JPH0625472A - タイヤ踏み面組成物 - Google Patents

タイヤ踏み面組成物

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JPH0625472A
JPH0625472A JP5146809A JP14680993A JPH0625472A JP H0625472 A JPH0625472 A JP H0625472A JP 5146809 A JP5146809 A JP 5146809A JP 14680993 A JP14680993 A JP 14680993A JP H0625472 A JPH0625472 A JP H0625472A
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JP
Japan
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carbon black
polymer
oxidized carbon
polymers
composition
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JP5146809A
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English (en)
Inventor
Enu Detorano Mario
マリオ・エヌ・デトラノ
Shingo Futamura
信吾 二村
Eru Suteiyaa Jiyunia Maaku
マーク・エル・ステイヤー・ジユニア
Eru Haagenrozaa Uiriamu
ウイリアム・エル・ハーゲンロザー
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Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08CTREATMENT OR CHEMICAL MODIFICATION OF RUBBERS
    • C08C19/00Chemical modification of rubber
    • C08C19/30Addition of a reagent which reacts with a hetero atom or a group containing hetero atoms of the macromolecule
    • C08C19/42Addition of a reagent which reacts with a hetero atom or a group containing hetero atoms of the macromolecule reacting with metals or metal-containing groups
    • C08C19/44Addition of a reagent which reacts with a hetero atom or a group containing hetero atoms of the macromolecule reacting with metals or metal-containing groups of polymers containing metal atoms exclusively at one or both ends of the skeleton
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 減少した転がり抵抗と良好な湿潤牽引特性を
示すタイヤの踏み面部分の作成で用いるに適したエラス
トマー組成物。 【構成】 本発明の組成物は、酸化したカーボンブラッ
ク粒子と一緒にコンパンド化した末端官能化ポリマーを
含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】本発明は、低ヒステリシスのゴム製品で
用いるに適合しているエラストマーポリマー組成物に関
するものであり、より詳細には、末端官能化ポリマーの
中に分散している酸化させたカーボンブラック粒子を用
いたエラストマー組成物に関する。
【0002】
【発明の背景】近年、タイヤ産業の活動において、減少
した転がり抵抗と良好な牽引特性の両方を有するタイヤ
の開発に対する主張が大きく上昇してきている。よく知
られているように、転がり抵抗と牽引に大きな影響を与
えるタイヤの部分は踏み面または踏み面ゴム部分であ
る。転がり抵抗が低いことは、燃料の消費の点で望まし
く、一方湿潤牽引が良好であることは性能の点で望まし
い。しかしながら、一般に、これらの特性は互いに反目
し合うものであることが確認されている。従って、転が
り抵抗を低下させると、一般に、ほとんど正比例的に湿
潤牽引が低下し、一方、湿潤牽引を上昇させると、一般
に、ほとんど正比例的に転がり抵抗が上昇する。
【0003】従来技術では、上記問題を解決するための
数多くのアプローチが提案されている。このようなアプ
ローチは、一般に、このタイヤ踏み面を作る目的で用い
られているエラストマーもしくはエラストマー組成物の
特性を改質して、最も可能な転がり抵抗と牽引とのバラ
ンスを達成することであった。このエラストマー改質を
伴うアプローチは、一般に、このタイヤ踏み面組成物を
製造するためのエラストマーのコンパンド化で用いられ
ているエラストマーとカーボンブラックとの間の相互作
用を改良することを基としていた。これは、このタイヤ
踏み面組成物のヒステリシスを低下させる効果を有して
おり、これは逆に低い転がり抵抗をもたらす。
【0004】Uraneck他の米国特許番号3,13
5,716には、有機ポリリチウム開始剤を用いた、共
役ジエンモノマー類と任意のアリール置換オレフィンモ
ノマー類との末端反応性ポリマーの製造方法が教示され
ている。この末端リチウム原子を種々の化合物で置換す
ることにより、別の末端官能化ポリマー類を製造するこ
とができる。
【0005】Ueda他の米国特許番号4,555,54
8には、踏み面ゴム組成物の反発弾性を改良するための
ベンゾフェノン誘導体がポリマー末端に備わっているポ
リマー組成物が開示されている。
【0006】Watanabe他の米国特許番号4,6
16,069には、芳香族もしくは脂肪族アミノ有機化
合物と反応させて末端官能化ポリマーを生じさせること
が可能なアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属
末端を有するジエンポリマーゴムの製造方法が開示され
ている。
【0007】Schulz他の米国特許番号4,015,
061には、p−リチオ−N,N−ビス(トリアルキル
シリル)アリールアミンをジエンモノマーで処理し、こ
れを直接酸加水分解することでモノ−もしくはジ−第一
級アリールアミン末端ジエンポリマーに変換することに
よって製造されるN,N−ビス(トリアルキルシリル)
アミノ末端ポリマーが開示されている。
【0008】J.M.Stewart、N.Sheph
erdおよびD.M.Service著「アニオン官能
開始剤1:ビ−およびジ官能ポリブタジエン類合成用開
始剤としての3−ジメチルアミノプロピルリチウム」、
British Polymer Journal、2
2巻、319−325(1990)には、ブタジエンを
重合させるためのアニオン系開始剤として3−ジ−メチ
ルアミノプロピルリチウムの使用が開示されている。
【0009】A.C.Angood、S.A.Hurl
eyおよびP.J.T.Tait著「有機溶媒中のジエ
チルアミドで開始させるアニオン系重合。I.重合触媒
としてのリチウムジエチルアミドの使用、並びにイソプ
レンおよびスチレン重合に対する溶媒の種類の影響」、
Journal of Polymer Scienc
e:Polymer Chemistry Editi
on、11巻、2777−2791(1973)には、
イソプレンを重合させるための開始剤としてリチウムジ
エチルアミドの使用が開示されている。
【0010】J.E.McGrath編集「アニオン重
合」、American Chemical Soci
ety Symposium Series 166
(1981)には、種々のリチウム−窒素結合を有する
開始剤、例えばリチウムモルホリニド、リチウムジアル
キルアミドおよびリチウムピペリジニドを用いたブタジ
エンとスチレンの共重合が開示されている。
【0011】Stayer,Jr.他の米国特許番号
5,066,729には、ジエンモノマーまたはジエンモ
ノマーとビニル芳香族炭化水素モノマーの混合物をアニ
オン重合させることによって得られる末端官能化ポリマ
ーの製造方法が開示されている。この方法は、式
【0012】
【化1】 [式中、R1およびR2は、H、アルキル、シクロアルキ
ル、アリール、ジアルキルアミノアリール、アラルキ
ル、および非プロトン系O、NおよびS含有アルキル、
シクロアルキル、アリールもしくはアラルキル基から成
る群から選択され、そしてR3は、アルキル、シクロア
ルキル、アリール、ジアルキルアミノアリール、アラル
キル、および非プロトン系O、NおよびS含有アルキ
ル、シクロアルキル、アリールおよびアラルキル基から
成る群から選択されるが、但し、R1、R2およびR3
の少なくとも1つはジアルキルアミノアリール基である
必要があり、そしてR1、R2およびR3基の全てがアリ
ール基でなくてもよいことを条件とする]を有する化合
