JP2613043B2

JP2613043B2 - トレツド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP2613043B2
Application number: JP62035778A
Authority: JP
Inventors: 欽也川上
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1997-05-21
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: JPS63205335A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、走行時のタイヤトレッド部の発熱が少な
く、低燃費性に優れ、しかも耐摩耗性と湿潤路面での制
動性および積雪・氷結路面での制動性を共に著しく改善
した、特に転がり抵抗性能に優れたトレッド用ゴム組成
物に関する。

〔従来技術〕

近年、省資源、省エネルギーを目指す社会的要請のも
とに、自動車における低燃費性の要求が非常に高まって
きている。このために、ガソリン消費の少ないエンジン
の開発など自動車本体の開発はもちろんのこと、エネル
ギー損失の少ない低燃費タイヤの検討が急速に行われて
きた。

従来、低燃費タイヤのタイヤ材料用のゴムとしてヒス
テリシスロスの少ないゴム材料が求められ、なかでもタ
イヤのヒステリシスロスの50％以上を占めるといわれる
トレッド部には、ゴム成分としてヒステリシスロスの少
ない天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴ
ム、ガラス転移点（Tg）の低いスチレン−ブタジエン共
重合体ゴム、およびこれらのブレンド物などが使用され
てきた。さらに、ゴム組成物としては、比較的粒子径の
大きいカーボンブラックを比較的少ない配合量で配合
し、かつ、アロマティックオイル等の軟化剤の配合量も
できるだけ少なくしたゴム組成物がこれまでは使用され
てきた。

ところで、最近、タイヤに対してより多くの機能がい
っそう高いレベルで求められるようになった。例えば、
上述のようにして開発された低燃費タイヤにおいて、そ
の低燃費性能を低下させることがなく、経済性の面から
さらに優れた摩耗性能が、また、安全性の面からは湿潤
路面および積雪・氷結路面などの各種路面に対応できる
高い制動性能が強く望まれている。

しかし、上述したようにヒステリシスロスの少ない天
然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、Tg
の低いスチレン−ブタジエン共重合体ゴムをトレッド部
に使用した場合には、特に湿潤路面での制動性（ウェッ
トスキッド抵抗性）が劣り、走行安定性が極端に低下し
てしまうという欠点があった。また、粒子径の大きなカ
ーボンブラックを使用した場合には、低燃費性能は優れ
るものの、湿潤路面での制動性および耐摩耗性といった
特性の低下が避けられなかった。さらに、これまでの低
燃費タイヤのトレッド部ゴムは、軟化剤の配合量を少な
くしているため低温になると硬くなり易く、このため積
雪や氷結した路面での制動性（アイススキッド抵抗性）
も十分に満足できるレベルには達していなかった。

一方、タイヤの低燃費性能とウェットスキッド抵抗性
の両特性を満足させる材料として、最近では1,2−ビニ
ル結合を50％以上含有するいわゆる高ビニルポリブタジ
エンゴムや高ビニルスチレン−ブタジエン共重合体ゴム
が提案されている。しかし、これらのゴムは、いずれも
高いガラス転移点（Tg）を有するため、耐摩耗性に劣
り、しかも低温で硬化し易く、積雪・氷結路面での制動
性能に著しく劣り、したがって上述したような全ての特
性を満たすにはやはり不十分である。

このように、現在では、低燃費性能、湿潤路面での高
い制動性、積雪・氷結路面での高い制動性といった特性
を全て満足するタイヤは提案されていない。特に、これ
までは、路面が積雪や氷結のために滑り易くなる冬期に
おいては、低燃費タイヤを含む一般タイヤでは、これら
の路面における制動性が非常に小さく、スノータイヤの
使用を余儀なくされていた。しかし、使用者のタイヤ交
換にかける時間と手間はかなりのものであり、一般夏タ
イヤで上記の３つの特性を満足するオールシーズン用の
タイヤの出現が非常に切望されている。

