KR20200018571A - Water-containing silicic acid for rubber reinforcement filling and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 표면 고체산 밀도가 1.8 내지 2.4m-㏖/㎡의 범위에 있고, 그리고 양이온계 또는 비이온계 계면활성제를 함유하는, 고무 보강 충전용 함수 규산에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 함수 규산을 제조하는 공정 중 어느 하나의 단계에 있어서, 알루민산염을 첨가하고, 그 후에 양이온계 또는 비이온계 계면활성제를 첨가하는 것을 포함하는, 상기 고무 보강 충전용 함수 규산의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 종래보다 더 한층 내마모성이 향상된 고무 조성물을 제공할 수 있는 고무 보강 충전용 함수 규산을 제공할 수 있다.The present invention relates to a hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling, wherein the surface solid acid density is in the range of 1.8 to 2.4 m-mol / m 2 and contains a cationic or nonionic surfactant. In another aspect, the present invention, in the step of producing a hydrous silicic acid, the addition of aluminate, and then adding a cationic or nonionic surfactant, the hydrous silicate for filling rubber reinforcement It relates to a method for producing. According to the present invention, it is possible to provide a rubber-reinforced filling hydrous silicic acid which can provide a rubber composition with further improved wear resistance than before.

Description

고무 보강 충전용 함수 규산 및 이의 제조 방법Water-containing silicic acid for rubber reinforcement filling and preparation method thereof

본 발명은, 고무 보강 충전용 함수 규산에 관한 것이다. 상세하게는 실란 커플링제를 병용하는 다이엔계 고무의 보강성 향상에 효과적인 고무 보강용 충전용 함수 규산이다. 본 발명의 함수 규산은, 고무의 보강성(특히 내마모성)이 요구되는 타이어의 트레드(tread)용이나 벨트용 등의 고무제 공업제품의 보강용으로서 유용하다.The present invention relates to hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling. In detail, it is a filling hydrous silicic acid for rubber reinforcement which is effective in improving the reinforcement property of diene rubber using a silane coupling agent. The hydrous silicic acid of the present invention is useful as a reinforcement for rubber industrial products such as treads or belts for tires, in which rubber reinforcement (particularly wear resistance) is required.

일반적으로, 함수 규산은 화이트 카본(white carbon)의 이름으로 알려지고, 카본블랙(carbon black)과 함께 예로부터 고무 보강 충전제로서 사용되어 왔다. 함수 규산은 가황 고무의 내열노화성, 인열저항성, 내굴곡 균열성, 접착성 등이 우수하다. 반면, 카본블랙에 비해서 분산성이 나쁘고, 고충전 배합 시에 배합물의 점도가 높고 가공성이 뒤떨어지며, 일반적인 고무 특성 중에서 보강성(특히 내마모성)이 뒤떨어져 있다. 이들 결점을 해소하기 위해서, 실란 커플링제나 그 밖의 유기배합물의 병용 배합 등이 행해지고 있다. 그러나, 아직 만족스러운 고무 물성을 제공할 수 있는 함수 규산은 얻어지지 않고 있다. 그 때문에, 고무 배합 처방의 연구와 함께, 함수 규산의 더 한층의 개질이 강하게 요망되고 있다. 고무의 내마모성을 향상시킬 수 있는 함수 규산은, 예를 들어, 특허문헌 1 및 2에 개시가 있다.In general, hydrous silicic acid is known under the name of white carbon and has been used as a rubber reinforcing filler since ancient times with carbon black. The hydrous silicic acid is excellent in heat aging resistance, tear resistance, bending crack resistance, adhesiveness, and the like of vulcanized rubber. On the other hand, dispersibility is worse than that of carbon black, the viscosity of the blend is high and the processability is poor at the time of high filling compounding, and the reinforcement (particularly wear resistance) is inferior in general rubber properties. In order to eliminate these drawbacks, the combined use of a silane coupling agent, other organic compound, etc. is performed. However, hydrous silicic acid has not been obtained which can provide satisfactory rubber properties. Therefore, the further modification of hydrous silicic acid is strongly requested | required with the study of a rubber compounding prescription. The hydrous silicic acid which can improve the wear resistance of rubber | gum is disclosed by patent documents 1 and 2, for example.

본 발명자들은, 함수 규산의 세공구조를 제어하고, 고무 분자를 함수 규산의 세공 내부까지 침입하기 쉽게 한다는 관점에서, 그리고 함수 규산의 표면과 고무 분자의 화학결합을 보다 강력하게 한다는 관점에서 예의 검토를 행하여, 함수 규산의 세공구조를 소정의 구조로 한 함수 규산이, 지금까지는 없는 우수한 내마모성을 가진 고무 조성물을 제공할 수 있는 것을 찾아내서 특허 출원했다(특허문헌 3).The present inventors have studied diligently from the viewpoint of controlling the pore structure of hydrous silicic acid and easily invading rubber molecules into the pores of hydrous silicic acid, and from the viewpoint of strengthening the chemical bond between the surface of hydrous silicic acid and rubber molecules. It carried out and found and patented that the hydrous silicic acid which made the pore structure of hydrous silicic acid the predetermined structure can provide the rubber composition which has the outstanding wear resistance which has not existed until now (patent document 3).

JPJP 2000-3029122000-302912 AA JPH 11-236208 AJPH 11-236208 A JPJP 2017-0022102017-002210 AA WO2013/168424 AWO2013 / 168424 A

그러나, 고무 조성물이 관련되는 시장, 예를 들어, 타이어 시장에 있어서는, 환경 문제 및 에너지 문제와 관련해서, 종래보다 더 한층 내마모성이 향상된 고무 조성물이 요구되고 있다. 그 때문에, 그러한 고무 조성물을 제공할 수 있는 고무 보강 충전용 함수 규산이 요구되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 3에 기재된 고무 보강 충전용 함수 규산보다도 더욱 내마모성이 향상된 고무 조성물을 제공할 수 있는 고무 보강 충전용 함수 규산의 제공이 요망되고 있다.However, in the market in which a rubber composition relates, for example, a tire market, there is a demand for a rubber composition with improved wear resistance than in the related art with respect to environmental problems and energy problems. Therefore, there is a demand for hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling which can provide such a rubber composition. For example, it is desired to provide a rubber reinforcing filler hydrous silicic acid which can provide a rubber composition with improved wear resistance more than the rubber reinforcing filler hydrous silicic acid described in Patent Document 3.

본 발명의 목적은, 종래보다 더 한층 내마모성이 향상된 고무 조성물을 제공할 수 있는 고무 보강 충전용 함수 규산을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling which can provide a rubber composition with improved wear resistance even more conventionally.

본 발명자들은, 실란 커플링제와 함수 규산의 반응성에 착안하여, 함수 규산과 고무 분자의 결합을 효율적으로 행하고, 더욱 분산성도 향상시킴으로써 보강성을 향상시킨다고 하는 관점에서 예의 검토를 행했다. 그 결과, 함수 규산 표면과 실란 커플링제를 개재한 고무 분자와의 결합에는, 함수 규산의 표면에 있어서의 고체산 밀도가 중요한 것, 단, 표면 고체산 밀도의 조정만으로는 내마모성을 현저하게 향상시킬 수는 없는 것, 표면 고체산 밀도를 소정 범위로 조정하는 것에 부가해서, 소정의 계면활성제를 첨가함으로써, 실란 커플링제를 병용한 다이엔계 고무에 대해서 현저하게 향상시킬 수 있는 함수 규산을 제공할 수 있는 것을 찾아냈다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors earnestly examined from the point of view of improving reinforcement by paying attention to the reactivity of a silane coupling agent and hydrous silicic acid, efficiently combining hydrous silicic acid and a rubber molecule, and also improving dispersibility. As a result, the solid acid density on the surface of the hydrous silicic acid is important for the bonding of the hydrous silicic acid surface and the rubber molecule via the silane coupling agent. However, only the adjustment of the surface solid acid density can significantly improve the wear resistance. In addition to adjusting the surface solid acid density in a predetermined range, by adding a predetermined surfactant, it is possible to provide a hydrous silicic acid which can be remarkably improved with respect to diene rubber in combination with a silane coupling agent. I found something.

즉, 본 발명자들은, 함수 규산의 실란 커플링제를 병용한 고무 조성물에 대한 내마모성의 부여에 관해서는, 소정 범위의 표면 고체산 밀도를 갖는 함수 규산에 소정의 계면활성제를 함유시킴으로써, 고무에 대한 우수한 보강성을 지니는 함수 규산의 고무에의 분산성을 소정의 계면활성제에 의해 향상시킴으로써, 이 함수 규산이 고무 조성물에 대해서 부여할 수 있는 내마모성을 현저하게 향상시킬 수 있는 것을 찾아내서 본 발명을 완성시켰다.That is, the present inventors are excellent in rubber | gum by containing a predetermined surfactant in hydrous silicic acid which has a surface solid acid density of a predetermined range regarding provision of abrasion resistance to the rubber composition which used the silane coupling agent of hydrous silicic acid together. By improving the dispersibility of the hydrous silicic acid having reinforcement to rubber with a predetermined surfactant, the present inventors have found that the wear resistance that the hydrous silicic acid can impart to the rubber composition can be remarkably improved. .

본 발명은, 표면 고체산 밀도가 1.8 내지 2.4m-㏖/㎡의 범위에 있고, 그리고 소정의 계면활성제를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 함수 규산이며, 이 함수 규산을, 실란 커플링제를 병용한 고무 조성물에 배합함으로써, 종래에 비해서, 내마모성을 현저하게 크게 향상시킨 고무 조성물을 얻는데 성공했다.The present invention is a hydrous silicic acid having a surface solid acid density in the range of 1.8 to 2.4 m-mol / m 2, and containing a predetermined surfactant, wherein the hydrous silicic acid is used in combination with a silane coupling agent. By mix | blending with a rubber composition, compared with the past, it succeeded in obtaining the rubber composition which remarkably improved wear resistance.

본 발명의 고무 보강 충전용 함수 규산은, 내마모성을 향상시키기 위해서, 실란 커플링제를 개재한 고무 분자와의 화학결합을 촉진하기 위한 유효한 범위의 표면 고체산 밀도를 지니고, 그리고 소정의 계면활성제를 함유함으로써, 고무 조성물에 대한 내마모성을 현저하게 향상시키는 것을 최대의 특징으로 한다.The hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling of the present invention has a surface solid acid density in an effective range for promoting chemical bonding with rubber molecules via a silane coupling agent in order to improve wear resistance, and contains a predetermined surfactant. By this, the greatest feature is to remarkably improve the wear resistance to the rubber composition.

본 발명은 이하와 같다.The present invention is as follows.

[1] 표면 고체산 밀도가 1.8 내지 2.4m-㏖/㎡의 범위에 있고, 그리고 양이온계 또는 비이온계 계면활성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 고무 보강 충전용 함수 규산.[1] A hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling, wherein the surface solid acid density is in the range of 1.8 to 2.4 m-mol / m 2 and contains a cationic or nonionic surfactant.

[2] 실란 커플링제를 병용하는 다이엔계 고무 조성물의 보강 충전용인, [1]에 기재된 고무 보강 충전용 함수 규산.[2] The hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling according to [1], which is for reinforcing filling of a diene rubber composition using a silane coupling agent together.

[3] CTAB 비표면적이 130 내지 300 ㎡/g인, [1] 또는 [2]에 기재된 고무 보강 충전용 함수 규산.[3] The hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling according to [1] or [2], wherein the CTAB specific surface area is from 130 to 300 m 2 / g.

[4] 계면활성제의 함유량(질량부/100 SiO2 질량부(고형분 기준))과 CTAB 비표면적(㎡/g)의 비가 0.001 내지 0.01의 범위인, [3]에 기재된 고무 보강 충전용 함수 규산.[4] The water-containing silicic acid for rubber reinforcement filling according to [3], wherein the ratio of the amount of the surfactant (mass part / 100 SiO 2 mass part (solid content basis)) and the CTAB specific surface area (m 2 / g) is in the range of 0.001 to 0.01. .

