2 to 16 carbon atoms in the alcohol component is 85 mass% or more, and the content of an aliphatic dicarboxylic acid compound having 2 to 16 carbon atoms in the carboxylic acid component is 50 mass% or more.
The rubber additive of the present invention can be used in the production of a rubber composition as an additive composition mixed with various additives, such as a silane coupling agent, an antiaging agent, a scorch inhibitor, a softener, stearic acid, process oil, etc., as necessary.
(脂肪族ジオール)
本発明に係るポリエステルのアルコール成分は、得られるゴム成形体の貯蔵弾性率を向上させ、tanδを小さくする観点から、炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールを、アルコール成分中に85質量%以上含有する。アルコール成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールの含有量が85質量%未満であると、得られるゴム成形体の貯蔵弾性率が十分に向上せず、tanδを下げることができないため好ましくない。
炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールの含有量は、アルコール成分中、好ましくは90質量%以上、より好ましくは92質量%以上、更に好ましくは95質量%以上であり、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
(Aliphatic diol)
From the viewpoint of improving the storage modulus and reducing tan δ of the resulting rubber molded article, the alcohol component of the polyester according to the present invention contains 85% by mass or more of an aliphatic diol having 2 to 16 carbon atoms in the alcohol component. If the content of the aliphatic diol having 2 to 16 carbon atoms in the alcohol component is less than 85% by mass, the storage modulus of the resulting rubber molded article is not sufficiently improved and tan δ cannot be reduced, which is not preferable.
The content of the aliphatic diol having 2 to 16 carbon atoms in the alcohol component is preferably 90% by mass or more, more preferably 92% by mass or more, even more preferably 95% by mass or more, and still more preferably substantially 100% by mass.
前記脂肪族ジオールにおける鎖状炭化水素基は、直鎖でも分岐鎖でもよいが、得られるゴム成形体の貯蔵弾性率を向上させ、tanδを小さくする観点から、直鎖の炭化水素基であることが好ましく、そのヒドロキシ基は、炭化水素鎖の末端に有ることが好ましい。
すなわち、脂肪族ジオールは、炭素数2以上16以下の直鎖アルカンジオールが好ましく、炭素数2以上16以下のα,ω-直鎖アルカンジオールがより好ましい。
脂肪族ジオールの炭素数は、上記と同様の観点から、2以上であり、好ましくは4以上、より好ましくは6以上、更に好ましくは8以上であり、そして、ゴム組成物及びゴム成形体中でのポリエステルの結晶性を向上させる観点から、16以下であり、好ましくは14以下、より好ましくは12以下である。
The chain hydrocarbon group in the aliphatic diol may be linear or branched, but from the viewpoint of improving the storage modulus and decreasing tan δ of the resulting rubber molded article, it is preferable that it is a linear hydrocarbon group, and the hydroxy group is preferably located at the end of the hydrocarbon chain.
That is, the aliphatic diol is preferably a linear alkanediol having 2 to 16 carbon atoms, and more preferably an α,ω-linear alkanediol having 2 to 16 carbon atoms.
From the same viewpoints as above, the carbon number of the aliphatic diol is 2 or more, preferably 4 or more, more preferably 6 or more, and even more preferably 8 or more, and from the viewpoint of improving the crystallinity of the polyester in the rubber composition and the rubber molded product, the carbon number is 16 or less, preferably 14 or less, and more preferably 12 or less.
炭素数2以上16以下の脂肪族ジオール、特に炭素数2以上16以下のα,ω-直鎖アルカンジオールとしては、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,14-テトラデカンジオール等が挙げられる。これらの中では、エチレングリコール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,10-デカンジオール、及び1,12-ドデカンジオールから選ばれる1種以上が好ましく、エチレングリコール及び1,12-ドデカンジオールから選ばれる1種以上がより好ましく、1,12-ドデカンジオールが更に好ましい。Aliphatic diols having 2 to 16 carbon atoms, particularly α,ω-straight-chain alkanediols having 2 to 16 carbon atoms, include ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol, 1,11-undecanediol, 1,12-dodecanediol, 1,13-tridecanediol, 1,14-tetradecanediol, etc. Among these, one or more selected from ethylene glycol, 1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, 1,10-decanediol, and 1,12-dodecanediol are preferred, one or more selected from ethylene glycol and 1,12-dodecanediol are more preferred, and 1,12-dodecanediol is even more preferred.
アルコール成分には、本発明の目的を阻害しない範囲で、炭素数2以上16以下の脂肪族ジオール以外のアルコールが含まれていてもよい。炭素数2以上16以下の脂肪族ジオール以外のアルコール成分としては、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物等の芳香族ジオール、グリセリン、ペンタエリスルトール、トリメチロールプロパン等の3価以上の多価アルコール等の他、1価のアルコールが挙げられる。
上記のアルコール成分は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
The alcohol component may contain an alcohol other than the aliphatic diol having 2 to 16 carbon atoms, provided that the object of the present invention is not impaired. Examples of the alcohol component other than the aliphatic diol having 2 to 16 carbon atoms include aromatic diols such as alkylene oxide adducts of bisphenol A, trihydric or higher polyhydric alcohols such as glycerin, pentaerythritol, and trimethylolpropane, and monohydric alcohols.
The above alcohol components may be used alone or in combination of two or more kinds.
(脂肪族ジカルボン酸化合物)
本発明に係るポリエステルのカルボン酸成分は、得られるゴム成形体の貯蔵弾性率を向上させ、tanδを小さくする観点から、炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物を、カルボン酸成分中に50質量%以上含有する。
炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量は、カルボン酸成分中、好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは80質量%以上、より更に好ましくは90質量%以上であり、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
(Aliphatic dicarboxylic acid compound)
The carboxylic acid component of the polyester according to the present invention contains 50 mass % or more of an aliphatic dicarboxylic acid compound having 2 to 16 carbon atoms in the carboxylic acid component, from the viewpoint of improving the storage modulus and reducing tan δ of the obtained rubber molded body.
The content of the aliphatic dicarboxylic acid compound having 2 to 16 carbon atoms in the carboxylic acid component is preferably 60 mass% or more, more preferably 70 mass% or more, even more preferably 80 mass% or more, still more preferably 90 mass% or more, and even more preferably substantially 100 mass%.
前記脂肪族ジカルボン酸化合物における鎖状炭化水素基は、直鎖でも分岐鎖でもよいが、得られるゴム成形体の貯蔵弾性率を向上させ、tanδを小さくする観点から、直鎖の炭化水素基であることが好ましく、そのカルボキシ基は、炭化水素鎖の末端に有ることが好ましい。
すなわち、脂肪族ジカルボン酸化合物は、炭素数2以上16以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸であることが好ましく、炭素数2以上16以下のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸であることがより好ましい。
脂肪族ジカルボン酸化合物の炭素数は、上記と同様の観点から、2以上であり、好ましくは4以上、より好ましくは6以上、更に好ましくは10以上であり、そして、16以下であり、好ましくは14以下、より好ましくは12以下である。
The chain hydrocarbon group in the aliphatic dicarboxylic acid compound may be linear or branched, but from the viewpoint of improving the storage modulus and reducing tan δ of the resulting rubber molded article, it is preferable that it is a linear hydrocarbon group, and the carboxy group is preferably located at the end of the hydrocarbon chain.
