(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
変性ブタジエンゴムを5〜100重量%含むジエン系ゴム100重量部にシリカを10〜120重量部配合したゴム組成物であって、前記変性ブタジエンゴムが、シス含量が90%以上のブタジエンゴムを、ピリジン環を分子中に有するニトロン化合物で変性したものであることを特徴とするゴム組成物。
前記ニトロン化合物が、2−ピリジル−N−フェニルニトロン、3−ピリジル−N−フェニルニトロン、4−ピリジル−N−フェニルニトロンから選ばれることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のゴム組成物。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分として変性ブタジエンゴムを必ず含む。また変性ブタジエンゴム以外の他のジエン系ゴムを含有することができる。他のジエン系ゴムとしては例えば天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、1,2−ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR)、ニトリルゴム(NBR)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)等が挙げられる。なかでも天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムが好ましい。これらのジエン系ゴムは、一種又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
【0014】
また本発明のゴム組成物は、変性ブタジエンゴムを配合することにより、シリカの分散性を良好にし、発熱性を小さくすることができる。変性ブタジエンゴムの含有量はジエン系ゴム100重量%中5〜100重量%、好ましくは10〜80重量%である。変性ブタジエンゴムの含有量が5重量%であると、シリカの分散性を十分に改良することができない。また優れた耐摩耗性及び低温特性を確保することができない。
【0015】
変性ブタジエンゴムは、シス含量が90%以上、すなわちハイシス構造を有するブタジエンゴムを、
ピリジン環を分子中に有するニトロン化合物で変性したものである。ハイシス構造のブタジエンゴムは、シス−1,4結合の含有量が90%以上、好ましくは95%以上である。シス−1,4結合の含有量を90%以上にすることにより、ゴム組成物の発熱性を一層小さくすることができる。また耐摩耗性を改良すると共に、低温特性を優れたものにすることができる。本発明において、シス−1,4結合の含有量は、1H−NMR及びIRにより測定するものとする。このようなハイシス構造のブタジエンゴムは、チグラー系触媒やネオジウム触媒などを用いた通常の方法で重合することができる。
【0016】
ハイシス構造のブタジエンゴムの分子量は、特に限定されることはないが、好ましくは重量平均分子量で5万〜100万、より好ましくは20万〜80万であるとよい。重量平均分子量をこのような範囲にすることにより、ブタジエンゴムの耐摩耗性及び低温特性を一層向上することができる。
【0017】
本発明において、変性ブタジエンゴムは、ハイシス構造のブタジエンゴムを、
ピリジン環を分子中に有するニトロン化合物で変性したものである。ニトロン化合物は、酸素原子がシッフ塩基の窒素原子に結合した化合物であり、一般に下記の式で表わされる。
【化2】
【0018】
上記式中R,R’,R”は、それぞれ独立に水素又は有機基である。本発明では、上記式中R,R’,R”の少なくとも一つは
ピリジン環を含む炭化水素基であることが必要である。
ピリジン環を構成する窒素原子がシリカ表面のシラノール基(−SiOH)と相互作用するため、シリカとの親和性を改良し分散性を良好にする。これによりシリカ配合の効果が高まりゴム組成物の発熱性を小さくすることができる。またニトロン化合物は、ブタジエンゴムの不飽和結合に対し、シップ塩基の炭素原子及びシップ塩基の窒素原子に結合した酸素原子が付加することにより、容易に反応し変性率を高くすることができる。
【0019】
上記式で表わされるニトロン化合物のR,R’,R”で表わされる有機基としては、例えば脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基及びこれらの炭化水素基の水素が置換基で置換された炭化水素基が挙げられる。置換基はヘテロ原子を有することができる。有機基としては、炭素数1〜3のアルキル基、アリール基、アルケニル基、シクロアルキル基等が好ましい。なかでもメチル基、フェニル基、トリル基等が好ましい。
【0020】
本発明において、R,R’,R”の少なくとも一つを構成する
