JP2015183062A - Rubber composition for tire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低転がり抵抗性能、ウェット性能およびシリカの補強性能を両立させたタイヤ用ゴム組成物に関する。 The present invention relates to a rubber composition for tires that achieves both low rolling resistance performance, wet performance and silica reinforcement performance.
車両の燃費性能を向上させるため空気入りタイヤの転がり抵抗を小さくすることが求められている。また同時に操縦安定性およびウェット性能を十分に確保することが空気入りタイヤとって必要である。一般に、低転がり抵抗性およびウェット性能を改良するためシリカを配合したタイヤ用ゴム組成物が知られている。しかし、カーボンブラックの一部をシリカに置き換えると、ゴムに対する補強性能が低下し操縦安定性が低下することが懸念される。 In order to improve the fuel efficiency of a vehicle, it is required to reduce the rolling resistance of a pneumatic tire. At the same time, it is necessary for pneumatic tires to ensure sufficient steering stability and wet performance. In general, a rubber composition for tires containing silica in order to improve low rolling resistance and wet performance is known. However, if a part of the carbon black is replaced with silica, there is a concern that the reinforcing performance with respect to the rubber is lowered and the steering stability is lowered.
このため窒素吸着比表面積が大きいシリカを配合することが提案されている（例えば特許文献１参照）。しかし、タイヤ性能に対する需要者の要求レベルはより高く、更なる改良が期待されている。 For this reason, it has been proposed to incorporate silica having a large nitrogen adsorption specific surface area (see, for example, Patent Document 1). However, the demand level of the consumer for tire performance is higher and further improvements are expected.
本発明の目的は、低転がり抵抗性能、ウェット性能およびシリカの補強性能を従来レベル以上に向上するようにしたタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rubber composition for a tire in which the low rolling resistance performance, the wet performance and the silica reinforcement performance are improved to the conventional level or more.
上記目的を達成する本発明のタイヤ用ゴム組成物は、 ジエン系ゴム１００重量部に、シリカＡを５〜１００重量部、シリカＢを０〜１５０重量部を配合し、シランカップリング剤を前記シリカＡおよびシリカＢの合計に対し４〜３０重量％配合したタイヤ用ゴム組成物であって、前記シリカＡの表面のヒドロキシ基数が５個／ｎｍ2未満、前記シリカＢの表面のヒドロキシ基数が５個／ｎｍ2以上であり、下記一般式（Ｉ）で表される前記シリカＡのゴム組成物単位体積当たりの粒子数の指標Ｙが０．０１以上０．２４以下であることを特徴する。
φAは、ゴム組成物中のシリカＡの重量分率［−］、
ρは、ゴム組成物中の密度（ｇ／ｃｍ3）
Ｋは下記一般式（ＩＩ）で表される係数を表す。
（Ｒ）AはシリカＡの平均１次粒子径（ｎｍ）を表す。）
The rubber composition for tires of the present invention that achieves the above object comprises blending 5 to 100 parts by weight of silica A and 0 to 150 parts by weight of silica B in 100 parts by weight of a diene rubber, and the silane coupling agent A rubber composition for tires blended in an amount of 4 to 30% by weight based on the total of silica A and silica B, wherein the number of hydroxy groups on the surface of silica A is less than 5 / nm 2 , and the number of hydroxy groups on the surface of silica B is and five or / nm 2 or more, the number of particles mark Y per rubber composition unit volume of the silica a represented by the following general formula (I) is characterized in that 0.01 or more 0.24 or less .
φ A is the weight fraction [−] of silica A in the rubber composition,
ρ is the density (g / cm 3 ) in the rubber composition
K represents a coefficient represented by the following general formula (II).
(R) A represents the average primary particle diameter (nm) of silica A. )
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に、表面のヒドロキシ基数が５個／ｎｍ2未満であるシリカＡを５〜１００重量部、表面のヒドロキシ基数が５個／ｎｍ2以上であるシリカＢを０〜１５０重量部を配合し、シランカップリング剤をシリカＡおよびシリカＢの合計に対し４〜３０重量％配合し、前記一般式（Ｉ）で表されるゴム組成物単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙを０．０１以上０．２４以下にしたので、１次粒子径が小さいシリカＡをジエン系ゴム中に良好に分散させ、これによりジエン系ゴムに対するシリカの補強性能、低転がり抵抗性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上させることができる。 The tire rubber composition of the present invention, the 100 parts by weight of the diene rubber, 5 to 100 parts by weight of silica A hydroxy groups of the surface is less than 5 / nm 2, hydroxy groups of the surface is 5 / nm 2 0 to 150 parts by weight of silica B as described above is blended, and a silane coupling agent is blended in an amount of 4 to 30% by weight based on the total of silica A and silica B, and the rubber composition represented by the general formula (I) Since the index Y of the number of particles of silica A per unit volume is set to 0.01 or more and 0.24 or less, silica A having a small primary particle size is dispersed well in the diene rubber, and thereby the diene rubber is reduced. Silica reinforcement performance, low rolling resistance performance, and wet performance can be improved over conventional levels.
