JP5569226B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明は、耐摩耗性を維持しながら氷上性能及びウェット性能を向上するようにするタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

スタッドレスタイヤ（氷雪路用空気入りタイヤ）には、氷雪路面でのグリップ性能（氷上性能）が優れると共に、氷雪に覆われていないウェット路面でのグリップ性能（ウェット性能）が優れることが求められる。また同時に耐摩耗性が高く耐久性に優れることも求められている。

氷上性能を向上するにはトレッド部の氷上摩擦力を高くする必要があり、このためにトレッド部を形成するゴム組成物の低温下での柔軟性を維持し氷雪路面に対する凝着力を大きくするようにしたり、ゴム組成物に高硬度粒子を配合して氷雪路面に対する引掻き効果を付与したり、トレッド表面に多数の気泡や凹凸を形成するようにしてエッジ効果や氷面上の水膜除去効果を得るようにしたりすることが知られている。しかし、このように氷上性能を高くすると耐摩耗性が低下するという問題があった。

このため特許文献１は、スタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物として、天然ゴム、ブタジエンゴムを含むゴム成分に、多孔質材料粒子、シリカ及びカーボンブラックを配合することにより、耐摩耗性能の低下を引き起こすことなく、氷上摩擦力を高くすることを提案している。しかし、このゴム組成物は、氷上摩擦力と耐摩耗性能とのバランスを改良しても、ウェット性能を高くする効果が十分に得られなかった。

したがって、耐摩耗性能の低下を抑制しながら、氷上性能及びウェット性能を共に高くするようにしたトレッド用ゴム組成物には未だ改善の余地があった。

特許第４２６７０６２号公報

本発明の目的は、耐摩耗性を維持しながらウェット性能及び氷上性能を向上するようにするタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、天然ゴム５０〜８０重量％とブタジエンゴム２０〜５０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に対しシリカを１０〜５０重量部配合すると共に、前記ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万〜９０万、前記重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が５００〜８００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、重量平均分子量が７０万〜９０万、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が５００〜８００ｍＰａ・ｓであるブタジエンゴムを２０〜５０重量％配合したため、ゴム組成物の耐摩耗性を高くすると共に、シリカの分散性を改良することができる。またシリカの分散を良好にすることにより、ゴム組成物の低温でのしなやかさを一層優れたものにして氷上摩擦力を高くすると共に、０℃のｔａｎδを高くしてウェットグリップ性能を向上することができる。

前記ジエン系ゴムは、天然ゴム５０〜８０重量％とブタジエンゴム２０〜５０重量％との合計を１００重量％にすることが好ましい。

また、前記ジエン系ゴム１００重量部に対し、熱膨張性マイクロカプセルを３〜１５重量部配合することにより、ゴム組成物の氷上性能を一層高くすることができる。

このタイヤトレッド用ゴム組成物は、スタッドレスタイヤに使用するのが好適であり、このようにしたスタッドレスタイヤは、耐摩耗性を維持しながら氷上性能及びウェット性能を向上することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分は天然ゴム及びブタジエンゴムを含むジエン系ゴムとする。本発明で使用するブタジエンゴムは、分子量が高く、分子量分布が狭く、かつ分子鎖の分岐が少ないという特徴がある。ブタジエンゴムの分子量は、重量平均分子量（Ｍｗ）で７０万〜９０万、好ましくは７６万〜８５万である。ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万未満であると、ゴム組成物の耐摩耗性及び強度が不足する。またブタジエンゴムの重量平均分子量が９０万を超えるとゴム組成物の粘度が高くなり、加工性が悪化する。またシリカを含む充填剤の分散性が悪化する。

また、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められるブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は１．５〜３．０、好ましくは２．０〜２．５にする。ブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５未満であると、入手が困難になり、生産コストが高くなる。またブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０を超えると氷上性能およびウェット性能を共に向上する効果が十分に得られない。

本発明においてブタジエンゴムの重量平均分子量（Ｍｗ）、数平均分子量（Ｍｎ）及び分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により標準ポリスチレン換算により測定する。

