JP6058437B2 - ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、ゴム組成物、及び、それを用いた空気入りタイヤに関するものである。
一般にゴム組成物には、ジエン系ゴムをゴム成分とし、これに補強剤としてカーボンブラックやシリカなどの補強性フィラーが配合されている。かかるゴム組成物、特にタイヤ用ゴム組成物においては、低燃費性に寄与する発熱特性と、湿潤路面におけるグリップ性能（ウェットグリップ性能）に寄与する低温特性を、バランス良く向上することが求められる。
しかしながら、補強性フィラーの中でもシリカは、ジエン系ゴム中で分散しにくく、特に高充填量としたときに分散不良などの問題が生じやすい。そこで、ジエン系ゴムとシリカの双方に対して反応性又は相互作用を有する種々のシランカップリング剤が用いられているが、シリカの性能を十分に引き出すには至っていない。例えば、従来、ポリスルフィドシラン、メルカプトシラン、メルカプト基をカルボン酸でブロックしてなる保護化メルカプトシランなどが用いられている。これらはいずれも熱および塩基性条件下で反応するとされている。一方、モノスルフィド結合（−Ｃ−Ｓ−Ｃ−）を持つ有機シランは、熱的にも比較的安定であるため、一般にジエン系ゴムと直接反応させるのは難しい。
特許文献１〜３には、シラン化環状コアポリスルフィド化合物またはシリル化コアポリスルフィド化合物の製造方法、及びそれを用いたゴム組成物が開示されている。しかしながら、これらに開示された有機シランは、複数のポリスルフィド基を有するものであり、モノスルフィド結合を持つ有機シランを配合する点は開示されていない。
一方、特許文献４には、ゴム配合中にエーテルアルコールを放出するエーテルアルコキシ硫黄シランが開示されており、該シランは、ポリスルフィドシランカップリング剤やメルカプトシランカップリング剤を、エーテルアルコールによってエステル交換することにより製造されている。また、特許文献５には、ビニルエーテル基を有する化合物でメルカプトシランをブロックしてなるシランカップリング剤をゴム組成物に配合する点が開示されている。
本発明は、以上の点に鑑み、補強性フィラーであるシリカの分散性を向上させて、発熱特性と低温特性をバランス良く向上させることができるゴム組成物を提供することを目的とする。
本発明に係るゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部、シリカ２０〜１５０質量部、及び、下記一般式（１）及び／又は（２）で表される有機シランをシリカ質量に対して２〜２０質量％配合してなるものである。
式中、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜３のアルキル基である。Ａ１及びＡ２はそれぞれ炭素数１〜２２の飽和もしくは不飽和アルキル基、下記式（６ａ）で表されるベンズイミダゾール基、下記式（７ａ）で表されるベンゾチアゾール基、下記（８ａ）で表されるイミダゾール基又は−ＣｘＨ２ｘ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３であり、少なくとも一方は−ＣｘＨ２ｘ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３である。Ｒ１、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ炭素数１〜３のアルキル基又はアルコキシ基であり、少なくとも１つはアルコキシ基である。ｘは２〜４の整数である。−Ｓ−Ａ２はシクロヘキシル基の３位又は４位の炭素原子に結合しており、３位に結合したものと４位に結合したものの混合物であってもよい。
式中、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４及びＲ１５はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基である。
本発明に係る空気入りタイヤは、該ゴム組成物を用いてなるものである。
本発明によれば、上記特有の構造を持つ新規な有機シランをシランカップリング剤として用いることにより、低温特性を向上することができるだけでなく、高温の発熱特性も改善することができ、そのため、例えば空気入りタイヤに用いた場合に、ウェットスキッド性能と低燃費性能をバランス良く改善することができる。
以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。
本実施形態に係るゴム組成物は、ゴム成分であるジエン系ゴムに対し、補強性フィラーとしてのシリカとともに、特定の構造を持つ有機シランをシランカップリング剤として配合してなるものである。
上記ゴム成分としてのジエン系ゴムとしては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、合成イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、ブタジエン−イソプレン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム等が挙げられ、これらはいずれか１種単独で又は２種以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ＮＲ、ＢＲ及びＳＢＲからなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。また、これらのジエン系ゴムとしては、主鎖中又は末端が変性されたものであってもよく、例えば、ＮＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＳＢＲの主鎖中又は末端が、アルコキシ基、カルボニル基、水酸基、アミノ基及びエポキシ基などの少なくとも１種の官能基（シリカのシラノール基と相互作用のある官能基）で変性されていてもよい。
上記補強性フィラーとしてのシリカとしては、特に限定されないが、湿式シリカ（含水ケイ酸）が好ましい。シリカのコロイダル特性も、特に限定されないが、ＢＥＴ法による窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１５０〜２５０ｍ２／ｇであるものが好ましく用いられ、より好ましくは１８０〜２３０ｍ２／ｇである。なお、シリカのＢＥＴはＩＳＯ ５７９４に記載のＢＥＴ法に準拠し測定される。
シリカの配合量は、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して、２０〜１５０質量部であることが好ましく、より好ましくは３０〜１２０質量部、更に好ましくは４０〜１００質量部である。
本実施形態に係るゴム組成物において、フィラーとしては、上記シリカの他、カーボンブラック、酸化チタン、ケイ酸アルミニウム、クレー、又は、タルクなどの各種無機フィラーを併用してもよい。これらは２種以上組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、シリカと併用するフィラーとしてはカーボンブラックが好ましい。なお、シリカを含む無機フィラーの総配合量は、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して、２０〜１８０質量部であることが好ましく、より好ましくは３０〜１５０質量部であり、更に好ましくは５０〜１２０質量部である。他の無機フィラーを併用する場合、シリカを主成分とすること、すなわち、無機フィラーの５０質量％以上がシリカであることが好ましい。
本実施形態においてシランカップリング剤として配合される有機シランは、下記式（１）及び／又は（２）で表されるシラン化合物である。すなわち、シランカップリング剤は、式（１）で表されるシラン化合物、式（２）で表されるシラン化合物、又は式（１）で表されるシラン化合物と式（２）で表されるシラン化合物との混合物であってもよい。
