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JP2001089599A - 澱粉強化剤を含有するゴム及びそれを成分として有するタイヤ - Google Patents

澱粉強化剤を含有するゴム及びそれを成分として有するタイヤ

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Publication number
JP2001089599A
JP2001089599A JP2000235961A JP2000235961A JP2001089599A JP 2001089599 A JP2001089599 A JP 2001089599A JP 2000235961 A JP2000235961 A JP 2000235961A JP 2000235961 A JP2000235961 A JP 2000235961A JP 2001089599 A JP2001089599 A JP 2001089599A
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JP
Japan
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starch
plasticizer
silica
rubber
rubber composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000235961A
Other languages
English (en)
Inventor
Paul Harry Sandstrom
ポール・ハリー・サンドストローム
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Goodyear Tire and Rubber Co
Original Assignee
Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Goodyear Tire and Rubber Co filed Critical Goodyear Tire and Rubber Co
Publication of JP2001089599A publication Critical patent/JP2001089599A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60CVEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 澱粉強化剤を含有するゴム及びそれを成分と
して有するタイヤの提供。 【解決手段】 (A)少なくとも1種類のジエンに基づ
くエラストマー 100重量部と;(B)(1)少なく
とも1種類の澱粉、澱粉/可塑剤複合材及び変性澱粉か
ら選択される、少なくとも1種類の澱粉に基づく材料
0.1〜120phrと、(2)(a)カーボンブラッ
クとアモルファス・シリカ又は(b)カーボンブラック
若しくはアモルファス・シリカ 0〜90phrとから
成る、少なくとも1種類のエラストマー強化充填材
0.1〜120phrと;(C)任意に、シリカが用い
られる場合の、前記澱粉に基づく材料と前記シリカとに
対するカップリング剤と;(D)少なくとも1種類のメ
チレン・アクセプター化合物及び/又はメチレン・ドナ
ー化合物(ヘキサメチレンテトラミンを除外)とを含む
ことを特徴とするゴム組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、澱粉、変性澱粉及
び/又は澱粉/可塑剤複合材と選択されたメチレン・ドナ
ー及び/又はメチレン・アクセプターとの組み合わせを
含有するゴム組成物に関する。本発明はまた、このよう
なゴム組成物から成る少なくとも1種類の構成要素を有
するタイヤにも関する。このようなタイヤ構成要素は例
えばタイヤの円周トレッド又はタイヤの他の構成要素で
ありうる。
【0002】
【従来の技術及び解決すべき課題】澱粉、変性澱粉及び
澱粉/可塑剤複合材は、例えばタイヤ・トレッドのような
タイヤ構成要素を包含した種々な目的のために、エラス
トマー配合物を含めた種々な組成物に時には用いられて
いる。
【0003】このような材料は、単独で又はシリカ及び
/又はカーボンブラック強化充填材と組み合わせて、又
は例えばリサイクル若しくは粉砕加硫ゴム粒子、短いフ
ァイバー、カオリン粘土、マイカ、タルク、酸化チタン
及び石灰石のような他の充填材と組み合わせて用いられ
ることができる。このような短いファイバーは例えばセ
ルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル及び炭素
組成物のファイバーでありうる。
【0004】米国特許第5,403,923号、第5,
258,430号及び第4,900,361号は種々な
澱粉組成物の製造と使用とを開示し、米国特許第5,6
72,639号は、例えばタイヤ・トレッドのようなタ
イヤ構成要素としてを含めた、ゴム組成物における澱粉
/可塑剤複合材の使用に関する。
【0005】しかし、澱粉に基づく充填材の使用は一般
に、エラストマー組成物の耐摩耗性と引き裂き抵抗が有
意に望ましい性質である種々なエラストマーの強化剤と
して幾つかの限界を提示しうる。
【0006】したがって、エラストマー組成物中の澱粉
に基づく材料の使用を強化することが望ましい。歴史的
に、当業者に周知であるように、澱粉は典型的にアミロ
ース反復単位(グルコシド結合によって結合されたアン
ヒドログルコピラノース単位)とアミロペクチン(分枝
鎖構造)反復単位とを有する炭水化物ポリマーとして表
されることができる。しばしば、澱粉は約25%のアミ
ロースと約75%のアミロペクチンとから成る。[Th
e Condensed Chemical Dict
ionary,第9版(1977年にG.G.Hawl
eyによって改訂)VanNostrand Rein
hold Companyによって発行,813頁]。
報告によると、澱粉は典型的な商業的ソースとしての例
えばトウモロコシ、ジャガイモ、米及び小麦のような植
物中の貯蔵ポリサッカリドでありうる。
【0007】澱粉はそれだけで典型的に約200℃以上
の軟化点を有するので、多くのゴム製品中では幾らか限
定されて使用されると通常考えられる。この理由は主と
して、澱粉(少なくとも約200℃の軟化点を有する)
を効果的に溶融させ、ゴム組成物と効果的にブレンドさ
せるために充分に高い温度ではない、約140℃〜約1
70℃の範囲内の温度、通常は少なくとも約160℃、
時には180℃までの温度においてゴムに種々な成分を
予めブレンドすることによって、ゴム組成物が標準的に
加工されるからである。その結果、澱粉粒子は、より均
質なブレンドとしてではなく、ゴム組成物内の個別なド
メイン又は顆粒中に留まりがちである。
【0008】したがって、ゴム組成物に用いるための澱
粉/可塑剤複合材を形成するために、時には澱粉をより
低い軟化点を有する可塑剤によって変性させる。本明細
書で慣用的実際に従って用いる“phr”なる用語は、
“ゴム又はエラストマー 100重量部当りの各材料の
重量部”を意味する。
【0009】本発明の説明において、本明細書で用いる
“ゴム”と“エラストマー”なる用語は、他に指定しな
い限り、互換的に用いることができる。本明細書で用い
る“ゴム組成物”、“配合ゴム”及び“ゴム・コンパウ
ンド”なる用語は“種々な成分及び材料とブレンド又は
混合されているゴム”を意味するために互換的に用いら
れ、このような用語はゴム混合又はゴム配合技術分野に
おける熟練した人々に周知である。
【0010】本明細書で用いる“カーボンブラック”な
る用語は、“エラストマー、特に硫黄硬化性エラストマ
ーの強化に典型的に用いられる性質を有するカーボンブ
ラック”を意味する。
【0011】本明細書で用いる“シリカ”なる用語は、
沈降シリカ又はヒュームドシリカを指すことができ、典
型的には、当業者に周知である、アルミノシケートを含
めた沈降シリカを指す。
【0012】エラストマーのTgに関する言及は、エラ
ストマーのガラス転移温度を意味し、これは示差走査熱
量計によって10℃/分の加熱速度で便利に測定するこ