〔発明の目的〕

本発明は、このような要求に応じるためになされたも
のであって、走行時のタイヤトレッド部の発熱が少な
く、低燃費性に優れ、しかも耐摩耗性と湿潤路面での制
動性および積雪・氷結路面での制動性を共に著しく改善
した、特に転がり抵抗性能に優れたトレッド用ゴム組成
物を提供することを目的とする。この組成物は、夏冬を
問わず通期に亘って使用可能ないわゆるオールシーズン
用の空気入りタイヤのトレッド用として有用である。

〔発明の構成〕

このため、本発明は、天然ゴムおよび／又はポリイソ
プレンゴム20〜80重量部、結合スチレン量が10〜30重量
％であってブタジエン部の1,2−ビニル結合量が10〜80
％であるスチレン−ブタジエン共重合体ゴム80〜20重量
部を含有し、ゴム分合計100重量部であって、前記スチ
レン−ブタジエン共重合体ゴムには、分子鎖末端或いは
分子鎖中に下記式、で示される原子団が導入されており、補強剤として、IA
＝60〜70、N₂SA/IA＝1.22〜1.40、ΔD₅₀（Dst）＝70〜1
30mμであるカーボンブラックを原料ゴム100重量部に対
し30〜80重量部含有していることを特徴とするトレッド
用ゴム組成物を要旨とするものである。

以下、本発明の構成について詳しく説明する。

（１）本発明のトレッド用ゴム組成物は、天然ゴム
（NR）および／又はポリイソプレンゴム（IR）20〜80重
量部と特定のスチレン−ブタジエン共重合体ゴム80〜20
重量部含有するのである（ゴム分合計100重量部）。こ
の範囲外の配合割合では、低燃費性、湿潤路面での制動
性、積雪・氷結路面での制動性のいずれかの特性が悪く
なるので好ましくないからである。ただし、他のジエン
系ゴム、例えば、ポリブタジエンゴム、アクリロニトリ
ル−ブタジエン共重合体ゴム、非変性スチレン−ブタジ
エン共重合体ゴムなどを30重量部以下含んでいてもよ
い。

ここで用いるスチレン−ブタジエン共重合体ゴムに
は、分子鎖末端或いは分子鎖中に下記式で示される原子
団が導入されている。

上記式（Ｉ）で示される原子団の導入は、下記式の結
合（式中Ｍは、Ｏ原子又はＳ原子を表わす）を有する化合
物（以下、化合物Ａと称する）をスチレン−ブタジエン
共重合体と反応させることによって行われる。

化合物Ａとしては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N
−ジエチルホルムアミド;N,N−ジエチルアセトアミド；
アミノアセトアミド、N,N−ジメチル−Ｎ′,N′−ジメ
チルアミノアセトアミド、Ｎ−フェニルジアセトアミ
ド;N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルメタ
アクリルアミド；プロピオンアミド、N,N−ジメチルプ
ロピオンアミド;4−ピリジルアミド、N,N−ジメチル−
４−ピリジルアミド;N,N−ジメチルベンズアミド、ｐ−
アミノベンズアミド、Ｎ′,N′−（ｐ−ジメチルアミ
ノ）ベンズアミド、N,N−ジメチル−Ｎ′−（ｐ−エチ
ルアミノ）ベンズアミド、Ｎ−アセチル−Ｎ−２−ナフ
チルベンズアミド；ニコチンアミド、N,N−ジエチルニ
コチンアミド；コハク酸アミド、マレイン酸アミド、N,
N,N′,N′−テトラメチルマレイン酸アミド；コハクイ
ミド、マレイミド、Ｎ−メチルマレイミド、Ｎ−メチル
フタルイミド、1,2−シクロヘキサンジカルボンキシミ
ド、Ｎ−メチル−1,2−シクロヘキサンジカルボキシミ
ド；オキサミド、２−フラミド、N,N,N′,N′−テトラ
メチルオキサミド、N,N−ジメチル−２−フラミド;N,N
−ジメチル−８−キノリンカルボキシアミド;N,N−ジメ
チル−ｐ−アミノ−ベンザルアセトアミド、N,N−ジメ
チル−Ｎ′,N′−（ｐ′−ジメチルアミノ）シンナミリ
デンアセトアミド;N,N−ジメチル−Ｎ′,N′−（２−ジ
メチルアミノ）ビニルアミド;N′−（２−メチルアミ
ノ）ビニルアミド；尿素、N,N′−ジメチル尿素、N,N,
N′,N′−テトラメチル尿素；カルバミン酸メチル、N,N
−ジエチルカルバミン酸メチル；ε−カプロラクタム、
Ｎ−メチル−ε−カプロラクタム、Ｎ−アセチル−ε−
カプロラクタム、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドン、Ｎ−アセチル−２−ピロリドン、２−ピペリ
ドン、Ｎ−メチル−２−ピペリドン、２−キノロン、Ｎ
−メチル−２−キノロン、２−インドリノン、Ｎ−メチ
ル−２−インドリノン；イソシアヌル酸、N,N′,N″−
トリメチルイソシアヌル酸等およびこれらの対応の含硫
黄化合物が例示できる。なかでも特に好ましい化合物
は、窒素にアルキル基が結合した化合物である。