これら式（１）及び（２）において、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数１〜３のアルキル基であり、好ましくは、水素原子、メチル基、又はエチル基であり、更に好ましくは水素原子又はメチル基である。一実施形態において、後述するエン−チオール反応における反応の順番を制御するという観点から、Ｘ２は水素原子であることが好ましい。
式（１）及び（２）において、Ａ１及びＡ２は、それぞれ、炭素数１〜２２の飽和もしくは不飽和アルキル基、下記式（６ａ）で表されるベンズイミダゾール基、下記式（７ａ）で表されるベンゾチアゾール基、下記（８ａ）で表されるイミダゾール基、又は、−ＣｘＨ２ｘ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３であり、Ａ１及びＡ２の少なくとも一方は、−ＣｘＨ２ｘ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３である。ここで、炭素数１〜２２の飽和又は不飽和アルキル基は、直鎖状でも分岐状でもよく、また不飽和の場合、二重結合の位置及び数は特に限定されない。飽和又は不飽和アルキル基の炭素数としては１〜１８であることが好ましく、より好ましくは３〜１０である。
式（６ａ）、（７ａ）及び（８ａ）において、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４及びＲ１５はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基である。そのため、上記式で表されるベンズイミダゾール基、ベンゾチアゾール基及びイミダゾール基は、置換基としてメチル基を有してもよく、有していなくてもよい。好ましくは、式（６ａ）において、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７及びＲ８は、全てが水素原子か、又はいずれか１つがメチル基でその他が水素原子である。式（７ａ）において、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１及びＲ１２は、全てが水素原子か、又はいずれか１つがメチル基でその他が水素原子であることが好ましい。式（８ａ）において、Ｒ１３、Ｒ１４及びＲ１５は、全てが水素原子か、又はいずれか１つがメチル基でその他が水素原子であることが好ましい。
Ａ１及びＡ２は、ともに−ＣｘＨ２ｘ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３であってもよく、また、いずれか一方が−ＣｘＨ２ｘ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３の場合、Ａ１及びＡ２のいずれでもよい。なお、後述するエン−チオール反応において、−Ｓ−Ａ２よりも−Ｓ−Ａ１の方が生成されやすいことに鑑みると、Ａ１が−ＣｘＨ２ｘ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３であることが、無機フィラーとの結合部位を、より確実に組み込むことができる上で好ましい。
上記Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ、炭素数１〜３のアルキル基又はアルコキシ基であり、少なくとも１つはアルコキシ基である。アルキル基としては、例えば、メチル基又はエチル基が好ましい。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基又はエトキシ基が好ましい。Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、好ましくは２つ以上がアルコキシ基であり、更に好ましくは３つともアルコキシ基である。すなわち、−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３で表されるアルコキシシリル基は、アルキルジアルコキシシリル基又はトリアルコキシシリル基であることが好ましく、より好ましくは、トリエトキシシリル基又はトリメトキシシリル基などのトリアルコキシシリル基である。
上記ｘは２〜４の整数である。従って、−ＣｘＨ２ｘ−は、炭素数２〜４のアルキレン基（アルカンジイル基）を示し、具体的には、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基が挙げられ、これらは直鎖状でも分岐状であってもよい。
式（１）及び（２）において、−Ｓ−Ａ２はシクロヘキシル基の３位又は４位の炭素原子に結合しており、３位に結合したものと４位に結合したものの混合物であってもよい。すなわち、実施形態に係るシラン化合物は、式（１）において、３位に結合したものであってもよく、４位に結合したものであってもよく、両者の混合物であってもよく、また、式（２）において、３位に結合したものであってもよく、４位に結合したものであってもよく、両者の混合物であってもよく、または、これらの式（１）及び式（２）の化合物の２種以上の組み合わせからなる混合物であってもよい。
該有機シランは、モノスルフィド結合（−Ｃ−Ｓ−Ｃ−）を分子内に有しており、この部分が熱により開裂してジエン系ゴムと反応するか、又は少なくともモノスルフィド結合を有することでジエン系ゴムと相互作用するものと考えられる。また、該有機シランは、アルコキシシリル基を分子内に有しており、この部分でシリカと反応することができる。そのため、ジエン系ゴムとシリカを結合（架橋）させることができるので、シランカップリング剤として用いることにより、シリカの分散性を向上させて、ゴム組成物の特性を改良することができる。また、モノスルフィド結合を持つものであるため、スコーチが生じにくく、耐スコーチ性能を向上することができる。なお、該有機シランがモノスルフィドシランでありながら、良好なカップリング効果を発揮する理由は必ずしも明らかではないが、分子内にシクロヘキサン環を含む特有の構造を持つためと考えられる。
上記有機シランは、ある実施形態において、上記式（１）及び（２）中、Ｘ１が炭素数１〜３のアルキル基である場合、−Ｓ−Ａ２がシクロヘキシル基の３位の炭素原子に結合してもよい。すなわち、この場合、有機シランは、下記式（１−１）及び／又は（２−１）で表される化合物である。
式（１−１）及び（２−１）において、Ｘ１１は炭素数１〜３のアルキル基であり、Ｘ２、Ｘ３、Ａ１及びＡ２はそれぞれ上記式（１）及び（２）中のＸ２、Ｘ３、Ａ１及びＡ２と同じである。
他の実施形態において、上記式（１）及び（２）中、Ｘ１が水素原子である場合、−Ｓ−Ａ２はシクロヘキシル基の３位又は４位の炭素原子に結合しており、３位に結合したものと４位に結合したものの混合物であってもよい。すなわち、この場合、有機シランは、下記式（１−２）、（１−３）、（２−２）及び（２−３）で表される化合物からなる群から選択される少なくとも１種であり、より詳細な実施形態として、式（１−２）の化合物と式（１−３）の化合物との混合物、又は、式（２−２）の化合物と式（２−３）の化合物との混合物である。
式（１−２）、（１−３）、（２−２）及び（２−３）において、Ｘ２、Ｘ３、Ａ１及びＡ２はそれぞれ上記式（１）及び（２）中のＸ２、Ｘ３、Ａ１及びＡ２と同じである。
該有機シランの製造方法は、特に限定されないが、例えば、下記式（３）で表される化合物と、下記式（４）〜（８）で表される化合物からなる群から選択された少なくとも１種の化合物と、を反応させることにより合成することができる。
式（３）〜（８）において、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５及びｘはそれぞれ上記式（１）及び（２）中のＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５及びｘと同じである。また、ｍは１〜２２の整数であり、ｎは３〜４５の整数である。