ピリジン環を含む炭化水素基としては、
ピリジン環、
ピリジン環で置換された脂肪族炭化水素基、
ピリジン環で置換された芳香族炭化水素基が挙げられる
。
【0021】
ピリジン環は、酸素原子、硫黄原子を含むことができる。
【0023】
本発明において、
ピリジン環を分子中に有するニトロン化合物としては、下記式(1)で表わされる化合物が好ましい。
【化3】
(式中、Xは
ピリジン環を含む炭化水素基、Yは水素又は
ピリジン環或いは芳香環を含む炭化水素基、Zは芳香環を含む炭化水素基である。)
【0024】
上記式(1)中、Xは、
ピリジン環を含む炭化水素基であり、好ましく
はピリジン環である。
【0025】
上記式(1)中、Zで表わされる芳香環を含む炭化水素基としは、例えばフェニル基、炭素数1〜3のアルキル置換フェニル基、キシリル基、ベンジル基、ナフチル基、スチリル基等を例示することができる。なかでもフェニル基が好ましい。
【0026】
上記式(1)中のYは、水素又は
ピリジン環を含む炭化水素基又は芳香環を含む炭化水素基である。好ましくは、Yは水素である。
【0027】
本発明において、ハイシス構造のブタジエンゴムを変性するニトロン化合物としては、例えばピリジルニトロン、オキサゾリルニトロン、ピリジル−N−フェニルニトロン、ピリジル−N−メチルニトロン、オキサゾリル−N−フェニルニトロン、オキサゾリル−N−メチルニトロン、オキサゾリルフェニル−N−フェニルニトロン、オキサゾリルフェニル−N−メチルニトロン、ピリジル−N−エチルニトロン、ピリジル−N−プロピルニトロン、ピリジル−N−トリルニトロン、ピリジル−N−ナフチルニトロン等が挙げられる。なかでもピリジル−N−フェニルニトロンが好ましい。
【0028】
ピリジル−N−フェニルニトロンとしては下記式(2)〜(4)で表わされる2−ピリジル−N−フェニルニトロン、3−ピリジル−N−フェニルニトロン、4−ピリジル−N−フェニルニトロンが挙げられる。
【化4】
【化5】
【化6】
【0029】
本発明において、変性ブタジエンゴムは、上述したニトロン化合物での変性率が、好ましくは0.05〜10mol%、より好ましくは0.5〜3mol%にするとよい。変性率が0.05mol%未満であるとシリカとの相互作用が十分に得られない。また変性率が10mol%を超えるとシリカとの相互作用が過大になるため加工性が悪化する。本発明において変性ブタジエンゴムの変性率は、CDCl
3を溶媒としてNMR測定により求めた。
【0030】
本発明において、変性ブタジエンゴムは、シス含量が90%以上のブタジエンゴムとニトロン化合物を撹拌混合又は混練することにより得られる。この変性ブタジエンゴムの製造方法には、公知の混合方法を用いることができる。例えばブタジエンゴムとニトロン化合物とをバンバリーミキサー、ニーダーなどの密閉型混練機や単軸、2軸押出し混練機、ロール等の混練機で混練する方法、ブタジエンゴムを溶剤に溶かして溶液状にしたものにニトロン化合物を攪拌混合して反応させた後、乾燥する方法等が挙げられる。変性した後、乾燥する必要がないため、ブタジエンゴムとニトロン化合物とを混練機で混練する方法が好ましい。
【0031】
本実施形態に係る変性ブタジエンゴムの製造において、反応温度は、ブタジエンゴムとニトロン化合物との反応効率の観点から70℃以上250℃以下とするのが好ましい。ブタジエンゴムをニトロン化合物で変性する際の反応温度が70℃を下回ると、反応が進行せず、ブタジエンゴムをニトロン化合物で変性できないからである。ブタジエンゴムをニトロン化合物で変性する際の反応温度が250℃を超えると、ニトロン化合物の分解がブタジエンゴムへの付加反応に優先するからである。
【0032】
本発明のゴム組成物は、シリカを良好に分散させることにより、発熱性を低減することができる。シリカの配合量はジエン系ゴム100重量部に対し10〜120重量部、好ましくは30〜100重量部にする。シリカの配合量が10重量部未満であると、発熱性を小さくする効果が十分に得られない。またシリカの配合量が120重量部を超えると加工性が悪化し、耐摩耗性が低下する。
【0033】
本発明において、シリカと共にシランカップリング剤を配合することにより、ジエン系ゴムに対するシリカの分散性を改良することができる。シランカップリング剤としては、例えばビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラサルファイド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジサルファイド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラサルファイド、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等を例示することができる。
