JP3403747B2 - タイヤ用ゴム組成物 - Google Patents
タイヤ用ゴム組成物Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タイヤ用、特にトレッ
ドに好適な補強性を有するゴム組成物に関し、特に耐摩
耗性および低発熱性が改良されたタイヤ用ゴム組成物に
関する。
ドに好適な補強性を有するゴム組成物に関し、特に耐摩
耗性および低発熱性が改良されたタイヤ用ゴム組成物に
関する。
【０００２】
【従来の技術】トラック、バス用タイヤのような、かな
り高い耐久性、低発熱性が要求されるゴム組成物では、
従来からＩＳＡＦのような高補強性のカーボンブラック
が使用されてきたが、充填剤としてカーボンブラックは
耐摩耗性が優れていることが認められているが、耐摩耗
性を向上させるためカーボンブラック量を増加させると
発熱性が悪化する。近年市場の経済性要求が高まるにつ
れ、更に低発熱性、耐燃費性を得ることが商品価値を決
定する重要なポイントとなって来た。
り高い耐久性、低発熱性が要求されるゴム組成物では、
従来からＩＳＡＦのような高補強性のカーボンブラック
が使用されてきたが、充填剤としてカーボンブラックは
耐摩耗性が優れていることが認められているが、耐摩耗
性を向上させるためカーボンブラック量を増加させると
発熱性が悪化する。近年市場の経済性要求が高まるにつ
れ、更に低発熱性、耐燃費性を得ることが商品価値を決
定する重要なポイントとなって来た。
【０００３】このためには充填剤として、カーボンブラ
ックの単独使用では限度があった。このため従来から用
いられた低発熱性向上の手法としては、カーボンブラッ
ク配合量の減少、シリカ配合量の増加というような配合
量の変更が行なわれている。
ックの単独使用では限度があった。このため従来から用
いられた低発熱性向上の手法としては、カーボンブラッ
ク配合量の減少、シリカ配合量の増加というような配合
量の変更が行なわれている。
【０００４】ゴムの充填剤補強は補強性カーボンブラッ
クのような表面活性の高い微細粒子でストラクチャーが
発達したものでは、粒子表面とゴムとの界面接着力も大
きいので、分子鎖に加わっている張力分担をミクロに平
均化することも可能であるが、表面活性度が小さい充填
剤では、応力平均化に対する張力分担を受けもつ前に、
粒子表面とゴム分子との間の界面破壊を起こし、補強効
果を示さない。
クのような表面活性の高い微細粒子でストラクチャーが
発達したものでは、粒子表面とゴムとの界面接着力も大
きいので、分子鎖に加わっている張力分担をミクロに平
均化することも可能であるが、表面活性度が小さい充填
剤では、応力平均化に対する張力分担を受けもつ前に、
粒子表面とゴム分子との間の界面破壊を起こし、補強効
果を示さない。
【０００５】粒子表面へのゴム分子の凝着更には化学的
結合は、引張応力の向上や引裂強さ、耐摩耗性などの補
強に有利に作用することになり、高補強性を与えるに
は、粒子表面でのゴム分子との化学結合は重要な因子
で、かかる化学結合に関与する官能基の粒子表面におけ
る存在とその種類について充分な考慮が払われなければ
ならない。
結合は、引張応力の向上や引裂強さ、耐摩耗性などの補
強に有利に作用することになり、高補強性を与えるに
は、粒子表面でのゴム分子との化学結合は重要な因子
で、かかる化学結合に関与する官能基の粒子表面におけ
る存在とその種類について充分な考慮が払われなければ
ならない。
【０００６】カーボンブラック粒子表面には、ゴム分子
と化学的結合をもたらすような官能基が存在することは
知られており、多くの研究により、カルボキシル基、水
酸基
と化学的結合をもたらすような官能基が存在することは
知られており、多くの研究により、カルボキシル基、水
酸基
【０００７】シラノール基は親水性を有する−ＯＨ基の
ためにゴム分子とのぬれ性が良くなく、分散効果が悪い
という問題があり、このためγメルカプトプロピルトリ
メトキシシランのような所謂シランカップリング剤によ
り、分子鎖の一方の端はトリメトキシシラン基の加水分
解により、シリカ粒子のシラノール基と縮合反応により
結合し、即ちシリカ表面に結合し、他方の端末は、混練
時の機械的切断で生成したゴムのエラストマーラジカル
に官能基（−ＳＨ）が反応し、残りの水素ラジカルはエ
ラストマーラジカルにターミネートされて安定化され
る。このようにしてシラン粒子のまわりにベンゼンなど
の溶剤に不溶の所謂バウンドラバーが、シラン無添加の
場合より１．５倍に増加することが知られ、この充填剤
粒子周辺に形成する非運動的なゴム層は未架橋の運動し
易いゴム分子部分よりも高密度のいわゆる稠密構造とな
り、これが弾性率を高めると共に応力均一化に働き補強
することが知られている。
ためにゴム分子とのぬれ性が良くなく、分散効果が悪い
という問題があり、このためγメルカプトプロピルトリ