That is, the aliphatic dicarboxylic acid compound is preferably a straight-chain aliphatic dicarboxylic acid having 2 to 16 carbon atoms, and more preferably an α,ω-straight-chain aliphatic dicarboxylic acid having 2 to 16 carbon atoms.
From the same viewpoints as above, the number of carbon atoms in the aliphatic dicarboxylic acid compound is 2 or more, preferably 4 or more, more preferably 6 or more, and even more preferably 10 or more, and is 16 or less, preferably 14 or less, and more preferably 12 or less.
炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物、特に炭素数2以上16以下のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸としては、コハク酸(炭素数:4)、フマル酸(炭素数:4)、セバシン酸(炭素数:10)、ドデカン二酸(炭素数:12)、テトラデカン二酸(炭素数:14)、ヘキサデカン二酸(炭素数16)、側鎖にアルキル基又はアルケニル基を有するコハク酸等が挙げられ、脂肪族ジカルボン酸化合物には、これらの酸無水物、それらの炭素数1以上3以下のアルキルエステル等も含まれる。これらの中では、セバシン酸、ドデカン二酸、テトラデカン二酸、及びヘキサデカン二酸から選ばれる1種以上がり好ましく、ドデカン二酸、及びテトラデカン二酸から選ばれる1種以上がより好ましく、ドデカン二酸が更に好ましい。
なお、本発明において、カルボン酸成分には、遊離酸だけでなく、反応中に分解して酸を生成する無水物、及び炭素数1以上3以下のアルキルエステルも含まれる。ただし、アルキルエステル部のアルキル基の炭素数は、脂肪族ジカルボン酸化合物の炭素数には含めない。
Examples of aliphatic dicarboxylic acid compounds having from 2 to 16 carbon atoms, particularly α,ω-linear aliphatic dicarboxylic acids having from 2 to 16 carbon atoms, include succinic acid (carbon number: 4), fumaric acid (carbon number: 4), sebacic acid (carbon number: 10), dodecanedioic acid (carbon number: 12), tetradecanedioic acid (carbon number: 14), hexadecanedioic acid (carbon number: 16), and succinic acid having an alkyl group or alkenyl group on the side chain, and examples of aliphatic dicarboxylic acid compounds include their acid anhydrides and their alkyl esters having from 1 to 3 carbon atoms. Among these, one or more selected from sebacic acid, dodecanedioic acid, tetradecanedioic acid, and hexadecanedioic acid are preferred, one or more selected from dodecanedioic acid and tetradecanedioic acid are more preferred, and dodecanedioic acid is even more preferred.
In the present invention, the carboxylic acid component includes not only free acids but also anhydrides that decompose during the reaction to generate acids, and alkyl esters having from 1 to 3 carbon atoms, provided that the number of carbon atoms in the alkyl ester moiety is not included in the number of carbon atoms in the aliphatic dicarboxylic acid compound.
カルボン酸成分には、本発明の目的を阻害しない範囲で、炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物以外の他のカルボン酸化合物が含まれていてもよい。他のカルボン酸化合物としては、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸化合物、トリメリット酸、ピロメリット酸等の3価以上の多価カルボン酸化合物等の他、1価のカルボン酸化合物が挙げられる。The carboxylic acid component may contain other carboxylic acid compounds other than aliphatic dicarboxylic acid compounds having 2 to 16 carbon atoms, as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of other carboxylic acid compounds include aromatic dicarboxylic acid compounds such as terephthalic acid and isophthalic acid, trivalent or higher polyvalent carboxylic acid compounds such as trimellitic acid and pyromellitic acid, and monovalent carboxylic acid compounds.
炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールの含有量と、炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量との総量は、ポリエステルの原料モノマー中、好ましくは85質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上であり、より更に好ましくは実質的に100質量%である。The total content of the aliphatic diol having 2 to 16 carbon atoms and the aliphatic dicarboxylic acid compound having 2 to 16 carbon atoms is preferably 85% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, even more preferably 95% by mass or more, and even more preferably substantially 100% by mass, in the raw material monomers for the polyester.
また、脂肪族ジオール100モルに対する炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量は、好ましくは75モル以上、より好ましくは85モル以上、更に好ましくは95モル以上であり、そして、好ましくは115モル以下、より好ましくは110モル以下、更に好ましくは105モル以下である。In addition, the content of the aliphatic dicarboxylic acid compound having 2 to 16 carbon atoms per 100 moles of aliphatic diol is preferably 75 moles or more, more preferably 85 moles or more, even more preferably 95 moles or more, and is preferably 115 moles or less, more preferably 110 moles or less, even more preferably 105 moles or less.
(ポリエステルの製造)
本発明に係るポリエステルの製造は、公知の方法で行うことができる。例えば、アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合反応は、不活性ガス雰囲気中にて、必要に応じて、エステル化触媒、エステル化助触媒、重合禁止剤等の存在下、好ましくは160℃以上240℃以下、より好ましくは190℃以上230℃以下の温度で行うことができる。
エステル化触媒としては、スズ触媒、チタン触媒、三酸化アンチモン、酢酸亜鉛、二酸化ゲルマニウム等の金属化合物等が挙げられるが、エステル化の反応効率の観点から、酸化ジブチル錫、2-エチルヘキサン酸錫(II)等の錫化合物、チタンジイソプロピレートビストリエタノールアミネート等のチタン化合物等が好ましい。
エステル化触媒の使用量は、アルコール成分とカルボン酸成分の総量100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上1.5質量部以下、より好ましくは0.1質量部以上1.0質量部以下である。
(Production of polyester)
The polyester according to the present invention can be produced by a known method. For example, the polycondensation reaction between the alcohol component and the carboxylic acid component can be carried out in an inert gas atmosphere, in the presence of an esterification catalyst, an esterification promoter, a polymerization inhibitor, etc., if necessary, at a temperature of preferably 160° C. to 240° C., more preferably 190° C. to 230° C.
Examples of the esterification catalyst include tin catalysts, titanium catalysts, and metal compounds such as antimony trioxide, zinc acetate, and germanium dioxide. From the viewpoint of the reaction efficiency of the esterification, preferred are tin compounds such as dibutyltin oxide and tin(II) 2-ethylhexanoate, and titanium compounds such as titanium diisopropylate bistriethanolaminate.
The amount of the esterification catalyst used is preferably 0.01 parts by mass or more and 1.5 parts by mass or less, and more preferably 0.1 parts by mass or more and 1.0 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the total amount of the alcohol component and the carboxylic acid component.
エステル化助触媒としては、ピロガロール化合物が好ましく、具体的にはピロガロール、没食子酸、没食子酸エステル、ベンゾフェノン誘導体、カテキン誘導体等が挙げられるが、反応性の観点から、没食子酸が好ましい。
エステル化助触媒の使用量は、アルコール成分とカルボン酸成分の総量100質量部に対して、好ましくは0.001質量部以上0.5質量部以下、より好ましくは0.01質量部以上0.1質量部以下である。
重合禁止剤としては、tert-ブチルカテコール等が挙げられる。
重合禁止剤の使用量は、アルコール成分とカルボン酸成分の総量100質量部に対して、0.001質量部以上0.5質量部以下が好ましく、0.01質量部以上0.1質量部以下がより好ましい。
The esterification promoter is preferably a pyrogallol compound, and specific examples thereof include pyrogallol, gallic acid, gallic acid esters, benzophenone derivatives, and catechin derivatives, with gallic acid being preferred from the viewpoint of reactivity.