前記シリカＡの平均１次粒子径（Ｒ）Aとしては５〜１２ｎｍであるとよい。また前記シリカＡを乾式シリカ、前記シリカＢを湿式シリカにすることができる。さらに前記シリカＡの配合量（Ｗａ）と前記シリカＢの配合量（Ｗｂ）の合計（Ｗａ＋Ｗｂ）に対するシリカＡの配合量（Ｗａ）の比［Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）］が０．０５〜０．９５であるとよい。 The average primary particle diameter (R) A of the silica A is preferably 5 to 12 nm. The silica A can be dry silica and the silica B can be wet silica. Furthermore, the ratio [Wa / (Wa + Wb)] of the blending amount (Wa) of silica A to the total (Wa + Wb) of the blending amount (Wa) of the silica A and the blending amount (Wb) of the silica B is 0.05-0. It is good that it is 95.
本発明において、ゴム成分はジエン系ゴムにする。ジエン系ゴムとしては、例えば天然ゴム、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、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、クロロプレンゴム等を例示することができる。なかでもスチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴムが好ましい。各ジエン系ゴムの含有量は特に制限されるものでなく、適用するタイヤ部材の要求特性によって適宜選択することができる。 In the present invention, the rubber component is a diene rubber. Examples of the diene rubber include natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, butyl rubber, ethylene-propylene-diene rubber, and chloroprene rubber. Of these, styrene butadiene rubber, butadiene rubber, and natural rubber are preferable. The content of each diene rubber is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the required characteristics of the tire member to be applied.
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、シリカＡを必ず配合し、シリカＢを任意に配合することができる。好ましくはシリカＡおよびシリカＢを共に配合するのがよい。 In the tire rubber composition of the present invention, silica A is necessarily blended, and silica B can be blended arbitrarily. Preferably, silica A and silica B are blended together.
シリカＡは、その表面のヒドロキシ基数が５個／ｎｍ2未満のシリカである。一方、シリカＢは、その表面のヒドロキシ基数が５個／ｎｍ2以上のシリカである。シリカ表面のヒドロキシ基は、シリカ粒子が凝集する要因の一つである。一般に湿式法により製造されたシリカが、その表面のヒドロキシ基数が多いのに対し、乾式法で製造されたシリカは、その表面のヒドロキシ基数が少ない。本発明において、シリカＡを乾式シリカ、シリカＢを湿式シリカにすることができる。 Silica A is a silica having a hydroxy group number of less than 5 / nm 2 on its surface. On the other hand, silica B is a silica having 5 / nm 2 or more hydroxy groups on its surface. The hydroxy group on the silica surface is one of the factors that cause the silica particles to aggregate. In general, silica produced by a wet method has a large number of hydroxy groups on the surface, whereas silica produced by a dry method has a small number of hydroxy groups on the surface. In the present invention, silica A can be dry silica and silica B can be wet silica.
本明細書において、シリカ表面のヒドロキシ基数は以下に記載の方法で測定するものとする。
ｉ）シリカを水に１００分間以上、浸漬する。
ｉｉ）そのシリカを乾燥器に入れ、１１０℃で１６時間乾燥する。
ｉｉｉ）乾燥したシリカを、坩堝に入れ秤量する。
ｉｖ）その坩堝を電気炉に入れ、１１０℃から１１００℃まで強熱減量させる。
ｖ）その後、坩堝を秤量し、シリカ１ｇ当たりの重量減少Ｍ（ｇ）を求める。
ｖｉ）上記重量減少が水の蒸発によるものとし、蒸発した水１分子をヒドロキシ基２個として下記一般式によりシリカ表面のヒドロキシ基数（ＯＨ）を算出する。
ＯＨ＝２×Ｍ×６．０２×１０23／１８／（Ｎ2ＳＡ×１０18）
ただし、ＯＨは、シリカ表面のヒドロキシ基数（個／ｎｍ2）、
Ｍは、シリカ１ｇ当たりの重量減少量（ｇ）、
Ｎ2ＳＡは、シリカの窒素吸着比表面積（ｍ2／ｇ）
In the present specification, the number of hydroxy groups on the silica surface is measured by the method described below.
i) Immerse silica in water for at least 100 minutes.
ii) Place the silica in a dryer and dry at 110 ° C. for 16 hours.
iii) Put the dried silica in a crucible and weigh.
iv) Put the crucible in an electric furnace and reduce the ignition temperature from 110 ° C to 1100 ° C.
v) Thereafter, the crucible is weighed to determine the weight loss M (g) per gram of silica.
vi) The weight loss is assumed to be due to water evaporation, and the number of hydroxy groups (OH) on the silica surface is calculated by the following general formula, assuming that one molecule of evaporated water is two hydroxy groups.
OH = 2 × M × 6.02 × 10 23/18 / (N 2 SA × 10 18)
However, OH is the number of hydroxy groups on the silica surface (number / nm 2 ),
M is the weight loss per gram of silica (g),
N 2 SA is the nitrogen adsorption specific surface area of silica (m 2 / g)
本発明のタイヤ用ゴム組成物において、シリカＡを配合することにより、低転がり抵抗性能、ウェット性能およびシリカの補強性能を改良することができる。シリカＡの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、５〜１００重量部、好ましくは５〜６０重量部である。シリカＡの配合量が５重量部未満であると、転がり抵抗を小さくする効果が十分に得られず、ゴムに対する補強性を十分に改良することができない。またシリカＡの配合量が１００重量部を超えると、ゴムに対する補強性が却って低下すると共に、混合加工性が低下する。 In the rubber composition for tires of the present invention, by adding silica A, low rolling resistance performance, wet performance, and silica reinforcement performance can be improved. The amount of silica A is 5 to 100 parts by weight, preferably 5 to 60 parts by weight, based on 100 parts by weight of the diene rubber. If the blending amount of silica A is less than 5 parts by weight, the effect of reducing the rolling resistance cannot be sufficiently obtained, and the reinforcement to rubber cannot be sufficiently improved. Moreover, when the compounding quantity of silica A exceeds 100 weight part, while the reinforcement property with respect to rubber | gum falls on the contrary, mixing workability will fall.
