生命科学関連特許情報
| タイトル： | 特許公報(B2)_ゴム・カーボンブラック用カップリング剤及びそれを含むタイヤ用ゴム組成物 |
| 出願番号： | 2011160851 |
| 年次： | 2014 |
| IPC分類： | C08L 9/00,C08K 5/3417,C08K 5/353,C08K 5/36,C08K 3/04,C07D 235/06,C07D 273/01,C07D 263/56,B60C 1/00 |
特許情報キャッシュ
白川 往立 増田 武 JP 5637950 特許公報(B2) 20141031 2011160851 20110722 ゴム・カーボンブラック用カップリング剤及びそれを含むタイヤ用ゴム組成物 四国化成工業株式会社 000180302 白川 往立 増田 武 20141210 C08L 9/00 20060101AFI20141120BHJP C08K 5/3417 20060101ALI20141120BHJP C08K 5/353 20060101ALI20141120BHJP C08K 5/36 20060101ALI20141120BHJP C08K 3/04 20060101ALI20141120BHJP C07D 235/06 20060101ALI20141120BHJP C07D 273/01 20060101ALI20141120BHJP C07D 263/56 20060101ALI20141120BHJP B60C 1/00 20060101ALI20141120BHJP JPC08L9/00C08K5/3417C08K5/353C08K5/36C08K3/04C07D235/06C07D273/01C07D263/56B60C1/00 ZB60C1/00 CB60C1/00 A Ｃ０８Ｌ ９／００ Ｂ６０Ｃ １／００ Ｃ０７Ｄ ２３５／０６ Ｃ０７Ｄ ２６３／５６ Ｃ０７Ｄ ２７３／０１ Ｃ０８Ｋ ３／０４ Ｃ０８Ｋ ５／３４１７ Ｃ０８Ｋ ５／３５３ Ｃ０８Ｋ ５／３６ 特開平９−２７８９４２（ＪＰ，Ａ） 2 2013023610 20130204 11 20130522 小森 勇 本発明は、ゴム・カーボンブラック用カップリング剤及びそれを含むタイヤ用ゴム組成物に関するものである。 近年、環境への関心が高まるにつれ、自動車に対する低燃費化の要請が高まっている。自動車の低燃費化には、タイヤの特性が大きな影響を及ぼすことから、このような目的に適ったタイヤ用ゴム組成物が強く望まれている。一方、走行安全性の面から、湿潤路面でのグリップ力、即ち「ウエットグリップ力」も重視されている。低燃費特性を改善するためには、タイヤの転がり抵抗を小さくすることが必要であるが、転がり抵抗を小さくすると、ウエットグリップ力が低下することになる。 ウエットグリップ力を保持しつつ、転がり抵抗の小さいタイヤを開発する手段の一つとして、原料として使用するゴム組成物中のカーボンブラックの分散性を向上させ、且つ、ゴムの補強剤として配合されているカーボンブラックとゴム分子間の化学結合を強固にするゴム・カーボンブラック用カップリング剤の検討が進められている。 従来、ゴム・カーボンブラック用カップリング剤として開発されてきたものの多くは、アミノ基含有化合物であり、カーボンブラック表面に存在するカルボニル基及びカルボキシル基とアミノ基の間の酸塩基相互作用による結合の効果が期待されるからである。 例えば、特許文献１には、ジアルキルアミノ基含有硫黄化合物をゴム・カーボンブラック用カップリング剤として利用することが報告されている。 また、特許文献２には、第４級アンモニウム塩の１つであるイミニウムイオン基がカーボンブラック表面へ強固に結合する作用を利用して、第４級アンモニウム塩構造を有する有機スルフィド化合物をゴム・カーボンブラック用カップリング剤として利用することが報告されている。 しかしながら、何れの場合においても、加硫・成形して得られるタイヤの転がり抵抗の低減効果は、未だ満足すべきものではなかった。特開平９−２７８９４２号公報特開２０００−２３９４４６号公報 本発明は、優れたウエットグリップ性能及び低燃費性能を発揮するタイヤの原料として好適な新規なゴム・カーボンブラック用カップリング剤及びタイヤ用のゴム組成物を提供することを目的とする。 