とができる。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の1態様による
と、(A)少なくとも1種類のジエンに基づくエラスト
マー 100重量部と;(B)(1)少なくとも1種類
の澱粉、澱粉/可塑剤複合材及び変性澱粉から選択され
る、少なくとも1種類の澱粉に基づく材料 約0.1〜
約120phr、或いは約5〜約70phrと、(2)
(a)カーボンブラック若しくはシリカ、即ちアモルフ
ァス・シリカ又は(b)カーボンブラックとシリカ、即
ちアモルファス・シリカ 0〜約90phr、或いは約
20〜約85phrと,任意に、少なくとも1種類の付
加的な強化用又は非強化用無機充填材とから成る、少な
くとも1種類のエラストマー強化充填材 約0.1〜約
120phr、或いは約25〜約90phrと;(C)
任意に、シリカが用いられる場合の、前記澱粉に基づく
材料と前記シリカとに対するカップリング剤(前記カッ
プリング剤は、場合によって、前記澱粉複合材の表面と
前記シリカの表面とに反応性の部分と、前記エラストマ
ーと相互作用する部分とを有する)と;(D)メチレン
・アクセプター及び/又はメチレン・ドナー(ヘキサメ
チレンテトラミンを除外)とを含むゴム組成物を提供す
る。
【0014】好ましくは、前記変性澱粉はヒドロキシエ
チル化澱粉、酸化澱粉及び酸変性澱粉の少なくとも1種
類から選択される。実際に、前記澱粉は典型的に、約1
5/85〜約35/65、或いは約20/80〜約30
/70の比率でのアミロース単位とアミロペクチン単位
とから成り、約180℃〜約220℃の範囲内のAST
M No.D1228による軟化点を有し;澱粉/可塑
剤はASTM No.D1228による約110℃〜約
170℃の範囲内の軟化点を有する。
【0015】本発明の実施では、メチレン・ドナー化合
物が−CH2OX基(式中、Xは炭素数1〜8のアルキ
ル基であり、好ましくはメチル、エチル、プロピル及び
オクチル基から選択される)を含有し、ヘキサメチレン
テトラミンを除外することが好ましい。例えば、米国特
許第5,886,074号を参照のこと。
【0016】ヘキサメチレンテトラミンを除外した、こ
のようなメチレン・ドナー化合物の典型的なものは、例
えばヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサエトキシメ
チルメラミン及びエトキシメチルピリジニウムクロリド
と;例えばN,N’,N”−トリメチロールメラミン、
N−メチロールメラミン及びN’,N”−ジメチロール
メラミンのようなメラミンのN−メチロール誘導体であ
る。
【0017】メチレン・アクセプター化合物の典型的な
ものは、例えばフェノール性カシューナッツ油樹脂、レ
ゾルシノール・モノベンゾエート及び多価フェノキシ樹
脂、好ましくはフェノール性カシューナッツ油樹脂であ
る、例えば、米国特許第5,206,289号と第4,
605,696号を参照のこと。
【0018】このようなフェノール性カシューナッツ油
樹脂は、例えば、Schnectady社からSP67
00として入手可能である。フェノール樹脂は慣用的
に、フェノール又はフェノール混合物とアルデヒド、通
常はホルムアルデヒドとの酸縮合によって製造される。
このようなフェノール樹脂は二段法樹脂と呼ばれること
ができ、慣用的にノボラックとして知られる。このテク
ノロジーが当業者に周知であることは理解される。Sc
hnectady樹脂SP6700はフェノールとアル
デヒドとの縮合による二段法フェノール樹脂(ノボラッ
ク)であり、フェノール構成要素はフェノールと、時に
は“CSL”と呼ばれる液体カシューナッツ油との混合
物である。CSLは、メタ位置においてC15炭化水素
鎖によって置換されたモノフェノールから主として成る
混合物として説明されることができる。
【0019】本発明の重要な特徴は、周知のメチレン・
ドナーであるヘキサメチレンテトラミンが、澱粉に基づ
く材料がそれだけで又は好ましいメチレン・アクセプタ
ー(即ち、フェノール性カシューナッツ油樹脂)と組み
合わせて用いられる本発明に用いるために充分に作用し
ないことが観察されていることである。この結果は予想
外であり、化学クラスの物質としての全てのメチレン・
ドナー化合物が本発明の目的のために充分に作用すると
は限らないことを例証した。
【0020】澱粉、変性澱粉又は澱粉/可塑剤複合材と
組み合わせてメチレン・ドナー(ヘキサメチレンテトラ
ミンを除外する)を用いることの重要な局面は、タイヤ
の種々な構成要素に用いられるゴム組成物の重要な物理
的性質である、ゴム組成物の引き裂き抵抗の改良が観察
されたことである。
【0021】実際に、しばしばメチレン・ドナーである
と見なされるヘキサメチレンテトラミン(米国特許第
5,886,074号参照)が本発明では例えばヘキサ
メトキシメチルメラミンのような他の一般的なメチレン
・ドナーと同様には作用しないと見られることが、本発
明では観察されている。
【0022】重要な局面は、メチレン・ドナー又はメチ
レン・アクセプター又は両方の組み合わせの使用が加硫
ゴム組成物の引き裂き抵抗性の改良を生じたことが観察
されたことである。
【0023】特に、本発明では、メチレンアクセプタ
ー、特にフェノール性カシューナッツ油樹脂と、メチレ
ン・ドナー(ヘキサメチレンテトラミンを除外する)と
の組み合わせを、澱粉、変性澱粉又は澱粉/可塑剤複合
材と共に用いることの重要な局面が、引き裂き抵抗の改
良のためにシラン・カップリング剤を単独で用いるより
も、加硫ゴム組成物のより良く改良された引き裂き抵抗
を生じることが、観察されている。
【0024】実際に、澱粉、変性澱粉又は澱粉/可塑剤
複合材並びにシリカの表面と反応するカップリング剤の
部分は、本発明では一般に、これらの表面上の少なくと
も1個以上のヒドロキシル基と、場合によってはその表
面上の他の反応性基とも反応することができると見なさ
れる。
【0025】本発明の実施では、澱粉、変性澱粉又は澱
粉/可塑剤複合材は例えば自由流動性乾燥粉末として、
又は自由流動性乾燥ペレット化形で用いることが望まし
いと考えられる。
【0026】変性澱粉に関しては、種々な変性澱粉を用
いることができる。商業的に入手可能な変性澱粉の代表
的なものは、例えば、全てがA.E.Staley M
anufacturing Companyからの、E
THYLEX 2095としてのヒドロキシエチル化澱
粉、STA−COTE H44としての酸化澱粉及びE
CLIPSE Gとしての酸変性澱粉である。
【0027】変性澱粉がヒドロキシエチル化澱粉である
場合に、ヒドロキシエチル化澱粉は、ヒドロキシエチル
基が澱粉のヒドロキシル基の極く少数の代わりに置換さ
れる処理を受けた澱粉として説明することができる。
【0028】澱粉/可塑剤複合材に関しては、合成可塑
剤自体が澱粉と適合性であり、可塑剤と澱粉とのブレン
ドの軟化が澱粉単独の軟化よりも低温で生じるように、
澱粉の軟化点よりも低い軟化点を有することが望まし
い。ブレンド中の個々のポリマー(単数又は複数種類)
の最高軟化点よりも低い軟化点を有する、軟化点の異な
る複数の適合性ポリマーのブレンドに見られるこの現象
は当業者に周知である。
【0029】本発明の目的のために、澱粉/可塑剤複合
材の可塑剤効果(該複合材の軟化点が澱粉の軟化点より
も低いことを意味する)を、例えば、160℃未満の軟
化点を有するポリ(エチレンビニルアルコール)のよう
なポリマー可塑剤の使用によって得ることができる。他
の可塑剤類とそれらの混合物も、それらが澱粉の軟化点
よりも低い、好ましくは160℃未満の軟化点を有する
限り、本発明に用いるために考えられ、これらの可塑剤
は約5〜約90%、或いは約20〜約70%の酢酸ビニ
ルのモル含量を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマ
ー、エチレン−グリシダールアクリレートコポリマー及
びエチレン−無水マレイン酸コポリマーから選択され
た、1種類以上のコポリマーとそれらの加水分解したコ
ポリマーでありうる。前述したように、コポリマーの加
水分解した形も考えられる。例えば、対応するエチレン
−ビニルアルコールコポリマーとエチレン−アセテート
−ビニルアルコールターポリマーも、それらが澱粉の軟
化点より低い、好ましくは160℃より低い軟化点を有