シリカＡは、窒素吸着比表面積が、好ましくは１６０ｍ2／ｇを超え５００ｍ2／ｇ以下、より好ましくは１８０〜４５０ｍ2／ｇ、さらに好ましくは２００〜４００ｍ2／ｇであるとよい。窒素吸着比表面積が１６０ｍ2／ｇ未満であると、ジエン系ゴムに対する補強性能が不足し、更にウェット性能を改良することができない。また窒素吸着比表面積が５００ｍ2／ｇを超えると、混合加工性が低下する。本明細書において、シリカの窒素吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−２により測定された値とする。 Silica A preferably has a nitrogen adsorption specific surface area of more than 160 m 2 / g and 500 m 2 / g or less, more preferably 180 to 450 m 2 / g, still more preferably 200 to 400 m 2 / g. When the nitrogen adsorption specific surface area is less than 160 m 2 / g, the reinforcing performance for the diene rubber is insufficient, and the wet performance cannot be further improved. On the other hand, when the nitrogen adsorption specific surface area exceeds 500 m 2 / g, the mixing processability decreases. In this specification, the nitrogen adsorption specific surface area of silica is a value measured according to JIS K6217-2.
またシリカＡの平均１次粒子径（Ｒ）Aは、好ましくは５〜１２ｎｍ、より好ましくは７〜１２ｎｍであるとよい。シリカＡの平均１次粒子径（Ｒ）Aが１２ｎｍより大きいと、ゴムに対するシリカの補強性能が不足し、更にウェット性能を改良することができない。 The average primary particle diameter (R) A of silica A is preferably 5 to 12 nm, more preferably 7 to 12 nm. When the average primary particle diameter (R) A of silica A is larger than 12 nm, the reinforcing performance of silica against rubber is insufficient, and the wet performance cannot be further improved.
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ゴム組成物の単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙが０．０１以上０．２４以下である。単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙをこのような範囲内にすることにより、低転がり抵抗性能、ウェット性能およびジエン系ゴムに対する補強性能を向上することができる。単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙは、０．０１以上０．２４以下、好ましくは０．０１〜０．２３、より好ましくは０．０２〜０．２３であるとよい。単位体積当たりの粒子数の指標Ｙが０．０１未満であると、転がり抵抗が大きくなる。また単位体積当たりの粒子数の指標Ｙが０．２４を超えると、転がり抵抗が大きくなると共にシリカの補強性能が悪化する。 In the tire rubber composition of the present invention, the index Y of the number of particles of silica A per unit volume of the rubber composition is 0.01 or more and 0.24 or less. By setting the index Y of the number of particles of silica A per unit volume within such a range, the low rolling resistance performance, the wet performance, and the reinforcement performance for the diene rubber can be improved. The index Y of the number of particles of silica A per unit volume is 0.01 or more and 0.24 or less, preferably 0.01 to 0.23, and more preferably 0.02 to 0.23. When the index Y of the number of particles per unit volume is less than 0.01, rolling resistance increases. If the index Y of the number of particles per unit volume exceeds 0.24, the rolling resistance increases and the silica reinforcing performance deteriorates.
ゴム組成物の単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙは、下記一般式（Ｉ）で表される。
φAは、ゴム組成物中のシリカＡの重量分率［−］、
ρは、ゴム組成物の密度（ｇ／ｃｍ3）
Ｋは下記一般式（ＩＩ）で表される係数を表す。
（Ｒ）AはシリカＡの平均１次粒子径（ｎｍ）を表す。）
The index Y of the number of particles of silica A per unit volume of the rubber composition is represented by the following general formula (I).
φ A is the weight fraction [−] of silica A in the rubber composition,
ρ is the density of the rubber composition (g / cm 3 )
K represents a coefficient represented by the following general formula (II).
(R) A represents the average primary particle diameter (nm) of silica A. )
前記一般式（Ｉ）において、φAは、ゴム組成物中のシリカＡの重量分率であり、ジエン系ゴム１００重量部にシリカＡを５〜１００重量部すると、およそ０．０４８〜０．５の実数になる。なお、ジエン系ゴムおよびシリカＡ以外の配合剤、例えばシリカＢやカーボンブラック等の他の充填剤を配合することにより、シリカＡの重量分率は上記値より小さくなる。 In the general formula (I), φ A is the weight fraction of silica A in the rubber composition. When 100 to 100 parts by weight of the diene rubber, 5 to 100 parts by weight of silica A is about 0.048 to 0.000. Becomes a real number of 5. In addition, the weight fraction of silica A becomes smaller than the said value by mix | blending other fillers, such as silica B and carbon black, for example, other than diene rubber and silica A.
ρは、ゴム組成物の密度であり、ＪＩＳ Ｋ６２６８「加硫ゴム−密度測定」に記載されたＡ法に基づき測定される。 ρ is the density of the rubber composition, and is measured based on the A method described in JIS K6268 “vulcanized rubber-density measurement”.