物と該ポリマーとを反応させることを含んでいる。この
得られる末端官能化ポリマーは減少したヒステリシス特
性を示し、そしてこれは、エラストマー組成物および減
少した転がり抵抗を示すタイヤ踏み面を製造する目的で
利用され得る。
【0013】Aboytesの米国特許番号3,914,
148には、窒素系酸化性酸で酸化したカーボンブラッ
クを通常のゴム調合物の中で用いることで通常のチャン
ネルブラックが組み込まれている同様な組成物よりも良
好な、エラストマーと金属の結合を与えることが開示さ
れている。
【0014】Huntの米国特許番号4,075,140
には、硝酸で酸化したカーボンブラックを、未改質のス
チレン−ブタジエンゴムが用いられている通常のゴムコ
ンパンドの中で用いて、減少したモジュラスと上昇した
スコーチ時間を示すゴム組成物を得ることが教示されて
いる。
【0015】
【発明の要約】本発明は、減少した転がり抵抗と良好な
湿潤牽引特性を示すタイヤの踏み面部分の作成で用いる
に適したエラストマー組成物に関する。この組成物は、
酸化したカーボンブラック粒子と一緒にコンパンド化し
た末端官能化ポリマーを含んでいる。一般に、少なくと
も1種のジエンモノマーと任意の1種以上のビニル置換
芳香族モノマー類を重合させることによって生じるポリ
マーと、反応性を示す官能基を含んでいる化合物とを反
応させることによって、末端官能化ポリマーを製造す
る。本発明の末端化合物は、錫もしくは窒素含有化合
物、例えばアミノアルデヒド類、アミノケトン類、アミ
ノチオアルデヒド類、アミノチオケトン類、アミド類、
チオアミド類、イミン類またはシッフ塩基化合物、アミ
ン置換ベンゾフェノン類、アミン置換チオベンゾフェノ
ン類、カルボジイミド類、カルバミド類または尿素誘導
体、アリールアミン類、ジ脂肪族アミン類、N−置換環
状アミド類、N,N,N′,N′−テトラ置換および
N,N′−ジ置換環状尿素およびイソシアネート類であ
る。本発明の酸化カーボンブラック粒子は、比較的高い
酸含有量を有することによって特徴づけられ、これが、
該末端官能化ポリマーと一緒にコンパンド化されたと
き、このポリマーとカーボンブラックとの間の相互作用
を増強する。この酸化カーボンブラックは、通常のカー
ボンブラックとブレンドされてもよく、そして/または
このカーボンブラックの酸化レベルを選択して、このカ
ーボンブラックと末端官能化ポリマーとの相互作用度合
を調節することができる。
【0016】50℃におけるヒステリシスの有意な減少
(低い転がり抵抗)と0℃における比較的高いヒステリ
シスの保持(増強された湿潤牽引)を得ることができ
る。このようにして要求に適合した特性を得ることがで
きる。
【0017】
【詳細な記述】ゴムコンパンドが示すヒステリシスは、
ゴムコンパンドを変形させるためにかけられたエネルギ
ーと、このゴムコンパンドがその最初の未変形状態に回
復するとき放出されるエネルギーとの間の差を表してい
る。より詳細には、ここで用いる言葉「ヒステリシス」
は、環状変形中のエラストマーもしくはゴム組成物が示
す熱発生特性を表している。エラストマー組成物が示す
ヒステリシスを測定するための本分野で認識されている
尺度は、この組成物が有するtan‐δ値である。エラ
ストマー組成物が50℃で低いtan‐δ値を有するこ
とは、ヒステリシスが低いことを示しており、従って、
このような組成物で作られているタイヤは、より低い転
がり抵抗を示す。
【0018】本発明のエラストマーポリマー組成物は、
末端官能化エラストマーポリマーの中に分散している酸
化カーボンブラック粒子を含んでいる。これらのポリマ
ーを末端官能化する目的で用いられる化合物は、錫含有
有機金属化合物であるか、或は窒素含有化合物、例えば
アミノアルデヒド類、アミノケトン類、アミノチオアル
デヒド類、アミノチオケトン類、アミド類、チオアミド
類、イミン類またはシッフ塩基化合物、アミン置換ベン
ゾフェノン類、アミン置換チオベンゾフェノン類、カル
ボジイミド類、カルバミド類または尿素誘導体、アリー
ルアミン類、ジ脂肪族アミン類、N−置換環状アミド
類、N,N′−ジ置換環状尿素およびイソシアネート類
である。これらのカーボンブラック粒子は、比較的高い
酸濃度を有することによって特徴づけられる。該ポリマ
ー分子の末端部分(類)に存在している官能化部位と、
該カーボンブラック粒子上の酸化されている部位との相
互作用で、それらの間の親和性が上昇し、それによって
改良されたヒステリシス特性とより低い転がり抵抗が観
察される。
【0019】本発明のエラストマーポリマー類には、ジ
エンモノマー類またはジエンモノマー類と1種以上のビ
ニル置換芳香族モノマー類とを重合させたものが含まれ
る。末端官能化ポリマー類およびコポリマー類の製造で
用いられ得る共役ジエン類は、4から10個の炭素原子
を有しており、そして特定例には、1,3−ブタジエ
ン、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン)、
2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペン
タジエン、1,3−ヘキサジエンなど、並びにそれらの
混合物が含まれ、ブタジエンおよび/またはイソプレン
が好適である。該末端官能化コポリマーの製造で用いら
れ得るビニル置換芳香族は、8から12個の炭素原子を
有しており、そして特定例には、スチレン、ビニルトル
エン、アルファ−メチルスチレン、パラ−メチルスチレ
ン、t−ブチルスチレンなどが含まれる。好適なビニル
芳香族炭化水素はスチレンである。
【0020】この末端官能化ポリマーは、アニオン開始
剤存在下の炭化水素溶媒中でモノマーもしくはモノマー
類を重合させることによる、本技術分野および文献で知
られている様式で製造され得る。このジエンポリマーも
しくはコポリマーの1,2−ミクロ構造を制御しそして
このコポリマーのランダム化を行うことが望まれている
場合、これは、適当な極性改質剤、例えばエーテルまた
は第三級アミンなどをその重合混合物の中に包含させる
ことによって容易に達成され得る。
【0021】これらの末端官能化ポリマー類およびコポ
リマー類の製造で用いられ得るアニオン開始剤は、ジエ
ンポリマー類およびコポリマー類の重合で有効であるこ
とが本分野で知られている有機アルカリ金属開始剤のい
ずれかであってもよい。これらの好適な開始剤は、有機
リチウム開始剤、特にアルキルリチウム開始剤である。
利用できる適切な有機リチウム開始剤には、エチルリチ
ウム、n−ブチルリチウム、テトラメチレンジリチウ
ム、ヘキシルリチウム、シクロヘキシルリチウム、フェ
ニルリチウム、トリルリチウムなどが含まれる。特に好
適な開始剤はn−ブチルリチウムである。
【0022】官能化剤と上記有機リチウム開始剤とを反
応させることによって生じる開始剤をこのアニオン開始
剤として用いることも可能である。従って、有機リチウ
ム化合物と窒素含有官能化剤、例えば置換アルジミン、
ケチミンまたは第二級アミンなどとを反応させることに
よって、上記開始剤を生じさせることができる。例え
ば、この種類のアニオン開始剤は、置換アルジミン、例
えばジメチルアミノベンジリデンメチルアミンとn−ブ
チルリチウムとを反応させることによって生じさせるこ
とができる。
【0023】該末端官能化ポリマー類およびコポリマー
類の製造で用いられ得る炭化水素溶媒には、該モノマー
類、開始剤および改質剤が溶解し得る芳香族および脂肪
族炭化水素が含まれる。適切な炭化水素溶媒には、ヘキ
サン、ヘプタン、ペンタン、オクタン、シクロヘキサ
ン、シクロヘプタン、シクロペンタン、メチルシクロヘ
キサン、ベンゼンおよびトルエンが含まれる。好適な炭
化水素溶媒はヘキサンおよびシクロヘキサンである。
【0024】これらの末端官能化ジエンポリマー類もし
くはコポリマー類の1,2−ミクロ構造含有量を調節し
そしてこれらのコポリマー類のランダム化を行う目的で
用いられ得る極性改質剤は、この目的で有効であること
がジエンポリマーもしくはコポリマー技術で今まで知ら
れているもののいずれかであってもよい。適切な極性改
質剤には、エーテル類、例えばテトラヒドロフラン(T
HF)、テトラヒドロピラン、1,4−ジオキサン、モ
ノグリコールメチルエーテル(モノグライム)、ジグリ
コールメチルエーテル(ジグライム)、トリグリコール
メチルエーテル(トリグライム)、並びに米国特許番号
4,429,091に記述されているオリゴマー状オキソ
ラニルアルカン化合物、例えばビス(2−オキソラニ
ル)メタン、2,2−ビス(2−オキソラニル)プロパ
ン、1,1−ビス(2−オキソラニル)エタン、2,2
−ビス(5−メチル−2−オキソラニル)プロパンな
ど、そして第三級アミン化合物、例えばトリエチルアミ
ン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、N,N,
N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン(TMED
A)、ジピペリジノエタンなどが含まれる。好適な極性
改質剤はTMEDAおよびオリゴマー状オキソラニルプ
ロパン類である。
【0025】本発明の末端官能化ポリマー類を製造する
目的で用いられる共役ジエンおよびビニル置換芳香族
は、約100から20重量%が1種以上の共役置換ジエ
ン類でありそして約0から約80重量%がビニル置換芳
香族であり、好適なコポリマー類は、90から60重量
%の上記共役ジエンと10から40重量%の上記ビニル
置換芳香族から作られている。