[5] 함수 규산을 제조하는 공정의 어느 하나의 단계에 있어서,[5] In any one step of the process for producing hydrous silicic acid,

알루민산염을 첨가하고, 그 후에 양이온계 또는 비이온계 계면활성제를 첨가하는 것을 포함하는, [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 고무 보강 충전용 함수 규산의 제조 방법.The manufacturing method of the water reinforcing filler hydrous silicic acid as described in any one of [1]-[4] including adding an aluminate and then adding a cationic or nonionic surfactant.

[6] 상기 함수 규산을 제조하는 공정이, 규산 알칼리 수용액의 첨가 종료부터 계속해서 산을 첨가하는 단계, 여과 수세를 행하는 단계, 건조 단계 중 어느 하나의 단계를 포함하고, 그리고 이들 단계 중 어느 하나에 있어서, 알루민산염을 첨가하고, 그 후에 계면활성제를 첨가하는, [5]에 기재된 제조 방법.[6] The process for producing hydrous silicic acid includes any one of steps of adding an acid continuously from the completion of addition of the aqueous alkali silicate solution, performing filtration washing with water, and drying step, and any of these steps. The manufacturing method as described in [5] in which an aluminate is added and a surfactant is added after that.

[7] 알루민산염은 알루민산나트륨이며, 알루민산나트륨은 Na2O/Al2O3 몰비 1.8 내지 20.0이고, 그리고 Al2O3 농도 1.0 내지 16.0중량%인, [5] 또는 [6]에 기재된 제조 방법.[7] The aluminate is sodium aluminate, the sodium aluminate has a Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of 1.8 to 20.0 and an Al 2 O 3 concentration of 1.0 to 16.0% by weight [5] or [6] The manufacturing method described in.

[8] 상기 계면활성제는 고형분 기준으로 20 내지 90중량%의 범위의 수용액으로서 첨가하는, [5] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.[8] The production method according to any one of [5] to [7], wherein the surfactant is added as an aqueous solution in the range of 20 to 90% by weight based on solid content.

[9] 수용액 중에 함수 규산을 형성하는 공정은, SiO2 농도 5 내지 50g/ℓ, pH 10 내지 12인 70 내지 90℃로 가열한 규산 알칼리 수용액에, 규산 알칼리 수용액과 황산을 70 내지 90℃의 온도에서 첨가하고, 반응액의 pH가 10 내지 11의 범위로 결정되도록 규산 알칼리 수용액과 황산의 첨가량(비율)을 제어하면서 중화 반응을 행하고, SiO2 농도가 50 내지 80g/ℓ의 범위가 될 때까지 상기 첨가를 행하는 것을 포함하는, [5] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.[9] The step of forming hydrous silicic acid in an aqueous solution is performed by adding an aqueous alkali silicate solution and sulfuric acid to 70 to 90 ° C. in an aqueous alkali solution of silicate heated to 70 to 90 ° C. having a SiO 2 concentration of 5 to 50 g / l and a pH of 10 to 12 ° C. When the temperature is added, the neutralization reaction is performed while controlling the addition amount (ratio) of the aqueous alkali silicate solution and sulfuric acid so that the pH of the reaction solution is determined in the range of 10 to 11, and the SiO 2 concentration is in the range of 50 to 80 g / L. The manufacturing method in any one of [5]-[8] including performing the said addition until.

본 발명의 고무 보강 충전용 함수 규산은, 천연 고무, 합성 고무, 예를 들어, 다이엔계 고무에 배합했을 때, 고무의 보강성(특히 내마모성)을 향상시킬 수 있으므로, 내마모성에 대한 요구가 높은, 타이어나 벨트 등의 고무제 공업 제품의 보강 충전제로서 유용하게 사용할 수 있다.The hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling of the present invention can improve the reinforcement (particularly wear resistance) of rubber when blended with natural rubber, synthetic rubber, for example, diene rubber, and thus has a high demand for wear resistance. It can be usefully used as a reinforcing filler for rubber industrial products, such as a tire and a belt.

<고무 보강 충전용 함수 규산><Hydrogenic acid for rubber reinforcement filling>

본 발명의 고무 보강 충전용 함수 규산은,The hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling of the present invention,

(A) 표면 고체산 밀도가 1.8 내지 2.4m-㏖/㎡의 범위에 있고, 그리고(A) the surface solid acid density is in the range of 1.8 to 2.4 m-mol / m 2, and

(B) 계면활성제를 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.(B) It is characterized by containing a surfactant.

본 발명의 함수 규산은, 실란 커플링제와의 반응성이 높고, 실란 커플링제와 함께 고무 조성물에 첨가함으로써, 우수한 보강성(특히 내마모성)을 지니는 고무 조성물을 제공한다는 관점에서, 고체산량을 소정 범위로 하는 것이 아니라, 표면 고체산 밀도를 소정 범위(1.8 내지 2.4m-㏖/㎡)로 한다.The hydrous silicic acid of the present invention has a high reactivity with the silane coupling agent and is added to the rubber composition together with the silane coupling agent to provide a rubber composition having excellent reinforcement property (especially wear resistance). Instead, the surface solid acid density is in a predetermined range (1.8 to 2.4 m-mol / m 2).

종래부터, 함수 규산과 고무의 분산성을 향상시키기 위해서, 함수 규산을 배합할 때에는, 실란 커플링제가 널리 이용되고 있다. 함수 규산과 실란 커플링제의 반응에서는, 우선 실란 커플링제의 가수분해기가 가수분해반응을 함으로써 실란올기(-SiOH)를 생성하고, 실란 커플링제의 실란올기와 함수 규산 표면에 존재하는 실란올기가 탈수 축합반응함으로써 함수 규산 표면에 결합한다. 이들 반응은 일반적으로 산성 혹은 알카리성 조건하에서 반응이 촉진되는 것이 알려져 있다.Conventionally, a silane coupling agent is widely used when mix | blending hydrous silicic acid in order to improve the dispersibility of hydrous silicic acid and rubber | gum. In the reaction between the hydrous silicic acid and the silane coupling agent, first, a hydrolysis group of the silane coupling agent undergoes a hydrolysis reaction to generate a silanol group (-SiOH), and the silanol group of the silane coupling agent and the silanol group present on the surface of the hydrous silicic acid are dehydrated. The condensation reaction binds to the hydrous silicic acid surface. It is known that these reactions are generally accelerated under acidic or alkaline conditions.

함수 규산에, 예를 들면 알루미늄과 같은 다른 원자가 취입되면, 그 원자 주변에서 전하의 국재화에 의해, 고체산이 되는 것이 알려져 있다. 고체산이 함수 규산의 표면에 존재할 경우, 표면 고체산이 되고, 산촉매 효과를 발현된다.When another atom such as aluminum is blown into the hydrous silicic acid, it is known to become a solid acid by localization of charges around the atom. When a solid acid is present on the surface of hydrous silicic acid, it becomes a surface solid acid and expresses an acid catalyst effect.

표면 고체산은, 함수 규산의 표면에서 촉매작용을 발현하고, 함수 규산과 실란 커플링제의 반응을 촉진시키는 것을 기대할 수 있다. 과거에 있어서도 표면 고체산의 양에 대해서 검토된 예는 있다. 그러나, 본 발명에서는, 표면 고체산이 촉매로서 작용한다는 점에서, 함수 규산의 표면에 대해서, 어떤 일정한 밀도로 분포되는 것이 중요하다고 생각했다. 즉, 촉매작용은, 함수 규산 표면에 대해서, 일정한 밀도로 고체산이 존재할 때, 함수 규산과 실란 커플링제의 결합을 촉진시켜, 고무 배합 시에 보강성 향상 효과를 발현하는 것으로 기대하였다.Surface solid acids can be expected to express catalysis on the surface of hydrous silicic acid and to promote the reaction of hydrous silicic acid and silane coupling agent. In the past, there have been examples of the amount of the surface solid acid. However, in the present invention, in view of the fact that the surface solid acid acts as a catalyst, it was considered important to be distributed at a certain density with respect to the surface of hydrous silicic acid. That is, the catalysis was expected to promote the binding of the hydrous silicic acid and the silane coupling agent when the solid acid is present at a constant density on the surface of the hydrous silicic acid, thereby exhibiting a reinforcing improvement effect during rubber compounding.

그러나, 본 발명자들의 검토의 결과, 참고예 1에 나타낸 바와 같이, 함수 규산 표면적에 대하여 일정한 밀도로 고체산이 존재함으로써, 다소의 보강성 향상 효과(비교예 1의 함수 규산과의 대비)는 얻어졌지만, 상기에서 기대한 바와 같은, 고무 배합 시의 현저한 보강성 향상 효과를 얻을 수는 없었다. 이것에 대해서, 참고예 1의 결과에서는, 비교예 1의 함수 규산을 이용한 경우에 비해서, 분산성이 저하되어 있고, 이것이 개선되면, 보다 높은 보강성 향상 효과가 얻어질 가능성이 있다는 예측 하에, 참고예 2의 실험을 행했다. 즉, 고무 배합 시에 함수 규산의 분산성을 향상시킬 목적으로, 계면활성제를 병용했다. 그러나, 참고예 2에 나타낸 바와 같이, 참고예 2의 조건에서는 충분한 분산성 향상 효과는 얻어지지 않아, 보강성 향상 효과도 얻어지지 않았다.However, as a result of the present inventor's examination, as shown in Reference Example 1, the presence of a solid acid at a constant density with respect to the surface of the hydrous silicic acid resulted in some reinforcing improvement effect (compared with the hydrous silicic acid of Comparative Example 1). As expected above, a remarkable reinforcement improvement effect at the time of rubber compounding could not be obtained. On the other hand, in the result of the reference example 1, compared with the case where the hydrous silicic acid of the comparative example 1 was used, dispersibility falls, and when this improves, on the expectation that a higher reinforcement improvement effect may be obtained, it references. The experiment of Example 2 was performed. That is, surfactant was used together in order to improve the dispersibility of hydrous silicic acid at the time of rubber compounding. However, as shown in the reference example 2, under the conditions of the reference example 2, sufficient dispersibility improvement effect was not acquired, and the reinforcement improvement effect was also not obtained.

이에 대해서, 표면 고체산 밀도를 제어한 결과, 분산성이 저하된 함수 규산에 대해서, 고무 배합 전의 단계에서 소정의 계면활성제를 첨가하는 것을 시도하였다. 그 결과, 실시예 1 내지 6에 나타낸 바와 같이, 분산성의 대폭적인 개선은 보이지 않았지만(비교예 2와 동등), 내마모성은, 현저하게 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명의 함수 규산에 있어서는, 소정의 계면활성제는, 함수 규산의 표면에 흡착됨으로써, 함수 규산의 응집을 방지하여, 분산성을 향상시키고 있는 것으로 추측되지만, 그것에 의해 얻어지는 내마모성의 개선 효과는 예측을 훨씬 넘는 현저한 것이다.On the other hand, as a result of controlling the surface solid acid density, it tried to add predetermined surfactant to the hydrous silicic acid with which dispersibility fell in the step before rubber compounding. As a result, as shown in Examples 1 to 6, no significant improvement in dispersibility was observed (equivalent to Comparative Example 2), but it was found that wear resistance could be remarkably improved. In the hydrous silicic acid of the present invention, it is assumed that the predetermined surfactant is adsorbed on the surface of the hydrous silicic acid, thereby preventing the aggregation of the hydrous silicic acid and improving the dispersibility. It is much more remarkable.