The amount of the esterification promoter used is preferably 0.001 part by mass or more and 0.5 part by mass or less, and more preferably 0.01 part by mass or more and 0.1 part by mass or less, based on 100 parts by mass of the total amount of the alcohol component and the carboxylic acid component.
The polymerization inhibitor may, for example, be tert-butylcatechol.
The amount of the polymerization inhibitor used is preferably 0.001 parts by mass or more and 0.5 parts by mass or less, and more preferably 0.01 parts by mass or more and 0.1 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the total amount of the alcohol component and the carboxylic acid component.
本発明に係るポリエステルの重量平均分子量は、得られるゴム成形体の貯蔵弾性率を向上させ、tanδを小さくする観点から、好ましくは3,000以上、より好ましくは5,000以上、更に好ましくは6,000以上、より更に好ましくは7,000以上であり、そして、好ましくは100,000以下、より好ましくは50,000以下、更に好ましくは40,000以下、より更に好ましくは30,000以下、より更に好ましくは20,000以下である。
本発明に係るポリエステルの融点は、得られるゴム成形体の貯蔵弾性率を向上させ、tanδを小さくする観点から、好ましくは60℃以上、より好ましくは70℃以上、更に好ましくは75℃以上であり、そして、好ましくは150℃以下、より好ましくは120℃以下、更に好ましくは110℃以下である。
なお、ポリエステルの重量平均分子量、融点は、実施例に記載の方法により測定することができる。
From the viewpoint of improving the storage modulus and reducing tan δ of the obtained rubber molded article, the weight average molecular weight of the polyester according to the present invention is preferably 3,000 or more, more preferably 5,000 or more, even more preferably 6,000 or more, still more preferably 7,000 or more, and is preferably 100,000 or less, more preferably 50,000 or less, even more preferably 40,000 or less, still more preferably 30,000 or less, and still more preferably 20,000 or less.
From the viewpoint of improving the storage modulus and reducing tan δ of the resulting rubber molded article, the melting point of the polyester according to the present invention is preferably 60° C. or higher, more preferably 70° C. or higher, and even more preferably 75° C. or higher, and is preferably 150° C. or lower, more preferably 120° C. or lower, and even more preferably 110° C. or lower.
The weight average molecular weight and melting point of the polyester can be measured by the method described in the examples.
本発明に係るポリエステルは、実質的にその特性を損なわない程度に変性された変性ポリエステルであってもよい。変性ポリエステルとしては、例えば、ポリエステルがウレタン結合で変性されたウレタン変性ポリエステル、ポリエステルがエポキシ結合で変性されたエポキシ変性ポリエステル、及びポリエステル成分と付加重合系樹脂成分を含む2種以上の樹脂成分を有する複合樹脂等が挙げられる。
本発明に係るポリエステルは、好ましくはポリエステル部分が98質量%以上であり、より好ましくは実質的にポリエステル部分のみからなり、更に好ましくはポリエステル部分のみからなる。
The polyester according to the present invention may be a modified polyester which has been modified to such an extent that its properties are not substantially impaired. Examples of the modified polyester include urethane-modified polyester in which polyester is modified with a urethane bond, epoxy-modified polyester in which polyester is modified with an epoxy bond, and composite resin having two or more resin components including a polyester component and an addition polymerization resin component.
The polyester according to the present invention preferably contains 98% by mass or more of polyester moieties, more preferably consists essentially of polyester moieties, and further preferably consists of polyester moieties only.
[ゴム組成物]
本発明のゴム組成物は、本発明に係るポリエステルからなるゴム用添加剤、及びゴム成分を含有し、さらに無機充填材を含有することが好ましい。
<ゴム用添加剤>
本発明のゴム用添加剤については、前記のとおりである。
[Rubber composition]
The rubber composition of the present invention contains a rubber additive comprising the polyester of the present invention, and a rubber component, and preferably further contains an inorganic filler.
<Rubber additives>
The rubber additive of the present invention is as described above.
<ゴム成分>
本発明に用いられるゴム成分に特に制限はなく、天然ゴム及び合成ゴムを用いることができる。これらの中では、耐摩耗性、入手容易性等の観点から、天然ゴム、及びジエン系合成ゴムから選ばれる1種以上が好ましい。
天然ゴムとしては、SMR、SIR、STR、RSS等が挙げられるが、SMR20、STR20、RSS#3、RSS#4等が好ましい。
天然ゴムは変性して用いることができ、変性天然ゴムとしては、エポキシ化天然ゴム、水素化天然ゴム等が挙げられる。
ジエン系合成ゴムとしては、ポリイソプレンゴム(IR)、ポリブタジエンゴム(BR)、スチレン・ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体ゴム(NBR)、クロロプレンゴム、ブチルゴム等が挙げられる。
<Rubber component>
The rubber component used in the present invention is not particularly limited, and natural rubber and synthetic rubber can be used. Among these, one or more types selected from natural rubber and diene-based synthetic rubber are preferred from the viewpoints of abrasion resistance, availability, etc.
Examples of natural rubber include SMR, SIR, STR, and RSS, with SMR20, STR20, RSS#3, RSS#4, and the like being preferred.
Natural rubber can be used after being modified. Examples of modified natural rubber include epoxidized natural rubber and hydrogenated natural rubber.
Examples of diene-based synthetic rubbers include polyisoprene rubber (IR), polybutadiene rubber (BR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR), chloroprene rubber, and butyl rubber.
これらの中では、耐摩耗性、入手容易性等の観点から、天然ゴム、変性天然ゴム、IR、BR、SBR、及びNBRから選ばれる1種以上が好ましく、BR、SBR、天然ゴムから選ばれる1種以上がより好ましい。BR又はSBRと天然ゴムとを併用することもできる。
共重合体ゴムは、ブロック共重合体でもランダム共重合体でもよいが、得られるゴム成形体の貯蔵弾性率を向上させ、tanδを小さくする観点から、ランダム共重合体が好ましい。
ゴム成分は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
Among these, from the viewpoints of abrasion resistance, availability, etc., one or more selected from natural rubber, modified natural rubber, IR, BR, SBR, and NBR are preferred, and one or more selected from BR, SBR, and natural rubber are more preferred. BR or SBR can also be used in combination with natural rubber.
The copolymer rubber may be a block copolymer or a random copolymer, but from the viewpoint of improving the storage modulus and decreasing tan δ of the resulting rubber molded article, a random copolymer is preferred.
The rubber components may be used alone or in combination of two or more kinds.
<無機充填材>
本発明に用いられる無機充填材としては、特に制限はなく、シリカ、カーボンブラック等が挙げられる。また、必要に応じて、アルミナ、炭酸カルシウム、クレー、タルク、ゼオライト、珪藻土等を用いることができる。
<Inorganic filler>
The inorganic filler used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include silica, carbon black, etc. Furthermore, alumina, calcium carbonate, clay, talc, zeolite, diatomaceous earth, etc. may also be used as necessary.