する限り、考えられる。
【0030】一般に、澱粉/可塑剤複合材に関して、澱
粉と可塑剤とをブレンドすることは、澱粉と可塑剤との
間の比較的強い化学的及び/又は物理的相互作用である
と本発明で見なされ又は考えられるものを包含する。
【0031】一般に、澱粉/可塑剤組成物が必要な軟化
点範囲を有する限り、澱粉/可塑剤複合材は約0.5/
1〜約4/1、或いは約1/1〜約2/1の範囲内の望
ましい澱粉対可塑剤重量比率を有し、好ましくは、それ
がエラストマー(単数又は複数種類)と混合される前
に、自由流動性の乾燥粉末又は押出成形ペレットである
ことができる。
【0032】澱粉/可塑剤複合材に関して、合成可塑剤
(単数又は複数種類)は室温において、又は約23℃に
おいて粘ちょうな性質を有するので、本明細書の目的の
ために液体であると考えられるが、多くの可塑剤は事実
上ポリマーであると理解すべきであるので、可塑剤は実
際に室温において粘ちょうな液体であると考えられる。
【0033】澱粉/可塑剤複合材に関して、合成可塑剤
の典型的な例は、澱粉/可塑剤複合材が必要な軟化点範
囲を有するように可塑剤が混合される澱粉の軟化点より
も充分に低い軟化点を有する限り、例えば、ポリ(エチ
レンビニルアルコール)、酢酸セルロース及び二塩基有
機酸のジエステルである。
【0034】好ましくは、合成可塑剤はポリ(エチレン
ビニルアルコール)と酢酸セルロースの少なくとも1種
類から選択される。例えば、澱粉/可塑剤複合材のため
に、酢酸ビニルを重合して、ポリ(酢酸ビニル)を形成
して、次にこれを加水分解して(酸又は塩基触媒作
用)、ポリ(エチレンビニルアルコール)を形成するこ
とによって、上記ポリ(エチレンビニルアルコール)を
得ることができる。酢酸ビニルのこのような反応と、得
られる生成物の加水分解とは当業者に周知である。
【0035】例えば、ビニルアルコール/エチレン(6
0/40モル比率)コポリマーを種々な分子量と結晶化
度での、例えば約11700の分子量と約11.5ミク
ロンの平均粒度での、又は約60,000の分子量(重
量平均)と50ミクロン未満の平均粒径での粉末形で得
ることができる。
【0036】澱粉/可塑剤複合材のために、次に、澱粉
とエチレンビニルアルコールコポリマーとの種々なブレ
ンドを当業者に周知の混合方法によって製造することが
できる。例えば、“分解澱粉エチレンコポリマーを含む
ポリマー組成物”なる名称のBastioli、Bel
lotti及びDel Trediuによる特許明細
書、米国特許第5,403,374号に詳述された方法
を用いることができる。
【0037】他の可塑剤も、例えば、それらが適当なT
gと澱粉適合性との必要条件を満たす限り、1種類以上
の適当な有機二塩基酸を脂肪族又は芳香族ジオール(単
数又は複数種類)と、エステル化縮合反応と呼ばれるこ
ともある反応において反応させることによって、製造す
ることができる。このようなエステル化反応は当業者に
周知である。
【0038】本発明の実施において、前記付加的無機充
填材は例えばカオリン粘土、タルク、短い個別ファイバ
ー、例えばポリエチレンとポリプロピレン粒子のような
熱可塑性粉末、又は他の強化用若しくは非強化用無機充
填材の1種類以上から選択することができる。
【0039】本発明の説明において、このような付加的
な無機充填材は、ゴム組成物の配合又は製造に慣用的に
用いられる顔料、例えば酸化亜鉛、酸化チタン等を除外
する、即ち含めないように意図されるが、本発明のゴム
組成物にはもちろん酸化亜鉛が慣用的に用いられる。
【0040】本発明のゴム組成物に用いるための付加的
な短いファイバーは例えばセルロース、アラミド、ナイ
ロン及びポリエステルのような有機ポリマー材料の短い
ファイバーでありうる。
【0041】実際に、前記澱粉/合成可塑剤複合材は約
0〜約30重量%、或いは約1〜約6重量%の範囲内の
含水量を有する。実際に、前記で指摘したように、エラ
ストマー強化剤は(i)澱粉/可塑剤複合材、又は(i
i)澱粉/可塑剤複合材と、カーボンブラックとアモル
ファス・シリカ(特に沈降シリカ)の少なくとも一方と
の組み合わせ、(iii)任意に、澱粉/可塑剤とカー
ボンブラック及び/又は沈降シリカと少なくとも1種類
の他の無機充填材との組み合わせであることができ、シ
リカが用いられる場合には、澱粉複合材とシリカとをジ
エンに基づくエラストマー(単数又は複数種類)に結合
させるためにカップリング剤が任意に用いられる。
【0042】本発明では、必要な場合には、硬化された
又は加硫されたゴム組成物に望ましい性質に幾らか依存
して、前記澱粉に基づく材料を硫黄加硫可能なエラスト
マーのためのカーボンブラック及び/又は沈降シリカ強
化剤の(i)部分的又は(ii)完全な代替物として用
いることができると考えられる。
【0043】実際に、ゴム強化用カーボンブラックを前
記澱粉に基づく材料と共に、カーボンブラックの構造に
幾らか依存して、少なくとも5phr、好ましくは、少
なくとも35phrのカーボンブラック量で用いること
が一般には好ましい。カーボンブラック構造はしばし
ば、そのDBP(ジブチルフタレート)値によって表さ
れる。強化用カーボンブラックは典型的に約40〜約4
00cc/100gの範囲内、より通常は約80〜約3
00cc/gの範囲内のDBP値(ASTM D126
5)を有する。明らかな静電気蓄積を遅延させる又は防
止するために適当な導電率をエラストマー組成物に与え
る目的で、カーボンブラック含量を用いる場合には、最
少量のカーボンブラックがエラストマー組成物中に存在
することができ、例えば約10phrの高導電性カーボ
ンブラックが用いられ、さもなくば、通常は少なくとも
約25phr、しばしば少なくとも約35phrのカー
ボンブラックが用いられる。
【0044】必要な場合には、実際に基づいて、前記澱
粉に基づく材料に対するカップリング剤が、シリカを用
いる場合にシリカに対して使用可能であるカップリング
剤と同じカップリング剤でありうることが通常好まし
い。したがって、本発明では、澱粉に基づく材料の表面
に対して反応性のカップリング剤部分がシリカの表面上
に典型的に存在するヒドロキシル基(例えば、SiO
H)及び/又は他の反応性基に対しても反応性であるこ
とが考えられる。
【0045】前記澱粉に基づく材料をエラストマー組成
物中のカーボンブラック及び/又はシリカの完全な代替
え物として用いないことが好ましいことを理解すること
が重要である。したがって、1態様では、前記澱粉に基
づく材料を硫黄加硫可能なエラストマー中のカーボンブ
ラック及び/又はシリカ強化剤の部分的な代替え物とし
て通常用いるべきであることが考えられる。
【0046】澱粉自体を澱粉/可塑剤複合材と組み合わ
せて用いることができるが、本発明ではこれらが同等な
代替物と見なされないことを理解することが重要であ
る。したがって、澱粉はカップリング剤と共にエラスト
マー組成物の強化剤として適切であると時には考えられ
うるが、幾つかの用途に対しては澱粉/可塑剤複合材
が、カップリング剤なしに用いられた場合であっても、
より望ましいと考えられうる。
【0047】シリカをカーボンブラックと共に強化剤と
して用いる場合には、シリカのカーボンブラックに対す
る重量比率は望ましくは約0.1/1〜約10/1の範
囲内の重量比率、したがって、少なくとも0.1/1、
或いは少なくとも約0.9/1、任意に少なくとも3/
1、時には少なくとも10/1である。
【0048】澱粉複合材とシリカを用いる場合のシリカ
とに対する前記シリカ・カップリング剤の重量比率は、
例えば、約0.01/1〜約0.2/1の範囲内である
ことができ、又は約0.4/1まででさえある。
【0049】澱粉はアミロース単位及び/又はアミロペ
クチン単位から成るとして記載されている。これらは澱
粉の周知の成分である。典型的に、澱粉は約25/75
の比率でのアミロース単位とアミロペクチン単位との組
み合わせから構成される。可塑剤と幾らか異なって相互
作用する、澱粉複合材の澱粉を表示するために、アミロ
ース単位のアミロペクチン単位に対する比率のより幅広
い範囲を本明細書に記載する。例えば、適当な比率が約
20/80から100/0までであることが本発明では
考えられるが、より適切な範囲は約15/85〜約35
/63であると考えられる。したがって、澱粉は主とし
