JP2021130800A - ゴム組成物及びタイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】耐摩耗性を改善できるゴム組成物、及びそれを用いたタイヤを提供する。【解決手段】ゴム成分と、非共役オレフィン単位を有する熱可塑性エラストマーと、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積が180m2/g以上のシリカとを含有するゴム組成物に関する。【選択図】なし

Description

本発明は、ゴム組成物及びタイヤに関する。
タイヤの耐摩耗性等を改善する技術として、特許文献1では、ジエン系水素添加重合体を用いる方法が提案されている。しかしながら、近年では、耐摩耗性の更なる改善が求められている。
特開平2−147647号公報
本発明は、前記課題を解決し、耐摩耗性を改善できるゴム組成物、及びそれを用いたタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、ゴム成分と、非共役オレフィン単位を有する熱可塑性エラストマーと、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積が180m/g以上のシリカとを含有するゴム組成物に関する。
前記ゴム成分及び前記熱可塑性エラストマーが芳香族ビニル単位を有し、前記ゴム成分及び前記熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率が、以下の関係を満たすことが好ましい。
ゴム成分中の芳香族ビニル単位の比率>熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率
前記ゴム成分が、芳香族ビニル単位を有する芳香族ビニル含有ゴムと、ブタジエンゴムとを含み、前記芳香族ビニル含有ゴム、前記ブタジエンゴム及び前記熱可塑性エラストマーの含有量が、以下の関係を満たすことが好ましい。
芳香族ビニル含有ゴムの含有量>ブタジエンゴムの含有量>熱可塑性エラストマーの含有量
前記芳香族ビニル含有ゴムが非共役オレフィン単位を有することが好ましい。
前記芳香族ビニル含有ゴム中の芳香族ビニル単位の比率が35質量%以上であることが好ましい。
前記芳香族ビニル単位がスチレン単位であることが好ましい。
前記ゴム組成物は、芳香環構造を有する芳香環樹脂成分を更に含有し、前記芳香環樹脂成分、前記ゴム成分及び前記熱可塑性エラストマー中の芳香環構造の比率が、以下の関係を満たすことが好ましい。
芳香環樹脂成分中の芳香環構造の比率>ゴム成分中の芳香環構造の比率>熱可塑性エラストマー中の芳香環構造の比率
前記ゴム組成物は、可塑剤を更に含有し、前記可塑剤及び前記熱可塑性エラストマーの含有量が、以下の関係を満たすことが好ましい。
可塑剤の含有量>熱可塑性エラストマーの含有量
本発明はまた、前記ゴム組成物を用いたタイヤに関する。
本発明は、ゴム成分と、非共役オレフィン単位を有する熱可塑性エラストマーと、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積が180m/g以上のシリカとを含有するゴム組成物であるので、優れた耐摩耗性が得られる。
本発明は、ゴム成分と、非共役オレフィン単位を有する熱可塑性エラストマーと、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積が180m/g以上のシリカとを含有するゴム組成物である。
上記ゴム組成物では、以下の作用機能によって上述の効果が得られると推測される。
熱可塑性エラストマーは、通常、シリカ等のフィラーが導入されず、ゴム組成物中に柔軟な相を形成する。この柔軟な相により、ゴム組成物内の応力集中が緩和される。
また、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)吸着比表面積が180m/g以上のシリカ(微粒子シリカ)を用いることで、ゴム成分とシリカとの界面(相互作用)が増加し、シリカを含むゴムの相がより強固となるが、熱可塑性エラストマーの相は柔軟なままであるため、上記ゴム組成物中に強固な相と柔軟な相とが混在することになる。これにより、上述の応力集中が更に緩和されることで、ゴムマトリクスの破壊強度が顕著に向上し、優れた耐摩耗性が得られると考えられる。
また、上記ゴム組成物では、微粒子シリカによるウェットグリップ性能の向上も期待される。
上記ゴム組成物が含有するゴム成分は、通常、常温(25℃)で固体のゴムであり、例えば、イソプレン系ゴム、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)等のジエン系ゴムや、これらの水素添加物等を使用できる。イソプレン系ゴムとしては、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、改質NR、変性NR、変性IR等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
耐摩耗性等の観点から、ゴム成分が芳香族ビニル単位を有すること、すなわち、ゴム組成分として、SBR、SIBR等の、芳香族ビニル単位を有するゴム(芳香族ビニル含有ゴム)を使用することが好ましい。
芳香族ビニル単位は、芳香族ビニル化合物由来の構成単位であり、該芳香族ビニル化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、1−ビニルナフタレン、3−ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、ジビニルベンゼン、4−シクロヘキシルスチレン、2,4,6−トリメチルスチレン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよいが、スチレン、α−メチルスチレンが好ましく、スチレンがより好ましい。すなわち、芳香族ビニル単位は、スチレン単位であることが好ましい。
芳香族ビニル含有ゴム中の芳香族ビニル単位の比率は、好ましくは15質量%以上、より好ましくは25質量%以上、更に好ましくは30質量%以上、特に好ましくは35質量%以上であり、また、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下、更に好ましくは40質量%以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