함수 규산의 응집을 억지, 방지하는 방법으로서, 계면활성제의 첨가가 널리 알려져 있고, 계면활성제는, 고무 혼련 중에 첨가하거나, 혹은 미리 함수 규산에 첨가되어서 사용되고 있다(특허문헌 4). 그러나, 지금까지, 함수 규산의 제조에 있어서, 응집을 강고하게 하는 알루미늄 화합물과 분산성을 개량할 목적으로 사용되는 계면활성제는 동시에 이용되는 일은 없었다. 본 발명자들은, 이들을 적절한 방법으로 함수 규산의 제조에 이용함으로써, 표면 고체산 밀도를 소정의 범위로 제어하고, 그리고 소정의 계면활성제를 이용함으로써, 함수 규산의 실란 커플링제와의 반응성, 및 고무 조성물에 대한 분산성이 향상되어, 보다 큰 고무의 보강성, 내마모성 향상 효과가 얻어지는 것을 발견하였다.As a method of inhibiting and preventing aggregation of hydrous silicic acid, the addition of a surfactant is widely known, and the surfactant is used during rubber kneading or added to hydrous silicic acid in advance (Patent Document 4). However, until now, in the production of hydrous silicic acid, the aluminum compound for strengthening aggregation and the surfactant used for the purpose of improving the dispersibility have not been used simultaneously. The inventors of the present invention control the surface solid acid density to a predetermined range by using these for the production of hydrous silicic acid in an appropriate manner, and by using a predetermined surfactant, the reactivity of the hydrous silicic acid with the silane coupling agent and the rubber composition It was found that the dispersibility to the resin was improved, and the effect of improving the reinforcement and wear resistance of the larger rubber was obtained.

본 발명의 함수 규산에 있어서는, 계면활성제는 미리 표면에 흡착되어 있으므로, 고무에 분산될 때, 필요 최저한의 첨가량으로 최대한의 응집 억제 효과, 혹은 분산 효과를 발휘할 수 있다. 그 결과, 종래부터 행해지고 있던 바와 같은 고무 배합 시에 계면활성제를 첨가하는 방법과 비교하면, 보다 효율적으로 계면활성제의 특성(함수 규산의 분산 효과)을 이용할 수 있다.In the hydrous silicic acid of the present invention, since the surfactant is adsorbed on the surface in advance, when dispersed in the rubber, it is possible to exhibit the maximum aggregation suppression effect or the dispersing effect with the minimum required amount. As a result, the characteristic (dispersion effect of functional silicic acid) of surfactant can be utilized more efficiently compared with the method of adding surfactant in the case of the rubber compounding conventionally performed.

본 발명에 있어서의 함수 규산의 표면 고체산 밀도는, 이하와 같이 표면 고체산량 및 CTAB 비표면적으로부터 구할 수 있다.The surface solid acid density of hydrous silicic acid in this invention can be calculated | required from surface solid acid amount and CTAB specific surface area as follows.

표면 고체산량 측정:Surface solid acid measurement:

105℃에서 2시간 건조시킨 함수 규산 약 0.1g에 대하여, 0.5m-㏖/ℓ로 조제한 메틸레드 지시약의 벤젠 용액을 10방울 적하하고, 더욱 5㎖의 벤젠을 가하였다. 50m-㏖/ℓ로 조제한 n-부틸아민의 벤젠 용액을 이용해서 적정하고, 황색으로 변색된 시점의 n-부틸아민 적하량으로부터, 함수 규산 1g당의 표면 고체산량이 구해진다.To about 0.1 g of hydrous silicic acid dried at 105 ° C. for 2 hours, 10 drops of a benzene solution of methyl red indicator prepared at 0.5 m-mol / L was added dropwise, and 5 ml of benzene was further added. The amount of surface solid acid per 1 g of hydrous silicic acid is calculated | required by titrating using the benzene solution of n-butylamine prepared at 50m-mol / L, and the n-butylamine dripping amount at the time of discoloration to yellow.

본 발명의 함수 규산은, 소정의 표면 고체산 밀도를 지니기 위해서는, CTAB 비표면적에도 따르지만, 고체산량은, 예를 들어, 300 내지 500m-㏖/g의 범위인 것이 적당하다.In order to have a predetermined surface solid acid density, the hydrous silicic acid of the present invention also depends on the CTAB specific surface area, but the amount of the solid acid is suitably in the range of 300 to 500 m-mol / g, for example.

CTAB 비표면적 측정:CTAB specific surface area measurement:

JIS K6430(고무 배합제-실리카-시험 방법)에 준거해서 행한다. CTAB 비표면적은, CTAB분자의 흡착 단면적을 35Å2로 해서 함수 규산에 흡착한 양으로부터 산출한 값(㎡/g)이다.It carries out based on JISK6430 (rubber compounding agent-silica-test method). The CTAB specific surface area is a value (m 2 / g) calculated from the amount adsorbed on hydrous silicic acid by setting the adsorption cross-sectional area of the CTAB molecule to 35 Pa 2 .

본 발명의 함수 규산은, 소정의 표면 고체산 밀도를 지니기 위해서는, 고체산량에도 따르지만, CTAB 비표면적은, 바람직하게는 130 내지 300㎡/g, 보다 바람직하게는 150 내지 290㎡/g, 보다 바람직하게는 170 내지 280㎡/g의 범위이다.In order to have a predetermined surface solid acid density, the hydrous silicic acid of the present invention also depends on the amount of solid acid, but the CTAB specific surface area is preferably 130 to 300 m 2 / g, more preferably 150 to 290 m 2 / g, and more preferably. Preferably in the range of 170 to 280 m 2 / g.

일반적으로 가수나 전기 음성도가 다른 원자가, 함수 규산 표면에 존재할 경우, 표면 고체산점을 형성하는 것이 알려져 있다. 이 함수 규산 표면에 존재하는 고체산이, 고무 분자와 함수 규산 표면을 실란 커플링제를 개재해서 화학적으로 결합함으로써 보강성이 향상될 수 있는 것으로 여겨지고 있다.Generally, when valences with different valences or electronegativity exist on the surface of hydrous silicic acid, it is known to form surface solid acid points. It is believed that the solid acid present on the surface of the hydrous silicic acid can improve the reinforcement by chemically bonding the rubber molecule and the surface of the hydrous silicic acid via a silane coupling agent.

함수 규산에 취입함으로써, 고체산점을 이루는 금속 이온으로서는, Al, Ti, Mg 등이 있지만, 입수하기 쉬움, 안정성 등을 고려하면, 알루미늄이 바람직하다. 또한, 함수 규산 제조에 이용할 수 있는 알루미늄원으로서는, 함수 규산 표면을 침식해서 효율적으로 취입되므로, 알카리성인 것이 바람직하고, 알루민산염이 바람직하며, 알루민산나트륨이 가장 적합하게 사용되고 있다.Al, Ti, Mg, etc. are mentioned as metal ion which forms a solid acid point by blowing into hydrous silicic acid, but aluminum is preferable in consideration of availability, stability, etc. Moreover, as an aluminum source which can be used for hydrous silicic acid manufacture, since it erodes the hydrous silicic acid surface efficiently and blows in, it is preferable that it is alkaline, an aluminate is preferable, and sodium aluminate is used most suitably.

본 발명에 있어서 표면 고체산 밀도가 1.8m-㏖/㎡ 미만인 경우, 실란 커플링제와의 반응을 촉진시키는 효과가 불충분하기 때문에, 종래 기술 이상의 내마모성 향상 효과가 얻어지지 않는다. 반대로 2.4m-㏖/㎡ 초과의 경우, 반응성이 지나치게 높아져, 실란 커플링제가 국소적으로 반응할 우려가 있어, 바람직하지 못하다. 표면 고체산 밀도는, 바람직하게는 1.8m-㏖/㎡ 이상, 2.35m-㏖/㎡ 이하의 범위이다.In the present invention, when the surface solid acid density is less than 1.8 m-mol / m 2, the effect of promoting the reaction with the silane coupling agent is insufficient. Thus, the effect of improving the wear resistance over the prior art is not obtained. On the contrary, when it exceeds 2.4 m-mol / m <2>, reactivity becomes too high and there exists a possibility that a silane coupling agent may react locally, and it is unpreferable. The surface solid acid density is preferably in the range of 1.8 m-mol / m 2 or more and 2.35 m-mol / m 2 or less.

이하, 첨가하는 계면활성제의 종류에 대해서 설명하지만, 본 발명의 함수 규산에 첨가하는 양이온계 및/또는 비이온계의 계면활성제로 한정된다. 양이온계 계면활성제 및 비이온계 계면활성제는 단독으로 사용할 수도 있지만, 병용할 수도 있다.Hereinafter, although the kind of surfactant to add is demonstrated, it is limited to the cationic system and / or nonionic surfactant added to the hydrous silicic acid of this invention. Although cationic surfactant and nonionic surfactant may be used independently, they may be used together.

상기 양이온성 계면활성제는, 물에 용해된 때 플러스의 전하를 갖는 계면활성제이며, 예를 들어, 제4급 암모늄염, 제3급 암모늄염, 제2급 암모늄염, 제1급 암모늄염, 피리디늄염, 아민염 등을 들 수 있다. 시판되고 있는 양이온계 계면활성제의 예로서는, 코타민(KOHTAMIN)(카오사 제품)이나 카티오겐(CATIOGEN)(다이이치코교세이야쿠(第一工業製藥)사 제품) 등을 들 수 있다. 단, 이것으로 한정되는 의도는 아니다.The cationic surfactant is a surfactant having a positive charge when dissolved in water, for example, quaternary ammonium salt, tertiary ammonium salt, secondary ammonium salt, primary ammonium salt, pyridinium salt, amine Salts; and the like. Examples of commercially available cationic surfactants include KOHTAMIN (manufactured by Kao Corporation), CATIOGEN (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), and the like. However, it is not intended to be limited to this.

상기 비이온성 계면활성제는, 물에 용해되었을 때 이온화하지 않는 친수기를 갖는 계면활성제이며, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜알킬에터, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스터, 알킬글리코사이드, 지방산 알칸올아마이드, 글리세린 지방산 에스터, 알킬글리세릴에터, 솔비탄 지방산 에스터, 폴리에틸렌글리콜솔비탄 지방산 에스터, 수크로스 지방산 에스터, 폴리옥시에틸렌트라이데실에터, 폴리옥시에틸렌올레일 에터, 폴리옥시에틸렌알킬에터, 폴리비닐피롤리돈, 폴리옥시알킬렌라우릴에터, 폴리옥시에틸렌페닐에터 등을 들 수 있다. 시판되고 있는 비이온계 계면활성제의 예로서는, 에멀겐(EMULGEN)(카오사 제품)이나 노이겐(NOIGEN)(다이이치코교세이야쿠(第一工業製藥)사 제품) 등을 들 수 있다. 단, 이것으로 한정되는 의도는 아니다.The said nonionic surfactant is surfactant which has a hydrophilic group which does not ionize when dissolved in water, For example, polyethyleneglycol alkylether, polyethyleneglycol fatty acid ester, alkylglycoside, fatty acid alkanolamide, glycerin fatty acid ester, Alkylglyceryl ether, sorbitan fatty acid ester, polyethylene glycol sorbitan fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, polyoxyethylene tridecyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene alkyl ether, polyvinylpyrrolidone , Polyoxyalkylene lauryl ether, polyoxyethylene phenyl ether and the like. Examples of commercially available nonionic surfactants include EMULGEN (manufactured by Kao Corporation), NOIGEN (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), and the like. However, it is not intended to be limited to this.

본 발명의 함수 규산에 있어서의 계면활성제의 양은, 표면 고체산에 의한 실란 커플링제와의 반응을 방해하지 않고, 분산성을 확보할 수 있는 양이면 문제 없고, 함수 규산 100질량부에 대한 계면활성제의 고형분 기준에서의 양(질량부/100 SiO2 질량부)과 CTAB 비표면적(㎡/g)의 비는, 예를 들어, 0.001 내지 0.010의 범위로 할 수 있고, 0.002 내지 0.009의 범위가 바람직하다.The amount of the surfactant in the hydrous silicic acid of the present invention is not a problem so long as it is an amount capable of ensuring dispersibility without disturbing the reaction with the silane coupling agent by the surface solid acid, and the surfactant with respect to 100 parts by mass of hydrous silicic acid The ratio of the amount (mass part / 100 SiO 2 mass part) and the CTAB specific surface area (m 2 / g) on the basis of the solid content may be in the range of 0.001 to 0.010, and preferably in the range of 0.002 to 0.009. Do.