【0034】
シランカップリング剤の配合量は、シリカ重量に対し好ましくは3〜15重量%、より好ましくは5〜10重量%にするとよい。シランカップリング剤が、シリカ配合量の3重量%より少ないと、シリカの分散性が低下する虞がある。また、シランカップリング剤が、シリカ配合量の15重量%を超えると、ゴムのモジュラスが過大になり耐摩耗性が悪化する虞がある。
【0035】
本発明では、シリカ以外の補強性充填剤を配合することができる。シリカ以外の補強性充填剤としては、例えばカーボンブラック、クレイ、タルク、アルミナ、二酸化チタン、シリケート等を例示することができる。なかでもカーボンブラック、クレイが好ましい。カーボンブラックを配合することにより、ゴム組成物の補強性を高くして耐摩耗性を改良することができる。
【0036】
ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤、加工助剤、液状ポリマー、テルペン系樹脂、熱硬化性樹脂などのゴム組成物に一般的に使用される各種配合剤を配合することができる。このような配合剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの配合剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。ゴム組成物は、通常用いられるゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。
【0037】
本発明のゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部、サイド部を構成するのに好適に使用することができる。このゴム組成物をトレッド部及び/又はサイド部に使用した空気入りタイヤは、優れた耐摩耗性及び低温特性を確保しながら、転がり抵抗が低く燃費性能を従来レベル以上に向上することができる。
【0038】
以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【0039】
共通配合として表7に示す配合剤を有し、表1〜6に示す配合からなる16種類のゴム組成物(実施例1〜5、比較例1〜11)を、それぞれ硫黄及び加硫促進剤を除く配合成分を秤量し、1.7リットル密閉式バンバリーミキサーで5分間混練し、温度150℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを1.7リットル密閉式バンバリーミキサーで、硫黄及び加硫促進剤を加え混合し、ゴム組成物を調製した。なお表1,3〜6において、S−SBRはオイル37.5重量部を含む油展品であるためゴム成分の正味の配合量を括弧内に記載した。
【0040】
得られた16種類のゴム組成物を所定形状の金型を使用して、160℃で20分間プレス加硫を行い、シート状ゴム試験片を作成した。このシート状ゴム試験片を用い下記の方法により発熱性(tanδ(60℃))を評価した。
【0041】
発熱性(tanδ(60℃))
得られた各シート状ゴム試験片の発熱性を損失正接tanδ(60℃)により評価した。tanδ(60℃)は、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み10%、振幅±2%、周波数20Hz、温度60℃の条件下で測定した。得られた結果は、表1では比較例1を100、表2では比較例5を100、表3では比較例6を100、表4では比較例8を100、表5では比較例9を100、表6では比較例10を100とする指数で表わし表1〜6の「tanδ(60℃)」の欄に示した。この指数が小さいほど60℃のtanδが小さく、発熱性が小さくタイヤにしたときに燃費性能が優れることを意味する。
【0042】
【表1】
【0043】
【表2】
【0044】
【表3】
【0045】
【表4】
【0046】
【表5】
【0047】
【表6】
【0048】
表1〜6において使用した原材料を下記に示す。
・S−SBR:溶液重合スチレンブタジエンゴム、旭化成社製E−581、ゴム成分100重量部に対しオイル37.5重量部を添加した油展品
・BR−1:シス含量が98%のブタジエンゴム、日本ゼオン社製Nipol BR1220
・BR−2:ケチミンシラン縮合物で変性したシス含量が85%のブタジエンゴム、以下の製造方法により調製した。
・変性BR−1:4−ピリジル−N−フェニルニトロンで変性したシス含量が98%のブタジエンゴム、以下の製造方法により調製した。
・変性BR−2:4−ピリジル−N−フェニルニトロンで変性したシス含量が85%のブタジエンゴム、以下の製造方法により調製した。
・シリカ:東ソーシリカ社製Nipsil AQ
・カップリング剤:シランカップリング剤、エボニックデグサ社製Si69
【0049】
BR−2の調製方法