て又は完全にさえ、アミロース単位から構成される可能
性がある。
【0050】前述したように、澱粉は典型的に天然生成
植物から得ることができる。トウモロコシ澱粉はかなり
一般的な天然澱粉であると考えられる。澱粉/可塑剤複
合材は例えばフィブリル、球体又はマクロ分子のよう
な、1態様では澱粉中のアミロース対アミロペクチンの
比率並びに複合材中の可塑剤含量にある程度依存すると
考えられる種々な粒状形で存在しうる。
【0051】このような形態の澱粉の相対的重要性は、
もし存在するとすれば、充填材の形態に関連したそれら
の強化作用の差異である。充填材の形態は主としてエラ
ストマー組成物内の澱粉複合材の最終形状を決定し、さ
らに例えば高い剪断及び高温のような混合条件の厳しさ
が最終的充填材の形態を最適にさせることができる。し
たがって、澱粉複合材は混合後に前記形状の1つ以上の
形状で存在することができる。
【0052】澱粉がそれ自体で事実上親水性であり、こ
のことは澱粉が水と結合する又は水を吸収する強い傾向
を有することを意味することを知ることは重要である。
したがって、澱粉及び/又は澱粉複合材の含水量は本明
細書で予め考察されている。これは本発明の実施におい
て重要な、又は望ましい特徴であると考えられる、この
理由は、水は澱粉に対して可塑剤としてもある程度作用
することができ、例えばポリビニルアルコール又は酢酸
セルロースのような、澱粉複合材の可塑剤自体と、又は
例えばポリビニルアルコールのエステル及び/又は酢酸
セルロース又は澱粉の融点を下げることができる任意の
可塑剤のような、同様な官能性を含有する他の可塑剤と
時には結合することができるからである。
【0053】種々なエラストマー組成物と加工条件とに
対して用いるべき種々な等級の澱粉/可塑剤組成物を開
発することができる。前記で指摘したように、澱粉はア
ミロース単位のアミロペクチン単位に対するその比率と
その他の要素とにある程度依存して、典型的に約180
℃〜約220℃の範囲内の軟化点を有するので、ゴムが
例えば約140℃〜約165℃の範囲内の温度において
慣用的に混合されている場合には、容易には軟化しな
い。したがって、ゴムが混合された後に、澱粉は固体粒
状形で留まるが、ゴムがその配合成分と混合されている
間に発生する高い剪断応力下で幾らか伸ばされる可能性
がある。したがって、澱粉はゴムと非常に非適合性の状
態に留まり、典型的に個別のドメインとしてゴム組成物
中に存在する。
【0054】しかし、本発明では、澱粉と可塑剤との澱
粉複合材として澱粉を供給することが約110℃〜約1
60℃の範囲内の軟化点を有するこのような複合材の生
成に特に有用であることが、今や考えられる。
【0055】可塑剤を澱粉と典型的に、例えば、適当な
物理的混合方法、特に充分な剪断応力を生じる混合方法
によって結合させることができる。澱粉と、例えばポリ
ビニルアルコール又は酢酸セルロースとの組み合わせを
本明細書では“複合材”と呼ぶ。正確な機構を完全に理
解することはできないが、この組み合わせは単なる混合
物ではなく、化学的及び/又は物理的相互作用の結果で
あると考えられる。この相互作用によって、澱粉分子が
アミロースを介して例えば可塑剤分子のビニルアルコー
ルと相互作用して、恐らくは鎖からみ合いを含めた錯体
を形成している形態を生じると考えられる。大きい個々
のアミロース分子が、分子当りの幾つかの点において、
水素結合(さもなくば、親水性相互作用の性質であると
も考えられる)の結果として個々のアミロペクチン分子
と相互連結すると考えられる。
【0056】これは本発明では有利であると考えられ
る。この理由は澱粉/可塑剤複合材の天然構成要素と合
成構成要素との含量及び/又は比率を変えることによっ
て澱粉構成要素と可塑剤との間の疎水性相互作用と親水
性相互作用とのバランスを変えて、例えば、澱粉複合材
充填材の形状を球状粒子からフィブリルへ変化させるこ
とが可能であると考えられるからである。
【0057】特に、本発明では、特にポリビニルアルコ
ールが約90℃〜約130℃の範囲内の軟化点を有する
場合に、ポリビニルアルコールを澱粉に加えて澱粉複合
材を形成することは、結果として生じる、約110℃〜
約160℃の範囲内の軟化点を有する澱粉/可塑剤複合
材を得て、それによって例えば約110℃〜約165℃
又は170℃の範囲内の温度におけるゴム組成物の混合
段階中にゴム組成物と良好にブレンドする澱粉複合材を
得るために有利でありうる。
【0058】本発明の他の態様では、本発明の前記澱粉
に基づく材料を含有するゴム組成物から成る少なくとも
1つの構成要素を有するタイヤを提供する。このような
タイヤ構成要素は、限定する訳ではないが、トレッド、
トレッド・ベース若しくはトレッド・アンダートレッ
ド、タイヤ・インナーライナー、側壁アペックス、タイ
ヤ・ショルダーのウェッジ、側壁、カーカス・プライ及
びブレーカ・ワイヤ被覆ゴム組成物、ビード断熱ゴム組
成物、並びにタイヤ構造の種々な部分に添加するための
クッション又はガムストリップからの少なくとも1つで
ありうる。本明細書で用いる限り、トレッドとトレッド
・ベースとは本明細書では集約的に“トレッド”又は
“円周トレッド”と呼ぶことができる。このようなタイ
ヤ構成要素は当業者に周知である。
【0059】本発明の特徴的な態様として、本発明の前
記ゴム組成物から成る円周トレッド構成要素を有するタ
イヤを提供する、したがって、上記タイヤ構成要素はタ
イヤのトレッドである。当業者に周知であるように、こ
のようなタイヤ・トレッドは典型的に地面接触する(g
round−contacting)ように設計され
る。
【0060】本発明の他の態様として、タイヤは本発明
の前記ゴム組成物から成る側壁アペックス構成要素を備
える。本発明の他の態様として、タイヤ側壁の物理的性
質を改変することが望ましい場合に、タイヤは、タイヤ
側壁中に、そのビード部分から離れて配置された、本発
明のゴム組成物から成る側壁インサート構成要素を備え
る。
【0061】歴史的に、ゴム中へのゴム・コンパウンド
要素の分散が均一であればあるほど、該ゴムの結果とし
て得られる硬化性質は良好になる。高剪断条件下及び約
140℃〜約165℃の範囲内の温度におけるゴム混合
中にゴム混合物中の非常に良好な分散が得られるような
やり方で、澱粉複合材がゴム組成物と混合することが本
発明の特定の特徴であると、本発明では考えられる。こ
のことは本発明では重要であると考えられる、この理由
は澱粉/可塑剤複合材を含有するエラストマー組成物を
組成物の融点温度に達する温度までで混合する時に、澱
粉複合材がゴム組成物内の成分分散に有利であると考え
られる高剪断応力の発生に寄与すると考えられるからで
ある。澱粉複合材の融点、例えば約150℃を超える
と、澱粉複合材は溶融して、カップリング剤とのその反
応を最大化する。
【0062】1態様では、このようなゴム組成物を硫黄
硬化されるものとして提供することができる。硫黄硬化
は慣用的なやり方で、即ち、高温及び高圧の条件下で適
当な期間硬化させることによって達成される。
【0063】本発明の実施においては、前記で指摘した
ように、ゴム組成物を少なくとも1種類のジエンに基づ
くエラストマー又はゴムから構成する。したがって、エ
ラストマーが硫黄硬化可能なエラストマーであることが
考えられる。ジエンに基づくエラストマーはイソプレン
及び1,3−ブタジエンの少なくとも1種類のホモポリ
マーと、イソプレン及び/又は1,3−ブタジエンと、
スチレン及びα−メチルスチレンの少なくとも1種類か
ら選択された芳香族ビニル化合物とのコポリマーとから
選択することができる。したがって、このようなエラス
トマー、又はゴムは、例えば、シス1,4−ポリイソプ
レンゴム(天然及び/又は合成、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及び約15〜約85%の範
囲内のビニル1,2−含量を有する中〜高ビニルポリブ
タジエンゴム、並びにエマルジョン重合によって製造さ
れたブタジエン/アクリロニトリルコポリマーの少なく
とも1種類から選択されることができる。このような中
〜高ビニルポリブタジエンゴムを本明細書ではより簡単
に高ビニルポリブタジエンと呼ぶことがある。
【0064】ゴム組成物は好ましくは少なくとも2種類
