JP5527164B2 - タイヤ用ゴム組成物およびタイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤ用ゴム組成物およびタイヤに関する。
自動車に対する低燃費化要求の高まりから、近年、タイヤのキャップトレッド等に用いられるタイヤ用ゴム組成物として、カーボンブラックに代えて（またはカーボンブラックとともに）シリカを配合したものが開発されている（例えば、特許文献１，２等を参照）。
シリカを含有するタイヤ用組成物を用いることにより、低転がり抵抗が得られ、低燃費化が可能になるとされている。
シリカを含有するタイヤ用組成物を用いることにより、低転がり抵抗が得られ、低燃費化が可能になるとされている。
しかし、本発明者がさらに検討を行ったところ、シリカを含有するタイヤ用組成物は加硫速度が遅くなる傾向にあることが分かった。
そこで、本発明の目的は、加硫速度に優れた、シリカを含有するタイヤ用組成物を提供することを目的とする。
そこで、本発明の目的は、加硫速度に優れた、シリカを含有するタイヤ用組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、シリカを含有するタイヤ用組成物に、所定量の没食子酸および／または没食子酸水和物を配合することにより、加硫速度が優れることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の（１）〜（４）を提供する。
すなわち、本発明は、以下の（１）〜（４）を提供する。
（１）ジエン系ゴムと、シリカと、没食子酸および／または没食子酸水和物と、を含有し、上記シリカの含有量が、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜１００質量部であり、上記没食子酸および／または没食子酸水和物の含有量が、上記シリカ１００質量部に対して０．００１〜２０質量部である、タイヤ用ゴム組成物。
（２）上記ジエン系ゴムが、ジエン系合成ゴムを５０質量％以上含む、上記（１）に記載のタイヤ用ゴム組成物。
（３）上記ジエン系合成ゴムが、芳香族ビニル−共役ジエン共重合体である、上記（２）に記載のタイヤ用ゴム組成物。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に使用したタイヤ。
本発明によれば、加硫速度に優れた、シリカを含有するタイヤ用組成物を提供することができる。
＜タイヤ用ゴム組成物＞
本発明のタイヤ用ゴム組成物（以下、「本発明のゴム組成物」ともいう）は、ジエン系ゴムと、シリカと、没食子酸および／または没食子酸水和物と、を含有し、上記シリカの含有量が、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜１００質量部であり、上記没食子酸および／または没食子酸水和物の含有量が、上記シリカ１００質量部に対して０．００１〜２０質量部である、タイヤ用ゴム組成物である。
以下に、本発明のゴム組成物が含有する各成分について詳細に説明する。
本発明のタイヤ用ゴム組成物（以下、「本発明のゴム組成物」ともいう）は、ジエン系ゴムと、シリカと、没食子酸および／または没食子酸水和物と、を含有し、上記シリカの含有量が、上記ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜１００質量部であり、上記没食子酸および／または没食子酸水和物の含有量が、上記シリカ１００質量部に対して０．００１〜２０質量部である、タイヤ用ゴム組成物である。
以下に、本発明のゴム組成物が含有する各成分について詳細に説明する。
＜ジエン系ゴム＞
本発明のゴム組成物に含有されるジエン系ゴムは、主鎖に二重結合を有するものであり、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ジエン系合成ゴム等が挙げられる。
ジエン系合成ゴムとしては、例えば、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体（ＳＩＳ）などの芳香族ビニル−共役ジエン共重合体；ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの共役ジエン重合体；等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
本発明のゴム組成物に含有されるジエン系ゴムは、主鎖に二重結合を有するものであり、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ジエン系合成ゴム等が挙げられる。
ジエン系合成ゴムとしては、例えば、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体（ＳＩＳ）などの芳香族ビニル−共役ジエン共重合体；ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの共役ジエン重合体；等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