【0026】これらの末端官能化ポリマー類は、一般
に、約10から約80%の範囲の1,2−ミクロ構造含
有量を有しており、好適なポリマー類もしくはコポリマ
ー類は、25から65%の1,2−ミクロ構造含有量を
有している。特別な1,2−ミクロ構造含有量を有する
ジエンポリマー類もしくはコポリマー類の製造は、特定
開始剤、極性改質剤の種類、改質剤と開始剤の比率、お
よび重合温度を含む数多くの因子に依存している。15
から90%もしくはそれ以上の範囲の1,2−ミクロ構
造含有量を有するジエンポリマー類およびコポリマー類
を製造するための説明的方法が、米国特許番号3,45
1,988および4,264,753および出版物「極性
改質剤アルキルリチウム重合および共重合に対する温度
および濃度効果」、Journal of Polym
er Science、A−1部、10巻、1319−
1334(1972)(これらの開示はここでは参照に
いれられる)を含む数多くの特許および出版物の中に記
述されている。
【0027】本発明に従う末端官能化ポリマー類の1つ
の種類は、Stayer,Jr.他の米国特許番号5,
066,729(これの内容全体はここでは参照にいれ
られる)に従って製造され得る。これらのポリマー類
と、式
【0028】
【化2】 [式中、R1およびR2は、H、アルキル、シクロアルキ
ル、アリール、ジアルキルアミノアリール、アラルキ
ル、並びに非プロトン系O、NおよびS含有アルキル、
シクロアルキル、アリールまたはアラルキル基から選択
され、そしてR3は、アルキル、シクロアルキル、アリ
ール、ジアルキルアミノアリール、アラルキル、並びに
非プロトン系O、NおよびS含有アルキル、シクロアル
キル、アリールおよびアラルキル基から成る群から選択
されるが、但し、R1、R2およびR3基の少なくとも1
つはジアルキルアミノアリール基である必要があり、そ
してR1、R2およびR3基の全てがアリール基でなくて
もよい]を有する置換イミンもしくはシッフ塩基化合物
とを、好適にはそれらを製造する炭化水素溶媒中で反応
させる。上記式中のアルキル基は、独立して、1から2
0個の炭素原子を含んでいてもよく、そして1から8個
の炭素を含んでいるアルキル基が好適である。
【0029】本発明の末端官能化ポリマー類の製造で用
いるに特に好適な置換イミン類は、ジメチルアミノベン
ジリデンアニリン、ジメチルアミノベンジリデンブチル
アニリン、ベンジリデンジメチルアミノアニリン、ジメ
チルアミノベンジリデンジメチルアミノアニリン、ジメ
チルアミノベンジリデンメトキシアニリン、メトキシベ
ンジリデンジメチルアミノアニリン、ジメチルアミノベ
ンジリデンドデシルアニリンおよび2−メチルペンテ−
4−エン−2−イルメチリデンp−ジメチルアミノアニ
リンである。
【0030】置換イミン停止剤が入っている溶液中の該
ポリマーの反応は、望まれるならば、単にこの停止剤を
本質的にそのポリマー溶液に添加することによって行わ
れ得る。しかしながら、取り扱いを容易にする目的で、
適当な溶媒中の溶液の形態でその停止剤を加えるのが一
般に好適である。このポリマーに加える停止剤の量は、
このポリマーの中に存在している生きている有機アルカ
リ金属末端基(例えば生きているリチウム末端基)の量
およびこの仕上げポリマーで望まれている停止剤の量に
依存している。このポリマー中の生きているアルカリ金
属末端基のモル数は、重合を行うために用いた有機アル
カリ金属開始剤中に存在しているアルカリ金属基のモル
数と同等であると仮定する、ことを特記する。一般に、
このポリマーが有する生きているアルカリ金属基と反応
させる目的で用いられる停止剤の量は、ここでは、おお
よそ化学量論的量、即ち生きたアルカリ金属末端基1モ
ル当たり約1モルの停止剤から、大過剰の停止剤の範囲
であってもよい。しかしながら、アルカリ金属末端基1
モル当たり約1.00から1.25モルの停止剤が好適で
ある。一般に、このポリマーは、その上に1つの停止末
端基もしくは2つの末端基を有していてもよい。
【0031】この停止剤と官能化すべき開始ポリマーと
の反応で用いられる温度は、かなり変化させることが可
能であり、そしてこれは、該停止剤と反応させるポリマ
ーが有する生きているアルカリ金属末端基を保護するた
めの基本的基準に従って選択される。従って、この反応
温度は、約0℃から約100℃の範囲であってもよく、
好適な温度範囲は30℃から100℃であり、そして特
に好適な温度範囲は50℃から80℃である。反応時間
もまたかなり変化させることが可能であり、これは一般
に反応温度に依存している。従って、この反応時間は約
0.5から約24時間の範囲であってもよい。
【0032】本発明に関する使用で適切な別の種類の末
端官能化ポリマー類は、官能窒素基、例えばアミノまた
はアミド基を有する化合物で停止させたポリマー類から
成る。
【0033】Uraneck他の米国特許番号3,13
5,716(この内容はここでは充分に参照にいれられ
る)に記述されているように、反応性を示す窒素を有す
る化合物で停止させたポリマー類は、重合を開始させる
ための有機ポリアルカリ金属化合物に上記モノマー類を
接触させることによって製造され得る。この有機基がそ
のポリマー鎖の中に組み込まれ、そしてこのアルカリ金
属が、そのポリマー鎖の各々の末端に末端付着する。こ
の有機ポリアルカリ金属化合物の有機基は、脂肪族、環
状脂肪族または芳香族基であってもよく、特定の有機ポ
リアルカリ金属化合物には、1,4−ジリチオブタン、
1,6−ジリチオヘキサン、1,4−ジリチオ−2−メ
チル−2−ブテン、ジリチオナフタレン、ジリチオアン
トラセンなどが含まれる。種々のアミドおよびチオアミ
ド化合物、例えばN,N−ジメチルホルムアミド、N,
N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチル−N′
N′−ジメチルアミノアセトアミド、N,N−ジメチル
アミノアセトアミド、N,N′−エチルアミノアセトア
ミド、N,N−ジメチル−N′−エチルアミノアセトア
ミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメ
チルメタアクリルアミド、N,N−ジメチルイソニコチ
ンアミド、フタルアミド、N,N,N′,N′−テトラ
メチルフタルアミド、N,N,N′,N′−テトラメチ
ルオキサミド、1,2−シクロヘキサンジカルボキサミ
ド、N,N−ジメチル−2−フランカルボキサミド、キ
ノリン−2−カルボキサミド、N−エチル−N−メチル
−キノリンカルボキサミドなど、イミド化合物、例えば
N−メチルスクシニミド、マレイミド、N−メチルマレ
イミド、N−メチルフタルイミドなど、ラクタム化合
物、例えばN−メチル−ε−カプロラクタム、N−メチ
ル−2−ピロリドン、N−メチル−2−ピペリドン、N
−メチル−2−キノロンなど、尿素化合物、例えばN,
N,N′,N′−テトラメチル尿素、N,N−ジメチル
−N′,N′−ジフェニル尿素、N,N′−ジメチルエ
チレン尿素など、カルバミン酸誘導体、例えばカルバミ
ン酸メチル、N,N−ジエチルカルバミン酸メチルな
ど、イソシアヌール酸誘導体、例えばN,N′,N″−
トリメチルイソシアヌール酸など、並びに相当する硫黄
含有化合物などとの反応で、上記ポリマーの末端アルカ
リ金属原子を置き換えることができる。
【0034】この得られるアミドもしくはチオアミド末
端ポリマー類は、踏み面ゴム組成物中の酸化カーボンブ
ラックと強力に相互作用して、湿潤牽引に悪影響を与え
ることなく、ヒステリシス特性を改良すると共に転がり
抵抗を改良することが可能である。
【0035】本発明に従う酸化カーボンブラックと相互
作用し得る末端官能化ポリマーはまた、最初にジエンモ
ノマー類またはジエンモノマー類と1種以上のビニル置
換芳香族モノマー類とをアルカリ金属触媒またはアルカ
リ土類触媒の存在下で反応させることで金属末端ポリマ
ーを生じさせた後、この金属末端ポリマーとアミン置換
ベンゾフェノンもしくはチオベンゾフェノン、例えば4
−ジメチルアミノベンゾフェノン、4−ジメチルアミノ
−4′−メチルベンゾフェノン、4,4′−ジアミノベ
ンゾフェノンなどおよび相当するチオベンゾフェノン類
[4,4′−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン
(Michlerのケトン)が好適である]と反応させ
ることによっても製造され得る。これらのポリマー鎖の
末端に結合したアミン置換ベンゾフェノンもしくはチオ
ベンゾフェノンは、酸化カーボンブラックと一緒に相互
作用することで、それらの間の親和性が上昇すると共
に、この組み合わせが用いられている踏み面組成物が示
すヒステリシス特性を改良する。アミン置換ベンゾフェ
ノン類もしくはチオベンゾフェノン類で停止させたポリ
マー類の更に一層の詳細および特定実施例が、Ueda
他の米国特許番号4,555,548(これはその全体が
ここでは参照にいれられる)の中に記述されている。
【0036】二者択一的に、Watanabe他の米国
特許番号4,616,069に記述されているように、ア
ルカリ金属もしくはアルカリ土類金属末端のジエンもし
くはジエン/ビニル置換芳香族ポリマー類もしくはコポ
リマー類と、アミノアルデヒド類、アミノケトン類、ア
ミノチオアルデヒド類およびアミノチオケトン類を含む
他の芳香族もしくは脂肪族アミノ有機化合物とを反応さ
せることができる。上記化合物の例には、上述したベン
ゾフェノン類に加えて、N,N−ジメチルアミノアント