メトキシシランのような所謂シランカップリング剤によ
り、分子鎖の一方の端はトリメトキシシラン基の加水分
解により、シリカ粒子のシラノール基と縮合反応により
結合し、即ちシリカ表面に結合し、他方の端末は、混練
時の機械的切断で生成したゴムのエラストマーラジカル
に官能基（−ＳＨ）が反応し、残りの水素ラジカルはエ
ラストマーラジカルにターミネートされて安定化され
る。このようにしてシラン粒子のまわりにベンゼンなど
の溶剤に不溶の所謂バウンドラバーが、シラン無添加の
場合より１．５倍に増加することが知られ、この充填剤
粒子周辺に形成する非運動的なゴム層は未架橋の運動し
易いゴム分子部分よりも高密度のいわゆる稠密構造とな
り、これが弾性率を高めると共に応力均一化に働き補強
することが知られている。
【０００８】しかし、このようなシランカップリング剤
をシリカと併用してシリカの補強性を向上させる手段に
よっても、シランカップリング剤は、シリカ中の不純物
であるアルミニウム等の影響で、その効果は低下する。
またＳｉに−ＯＨが２個ついた基も存在し、これもまた
カップリング効率の低下の原因の一つとなっている。従
って、シリカにシランカップリング剤を併用しても、カ
ーボンブラックの補強性には及ばないという問題があっ
た。
をシリカと併用してシリカの補強性を向上させる手段に
よっても、シランカップリング剤は、シリカ中の不純物
であるアルミニウム等の影響で、その効果は低下する。
またＳｉに−ＯＨが２個ついた基も存在し、これもまた
カップリング効率の低下の原因の一つとなっている。従
って、シリカにシランカップリング剤を併用しても、カ
ーボンブラックの補強性には及ばないという問題があっ
た。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、天然
ゴムおよび／またはジエン系合成ゴムに配合するカーボ
ンブラックの一部をシリカで置き換え、低発熱性にする
と共にカーボンブラックだけの充填剤の場合と同等以上
の耐摩耗性を保持させたタイヤ用ゴム組成物を提供する
ことである。
ゴムおよび／またはジエン系合成ゴムに配合するカーボ
ンブラックの一部をシリカで置き換え、低発熱性にする
と共にカーボンブラックだけの充填剤の場合と同等以上
の耐摩耗性を保持させたタイヤ用ゴム組成物を提供する
ことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を解決するため鋭意研究を行った結果、特定のシリカ
に対し、シランカップリング剤を組み合わすことによっ
て、有効に解決し得ることを見出して、本発明を完成す
るに至ったのである。
題を解決するため鋭意研究を行った結果、特定のシリカ
に対し、シランカップリング剤を組み合わすことによっ
て、有効に解決し得ることを見出して、本発明を完成す
るに至ったのである。
【００１１】すなわち、本発明は、 天然ゴムおよび
／またはジエン系合成ゴム１００重量部に対して、カー
ボンブラック５〜６０重量部、下記化学式〔化６〕のシ
リコーンオイルよりなる群から選ばれた少なくとも１種
からなる化合物をシリカ量の１〜２０重量％表面処理し
たシリカ５〜８０重量部、シランカップリング剤をシリ
カ配合量の２〜１５重量％配合混練してなるタイヤ用ゴ
ム組成物である。
／またはジエン系合成ゴム１００重量部に対して、カー
ボンブラック５〜６０重量部、下記化学式〔化６〕のシ
リコーンオイルよりなる群から選ばれた少なくとも１種
からなる化合物をシリカ量の１〜２０重量％表面処理し
たシリカ５〜８０重量部、シランカップリング剤をシリ
カ配合量の２〜１５重量％配合混練してなるタイヤ用ゴ
ム組成物である。
【化６】
【００１２】
【００１３】 シランカップリング剤が下記化学式
〔化７〕、〔化８〕、〔化９〕および〔化１０〕よりな
る群から選ばれた少なくとも１種である上記記載のタ
イヤ用ゴム組成物である。
〔化７〕、〔化８〕、〔化９〕および〔化１０〕よりな
る群から選ばれた少なくとも１種である上記記載のタ
イヤ用ゴム組成物である。
【化７】
【化８】
【化９】
【化１０】
【００１４】以下、本発明の内容を詳細に説明する。本
発明における、ゴム成分としては天然ゴムまたは合成ゴ
ムを単独またはこれらをブレンドして使用することがで
きる。この合成ゴムとしては、合成ポリイソプレンゴ
ム、ポリブタジエンゴムやスチレンブタジエンゴム等が
例示できる。カーボンブラックとしては、ＩＳＡＦ、Ｈ
ＡＦ等が好ましく使用できるが、特に限定されるもので
はない。シリカとしては、合成無水微粉ケイ酸が好まし
いが特に限定するものではない。シランカップリング剤
としては、例えば、前記化学式〔化７〕、〔化８〕、
〔化９〕および〔化１０〕よりなる群から選ばれた各化
合物が挙げられる。これらの化合物は、単独に又は併用
して使用することができる。
発明における、ゴム成分としては天然ゴムまたは合成ゴ
