JP5857681B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、優れた加工性および低転がり抵抗を有するタイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。
自動車の燃費を向上させるため、タイヤは低転がり抵抗であることが求められている。この要求を解決するために、例えばタイヤにシリカのような白色充填剤を配合する手法が知られている。しかしながら白色充填剤をゴム組成物中に均一に分散させるのは一般的に困難であり、また、混練時に粘度が高くなり加工性を悪化させるという問題点がある。例えばシリカは、その粒子表面に存在するシラノール基による水素結合の形成のために凝集する傾向を有し、混練時の粘度の上昇が顕著である。このため、ゴム組成物に白色充填剤を十分な量で配合することができず、所望の低転がり抵抗を得ることが困難であった。
一方、シリカのような白色充填剤の分散性を向上させるために、シランカップリング剤を配合する手法も知られている。しかし、シランカップリング剤を多く配合すると、スコーチ時間が短くなりすぎたり、さらにトレッドの押出性が悪化する。
一方、シリカのような白色充填剤の分散性を向上させるために、シランカップリング剤を配合する手法も知られている。しかし、シランカップリング剤を多く配合すると、スコーチ時間が短くなりすぎたり、さらにトレッドの押出性が悪化する。
なお、下記特許文献１〜３は、界面活性剤をゴム組成物に配合する技術を開示している。しかしながら、これらの技術はカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤または非イオン性界面活性剤をゴム組成物に添加するものであり、下記で説明する本発明のように両性界面活性剤を使用するものではない。
本発明の目的は、優れた加工性および低転がり抵抗を有するタイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することにある。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ジエン系ゴムに白色充填剤の特定量、シランカップリング剤の特定量および両性界面活性剤の特定量を配合することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下のとおりである。
すなわち本発明は以下のとおりである。
１．ジエン系ゴム１００質量部に対し、
（Ａ）シリカを５〜１５０質量部、
（Ｂ）シランカップリング剤を前記シリカに対して１〜２５質量％、および
（Ｃ）両性界面活性剤としてアルキルイミダゾール型ベタインを前記シリカに対して１．５〜３０質量％
配合す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１に記載のゴム組成物をトレッドに使用した空気入りタイヤ。
（Ａ）シリカを５〜１５０質量部、
（Ｂ）シランカップリング剤を前記シリカに対して１〜２５質量％、および
（Ｃ）両性界面活性剤としてアルキルイミダゾール型ベタインを前記シリカに対して１．５〜３０質量％
配合す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１に記載のゴム組成物をトレッドに使用した空気入りタイヤ。
本発明によれば、ジエン系ゴムに白色充填剤の特定量、シランカップリング剤の特定量および両性界面活性剤の特定量を配合したので、優れた加工性および低転がり抵抗を有するタイヤトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤを提供することができる。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、乗用車用の空気入りタイヤの一例の部分断面図である。
図１において、空気入りタイヤは左右一対のビード部１およびサイドウォール２と、両サイドウォール２に連なるトレッド３からなり、ビード部１、１間に繊維コードが埋設されたカーカス層４が装架され、カーカス層４の端部がビードコア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。トレッド３においては、カーカス層４の外側に、ベルト層７がタイヤ１周に亘って配置されている。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。
以下に説明する本発明のゴム組成物は、とくにトレッド３に有用である。
図１において、空気入りタイヤは左右一対のビード部１およびサイドウォール２と、両サイドウォール２に連なるトレッド３からなり、ビード部１、１間に繊維コードが埋設されたカーカス層４が装架され、カーカス層４の端部がビードコア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。トレッド３においては、カーカス層４の外側に、ベルト層７がタイヤ１周に亘って配置されている。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。
以下に説明する本発明のゴム組成物は、とくにトレッド３に有用である。
（ゴム成分）
本発明で使用されるゴム成分は、ゴム組成物に配合することができる任意のゴムを用いることができ、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。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。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