前記式（Ｉ）で示される原子団が導入されたスチレン
−ブタジエン共重合体ゴムの製造方法としては、例え
ば、（ａ）アルカリ金属基材触媒および／又はアルカリ
土類金属基材触媒を用いてスチレンとブタジエンとを重
合させ、重合反応が完了した溶液中に化合物Ａを添加す
る方法、（ｂ）スチレン−ブタジエン共重合体を適当な
溶剤に溶解させた溶液中で、該共重合体にアルカリ金属
および／又はアルカリ土類金属を付加させ、引き続き化
合物Ａを添加して反応させる方法等が例示できる。

この場合の重合反応および付加反応に使用されるアル
カリ金属基材触媒は、リチウム、ルビジウム、セシウム
等の金属そのもの、或いはこれらの炭化水素化合物もし
くは極性化合物との錯体（例えば、ｎ−ブチルリチウ
ム、２−ナフチルリチウム、カリウム−テトラヒドロフ
ラン錯体、カリウム−ジエトキシエタン錯体等）であ
る。また、アルカリ土類金属基材触媒は、特開昭51−11
5590号、特開昭52−9090号、特開昭57−100146号などに
記載されているバリウム、ストロンチウム、カルシウム
等の化合物を主成分とする触媒系等が例示できる。いず
れの金属基材触媒も通常の溶液重合の触媒として使用さ
れるものでよく、特に制限されるものでない。

反応終了後、化合物Ａの導入された不飽和ゴム状重合
体は、メタノール等の凝固剤の添加、水蒸気によるスト
リッピングなどの通常の分離方法を用いて反応溶液中か
ら回収される。得られた不飽和ゴム状重合体には、分子
鎖末端或いは分子鎖中に、なる原子団として化合物Ａが導入されている。

化合物Ａが導入される部位は、分子鎖の末端或いはそ
れ以外の部位であってもよいが、好ましくは分子鎖の末
端である。分子鎖の末端がジエニル構造の共重合体と化
合物Ａとの反応で得られた重合体を使用することによ
り、低燃費性の改善がさらに大となるからである。

スチレン−ブタジエン共重合体ゴムが前記式（Ｉ）で
示される原子団を分子鎖末端或いは分子鎖内に有してい
ることが本発明の必須の構成要件である。このスチレン
−ブタジエン共重合体ゴムを含有するゴム組成物は、前
記式（Ｉ）で示される原子団を有さない通常のスチレン
−ブタジエン共重合体ゴムからなるゴム組成物に比べる
と著しく改善された反発弾性を示す。したがって、この
ゴム組成物をトレッドに用いた空気入りタイヤは、他の
特性を高いレベルに維持しながら低燃費性を非常に改善
することが可能となる。