また、本発明のゴム組成物の加硫速度がより優れるという理由から、本発明のゴム組成物に含有されるジエン系ゴムにおけるジエン系合成ゴムの割合は、５０質量％以上であるのが好ましく、７０質量％以上であるのがより好ましい。
このとき、ジエン系合成ゴムとしては、特に限定されないが、本発明のゴム組成物の加硫速度がより優れるという理由から、芳香族ビニル−共役ジエン共重合体を用いるのが好ましく、ＳＢＲを用いるのがより好ましい。
＜シリカ＞
本発明のゴム組成物には、フィラーとして、上述したジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜１００質量部のシリカが含有される。シリカとしては、特に限定されず、従来公知のシリカを用いることができる。
上記シリカとしては、具体的には、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ、粉砕シリカ、溶融シリカ、コロイダルシリカ等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
シリカの含有量は、トレッドの強度を発現するという観点から、上述したジエン系ゴム１００質量部に対して、２０〜１００質量部であるのが好ましく、５０〜８０質量部であるのがより好ましい。
本発明のゴム組成物には、フィラーとして、上述したジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜１００質量部のシリカが含有される。シリカとしては、特に限定されず、従来公知のシリカを用いることができる。
上記シリカとしては、具体的には、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ、粉砕シリカ、溶融シリカ、コロイダルシリカ等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
シリカの含有量は、トレッドの強度を発現するという観点から、上述したジエン系ゴム１００質量部に対して、２０〜１００質量部であるのが好ましく、５０〜８０質量部であるのがより好ましい。
なお、本発明のゴム組成物は、補強性、加工中のヤケ等の観点から、シリカと併用させて、シランカップリング剤を含有することが好ましい。
シランカップリング剤としては、例えば、分子中に硫黄原子を含有するものを用いることができ、具体的には、例えば、３−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルカルバモイル−テトラスルフィド、トリメトキシシリルプロピル−メルカプトベンゾチアゾールテトラスルフィド、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、ジメトキシメチルシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイル−テトラスルフィド、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、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が好適に用いられる。
シランカップリング剤としては、例えば、分子中に硫黄原子を含有するものを用いることができ、具体的には、例えば、３−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルカルバモイル−テトラスルフィド、トリメトキシシリルプロピル−メルカプトベンゾチアゾールテトラスルフィド、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、ジメトキシメチルシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイル−テトラスルフィド、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、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が好適に用いられる。
＜没食子酸および／または没食子酸水和物＞
本発明のゴム組成物は、上述したシリカ１００質量部に対して０．００１〜２０質量部の没食子酸および／または没食子酸水和物を含有することにより、シリカを含有していても加硫速度が優れる。
ここで、加硫速度が遅延する原因は、別途配合される加硫促進剤等がシリカに吸着してしまい、その機能が発揮されにくくなることにあると考えられるが、本発明においては、没食子酸が有する極性基（ヒドロキシ基、カルボキシ基）がシリカに吸着することで、別途配合される加硫促進剤等がシリカに吸着しにくくなって有効に働きやすくなり、その結果、加硫速度が優れるものと考えられる。
また、加硫速度が速くなることによって、本発明のゴム組成物のモジュラスが向上すると考えられる。さらに、シリカに吸着せずに残存した没食子酸が老化防止剤として機能することで、本発明のゴム組成物においては、老化防止効果も期待される。
