JP2000309664A - ゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
ゴム組成物の提供。 【解決手段】 (i)共役ジエン及び、場合によって
は、芳香族ビニルモノマーを含む2種以上のジエン系ゴ
ムからなり、かつポリマー相AおよびBを形成する非相
溶ポリマーブレンド系に、(ii)2種以上の互いに非相
溶性のブロックa及びbであって、ブロックaがポリマ
ー相Aと相溶性でポリマー相Bとは非相溶性であり、か
つブロックbがポリマー相Bと相溶性でポリマー相Aと
は非相溶性であるブロックa及びbを有し、共役ジエン
及び、場合によっては、芳香族ビニルモノマーからなる
ブロックコポリマーを全ポリマー成分100重量部あた
り0.1〜20重量部配合してなり、かつ、(iii)ポリ
マー相A及びBの各相を形成するポリマーの分子量が本
文中で説明する式(I)及び(II)を満足するゴム組成
物。
Description
し、更に詳しくはタイヤトレッド、サイド、その他ゴム
製品に使用するのに適した引張強度、伸び及び耐摩耗性
などが改良されたゴム組成物に関する。
などにおいて、各種性能の改善が求められており、その
ためタイヤトレッド用ゴムその他において、複数のポリ
マーをブレンドして使用することが行われているが、こ
れらのポリマー同士が非相溶性である場合、相分離界面
が存在する。多くの場合、この界面が破壊の起点となり
引張強さ、引裂強さ、耐摩耗性などに悪影響をあたえる
と考えられる。しかしながら、タイヤを始めとしたゴム
製品においては加硫という特殊な工程を含むため、通常
のゴム/樹脂ブレンド系、樹脂/樹脂ブレンド系で行わ
れている様な相構造制御のためのブロックコポリマーの
分子設計をそのまま適用することができない。したがっ
てゴム/ゴムブレンドの相分離界面の問題は充分検討さ
れておらず、この問題の解決方法も見い出されていなか
った。
マーブレンドの非相溶性に基づく破壊強度の低下は十分
に検討されておらず、天然ゴム(NR)/ポリブタジエ
ンゴム(BR)のブレンド系に、ポリブタジエン(B
R)とポリイソプレン(IR)とのブロック共重合体を
少量配合することが、J.Apply.Polym.S
ci.,49(1993)及びRCT.66(199
3)に僅かに記載されているに過ぎない。しかしなが
ら、これらの文献に用いられているブロックコポリマー
の組成は、BRとの相溶性が不充分であるため、使用す
るためには性能が満足できるものではない。またシス−
BR/SBRの非相溶ポリマーブレンド系に耐摩耗性を
良くするためにシス−BRを加えることが試みられてい
るが、ウェット制動性能が低下するためシス−BRの添
加量に限界があり、実用性に問題があった。その他、本
発明の発明者らによる提案(特開平7−188510号
公報、同8−134267号公報、同8−193147
号公報、同8−193146号公報、同8−19314
5号公報、同8−283465号公報、同8−3020
71号公報、同10−007844号公報及び同10−
036465号公報)を除けばゴム組成物にブロックポ
リマーを相溶化剤として配合した例は知られていない。
本発明者らによる提案にはゴム組成物のマトリックスを
形成するゴム成分と、添加するブロックポリマーの分子
量との関係について明確としておらず、その後の検討の
結果この点が明らかとなり本発明を完成するに至った。
の従来技術の問題点を排除して引張強度、伸び及び耐摩
耗性などが改良されたゴム組成物を提供することを目的
とする。
少なくとも1種の共役ジエンモノマー及び、場合によっ
ては、少なくとも1種の芳香族ビニルモノマーを含むゴ
ム、例えば天然ゴム(NR)、ポリイソプレンゴム(I
R)、ポリブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエ
ン共重合体ゴム(SBR)、スチレンイソプレン共重合
体ゴム(SIR)及びスチレンイソプレンブタジエン共
重合体ゴム(SIBR)などから選ばれた少なくとも2
種のジエン系ゴムからなり、かつ2つのポリマー相Aお
よびBを形成する非相溶ポリマーブレンド系に、(ii)
少なくとも2つの互いに非相溶性のブロックa及びbで
あって、ブロックaが前記ポリマー相Aと相溶性でポリ
マー相Bとは非相溶性であり、かつブロックbが前記ポ
リマー相Bと相溶性でポリマー相Aとは非相溶性である
ブロックa及びbを有し、少なくとも1種の共役ジエン
モノマー(例えばイソプレン、ブタジエン)及び、場合
によっては、少なくとも1種の芳香族ビニルモノマー
(例えばスチレン)からなるブロックコポリマーを、全
ゴム成分(ブロックコポリマーを含む)100重量部あ
たり0.1〜20重量部配合してなり、かつ、(iii)前
記ポリマー相A及びBの各相を形成するポリマーの分子
量が下記の式(I)及び(II):
成するポリマーの低分子量部分の分子量値、 Mw30(B):ポリマー相Bを形成するポリマーの低分
子量部分の分子量値、 Mw(a):ブロックコポリマーのaブロックの重量平
均分子量、 Mw(b):ブロックコポリマーのbブロックの重量平
均分子量) を満足するゴム組成物が提供される。
及びポリマー相Aに相溶性であるポリマーα、及び/又
は、前記ブロックb及びポリマー相Bに相溶性であるポ
リマーβを、前記ブロックコポリマー100重量部に対
し5〜200重量部配合してなり、かつ、ポリマーα及
びβの重量平均分子量が、下記の式(III)及び(IV):
均分子量、 Mw(b):ブロックコポリマーのbブロックの重量平
均分子量) を満足する前記ゴム組成物が提供される。
互いに非相溶性のブロックa及びbを有し、少なくとも
1種の共役ジエンモノマー及び、場合によっては、少な
くとも1種の芳香族ビニルモノマーからなるブロックコ
ポリマー100重量部に対し、前記ブロックaに相溶性
であるポリマーα、及び/又は、前記ブロックbに相溶
性であるポリマーβを、前記ブロックコポリマーに対し
5〜200重量部配合してなり、かつ、ポリマーαとβ
の重量平均分子量が、下記の式(III)及び(IV):
均分子量、 Mw(b):ブロックコポリマーのbブロックの重量平
均分子量) を満足するポリマー組成物が提供される。
種類以上のゴムからなるゴム組成物に、少なくとも2種
の非相溶性のジエン系ゴムの分子量と特定の関係の2種
の分子量のブロックからなる非相溶性のブロックポリマ
ーを配合することによって、前記目的を達成できること
を見出した。
(i)少なくとも1種の共役ジエンモノマー及び、場合
によっては、少なくとも1種の芳香族ビニルモノマーを
含むゴム(例えばNR,IR,BR,SBR,SIR及
びSIBR)の少なくとも2種の非相溶性ゴムからなる
2つのポリマー相A及びB(好ましいA/B重量比は9
0/10〜10/90、更に好ましくは85/15〜1
5/85)の非相溶ポリマーブレンド系に、(ii)イソ
プレン、ブタジエン及びスチレンから選ばれたモノマー
からなる少なくとも2つのブロックを有し、その各ブロ
ックa及びbが互いに非相溶性で、ブロックaはポリマ
ー相Aと相溶性でポリマー相Bと非相溶性であり、ブロ
ックbはポリマー相Bと相溶性でポリマー相Aと非相溶
性であるブロックコポリマー(好ましいa/b重量比は
80/20〜20/80、更に好ましくは60/40〜
40/60)を、ブロックコポリマーを含む全ゴム成分
100重量部当り0.1〜20重量部、好ましくは1〜
15重量部を配合して得られ、かつ(iii)ポリマー相A
及びBの各相を形成するポリマーの分子量が前記式
(I)及び(II)を満足するものでなければならない。
なお、SA 及びSB は好ましくはそれぞれ0.1〜1.
