JP5480699B2 - サイドウォール用ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、サイドウォール用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤに関する。

天然ゴムは、合成ゴムと比較して優れた生ゴム強度（グリーンストレングス）を有しており、加工性に優れている。また、加硫ゴムとしても機械的強度が高く、低発熱性に優れているため、サイドウォールに多く使用されている。

サイドウォールには、一般的なサイドウォールの性能（例えば、優れた引き裂き強度）以外にも、安全性の観点から操縦安定性が要求されている。特に競技用タイヤにおいては、乗り心地や耐候性よりも操縦安定性が求められている。しかし、一般的に、タイヤのサイドウォール部は車の走行とともに発熱が生じやすく、高温条件下となることで剛性感が低下し、操縦安定性が低下するという問題があった。

操縦安定性を向上させる方法として、サイドウォールの剛性を高くする方法が知られている。サイドウォールの剛性を高くする方法としては、サイドウォールのゲージを厚くする方法、サイドウォールのフィラー成分を増量して硬くする方法が用いられるが、いずれの方法も発熱が大きくなり、耐発熱性、耐ブロー性という点では改善の余地がある。

特許文献１、２では、微粒子酸化亜鉛と、シリカ又は二酸化チタンを併用することにより、耐屈曲亀裂成長性が向上することが開示されている。しかし、操縦安定性が低く、操縦安定性と耐ブロー性の両立という点では改善の余地がある。

特開２００７−１６９４３１号公報 特開２００８−８８３８１号公報

本発明は、前記課題を解決し、操縦安定性と耐ブロー性を両立できるサイドウォール用ゴム組成物、及びこれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。

一般的に、剛性の高いゴム組成物では、耐ブロー性が低下してしまうが、本発明者は、鋭意検討の結果、特定のゴム成分と、特定の平均一次粒子径の酸化亜鉛と、カーボンブラックとを併用することにより、剛性の高いゴム組成物であっても耐ブロー性を向上できることを見出した。すなわち、本発明は、イソプレン系ゴムを含むゴム成分と、平均一次粒子径が２００ｎｍ以下の酸化亜鉛と、カーボンブラックとを含むサイドウォール用ゴム組成物に関する。

上記ゴム成分として、更にブタジエンゴム及び／又はスチレンブタジエンゴムを含むことが好ましい。

上記ゴム成分１００質量部に対して、上記酸化亜鉛の含有量が０．１〜１０質量部、上記カーボンブラックの含有量が２０〜７０質量部であることが好ましい。

本発明はまた、上記ゴム組成物を用いて作製したサイドウォールを有する空気入りタイヤに関する。上記空気入りタイヤが、競技用タイヤであることが好ましい。

本発明によれば、イソプレン系ゴムを含むゴム成分と、特定の平均一次粒子径の酸化亜鉛と、カーボンブラックとを含むサイドウォール用ゴム組成物であるので、操縦安定性と耐ブロー性を両立でき、操縦安定性と耐ブロー性に優れた空気入りタイヤを提供できる。
なお、ブローとは、タイヤ表面ゴムが沸騰し、ブリスターになり、ゴムが飛び散ったような破損をいう。耐ブロー性が高いほど、このような破損を抑制できる。

本発明のサイドウォール用ゴム組成物は、イソプレン系ゴムを含むゴム成分と、特定の平均一次粒子径の酸化亜鉛と、カーボンブラックとを含む。

本発明では、ゴム成分としてイソプレン系ゴムを含む。イソプレン系ゴムを含むことにより、サイドウォールゴムに必要な機械的強度と低発熱性が得られる。イソプレン系ゴムとしては、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、改質天然ゴム等が挙げられる。ＮＲには、脱タンパク質天然ゴム（ＤＰＮＲ）、高純度天然ゴム（ＨＰＮＲ）も含まれ、改質天然ゴムとしては、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、水素添加天然ゴム（ＨＮＲ）、グラフト化天然ゴム等が挙げられる。また、ＮＲとしては、例えば、ＳＩＲ２０、ＲＳＳ♯３、ＴＳＲ２０等、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。また、ＩＲとしては、タイヤ工業において一般的なものを使用できる。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。