式（３）で表される化合物が炭素−炭素二重結合を２つ有する化合物であり、式（４）〜（８）で表される化合物がメルカプト基を有する化合物である。この反応では、式（３）の化合物の２つの炭素−炭素二重結合に対し、式（４）〜（８）の化合物のメルカプト基を、エン−チオール反応させることにより結合させる。このようにエン−チオール反応を用いることにより、簡単かつ高収率にて、実施形態の有機シランを製造することができる。なお、上記式（１）の化合物と式（２）の化合物のいずれが生成されるかについては、式（３）のＸ２及びＸ３の種類によって異なり、式（１）の化合物と式（２）の化合物のいずれか一方、又は両者の混合物が生成される。
本実施形態では、アルコキシシリル基を有する有機シランを生成するため、メルカプト基を有する化合物として、式（４）で表される化合物を単独で用いるか、又は式（４）で表される化合物とともに式（５）〜（８）で表される化合物の少なくとも１種を用いる。式（４）の化合物を単独で用いる場合、式（３）の化合物に対して式（４）の化合物を２倍のモル量で反応させれば、式（３）の２つの炭素−炭素二重結合に対してエン−チオール反応が生じ、上記Ａ１及びＡ２ともに−ＣｘＨ２ｘ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３となる。
一方、式（４）の化合物とともに式（５）〜（８）の化合物の少なくとも１種を用いた場合、上記Ａ１及びＡ２の一方が−ＣｘＨ２ｘ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３となり、他方が炭素数１〜２２の飽和もしくは不飽和アルキル基、ベンズイミダゾール基、又はベンゾチアゾール基となる。この場合、式（３）の化合物に対し、式（４）の化合物を先に反応させ、その後、得られた化合物に式（５）〜（８）の化合物を反応させてもよく、あるいはまた、式（５）〜（８）の化合物を先に反応させ、その後、得られた化合物に式（４）の化合物を反応させてもよい。一実施形態によれば、式（３）の化合物と式（４）の化合物を等モルで反応させた後、得られた化合物に式（５）〜（８）の化合物のいずれかを等モルで反応させてもよい。式（３）の化合物においては、シクロヘキセンの環状部の炭素−炭素二重結合よりも、その置換基である−ＣＸ３＝ＣＨＸ２の方がエン−チオール反応に対する反応性が高い。そのため、式（４）の化合物を先に反応させることにより、フィラーとの結合部位であるアルコキシシリル基をより確実に分子内に組み込むことができる。
式（３）の化合物の具体例としては、４−ビニル−１−シクロヘキセン、又はリモネン（即ち、１−メチル−４−（１−メチルエテニル）シクロヘキセン）などが挙げられる。ここで、該化合物としてリモネンを用いた場合、エン−チオール反応により上記式（１−１）及び／又は（２−１）で表される化合物が得られ、特には式（１−１）で表される化合物が得られる（式中、Ｘ11はメチル基、Ｘ２は水素原子、Ｘ３はメチル基）。また、４−ビニル−１−シクロヘキセンを用いた場合、上記式（１−２）、（１−３）、（２−２）又は（２−３）で表される化合物の少なくとも１種の化合物が得られ、特には式（２−２）の化合物と式（２−３）の化合物の混合物が得られる（式中、Ｘ２とＸ３はともに水素原子）。
式（４）の化合物としては、公知の種々のメルカプトシランカップリング剤を用いることができ、具体例としては、（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシラン、（３−メルカプトプロピル）メチルジメトキシシラン、（３−メルカプトプロピル）ジメチルメトキシシラン、又は、メルカプトエチルトリエトキシシランなどが挙げられる。
式（５）の化合物の具体例としては、エタンチオール、ｎ−プロパンチオール、ｉ−プロパンチオール、ｎ−ブタンチオール、ｉ−ブタンチオール、ｔ−ブタンチオール、ｎ−ペンタンチオール、ｎ−ヘキサンチオール、ｎ−ヘプタンチオール、ｎ−オクタンチオール、２−エチルヘキサンチオール、１−ドデカンチオール、１−オクタデカンチオール、１−ヘキサデカンチオール、又は１−エイコサンチオールなどのアルカンチオールが挙げられ、また、これらの分子中に二重結合を含むアルケンチオールが挙げられ、更に、末端にアリル基やビニル基を持つチオールでもよい。ｍは、より好ましくは１〜１８であり、更に好ましくは３〜１０である。ｎは、より好ましくは３〜３７であり、更に好ましくは７〜２１である。なお、式（５）中ＣｍＨｎ−に二重結合がある場合、式（５）の化合物同士でのエン−チオール反応が懸念されるが、式（５）の化合物を反応系に徐々に添加することにより、式（５）の化合物同士の反応を抑えることができる。
式（６）で表されるベンズイミダゾール化合物の具体例としては、２−メルカプトベンズイミダゾール； ２−メルカプト−５−メチルベンズイミダゾール、２−メルカプト−４−メチルベンズイミダゾールなどの２−メルカプトメチルベンズイミダゾールなどが挙げられる。
式（７）で表されるベンゾチアゾール化合物の具体例としては、２−メルカプトベンゾチアゾール； ２−メルカプト−５−メチルベンゾチアゾール、２−メルカプト−４−メチルベンゾチアゾールなどの２−メルカプトメチルベンゾチアゾールなどが挙げられる。
式（８）で表されるイミダゾール化合物の具体例としては、２−メルカプトイミダゾール、１−メチルイミダゾール−２−チオールなどが挙げられる。
上記エン−チオール反応に際しては、ラジカル発生剤を反応触媒として用いることが好ましい。但し、紫外線（ＵＶ）を照射することによるラジカル反応であってもよい。ラジカル発生剤としては、アゾ化合物、有機過酸化物などが挙げられ、熱によりラジカルが発生するものや光照射によりラジカルが発生するものが含まれる。アゾ化合物の例としては、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、１，１’−アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）（ＡＢＣＮ）などが挙げられる。有機過酸化物の例としては、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド、過酸化ベンゾイル、メチルエチルケトンペルオキシドなどが挙げられる。
上記エン−チオール反応は、より詳細には、式（３）で表される化合物と、式（４）〜（８）で表される化合物と、ラジカル発生剤を、トルエンなどの有機溶剤とともに混合し、ラジカルが発生する条件に保持することにより行うことができる。特に限定するものではないが、反応温度は５０〜１２０℃であることが好ましい。
上記式（１）及び／又は（２）で表される有機シランの配合量は、上記シリカ質量に対して２〜２０質量％であることが好ましい。すなわち、該有機シランの配合量は、シリカ１００質量部に対して２〜２０質量部である。このような配合量とすることにより、その添加効果を十分に発揮することができるとともに、耐スコーチ性能の悪化を抑えることができる。有機シランの配合量は、より好ましくは、シリカ質量の５〜１５質量％である。
本実施形態に係るゴム組成物において、シランカップリング剤としては、上記式（１）及び／又は（２）で表される有機シランのみでもよいが、これとともに他のシランカップリング剤を併用してもよい。他のシランカップリング剤としては、特に限定されず、例えば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリエキトシシリルブチル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）ジスルフィドなどのスルフィドシランカップリング剤； （３−メルカプトプロピル）トリメトキシシラン、（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン、（３−メルカプトプロピル）メチルジメトキシシラン、（３−メルカプトプロピル）ジメチルメトキシシラン、メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプトシランカップリング剤； ３−オクタノイルチオ−１−プロピルトリエトキシシラン、３−プロピオニルチオプロピルトリメトキシシランなどの保護化メルカプトシランカップリング剤などが挙げられ、これらは２種以上を組合せて用いてもよい。このように他のシランカップリング剤を併用する場合、シランカップリング剤の総配合量は、シリカ質量の３〜２０質量％であることが好ましく、より好ましくは５〜１５質量％である。なお、他のシランカップリング剤を併用する場合、上記式（１）及び／又は（２）の有機シランを主成分とすること、すなわち、シランカップリング剤の５０質量％以上が該有機シランであることが好ましい。