耐摩耗性等の観点から、芳香族ビニル含有ゴムは、共役ジエン単位を有することが好ましい。
共役ジエン単位は、共役ジエン化合物由来の構成単位であり、該共役ジエン化合物としては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、2,3−ジメチルブタジエン、2−フェニル−1,3−ブタジエン、1,3−ヘキサジエンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよいが、1,3−ブタジエン、イソプレンが好ましく、1,3−ブタジエンがより好ましい。
芳香族ビニル含有ゴム中の共役ジエン単位の比率は、耐低温脆化性能の観点から、好ましくは60質量%以上、より好ましくは75質量%以上、更に好ましくは80質量%以上、特に好ましくは85質量%以上であり、また、ウェットグリップ性能の観点から、好ましくは85質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは75質量%以下、特に好ましくは65質量%以下である。
芳香族ビニル含有ゴムが非共役オレフィン単位を有する場合、共役ジエン単位の比率は、耐摩耗性の観点から、好ましくは40質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。下限は特に限定されない。
耐摩耗性等の観点から、芳香族ビニル含有ゴムは、非共役オレフィン単位を有することが好ましい。
非共役オレフィン単位は、非共役オレフィン由来の構成単位であり、該非共役オレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよいが、エチレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテンが好ましく、エチレンがより好ましい。
芳香族ビニル含有ゴム中の非共役オレフィン単位の比率は、耐摩耗性の観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、また、加工性の観点から、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下である。
なお、芳香族ビニル単位、共役ジエン単位、非共役オレフィン単位の比率は、H−NMR測定の結果から算出できる。
芳香族ビニル含有ゴム中の非共役オレフィン単位は、エチレン等の非共役オレフィンを重合して得られたものであってもよいし、1,3−ブタジエン等の共役ジエン化合物を重合し、得られた共役ジエン単位を水素添加したものであってもよい。すなわち、非共役オレフィン単位を有する芳香族ビニル含有ゴムは、非共役オレフィンと芳香族ビニル化合物等との共重合体であってもよいし、当該共重合体の水素添加物(水添共重合体)であってもよい。また、水添共重合体は、ランダム共重合体であってもよいし、ブロック共重合体であってもよいが、ランダム共重合体であることが好ましい。
芳香族ビニル含有ゴムが水添共重合体である場合、その水素添加率は、水素添加前の共役ジエン単位全体を100モル%として、耐摩耗性の観点から、好ましくは50モル%以上、より好ましくは60モル%以上、更に好ましくは70モル%以上であり、また、加工性の観点から、好ましくは98モル%以下、より好ましくは95モル%以下、更に好ましくは90モル%以下である。
なお、水素添加率は、H−NMRを測定して得られたスペクトルの不飽和結合部のスペクトル減少率から計算することができる。
ゴム成分は、変性ゴムであってもよい。変性ゴムを使用することで、ゴム相の極性が高くなり、ゴム相中でのシリカの分散性を向上させることができる。
変性ゴムとしては、シリカ等の充填剤と相互作用する官能基を有するゴムであればよく、例えば、ゴムの少なくとも一方の末端を、上記官能基を有する化合物(変性剤)で変性された末端変性ゴム(末端に上記官能基を有する末端変性ゴム)や、主鎖に上記官能基を有する主鎖変性ゴムや、主鎖及び末端に上記官能基を有する主鎖末端変性ゴム(例えば、主鎖に上記官能基を有し、少なくとも一方の末端を上記変性剤で変性された主鎖末端変性ゴム)や、分子中に2個以上のエポキシ基を有する多官能化合物により変性(カップリング)され、水酸基やエポキシ基が導入された末端変性ゴム等が挙げられる。また、上述の水添共重合体を変性したものも使用可能である。
上記官能基としては、例えば、アミノ基、アミド基、シリル基、アルコキシシリル基、イソシアネート基、イミノ基、イミダゾール基、ウレア基、エーテル基、カルボニル基、オキシカルボニル基、メルカプト基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基、アンモニウム基、イミド基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、カルボキシル基、ニトリル基、ピリジル基、アルコキシ基、水酸基、オキシ基、エポキシ基等が挙げられる。なお、これらの官能基は、置換基を有していてもよい。なかでも、アミノ基(好ましくはアミノ基が有する水素原子が炭素数1〜6のアルキル基に置換されたアミノ基)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基)、アルコキシシリル基(好ましくは炭素数1〜6のアルコキシシリル基)が好ましい。
上記官能基を有する化合物(変性剤)の具体例としては、2−ジメチルアミノエチルトリメトキシシラン、3−ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、2−ジメチルアミノエチルトリエトキシシラン、3−ジメチルアミノプロピルトリエトキシシラン、2−ジエチルアミノエチルトリメトキシシラン、3−ジエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、2−ジエチルアミノエチルトリエトキシシラン、3−ジエチルアミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
耐摩耗性等の観点から、ゴム成分としては、芳香族ビニル含有ゴム(好ましくはSBR)と、BRとを併用することが好ましい。