これらの中でも、本発明の効果の点からジエン系ゴムはＳＢＲ、ＢＲが好ましい。
本発明で使用されるゴム成分は、ゴム組成物に配合することができる任意のゴムを用いることができ、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。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。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
これらの中でも、本発明の効果の点からジエン系ゴムはＳＢＲ、ＢＲが好ましい。
（白色充填剤）
本発明で使用する白色充填剤とは、黒色を呈する充填剤以外の充填剤、例えば黒色を呈する充填剤以外の無機充填剤を意味し、具体的にはシリカ、炭酸カルシウム、クレー等が挙げられる。
なお、シリカを使用する場合、本発明の効果がさらに向上するという観点から、シリカの窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が５０〜２００ｍ２／ｇであるのが好ましい。なお、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）はＪＩＳ Ｋ６２１７−２に準拠して求めた値である。
本発明で使用する白色充填剤とは、黒色を呈する充填剤以外の充填剤、例えば黒色を呈する充填剤以外の無機充填剤を意味し、具体的にはシリカ、炭酸カルシウム、クレー等が挙げられる。
なお、シリカを使用する場合、本発明の効果がさらに向上するという観点から、シリカの窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）が５０〜２００ｍ２／ｇであるのが好ましい。なお、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）はＪＩＳ Ｋ６２１７−２に準拠して求めた値である。
（シランカップリング剤）
本発明で使用するシランカップリング剤は、その効果向上の観点から、硫黄含有シランカップリング剤を使用するのが好ましい。シランカップリング剤としては、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであればよく、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。
本発明で使用するシランカップリング剤は、その効果向上の観点から、硫黄含有シランカップリング剤を使用するのが好ましい。シランカップリング剤としては、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであればよく、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。
（両性界面活性剤）
本発明で使用する両性界面活性剤としては、例えば、ベタイン型、アミノ酸型、アミンオキシド型等が挙げられる。
ベタイン型としては、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ドデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン、オクタデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン等のアルキルベタイン型；コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン等の脂肪酸アミドプロピルベタイン型；2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等のアルキルイミダゾール型等が挙げられる。
アミノ酸型としては、ラウロイルグルタミン酸ナトリウム、ラウロイルグルタミン酸カリウム、ラウロイルメチル-β-アラニン等が挙げられる。
アミンオキシド型としては、ラウリルジメチルアミンN‐オキシド、オレイルジメチルアミンN‐オキシド等が挙げられる。
両性界面活性剤は、白色充填剤、例えばシリカの表面に吸着して相互作用を生じ、凝集を抑制する。これにより、白色充填剤、例えばシリカの分散性が向上し、優れた加工性および低転がり抵抗を両立させることができる。
上記効果は、両性界面活性剤としてとくにベタイン型またはアミンオキシド型を使用することにより、一層向上する。
本発明で使用する両性界面活性剤としては、例えば、ベタイン型、アミノ酸型、アミンオキシド型等が挙げられる。
ベタイン型としては、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ドデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン、オクタデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン等のアルキルベタイン型；コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン等の脂肪酸アミドプロピルベタイン型；2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等のアルキルイミダゾール型等が挙げられる。
アミノ酸型としては、ラウロイルグルタミン酸ナトリウム、ラウロイルグルタミン酸カリウム、ラウロイルメチル-β-アラニン等が挙げられる。
アミンオキシド型としては、ラウリルジメチルアミンN‐オキシド、オレイルジメチルアミンN‐オキシド等が挙げられる。
両性界面活性剤は、白色充填剤、例えばシリカの表面に吸着して相互作用を生じ、凝集を抑制する。これにより、白色充填剤、例えばシリカの分散性が向上し、優れた加工性および低転がり抵抗を両立させることができる。