本実施形態に係るゴム組成物には、上記の各成分の他に、オイル、亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤、ワックス、加硫剤、加硫促進剤など、ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。
上記加硫剤としては、硫黄、又は、硫黄含有化合物（例えば、塩化硫黄、二塩化硫黄、高分子多硫化物、モルホリンジスルフィド、及びアルキルフェノールジスルフィド等）が挙げられ、これらはいずれか１種単独で又は２種以上組み合わせて用いることができる。加硫剤の配合量は、特に限定するものではないが、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜１０質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部である。
上記加硫促進剤としては、例えば、スルフェンアミド系、チウラム系、チアゾール系、又は、グアニジン系などの各種加硫促進剤を用いることができ、いずれか１種単独で又は２種以上組み合わせて用いることができる。加硫促進剤の配合量は、特に限定するものではないが、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜７質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部である。
本実施形態に係るゴム組成物は、通常に用いられるバンバリーミキサーやニーダー、ロール等の混合機を用いて、常法に従い混練し作製することができる。すなわち、第一混合段階で、ゴム成分に対し、シリカ及びシランカップリング剤とともに、加硫剤及び加硫促進剤を除く他の添加剤を添加混合し、次いで、得られた混合物に、最終混合段階で加硫剤及び加硫促進剤を添加混合してゴム組成物を調製することができる。
このようにして得られたゴム組成物は、タイヤ用、防振ゴム用、コンベアベルト用などの各種ゴム部材に用いることができる。好ましくは、タイヤ用として用いることであり、乗用車用、トラックやバスの大型タイヤなど各種用途、サイズの空気入りタイヤのトレッド部、サイドウォール部、ビード部、タイヤコード被覆用ゴムなどタイヤの各部位に適用することができる。すなわち、該ゴム組成物は、常法に従い、例えば、押出加工によって所定の形状に成形され、他の部品と組み合わせた後、例えば１４０〜１８０℃で加硫成形することにより、空気入りタイヤを製造することができる。これらの中でも、タイヤのトレッド用配合として用いることが特に好ましい。
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜有機シランの合成＞
［合成例１］
（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン（東京化成工業（株）製）１５０ｇ、リモネン（東京化成工業（株）製）４２．９ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）４．４９ｇおよびトルエン３００ｍｌを、ナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、１８７ｇの無色の液体を得た（収率：９７％）。反応式は、以下の通りであり、下記化学式で表される(3-((2-(4-メチル-3-((3-(トリエトキシシリル)プロピル)チオ)シクロヘキシル)プロパン-2-イル)チオ)プロピル)トリエトキシシラン：(3-((2-(4-methyl-3-((3-(triethoxysilyl)propyl)thio)cyclohexyl)propan-2-yl)thio)propyl)triethoxysilane（有機シラン１）が得られた。
［合成例１］
（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン（東京化成工業（株）製）１５０ｇ、リモネン（東京化成工業（株）製）４２．９ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）４．４９ｇおよびトルエン３００ｍｌを、ナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、１８７ｇの無色の液体を得た（収率：９７％）。反応式は、以下の通りであり、下記化学式で表される(3-((2-(4-メチル-3-((3-(トリエトキシシリル)プロピル)チオ)シクロヘキシル)プロパン-2-イル)チオ)プロピル)トリエトキシシラン：(3-((2-(4-methyl-3-((3-(triethoxysilyl)propyl)thio)cyclohexyl)propan-2-yl)thio)propyl)triethoxysilane（有機シラン１）が得られた。
以下のＮＭＲ結果から、生成物が上記化学式で表される有機シラン１であることを同定した。
1H NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 1.21(t, 18H, -Si-(O-CH2-CH 3 )3), 3.83(q, 12H, -Si-(O-CH 2 -CH3)3), 0.58(t, 4H, -CH 2 -Si-(O-CH2-CH3)3), 1.7(m, 4H, -S-CH2-CH 2 -CH2-Si-), 2.60(t, 4H, -S-CH 2 -CH2-CH2-Si-), 1.38(s, 6H, -C(CH 3 )2-S-), 1.89(m, 1H, cyclohexane CH), 1.27-1.52(m, 4H, cyclohexane CH 2 ), 1.61-1.86(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 1.88(m 1H, cyclohexane CH), 2.47(m 1H, cyclohexane CH), 0.96(s, 3H, 4-methylcyclohexane CH 3 ).
13C NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 17.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.7(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 25.9(-C(CH3)2-S-), 44.8(-C(CH3)2-S-), 43.8(cyclohexane CH), 24.6(cyclohexane CH2), 30.2(cyclohexane CH2), 32.5(cyclohexane CH2), 37.6(cyclohexane CH), 57.0(cyclohexane CH), 17.4(4-methylcyclohexane CH3).
13C NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 17.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.7(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 25.9(-C(CH3)2-S-), 44.8(-C(CH3)2-S-), 43.8(cyclohexane CH), 24.6(cyclohexane CH2), 30.2(cyclohexane CH2), 32.5(cyclohexane CH2), 37.6(cyclohexane CH), 57.0(cyclohexane CH), 17.4(4-methylcyclohexane CH3).