SBRとしては、住友化学(株)、JSR(株)、旭化成(株)、日本ゼオン(株)等の製品を、BRとしては、宇部興産(株)、JSR(株)、旭化成(株)、日本ゼオン(株)等の製品を、それぞれ使用できる。
ゴム成分100質量%中の芳香族ビニル含有ゴムの含有量は、ウェットグリップ性能の観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上である。上限は特に限定されず、100質量%であってもよいが、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下である。
ゴム成分100質量%中のBRの含有量は、耐亀裂成長性、耐摩耗性の観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは20質量%以上、特に好ましくは30質量%以上であり、また、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下、更に好ましくは40質量%以下である。
上記ゴム組成物は、非共役オレフィン単位を有する熱可塑性エラストマーを含有する。
熱可塑性エラストマーは、架橋点の役割を果たすハードセグメントと、ゴム弾性を示すソフトセグメントとで構成された共重合体(ブロック共重合体)であり、通常、常温(25℃)で固体である。
ハードセグメントとしては、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン等が挙げられ、ソフトセグメントとしては、ビニル−ポリジエン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリエチレン、ポリクロロプレン、ポリ2,3−ジメチルブタジエン等が挙げられる。これらは、1種であってもよいし、2種以上であってもよい。
熱可塑性エラストマーは、非共役オレフィン単位を有する。熱可塑性エラストマーが非共役オレフィン単位を有することで、熱可塑性エラストマーの極性が低くなり、熱可塑性エラストマー相にシリカが取り込まれにくくなるとともに、ゴム相との極性差が大きくなることで、ゴム相と熱可塑性エラストマー相とをより分離させやすくなる。その結果、応力集中が緩和され、良好な耐摩耗性が得られると考えられる。
非共役オレフィン単位を形成する非共役オレフィンは上述のゴム成分と同様であり、エチレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテンが好ましく、エチレンがより好ましい。
熱可塑性エラストマー中の非共役オレフィン単位は、芳香族ビニル含有ゴムにおけるものと同様に、エチレン等の非共役オレフィンを重合して得られたものであってもよいし、1,3−ブタジエン等の共役ジエン化合物を重合し、得られた共役ジエン単位を水素添加したものであってもよい。すなわち、非共役オレフィン単位を有する熱可塑性エラストマーは、非共役オレフィンと他のモノマー等との共重合体であってもよいし、当該共重合体の水素添加物(水添共重合体)であってもよい。
耐摩耗性等の観点から、熱可塑性エラストマーは、芳香族ビニル単位を有することが好ましい。
芳香族ビニル単位を形成する芳香ビニル化合物は、上述のゴム成分と同様であり、スチレン、α−メチルスチレンが好ましく、スチレンがより好ましい。すなわち、芳香族ビニル単位は、スチレン単位であることが好ましい。
上記ゴム組成物では、ゴム成分及び熱可塑性熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率が、以下の関係を満たすことが好ましい。
ゴム成分中の芳香族ビニル単位の比率(質量%)>熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率(質量%)
この関係を満たすことで、ゴム相の極性が高くなり、ゴム中のシリカの分散性が向上するとともに、熱可塑性エラストマー相へのシリカの導入が抑制される。これにより、ゴム相と熱可塑性エラストマー相との硬さの差が大きくなり、上述の応力集中がより大きく緩和されると考えられる。
ゴム成分中の芳香族ビニル単位の比率は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは20質量%以上、特に好ましくは30質量%以上であり、また、好ましくは50質量%以下、より好ましくは45質量%以下、更に好ましくは40質量%以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、ゴム成分が複数種(例えば、スチレン単位が10質量%のSBRと、BRとを併用し、ゴム成分100質量%中、SBRが70質量%、BRが30質量%)である場合、ゴム成分中の芳香族ビニル単位の比率は、7質量%(=70×0.1/100×100)である。これは、後述の熱可塑性エラストマーの場合も同様である。
熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは20質量%以上であり、また、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下、更に好ましくは40質量%以下、特に好ましくは30質量%以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
耐摩耗性等の観点から、熱可塑性エラストマーとしては、スチレンブロックを有する熱可塑性エラストマー(スチレン系熱可塑性エラストマー)を用いることが好ましい。
スチレン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、スチレン−ビニルイソプレン−スチレントリブロック共重合体(SIS)、スチレン−イソブチレンジブロック共重合体(SIB)、スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体(SBS)、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレントリブロック共重合体(SEBS)、スチレン−エチレン・プロピレン−スチレントリブロック共重合体(SEPS)、スチレン−エチレン・エチレン・プロピレン−スチレントリブロック共重合体(SEEPS)、スチレン−ブタジエン・ブチレン−スチレントリブロック共重合体(SBBS)等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なかでも、スチレンブロックを両末端に有する共重合体が好ましく、スチレン−エチレン・プロピレン−スチレントリブロック共重合体(SEPS)、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレントリブロック共重合体(SEBS)がより好ましい。