本発明者らは、前記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、化１の化学式（Ｉ）で示されるスルフィド化合物をゴム・カーボンブラック用カップリング剤として使用することにより、所期の目的を達成することを見出し、本発明を完成させるに至った。 即ち、第１の発明は、化１の化学式（Ｉ）で示されるスルフィド化合物を含有することを特徴とするゴム・カーボンブラック用カップリング剤である。 第２の発明は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、カーボンブラックを１０〜１００重量部配合し、該カーボンブラック１００重量部に対して、第１の発明に記載のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を１〜３０重量部配合したことを特徴とするゴム組成物である。（式中、Ａは、Ｏ、ＳまたはＮＨを表わす。ｎは１〜６の整数を表し、ｘは１〜４の整数を表す。） 本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤に含有するスルフィド化合物は、分子内に芳香族縮合複素環を有しているので、カーボンブラック表面との酸塩基相互作用による結合とは別に、カーボンブラック表面のベンゼン環とのπ電子相互作用による結合が形成される。 この結果、本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を配合したゴム組成物をタイヤの原料に用いた場合には、優れたウエットグリップ力を保持したまま、転がり抵抗が低減し低燃費性能が向上したタイヤとすることができる。 以下、本発明について詳細に説明する。 本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤に含有するスルフィド化合物は、化学式（Ｉ）で示されるものであり、スルフィド部の両末端に、芳香族縮合複素環がアルキレン基を介して結合した左右対称の構造（ビス体構造）を有している。 当該化合物としては、例えば、 ビス（ベンズイミダゾリル−２）メチルスルフィド、 ２，２’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）エチルスルフィド、 ２，２’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）エチルジスルフィド、 ２，２’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）エチルトリスルフィド、 ２，２’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）エチルテトラスルフィド、 ３，３’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）プロピルジスルフィド、 ３，３’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）プロピルトリスルフィド、 ３，３’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）プロピルテトラスルフィド、 ４，４’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）ブチルジスルフィド、 ４，４’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）ブチルトリスルフィド、 ４，４’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）ブチルテトラスルフィド、 ５，５’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）ペンチルジスルフィド、 ５，５’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）ペンチルトリスルフィド、 ５，５’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）ペンチルテトラスルフィド、 ６，６’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）ヘキシルジスルフィド、 ６，６’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）ヘキシルトリスルフィド、 ６，６’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）ヘキシルテトラスルフィド、 ２，２’−ビス（ベンズオキサゾリル−２）エチルジスルフィド、 ２，２’−ビス（ベンズオキサゾリル−２）エチルトリスルフィド、 ２，２’−ビス（ベンズオキサゾリル−２）エチルテトラスルフィド、 ３，３’−ビス（ベンズオキサゾリル−２）プロピルジスルフィド、 ４，４’−ビス（ベンズオキサゾリル−２）ブチルジスルフィド、 ５，５’−ビス（ベンズオキサゾリル−２）ペンチルジスルフィド、 ６，６’−ビス（ベンズオキサゾリル−２）ヘキシルジスルフィド、 ２，２’−ビス（ベンズチアゾリル−２）エチルジスルフィド、 ２，２’−ビス（ベンズチアゾリル−２）エチルトリスルフィド、 ２，２’−ビス（ベンズチアゾリル−２）エチルテトラスルフィド、 ３，３’−ビス（ベンズチアゾリル−２）プロピルジスルフィド、 ４，４’−ビス（ベンズチアゾリル−２）ブチルジスルフィド、 ５，５’−ビス（ベンズチアゾリル−２）ペンチルジスルフィド、 ６，６’−ビス（ベンズチアゾリル−２）ヘキシルジスルフィド、等が挙げられる。なお、これらのスルフィド化合物は、１種または２種以上を組み合わせてゴム・カーボンブラック用カップリング剤の成分として使用してもよい。 本発明の実施において使用するスルフィド化合物は、１，２−ジアミノベンゼン系化合物、２−アミノチオフェノール系化合物または２−アミノフェノール系化合物のいずれかと、チオジカルボン酸系化合物を、４Ｎ希塩酸中で反応させることによって、容易に合成することができる。 １，２−ジアミノベンゼン系化合物としては、１，２−ジアミノベンゼンが挙げられる。 ２−アミノチオフェノール系化合物としては、２−アミノチオフェノールが挙げられる。 ２−アミノフェノール系化合物としては、２−アミノフェノールが挙げられる。 チオジカルボン酸系化合物としては、例えば、チオジグリコール酸、ジチオジグリコール酸、トリチオジグリコール酸、テトラチオジグリコール酸、チオジプロピオン酸、ジチオジプロピオン酸、トリチオジプロピオン酸、テトラチオジプロピオン酸、ジチオジブチル酸、トリチオジブチル酸、テトラチオジブチル酸、ジチオジペンチル酸、トリチオジペンチル酸、テトラチオジペンチル酸、ジチオジヘキシル酸、トリチオジヘキシル酸、テトラチオジヘキシル酸等が挙げられる。 １，２−ジアミノベンゼン、２−アミノチオフェノールまたは２−アミノフェノールのいずれかと、チオジカルボン酸系化合物との反応において、反応時間や反応温度に特に制限はないが、反応温度は７０〜１１０℃であることが好ましく、９０〜１０５℃であることがより好ましい。反応時間は２〜４８時間であることが好ましく、６〜２４時間であることがより好ましい。 ４Ｎ希塩酸の量は、反応で用いる１，２−ジアミノベンゼン、２−アミノチオフェノールまたは２−アミノフェノールに対して、０．５〜３倍モルとすることが好ましく、１．５〜２．５倍モルとすることがより好ましい。 反応により生成したスルフィド化合物は、反応液中の塩酸をアンモニア水で中和すると析出する。その後、これをろ取し、水で洗浄することにより単離精製される。この洗浄の際に用いる溶媒としては、生成物が溶解しにくいものであれば特に限定されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、トルエン、アセトニトリル、ジオキサン等が挙げられる。 本発明のゴム組成物においては、ジエン系ゴム１００重量部に対して、カーボンブラックを１０〜１００重量部の割合で配合することが好ましく、３０〜８０重量部の割合で配合することがより好ましい。