ムを単独またはこれらをブレンドして使用することがで
きる。この合成ゴムとしては、合成ポリイソプレンゴ
ム、ポリブタジエンゴムやスチレンブタジエンゴム等が
例示できる。カーボンブラックとしては、ＩＳＡＦ、Ｈ
ＡＦ等が好ましく使用できるが、特に限定されるもので
はない。シリカとしては、合成無水微粉ケイ酸が好まし
いが特に限定するものではない。シランカップリング剤
としては、例えば、前記化学式〔化７〕、〔化８〕、
〔化９〕および〔化１０〕よりなる群から選ばれた各化
合物が挙げられる。これらの化合物は、単独に又は併用
して使用することができる。
【００１５】一般に、シリカ表面には、種類により、そ
の程度は異なるが、多数のシラノール基が存在する。シ
ラノール基は親水性であり、前記の如くゴムとのぬれ性
が悪く、ゴムとの相互作用は弱い。このシラノール基と
ゴムポリマーの両方に作用して補強性を向上させるのが
前記の如くシランカップリング剤の役割である。しか
し、このシランカップリング剤は、シリカ中の不純物で
あるアルミニウム 不純物が表面にある場合、＝Ａｌ−ＯＨとなる。 これもまたカップリング効率の低下の原因の１つとなっ
ている。
の程度は異なるが、多数のシラノール基が存在する。シ
ラノール基は親水性であり、前記の如くゴムとのぬれ性
が悪く、ゴムとの相互作用は弱い。このシラノール基と
ゴムポリマーの両方に作用して補強性を向上させるのが
前記の如くシランカップリング剤の役割である。しか
し、このシランカップリング剤は、シリカ中の不純物で
あるアルミニウム 不純物が表面にある場合、＝Ａｌ−ＯＨとなる。 これもまたカップリング効率の低下の原因の１つとなっ
ている。
【００１６】本発明は、上記構成のシリコーンオイルを
シリカ表面に表面に処理することによりシリカ表面のこ
れらのカップリング効率を低下させる末端−ＯＨ基を覆
ってしまい、シランカップリング剤の反応を促進させ
る。また、同時に親水性であったシリカ表面を疎水性と
し、ポリマーとの親和性を高める働きをも有する。
シリカ表面に表面に処理することによりシリカ表面のこ
れらのカップリング効率を低下させる末端−ＯＨ基を覆
ってしまい、シランカップリング剤の反応を促進させ
る。また、同時に親水性であったシリカ表面を疎水性と
し、ポリマーとの親和性を高める働きをも有する。
【００１７】このような作用を有するシリコーンオイル
（メチルハイドロジエンポリシロキサン）は、前記〔化
６〕で示される化合物よりなる群から選ばれた少なくと
も１種であり、例えば、下記構造式
（メチルハイドロジエンポリシロキサン）は、前記〔化
６〕で示される化合物よりなる群から選ばれた少なくと
も１種であり、例えば、下記構造式
【化１１】
【化１２】
【化１３】
等が挙げられる。また、流動性に影響がなければ、分岐
していてもかまわない。
していてもかまわない。
【００１８】表面処理は、例えば、所定量のシリカとシ
リコーンオイルをブレンドした後、２５０℃で１時間熱
処理することにより行うことができる。前記化学式〔化
７〕、〔化８〕、〔化９〕又は〔化１０〕で示したシラ
ンカップリング剤を使用したとき、特に相乗効果がある
ため、このシリカを充填剤として使用することによっ
て、ゴムをカーボンブラック単独充填の時と同等かそれ
以上の耐摩耗性を保持させることができる。
リコーンオイルをブレンドした後、２５０℃で１時間熱
処理することにより行うことができる。前記化学式〔化
７〕、〔化８〕、〔化９〕又は〔化１０〕で示したシラ
ンカップリング剤を使用したとき、特に相乗効果がある
ため、このシリカを充填剤として使用することによっ
て、ゴムをカーボンブラック単独充填の時と同等かそれ
以上の耐摩耗性を保持させることができる。
【００１９】カーボンブラックの使用量は５重量部未満
では、補強効果が十分でなく、６０重量部超では、高発
熱性となるばかりか、耐摩耗性もかえって低下する。表
面処理シリカ使用量は５重量部未満では、置換による低
発熱性のメリットが小さく、８０重量部超では作業性の
悪化をもたらす。表面処理シリカは２０〜５０重量部が
好ましい。
では、補強効果が十分でなく、６０重量部超では、高発
熱性となるばかりか、耐摩耗性もかえって低下する。表
面処理シリカ使用量は５重量部未満では、置換による低
発熱性のメリットが小さく、８０重量部超では作業性の
悪化をもたらす。表面処理シリカは２０〜５０重量部が
好ましい。
【００２０】シランカップリング剤の使用量は、シリカ
重量に対し、２重量％未満ではカップリング効果が小さ
く、１５重量％超ではポリマーのゲル化を引き起こす。
有機ケイ素化合物からなる疎水性化剤の処理量は、シリ
カ量に対し１〜２０重量％である。１重量％未満では目
的とする表面処理の効果が見られず、２０重量％超では
シランカップリング剤が反応するＳｉ−ＯＨサイトまで
覆いつくしてましいカップリング剤の効果を妨げる。ま