またＫは前記一般式（ＩＩ）で表される係数であり、シリカＡの１次粒子径から算出される球体の表面積に対する窒素吸着比表面積の比として求められる。係数Ｋは、シリカＡの１次粒子径が小さいほど大きな値になる。またシリカＡの１次粒子径が小さくなると、窒素吸着比表面積は通常大きくなるので、係数Ｋは、相乗的に大きくなる。 K is a coefficient represented by the general formula (II), and is obtained as a ratio of the nitrogen adsorption specific surface area to the surface area of the sphere calculated from the primary particle diameter of silica A. The coefficient K increases as the primary particle diameter of silica A decreases. Further, when the primary particle diameter of silica A is reduced, the nitrogen adsorption specific surface area is usually increased, so that the coefficient K is increased synergistically.
シリカＡの窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）Aは、前述の通り決定される。またシリカＡの１次粒子径は、透過型電子顕微鏡で個々のシリカ粒子を実測し、その数平均として算出されたにより測定された値とする。 The nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) A of silica A is determined as described above. The primary particle diameter of silica A is a value measured by actually measuring individual silica particles with a transmission electron microscope and calculating the number average.
本発明のタイヤ用ゴム組成物において、上述したシリカＡと共にシリカＢを配合することができる。シリカＢを配合することにより、シリカＡの分散性を改良し、ゴム組成物単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙを０．０１以上０．２４以下に調節しやすくなる。シリカＢの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、０〜１５０重量部、好ましくは５〜１２０重量部である。シリカＢの配合量が１５０重量部を超えると、発熱性（低転がり抵抗性）とウェット性能の両立ができない。 In the tire rubber composition of the present invention, silica B can be blended together with silica A described above. By blending silica B, the dispersibility of silica A is improved, and the index Y of the number of particles of silica A per unit volume of the rubber composition can be easily adjusted to 0.01 or more and 0.24 or less. The amount of silica B is 0 to 150 parts by weight, preferably 5 to 120 parts by weight, based on 100 parts by weight of the diene rubber. When the blending amount of silica B exceeds 150 parts by weight, it is impossible to achieve both exothermic properties (low rolling resistance) and wet performance.
またシリカＡの配合量（Ｗａ）とシリカＢの配合量（Ｗｂ）の合計（Ｗａ＋Ｗｂ）に対するシリカＡの配合量（Ｗａ）の比［Ｗａ／（Ｗａ+Ｗｂ）］は、特に制限されるものではないが、好ましくは０．０５〜０．９５、より好ましくは０．１０〜０．８５、更に好ましくは０．１０〜０．７５であるとよい。比［Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）］が０．０５未満であると、転がり抵抗を小さくしかつウェット性能を高くする効果が十分に得られず、ゴムに対する補強性を十分に改良することができない。また比［Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）］が０．９５を超えると、シリカＡの分散性を良好にすることが難しくなり、所期の効果が得られなくなる虞がある。 Further, the ratio [Wa / (Wa + Wb)] of the blending amount (Wa) of silica A to the sum (Wa + Wb) of the blending amount (Wa) of silica A and the blending amount (Wb) of silica B is particularly limited. However, it is preferably 0.05 to 0.95, more preferably 0.10 to 0.85, and still more preferably 0.10 to 0.75. If the ratio [Wa / (Wa + Wb)] is less than 0.05, the effect of reducing the rolling resistance and increasing the wet performance cannot be obtained sufficiently, and the reinforcement to rubber cannot be improved sufficiently. On the other hand, when the ratio [Wa / (Wa + Wb)] exceeds 0.95, it is difficult to improve the dispersibility of the silica A, and the desired effect may not be obtained.
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、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ＡおよびシリカＢの分散性を向上しゴムに対する補強性を高めることができる。シランカップリング剤の配合量は、シリカＡおよびシリカＢの配合量の合計に対し４〜３０重量％、好ましくは３〜１５重量％にする。シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の４重量％未満であるとシリカＡおよびシリカＢの分散を十分に改良することができない。シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の３０重量％を超えるとシランカップリング剤同士が縮合し、ゴム組成物における所望の硬度や強度を得ることができない。 The rubber composition for tires of the present invention can improve the dispersibility of silica A and silica B with respect to the diene rubber and increase the reinforcement with respect to the rubber by blending a silane coupling agent. The amount of the silane coupling agent is 4 to 30% by weight, preferably 3 to 15% by weight, based on the total amount of silica A and silica B. When the amount of the silane coupling agent is less than 4% by weight of the amount of silica, the dispersion of silica A and silica B cannot be sufficiently improved. When the compounding amount of the silane coupling agent exceeds 30% by weight of the silica compounding amount, the silane coupling agents are condensed with each other, and desired hardness and strength in the rubber composition cannot be obtained.
シランカップリング剤の種類は、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであれば特に制限されるものではないが、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の硫黄含有シランカップリング剤を例示することができる。 The type of the silane coupling agent is not particularly limited as long as it can be used for the rubber composition containing silica. For example, bis- (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, bis (3- Sulfur-containing silane coupling agents such as (triethoxysilylpropyl) disulfide, 3-trimethoxysilylpropylbenzothiazole tetrasulfide, γ-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-octanoylthiopropyltriethoxysilane can be exemplified. .