계면활성제의 고형분 기준에서의 양의 계산 방법을 예시하면, 예를 들면 CTAB 비표면적이 250㎡/g의 함수 규산인 경우, 계면활성제의 첨가량(고형분 기준)은, 함수 규산 100질량부당, 250×0.001 내지 250×0.01=0.25 내지 2.5(질량부)의 범위로 계산할 수 있다.Illustrating the calculation method of the quantity in solid content basis of surfactant, For example, when CTAB specific surface area is hydrous silicic acid of 250 m <2> / g, the addition amount of surfactant (solid content basis) is 250 * per 100 mass parts of hydrous silicic acids. It can calculate in the range of 0.001-250 * 0.01 = 0.25-2.5 (mass part).

계면활성제의 종류로서는, 함수 규산 표면에 효율적으로 흡착하기 위해서 양이온계 혹은 비이온계의 계면활성제가 아니면 안되고, 음이온계 계면활성제에서는 충분한 분산 효과가 발견되고 있지 않다.As a kind of surfactant, in order to adsorb | suck to a hydrous silicic acid surface efficiently, it must be cationic or nonionic surfactant, and sufficient dispersion effect is not found in anionic surfactant.

계면활성제는, 함수 규산 표면에 균일하게 처리하기 위해서, 후술하는 방법으로 습식처리하는 것이 바람직하다. 함수 규산 건조분에 직접 계면활성제를 섞는 건식 처리의 경우, 건조에 의한 응집을 방지하는 효과가 없을 뿐만 아니라, 불균일한 처리가 되기 쉽고, 분산성 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다.In order to process a surfactant uniformly on the surface of hydrous silicic acid, it is preferable to wet-process by the method mentioned later. In the case of the dry treatment in which the surfactant is directly mixed with the hydrous silicic acid dry powder, not only the effect of preventing aggregation by drying, but also the non-uniform treatment is easy, and the effect of improving dispersibility is not sufficiently obtained.

본 발명의 함수 규산은, 실란 커플링제를 병용하는 다이엔계 고무 조성물의 보강 충전용으로 특히 우수한 효과를 발휘한다. 실란 커플링제 및 다이엔계 고무 조성물의 예는 후술한다.The hydrous silicic acid of the present invention exhibits particularly excellent effects for reinforcing filling of a diene rubber composition using a silane coupling agent in combination. Examples of the silane coupling agent and the diene rubber composition will be described later.

<함수 규산의 제조 방법><Method for producing functional silicic acid>

본 발명의 함수 규산은, 함수 규산을 제조하는 공정 중 어느 하나의 단계에 있어서, 알루민산염을 첨가하고, 그 후에 양이온계 또는 비이온계 계면활성제를 첨가하는 것을 포함하는, 방법에 의해 제조된다. 알루민산염은 알루민산나트륨인 것이, 입수가 용이하다는 관점에서 바람직하다.The hydrous silicic acid of the present invention is produced by a method comprising adding aluminate and then adding a cationic or nonionic surfactant in any one of the processes for producing hydrous silicic acid. . It is preferable that aluminate is sodium aluminate from a viewpoint of the availability.

상기 함수 규산을 제조하는 공정은, 예를 들어, 규산 알칼리 수용액의 첨가 종료로부터 계속해서 산을 첨가하는 단계, 여과 수세를 행하는 단계, 건조 단계 중 어느 하나의 단계를 포함하고, 그리고 이들 단계 중 어느 하나에 있어서, 상기 알루민산염, 바람직하게는 알루민산나트륨을 첨가하고, 그 후에 계면활성제를 첨가할 수 있다. 알루민산나트륨은, 바람직하게는 Na2O/Al2O3 몰비 1.8 내지 20.0이고, 그리고 Al2O3 농도 1.0 내지 16.0중량%이다. 상기 계면활성제는 고형분 기준으로 20 내지 90중량%의 범위의 수용액으로서 첨가하는 것이 바람직하다.The process for producing the hydrous silicic acid includes, for example, any one of steps of continuously adding an acid from the completion of the addition of the aqueous alkali silicate solution, performing filtration water washing, drying, and any of these steps. In one, the aluminate, preferably sodium aluminate, can be added, followed by the addition of a surfactant. Sodium aluminate is preferably a Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of 1.8 to 20.0, and an Al 2 O 3 concentration of 1.0 to 16.0% by weight. The surfactant is preferably added as an aqueous solution in the range of 20 to 90% by weight based on solids.

상기 제조 공정에 있어서 수용액 중에 함수 규산을 형성하는 공정은, 예를 들어, SiO2 농도 5 내지 50g/ℓ, pH 10 내지 12인 70 내지 90℃로 가열한 규산 알칼리 수용액에, 규산 알칼리 수용액과 황산을 70 내지 90℃의 온도로 첨가하고, 반응액의 pH가 10 내지 11의 범위로 결정되도록 규산 알칼리 수용액과 황산의 첨가량(비율)을 제어하면서 중화 반응을 행하고, SiO2 농도가 50 내지 80g/ℓ의 범위가 될 때까지 상기 첨가를 행하는 것을 포함할 수 있다.The step of forming hydrous silicic acid in the aqueous solution in the production process, for example, alkali silicate aqueous solution and sulfuric acid in an aqueous alkali silicate solution heated to 70 to 90 ℃ having a SiO 2 concentration of 5 to 50 g / l, pH 10 to 12 Is added at a temperature of 70 to 90 ° C., and the neutralization reaction is carried out while controlling the addition amount (ratio) of the aqueous alkali silicate solution and sulfuric acid so that the pH of the reaction solution is determined in the range of 10 to 11, and the SiO 2 concentration is 50 to 80 g /. It may comprise performing said addition until it becomes a range of l.

본 발명의 함수 규산의 습식제조 방법은, 일반적으로, 규산 알칼리 수용액과 광산(일반적으로는 황산)을 반응시킴으로써 행해지는 것은 알려져 있다. 본 발명의 함수 규산의 제조 방법도 기본적으로는 이 방법에 의거한다. 특히 바람직한 양상으로서는, 반응 개시부터 종료에 걸쳐서, 서서히 pH를 저하시키는 황산 과다법이 분산성이 우수한 CTAB 표면적이 높은 함수 규산을 얻기 쉽지만, 이 방법으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 알루미늄의 첨가 방법이나 계면활성제의 첨가 방법도 중요하다.It is known that the wet manufacturing method of hydrous silicic acid of this invention is generally performed by making alkali aqueous silicate aqueous solution react with a photo acid (generally sulfuric acid). The method for producing hydrous silicic acid of the present invention is also basically based on this method. As a particularly preferable aspect, the sulfuric acid excess method of gradually reducing the pH from the start to the end of the reaction easily obtains a hydrous silicic acid having a high CTAB surface area excellent in dispersibility, but is not limited to this method. In order to achieve the object of the present invention, the addition method of aluminum and the addition method of surfactant are also important.

각 공정의 구체예는 이하와 같다.The specific example of each process is as follows.

(a) SiO2 농도 5 내지 50g/ℓ, pH 10 내지 12인 70 내지 90℃로 가열한 규산 알칼리 수용액에, 규산 알칼리 수용액과 황산을 70 내지 90℃의 온도로 첨가하고, 반응액의 pH가 10 내지 11의 범위로 결정되도록 규산 알칼리 수용액과 황산의 첨가량(비율)을 제어하면서 중화 반응을 행하고, SiO2 농도가 50 내지 80g/ℓ의 범위가 될 때까지, 상기 첨가를 행하여 수용액 중에 규산을 형성하는 공정.(a) in the alkali silicate aqueous solution heated to a SiO 2 concentration of 5 to 50g / ℓ, pH 10 to 12 70 to 90 ℃, the addition of alkali silicate solution and sulfuric acid at a temperature of 70 to 90 ℃, and the reaction solution pH The neutralization reaction is carried out while controlling the addition amount (ratio) of the aqueous alkali silicate solution and sulfuric acid so as to be determined in the range of 10 to 11, and the addition is carried out until the SiO 2 concentration is in the range of 50 to 80 g / L, and the silicic acid is dissolved in the aqueous solution. Forming process.

(b) 상기 규산 알칼리 수용액의 첨가를 정지하고, 반응액의 pH가 5 이하가 될 때까지 황산 첨가를 계속해서 침전물을 얻는 공정.(b) A step of stopping the addition of the aqueous alkali silicate solution and continuing adding sulfuric acid until the pH of the reaction solution reaches 5 or less, thereby obtaining a precipitate.

(c) 얻어진 침전물을 여과, 수세해서 케이크를 얻는 공정.(c) A step of filtering and washing the obtained precipitate to obtain a cake.

(d) 필요하면 (c)에서 얻어진 케이크를 유화시키는 공정을 추가할 수 있다.(d) If necessary, a step of emulsifying the cake obtained in (c) can be added.

(e) 얻어진 케이크 혹은 유화 슬러리를 건조, 분쇄해서 함수 규산 분말을 얻는 공정.(e) Process of drying and pulverizing the obtained cake or emulsion slurry to obtain hydrous silicic acid powder.

알루미늄이나 계면활성제는 (b) 내지 (d)의 공정 중 어느 하나의 공정 중에서 첨가한다. 반응 단계인 (a)에서 첨가한 경우, 함수 규산의 응집 구조가 변화되고, 함수 규산의 분산성이 악화될 가능성이 있으므로 (a) 종료 후의 (b) 이후의 공정으로 하는 것이 바람직하다.Aluminum and surfactant are added in any of the processes of (b)-(d). When it adds in (a) which is a reaction step, since the aggregation structure of hydrous silicic acid may change and the dispersibility of hydrous silicic acid may deteriorate, it is preferable to set it as the process after (b) after completion | finish of (a).

또, 계면활성제의 첨가는, 적어도 (e)의 건조 전에 행하는 것이, 건조 시의 응집을 방지할 수도 있으므로 보다 바람직하다.Moreover, addition of surfactant is more preferable at least before drying, since it may prevent aggregation at the time of drying.

알루미늄원으로서 알루민산염이 바람직하며, 알루민산나트륨이 최적이다. 함수 규산은, 약알카리성 용액에는 미량 용해되므로, 알루민산나트륨과 같은 알카리성 Al2O3 용액을 첨가함으로써, 함수 규산의 표면만이 용해되어, 알루미늄이 취입되기 쉬워진다.As an aluminum source, aluminate is preferable, and sodium aluminate is optimal. Since the hydrous silicic acid is dissolved in a small amount in the weakly alkaline solution, by adding an alkaline Al 2 O 3 solution such as sodium aluminate, only the surface of the hydrous silicic acid is dissolved and aluminum is easily blown.

또한, Na2O/Al2O3 몰비 1.8 내지 20.0, Al2O3 농도 1.0 내지 16.0중량%로 조제한 알루민산나트륨의 첨가가, 후술하는 이유로 가장 바람직하며, 함수 규산 표면에 균일하게 처리하기 위해서, 습식으로 첨가를 행하고, 첨가 후 5분 이상 교반하여 함수 규산 표면에 취입시키는 것이 바람직하다.In addition, the addition of sodium aluminate prepared at a Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of 1.8 to 20.0 and an Al 2 O 3 concentration of 1.0 to 16.0% by weight is most preferable for the reasons described later, in order to uniformly treat the hydrous silicic acid surface. It is preferable to add by wet type | mold, and to stir for 5 minutes or more after addition, and to blow into a hydrous silicic acid surface.