ゴム成分１００質量％中のイソプレン系ゴムの含有量は、好ましくは３５質量％以上、より好ましくは４０質量％以上である。３５質量％未満であると、ゴム強度が低下する傾向があると共に、操縦安定性と耐ブロー性の両立が充分にできないおそれがある。また、イソプレン系ゴムの含有量は、好ましくは６０質量％以下、より好ましくは５５質量％以下である。６０質量％を超えると、充分な耐屈曲疲労性が得られないおそれがある。

イソプレン系ゴム以外に本発明で使用できるゴム成分としては、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等のジエン系ゴムが挙げられる。これらジエン系ゴム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。なかでも、低発熱性、耐久性がバランスよく得られるという理由から、ＮＲ、ＢＲ、ＳＢＲが好ましく、ＮＲとＢＲを併用することがより好ましい。

ＢＲとしては特に限定されず、例えば、日本ゼオン（株）製のＢＲ１２２０、宇部興産（株）製のＢＲ１３０Ｂ、ＢＲ１５０Ｂ等の高シス含有量のＢＲ、宇部興産（株）製のＶＣＲ４１２、ＶＣＲ６１７等のシンジオタクチックポリブタジエン結晶を含有するＢＲ等を使用できる。なかでも、耐屈曲疲労性に優れるという理由から、ＢＲのシス含量は９０質量％以上が好ましい。

ゴム成分１００質量％中のＢＲの含有量は、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは４５質量％以上である。４０質量％未満であると、充分な耐屈曲疲労性が得られないおそれがある。該ＢＲの含有量は、好ましくは６５質量％以下、より好ましくは６０質量％以下である。６５質量％を超えると、機械的強度が不足する他、加工性が悪化するおそれがある。

ＳＢＲとしては、特に限定されず、例えば、乳化重合スチレンブタジエンゴム（Ｅ−ＳＢＲ）、溶液重合スチレンブタジエンゴム（Ｓ−ＳＢＲ）等を使用できる。

ＳＢＲのスチレン含有量は、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは３０質量％以上である。２０質量％未満であると、操縦安定性に必要な剛性が得られないおそれがある。また、上記スチレン含有量は、好ましくは４５質量％以下、より好ましくは４０質量％以下である。４５質量％を超えると、発熱が高すぎ、耐ブロー性が低下するおそれがある。

ゴム成分１００質量％中のＳＢＲの含有量は、好ましくは１５質量％以上、より好ましくは２０質量％以上である。１５質量％未満であると、操縦安定性に必要な剛性が得られないおそれがある。該ＳＢＲの含有量は、好ましくは４０質量％以下、より好ましくは３５質量％以下である。４０質量％を超えると、発熱が高すぎ、耐ブロー性が低下するおそれがある。

本発明では、特定の平均一次粒子径の酸化亜鉛が使用される。特定の平均一次粒子径の酸化亜鉛を配合することにより、酸化亜鉛の分散性が向上し、耐ブロー性を向上できる。

酸化亜鉛の平均一次粒子径は、２００ｎｍ以下、好ましくは１５０ｎｍ以下、より好ましくは１２０ｎｍ以下、更に好ましくは９０ｎｍ以下である。２００ｎｍを超えると、通常の酸化亜鉛と比較して、酸化亜鉛の分散性やゴム物性において充分な改善効果が得られないおそれがある。酸化亜鉛の平均一次粒子径は、好ましくは２０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上である。２０ｎｍ未満であると、酸化亜鉛の平均粒子怪がカーボンブラックの一次粒子径よりも小さくなり、酸化亜鉛の分散性が充分に向上できず、耐ブロー性が逆に悪化するおそれがある。
なお、酸化亜鉛の平均一次粒子径は、窒素吸着によるＢＥＴ法により測定した比表面積から換算された平均粒子径（平均一次粒子径）を表す。