また、本発明で用いるスチレン−ブタジエン共重合体
ゴムは、結合スチレン量が10〜30重量％であり、また、
ブタジエン部の1,2−ビニル結合量が10〜80％である。

結合スチレン量が10重量％未満では、ゴム組成物のウ
ェットスキッド抵抗が低下し、湿潤路面におけるタイヤ
の制動性能を悪化させるので好ましくない。一方、30重
量％を越えると、湿潤路面での制動性が大きくなる反
面、積雪・氷結路面での制動性および耐摩耗性が悪化す
るので好ましくない。

1,2−ビニル結合量が10％未満では湿潤路面での制動
性の改善効果が小さく、一方、80％を越えると発熱性が
大きくなると共に氷結路面での制動性、耐摩耗性が大幅
に低下するため好ましくない。

また、本発明で用いるスチレン−ブタジエン共重合体
ゴムは、タイヤ製造時に良好な加工性を得るために、ス
ズ−ブタジエニル結合で結合された分岐状重合体を含ん
でいてもよい。

（２）また、本発明のトレッド用ゴム組成物は、補強
剤として、カーボンブラックを原料ゴム100重量部に対
して30〜80重量部含有する。

カーボンブラックの配合量が30重量部未満では、タイ
ヤとして十分な湿潤路面での制動性、耐摩耗性が得られ
ない。一方、80重量部を越えるとタイヤの低燃費性が悪
化し、加えて、トレッド部の硬度が低温で高くなるため
氷結路面で滑り易くなり、好しくないからである。

ここで用いるカーボンブラックの特性としては、ヨウ
素吸着量（IA）＝60〜70、窒素比表面積（N₂SA）とヨウ
素吸着量（IA）との比（N₂SA/IA）＝1.22〜1.40、ΔD₅₀
（Dst）＝70〜130mμであることが必要である。

IAが60未満では耐摩耗性が著しく低下することとな
り、一方、70を超えると低燃費性が悪化するので好まし
くない。

N₂SA/IA比はカーボンブラックの表面活性度の尺度と
考えられ、この値が大のとき活性が高い。N₂SA/IAが1.2
2未満では充分な耐摩耗性、低燃費性が得られず、ま
た、1.40を超えるとカーボンブラック製造時に造粒が困
難となり、ゴムの混練性が著しく劣ることとなるので好
ましくない。

Δ₅₀（Dst）は、カーボンブラックの粒子の粒度分布
半値幅で、分布の尺度となる。ΔD₅₀（Dst）が70mμ未
満では低燃費性が悪化し、一方、130mμを超えると耐摩
耗性が低下する。

本発明では、上記の特性を有するカーボンブラックを
用いることにより、ゴム組成物の反発弾性を高め、以っ
てタイヤの転動抵抗を低減させ（低燃費）、かつゴムに
対する補強性を高めて対摩耗性を向上させるのである。
すなわち、表面の凹凸が大きく（N₂SA/IA比が大（N₂SA/
IA＝1.22〜1.40））、粒子径分布の大きい（Δ₅₀（Ds
t）＝70〜130mμ）カーボンブラックを配合することに
より、カーボンブラックとゴムとの相互作用を大ならし
め（カーボン粒子間のこすれによるエネルギーロスを小
さくする）、カーボン同士のこすれを防止してゴムの発
熱を低下させて転動抵抗を低減させ、かつ補強性を高め
て耐摩耗性を向上させるのである。

本発明のゴム組成物は、通常のゴム工業で用いられる
配合剤である加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止
剤、軟化剤等を含んでいてもよい。また、本発明のゴム
組成物は、乗用車用タイヤをはじめ、トラック・バス用
タイヤなど全てのタイヤに適用できるものであり、タイ
ヤの種類には特に限定されるものではない。