のジエンに基づくゴムの組成物である。1態様では、約
20〜約30%の結合スチレンの比較的慣用的なスチレ
ン含量を有するエマルジョン重合由来スチレン/ブタジ
エン(E−SBR)を用いることができる、又は幾つか
の用途のためには、中程度〜比較的高い結合スチレン含
量、即ち、約30〜約45%の結合スチレン含量を有す
るE−SBRを用いることができる。
【0065】E−SBRの約30〜約45%の比較的高
いスチレン含量は、タイヤ・トレッドの牽引摩擦(tr
action)又はスキッド抵抗を強化するために有利
であると考えることができる。E−SBR自体の存在
は、特に、溶液重合によって製造されたSBR(S−S
BR)の有用性に比べて、未硬化エラストマー組成物混
合物の加工性を強化するために有利であると考えられ
る。
【0066】エマルジョン重合によって製造されたE−
SBRとは、スチレンと1,3−ブタジエンとが水性エ
マルジョンとして共重合されることを意味する。このよ
うなことは当業者に周知である。結合スチレン含量は例
えば約5%から50%まで変化することができる。
【0067】ターポリマー中に約2〜約50重量%の結
合アクリロニトリルを含有する、エマルジョン重合によ
って製造されたスチレン/ブタジエン/アクリロニトリ
ルターポリマーゴム(E−SBAR)も、本発明に用い
るためのジエンに基づくゴムとして考えられる。
【0068】溶液重合で製造されたSBR(S−SB
R)は典型的に約5〜約50%、好ましくは約9〜約3
6%の範囲内の結合スチレン含量を有する。そのブタジ
エン部分は約10〜約50%の範囲内のビニル含量を有
しうる。S−SBRを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便利に製造すること
ができる。
【0069】S−SBRを用いることの目的は、S−S
BRはタイヤ・トレッド組成物の低いヒステリシスを容
易にする傾向があるので、タイヤのローリング抵抗を強
化することである。
【0070】3,4−ポリイソプレン(3,4−PI)
は、タイヤ・トレッド組成物に用いられた場合に、タイ
ヤの牽引力を強化するために有利であると考えられる。
3,4−PIとその使用は、本明細書に援用される米国
特許第5,087,668号により詳しく述べられてい
る。Tgはガラス転移温度を意味し、ガラス転移温度は
示差走査熱量計によって10℃/分の加熱速度において
便利に測定することができる。
【0071】シス1,4−ポリブタジエンゴム(BR)
はタイヤ・トレッドの摩耗、即ちトレッド摩耗のために
有利であると考えられる。このような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。
【0072】BRは少なくとも90%のシス1,4−含
量を有することによって便利に特徴付けることができ
る。シス1,4−ポリイソプレンと、シス1,4−ポリ
イソプレン天然ゴムとはゴム技術分野に熟練した人に周
知である。
【0073】発熱性(pyrogenic)及び沈降ケ
イ質顔料(シリカ)を含めた、ゴム配合用途に用いられ
る一般用ケイ質顔料(commomly−employ
edsiliceous pigment)を本発明に
おけるシリカとして用いることができるが、沈降シリカ
が好ましい。
【0074】本発明に好ましく用いられるアモルファス
・シリカは、例えば可溶性シリケート、例えばケイ酸ナ
トリウムの酸性化によって得られるような沈降シリカで
ある。このような沈降シリカはアルミノシリケートを含
むように意図される。
【0075】このようなシリカは、例えば、窒素ガスを
用いて測定される、好ましくは約40〜約600m2
gの範囲内、さらに通常には約50〜約300m2/g
の範囲内のBET表面積を有することで特徴づけること
ができる。表面積を測定するBET方法は、Journ
al of the American Chemic
al Society,60巻,304頁(1930)
に記載されている。
【0076】シリカは約50〜約400m3/100
g、さらに通常には約100〜約300m3/100g
の範囲内のジブチルフタレート(DBP)吸収値を有す
ることで典型的に特徴づけることもできる。
【0077】例えば、本明細書における例としてのみ、
非限定的に挙げると、エラストマー強化のために使用可
能である、PPG Industriesから商標Hi
−Sil、名称210,243等;Rhone−Pou
lencから例えば名称Zeosil 1165MPで
入手可能なシリカ;Degussa AGから例えば名
称VN2及びVN3で入手可能なシリカ;並びに他の等
級のシリカ、特に沈降シリカのような、種々な商業的に
入手可能なシリカを本発明に用いるために考えることが
できる。
【0078】アモルファス・シリカはカップリング剤と
共に慣用的に用いられるが、本発明では、カップリング
剤が本発明に用いられる澱粉に基づく材料、特に澱粉に
基づく材料のヒドロキシル基に対しても反応性でありう
るように意図される。
【0079】種々なカップリング剤が使用可能である
が、カップリング剤の1形態は、ビス(3−トリアルコ
キシシリルアルキル)ポリスルフィド[トリアルコキシ
部分のアルキル基はメチル基とエチル基とから選択さ
れ、シリルアルキル部分のアルキル基はエチル、プロピ
ル及びブチル基から選択され、ポリスルフィド架橋は約
2.2〜約4個の連結用硫黄原子を含有する]から成る
カップリング剤である。
【0080】このようなカップリング剤の典型的なもの
は、ポリスルフィド架橋が平均約2.2〜約4個、特に
平均約2.2〜約2.6個の硫黄原子(ジスルフィド材
料)を含有する、又は平均約3.4〜約4個の硫黄原子
(テトラスルフィド材料)、4個の硫黄原子をそのポリ
スルフィド架橋に有するビス−(3−トリエトキシシリ
ルプロピル)ポリスルフィドである。
【0081】例えば、種々な硫黄加硫可能な組成である
ゴムを、例えば、硬化助剤、例えば硫黄、活性剤、遅延
剤及び促進剤、加工添加剤、例えば油、粘着付与樹脂を
含めた樹脂、シリカ、可塑剤、充填材、顔料、脂肪酸、
酸化亜鉛、ワックス、酸化防止剤及びオゾン分解防止
剤、解膠剤、並びに強化剤、例えばカーボンブラック、
のような種々な、一般的に用いられる添加剤と混合する
ような、ゴム配合技術分野で一般に知られた方法によっ
て、ゴム組成物が配合されうることは、当業者によって
容易に理解される。当業者に知られているように、硫黄
加硫可能な及び硫黄加硫された材料(ゴム)の予定の用
途に依存して、上記添加剤が選択されて、慣用的な量で
一般的に用いられる。
【0082】用いる場合の粘着付与樹脂の典型的な量は
約0.5〜約10phr、通常は約1〜約5phrを構
成する。加工助剤の典型的な量は約1〜約50phrを
構成する。このような加工助剤は例えば芳香族系、ナフ
テン系及び/又はパラフィン系プロセス油を含むことが
できる。酸化防止剤の典型的な量は約1〜約5phrを
構成する。代表的な酸化防止剤は、例えばThe Va
nderbilt Rubber Handbook
(1978),344−346頁に開示されているよう
な、例えばジフェニル−p−フェニレンジアミン等であ
りうる。オゾン分解防止剤の典型的な量は約1〜約5p
hrを構成する。ステアリン酸を包含することができ
る、用いる場合の脂肪酸の典型的な量は約0.5〜約3
phrを構成する。酸化亜鉛の典型的な量は約1〜約1
0phrを構成する。ワックスの典型的な量は約1〜約
5phrを含む。しばしば、マイクロクリスタリンワッ
クスが用いられる。解膠剤の典型的な量は約0.1〜約
1phrを構成する。
【0083】加硫は硫黄加硫剤の存在下で行われる。適
当な硫黄加硫剤の例は、元素状硫黄(遊離硫黄)、又は
硫黄供与加硫剤、例えばアミンジスルフィド、ポリマー
のポリスルフィド又は硫黄オレフィン・アダクトを包含
する。好ましくは、硫黄加硫剤は元素状硫黄である。当
業者に知られているように、硫黄加硫剤は約0.5〜約
4phrの範囲の量で、又は状況によっては、約8ph
rまでの量でさえ用いられる。
【0084】促進剤は、加硫のために必要な時間及び/
又は温度を調節するために、及び加硫物の性質を改良す
るために用いられる。1実施態様では、単一促進剤系、
即ち、一次促進剤を用ることができる。慣用的にはかつ
好ましくは、一次促進剤(単数又は複数種類)は約0.