上記効果は、両性界面活性剤としてとくにベタイン型またはアミンオキシド型を使用することにより、一層向上する。
（ゴム組成物の配合割合）
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、
（Ａ）白色充填剤を５〜１５０質量部、
（Ｂ）シランカップリング剤を前記白色充填剤に対して１〜２５質量％、および
（Ｃ）両性界面活性剤を前記白色充填剤に対して１．５〜３０質量％
配合することを特徴とする。
前記（Ａ）白色充填剤の配合量が５質量部未満であると、低転がり抵抗が得られない。逆に１５０質量部を超えると、耐摩耗性が悪化する。
前記（Ｂ）シランカップリング剤の配合量が白色充填剤に対して１質量％未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に白色充填剤に対して２５質量％を超えると加工性が悪化する。
前記（Ｃ）両性界面活性剤の配合量が前記白色充填剤に対して１．５質量％未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に３０質量％を超えると加工性が悪化する。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、
（Ａ）白色充填剤を５〜１５０質量部、
（Ｂ）シランカップリング剤を前記白色充填剤に対して１〜２５質量％、および
（Ｃ）両性界面活性剤を前記白色充填剤に対して１．５〜３０質量％
配合することを特徴とする。
前記（Ａ）白色充填剤の配合量が５質量部未満であると、低転がり抵抗が得られない。逆に１５０質量部を超えると、耐摩耗性が悪化する。
前記（Ｂ）シランカップリング剤の配合量が白色充填剤に対して１質量％未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に白色充填剤に対して２５質量％を超えると加工性が悪化する。
前記（Ｃ）両性界面活性剤の配合量が前記白色充填剤に対して１．５質量％未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に３０質量％を超えると加工性が悪化する。
前記（Ａ）白色充填剤のさらに好ましい配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、２０〜１００質量％である。
前記（Ｂ）シランカップリング剤のさらに好ましい配合量は、白色充填剤に対し、３〜１５質量％である。
前記（Ｃ）両性界面活性剤のさらに好ましい配合量は、白色充填剤に対し、３〜２０質量％である。
前記（Ｂ）シランカップリング剤のさらに好ましい配合量は、白色充填剤に対し、３〜１５質量％である。
前記（Ｃ）両性界面活性剤のさらに好ましい配合量は、白色充填剤に対し、３〜２０質量％である。
本発明に係るゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤、充填剤、老化防止剤、可塑剤などのゴム組成物に一般的に配合されてい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も、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。また本発明のゴム組成物は従来の空気入りタイヤの製造方法に従って空気入りタイヤを製造するのに使用することができる。
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
実施例１〜４および比較例１〜３
サンプルの調製
表１に示す配合（質量部）において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物を同バンバリーミキサーに再度入れ、加硫促進剤および硫黄を加えて混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１５０℃で３０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法で該ゴム組成物および加硫ゴム試験片の物性を測定した。なお、実施例１、２、４は参考例である。
サンプルの調製
表１に示す配合（質量部）において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、ミキサー外に放出させて室温冷却した。続いて、該組成物を同バンバリーミキサーに再度入れ、加硫促進剤および硫黄を加えて混練し、ゴム組成物を得た。次に得られたゴム組成物を所定の金型中で１５０℃で３０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法で該ゴム組成物および加硫ゴム試験片の物性を測定した。なお、実施例１、２、４は参考例である。
ムーニー粘度：ゴム組成物のムーニー粘度を、ＪＩＳ Ｋ６３００に基づき１００℃で測定した。結果は、比較例１の値を１００として指数で示した。指数が大きいほど粘度が低く、加工性が良好であることを示す。
転がり抵抗：レオメトリックス社製ＲＤＡ−ＩＩを用い、１％ねじれ、２０Ｈｚ、６０℃の条件でｔａｎδ（６０℃）を測定し、この値をもって転がり抵抗性を評価した。結果は、比較例１を１００として指数で示した。指数が大きいほど、低転がり抵抗であることを示す。
ペイン効果：未加硫のゴム組成物を用いて１６０℃、２０分の加硫を行ない、歪０．２８％〜３０．０％までの歪せん断応力Ｇ’を測定した。結果は、比較例１を１００として指数で示した。指数が大きいほど、シリカ分散が良好であることを示す。
結果を併せて表１に示す。