［合成例２］
（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン（東京化成工業（株）製）１５０ｇ、４−ビニル−1−シクロヘキセン（東京化成工業（株）製）３４．０ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）４．５０ｇおよびトルエン３００ｍｌを、ナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、１７７ｇの無色の液体を得た（収率：９６％）。反応式は、以下の通りであり、下記化学式で表される(3-((2-(3-((3-(エトキシシリル)プロピル)チオ)シクロヘキシル)エチル)チオ)プロピル)トリエトキシシラン：(3-((2-(3-((3-(triethoxysilyl)propyl)thio)cyclohexyl)ethyl)thio)propyl)triethoxysilane（有機シラン2-1）と(3-((2-(4-((3-(エトキシシリル)プロピル)チオ)シクロヘキシル)エチル)チオ)プロピル)トリエトキシシラン：(3-((2-(4-((3-(triethoxysilyl)propyl)thio)cyclohexyl)ethyl)thio)propyl)triethoxysilane（有機シラン2-2）との混合物からなる有機シラン２が得られた。
（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン（東京化成工業（株）製）１５０ｇ、４−ビニル−1−シクロヘキセン（東京化成工業（株）製）３４．０ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）４．５０ｇおよびトルエン３００ｍｌを、ナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、１７７ｇの無色の液体を得た（収率：９６％）。反応式は、以下の通りであり、下記化学式で表される(3-((2-(3-((3-(エトキシシリル)プロピル)チオ)シクロヘキシル)エチル)チオ)プロピル)トリエトキシシラン：(3-((2-(3-((3-(triethoxysilyl)propyl)thio)cyclohexyl)ethyl)thio)propyl)triethoxysilane（有機シラン2-1）と(3-((2-(4-((3-(エトキシシリル)プロピル)チオ)シクロヘキシル)エチル)チオ)プロピル)トリエトキシシラン：(3-((2-(4-((3-(triethoxysilyl)propyl)thio)cyclohexyl)ethyl)thio)propyl)triethoxysilane（有機シラン2-2）との混合物からなる有機シラン２が得られた。
以下のＮＭＲ結果から、生成物が上記化学式で表される有機シラン２であることを同定した。
・有機シラン2-1
1H NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 1.21(t, 18H, -Si-(O-CH2-CH 3 )3), 3.83(q, 12H, -Si-(O-CH 2 -CH3)3), 0.58(t, 4H, -CH 2 -Si-(O-CH2-CH3)3), 1.7(m, 4H, -S-CH2-CH 2 -CH2-Si-), 2.44(m, 4H, -S-CH 2 -CH2-CH2-Si-), 2.60(m, 2H, -CH2-CH 2 -S-), 1.62(m, 2H, -CH 2 -CH2-S-), 1.43(m, 1H, cyclohexane CH), 1.27-1.52(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 1.43-1.53(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 1.61-1.86(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 1.65-1.90(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 2.48(m 1H, cyclohexane CH)
13C NMR (400ＭＨｚ CDCl3, δ in ppm)： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 16.8(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 36.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.0(-CH2-CH2-S-), 31.6(-CH2-CH2-S-), 31.8(cyclohexane CH), 18.1(cyclohexane CH2), 32.5(cyclohexane CH2), 34.9(cyclohexane CH2) 40.4(cyclohexane CH2), 40.0(cyclohexane CH).
1H NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 1.21(t, 18H, -Si-(O-CH2-CH 3 )3), 3.83(q, 12H, -Si-(O-CH 2 -CH3)3), 0.58(t, 4H, -CH 2 -Si-(O-CH2-CH3)3), 1.7(m, 4H, -S-CH2-CH 2 -CH2-Si-), 2.44(m, 4H, -S-CH 2 -CH2-CH2-Si-), 2.60(m, 2H, -CH2-CH 2 -S-), 1.62(m, 2H, -CH 2 -CH2-S-), 1.43(m, 1H, cyclohexane CH), 1.27-1.52(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 1.43-1.53(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 1.61-1.86(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 1.65-1.90(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 2.48(m 1H, cyclohexane CH)
13C NMR (400ＭＨｚ CDCl3, δ in ppm)： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 16.8(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 36.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.0(-CH2-CH2-S-), 31.6(-CH2-CH2-S-), 31.8(cyclohexane CH), 18.1(cyclohexane CH2), 32.5(cyclohexane CH2), 34.9(cyclohexane CH2) 40.4(cyclohexane CH2), 40.0(cyclohexane CH).
・有機シラン2-2
1H NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 1.21(t, 18H, -Si-(O-CH2-CH 3 )3), 3.83(q, 12H, -Si-(O-CH 2 -CH3)3), 0.58(t, 4H, -CH 2 -Si-(O-CH2-CH3)3), 1.7(m, 4H, -S-CH2-CH 2 -CH2-Si-), 2.44(m, 4H, -S-CH 2 -CH2-CH2-Si-), 2.60(m, 2H, -CH2-CH 2 -S-), 1.62(m, 2H, -CH 2 -CH2-S-), 1.43(m, 1H, cyclohexane CH), 1.27-1.52(m, 4H, cyclohexane CH 2 ), 1.65-1.90(m, 4H, cyclohexane CH 2 ), 2.48(m 1H, cyclohexane CH).
13C NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 16.8(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 36.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.0(-CH2-CH2-S-), 32.0(-CH2-CH2-S-), 34.7(cyclohexane CH), 29.6(cyclohexane CH2), 32.4(cyclohexane CH2), 42.5(cyclohexane CH).
1H NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 1.21(t, 18H, -Si-(O-CH2-CH 3 )3), 3.83(q, 12H, -Si-(O-CH 2 -CH3)3), 0.58(t, 4H, -CH 2 -Si-(O-CH2-CH3)3), 1.7(m, 4H, -S-CH2-CH 2 -CH2-Si-), 2.44(m, 4H, -S-CH 2 -CH2-CH2-Si-), 2.60(m, 2H, -CH2-CH 2 -S-), 1.62(m, 2H, -CH 2 -CH2-S-), 1.43(m, 1H, cyclohexane CH), 1.27-1.52(m, 4H, cyclohexane CH 2 ), 1.65-1.90(m, 4H, cyclohexane CH 2 ), 2.48(m 1H, cyclohexane CH).