本発明のタイヤ用ゴム組成物において、１次粒子径が小さいシリカＡをゴム組成物中に良好に分散させる方法としては、例えばジエン系ゴムおよびシリカＡを比較的低い温度で長い時間をかけて混練する方法、シリカＡをシランカップリング剤を含む可塑剤成分と予め混合し得られた混合物をジエン系ゴムと混練する方法等を例示することができる。 In the rubber composition for tires of the present invention, for example, silica A having a small primary particle size can be dispersed in the rubber composition in an appropriate manner by, for example, diene rubber and silica A taking a long time at a relatively low temperature. Examples thereof include a method of kneading, a method of kneading a mixture obtained by previously mixing silica A with a plasticizer component containing a silane coupling agent and a diene rubber, and the like.
ジエン系ゴムおよびシリカＡを比較的低い温度で長い時間をかけて混練する方法としては、例えば混練温度を好ましくは１３０〜１８０℃、より好ましくは１３０〜１６０℃に調節しながら、混練時間を好ましくは３〜１５分間、より好ましくは３〜１０分間にする混練方法を例示することができる。 As a method of kneading the diene rubber and silica A at a relatively low temperature for a long time, for example, the kneading time is preferably adjusted while adjusting the kneading temperature to preferably 130 to 180 ° C, more preferably 130 to 160 ° C. Can be exemplified by a kneading method of 3 to 15 minutes, more preferably 3 to 10 minutes.
シリカＡをシランカップリング剤を含む可塑剤成分と予め混合し得られた混合物をジエン系ゴムと混練する方法において、可塑剤成分は、シランカップリング剤を必ず含み、加えてオイル、加工助剤、アルキルシランから選ばれる少なくとも１つを含有する。シランカップリング剤は、上述した通りにすることができる。 In a method of kneading a mixture obtained by mixing silica A with a plasticizer component containing a silane coupling agent in advance with a diene rubber, the plasticizer component always contains a silane coupling agent, in addition to oil and a processing aid. , Containing at least one selected from alkylsilanes. The silane coupling agent can be as described above.
オイルとしては、例えばアロマオイル、パラフィンオイル、ナフテンオイル等を例示することができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。オイルは、シリカＡの重量に対し、好ましくは０〜３００重量％、より好ましくは３〜２００重量％を配合し、予備混合すると良い。 Examples of the oil include aroma oil, paraffin oil, naphthenic oil and the like. These may be used alone or in combination of two or more. The oil is preferably added in an amount of 0 to 300% by weight, more preferably 3 to 200% by weight, based on the weight of silica A, and premixed.
加工助剤としては、例えばポリアルキレングリコール、脂肪酸金属塩、脂肪酸アミド、アミドエステル、脂肪酸エステル、脂肪酸金属塩とアミドエステルとの混合物、脂肪酸金属塩と脂肪酸アミドとの混合物等を例示することができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。加工助剤は、乾式シリカの重量に対し、好ましくは０．１〜５０重量％、より好ましくは０．５〜２０重量％を配合し、予備混合すると良い。 Examples of processing aids include polyalkylene glycols, fatty acid metal salts, fatty acid amides, amide esters, fatty acid esters, mixtures of fatty acid metal salts and amide esters, mixtures of fatty acid metal salts and fatty acid amides, and the like. . These may be used alone or in combination of two or more. The processing aid is preferably added in an amount of 0.1 to 50% by weight, more preferably 0.5 to 20% by weight, based on the weight of dry silica, and premixed.
またアルキルシランを配合することにより、シリカの凝集や、ゴム組成物の粘度上昇を抑制し、転がり抵抗およびウェット性能をより優れたものにすることができる。アルキルシランとしては、炭素数７〜２０のアルキル基を有するアルキルトリエトキシシランが好ましい。炭素数７〜２０のアルキル基として、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基が挙げられる。なかでもジエン系ゴムとの相溶性の観点から、炭素数８〜１０のアルキル基がより好ましく、オクチル基、ノニル基がさらに好ましい。アルキルシランは、シリカＡの重量に対し、好ましくは０．１〜５０重量％、より好ましくは０．５ 〜２０重量％を配合し、予備混合すると良い。 Further, by blending alkylsilane, it is possible to suppress silica aggregation and viscosity increase of the rubber composition, and to further improve rolling resistance and wet performance. As the alkylsilane, alkyltriethoxysilane having an alkyl group having 7 to 20 carbon atoms is preferable. As a C7-20 alkyl group, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl, icosyl Groups. Among these, from the viewpoint of compatibility with the diene rubber, an alkyl group having 8 to 10 carbon atoms is more preferable, and an octyl group and a nonyl group are further preferable. The alkylsilane is preferably added in an amount of 0.1 to 50% by weight, more preferably 0.5 to 20% by weight, based on the weight of the silica A, and premixed.
予備混合するための混合条件は、特に制限されるものではなく、シリカＡおよび可塑剤成分が略均一に混合するように、温度、回転数等を適宜、決めることができる。予備混合により得られたシリカＡの混合物とジエン系ゴムを混合、混練することにより、ゴム組成物中にシリカＡを良好に分散させることができる。 The mixing conditions for premixing are not particularly limited, and the temperature, rotation speed, etc. can be appropriately determined so that silica A and the plasticizer component are mixed substantially uniformly. By mixing and kneading the mixture of silica A obtained by the preliminary mixing and the diene rubber, silica A can be favorably dispersed in the rubber composition.