5〜約4phr、好ましくは約0.8〜約1.5phr
の範囲の総量で用いられる。他の実施態様では、加硫物
の性質を活性化し、改良するために、一次促進剤と二次
促進剤との組み合わせを用いることができ、二次促進剤
の方が少量(約0.05〜約3phr)で用いられる。
これらの促進剤の組み合わせは最終性質に相乗的効果を
及ぼすと期待することができ、いずれかの促進剤単独の
使用によって生じる効果よりも幾らか良好である。さら
に、標準の加工温度によって影響されず、通常の加硫温
度において充分な加硫を生じる遅延作用促進剤を用いる
ことができる。加硫遅延剤を用いることもできる。本発
明に使用可能である適当な種類の促進剤は、アミン、ジ
スルフィド、グアニジン、チオ尿素、チアゾール、チウ
ラム、スルフェンアミド、ジチオカルバメート、及びキ
サンテート(xanthate)である。二次促進剤を
用いる場合には、二次促進剤は好ましくはグアニジン、
ジチオカルバメート、又はチウラム化合物である。
【0085】上記添加剤の存在と相対的量は本発明の態
様であると見なされない、本発明は主として、種々なゴ
ム組成物中の種々な澱粉、変性澱粉及び澱粉/可塑剤複
合材並びにメチレン・ドナー及び/又はメチレン・アク
セプターと組み合わせた、ゴム組成物中のゴムの特定の
ブレンドの使用に関する。
【0086】ゴム組成物の混合は、ゴム混合技術分野に
熟練した人に知られた方法によって達成することができ
る。例えば、成分を少なくとも2段階で、即ち、少なく
とも1つのノンプロダクティブ(non−produc
tive)段階と、その後のプロダクティブ(prod
uctive)混合段階とで典型的に混合する。最終的
な硬化剤は、慣用的に“プロダクティブ”混合段階と呼
ばれる最終段階で典型的に混合される。この混合段階で
は先行のノンプロダクティブ混合段階(単数又は複数)
の混合温度(単数又は複数)よりも低い温度、即ち最終
温度において混合が典型的に生じる。ゴム、澱粉に基づ
く材料、及び例えばカーボンブラックと任意のシリカの
ような充填材、カップリング剤及び/又は非カーボンブ
ラックと非シリカ充填材を1段階以上のノンプロダクテ
ィブ混合段階で混合する。“ノンプロダクティブ”及び
“プロダクティブ”混合段階なる用語はゴム混合技術分
野に熟練した人に周知である。
【0087】本発明のゴム組成物は種々な目的のために
用いることができる。例えば、これは種々なタイヤ・コ
ンパウンドに用いることができる。このようなタイヤ
は、当業者に知られ、容易に理解される種々な方法によ
って構成し、造形し、成形し、硬化することができる。
【0088】下記実施例を参照することによって、本発
明をより良く理解することができる、他に指示しない限
り、部と%とは重量によるものである。
【0089】
【実施例】実施例I この実施例では、3種類の充填材を天然ゴム組成物に用
いる。
【0090】3種類の充填材はカーボンブラック、シリ
カ及び澱粉に基づく材料であり、澱粉に基づく材料はト
ウモロコシ澱粉として又は澱粉/可塑剤複合材として用
いられる。
【0091】基本的な組成を表1に示す。表1ではシリ
カ、澱粉又は澱粉/可塑剤複合材並びにカップリング剤
を可変量で用いられるものとして示す。表2では、シリ
カ、澱粉又は澱粉/可塑剤複合材及びカップリング剤の
可変量を、得られるゴム組成物の種々な物理的性質と共
に示す。
【0092】個々のゴム・サンプルを表2と2Aにサン
プルA〜Fとして示す、サンプルの全てはシリカとカッ
プリング剤とを含有し、サンプルCとDは澱粉をも含有
し、サンプルEとFは澱粉/可塑剤複合材をも含有し
た。
【0093】表1に示した材料を含有するゴム組成物
を、Kobe Banburyゴムミキサーにおいて3
つの分離した連続添加(混合)段階、即ち、それぞれ、
約160℃、150℃及び108℃の温度及びそれぞ
れ、約4分間、4分間及び2分間の時間までの、2つの
ノンプロダクティブ混合段階(成分を両ノンプロダクテ
ィブ混合段階中に添加する)と1つの最終プロダクティ
ブ混合段階を用いることによって製造した。しかし、シ
リカとカップリング剤とは第2ノンプロダクティブ混合
段階において澱粉コンパウンドと共に加える。
【0094】
【表1】
【0095】1.The Goodyear Tire
& Rubber CompanyからのNAT22
00としての合成シス1,4−ポリイソプレンゴム。 2.N299、カーボンブラックASTM名称 3.PPG Industries社からのHiSil
210。 4.A.E.Staley Manufacturin
g Companyからの商標、Staley Pea
rl Starchとしての未変性トウモロコシ澱粉。 5.澱粉/エチレンビニルコポリマー(40/50重量
比率)と天然可塑剤との複合材としての、Novamo
nt社からのMater Bi 1128RR−H、軟
化点約147℃を有する。 6.Degussa GmbHから物質X50Sとして
入手可能な、50/50重量比率でのカーボンブラック
上又はカーボンブラック付きのオルガノシラン・テトラ
スルフィドから成る50%活性複合材としてのカップリ
ング剤。技術的に、オルガノシラン・ポリスルフィド
は、平均ポリスルフィド架橋が約3.5〜4個の連結用
硫黄原子を含有する複合材又は混合物であると理解され
るが、この混合物は約2〜8個の連結用硫黄原子を有す
る、このようなポリスルフィドを含有することできる。 7.ExxonからのFlexon 641。 8.キノリン型。 9.スルフェンアミドと少量のジフェニルグアニジンと
の組み合わせ。
【0096】得られたサンプルを約150℃の温度にお
いて約36分間加硫し、それらの種々な物理的性質を下
記表2と2Aに示す。
【0097】
【表2】
【0098】
【表3】
【0099】引張り強度値は、サンプル試験体が最大伸
びに達するときの最大応力の尺度である。このような物
理的性質は当業者に周知である。伸び値は、破断する前
のサンプル試験体の最大伸びの尺度である。このような
物理的性質は当業者に周知である。
【0100】ショアA硬度値は、サンプルの耐局在塑性
変形性の尺度である。弾性反撥(rebound)値
は、サンプルが荷重下で変形し、加えられた荷重の除去
時に回復するときにサンプルのエネルギー吸収容量の尺
度である。
【0101】DIN摩耗値は、比較対照ゴム組成物に比
べたときの、規定荷重下で加えられた研削砥石(app
lied abrasive wheel)に暴露され
たときのサンプルの相対的体積損失の尺度である。低い
値は大きい耐摩耗性を意味する。DIN試験は2kgの
荷重において行われる。
【0102】表2と2Aから、トウモロコシ澱粉と組み
合わせた(サンプルCとD)又は澱粉/可塑剤複合材と
組み合わせた(サンプルEとF)減量シリカの使用は、
サンプルAとBに比べたときに引き裂き強度と耐摩耗性
とのかなりの損失と共に、弾性反撥の改良を生じたこと
が容易に分かる。
【0103】澱粉/可塑剤複合材を用いたゴム組成物
(サンプルEとF)のDIN耐摩耗性が、サンプルCと
Dのトウモロコシ澱粉含有ゴム組成物よりも良好である
ことも容易に分かる。
【0104】それ故、カーボンブラック/シリカによっ
て強化されたゴム組成物においてシリカをトウモロコシ
澱粉によって置換すると高い弾性反撥が生じるが、耐摩
耗性と引き裂き強度とは急激に低下すると、観察された
通りに、本発明では結論する。澱粉/可塑剤複合材は未
変性トウモロコシ澱粉よりも耐摩耗性に関して良好であ
ることが観察される。
【0105】実施例II 下記表3に示したゴム組成物を用いて、3種類の充填材
の代わりに2種類の充填材、即ち、カーボンブラック
と、シリカ又はトウモロコシ澱粉又は澱粉/可塑剤複合
材のいずれかとを用いること以外は、実施例Iに記載し
た方法に従って、付加的なゴム・サンプルを製造する。
【0106】基本的な組成を表3に示す、表3ではシリ
カ、トウモロコシ澱粉、澱粉/可塑剤複合材及びカップ
リング剤を変数であるとして示す。表4では、シリカ、
澱粉、澱粉複合材及びカップリング剤の可変量を、得ら
れるゴム組成物の種々な物理的性質と共に示す。
【0107】個々のゴム・サンプルを表4にサンプルG
〜Lとして示す、サンプルGとHはシリカを含有し、サ
ンプルIとJはトウモロコシ澱粉を含有し、サンプルK
とLは澱粉/可塑剤複合材を含有した。
【0108】
【表4】
【0109】サンプルを約150℃の温度において約3
6分間加硫し、種々な物理的性質を下記表4と4Aに示
す。
【0110】
【表5】
【0111】
【表6】
【0112】シリカの使用量を減じて、トウモロコシ澱
粉を加えた(サンプルIとJ)又は澱粉/可塑剤複合材
を加えた(サンプルKとL)サンプルI、J、K及びL
では、サンプルGとHに比べて、弾性反撥の改良を見る
ことができることを、表4と4Aから容易に知ることが
できる。
【0113】しかし、カーボンブラック強化ゴム組成物
においてシリカの代替物としてのトウモロコシ澱粉又は
澱粉/可塑剤複合材の添加は、各ゴム組成物の引き裂き
抵抗を低下させ、耐摩耗性を弱めることが観察される。