熱可塑性エラストマーとしては、(株)クラレ、旭化成(株)等の製品を使用できる。
熱可塑性エラストマーの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは20質量部以上、特に好ましくは25質量部以上であり、また、好ましくは90質量部以下、より好ましくは80質量部以下、更に好ましくは60質量部以下、特に好ましくは40質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
上記ゴム組成物では、芳香族ビニル含有ゴム、ブタジエンゴム及び熱可塑性エラストマーの含有量が、以下の関係を満たすことが好ましい。
芳香族ビニル含有ゴムの含有量(ゴム成分100質量%中の含有量(質量%))>ブタジエンゴムの含有量(ゴム成分100質量%中の含有量(質量%))>熱可塑性エラストマーの含有量(ゴム成分100質量部に対する含有量(質量部))
この関係を満たすことで、シリカとの親和性が高い順に含有量が多くなるため、ゴム中のシリカの分散性を向上させることができる。
上記ゴム組成物は、CTAB吸着比表面積が180m/g以上のシリカ(微粒子シリカ)を含有する。当該微粒子シリカとしては、エボニック社、ローディア社等の製品を使用できる。
微粒子シリカのCTAB吸着比表面積は、好ましくは190m/g以上、より好ましくは200m/g以上であり、また、好ましくは300m/g以下、より好ましくは260m/g以下、更に好ましくは240m/g以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、シリカのCTAB吸着比表面積は、ASTM D3765−80に記載の方法に準じて測定される値である。
微粒子シリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、ウェットグリップ性能の観点から、好ましくは30質量部以上、より好ましくは50質量部以上、更に好ましくは70質量部以上、特に好ましくは80質量部以上であり、また、低発熱性の観点から、好ましくは150質量部以下、より好ましくは130質量部以下、更に好ましくは110質量部以下である。
なお、上記ゴム組成物は、微粒子シリカとともに、他のシリカ(CTAB吸着比表面積が180m/g未満のシリカ)を併用してもよい。
シリカは、シランカップリング剤と併用してもよい。
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(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(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、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、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、等のスルフィド系、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシラン、Momentive社製のNXT、NXT−Z等のメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニル系、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等のアミノ系、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、等のグリシドキシ系、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等のニトロ系、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等のクロロ系等があげられる。市販品としては、EVONIK社、Momentive社、信越シリコーン(株)、東京化成工業(株)、アヅマックス(株)、東レ・ダウコーニング(株)等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シランカップリング剤の含有量は、シリカ(微粒子シリカ及び他のシリカの合計)100質量部に対して、好ましくは4質量部以上、より好ましくは6質量部以上、更に好ましくは8質量部以上、特に好ましくは10質量部以上であり、また、好ましくは15質量部以下、より好ましくは12質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
上記ゴム組成物は、スチレン、フェノール等の芳香環構造を有する芳香環樹脂成分を含有することが好ましい。これにより、より良好な耐摩耗性等が得られる。
芳香環樹脂成分としては、アリゾナケミカル社、ヤスハラケミカル(株)等の製品を使用できる。
芳香環樹脂成分は、ベンゼン環等の芳香環構造を有する単量体を用いたポリマーであり、通常、常温(25℃)で固体である。
芳香環樹脂成分としては、例えば、スチレン系樹脂、フェノール系樹脂、ナフトール系樹脂、クマロンインデン系樹脂等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なかでも、スチレン系樹脂が好ましい。
スチレン系樹脂は、スチレン系単量体を用いたポリマーであり、スチレン系単量体を主成分(50質量%以上)として重合させたポリマー等が挙げられる。具体的には、スチレン系単量体(スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−フェニルスチレン、o−クロロスチレン、m−クロロスチレン、p−クロロスチレン等)をそれぞれ単独で重合した単独重合体、2種以上のスチレン系単量体を共重合した共重合体の他、スチレン系単量体及びこれと共重合し得る他の単量体との共重合体も挙げられる。