알루민산나트륨의 Al2O3 농도가 1.0중량% 이상이면, 알루미늄의 함수 규산 표면에의 취입이 충분해지고, 16.0중량% 이하이면 첨가 시에 함수 규산의 응집을 일으키는 일도 없다. 또한, 알루민산나트륨은, 수용액 중의 Al2O3 농도와 Na2O/Al2O3 몰비에 따라서는, 가수분해를 일으키는 것이나, 결정화되는 것이 알려져 있지만, Al2O3 농도 1.0중량% 내지 16.0중량%로서는 Na2O/Al2O3 몰비가 1.8 이상이면, 안정적인 알루민산나트륨 수용액이 얻어진다. 몰비는 높은 쪽이 안정적인 용액이 얻어지기 쉽지만, 높을수록 알칼리가 강해진다. Na2O/Al2O3 몰비가 20.0 이하이면, 함수 규산의 응집을 일으킬 염려는 없다. 또, 안정적인 알루민산나트륨이 얻어지는 범위이면 몰비는 낮은 쪽이 바람직하다.When the Al 2 O 3 concentration of sodium aluminate is 1.0% by weight or more, the blowing of aluminum to the hydrous silicic acid surface is sufficient, and when it is 16.0% by weight or less, no aggregation of hydrous silicic acid is caused during addition. Although sodium aluminate is known to cause hydrolysis or crystallization depending on the Al 2 O 3 concentration and the Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio in the aqueous solution, it is known that the Al 2 O 3 concentration is 1.0 wt% to 16.0. As the percent by weight is Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio is 1.8 or more, is obtained and a stable sodium aluminate solution. The higher the molar ratio, the easier it is to obtain a stable solution, but the higher the molar ratio, the stronger the alkali. If the Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio is 20.0 or less, there is no fear of causing aggregation of hydrous silicic acid. In addition, the lower the molar ratio is preferable as long as stable sodium aluminate is obtained.

계면활성제의 첨가는, 알루민산염을 첨가한 후에 행한다. 고형분 기준 농도를 20 내지 90중량%의 범위로 조정한 계면활성제를 첨가하는 것이 바람직하다. 함수 규산 표면에 균일하게 처리하기 위하여, 계면활성제는 반드시 슬러리 중에 첨가(습식처리)하고, 첨가 후 5분 이상 교반해서 함수 규산 표면에 균일하게 처리하는 것이 바람직하다.Addition of surfactant is performed after adding aluminate. It is preferable to add surfactant which adjusted the solid content reference concentration to the range of 20 to 90 weight%. In order to uniformly process a hydrous silicic acid surface, it is preferable to add surfactant in a slurry (wet process), and to stir for 5 minutes or more after addition, and to uniformly process a hydrous silicic acid surface.

계면활성제의 고형분 기준 농도가 20중량% 이상이면, 계면활성제의 함수 규산 표면에의 흡착이 양호하게 행해지고, 90중량% 이하이면 함수 규산 표면에 균일하게 처리되어, 응집 억제 효과가 충분히 발휘될 수 있다. 또, 상기 (d) 공정의 유화 슬러리 중에 첨가할 경우도 이 농도 범위이면, 겔화 등의 현상을 일으키는 일 없이 첨가할 수 있다. 첨가 후에는 계면활성제가 함수 규산 표면 상에 거의 균등하게 배치되고, 함수 규산의 응집을 억제하도록 5분 이상 교반하는 것이 바람직하다.If the solid content reference concentration of the surfactant is 20% by weight or more, adsorption of the surfactant to the hydrous silicic acid surface is satisfactorily performed. If it is 90% by weight or less, the surface of the hydrous silicic acid is uniformly treated, and the aggregation suppression effect can be sufficiently exhibited. . Moreover, when adding in the emulsion slurry of the said (d) process, if it is this concentration range, it can add without causing the phenomenon, such as gelatinization. After the addition, the surfactant is disposed almost evenly on the surface of the hydrous silicic acid, and stirring is preferably performed for at least 5 minutes to suppress aggregation of the hydrous silicic acid.

본 발명에 있어서, 알루민산염(예를 들어, 나트륨) 및 계면활성제의 첨가 순서 및 첨가 방법은 중요하다. 본 발명의 함수 규산의 제조 방법에 있어서, 알루민산염의 첨가와 계면활성제의 첨가의 순서를 반대로 하면, 계면활성제에 의해, 알루미늄이 함수 규산 표면에 취입되어 고체산을 형성하는 것이 저해되므로, 소망의 내마모성 향상 효과를 지니는 함수 규산이 얻어지지 않는다.In the present invention, the order of addition and method of addition of aluminate (eg sodium) and surfactant is important. In the method for producing hydrous silicic acid of the present invention, if the order of addition of aluminate and addition of surfactant is reversed, it is inhibited that aluminum is blown into the surface of hydrous silicic acid and the solid acid is inhibited by the surfactant. A hydrous silicic acid having an abrasion resistance improving effect of was not obtained.

본 발명의 함수 규산은, 각종 고무 조성물의 보강 충전용으로서 응용할 수 있지만, 다이엔계 고무에의 보강 충전용이 바람직하다. 고무 조성물의 용도는, 타이어, 벨트 등의 내마모성이 요구되는 공업용 고무 분야에 있어서 널리 이용할 수 있다.Although the hydrous silicic acid of this invention can be applied as reinforcement filling of various rubber compositions, the reinforcing filling to diene type rubber is preferable. The use of a rubber composition can be widely used in the industrial rubber field | area where abrasion resistance, such as a tire and a belt, is calculated | required.

본 발명의 함수 규산을 이용할 수 있는 고무 조성물은 특별히 제한은 없지만, 고무로서는, 천연 고무(NR) 또는 다이엔계 합성 고무를 단독 또는 이들을 블렌드해서 포함하는 고무 조성물일 수 있다. 합성 고무로서는, 예를 들어, 합성 폴리아이소프렌고무(IR), 폴리부타다이엔 고무(BR)나 스타이렌부타다이엔 고무(SBR), 아크릴로나이트릴부타다이엔 고무(NBR) 등을 들 수 있다. 본 발명의 함수 규산은, 특히, 실란 커플링제를 병용하는 다이엔계 합성 고무를 함유하는 고무 조성물에 있어서, 내마모성 향상 효과가 현저하다. 본 발명의 함수 규산은, 천연 고무 및/또는 다이엔계 합성 고무 100질량부에 대하여, 예를 들어, 5 내지 100질량부를 배합할 수 있다. 단, 이 범위로 한정되는 의도는 아니다.Although the rubber composition which can use the hydrous silicic acid of this invention is not restrict | limited, The rubber composition may be a rubber composition containing natural rubber (NR) or diene type synthetic rubber alone or in combination thereof. As synthetic rubber, synthetic polyisoprene rubber (IR), polybutadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), etc. are mentioned, for example. have. In particular, the hydrous silicic acid of the present invention has a remarkable wear resistance improvement effect in a rubber composition containing a diene synthetic rubber using a silane coupling agent in combination. The hydrous silicic acid of this invention can mix | blend 5-100 mass parts with respect to 100 mass parts of natural rubber and / or diene synthetic rubber. However, it is not intended to be limited to this range.

상기 고무 조성물은, 실란 커플링제를 첨가한 것인 것이 가능하다. 실란 커플링제는, 고무 조성물에 이용되고 있는 것을 예시할 수 있고, 예를 들어, 하기 식 (I) 내지 식 (III)으로 표시되는 적어도 하나를 들 수 있다.The said rubber composition can be what added the silane coupling agent. What is used for a rubber composition can illustrate the silane coupling agent, For example, at least 1 is represented by following formula (I)-formula (III).

Figure pct00001
Figure pct00001

(식 중, X는 탄소수 1 내지 3의 알킬기 또는 염소원자, n은 1 내지 3의 정수, m은 1 내지 3의 정수, p는 1 내지 9의 정수를 나타내고, q는 1 이상의 정수로 분포를 지닐 경우도 있다)(Wherein X represents an alkyl group or chlorine atom having 1 to 3 carbon atoms, n represents an integer of 1 to 3, m represents an integer of 1 to 3, p represents an integer of 1 to 9, and q represents an integer of 1 or more). I may have it)

Figure pct00002
Figure pct00002

(식 중, X는 탄소수 1 내지 3의 알킬기 또는 염소원자, Y는 머캅토기, 비닐기, 아미노기, 이미도기, 글리시독시기, 메타크릴옥시기 또는 에폭시기, n은 1 내지 3의 정수, m은 1 내지 3의 정수, p는 1 내지 9의 정수를 나타낸다.)(Wherein X is an alkyl group or chlorine atom having 1 to 3 carbon atoms, Y is a mercapto group, vinyl group, amino group, imido group, glycidoxy group, methacryloxy group or epoxy group, n is an integer of 1 to 3, m is An integer of 1 to 3, p represents an integer of 1 to 9).

Figure pct00003
Figure pct00003

(식 중, X는 탄소수 1 내지 3의 알킬기 또는 염소원자, Z는 벤조티아졸릴기, N,N-다이메틸티오카바모일기 또는 메타크릴레이트기, n은 1 내지 3의 정수, m은 1 내지 3의 정수, p는 1 내지 9의 정수를 나타내고, q는 1이상의 정수로 분포를 지닐 경우도 있다.)Wherein X is an alkyl group or chlorine atom having 1 to 3 carbon atoms, Z is a benzothiazolyl group, N, N-dimethylthiocarbamoyl group or methacrylate group, n is an integer of 1 to 3, m is 1 An integer of 3 to 3, p represents an integer of 1 to 9, and q may have a distribution of an integer of 1 or more.)

실란 커플링제는, 구체적으로는, 비스(3-트라이에톡시실릴프로필)폴리설파이드, γ-머캅토프로필트라이메톡시실란, γ-머캅토프로필트라이에톡시실란, γ-아미노프로필트라이메톡시실란, γ-아미노프로필트라이에톡시실란, 비닐트라이메톡시실란, 비닐트라이에톡시실란, γ-글리시독시프로필트라이메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸다이에톡시실란, 3-트라이메톡시실릴프로필-N,N-다이메틸카바모일테트라설파이드, 3-트라이메톡시실릴프로필벤조티아졸릴테트라설파이드, 3-트라이메톡시실릴프로필메타크릴레이트 모노설파이드 등을 들 수 있다. 실란 커플링제의 배합량은, 함수 규산의 질량에 대해서, 예를 들면, 1 내지 20질량%, 바람직하게는 2 내지 15질량%이다. 단, 이 범위로 한정되는 의도는 아니다.Specific examples of the silane coupling agent include bis (3-triethoxysilylpropyl) polysulfide, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltriethoxysilane, and γ-aminopropyltrimethoxysilane. , γ-aminopropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-trimethoxy Silylpropyl-N, N-dimethylcarbamoyl tetrasulfide, 3-trimethoxysilylpropylbenzothiazolyl tetrasulfide, 3-trimethoxysilylpropyl methacrylate monosulfide, etc. are mentioned. The compounding quantity of a silane coupling agent is 1-20 mass% with respect to the mass of hydrous silicic acid, Preferably it is 2-15 mass%. However, it is not intended to be limited to this range.

본 발명의 함수 규산을 고무 조성물에 이용할 경우에는, 상기 고무 및 실란 커플링제 이외에, 필요에 따라서, 카본블랙, 연화제(왁스, 오일), 노화 방지제, 가황제, 가황촉진제, 가황촉진 조제 등의 통상 고무 공업에 사용되는 배합제를 적당히 배합할 수 있다. 고무 조성물은, 상기 고무 성분, 본 발명의 함수 규산, 실란 커플링제, 상기 필요에 따라서 배합하는 상기 카본블랙, 고무 배합제 등을 밴버리믹서 등의 혼련기로 조제할 수 있다.In the case of using the hydrous silicic acid of the present invention in a rubber composition, in addition to the rubber and silane coupling agent described above, carbon black, a softener (wax, oil), an anti-aging agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization accelerator and the like, as necessary, may be used. The compounding agent used for the rubber industry can be mix | blended suitably. A rubber composition can prepare the said rubber component, the hydrous silicic acid of this invention, a silane coupling agent, the said carbon black mix | blended as needed, a rubber compounding agent, etc. with kneaders, such as a Banbury mixer.