先ずケチミンシラン縮合物を調製する。γ−アミノプロピルトリメトキシシラン20.0g(0.112mol)ならびにメチルイソプロピルケトン10.7g(0.123 mol)を窒素雰囲気下、室温にて2日間攪拌した。反応溶液からメタノールならびに未反応のメチルイソプピルケトンを真空下除去することにより、平均縮合度2.4のケチミンシラン縮合物を得た。
【0050】
次に窒素置換された内容量10リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン3147g、ブタジエン498.4g(9.215mol)を仕込み、攪拌を開始した。反応容器内の内容物の温度を50℃にした後、n−ブチルリチウム3.054ml(4.856mmol)を添加した。重合転化率が100%に到達した後、上記で得られたケチミンシラン縮合物の10.3wt%トルエン溶液6.809gを添加し、1時間攪拌した。さらに、メタノール0.5mlを添加して30分間攪拌した。得られたポリマー溶液に老化防止剤(イルガノックス1520)を少量添加し、減圧濃縮して溶媒を取り除いた。メタノール中でポリマーを凝固、洗浄した後に、乾燥することにより固形状のポリマー(BR−2)を得た。得られたBR−2のシス−1,4結合量を測定したところ、85%であった。
【0051】
変性BR−1の調製方法
(4−ピリジル−N−フェニルニトロンの調製)
塩化アンモニウム38.513g(0.72mol)を水200ml、エタノール200mlの混合溶媒に溶かし、更にニトロベンゼン123.11g(1mol)を加えた。その後、亜鉛をゆっくり、1%塩酸水溶液に投入し、水で2、3回置換した。氷浴中で冷却した状態を維持したままその亜鉛をゆっくり加えた。その後、氷浴を継続して12時間攪拌した。次に、亜鉛をろ過した後、氷浴下でろ液にp−ピリジルアルデヒド107.1g(1mol)をゆっくり添加し、さらに12時間攪拌した。反応終了後、水とエタノールを減圧留去後、エタノールから再結晶することにより、淡黄色粉末個体を得た。得られた淡黄色粉末個体の融点(Mp)を測定すると共に、NMR、GC/MSを用いて4−ピリジル−N−フェニルニトロンの評価を行った。4−ピリジル−N−フェニルニトロンの評価結果は以下の通りであった。尚、NMRの測定は、CDCl
3に溶かして所定の周波数(MHz)としてTMSを基準値(0ppm)とした。4−ピリジル−N−フェニルニトロンが製造されたことが確認された。また4−ピリジル−N−フェニルニトロンの収率は80.8%であった。
(4−ピリジル−N−フェニルニトロンの評価)
・Mp:135.9℃
・
1H−NMR(CDCl
3,400MHz,TMS):δ8.75ppm(dd,2H,ph)、δ8.16ppm(dd,2H,ph)、δ7.96ppm(s,1H, C
+H)、δ7.77ppm(m,2H,ph)、δ7.51ppm(m,3H,ph)
(ブタジエンゴムの変性)
120℃に加熱した1リットルのバンバリーミキサーに、シス含量が98%ブタジエンゴム(日本ゼオン社製Nipol BR1220)940.5gを投入し、2分間混合し、そこへ上記の通りで製造した4−ピリジル−N−フェニルニトロン28.2gを投入し、さらに5分間混合した。変性率は、トルエンに溶解して、メタノールに沈殿させ、さらにもう1度繰り返した後、減圧乾燥して、CDCl
3を溶媒としてNMR測定により算出した。変性率は、0.75mol%であった。
【0052】
変性BR−2の調製方法
4−ピリジル−N−フェニルニトロンは、上述した「4−ピリジル−N−フェニルニトロンの調製」により得られた4−ピリジル−N−フェニルニトロンを使用した。
【0053】
またブタジエンゴムは、上述した「BR−2の調製方法」により得られたケチミンシラン縮合物で変性したシス含量が85%のブタジエンゴム(BR−2)を使用した。
【0054】
120℃に加熱した1リットルのバンバリーミキサーに、ブタジエンゴムBR−2を 940.5g投入し、2分間混合し、4−ピリジル−N−フェニルニトロン28.2gを投入し、さらに5分間混合した。変性率は、トルエンに溶解して、メタノールに沈殿させ、さらにもう1度繰り返した後、減圧乾燥して、CDCl
3を溶媒としてNMR測定により算出した。変性率は、0.77mol%であった。
【0055】
【表7】
【0056】
表7において使用した原材料を下記に示す。
・酸化亜鉛:正同化学工業社製酸化亜鉛3種
・ステアリン酸:日油社製ビーズステアリン酸
・老化防止剤:フレキシス社製サントフレックス 6PPD
・オイル:昭和シェル石油社製エキストラクト4号S
・硫黄:鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
・加硫促進剤1:大内新興化学工業社製ノクセラーCZ−G
・加硫促進剤2:三新化学工業社製サンセラーD−G