タイヤ用ゴム組成には、シリカＡおよびシリカＢを除く他の補強性充填剤を配合することができる。他の補強性充填剤としては、例えばカーボンブラック、クレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等を例示することができる。なかでもカーボンブラックが好ましい。 In the tire rubber composition, other reinforcing fillers except silica A and silica B can be blended. Examples of other reinforcing fillers include carbon black, clay, mica, talc, calcium carbonate, aluminum hydroxide, aluminum oxide, and titanium oxide. Of these, carbon black is preferred.
カーボンブラックを配合することにより、ゴム組成物の硬度、強度および耐摩耗性を高くすることができる。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、好ましくは３〜５０重量部、より好ましくは５〜４０重量部であるとよい。 By blending carbon black, the hardness, strength and wear resistance of the rubber composition can be increased. The compounding amount of the carbon black is preferably 3 to 50 parts by weight, more preferably 5 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the diene rubber.
タイヤトレッド用ゴム組成物には、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、熱硬化性樹脂などのタイヤトレッド用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にすることができる。タイヤトレッド用ゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、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、上記各成分を混練、混合することによって製造することができる。 The tire tread rubber composition generally includes a vulcanization or crosslinking agent, a vulcanization accelerator, an anti-aging agent, a plasticizer, a processing aid, a liquid polymer, a thermosetting resin, and the like. Various compounding agents used can be blended. Such a compounding agent can be kneaded by a general method to form a rubber composition, which can be used for vulcanization or crosslinking. The compounding amounts of these compounding agents can be conventional conventional compounding amounts as long as the object of the present invention is not violated. The tire tread rubber composition can be produced by kneading and mixing the above components using a known rubber kneading machine such as a Banbury mixer, a kneader, or a roll.
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。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, the scope of the present invention is not limited to these Examples.
表３に示す配合剤を共通配合とし、表１，２に示す１６種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（標準例、実施例１〜８、比較例１〜７）を調製した。調製方法は、シリカ−３〜シリカ−５、シランカップリング剤およびオイルを１.７Ｌの密閉式バンバリーミキサーで３分間混合した。これに硫黄及び加硫促進剤を除く残りの成分を投入し、６分間混練し、マスターバッチとして放出し室温冷却させた。このマスターバッチを１.７Ｌの密閉式バンバリーミキサーに戻し硫黄及び加硫促進剤を加えて混合することにより、タイヤ用ゴム組成物を調製した。 16 kinds of rubber compositions for tire treads (standard examples, Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 7) shown in Tables 1 and 2 were prepared by using the compounding ingredients shown in Table 3 as common ingredients. In the preparation method, silica-3 to silica-5, a silane coupling agent and an oil were mixed for 3 minutes with a 1.7 L closed Banbury mixer. The remaining components excluding sulfur and the vulcanization accelerator were added thereto, kneaded for 6 minutes, discharged as a master batch, and cooled at room temperature. The master batch was returned to a 1.7 L closed Banbury mixer, and sulfur and a vulcanization accelerator were added and mixed to prepare a rubber composition for a tire.
なお表１，２のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）の欄に、製品の配合量に加え、括弧内に油展成分を除く正味のＳＢＲの配合量を記載した。また表３に記載した配合剤の配合量は、表１，２に記載したジエン系ゴム１００重量部に対する重量部で示した。 In addition, in the column of styrene butadiene rubber (SBR) in Tables 1 and 2, the amount of net SBR excluding oil-extended components is shown in parentheses in addition to the amount of product. Moreover, the compounding quantity of the compounding agent described in Table 3 was shown by the weight part with respect to 100 weight part of the diene rubber described in Tables 1 and 2.
得られた１６種類のゴム組成物を所定の金型中で、１７０℃で１０分間プレス加硫してタイヤ用ゴム組成物からなる試験片を作製した。得られた試験片の密度ρ、補強性およびｔａｎδ（０℃）、ｔａｎδ（６０℃）を、以下の方法で評価した。 The obtained 16 kinds of rubber compositions were press vulcanized at 170 ° C. for 10 minutes in a predetermined mold to prepare test pieces made of a rubber composition for tires. The density ρ, reinforcement, tan δ (0 ° C.), and tan δ (60 ° C.) of the obtained test piece were evaluated by the following methods.
密度ρ
得られた試験片を用いて、ＪＩＳ Ｋ６２６８ Ａ法に基づき、ゴム組成物の密度ρ［ｇ／ｃｍ3］を測定した。得られた結果を表１，２に記載した。
Density ρ
Using the obtained test piece, the density ρ [g / cm 3 ] of the rubber composition was measured based on JIS K6268 A method. The obtained results are shown in Tables 1 and 2.
また、前記一般式（Ｉ）を構成する係数ＡおよびφAの値、並びに算出されるゴム組成物単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙを、表１，２に記載した。 Tables 1 and 2 show the values of the coefficients A and φ A constituting the general formula (I) and the calculated index Y of the number of particles of silica A per unit volume of the rubber composition.