他の単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のアクリロニトリル類、アクリル類、メタクリル酸等の不飽和カルボン酸類、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル等の不飽和カルボン酸エステル類、テルペン化合物、クロロプレン、ブタジエンイソプレン等の共役ジエン類、1−ブテン、1−ペンテンのようなオレフィン類;無水マレイン酸等のα,β−不飽和カルボン酸又はその酸無水物;等が例示できる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
耐摩耗性等の観点から、スチレン系樹脂は、α−メチルスチレン系樹脂(α−メチルスチレン単独重合体、α−メチルスチレンとスチレンとの共重合体等)が好ましく、α−メチルスチレンとスチレンとの共重合体がより好ましい。
上記ゴム組成物では、芳香環樹脂成分、ゴム成分及び熱可塑性エラストマーにおける芳香環構造の比率が、以下の関係を満たすことが好ましい。
芳香環樹脂成分中の芳香環構造の比率>ゴム成分中の芳香環構造の比率>熱可塑性エラストマー中の芳香環構造の比率
この関係を満たすことで、芳香環樹脂成分及びゴム成分の極性が熱可塑性エラストマーよりも高くなるため、シリカが熱可塑性エラストマーに取り込まれにくくなる。これにより、熱可塑性エラストマー相の柔軟性が向上し、上述の応力集中がより大きく緩和されると考えられる。
芳香環樹脂成分中の芳香環構造の比率は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上、より更に好ましくは30質量%以上、特に好ましくは50質量%以上であり、また、好ましくは90質量%以下、より好ましくは70質量%以下、更に好ましくは65質量%以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、芳香環樹脂成分が複数種(例えば、芳香環構造が10質量%の樹脂Aと、芳香環構造が20質量%の樹脂Bとを併用し、ゴム成分100質量部に対し、樹脂Aが10質量部、樹脂Bが10質量部)である場合、芳香環樹脂成分中の芳香環構造の比率は、1.5質量%(=(10×0.1+10×0.2)/20×100)である。これは、後述のゴム成分、熱可塑性エラストマーの場合も同様である。
ゴム成分中の芳香環構造の比率は、好ましくは3.75質量%以上、より好ましくは8.75質量%以上、更に好ましくは13.75質量%以上、特に好ましくは18.75質量%以上であり、また、好ましくは37.5質量%以下、より好ましくは32.5質量%以下、更に好ましくは27.5質量%以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
熱可塑性エラストマー中の芳香環構造の比率は、好ましくは3.75質量%以上、より好ましくは8.75質量%以上、更に好ましくは13.75質量%以上であり、また、好ましくは45質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは35質量%以下、特に好ましくは30質量%以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、芳香環構造の比率は、H−NMR測定の結果から算出できる。
芳香環樹脂成分の軟化点は、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、更に好ましくは85℃以上であり、また、好ましくは120℃以下、より好ましくは100℃以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、樹脂の軟化点は、JIS K 6220−1:2001に規定される軟化点を環球式軟化点測定装置で測定し、球が降下した温度である。
芳香環樹脂成分の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、ウェットグリップ性能の観点から、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは15質量部以上、特に好ましくは20質量部以上であり、また、加工性の観点から、好ましくは50質量部以下、より好ましくは40質量部以下、更に好ましくは35質量部以下である。
上記ゴム組成物は、ジシクロペンタジエン樹脂、C5樹脂等、芳香環樹脂成分以外の樹脂成分を含有してもよい。これらも、通常、常温(25℃)で固体である。
芳香環樹脂成分以外の樹脂成分の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、ウェットグリップ性能の観点から、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは15質量部以上、特に好ましくは20質量部以上であり、また、加工性の観点から、好ましくは50質量部以下、より好ましくは40質量部以下、更に好ましくは35質量部以下である。
上記ゴム組成物は、可塑剤を含有することが好ましい。これにより、ゴム相中でのシリカの分散性を向上できる。
可塑剤は、通常、常温(25℃)で液体状態の可塑剤であり、例えば、オイル、液状樹脂、液状ジエン系ポリマー等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、オイルが好ましい。
オイルとしては、例えば、プロセスオイル、植物油脂、又はその混合物が挙げられる。プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系プロセスオイル、アロマ系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルなどを用いることができる。植物油脂としては、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落花生油、ロジン、パインオイル、パインタール、トール油、コーン油、こめ油、べに花油、ごま油、オリーブ油、ひまわり油、パーム核油、椿油、ホホバ油、マカデミアナッツ油、桐油等が挙げられる。市販品としては、出光興産(株)、三共油化工業(株)、(株)ジャパンエナジー、オリソイ社、H&R社、豊国製油(株)、昭和シェル石油(株)、富士興産(株)等の製品を使用できる。
