JP5016215B2

JP5016215B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP5016215B2
Application number: JP2005318836A
Authority: JP
Inventors: 猛西上; 浩文林; 博昭成田
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2025-11-01
Also published as: JP2007126523A

Description

本発明は、シリカを配合したゴム組成物からなるトレッドゴム部を備える空気入りタイヤに関するものである。

最近、環境あるいは安全への関心が高まるにつれ、タイヤにも低燃費性、湿潤路面におけるグリップ性、操縦安定性の向上や、摩耗寿命の延長が強く要請されるようになった。

一般に、転がり抵抗の低減による低燃費化のためには、充填剤としてシリカが用いられ、同時にシランカップリング剤が使用される。また、更なる低燃費化のため、充填剤中のシリカ含有量を増やしたり、シリカの粒径を大きくしたり、シリカと親和性のある官能基を導入したポリマーをゴム成分として使用したり、シリカの分散性を高める分散剤やシランカップリング剤を使用するなどの手法がある。

これらの手法のうち、シリカの大粒径化が最も容易に低燃費化を図る上で有利であるが、大粒径のシリカを用いると、湿潤路面におけるグリップ性、剛性および耐摩耗性の不足を招くことになる。一方、グリップ性向上のために小粒径シリカを使用して、シリカ含有量を増やすと、低燃費性が悪化し、もしくは耐摩耗性、加工性の悪化を招く。

ところで、下記特許文献１には、ＢＥＴ比表面積４５〜４００ｍ^２／ｇであり、かつ単位表面積当たりのシラノール基量が規定されたシリカを、タイヤのトレッドゴムとして用いることで、シリカの分散性を改良して、転がり抵抗性と耐摩耗性が両立させることが開示されている。しかしながら、この特許文献１は、比表面積が１３０ｍ^２／ｇよりも大きい比較的小粒径のシリカを主にその対象としており、即ち本来は分散しにくい小粒径シリカの分散性を向上することを主としており、また、シラノール基量についてもこれを少なくすることを意図しており、本発明の特徴を何等示唆するものではない。
特表２００５−５００４２０号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、実用レベルの加工性を維持しつつ、また湿潤路面におけるグリップ性、剛性、耐摩耗性を悪化させずに、低燃費性を実現することができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係る空気入りタイヤは、キャップゴム層とベースゴム層からなるトレッドゴム部を備える空気入りタイヤであって、前記ベースゴム層は、天然ゴムとブタジエンゴムのブレンドからなるゴム成分１００重量部に対しカーボンブラックを２０〜８０重量部配合したゴム組成物からなり、前記キャップゴム層は、スチレン−ブタジエンゴムの単独、又はスチレン−ブタジエンゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドからなるゴム成分１００重量部に対し、ＢＥＴ比表面積が５０〜１１０ｍ^２／ｇ、細孔面積が５〜５０ｍ^２／ｇであり、かつ、単位表面積当たりのシラノール基量が１６個／ｎｍ^２以上であるシリカを２０〜１００重量部配合したゴム組成物からなるものである。

本発明によれば、ベースゴム層を構成するゴム組成物、及びキャップゴム層を構成するゴム組成物のゴム成分を特定した上で、キャップゴム層に配合するシリカとして、比較的大粒径でありながら、シラノール基量の多い特定のシリカを用いたことにより、シリカとゴムポリマー間の結合を維持し、グリップ性、剛性及び耐摩耗性を損なうことなく、低燃費性を実現することができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

空気入りタイヤは、一般に、左右一対のビード部及びサイドウォール部と、両サイドウォール部間にまたがるトレッド部とを備えて構成されている。図１に一例を示すように、トレッド部１０において、カーカス層１２のタイヤ半径方向外側にはベルト層１４が設けられ、該ベルト層１４のタイヤ半径方向外側にトレッドゴム部１６が設けられている。そして、本発明では、トレッドゴム部１６が、タイヤ半径方向内側のベースゴム層１８と、接地面となるタイヤ半径方向外側のキャップゴム層２０との２層で構成され、それぞれ以下に説明するベース用ゴム組成物及びキャップ用ゴム組成物で形成されている。

［ベース用ゴム組成物］
ベースゴム層を形成するベース用ゴム組成物では、ゴム成分として、天然ゴムとブタジエンゴムのブレンドゴムを用いる。天然ゴムとブタジエンゴムを併用することにより、低燃費性を付与することができる。両者の配合比は、天然ゴム／ブタジエンゴム＝９０／１０〜５０／５０（重量比）であることが好ましい。