補強性（Ｍ３００／Ｍ１００）
得られた試験片をＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠したＪＩＳ３号ダンベル型試験片を切り出した。この試験片を使用してＪＩＳ Ｋ６２５１に基づき引張り試験を行い、１００％伸長時の応力（Ｍ１００）およ３００％伸長時の応力（Ｍ３００）を測定し、これら応力の比（Ｍ３００／Ｍ１００）を算出した。得られた結果は、標準例の値を１００とする指数として表１，２の「補強性（Ｍ３００／Ｍ１００）」の欄に示した。この値が大きいほどゴムに対する補強性が優れることを意味する。
Reinforcing (M300 / M100)
From the obtained test piece, a JIS No. 3 dumbbell-type test piece based on JIS K6251 was cut out. Using this test piece, a tensile test is performed based on JIS K6251 and the stress at 100% elongation (M100) and the stress at 300% elongation (M300) are measured, and the ratio of these stresses (M300 / M100) is determined. Calculated. The obtained results are shown in the column of “Reinforcing (M300 / M100)” in Tables 1 and 2 as an index with the value of the standard example being 100. The larger this value, the better the reinforcing property for rubber.
ｔａｎδ（０℃）およびｔａｎδ（６０℃）
得られた試験片の動的粘弾性を、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で測定し、雰囲気温度０℃および６０℃におけるｔａｎδを測定した。得られた結果は、標準例の値を１００とする指数で表わし表１，２の「ウェット性能」の欄にｔａｎδ（０℃）を「発熱性」の欄にｔａｎδ（６０℃）を示した。ウェット性能の値が大きいほどウェット性能が優れることを意味する。発熱性の値が小さいほど転がり抵抗が小さく燃費性能が優れることを意味する。
tan δ (0 ° C.) and tan δ (60 ° C.)
The dynamic viscoelasticity of the obtained test piece was measured with a viscoelasticity spectrometer manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd. at an initial strain of 10%, an amplitude of ± 2%, and a frequency of 20 Hz. Was measured. The obtained results are expressed as an index with the value of the standard example being 100, and tan δ (0 ° C.) is shown in the “Wet performance” column of Tables 1 and 2, and tan δ (60 ° C.) is shown in the “Exothermic” column. . The larger the wet performance value, the better the wet performance. A smaller exothermic value means less rolling resistance and better fuel efficiency.
なお、表１，２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム、旭化成社製Ｅ５８１、スチレンブタジエンゴム１００重量部にオイル３７．５重量部を配合した油展製品
・ＢＲ：ブタジエンゴム、日本合成ゴム社製Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０
・シリカ−１：シリカＢに相当する湿式シリカ、Ｓｏｌｙａｙ社製Ｚｅｏｓｉｌ ２００ＭＰ、窒素吸着比表面積が２１０ｍ2/ｇ、１次粒子径が１０ｎｍ、真密度が１．９５ｇ／ｃｍ3、表面のヒドロキシ基数が６個／ｎｍ2
・シリカ−２：シリカＢに相当する湿式シリカ、Ｓｏｌｙａｙ社製Ｚｅｏｓｉｌ １１６５ＭＰ、窒素吸着比表面積が１６０ｍ2/ｇ、１次粒子径が１４ｎｍ、真密度が１．９５ｇ／ｃｍ3、表面のヒドロキシ基数が６個／ｎｍ2
・シリカ−３：シリカＡに相当する乾式シリカ、トクヤマ社製ＱＳ−３０、窒素吸着比表面積が３００ｍ2/ｇ、１次粒子径が７ｎｍ、真密度が１．９５ｇ／ｃｍ3、表面のヒドロキシ基数が２個／ｎｍ2
・シリカ−４：シリカＡに相当する乾式シリカ、トクヤマ社製ＱＳ−１０２、窒素吸着比表面積が２００ｍ2/ｇ、１次粒子径が１２ｎｍ、真密度が１．９５ｇ／ｃｍ3、表面のヒドロキシ基数が２個／ｎｍ2
・シリカ−５：シリカＡに相当する乾式シリカ、トクヤマ社製ＧＳ−９０、窒素吸着比表面積が９０ｍ2/ｇ、１次粒子径が２２ｎｍ、真密度が１．９５ｇ／ｃｍ3、表面のヒドロキシ基数が２個／ｎｍ2
・カーボンブラック、東海カーボン社製シーストＫＨ
・カップリング剤：シランカップリング剤、Ｅｖｏｎｉｋ社製Ｓｉ６９
・オイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
The types of raw materials used in Tables 1 and 2 are shown below.