본 발명의 함수 규산을 배합한 고무 조성물은, 타이어, 컨베이어 벨트 등의 고무 제품에 적합하게 적용할 수 있는 것이며, 타이어, 컨베이어 벨트 등의 고무 제품은 보강성, 내마모성 등이 우수한 것이 된다.The rubber composition incorporating the hydrous silicic acid of the present invention can be suitably applied to rubber products such as tires and conveyor belts, and rubber products such as tires and conveyor belts are excellent in reinforcement and wear resistance.

[실시예]EXAMPLE

이하 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예 및 비교예를 제시해서 설명하지만, 물론 이들로 한정되는 것은 아니다. 또, 함수 규산의 각 물성값의 측정은, 다음에 나타내는 방법에 의해 실시했다.EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and demonstrated in order to demonstrate this invention concretely, it is not limited to these. In addition, the measurement of each physical property value of hydrous silicic acid was implemented by the method shown next.

● 표면 고체산량/밀도● Surface solid acid amount / density

105℃에서 2시간 건조시킨 함수 규산 약 0.1g에 대해서, 0.5m-㏖/ℓ로 조제한 메틸레드 지시약의 벤젠 용액을 10방울 적하하고, 5㎖의 벤젠을 가하였다. 50m-㏖/ℓ로 조제한 n-부틸아민의 벤젠 용액을 이용해서 적정하고, 황색으로 변색된 시점의 n-부틸아민 적하량으로부터 표면 고체산량을 산출했다. 또한, 표면 고체산량을 CTAB 비표면적으로 나눔으로써, 표면 고체산 밀도를 산출했다.To about 0.1 g of hydrous silicic acid dried at 105 ° C. for 2 hours, 10 drops of a benzene solution of methyl red indicator prepared at 0.5 m-mol / L was added dropwise, and 5 ml of benzene was added. It titrated using the benzene solution of n-butylamine prepared at 50m-mol / L, and the surface solid acid amount was computed from the n-butylamine dripping amount at the time of discoloration to yellow. In addition, the surface solid acid density was calculated by dividing the amount of surface solid acid by the CTAB specific surface area.

● CTAB 비표면적● CTAB specific surface area

JIS K6430(고무 배합제-실리카-시험 방법)에 의거해서 행하였다. 단, CTAB 분자의 흡착 단면적을 35Å2으로서 산출했다.It carried out based on JIS K6430 (rubber compounding agent-silica-test method). However, the adsorption cross-sectional area of CTAB molecules was calculated as 35 Pa 2 .

● 배합물 조제법● Formulation

표 1에 나타낸 배합에 따라서, 하기 혼련순서에 의해 고무 시험용 샘플을 조정했다.According to the mixing | blending shown in Table 1, the rubber test sample was adjusted with the following kneading procedure.

(i) 1.7ℓ 밴버리믹서(코베제강(KOBELCO) 제품)에서 폴리머 700g을 혼련(30초)하고, 표 1의 배합물 A를 가해서, 취출 시의 컴파운드 온도를 140 내지 150℃가 되도록 램압(ram pressure)이나 회전수로 조절을 행하고, 약 5분 혼련 후 취출하였다.(i) In a 1.7 L Banbury mixer (KOBELCO), 700 g of the polymer was kneaded (30 seconds), and the compound A of Table 1 was added to give a compound temperature of 140 to 150 ° C at the time of extraction. ) And rotational speed, and took out after kneading for about 5 minutes.

(ii) 컴파운드를 실온에서 냉각 후, 표 1의 배합물 B를 가해서 약 1분 혼련 후 취출(취출 시의 온도를 100℃ 이하로 함), 8인치 오픈롤에서 시팅(sheeting)을 행하여 미가황물 및 가황물 특성을 측정했다.(ii) After cooling the compound at room temperature, the compound B of Table 1 was added, kneaded for about 1 minute and then taken out (the temperature at the time of taking out was 100 ° C. or lower), and sheeting was carried out on an 8-inch open roll. Vulcanizate properties were measured.

Figure pct00004
Figure pct00004

● 미가황물 특성(스코치 타임 t5)● Unvulcanized Property (Scotch Time t5)

무니점도계 VR-1132형(우에지마세이사쿠쇼 제품)을 이용해서, 125℃, L형 회전자에서 측정.Using a Mooney Viscometer VR-1132 (manufactured by Uejima Seisakusho), measured at 125 ° C and an L type rotor.

● 가황물 특성(인장 강도)● Vulcanizer Characteristics (Tensile Strength)

JIS의 시험법에 준해 측정을 행하였다.The measurement was performed according to the JIS test method.

● 분산성 시험● Dispersibility Test

Opti Grade사 제품 디스퍼그레이더로 측정. Measured with Opti Grade's dispergrader.

배율 100배 E스케일Magnification 100 times E scale

비교예 1의 X값을 100이라고 했을 경우의 분산성 지수로 구했다. 지수가 높을수록 분산성이 양호한 것을 나타낸다.It calculated | required with the dispersibility index at the time of making X value of the comparative example 1 100. Higher indexes indicate better dispersibility.

● 마모 시험● abrasion test

애크런(acron)형 마모 시험기로 측정.Measured with an acron wear tester.

경각: 15°, 하중: 6파운드 시험 회수; 1000회전에서의 마모 감소 용적을 측정하였다. 측정 결과는 비교예 1을 100이라고 했을 경우의 내마모 지수로 구했다. 지수가 높을수록 내마모성이 양호한 것을 나타낸다.Inclination: 15 °, load: 6 pounds test count; The wear reduction volume at 1000 revolutions was measured. The measurement result was calculated | required by the abrasion resistance index at the time of making comparative example 1 100. Higher indexes indicate better wear resistance.

본 발명의 평가에서는, 분산성 및 내마모성에 착안해서, 분산성 지수가 100이상, 또한 내마모 지수가 150 이상인 경우를 A라 하고, 분산성 지수가 100 이상, 또한 내마모 지수가 180 이상인 경우를 S라 하였다. 또한, 분산성 지수가 100 이상, 내마모성 지수가 100 이상 140 미만인 것은, 개선 효과가 불충분하므로 B, 분산성 지수, 내마모 지수 중 어느 하나가 100 미만이 되는 것은, 개선 효과가 보여지지 않는 것으로 하여, C라 하였다.In the evaluation of the present invention, the case where the dispersibility index is 100 or more and the wear resistance index is 150 or more, focusing on the dispersibility and wear resistance, A is the case where the dispersibility index is 100 or more and the wear resistance index is 180 or more. S. In addition, the dispersibility index of 100 or more and the wear resistance index of 100 or more and less than 140 have insufficient improvement effect, so that any one of B, the dispersibility index, and the wear index is less than 100 does not show an improvement effect. , C.

(실시예 1)(Example 1)

교반기를 구비한 240ℓ의 재킷 부착 스테인리스 용기에, 물 80ℓ 및 규산 나트륨 수용액을 14ℓ(SiO2 150g/ℓ, SiO2/Na2O 질량비 3.3) 투입하고, 가열해서 온도 82℃로 하였다. 이때 SiO2 농도는 22g/ℓ, pH는 11.5가 되었다.Into a 240 liter jacketed stainless steel vessel equipped with a stirrer, 14 liters (SiO 2 150 g / L, SiO 2 / Na 2 O mass ratio 3.3) of 80 liters of water and an aqueous sodium silicate solution were charged, and heated to a temperature of 82 ° C. At this time, the SiO 2 concentration was 22 g / L and the pH was 11.5.

본 수용액에, 상기와 마찬가지의 규산 나트륨 수용액과 황산(18.4㏖/ℓ)을, 온도 82℃±1℃를 유지하면서, 100분간 SiO2 농도가 65g/ℓ, pH가 10.9가 되도록 황산 과다로 첨가해서 100분에 규산 나트륨의 첨가만을 정지하였다.To this aqueous solution, the same aqueous sodium silicate solution and sulfuric acid (18.4 mol / l) were added in excess of sulfuric acid so that the SiO 2 concentration was 65 g / l and the pH was 10.9 for 100 minutes while maintaining the temperature of 82 ° C ± 1 ° C. The addition of sodium silicate was stopped at 100 minutes.

소정의 중화 반응 종료 후에는 마찬가지의 황산을 pH 3.0이 될 때까지 첨가해서 침전물을 얻었다. 그 후 얻어진 반응물을 여과, 수세해서 케이크를 얻었다. 얻어진 케이크를 유화시켰다. 이 유화 슬러리에 대해서, 함수 규산 표면에 균일하게 처리하기 위하여 Na2O/Al2O3 몰비 5.9, Al2O3 농도 5.0중량%로 조제한 알루민산나트륨 수용액을 Al2O3/SiO2 질량비로 0.8%가 되도록 충분히 시간을 들여서 첨가했다. 이렇게 충분히 옅은 Al2O3 농도의 알루민산나트륨을 첨가함으로써, 함수 규산 표면에 균일하게 처리를 할 수 있고, 함수 규산 표면에 취입되는 알루미늄이 많아진다. 10분 교반해서 알루미늄을 함수 규산 표면에 취입시킨 후, 고형분 농도 20중량%로 조제한 양이온 A(양이온계 계면활성제: 폴리다이아릴다이메틸암모늄 클로라이드)를 계면활성제/SiO2 질량비(고형분 기준)로 1.4%가 되도록 첨가하고, 10분 교반하였다. 그 후, 건조시켜 함수 규산을 제조하고, 평가를 행했다.After the completion of the predetermined neutralization reaction, the same sulfuric acid was added until the pH became 3.0 to obtain a precipitate. The reactant obtained after that was filtered and washed with water to obtain a cake. The cake obtained was emulsified. With respect to the emulsion slurry, a Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of 5.9, Al 2 O 3 concentration of 5.0% by weight of the prepared sodium aluminate aqueous solution of Al 2 O 3 / SiO 2 mass ratio in order to uniformly process a silicate hydrate, a surface It took time enough to add 0.8%. By adding sodium aluminate at a sufficiently low Al 2 O 3 concentration, the surface of the hydrous silicic acid can be treated uniformly, and the amount of aluminum blown into the hydrous silicic acid surface increases. After stirring for 10 minutes, aluminum was blown to the surface of hydrous silicic acid, and then cation A (cationic surfactant: polydiaryldimethylammonium chloride) prepared at a solid concentration of 20% by weight was 1.4 in terms of surfactant / SiO 2 mass ratio (based on solids). % Was added and stirred for 10 minutes. Then, it dried and manufactured hydrous silicic acid and evaluated.

(실시예 2)(Example 2)

교반기를 구비한 240ℓ의 재킷 부착 스테인리스 용기에, 물 80ℓ 및 규산 나트륨 수용액을 3.5ℓ(SiO2 150g/ℓ, SiO2/Na2O 질량비 3.3) 투입하고, 가열해서 온도72℃로 하였다. 이때 SiO2 농도는 6.0g/ℓ, pH는 10.9가 되었다.In a jacket attached to a stainless steel container equipped with a stirrer of 240ℓ, 80ℓ of water and aqueous solution of sodium silicate 3.5ℓ (SiO 2 150g / ℓ, SiO 2 / Na 2 O weight ratio of 3.3) is added, heated to a temperature was 72 ℃. At this time, the SiO 2 concentration was 6.0 g / l, and the pH was 10.9.