ベース用ゴム組成物は、上記ゴム成分１００重量部に対し、カーボンブラックを２０〜８０重量部配合してなる。ここで、カーボンブラックが２０重量部未満では、ベースゴム層の剛性が不足して操縦安定性が悪化し、８０重量部を超えると、加工性が悪化し、更に低燃費性が損なわれる。ベース用ゴム組成物には、充填剤として、上記カーボンブラックに加えてシリカを併用してもよい。

ベース用ゴム組成物には、上記の他に、オイル、亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤など、タイヤトレッド用ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。

［キャップ用ゴム組成物］
キャップゴム層を形成するキャップ用ゴム組成物では、ゴム成分として、スチレン−ブタジエンゴムの単独、又はスチレン−ブタジエンゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドゴムを用いる。ブレンドゴムの場合、スチレン−ブタジエンゴムがゴム成分中で３０重量％以上であることが好ましく、より好ましくは５０重量％以上である。

スチレン−ブタジエンゴムとしては、有機リチウム化合物を開始剤とする１，３−ブタジエンとスチレンとの共重合により得られる溶液重合スチレン−ブタジエンゴム（ＳＳＢＲ）が好適である。かかるＳＳＢＲは、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、ジエチルエーテルなどの不活性有機溶媒を用いた公知の溶液重合法により製造することができ、上記有機リチウム化合物としては、ｎ−ブチルリチウムなどのアルキルリチウム、１，４−ジリチウムブタンなどのアルキレンジリチウム、フェニルリチウムなどが挙げられる。このＳＳＢＲは、スズ系、ケイ素系、アルコキシシラン系カップリング剤により、その共重合体鎖末端が処理されたものであってもよく、また、末端または主鎖がシリカのシラノール基と相互作用や化学反応性を有する官能基（例えば、水酸基やアミノ基）で変性されたものであってもよい。

上記他のジエン系ゴムとしては、特に限定はなく、天然ゴムの他、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、ブタジエン−イソプレン共重合体ゴム、ニトリルゴムなどのジエン系合成ゴムが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても２種以上併用してもよい。これらの内でも、天然ゴム、ブタジエンゴムがより好ましい。

キャップ用ゴム組成物に使用されるシリカ（含水珪酸）は、
（１）ＢＥＴ比表面積：５０〜１１０ｍ^２／ｇ、
（２）細孔面積：５〜５０ｍ^２／ｇ、及び、
（３）単位表面積当たりのシラノール基（ＳｉＯＨ）量：１６個／ｎｍ^２以上、
の特性を持つものである。このように比較的大粒径でありながらシラノール基量の多いシリカを用いることにより、シラノール基量を確保して、シリカとゴムポリマー間の結合を維持することができる。上記特性は、シリカを一種のみ単独で用いる場合にはそのシリカが、また、複数のシリカを組合せて用いる場合には組合せたシリカ混合物が、それぞれ満足すればよい。

ＢＥＴ比表面積は５０〜１１０ｍ^２／ｇであることが好ましく、より好ましくは５０〜９０ｍ^２／ｇであり、このような大粒径でありながらシラノール基量の多いシリカを用いることが、本発明の効果をより高める上で好ましい。また、細孔面積は５〜３０ｍ^２／ｇであることが好ましい。また、単位表面積当たりのシラノール基量は１６個／ｎｍ^２以上であることが好ましい。なお、該シラノール基量の上限は特に限定されないが、通常は３０個／ｎｍ^２以下である。

上記シリカとしてはまた、下記式（１）を満足するものであることが好ましい。
Ｑactual ≧ Ｑcal＝0.015×Ｓ＋1.3 …（１）
式中、Ｑactualは、単位重量当たりのシラノール基量（mmol／ｇ）であり、Ｓは、ＢＥＴ比表面積（ｍ^２／ｇ）である。Ｑcalは、種々の汎用シリカについてＢＥＴ比表面積と単位重量当たりのシラノール基量とを測定し、両者の関係から導き出したシラノール基量の計算値を表すものであり、かかる計算値以上のシラノール基量を持つシリカを用いることが、低燃費性と耐摩耗性を両立させる上でより好ましい。