転がり抵抗：レオメトリックス社製ＲＤＡ−ＩＩを用い、１％ねじれ、２０Ｈｚ、６０℃の条件でｔａｎδ（６０℃）を測定し、この値をもって転がり抵抗性を評価した。結果は、比較例１を１００として指数で示した。指数が大きいほど、低転がり抵抗であることを示す。
ペイン効果：未加硫のゴム組成物を用いて１６０℃、２０分の加硫を行ない、歪０．２８％〜３０．０％までの歪せん断応力Ｇ’を測定した。結果は、比較例１を１００として指数で示した。指数が大きいほど、シリカ分散が良好であることを示す。
結果を併せて表１に示す。
＊１：ＳＢＲ（日本ゼオン（株）製Ｎｉｐｏｌ １５０２、油展量＝ＳＢＲ１００質量部に対し３７．５質量部）
＊２：ＢＲ（日本ゼオン（株）製Ｎｉｐｏｌ １２２０）
＊３：シリカ（ローディア社製Ｚｅｏｓｉｌ １１６５ＭＰ、Ｎ２ＳＡ＝１６５ｍ２／ｇ）
＊４：カーボンブラック（東海カーボン（株）製シースト６、Ｎ２ＳＡ＝１１９ｍ２／ｇ）
＊５：シランカップリング剤（エボニックデグッサジャパン（株）製Ｓｉ６９、化合物名＝ビス−トリエトキシシリルプロピルテトラスルフィド）
＊６：両性界面活性剤−１（花王（株）製アンヒトール２０Ｎ。ラウリルジメチルアミンＮ−オキシド）
＊７：両性界面活性剤−２（花王（株）製アンヒトール２０ＡＢ。コカミドプロピルベタイン）
＊８：両性界面活性剤−３（花王（株）製アンヒトール２０Ｙ−Ｎ。2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン（アルキルはＣ１１主成分））
＊９：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊１０：ステアリン酸（日油(株)製ビーズステアリン酸）
＊１１：老化防止剤（ＦＬＥＸＳＹＳ製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ ６ＰＰＤ）
＊１２：アロマオイル（昭和シェル石油（株）製エキストラクト４号Ｓ）
＊１３：硫黄（鶴見化学工業（株）製金華印油入微粉硫黄）
＊１４：加硫促進剤−１（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＣＺ−Ｇ）
＊１５：加硫促進剤−２（住友化学（株）製ソクシノールＤ−Ｇ）
＊２：ＢＲ（日本ゼオン（株）製Ｎｉｐｏｌ １２２０）
＊３：シリカ（ローディア社製Ｚｅｏｓｉｌ １１６５ＭＰ、Ｎ２ＳＡ＝１６５ｍ２／ｇ）
＊４：カーボンブラック（東海カーボン（株）製シースト６、Ｎ２ＳＡ＝１１９ｍ２／ｇ）
＊５：シランカップリング剤（エボニックデグッサジャパン（株）製Ｓｉ６９、化合物名＝ビス−トリエトキシシリルプロピルテトラスルフィド）
＊６：両性界面活性剤−１（花王（株）製アンヒトール２０Ｎ。ラウリルジメチルアミンＮ−オキシド）
＊７：両性界面活性剤−２（花王（株）製アンヒトール２０ＡＢ。コカミドプロピルベタイン）
＊８：両性界面活性剤−３（花王（株）製アンヒトール２０Ｙ−Ｎ。2-アルキル-N-カルボキシメチル-N-ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン（アルキルはＣ１１主成分））
＊９：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊１０：ステアリン酸（日油(株)製ビーズステアリン酸）
＊１１：老化防止剤（ＦＬＥＸＳＹＳ製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ ６ＰＰＤ）
＊１２：アロマオイル（昭和シェル石油（株）製エキストラクト４号Ｓ）
＊１３：硫黄（鶴見化学工業（株）製金華印油入微粉硫黄）
＊１４：加硫促進剤−１（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＣＺ−Ｇ）
＊１５：加硫促進剤−２（住友化学（株）製ソクシノールＤ−Ｇ）
上記の表から明らかなように、実施例１〜４で調製されたゴム組成物は、ジエン系ゴムに白色充填剤の特定量、シランカップリング剤の特定量および両性界面活性剤の特定量を配合したので、従来の代表的な比較例１に比べて、優れた加工性および低転がり抵抗を両立していることが分かる。
これに対し、比較例２は、両性界面活性剤の配合量が本発明で規定する下限未満であるので、シリカの分散性が向上せず、加工性および低転がり抵抗も改善されなかった。
比較例３は、両性界面活性剤の配合量が本発明で規定する上限を超えているので、シリカの分散性が向上せず、加工性および低転がり抵抗も改善されなかった。
これに対し、比較例２は、両性界面活性剤の配合量が本発明で規定する下限未満であるので、シリカの分散性が向上せず、加工性および低転がり抵抗も改善されなかった。
比較例３は、両性界面活性剤の配合量が本発明で規定する上限を超えているので、シリカの分散性が向上せず、加工性および低転がり抵抗も改善されなかった。
１ ビード部
２ サイドウォール
３ トレッド
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
２ サイドウォール
３ トレッド
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
Claims (2)
- ジエン系ゴム１００質量部に対し、
（Ａ）シリカを５〜１５０質量部、
（Ｂ）シランカップリング剤を前記シリカに対して１〜２５質量％、および
（Ｃ）両性界面活性剤としてアルキルイミダゾール型ベタインを前記シリカに対して１．５〜３０質量％
配合することを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。 - 請求項１に記載のゴム組成物をトレッドに使用した空気入りタイヤ。
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