JP2008007678A - キャップトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性を低下させることなく、氷雪上性能を向上させることができるキャップトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴムおよびブタジエンゴムからなる群から選ばれる少なくとも１種のジエン系ゴム１００重量部に対して、ヨウ素吸着量が１００〜３００ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを５〜２００重量部、および竹繊維を０．５〜２２重量部含有し、該竹繊維１００重量部に対して、シランカップリング剤を１〜２０重量部含有するキャップトレッド用ゴム組成物ならびにそれを用いたキャップトレッドを有するタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明は、キャップトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

従来、氷雪路面走行用としてスパイクタイヤの使用やタイヤへのチェーンの装着がなされてきたが、これらを使用すると、道路表面がスパイクタイヤの金属製のピンやタイヤに巻いたチェーンにより削られ、削られた路面材料が空中に舞う粉塵問題などの問題が発生するため、スパイクタイヤに代わる氷雪路面走行用タイヤとしてスタッドレスタイヤが提案されている。

通常のタイヤでは、一般路面にくらべ氷雪路面で著しく摩擦係数が低下し滑りやすくなるので、スタッドレスタイヤは、材料面および設計面での工夫がされている。たとえば、低温特性に優れたジエン系ゴムを配合したゴム組成物の開発や、タイヤ表面の凹凸を変え表面エッジ成分を増す工夫や、引っ掻き効果のある無機フィラーや繊維を配合することが行われてきた。

しかしながら、上述の技術を用いても、スタッドレスタイヤはスパイクタイヤにくらべると氷雪路面における摩擦性能が劣るという問題があった。

特許文献１では、ゴム成分、ガラス繊維および補強剤に加え、ガラス繊維より柔らかく、かつ、所定の平均粒子径を有する無機粉体を所定量含有させることにより、ゴムの硬度を高めることなく、補強剤の分散性を維持して氷上性能および耐摩耗性能を向上させたタイヤ用トレッドゴム組成物が開示されているが、氷上性能については改善の余地がある。

特開２００２−３０１８３号公報

本発明は、耐摩耗性を低下させることなく、氷雪上性能を向上させることができるキャップトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤを提供することを目的としている。

本発明は、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴムおよびブタジエンゴムからなる群から選ばれる少なくとも１種のジエン系ゴム１００重量部に対して、ヨウ素吸着量が１００〜３００ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを５〜２００重量部、および竹繊維を０．５〜２２重量部含有し、該竹繊維１００重量部に対して、シランカップリング剤を１〜２０重量部含有するキャップトレッド用ゴム組成物に関する。

また、本発明は、前記キャップトレッド用ゴム組成物を用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

本発明によれば、所定のゴム成分、所定のカーボンブラック、竹繊維およびシランカップリング剤を所定量含有することで、耐摩耗性を低下させることなく、氷雪上性能を向上させることができるキャップトレッド用ゴム組成物ならびにそれを用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤを提供することができる。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム成分、カーボンブラック、竹繊維およびシランカップリング剤を含む。

前記ジエン系ゴム成分としては、スタッドレスタイヤのトレッドには、優れた低温特性が必要とされるという理由から、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）からなる群から選ばれる少なくとも１種のジエン系ゴムを使用する。なかでも、柔らかいスタッドレスタイヤのトレッドにおいても、一定の補強性を保つことができるという理由から、ＮＲおよび／またはＢＲが好ましく、ＮＲおよびＢＲがより好ましい。

ＮＲを用いる場合、ジエン系ゴム成分中のＮＲの含有率は１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上がより好ましい。ＮＲの含有率が１０重量％未満では、加工性が悪化する傾向がある。また、ＮＲの含有率は９０重量％以下が好ましく、８０重量％以下がより好ましい。ＮＲの含有率が９０重量％をこえると、スタッドレスタイヤのトレッドに必要な低温特性を保つことができず、スノー性能が大幅に悪化する傾向がある。

ＢＲとしては、通常ゴム工業で使用される１，４−シスＢＲ、１，４−トランスＢＲなどを使用することができる。

ＢＲを用いる場合、ジエン系ゴム成分中のＢＲの含有率は１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上がより好ましい。ＢＲの含有率が１０重量％未満では、スタッドレスタイヤのトレッドに必要な低温特性を保つことができず、スノー性能が大幅に悪化する傾向がある。また、ＢＲの含有率は９０重量％以下が好ましく、８０重量％以下がより好ましい。ＢＲの含有率が９０重量％をこえると、加工性が悪化する傾向がある。

ジエン系ゴム成分としては、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲおよびＢＲ以外にも、通常ゴム工業で使用されるジエン系ゴム、たとえば、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）などがあげられるが、加工性が悪化するという理由から、ＮＲ、ＩＲ、ＳＢＲおよびＢＲ以外のジエン系ゴムを用いないことが好ましい。