ここで、上記各特性の測定方法につき、ＢＥＴ比表面積は、ＪＩＳＺ８８３０の１点法により測定されるものである。また、細孔面積は、ＢＥＴ比表面積から外部比表面積を差し引くことにより求められ、外部比表面積は、ＡＳＴＭＤ６５５６に準拠した多点式窒素吸着により測定されるものである。単位表面積当たりのシラノール基量（個／ｎｍ^２）は、ＢＥＴ比表面積とＱactualとから下記式（２）により算出され、Ｑactualは、"Journal of the American Chemical Society"、１１４巻６４１２頁（１９９２年）に記載されたＳｉ−ＮＭＲにより算出される。
シラノール基量[個/nm²]＝（Ｑactual[mmol/g]×N_A）／Ｓ[m²/g] …（２）
式中、N_Aはアボガドロ定数であり、ＳはＢＥＴ比表面積である。

以上の特性を持つシリカは、上記ゴム成分１００重量部に対し、２０〜１００重量部配合される。シリカの配合量が２０重量部未満であると、上記した本発明の効果を充分に発揮することができなくなる。シリカのより好ましい配合量の下限は４０重量部である。

キャップ用ゴム組成物には、シリカとともに、必須ではないが充填剤としてカーボンブラックを配合してもよく、カーボンブラックは、ゴム成分１００重量部に対して０〜５０重量部配合される。また充填剤のトータルの配合量は５０〜１５０重量部であることが好ましい。

キャップ用ゴム組成物には、シリカをゴム成分と結合を促進するために、通常、シランカップリング剤が配合される。シランカップリング剤としては、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。シランカップリング剤の配合量は、シリカ１００重量部に対して２〜２５重量部であることが好ましい。

キャップ用ゴム組成物には、上記した成分の他に、オイル、亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤など、タイヤトレッド用ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

１．キャップ用ゴム組成物の調製
バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合に従い、キャップ用ゴム組成物を調製した。表１の各成分の詳細は以下の通りである。

・ＳＢＲ：溶液重合スチレン−ブタジエンゴム、旭化成製「タフデン３３３０」
・ＢＲ：ブタジエンゴム、宇部興産製「ＢＲ１５０Ｂ」
・天然ゴム：ＲＳＳ＃３。

・シリカ１：東ソーシリカ製「ニップシールＡＱ」
・シリカ２：デグサ社製「Ｕｌｔｒａｓｉｌ７０００」
・シリカ３：デグサ社製「ＵｌｔｒａｓｉｌＶＮ３」
・シリカ４：ローディア社製「Ｚｅｏｓｉｌ１２０５ＭＰ」
・シリカ５：ローディア社製「Ｚｅｏｓｉｌ１１１５ＭＰ」
・シリカ６：デグサ社製「Ｕｌｔｒａｓｉｌ３６０」
・シリカ７，シリカ８：特許第３３０４０９７号に準拠して、ケイ酸ナトリウムと硫酸ナトリウムを含む初期底部生成物を形成し、該底部生成物に硫酸を加えてｐＨ７以上の反応生成物を得て、得られた反応生成物にケイ酸ナトリウムと硫酸を同時に加えて反応させた後、硫酸アルミニウム及び次いで水酸化ナトリウム溶液を加えて熟成させて、沈降シリカの懸濁液を調製し、得られた懸濁液を分離し、乾燥することにより調製したシリカ。但し、硫酸アルミニウムの添加量を減らし、かつｐＨ７〜１０で熟成することで、ＢＥＴ比表面積及びシラノール基量を調整して表１に示す特性のシリカを得た。

各キャップ用ゴム組成物には、共通配合として、ゴム成分１００重量部に対して、カーボンブラック（三菱化学製「ダイヤブラックＮ３３９」）１０重量部、シランカップリング剤（デグサ社製「Ｓｉ−７５」）５．６重量部、オイル（ジャパンエナジー製「ＪＯＭＯプロセスＸ１４０」）３５重量部、亜鉛華（三井金属鉱業製「酸化亜鉛３種」）３重量部、ステアリン酸（花王製「ルナックＳ−２５」）２重量部、老化防止剤（住友化学製「アンチゲン６Ｃ」）２重量部、ワックス（日本精蝋製「オゾエース０３５５」）２重量部、加硫促進剤（住友化学製「ソクシノールＣＺ」）１．８重量部、加硫促進剤（大内新興化学工業製「ノクセラーＤ」）２．０重量部、硫黄（鶴見化学製「粉末硫黄」）１．５重量部を配合した。