본 수용액에, 상기와 마찬가지의 규산 나트륨 수용액과 황산(18.4㏖/ℓ)을, 온도 72℃±1℃, pH 10.9를 유지하면서, 100분간 SiO2 농도가 65g/ℓ가 되도록 첨가하고 100분에 규산 나트륨의 첨가만을 정지하였다.To this aqueous solution, the same aqueous sodium silicate solution and sulfuric acid (18.4 mol / l) were added so that the SiO 2 concentration was 65 g / l for 100 minutes while maintaining the temperature at 72 ° C ± 1 ° C and pH 10.9. Only the addition of sodium silicate was stopped.

소정의 중화 반응 종료 후에는 마찬가지의 황산을 pH3.0이 될 때까지 첨가해서 침전물을 얻었다. 그 후 얻어진 반응물을 여과, 수세해서 케이크를 얻었다. 얻어진 케이크를 유화시키고, 이 유화 슬러리에 대해서, Na2O/Al2O3 몰비 3.0, Al2O3 농도 10.0중량%로 조제한 알루민산나트륨 수용액을 Al2O3/SiO2 질량비로 1.5%가 되도록 충분히 시간을 들여서 첨가했다. 5분 교반해서 알루미늄을 함수 규산 표면에 취입시킨 후, 고형분 40중량%로 조제한 양이온 B(양이온계 계면활성제: 스테아릴아민아세테이트)를 계면활성제/SiO2 질량비(고형분 기준)로 1.5%가 되도록 첨가하고, 5분 교반하였다. 그 후, 건조시켜 함수 규산을 제조하고, 평가를 행했다.After the completion of the predetermined neutralization reaction, the same sulfuric acid was added until the pH became 3.0 to obtain a precipitate. The reactant obtained after that was filtered and washed with water to obtain a cake. The obtained cake was emulsified, and 1.5% of the sodium aluminate aqueous solution prepared at a Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio 3.0 and an Al 2 O 3 concentration of 10.0% by weight was added at an Al 2 O 3 / SiO 2 mass ratio. Add as much time as possible. After stirring for 5 minutes to blow aluminum onto the surface of hydrous silicic acid, cation B (cationic surfactant: stearylamine acetate) prepared at 40% by weight of solids was added so as to be 1.5% by surfactant / SiO 2 mass ratio (based on solids). Then, it stirred for 5 minutes. Then, it dried and manufactured hydrous silicic acid and evaluated.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 2와 마찬가지 방법으로 반응을 행하고, 100분에 규산 나트륨의 첨가만을 정지하였다. 마찬가지의 황산을 첨가하면서, Na2O/Al2O3 몰비 3.0, Al2O3 농도 10.0중량%로 조제한 알루민산나트륨 수용액을 Al2O3/SiO2 질량비로 0.8%가 되도록 첨가했다. 5분 교반해서 알루미늄을 함수 규산 표면에 취입시킨 후, 고형분 50중량%로 조제한 양이온 A를 계면활성제/SiO2 질량비(고형분 기준)로 0.5%가 되도록 첨가하고, 5분 이상 교반하였다.The reaction was carried out in the same manner as in Example 2, and only the addition of sodium silicate was stopped at 100 minutes. Was added such that the sulfuric acid and the like, Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of 3.0, Al 2 O 3 0.8% prepared sodium aluminate solution at a concentration 10.0% by weight as Al 2 O 3 / SiO 2 weight ratio. After stirring for 5 minutes to blow aluminum on the surface of hydrous silicic acid, cation A prepared at 50% by weight of solid content was added so as to be 0.5% by surfactant / SiO 2 mass ratio (based on solids) and stirred for 5 minutes or more.

계면활성제 첨가 종료 후에도 마찬가지의 황산 첨가를 pH3.0이 될 때까지 계속해서 침전물을 얻었다. 그 후 얻어진 반응물을 여과, 수세해서 케이크를 얻었다. 얻어진 케이크를 건조시켜 함수 규산을 제조하고, 평가를 행했다.Even after completion | finish of surfactant addition, the same sulfuric acid addition continued to obtain a precipitate until it became pH3.0. The reactant obtained after that was filtered and washed with water to obtain a cake. The obtained cake was dried to produce hydrous silicic acid and evaluated.

(실시예 4)(Example 4)

교반기를 구비한 240ℓ의 재킷 부착 스테인리스 용기에, 물 85ℓ 및 규산 나트륨 수용액을 6.0ℓ(SiO2 150g/ℓ, SiO2/Na2O 질량비 3.3) 투입하고, 가열해서 온도90℃로 하였다. 이때 SiO2 농도는 10.0g/ℓ, pH는 11.2가 되었다.Into a 240 liter stainless steel container equipped with a stirrer, 6.0 liters (SiO 2 150 g / L, SiO 2 / Na 2 O mass ratio 3.3) of 85 liters of water and an aqueous sodium silicate solution were charged, and heated to a temperature of 90 ° C. At this time, the SiO 2 concentration was 10.0 g / l and the pH was 11.2.

본 수용액에, 상기와 마찬가지의 규산 나트륨 수용액과 황산(18.4㏖/ℓ)을, 온도 90℃±1℃, pH 10.9를 유지하면서, 100분간 SiO2 농도가 60g/ℓ가 되도록 첨가하고 100분에 규산 나트륨의 첨가만을 정지하였다.To this aqueous solution, the same aqueous sodium silicate solution and sulfuric acid (18.4 mol / l) were added so that the SiO 2 concentration was 60 g / l for 100 minutes while maintaining the temperature at 90 ° C ± 1 ° C and pH 10.9. Only the addition of sodium silicate was stopped.

마찬가지의 황산을 첨가하면서, Na2O/Al2O3 몰비 19.7, Al2O3 농도 1.0중량%로 조제한 알루민산나트륨 수용액을 Al2O3/SiO2 질량비로 0.8%가 되도록 첨가했다. 5분 교반해서 알루미늄을 함수 규산 표면에 취입시킨 후, 고형분 80중량%로 조정한 양이온 A를 계면활성제/SiO2 질량비(고형분 기준)로 1.3%가 되도록 첨가하고, 5분 이상 교반하였다.Was added such that the sulfuric acid and the like, Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of 19.7, a 0.8% aqueous solution of sodium aluminate prepared by Al 2 O 3 concentration of 1.0% by weight as Al 2 O 3 / SiO 2 weight ratio. It was added to a stirred for 5 minutes by blowing aluminum silicate hydrate, a surface, and 1.3% for a cation A a solid fraction of 80% by weight of a surface active agent / SiO 2 weight ratio (based on solids) were added and stirred for at least 5 minutes.

계면활성제 첨가 종료 후에도 마찬가지의 황산 첨가를 pH 3.0이 될 때까지 계속해서 침전물을 얻었다. 그 후 얻어진 반응물을 여과, 수세해서 케이크를 얻었다. 얻어진 케이크를 건조시켜 함수 규산을 제조하고, 평가를 행했다.Even after completion | finish of surfactant addition, the same sulfuric acid addition continued to obtain a precipitate until it became pH 3.0. The reactant obtained after that was filtered and washed with water to obtain a cake. The obtained cake was dried to produce hydrous silicic acid and evaluated.

(실시예 5)(Example 5)

얻어진 케이크를 유화시키고, 이 유화 슬러리에 대해서, Na2O/Al2O3 몰비 2.2, Al2O3 농도 15.0중량%로 조제한 알루민산나트륨 수용액을 Al2O3/SiO2 질량비로 1.5%가 되도록 충분히 시간을 들여서 첨가했다. 5분 교반해서 알루미늄을 함수 규산 표면에 취입시킨 후, 고형분 75중량%로 조제한 양이온 C(양이온계 계면활성제: 다이스테아릴 다이메틸암모늄 클로라이드)를 계면활성제/SiO2 질량비(고형분 기준)로 1.5%가 되도록 첨가하고, 5분 교반하였다. 이 조작 이외에는, 실시예 3과 마찬가지 방법으로 함수 규산을 제조하고, 평가를 행했다.The obtained cake was emulsified, and 1.5% of the sodium aluminate aqueous solution prepared at a molar ratio of 2.2 Na 2 O / Al 2 O 3 and 15.0% by weight of Al 2 O 3 was added at an Al 2 O 3 / SiO 2 mass ratio. Add as much time as possible. After stirring for 5 minutes, aluminum was blown to the surface of hydrous silicic acid, and then cation C (cationic surfactant: distearyl dimethylammonium chloride) prepared at 75% by weight of solids was 1.5% at a surfactant / SiO 2 mass ratio (based on solids). It was added to and stirred for 5 minutes. Aside from this operation, hydrous silicic acid was produced in the same manner as in Example 3 and evaluated.

(실시예 6)(Example 6)

얻어진 케이크를 유화시키고, 이 유화 슬러리에 대해서, Na2O/Al2O3 몰비 2.2, Al2O3 농도 15.0중량%로 조제한 알루민산나트륨 수용액을 Al2O3/SiO2 질량비로 1.5%가 되도록 충분히 시간을 들여서 첨가했다. 5분 교반해서 알루미늄을 함수 규산 표면에 취입시킨 후, 고형분 80중량%로 조제한 비이온(비이온계 계면활성제:폴리옥시에틸렌올레일 에터)을 계면활성제/SiO2 질량비(고형분 기준)로 1.5%가 되도록 첨가하고, 5분 교반하였다. 이 조작 이외에는, 실시예 3과 마찬가지 방법으로 함수 규산을 제조하고, 평가를 행했다.The obtained cake was emulsified, and 1.5% of the sodium aluminate aqueous solution prepared at a molar ratio of 2.2 Na 2 O / Al 2 O 3 and 15.0% by weight of Al 2 O 3 was added at an Al 2 O 3 / SiO 2 mass ratio. Add as much time as possible. After stirring for 5 minutes, aluminum was blown to the surface of hydrous silicic acid, and then 1.5% of the nonionic (nonionic surfactant: polyoxyethylene oleyl ether) prepared at 80% by weight of solids was surfactant / SiO 2 mass ratio (based on solids). Was added to, and stirred for 5 minutes. Aside from this operation, hydrous silicic acid was produced in the same manner as in Example 3 and evaluated.

비교예 1은, Nipsil AQ(토소실리카 제품)이다. Nipsil AQ는 고무 보강 충전제로서 범용되고 있는 함수 규산이다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 6의 함수 규산은, 비교예 1에 대해서 분산성은 동등 이상이며, 그리고 내마모성의 현저한 향상 효과가 확인되었다.Comparative Example 1 is Nipsil AQ (manufactured by Tososilica). Nipsil AQ is a hydrous silicic acid that is widely used as a rubber reinforcing filler. As shown in Table 2, the dispersibility of the hydrous silicic acid of Examples 1 to 6 was equal to or higher than that of Comparative Example 1, and a significant improvement in wear resistance was confirmed.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

실시예 2와 마찬가지 방법으로 반응을 행하고, 100분에 규산 나트륨의 첨가만을 정지하였다. 마찬가지의 황산을 첨가하면서, 고형분 40중량%로 조제한 양이온 A를 계면활성제/SiO2 질량비(고형분 기준)로 1.5%가 되도록 첨가하고, 5분 이상 교반하였다.The reaction was carried out in the same manner as in Example 2, and only the addition of sodium silicate was stopped at 100 minutes. Was added to the sulfuric acid of the same, cation A was adjusted to a solid content of 40% by weight of surface active agent / SiO 2 weight ratio (solids basis) added to the medium so as to have 1.5%, and the mixture was stirred for at least 5 minutes.

계면활성제 첨가 종료 후에도 마찬가지의 황산 첨가를 pH3.0이 될 때까지 계속해서 침전물을 얻었다. 그 후 얻어진 반응물을 여과, 수세해서 케이크를 얻었다. 얻어진 케이크를 건조시켜 함수 규산을 제조하고, 평가를 행했다.Even after completion | finish of surfactant addition, the same sulfuric acid addition continued to obtain a precipitate until it became pH3.0. The reactant obtained after that was filtered and washed with water to obtain a cake. The obtained cake was dried to produce hydrous silicic acid and evaluated.