-SBR: Styrene butadiene rubber, E581 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. Oil-extended product in which 37.5 parts by weight of oil is blended with 100 parts by weight of styrene butadiene rubber-BR: butadiene rubber, Nipol BR1220 manufactured by Nippon Synthetic Rubber
Silica-1: wet silica corresponding to silica B, Zeosil 200MP manufactured by Solay, nitrogen adsorption specific surface area is 210 m 2 / g, primary particle diameter is 10 nm, true density is 1.95 g / cm 3 , number of surface hydroxy groups 6 / nm 2
Silica-2: wet silica corresponding to silica B, Zeosil 1165MP, manufactured by Solay, nitrogen adsorption specific surface area of 160 m 2 / g, primary particle diameter of 14 nm, true density of 1.95 g / cm 3 , number of surface hydroxy groups 6 / nm 2
Silica-3: dry silica corresponding to silica A, QS-30 manufactured by Tokuyama Corporation, nitrogen adsorption specific surface area of 300 m 2 / g, primary particle diameter of 7 nm, true density of 1.95 g / cm 3 , surface hydroxy Radix 2 / nm 2
Silica-4: dry silica corresponding to silica A, QS-102 manufactured by Tokuyama Corporation, nitrogen adsorption specific surface area of 200 m 2 / g, primary particle diameter of 12 nm, true density of 1.95 g / cm 3 , surface hydroxy Radix 2 / nm 2
Silica-5: dry silica equivalent to silica A, GS-90 manufactured by Tokuyama Corporation, nitrogen adsorption specific surface area of 90 m 2 / g, primary particle diameter of 22 nm, true density of 1.95 g / cm 3 , surface hydroxy Radix 2 / nm 2
・ Carbon black, Toast carbon company's seast KH
-Coupling agent: Silane coupling agent, Si69 manufactured by Evonik
・ Oil: Extract No. 4 S manufactured by Showa Shell Sekiyu KK
表３において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸ＹＲ
・酸化亜鉛：正同化学社製酸化亜鉛３種
・老化防止剤：精工化学社製オゾノン６Ｃ
・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：大内新興化学社製ノクセラーＣＺ−Ｇ
・加硫促進剤２：住友化学社製ソクシノールＤ−Ｇ
The types of raw materials used in Table 3 are shown below.
・ Stearic acid: NOF beads stearic acid YR
・ Zinc oxide: 3 types of zinc oxide manufactured by Shodo Chemical Co., Ltd.
・ Sulfur: Fine powder sulfur with Jinhua seal oil manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd. ・ Vulcanization accelerator 1: Noxeller CZ-G manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.
・ Vulcanization accelerator 2: Sumokinol DG manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.
表２から明らかなように実施例１〜８のタイヤ用ゴム組成物は、ウェット性能、ゴムへの補強性および低転がり抵抗性（低発熱性）に優れることが確認された。 As is apparent from Table 2, it was confirmed that the rubber compositions for tires of Examples 1 to 8 were excellent in wet performance, reinforcement to rubber, and low rolling resistance (low heat generation).
表１から明らかなように比較例１のゴム組成物は、シリカＡを配合しなかったので、発熱が大きくなり、転がり抵抗が悪化した。 As is clear from Table 1, the rubber composition of Comparative Example 1 did not contain silica A, so heat generation increased and rolling resistance deteriorated.
比較例２のゴム組成物は、シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の４重量％未満であったので、ウェット性能および転がり抵抗性が悪化した。 In the rubber composition of Comparative Example 2, since the blending amount of the silane coupling agent was less than 4% by weight of the blending amount of silica, wet performance and rolling resistance were deteriorated.
比較例３のゴム組成物は、ゴム組成物単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙが０．０１未満であったので、ウェット性能および補強性能が悪化した。 In the rubber composition of Comparative Example 3, since the index Y of the number of particles of silica A per unit volume of the rubber composition was less than 0.01, the wet performance and the reinforcement performance deteriorated.
比較例４のゴム組成物は、シリカＡの配合量が５重量部未満、ゴム組成物単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙが０．０１未満であったので、ゴムに対する補強性能が悪化した。 In the rubber composition of Comparative Example 4, the compounding amount of silica A was less than 5 parts by weight, and the index Y of the number of particles of silica A per unit volume of the rubber composition was less than 0.01. It got worse.
比較例５のゴム組成物は、ゴム組成物単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙが０．０１未満であったので、ゴムへの補強性能が悪化した。 In the rubber composition of Comparative Example 5, since the index Y of the number of particles of silica A per unit volume of the rubber composition was less than 0.01, the performance of reinforcing the rubber deteriorated.
比較例６のゴム組成物は、シリカＡを配合しなかったので、ゴムへの補強性および転がり抵抗が悪化した。 Since the rubber composition of Comparative Example 6 did not contain silica A, the rubber reinforcement and rolling resistance deteriorated.
比較例７のゴム組成物は、ゴム組成物単位体積当たりのシリカＡの粒子数の指標Ｙが０．２４を超えたので、ゴムへの補強性および転がり抵抗が悪化した。 In the rubber composition of Comparative Example 7, since the index Y of the number of particles of silica A per unit volume of the rubber composition exceeded 0.24, the reinforcement to the rubber and the rolling resistance deteriorated.
Claims (4)
φAは、ゴム組成物中のシリカＡの重量分率［−］、
ρは、ゴム組成物の比重（ｇ／ｃｍ3）
Ｋは下記一般式（ＩＩ）で表される係数を表す。
（Ｒ）AはシリカＡの平均１次粒子径（ｎｍ）を表す。） 100 parts by weight of diene rubber, 5 to 100 parts by weight of silica A, 0 to 150 parts by weight of silica B, and 4 to 30% by weight of silane coupling agent based on the total of silica A and silica B A rubber composition for a tire, wherein the number of hydroxy groups on the surface of the silica A is less than 5 / nm 2 , the number of hydroxy groups on the surface of the silica B is 5 / nm 2 or more, and the following general formula (I) A rubber composition for tires, wherein an index Y of the number of particles per unit volume of the rubber composition of silica A represented by the formula is 0.01 or more and 0.24 or less.
φ A is the weight fraction [−] of silica A in the rubber composition,
ρ is the specific gravity of the rubber composition (g / cm 3 )
K represents a coefficient represented by the following general formula (II).
(R) A represents the average primary particle diameter (nm) of silica A. )
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