2,更に好ましくは0.3〜1.0である。
とゴム成分を混練中に添加したブロックコポリマーが良
好に拡散せず相溶化剤としての効果を十分に発揮できな
い。なお、前記ポリマー相A及びBを形成するポリマー
の低分子量部分の分子量は図1に示すようなGPCで測
定した分子量分布曲線を図2に示したような積分分子量
曲線に変換し、その累積面積30%に相当する分子量値
(Mw30(A)及びMw30(B))として求めたものを
いう。GPCの測定は、例えばTHFにポリマー試料を
溶解し、0.5ミクロンのフィルターで不溶ゲル成分を
除いた後に行い、標準ポリスチレンの溶出量から得た関
係式より分子量を算出することで行う。
ブロックa及びbを有し、共役ジエン及び/又は芳香族
ビニルであるモノマーからなるブロックコポリマーに、
さらに前記ブロックa及びポリマー相Aに相溶性である
ポリマーα及び/又は前記ブロックb及びポリマー相B
に相溶性であるポリマーβであって、下記の式(III)及
び(IV);
均分子量、 Mw(b):ブロックコポリマーのbブロックの重量平
均分子量) を満足するポリマーを予め配合してもよく、ゴムの混合
時のブロックコポリマーの分散性を高め、より良好な機
械的強度を得ることができる。
は0.1〜1.2、更に好ましくは0.3〜1.0であ
る。
低分子量分が少量の場合にはαを添加し、ポリマー相B
を形成するポリマーの低分子量分が少量の場合にはβを
添加するのがよい。従って、上記式(I)及び/又は
(II)を満たさない場合にも、ポリマーのα又はβを
配合することにより、本発明の効果を得ることができ
る。
分子量を有するIR,BR,SBR及びSIBRなどの
ゴムが好ましいが、最終的に得られるゴム組成物の加硫
物性を損なうことなく、ブロックポリマーの混合時の分
散性を高めるという目的を果たすものであれば、ゴムに
限らず、その他のポリマーを使用してもよい。
ックコポリマー100重量部に対し、5〜200重量
部、好ましくは20〜100重量部とするのがよい。5
重量部よりも少ないと期待される効果が発現せず、ま
た、200重量部を超えると、弾性や機械的強度の低下
で物性面に悪影響を与えたり、原料のムーニー粘度の低
下により取扱いを困難にする場合がある。
の製造方法は、格別限定されるものではないが、例え
ば、炭化水素系溶媒中で開始剤として有機活性金属を用
い、イソプレン、ブタジエン、スチレンのモノマーを重
合して製造する方法によって行うことができる。有機活
性金属としては、例えば、有機アルカリ金属化合物、有
機アルカリ土類金属化合物、有機ランタノイド系列希土
類金属化合物などのアニオン重合可能な有機活性金属が
挙げられる。これらの中でも、有機アルカリ金属化合物
が特に好ましい。
を満足するように各ポリマー相を形成するポリマーの一
部として、低分子量のポリマー(例えばIR,BR,S
BR,SIBR)を更にブレンドしてもよい。かかる低
分子量のポリマーの配合量は好ましくは全ゴム成分10
0重量部当り1〜50重量部である。この配合量が多過
ぎると引張強さなどの低下を招くので好ましくない。
る非相溶ポリマーブレンドはNR,IR,BR及びSB
R等の共役ジエン及び/又は芳香族ビニルモノマーを含
むポリマーから2種以上を選んで二つの非相溶ポリマー
相A及びBを構成するようにすれば特に制限はない。ま
た本発明で用いるブロックa及びbから成るブロックコ
ポリマーは前記条件を具備した任意のポリマーとするこ
とができ、例えばBRブロック、SBRブロック、IR
ブロック、SIR(スチレンイソプレンゴム)ブロッ
ク、BIR(ブタジエンイソプレン)ブロック、SBI
R(スチレンブタジエンイソプレン)ブロックなどを適
宜組み合せて用いることができる。
リマーとの組み合せの典型的な例をあげれば、以下の通
りである。
ない。本発明に係るゴム組成物には、その用途に従って
従来の一般的配合剤、例えば、カーボンブラック、シリ
カなどの従来汎用されている補強性充填剤、軟化剤、老
化防止剤、ワックス、樹脂、加硫促進剤、加硫助剤など
を適宜使用することができる。さらに発泡剤、低湿可塑
剤や短繊維などを使用することもできる。
に当っては、先ずゴム(マトリックスゴムおよびブロッ
クコポリマー)及び例えば加硫系配合剤を除くその他の
配合剤を常法に従って混合し、次に加硫系配合剤をブレ
ンドすることが好ましい。勿論、これらの配合成分の一
部を別途配合しても本発明の目的を損なわない限り本発
明の技術的範囲内に入ることはいうまでもない。またブ
レンド手段も従来通りのものとすることができる。