【0114】澱粉/可塑剤複合材含有サンプルKとL
は、未変性トウモロコシ澱粉IとJよりも良好な引き裂
き抵抗と耐摩耗性とを生じることが観察された。カップ
リング剤をも用いた、シリカ、トウモロコシ澱粉及び/
又は澱粉/可塑剤複合材含有サンプルH、J及びLは全
て、改良された引き裂き抵抗と耐摩耗性とを示すことが
観察された。
【0115】実施例III 下記表5に示したゴム組成物を用いて、2種類の充填
材、即ち、カーボンブラックとトウモロコシ澱粉又は澱
粉/可塑剤複合材とを、シリカとカップリング剤との不
存在下で用いること以外は、実施例Iに記載した方法に
従って、付加的なゴム・サンプルを製造する。
【0116】さらに、この実施例では、メチレン・ドナ
ーをヘキサメトキシメチルメラミン又はヘキサメチレン
テトラミンのいずれかとして加えた。両方とも種々なゴ
ム組成物に用いられる周知のメチレン・ドナーである。
例えば、米国特許第5,886,074号を参照のこ
と。
【0117】基本的な組成を表5に示す、表5では澱
粉、澱粉/可塑剤複合材、ヘキサメトキシメチルメラミ
ン及びヘキサメチレンテトラミンを変数であるとして示
す。表6では、澱粉、澱粉/可塑剤複合材、ヘキサメト
キシメチルメラミン及びヘキサメチレンテトラミンの可
変量を、得られるゴム組成物の種々な物理的性質と共に
示す。
【0118】個々のゴム・サンプルを表6にサンプルM
〜Rとして示す、サンプルM〜Oはトウモロコシ澱粉を
含有し、サンプルP〜Rは澱粉/可塑剤複合材を含有し
た。サンプルOとRは、典型的にメチレン・ドナーであ
るヘキサメトキシメチルメラミンをも含有し、サンプル
NとQは、やはり典型的にメチレン・ドナーであるヘキ
サメチレンテトラミンを含有した。
【0119】
【表7】
【0120】サンプルを約150℃の温度において約3
6分間加硫し、種々な物理的性質を下記表6と6Aに示
す。
【0121】
【表8】
【0122】
【表9】
【0123】表6と表6Aから、ヘキサメチレンテトラ
ミンを含有するゴム・サンプルがトウモロコシ澱粉強化
サンプル(サンプルN)又は澱粉/可塑剤複合材強化サ
ンプル(サンプルQ)によって引き裂き抵抗を有意に低
下させたことを、容易に知ることができる。
【0124】然るに、ヘキサメトキシメチルメラミンの
添加は、トウモロコシ澱粉含有ゴム・サンプル(サンプ
ルO)又は澱粉強化ゴム組成物を含有するゴム・サンプ
ル(サンプルR)の引き裂き抵抗を有意に改良させた。
【0125】これらの結果は、メチレン・ドナー型の材
料の選択が、澱粉に基づく材料を含有するゴム組成物の
観察された引き裂き抵抗の改良のために重要であること
を示す。
【0126】実施例IV よく知られているメチレン・アクセプターであるフェノ
ール性カシューナッツ油樹脂をも選択的に加えること以
外は、実施例IIIと同様である、下記表7に示したゴ
ム組成物を用いて、付加的なゴム・サンプルを製造す
る。
【0127】基本的な組成を表7に示す、表7では澱
粉、澱粉/可塑剤複合材、ヘキサメトキシメチルメラミ
ン、ヘキサメチレンテトラミン及びフェノール性カシュ
ーナッツ油樹脂を変数であるとして示す。
【0128】表8と8Aでは、澱粉、澱粉/可塑剤複合
材、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチレンテ
トラミン及びフェノール性カシューナッツ油樹脂の可変
量を、得られるゴム組成物の種々な物理的性質と共に示
す。
【0129】個々のゴム・サンプルを表8と8Aにサン
プルS〜Xとして示す、サンプルS〜Uはトウモロコシ
澱粉を含有し、サンプルV〜Xは澱粉/可塑剤複合材を
含有した。
【0130】サンプルUとXはさらにヘキサメトキシメ
チルメラミンを含有し、サンプルTとWはヘキサメチレ
ンテトラミンを含有した。サンプルT、U、W及びXは
フェノール性カシューナッツ油樹脂を含有した。
【0131】
【表10】
【0132】1.Schnectady Chemic
al CompanyからのSP6700としての樹
脂。サンプルを約150℃の温度において約36分間加
硫し、種々な物理的性質を下記表8と8Aに示す。
【0133】
【表11】
【0134】
【表12】
【0135】表8と表8Aから、ヘキメトキシメチルメ
ラミンとフェノール性カシューナッツ油樹脂との組み合
わせを含有するゴム組成物が、トウモロコシ澱粉(サン
プルU)又は澱粉/可塑剤複合材(サンプルX)と共に
改良された引き裂き抵抗を生じ、澱粉複合材と共に改良
された耐摩耗性を生じたことを容易に知ることができ
る。
【0136】これとは対照的に、ヘキサメチレンテトラ
ミンとフェノール性カシューナッツ油樹脂との組み合わ
せは、トウモロコシ澱粉による又は澱粉/可塑剤複合材
による(サンプルTとW)引き裂き抵抗を弱め、澱粉又
は澱粉/可塑剤複合材による(サンプルTとW)耐摩耗
性の改良を全く生じなかった。
【0137】それ故、典型的なメチレン・ドナーである
ヘキサメチレンテトラミンが、フェノール性カシューナ
ッツ油樹脂メチレン・アクセプター化合物と組み合わせ
て用いられる場合に、ゴム組成物の耐摩耗性と引き裂き
抵抗との改良を生じるように作用しないと、本発明では
結論する。
【0138】実施例V この実施例では、種々な商業的に入手可能な変性澱粉を
カーボンブラックと組み合わせた充填材として評価し
て、未変性トウモロコシ澱粉と比較する。
【0139】特に、ヒドロキシエチル化澱粉、酸化澱粉
及び酸変性澱粉を評価する。幾つかのゴム組成物に関し
ては、ヘキサメトキシメチルメラミンをも加える。実施
例Iの製造方法を用いる。
【0140】下記表9に示したゴム組成物を用いて、ゴ
ム・サンプルを製造した、表9では澱粉、変性澱粉(単
数又は複数種類)及びヘキサメトキシメチルメラミンを
変数であるとして示す。
【0141】表10と10Aでは、澱粉、変性澱粉(単
数又は複数種類)及びヘキサメトキシメチルメラミンの
可変量を、得られるゴム組成物の種々な物理的性質と共
に示す。
【0142】個々のゴム・サンプルを表10と10Aに
サンプルAA〜HHとして示す、サンプルAAとBBは
トウモロコシ澱粉を含有し、サンプルCCとDDはヒド
ロキシエチル化澱粉を含有し、サンプルEEとFFは酸
化澱粉を含有し、サンプルGGとHHは酸変性澱粉を含
有した。
【0143】サンプルBB、DD、FF及びHHはさら
にヘキサメトキシメチルメラミンを含有した。
【0144】
【表13】
【0145】1.A.E.Staley Manufa
cturing CompanyからETHYLEX2
095として得られたヒドロキシエチル化澱粉。 2.A.E.Staley Manufacturin
g CompanyからSTA−COTE H44とし
て得られた酸化澱粉。 3.A.E.Staley Manufacturin
g CompanyからECLIPSE Gとして得ら
れた酸変性澱粉。
【0146】サンプルを約150℃の温度において約3
6分間加硫し、種々な物理的性質を下記表10と10A
に示す。
【0147】
【表14】
【0148】
【表15】
【0149】表10と表10Aから、ヘキメトキシメチ
ルメラミン添加剤を含有するゴム組成物(サンプルB
B、DD、FF及びHH)が、未変性澱粉(サンプルA
A)及び変性澱粉(サンプルCC、EE及びGG)を含
有するゴム組成物に比べて改良された引き裂き抵抗を有
することを容易に知ることができる。
【0150】実施例VI この実施例では、種々な商業的に入手可能な変性澱粉を
カーボンブラック及びトウモロコシ澱粉と組み合わせた
並びにカーボンブラック及びフェノール性カシューナッ
ツ油樹脂と組み合わせた充填材として評価する。
【0151】特に、ヒドロキシエチル化澱粉、酸化澱粉
及び酸変性澱粉を評価する。幾つかのゴム組成物に関し
ては、ヘキサメトキシメチルメラミン及び/又はフェノ
ール性カシューナッツ油樹脂をも加える。
【0152】実施例Iの製造方法を用いる。下記表11
に示したゴム組成物を用いて、ゴム・サンプルを製造し
た、表11では澱粉、変性澱粉(単数又は複数種類)、
ヘキサメトキシメチルメラミン及びフェノール性カシュ
ーナッツ油樹脂を変数であるとして示す。
【0153】表12と12Aでは、澱粉、変性澱粉(単
数又は複数種類)、ヘキサメトキシメチルメラミン及び
フェノール性カシューナッツ油樹脂の可変量を、得られ
るゴム組成物の種々な物理的性質と共に示す。
【0154】個々のゴム・サンプルを表12と12Aに
サンプルII〜PPとして示す、サンプルIIとJJは
トウモロコシ澱粉を含有し、サンプルKKとLLはヒド
ロキシエチル化澱粉を含有し、サンプルMMとNNは酸
化澱粉を含有し、サンプルOOとPPは酸変性澱粉を含
有した。
【0155】サンプルJJ、LL、NN及びPPはフェ
ノール性カシューナッツ油樹脂とヘキサメトキシメチル
メラミンとを含有した。
【0156】
【表16】
【0157】サンプルを約150℃の温度において約3
6分間加硫し、種々な物理的性質を下記表12と12A
に示す。
【0158】
【表17】
【0159】
【表18】