ラキノン、1,4−ジアミノアントラキノン、1,4−
N,N,N′,N′−テトラメチルジアミノアントラキ
ノン、N−メチルフェノキサジン、10−ブチルフェノ
キサジン、N−メチルアクリドン、4−ジメチルアミノ
ベンズアルデヒド、3,5−ビス(ジヘキシルアミノ)
ベンズアルデヒド、2,4,6−トリス(ジエチルアミ
ノ)−ベンズアルデヒド、4−ジシクロペンチルアミノ
ベンズアルデヒド、4,5−ビス(ジエチルアミノ)−
1−ナフトアルデヒド、相当するアリールチオケトン類
およびアリールチオアルデヒド類、3−ジメチルアミノ
プロピオンアルデヒド、3−ジエチルアミノプロピオン
アルデヒド、2−ジメチルアミノアセトアルデヒド、ジ
メチルアミノピバルアルデヒド、1,5−ビス(ジ−n
−プロピルアミノ)−3−ペンタノン、5−ドデシルア
ミノ−n−ヘプトアルデヒド、1,3−ビス(ジヘプチ
ルアミノ)−2−プロパノン、1,7−ビス(メチルエ
チルアミノ)−4−ヘプタノン、並びに相当する脂肪族
チオアルデヒド類および脂肪族チオケトン類が含まれ
る。好適な化合物は、4,4′−ビス(ジメチルアミ
ノ)ベンゾフェノン、4−ジメチルアミノベンズアルデ
ヒドおよび種々のアルキルアミンアルデヒド類である。
上記末端官能化ポリマー類は好適に酸化カーボンブラッ
クと相互作用して、ヒステリシスを改良すると共に、湿
潤牽引特性に悪影響を与えることなくタイヤ踏み面組成
物における転がり抵抗を低下させることを見い出した。
【0037】アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属末
端のジエンおよびジエン/ビニル置換芳香族ポリマー類
およびコポリマー類と反応して本発明に従う酸化カーボ
ンブラックと相互作用する末端官能化ポリマーを生じ得
る別の種類の窒素含有化合物は、一般式−N=C=N−
の結合を有する二置換カルボジイミド化合物である。特
定例には、ジメチル−カルボジイミド、ジエチルカルボ
ジイミド、ジプロピルカルボジイミド、ジブチルカルボ
ジイミド、ジヘキシルカルボジイミド、ジシクロヘキシ
ルカルボジイミド、ジベンジルカルボジイミド、ジフェ
ニルカルボジイミド、メチルプロピルカルボジイミド、
ブチルシクロヘキシルカルボジイミド、エチルベンジル
カルボジイミド、プロピルフェニルカルボジイミド、フ
ェニルベンジルカルボジイミド、ジメチルシアナミド、
ジエチルシアナミド、ジプロピルシアナミド、ジブチル
シアナミド、ジヘキシルシアナミド、ジシクロヘキシル
シアナミド、ジベンジルシアナミド、ジフェニルシアナ
ミド、メチルプロピルシアナミド、ブチルシクロヘキシ
ルシアナミド、エチルベンジルシアナミド、プロピルフ
ェニルシアナミド、フェニルベンジルシアナミドなどが
含まれる。
【0038】アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属末
端のジエンおよびジエン/ビニル置換芳香族ポリマー類
およびコポリマー類と反応して酸化カーボンブラックと
相互作用し得る末端官能化ポリマー類を生じることで減
少したヒステリシスを示すエラストマーポリマー組成物
を生じ得る他の窒素含有化合物には、モノ−、ジ−およ
びポリイソシアネート類および相当するイソチオシアネ
ート類が含まれる。これらのイソシアネート類は、好適
には、式R(N=C=X)n[式中、Rは、2から約20
個の炭素原子を有する脂肪族、4から約20個の炭素原
子を有する環状脂肪族、または6から約20個の炭素原
子を有する芳香族であってもよく、nは、1から3の範
囲の整数であり、そしてxは、酸素または硫黄原子であ
る]で表される化合物である。適切なモノイソシアネー
ト類の例には、エチルイソシアネート、プロピルイソシ
アネート、エチルチオカルブイミド、シクロヘキシルイ
ソシアネートなどが含まれる。適切なジイソシアネート
およびポリイソシアネート類の例には、ジフェニルジイ
ソシアネート類、ジクロロ−アリーレンジイソシアネー
ト類、2,2,4′−トリイソシアネートジフェニルエ
ーテル、トリフェニルメタントリイソシアネート、ベン
ゼン−1,2,4−トリイソシアネート、ナフタレン−
1,3,7−トリイソシアネートなどが含まれる。
【0039】該アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属
末端のジエンおよびジエン/ビニル置換芳香族ポリマー
類およびコポリマー類と反応して本発明に従う末端官能
化ポリマーを生じ得る更に別の種類の窒素含有化合物
は、式
【0040】
【化3】
【0041】[式中、Yは、酸素原子または硫黄原子を
表し、R1およびR2は、1から4個の炭素原子を有する
アルキルもしくはアルコキシ基であり、そして(a)は
2、3または4である]を有する尿素誘導体である。尿
素誘導体の特定例には、1,3−ジエチル−2−イミダ
ゾリジノン、1,3−ジプロピル−2−イミダゾリジノ
ン、1−メチル−3−エチル−2−イミダゾリジノン、
1−メチル−3−プロピル−2−イミダゾリジノン、1
−メチル−3−ブチル−2−イミダゾリジノン、1−メ
チル−3−(2−メトキシエチル)−2−イミダゾリジ
ノン、1−メチル−3−(2−エトキシエチル)−2−
イミダゾリジノン、1,3−ジ−(2−エトキシエチ
ル)−2−イミダゾリジノン、1,3−ジメチルエチレ
ンチオ尿素、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テト
ラヒドロ−2−(1N)−ピリミジノンなどが含まれ
る。特に好適なものは1,3−ジメチル−2−イミダゾ
リジノンである。
【0042】本発明に従う酸化カーボンブラックと一緒
に用いるに適切なアミノ末端ポリマー類は、p−リチオ
−N,N−ビス(トリアルキルシリル)置換N−アミノ
−アリール化合物と、4から8個の炭素原子を有する共
役ジエンまたは上記共役ジエンとビニル置換芳香族モノ
マーとの混合物とを反応させて、直接的酸加水分解で容
易に第一級アリール−アミン末端ポリマーに変換され得
るN,N−ビス−(トリアルキルシリル)置換アミノ−
アリール−モノ末端ホモポリマーもしくはコポリマーを
生じさせることによって得ることが可能である。二者択
一的に、該p−リチオ−N,N−ビス(トリアルキルシ
リル)置換−N−アミノ−アリール成分とモノマー類お
よび式Cl2SiR1 2[式中、R1は、典型的には1から
8個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニルの如
きアリール基である]で表されるケイ素化合物とを反応
させることによって、ジ−N,N−ビス(トリアルキル
シリル)置換アミノ−アリール末端ポリマーを製造する
ことができる。直接的酸加水分解で、このジ−N,N−
ビス(トリアルキルシリル)置換アミノ−アリール末端
ポリマーをジ−第一級アリールアミン末端ポリマーに変
換することができる。本発明で用いるに適したモノ−も
しくはジ−第一級アリール−アミン末端ポリマー類の製
造に関する詳細は、米国特許番号4,015,061(こ
れはここでは充分に参照にいれられる)に開示されてい
る。
【0043】モノアミノ末端のジエンもしくはジエンビ
ニル置換芳香族ポリマー類またはコポリマー類を製造す
るに適した他の開始剤は、有機アルカリ第三級アミン
類、例えば3−ジメチルアミノプロピルリチウムであ
る。カップリング剤、例えばジメチルジクロロケイ素を
用いて上記モノ末端ポリマー類をカップリングさせるこ
とも可能である。これらのモノ−もしくはジ−アミノ末
端ポリマー類は、本発明に従う酸化カーボンブラックと
相互作用してヒステリシス特性を改良し得る。
【0044】リチウムジエチルアミドの如きアルカリ金
属ジアルキルアミド類が、ジエンおよびジエン/ビニル
置換芳香族ポリマー類およびコポリマー類のアニオン重
合に適切な開始剤である。これらの得られるモノアミド
末端ポリマー類は、酸化カーボンブラックとの組み合わ
せで用いられ得るか、或は更にジメチルジクロロケイ素
の如きカップリング剤と反応させて、酸化カーボンブラ
ックとの組み合わせで用いられ得るジ−アミド末端ポリ
マーを生じさせることで、本発明に従う組成物を作り出
すことができる。リチウムジエチルアミド開始剤の使用
に関する更に一層の詳細は、A.C.Angood、
S.A.HurleyおよびP.J.T.Tait著
「有機溶媒中のジエチルアミドで開始させるアニオン重
合」、Journal of Polymer Sci
ence、Polymer Chemistry Ed
ition、11巻、2277−2791(1973)
の中で見付け出すことができる。
【0045】末端の窒素含有有機基が酸化カーボンブラ
ックと相互作用してヒステリシスを改良すると共に湿潤
牽引に悪影響を与えることなく転がり抵抗を低下させ
る、ジエン重合およびジエン/ビニル置換芳香族共重合
に適した他の窒素含有有機アルカリ開始剤には、アルカ
リ金属ジアルキルアミン類、例えばリチウムジメチルア
ミン、リチウムジエチルアミン、リチウムジn−ブチル
アミンおよびリチウムジ−i−プロピルアミンが含まれ
る。更に、アルカリ金属原子が窒素原子に結合している
種々の窒素含有複素環式有機アルカリ開始剤、例えばリ
チウムモルホリン、リチウムピペリジンおよびリチウム
ピペラジンなども、本発明の末端官能化ポリマー類を製
造する目的で用いられ得る。種々の窒素含有有機アルカ
リ金属開始剤の使用が、T.C.Cheng著「リチウ
ム−窒素結合開始剤を用いた重合および共重合」、J.