(シリカ)
用いられるシリカに特に制限はなく、湿式シリカ、乾式シリカ、コロイダルシリカ等が挙げられる。これらの中では、含水ケイ酸を主成分とする湿式法シリカが好ましい。湿式法シリカには、沈殿法シリカ、ゲル法シリカ、ゾルゲル法シリカがあるが、沈殿法シリカがより好ましい。
シリカのBET比表面積(ISO 5794/1に準拠して測定)は、ゴム組成物及びゴム成形体中における分散性とゴム補強性の観点から、好ましくは50m2/g以上、より好ましくは100m2/g以上、更に好ましくは150m2/g以上であり、そして、好ましくは350m2/g以下、より好ましくは300m2/g以下、更に好ましくは250m2/g以下である。
シリカの平均二次粒子径は、ゴム組成物及びゴム成形体中における分散性とゴム補強性の観点から、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、更に好ましくは18μm以上であり、そして、好ましくは100μm以下、より好ましくは80μm以下、更に好ましくは50μm以下である。
(silica)
The silica to be used is not particularly limited, and examples thereof include wet silica, dry silica, colloidal silica, etc. Among these, wet silica mainly composed of hydrated silicic acid is preferred. The wet silica includes precipitated silica, gel silica, and sol-gel silica, and precipitated silica is more preferred.
The BET specific surface area of the silica (measured in accordance with ISO 5794/1) is, from the viewpoints of dispersibility in the rubber composition and rubber molded article and rubber reinforcement, preferably 50 m 2 /g or more, more preferably 100 m 2 /g or more, even more preferably 150 m 2 /g or more, and preferably 350 m 2 /g or less, more preferably 300 m 2 /g or less, even more preferably 250 m 2 /g or less.
From the viewpoints of dispersibility in the rubber composition and the rubber molded product and rubber reinforcement, the average secondary particle size of the silica is preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, even more preferably 18 μm or more, and is preferably 100 μm or less, more preferably 80 μm or less, even more preferably 50 μm or less.
シリカの市販品例としては、東ソー・シリカ株式会社製の商品名:ニップシールAQ(BET比表面積:205m2/g)、ニップシールKQ(BET比表面積:240m2/g)等、エボニック社製の商品名:ウルトラジルVN3(BET比表面積:175m2/g)等が挙げられる。 Examples of commercially available silica products include products manufactured by Tosoh Silica Corporation under the trade names of Nipsil AQ (BET specific surface area: 205 m2 /g) and Nipsil KQ (BET specific surface area: 240 m2 /g), and products manufactured by Evonik under the trade name of Ultrasil VN3 (BET specific surface area: 175 m2 /g).
(カーボンブラック)
用いられるカーボンブラックに特に制限はなく、高、中又は低ストラクチャーのSAF、ISAF、IISAF、N339、HAF、FEF、GPF、SRF等のグレードのカーボンブラック等の他、カーボンブラック表面にシリカを担持させたカーボンとシリカのデュアル・フェイズ・フィラー等が挙げられる。これらの中では、SAF、ISAF、IISAF、N339、HAF、及びFEFグレードのカーボンブラックが好ましい。
カーボンブラックのDBP吸収量(ASTM D2414-65Tに準拠して測定)は、好ましくは70cm3/100g以上、より好ましくは80cm3/100g以上、更に好ましくは90cm3/100g以上である。
また、カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2AS、JIS K 6217-2:2017に準拠して測定)は、好ましくは50m2/g以上、より好ましくは60m2/g以上、更に好ましくは70m2/g以上である。
(Carbon Black)
The carbon black to be used is not particularly limited, and examples thereof include carbon black of grades such as SAF, ISAF, IISAF, N339, HAF, FEF, GPF, SRF, etc., with high, medium, or low structure, as well as carbon and silica dual phase fillers in which silica is supported on the surface of carbon black, etc. Among these, carbon black of grades SAF, ISAF, IISAF, N339, HAF, and FEF are preferred.
The DBP absorption of carbon black (measured in accordance with ASTM D2414-65T) is preferably 70 cm 3 /100 g or more, more preferably 80 cm 3 /100 g or more, and even more preferably 90 cm 3 /100 g or more.
The nitrogen adsorption specific surface area (N 2 AS, measured in accordance with JIS K 6217-2:2017) of the carbon black is preferably 50 m 2 /g or more, more preferably 60 m 2 /g or more, and even more preferably 70 m 2 /g or more.
<その他の成分>
本発明のゴム組成物は、上記成分の他、本発明の目的を損なわない範囲で、所望により、通常ゴム工業界で用いられる各種の添加剤、例えば、シランカップリング剤、老化防止剤、スコーチ防止剤、軟化剤、ステアリン酸、プロセスオイル、酸化亜鉛、加硫剤、加硫促進剤等を含有することができる。
シランカップリング剤は、得られるゴム成形体の発熱性を低下させる観点から用いることができる。シランカップリング剤としては、ポリスルフィド系シランカップリング剤等が好ましく挙げられる。
シランカップリング剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
シランカップリング剤の市販品例としては、エボニック社製の商品名:Si75、Si69等、信越化学工業株式会社製の商品名:KBE-846等、ダイソー株式会社製の商品名:カブラス2A、カブラス2B、カブラス4等が挙げられる。
<Other ingredients>
In addition to the above-mentioned components, the rubber composition of the present invention may contain, if desired, various additives usually used in the rubber industry, such as a silane coupling agent, an antioxidant, a scorch inhibitor, a softener, stearic acid, process oil, zinc oxide, a vulcanizing agent, and a vulcanization accelerator, within the scope of the object of the present invention.
The silane coupling agent can be used from the viewpoint of reducing heat generation of the obtained rubber molded article. Preferred examples of the silane coupling agent include polysulfide-based silane coupling agents.
The silane coupling agents can be used alone or in combination of two or more kinds.
Examples of commercially available silane coupling agents include Si75 and Si69 manufactured by Evonik Co., Ltd., KBE-846 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and Kabras 2A, Kabras 2B, and Kabras 4 manufactured by Daiso Co., Ltd.
[ゴム組成物の製造方法]
本発明のゴム組成物は、本発明に係るポリエステルからなるゴム用添加剤、ゴム成分、及び必要に応じて無機充填材を配合し、必要に応じて更に前記の各種の添加剤を配合することにより製造することができる。より具体的には、例えば、前記の各成分を、好ましくは110℃以上で混練してゴム混練物を得た後、得られたゴム混練物に硫黄を添加混合する方法が挙げられる。
すなわち、本発明のゴム組成物の製造方法は、アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステルからなるゴム用添加剤であって、アルコール成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールの含有量が85質量%以上であり、カルボン酸成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量が50質量%以上であるゴム用添加剤と、天然ゴム、変性天然ゴム、IR、BR、SBR、及びNBRから選ばれる1種以上のゴム成分と、無機充填材とを、110℃以上の温度で混練して、未加硫のゴム混練物を得た後、得られた未加硫のゴム混練物に硫黄を添加して、140℃未満の温度で混合する方法である。
硫黄を添加混合する温度は、加硫反応が起きないようにする観点から、好ましくは140℃未満、より好ましくは130℃以下、更に好ましくは125℃以下、より更に好ましくは120℃以下とし、硫黄の他、必要に応じて、加硫促進剤等を添加して、前記ゴム混練物と混合して、未加硫ゴム組成物を得ることができる。
得られた未加硫ゴム組成物は、後述するように、公知の方法により成形加工され、加熱又は加熱加圧して加硫することにより、ゴム成形体とすることができる。
以下、ゴム組成物中の各成分の含有量について説明するが、その含有量は、含有量及び配合量の両者を意味するものとする。
[Method of manufacturing rubber composition]
The rubber composition of the present invention can be produced by blending the rubber additive comprising the polyester of the present invention, a rubber component, and, if necessary, an inorganic filler, and further blending the various additives described above, if necessary. More specifically, for example, a method can be mentioned in which the components described above are kneaded preferably at 110° C. or higher to obtain a rubber kneaded product, and then sulfur is added and mixed into the obtained rubber kneaded product.