カーボンブラックの配合量が１０重量部未満では、加硫・成形したゴムの耐摩耗性が低下し、１００重量部を超えると、加硫前における混練時のゴム組成物が増粘して加工性が低下する。 本発明のゴム組成物においては、カーボンブラック１００重量部に対して、本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を１〜３０重量部の割合で配合することが好ましく、２〜２０重量部の割合で配合することがより好ましい。ゴム・カーボンブラック用カップリング剤の配合量が１重量部未満では、加硫・成形して得られるタイヤの転がり抵抗の低減効果が得られない。また、ゴム・カーボンブラック用カップリング剤の配合量が３０重量部を超えても、同低減効果はほぼ頭打ちとなり、ゴム・カーボンブラック用カップリング剤の使用量が増えるばかりで経済的ではない。 本発明のゴム組成物に配合するジエン系ゴムとしては、従来からゴム工業の分野において使用されているものを特に制限なく使用することができるが、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等を好ましく使用できる。これらのジエン系ゴムは、単独または組み合わせて使用することができる。 本発明のゴム組成物に配合するカーボンブラックについては、その窒素吸着比表面積（ＢＥＴ法）が５０〜２５０ｍ２／ｇであることが好ましく、７０〜２３０ｍ２／ｇであることがより好ましい。窒素吸着比表面積が５０ｍ２／ｇ未満では、加硫・成形したゴムの耐摩耗性が低下し、２５０ｍ２／ｇを超えると、加硫前における混練時のゴム組成物が増粘して加工性が低下する。 また、ゴム組成物の補強性や加工性を良好に維持するためには、カーボンブラックのＤＢＰ給油量が、６０〜１５０ｍｌ／１００ｇであることが好ましく、８０〜１４０ｍｌ／１００ｇであることがより好ましい。ＤＢＰ給油量が６０ｍｌ／１００ｇより少ないとゴムの補強性が低下し、１５０ｍｌ／１００ｇを超えた場合にはゴムの加工性が低下する。 本発明のゴム組成物に配合するカーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等が使用可能であるが、タイヤ用の原料の観点から、ファーネスブラックを好ましく使用することができる。 ファーネスブラックとしては、旭カーボン社製の旭＃７０や東海カーボン社のシースト３Ｇ等の市販品が使用できる。 本発明のゴム組成物には、ジエン系ゴム１００重量部に対して、加硫剤として、可溶性硫黄あるいは不溶性硫黄を０．５〜１０重量部配合することが好ましく、２〜５重量部配合することがより好ましい。 本発明のゴム組成物には、本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤、ジエン系ゴム、カーボンブラックの他に、従来からゴム用に一般的に使用されているシリカやクレー、タルク等の補強剤や充填剤を配合することができる。これらの配合量は、一般的な量とすることができるが、好ましくは、ジエン系ゴム１００重量部に対して、４０〜１２０重量部の割合である。 また本発明のゴム組成物には、スルフェンアミド系等の加硫促進剤、酸化亜鉛（亜鉛華）、酸化マグネシウム等の加硫促進助剤、ナフテンオイル、アロマオイル等のプロセスオイル、ステアリン酸等の分散剤（ワックス）、老化防止剤の他、酸化防止剤、オゾン亀裂防止剤、素練り促進剤、粘着樹脂、加硫遅延剤等を本発明の効果を損なわない範囲において使用することができる。 本発明のゴム組成物は、前述の原料をバンバリーミキサーや、オープンロール等の混練機を用いて混練することによって得られる。そして、例えば、カーカスやベルト、ビード、トレッド等のタイヤ用ゴム部材として加硫成型される。 以下、本発明を対照試験、実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、これらにおいて使用した主な原材料は、以下のとおりである。 ［原材料］・ＮＲ：（チョンハットン社製、商品名「ＳＭＲ―ＣＶ６０」）・ＳＢＲ：（日本ゼオン社製、商品名「ニポール１７２３」）・カーボンブラック：（旭カーボン社製、商品名「♯７０」）ＢＥＴ比表面積７７ｍ２／ｇ、ＤＢＰ給油量１０１ｍｌ／１００ｇ）・プロセスオイル：（出光興産社製、商品名「アロマックス３」）・ステアリン酸：（ミヨシ油脂社製、商品名「ＭＸＳＴ」）・亜鉛華：（正同化学工業社製、商品名「酸化亜鉛２種」）・加硫剤：（四国化成工業社製、不溶性硫黄、商品名「ミュークロンＯＴ２０」）・加硫促進剤：（大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーＣＺ−Ｇ」）・老化防止剤：（大内新興化学工業社製、商品名「ノクラック６Ｃ」） 実施例において使用したゴム・カーボンブラック用カップリング剤は以下のとおりであり、これらの合成例を参考例１〜４に示す。なお、これらの合成は、ベンズイミダゾールの公知の合成方法に準じて行った。 ［実施例のゴム・カーボンブラック用カップリング剤］・２，２’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）エチルジスルフィド（「２ＥＢＺ」と略記する）・２，２’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）エチルテトラスルフィド（「４ＥＢＺ」と略記する）・２，２’−ビス（ベンズオキサゾリル−２）エチルジスルフィド：（「２ＥＢＯ」と略記する）・２，２’−ビス（ベンズチアゾリル−２）エチルジスルフィド：（「２ＥＢＴ」と略記する）〔参考例１〕＜２ＥＢＺの合成＞ ３Ｌのフラスコに４Ｎ塩酸水１２５０ｍｌ（５モル）、１，２−ジアミノベンゼン２６０ｇ（２．４モル）、３，３−ジチオジプロピオン酸２５２ｇ（１．２モル）を投入し、攪拌下、内温９５℃で１２時間反応を行った。反応液を室温まで冷却した後、２５％アンモニア水７００ｍｌを加え、水冷下で、さらに２時間攪拌を行った。系内の析出物を分離し、水洗、乾燥することにより、目的とする２，２’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）エチルジスルフィド３８０ｇ（１．１モル、収率８９％）を得た。〔参考例２〕＜４ＥＢＺの合成＞ ３Ｌのフラスコに４Ｎ塩酸水１２５０ｍｌ（５モル）、１，２−ジアミノベンゼン２６０ｇ（２．４モル）、３，３−テトラチオジプロピオン酸３２９ｇ（１．２モル）を投入し、攪拌下、内温９５℃で１８時間反応を行った。反応液を室温まで冷却した後、２５％アンモニア水７００ｍｌを加え、水冷下で、さらに２時間攪拌を行った。系内の析出物を分離し、水洗、乾燥することにより、目的とする２，２’−ビス（ベンズイミダゾリル−２）エチルテトラスルフィド４２６ｇ（１．０モル、収率８５％）を得た。〔参考例３〕＜２ＥＢＯの合成＞ ３Ｌのフラスコに４Ｎ塩酸水１２５０ｍｌ（５モル）、２−アミノフェノール２６２ｇ（２．４モル）、３，３−ジチオジプロピオン酸３２９ｇ（１．２モル）を投入し、攪拌下、内温９５℃で２４時間反応を行った。反応液を室温まで冷却した後、２５％アンモニア水７００ｍｌを加え、水冷下で、さらに２時間攪拌を行った。系内の析出物を分離し、水洗、乾燥することにより、目的とする２，２’−ビス（ベンズオキサゾリル−２）エチルジスルフィド３９２ｇ（１．１モル、収率９２％）を得た。〔参考例４〕＜２ＥＢＴの合成＞ ３Ｌのフラスコに４Ｎ塩酸水１２５０ｍｌ（５モル）、２−アミノチオフェノール３００ｇ（２．４モル）、３，３−ジチオジプロピオン酸３２９ｇ（１．２モル）を投入し、攪拌下、内温９５℃で１２時間反応を行った。反応液を室温まで冷却した後、２５％アンモニア水７００ｍｌを加え、水冷下で、さらに２時間攪拌を行った。系内の析出物を分離し、水洗、乾燥することにより、目的とする２，２’−ビス（ベンズチアゾリル−２）エチルジスルフィド４００ｇ（１．０モル、収率８６％）を得た。 比較例において使用したゴム・カーボンブラック用カップリング剤は、以下のとおりである。 ［比較例のゴム・カーボンブラック用カップリング剤］・ビス（ジメチルアミノエチル）テトラスルフィド（「ＤＭＥ」と略記する。特許文献１記載）・ビス（ジメチルアミノプロピル）テトラスルフィド（「ＤＭＰ」と略記する。特許文献１記載）・ビス（ジメチルアミノピリジニウムヘキシルクロリド）テトラスルフィド（「ＤＰＨ」と略記する。