上記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０．１質量部以上、より好ましくは０．５質量部以上、更に好ましくは１．０質量部以上である。０．１質量部未満では、充分な加硫ゴムの物性が得られない傾向がある。また、該酸化亜鉛の含有量は、好ましくは１０質量部以下、より好ましくは９質量部以下、更に好ましくは８質量部以下である。１０質量部を超えると、充分な耐ブロー性が得られないおそれがある。

本発明では、カーボンブラックが使用される。これにより、機械的強度と操縦安定性に必要な剛性が得られる。使用できるカーボンブラックとしては、ＧＰＦ、ＦＥＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦなどが挙げられるが、特に限定されない。なお、カーボンブラック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。

カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は３０ｍ^２／ｇ以上が好ましく、３５ｍ^２／ｇ以上がより好ましい。３０ｍ^２／ｇ未満では、充分な機械的強度が得られないおそれがある。また、カーボンブラックのチッ素吸着比表面積は８０ｍ^２／ｇ以下が好ましく、６０ｍ^２／ｇ以下がより好ましい。８０ｍ^２／ｇを超えると、発熱が高すぎ、耐ブロー性が低下するおそれがある。
なお、カーボンブラックのチッ素吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７のＡ法によって求められる。

カーボンブラックのジブチルフタレート（ＤＢＰ）吸油量は、好ましくは１００ｍｌ／１００ｇ以上、より好ましくは１１０ｍｌ／１００ｇ以上である。１００ｍｌ／１００ｇ未満では、充分な機械的強度が得られないおそれがある。また、カーボンブラックのＤＢＰ吸油量は、好ましくは１３０ｍｌ／１００ｇ以下、より好ましくは１２０ｍｌ／１００ｇ以下である。１３０ｍｌ／１００ｇを超えると、発熱が高すぎ、耐ブロー性が低下するおそれがある。
なお、カーボンブラックのＤＢＰ吸油量は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−４の測定方法によって求められる。

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、好ましくは２０質量部以上、より好ましくは２３質量部以上、更に好ましくは２５質量部以上である。２０質量部未満では、充分な機械的強度と剛性が得られないおそれがある。また、該カーボンブラックの含有量は、好ましくは７０質量部以下、より好ましくは６５質量部以下、更に好ましくは６０質量部以下である。７０質量部を超えると、発熱が高すぎ、耐ブロー性が低下するおそれがある。

本発明のゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、シリカ等の補強用充填剤、シランカップリング剤、ステアリン酸、各種老化防止剤、オイル、ワックス、加硫剤、加硫促進剤などを適宜配合することができる。

本発明のゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記各成分を混練りし、その後加硫する方法等により製造できる。

本発明の空気入りタイヤは、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、前記成分を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でサイドウォール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。

本発明の空気入りタイヤは、乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ、二輪車用タイヤ、競技用タイヤ等として好適に用いられ、特に競技用タイヤとして好適に用いられる。本発明により得られる空気入りタイヤは、操縦安定性と耐ブロー性を両立できる。

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、実施例及び比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
ＢＲ：宇部興産（株）製のＢＲ１５０Ｂ（シス含量：９８質量％）
ＳＢＲ：旭化成（株）製のタフデン４３５０（スチレン含有量：３９質量％、ゴム固形分１００質量部に対してオイル分５０質量部含有）
カーボンブラック：キャボットジャパン（株）製のＮ５５０（Ｎ_２ＳＡ：４２ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量：１１５ｍｌ／１００ｇ）
シリカ：エボニックデグッサ社製のウルトラジルＶＮ３（平均一次粒子径１５ｎｍ）
オイル：ＪＯＭＯ（株）製のＮＣ３００Ｓ
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
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
酸化亜鉛１：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号（平均一次粒子径：３００ｎｍ）
酸化亜鉛２：ハクスイテック（株）製のジンコックスーパーＦ−２（平均一次粒子径：６５ｎｍ）
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）