(참고예 1)(Reference Example 1)

실시예 2와 마찬가지 방법으로 반응을 행하고, 100분에 규산 나트륨의 첨가만을 정지하였다. 마찬가지의 황산을 첨가하면서, Na2O/Al2O3 몰비 3.0, Al2O3 농도 10.0중량%로 조정한 알루민산나트륨 수용액을 Al2O3/SiO2 질량비 0.8%가 되도록 첨가하고, 5분 이상 교반하였다. 그 후, 얻어진 반응물을 여과, 수세해서 케이크를 얻었다. 얻어진 케이크를 건조시켜 함수 규산을 제조하고, 평가를 행했다.The reaction was carried out in the same manner as in Example 2, and only the addition of sodium silicate was stopped at 100 minutes. While adding the same sulfuric acid, an aqueous sodium aluminate solution adjusted to a Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio 3.0 and an Al 2 O 3 concentration of 10.0% by weight was added so that the Al 2 O 3 / SiO 2 mass ratio was 0.8%, and 5 Stir for more than minutes. Thereafter, the obtained reactant was filtered and washed with water to obtain a cake. The obtained cake was dried to produce hydrous silicic acid and evaluated.

(참고예 2)(Reference Example 2)

참고예 1에 대해서, 고무 혼련 시, 더욱 유효성분 40%의 양이온 A를 1.69phr(계면활성제 유효성분/SiO2 질량비로 1.5%) 첨가했다.For Reference Example 1, 1.69 phr (1.5% of surfactant active ingredient / SiO 2 mass ratio) of 40% active ingredient was further added during rubber kneading.

Figure pct00005
Figure pct00005

분산성, 내마모성은 비교예 1을 100이라고 했을 경우의 지수로 구했다. 지수가 높을수록 분산성, 내마모성이 양호한 것을 나타낸다.Dispersibility and wear resistance were calculated | required by the index at the time of making the comparative example 1 100. Higher indexes indicate better dispersibility and wear resistance.

분산성 지수가 100 이상 그리고 내마모성 지수가 180 이상인 경우를 S, 150이상인 경우를 A라 하였다.A case where the dispersibility index is 100 or more and the wear resistance index is 180 or more is S and 150 or more.

분산성, 내마모성에 있어서 100 미만인 것이 있을 경우를 C, 분산성이 100 이상 그리고 내마모 지수가 100 내지 140인 것은 내마모성의 향상이 불충분한 것으로 해서 B라 하였다.C, dispersibility of 100 or more, and abrasion resistance index of 100 to 140 were used for the case where there was less than 100 in dispersibility and abrasion resistance as B because the improvement of abrasion resistance was inadequate.

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 6은, 비교예 1에 비해서 내마모성 개선 효과가 현저하다.As shown in Table 2, Examples 1-6 have the remarkable wear resistance improvement effect compared with the comparative example 1.

표면 고체산 밀도가, 본 발명의 범위에 있는 참고예 1은, 비교예 1에 비해서 내마모성은 향상하고 있지만 분산성은 저하되어 있고, 표면 고체산 밀도의 조정만으로는, 실시예 1 내지 6에서 얻어지는 바와 같은 현저한 내마모성 개선 효과는 얻어지지 않는다. 또, 참고예 2에 나타낸 바와 같이, 참고예 1과 마찬가지의 표면 고체산 밀도를 지니고, 그리고 고무와의 혼련 시에, 실시예 1, 3, 4에서 사용한 것과 마찬가지의 양이온 A를 함수 규산과 함께 혼련시켜도, 내마모성 및 분산성은 참고예 1과 거의 변화가 없다. 비교예 2의 함수 규산은, 특허문헌 4의 실시예 10 및 16과 동등품이며, 실시예 1, 3, 4에서 사용한 것과 마찬가지의 양이온 A를 함유한다. 그러나, 표면 고체산 밀도가, 본 발명의 범위 외이며, 실시예 1 내지 6의 함수 규산과 같은 내마모성의 현저한 향상 효과가 확인되지 않는다. 실시예 1 내지 6의 함수 규산과 비교예 2의 함수 규산은, 분산성에 있어서는, 거의 동등하거나, 혹은 실시예 3 및 6의 함수 규산은, 비교예 2의 함수 규산보다 다소 뒤떨어져 있다. 그러나, 그럼에도 불구하고, 실시예 1 내지 6의 함수 규산의 내마모성의 향상 효과는, 비교예 2의 함수 규산에 비해서 현저하게 높다.In the reference example 1 in which the surface solid acid density is in the range of the present invention, the wear resistance is improved as compared with the comparative example 1, but the dispersibility is lowered, and only by adjusting the surface solid acid density, No significant wear resistance improving effect is obtained. As shown in Reference Example 2, the same cation A as used in Examples 1, 3, and 4 with hydrous silicic acid had the same surface solid acid density as in Reference Example 1, and was kneaded with rubber. Even if kneaded, the wear resistance and the dispersibility are almost the same as those in Reference Example 1. The hydrous silicic acid of the comparative example 2 is equivalent to Examples 10 and 16 of patent document 4, and contains the same cation A as used in Examples 1, 3, and 4. However, the surface solid acid density is outside the scope of the present invention, and a significant improvement in abrasion resistance such as hydrous silicic acid of Examples 1 to 6 is not confirmed. The hydrous silicic acid of Examples 1 to 6 and the hydrous silicic acid of Comparative Example 2 are almost equivalent in dispersibility, or the hydrous silicic acid of Examples 3 and 6 is slightly inferior to the hydrous silicic acid of Comparative Example 2. Nevertheless, the effect of improving the wear resistance of the hydrous silicic acid of Examples 1 to 6 is remarkably higher than that of the hydrous silicic acid of Comparative Example 2.

이들 결과로부터, 본 발명의 함수 규산에 의해 얻어지는, 실란 커플링제를 병용하는 다이엔계 고무 조성물의 내마모성 향상 효과는, 표면 고체산 밀도가 소정 범위에 있고, 그리고 소정의 계면활성제를 함수 규산에 담지시킴으로써 얻어지는 상승 효과이며, 단지 표면 고체산 밀도를 소정 범위로 조정하는 것, 혹은 표면 고체산 밀도를 소정 범위로 조정하는 것 및 소정의 계면활성제를 함수 규산과 함께 고무 조성물에 혼련시키는 것만으로는 얻어지지 않는, 예기치 않은 효과이다.From these results, the wear resistance improvement effect of the diene rubber composition which uses the silane coupling agent together by the hydrous silicic acid of this invention has surface solid acid density in a predetermined range, and a predetermined surfactant is supported by hydrous silicic acid. It is a synergistic effect obtained by merely adjusting the surface solid acid density to a predetermined range, or adjusting the surface solid acid density to a predetermined range, and kneading the predetermined surfactant with the hydrous silicic acid to obtain a rubber composition. Unexpected effect.

본 발명의 고무 보강 충전용 함수 규산은, 타이어의 트레드, 벨트 등의 특히 내마모성이 요구되는 공업용 고무 분야에 있어서, 유용한 고무 조성물을 제공할 수 있는 것에 있다.The hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling of the present invention is capable of providing a useful rubber composition in the field of industrial rubber, particularly in which wear resistance such as treads and belts of tires is required.

Claims (9)

고무 보강 충전용 함수 규산으로서,
표면 고체산 밀도가 1.8 내지 2.4m-㏖/㎡의 범위에 있고, 그리고 양이온계 또는 비이온계 계면활성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 고무 보강 충전용 함수 규산.
As hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling,
A hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling, characterized in that the surface solid acid density is in the range of 1.8 to 2.4 m-mol / m 2 and contains a cationic or nonionic surfactant.
제1항에 있어서, 실란 커플링제를 병용하는 다이엔계 고무 조성물의 보강 충전용인, 고무 보강 충전용 함수 규산.The hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling of Claim 1 which is for reinforcement filling of the diene type rubber composition which uses a silane coupling agent together. 제1항 또는 제2항에 있어서, CTAB 비표면적이 130 내지 300 ㎡/g인, 고무 보강 충전용 함수 규산.The hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling according to claim 1 or 2, wherein the CTAB specific surface area is from 130 to 300 m 2 / g. 제3항에 있어서, 계면활성제의 함유량(질량부/100 SiO2 질량부(고형분 기준))과 CTAB 비표면적(㎡/g)의 비가 0.001 내지 0.01의 범위인, 고무 보강 충전용 함수 규산.The hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling according to claim 3, wherein the ratio of the content of the surfactant (mass part / 100 SiO 2 mass part (solid content basis)) to the CTAB specific surface area (m 2 / g) is in the range of 0.001 to 0.01. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 고무 보강 충전용 함수 규산의 제조 방법으로서,
함수 규산을 제조하는 공정의 어느 하나의 단계에 있어서,
알루민산염을 첨가하고, 그 후에 양이온계 또는 비이온계 계면활성제를 첨가하는 것을 포함하는, 고무 보강 충전용 함수 규산의 제조 방법
As a manufacturing method of the hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling of any one of Claims 1-4,
In any one step of the process for producing hydrous silicic acid,
A method for producing hydrous silicic acid for rubber reinforcement filling, comprising adding aluminate and then adding a cationic or nonionic surfactant.
제5항에 있어서, 상기 함수 규산을 제조하는 공정이, 규산 알칼리 수용액의 첨가 종료로부터 계속해서 산을 첨가하는 단계, 여과 수세를 행하는 단계, 건조 단계 중 어느 하나의 단계를 포함하고, 그리고 이들 단계 중 어느 하나에 있어서, 알루민산염을 첨가하고, 그 후에 계면활성제를 첨가하는, 제조 방법.6. The process according to claim 5, wherein the process for producing hydrous silicic acid comprises any one of steps of continuously adding an acid from completion of addition of aqueous alkali silicate solution, performing filtration washing, drying step, and these steps. The manufacturing method in any one of Claims which add aluminate and then surfactant. 제5항 또는 제6항에 있어서, 알루민산염은 알루민산나트륨이며, 알루민산나트륨은, Na2O/Al2O3 몰비 1.8 내지 20.0이고, 그리고 Al2O3 농도 1.0 내지 16.0중량%인, 제조 방법.The aluminate salt is sodium aluminate, the sodium aluminate salt has a Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of 1.8 to 20.0, and an Al 2 O 3 concentration of 1.0 to 16.0% by weight. , Manufacturing method. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계면활성제는 고형분 기준으로 20 내지 90중량%의 범위의 수용액으로서 첨가하는, 제조 방법.The production method according to any one of claims 5 to 7, wherein the surfactant is added as an aqueous solution in the range of 20 to 90% by weight on a solids basis. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 수용액 중에 함수 규산을 형성하는 공정은, SiO2 농도 5 내지 50g/ℓ, pH 10 내지 12인 70 내지 90℃로 가열한 규산 알칼리 수용액에, 규산 알칼리 수용액과 황산을 70 내지 90℃의 온도로 첨가하고, 반응액의 pH가 10 내지 11의 범위로 되도록 규산 알칼리 수용액과 황산의 첨가량(비율)을 제어하면서 중화 반응을 행하고, SiO2 농도가 50 내지 80g/ℓ의 범위가 될 때까지 상기 첨가를 행하는 것을 포함하는, 제조 방법.Claim 5, wherein to the alkali silicate solution heated to claim 8 according to any one of items, the aqueous solution forming a silicate hydrate, is a 70 to 90 ℃ SiO 2 concentration of 5 to 50g / ℓ, pH 10 to 12 during, The aqueous alkali silicate solution and sulfuric acid were added at a temperature of 70 to 90 ° C, and the neutralization reaction was performed while controlling the addition amount (ratio) of the aqueous alkali silicate solution and sulfuric acid so that the pH of the reaction solution was in the range of 10 to 11, and the SiO 2 concentration was A production method comprising performing said addition until it is in the range of 50-80 g / L.
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