することができる。前述の添加剤の配合量も一般的な量
とすることができ、また加硫条件も一般的な条件とする
ことができる。
が、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでな
いことは言うまでもない。
1〜7 表II〜IV,表V及び表VIの配合(重量部)の各成分(A
相及びB相として使用したポリマーの特性は表VII に、
そしてブロックポリマーの特性を表VIII、そしてポリマ
ーα及びβの特性を表IXに示す)を1.5リットルのバ
ンバリミキサーで4分間混合した後、この混合物に加硫
促進剤と硫黄とを8インチの試験用練りロール機で4分
間混練し、ゴム組成物を得た。これらのゴム組成物を1
60℃で20分間プレス加硫して、目的とする試験片を
調製し、各種試験を行い、その物性を測定した。得られ
た加硫物の物性は表II,III 及びIVに示す通りであっ
た。
混合した。 1)ローター回転数:60rpm 2)温度調整 :50℃ 3)投入仕様: 0′…ゴム成分(マトリックスゴム、ブロックコポリマ
ー) 1′…カーボンブラック半量、亜鉛華、ステアリン酸 2′30″…カーボンブラック半量、老化防止剤、ワッ
クス、アロマオイル 3′30″…ラム上下(ラム部の掃除) 4′00″…放出
溶、「×」は非相溶の関係であることを示している。
ロール機で80℃にて3分間素練りを行った。* 2:天然ゴムSMR−L* 3:天然ゴムRSS♯3の素練り品。8インチの練り
ロール機で80℃にて15分間素練りを行った。* 4:NS114(日本ゼオン(株)製SBR)* 5:BR1220(日本ゼオン(株)製BR)
法で行なった。 引張強さ(MPa):JIS K6251に準拠して行
なった。 伸び(%):JIS K6251に準拠して行なった。 耐摩耗性試験:ランボーン摩耗試験機を用い、スリップ
率25%、荷重5kgの条件で測定した。結果は対応標準
例の配合を100とした指数(耐摩耗性指数)で示し
た。この数字の大きいものが耐摩耗性が優れていること
を示す。 疲労試験破断回数:JIS 3号ダンベル状サンプルを
伸張歪100%で400rpm のサイクル速度で繰り返し
変形を与え破断するまでの回数(4回の平均値)で示
す。
た。 1)ポリマーブレンドのポリマー相A及びBの非相溶性
はポリマーブレンドを加硫して、凍結法により超薄切片
試料を作成後、四酸化オスミウムベンゼン溶液で室温で
約15時間気相染色する。これを透過型電子顕微鏡で約
5千から1万倍で観察することにより相分離構造の有無
を観察する。
bの非相溶性はブロックコポリマーを未加硫状態で上記
と同様な試料を作成後、透過型電子顕微鏡で約6万倍で
観察することで相分離構造の有無を観察する。
リマーブレンドの各ポリマー相との非相溶性は各ブロッ
クを構成するポリマーに相当するポリマーを別々に重合
作成し、各々のマトリックスポリマーと混練、加硫した
ものを上記と同様にして電子顕微鏡観察用試料を作成
し、約5千〜1万倍で観察して相分離構造の有無を観察
する。
の温度分散曲線によりピークがバイモーダルであるか否
かで判断する方法やDSC測定によりブレンドポリマー
のガラス転移温度が複数観測されるか否かで判断する方
法を用いてもよく、更に相分離構造が数十ミクロンに及
べば光学顕微鏡によっても判定できる。この中でも前記
の電子顕微鏡による直接観察が最も感度の高い方法であ
る。
に示したように、本発明に従ったゴム組成物は、比較例
1〜7のゴム組成物に比較して、引張強さ、伸び、耐摩
耗性、耐疲労性などの機械的強度が改良される。
のポリマーの低分子量部分の分子量を求める基礎のGP
C測定分子量の分子量分布曲線(微分分子量曲線)の一
例を示す図面である。GPC測定条件 GPC:東ソー製 HLC−8020 カラム:GMH−HR−H 2本 温度:40℃ 移動相:THF 標準物質:標準ポリスチレン1000〜1000万の間
で10点使用 近似方法:3次式による ポリマー試料の調製:50mgのポリマーを10ccのTH
Fに溶解して、室温で約168時間撹拌、溶解した。
0.5ミクロンのフィルター(東ソー製H25−5)で
濾過し不溶分を除去したものをサンプルとした。GPC
への注入量は、400μlとした。
量曲線を示す図面であり、図2に示すように累積面積3
0%の分子量から式(I)及び(II)のMw30(A)及
びMw30(B)を求める。
Claims (4)
- 【請求項1】 (i)少なくとも1種の共役ジエンモノ
マー及び、場合によっては、少なくとも1種の芳香族ビ