本発明のゴム組成物は、上述したシリカ１００質量部に対して０．００１〜２０質量部の没食子酸および／または没食子酸水和物を含有することにより、シリカを含有していても加硫速度が優れる。
ここで、加硫速度が遅延する原因は、別途配合される加硫促進剤等がシリカに吸着してしまい、その機能が発揮されにくくなることにあると考えられるが、本発明においては、没食子酸が有する極性基（ヒドロキシ基、カルボキシ基）がシリカに吸着することで、別途配合される加硫促進剤等がシリカに吸着しにくくなって有効に働きやすくなり、その結果、加硫速度が優れるものと考えられる。
また、加硫速度が速くなることによって、本発明のゴム組成物のモジュラスが向上すると考えられる。さらに、シリカに吸着せずに残存した没食子酸が老化防止剤として機能することで、本発明のゴム組成物においては、老化防止効果も期待される。
本発明のゴム組成物に含有される没食子酸としては、下記（Ｉ）式で示される化合物（３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸）が挙げられ、没食子酸水和物としては、下記（ＩＩ）式で示される化合物（３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸水和物）が挙げられる。
なお、安定的に存在するという観点からは、没食子酸水和物が用いられることが好ましい。
なお、安定的に存在するという観点からは、没食子酸水和物が用いられることが好ましい。
没食子酸および／または没食子酸水和物の含有量は、本発明のゴム組成物の加硫速度がより優れるという理由から、上述したシリカ１００質量部に対して、０．００１〜２０質量部であるのが好ましく、０．００５〜１０質量部であるのがより好ましい。
＜各種の添加剤等＞
本発明のゴム組成物には、上述した成分の他に、カーボンブラックなどのシリカ以外のフィラー；加硫または架橋剤；加硫または架橋促進剤；酸化亜鉛；オイル；老化防止剤；可塑剤；ステアリン酸などの加工助剤；ワックス；フェノール系、レゾルシン系、クレゾール系などの熱硬化性樹脂；等のタイヤ用ゴム組成物に一般的に用いられている各種の添加剤を配合することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。
本発明のゴム組成物には、上述した成分の他に、カーボンブラックなどのシリカ以外のフィラー；加硫または架橋剤；加硫または架橋促進剤；酸化亜鉛；オイル；老化防止剤；可塑剤；ステアリン酸などの加工助剤；ワックス；フェノール系、レゾルシン系、クレゾール系などの熱硬化性樹脂；等のタイヤ用ゴム組成物に一般的に用いられている各種の添加剤を配合することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。
本発明のゴム組成物の製造方法は、特に限定されず、例えば、上述した各成分を、公知の方法、装置（例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等）を用いて、混練する方法等が挙げられる。また、本発明のゴム組成物は、従来公知の加硫または架橋条件で加硫または架橋することができる。
＜タイヤ＞
本発明のタイヤは、上述した本発明のゴム組成物を、キャップトレッド部に使用した使用したタイヤである。
図１に、本発明のタイヤの実施態様の一例を表すタイヤの部分断面概略図を示すが、本発明のタイヤは図１に示す態様に限定されるものではない。
図１において、符号１はビード部を表し、符号２はサイドウォール部を表し、符号３はトレッド部を表す。また、符号９は、トレッド部３の一部であって、直接地面と接地するキャップトレッド部を示す。
また、左右一対のビード部１間においては、カーカス層４が装架されており、このカーカス層４の端部はビードコア５およびビードフィラー６の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されて巻き上げられている。
また、トレッド部３においては、カーカス層４の外側に、複数層のベルト層７がタイヤ１周に亘って配置されている。なお、図１に示すベルト層７は、２層であるが、これに限定されることはなく、例えば、１層、３層、４層等であってもよい。
また、ビード部１においては、リムに接する部分にリムクッション８が配置されている。
ここで、図１に示すキャップトレッド部９には、上述した本発明のゴム組成物が使用されている。
本発明のタイヤは、上述した本発明のゴム組成物を、キャップトレッド部に使用した使用したタイヤである。
図１に、本発明のタイヤの実施態様の一例を表すタイヤの部分断面概略図を示すが、本発明のタイヤは図１に示す態様に限定されるものではない。
図１において、符号１はビード部を表し、符号２はサイドウォール部を表し、符号３はトレッド部を表す。また、符号９は、トレッド部３の一部であって、直接地面と接地するキャップトレッド部を示す。