ブタジエンゴムの２５℃のトルエン溶液粘度は５００〜８００ｍＰａ・ｓにする。トルエン溶液粘度はブタジエンゴムの分子鎖のリニアリティー（分岐の量）を示す指標であり、トルエン溶液粘度が高いほど、分子鎖の分岐が少なく直鎖の割合が多くゴム強度（引張り破断強度及び破断伸び）が優れることを意味する。ブタジエンゴムのトルエン溶液粘度が５００ｍＰａ・ｓ未満であると、ゴム組成物の耐摩耗性及びゴム強度が不足する。またブタジエンゴムのトルエン溶液粘度が８００ｍＰａ・ｓを超えるとゴム組成物の粘度が高くなり、加工性が悪化する。本発明においてブタジエンゴムの２５℃のトルエン溶液粘度は、ブタジエンゴムを５重量％含むトルエン溶液の粘度を、キャノンフェンスケ型粘度計を使用して２５℃で測定した。

ブタジエンゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量％中２０〜５０重量％、好ましくは３０〜５０重量％にする。ブタジエンゴムの配合量が２０重量％未満であると耐摩耗性が低下する。またブタジエンゴムの配合量が５０重量％を超えるとウェット性能が低下する。

本発明で使用する天然ゴムとしては、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられるものを使用することができる。また変性天然ゴム或いは改質天然ゴムを使用してもよい。天然ゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量％中５０〜８０重量％、好ましくは５０〜７０重量％にする。天然ゴムの配合量が５０重量％未満であると、ｔａｎδ０℃が低下し、ウェット性能が低下する。また、天然ゴムの配合量が８０重量％を超えると、氷上性能及び耐摩耗性が共に低下する。

本発明では、上述した組成を満たす限り、ブタジエンゴム及び天然ゴム以外の他のジエン系ゴムを含有することができる。他のジエン系ゴムとしては、例えばイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム及び上述した特徴を有するブタジエンゴムを除いたブタジエンゴム等を例示することができる。これら他のジエン系ゴムは、任意の１種類を含有することができる。また２種類以上の他のジエン系ゴムを組み合わせて含有することができる。

ジエン系ゴムとしては、天然ゴム５０〜８０重量％とブタジエンゴム２０〜５０重量％との合計を１００重量％にすることが好ましい。このようなゴム成分の組成にすることにより、氷上性能及び耐摩耗性を両立することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、シリカを配合することにより、低温時のゴムの柔軟性（低温でのしなやかさ）を確保して、トレッドの氷路面に対する凝着性を高め、氷上摩擦力を向上することができる。更に、シリカを配合することにより０℃のｔａｎδを大きくし氷雪に覆われていないウェット路面におけるグリップ性能を高くする。また、ゴム組成物の発熱性（６０℃のｔａｎδ）を小さくしタイヤの転がり抵抗を低減することができる。

シリカの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し１０〜５０重量部、好ましくは２０〜４０重量部である。シリカの配合量が、１０重量部未満であると氷上性能及びウェッ性能を高くすることができない。また、シリカの配合量が、５０重量部を超えると耐摩耗性が悪化する。

シリカとしては、ＢＥＴ比表面積が７０〜３００ｍ^２／ｇ、好ましくは７０〜２８０ｍ^２／ｇのものを使用する。シリカのＢＥＴ比表面積が７０ｍ^２／ｇ未満であると、ゴム組成物に対する補強性が不十分となる。また、シリカのＢＥＴ比表面積が３００ｍ^２／ｇを超えると、シリカの分散性が悪化しゴムの加工性が悪化する。なお本発明において、シリカのＢＥＴ比表面積は、ＡＳＴＭ−Ｄ−４８２０−９３に準拠して測定するものとする。シリカの種類としては、タイヤ用ゴム組成物に通常使用されるシリカであればよく、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカあるいは表面処理シリカなどを使用することができる。

本発明において、シリカと共にシランカップリング剤を配合することにより、シリカの補強効果を得ることができる。シランカップリング剤の配合量は、シリカの配合量に対し１〜１２重量％、好ましくは３〜１０重量％にする。シランカップリング剤の配合量が１重量％未満であると、シリカの補強効果を十分に得ることができない。また、シランカップリング剤の配合量が１２重量％を超えると、ゴム混練時にゴムやけが生じ易くなる。

シランカップリング剤の種類としては、特に制限されるものではないが、硫黄含有シランカップリング剤が好ましい。硫黄含有シランカップリング剤としては、例えばビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラサルファイド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジサルファイド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラサルファイド、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等を例示することができる。