That is, the method for producing a rubber composition of the present invention is a method of kneading a rubber additive comprising a polyester which is a polycondensate of an alcohol component and a carboxylic acid component, wherein the alcohol component has an aliphatic diol content of 2 to 16 carbon atoms of 85 mass% or more and the carboxylic acid component has an aliphatic dicarboxylic acid compound content of 2 to 16 carbon atoms of 50 mass% or more, one or more rubber components selected from natural rubber, modified natural rubber, IR, BR, SBR, and NBR, and an inorganic filler at a temperature of 110°C or more to obtain an unvulcanized rubber kneaded product, and then adding sulfur to the obtained unvulcanized rubber kneaded product and mixing at a temperature of less than 140°C.
From the viewpoint of preventing a vulcanization reaction, the temperature at which sulfur is added and mixed is preferably less than 140° C., more preferably 130° C. or less, even more preferably 125° C. or less, and still more preferably 120° C. or less. In addition to sulfur, a vulcanization accelerator and the like can be added as necessary and mixed with the rubber kneaded product to obtain an unvulcanized rubber composition.
The resulting unvulcanized rubber composition can be molded by a known method and vulcanized by heating or heating and pressurizing, as described below, to form a rubber molded article.
The content of each component in the rubber composition will be described below, and the content means both the total amount and the blending amount.
<各成分の含有量>
本発明のゴム組成物において、ポリエステルからなるゴム用添加剤の含有量は、得られるゴム成形体の貯蔵弾性率を向上させ、tanδを小さくする観点から、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは1.8質量部以上、更に好ましくは2.5質量部以上、より更に好ましくは4質量部以上であり、そして、ゴム成分の物性維持の観点から、好ましくは30質量部以下、より好ましくは22質量部以下、更に好ましくは18質量部以下、より更に好ましくは12質量部以下である。
<Content of each ingredient>
In the rubber composition of the present invention, the content of the rubber additive consisting of polyester is, from the viewpoint of improving the storage modulus and reducing tan δ of the obtained rubber molded body, preferably 1 part by mass or more, more preferably 1.8 parts by mass or more, even more preferably 2.5 parts by mass or more, and even more preferably 4 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the rubber component, and from the viewpoint of maintaining the physical properties of the rubber component, preferably 30 parts by mass or less, more preferably 22 parts by mass or less, even more preferably 18 parts by mass or less, and even more preferably 12 parts by mass or less.
ゴム成分の含有量は、ゴム成分の物性維持の観点から、ゴム用添加剤、ゴム成分及び無機充填材からなるゴム組成物中、好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、更に好ましくは40質量%以上、より更に好ましくは45質量%以上であり、そして、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下、更に好ましくは65質量%以下、より更に好ましくは60質量%以下である。From the viewpoint of maintaining the physical properties of the rubber component, the content of the rubber component in the rubber composition consisting of the rubber additives, the rubber component and the inorganic filler is preferably 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, even more preferably 40% by mass or more, still more preferably 45% by mass or more, and is preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, even more preferably 65% by mass or less, still more preferably 60% by mass or less.
無機充填材の含有量は、得られるゴム成形体の耐摩耗性等を向上させる観点から、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは30質量部以上、より好ましくは35質量部以上、更に好ましくは40質量部以上、より更に好ましくは45質量部以上であり、そして、ゴム成形体の発熱性を低下させる観点から、好ましくは200質量部以下であり、より好ましくは180質量部以下、更に好ましくは150質量部以下、より更に好ましくは100質量部以下、より更に好ましくは80質量部以下である。The content of the inorganic filler is preferably 30 parts by mass or more, more preferably 35 parts by mass or more, even more preferably 40 parts by mass or more, and even more preferably 45 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the rubber component, from the viewpoint of improving the abrasion resistance, etc., of the obtained rubber molded body, and is preferably 200 parts by mass or less, more preferably 180 parts by mass or less, even more preferably 150 parts by mass or less, even more preferably 100 parts by mass or less, and even more preferably 80 parts by mass or less, from the viewpoint of reducing the heat generation property of the rubber molded body.
ゴム組成物中にシランカップリング剤を含有させる場合、シランカップリング剤の含有量は、得られるゴム成形体の発熱性を低下させる観点から、無機充填材100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上、更に好ましくは4質量部以上であり、そして、好ましくは15質量部以下であり、より好ましくは13質量部以下、更に好ましくは10質量部以下である。When a silane coupling agent is contained in the rubber composition, the content of the silane coupling agent is, from the viewpoint of reducing the heat generation properties of the obtained rubber molded body, preferably 1 part by mass or more, more preferably 2 parts by mass or more, even more preferably 4 parts by mass or more, and preferably 15 parts by mass or less, more preferably 13 parts by mass or less, even more preferably 10 parts by mass or less, per 100 parts by mass of inorganic filler.
[ゴム成形体]
本発明のゴム成形体は、本発明の未加硫ゴム組成物を加硫してなる。
未加硫ゴム組成物は、公知の方法により成形加工され、好ましくは140℃以上、より好ましくは145℃以上で、そして、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下で、加熱又は加熱加圧され、加硫されたゴム成形体とすることができる。
ゴム成形体中のポリエステルからなるゴム用添加剤、ゴム成分、無機充填材の含有量、及びその好適範囲は、前記ゴム組成物の場合と同様である。
得られるゴム成形体は低発熱性、耐摩耗性等に優れるため、タイヤ、タイヤのインナーライナー、トレッド、トレッドベース、カーカス、サイドウォール、ビード部分等のタイヤ部材の他、各種のゴムベルト、各種のシール材、免振防振材、靴底等のゴム成形体として好適に用いることができる。
[Rubber Molded Body]
The rubber molded article of the present invention is obtained by vulcanizing the unvulcanized rubber composition of the present invention.
The unvulcanized rubber composition can be molded by a known method and heated or heated and pressurized at a temperature of preferably 140° C. or higher, more preferably 145° C. or higher, and preferably 200° C. or lower, more preferably 180° C. or lower, to form a vulcanized rubber molded article.
The contents and preferred ranges of the rubber additive comprising polyester, the rubber component and the inorganic filler in the rubber molded product are the same as those in the rubber composition.
The obtained rubber molded article has excellent low heat build-up properties, abrasion resistance, and the like, and can therefore be suitably used as rubber molded articles for tire components such as tires, tire inner liners, treads, tread bases, carcasses, sidewalls, and bead portions, as well as various rubber belts, various sealing materials, vibration isolating and anti-vibration materials, shoe soles, and the like.
[タイヤ部材]
本発明のタイヤ部材は、本発明のゴム用添加剤、本発明のゴム組成物、又は本発明のゴム成形体を用いてなる。
本発明のゴム用添加剤、ゴム組成物、及びゴム成形体は前記のとおりである。
[Tire components]
The tire member of the present invention is formed using the rubber additive of the present invention, the rubber composition of the present invention, or the rubber molded article of the present invention.
The rubber additive, rubber composition, and rubber molded product of the present invention are as described above.
上述した実施形態に関し、本発明は、更に、以下の<1>~<23>を開示する。
<1> アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステルからなる、ゴム用添加剤であって、アルコール成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールの含有量が85質量%以上であり、カルボン酸成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量が50質量%以上である、ゴム用添加剤。
With respect to the above-described embodiment, the present invention further discloses the following <1> to <23>.