E.McGrath編集「アニオン重合」、Ameri
can Chemical Society Symp
osium Series166(1981)の中で考
察されている。通常通り、このモノ−窒素含有基末端ポ
リマーを直接本発明の酸化カーボンブラックと一緒に用
いるか、或は他のモノ−窒素含有基末端ポリマーにカッ
プリングさせた後、本発明の酸化カーボンブラックと組
み合わせることが可能である。
【0046】本発明の末端官能化ジエンポリマーおよび
コポリマー類はまた、錫原子を含んでいる末端もしくは
末端基を有していてもよい。この錫含有末端基は、この
ポリマーに、酸化カーボンブラックと強力に相互作用し
てヒステリシス特性を改良すると共に湿潤牽引特性に悪
影響を与えることなく転がり抵抗を低下させ得る官能基
を与える。
【0047】このような錫化合物末端ポリマー類を製造
するための1つのよく知られた方法は、リチウムがエン
ドキャップされている(endcapped)ポリマー
と塩化錫化合物とを反応させる方法である。もう1つの
方法は、重合開始剤として錫含有有機金属化合物を用い
る方法である。適切な錫含有有機金属化合物の例が、米
国特許出願番号636,961(ここでは参照にいれら
れる)の中に開示されている。
【0048】本質的に全てのポリマー鎖の上に錫含有末
端基を有するジエンポリマーもしくはジエン/ビニル置
換芳香族コポリマーを製造するための好適な方法は、適
切な溶媒存在下の三有機置換錫ハロゲン化物もしくは六
有機置換二錫化合物とリチウム金属との反応生成物であ
る錫含有開始剤を用いることである。好適なものは、一
般式R3SnXを有する三有機置換錫ハロゲン化物であ
る。この有機部分Rは、約1から約20個の炭素原子を
有するアルキル類、約3から約20個の炭素原子を有す
るシクロアルキル類、約6から約20個の炭素原子を有
するアリール類、および約7から約20個の炭素原子を
有するアラルキル類から成る群から選択される。典型的
なアルキル類には、n−ブチル、s−ブチル、メチル、
エチル、イソプロピルなどが含まれる。該シクロアルキ
ル類には、シクロヘキシル、メンチルなどが含まれる。
該アリールおよびアラルキル基にはフェニル、ベンジル
などが含まれる。
【0049】これらの錫含有開始剤はまた他の手段でも
製造され得る。例えば、錫−錫結合を含んでいる六有機
置換二錫化合物R3SnSnR3(ここで、Rは上述した
のと同じである)とリチウム金属との反応生成物として
この開始剤を生じさせてもよい。好適な二錫化合物は6
から120個の炭素原子を有しており、例えばヘキサブ
チル二錫である。
【0050】本発明に従う開始剤は、約93から約99
重量%の有機錫化合物と約1から約7重量%のリチウムと
の反応生成物であるのが好適である。
【0051】該三有機置換錫ハロゲン化物が有するハロ
ゲン化物成分Xには、塩化物および臭化物が含まれる。
リチウムは、好適には、リチウム金属の形態で反応体と
して存在しているが、これはまた、ミネラルオイル中の
分散液として存在していてもよい。好適には、この用い
る溶媒は、テトラヒドロフラン、テトラメチルエチレン
ジアミンまたはジエチレンメチルエーテル(ジグライ
ム)である。
【0052】該三有機置換錫ハロゲン化物とリチウムと
の所望反応生成物は、三有機置換錫リチウム化合物であ
る。この好適な開始剤は、一般式R3SnLi(式中、
Rは上で定義したのと同じである)を有している。1つ
の好適な触媒は、テトラヒドロフラン中でトリブチル錫
クロライドとリチウム金属とを反応させることで生じる
生成物トリブチル錫リチウムである。
【0053】重合は通常、アニオン重合に適した通常の
溶媒、例えばヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼンなど
の中で行われる。重合に適した他の技術、例えば半バッ
チ式および連続式重合も用いられ得る。共重合における
ランダム化を促進し、そしてビニル含有量を調節する目
的で、これらの重合材料に極性調整物を添加してもよ
い。この量は、リチウム1当量当たり0から90もしく
はそれ以上の当量の範囲である。この量は、所望のビニ
ル量、用いるスチレンレベルおよび重合温度、並びに用
いる特定の極性調整物(改質剤)の性質に依存してい
る。
【0054】モノマー(類)と溶媒のブレンド物を適切
な反応容器に仕込んだ後、該極性調整物(用いる場合)
および上述した開始化合物を仕込むことで、バッチ重合
を開始させる。これらの反応体を約20から約200℃
の温度に加熱し、そしてこの重合を約0.1から約24
時間進行させる。この開始化合物から錫原子が誘導され
て、その開始部位に付着する。従って、本質的に全ての
得られるポリマー鎖が、以下の一般式
【0055】
【化4】R3SnYLi [式中、Rは上述したのと同じであり、この錫原子は、
該重合開始剤から誘導され、そしてYは、上述したジエ
ンホモポリマー類、モノビニル芳香族ポリマー類、ジエ
ン/モノビニル芳香族ランダムコポリマー類およびブロ
ックコポリマー類のいずれかから誘導される二価のポリ
マー基である]を有している。この重合を継続すると、
このリチウム末端にモノマーが付加することでこのポリ
マーの分子量が上昇する。
【0056】この重合を停止する目的で、従ってポリマ
ーの分子量を調整する目的で、停止剤を用いることがで
きる。活性水素化合物、例えば水またはアルコールが用
いられ得るか、或は末端官能を与える化合物(即ち「エ
ンドキャッピング」)、例えば四塩化錫、R3SnC
l、R2SnCl2、RSnCl3、カルボジイミド類、
N−メチルピロリジノン、環状アミド類、環状尿素類、
イソシアネート類、シッフ塩基、4,4′−ビス(ジエ
チルアミノ)ベンゾフェノンなど[ここで、Rは上述し
たのと同じである]が用いられ得る。該停止剤を該反応
槽に加えた後、この槽を約1から約1000分間撹拌す
る。好適には、この停止剤は、停止剤として用いるに適
した錫含有化合物、例えば四塩化錫またはトリブチル錫
クロライドである。この錫上の塩素が、その得られるポ
リマー鎖のリチウム末端基と反応して、下記の一般式
【0057】
【化5】[R3SnY]aSnR4-a [式中、RおよびYは前に記述したのと同じであり、そ
してaは1から3の整数である]を有するポリマーが生
じる。
【0058】この得られる末端官能化ポリマーをそのポ
リマー溶液から回収して、通常操作で乾燥することがで
きる。従って、例えば、このポリマーのための非溶媒液
(例えばアルコール)の充分量をこの溶液に加えるか、
或は二者択一的に、充分な体積の非溶媒にこのポリマー
溶液を添加することによる凝固で、このポリマーを溶液
から回収することができる。この凝固操作を実施する場
合、通常、この非溶媒の中に該ポリマー用の適当な抗酸
化剤を含有させるのが望ましい。次に、この回収したポ
リマーを、通常のポリマー乾燥操作、例えばドラム乾
燥、押出し乾燥、真空乾燥、トンネル乾燥、オーブン乾
燥などで乾燥することができる。
【0059】これらの末端官能化ポリマー類は、一般に
約50,000から500,000、望ましくは約10
0,000から約200,000の範囲の数平均分子量を
有しており、そしてこれらの末端の少なくとも10%、
望ましくは少なくとも25または50%、好適には少な
くとも約60%が官能末端基を有するように、本質的に
官能化されている。
【0060】本発明の好適なカーボンブラックには、一
般に、天然ガスまたは石油の不完全燃焼もしくは熱分解
で生じる如何なる種類のカーボンブラックも含まれる。
上記カーボンブラックには、チャネルブラック、ファー
ネスブラックおよびサーマルブラックが含まれる。これ
らのカーボンブラックを、何らかの適切な通常技術、例
えばオゾン、重クロム酸塩または酸化性酸類を用いた酸
化で酸化し、ここで、窒素系酸化性酸を用いた酸化また
はオゾンが好適である。酸化カーボンブラックを製造す
るに適切な方法の例が、米国特許番号3,914,14
8、4,075,140および4,075,157(これら
はここでは参照にいれられる)の中に記述されている。
【0061】本発明に従って用いる酸化カーボンブラッ
ク類は、比較的高い酸および/またはキノン含有量を有
することによって特徴づけられ、これらのカーボンブラ
ックは、一般に、酸化カーボンブラック1グラム当たり
全体で少なくとも約0.1ミリ当量、好適には酸化カー
ボン1グラム当たり少なくとも0.5ミリ当量の酸含有
量を有しており、そして/または1グラム当たり少なく
とも0.2ミリ当量、好適には1グラム当たり少なくと
も0.5ミリ当量のキノン含有量を有している。これら
の酸化カーボンブラックを本発明の末端官能化ポリマー
類と組み合わせた時、これらのカーボンブラックに関す
るより高い酸濃度によって、一般に、より低いtan‐
ε値が生じる結果として、この開示した組成物がタイヤ
の踏み面部分で用いられているタイヤがより低い転がり
抵抗を示すことを見い出した。
【0062】本発明で用いる酸化カーボンブラックは、
更に、それらが有する比較的高い揮発性含有物によって
特徴づけられ、適切な酸化カーボンブラックは、一般
に、少なくとも約2重量%、好適には少なくとも約3.