可塑剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、加工性の観点から、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは15質量部以上、特に好ましく25質量部以上であり、また、操縦安定性の観点から、好ましくは70質量部以下、より好ましくは50質量部以下である。
上記ゴム組成物では、可塑剤及び熱可塑性エラストマーの含有量が、以下の関係を満たすことが好ましい。
可塑剤の含有量(ゴム成分100質量部に対する含有量(質量部))>熱可塑性エラストマーの含有量(ゴム成分100質量部に対する含有量(質量部))
この関係を満たすことで、熱可塑性エラストマー中に可塑剤が取り込まれにくくなり、可塑剤によるシリカの分散促進効果を充分に発揮させることが可能となる。
上記ゴム組成物は、カーボンブラックを含有してもよい。
カーボンブラックとしては、特に限定されず、N134、N110、N220、N234、N219、N339、N330、N326、N351、N550、N762等が挙げられる。市販品としては、旭カーボン(株)、キャボットジャパン(株)、東海カーボン(株)、三菱ケミカル(株)、ライオン(株)、新日化カーボン(株)、コロンビアカーボン社等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)は、耐摩耗性の観点から、好ましくは35m/g以上、より好ましくは60m/g以上、更に好ましくは100m/g以上、特に好ましくは110m/g以上であり、また、低発熱性の観点から、好ましくは200m/g以下、より好ましくは150m/g以下、更に好ましくは130m/g以下、特に好ましくは120m/g以下である。
なお、カーボンブラックのNSAは、JIS K6217−2:2001に準拠して測定される値である。
カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、補強性の観点から、好ましくは3質量部以上、より好ましくは5質量部以上、更に好ましくは10質量部以上であり、また、低発熱性の観点から、好ましくは70質量部以下、より好ましくは50質量部以下、更に好ましくは35質量部以下である。
上記ゴム組成物は、硫黄を含有してもよい。
硫黄としては、ゴム工業において一般的に用いられる粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄、可溶性硫黄等が挙げられる。市販品としては、鶴見化学工業(株)、軽井沢硫黄(株)、四国化成工業(株)、フレクシス社、日本乾溜工業(株)、細井化学工業(株)等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
硫黄の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1.5質量部以上であり、また、好ましくは6質量部以下、より好ましくは4質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
上記ゴム組成物は、加硫促進剤を含有してもよい。
加硫促進剤としては、2−メルカプトベンゾチアゾール、ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド等のチアゾール系加硫促進剤;テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラベンジルチウラムジスルフィド(TBzTD)、テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド(TOT−N)等のチウラム系加硫促進剤;N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド(CBS)、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(TBBS)、N−オキシエチレン−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N,N′−ジイソプロピル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド等のスルフェンアミド系加硫促進剤;ジフェニルグアニジン、ジオルトトリルグアニジン、オルトトリルビグアニジン等のグアニジン系加硫促進剤を挙げることができる。市販品としては、住友化学(株)、大内新興化学工業(株)等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
加硫促進剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1.5質量部以上、より好ましくは3質量部以上であり、また、好ましくは6質量部以下、より好ましくは4質量部以下、更に好ましくは3.8質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
上記ゴム組成物は、酸化亜鉛を含有してもよい。
酸化亜鉛としては、従来公知のものを使用でき、市販品としては、三井金属鉱業(株)、東邦亜鉛(株)、ハクスイテック(株)、正同化学工業(株)、堺化学工業(株)等の製品を使用できる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
酸化亜鉛の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上、更に好ましくは3質量部以上であり、また、好ましくは8質量部以下、より好ましくは6質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
上記ゴム組成物は、ワックスを含有してもよい。