カーボンブラックのヨウ素吸着量（ＩＡ）は１００ｍｇ／ｇ以上、好ましくは１１０ｍｇ／ｇ以上である。カーボンブラックのＩＡが１００ｍｇ／ｇ未満では、補強性が低下する。また、カーボンブラックのＩＡは３００ｍｇ／ｇ以下、好ましくは２５０ｍｇ／ｇ以下である。カーボンブラックのＩＡが３００ｍｇ／ｇをこえると、低発熱性および耐久性が低下し、加工性が悪化する。

カーボンブラックの含有量は、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して５重量部以上、好ましくは１０重量部以上である。カーボンブラックの含有量が５重量部未満では、補強効果が低下する。また、カーボンブラックの含有量は２００重量部以下、好ましくは１００重量部以下である。カーボンブラックの含有量が２００重量部をこえると、加工性が悪化する。

繊維としては、竹繊維以外にも、紙繊維、グラスファイバー、カーボンファイバー、セルロース繊維、合成繊維などがあげられるが、地球環境に配慮し、将来の石油の供給量の減少に備え、かつ、天然繊維でありながら優れた剛直性を有するという理由から、竹繊維を用いる。

前記竹繊維は、制動および発進の効果を最大限に発揮させるという理由から、トレッドの厚さ方向に配向させることが好ましい。

竹繊維としては、とくに限定されないが、天然の竹から得られるものなどがある。

混練り後の竹繊維の平均繊維径は１０μｍ以上が好ましく、１５μｍ以上がより好ましい。混練り後の竹繊維の平均繊維径が１０μｍ未満では、耐屈曲性能が低下し、氷雪掘り起こしの効果が低下する傾向がある。また、混練り後の竹繊維の平均繊維径は１００μｍ以下が好ましく、７０μｍ以下がより好ましい。混練り後の竹繊維の平均繊維径が１００μｍをこえると、ゴムと氷表面との接触面積が減少するため、氷上摩擦性能が低下する傾向がある。さらに、分散不良をひきおこし、耐摩耗性が低下する傾向もある。

混練り後の竹繊維の平均繊維長は０．１ｍｍ以上が好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましい。混練り後の竹繊維の平均繊維長が０．１ｍｍ未満では、トレッド表面から竹繊維が脱落してしまい、氷雪上性能が低下する傾向がある。また、混練り後の竹繊維の平均繊維長は２ｍｍ以下であることが好ましく、１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。混練り後の竹繊維の平均繊維長が２ｍｍをこえると、工程中での作業性が悪化する（ハンドリングが困難になる）傾向がある。

混練り後の竹繊維の平均繊維径に対する平均繊維長の比（平均アスペクト比、（平均繊維長）／（平均繊維径））は２０以上が好ましく、３０以上がより好ましい。混練り後の竹繊維の平均アスペクト比が２０未満では、トレッド表面から竹繊維が脱落してしまい、氷雪上性能が低下する傾向がある。また、混練り後の竹繊維の平均アスペクト比は５０以下が好ましく、４０以下であることがより好ましい。混練り後の竹繊維の平均アスペクト比が５０をこえるものは、ほとんどない。なお、一般に、竹繊維を配合して混練りした場合、竹繊維の平均アスペクト比は３０〜４０の範囲内になる。

竹繊維の含有量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して０．５重量部以上、好ましくは２重量部以上である。竹繊維の含有量が０．５重量部未満では、繊維による氷雪掘り起こしの効果が低下し、氷雪上性能が低下する。また、竹繊維の含有量は２２重量部以下、好ましくは２０重量部以下である。竹繊維の含有量が２２重量部をこえると、耐摩耗性が低下する。

シランカップリング剤としては、従来からゴム組成物中に配合されるものであればとくに制限されるわけではないが、たとえば、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（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）テトラスルフィド、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）テトラスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス(２−トリメトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）トリスルフィド、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）ジスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス(２−トリメトキシシリルエチル）ジスルフィド、ビス(４−トリメトキシシリルブチル）ジスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリエトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリメトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィドなどのスルフィド系、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、２−メルカプトエチルトリメトキシシラン、２−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系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランなどのグリシドキシ系、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、３−ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、２−クロロエチルトリメトキシシラン、２−クロロエチルトリエトキシシランなどのクロロ系などがあげられる。