13C NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 16.8(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 36.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.0(-CH2-CH2-S-), 32.0(-CH2-CH2-S-), 34.7(cyclohexane CH), 29.6(cyclohexane CH2), 32.4(cyclohexane CH2), 42.5(cyclohexane CH).
［合成例３］
（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン（東京化成工業（株）製）１５０ｇ、リモネン（東京化成工業（株）製）８５．７ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）８．９９ｇおよびトルエン３００ｍｌを、ナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、２２７ｇの無色の液体を得た（収率：９７％）。得られた化合物１５０ｇに対し、１−ヘキサンチオール（和光純薬工業（株）製）４７．２ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）５．７２ｇおよびトルエン３００ｍｌをナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、１８６．４ｇの無色の液体が得られた（収率：９５％）。反応式は、以下の通りであり、下記化学式で表される(3-((2-(3-ヘキシルチオ)-4-メチルシクロヘキシル)プロパン-2-イル)チオ)プロピル)トリエトキシシラン：(3-((2-(3-(hexylthio)-4-methylcyclohexyl)propan-2-yl)thio)propyl)triethoxysilane（有機シラン３）が得られた。
（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン（東京化成工業（株）製）１５０ｇ、リモネン（東京化成工業（株）製）８５．７ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）８．９９ｇおよびトルエン３００ｍｌを、ナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、２２７ｇの無色の液体を得た（収率：９７％）。得られた化合物１５０ｇに対し、１−ヘキサンチオール（和光純薬工業（株）製）４７．２ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）５．７２ｇおよびトルエン３００ｍｌをナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、１８６．４ｇの無色の液体が得られた（収率：９５％）。反応式は、以下の通りであり、下記化学式で表される(3-((2-(3-ヘキシルチオ)-4-メチルシクロヘキシル)プロパン-2-イル)チオ)プロピル)トリエトキシシラン：(3-((2-(3-(hexylthio)-4-methylcyclohexyl)propan-2-yl)thio)propyl)triethoxysilane（有機シラン３）が得られた。
以下のＮＭＲ結果から、生成物が上記化学式で表される有機シラン３であることを同定した。
1H NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 1.21(t, 9H, -Si-(O-CH2-CH 3 )3), 3.83(q, 6H, -Si-(O-CH 2 -CH3)3), 0.58(t, 2H, -CH 2 -Si-(O-CH2-CH3)3), 1.7(m, 2H, -S-CH2-CH 2 -CH2-Si-), 2.60(t, 2H, -S-CH 2 -CH2-CH2-Si-), 1.38(s, 6H, -C(CH 3 )2-S-), 1.69(m, 1H, cyclohexane CH), 1.27-1.52(m, 4H, cyclohexane CH 2 ), 1.61-1.86(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 1.88(m 1H, cyclohexane CH), 2.47(m 1H, cyclohexane CH), 0.96(s, 3H, 4-methylcyclohexane CH 3 ), 2.60(t, 2H, CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH 2 -S-), 1.66(m, 2H, CH3-CH2-CH2-CH2-CH 2 -CH2-S-), 1.42(m, 2H, CH3-CH2-CH2-CH 2 -CH2-CH2-S-), 1.29(m, 2H, CH3-CH2-CH 2 -CH2-CH2-CH2-S-), 1.31(m, 2H, CH3-CH 2 -CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 0.88(t, 3H, CH 3 -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-).
13C NMR (400MHｚ CDCl3, δ in ppm)： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 17.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.7(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 25.9(-C(CH3)2-S-), 44.8(-C(CH3)2-S-), 43.8(cyclohexane CH), 24.6(cyclohexane CH2), 30.2(cyclohexane CH2), 32.5(cyclohexane CH2), 37.6(cyclohexane CH), 57.0(cyclohexane CH), 17.4(4-methylcyclohexane CH3), 36.7(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 30.9(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 28.2(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 31.1(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 22.7(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 14.1(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-).
13C NMR (400MHｚ CDCl3, δ in ppm)： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 17.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.7(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 25.9(-C(CH3)2-S-), 44.8(-C(CH3)2-S-), 43.8(cyclohexane CH), 24.6(cyclohexane CH2), 30.2(cyclohexane CH2), 32.5(cyclohexane CH2), 37.6(cyclohexane CH), 57.0(cyclohexane CH), 17.4(4-methylcyclohexane CH3), 36.7(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 30.9(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 28.2(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 31.1(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 22.7(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-), 14.1(CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-).
［合成例４］
（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン（東京化成工業（株）製）１５０ｇ、リモネン（東京化成工業（株）製）８５．７ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）８．９９ｇおよびエタノール３００ｍｌを、ナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、２２７ｇの無色の液体を得た（収率：９７％）。得られた化合物１５０ｇに対し、メルカプトベンズイミダゾール（和光純薬工業（株）製）６０．１ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）５．７２ｇおよびエタノール３００ｍｌをナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、１９７ｇの白色の固体が得られた（収率：９４％）。反応式は、以下の通りであり、下記化学式で表される2-((2-メチル-5-(2-((3-(トリエトキシシリル)プロピル)チオ)プロパン-2-イル)シクロヘキシル)チオ)-1H-ベンズイミダゾール：2-((2-methyl-5-(2-((3-(triethoxysilyl)propyl)thio)propan-2-yl)cyclohexyl)thio)-1H-benzimidazole（有機シラン４）が得られた。
（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン（東京化成工業（株）製）１５０ｇ、リモネン（東京化成工業（株）製）８５．７ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）８．９９ｇおよびエタノール３００ｍｌを、ナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、２２７ｇの無色の液体を得た（収率：９７％）。得られた化合物１５０ｇに対し、メルカプトベンズイミダゾール（和光純薬工業（株）製）６０．１ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）５．７２ｇおよびエタノール３００ｍｌをナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、１９７ｇの白色の固体が得られた（収率：９４％）。反応式は、以下の通りであり、下記化学式で表される2-((2-メチル-5-(2-((3-(トリエトキシシリル)プロピル)チオ)プロパン-2-イル)シクロヘキシル)チオ)-1H-ベンズイミダゾール：2-((2-methyl-5-(2-((3-(triethoxysilyl)propyl)thio)propan-2-yl)cyclohexyl)thio)-1H-benzimidazole（有機シラン４）が得られた。
以下のＮＭＲ結果から、生成物が上記化学式で表される有機シラン４であることを同定した。
1H NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 1.21(t, 9H, -Si-(O-CH2-CH 3 )3), 3.83(q, 6H, -Si-(O-CH 2 -CH3)3), 0.58(t, 2H, -CH 2 -Si-(O-CH2-CH3)3), 1.7(m, 2H, -S-CH2-CH 2 -CH2-Si-), 2.60(t, 2H, -S-CH 2 -CH2-CH2-Si-), 1.38(s, 6H, -C(CH 3 )2-S-), 1.69(m, 1H, cyclohexane CH), 1.27-1.52(m, 4H, cyclohexane CH 2 ), 1.64-1.89(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 1.88(m 1H, cyclohexane CH), 2.47(m 1H, cyclohexane CH), 0.96(s, 3H, 4-methylcyclohexane CH 3 ), 5.0(s 1H, benzimidazole NH), 7.22-7.59(m 4H, benzimidazole CH).