２．ベース用ゴム組成物の調製
バンバリーミキサーを使用し、下記表２に示す配合に従い、配合ａ及び配合ｂのベース用ゴム組成物を調製した。

３．評価
上記で得られた各キャップ用ゴム組成物について、粘度と硬度を測定した。また、各キャップ用ゴム組成物に対し、ベース用ゴム組成物を表１に示すように組み合わせて、キャップ／ベース構造のトレッドを有する２０５／６５Ｒ１５９４Ｈの乗用車用ラジアルタイヤを、定法に従い加硫成形することにより製造した。そして、得られた各タイヤについて、湿潤路面での制動性（グリップ性）、低燃費性、耐摩耗性および操縦安定性を評価した。各評価方法は次の通りである。

・粘度：ＪＩＳＫ６３００に準拠してムーニー粘度を測定し、比較例１のキャップ用ゴム組成物での値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど粘度が低いこと、即ち加工性が良好であることを示す。

・硬度：ＪＩＳＫ６２５３に準拠してタイプＡデュロメーターを使用して２３℃で測定し、比較例１のキャップ用ゴム組成物での値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど硬度（剛性）が高いことを示す。

・湿潤路面での制動性：試験用トレーラに規定リムを用いて装着し、湿潤アスファルト路面を走行し、速度６４ｋｍ／ｈにてタイヤをロックさせてブレーキングフォースを測定し、比較例１を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど制動性に優れることを示す。

・低燃費性：使用リムを１５×６．５ＪＪとしてタイヤを装着し、空気圧２３０ｋＰａ、荷重４５０ｋｇｆとして、転がり抵抗測定ドラムにて２３℃で８０ｋｍ／ｈで走行させたときの転がり抵抗を測定した。比較例１の値を１００とした指数で表示し、指数が小さいほど、転がり抵抗が小さく、よって低燃費性に優れることを示す。

・耐摩耗性：使用リムを１５×６．５ＪＪとして２０００ｃｃのＦＦ車に装着し、１００００ｋｍ走行後の残溝深さを測定し、比較例１を１００とした指数で表示し、指数が大きいほど耐摩耗性に優れることを意味する。

・操縦安定性：使用リムを１５×６．５ＪＪとして２０００ｃｃのＦＦ車に装着し、テストドライバーによる官能評価により操縦安定性を評価し、比較例１をコントロールとして、これと同等のものを±０、やや劣るものを−１、劣るものを−２、やや優れるものを＋１、優れるものを＋２とした。

表１に示すように、実施例１及び３〜５であると、比較例１に比べて、キャップ用ゴム組成物の粘度が低く加工性に優れ、しかも、硬度、湿潤路面での制動性、耐摩耗性および操縦安定性を損なうことなく、低燃費性が改善されていた。

これに対し、比較例２では、シラノール基量の多い小粒径シリカを用いたため、加工性が大幅に悪化し、また、低燃費性及び耐摩耗性も劣っていた。また、比較例３では、比較例１よりも大粒径のシリカを用いたものの、シラノール基量が少ないために効果が得られなかった。更に、比較例４では、キャップ用ゴム組成物のゴム成分が範囲外であるため、加工性が大幅に悪化し、それに伴い低燃費性が悪化した。また、比較例５では、ベース用ゴム組成物が範囲外であるため、低燃費性が大幅に悪化し、また操縦安定性も悪化していた。

上記のように、本発明によれば、実用レベルの加工性を維持しつつ、また湿潤路面におけるグリップ性、剛性、耐摩耗性を悪化させずに、低燃費性を実現することができるので、乗用車用ラジアルタイヤを始めとして各種空気入りタイヤに利用することができる。

空気入りタイヤの一例を示すトレッド部の断面図である。

符号の説明

１０…トレッド部、１２…カーカス層、１４…ベルト層、１６…トレッドゴム部、１８…ベースゴム層、２０…キャップゴム層

Claims

キャップゴム層とベースゴム層からなるトレッドゴム部を備える空気入りタイヤであって、
前記ベースゴム層は、天然ゴムとブタジエンゴムのブレンドからなるゴム成分１００重量部に対しカーボンブラックを２０〜８０重量部配合したゴム組成物からなり、
前記キャップゴム層は、スチレン−ブタジエンゴムの単独、又はスチレン−ブタジエンゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドからなるゴム成分１００重量部に対し、ＢＥＴ比表面積が５０〜１１０ｍ^２／ｇ、細孔面積が５〜５０ｍ^２／ｇであり、かつ、単位表面積当たりのシラノール基量が１６個／ｎｍ^２以上であるシリカを２０〜１００重量部配合したゴム組成物からなる
ことを特徴とする空気入りタイヤ。