<1> A rubber additive comprising a polyester which is a polycondensate of an alcohol component and a carboxylic acid component, wherein the alcohol component contains an aliphatic diol having from 2 to 16 carbon atoms in an amount of 85% by mass or more, and the carboxylic acid component contains an aliphatic dicarboxylic acid compound having from 2 to 16 carbon atoms in an amount of 50% by mass or more.
<2> 脂肪族ジオールが炭素数2以上16以下の直鎖アルカンジオールであり、脂肪族ジカルボン酸化合物が炭素数2以上16以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸である、前記<1>に記載のゴム用添加剤。
<3> 脂肪族ジオールが炭素数4以上14以下の直鎖アルカンジオールであり、脂肪族ジカルボン酸化合物が炭素数2以上16以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸である、前記<1>に記載のゴム用添加剤。
<4> 脂肪族ジオールが炭素数6以上12以下の直鎖アルカンジオールであり、脂肪族ジカルボン酸化合物が炭素数2以上16以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸である、前記<1>に記載のゴム用添加剤。
<5> 脂肪族ジオールが炭素数2以上16以下の直鎖アルカンジオールであり、脂肪族ジカルボン酸化合物が炭素数4以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸である、前記<1>に記載のゴム用添加剤。
<6> 脂肪族ジオールが炭素数2以上16以下の直鎖アルカンジオールであり、脂肪族ジカルボン酸化合物が炭素数6以上12以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸である、前記<1>に記載のゴム用添加剤。
<7> 脂肪族ジオールが炭素数6以上12以下の直鎖アルカンジオールであり、脂肪族ジカルボン酸化合物が炭素数6以上12以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸である、前記<1>に記載のゴム用添加剤。
<2> The rubber additive according to <1>, wherein the aliphatic diol is a linear alkane diol having 2 to 16 carbon atoms, and the aliphatic dicarboxylic acid compound is a linear aliphatic dicarboxylic acid having 2 to 16 carbon atoms.
<3> The rubber additive according to <1>, wherein the aliphatic diol is a linear alkane diol having 4 to 14 carbon atoms, and the aliphatic dicarboxylic acid compound is a linear aliphatic dicarboxylic acid having 2 to 16 carbon atoms.
<4> The rubber additive according to <1>, wherein the aliphatic diol is a linear alkane diol having 6 to 12 carbon atoms, and the aliphatic dicarboxylic acid compound is a linear aliphatic dicarboxylic acid having 2 to 16 carbon atoms.
<5> The rubber additive according to <1>, wherein the aliphatic diol is a linear alkane diol having 2 to 16 carbon atoms, and the aliphatic dicarboxylic acid compound is a linear aliphatic dicarboxylic acid having 4 to 14 carbon atoms.
<6> The rubber additive according to <1>, wherein the aliphatic diol is a linear alkane diol having 2 to 16 carbon atoms, and the aliphatic dicarboxylic acid compound is a linear aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms.
<7> The rubber additive according to <1>, wherein the aliphatic diol is a linear alkane diol having 6 to 12 carbon atoms, and the aliphatic dicarboxylic acid compound is a linear aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms.
<8> 前記直鎖アルカンジオールがα,ω-直鎖アルカンジオールである、前記<2>~<7>のいずれかに記載のゴム用添加剤。
<9> 直鎖脂肪族ジカルボン酸がα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸である、前記<2>~<8>のいずれかに記載のゴム用添加剤。
<10> 脂肪族ジオールが炭素数2以上16以下の直鎖アルカンジオールであり、脂肪族ジカルボン酸化合物が炭素数2以上16以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸であり、ポリエステルの重量平均分子量が5000以上50000以下である、前記<1>に記載のゴム用添加剤。
<11> 脂肪族ジオールが炭素数2以上16以下の直鎖アルカンジオールであり、脂肪族ジカルボン酸化合物が炭素数2以上16以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸であり、ポリエステルの重量平均分子量が5,000以上30,000以下である、前記<1>に記載のゴム用添加剤。
<12> 脂肪族ジオールが炭素数6以上12以下の直鎖アルカンジオールであり、脂肪族ジカルボン酸化合物が炭素数6以上12以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸であり、ポリエステルの重量平均分子量が5,000以上30,000以下である、前記<1>に記載のゴム用添加剤。
<13> 脂肪族ジオールが炭素数6以上12以下のα,ω-直鎖アルカンジオールであり、脂肪族ジカルボン酸化合物が炭素数6以上12以下のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸であり、ポリエステルの重量平均分子量が5,000以上30,000以下である、前記<1>に記載のゴム用添加剤。
<14> アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステルであって、アルコール成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールの含有量が85質量%以上であり、カルボン酸成分中の炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量が50質量%以上であるポリエステルの、ゴム用添加剤としての使用。
<8> The rubber additive according to any one of <2> to <7>, wherein the linear alkanediol is an α,ω-linear alkanediol.
<9> The rubber additive according to any one of <2> to <8>, wherein the linear aliphatic dicarboxylic acid is an α,ω-linear aliphatic dicarboxylic acid.
<10> The rubber additive according to <1>, wherein the aliphatic diol is a linear alkane diol having 2 to 16 carbon atoms, the aliphatic dicarboxylic acid compound is a linear aliphatic dicarboxylic acid having 2 to 16 carbon atoms, and the weight average molecular weight of the polyester is 5,000 to 50,000.
<11> The rubber additive according to <1>, wherein the aliphatic diol is a linear alkane diol having 2 to 16 carbon atoms, the aliphatic dicarboxylic acid compound is a linear aliphatic dicarboxylic acid having 2 to 16 carbon atoms, and the weight average molecular weight of the polyester is 5,000 to 30,000.
<12> The rubber additive according to <1>, wherein the aliphatic diol is a linear alkane diol having 6 to 12 carbon atoms, the aliphatic dicarboxylic acid compound is a linear aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms, and the weight average molecular weight of the polyester is 5,000 to 30,000.
<13> The rubber additive according to <1>, wherein the aliphatic diol is an α,ω-linear alkanediol having 6 to 12 carbon atoms, the aliphatic dicarboxylic acid compound is an α,ω-linear aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms, and the weight average molecular weight of the polyester is 5,000 to 30,000.
<14> Use of a polyester which is a polycondensate of an alcohol component and a carboxylic acid component, in which the content of an aliphatic diol having from 2 to 16 carbon atoms in the alcohol component is 85% by mass or more, and the content of an aliphatic dicarboxylic acid compound having from 2 to 16 carbon atoms in the carboxylic acid component is 50% by mass or more, as a rubber additive.
<15> 前記<1>~<13>のいずれかに記載のゴム用添加剤、及びゴム成分を含有するゴム組成物。
<16> さらに無機充填材を含有する前記<15>に記載のゴム組成物。
<17> ゴム成分が天然ゴム及びジエン系合成ゴムから選ばれる1種以上である、前記<15>又は<16>に記載のゴム組成物。
<18> ゴム用添加剤の含有量が、ゴム成分100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下である、前記<15>~<17>のいずれかに記載のゴム組成物。
<19> 前記<1>~<13>のいずれかに記載のゴム用添加剤と、ゴム成分と、無機充填材とを、110℃以上の温度で混練してゴム混練物を得た後、得られたゴム混練物に硫黄を添加して、140℃未満の温度で混合する、ゴム組成物の製造方法。
<20> 前記<15>~<18>のいずれかに記載のゴム組成物を加硫してなるゴム成形体。
<21> 前記<1>~<13>のいずれかに記載のゴム用添加剤を用いたタイヤ部材。
<22> 前記<15>~<18>のいずれかに記載のゴム組成物を用いたタイヤ部材。
<23> 前記<20>に記載のゴム成形体を用いたタイヤ部材。
<15> A rubber composition comprising the rubber additive according to any one of <1> to <13> above, and a rubber component.