13C NMR (400MHｚ CDCl3, δ in ppm) ： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 17.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.7(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 25.9(-C(CH3)2-S-), 44.8(-C(CH3)2-S-), 43.8(cyclohexane CH), 24.6(cyclohexane CH2), 30.2(cyclohexane CH2), 32.1(cyclohexane CH2), 37.2(cyclohexane CH), 42.9(cyclohexane CH), 17.4(4-methylcyclohexane CH3), 147.1(benzimidazole C-S-), 138.9(benzimidazole C-N), 115.2(benzimidazole CH), 123.0(benzimidazole CH).
13C NMR (400MHｚ CDCl3, δ in ppm) ： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 17.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.7(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 25.9(-C(CH3)2-S-), 44.8(-C(CH3)2-S-), 43.8(cyclohexane CH), 24.6(cyclohexane CH2), 30.2(cyclohexane CH2), 32.1(cyclohexane CH2), 37.2(cyclohexane CH), 42.9(cyclohexane CH), 17.4(4-methylcyclohexane CH3), 147.1(benzimidazole C-S-), 138.9(benzimidazole C-N), 115.2(benzimidazole CH), 123.0(benzimidazole CH).
［合成例５］
（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン（東京化成工業（株）製）１５０ｇ、リモネン（東京化成工業（株）製）８５．７ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）８．９９ｇおよびエタノール３００ｍｌを、ナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、２２７ｇの無色の液体を得た（収率：９７％）。得られた化合物１５０ｇに対し、１−メチルイミダゾール−２−チオール（和光純薬工業（株）製）４５．７ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）１．９１ｇおよびエタノール３００ｍｌをナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、１８５ｇの白色の固体が得られた（収率：９５％）。反応式は、以下の通りであり、下記化学式で表される1-メチル-2-((2-メチル-5-(2-((3-(トリエトキシシリル)プロピル)チオ)プロパン-2-イル)シクロヘキシル)チオ)-1H-イミダゾール：1-methyl-2-((2-methyl-5-(2-((3-(triethoxysilyl)propyl)thio)propan-2-yl)cyclohexyl)thio)-1H-imidazole（有機シラン５）が得られた。
（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシラン（東京化成工業（株）製）１５０ｇ、リモネン（東京化成工業（株）製）８５．７ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）８．９９ｇおよびエタノール３００ｍｌを、ナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、２２７ｇの無色の液体を得た（収率：９７％）。得られた化合物１５０ｇに対し、１−メチルイミダゾール−２−チオール（和光純薬工業（株）製）４５．７ｇ、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（和光純薬工業（株）製）１．９１ｇおよびエタノール３００ｍｌをナスフラスコ内で混合し、窒素ガスで３０分間バブリングした後、７０℃で６時間反応させた。その後、反応溶液を濃縮し、１８５ｇの白色の固体が得られた（収率：９５％）。反応式は、以下の通りであり、下記化学式で表される1-メチル-2-((2-メチル-5-(2-((3-(トリエトキシシリル)プロピル)チオ)プロパン-2-イル)シクロヘキシル)チオ)-1H-イミダゾール：1-methyl-2-((2-methyl-5-(2-((3-(triethoxysilyl)propyl)thio)propan-2-yl)cyclohexyl)thio)-1H-imidazole（有機シラン５）が得られた。
以下のＮＭＲ結果から、生成物が上記化学式で表される有機シラン５であることを同定した。
1H NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 1.21(t, 9H, -Si-(O-CH2-CH 3 )3), 3.83(q, 6H, -Si-(O-CH 2 -CH3)3), 0.58(t, 2H, -CH 2 -Si-(O-CH2-CH3)3), 1.7(m, 2H, -S-CH2-CH 2 -CH2-Si-), 2.60(t, 2H, -S-CH 2 -CH2-CH2-Si-), 1.38(ｓ, 6H, -C(CH 3 )2-S-), 1.69(m, 1H, cyclohexane CH), 1.27-1.52(m, 4H, cyclohexane CH 2 ), 1.64-1.89(m, 2H, cyclohexane CH 2 ), 1.88(m 1H, cyclohexane CH), 2.47(m 1H, cyclohexane CH), 0.96(s, 3H, 4-methylcyclohexane CH 3 ), 6.94(m 1H, imidazole CH), 7.23(m 1H, imidazole CH), 3.61(s 3H, imidazole CH 3 ).
13C NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 17.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.7(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 25.9(-C(CH3)2-S-), 44.8(-C(CH3)2-S-), 43.8(cyclohexane CH), 24.6(cyclohexane CH2), 30.2(cyclohexane CH2), 32.1(cyclohexane CH2), 37.2(cyclohexane CH), 43.2(cyclohexane CH), 17.4(4-methylcyclohexane CH3), 142.9(imidazole C-S-), 128.1(imidazole CH), 122.5(imidazole CH), 33.5(imidazole CH3).
13C NMR (400MHz CDCl3, δ in ppm)： 18.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 58.4(-Si-(O-CH2-CH3)3), 15.6(-CH2-Si-(O-CH2-CH3)3), 17.4(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 31.7(-S-CH2-CH2-CH2-Si-), 25.9(-C(CH3)2-S-), 44.8(-C(CH3)2-S-), 43.8(cyclohexane CH), 24.6(cyclohexane CH2), 30.2(cyclohexane CH2), 32.1(cyclohexane CH2), 37.2(cyclohexane CH), 43.2(cyclohexane CH), 17.4(4-methylcyclohexane CH3), 142.9(imidazole C-S-), 128.1(imidazole CH), 122.5(imidazole CH), 33.5(imidazole CH3).