ニルモノマーを含むゴムから選ばれた少なくとも2種の
ジエン系ゴムからなり、かつ2つのポリマー相Aおよび
Bを形成する非相溶ポリマーブレンド系に、(ii)少な
くとも2つの互いに非相溶性のブロックa及びbであっ
て、ブロックaが前記ポリマー相Aと相溶性でポリマー
相Bとは非相溶性であり、かつブロックbが前記ポリマ
ー相Bと相溶性でポリマー相Aとは非相溶性であるブロ
ックa及びbを有し、少なくとも1種の共役ジエンモノ
マー及び、場合によっては、少なくとも1種の芳香族ビ
ニルモノマーからなるブロックコポリマーを全ポリマー
成分(ブロックポリマーを含む)100重量部あたり
0.1〜20重量部配合してなり、かつ、(iii)前記ポ
リマー相A及びBの各相を形成するポリマーの分子量が
下記の式(I)及び(II): 【数1】 (式中、Mw30(A):ポリマー相Aを形成するポリマ
ーの低分子量部分の分子量値、 Mw30(B):ポリマー相Bを形成するポリマーの低分
子量部分の分子量値、 Mw(a):ブロックコポリマーのaブロックの重量平
均分子量、 Mw(b):ブロックコポリマーのbブロックの重量平
均分子量) を満足するゴム組成物。 - 【請求項2】 さらに前記ブロックa及びポリマー相A
に相溶性であるポリマーα、及び/又は、前記ブロック
b及びポリマー相Bに相溶性であるポリマーβを、前記
ブロックコポリマー100重量部に対し5〜200重量
部配合してなり、かつ、ポリマーα及びβの重量平均分
子量が、下記の式(III)及び(IV): 【数2】 (式中、 Mw(α):ポリマーαの重量平均分子量、 Mw(β):ポリマーβの重量平均分子量、 Mw(a):ブロックコポリマーのaブロックの重量平
均分子量、 Mw(b):ブロックコポリマーのbブロックの重量平
均分子量) を満足する請求項1に記載のゴム組成物。 - 【請求項3】 (i)少なくとも1種の共役ジエンモノ
マー及び、場合によっては、少なくとも1種の芳香族ビ
ニルモノマーを含むゴムから選ばれた少なくとも2種の
ジエン系ゴムからなり、かつ2つのポリマー相Aおよび
Bを形成する非相溶ポリマーブレンド系に、(ii)少な
くとも2つの互いに非相溶性のブロックa及びbであっ
て、ブロックaが前記ポリマー相Aと相溶性でポリマー
相Bとは非相溶性であり、かつブロックbが前記ポリマ
ー相Bと相溶性でポリマー相Aとは非相溶性であるブロ
ックa及びbを有し、少なくとも1種の共役ジエンモノ
マー及び、場合によっては、少なくとも1種の芳香族ビ
ニルモノマーからなるブロックコポリマーを全ポリマー
成分(ブロックコポリマーを含む)100重量部あたり
0.1〜20重量部配合してなり、(iii)前記ブロック
a及びポリマー相Aに相溶性であるポリマーα、及び/
又は、前記ブロックb及びポリマー相Bに相溶性である
ポリマーβを、前記ブロックコポリマー100重量部に
対し5〜200重量部配合してなり、かつ、ポリマーα
及びβの重量平均分子量が、下記の式(III)及び(I
V): 【数3】 (式中、 Mw(α):ポリマーαの重量平均分子量、 Mw(β):ポリマーβの重量平均分子量、 Mw(a):ブロックコポリマーのaブロックの重量平
均分子量、 Mw(b):ブロックコポリマーのbブロックの重量平
均分子量) を満足するゴム組成物。 - 【請求項4】 少なくとも2つの互いに非相溶性のブロ
ックa及びbを有し、少なくとも1種の共役ジエンモノ
マー及び、場合によっては、少なくとも1種の芳香族ビ
ニルモノマーからなるブロックコポリマー100重量部
に対し、前記ブロックaに相溶性であるポリマーα及び
/又は前記ブロックbに相溶性であるポリマーβを、前
記ブロックコポリマーに対し5〜200重量部配合して
なり、かつ、ポリマーα及びβの重量平均分子量が、下
記の式(III)及び(IV): 【数4】 (式中、 Mw(α):ポリマーαの重量平均分子量、 Mw(β):ポリマーβの重量平均分子量、 Mw(a):ブロックコポリマーのaブロックの重量平
均分子量、 Mw(b):ブロックコポリマーのbブロックの重量平
均分子量) を満足するポリマー組成物。
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|---|---|---|---|
| JP2000041396A JP2000309664A (ja) | 1999-02-26 | 2000-02-15 | ゴム組成物 |
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