<16> The rubber composition according to <15>, further comprising an inorganic filler.
<17> The rubber composition according to <15> or <16>, wherein the rubber component is at least one selected from the group consisting of natural rubber and diene-based synthetic rubber.
<18> The rubber composition according to any one of <15> to <17>, wherein the content of the rubber additive is 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less per 100 parts by mass of the rubber component.
<19> A method for producing a rubber composition, comprising kneading the rubber additive according to any one of <1> to <13>, a rubber component, and an inorganic filler at a temperature of 110°C or higher to obtain a rubber kneaded product, and then adding sulfur to the obtained rubber kneaded product and mixing them at a temperature of less than 140°C.
<20> A rubber molded article obtained by vulcanizing the rubber composition according to any one of <15> to <18>.
<21> A tire member using the rubber additive according to any one of <1> to <13>.
<22> A tire member using the rubber composition according to any one of <15> to <18>.
<23> A tire member using the rubber molded article according to <20>.
<ポリエステルの重量平均分子量の測定>
以下のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により分子量分布を測定し、ポリエステルの重量平均分子量(Mw)を求めた。
(1)試料溶液の調製濃度が0.5g/100mLになるように、ポリマーをクロロホルムに溶解させた。ついで、この溶液をポアサイズ2μmのフッ素樹脂フィルター(住友電気工業株式会社製、商品名:FP-200)を用いて濾過して不溶成分を除き、試料溶液とした。
(2)分子量測定装置(東ソー株式会社製、商品名:CO-8010、分析カラム:GMHXL+G3000HXL)を用いて、溶離液としてクロロホルムを、毎分1mlの流速で流し、40℃の恒温槽中でカラムを安定化させた。そこに試料溶液100μlを注入して測定を行った。試料の分子量は、あらかじめ作製した検量線に基づき算出した。このときの検量線には、数種類の単分散ポリスチレン(東ソー株式会社製の単分散ポリスチレン;2.63×103、2.06×104、1.02×105、ジーエルサイエンス株式会社製の単分散ポリスチレン;2.10×103、7.00×103、5.04×104(数平均分子量))を標準試料として作成したものを用いた。
<Measurement of Weight Average Molecular Weight of Polyester>
The molecular weight distribution was measured by the following gel permeation chromatography (GPC) method to determine the weight average molecular weight (Mw) of the polyester.
(1) Preparation of a sample solution The polymer was dissolved in chloroform so that the concentration was 0.5 g/100 mL. Next, this solution was filtered using a fluororesin filter (manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd., product name: FP-200) with a pore size of 2 μm to remove insoluble components, and a sample solution was obtained.
(2) Using a molecular weight measuring device (manufactured by Tosoh Corporation, product name: CO-8010, analytical column: GMHXL + G3000HXL), chloroform was passed as an eluent at a flow rate of 1 ml per minute, and the column was stabilized in a thermostatic bath at 40 ° C. 100 μl of sample solution was injected therein for measurement. The molecular weight of the sample was calculated based on a calibration curve prepared in advance. For the calibration curve at this time, several types of monodisperse polystyrene (monodisperse polystyrene manufactured by Tosoh Corporation; 2.63 × 10 3 , 2.06 × 10 4 , 1.02 × 10 5 , monodisperse polystyrene manufactured by GL Sciences Inc.; 2.10 × 10 3 , 7.00 × 10 3 , 5.04 × 10 4 (number average molecular weight)) were used as standard samples.
<ポリエステルの融点の測定>
示差走査熱量計(ティー・エイ・インスツルメント社製、商品名:Q-100)を用いて、室温(20℃)から降温速度10℃/分で0℃まで冷却した試料をそのまま1分間静止させ、その後、昇温速度10℃/分で180℃まで昇温しながら融点を測定した。観測される吸熱ピークのうち、最も高温側にあるピークの温度をポリエステルの融点とした。
<Measurement of Melting Point of Polyester>
Using a differential scanning calorimeter (manufactured by TA Instruments, product name: Q-100), the sample was cooled from room temperature (20° C.) to 0° C. at a temperature drop rate of 10° C./min, allowed to stand for 1 minute, and then heated to 180° C. at a temperature increase rate of 10° C./min, while measuring the melting point. The temperature of the highest endothermic peak observed was taken as the melting point of the polyester.
製造例1~7、及び製造例8(比較製造例)〔ポリエステルA~G及びHの製造〕
表1に示す原料モノマー及び2-エチルヘキサン酸錫(II)20g、tert-ブチルカテコール5gを窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、140℃で6時間保持し、更に200℃まで6時間かけて昇温し、200℃にて1時間反応させた後、8.3kPaにて1時間反応させて、ポリエステルA~G及びHを得た。結果を表1に示す。
Production Examples 1 to 7 and Production Example 8 (Comparative Production Example) (Production of Polyesters A to G and H)
The raw material monomers shown in Table 1, 20 g of tin (II) 2-ethylhexanoate, and 5 g of tert-butylcatechol were placed in a 10 L four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a dehydration tube, a stirrer, and a thermocouple, and the mixture was maintained at 140° C. for 6 hours, heated to 200° C. over a period of 6 hours, and reacted at 200° C. for 1 hour and then at 8.3 kPa for 1 hour to obtain polyesters A to G and H. The results are shown in Table 1.
表1に示す各成分の詳細は、以下のとおりである。
〔アルコール成分〕
・EG :エチレングリコール
・1,2-PD :1,2-プロパンジオール
・1,12-DD:1,12-ドデカンジオール
・GLY :グリセリン
〔カルボン酸成分〕
・DDA :ドデカン二酸
・TDDA:テトラデカン二酸
・TPA :テレフタル酸
・TMA :トリメリット酸
Details of each component shown in Table 1 are as follows.
[Alcohol content]
EG: Ethylene glycol 1,2-PD: 1,2-propanediol 1,12-DD: 1,12-dodecanediol GLY: Glycerin [carboxylic acid component]
DDA: Dodecanedioic acid TDDA: Tetradecanedioic acid TPA: Terephthalic acid TMA: Trimellitic acid
実施例1~10、12、参考例11、1、及び比較例1~2
表2に示す原料成分を準備し、酸化亜鉛、硫黄、加硫促進剤を除く成分を表2に示す配合処方で、バンバリーミキサーを用いて、最高温度150℃で4分間混練した。次に、酸化亜鉛、硫黄、加硫促進剤を添加し、最高温度110℃で2分間混練して、未加硫ゴム組成物を得た。
得られた未加硫ゴム組成物を、160℃で30分間加熱してシート状加硫ゴム成形体を得た。
Examples 1 to 10, 12, Reference Examples 11, 1, and Comparative Examples 1 to 2
The raw material components shown in Table 2 were prepared, and the components except for zinc oxide, sulfur, and vulcanization accelerator were kneaded for 4 minutes at a maximum temperature of 150°C using a Banbury mixer according to the compounding recipe shown in Table 2. Next, zinc oxide, sulfur, and vulcanization accelerator were added, and kneaded for 2 minutes at a maximum temperature of 110°C to obtain an unvulcanized rubber composition.