本発明では、カーボンブラックを配合することができる。カーボンブラックを配合することにより、タイヤトレッド用ゴム組成物の強度を高くし、耐摩耗性を向上する。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し好ましくは１０〜６０重量部、より好ましくは２０〜５０重量部にするとよい。カーボンブラックの配合量が１０重量部未満の場合、ゴム組成物の補強硬化が十分に得られず耐摩耗性が不足する。また、カーボンブラックの配合量が６０重量部を超えると、ゴム組成物の粘度が高くなり成形加工性が悪化する。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、シリカ、カーボンブラック以外に他の充填剤を配合することができる。他の充填剤としては、例えばクレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム等を必要に応じて配合することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、熱膨張性マイクロカプセルを配合することにより、氷上性能を向上する。すなわち熱膨張性マイクロカプセルを配合したゴム組成物をトレッド部に用いて未加硫タイヤを成形し加硫工程で加熱することによって、熱膨張性マイクロカプセルが膨張して樹脂被覆気泡を形成する。このようにトレッドゴム中に多数の樹脂被覆気泡を形成することにより、トレッドが氷路面に踏み込むとき氷路面の水膜を吸収除去し、氷路面から離れると遠心力で水を離脱させて再び氷路面に踏込むことを繰り返して、トレッドの氷路面に対する氷上摩擦力を向上可能にする。

本発明に使用する熱膨張性マイクロカプセルは、ポリアクリロニトリル等の熱可塑性樹脂で形成された殻材中に、熱膨張性物質を内包した構成からなる。このため、熱膨張性マイクロカプセルが加熱されると、殻材に内包された熱膨張性物質が膨張して殻材の粒径を大きくし、トレッドゴム中に多数の樹脂被覆気泡を形成する。これらの樹脂被覆気泡により、氷の表面に発生する水膜を効率的に吸収除去すると共に、ミクロなエッジ効果が得られるため、氷上摩擦力が増大する。このような熱膨張性マイクロカプセルとしては、例えばスェーデン国エクスパンセル社製の商品名「ＥＸＰＡＮＣＥＬ ０９１ＤＵ−８０」又は「ＥＸＰＡＮＣＥＬ ０９２ＤＵ−１２０」等、或いは松本油脂製薬社製の商品名「マイクロスフェアー Ｆ−８５」又は「マイクロスフェアー Ｆ−１００」等を使用することができる。

本発明において、熱膨張性マイクロカプセルの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し３〜１５重量部であり、好ましくは４〜１０重量部である。熱膨張性マイクロカプセルの配合量が３重量部未満であると、トレッドゴム中に形成される樹脂被覆気泡の容積が不足し氷上摩擦力を高くする効果が十分に得られない。また、熱膨張性マイクロカプセルの配合量が１５重量部を超えると、トレッドゴムの耐摩耗性が悪化する。

タイヤトレッド用ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、加工助剤、老化防止剤、オイル、可塑剤などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してタイヤトレッド用ゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。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。タイヤトレッド用ゴム組成物は、通常のゴム用混練機械、例えばバンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物はスタッドレスタイヤのトレッド部を構成するのに好適である。このゴム組成物でトレッド部を構成したスタッドレスタイヤは、従来レベルと比べ耐摩耗性を低下することなく、氷上性能及びウェット性能を一層優れたものにすることができる。

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例及び比較例において、使用したブタジエンゴムの特性を表１に示す。尚、ブタジエンゴムの重量平均分子量（Ｍｗ）、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）及び２５℃のトルエン溶液粘度は、それぞれ前述した方法により測定した。

表２，３に示す配合からなる１０種類のタイヤトレッド用ゴム組成物（実施例１〜３、参照例１、比較例１〜６）を、それぞれ加硫促進剤、硫黄及び熱膨張性マイクロカプセルを除く配合成分を秤量し、１．７Ｌ密閉式バンバリーミキサーで５分間混練し、温度１５０℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。その後このマスターバッチを１．７Ｌ密閉式バンバリーミキサーに供し、加硫促進剤、硫黄及び熱膨張性マイクロカプセルを加え２分間混合し、タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。

得られた１０種類のタイヤトレッド用ゴム組成物を用いて、所定の金型中、１７０℃で１０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を作成し、下記に示す方法により氷上性能、ウェット性能及び耐摩耗性を測定した。