＜ゴム組成物の評価＞
バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合（質量部）に従って、まず、第一混合段階で、ジエン系ゴム成分に対し硫黄及び加硫促進剤を除く他の配合剤を添加し混練し（排出温度＝１６０℃）、次いで、得られた混練物に、最終混合段階で、硫黄と加硫促進剤を添加し混練して（排出温度＝９０℃）、ゴム組成物を調製した。表１中の各成分の詳細は、以下の通りである。
バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合（質量部）に従って、まず、第一混合段階で、ジエン系ゴム成分に対し硫黄及び加硫促進剤を除く他の配合剤を添加し混練し（排出温度＝１６０℃）、次いで、得られた混練物に、最終混合段階で、硫黄と加硫促進剤を添加し混練して（排出温度＝９０℃）、ゴム組成物を調製した。表１中の各成分の詳細は、以下の通りである。
・ＳＢＲ：ランクセス株式会社製「ＶＳＬ５０２５−０ＨＭ」
・変性ＳＳＢＲ：アミノ基及びアルコキシ基末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴム、ＪＳＲ株式会社製「ＨＰＲ３５０」
・ＢＲ：宇部興産株式会社製「ＢＲ１５０Ｂ」
・シランカップリング剤Ａ：ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、エボニック・デグサ社製「Ｓｉ６９」
・有機シラン１：合成例１で合成したもの
・有機シラン２：合成例２で合成したもの
・有機シラン３：合成例３で合成したもの
・有機シラン４：合成例４で合成したもの
・有機シラン５：合成例５で合成したもの
・シリカ：東ソー・シリカ株式会社製「ニップシールＡＱ」
・カーボンブラック：三菱化学株式会社製「ダイアブラックＮ３４１」
・オイル：昭和シェル石油株式会社製「エキストラクト４号Ｓ」
・亜鉛華：三井金属鉱業株式会社製「亜鉛華１号」
・老化防止剤：住友化学株式会社製「アンチゲン６Ｃ」
・ステアリン酸：花王株式会社製「ルナックＳ−２０」
・ワックス：日本精鑞株式会社製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５」
・硫黄：鶴見化学工業株式会社製「５％油入微粉末硫黄」
・加硫促進剤：住友化学株式会社製「ソクシノールＣＺ」
・変性ＳＳＢＲ：アミノ基及びアルコキシ基末端変性溶液重合スチレンブタジエンゴム、ＪＳＲ株式会社製「ＨＰＲ３５０」
・ＢＲ：宇部興産株式会社製「ＢＲ１５０Ｂ」
・シランカップリング剤Ａ：ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、エボニック・デグサ社製「Ｓｉ６９」
・有機シラン１：合成例１で合成したもの
・有機シラン２：合成例２で合成したもの
・有機シラン３：合成例３で合成したもの
・有機シラン４：合成例４で合成したもの
・有機シラン５：合成例５で合成したもの
・シリカ：東ソー・シリカ株式会社製「ニップシールＡＱ」
・カーボンブラック：三菱化学株式会社製「ダイアブラックＮ３４１」
・オイル：昭和シェル石油株式会社製「エキストラクト４号Ｓ」
・亜鉛華：三井金属鉱業株式会社製「亜鉛華１号」
・老化防止剤：住友化学株式会社製「アンチゲン６Ｃ」
・ステアリン酸：花王株式会社製「ルナックＳ−２０」
・ワックス：日本精鑞株式会社製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５」
・硫黄：鶴見化学工業株式会社製「５％油入微粉末硫黄」
・加硫促進剤：住友化学株式会社製「ソクシノールＣＺ」
得られた各ゴム組成物について、耐スコーチ性能を評価するとともに、１６０℃×２０分で加硫して所定形状の試験片を作製して、低燃費性能とウェットグリップ性能を評価した。各評価方法は以下の通りである。
・耐スコーチ性能：ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して東洋精機（株）製ロータレスムーニー測定機を用い、未加硫ゴム組成物を１２５℃で１分間予熱後、最低粘度Ｖｍより５ムーニー単位上昇するのに要した時間ｔ５を測定し、比較例３の値を１００とした指数で示した。指数が大きいほど、スコーチタイムが長く、耐スコーチ性能に優れることを意味する。
・低燃費性能（発熱特性）：東洋精機株式会社製の粘弾性試験機を用いて、初期歪み１０％、動的歪み１％、周波数１０Ｈｚ、温度６０℃の条件下で損失係数ｔａｎδを測定し、比較例３の値を１００とした指数で示した。６０℃でのｔａｎδは、タイヤ用ゴム組成物において、低燃費性能の指標として一般に用いられているものであり、上記指数が小さいほどｔａｎδが小さく、従って発熱しにくく、タイヤとしての低燃費性能に優れることを示す。
・ウェットグリップ性能（低温特性）：測定温度を０℃に変え、その他は上記低燃費性能と同様にして、ｔａｎδを測定し、比較例３の値を１００とした指数で示した。０℃でのｔａｎδは、タイヤ用ゴム組成物において、ウェットグリップ性能の指標として一般に用いられているものであり、上記指数が大きいほどｔａｎδが大きく、ウェットグリップ性能に優れることを示す。
結果は、表１に示す通りである。実施例１〜７に示すように、シランカップリング剤として合成例１〜５に係る有機シラン化合物１〜５を配合した場合、ポリスルフィドシランを配合した比較例２〜４に対して、同配合量で比較して、低燃費性能とウェットグリップ性能がバランス良く改善されており、また耐スコーチ性能も良好であった。また、実施例９に示すように、ゴム成分として変性ジエン系ゴムを用いることにより、低燃費性能の更なる改善効果が認められた。
Claims (4)
- ジエン系ゴム１００質量部、シリカ２０〜１５０質量部、及び、下記一般式（１）及び／又は（２）で表される有機シランをシリカ質量に対して２〜２０質量％配合してなるゴム組成物。
- 前記一般式（１）及び（２）において、Ｘ１が炭素数１〜３のアルキル基であり、−Ｓ−Ａ２がシクロヘキシル基の３位の炭素原子に結合したことを特徴とする請求項１記載のゴム組成物。
- 前記一般式（１）及び（２）において、Ｘ１が水素原子であり、−Ｓ−Ａ２がシクロヘキシル基の３位又は４位の炭素原子に結合しており、３位に結合したものと４位に結合したものの混合物であることを特徴とする請求項１記載のゴム組成物。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム組成物を用いてなる空気入りタイヤ。
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