5重量%の揮発性含有物を有している。本発明に関連し
て用いるカーボンブラックが有する平均粒子サイズは、
一般に約100から600オングストロームの範囲、好
適には約200から約400オングストロームの範囲で
ある。
【0063】錫含有末端基を有する末端官能化ポリマー
類はオゾン酸化カーボンブラックとより強力に相互作用
し、そして窒素含有末端基を有する末端官能化ポリマー
類は酸酸化カーボンブラックとより強力に相互作用す
る、ことを見い出した。従って、窒素含有末端基を有す
るポリマー類との組み合わせでは酸酸化カーボンブラッ
クが好適に用いられ、そして錫含有末端基を有するポリ
マー類との組み合わせではオゾン酸化カーボンブラック
が好適に用いらる。
【0064】この酸化カーボンブラックと通常の非酸化
カーボンブラックを混合しそして/または酸化の度合を
変化させることによって、本発明に従う踏み面組成物が
示すヒステリシス特性を要求に適合させることができ
る。このタイヤ踏み面組成物中の全カーボンブラックの
量は、ポリマー100重量部当たり約30から約80重
量部、好適にはポリマー100重量部当たり約40から
約60重量部の範囲にあるべきであり、このカーボンブ
ラックの少なくとも10重量%、より望ましくは約30
から約80重量%、好適には約50から約80重量%が
酸化カーボンブラックである。
【0065】標準的なゴム混合装置および操作を用い
て、本発明の末端官能化ポリマー類をカーボンブラック
および他の通常のゴム添加剤、例えば充填材、可塑剤、
抗酸化剤、硬化剤などと一緒にコンパンド化するか或は
これらを混合することにより、本発明のエラストマー組
成物を製造することができる。例えば、バンバリーミキ
サーの如きミキサーを用いて、本発明の末端官能化ポリ
マー類および酸化カーボンブラックを、ゴム産業で通常
に用いられている種々のコンパンド化用化学品、例えば
硫黄、ステアリン酸、酸化亜鉛、種々の加硫促進剤、例
えばチアゾール類、チウラム類および硫黄アミド類、非
酸化カーボンブラック、補強材、例えばシリカおよび炭
酸カルシウム、並びに加工油などと一緒に混合した後、
このゴムコンパンドを成形し、そしてこれを加硫化する
ことにより、タイヤ踏み面を製造することができる。上
記エラストマー組成物は、通常のゴム加硫条件で加硫し
た時、減少したヒステリシス特性を示すと共に、減少し
た転がり抵抗を示すタイヤのための踏み面用ゴムとして
用いるに特によく適合しているが、これらはまた、低ヒ
ステリシスが要求されている他のゴム製品、例えばタイ
ヤの側壁、ベルトおよびショックアブソーバーなどの加
工で用いるにも適切である。
【0066】以下に示す実施例は、本発明の性質を更に
説明する目的で与えるものであり、本発明の範囲を限定
するものと見なすべきではない。
【0067】
【実施例】実施例および試験結果 開始温度である175度Fに予め加熱したミキサージャ
ケットが備わっているブラベンダーミキサーを用いて全
ての実施例を調製した。これらの実施例で用いる種々の
ポリマーの特性を表Iに要約する。以下に示す組成に従
って実施例の各々を調製したが、これらの数値は重量部
を表している。
【0068】 エラストマー成分 100 カーボンブラックN343 54 オイル 27.6 酸化亜鉛 3.0 ステアリン酸 2.0 ワックス 0.75 粘着付与剤 3.5 抗酸化剤 0.95 硫黄 2.25 促進剤 1.2 これらの実施例で用いる組成各々のためのエラストマー
成分は、スチレン−ブタジエンゴムであった。このゴム
のスチレン含有量を、このエラストマー成分の重量%と
して表Iに示し、このエラストマー成分の残りはブタジ
エンである。ペンダント型ビニル基を有する、ゴムポリ
マーの中に組み込まれているブタジエンモノマー類のパ
ーセント、即ち1,2−ミクロ構造含有量もまた、「ビ
ニル%」の見出しの下で表Iに示す。
【0069】実施例1−12 表IIの実施例1−12は、二錫末端、二シッフ塩基末
端、単錫末端と単シッフ塩基末端組み合わせ、および未
修飾スチレン−ブタジエンゴム組成物のためのオゾン酸
化カーボンブラックの酸化レベルを変化させることに関
する効果を説明するものである。
【0070】表IIの実施例各々で、未酸化、中間的オ
ゾン酸化、または強力にオゾン酸化したカーボンブラッ
クを用いた。
【0071】実施例1−3は、各々の末端を錫含有化合
物で停止させた線状ポリマー分子を有するエラストマー
に関するものである。実施例1におけるカーボンブラッ
クは未酸化カーボンブラックであり、一方実施例2およ
び3中のカーボンブラックは、それぞれ中間的に酸化し
たカーボンブラックと強力に酸化したカーボンブラック
であった。これらの結果は、予想外に、50℃における
tan‐δの減少を示しており、これは、このカーボン
ブラックの酸化レベルが上昇するにつれて転がり抵抗が
減少することに相当している。実施例1−3に関する相
当する0℃のtan‐δは、このカーボンブラックの酸
化レベルを上昇させても本質的に変化を示さず、このこ
とは、錫末端ポリマーを酸化カーボンブラックと組み合
わせると、酸化レベルを上昇させるにつれて転がり抵抗
が改良される一方、湿潤牽引特性に関しては相当する減
少が生じていない、ことを示している。表Iもまた、加
工性、弾性回復、耐久性、耐摩耗および耐引裂き性に関
連した他の特性を示している。
【0072】実施例4−6は、一方の末端を錫含有化合
物で停止させそしてもう一方をシッフ塩基化合物で停止
させた線状ポリマー分子を有するエラストマーに関する
ものである。実施例4では未酸化カーボンブラックを用
い、そして実施例5および6では、それぞれ中間的に酸
化したカーボンブラックと強力に酸化したカーボンブラ
ックを用いた。これらの結果は、実質的なおよび予想外
の転がり抵抗の改良を示している、即ちこのカーボンブ
ラックの酸化レベルを上昇させるにつれて、湿潤牽引の
低下は若干のみであるが50℃のtan‐δが減少する
ことを示している。
【0073】実施例7−9は、各々の末端をシッフ塩基
化合物で停止させた線状ポリマー分子を有するエラスト
マーに関するものである。実施例7、8および9でそれ
ぞれ、未酸化カーボンブラック、中間的に酸化したカー
ボンブラックおよび強力に酸化したカーボンブラックを
用いた。これらの結果は、このカーボンブラックの酸化
レベルを上昇させるにつれて、シッフ塩基化合物で各々
の末端を停止させたスチレン−ブタジエンポリマー類が
示す50℃のtan‐δは有意に減少している一方、0
℃におけるtan‐δの減少は若干のみであることを示
している。これらの結果は、シッフ塩基で改質したスチ
レン−ブタジエンゴムは、本発明に従う酸化カーボンブ
ラックと組み合わせた時、このカーボンブラックの酸化
レベルを上昇させるにつれて、予想外に、湿潤牽引特性
に有意な悪影響を与えることなく転がり抵抗の減少を示
す、ことを示している。
【0074】比較として、実施例10、11および12
ではそれぞれ、未酸化カーボンブラック、中間的に酸化
したカーボンブラックおよび強力に酸化したカーボンブ
ラックと一緒にコンパンド化した未改質スチレン−ブタ
ジエンゴムを用いた。これらの結果は、これらの未改質
ポリマー類が示す転がり抵抗および湿潤牽引は該カーボ
ンブラックの酸化レベルによって改良されないことを示
している。
【0075】表IIの結果は、一般に、本発明に従って
末端官能化したスチレン−ブタジエンポリマー類を、オ
ゾン酸化したカーボンブラックと組み合わせた時、0℃
におけるtan‐δは本質的に如何なる減少も示さない
が50℃におけるtan‐δは実質的および予想外な減
少を示すことを明らかに示していると共に、このカーボ
ンブラックの酸化レベルを上昇させるにつれて50℃の
tan‐δに対する効果が更に顕著になることを示して
いる。他方、未改質スチレン−ブタジエンポリマー類
は、酸化カーボンブラックと組み合わせても、50℃の
tan-δに関しては如何なる本質的な変化も示さない。こ
れらの結果は、本発明に従って末端官能化したジエンポ
リマー類と一緒にコンパンド化した酸化カーボンブラッ
クの新規な組み合わせを用いると、湿潤牽引に有意な悪
影響を与えることなく転がり抵抗の本質的な減少を達成
することが可能である、ことを示している。
【0076】
【表1】
【0077】
【表2】
【0078】
【表3】
【0079】実施例13−18 表IIIの実施例13−18は、各々の末端をシッフ塩
基化合物で末端官能化したスチレン−ブタジエンポリマ
ーと一緒にコンパンド化する酸酸化カーボンブラックの
酸化レベルを変化させることに関する効果を示すもので
ある。それ以外は実施例1−12のそれと本質的に同じ
様式で、実施例13−18を製造した。実施例13−1
8で用いる酸酸化カーボンブラックは、下記の特性を有
していた。
【0080】
【表4】 カーボンブラック キノン含有量 酸含有量 (ミリ当量/g) (ミリ当量/g) 中程度に酸化した 0.43 0.42 中間的に酸化した 0.60 0.68 強力に酸化した 0.61 0.95 実施例13−16は、それぞれ未酸化、中程度に酸化し