以下に実施例、比較例を示す。

実施例、比較例ここで用いたスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（SB
R）の特性を表１に、カーボンブラック（CB）の特性を
表２に示した。また、表３に実施例及び比較例について
示した（配合は重量部）。

混合方法は表３に示した配合剤を1.7のバンバリー
ミキサーを使用して４分間混合し、ロールでイオウ及び
加硫促進剤を添加した。加硫は160℃×15分でおこな
い、300％引張応力、リュプケ反撥弾性、ウェットスキ
ッド抵抗およびピコ摩耗を測定した。リュプケ反撥弾性
は０℃、60℃とも指数値が低いほどリュプケ弾性の値が
小さく、０℃の値が小さくなるとウェット性能は良くな
り、60℃の値が大きくなると転動抵抗が低くなることを
示している。ピコ摩耗は、摩耗量で示し、数値が小さい
ほど耐摩耗性が良いことを示している。

注）＊１ JIS K6221の方法にて測定。

＊２ JIS K6221の方法にて測定。

＊３ ΔD₅₀（Dst）の測定は、ディスクセントリフュー
ジ（英国Joyce Loebl社製）を用いて次の方法により測
定。すなわち、カーボンブラックを精秤し、20容量エタ
ノール水溶液と界面活性剤とを加え、カーボンブラック
濃度を5mg/100ccになるように超音波で分散させて試料
溶液を作製する。次にディスクセントリフュージの回転
速度8000rpmにおいて試料溶液0.5mmを蒸溜水からなるス
ピン液10mlに注入し、一斉に遠心沈降を開始させ、光沈
降法によりストークス径で換算された凝集体分布曲線を
作成し、そのヒストグラムにおける最多頻度（最大吸光
度）の1/2のときの凝集体の分布値を半値幅ΔD₅₀（Ds
t）とする。

表３から、本発明のカーボンブラック（CB−３、CB−
４）を使用することによりウェットスキッド抵抗性、耐
摩耗性を低下させずに反撥弾性が向上することが判る。

つぎに、比較例２および実施例３のゴム組成物をそれ
ぞれトレッドゴムとして用いた145SR12サイズのタイヤ
で転動抵抗を試験した。この結果を下記表４に指数で示
す。この場合、転動抵抗の試験は、タイヤ空気圧1.7kg/
cm²で直径1707mmのスチールドルム上で速度60km/hにて
測定した。

表４から、本発明のゴム組成物（実施例３）の場合が
転動抵抗が低いことが判る。

以上のように変性SBR/NRのブレンド系に上記した特定
のカーボンブラックを組み合わせることにより、ウェッ
ト性能、低温性能、耐摩耗性を高いレベルで維持しなが
ら、特に転動抵抗性能を改善したトレッドコンパウンド
を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ポリマーとして
カーボンブラックとの相互作用が高いSBRを用い、カー
ボンブラックとして活性の高いものを組合わせて用いる
ことで、低燃費性に優れ、しかも耐摩耗性と湿潤路面お
よび積雪・氷結路面での制動性を同時に満足するオール
シーズン用の空気入りタイヤのトレッド用として好適な
ゴム組成物を得ることができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）天然ゴムおよび／又はポリイソプ
レンゴム20〜80重量部、結合スチレン量が10〜30重量％
であってブタジエン部の1,2−ビニル結合量が10〜80％
であるスチレン−ブタジエン共重合体ゴム80〜20重量部
を含有し、ゴム分合計100重量部であって、前記スチレ
ン−ブタジエン共重合体ゴムには、分子鎖末端或いは分
子鎖中に下記式、で示される原子団が導入されており、（２）補強剤として、IA＝60〜70、N₂SA/IA＝1.22〜
1.40、ΔD₅₀（Dst）＝70〜130mμであるカーボンブラッ
クを原料ゴム100重量部に対し30〜80重量部含有してい
ることを特徴とするトレッド用ゴム組成物。