た、処理量は使用するシリカの表面積、すなわちＳｉ−
ＯＨサイト数によって適宜調整されることが好ましい。
重量に対し、２重量％未満ではカップリング効果が小さ
く、１５重量％超ではポリマーのゲル化を引き起こす。
有機ケイ素化合物からなる疎水性化剤の処理量は、シリ
カ量に対し１〜２０重量％である。１重量％未満では目
的とする表面処理の効果が見られず、２０重量％超では
シランカップリング剤が反応するＳｉ−ＯＨサイトまで
覆いつくしてましいカップリング剤の効果を妨げる。ま
た、処理量は使用するシリカの表面積、すなわちＳｉ−
ＯＨサイト数によって適宜調整されることが好ましい。
【００２１】なお、本発明のタイヤ用ゴム組成物には、
ゴム工業で通常使用される配合剤、例えば、他の補強性
充填剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤等を
適宜配合することができるのは勿論のことである。
ゴム工業で通常使用される配合剤、例えば、他の補強性
充填剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤等を
適宜配合することができるのは勿論のことである。
【００２２】
【実施例】以下に実施例により、本発明を更に具体的に
説明するが、本発明は、この実施例により限定されるも
のではない。 （実施例１〜９および比較例１〜５）下記表１〜表３
に、天然ゴムおよび／またはジエン系合成ゴム１００重
量部にカーボンブラックの配合量、表面処理シリカの種
類及びその配合量、シランカップリング剤の配合量を変
えた実施例、比較例の組成物について、耐摩耗性及び発
熱性を測定した結果を示す。
説明するが、本発明は、この実施例により限定されるも
のではない。 （実施例１〜９および比較例１〜５）下記表１〜表３
に、天然ゴムおよび／またはジエン系合成ゴム１００重
量部にカーボンブラックの配合量、表面処理シリカの種
類及びその配合量、シランカップリング剤の配合量を変
えた実施例、比較例の組成物について、耐摩耗性及び発
熱性を測定した結果を示す。
【００２３】なお、耐摩耗性及び発熱性の測定法は下記
のとおりである。 （ゴム物性測定法） （１） 耐摩耗性 耐摩耗性を表す耐摩耗指数はランボーン試験機を用いて
摩耗損失量を測定し、次式により算出した。 (耐摩耗指数)＝(対照物の容量損失量)×１００／(供試
試験片の容量損失量) この指数が大きい程、耐摩耗性が良好なことを示す。
のとおりである。 （ゴム物性測定法） （１） 耐摩耗性 耐摩耗性を表す耐摩耗指数はランボーン試験機を用いて
摩耗損失量を測定し、次式により算出した。 (耐摩耗指数)＝(対照物の容量損失量)×１００／(供試
試験片の容量損失量) この指数が大きい程、耐摩耗性が良好なことを示す。
【００２４】（２） 発熱性
発熱性を表す tanδ値は、岩本製作所（株）製の粘弾性
スペクトロメーターを使用し、引張りの動歪１％、周波
数５０Ｈｚ、２５℃の条件で測定した。なお、試験片
は、厚さ２mm、幅５mmのスラブシートを用い、試料挟み
間距離２cmとして初期荷重を１００ｇとした。対照物と
対比した指数で表し、指数の値の低いほど、低発熱性を
示す。
スペクトロメーターを使用し、引張りの動歪１％、周波
数５０Ｈｚ、２５℃の条件で測定した。なお、試験片
は、厚さ２mm、幅５mmのスラブシートを用い、試料挟み
間距離２cmとして初期荷重を１００ｇとした。対照物と
対比した指数で表し、指数の値の低いほど、低発熱性を
示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
【表３】
【００２８】また、図１及び図２に上記表１〜表３の測
定値であるtanδ値と耐摩耗性との関係をまとめたもの
を示す。上記表１〜表３並びに図１及び図２から明らか
なように、本発明のタイヤ用ゴム組成物（実施例１〜
９）は、比較例１〜５に較べ耐摩耗性は同等またはそれ
以上であり、一方低発熱性であることが判る。
定値であるtanδ値と耐摩耗性との関係をまとめたもの
を示す。上記表１〜表３並びに図１及び図２から明らか
なように、本発明のタイヤ用ゴム組成物（実施例１〜
９）は、比較例１〜５に較べ耐摩耗性は同等またはそれ
以上であり、一方低発熱性であることが判る。
【００２９】
【発明の効果】本発明のタイヤ用ゴム組成物は、加硫物
において、耐摩耗性を、カーボンブラック単独配合した
場合と較べて、同等程度かそれ以上保持しながら、低発
熱性にすることができる。従って、近年省エネルギーを
目指した低燃費性が要求されている時、製品の性能向上
に大きく寄与することができる。
において、耐摩耗性を、カーボンブラック単独配合した
場合と較べて、同等程度かそれ以上保持しながら、低発
熱性にすることができる。従って、近年省エネルギーを
目指した低燃費性が要求されている時、製品の性能向上