また、左右一対のビード部１間においては、カーカス層４が装架されており、このカーカス層４の端部はビードコア５およびビードフィラー６の廻りにタイヤ内側から外側に折り返されて巻き上げられている。
また、トレッド部３においては、カーカス層４の外側に、複数層のベルト層７がタイヤ１周に亘って配置されている。なお、図１に示すベルト層７は、２層であるが、これに限定されることはなく、例えば、１層、３層、４層等であってもよい。
また、ビード部１においては、リムに接する部分にリムクッション８が配置されている。
ここで、図１に示すキャップトレッド部９には、上述した本発明のゴム組成物が使用されている。
本発明のタイヤは、例えば、本発明のゴム組成物に用いられるジエン系ゴム、加硫または架橋剤、加硫または架橋促進剤の種類およびその配合割合に応じた温度で加硫または架橋し、キャップトレッド部等を形成することにより製造することができる。
本発明のタイヤは、上述した本発明のゴム組成物がキャップトレッド部に使用されているため、高モジュラス化が実現される。
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。本発明はこれらに限定されるものではない。
＜実施例１〜１２、比較例１〜７＞
下記第１〜４表に示す成分を同表に示す割合（質量部）で配合した。具体的には、まず、下記第１〜４表に示す成分のうち加硫剤および加硫促進剤を除く成分を、２リットルの密閉型ミキサーで５分間混練し、１５０℃に達したときに放出してマスターバッチを得た。次に、得られたマスターバッチに加硫剤および加硫促進剤をオープンロールで混練し、ゴム組成物を得た。
下記第１〜４表に示す成分を同表に示す割合（質量部）で配合した。具体的には、まず、下記第１〜４表に示す成分のうち加硫剤および加硫促進剤を除く成分を、２リットルの密閉型ミキサーで５分間混練し、１５０℃に達したときに放出してマスターバッチを得た。次に、得られたマスターバッチに加硫剤および加硫促進剤をオープンロールで混練し、ゴム組成物を得た。
＜加硫速度（Ｔ３０，Ｔ５０）＞
ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して、レオメーター試験機を用いて、振幅１度にて、１６０℃で、Ｔ３０およびＴ５０を測定した（単位：ｍｉｎ）。測定結果である時間が短いほど、加硫速度が速いことを意味する。
ＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して、レオメーター試験機を用いて、振幅１度にて、１６０℃で、Ｔ３０およびＴ５０を測定した（単位：ｍｉｎ）。測定結果である時間が短いほど、加硫速度が速いことを意味する。
＜モジュラス（Ｍ100）、引張強さ（ＴB）＞
得られたゴム組成物を１５×１５×０．２ｃｍの金型中で１６０℃で２０分間加硫して加硫ゴムシートを調製した。次に、ＪＩＳ Ｋ６２５１：２００４に準拠して、調製直後の加硫ゴムシートからＪＩＳ３号形ダンベルにて打抜き試験サンプルとし、５００ｍｍ／分の引張速度の条件下で、モジュラス（Ｍ100）および引張強さ（ＴB）を測定した（単位：ＭＰａ）。
また、８０℃に加熱したオーブン内に９６時間放置した後（老化後）の試験サンプルについても、同様に、ＴBを測定し、その変化率（老化後ＴB変化率）を測定した（単位：％）。
得られたゴム組成物を１５×１５×０．２ｃｍの金型中で１６０℃で２０分間加硫して加硫ゴムシートを調製した。次に、ＪＩＳ Ｋ６２５１：２００４に準拠して、調製直後の加硫ゴムシートからＪＩＳ３号形ダンベルにて打抜き試験サンプルとし、５００ｍｍ／分の引張速度の条件下で、モジュラス（Ｍ100）および引張強さ（ＴB）を測定した（単位：ＭＰａ）。
また、８０℃に加熱したオーブン内に９６時間放置した後（老化後）の試験サンプルについても、同様に、ＴBを測定し、その変化率（老化後ＴB変化率）を測定した（単位：％）。
測定結果を第１〜４表に示すが、いずれも示される数値は実測値ではない。すなわち、第１表には、比較例１の測定結果を基準とした相対値を示し、第２表には、比較例３の測定結果を基準とした相対値を示し、第３表には、比較例６の測定結果を基準とした相対値を示し、第４表には、比較例７の測定結果を基準とした相対値を示した。
ただし、「老化後ＴB変化率」の数値については、各実施例および比較例ごとに、老化前の「ＴB」の数値を基準とした相対値を示した。
ただし、「老化後ＴB変化率」の数値については、各実施例および比較例ごとに、老化前の「ＴB」の数値を基準とした相対値を示した。
上記第１〜４表中の各成分は、以下のものを使用した。
・ＳＢＲ：Ｎｉｐｏｌ １５０２、日本ゼオン社製
・ＢＲ：Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０、日本ゼオン社製
・ＮＲ：ＴＳＲ２０
・シリカ：ＵＬＴＲＡＳＩＬ ＶＮ−３Ｇ、ＵＮＩＴＥＤ ＳＩＬＩＣＡ ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ社製
・シランカップリング剤：ビス−〔３−（トリエトキシシリル）−プロピル〕テトラスルフィド（Ｓｉ６９、エボニックデグサジャパン社製）