シランカップリング剤の含有量は、竹繊維１００重量部に対して１重量部以上、好ましくは２重量部以上である。シランカップリング剤の含有量が１重量部未満では、シランカップリング剤を配合することによる効果がみられず、耐摩耗性が低下する。また、シランカップリング剤の含有量は２０重量部以下、好ましくは１５重量部以下である。シランカップリング剤の含有量が２０重量部をこえると、コストが増大する割にはシランカップリング剤を増量することによる効果が得られず、補強性および耐摩耗性が低下する。

本発明では、所定のゴム成分、所定のカーボンブラック、竹繊維およびシランカップリング剤を所定量含有することで、氷上グリップ性能を向上させることができる。

本発明のキャップトレッド用ゴム組成物には、前記ゴム成分、カーボンブラック、竹繊維およびシランカップリング剤以外にも、従来ゴム工業に使用される配合剤、たとえば、シリカなどのカーボンブラック以外の充填剤、各種オイル、ワックスなどの軟化剤、各種老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤などを、必要に応じて適宜配合することができる。

本発明の空気入りタイヤは、本発明のキャップトレッド用ゴム組成物を用いて、通常の方法により製造することができる。すなわち、必要に応じて前記配合剤を配合した本発明のキャップトレッド用ゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤのキャップトレッドの形状にあわせて押出し加工し、タイヤの他の部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを成形する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することにより本発明の空気入りタイヤを得る。

このようにして得られた本発明の空気入りタイヤは、氷上性能の向上が期待できるという理由から、スタッドレスタイヤとすることが好ましい。

実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

次に、実施例および比較例で使用した薬品について説明する。
天然ゴム（ＮＲ）：ＲＳＳ＃３
ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラック：キャボットジャパン（株）製のショウブラックＮ２２０（ＩＡ：１２１ｍｇ／ｇ）
竹繊維：試作品（天然の竹を粉砕して作成、平均繊維径：３０μｍ、平均繊維長：３ｍｍ、平均アスペクト比：１００）
オイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスオイルＰＳ３２３
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ（Ｎ−１，３−ジメチルブチル−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン）
ステアリン酸：日本油脂（株）製
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤（１）：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）
加硫促進剤（２）：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ（ジフェニルグアニジン）

実施例１〜３および比較例１〜３
表１に示す配合処方にしたがって、まず、硫黄および加硫促進剤を除く配合剤を、容量１．７Ｌの密閉型バンバリーミキサーを用いて、温度が１５０℃に達するまで３〜５分間混練りし、混練り物を得た。得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、７０℃の条件下で２分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、得られた未加硫ゴム組成物を所定のサイズに成形し、１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫することで、実施例１〜３および比較例１〜３の加硫ゴム試験片を得た。

＜氷上摩擦性能＞
−５℃に温度制御された恒温室内に設置された−２℃の氷面上に、前記加硫ゴム試験片を２ｋｇ／ｃｍ²で押しつけ、２０ｋｍ／ｈで滑らせるときの摩擦係数（氷上摩擦係数）を測定し、比較例１の氷上摩擦性能指数を１００とし、下記計算式により、各配合の氷上摩擦係数を指数表示した。氷上摩擦性能指数が大きいほど、氷上摩擦性能が高く、氷上性能にすぐれることを示す。
（氷上摩擦性能指数）＝（各配合の氷上摩擦係数）
÷（比較例１の氷上摩擦係数）×１００

＜耐摩耗性＞
前記未加硫ゴム組成物を、通常用いられる方法でカレンダーロールによってキャップトレッドの形状に成形し、他のタイヤ部材と貼り合わせて、１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫することにより、スタッドレスタイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。

国産ＦＦ車に、上記タイヤを装着させ、乾燥アスファルトの一般道路を８０００ｋｍ走行させ、タイヤのトレッド部の溝の深さを測定した。さらに、測定した溝の深さから、トレッド部の溝の深さが１ｍｍ減少するのに要する走行距離を算出し、比較例１の耐摩耗性指数を１００とし、下記計算式により、各配合の走行距離を指数表示した。耐摩耗性指数が大きいほど、耐摩耗性に優れていることを示す。
（耐摩耗性指数）＝（各配合の走行距離）÷（比較例１の走行距離）×１００

上記評価結果を表１に示す。

Claims (2)

1. 天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴムおよびブタジエンゴムからなる群から選ばれる少なくとも１種のジエン系ゴム１００重量部に対して、
   ヨウ素吸着量が１００〜３００ｍｇ／ｇであるカーボンブラックを５〜２００重量部、および
   竹繊維を０．５〜２２重量部含有し、
   該竹繊維１００重量部に対して、シランカップリング剤を１〜２０重量部含有するキャップトレッド用ゴム組成物。
2. 請求項１記載のキャップトレッド用ゴム組成物を用いたキャップトレッドを有する空気入りタイヤ。