ワックスとしては、特に限定されず、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油系ワックス;植物系ワックス、動物系ワックス等の天然系ワックス;エチレン、プロピレン等の重合物等の合成ワックス等が挙げられる。市販品としては、大内新興化学工業(株)、日本精蝋(株)、精工化学(株)等の製品を使用できる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ワックスの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上であり、また、好ましくは6質量部以下、より好ましくは4質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
上記ゴム組成物は、老化防止剤を含んでもよい。
老化防止剤としては、例えば、フェニル−α−ナフチルアミン等のナフチルアミン系老化防止剤;オクチル化ジフェニルアミン、4,4′−ビス(α,α′−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン等のジフェニルアミン系老化防止剤;N−イソプロピル−N′−フェニル−p−フェニレンジアミン、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、N,N′−ジ−2−ナフチル−p−フェニレンジアミン等のp−フェニレンジアミン系老化防止剤;2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリンの重合物等のキノリン系老化防止剤;2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、スチレン化フェノール等のモノフェノール系老化防止剤;テトラキス−[メチレン−3−(3′,5′−ジ−t−ブチル−4′−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン等のビス、トリス、ポリフェノール系老化防止剤等が挙げられる。市販品としては、精工化学(株)、住友化学(株)、大内新興化学工業(株)、フレクシス社等の製品を使用できる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
老化防止剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上であり、また、好ましくは6質量部以下、より好ましくは4質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
上記ゴム組成物は、ステアリン酸を含有してもよい。
ステアリン酸としては、従来公知のものを使用でき、市販品としては、日油(株)、花王(株)、富士フイルム和光純薬(株)、千葉脂肪酸(株)等の製品を使用できる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ステアリン酸の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上であり、また、好ましくは6質量部以下、より好ましくは4質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
上記ゴム組成物には、上記成分の他、ゴム工業において一般的に用いられている添加剤、例えば、有機過酸化物等を更に配合してもよい。これらの添加剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.1〜200質量部が好ましい。
上記ゴム組成物は、例えば、上述の各成分をオープンロール、バンバリーミキサー等のゴム混練装置を用いて混練し、その後加硫する方法等により製造できる。
混練条件としては、硫黄及び加硫促進剤以外の添加剤を混練するベース練り工程では、混練温度は、通常100〜180℃、好ましくは120〜170℃である。硫黄、加硫促進剤を混練する仕上げ練り工程では、混練温度は、通常120℃以下、好ましくは85〜110℃である。また、硫黄、加硫促進剤を混練した組成物は、通常、プレス加硫等の加硫処理が施される。加硫温度としては、通常140〜190℃、好ましくは150〜185℃である。加硫時間は、通常5〜15分である。
上記ゴム組成物は、例えば、タイヤのトレッド(キャップトレッド)に好適に使用できる。
本発明のタイヤ(空気入りタイヤ等)は、上記ゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。すなわち、上記ゴム組成物を、未加硫の段階でトレッド等の形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。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、タイヤを得る。
上記タイヤは、乗用車用タイヤ、大型乗用車用タイヤ、大型SUV用タイヤ、ライトトラック用タイヤ、トラック・バス用タイヤ(重荷重用タイヤ)、二輪自動車用タイヤ、レース用タイヤ(高性能タイヤ)等に使用可能である。また、オールシーズンタイヤ、サマータイヤ、スタッドレスタイヤ(冬用タイヤ)等にも使用できる。また、ランフラットタイヤ、スポンジ付きタイヤ、シーラントタイヤ、電子部材を備えたタイヤ、非空気入りタイヤ等にも使用できる。
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
以下に、実施例及び比較例で用いた各種薬品について説明する。
熱可塑性エラストマー1:クラレ(株)製のハイブラー7125(SEPS(水添SIS)、スチレン単位:20質量%、芳香環構造:15質量%)
熱可塑性エラストマー2:旭化成(株)製のタフテックH1043(SEBS(水添SBS)、スチレン単位:67質量%、芳香環構造:50質量%)
SBR1:下記製造例1で製造したSBR(スチレン単位:40質量%、芳香環構造:30質量%、1,3−ブタジエン単位:60質量%)
SBR2:下記製造例2で製造した水添SBR(スチレン単位:30質量%、芳香環構造:23質量%、1,3−ブタジエン単位(水素添加前):70質量%、水素添加率:80モル%)
BR:宇部興産(株)製のBR150B
シリカ1:エボニック社製の9100GR(CTAB吸着比表面積:203m/g)
シリカ2:東ソー・シリカ(株)製のNipsil AQ(CTAB吸着比表面積:155m/g)