The resulting unvulcanized rubber composition was heated at 160° C. for 30 minutes to obtain a sheet-like vulcanized rubber molding.
表2に示す各成分の詳細は、以下のとおりである。
〔ゴム成分〕
*1:日本ゼオン株式会社製、乳化重合SBR、商品名:NIPOL 1502、スチレン量23.5質量%
〔ポリエステル〕
*2:製造例1~7及び製造例8(比較製造例)で得られたポリエステルA~G及びH
〔シリカ〕
*3:東ソー・シリカ株式会社製、商品名:ニップシールAQ、BET比表面積205m2/g
〔カーボンブラック〕
*4:HAF、東海カーボン株式会社製、商品名:シースト3、DBP吸収量:101cm3/100g、N2AS:79m2/g
〔ポリスルフィド系シランカップリング剤〕
*5:ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、エボニック社製、商品名:Si69
Details of each component shown in Table 2 are as follows.
[Rubber component]
*1: Emulsion-polymerized SBR manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., product name: NIPOL 1502, styrene content 23.5% by mass
〔polyester〕
*2: Polyesters A to G and H obtained in Production Examples 1 to 7 and Production Example 8 (Comparative Production Example)
〔silica〕
*3: Manufactured by Tosoh Silica Corporation, product name: Nipsil AQ, BET specific surface area 205 m 2 /g
[Carbon Black]
*4: HAF, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., product name: Seast 3, DBP absorption: 101 cm 3 /100 g, N 2 AS: 79 m 2 /g
[Polysulfide-based silane coupling agents]
*5: Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfide, manufactured by Evonik, trade name: Si69
〔その他〕
*8: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、大内新興化学工業株式会社製、商品名:ノクラック6C
*9:花王株式会社製、商品名:ルナックS-70V
*10:ナフテン系プロセスオイル、日本サン石油株式会社製、商品名:SUNTHENE 410
*11:富士フイルム和光純薬株式会社製、酸化亜鉛(一級)
*12:富士フイルム和光純薬株式会社製、硫黄(粉末、化学用)
*13:スルフェンアミド系加硫促進剤、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、大内新興化学工業株式会社製、商品名:ノクセラーCZ-G
*14:グアニジン系加硫促進剤、1,3-ジフェニルグアニジン、大内新興化学工業株式会社製、商品名:ノクセラーD
〔others〕
*8: N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine, manufactured by Ouchi Shinko Chemical Industry Co., Ltd., trade name: Nocrac 6C
*9: Kao Corporation, product name: Lunac S-70V
*10: Naphthenic process oil, manufactured by Nippon San Oil Co., Ltd., product name: SUNTHENE 410
*11: Zinc oxide (first grade), manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
*12: Sulfur (powder, chemical grade), manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
*13: Sulfenamide vulcanization accelerator, N-cyclohexyl-2-benzothiazolyl sulfenamide, manufactured by Ouchi Shinko Chemical Industry Co., Ltd., product name: Noccela CZ-G
*14: Guanidine vulcanization accelerator, 1,3-diphenylguanidine, manufactured by Ouchi Shinko Chemical Industry Co., Ltd., product name: Noccelaer D
<貯蔵弾性率(G’)及び損失正接(tanδ)の測定>
粘弾性測定装置(TAインスツルメント社製、ARES-G2)を用いて、温度50℃、動歪5%、周波数10Hzの条件で、得られたシート状ゴム成形体の貯蔵弾性率(G’)及び損失正接(tanδ)を測定した。結果を表2に示す。
表2では、比較例1の架橋ゴムの貯蔵弾性率及び損失正接をそれぞれ100としたときの相対値を示した。
貯蔵弾性率(G’)の相対値が大きいほど貯蔵弾性率が大きく、タイヤに用いた際のブロック剛性が高く、車両の操縦安定性に優れることを示す。
架橋ゴムの貯蔵弾性率(G’)の相対値が102以上であれば実用上使用可能であり、108以上が好ましく、110以上がより好ましい。
また、tanδの相対値が小さいほどタイヤに用いた際のタイヤの転がり抵抗が小さく、発熱性が小さく、省燃費性に優れることを示す。
架橋ゴムの損失正接(tanδ)の相対値が108以下であれば実用上十分である。
<Measurement of storage modulus (G') and loss tangent (tan δ)>
The storage modulus (G') and loss tangent (tan δ) of the obtained sheet-like rubber molding were measured using a viscoelasticity measuring device (TA Instruments, ARES-G2) under conditions of a temperature of 50°C, a dynamic strain of 5%, and a frequency of 10 Hz. The results are shown in Table 2.
In Table 2, the storage modulus and loss tangent of the crosslinked rubber of Comparative Example 1 are shown as relative values, assuming that they are 100.
A larger relative value of the storage modulus (G') indicates a larger storage modulus, higher block rigidity when used in a tire, and more excellent vehicle handling stability.
If the relative value of the storage modulus (G') of the crosslinked rubber is 102 or more, it is usable in practice, preferably 108 or more, and more preferably 110 or more.
Also, the smaller the relative value of tan δ, the smaller the rolling resistance of the tire when used in a tire, the smaller the heat generation, and the more excellent the fuel economy.
If the relative value of the loss tangent (tan δ) of the crosslinked rubber is 108 or less, it is sufficient for practical use.
表2から、本発明の実施例1~10、12で得られたゴム成形体は、参考例1及び比較例1~2で得られたゴム成形体に比べて、貯蔵弾性率(G’)の増加に対して損失正接(tanδ)が大きく増加せず、ゴム成形体は変形しにくく、変形時においても発熱性が低いことが分かる。 From Table 2, it can be seen that the rubber molded articles obtained in Examples 1 to 10 and 12 of the present invention do not show a large increase in loss tangent (tan δ) with respect to an increase in storage modulus (G') compared to the rubber molded articles obtained in Reference Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, and the rubber molded articles are less likely to deform and have low heat buildup even when deformed.
本発明によれば、変形しにくく(貯蔵弾性率が高く)、変形時においても発熱性が低い(損失正接が大きくない)ゴム成形体を得ることができるゴム用添加剤、それを含有するゴム組成物、及びゴム組成物の製造方法、並びにゴム成形体及びタイヤ部材を提供することができる。得られるゴム成形体等は、乗用車用、小中トラック用、及び大型車両(大型トラック、バス、建設車両等)用等の各種タイヤ、タイヤトレッド等のタイヤ部材の他、各種のゴムベルト、各種のシール材、免振防振材、靴底等の用途として特に好適に利用できる。According to the present invention, it is possible to provide a rubber additive capable of obtaining a rubber molded article that is resistant to deformation (has a high storage modulus) and has low heat generation even when deformed (has a low loss tangent), a rubber composition containing the additive, a method for producing the rubber composition, and a rubber molded article and a tire component. The obtained rubber molded article and the like can be particularly suitably used for various tires for passenger cars, small and medium trucks, and large vehicles (large trucks, buses, construction vehicles, etc.), tire components such as tire treads, as well as various rubber belts, various sealing materials, vibration-isolating and vibration-proof materials, shoe soles, etc.
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