氷上性能；氷上摩擦力
得られた加硫ゴム試験片を偏平円柱状の台ゴムにはりつけ、インサイドドラム型氷上摩擦試験機を用いて氷上摩擦係数を測定した。測定条件は、温度を−１．５℃、荷重を０．５４ＭＰａ、ドラム回転速度を２５ｋｍ／ｈにした。得られた結果は、比較例１を１００とする指数にし「氷上性能」として表２，３に示した。この指数が大きいほど氷上摩擦力が高く氷上性能が優れることを意味する。

ウェット性能；ｔａｎδ（０℃）
得られた加硫ゴム試験片の動的粘弾性を、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚで測定し、温度０℃におけるｔａｎδを求めた。得られた結果は、比較例１を１００とする指数にし「ウェット性能」として表２，３に示した。この指数が大きいほどｔａｎδ（０℃）が大きくウェット性能が優れることを意味する。

耐摩耗性
得られた加硫ゴム試験片をＪＩＳ Ｋ６２６４に準拠して、ランボーン摩耗試験機（岩本製作所社製）を使用して、温度２０℃、荷重３９Ｎ、スリップ率３０％、時間４分の条件で摩耗量を測定した。得られた結果は、比較例１の値の逆数を１００とする指数にし「耐摩耗性」として表２，３に示した。この指数が大きいほど耐摩耗性が優れることを意味する。

なお、表２，３において使用した原材料の種類を下記に示す。
ＮＲ：天然ゴム、Ｖｏｎ Ｂｕｎｄｉｔ製ＳＴＲ−２０
ＢＲ−１〜ＢＲ−５：それぞれ表１に示したブタジエンゴム
シリカ：エボニックデグッサ社製Ｕｌｔｒａｓｉｌ ＶＮ−３Ｇ、ＢＥＴ比表面積１７０ｍ^２／ｇ
カップリング剤：シランカップリング剤、エボニックデグッサ社製Ｓｉ６９
ＣＢ：カーボンブラック、キャボットジャパン社製ショウブラックＮ３３９
熱膨張性ＭＣ：熱膨張性マイクロカプセル、松本油脂製薬社製マイクロスフェアーＦ１００
酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸ＹＲ
オイル：昭和シェル石油社製エクストラクト４号Ｓ
硫黄：細井化学工業社製油処理イオウ
加硫促進剤：三新化学工業社製サンセラーＣＭ−Ｇ

表３の結果から明らかなように実施例１〜３のタイヤトレッド用ゴム組成物は、いずれも比較例１と比べ耐摩耗性が低下することなく、氷上性能及びウェット性能を一層優れたものにすることができる。

一方、表２の結果から明らかなように、比較例２のゴム組成物は、ブタジエンゴムの重量平均分子量（Ｍｗ）が７０万未満、２５℃のトルエン溶液粘度が５００未満であるため耐摩耗性が不足し、氷上性能及びウェット性能を高くすることができない。比較例３のゴム組成物は、ブタジエンゴムの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が３．０を超えるため、ウェット性能及び耐摩耗性の向上効果が得られない。

また比較例４ゴム組成物は、シリカの配合量が５０重量部を超えるため耐摩耗性が不足する。比較例５ゴム組成物は、天然ゴムの配合量が８０重量％を超え、かつブタジエンゴムの配合量が２０重量％未満であるため、氷上性能及び耐摩耗性が不足する。比較例６ゴム組成物は、天然ゴムの配合量が５０重量％未満、かつブタジエンゴムの配合量が５０重量％を超えるため、ウェット性能及び耐摩耗性が不足する。

Claims (4)

1. 天然ゴム５０〜８０重量％とブタジエンゴム２０〜５０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に対しシリカを１０〜５０重量部配合すると共に、前記ブタジエンゴムの重量平均分子量が７０万〜９０万、前記重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）から求められる分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．５〜３．０、２５℃のトルエン溶液粘度が５００〜８００ｍＰａ・ｓであることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
2. 前記ジエン系ゴムが、天然ゴム５０〜８０重量％とブタジエンゴム２０〜５０重量％とからなることを特徴とする請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
3. 前記ジエン系ゴム１００重量部に対し、熱膨張性マイクロカプセルを３〜１５重量部配合することを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
4. スタッドレスタイヤに使用する請求項１，２又は３に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。