シランカップリング剤:エボニック社製の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)
カーボンブラック:三菱化学(株)製のダイヤブラックN220(NSA:114m/g)
オイル:出光興産(株)製のダイアナプロセスNH−70S(アロマ系プロセスオイル)
レジン1:アリゾナケミカル社製のSylvatraxx4401(α−メチルスチレン系樹脂(α−メチルスチレンとスチレンとの共重合体)、芳香環構造:65質量%、軟化点:85℃)
レジン2:JXTGエネルギー(株)製のHA125(水添ジシクロペンタジエン樹脂、芳香環構造:0質量%、軟化点:124.5℃)
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
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:日油(株)製のステアリン酸「椿」
ワックス:日本精蝋(株)製のオゾエース0355
硫黄:鶴見化学(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(1,3−ジフェニルグアニジン)
(製造例1:SBR1の製造)
十分に窒素置換した耐熱反応容器にn−ヘキサン、スチレン、1,3−ブタジエン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)、n−ブチルリチウムを加えて、50℃で5時間攪拌し、重合反応を行った。その後、アルコールを加えて反応を止め、反応溶液に2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールを添加後、再沈殿精製によりSBR1を得た。
(製造例2:SBR2の製造)
十分に窒素置換した耐熱反応容器にn−ヘキサン、スチレン、1,3−ブタジエン、TMEDA、n−ブチルリチウムを加えて、50℃で5時間攪拌し、重合反応を行った。次いで、水素ガスを0.4MPa−Gaugeの圧力で供給しながら20分間撹拌し、未反応のポリマー末端リチウムと反応させ、水素化リチウムとした。水素ガス供給圧力を0.7MPa−Gauge、反応温度を90℃とし、チタノセンジクロリドを主体とする触媒を用いて水素添加を行った。水素の吸収が目的の水素添加率となる積算量に達した時点で、反応温度を常温とし、水素圧を常圧に戻して反応容器より抜き出し、反応溶液を水中に撹拌投入して溶媒をスチームストリッピングにより除去することによって、SBR2を得た。
(実施例及び比較例)
表1に示す配合内容に従い、(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を5分間混練りし、150℃で排出して混練物を得た。次に、得られた混練物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、80℃の条件下で5分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材と共に貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、170℃で10分間加硫し、試験用タイヤ(サイズ:195/65R15)を得た。
上記試験用タイヤを用いて以下の評価を行った。結果を表1に示す。
(ウェットグリップ性能)
各試験用タイヤを車両に装着して、湿潤アスファルト路面にて初速度80km/hからの制動距離を求め、比較例3を100として指数表示した。指数が大きいほど、制動距離が短く、ウェットグリップ性能が良好であることを示す。
(耐摩耗性)
各試験用タイヤを車両に装着して、50,000km走行後のトレッド部の溝深さを測定した。測定値から、トレッド部の摩耗量を算出し、比較例3を100として指数表示した。指数が大きいほど、摩耗量が少なく、耐摩耗性が良好であることを示す。
Figure 2021130800
表1より、実施例は、比較例と比較して、優れた耐摩耗性が得られた。
また、実施例は、ウェットグリップ性能も良好であり、耐摩耗性及びウェットグリップ性能の総合性能(指数の合計)が比較例よりも改善された。

Claims (9)

  1. ゴム成分と、非共役オレフィン単位を有する熱可塑性エラストマーと、セチルトリメチルアンモニウムブロミド吸着比表面積が180m/g以上のシリカとを含有するゴム組成物。
  2. 前記ゴム成分及び前記熱可塑性エラストマーが芳香族ビニル単位を有し、
    前記ゴム成分及び前記熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率が、以下の関係を満たす請求項1記載のゴム組成物。
    ゴム成分中の芳香族ビニル単位の比率>熱可塑性エラストマー中の芳香族ビニル単位の比率
  3. 前記ゴム成分が、芳香族ビニル単位を有する芳香族ビニル含有ゴムと、ブタジエンゴムとを含み、
    前記芳香族ビニル含有ゴム、前記ブタジエンゴム及び前記熱可塑性エラストマーの含有量が、以下の関係を満たす請求項1又は2記載のゴム組成物。
    芳香族ビニル含有ゴムの含有量>ブタジエンゴムの含有量>熱可塑性エラストマーの含有量
  4. 前記芳香族ビニル含有ゴムが非共役オレフィン単位を有する請求項3記載のゴム組成物。
  5. 前記芳香族ビニル含有ゴム中の芳香族ビニル単位の比率が35質量%以上である請求項3又は4記載のゴム組成物。
  6. 前記芳香族ビニル単位がスチレン単位である請求項2〜5のいずれかに記載のゴム組成物。
  7. 芳香環構造を有する芳香環樹脂成分を更に含有し、
    前記芳香環樹脂成分、前記ゴム成分及び前記熱可塑性エラストマー中の芳香環構造の比率が、以下の関係を満たす請求項1〜6のいずれかに記載のゴム組成物。
    芳香環樹脂成分中の芳香環構造の比率>ゴム成分中の芳香環構造の比率>熱可塑性エラストマー中の芳香環構造の比率
  8. 可塑剤を更に含有し、
    前記可塑剤及び前記熱可塑性エラストマーの含有量が、以下の関係を満たす請求項1〜7のいずれかに記載のゴム組成物。
    可塑剤の含有量>熱可塑性エラストマーの含有量
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
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