た、中間的に酸化した、および強力に酸化したカーボン
ブラックと一緒にコンパンド化したシッフ塩基改質スチ
レン−ブタジエンポリマーに関するものである。
【0081】これらの結果は、このシッフ塩基末端Bポ
リマーに関する50℃のtan‐δは、このカーボンブ
ラックの酸化レベルを上昇させるにつれて一定して減少
するが、0℃のtan‐δは有意には変化しない、こと
を示している。このことは、これらのシッフ塩基末端ポ
リマー組成物のためのカーボンブラックの酸化レベルを
上昇させるにつれて、湿潤牽引特性に悪影響を与えるこ
となく転がり抵抗が減少する、ことを示している。表I
IIに示すように、酸含有量が上昇するにつれて改良さ
れた転がり抵抗が達成される。
【0082】比較としての実施例17および18は、そ
れぞれ未酸化カーボンブラックおよび強力に酸酸化した
カーボンブラックと組み合わせた未改質スチレン−ブタ
ジエンポリマーに関するものである。これらの結果は、
その強力に酸化したカーボンブラックを未酸化カーボン
ブラックの代わりに用いた時の未改質ポリマーが示す5
0℃におけるtan‐δの減少は若干のみであることを
示している。
【0083】表IIIの結果は、一般に、酸酸化したカ
ーボンブラックをシッフ塩基末端ポリマー類と一緒にコ
ンパンド化すると50℃のtan‐δが本質的に減少す
る一方、未改質ポリマー類は50℃におけるtan‐δ
の減少を全く示さない、ことを示している。これらの結
果は、本発明の末端官能化ポリマー類と一緒に酸酸化カ
ーボンブラックをコンパンド化すると、予想外な転がり
抵抗減少が達成され得る、ことを示唆している。
【0084】実施例13−16の組成物を試験し、摩耗
性に関して互いを比較した。Government U
niform Tire Quality Gradi
ngProcedureの改良版に従って、摩耗性試験
を行った。これらのタイヤを1050ポンドの荷重下2
6psigの圧力で膨張させそして種々のスピードで試験ト
ラックの上を6,400マイル運転した。この摩耗結果
を実施例13のそれと比較した等級として表し、下記の
通りである。
【0085】 これらの結果は、予想外に、酸化カーボンブラックが組
み込まれている組成物は、より低いヒステリシスを示す
ことに加えて、一般に、未酸化カーボンブラックが組み
込まれている組成物と同等かそれ以上の摩耗性を示すこ
とを示している。
【0086】
【表5】
【0087】実施例19−21 表IVの実施例19−21は、一般に、カーボンブラッ
クの全含有量を一定に保ちながら、酸化カーボンブラッ
クの量を変化させることに関する効果を説明するもので
ある。実施例19は、2つの調合物のブレンド物であ
り、その第一調合物は、官能化してないポリマーD10
0重量部当たり54重量部の未酸化カーボンブラックを
含んでおり、そして第二調合物は、シッフ塩基で二官能
化したポリマーC100重量部当たり54重量部の未酸
化カーボンブラックを含んでおり、ここで、実施例19
のブレンド物は3重量部の第一調合物と1重量部の第二
調合物から成っている。実施例20は、2つの調合物の
ブレンド物であり、その第一調合物は、官能化してない
ポリマーD100重量部当たり54重量部の酸化カーボ
ンブラックを含んでおり、そして第二調合物は、シッフ
塩基で二官能化したポリマーC100重量部当たり54
重量部の未酸化カーボンブラックを含んでおり、ここ
で、実施例20のブレンド物は3重量部の第一調合物と
1重量部の第二調合物から成っている。実施例21もま
た、2つの調合物のブレンド物であり、その第一調合物
は、官能化してないポリマーD100重量部当たり54
重量部の酸化カーボンブラックを含んでおり、そして第
二調合物は、シッフ塩基で二官能化したポリマーC10
0重量部当たり54重量部の酸化カーボンブラックを含
んでおり、ここで、実施例21のブレンド物は3重量部
の第一調合物と1重量部の第二調合物から成っている。
【0088】これらの結果は、一般に、酸化カーボンブ
ラックと未酸化カーボンブラックとのブレンド物は本質
的に転がり抵抗を減少させ、そしてこの効果は、酸化カ
ーボンブラックのみが用いられているコンパンドに比べ
て若干のみ劣っている、ことを示している。
【0089】
【表6】
【0090】実施例22および23 表Vの実施例22および23は、1,3−ジメチル−2
−イミダゾリジノン(DMI)改質スチレン−ブタジエ
ンポリマーと一緒に強力に酸酸化したカーボンブラック
を用いた時の効果を示している。実施例22では、この
DMI−末端ポリマーを未酸化カーボンブラックと一緒
にコンパンド化し、そして実施例23では、強力に酸酸
化したカーボンブラックと一緒にコンパンド化した。そ
れ以外は、これらの組成物は前の実施例のそれと同じで
ある。
【0091】これらの結果は、この酸化したカーボンブ
ラックを用いると、50℃におけるtan‐δの有意な
そして予想外な減少が達成されることを示している。5
0℃におけるこのようなtan-δの減少は、0℃における
tan‐δの変化が小さいことで示されるように湿潤牽
引に対して実質的な悪影響を与えることなく、有意に転
がり抵抗が減少することを示唆している。
【0092】結 論 これらの結果は、ここに開示する本発明に従って末端官
能化したジエンポリマー類およびジエン−ビニル置換芳
香族コポリマー類と一緒にコンパンド化した酸化カーボ
ンブラックの新規な組み合わせによって、エラストマー
踏み面組成物が示す転がり抵抗の予想外な減少が達成さ
れ得る、ことを示している。
【0093】
【表7】
【0094】特許法規に従って最良様式および好適な具
体例を示してきたが、本発明の範囲はそれに限定される
ものではなく、添付請求の範囲によって限定されるもの
である。
【0095】本発明の特徴および態様は以下のとうりで
ある。
【0096】1.末端基で官能的に改質したエラストマ
ーポリマーと、そこに分散している、少なくとも10重
量%が酸化カーボンブラックであるカーボンブラック粒
子を含んでいる組成物。
【0097】2.上記エラストマーポリマーを、少なく
とも1種のジエンモノマーまたは少なくとも1種のジエ
ンモノマーと少なくとも1種のビニル置換芳香族モノマ
ーから重合させる、第1項の組成物。
【0098】3.上記ポリマーがポリブタジエンまたは
ブタジエンとスチレンのコポリマーである第2項の組成
物。
【0099】4.錫基または窒素基含有化合物との反応
で上記ポリマー分子をアニオン的に開始させそして本質
的に末端官能化する、第2項の組成物。
【0100】5.三有機置換錫リチウム化合物を用いる
か、或は有機リチウム化合物と窒素含有官能化剤とを反
応させることによって生じる開始剤を用いて、該ポリマ
ー分子をアニオン的に開始させる、第4項の組成物。
【0101】6.上記末端化合物がN,N−ジアルキル
−アミノアルデヒド、N,N−ジアルキル−アミノケト
ン、N,N−ジアルキル−アミノチオアルデヒド、N,
N−ジアルキル−アミノチオケトン、N,N−ジアルキ
ル−アミド、N,N−ジアルキル−チオアミド、アルキ
ルイミン、N,N−ジアルキル−アミン置換チオベンゾ
フェノン、カルボジイミド、カルバミドもしくはN,
N,N’,N’−テトラアルキル尿素誘導体、N,N−
ジアルキル−アリールアミン、N,N−ジアルキル−脂
肪族アミン、N,N’−二置換環状尿素、N−置換環状
アミド、またはモノ−、ジもしくはポリイソシアネート
である第4項の組成物。
【0102】7.上記末端化合物が、式
【0103】
【化6】 [式中、R1およびR2は、水素、アルキル、シクロアル
キル、アリール、ジアルキルアミノアリール、アラルキ
ル、並びに非プロトン系O、NおよびS含有アルキル、
シクロアルキル、アリールおよびアラルキル基から成る
群から選択され、そしてR3は、アルキル、シクロアル
キル、アリール、ジアルキルアミノアリール、アラルキ
ル、並びに非プロトン系O、NおよびS含有アルキル、
シクロアルキル、アリールおよびアラルキル基から成る
群から選択されるが、但し、R1、R2およびR3基の少
なくとも1つはジアルキルアミノアリール基である必要
があり、そしてR1、R2およびR3基の全てがアリール
基でなくてもよく、そしてR1、R2およびR3が独立し
て1から20個の炭素原子を有することを条件とする]
を有する、第4項の組成物。
【0104】8.上記末端化合物が、ジアルキルアミノ
ベンジリデンアルキルアミン、ジアルキルアミノベンジ
リデンアニリン、ジアルキルアミノベンジリデンアルコ
キシアニリン、ジアルキルアミノベンジリデンジアルキ
ルアミノアニリン、ベンジリデンジアルキルアミノアニ
リン、アルコキシベンジリデンジアルキルアミノアニリ
ンまたはα,α−ジアルキルアルキリデンジアルキルア
ミノアニリン類である第4項の組成物。
【0105】9.上記ポリマーが有する上記末端基の少
なくとも10%を、上記錫含有もしくは上記窒素含有化
合物で官能化する、第4項の組成物。
【0106】10.上記官能化ポリマーが約100,0