【0160】表12と表12Aから、ヘキメトキシメチ
ルメラミンとフェノール性カシューナッツ油樹脂との組
み合わせが、未変性トウモロコシ澱粉(サンプルJJ)
又は変性澱粉(サンプルLL、NN及びPP)と共に用
いる場合に、改良された引き裂き抵抗を生じたことを容
易に知ることができる。
【0161】実施例VII この実施例では、澱粉複合材をカーボンブラック組み合
わせた充填材として評価する。2種類の対照コンパウン
ドを用いる、1種類は充填材としてカーボンブラックの
みを含有し、他方はカーボンブラックとシリカとを、カ
ップリング剤と共に含有する。
【0162】澱粉/可塑剤複合材又はヘキサメトキシメ
チルメラミン及びフェノール性カシューナッツ油樹脂に
対する、カップリング剤、ヘキサメトキシメチルメラミ
ン又はフェノール性カシューナッツ油樹脂の添加の比較
も含める。
【0163】表13に示したゴム組成物を用いて、ゴム
・サンプルを製造する。表13には、第2ノンプロダク
ティブ混合段階のために、カーボンブラック、シリカ、
カップリング剤、澱粉/可塑剤複合材、ヘキサメトキシ
メチルメラミン及びフェノール性カシューナッツ油樹脂
を変数であるとして示す。表14と表14Aでは、第2
ノンプロダクティブ混合段階の成分の可変量を得られる
ゴム組成物の種々な物理的性質と共に示す。
【0164】表14と表14Aには、個々のサンプルを
サンプルQQ〜WWとして示す;全てのサンプルがカー
ボンブラックと、可変量のシリカ、澱粉/可塑剤複合
材、カップリング剤、メチレン・ドナー及びメチレン・
アクセプターとを含有した。
【0165】
【表19】
【0166】サンプルを約150℃の温度において約3
6分間加硫し、種々な物理的性質を表14と14Aに示
す。
【0167】
【表20】
【0168】
【表21】
【0169】表14と表14Aから、カップリング剤
(サンプルTT)、ヘキメトキシメチルメラミン(サン
プルUU)、フェノール性カシューナッツ油樹脂(サン
プルWW)又はヘキメトキシメチルメラミンとフェノー
ル性カシューナッツ油樹脂との組み合わせ(サンプルV
V)の添加が、カーボンブラック/澱粉複合材ゴム組成
物(サンプルSS)の耐摩耗性と引き裂き抵抗とを改良
することを容易に知ることができる。
【0170】選択されたメチレン・ドナー及び/又はア
クセプターの添加が、カップリング剤の添加よりも高い
引き裂き抵抗を生じうることも明らかである。実施例VIII この実施例では、澱粉/可塑剤複合材をカーボンブラッ
クと組み合わせた充填材として評価する。カーボンブラ
ックと澱粉/可塑剤複合材充填材、又はカップリング剤
とメチレン・ドナー及び/又はメチレン・アクセプター
との組み合わせを含有するゴム組成物に対するカップリ
ング剤の添加を対照サンプルAAAに比較する。
【0171】表15に示したゴム組成物を用いて、ゴム
・サンプルを製造する、表15には、第2ノンプロダク
ティブ混合段階のために、カップリング剤、ヘキサメト
キシメチルメラミン及びフェノール性カシューナッツ油
樹脂を変数であるとして示す。表16では、第2ノンプ
ロダクティブ混合段階の成分の可変量をゴム組成物の種
々な硬化性質(cured properties)と
共に示す。
【0172】
【表22】
【0173】サンプルを約150℃の温度において約3
6分間加硫し、種々な物理的性質を表16に示す。
【0174】
【表23】
【0175】表16から、澱粉/可塑剤複合材へのカッ
プリング剤の添加(サンプルBBB)が、対照ゴム・コ
ンパウンド(サンプルAAA)の引き裂き抵抗と耐摩耗
性とを改良すると観察されることを知ることができる。
カップリング剤と特定のメチレン・ドナー及び/又はア
クセプターとの添加(サンプルCCC、DDD及びEE
E)が、サンプルBBBに比べて、引き裂き抵抗のさら
なる改良を生じると観察される。
【0176】本発明を例証するためにある一定の典型的
な実施態様と詳細を示したが、本発明の要旨又は範囲か
ら逸脱せずに、それらの種々な変更及び改変がなされう
ることは当業者に明らかであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08K 5/3432 C08K 5/3432 5/3492 5/3492 9/06 9/06 C08L 3/02 C08L 3/02 23/08 23/08 29/04 29/04 S 31/04 31/04 S 33/14 33/14 35/00 35/00 71/00 71/00 Z 91/00 91/00 (71)出願人 590002976 1144 East Market Stre et,Akron,Ohio 44316− 0001,U.S.A.

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)少なくとも1種類のジエンに基づ
    くエラストマー 100重量部と;(B)(1)澱粉、
    澱粉/可塑剤複合材及び変性澱粉(前記変性澱粉はヒド
    ロキシエチル化澱粉、酸化澱粉及び酸変性澱粉の少なく
    とも1種類から選択される)の少なくとも1種類から選
    択される、少なくとも1種類の澱粉に基づく材料 0.
    1〜120phrと、(2)(a)カーボンブラックと
    アモルファス・シリカ又は(b)カーボンブラック若し
    くはアモルファス・シリカ 0〜90phrとから成
    る、少なくとも1種類のエラストマー強化充填材 0.
    1〜120phrと;(C)任意に、シリカが用いられ
    る場合の、前記澱粉に基づく材料と前記シリカとに対す
    るカップリング剤(前記カップリング剤は、場合によっ
    て、前記澱粉複合材の表面と前記シリカの表面とに反応
    性の部分と、前記エラストマーと相互作用する部分とを
    有する)と;(D)少なくとも1種類のメチレン・アク
    セプター化合物及び/又はメチレン・ドナー化合物(ヘ
    キサメチレンテトラミンを除外)とを含むことを特徴と
    するゴム組成物。
  2. 【請求項2】 前記ゴム組成物がフェノール性カシュー
    ナッツ油樹脂、レゾルシノール・モノベンゾエート及び
    多価フェノキシ樹脂の少なくとも1種類から選択された
    メチレン・アクセプター化合物及び/又は、ヘキサメト
    キシメチルメラミン、ヘキサエトキシメチルメラミン、
    エトキシメチルピリジニウムクロリド、N,N’,N”
    −トリメチロールメラミン、N−メチロールメラミン、
    N’,N”−ジメチロールメラミンの少なくとも1種類
    から選択されたメチレン・ドナー化合物を含有し;前記
    澱粉に基づく材料が(a)トウモロコシ澱粉と、(b)
    澱粉/可塑剤複合材[前記澱粉/可塑剤複合材はASTM
    No.D1228によって110℃〜約170℃の範
    囲内の軟化点を有し、前記可塑剤は、ポリ(エチレンビ
    ニルアルコール)、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、
    エチレン−グリシダール(glycidal)アクリレ
    ートコポリマー及びエチレン−無水マレイン酸コポリマ
    ーの少なくとも1種類と、エチレン−ビニルアルコール
    コポリマーと、エチレン−アセテート−ビニルアルコー
    ルターポリマーとから成る少なくとも1種類から、それ
    らが160℃より低いかつ該澱粉の軟化点より低い軟化
    点を有する限り選択された、160℃未満の軟化点を有
    するポリマー可塑剤であり、澱粉の可塑剤に対する重量
    比率が約0.5/1〜約4/1の範囲内である]と、
    (c)ヒドロキシルエチル化澱粉(ヒドロキシルエチル
    化澱粉について、デンプンの、半分より少ないヒドロキ
    シル基がヒドロキシルエチル基で置換されている)と酸
    化澱粉との少なくとも1種類から選択された変性澱粉と
    から選択され;前記ゴム組成物はカーボンブラックとア
    モルファス・シリカとの少なくとも1種類から選択され
    た強化充填材 20〜85phrを含有し;前記ゴム組
    成物にカップリング剤が用いられ、該カップリング剤が
    ビス(3−トリアルコキシシリルアルキル)ポリスルフ
    ィドから成り、該ビス(3−トリアルコキシシリルアル
    キル)ポリスルフィドでは、前記トリアルコキシ部分の
    前記アルキル基はメチル基とエチル基とから選択され、
    前記シリルアルキル部分の前記アルキル基はエチル、プ
    ロピル及びブチル基から選択され、ポリスルフィド架橋
    は平均して約2.2〜約4個の連結用硫黄原子を含有す
    る、請求項1記載のゴム組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載のゴム組成物から
    成る少なくとも1種類の構成要素を有することを特徴と
    するタイヤ。
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