実施例１〜５及び比較例１〜４
表１に示す配合内容に従い、１．７Ｌバンバリーミキサーを用いて、配合材料のうち、硫黄、加硫促進剤以外の材料を１５０℃の条件下で５分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄、加硫促進剤を添加し、２軸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１７０℃で１２分間プレス加硫し、加硫ゴムシートを得た。
また、得られた未加硫ゴム組成物をサイドウォール形状に成形し、他のタイヤ部材と貼り合わせてタイヤに成形し、１５０℃、２５ｋｇｆで３５分間加硫することで試験用カートタイヤ（タイヤサイズ：１１×７．１０−５）を製造した。なお、表１のサイドウォール厚みは、サイドウォールの最も厚い部分の厚さを測定し、比較例１を１００として指数表示した。指数が大きいほど、サイドウォールの厚みが厚いことを示す。

得られた加硫ゴムシート、試験用カートタイヤを使用して、下記の評価を行った。それぞれの試験結果を表１に示す。

（引張試験）
ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準じて、上記加硫ゴムシートを切り取って得られた試験片（ダンベル３号）を用いて、１００％伸び時における引張応力Ｍ１００（ＭＰａ）を測定した。なお、測定条件は、試験温度２５℃、引張速度５００ｍｍ／分とした。結果は、比較例１の結果を１００として下記式で指数表示した。指数が大きいほど剛性感が良好であることを示す。
引張強度指数＝（各配合のＭ１００）／（比較例１のＭ１００）×１００

（操縦安定性）
試験用カートに試験用カートタイヤを装着させ、１周２ｋｍのテストコースを８周走行し、比較例１のタイヤの操縦安定性を３点とし、５点満点でテストドライバーが官能評価した。数値が大きいほど操縦安定性が良好である。

（耐ブロー性）
得られた加硫ゴムシートについて、フレクソ試験をＪＩＳ Ｋ６２６５に準拠して１００℃で実施し、試験後のサンプル内部のブローの発生度合いを目視で評価した。なお、表のサイドウォール厚み指数に従って、サンプルの厚みを変えて試験を実施した。ブローが発生していないものを５点として、最もブローが発生したものを１点とした。すなわち、評点が大きい方が耐ブロー性に優れることを示す。

イソプレン系ゴムを含むゴム成分と、特定の平均一次粒子径の酸化亜鉛と、カーボンブラックとを含む実施例は、操縦安定性と耐ブロー性を両立できた。一方、カーボンブラックを配合し、特定の平均一次粒子径の酸化亜鉛を配合しない比較例１〜３は、実施例に比べて耐ブロー性が劣り、操縦安定性と耐ブロー性を両立できなかった。一方、シリカ、特定の平均一次粒子径の酸化亜鉛を配合し、カーボンブラックを配合しない比較例４は、充分な機械的強度と剛性が得られず、操縦安定性が実施例に比べて大幅に劣っていたが、カーボンブラック未配合のシリカ配合系では、発熱そのものが少ないため、耐ブロー性に優れていた。このように、比較例４では、操縦安定性と耐ブロー性を両立できなかった。

Claims (4)

1. イソプレン系ゴムを含むゴム成分と、平均一次粒子径が２００ｎｍ以下の酸化亜鉛と、カーボンブラックとを含むサイドウォール用ゴム組成物を用いて作製したサイドウォールを有する競技用タイヤ。
2. 前記ゴム成分として、更にブタジエンゴム及び／又はスチレンブタジエンゴムを含む請求項１記載の競技用タイヤ。
3. 前記ブタジエンゴムのシス含量は、９０質量％以上である請求項２記載の競技用タイヤ。
4. 前記ゴム成分１００質量部に対して、前記酸化亜鉛の含有量が０．１〜１０質量部、前記カーボンブラックの含有量が２０〜７０質量部である請求項１〜３のいずれかに記載の競技用タイヤ。