00から約200,000の数平均分子量を有する第9
項の組成物。
【0107】11.上記酸化カーボンブラックが1グラ
ム当たり少なくとも0.1ミリ当量の酸含有量を有する
第4項の組成物。
【0108】12.上記酸化カーボンブラックが少なく
とも2重量%の揮発性含有物を有する第10項の組成
物。
【0109】13.上記末端化合物が4,4′−ビス
(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4−ジメチルアミ
ノベンズアルデヒド、N−メチルピロリジノン、1,3
−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ジシクロヘキシル
カルボジイミド、ジフェニルカルボジイミドまたはジフ
ェニルシアナミドである第4項の組成物。
【0110】14.上記末端化合物が、式
【0111】
【化7】RaSnX4-a [式中、aは、ゼロまたは1から3の範囲の整数であ
り、xは、塩素または臭素原子であり、そしてRは、1
から約20個の炭素原子を有するアルキル、6から約2
0個の炭素原子を有するアリールまたは約7から約20
個の炭素原子を有するアラルキルであり、そしてXはハ
ロゲン化物である]を有する置換錫ハロゲン化物であ
る、第4項記載の組成物。
【0112】15.上記官能的に改質したエラストマー
ポリマーが約100,000から約200,000の数平
均分子量を有しており、上記酸化カーボンブラックが1
グラム当たり少なくとも0.1ミリ当量の酸含有量を有
すると共に少なくとも2重量%の揮発性含有物を有する
酸酸化カーボンブラックである、第4項の組成物。 16.上記末端化合物がN,N−ジアルキル−アミノア
ルデヒド、N,N−ジアルキル−アミノケトン、N,N
−ジアルキル−アミノチオアルデヒド、N,N−ジアル
キル−アミノチオケトン、N,N−ジアルキル−アミ
ド、N,N−ジアルキル−チオアミド、アルキルイミ
ン、N,N−ジアルキル−アミン置換チオベンゾフェノ
ン、カルボジイミド、カルバミドもしくはN,N,
N′,N′−テトラアルキル尿素誘導体、N,N−ジア
ルキル−アリールアミン、N,N−ジアルキル−脂肪族
アミン、N,N−二置換環状尿素、N−置換環状アミ
ド、またはモノ−、ジもしくはポリイソシアネートであ
る第15項の組成物。
【0113】17.少なくとも1種のジエンモノマーま
たは少なくとも1種のジエンモノマーと少なくとも1種
のビニル置換芳香族モノマーから重合させそしてこれら
のポリマー分子を錫基もしくは窒素基含有化合物との反
応でアニオン的に開始させそして本質的に末端官能化し
たエラストマーポリマーと、このポリマーとブレンドし
た、少なくとも10重量%が酸化カーボンブラックであ
るカーボンブラック粒子を含んでいる組成物。
【0114】18.三有機置換錫リチウム化合物を用い
るか、或は有機リチウム化合物と窒素含有官能化剤とを
反応させることによって生じる開始剤を用いて、該ポリ
マー分子をアニオン的に開始させる、第17項の組成
物。
【0115】19.上記末端化合物がN,N−ジアルキ
ル−アミノアルデヒド、N,N−ジアルキル−アミノケ
トン、N,N−ジアルキル−アミノチオアルデヒド、
N,N−ジアルキル−アミノチオケトン、N,N−ジア
ルキル−アミド、N,N−ジアルキル−チオアミド、ア
ルキルイミン、N,N−ジアルキル−アミン置換チオベ
ンゾフェノン、カルボジイミド、カルバミドもしくは
N,N,N′,N′−テトラアルキル尿素誘導体、N,
N−ジアルキル−アリールアミン、N,N−ジアルキル
−脂肪族アミン、N,N′−二置換環状尿素、N−置換
環状アミド、またはモノ−、ジもしくはポリイソシアネ
ートである第17項の組成物。
【0116】20.上記末端化合物が、式
【0117】
【化8】 [式中、R1およびR2は、水素、アルキル、シクロアル
キル、アリール、ジアルキルアミノアリール、アラルキ
ル、並びに非プロトン系O、NおよびS含有アルキル、
シクロアルキル、アリールおよびアラルキル基から成る
群から選択され、そしてR3は、アルキル、シクロアル
キル、アリール、ジアルキルアミノアリール、アラルキ
ル、並びに非プロトン系O、NおよびS含有アルキル、
シクロアルキル、アリールおよびアラルキル基から成る
群から選択されるが、但し、R1、R2およびR3基の少
なくとも1つはジアルキルアミノアリール基である必要
があり、そしてR1、R2およびR3基の全てがアリール
基でなくてもよく、そしてR1、R2およびR3が独立し
て1から20個の炭素原子を有することを条件とする]
を有する、第17項の組成物。
【0118】21.上記末端化合物が、ジアルキルアミ
ノベンジリデンアルキルアミン、ジアルキルアミノベン
ジリデンアニリン、ジアルキルアミノベンジリデンアル
コキシアニリン、ジアルキルアミノベンジリデンジアル
キルアミノアニリン、ベンジリデンジアルキルアミノア
ニリン、アルコキシベンジリデンジアルキルアミノアニ
リンまたはα,α−ジアルキルアルキリデンジアルキル
アミノアニリン類である第17項の組成物。
【0119】22.上記末端化合物が4,4′−ビス
(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4−ジメチルアミ
ノベンズアルデヒド、N−メチルピロリジノン、1,3
−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ジシクロヘキシル
カルボジイミド、ジフェニルカルボジイミドまたはジフ
ェニルシアナミドである第17項の組成物。
【0120】23.上記末端化合物が、式
【0121】
【化9】RaSnX4-a [式中、aは、ゼロまたは1から3の範囲の整数であ
り、xは、塩素または臭素原子であり、そしてRは、1
から約20個の炭素原子を有するアルキル、6から約2
0個の炭素原子を有するアリールまたは約7から約20
個の炭素原子を有するアラルキルであり、そしてXはハ
ロゲン化物である]を有する三有機置換錫ハロゲン化物
である、第17項記載の組成物。
【0122】24.少なくとも1種のジエンモノマーま
たは少なくとも1種のジエンモノマーと少なくとも1種
のビニル置換芳香族モノマーから重合させそしてこれら
のポリマー分子を錫基もしくは窒素基含有化合物との反
応でアニオン的に開始させ、上記ポリマー分子が有する
末端の少なくとも10%を官能化した、約100,00
0から約200,000の数平均分子量を有するエラス
トマーポリマーと、上記ポリマーとブレンドしたカーボ
ンブラック粒子を含んでおり、上記カーボンブラックの
少なくとも10重量%が、1グラム当たり少なくとも
0.1ミリ当量の酸含有量を有すると共に少なくとも2
重量%の揮発性含有物を有する酸化カーボンブラックで
ある、減少した転がり抵抗を示すタイヤの踏み面および
/または側壁部分の作成で用いるに適合した組成物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・エル・ハーゲンロザー アメリカ合衆国オハイオ州44313アクロ ン・ドーチエスターロード195

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 末端基により官能的に改質したエラスト
    マーポリマーと、そこに分散している、少なくとも10
    重量%が酸化されたカーボンブラックであるカーボンブ
    ラック粒子を含んでいる組成物。
  2. 【請求項2】 少なくとも1種のジエンモノマーまたは
    少なくとも1種のジエンモノマーと少なくとも1種のビ
    ニル置換芳香族モノマーから重合させそしてこれらのポ
    リマー分子を錫基もしくは窒素基含有化合物との反応で
    アニオン的に開始させそして本質的に末端官能化したエ
    ラストマーポリマーと、このポリマーとブレンドした、
    少なくとも10重量%が酸化されたカーボンブラックで
    あるカーボンブラック粒子を含んでいる組成物。
  3. 【請求項3】 少なくとも1種のジエンモノマーか或は
    少なくとも1種のジエンモノマーと少なくとも1種のビ
    ニル置換芳香族モノマーから重合させそしてこれらのポ
    リマー分子を錫基もしくは窒素基含有化合物との反応で
    アニオン的に開始させ、上記ポリマー分子が有する末端
    の少なくとも10%を官能化した、約100,000か
    ら約200,000の数平均分子量を有するエラストマ
    ーポリマーと、上記ポリマーとブレンドしたカーボンブ
    ラック粒子を含んでおり、上記カーボンブラックの少な
    くとも10重量%が、1グラム当たり少なくとも0.1
    ミリ当量の酸含有量を有すると共に少なくとも2重量%
    の揮発性含有物を有する酸化されたカーボンブラックで
    ある、減少した転がり抵抗を示すタイヤの踏み面および
    /または側壁部分の作成で用いるに適合した組成物。
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