に大きく寄与することができる。
【図１】実施例１〜７及び比較例１〜２における 発熱
性を表すtanδ値と耐摩耗性との関係を示す図面であ
る。
性を表すtanδ値と耐摩耗性との関係を示す図面であ
る。
【図２】実施例８〜９及び比較例３〜５における 発熱
性を表すtanδ値と耐摩耗性との関係を示す図面であ
る。
性を表すtanδ値と耐摩耗性との関係を示す図面であ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C08L 7/00 - 21/00
C08K 3/00 - 3/04
C08K 3/34 - 3/36
C08K 9/04 - 9/06
Claims (2)
- 【請求項１】 天然ゴムおよび／またはジエン系合成ゴ
ム１００重量部に対して、カーボンブラック５〜６０重
量部、下記化学式〔化１〕のシリコーンオイルよりなる
群から選ばれた少なくとも１種からなる化合物をシリカ
量の１〜２０重量％表面処理したシリカ５〜８０重量
部、シランカップリング剤をシリカ配合量の２〜１５重
量％配合混練してなるタイヤ用ゴム組成物。 【化１】 - 【請求項２】 シランカップリング剤が下記化学式〔化
２〕、〔化３〕、〔化４〕および〔化５〕よりなる群か
ら選ばれた少なくとも１種である請求項１記載のタイヤ
用ゴム組成物。 【化２】 【化３】 【化４】 【化５】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03361593A JP3403747B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | タイヤ用ゴム組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03361593A JP3403747B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | タイヤ用ゴム組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06248116A JPH06248116A (ja) | 1994-09-06 |
| JP3403747B2 true JP3403747B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=12391363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03361593A Expired - Fee Related JP3403747B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | タイヤ用ゴム組成物 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| ES2151635T3 (es) * | 1995-01-13 | 2001-01-01 | Bridgestone Corp | Proceso para la preparacion de cubiertas neumaticas. |
| EP0731133B1 (en) * | 1995-03-09 | 2001-06-20 | Sumitomo Chemical Company Limited | Rubber composition |
| KR100394129B1 (ko) * | 1995-03-17 | 2003-10-22 | 제온 코포레이션 | 고무조성물 |
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| FR2743564A1 (fr) | 1996-01-11 | 1997-07-18 | Michelin & Cie | Compositions de caoutchouc pour enveloppes de pneumatiques a base de silices contenant un additif de renforcement a base d'un polyorganosiloxane fonctionnalise et d'un compose organosilane . |
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| US6548573B1 (en) * | 1999-12-20 | 2003-04-15 | Caterpillar Inc | Composition and process for making a water and mud repellant rubber |
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