・没食子酸水和物：関東化学社製
・ＰＯＢ：４−ヒドロキシ安息香酸（関東化学社製）
・カーボンブラック：シーストＫＨ、東海カーボン社製
・酸化亜鉛：酸化亜鉛３種、正同化学工業社製
・加工助剤：ステアリン酸
・オイル：プロセスオイル エキストラクト４号、昭和シェル石油社製
・加硫剤：硫黄（ミュークロンＯＴ―２０、四国化成工業社製）
・加硫促進剤１：ノクセラーＤＺ、大内新興化学工業社製
・加硫促進剤２：ソクシノールＤＧ、住友化学社製
・ＳＢＲ：Ｎｉｐｏｌ １５０２、日本ゼオン社製
・ＢＲ：Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０、日本ゼオン社製
・ＮＲ：ＴＳＲ２０
・シリカ：ＵＬＴＲＡＳＩＬ ＶＮ−３Ｇ、ＵＮＩＴＥＤ ＳＩＬＩＣＡ ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ社製
・シランカップリング剤：ビス−〔３−（トリエトキシシリル）−プロピル〕テトラスルフィド（Ｓｉ６９、エボニックデグサジャパン社製）
・没食子酸水和物：関東化学社製
・ＰＯＢ：４−ヒドロキシ安息香酸（関東化学社製）
・カーボンブラック：シーストＫＨ、東海カーボン社製
・酸化亜鉛：酸化亜鉛３種、正同化学工業社製
・加工助剤：ステアリン酸
・オイル：プロセスオイル エキストラクト４号、昭和シェル石油社製
・加硫剤：硫黄（ミュークロンＯＴ―２０、四国化成工業社製）
・加硫促進剤１：ノクセラーＤＺ、大内新興化学工業社製
・加硫促進剤２：ソクシノールＤＧ、住友化学社製
第１表に示す結果から、ＳＢＲとＢＲとを併用した場合においては、没食子酸水和物を含有する実施例１〜４は、これを含有しない比較例１と比べて、加硫速度が速くなり、モジュラスおよび引張強さも優れることが分かった。
このとき、実施例１〜４をそれぞれ対比すると、没食子酸水和物の含有量が増えるに従い、効果がより優れる傾向にあることが分かった。
また、比較例２の結果が実施例１〜４よりも劣ることから、ＰＯＢを配合した場合には、効果が得られないことが分かった。
このとき、実施例１〜４をそれぞれ対比すると、没食子酸水和物の含有量が増えるに従い、効果がより優れる傾向にあることが分かった。
また、比較例２の結果が実施例１〜４よりも劣ることから、ＰＯＢを配合した場合には、効果が得られないことが分かった。
第２表に示す比較例３〜５の結果から、たとえ没食子酸水和物を配合した場合であっても、シリカを含有しない場合には、加硫速度が早くなる等の効果は得られないことが分かった。
第３表に示す結果から、ＳＢＲとＮＲとを併用した場合においては、ＳＢＲとＢＲとを併用した場合（第１表を参照）と同様に、没食子酸水和物を含有する実施例５〜８が、これを含有しない比較例６と比べて、加硫速度が速くなる等の効果に優れ、また、没食子酸水和物の含有量が増えるに従い、効果がより優れる傾向にあることが分かった。
第４表に示す結果から、ＳＢＲとＮＲとを５０：５０の質量比で併用した場合においては、これらを７０：３０の質量比で併用した場合（第３表を参照）と同様に、没食子酸水和物を含有する実施例９〜１２が、これを含有しない比較例７と比べて、加硫速度が速くなる等の効果に優れ、また、没食子酸水和物の含有量が増えるに従い、効果がより優れる傾向にあることが分かった。
ここで、第１表に示す実施例１〜４と第３表に示す実施例５〜８とを対比すると、ＳＢＲとＢＲとを併用した実施例１〜４の方が、ＳＢＲとＮＲとを併用した実施例５〜８よりも、より効果に優れる傾向にあることが分かった。
１ ビード部
２ サイドウォール部
３ トレッド部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ ベルト層
８ リムクッション
９ キャップトレッド部
２ サイドウォール部
３ トレッド部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ビードフィラー
７ ベルト層
８ リムクッション
９ キャップトレッド部
Claims (4)
- ジエン系ゴムと、シリカと、没食子酸および／または没食子酸水和物と、を含有し、
前記シリカの含有量が、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜１００質量部であり、
前記没食子酸および／または没食子酸水和物の含有量が、前記シリカ１００質量部に対して０．００１〜２０質量部である、タイヤ用ゴム組成物。 - 前記ジエン系ゴムが、ジエン系合成ゴムを５０質量％以上含む、請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
- 前記ジエン系合成ゴムが、芳香族ビニル−共役ジエン共重合体である、請求項２に記載のタイヤ用ゴム組成物。
- 請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に使用したタイヤ。
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