特許文献２記載） これらのテトラスルフィド化合物は、特許文献１または特許文献２に記載された方法で合成した。 対照試験、実施例及び比較例で採用した評価試験方法は、以下のとおりである。［内部損失測定試験］ 未加硫ゴムシートを、２００×２００×２ｍｍの金型中で１６０℃×１５分間加熱して、加硫ゴムシートを作成し、この加硫ゴムシートから５×２０×２ｍｍの短冊状の試験片を切り出した。この試験片を、粘弾性スペクトロメーター（ユービーエム社製、型式Rheosol-G5000）に、掴み具間隔１５ｍｍでセットし、雰囲気温度０℃及び６０℃で、周波数１０Ｈｚ、動歪５°の捻り変形を与えて試験片の内部損失（Ｔａｎδ）を測定した。 ０℃での内部損失［Ｔａｎδ（０℃）］は、ウエットグリップ力の指数であり、数値が大きい程、タイヤのウエットグリップ力が大きいと判定される。 ６０℃での内部損失［Ｔａｎδ（６０℃）］は、転がり抵抗の指数であり、数値が小さい程、タイヤの転がり抵抗が小さく、低燃費特性が良好であると判定される。 内部損失測定試験の結果は、表１においては全て対照試験１のウエットグリップ指数、転がり抵抗指数の値を１００とした場合の相対値で示し、表２においては全て対照試験２のウエットグリップ指数、転がり抵抗指数の値を１００とした場合の相対値で示した。〔対照試験１〕 ＮＲ、カーボンブラック、プロセスオイル、ステアリン酸を表１記載の組成になるように計量し、これらをバンバリーミキサーを用いて混練し、マスターバッチを調製した。これに、亜鉛華、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤を表１記載の組成になるように添加し、表面温度７０℃の２本ロールミキサーを用いて混練し、シート状に加工した未加硫ゴム組成物を調製した。 得られた未加硫ゴム組成物について内部損失測定試験を行ったところ、得られた試験結果は表１に示したとおりであった。〔実施例１〜６〕 ゴム・カーボンブラック用カップリング剤を使用した以外は、対照試験１の場合と同様にして、表１記載の組成を有する未加硫ゴム組成物をシート状に加工し、内部損失測定試験を行った。得られた試験結果は、表１に示したとおりであった。〔比較例１〜３〕 実施例１〜６と同様にして、表１記載の組成を有する未加硫ゴム組成物をシート状に加工し、内部損失測定試験を行った。得られた試験結果は、表１に示したとおりであった。〔対照試験２〕 ＮＲの代わりにＳＢＲを使用した以外は、対照試験１と同様にして、表２記載の組成を有する未加硫ゴム組成物をシート状に加工し、内部損失測定試験を行った。得られた試験結果は、表２に示したとおりであった。〔実施例７〜１２〕 ゴム・カーボンブラック用カップリング剤を使用した以外は、対照試験２の場合と同様にして、表２記載の組成を有する未加硫ゴム組成物をシート状に加工し、内部損失測定試験を行った。得られた試験結果は、表２に示したとおりであった。〔比較例４〜６〕 実施例７〜１２と同様にして、表２記載の組成を有する未加硫ゴム組成物をシート状に加工し、内部損失測定試験を行った。得られた試験結果は、表２に示したとおりであった。 表１及び表２に示した試験結果によれば、本発明のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を配合したゴム組成物は、従来技術のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を配合したゴム組成物に比べ、ウエットグリップ性は同等を維持しつつ、転がり抵抗性が飛躍的に改善された。 以上の通りであり、本発明によれば、優れたウエットグリップ性能を有し、転がり抵抗を低減させた低燃費型タイヤを提供する事ができる。 化１の化学式（Ｉ）で示されるスルフィド化合物を含有することを特徴とするゴム・カーボンブラック用カップリング剤。（式中、Ａは、Ｏ、ＳまたはＮＨを表わす。ｎは１〜６の整数を表し、ｘは１〜４の整数を表す。） ジエン系ゴム１００重量部に対して、カーボンブラックを１０〜１００重量部配合し、該カーボンブラック１００重量部に対して、請求項１記載のゴム・カーボンブラック用カップリング剤を１〜３０重量部配合したことを特徴とするゴム組成物。